DE68909854T2 - Frequenzmodulator. - Google Patents

Frequenzmodulator.

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Description

    DER ERFINDUNG ZUGRUNDE LIEGENDER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frequenzmodulator, der einen Breitbandfrequenzdemodulator bildet, bei dem ein Videosignal als Modulationssignal verwendet wird.
  • In einem jüngeren Frequenzdemodulator, der ein Videosignal verarbeitet, wird hauptsächlich ein System verwendet, das eine PLL (Phase Locked Loop)-Schaltung, umfassend einen Phasenkomparator, einen Frequenzmodulator und einen Schleifenverstärker verwendet. Die Herstellung eines IC für Demodulatoren gemäß diesem System wird gegenwärtig durchgeführt. Bei der Herstellung des ICs ist es allgemein in der Praxis üblich, daß diese Schaltungen als Differentialschaltungen aufgebaut werden, um dadurch eine Signalverarbeitung, wie zum Beispiel Verstärkung und ähnliches durchzuführen.
  • Der herkömmliche Frequenzmodulator wird nachfolgend unter Bezug auf die Figuren beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt eine Schaltung eines herkömmlichen Frequenzmodulators.
  • In Fig. 1 bezeichnen Bezugszeichen 231 einen Transistor, 232 einen Transistor, 233 eine Konstantstromquelle, 234 und 235 Widerstände, 236 und 237 Kondensatoren, 238 und 239 Dioden mit steuerbarer Kapazität, 240 eine Resonanzspule, 241 und 242 Basisvorspannungswiderstände und 243 eine Spannungsquelle. Die Transistoren 231 und 232 sind in Differentialschaltung verbunden. Der Widerstand 234 ist mit einem Kollektor des Transistors 231 und einem Spannungsversorgungsanschluß C verbunden. Der Widerstand 235 ist mit dem Kollektor des Transistors 232 und dem Spannungsversorgungsanschluß C verbunden. Die zusammengeschalteten Emitter der Transistoren 231 und 232 sind mit der Konstantstromquelle 233 verbunden.
  • Andererseits sind die Kondensatoren 236 und 237 in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltung ist zwischen den Kollektor des Transistors 232 und die Basis des Transistors 231 eingefügt. Ein Verbindungspunkt der Kondensatoren 236 und 237 ist über einen Resonanzkreis geerdet, der die Resonanzspule 240 und die Dioden steuerbarer Kapazität 238 und 239 umfaßt, die an ihren Kathodenseiten in Reihe geschaltet sind. Ein Steuerspannungsanschluß D ist mit den Kathoden der Dioden 238 und 239 verbunden. Die Widerstände 242 und 241 sind in Reihe zwischen die Basen der Transistoren 232 und 231 in der Reihenfolge der Widerstände 242 und 241 geschaltet. Die Spannungsquelle 243 liegt an einem gemeinsamen Anschluß der Widerstände 242 und 241.
  • Der Betrieb des vorstehend beschriebenem Aufbau entsprechenden Frequenzmodulators wird nachfolgend beschrieben.
  • Zunächst wird durch die Spannungsquelle 243 über die Widerstände 241 oder 242 eine Vorspannung des Differentialverstärkers, der aus den Transistoren 231 und 232 zusammengesetzt ist, zugeführt. Jeder Kollektor der Transistoren 231 und 232 ist mit dem Spannungsversorgungsanschluß C durch die Widerstände 234 oder 235 verbunden. Die jeweiligen Kollektorströme, die durch die Transistoren 231 und 232 fließen, sind durch die Konstantstromquelle 233 gegeben, und der Kondensator 236 bildet eine Rückkopplungsschleife. Ein Modulationssignal wird als Steuerspannung an die Kathoden der Dioden 238 und 239 von dem Steuerspannungsanschluß D angelegt. Die Kapazitäten der Dioden steuerbarer Kapazität 238 und 239 werden von der angelegten Steuerspannung bestimmt. Eine Parallelresonanzschaltung, die durch die Resonanzspule 240 und die Dioden steuerbarer Kapazität 238 und 239 gebildet ist, ist mit der Basis des Transistors 231 über den Kondensator 237 verbunden und schwingt in Resonanz. Eine Schwingfrequenz ist durch eine Resonanzfrequenz der Parallelresonanzschaltung bestimmt und wird jeweils von den Kollektoren der Transistoren 231 und 232 abgegeben. E und F bezeichnen Ausgangsanschlüsse der Transistoren 231 und 232.
  • Bei dem vorstehenden Schaltungsaufbau wird jedoch das Schwingsignal an die Basis eines der beiden Transistoren angelegt, die Basis des anderen Transistors ist geerdet, und der Differentialverstärker wird in unsymmetrischem Zustand betrieben. Daher besteht das Problem, daß eine Differenz zwischen den Ausgangsschwingungssignalen von den Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors auftritt.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Breitbandfrequenzmodulator zu schaffen, bei dem ein symmetrisches Ausgangssignal, das keine Differenz zwischen den Schwingausgangssignalen des ersten und des zweiten Transistors aufweist, erzeugt wird, und ein Videosignal als Modulationssignal verwendet wird.
  • Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe ist ein Frequenzmodulator gemäß der vorliegenden Erfindung in der Weise aufgebaut, daß ein erster und ein zweiter Transistor in einer Differentialschaltung verschaltet sind, ein erster und ein zweiter Belastungswiderstand jeweils zwischen die jeweiligen Kollektoren des ersten und zweiten Transistors und einen Spannungsversorgungsanschluß geschaltet sind, der Kollektor des ersten Transistors mit einer Basis des zweiten Transistors über einen ersten Rückkopplungskondensator und einen in Reihe mit dem ersten Rückkopplungskondensator geschalteten zweiten Rückkopplungskondensator verbunden ist, der Kollektor des zweiten Transistors mit der Basis des ersten Transistors über einen dritten Rückkopplungskondensator und einen mit dem dritten Rückkopplungskondensator in Reihe geschalteten vierten Rückkopplungskondensator verbunden ist, die Anode oder die Kathode einer ersten Diode steuerbarer Kapazität mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Rückkopplungskondensator und die Kathode oder die Anode der zweiten Diode steuerbarer Kapazität mit der Kathode oder Anode der ersten Diode steuerbarer Kapazität verbunden ist. Die Anode oder Kathode der zweiten Diode steuerbarer Kapazität ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem dritten und dem vierten Rückkopplungskondensator verbundene ein Verbindungspunkt zwischen dem Verbindungspunkt des dritten und des vierten Rückkopplungskondensators und der Anode oder Kathode der zweiten Diode steuerbarer Kapazität ist über eine erste Resonanzspule mit Masse verbunden, ein Verbindungspunkt zwischen dem Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Rückkopplungskondensators und der Anode oder Kathode der ersten Diode steuerbarer Kapazität ist über eine zweite Resonanzspule mit Masse verbunden, und ein Modulationssignal liegt an dem Verbindungspunkt der Kathoden oder Anoden der ersten und der zweiten Diode steuerbarer Kapazität an.
  • Der Betrieb des erfindungsgemäßen Frequenzmodulators wird nachfolgend beschrieben.
  • Mit vorstehend beschriebenem Aufbau des erfindungsgemäßen Frequenzmodulators sind die Potentiale der Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors auf dasselbe Potential eingestellt, und eine positive Rückkopplungsschleife wird durch den ersten und den zweiten Rückkopplungskondensator, die die Basis des zweiten Transistors und den Kollektor des ersten Transistors verbinden, sowie durch den dritten und den vierten Rückkopplungskondensator gebildet, die die Basis des ersten Transistors und den Kollektor des zweiten Transistors verbinden.
  • An die erste und die zweite Basis werden Ausgangssignale derselben Amplitude abgegeben und in jedem Fall an die Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors rückgekoppelt, so daß der Schwingvorgang stattfinden kann. Der zweite und der vierte Rückkopplungskondensator wirken zur Unterdrückung des Auftretens von Multivibratorschwingungen im Differentialverstärker mit einer Schwingzeitkonstanten, die von der jeweiligen Kombination des ersten und des zweiten Vorspannungswiderstandes mit dem ersten und dem dritten Kondensator bestimmt wird. Die Resonanzschaltung ist zwischen dem Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Rückkopplungskondensators und dem Verbindungspunkt des dritten und des vierten Rückkopplungskondensators angeordnet.
  • Die Schwingfrequenz des Modulators wird durch die Dioden steuerbarer Kapazität und durch die Resonanzspulen bestimmt. Die von der Resonanzschaltung erzeugte Schwingspannung wird den Basen des ersten und des zweiten Transistors eingegeben. Bei der Frequenz des Modulationssignals, das an die Dioden steuerbarer Kapazität angelegt wird, kann die Impedanz der Resonanzspulen als ausreichend niedriger als die Impedanz der Dioden steuerbarer Kapazität betrachtet werden. Daher kann der Frequenzmodulator mit einer niedrigen Impedanz angesteuert werden und somit wird das gesamte Modulationssignal als eine Steuerspannung über die Dioden steuerbarer Kapazität angelegt. Somit wird es durch den Modulator mit vorstehend beschriebenem Aufbau möglich, eine Frequenzmodulation unter Verwendung eines Breitbandsignales, wie zum Beispiel eines Videosignales durchzuführen.
  • Das Dokument US-A-3371288 zeigt ebenfalls einen Frequenzmodulator, bei dem ein symmetrisches Ausgangssignal erzeugt wird, das keine Differenz zwischen dem Schwingausgangssignal des ersten und des zweiten Transistors aufweist, und bei dem ein Videosignal als ein Modulationssignal verwendet wird, wobei sich jedoch dessen Rückkopplungsschleifen, seine Resonanzkreise und seine Schaltungen zur Kopplung der Eingangs- und Ausgangssignale mit dem Modulator von denjenigen der vorliegenden Erfindung unterscheiden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines herkömmlichen Frequenzmodulators zeigt;
  • Fig. 2 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Frequenzmodulators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • Fig. 3 ist ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Frequenzmodulators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ein Frequenzmodulator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Fig. 2 und 3 zeigen Schaltungen von Frequenzmodulatoren nach Ausführungsformen der Erfindung.
  • In Fig. 2 bezeichnen Bezugszeichen 11 einen Transistor, 12 einen Transistor, 13 eine Konstantstromquelle, 14 einen Belastungswiderstand, 15 einen Belastungswiderstand, 16 einen Rückkopplungskondensator, 17 einen Rückkopplungskondensator, 18 einen Rückkopplungskondensator, 19 einen Rückkopplungskondensator, 120 eine Resonanzspule, 121 eine Diode steuerbarer Kapazität, 122 eine Diode steuerbarer Kapazität, 123 eine Resonanzspule, 124 und 125 Vorspannungswiderstände und 126 eine Spannungsquelle. In Fig. 3 bezeichnen Bezugszeichen 301 und 302 Dioden steuerbarer Kapazität. In Fig. 3 entsprechen die übrigen Bauteile denjenigen in Fig. 2.
  • Die Transistoren 11 und 12 sind in Differentialschaltung miteinander verbunden. Die Emitter der Transistoren 11 und 12 sind miteinander verbunden. Die Konstantstromquelle 13 ist zwischen die zusammengeschalteten Emitter und einen Bezugspotentialpunkt geschaltet. Der Widerstand 14 ist zwischen den Kollektor des Transistors 11 und einen Spannungsversorgungsanschluß A geschaltet. Der Widerstand 15 ist zwischen den Kollektor des Transistors 12 und den Spannungsversorgungsanschluß A geschaltet. Die Rückkopplungskondensatoren 17 und 19 sind in Reihe geschaltet und liegen zwischen dem Kollektor des Transistors 11 und der Basis des Transistors 12. Die Rückkopplungskondensatoren 16 und 18 sind in Reihe geschaltet und liegen zwischen dem Kollektor des Transistors 12 und der Basis des Transistors 11. Ein Ende der Resonanzspule 120 und die Anode der Diode steuerbarer Kapazität 121 sind mit einem Verbindungspunkt der Rückkopplungskondensatoren 17 und 19 verbunden. Das andere Ende der Resonanzspule 120 ist mit einem Erdpotentialpunkt verbunden. Andererseits sind ein Ende der Resonanzspule 123 und die Anode der Diode steuerbarer Kapazität 122 mit einem Verbindungspunkt der Rückkopplungskondensatoren 16 und 18 verbunden. Die Kathoden der Dioden steuerbarer Kapazität 121 und 122 sind miteinander verbunden und ein Modulationssignal wird als Steuerspannung von einem Anschluß B an einen Verbindungspunkt der Kathoden der Dioden steuerbarer Kapazität 121 und 122 angelegt. Ein Ende des Vorspannungswiderstandes 124 ist mit der Basis des Transistors 11 verbunden. Ein Ende des Vorspannungswiderstandes 125 ist mit der Basis des Transistors 12 verbunden. Die anderen Enden der Widerstände 124 und 125 sind gemeinsam mit der Spannungsquelle 126 verbunden.
  • Der Betrieb des wie vorstehend beschrieben aufgebauten Frequenzmodulators wird nachfolgend unter Bezug auf Fig. 2 erläutert.
  • Zunächst wird eine Basisvorspannung des Differentialverstärkers von der Spannungsquelle 126 durch die Widerstände 124 oder 125 zugeführt. Ein Konstantstrom, der durch die Kollektor-Emitterkreise der beiden Transistoren 11 und 12 fließt, wird von der Konstantstromquelle 13 abgegeben, und eine Rückkopplungsschleife wird durch die Rückkopplungskondensatoren 16 bis 19 gebildet.
  • Das Modulationssignal wird als eine Steuerspannung von Anschluß B an die Kathoden der Dioden 121 und 122 angelegt. Die Kapazitäten der Dioden steuerbarer Kapazität 121 und 122 werden durch die Steuerspannung bestimmt. Die von den jeweiligen Kombinationen der Resonanzspulen 120 und 123 mit den Dioden steuerbarer Kapazität 121 und 122, die in Reihe zwischen den Verbindungspunkt der Rückkopplungskondensatoren 16 und 18 und den Verbindungspunkt der Rückkopplungskondensatoren 17 und 19 geschaltet sind, gebildeten Resonanzkreise schwingen in Resonanz. Dadurch wird eine Schwingfrequenz bestimmt, und es wird ein symmetrisches Ausgangssignal erzeugt. Die Belastungswiderstände 14 und 15, die Rückkopplungskondensatoren 16 und 17 und die Rückkopplungskondensatoren 18 und 19 sind so ausgewählt, daß sie jeweils denselben Wert haben.
  • Die Rückkopplungskondensatoren 18 und 19 werden zur Abschwächung der Kopplung zwischen dem Resonanzkreis und dem Differentialverstärker verwendet und wirken ferner als Elemente zur Bestimmung der Linearität in der Beziehung zwischen der Schwingfrequenz und der Steuerspannung. In einem Breitbandmodulator, der ein Videosignal verarbeitet, übt die Linearität einen großen Einfluß auf die Differentialverstärkung des Trägerchrominanzsignales und die Differentialphase des Videosignales aus. Die Kapazitäten der Rückkopplungskondensatoren 18 und 19 sind so ausgewählt, daß sie einen Wert von 5 pF haben, um eine gute Linearität sicherzustellen. Andererseits werden zwei Dioden steuerbarer Kapazität 121 und 122 verwendet, um die Hochfrequenzverzerrung zu unterdrücken.
  • Wie vorstehend beschrieben werden gemäß der Ausführungsform die Schwingspannungen, die von den Resonanzkreisen erzeugt werden, an die Basen der Transistoren 11 und 12 angelegt, die in Differentialschaltung verbunden sind. Die Rückkopplungsschleife wird von den Rückkopplungskondensatoren 16 und 17 mit gleichem Kapazitätswert und von den Rückkopplungskonden satoren 18 und 19 mit gleichem Kapazitätswert gebildet. Symmetrisch modulierte Ausgangsignale, deren Phasen einander entgegengesetzt sind, werden jeweils am Kollektor der Transistoren 11 und 12 erzeugt. Da die Impedanz der Resonanzspulen 120 und 123 in ausreichendem Maße niedriger ist als die Impedanzen der Dioden steuerbarer Kapazität 121 und 122, wird der Frequenzmodulator mit einer niedrigen Impedanz angesteuert und das gesamte Modulationssignal kann als Steuerspannung über den Dioden steuerbarer Kapazität angelegt werden. Ein Beispiel der Werte der jeweiligen Komponenten ist nachfolgend dargestellt.
    • Beispiel der Werte der Komponenten
  • Belastungswiderstände 14, 15 200 X
  • Rückkopplungskondensatoren 16, 17 5 pF
  • Rückkopplungskondensatoren 18, 19 5 pF
  • Vorspannungswiderstände 124, 125 5 kX
  • Konstantstromquelle 13 4 mA
  • Diode steuerbarer Kapazität 121 MM 334B
  • Diode steuerbarer Kapazität 122 MM 338 Produkte von MATSUSHITA ELECTRONICS COMPONENTS CO, LTD
  • Resonanzspulen 120, 123 18 nH
  • Transistoren 11, 12 integrierte Schaltungen
  • Spannungsversorgungsanschluß A Gleichspannung 5V
  • Spannungsquelle 126 Gleichspannung 3V
  • In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Dioden steuerbarer Kapazität 121 und 122 miteinander an ihren Kathoden verbunden. Wie jedoch Fig. 3 zeigt, ist es auch möglich, einen Resonanzkreis in der Weise aufzubauen, daß die jeweiligen Anoden der Dioden steuerbarer Kapazität 301 und 302 miteinander verbunden sind, wobei ein Verbindungspunkt zwischen dem Verbindungspunkt der Rückkopplungskondensatoren 17 und 19 und der Kathode der Diode steuerbarer Kapazität 301 über die Resonanzspule 120 mit Masse verbunden ist und gleichzeitig mit der Basis des Transistors 12 über den Rückkopplungskondensator 19 verbunden ist und ein Verbindungspunkt zwischen dem Verbindungspunkt der Rückkopplungskondensatoren 16 und 18 und der Kathode der Diode steuerbarer Kapazität 302 über die Resonanzspule 123 mit Masse verbunden ist und gleichzeitig mit der Basis des Transistors 11 über den Rückkopplungskondensator 18 verbunden ist.
  • Wie vorstehend beschrieben sind gemäß vorliegender Erfindung der erste und der zweite Transistor in Differentialschaltung miteinander verbunden und die Schwingsignale werden an die Basen des ersten und des zweiten Transistors angelegt, so daß der Frequenzmodulator ein symmetrisches Ausgangssignal erzeugt. Andererseits kann der Frequenzmodulator, da die Impedanzen der Resonanzspulen als ausreichend niedriger als die Impedanzen der Dioden steuerbarer Kapazität betrachtet werden können, mit niedriger Impedanz angesteuert werden, und das gesamte Modulationssignal wird als Steuerspannung über die Dioden steuerbarer Kapazität angelegt. Daher kann eine Frequenzmodulation unter Verwendung eines Breitbandsignales, wie zum Beispiel eines Videosignales durchgeführt werden, wodurch in der Praxis ein hervorragender Effekt erzielt wird.

Claims (2)

1. Frequenzmodulator mit:
einem einen Differentialverstärker bildenden ersten und zweiten Transistor (11, 12);
einem zwischen die jeweiligen Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (11, 12) und einen Stromversorgungsanschluß (A) geschalteten ersten und zweiten Belastungswiderstand (14, 15);
einer Reihenschaltung eines ersten und zweiten Rückkopplungskondensators (17, 19), die zwischen den Kollektor des ersten Transistors (11) und eine Basis des zweiten Transistors (12) geschaltet ist;
einer Reihenschaltung eines dritten und vierten Rückkopplungskondensators (16, 18), die zwischen den Kollektor des zweiten Transistors (12) und eine Basis des ersten Transistors (11) geschaltet ist;
einer ersten und zweiten Diode (121, 122) veränderlicher Kapazität, deren jeweilige Kathoden miteinander verbunden sind und bei denen eine Anode der ersten Diode (121) veränderlicher Kapazität mit der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Rückkopplungskondensators (17, 19) und eine Anode der zweiten Diode (122) veränderlicher Kapazität mit der Verbindungsstelle des dritten und vierten Rückkopplungskondensators (16, 18) verbunden sind;
einer ersten Resonanzspule (120), die mit ihrem einen Ende mit der Anode der ersten Diode (121) veränderlicher Kapazität und mit ihrem anderen Ende mit einem Bezugspotentialpunkt verbunden ist; und
einer zweiten Resonanzspule (123), die mit ihrem einen Ende mit der Anode der zweiten Diode (122) veränderlicher Kapazität und mit ihrem anderen Ende mit dem Bezugspotentialpunkt verbunden ist,
bei dem ein Modulationssignal an die gemeinsame Kathodenverbindung der ersten und zweiten Diode (121, 122) veränderlicher Kapazität angelegt wird und Schwingungsausgangssignale von den jeweiligen Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (11, 12) erhalten werden.
2. Frequenzmodulator mit:
einem einen Differentialverstärker bildenden ersten und zweiten Transistor (11, 12);
einem zwischen die jeweiligen Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (11, 12) und einen Stromversorgungsanschluß (A) geschalteten ersten und zweiten Belastungswiderstand (14, 15);
einer Reihenschaltung eines ersten und zweiten Rückkopplungskondensators (17, 19), die zwischen den Kollektor des ersten Transistors (11) und eine Basis des zweiten Transistors (12) geschaltet ist;
einer Reihenschaltung eines dritten und vierten Rückkopplungskondensators (16, 18), die zwischen den Kollektor des zweiten Transistors (12) und eine Basis des ersten Transistors (11) geschaltet ist;
einer ersten und zweiten Diode (301, 302) veränderlicher Kapazität, deren jeweilige Anoden miteinander verbunden sind und bei denen eine Anode der ersten Diode (121) veränderlicher Kapazität mit der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Rückkopplungskondensators (17, 19) und eine Kathode der zweiten Diode (122) veränderlicher Kapazität mit der Verbindungsstelle des dritten und vierten Rückkopplungskondensators (16, 18) verbunden sind;
einer ersten Resonanzspule (120), die mit ihrem einen Ende mit der Kathode der ersten Diode (301) veränderlicher Kapazität und mit ihrem anderen Ende mit einem Bezugspotentialpunkt verbunden ist; und
einer zweiten Resonanzspule (123), die mit ihrem einen Ende mit der Kathode der zweiten Diode (302) veränderlicher Kapazität und mit ihrem anderen Ende mit dem Bezugspotentialpunkt verbunden ist,
bei dem ein Modulationssignal an die gemeinsame Anodenverbindung der ersten und zweiten Diode (301, 302) veränderlicher Kapazität angelegt wird und Schwingungsausgangssignale von den jeweiligen Kollektoren des ersten und zweiten Transistors (11, 12) erhalten werden.
DE89306959T 1988-07-11 1989-07-10 Frequenzmodulator. Expired - Fee Related DE68909854T2 (de)

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