DE3030211A1 - Phase equalisation circuit for AC voltage and reference - subtracts derived quadrature component to provide in-phase component - Google Patents
Phase equalisation circuit for AC voltage and reference - subtracts derived quadrature component to provide in-phase componentInfo
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Abstract
Description
VERFAHREN ZUR BESEITIGUNG PROCEDURE FOR DISPOSAL
VON PHASENVERSCHIEBUNGEN Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von Phasenverschiebungen zwischen einem Wechselspannungssignal und einem Referenzsignal gleicher Frequenz und eine Schaltung zum Ausüben des Verfahrens. OF PHASE SHIFTS The invention relates to a method for Elimination of phase shifts between an AC voltage signal and a Reference signal of the same frequency and a circuit for carrying out the method.
Durch Eigenschaften eines Übertragungssystems treten Phasenverschiebungen an übertragenen Wechselspannungssignalen auf. Wird die Information durch eine phasen- oder frequenzmodulierte Wechselspannung übertragen, verfälscht die Phasenverschiebung die Information so, daß eine Demodulation nicht die ursprüngliche Information zurückliefert. Aber auch bei der Übertragung eines Wechselspannungssignals, dessen Amplitude die Information enthält, können Phasenverschiebungen die Rückgewinnung der Information beeinträchtigen. Insbesondere bei einer anschließenden Auswertung mit phasensynchronen Gleichrichtern, bei der durch Integration über ein Integrationsintervall während der positiven Halbwelle eines synchronen Trägersignals als Referenzsignal ein Mittelwert gebildet wird, der ein Maß für die Amplitude ist, können schon geringe Phasenverschiebungen zu erheblichen Fehlern führen.Phase shifts occur due to the properties of a transmission system on transmitted AC voltage signals. If the information is provided by a phase or frequency-modulated AC voltage, falsifies the phase shift the information in such a way that demodulation does not return the original information. But also when transmitting an alternating voltage signal, the amplitude of which is the Contains information, phase shifts can facilitate the recovery of the information affect. Especially with a subsequent evaluation with phase-synchronous Rectifiers, during which by integration over an integration interval the positive half-wave of a synchronous carrier signal as a reference signal a mean value is formed, which is a measure of the amplitude, even small phase shifts can lead to significant errors.
Wenn Referenzsignal und Wechselspannungssignal eine Phasenverschiebung aufweisen, wird das Integrationsintervall verschoben,und' das Ergebnis der Integration liefert einen Wert, in den nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phasenverschiebung eingeht.If the reference signal and AC voltage signal have a phase shift will be the integration interval moved, and 'the result the integration provides a value in which not only the amplitude but also the phase shift is received.
Diese Phasenverschiebungen zwischen Wechselspannungssignal und Referenzsignal wirken sich besonders nachteilig in Regelkreisen aus, bei denen die Amplitude eines mit dem Referenzsignal syncoronen Wechselspannungssignals zum Abgleichen des Regelkreises ausgewertet wird. Beispielsweise soll eine Winkelangabe in eine mechanische Drehung um diesen Winkel umgesetzt werden. Zur Lösung dieses Problems verwendet man rechnende Resolver.These phase shifts between the AC voltage signal and the reference signal have a particularly disadvantageous effect in control loops in which the amplitude of a AC voltage signal synchronized with the reference signal for adjusting the control loop is evaluated. For example, an angle specification should be in a mechanical rotation be implemented by this angle. Calculating is used to solve this problem Resolver.
Ein Resolver besteht aus Stator und Rotor und wirkt im wesentlichen wie ein Transformator. Der Stator wird mit einem sinusförmigen Referenzsignal und einem Signal für die gewünschte Winkelstellung des Rotors gespeist, der Rotor liefert eine sinusförmige Ausgangsspannung des Resolvers, deren Amplitude die momentane Abweichung der Rotorstellung vom gewünschten Winkel kennzeichnet.A resolver consists of a stator and rotor and essentially works like a transformer. The stator is supplied with a sinusoidal reference signal and fed a signal for the desired angular position of the rotor, the rotor delivers a sinusoidal output voltage of the resolver, the amplitude of which is the instantaneous Indicates deviation of the rotor position from the desired angle.
Der Rotor wird so lange gedreht, bis die Ausgangsspannung des Resolvers Null ist. Da der Resolver kein ideales Bauelement ist, führen mechanische Fertigungstoleranzen, Wirbelstromverluste und Sättigungserscheinungen im Rotor- und Statorkern dazu, daß die Ausgangsspannung des Resolvers gegenüber dem Referenzsignal eine Phasenverschiephasensynchronen bung aufweist, die zu Fehlern bei der/Auswertung der Amplitude führt. Bei einer Nachführung des Rotors auf die gewünschte Winkelstellung kann kein exakter Nullabgleich erreicht werden. Da diese Phasenverschiebungen auch von der momentanen Stellung des Rotors abhängen, können sie nicht durch Kompensation mit fest vorgegebenen kapazitiven oder induktiven Blindwiderständen'kompensiert werden. Eine Kompensation mit fest vorgegebenen Widerständen ist auch dann wirkungslos, wenn die Phasenverschiebungen zeitlich nicht konstant sind.The rotor is rotated until the output voltage of the resolver Is zero. Since the resolver is not an ideal component, mechanical manufacturing tolerances lead to Eddy current losses and saturation phenomena in the rotor and stator core to the fact that the output voltage of the resolver is phase-shift synchronous with respect to the reference signal has exercise that leads to errors in the / evaluation of the amplitude. At a Tracking the rotor to the desired angular position is not an exact zero adjustment can be achieved. There these phase shifts also differ from the current one Depending on the position of the rotor, they cannot be compensated with fixed values capacitive or inductive reactances are compensated. A compensation with fixed predetermined resistances is also ineffective if the phase shifts are not constant over time.
Zur Beseitigung von Phasenverschiebungen eines Wechselspannungssignals ist bereits in der deutschen Auslegeschrift 28 54 832 eine Schaltung angegeben, deren Eingangssignal eine Einhüllende, die nach einer pseudozufälligen Phasensprungmodulation kodiert ist, und einen phasenmodulierten Träger bekannter Frequenz enthält. Das Ausgangssignal der Schaltung weist nur noch die Amplitudenmodulation, nämlich die pseudozufällige Phasensprungmodulation, aber nicht mehr die Phasenmodulation auf. Die Schaltung besteht aus einem Mischer, der mit einem Trägersignal gleicher Frequenz gespeist wird, einem nachgeschalteten Bandpaß für die doppelte Frequenz und einem zweiten Mischer mit Bandpaß für die Frequenz des Trägersignals. Im zweiten Mischer wird das Empfangssignal mit dem Ausgangssignal des Bandpasses für die doppelte Frequenz multipliziert. Der dem zweiten Mischer nachgeschaltete Bandpaß filtert ein Signal aus, das nur noch den Träger mit seiner nach der Phasensprungmodulation kodierten Einhüllenden enthält, die zeitabhängige Phasenverschiebung durch die Phasenmodulation ist beseitigt worden.To eliminate phase shifts in an AC voltage signal a circuit is already specified in the German Auslegeschrift 28 54 832, whose input signal has an envelope, which is based on a pseudo-random phase shift modulation is encoded and contains a phase modulated carrier of known frequency. That The output signal of the circuit only has the amplitude modulation, namely the pseudo-random phase shift modulation, but no longer the phase modulation. The circuit consists of a mixer that works with a carrier signal of the same frequency is fed, a downstream bandpass filter for twice the frequency and a second mixer with bandpass for the frequency of the carrier signal. In the second mixer the received signal is the output signal of the band pass for twice the frequency multiplied. The bandpass filter downstream of the second mixer filters a signal from that only encoded the carrier with its after the phase jump modulation Envelope contains the time-dependent phase shift due to the phase modulation has been eliminated.
Der Nachteil dieser Schaltung liegt darin, daß der Bandpaß genau auf die doppelte Frequenz des Trägersignals abgestimmt werden muß. Eine dafür erforderliche Flankensteilheit bedingt einen aufwendigen Schaltungsaufbau des Bandpasses, bei dem insbesondere die Bauelemente abgleichbar sein müssen, die die Parameter des Bandpasses,nämlich z.B. seine Mittenfrequenz und Bandbreite, bestimmen. Außerdem können während des Betriebes Umwelteinflüsse, z.B. Temperaturschwankungen, diese Parameter verändern.The disadvantage of this circuit is that the bandpass filter is accurate twice the frequency of the carrier signal must be tuned. One required for this Edge steepness requires a complex circuit structure for the bandpass filter which in particular the components must be able to be adjusted, which the parameters of the Band pass, namely e.g. its center frequency and bandwidth. aside from that environmental influences, e.g. temperature fluctuations, can occur during operation Change parameters.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem aus einem Wechselspannungssignal mit variabler Phasenverschiebung ein Ausgangssignal gewonnen wird, das stets in Phase mit dem Referenzsignal ist, und eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.The invention is based on the object of a method of the above specified type, in which from an alternating voltage signal with variable Phase shift an output signal is obtained that is always in phase with the Is reference signal, and to provide a circuit for carrying out the method.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß das Wechselspannungssignal in eine Inphasekomponente und in eine Quadraturkomponente zerlegt wird, daß die Quadraturkomponente durch Demodulation mit dem um 90 phasenverschobenen Referenzsignal und anschließende Multiplikation mit dem um 90 phasenverschobenen Referenzsignal gewonnen wird und die Inphasekomponente durch Subtraktion der Quadraturkomponente vom Wechselspannungssignal gebildet wird. Diese Inphasekomponente ist das gesuchte Ausgangssignal.According to the invention, this object is achieved in that the alternating voltage signal is broken down into an in-phase component and a quadrature component that the Quadrature component due to demodulation with the reference signal phase-shifted by 90 and then multiplied by the reference signal phase-shifted by 90 is obtained and the in-phase component by subtracting the quadrature component is formed by the AC voltage signal. This in-phase component is what we are looking for Output signal.
Durch diese Art der Signalverarbeitung wird in besonders einfacher Weise die Inphasekomponente gewonnen, die mit dem Referenzsignal synchron ist, da die Inphasekomponente im Zeigerbild praktisch die Projektion des Wechselspannungssignals auf das Referenzsignal ist.This type of signal processing makes it particularly easier Way, the in-phase component obtained, which is synchronous with the reference signal, there the in-phase component in the vector image is practically the projection of the AC voltage signal is on the reference signal.
Bei einer Anwendung dieses Verfahrens auf den vorher beschriebenen Regelkreis mit Resolver wird aus der Ausgangsspannung des Resolvers die Inphasekomponente ermittelt, die synchron mit dem Referenzsignal des Stators ist. Für eine weitere Auswertung im Regelkreis ist eine anschließende Gleichrichtung notwendig, die hier besonders einfach durch einen phasensynchronen Gleichrichter realisiert werden kann, der vom Referenzsignal angesteuert wird. Fehler bei dieser Gleichrichtung können nicht entstehen, da Phasenverschiebungen zwischen Referenzsignal und Inphasekomponente der Ausgangsspannung des Resolvers durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgeschlossen sind.Applying this method to the one previously described Control loop with resolver becomes the in-phase component from the output voltage of the resolver determined, which is synchronous with the reference signal of the stator. For one more Evaluation in the control loop, a subsequent rectification is necessary, which is shown here can be implemented particularly easily using a phase-synchronous rectifier, which is controlled by the reference signal. Errors in this rectification can occur do not arise because phase shifts between the reference signal and the in-phase component the output voltage of the resolver excluded by the method according to the invention are.
Wenn im phasensynchronen Gleichrichter eine Kippstufe für das Referenzsignal verwendet wird, um das Integrationsintervall zu bilden, und die Kippstufe nicht im Nulldurchgang des Referenzsignals schaltet, tritt eine erneute Phasenverschiebung auf. Diese zusätzliche Phasenverschiebung geht jedoch nur unwesentlich in das Ergebnis der Gleichrichtung ein, da die Inphasekomponente nur um den Cosinus dieser Phasenverschiebung verkleinert wird, der in erster Näherung ~1" zu setzen ist. Ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah- rens würde der Cosinus der Summe der Phasenverschiebungen die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Resolvers verfälschen, der nicht mehr dem Wert "i" entspricht.If there is a multivibrator for the reference signal in the phase-synchronous rectifier is used to form the integration interval and the flip-flop is not switches at the zero crossing of the reference signal, a new phase shift occurs on. However, this additional phase shift has only an insignificant effect on the result the rectification, since the in-phase component is only about the cosine of this phase shift is reduced, which is to be set ~ 1 "as a first approximation. Without using the invention Procedure rens would be the cosine of the sum of the phase shifts falsify the rectified output voltage of the resolver, which is no longer corresponds to the value "i".
Eine Schaltung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen Mischer auf, dem ein Trägersignal gleicher Frequenz wie das Referenzsignal zugeführt wird, das über eine Schaltung für eine Phasenverschiebung von 90 aus dem Referenzsignal gewonnen wird. Dem Mischer ist über einen Tiefpaß eine Multiplizierschaltung nachgeschaltet, die mit dem Trägersignal gespeist ist. Am Ausgang der Multiplizierschaltung steht die Quadraturkomponente an. Zwischen Ausgang der Multiplizierschaltung und zweitem Eingang des Mischers ist eine Differenzstufe vorgesehen, deren zweiter Eingang mit dem Wechselspannungssignal beaufschlagt ist und deren Ausgang die Inphasekomponente liefert.A circuit for practicing the method according to the invention has a mixer to which a carrier signal of the same frequency as the reference signal is fed through a circuit for a phase shift of 90 from the Reference signal is obtained. The mixer is a multiplier circuit via a low-pass filter downstream, which is fed with the carrier signal. At the output of the multiplier circuit is the quadrature component. Between the output of the multiplier circuit and A differential stage is provided at the second input of the mixer, the second input of which the AC voltage signal is applied and the output of which is the in-phase component supplies.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung liegt darin, daß sie mit einfachen robusten Baugruppen realisiert werden kann, die ohne Abgleichen ihrer Bauelemente herstellbar sind, wobei Umweltveränderungen die Funktionsweise nicht beeinträchtigen.The particular advantage of the circuit according to the invention is that that it can be implemented with simple, robust assemblies that do not require adjustment their components can be produced, with environmental changes affecting the functionality not affect.
Wenn Referenzsignal und Wechselspannungssignal sinusförmig sind, steht am Ausgang des Tiefpasses ein Gleichspannungssignal an, das gleich dem Sinus der Phasenverschiebung ist. Dieses Gleichspannungssignal wird in der Multiplizierschaltung mit dem cosinusförmigen Trägersignal multipliziert und er- gibt die Quadraturkomponente, die in der Differenzstufe vom phasenverschobenen Wechselspannungssignal abgezogen wird. Am Ausgang der Differenzstufe steht die Inphasekomponente des Wechselspannungssignals an.If the reference signal and the AC voltage signal are sinusoidal, stands at the output of the low-pass filter, a DC voltage signal that is equal to the sine of the Phase shift is. This DC voltage signal is used in the multiplier circuit multiplied by the cosine-shaped carrier signal and gives the quadrature component in the differential stage from the phase-shifted AC voltage signal is deducted. The in-phase component of the AC voltage signal is at the output of the differential stage at.
Wenn Referenzsignal und Wechselspannungssignal cosinusförmig sind, ist das Gleichspannungssignal gleich dem Cosinus der Phasenverschiebung, das multipliziert mit dem sinusförmigen Trägersignal vom phasenverzerrten Wechselspannungssignal abgezogen wird und ein von der Phasenverschiebung befreites cosinusförmiges Wechselspannungssignal liefert.If the reference signal and the AC voltage signal are cosine, the DC voltage signal is equal to the cosine of the phase shift, which multiplies subtracted from the phase-distorted AC voltage signal with the sinusoidal carrier signal and a cosine-shaped alternating voltage signal freed from the phase shift supplies.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 3. Der Mischer wird durch einen steuerbaren Schalter, beispielsweise einen Feldeffekttransistor mit nachgeschaltetem Operationsverstärker, realisiert. Der Schalter wird von einer Rechteckfolge angesteuert, die über eine Kippstufe aus dem Trägersignal gewonnen wird.An advantageous embodiment of the invention results from the claim 3. The mixer is controlled by a switch, for example a field effect transistor with a downstream operational amplifier. The switch is operated by a Controlled square-wave sequence, which is obtained from the carrier signal via a flip-flop will.
In dem nachgeschalteten Tiefpaß wird das phasenverschobene Wechselspannungssignal jeweils über eine Halbperiode des Trägersignals integriert und ergibt das Gleichspannungssignal.The phase-shifted AC voltage signal is in the downstream low-pass filter integrated over a half period of the carrier signal and results in the DC voltage signal.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung liegen darin, daß mit einfachen temperaturunabhängigen, robusten Bauelementen eine Phasenkompensation des Wechselspannungssignals erreicht wird, die besonders bei nur geringen Phasenverschiebungen um den Nulldurchgang des Wechselspannungssignals eine exakte Phasenent- zerrung gewährleistet, nämlich dort, wo das sinusförmige Wechselspannungssignal die größten zeitlichen Änderungen aufweist, Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es ist in Fig. 1 ein Zeigerbild zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Beseitigung von Phasenverschiebungen und in Fig. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt.The particular advantages of the circuit according to the invention are that with simple, temperature-independent, robust components a phase compensation of the AC voltage signal is achieved, especially with only small phase shifts an exact phase development around the zero crossing of the AC voltage signal strain guaranteed, namely where the sinusoidal alternating voltage signal is the greatest Has changes over time, The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment described in more detail below. It is shown in Fig. 1 shows a vector image for the method according to the invention for eliminating phase shifts and FIG. 2 shows a block diagram of the circuit according to the invention.
Ein gegenüber einem Referenzsignal r(t)=sinwt phasenverschobenes Wechselspannungssignal u(t)= p(t).sin[#t+#(t)] weist eine Amplitude p(t), eine KreisfrequenzCOund eine Phasenverschiebung #(t) auf. Die Amplitude p(t) und die Phasenverschiebung S(t) sind Funktionen der Zeit t. Das Referenzsignal r(t)=sinWt liegt auf der r-Achse des Zeigerbildes in Fig.1, gegen die der Zeiger das Wechselspannungssignal u(t) mit der Länge der Amplitude p unter einem Winkel gemäß seiner Phasenverschiebung # voreilend dargestellt ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Zeiger u(t) mit der Länge p in eine Inphasekomponente und in eine Quadraturkomponente zerlegt, die um 90° phasenverschoben sind und als Zeiger der Länge#.cos'f und p.sin'Prechtwinklig zueinander dargestellt sind. Der Zeiger der Inphasekomponente liegt auf der r-Achse und weist keine Phasenverschiebung gegenüber dem Referenzsignal r(t) auf. Mit einem Trägersignal, dessen Zeiger s auf der j-Achse liegt, und das aus dem Referenzsignal r(t) durch eine 90 Phasenverschiebung gewonnen wird, wird das Wechselspannungssignal u(t) demoduliert und anschließend mit dem Trägersignal multipliziert.An alternating voltage signal phase-shifted with respect to a reference signal r (t) = sinwt u (t) = p (t) .sin [#t + # (t)] has an amplitude p (t), an angular frequency CO and a Phase shift # (t). The amplitude p (t) and the phase shift S (t) are functions of time t. The reference signal r (t) = sinWt lies on the r-axis of the vector image in Fig. 1, against which the vector the alternating voltage signal u (t) with the length of the amplitude p at an angle according to its phase shift # is shown leading. The method according to the invention makes the pointer u (t) with length p is broken down into an in-phase component and a quadrature component, which are phase-shifted by 90 ° and as pointers of length # .cos'f and p.sin'Prechtanglig are shown to each other. The pointer of the in-phase component lies on the r-axis and has no phase shift with respect to the reference signal r (t). With a Carrier signal whose pointer s lies on the j-axis, and that from the reference signal r (t) by a 90 phase shift is obtained, the AC voltage signal u (t) demodulated and then multiplied by the carrier signal.
Dadurch wird die Quadraturkomponente ermittelt.This determines the quadrature component.
Die Inphasekomponente wird durch Subtraktion der Quadraturkomponente vom Wechselspannungssignal u(t) gewonnen.The in-phase component is obtained by subtracting the quadrature component obtained from the AC voltage signal u (t).
In einem Mischer 1, gemäß Fig. 2, wird das phasenverschobene Wechselspannungssignal u(t) mit dem Trägersignal cos Xt gleicher Kreisfrequenz X demoduliert, das aus dem Referenzsignal r(t)=sinWt über eine Schaltung 2 für eine Phasenverschiebung von 900 gewonnen wird. Im nachgeschalteten Tiefpaß 3 wird das Mischprodukt mit der doppelten Kreisfrequenz unterdrückt und ein Gleichspannungssignal p(t).sinç durchgeschaltet. Das Gleichspannungssignal p(t).sinf wird in einer nachgeschalteten Multiplizierschaltung 4 mit dem Trägersignal co s L3 t multipliziert und ergibt die Quadraturkomponente des Wechselspannungssignals u(t). Der Multiplizierschaltung 4 ist eine Differenzstufe 5 nachgeschaltet, deren zweites Eingangssignal das phasenverschobene Wechselspannungssignal u(t) ist. Am Ausgang 6 der Differenzstufe 5, die mit dem Eingang des Mischers 1 verbunden ist, steht die Inphasekomponente des Wechselspannungssignals u(t) an. Der Mischer 1 ist vorteilhaft als steuerbarer Schalter 11 ausgebildet, der besonders zweckmäßig über eine Kippstufe 12 vom Trägersignal cos X t angesteuert wird.In a mixer 1, according to FIG. 2, the phase-shifted AC voltage signal u (t) demodulated with the carrier signal cos Xt of the same angular frequency X, which is derived from the Reference signal r (t) = sinWt via a circuit 2 for a phase shift of 900 is won. In the downstream low-pass filter 3, the mixed product is doubled The angular frequency is suppressed and a DC voltage signal p (t) .sinç is switched through. The DC voltage signal p (t) .sinf is generated in a downstream multiplier circuit 4 is multiplied by the carrier signal co s L3 t and gives the quadrature component of the AC voltage signal u (t). The multiplier circuit 4 is a differential stage 5 downstream, the second input signal of which is the phase-shifted AC voltage signal u (t) is. At the output 6 of the differential stage 5, which is connected to the input of the mixer 1 is connected, the in-phase component of the AC voltage signal u (t) is present. The mixer 1 is advantageously designed as a controllable switch 11, which is particularly is expediently controlled via a flip-flop 12 from the carrier signal cos X t.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
Claims (3)
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| DE19803030211 DE3030211A1 (en) | 1980-08-09 | 1980-08-09 | Phase equalisation circuit for AC voltage and reference - subtracts derived quadrature component to provide in-phase component |
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| DE (1) | DE3030211A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0332250A1 (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Synchronous demodulation circuit for a carrier-modulated television |
-
1980
- 1980-08-09 DE DE19803030211 patent/DE3030211A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0332250A1 (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Synchronous demodulation circuit for a carrier-modulated television |
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Legal Events
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