DE4317111A1

DE4317111A1 - Binary modulator

Info

Publication number: DE4317111A1
Application number: DE19934317111
Authority: DE
Inventors: Achim Hohmann; Michael Rotzer
Original assignee: Motorola GmbH
Current assignee: Motorola Solutions Germany GmbH
Priority date: 1992-06-13
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1993-12-16
Also published as: HK1000614A1; GB2268013B; GB2268013A; GB9212583D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Binärmodulatoren, wie sie für non-return-to-zero (NRZ) FM-Modulation verwendet werden.The present invention relates to binary modulators, as used for non-return-to-zero (NRZ) FM modulation will.

Bei der Datenübertragung wird häufig die NRZ-FM-Modulation verwendet, um binäre Information über Hochfrequenzkanäle zu übertragen. Bei der NRZ-FM werden die beiden Binärwerte direkt umgewandelt, indem zwischen zwei diskreten, hochfrequenten Trägerfrequenzen umgeschaltet wird (f® für "high" und f₋ für "low"). Die Frequenz f_o (f_o = (f® + f₋)/2) ist eine fiktive Mittenfrequenz, die eigentlich nie übertragen wird. Eine hohe Stabilität von f_o wird jedoch benötigt, um eine klare Entscheidungsschwelle zwischen beiden Modulationswerten zu garantieren.NRZ-FM modulation is often used in data transmission to transmit binary information via high-frequency channels. With the NRZ-FM, the two binary values are converted directly by switching between two discrete, high-frequency carrier frequencies (f® for "high" and f₋ for "low"). The frequency f _o (f _o = (f® + f₋) / 2) is a fictitious center frequency that is never actually transmitted. However, a high stability of f _o is required to guarantee a clear decision threshold between the two modulation values.

Häufig wird Modulation durch einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) ausgeführt. Um NRZ-f®- und f₋-Frequenz- Offsets zu erhalten, ist es notwendig, die Signalquelle der Binärmodulation mit dem VCO gleichspannungsmäßig zu koppeln.Modulation is often done by a voltage controlled Oscillator (VCO) executed. To NRZ-f® and f₋ frequency To get offsets, it is necessary to find the signal source of the Coupling binary modulation with the VCO in terms of DC voltage.

Ein Problem tritt auf, wenn es notwendig ist, sowohl eine Sprach- (oder Ton-) Modulation als auch eine Binärmodulation zur Verfügung zu stellen. Sowohl das Sprachsignal als auch die Binärmodulations-Gleichspannungsquelle müssen einer hochstabilen Mittenspannung aufgeprägt werden. Jedoch hat die Binärmodu lations-Signalquelle die Tendenz, die genaue Einstellung jeder Stabilisierungsschaltung, die zur Stabilisierung der Mitten spannung, welcher das Sprachsignal auf geprägt wird, verwendet wird, zu stören.A problem occurs when there is a need for both Speech (or sound) modulation as well as binary modulation to provide. Both the voice signal and the Binary modulation DC voltage sources must be a highly stable Center tension can be impressed. However, the binary module lations signal source the tendency to the exact setting everyone Stabilization circuit used to stabilize the mids voltage, which the speech signal is embossed on is going to bother.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Binärmodulator bereit gestellt, welcher umfaßt: ein Abtast- und Halteelement mit einem Analogeingang, um ein analoges Signal aufzunehmen, mit einem Steuereingang, um ein erstes und ein zweites Steuersignal aufzunehmen und mit einem Ausgang, wobei das Element das analoge Signal zu seinem Ausgang weiterleitet, wenn das erste Steuersignal am Steuereingang anliegt, und eine Nennmitten spannung an seinen Ausgang anlegt, wenn das zweite Steuersignal am Steuereingang anliegt. Der Modulator enthält weiterhin eine Binärmodulationseinrichtung, die mit der Binärmodulation des Ausgangs um die Nennmittenspannung herum beginnt, wenn das zweite Steuersignal an den Steuereingang angelegt wird.According to the present invention, a binary modulator is provided , which comprises: a scanning and holding element with an analog input to record an analog signal with a control input to a first and a second control signal record and with an output, the element being the forward analog signal to its output when the first Control signal is present at the control input, and a nominal center applies voltage to its output when the second control signal is present at the control input. The modulator also contains one Binary modulation device with the binary modulation of the Output around the nominal center voltage starts when that second control signal is applied to the control input.

Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß die Nennmittenspannung vor Beginn der Binärmodulation festgehalten wird. Dadurch wird die Quelle des Binärmodulationssignals von jedweder Stabili sierungsschaltung, wie z. B. einer Temperaturkompensationsschal tung, die mit dem Analogeingang in Beziehung steht, entkoppelt.The invention has the advantage that the nominal center voltage is held before the start of the binary modulation. This will the source of the binary modulation signal from any stabili tion circuit, such as. B. a temperature compensation scarf device that is related to the analog input is decoupled.

Die Binärmodulationseinrichtung kann Einrichtungen enthalten, die eine erste und zweite Spannung gleich- und gegensinnig gerichteter Polarität an den Ausgang anlegen.The binary modulation device can contain devices the first and second tension in the same and opposite directions Apply directional polarity to the output.

Das Abtast- und Halteelement (sample and hold element) kann zwei Verstärkerstufen mit einer Gesamtverstärkung von z. B. Eins enthalten, wobei die Binärmodulationseinrichtung an den Eingang der zweiten Stufe angelegt wird. Die Verstärkerstufen können aufgrund eines Wechsels des Steuereingangssignals vom ersten Steuersignal zum zweiten Steuersignal entkoppelt werden.The sample and hold element can have two Amplifier stages with a total gain of e.g. B. One included, the binary modulation device at the input the second stage. The amplifier stages can due to a change in the control input signal from the first Control signal to be decoupled from the second control signal.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben.A preferred embodiment of the invention will now described with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Analogmodus, Fig. 1 shows a preferred embodiment of the invention in an analog mode,

Fig. 2 zeigt die Schaltung von Fig. 1 in einem Digitalmodus (nur beiden Modi gemeinsame Elemente werden gezeigt) und Fig. 2 shows the circuit of Fig. 1 in a digital mode (only elements common to both modes are shown) and

Fig. 3 zeigt verschiedene Signale in den Schaltungen der Fig. 1 und 2. Fig. 3 shows various signals in the circuits of FIGS. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt einen Analogeingang 10, eine Temperaturkompensa tionsschaltung 11, einen Abtast- und Halteverstärker (12), einen Kondensator 13 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 14. Der Abtast- und Halteverstärker 12 beinhaltet eine erste und zweite Stufe 15 und 16 sowie einen Schalter 17 zwischen diesen Stufen, wobei ein Steuereingang 18 den Schalter steuert. Fig. 1 shows an analog input 10 , a temperature compensation circuit 11 , a sample and hold amplifier ( 12 ), a capacitor 13 and a voltage controlled oscillator 14th The sense and hold amplifier 12 includes first and second stages 15 and 16 and a switch 17 between these stages, with a control input 18 controlling the switch.

Wie gezeigt, ist im Analogmodus der Schalter 18 geschlossen und ein weiterer Schalter 19 verbindet den Kondensator 13 mit Masse. Abtast- und Halteverstärker sind durch zwei Betriebsarten (Modi) gekennzeichnet. Im Abtastmodus folgt die Ausgangsspannung sehr genau der Eingangsspannung. Der Begriff "Verstärker" ist etwas ungenau, da die Gesamtverstärkung des Elements gleich eins ist. Der Begriff wird verwendet, weil die erste und zweite Stufe 15 und 16 Operationsverstärker mit hohem Eingangswiderstand sind.As shown, in the analog mode, the switch 18 is closed and a further switch 19 connects the capacitor 13 to ground. Sampling and holding amplifiers are characterized by two operating modes. In scan mode, the output voltage follows the input voltage very precisely. The term "amplifier" is somewhat inaccurate because the total gain of the element is one. The term is used because the first and second stages are 15 and 16 operational amplifiers with high input resistance.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung befindet sich im Abtastmodus. Wenn ein analoges Sprach- oder Tonsignal u_an an den Eingang 10 angelegt wird, veranlaßt dieses Signal, daß der Eingang des Abtast- und Halteverstärkers 12 um eine Nennvorspannung u_o herum variiert, die von der Temperaturkompensationsschaltung 11 genau festgelegt wird. Dementsprechend schwankt der Ausgang des Abtast- und Halteverstärkers 12 um die genaue Mittenspannung herum und läßt den VCQ 14 ein auf f_o freguenzmoduliertes Signal ausgeben. The circuit shown in Fig. 1 is in scan mode. When an analog voice or sound signal u is applied _to the input 10 , this signal causes the input of the sense and hold amplifier 12 to vary around a nominal bias u _o which is precisely determined by the temperature compensation circuit 11 . Accordingly, the output of the sample and hold amplifier 12 fluctuates around the center voltage exact around and makes the VCQ 14 freguenzmoduliertes a to f _o output signal.

Im Haltemodus des Abtast- und Halteverstärkers wird die Ausgangsspannung auf dem Wert der zuletzt abgetasteten Eingangs spannung gehalten. Der Verstärker arbeitet nun als ein analoger Spannungsspeicher für eine bestimmte Zeit, die von der typischen Abfallrate des verwendeten Elements abhängt.In the hold mode of the sense and hold amplifier, the Output voltage at the value of the last sampled input kept tension. The amplifier now works as an analog Voltage storage for a certain period of time by the typical Waste rate of the element used depends.

Während Abtast- und Halteverstärker üblicherweise als Puffer für Analog/Digitalwandler eingesetzt werden, um die abgetastete Spannung während der Umwandlungszeit des Wandlers konstant zu halten, arbeitet der Abtast- und Halteverstärker in dieser Anwendung als Spannungsabtaster für u_o, was wie folgt beschrieben wird.While sense and hold amplifiers are commonly used as buffers for analog / digital converters to keep the sensed voltage constant during the conversion time of the converter, the sense and hold amplifier in this application works as a voltage sampler for u _o , which is described as follows.

In Fig. 2 ist der Binärmodulationsmodus gezeigt, bei dem ein zweites Steuersignal an den Steuereingang 18 des Abtast- und Halteverstärkers 12 angelegt wird, welches den Schalter 17 öffnet. Unter der Annahme, daß dies stattfindet, wenn kein Signal am Analogeingang 10 anliegt, speichert der Kondensator 13 eine Spannung, die u_o entspricht. Hierdurch wird die benötigte höhe Frequenzstabilität erreicht. Durch Verwendung eines weiteren Umschalters 20 und gleich- und gegensinnig gerichteter Spannungsquellen 21 und 22 wird der Eingang der zweiten Stufe 16 des Verstärkers 12 nun zwischen den Spannungen u® und u₋ umgeschaltet. Die vom VCO 14 abgegebenen Frequenzen liegen symmetrisch oberhalb und unterhalb von f_o. Der Schalter 20 wird durch die Binärsignalquelle u_bin gesteuert. Der Abtast- und Halteverstärker 12 arbeitet nun als Summiereinrichtung zur gespeicherten temperaturkompensierten Steuerspannung u_o.In Fig. 2 the Binärmodulationsmodus is shown, in which a second control signal applied to the control input 18 of the sample and hold amplifier 12 which opens the switch 17. Assuming that this takes place when there is no signal at the analog input 10 , the capacitor 13 stores a voltage which corresponds to u _o . The required high frequency stability is achieved in this way. By using a further switch 20 and voltage sources 21 and 22 directed in the same and opposite directions, the input of the second stage 16 of the amplifier 12 is now switched between the voltages u® and u₋. The frequencies emitted by VCO 14 are symmetrical above and below f _o . The switch 20 is controlled by the binary signal source u _bin . The sample and hold amplifier 12 now works as a summing device for the stored temperature-compensated control voltage u _o .

In Fig. 3 werden die beiden Betriebsarten in einem Zeitdiagramm mit den resultierenden VCO-Frequenzen gezeigt.In Fig. 3, the two modes of operation are shown in a timing diagram with the resulting VCO frequencies.

Signal A ist das Analogsignal, welches am Eingang 10 anliegt. Zum Zeitpunkt t_bin beginnt die Binäroperation. Zu diesem Zeitpunkt ist das Sprachsignal A auf einen Wert abgeklungen, welcher vernachlässigbar gering entfernt von u_o ist. Der Schalter 17 wird geöffnet (Signal C) und u_bin liegt am Schalter 20 an (Signal B). Der kombinierte Ausgang der beiden Betriebsarten (Modi) ist als Signal D dargestellt.Signal A is the analog signal that is present at input 10 . The binary operation begins at time t _bin . At this point in time, the speech signal A has decayed to a value which is negligibly far from u _o . Switch 17 is opened (signal C) and u _bin is present at switch 20 (signal B). The combined output of the two operating modes (modes) is shown as signal D.

Es ist leicht verständlich, daß der Schalter 20 und die gegensinnig gerichteten Spannungen 21 und 22 ebenso durch den Einsatz eines CMOS-Übertragungsgatters (CMOS transmission gate), eines Spannungsteilers und eines Operationsverstärkers imple mentiert werden können.It is easy to understand that the switch 20 and the oppositely directed voltages 21 and 22 can also be implemented by using a CMOS transmission gate, a voltage divider and an operational amplifier.

Dementsprechend ist ein einfacher Binärmodulator beschrieben worden, welcher einen VCO ansteuert, ohne dabei eine hohe Frequenzstabilität zu verlieren. Dies wird durch eine vollständige Entkopplung des Temperaturkompensationsnetzwerks von der Binärsignalquelle während der Modulation bewerkstelligt, damit diese sich nicht gegenseitig beeinflussen können.A simple binary modulator is described accordingly which drives a VCO without a high Losing frequency stability. This is done by a complete decoupling of the temperature compensation network accomplished by the binary signal source during modulation, so that they cannot influence each other.

Der zusätzliche Modulator kann die Gesaintfrequenzstabilität nicht verändern. Die Schaltung hat den großen Vorteil, als Zusatzschaltung zu einem herkömmlichen Radio verwendet werden zu können. In dieser Weise stellt sie einen Modulator mit zwei Betriebsarten zur Verfügung, und zwar für Analog-FM und für binäre NRZ-FM.The additional modulator can improve overall frequency stability Don `t change. The circuit has the big advantage as Additional circuit to a conventional radio can be used to be able to. In this way, it provides a modulator with two Operating modes are available, namely for analog FM and for binary NRZ-FM.

Claims

1. Binärmodulator, gekennzeichnet durch:
ein Abtast- und Halteelement (12) mit einem Analogeingang, um ein analoges Eingangssignal zu empfangen, mit einem Steuereingang (18), um ein erstes und zweites Steuersignal zu empfangen, und mit einem Ausgang, wobei das Element das analoge Signal an seinen Ausgang weiterleitet, wenn das erste Steuersignal an seinem Steuereingang anliegt, und es eine Nennmittenspannung an seinem Ausgang zur Verfügung stellt, wenn das zweite Steuersignal an seinem Steuereingang anliegt, und weiterhin durch
eine Binärmodulationseinrichtung (19), die die Binär modulation des Ausgangs um die Nennmittenspannung herum beginnt, wenn das zweite Steuersignal am Steuereingang anliegt.1. Binary modulator, characterized by :
a sample and hold element ( 12 ) having an analog input to receive an analog input signal, a control input ( 18 ) to receive first and second control signals, and an output, the element passing the analog signal to its output when the first control signal is present at its control input and it provides a nominal mean voltage at its output when the second control signal is present at its control input, and further by
a binary modulation device ( 19 ) which begins the binary modulation of the output around the nominal mean voltage when the second control signal is present at the control input.

2. Modulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Temperaturkompensationseinrichtung (119, um eine temperaturkompensierte Vorspannung am Analogeingang bei zubehalten.2. Modulator according to claim 1, characterized by a temperature compensation device ( 119 , to maintain a temperature-compensated bias at the analog input.

3. Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Binärmodulationseinrichtung Einrichtungen (21, 22) enthält, die eine erste und eine zweite Spannung gleich- und gegensinnig gerichteter Polarität an den Ausgang anlegt.3. Modulator according to claim 1 or 2, characterized in that the binary modulation device contains means ( 21 , 22 ) which applies a first and a second voltage of the same and opposite polarity to the output.

4. Modulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtast- und Halteelement zwei Verstärkerstufen (15, 16) um faßt, und daß die Binärmodulationseinrichtung die erste und die zweite Spannung an den Eingang der zweiten Stufe (16) anlegt.4. Modulator according to claim 3, characterized in that the sample and hold element comprises two amplifier stages ( 15 , 16 ), and that the binary modulation device applies the first and the second voltage to the input of the second stage ( 16 ).

5. Modulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtast- und Halteelement eine Entkopplungseinrichtung (17) enthält, um die Stufen anhand eines Wechsels des Steuereingangssignals vom ersten Steuersignal zum zweiten Steuersignal zu entkoppeln.5. Modulator according to claim 4, characterized in that the sample and hold element contains a decoupling device ( 17 ) to decouple the stages by means of a change in the control input signal from the first control signal to the second control signal.