CN1058116C - 用锁相环来控制调频检测电路的输出电平的装置 - Google Patents

Abstract

使用锁相环的FM检测电路，包括：参考电压单元，产生参考电压；相位检测器，感测一调频信号和一参考信号间的相位差，并产生误差信号；低通滤波器，接收误差信号并滤去高频信号以得到一滤波后的信号；压控振荡器，响应于并基于滤波后信号产生所述参考信号；DC成分检测器，从滤波后信号得到一DC成分电压；及压控放大器，接收参考电压、DC成分电压和滤波后信号，并放大该滤波后的信号，其基于参考电压和DC成分电压间的差来控制所述滤波后的信号的增益。从而输出一恒定的电平电压。

Description

用锁相环来控制调频检测电路的输出电平的装置

本发明涉及一种使用锁相环(PLL)模式的改进的调频(FM)检测电路。

一般地，使用PLL模式的FM检测电路形成一个闭合的反馈电路。该闭合的反馈电路包括一相位检测器、一低通滤波器、一放大器和一个电压控制的振荡器。

该电路以这种方式来构造，使得输入信号的频率和相位由相位检测器来进行比较，正比于由这种比较得到的误差而产生一个电压，然后该误差电压在通过一低通滤波器后被一放大器放大。之后，放大的误差电压被加至一电压控制的振荡器，该振荡器改变所加的电压频率以降低电压控制振荡器的振荡频率和相位差。

PLL电路用来控制不同电路，包括伺服电机电路，FM调谐器和本机振荡器，其每一个在不同的频率下均为高度稳定的。

以下参照图1对常规的使用PLL模式的FM检测电路100进行说明。使用一个参考电压单元1来提供参考电压。相位检测器2检测调频信号和频率信号之间的相位差。低通滤波器3从相位检测器2接收其输出信号，并在只让低频信号从其中通过之后，输出一检测信号。电压控制振荡器4从低通滤波器3接收输出信号，并改变其频率信号。

如由用户加上了电源，则相位检测器2接收一FM信号和一来自电压控制振荡器的输入信号，比较这两个信号的相位，并产生一正比于相位差的DC(直流)电压。

随后，低通滤波器3接收来自参考电压单元1的参考电压和来自相位检测器2的DC电压，并通过让低频信号从其中通过而产生一检测信号。

下一步，电压控制振荡器4接收低通滤波器3的输出信号，并产生将被输入给相位检测器2的振荡信号。

在这样的一个反馈电路中，检测信号电平是基于电压控制振荡器4的增益来确定的。一般地，电压控制振荡器4的增益反比于检测信号电平。即，在载波频率和调制度为恒定的条件下，当电压控制振荡器4的增益上升时，检测信号电平降低，并且当增益降低时，电平上升。

当在集成电路中使用如图所示的常规FM检测电路时，控制检测信号的电压是较困难的，这是因为作为制造容许公差的结果，电压控制振荡器的电阻值和电容值可以变化。

更具体地讲，如果电压控制振荡器的自由工作频率降到了低于有制造容差的电压控制振荡器的电阻和电容作用下的一个预定频率，则该电压控制振荡器的增益将会低于一预定的增益，并且检测信号电平将会上升到一平均电压之上。如果电压控制振荡器的自由工作频率超过了一预定的频率，电压控制振荡器的增益将会高于预定增益，而检测的信号电平将低于平均电压。

因此，对于如图1所示的使用PLL模式的常规FM检测电路来讲，产生具有精确电平的输出信号是困难的。

本发明的一个目的是解决与上述常规电路相关的上述问题。

本发明的另一个目的是提供一种使用锁相环(PLL)模式的FM检测电路，这种电路通过在感测列在输出信号电平中的变化之后对输出信号电平进行调整，能够在任何时间输出具有恒定电压电平的信号，而不受有制造容差的电压控制振荡器的电阻和电容值的影响。

因此，为了至少达到上述目的，按照本发明，提供了一种使用PLL模式的FM检测电路，该电路控制其输出电平。该FM检测电路包括一参考电压单元，一相位检测器、一低通滤波器、一电压控制振荡器、一个DC成分检测器和一电压控制的放大器。参考电压单元提供一参考电压。相位检测器感测一调频信号和一频率信号之间的相位差，并在检测相位差时输出一信号。低通滤波器接收相位检测器的输出信号，并通过只让低频信号从其中通过，输出一检测信号。电压控制振荡器接收低通滤波器的输出信号，并输出一振荡信号。DC成分检测器接收低通滤波器的输出信号，并检测DC成分。电压控制放大器接收参照电压和DC成分检测器的输出电压，并通过基于这两个电压之差控制其增益来输出一恒定的电压电平。

图1示出了使用锁相环(PLL)模式的常规的FM检测电路的方框图；及

图2示出了根据本发明的使用锁相环(PLL)模式的FM检测电路的实施例的方框图。

下文将参照图2对本发明实施例进行详细说明。

如图2所示，提供一个使用锁相环(PLL)模式的FM检测电路110，它包括一个用来控制其输出电平的装置。为了决定锁相环的电压控制振荡器24的自由工作频率，参考电压单元21始终输出固定的直流电压VC1到一电压控制放大器26中。相位检测器22感测FM信号和另一频率信号之间的相位差，并在检测相位差时输出一信号。低通滤波器23接收参考电压单元21和相位检测器22的输出信号，并通过只让低频信号通过其中来从输入信号中除去载波成分。电压控制振荡器24接收低通滤波器23的输出信号，并输出一振荡信号。DC成分检测器25接收低通滤波器的输出信号，并检测DC成分。电压控制放大器26接收参考电压VC1和来自DC成分检测器25的恒定电压VC2，并通过基于这两个电压之间的差控制其增益，输出一恒定电平电压。

一旦由使用者加上电源，上述FM检测电路开始工作。此时，该装置处于自由工作条件，并且电压控制振荡器24以一个由来自参考电压单元21的参考电压VC1所确定的自由工作频率进行振荡。另外，由于DC成分检测器25的输出电压VC2等于来自参考电压单元21的参考电压VC1，所以电压控制的放大器26的增益为“1”。

当FM信号被输入到相位检测器22时，该电路处于闭锁状态，且相位检测器22检测来自FM信号的载波频率。

当电压控制振荡器24的自由工作频率降至一预定频率之下时，由于电压控制振荡器24的电阻和电容与标准值相比有一容许的偏差，电压控制振荡器24的电压VC应该比所加的参考电压VC1更高，以便检测载波频率。

当自由工作频率降低时，电压控制振荡器24的增益也降低，而低通滤波器23的输出电压VC变得比一预定电压更高。

另一方面，低通滤波器24的输出电压VC经由检测DC成分的DC成分检测器25被输入到电压控制放大器26。此时，VC1和VC2之间的电压差被电压控制放大器26确定为一个负值，这是因为DC成分检测器25的输出电压VC2要比来自参考电压单元21的参考电压VC1更高。因此，电压控制放大器26减少输入到其中的电压的增益，并在用此增益乘以从低通滤波器23输入的信号后，输出最终的输出信号。这样用这种方式，比预定电压高的来自低通滤波器23的输出电压VC被降低到一个等于该预定电压的值。

当电压控制振荡器24的自由工作频率超过预定频率时，由于电压控制振荡器24的电阻和电容离标准值有一容许偏差，电压控制振荡器24的电压VC应该比所加的参考电压VC1更低，以便检测载波频率。

当自由工作频率上升时，电压控制振荡器24的增益也上升，而低通滤波器23的输出电压VC被降低到一个低于预定电压的值。

低通滤波器23的输出电压VC的DC成分经DC成分探测器25被输入到电压控制放大器26。

在此时，VC1和VC2间的电压差被电压控制放大器26确定为一正值，因为DC成分检测器25的输出电压比来自参考电压单元21的参考电压VC1要低。因此，电压控制放大器26增大其增益。以这种方式，从低通滤波器输出的比预定电压要低的电压VC被增大，以变为等于该预定电压。

在这种电路中，电压控制放大器26基于来自参考电压单元21和DC成分检测器25的电压VC1和VC2来控制其增益。更具体地讲，电压控制放大器26的增益正比于从VC1到VC2的电压变化幅度，不然的话，当电压变化幅度为“0”时，增益为“1”。当参考电压VC大于DC成分检测器25的输出电压VC2时，电压控制放大器26的增益的大小正比于参考电压VC1和DC成分检测器25的输出电压VC2间的电压差而增加；而当参考电压VC1低于DC成分检测器25的输出电压VC2时，该增益正比于参考电压VC1和DC成分检测器25的输出电压VC2间的电压差而减小。

最好是电压控制放大器26的增益以这样一种方式来变化，即使得它等于由与标准值具有容许偏差的电压控制振荡器24的电阻和电容所引起的电压变化幅度。例如，如果容许偏差引起电压变化高至40％的最大值，则电压控制振荡器24的增益在VC1和VC2间的电压差为正时，相对于正常增益增加40％；而在该电压差为负时，增益减少40％。

因此，电压控制放大器26通过对由电压控制振荡器24的电阻和电容的制造容差所引起的电压变化进行补偿，输出一恒定的电压。其结果，通过感测电压控制振荡器24的电阻和电容对离标准值的偏差所引起的电压变化，以及通过相应地控制电压控制的放大器26的增益，提供了一种改进了的使用PLL的FM检测电路，这种电路控制其输出，以精确地保持一恒定的电压电平。

虽然以上结合一具体的实施例对本发明的特定装置、结构和步骤进行了描述，但是任何不偏离本发明的精神的对细节的改变，包括等同的装置、结构和步骤等都应被视为是在本发明的所附权利要求书的范围之内。

Claims (6)

1、一种使用锁相环的调频检测电路，其特征在于，该电路包括：

一个参考电压单元，用于产生一参考电压；

一相位检测器，用于感测一调频信号和一参考信号间的相位差，并产生一个误差信号；

一低通滤波器，用于接收所述误差信号并从其中滤去高频信号以得到一滤波后的信号；

一电压控制振荡器，用来响应于所述滤波后的信号产生所述参考信号，并基于所述滤波后的信号产生所述参考信号；

一DC成分检测器，用于从所述滤波后的信号得到一DC成分电压；以及

一电压控制的放大器，接收所述参考电压、所述DC成分电压和所述滤波后的信号，并放大该滤波后的信号，用来基于所述参考电压和所述DC成分电压间的差来控制所述滤波后的信号的增益。

2、如权利要求1所述的调频检测电路，其特征在于，所述DC成分检测器包括另一个低通滤波器。

3、如权利要求1所述的调频检测电路，其特征在于，所述电压控制放大器包括用来将所述增益设置为一个正比于所述参考电压和DC成分电压间的所述差值的装置，当该差为0时，所述增益被置为1。

4、如权利要求2所述的调频检测电路，其特征在于，所述电压控制放大器包括用来将所述增益设置为一个正比于所述参考电压和DC成分电压间的所述差值的装置，当该差为0时所述增益被置为1。

5、如权利要求1所述的调频检测电路，其特征在于，控制所述增益使得当所述参考电压大于所述DC成分电压时，输入给所述电压控制放大器的信号电平增加一个正比于所述差的量；而当所述参考电压小于所述DC成分电压时，输入给该电压控制的放大器的信号电平减少一个正比于该差的量。

6、如前述权利要求任何一个所述的调频检测电路，其特征在于，当所述DC成分的电平减少时，所述增益增加，而当该DC成分的电平增加时，该增益减小。

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