DE3788571T2

DE3788571T2 - Adaptiver entzerrer für gleichstrom-einschwingungsfehler.

Info

Publication number: DE3788571T2
Application number: DE87906481T
Authority: DE
Inventors: Joseph Heck; Kha Le
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1986-09-23
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2007-07-21
Also published as: WO1988002581A1; BR8707816A; AR240725A1; JPH02500074A; JP2557246B2; EP0326566B1; US4829594A; EP0326566A4; IL83446A; EP0326566A1; DE3788571D1; KR950013613B1; IL83446A0; KR880702012A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft Funkempfänger im allgemeinen und die Korrektur von Gleichstrom-Einschwingfehlern bei demodulierten Daten im besonderen.

Technischer Hintergrund

Bei einem typischen Funkempfänger wandelt eine Antenne im freien Raum übertragene interessierende Hochfrequenzsignale in elektrische Hochfrequenzsignale um. Diese werden in einer ZF-Stufe in Signale mit einer niedrigeren Frequenz herabgesetzt und dann demoduliert, um die interessierende Information herauszuziehen. Diese Information kann analoger oder digitaler Art sein. Demodulierte Analoginformation wird typischerweise einer Audio-Verarbeitungsschaltung zur Verfügung gestellt, und digitale Daten werden decodiert und durch eine geeignete Logikschaltung verarbeitet.
Wenn ein Funksignal erstmals auf einem überwachten Kanal erscheint oder wenn ein Funkempfänger auf einen neuen Kanal abgestimmt wird, auf dem sich ein Funksignal befindet, tritt typischerweise ein Spannungssprung am Ausgang des Demodulators auf (bei einem FM-System). Die Größe dieses Spannungssprungs kann von mehreren Faktoren abhängen, umfaßt aber oft einen Einschwingfehler, der insbesondere von der Frequenztoleranz des Sendesignaloszillators und der Toleranz des Lokaloszillators (oder Oszillatoren) in dem Empfänger abhängt.
Nicht selten kann dieser Spannungssprung das Äquivalent eines Frequenzfehlers von 2 kHz oder mehr sein. Dies stellt einen beachtlichen Fehler dar, da die Modulation des gewünschten Signals auf einen maximalen Hub von nur 5 kHz begrenzt sein kann. Neben diesen Fehlerüberlegungen kann der vorübergehend am Ausgang des Demodulators vorhandene Spannungssprung zusammen mit der Signalmodulation alle nachfolgenden Verstärkungsstufen übersteuern. Dies stellt ebenfalls ein ernsthaftes Hindernis für eine zufriedenstellende Empfangsleistung dar.
Diese Probleme sind typischerweise vorübergehender Art und können daher unter einigen Betriebsbedingungen akzeptabel sein. Bei anderen Gelegenheiten sind diese Probleme jedoch nicht annehmbar. Zum Beispiel muß beim Empfang niederhubiger FSK-Daten (mit einem Hub von z. B. 500 bis 1000 Hz) die demodulierte Wellenform rezentriert werden, um Einschwingfehler zu berücksichtigen, damit gewährleistet ist, daß die die digitalen Daten ausmachenden "1" und "0" richtig unterschieden werden. Viele Empfangsgeräte nach dem Stand der Technik verwenden Dioden-RC-Netzwerke oder Mittenbegrenzer, um diese Funktion auszuführen. Leider benötigen solche herkömmlichen Verfahren bis zu Hunderten von Millisekunden, um das demodulierte Signal wirksam zu zentrieren. Für manche Systeme bedeutet dies, daß viele wichtige Daten verloren werden.
Das US-Patent 4,479,239 von Rhines lehrt eine Tonermittlungsvorrichtung mit einem Verstärker zum Verstärken schwacher Signale und einem Nebenschluß, der laute Töne unterdrückt. Das US-Patent 4,829,592 von Wieschhoff et al. lehrt eine Schaltung und ein Verfahren zur Unterdrückung des Abstimmgeräuschs zwischen Stationen.
Es besteht ein Bedarf für eine Einrichtung, die solche Einschwingfehler in einer relativ kurzen Zeit korrigiert, um einen solchen Datenverlust zu verhindern. Eine solche Einrichtung sollte Einschwingfehler korrigieren, die sowohl bei der Abstimmung auf einen neuen Kanal als auch dann auftreten, wenn ein abgehörter, zuvor ruhiger Kanal plötzlich aktiv wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Funkempfänger wie in den Ansprüchen dargelegt bereitgestellt. Die Erfindung überwindet die Nachteile des Stands der Technik durch Bereitstellung einer adaptiven Steuerung der DC-Vorspannung der Kondensator-Vorspannungseinrichtung.
Bei einer Ausführung ist der Kondensator in Reihe zwischen den Ausgang des Demodulators und den Eingang einer nachfolgenden Puffer/Verstärker-Stufe geschaltet. Der Ausgang dieser Stufe ist dann, wenn angebracht, mit einer Audio-Verarbeitungsschaltung und einer digitalen Logikverarbeitungsschaltung verbunden. Die Stromabwärtsseite des Kondensators ist auch mit der Kondensator-Vorspannungseinheit verbunden.
Die Kondensator-Vorspannungseinheit enthält insbesondere eine vorgewählte DC-Referenzspannung, die mit der unterstromigen Seite des Kondensators über einen ersten Pfad mit einem ersten Widerstand und einen zweiten Pfad mit einem zweiten Widerstand und einem Schalter verbunden ist. Die Größe des ersten Widerstands übersteigt bei weitem die Größe des zweiten Widerstands.
Der Schalter der Kondensator-Vorspannungseinheit spricht auf ein geeignetes Steuersignal an, um den zweiten Pfad zu schließen und einen niederohmigen Pfad zwischen der DC-Referenzspannung und dem Kondensator wirksam herzustellen.
Das Stetiersignal für den Schalter kann bereitgestellt werden, indem der Schalter auf eine Signalermittlungseinheit (z. B. eine Squelcheinheit) für das Empfangsgerät (wodurch der Schalter auf den Beginn einer Kanalaktivität auf einem zuvor abgehörten Kanal anspricht) und/oder auf eine Kanalsteuereinheit ansprechend gemacht wird (wodurch der Schalter auf eine Änderung der Kanalfrequenz anspricht).
Im Betrieb wird der Kondensator gewöhnlich eine geeignete Vorspannung von der DC-Referenzspannungsquelle empfangen, um sicherzustellen, daß der Eingang der folgenden Pufferstufe angemessen vorgespannt ist. Während der Zeiten, wenn Einschwingfehler wahrscheinlich weitere Signalabweichungen einführen, schließt der Schalter der Kondensator- Vorspannungseinheit, um einen niederohmigen Pfad von der DC-Spannungsreferenzquelle zu dem Kondensator herzustellen, um einen sehr schnellen Ladestrom bereitzustellen. Als Folge davon kann der Kondensator schnell auf die veränderten Umstände reagieren und fortfahren, DC-Spannungsabweichungen daran zu hindern, die fraglichen Daten zu verfälschen. Anstelle Hunderte von Millisekunden zu benötigen, um dieses Ergebnis zu erzielen, liefert die Kondensator-Vorspannungseinheit die gewünschte Funktion in nur wenigen Millisekunden, um dadurch niederhubige FSK-Daten und andere ähnlichen Arten mit Signalen niedrigen Hubs angemessen zu unterstützen.
Diese und andere Vorteile der Erfindung werden bei gründlicher Durchsicht und Studium der folgenden Beschriebung der bevorzugten Ausführung der Erfindung besonders in Verbindung mit den Zeichnungen deutlich in denen:
Fig. 1 eine Blockschaltbilddarstellung der Erfindung, wie in einem Funkempfänger angeordnet, umfaßt,
Fig. 2 ein Schaltbild der Erfindung umfaßt, und
Fig. 3 eine Blockschaltbilddarstellung einer alternativen Ausführung umfaßt.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist die Erfindung in Verbindung mit bestimmten allgemeinen Komponenten eines typischen, mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Funkempfängers dargestellt. Der Funkempfänger 10 enthält einen HF-Eingang (11), einen Mischer (12), einen Lokaloszillator (13) ein ZF-Filter (14), einen Begrenzer (16), einen Demodulator (17), einen Puffer/Verstärker (18), einen digitalen Logikkomparator (19) eine Kanalsteuereinheit (21) und eine Signalermittlungseinheit (22). Die Erfindung umfaßt einen Kondensator (23), eine Zeitgebereinheit (24), einen ersten Pfad (26), zum Verbinden des Kondensators (23) mit einer DC-Referenzspannung (VREF), sowie einen zweiten Pfad (27), zum Verbinden des Kondensators (23) mit der DC-Referenzspannung (VREF). Jede oben genannte Komponente wird nun in einzelnen der Reihe nach beschrieben.
Weiter auf Fig. 1 verweisend kann der HF-Eingang (11) aus einer Antenne und einem Vorkreisfilter bestehen, wie es nach dem Stand der Technik verstanden wird. Der Ausgang des HF-Eingangs (11) ist mit einem Mischer (12) verbunden, der ein geeignetes Einleitungssignal von einem Lokaloszillator (13) empfängt. Der Ausgang des Mischers umfaßt ein Zwischenfrequenzsignal, das durch ein geeignetes ZF-Filter (14) und einen Begrenzer (16) zu dem Eingang eines Demodulators (17) entsprechend wohlverstandener herkömmlicher Technik läuft. Der Demodulator demoduliert das ZF-Signal und extrahiert die darin enthaltene Information.
Der Ausgang des Demodulators (17) ist über einen Kondensator (23) mit dem Eingang eines Puffers/Verstärkers (18) verbunden. Die Zeitkonstante des Kondensators (23) mal der Eingangsimpedanz des Puffers/Verstärkers (18) muß ausreichend lang sein, um den Durchgang der niedrigsten Frequenz zu erlauben, die am Ausgang des Demodulators (17) erwartet wird. Der Ausgang des Puffers/Verstärkers (18) umfaßt ein demoduliertes Audio-Ausgangssignal (28), das, wenn gewünscht, mit einer geeigneten Audio-Verarbeitungsschaltung verbunden werden kann. Der Ausgang des Puffers/Verstärkers (18) ist ferner mit einem geeignet konfigurierten digitalen Logikkomparator (19) verbunden, der eine geeignete Decodierung der digitalen Information und, wenn gewünscht, eine nachfolgende Verarbeitung erlaubt.
Eine VREF-Quelle (mit typisch einem Wert von 1/2 der Versorgungsspannung) ist mit der Ausgangsseite des Kondensators (23) über einen ersten Pfad (26) verbunden, der einen Widerstand (29) enthält. VREF ist ferner mit der Ausgangsseite des Kondensators (23) über einen geeigneten Schalter (31) verbunden. Der Schalter (31) (der normalerweise offen ist) ist mit einer Zeitgebereinheit (24) verbunden, die wiederum auf eine Signalermittlungseinheit (22) und/oder eine Kanalsteuereinheit (21) anspricht. Die Signalermittlungseinheit (22) und die Kanalsteuereinheit (21) können einen beliebigen Aufbau haben, wie er herkömmlich bekannt ist. Die Zeitgebereinheit (24) kann ebenfalls einen bekannten gewünschten Aufbau haben, solange sie in der Lage ist, den Schalter (31) als Reaktion auf ein geeignetes Eingangssignal für eine Zeitdauer, wie unten beschrieben, einzuschalten.
Im Betrieb können sowohl die Signalermittlungseinheit (22) und die und Kanalsteuereinheit (21) die Zeitgebereinheit (24) wirksam anstoßen, um den Schalter (31) zu veranlassen, den zweiten Pfad (27) für eine vorbestimmte Zeitdauer (typisch einige Millisekunden) zu schliefen. Die zugeordnete genaue Zeitdauer sollte ausreichend sein, um mindestens der Zeitkonstanten des Kondensators (23) im Hinblick auf die Summe der Ausgangsimpedanz des Demodulators (17) plus der Impedanz des Schalters (31) zu entsprechen.
Es ist zu sehen, daß, wenn der Schalter (31) schließt, sich der Kondensator (23) sehr schnell aufladen kann und besser vorbereitet ist, auf die Einschwingfehler, die auftreten können, zu reagieren.
Unter Verweis auf Fig. 2 erfolgt eine ausführlichere Beschreibung der Erfindung.
Der Kondensator (23) ist als in Reihe zwischen einer Ausgangsstufe (32) des Demodulators und einem Eingangsanschluß des Puffers/Verstärkers (18) angeordnet zu sehen. Wie oben beschrieben, enthält der erste Pfad (26) der Kondensator-Vorspannungseinheit einen Widerstand (29), der zwischen die Ausgangsseite des Kondensators (23) und eine DC-Referenzspannungsquelle VREF geschaltet ist. Ähnlich enthält der zweite Pfad (27) eine Steuereinheit und einen Schalter (31), der zwischen die Ausgangsseite des Kondensators (23) und VREF geschaltet ist, so daß der zweite Pfad durch die Funktion der Steuereinheit ein- oder ausgeschaltet wird. Bei dieser Ausführung ist der Schalter (31) durch die Verwendung eines Transkonduktanz-Operationsverstärkers vorgesehen worden. Der Schalter (31) wird nun beschrieben.
In dem Schalter (31) ist der Emitter eines ersten PNP-Transistors (33) mit VCC verbunden, und dessen Kollektor ist mit der Basis und mit dem Emitter eines zweiten PNP-Transistors (34) verbunden. Die Basis des Transistors (34) ist mit dem Kollektor eines dritten PNP-Transistors (36) verbunden, dessen Emitter mit VCC und dessen Basis mit der Basis des ersten PNP-Transistors (33) verbunden ist.
Der Kollektor des zweiten PNP-Transistors (34) ist mit der Ausgangsseite des Kondensatars (23) und mit der Basis und dem Kollektor eines ersten NPN-Transistors (37) verbunden. Der Emitter dieses Transistors (37) ist mit dem Emitter eines zweiten NPN-Transistors (38) und ferner mit dem Kollektor eines dritten NPN-Transistors (39) verbunden. Der Kollektor des zweiten NPN-Transistors (38) ist mit der Basis des zweiten PNP-Transistors (34) und mit dem Kollektor des dritten PNP-Transistors (36) verbunden, und dessen Basis ist mit VREF verbunden.
Der Emitter des dritten NPN-Transistors (39) ist mit Masse verbunden, und dessen Basis ist mit der Basis eines vierten NPN-Transistors (41) verbunden, dessen Emitter mit Masse verbunden ist, und dessen Kollektor mit der Basis eines fünften NPN-Transistors (42) verbunden ist. Der Emitter des fünften NPN-Transistors (42) ist mit der Basis des dritten und vierten NPN-Transistors (39 und 41) verbunden, und der Kollektor ist mit VCC verbunden. Schließlich ist die Basis des fünften NPN-Transistors (42) mit einem geeigneten Widerstand (40) verbunden, um das Steuersignal von der Zeitgebereinheit (24) (Fig. 1) zu empfangen.
Wenn die Steuersignalspannung (45) Tief ist, werden alle Transistoren in dem Schalter (31) Aus sein. Als Folge davon stellt der mit der Ausgangsseite des Kondensators (23) verbundene Schalter (31) einen offenen Kreis dar. Bei Anwesenheit eines geeigneten Steuersignals arbeitet der Transkonduktanz-Operationsverstärker als ein Einheitsverstärkungspuffer, der die an der Ausgangsseite des Kondensators (23) vorhandene Ausgangsspannung zwingt, der Eingangsspannung an der Basis des zweiten NPN-Transistors (38) (z. B. VREF) zu entsprechen. Der Puffer wird einen Ladestrom liefern, der durch die Größe der Steuerspannung (45), den Widerstand (40) und die Flächenverhältnisse der Transistoren 39 und 41 bestimmt wird, bis die Spannung an der Ausgangsseite des Kondensators (23) gleich VREF ist.
Der Schalter (31) könnte offensichtlich durch viele verschiedene Vorrichtungen bereitgestellt werden. Die gezeigte besondere Ausführung ist jedoch insbesondere mit bipolaren IC-Schaltungsstrukturen verträglich und kann daher durch die Verwendung dieser Technologie leicht implementiert werden.
Fig. 3 zeigt eine alternative Anordnung für die Erfindung in Verbindung mit einem Funkempfänger mit einer Demodulatorstufe (17), die ein Signal ausreichender Stärke liefert, um die Notwendigkeit einer nachfolgenden Puffer/Verstärker-Stufe zu vermeiden. Die Zeltkonstante von Widerstand (43)/Kondensator (44) muß hier lang genug sein, um jede Signalmodulation angemessen zu filtern, so daß tatsächlich nur der am Ausgang des Demodulators (17) erscheinende DC-Anteil am Invertierenden Eingang des digitalen Logikkomparators (19) erscheinen wird.
Bei dieser Anordnung kann der Schalter (31) direkt parallel zu dem Widerstand (43) geschaltet werden, der über den Eingängen des digitalen Logikkomparators (19) liegt. So angeordnet, sind der Widerstand (43) und der Schalter (31) parallel zwischen den Ausgang des Demodulators (17) und einen geerdeten Kondensator (44) geschaltet.
Wie in der oben beschriebenen Ausführung wird im normalen Betrieb der Schalter (31) offen sein. Deshalb wird jeder am Ausgang des Demodulators (17) vorhandene DC-Anteil über den ersten Pfad, der den Widerstand (43) enthält, an den Kondensator (44) übertragen werden. Bei Erkennung einer Signalaktivität ober Erkennung einer Kanalumschaltung, wie oben beschrieben, wird der Schalter (31) schließen und einen niederohmigen Pfad zwischen dem DC-Anteil am Ausgang des Demodulators (17) und dem Kondensator (44) bereitstellen, um dadurch dem Kondensator (44) zu erlauben, sich schnell aufzuladen, und die gleichen Vorteile wie oben mit Bezug auf die erste Ausführung beschrieben zu bieten.
Eine Kanalsteuereinrichtung kann vorgesehen werden, um ein interessierendes Funksignal aus einer Reihe von Funksignalen auszuwählen, auf die der Funkempfänger abgestimmt ist.
Die Gleichspannung, die mit dem ersten Pfad verbunden ist, kann eine erste DC-Spannungsquelle umfassen, während die Gleichspannung, die mit dem zweiten Pfad verbunden ist, eine zweite DC-Spannungsquelle umfaßt.

Claims

1. Funkempfänger zum Empfangen eines interessierenden Funksignals, umfassend

eine Ausgabeeinrichtung (28), um ein Ausgangssignal bereitzustellen, das eine demodulierte Information von dem Funksignal umfaßt; eine Kondensatoreinrichtung (23), die betriebsfähig mit der Ausgabeeinrichtung verbunden ist;

eine Kondensator-Vorspannungseinrichtung, um die Kondensatoreinrichtung mit einer Gleichspannung vorzuspannen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensator-Vorspannungseinrichtung umfaßt:

einen ersten Pfad (26) mit einem ersten Widerstand, der betriebsfähig zwischen die Gleichspannung und die Kondensatoreinrichtung geschaltet ist; und

einen zweiten Pfad (27) mit einem zweiten Widerstand, der betriebsfähig zwischen die Gleichspannung und die Kondensatoreinrichtung geschaltet ist, worin der zweite Widerstand kleiner als der erste Widerstand ist, und worin der zweite Pfad durch die Funktion einer Steuereinheit ein- und ausgeschaltet wird.

2. Funkempfänger nach Anspruch 1, worin der zweite Pfad (27) eine Schaltereinrichtung (31) enthält, die dem zweiten Pfad erlaubt, selektiv geschlossen und geöffnet zu werden.

3. Funkempfänger nach Anspruch 2, und weiter umfassend eine Kanalsteuereinrichtung, um das interessierende Funksignal aus einer Mehrzahl von Funksignalen auszuwählen, auf die der Funkempfänger abgestimmt werden kann.

4. Funkempfänger nach Anspruch 3, worin die Schaltereinrichtung (31) auf die Kanalsteuereinrichtung so anspricht, daß die Schaltereinrichtung den zweiten Pfad (27) schließen wird, um die DC-Referenzspannung mit dem Kondensator zu verbinden, wann immer die Kanalsteuereinrichtung ein anderes Funksignal auswählt.

5. Funkempfänger nach Anspruch 4, und weiter umfassend eine Zeitgebereinrichtung, um die Schaltereinrichtung (31), wenn geschlossen, zu veranlassen, nur für eine vorbestimmte Zeit geschlossen zu bleiben.

6. Funkempfänger nach Anspruch 2, und weiter umfassend eine Signalermittlungseinrichtung, um die Signalaktivität auf einem Kanal zu ermitteln.

7. Funkempfänger nach Anspruch 6, worin die Schaltereinrichtung (31) auf die Signalermittlungseinrichtung so anspricht, daß die Schaltereinrichtung den zweiten Pfad (27) schliefen wird, um die DC-Referenzspannung mit dem Kondensator zu verbinden, wann immer die Signalermittlungseinrichtung erstmals eine Signalaktivität auf einem Kanal ermittelt.

8. Funkempfänger nach Anspruch 1, worin die Gleichspannung, die mit dem ersten Pfad verbunden ist, eine erste DC-Spannungsquelle umfaßt; und die Gleichspannung, die mit dem zweiten Pfad verbunden ist, eine zweite DC-Spannungsquelle umfaßt.

9. Funkempfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Gleichspannung an einem Ausgang der Ausgabeeinrichtung erscheint.

10. Funkempfänger nach Anspruch 9, worin die Gleichspannung und das Ausgangssignal der Ausgabeeinrichtung als ein gemeinsamer Ausgang davon bereitgestellt werden.