DE1537326A1 - Nichtlinearer Frequenzdiskriminator - Google Patents

Description

• Nichtlinearer Frequeilzdislcriinna-tor

  Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Sehaltungs-

  anordnung zur Demodulation von frequenzmodulierten binären

  Nachrichtenzeichen, insbesondere Telegrafiezechen.

  Bei den behazuiten Demodulationseinrichtun*gen für frequenzmodu-

  lierte Nachrichtenzeichen werden für die Rückwandlung der frequenzmodulierten Trägerschwingung in Nachrichtenzeichen Dislcriiniizatoreiz verwendet. Die üblichen Diskriminatoren sind als lineare Dzskriminatoren grundsätzlich für die Denodulation von Analoginformationen geeignet. Derartige FM-Diskriminatoren bestehen aus zwei in Reihe geschalteten Schwingkreisen, die auf Frequenzen abgestimmt sind, -die einen etwas größeren Abstand von der Kanalmittenfrequenz haben als' die Kennfrequenzen. Dadurch wird eine lineare Kenialinie des Diskriminators erreicht. Der Wirkungsgrad des Diskriminato,rs hängt vom Frequenzhub ab. Aufgabe der Erfindung ist es, ein< Verfahren für einen nichtlinearen Diskriminator anzugeben, dessen Wirkungsgrad gegenüber den bekannten Verfahren günstiger liegt, d: h. große Ausgangsspannungen bei kleiner Frequenzänderung. Diese-Schaltungsanordnung soll mit üblichen digitalen und analogen Schaltkreisen sowie RC-Gliedern einfach realisiert vierden Die Aufgabe der Erfindung wird-dadurch gelöst, da:ß das frequenzmodulierte Signal über ein Phasendrehglied mit-konstanter Ver-:.. zügerung an den einen Eingang einer logischen Verknüpfungsschaltung anliegt, daß das frequenzmodulierte Signal über ein Phasensprungnetzvrerk vorzugsgreise in Form eines RC-Netzvrerks, das eine Phasendrehung um .1800 in einem sehr engen Frequenzbereich aufweist, an den anderen Eingang der logischen Verknüpfungsschaltung liegt, daß die logische VerknÜpfungssohaltung einen Vergleich der beiden frequenzmodulierten Signale durchführt und daß bei Phasengleichheit die eine Polarität und bei Gegenphasigkeit der beiden Signale eine andere Pola-11 rität am Ausgang der Verknüpfungsschaltung abgegeben wird. Ein gemäß der Erfindung aufgebauter nichtlinearer Demodulator besitzt eisten Wirkungsgrad der unabhängig vom Frequenzhub des Nachrichtensignals ist. Dieses Verfahren benötigt keine Spulen und läßt sich mit den üblichen integrierten Schaltkreisen aufbauen. Dieser Demodulator besitzt auch bei sehr kleinem Prequenzhub einen guten Wirkungsgrad und gibt die Nachrichtenwichen unmittelbar als Doppelstromzeichen ab. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die demodulierte Trägerfrequenz einerseits mit konstanter Verzögerung, andererseits entsprechend der Momentanfrequenz nichtlinear verzögert auf eine Verknüpfungsschaltung gegeben wird: Der am Ausgang bei den bekannten FM-Diskriminatoreu benützte Tiefpaß sowie eine Abtastschaltung in Form einer Schmitt-Triggerschaltung zur Bildung der Schrittflanken, wird durch eine geeignete digitale logische Schaltung ersetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt keine amplitudenbegrenzte Eingangsspannung. Einzelheiten des Verfahrens und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel werden anhand der Figuren beschrieben. Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild fair die prinzipielle Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Figur 2a und 3b. zeigen verschiedene RC-Phasensprungnetzwerke. Figur 3a und 3b zeigen den Phasenverlauf der RC-Phasensprungnetzvterke. Figur 4a zeigt ein prinzipielles Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen-Verfahrens. Figur 4b zeigt ein dazugehöriges Zeitdiagramm und Figur 5 zeigt eine vorteilhafte logische Verknüpfungsschaltung. Figur 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens. Am Eingang E wird die frequenzmodulierte Trägerschwingung angelegt und im oberen Zweig die Phase des: Trägersignals durch ein integrierendes Netzwerk P frequenzunabhängig um 900 in der Phase gedreht und dem Begrenzer B' zugeführt. Im unteren Zweig befindet :sich ein RC-Netzwerk PS mit unstetigemPhasenverlauf, dessen Ausgangsspannung am Begrenzer B2 anliegt. Beim Betrieb der Schaltung in der Umgebung von f0 (vgl. Figur 3a und 3b) sind die beiden Ausgangsspannungen der Begrenzer Bi und B2 je flach Lage der Momentanfrequenz entweder in Phase oder in Gegenphase. Aus diesen beiden möglichen begrenzten Ausgangsspannungen werden mit Hilfe silier digitalen , Ausgangsschaltung DA binäre Nachrichtenzeichen gebildet, die am Ausgang A zur Verfügung stehest. Figur 2a und 2b zeigen RC-Phaseiispruiigiletzcierke, die innerhalb eines sehr engen Frequenzbereiches eine Phasendrehung voll 1800 bewirken. In Figur 3a und 3b sind die zugehörigen Phasenverläufe der Phasensprungneizvrerke dargestellt. In Figur 2a wird mit dein Verstärker V eine Gegenkopplung erreicht. In Figur 3ä ist mit -a der Phasenverlauf ohne Gegenkopplung und mit b der Phasenverlauf mit Gegenkopplung dargestellt. Die Verstärkuiig des Verstärkers V ist kleiner als E . In der Ordinate ist in Figur 3 die Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung e1 un der Ausgangsspannung e2 der Phasensprungnetzcrerke aufgetragen, während in der Abszisse das Verhältnis zwischen Morientanfrequenz f und Mittenfrequenz fä; aufgetragen ist. Aus Figur 3a und 3b ist zu ersehen, daß bei der Frequenz f0 die Phase V 'der allliegenden Spannung durch beide Netzwerke schnell um 180° gedreht wird. Die Schaltungen sind-daher in der Umgebung von f/fo = o,9 bis ','1 für den Auf-,bau eines Phasendiskrmnators für binäre Frequenzmodulation sehr gut geeignet. Die beiden RC-Phasensprungnetzrrerke in Figur 2a und 2b haben bei der Frequenz f® .eine starke Dämpfung:, die jedoch wegen ihres steilen Verlaufes sich nicht auswirkt. Durch eitle einfache Gegenkopplung lrie sie in Pigur 2a mit .dem Verstärker V dargestellt ist, kann die Wirksamkeit des Netzvrerkes noch erhöht werden, und zwar. ist dann die Anfälligkeit des Phasen sprungnetzvierkes gegenüber langsamen Änderungen der momentanfrequenz geringer: Dadurch wird erreicht, daß die Übergangs. zeit des Phasensprungnetzvrerkes viel kleiner als die- Übergangszeit des Systems ist, so daß der Übergang immer eng hinsichtlich Zeit und steil hinsichtlich Phase erfolgt. Figur 4a zeigt eiii vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens- anhand eines Blockschaltbildes. An den Eingang E wird das frequenzmodulierte Nachrichtensignal vom Empfangsfilter her eingespeist: Einerseits wird die frequenzmodulierte Trägerschriingung dem Phasendrehglied P zugeführt, das eiere konstante Phasendrehung von 90° bewirkt, andererseits wird die frequenzmodulierte Trägerschwingung dem Phasensprungnetz PS zugeführt, das innerhalb eines sehr engen Frequenzbereiches eine Phaseiidrehuzg um '80o bewirkt. Die Amplituden der beiden frequeüzmodulierten Trägerschwingungen vrerden durch die beiden Begrenzer B': und B2 begrenzt, wodurch die bei der Bandbegrenzung-auftretende Amplitudeivnodulation und die unterschiedliche Dämpfung der beiden phasendrehenden Netzvierke beseitigt vrerden. Die von den Begrenzern BI und B2 .abgegebenen Rechten: schaltung, insbesondere einer geführt, die die Bedingung f bei Phasengleichheit wird die lcschwingungen vrerden einer Gatter-Exklusiv-ODER-Schaltung G, zue -AH + H11 erfüllt, d. h. also eine Polarität am Ausgang alleeben, während bei Phasenungleichheit die andere Polarität abgegeben

  wird. Die Exklusiv-ODBR-Schaltung G kaiuz.B. einen Aufbau,

  ivie in Figur 5 gezeichnet, besitzeng irobei :die Schaltung aus

  4 NAND-Gattern besteht. Am Punkt 0 entsteht das Ausgangssignal. In Pigur 4b sind die zu Figur 4a gehörigen Zeitdiagramme dargestellt. Zeile a zeigt das binäre Nachrichtensignal, das in der Sendestation eingegeben wird und das am Ausgang A?- der Diskri-

  minatoruchaltung irieder zur Verfügung stehen soll. Die Zeile

  b zeigt das frequenzmodulierte Nachrichtensignal, das nach

  dein Empfangsfilter dem Eingang B zugoführt wird. Zeile c zeigt

  das frequenzmodulierte Signal nach dem Phasendrehglied P und

  Zeile d zeigt das frequenzmodulierte Signal nach dem Phasen-

  sprungnetztierk PS. Die beiden begrenzten Signale zeigen die

  Zeilen e und f, eaobei in Zeile e das Ausgangssignal des Be-

  grenzers BI und in Zeile f das Ausgangssignal des Begrenzers

  B2 dargestellt ist: Zeile g zeigt das Ausgangssignal C der digi-

  talen Gatterschaltung G, wobei das binäre Signal mit Störim-

  pülsen, die von den begrenzign Flanken des frequenzmodulierten

  Signals herrühren, versehen ist. Durch nachgeschaltete Ver-

  zögerungsglieder Vi und Y2 wird erreicht, da(3 die negativen

  Störspitzen; beseitigt werden. Dabei wird dem Verzögerungsglied

  Y4 das Ausgangssignal der Gatterschaltung G über ein Gatter N

  negiert zugeführt, Durch die Negation des Gatterausgangssignals

  werden die positiven Impulse zu negativen Impulsen umgevrandelt,

  und da die Verzögerungsglieder nur-auf positive Impulse und

  ilogutve impg]:oo läi>gerer 1)auer ansprechenr worden .dio,:nega-.

  r .v

  tvet Störimpüse zum Verochwin dein - gebracht: De verb@,eibenderi

  störinpnlse Worden durch die Verzöerungssleder um die Ver-

  gtigoruiigszeit -t verlängert R Zeileund i.). Den ierzögerungs-

  gliedern ist eine biztabito Kippschaltung K nachgeschaltet,

  die nur auf negative Flanken anspricht. Es zeigt sielt somit, daß die Kippschaltung K auf die negativen Flanken anspricht, die vom Verzögerungsglied durchgelassen wurden, da sie über die Verzögerungszeit hinaus andauerten. Die Verzögerungsglieder lasseil alle positiven Flanken, gleichgültig ob Nutz- oder Störimpulse, durch. Dies ist jedoch unerheblich, da die Kippschaltung K nur auf negative Impulse anspricht. Die erste negative Flanke in Zeile h 'entspricht dem Ausgang des Verzögerungsgliedes V!) steuert nach der Verzögerungszeit t die Kippschaltung K in die eine Zage (;Zeile K). Die nachfolgeirden positiven Störimpulse haben keinerlei Wirkung. Der erste negative Impuls am Ausgang des Verzögerungsgliedes V2 ,Zeile i.) steuert die Kippschaltung IC am- zweiten Eingang weder .n die Ausgangsstellung. Da beide Steuerimpulse für die Kippschaltung K um die Verzögerungszeit t verzögert sind, erscheint am Ausgang A! das unverzerrte binäre Zeichen ,',Zeile K). Für die Verzögerungsglieder V! uild -V2 kö uleii auch monostabile Kippschaltulgeil verwendet werden, wobei beachtet werden muß, daß eilte Durchschaltung der negativen Impulse an den Ausgang nur dalua erfolgt, vze ui deren Zeitdauer über die Verzögerungszeit hinaus andauert. Da meistens das Verhältnis zwischen Trägerfrequenz und Tastgeschwindigkeit sehr groß ist, können als Verzögerungsglieder V! und Y2 auch RC-Glieder verwendet werden, ohne daß die Schrittflanken der binären Zeichen am Ausgang abgeflacht werden, da die Schrittdauer ein Vielfaches der Zeitkonstante der RC-Glieder bildet. Es ist auch ohne weiteres möglich, daß man die positiven Flanken der von den Verzögerungsgliedern abgegebenen Impulsfolge zur Ansteuerung der bistabilen Kippschaltung K verweildet. Dann ist es jedoch erforderlich, daß die Verzögerungsglieder die positiven Störimpulse beseitige?, so daß nur die positiven Impulse durchgelassen werden, die über die Verzögerungszeit t hinaus andauern. Die negativen Impulse, die ,all die bistabile Kippschaltung gelangen, bleiben daml wirkungslos.

Claims (1)

1. P a t e ü t a zi s p r ü c h c 0 . Verfahren zur Demodulation von frequenzmodulierten binären Naclir;i.elitciizeiclieii, insbesondere Telegrafiezeichen, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzmodulierte Signal über ein Phaseiidreliglied mit konstanter Verzögerung an den einen Eingang einer logischen- Verknüpfungsschaltung liegt, daß das frequenzmodulierte Signal über ein Phasensprungnetzewerk, verzugsweise iii Form eifies RC-Netzi-rerlces, das eine Phasen- drehung um IM 0 in einem sehr engen Frequenzbereich aufweist, an den anderen Eingang der logischen Verknüpfungsschaltung liegt, daß die logische Verknüpfungsschaltung: einen Vergleich der beiden frequenzmodulierten Signale durchführt und daß bei Phasengleichheit die eine Polarität -und bei Gegenphasigkeit der beiden Signale eine andere Polarität am Ausgang der Verknüpfungsschaltung abgegeben, wird: Sohaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Maispruch 1, dadurch gekennzeichnet, da;ß die empfangene frequenzriodulierte Trägerschwingung Tiber ein RC-Glied, das eine konstante Phasenverschiebung um C° bewirkt, und einen Begreiiizerverstärlccr irr t d an den einen Eingang einer Gatter- schaltung :Ganliegt, daß die frequenzmodulierte Träger- schwingung über ein RC-Fliasciispruiigiietzt-rerlt, das in einem engen rireqiiciizbereicli eiric Phasendrehung um 1,800 bewirkt, am arideren Eingang der Gätterschaltung %G@ liegt, daß das Gattcrausgangssignal über einen Negator Nj an einem Vor- zögerungsglied ;V`.!,: anliegt, dessen Ausgangssignal den einen Eingang einer bistabilen Kippschaltung K) steuert und daß das Gatterausgangssignal einem zweiten VerzÖgerungeglied V2) direkt zugeführt wird, dessen Ausgang den anderen Eingang der bistabilen Kippschaltung .:K) steuert. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterschaltung G-i die Bedingung 0 = AB + BÄ oder AD + iü@ erfüllt.- Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch glceiuizcichnet, daß als Gatterschaltung vorteilhaft ein Exklusiv-ODER-Gatter verwendet wird. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsglieder Vi, V2 die negativen Impulse, die nicht über die Verzögerungszeit fit) hinaus andauern, sperren, daß die negativen Impulse, die über die Verzöge-. .t rungszeit` hinaus andauern, um die Verzögerungszeit ('t verzögert durchgelassen werden und daß die am Ausgang der Verzögerungsglieder auftretenden negativen Impulse die bistabile Kippschaltung (K) steuern. &. Schaltungsanordnung. nach Anspruch 2-, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsglieder (V1, V2) die positiven Impulse die nicht über die Verzögerungszeit it; hinaus dauern, sperren,_daß die positiven Impulse, die über die Vorzögerungszeit hinaus andauern, um die Verzögerungszeit (t) verzögert durchgelassen werden und-daß die am Ausgang der Verzögerungsglieder auftretenden positiver Impulse die bistabile Kippschaltung Kt steuern. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsglieder (VlV2 ) vorteilhaft elektronische Verzögorungsglieder, insbesondere monostabile Kippstufen, verwendet werden. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsgliedor J' V1, V2) vorteilhaft laufzeitglieder verwendet werden. 9. Schaltungsanordnung n eh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsglieder vorteilhaft RC-Glieder vorwendet ererden, deren Zeitkonstante um ein Vielfaches kleiner als die Schrittlänge der übertragenen binären Zeichen ist.