DE3131763A1

DE3131763A1 - "amplitudenmodulations-detektor"

Info

Publication number: DE3131763A1
Application number: DE19813131763
Authority: DE
Inventors: Hiromi Kusakabe; Atsushi Kawasaki Kanagawa Ogawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-08-14
Filing date: 1981-08-11
Publication date: 1982-06-09
Also published as: GB2081999B; GB2081999A; JPS5737905A; US4492926A; JPH0255962B2; DE3131763C2

Description

AMPLITUDENMODULATIONS-DETEKTOR

Die Erfindung betrifft einen Amplitudenmodulations-Detektor, kurz AM-Detektor, und insbesondere einen AM-Detektor, dessen Ausgangsgleichkomponente konstant ist.

Es ist bei einem AM-Detektor erwünscht, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Gleichspannungskomponente stets konstant ist. Dadurch wird es nicht nur möglich, den Aufbau eines Audiofrequenzverstärkers (AF-Verstärkers) zu vereinfachen, sondern auch Rauschen zu beseitigen, das zum Zeitpunkt der Umschaltung von Frequenzbändern oder beim Umschalten -von oder zu anderen Quellen wie einem Frequenzmodulation r-Detektor oder einem Bandgerät auftritt ., das mit dem AM-Detektor in einem Gerät vereinigt ist. Das Rauschen tritt aufgrund einer plötzlichen Änderung der Gleichspannungskomponente in Eingangssignal» zu dem AF-Verstärker auf.

Daher erfordern herkömmliche AM-Signal-Radioempfanger (AM-Empfanger) AF-Ver stärker, die einen breiten Pegelbereich verfügbar haben für das Eingangssignal von den AM-Detektoren. Insbesondere verwenden herkömmliche mehrbändige AM-Empfänger oder Kombiruitionsgeräte mit AM-Empfangsabschnitt und einem Abschnitt einer anderen Signalquelle wie einem Bandgerät Entkopplungskondensatoren, die vor den AF-Verstärkern angeschlossen sind.

Entkopplungskondensatoren sind jedoch im Falle von integrierten Schaltungen (IC) schwierig herzustellen. 30

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen AM-Detektor anzugeben, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Gleichkomponente konstant ist.

Insbesondere soll ein AM-Detektor angegeben, aer direkt, ohne Entkopplungskondensator, mit einem Verstärkerabschnitt verbindbar ist.

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-4-

Gemäß der Erfindung ist der AM-Detektor versehen mit (a) einer AM-Erfassungseinrichtung, die abhängig von einem ersten, und einem zweiten Eingangssignal ein konstantes Gleichpegel-Ausgangssignal aufrechterhält, wobei das erste Signal das AM-Signal ist, und (b) eine: Rückkopplungseinrichtung, die mit dem Ausgang der Erfassungseinrichturtr verbunden ist zum Vergleichen des Ausgangsgleichpegels der Erfassungseinrichtung mit einem Bezugssignalpegel zum Erzeugen des zweiten Signals.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfiührungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen herkömmlichen AM-Detektor,

Fig. 2 eine Darstellung von Ausgangssignalen des AM-Detektor s gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines AM-Detektors gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine Darstellung von Eingangs- und AusgangsSignalen des AM-Detektors gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ausführlich ein Schaltbild des AM-Detektors gemäß Fig. 3 und

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines anderen Äusführungsbeispiels der Erfindung.

Horkönimliche AM-Detektoren, gegenüber denen die Krfindunq ei no Verbesserung darstellt, enthalten eine Eingangssignalquelle 10, wie einen Zwischenfrequenzverstärker (ZF-Verstärker), einen Koppeltransformator 12 und eine Erfassungsdiode 14. Ein AM-Signal S- wird von der Eingangssignalquelle 10 der Erfassungsdiode 14 über den Koppeltranformator 12 zugeführt. Das AM-Signal besteht aus einem Zwischenfrequenzsignal (Z"F-Signal) , das durch ein Audiofrequenzsignal (AF-Signal) moduliert ist. Das AM-Signal wird durch die Erfassungsdiode 14 so erfaßt, daß ein gleichgerichtetes Signal des AM-Signals am Ausgangsanschluß 16 auftritt, der mit der Erfassungsdiode 14 verbunden ist. .Eine

wx ra ZF-Frequenzkomponente in dem gleichgerichteten Signal über einen

Kondensator 18 im Bypass geführt ., der zwischen dem Ausgangs-

anschluß 16 und einem Bezugspotentialanschluß 20 angeschlossen ist, so daß ein Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 16 ein Signal ist, das aus der AF-Signalkomponente und eine Gleichkomponente zusammengesetzt ist. Das Ausgangssignal hat typisch den in Fig. 2 dargestellten Verlauf, wobei die Kurve S_x einen niederpegeligen Zustand und die Kurve S_H einen hochpegeligen Zustand zeigen. Der Pegelzustand des Ausgangssignals schwankt abhängig von einer Amplitudenpegelschwankung des ZF-Signals. Das niederpegelige Ausgangssignal S₊ besteht aus dem durch S₇. bezeichneten AF-Signal und einer durch ^V _L bezeichneten Gleichkomponente. Andererseits besteht das hochpegelige Ausgangssignal S„ aus dem AF-Signal S, und einer anderen Gleichkomponente V„.
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Der AM-Detektox. gemäß Fig. 1 besitzt einige Begrenzungen wie sie erläutert werden. Zunächst muß die Erfassungsperiode 14 sehr gute Linearität der Durchlaß-Eingangsspannungs/Ausganqsstrom-Charakteristik besitzen oder es wird das Ausgangssignal in einem Augenblick" verzerrt, in dem das AM-Signal relativ groß ist. Weiter muß ein AF-Verstärker, der dem AM-Detektor folgt, ebenfalls hohe Eingangskapazität besitzen oder muß mit dem AM-Detektor über einen Entkopplungskondensator verbunden sein, der kaum als IC ausgebildet werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines AM-Detektors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Eingangssignalquelle 10, einer Erfassungsdiode 14 und einem Gleichspannungsvergleicher 22. Die Eingangssignalquelle_/beispielsweise ein ZF-Verstärker 10, ist mit der Anode der Erfassungdiode 14 verbunden. Die Kathode der Erfassungsdiode 14 ist nicht nur mit dem Ausgangsanschluß 16 verbunden sondern auch mit einem Eingang des Gleichspannungsvergleichers 22 wie beispielsweise einem Gleichsignalverstärker 22. Der Gleichsignalverstärker 22 ist an seinem anderen Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle 24 verbunden, und ist an seinem Ausgang mit dem Verbimdungspunkt 26 zwischen dem ZF-Verstärker 10 und der Erfassungsdiode 14

-6-über eine Lastimpedanz 28 für den ZF-Verstärker 10 verbunden.

Das AM-Signal mit der ZF-Frequenz wird von dem ZF-Verstärker 10 der Erfassungsdiode 14 zugeführt, so daß das gleichgerichtete Signal des AM-Signals am Äusgangsanschluß 16 auftritt.

Eine ZF-Frequenzkomponente in dem gleichgerichteten Signal wird über einen Kondensator 18 im Bypass geführt, der zwischen der Kathode der Erfassungsdiode 14 und dem Bezugspotentialanschluß angeschlossen ist. . Das Ausgangssignal am Äusgangsanschluß 16 besteht aus einer AF-Signalkomponente S, und einer Gleichkomponente V, wie das in Fig. 4 dargestellt ist. Die Gleichkomponente V wird dem Gleich .signalverstärker 22 zugeführt und der Bezugsspannung V_R der Bezugsspannun-gsquelle 24 verglichen. Der Gleichsignalverstärker 22 gibt ein Gleichausgangssignal V_Q abhängig von einer Differenz zwischen der Bezugsspannung V_R und der Gleichkomponente V des gleichgerichteten Signals ab. Eine AF-Frequenzkomponente, die zum Ausgang des Gleichsignalverstärkers 22 leckt, wird über einen Kondensator 30 im Bypass geführt, der zwischen dem Ausgang des Glexchsignalverstärkers 22 und dem Bezugspotentialanschluß 20 angeschlossen ist. Folglich wird die Erfassungsdiode 14 mit dem AM-Signal und der Gleichkomponente V₀ zusammen versorgt. Deshalb ist die Gleichkomponente V eine Spannung, die aus de» gleichgerichteten Spannung des AM— Signals selbst und dem Ausgangsgleichsignal V_Q zusammengesetzt ist.

Wenn sich das AM-Signal mit seinem Pegel ändert, ändert sich die Gleichkomponente V, weil~die gleichgerichtete Spannung des AM-Signals sich selbst ändert. Dann ändert sich die Gleichkomponente Vq des Glexchsignalverstärkers 22 mit der Gleichkomponente V, jedoch entgegengesetzt dazu. Das heißt, wenn das AM-Signal in seinem Pegel zunimmt, nimmt der Gleichpegel am Verbindungspunkt 26 ab, weil das Ausgangsgleichsignal V_Q abhängig von der Zunahme der Gleichkomponente V abnimmt. Folglich arbeitet das Ausgangsgleichsignal V_Q zum Unterdrücken der Änderung der Gleichkomponente V. Als Ergebnis wird die Gleichkomponente V auf einem

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— 7 —

Wert gehalten, der der gleiche wie der der Bezugsspannung V^ ist, trotz der Pegeländerung des AM-Signals. Deshalb besitzt das Ausgangssignal der Erfassungsdiode 14 stets eine konstante π I ei cn-, komponente V, die auf der Bezugsspannung V_R gehalten ist. u.jt; Ausgangsgleichsignal V« des Gleichsignalverstärkers 22 wird einem Verstärkungsregler-Anschluß 32 (AGC-Anschluß 32) des ZF-Verstärkers 10 unter Verwendung der Änderung des Ausgangsgleichsignals V_Q zugeführt.

Die Unterdrückungsrate der Änderung der Gleichkomponente ist eine Funktion des Schleifengewinns bzw, der Schleifenverstärkung G einer Gegenkopplungsschleife aus der Erfassungsdiode 14 und dem Gleichsignalverstärker 22 und ergibt sich gemäß:

K = 1/6 ,

wobei K die Unterdrückungsrate der Änderung der Oleichkomnononte ist. Die Schleifenverstärkung ist eine Funktion des übertragungs- bzw. Übergangsleitwerts gm des Gleichsignalverstärkers 22 und ergibt sich zu;

_n „ Zo - Zi
^{G = gm} zo-^zT '

wobei Zo die Ausgangsimpedanz des ZF-Verstärkers 10 und Zi die Eingangsimpedanz der Erfassungsdiode 14 sind,,

Folglich ergibt sich die Unterdrückungsrate K gemäß:

v: - ι ic - ¹ Zo + Zi * " ^l/t3 " gm Zo-Zi ' 30

Die Unterdrückungsrate K ist zweckmäßigerweise sehr klein, jedoch verursacht eine zu kleine Rate K, daß die Schleife sehr schlecht bzw. ungünstig schwingt. Deshalb wird die Rate K zweckmäßigerweise zwischen 1/10 und 1/100 bzw. zwischen 20 dB und 40 dB gewählt-

Fig. 5 zeigt ein ausführliches Schaltbild des AM-Detektors gemäß

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-8-

Fig. 3, wobei sich jedoch einige Abschnitte etwas unterscheiden. Der ZF-Verstärker 10 besteht aus zwei Differenzverstärkern 40 und 42. Der erste Differenzverstärker 40 enthält drei NPN-Transistoren 44, 46 und 48, von denen zwei (44 und 46) emitterseltig miteinander verbunden sind und der andere (48)kollektorseitig mit den Emittern der ersten beiden Transistoren 44 und 46 verbunden ist. Die Transistoren 44 und 46 sind basisseitig mit Eingangsanschlüssen 50 und 52 verbunden zum Anpassen an einen ZF-Umsetzer (nicht dargestellt) und kollektorseitig an den positiven Spannungsquellenanschluß 54 über Kollektorlasten 56 bzw. 58. Der Tansistor 48 ist emitterseitig mit dem Bezugspotenitalanschluß 20 über einen Widerstand 60 verbunden und ist basisseitig mit einer Konstantspannungs-Versorgungsschaltung 62 verbunden. Die Konstantspannungs-Versorgungsschaltung 62 enthält eine Diode 64, die anodenseitig mit dem positiven Spannungsquellenanschluß 54 über einen Widerstand 66 und kathodenseitig mit dem Bezugspotentialanschluß 20 über einen Widerstand 68 verbunden ist.

Der zweite Differenzverstärker 42 enthält ebenfalls drei NPN-Transistoren 70, 72 und 74, von denen zwei (70 und 72) emitterseitig miteinander verbunden sind, wobei der andere (74) kollektorseitig mit den Emittern der beiden ersteren Transistoren 70 und 72 verbunden ist. Die Transistoren 70, und 72 sind basisseitig mit dem ersten Differenzverstärker 40 bzw. dem Kollektoren der Transistoren 44 und 46 verbunden und sind kollektorseitig mit dem positiven Spannungsquellenanschluß 54 direkt, wie der Transistor 70, oder über eine Stromspiegelschaltung78, wie der Transistor 72 verbunden. Der Transistor 74 ist emitterseitig mit dem Bezugspotentialanschluß 20 über einen Widerstand 76 und basisseitig mit der Konstantspannungs-Versorgungsschaltung 60 verbunden.

Die Stromspiegelschaltung 78 enthält eine Diode 80, die in Durchlaßrichtung zwischen den Kollektor des Transistors 72 und dem positiven Spannungsquellenanschluß 54 geschaltet ist, und

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einen PNP-Transistor 82, dessen Emitter/Basis-Strecke parallel zur Diode 80 geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 82 bildet einen Ausgangsanschluß des ZF-Verstärkers 10.

Mit dem ZF-Verstärker 10 ist die Erfassungödiode 14 verbunden. Die Erfassungsdiode 14 ist kathodenseitig mit dem Kollektor des Transistors 82 und anodenseitig mit dem Ausgangsanschluß 16 über einen Pufferverstärker 84 verbunden.

Der Pufferverstärker 84 enthält drei NPN-Transistoren 86, 88 und 90, einen PNP-Transistor 92 und eine Diode 94. Zwei NPN-Transistoren 86 und 88 sind basisseitig mit der Erfassungsdiode 14 bzw. dem Ausgangsanschluß 16 verbunden und sind miteinander wie ein Differenzverstärker verbunden. Der weitere NPN-Transistor 90 ist kollektorseitig mit den Emittern der Transistoren 86 und 88 verbunden und ist emitterseitig mit dem Bezugspotentialanschluß 20 über einen Widerstand 96 und ist basisseitig mit der Konstantspannungs-Versorgungsschaltung 62 verbunden. Die Diode 94 und der PNP-Transistor 92 sind miteinander nach Art einer Stromspiegelschaltung verbunden und bilden eine aktive Last des Differenzverstärkers durch die Transistoren 86 und 88. Die Basis des Transistors 86 ist mit dem Bozuqspotentialanschluß 20 über einen Kondensator 98 verbunden und die Basis des Transistors 88 ist mit dessen Kollektor gekoppelt und mit dem Ausgangsanschluß 16 über ein Tiefpaßfilter 100 verbunden .

Der Ausgangsanschluß 16 ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors 22 als Gleichspannungsvergleicher verbunden. Der Transistor 22 ist emitterseitig mit dem Bezugspotentialanschluß 20 über einen Widerstand 24 als BezugsSpannungsquelle verbunden. Ein Kollektor des Transistors 22 ist mit dem Verbindungspunkt 26 zwischen dem ZF-Verstärker 10 und der Erfassungsdiode 14 über die LC- Abstimmschaltung 28 als Last des zweiten Differenzverstärkers 42 im ZF-Verstärker 10 verbunden und ist auch mit dem Bezuqspotentialanschluß 20 über einen Kondensator 30 verbunden. Der Kollek-

tor des Transistors 22 ist weiter mit der Basis des NPN-Transistors 32 als Verstärkungsregler- bzw. AGC-Schaltung für den ZF-Verstärker 10 verbunden. Der Transistor 32 ist emitterseitig mit dem Emitter des Transistors 60 im ersten Differenzverstärker 40 verbunden.

Der AM-Detektor gemäß Fig. 5 arbeitet, wie folgt. Ein von einem Hochfrequenzsignal umgesetztes ZF-Signal wird über die Eingangsanschlüsse 50 und 52 gelegt und durch ersten und zweiten Dif- ferenzverstärker 40 und 42 verstärkt. Dann wird das verstärkte ZF-Signal an die Erfassungsdiode 14 angelegt und durch die Erfassungsdiode 14 gleichgerichtet. Eine AF-Signalkomponente besitzt eine Hüllkurve aus negativen Halbzyklen des ZF-Signals, das an der Anode der Erfassungsdiode 14 auftritt, wobei jedoch die ZF-Frequenzkomponente des gleichgerichteten ZF-Signals durch den Kondensator 98 im Bypass geführt ist. Das AF-Signal wird zum Ausgangsanschluß 16 nach Verstärkung im Pufferverstärker 84 geführt, wobei irgendwelche leckenden ZF-Frequenzkomponenten mittels des Tiefpaßfilters 100 entfernt werden.

.

Ein Ausgangssignal am Ausgangsanschluß 16 wird dem Gleichspannungsvergleicher oder -transistor 22 zugeführt und durch diesen verarbeitet. Das heißt, der Transistor 22, der in Form eines Emitterfolger-Verstärkers angeschlossen ist, verstärkt das Ausgangssignal, das seiner Basis zugeführt ist, im Vergleich zu seinem Emitterpotential, das durch einen Spannungsabfall über den Widerstand 24 erzeugt ist. Eine verstärkte AF-Signalkomponente am Kollektor des Transistors 22 wird über den Kondensator 30 im Bypass geführt. Daher wird ein Kollektorpotential, das in Beziehung zu der Differenz zwischen dem Emitterpotential und dem Basispotential steht, an den Verbindungspunkt 26 zwischen dem ZF-Verstärker 10 und der Erfassungsdiode 14 über die LC-Abstimmschaltung 28 angelegt. Als Ergebnis wird die Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals am Ausgangsanschluß 16 auf eine konstante Spannung durch Wirkung der Gegenkopplung durch den Transistor 22 gesteuert.

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-11-

Die konstante Gleichspannung V_c ergibt sich gemäß:

^VC ^{= X}22 ' ^R24 ^{+ V}BE22

mit I₂₂ = Gleichstrom durch den Transistor 22,

^R24 ⁼ Wi^erstandswert des Widerstands 24,und ^VBF22 ^{= Bas}i^s/^Emi^t'^ter~Spannung des Transistors 22. Der Gleichstrom I-- ist gleich einem Gleichstrom durch die Diode 80 oder den Transistor 72 des zweiten Differenzverstärkers 42. Gleichströme durch die Transistoren 70 und 72 sind zueinander gleich und werden beide vom Transistor 74 zugeführt. Daher kann der Gleichstrom I₂₂ wie folgt unter Verwendung des Gleichstroms I₇₄ durch den Transistor 74 ausgedrückt werden:

I₂₂ = I₇₄/2 .

Folglich ergibt sich aus der Gleichung (1)s

^I74 ' ^R24

^VC~ 2 ^+VBE22 ⁽²⁾-

Der Gleichstrom I₇₄ kann konstant eingestellt werden, weil der Transistor 74 als Konstantstromquellenschaltung arbeitet. Die Basis/Emitter-Spannung V_Bp22 ist aufgrund der allgemeinen Merkmale von Transistoren nahezu konstant und beträgt etwa 0,7 V wie bei einem Siliziumtransistor. Deshalb kann die Gleichspannunq V in dem Ausgangssignal auf einen konstanten Wert eingestellt werden trotz der Amplitudenpegelschwankung des ZF-Signals vom ZF-Verstärker 10.

Das Kollektorpotential des Transistors 22 ändert sich jedoch abhängig von Ämplitudenpegelschwankungen des ZF-Signals derart, daß das sich ändernde Kollektorpotential des Transistors 22 dem AGC-Transistor 32 zugeführt werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Weiterbildung des ΛΜ-DetGktors in ninoni Blockschaltbild, das sich von dem gemäß Fig. 3 dadurch unterscheidet,

daß das Ausgangssignal des Gleichspannungsvergleichers 22 direkt dem Verbindungspunkt 26 zugeführt wird und die Last 28 zwischen diesem und der Bezugspotentxalguelle 20 geschaltet ist.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen möglich.

Der Patentanwalt

Claims

Ansprüche

ι 1.jAmplitudenmodulations-Detektor (AM-Detektor) mit einem konstanten Gleichpegel-Ausgangssignal zum Erfassen der Audiokomponente eines AM-Signals,
gekennzeichnet durch

eine AM-Erfassungseinrichtung (14), die abhängig von einem ersten und einem zweiten Eingangssignal ein konstantes Gleichpegel-Ausgangssignal aufrechterhält, wobei das erste Signal das AM-Signal ist, und

eine Rückkopplungseinrichtung (22, 24, 28), die mit dem Ausgang der Erfassungseinrichtung (14, 26) verbunden ist, um den Ausgangsgleichpegel der Erfassungseinrichtung (14, 26) mit einem Bezugssignalpegel zu vergleichen zum Erzeugen des zweiten Signals.
2. AM-Detektor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,
daß die AM-Erfassungseinrichtung ein Hüllkurvendetektor ist.
3= AM-Detektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückkopplungseinrichtung weiter eine tastschaltung enthält.
4. AM-Detektor mit einem Gleichpegel-Ausgangssignal zum Erfassen der Audiokomponente eines AM-Signals, gekennzeichnet durch,

eine Schaltungsanordnung mit einem Eingang und einem Ausgang auf unterschiedlichen Gleichpegeln, wobei die Schaltungseinrichtung abhängig von erstem und zweitem Eingangssignal den ausgangsseitigen Gleichpegel konstant hält, einen Synchrondetektor zum Erfassen der Audiokomponente des

ÄM-Signals zur Erzeugung des ersten Signals und eine Rückkopplungseinrichtung, die mit dem Ausgang der Erfassungseinrichtung verbunden ist zum Vergleichen des Ausgangsgleichpegels der Erfassungsanrichtung mit einem Bezugssignalpegel zum Erzeugen des zweiten Signals.