DE3248552C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Herabsetzen des Rauschens in einem rauschbehafteten Informationssignal nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Schaltungsanordnung der genannten Art ist aus der DE 23 21 686 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht die Filtereinrichtung aus einem abgestimmten Bandpaßfilter, das durch einen Längswiderstand und einen Querzweig gebildet ist, der eine Parallelschaltung aus einer Spule und einem Kondensator enthält. Der Längswiderstand ist durch eine Amplituden-Begrenzerschaltung in Form von antiparallel geschalteten Dioden zur Verhinderung von Überschwingen überbrückt. Ein im Sperrbereich des Filters liegendes Signal wird von einem Differenzverstärker erfaßt, der an den Längswiderstand und damit auch an die Begrenzerschalter angeschlossen ist und von einer Steuerschaltung gleichgerichtet und geglättet wird, um ein Steuersignal zu bilden, das die Leitfähigkeit eines den Längswiderstand und die Begrenzerschaltung überbrückenden und damit an dem Filter anliegenden Feldeffekttransistors erhöht, wenn die Amplitude des Signals in den Sperrbereich zunimmt. Bei hohem Widerstand des Transistors hat das Filter einen relativ schmalen, bei niedrigem Widerstand einen breiteren Durchlaßbereich.

Aus der US 42 20 875 geht eine Schaltungsanordnung zum Herabsetzen des Rauschens in einem rauschbehafteten Informationssignal hervor, die zwei Stufen aufweist. Die erste Stufe ist ein Spannungs/Stromwandler. Die zweite Stufe ist ein Verstärker mit variabler Verstärkung. Das Ausgangssignal der zweiten Stufe ist durch eine Rückkopplungsschleife an einen Eingang der ersten Stufe zurückgeführt. Die Schaltungsanordnung hat eine variable Impedanz, die durch ein externes Signal gesteuert werden kann. Die Ausgangsimpedanz der Schaltungsanordnung ist linear bezüglich des angelegten Steuersignals.

Schaltungsanordnungen zum Herabsetzen des Rauschens in einem rauschbehafteten Informationssignal arbeiten generell in der Weise, daß ein Signal zum Zeitpunkt der Aufzeichnung oder Übertragung komprimiert wird und daß das komprimierte Signal zum Zeitpunkt des Empfangs oder der Wiedergabe gedehnt wird, wodurch der scheinbare Dynamikbereich des Aufnahme- oder Übertragungsmediums ausgeweitet ist. Eine Kompressionsschaltung ist demgemäß am Signaleingabepunkt vorgesehen und eine Expansions- bzw. Dehnungsschaltung ist am Signalabgabepunkt vorgesehen. Die Kompressions- und Dehnungsschaltungen umfassen veränderbare Übertragungsfunktionsschaltungen, welche die Verstärkung der zugeführten Signale einstellen. Außerdem sind Steuerschaltungen enthalten, um die Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von dem Signalpegel und der Frequenz des Signals zu ändern. Die Übertragungsfunktionsschaltungen und die Steuerschaltungen weisen jedoch bestimmte Ansprechzeitkonstanten auf und zeigen gelegentlich unerwünschte Übertragungskennlinien bzw. Übertragungsgänge, wenn ein zugeführtes Eingangssignal sich sehr plötzlich um einen großen Betrag ändert.

In einer Kompressionsschaltung wird beispielsweise die Verstärkung auf einen sehr hohen Wert erhöht, wenn der Eingangssignalpegel niedrig ist, und sie wird auf einen geringeren Wert abgesenkt, wenn der Eingangssignalpegel hoch ist. Wenn ein Eingangssignalpegel jedoch plötzlich ansteigt, wird ein Signal hohen Pegels einer Schaltung zugeführt, die einen vorübergehend hohen Verstärkungszustand aufweist, und zwar aufgrund der Ansprechzeitkonstante, so daß von der Schaltung ein Ausgangssignal abgegeben wird, welches einen extrem hohen Wert oder einen Überschwinger hat. Es dürfte einzusehen sein, daß ein Aufzeichnungsträger einen maximal zulässigen Pegel, als Sättigungspegel bekannt, aufweist, so daß bei Überschreiten des maximal zulässigen Pegels durch ein Eingangssignal das Ausgangssignal von der Dehnungsschaltung keine genaue Kopie oder Wiedergabe des ursprünglichen Eingangssignals darstellt. Die bisher bekannten Schaltungsanordnungen zum Herabsetzen von Rauschen umfassen demgemäß Amplitudenbegrenzungsschaltungen in der Kompressionsschaltung, so daß die Signalamplitude auf einen Wert abgesenkt wird, der niedriger ist als der maximal zulässige Betrag, um einen Überschwingzustand zu vermeiden.

Amplitudenbegrenzungsschaltungen bestehen üblicherweise aus nicht-linearen Elementen unter Verwendung von Halbleiter-pn-Übergängen, wie Dioden. Ein Diodenbegrenzer ist beispielsweise in der US-PS 36 31 365 gezeigt.

Nicht-lineare Elemente, wie Dioden, weisen jedoch eine begrenzte Anwendbarkeit auf, und zwar aufgrund ihrer festliegenden Begrenzerpegel. So weist beispielsweise ein Silicium-pn-Übergang einen Durchlaß-Schwellwertpegel von etwa 0,6 V auf. Eine Amplitudenbegrenzungsschaltung, die zwei mit entgegengesetzter Leitfähigkeit einander parallelgeschaltete Siliciumdioden enthält (von denen die Anoden und Kathoden wechselweise miteinander verbunden sind) weist einen Begrenzerpegel und etwa 1,2 Vss (Spitze-Spitze-Wert) auf. Der Begrenzerpegel zeigt die Neigung, wesentlich größer zu sein als der Signalpegel in der Nachbarschaft eines pn-Überganges in der Amplitudenbegrenzungsschaltung. Der Begrenzerpegel ist jedoch unpraktisch hoch, wenn der Silicium-Diodenbegrenzer unverändert in der Kompressionsschaltung verwendet wird.

Gemäß dem Stand der Technik ist ein Verstärker an der Eingangsseite des Silicium-Diodenbegrenzers angeschlossen und legt einen angemessenen Begrenzerpegel in bezug auf den Signalpegel in den benachbarten Schaltungsteil durch Vorverstärkung des dem Begrenzer zugeführten Signals fest. Es ist ferner notwendig, das Begrenzerausgangssignal im selben Ausmaß zu dämpfen, wie das Eingangssignal verstärkt wird, um das Ausgangssignal auf seinen ursprünglichen Wert wieder herzustellen. Demgemäß sind ein Verstärker und ein Dämpfer an den Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen der Begrenzungsschaltung angeschlossen, um den Begrenzerpegel auf einen gewünschten optimalen Pegel zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der Schaltung einzustellen, die den Verstärker, den Begrenzer und den Dämpfer umfaßt, und zwar unabhängig von den Begrenzerpegeln der Elemente.

Einer derartigen Anordnung haften jedoch bedeutsame Nachteile an. Zunächst ist ein Verstärker erforderlich, um einen tatsächlichen Begrenzerpegel festzulegen, der abweicht von dem Begrenzerpegel der Begrenzerelemente, wodurch die Schaltungsanordnung kompliziert wird. Zum zweiten muß eine gesonderte Dämpfungsoperation bezüglich des Signals ausgeführt werden, was eine Verschlechterung im Signal-Rausch-Verhältnis bzw. im Störabstand der Schaltungsanordnung hervorruft und die Genauigkeit der Kompressionsoperation herabsetzt. Wenn ein Diodenbegrenzer mit der Kompressionsschaltung verbunden, ist, dann ist dieser darüber hinaus im allgemeinen zwischen dem Signalkanal und Erde bzw. Masse angeschlossen. Durch den Begrenzer kann ein Verzerrungsstrom fließen und die anderen Schaltungsteile über eine gemeinsame Impedanz der geerdeten Schaltung beeinflussen.

Wenn eine Begrenzerschaltung in einer Aufnahme- bzw. Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeanordnung, wie in einem Bandrecorder, enthalten ist, müssen die Begrenzerpegel zwischen zwei oder mehr Amplituden ausgewählt sein, da die Wiedergabecharakteristiken des Magnetbandes sich von Band zu Band ändern. Außerdem muß der Begrenzerpegel geändert werden, wenn eine Rauschherabsetzungsschaltungsanordnung durch eine andere ausgetauscht wird. Demgemäß muß ein Schaltkreis vorgesehen sein, um die Begrenzerwerte der Begrenzerschaltung zu ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Herabsetzen von Rauschen zu schaffen, die keinen Verstärker zwischen der Eingangsseite und einer Amplituden-Begrenzungsschaltung benötigt, um den Begrenzerpegel einzustellen, wobei dennoch der Begrenzerpegel auf einen optimalen Wert einstellbar ist und wobei eine unnötige Signalverstärkung und Signaldämpfung vermieden werden kann, um die Genauigkeit der Signalübertragung und der Aufnahme/Wiedergabeleistung zu verbessern und eine Signalverzerrung zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung lassen sich die oben erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten bekannter oder vorgeschlagener Schaltungsanordnungen vermeiden und dennoch ein relativ einfacher Aufbau und eine einfache und preiswerte Herstellung erreichen.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung läßt sich das Rauschen in einem Informationssignal-Übertragungssystem und/oder in einer Informationssignal-Aufnahme- und Wiedergabeanordnung herabsetzen.

Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gewährleistet, daß ein Verzerrungsstrom andere Schaltungsteile durch Hindurchfließen durch die Schaltungsteile nicht beeinflussen bzw. beeinträchtigen.

Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Begrenzerpegel selektiv zwischen zwei oder mehr Größen umgeschaltet werden, und zwar in Abhängigkeit von den Charakteristiken eines Aufzeichnungsträgers.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 13 hervor.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Schaltplan eine bekannte Kompressionsschaltung, die in einer Schaltungsanordnung zum Herabsetzen des Rauschens in einem rauschbehafteten Informationssignal verwendet ist.

Fig. 2 veranschaulicht in einem Diagramm die Übertragungsfunktions-Charakteristiken der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, wobei die Signalverstärkung in der Ordinate und die Frequenz in der Abszisse aufgetragen sind.

Fig. 3A und 3B veranschaulichen in Zeitdiagrammen das Eingangssignalverhalten bzw. das Ausgangssignalverhalten der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 auf ein zugeführtes Ton-Burst-Signal hin.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Schaltplan Einzelheiten der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.

Fig. 5 zeigt in einem Schaltplan ein Ausführungsbeispiel einer Kompressionsschaltung für die Verwendung in einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 6 veranschaulicht in einem Schaltplan einen Spannungs-Strom-Wandler, der in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 verwendet wird.

Fig. 7 veranschaulicht in einem Schaltplan die Ausführungsform gemäß Fig. 5, die sowohl eine Kompression als auch eine Dehnung eines Eingangssignals vornimmt.

Fig. 8 veranschaulicht in einem Schaltplan eine alternative Ausführungsform einer Kompressionsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 veranschaulicht in einem Schaltplan die Ausführungsform gemäß Fig. 8, die sowohl eine Kompression als auch eine Dehnung eines Eingangssignals vornimmt.

Fig. 10 veranschaulicht in einem Schaltplan ein noch weiteres Ausführungsbeispiel einer Kompressions- und Dehnungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht eine typische bekannte Kompressionsschaltung 10, die einen Begrenzer oder eine Amplitudenbegrenzungsschaltung aufweist, welche ein Überschwingen aus einem Eingangssignal vermeidet, welches einen plötzlichen großen Amplitudenanstieg aufweist. Die Kompressionsschaltung 10 enthält eine Parallelschaltung aus einem Hauptsignalkanal 3 und aus einem Hilfssignalkanal 4 zwischen einem Eingangsanschluß 1 und einem Ausgangsanschluß 2. Die Ausgangssignale der Kanäle 3 und 4 werden an einem Summierpunkt 5 summiert und an an einen Ausgangsanschluß 2 abgegeben. Der Hilfssignalkanal 4 enthält ein Hochpaßfilter 6 mit einer variablen bzw. veränderbaren Grenzfrequenz, eine Steuerschaltung 7, welche die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 6 steuert, und eine Amplitudenbegrenzungsschaltung 8.

Fig. 2 veranschaulicht den Frequenzgang der Kompressionsschaltung 10. Die Signalübertragungscharakteristiken des Hauptsignalkanals 3 sind falsch, wobei eine Signalverstärkung von eins vorliegt, wie dies durch die Frequenzgangkurve A veranschaulicht ist. Die Signalübertragungscharakteristik des Hilfssignalkanals 4 hängt in großem Ausmaß von der Charakteristik des Hochpaßfilters 6 ab, das durch die Frequenzgangkurve B veranschaulicht ist, bei der die Grenzfrequenz sich in Abhängigkeit von dem Signalpegel ändert. Die Grenzfrequenz ist bei einem Nullsignalpegel am niedrigsten, wie dies durch die Kurve B1 veranschaulicht ist, während sie mit zunehmendem Signalpegel ansteigt, wie dies durch die Kurve B2 veranschaulicht ist. Die Kurve C veranschaulicht die Signalübertragungscharakteristik zwischen dem Eingangsanschluß 1 und dem Ausgangsanschluß 2 der Kompressionsschaltung 10; diese Kurve wird durch Zusammenfassung der Kurven A, B von den Signalkanälen 3, 4 erhalten. Die Kurven C1 und C2 veranschaulichen die Signalübertragungscharakteristiken entsprechend einem Nullsignalpegel bzw. einem erhöhten Signalpegel. Wie ersichtlich, komprimiert die Kompressionsschaltung 10 den Dynamikbereich eines Eingangssignals. Eine Dehnungs- bzw. Expansionsschaltung (nicht dargestellt) mit Signalübertragungscharakteristiken, die komplementär zu jenen der Kompressionsschaltung 10 sind, wird für die Signalaufnahme oder -Wiedergabe verwendet, um den ursprünglichen Dynamikbereich des Eingangssignals wiederherzustellen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 zu beschreiben. Wenn ein Ton-Burst-Signal mit einer Dauer vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 an die Kompressionsschaltung 10 abgegeben wird und die Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 daraus weggelassen ist, wie dies Fig. 3A zeigt, dann weist das entsprechende Ausgangssignal eine hohe Anfangsgröße oder ein Überschwingen auf und sinkt dann auf den richtigen Pegel ab, wie dies Fig. 3B veranschaulicht. Da der Eingangssignalpegel vor dem Zeitpunkt t1 nahezu Null ist, weist das Hochpaßfilter 6 eine Signalübertragungscharakteristik auf, so daß die Grenzfrequenz Null ist, wie dies durch die Kurve B1 in Fig. 2 angedeutet ist. Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t1 kann die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 6 nicht augenblicklich auf einen höheren Wert geändert werden, und zwar aufgrund der endlichen Anstiegszeitkonstante der Steuerschaltung 7. Demgemäß tritt ein Überschwingen in dem Signalverlauf des Ausgangssignals auf. Das Überschwingen kann den Beschneidungspegel oder den maximal zulässigen Pegel des Übertragungsweges oder Aufzeichnungsträgers überschreiten. Um ein derartiges Überschwingen zu vermeiden, wird ein Grenz- bzw. Begrenzungspegel L, der in der Höhe kleiner ist als der Beschneidungspegel, durch die Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 festgelegt, wie dies in Fig. 3B veranschaulicht ist. Die maximale Spannung wird demgemäß so gesteuert, daß sie niedriger ist als der Grenzpegel L.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 üblicherweise aus nicht-linearen Elementen mit pn-Übergängen besteht, wie dies weiter unten noch im einzelnen erläutert werden wird.

Fig. 4 veranschaulicht die Kompressionsschaltung 10 gemäß Fig. 1 in weiteren Einzelheiten, wobei die entsprechenden Schaltungselemente durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 besteht, wie in der betreffenden Zeichnung dargestellt, aus der Antiparallelschaltung von pn-Übergängen, d. h. aus der Parallelschaltung der Dioden 11 und 12, deren Anoden und Kathoden wechselweise miteinander verbunden sind.

Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß nicht-lineare Elemente eine begrenzte Anwendbarkeit aufgrund ihrer festliegenden Begrenzerpegel haben. So weisen beispielsweise Silicium-pn-Übergänge einen Schwellwert von etwa 0,6 V auf. Die Amplitudenbegrenzungsschaltung 8, die aus einer Antiparallelschaltung von Silicium-pn-Übergängen besteht, weist einen Begrenzerpegel von etwa 1,2 Vss auf. Dieser Begrenzerpegel ist bemerkenswert groß im Vergleich zu einem normalen Signalpegel in den benachbarten Schaltungsteilen, und demgemäß kann die Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 in der Schaltungsanordnung nicht ummodifiziert verwendet werden. Es ist daher notwendig, einen Operationsverstärker 13 auf der Eingangsseite der Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 vorzusehen, um ein Ausgangssignal des Hochpaßfilters 6 zu verstärken, wobei das betreffende Signal dann der Begrenzerschaltung 8 zugeführt wird, wodurch der Begrenzerpegel auf einen optimalen Pegel in bezug auf den normalen Signalpegel eingestellt wird, der in den benachbarten Schaltungsbereichen vorhanden ist.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 umfaßt der Summierpunkt 5 einen Operationsverstärker 15 und Summierwiderstände 16, 17, die an einem invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 15 angeschlossen sind. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung wird das Ausgangssignal des Hilfssignalkanales 4 von dem Operationsverstärker 13 her mit dem Ausgangssignal aus dem Hauptsignalkanal 3 entsprechend einem Mischverhältnis (kleiner als eins) summiert, bei dem es sich um das Verhältnis des Ausgangssignals des Hilfssignalkanales zu dem Ausgangssignal in dem Hauptsignalkanal handelt.

Der Operationsverstärker 13, der in dem Hilfssignalkanal 3 zur Einstellung des Begrenzerpegels in diesem Kanal vorgesehen ist, kompliziert die Schaltungsanordnung zur Herabsetzung des Rauschens unnötig. Darüber hinaus senkt die unnötige Verstärkung und Dämpfung des Signalpegels die Genauigkeit der Signalwiedergabe und den Rausch- bzw. Störabstand herab. Darüber hinaus kann der in der Begrenzungsschaltung 8 fließende Strom verzerrt sein und andere Schaltungselemente durch eine gemeinsame Impedanz beeinflussen, die in die geerdete Schaltung eingefügt ist.

Wie bekannt, ändert sich die Aufzeichnungscharakteristik eines Magnetbandes von Band zu Band. Wenn demgemäß eine bekannte Rauschherabsetzungsschaltung in einer Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung, wie in einem Bandrecorder, verwendet wird, muß der Begrenzerpegel von der Rauschherabsetzungsschaltung selektiv zwischen zwei oder mehreren Werten umgeschaltet werden. Wenn ein Rausch-Herabsetzungssystem durch ein anderes ausgetauscht wird, muß auch der Begrenzerpegel geändert werden.

Fig. 5 veranschaulicht eine Kompressionsschaltung 20 in einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herabsetzen von Rauschen. Ein Hauptsignalkanal 23, ein Hilfssignalkanal 24 und eine Zusammenfassungseinrichtung in Form eines Operationsverstärkers 25 zum Summieren der Ausgangssignale in den Kanälen 23, 24 sind zwischen einem Eingangsanschluß 21 und einem Ausgangsanschluß 22 vorgesehen. Der Hilfssignalkanal 24 enthält ein Hochpaßfilter 26 mit einer variablen bzw. veränderbaren Grenzfrequenz, welches als veränderbare Übertragungsfunktionsschaltung dient, sowie eine Steuerschaltung 27, mit deren Hilfe die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 26 verändert wird. Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 26 wird mittels eines Spannungs-Strom-Wandlers 33 in einen elektrischen Strom umgesetzt. Der elektrische Strom von dem Spannungs-Strom-Wandler 33 wird über einen Widerstand 34 einem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 25 zugeführt. Ein Rückkoppelungswiderstand 35 liegt zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 25. Eine Amplitudenbegrenzungsschaltung 28 ist zwischen dem Ausgangsanschluß des Spannungs-Strom-Umsetzers 33 und dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 25 angeschlossen. Der Hauptsignalkanal 23 ist an einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 25 angeschlossen.

Der Operationsverstärker 25 wirkt als Spannungsfolger in bezug auf den Hauptsignalkanal 23 und als invertierender Verstärker in bezug auf den Hilfskanal 24. Der Ausgangsstrom von dem Spannungs-Strom-Umsetzer 33 her wird über die Widerstände 34, 35 und den Operationsverstärker 25 an den Ausgangsanschluß 22 abgegeben. Der durch den Widerstand 35 hervorgerufene Spannungsabfall trägt zu dem Ausgangssignal bei, welches am Ausgangsanschluß 22 abgegeben wird. Demgemäß kann das Mischverhältnis des Signals in dem Hilfssignalkanal 24 zu dem Signal in dem Hauptsignalkanal 23 dadurch eingestellt werden, daß der Umsetzindexkoeffizient des Spannungs-Strom-Umsetzers 33 und die Größe des Widerstandes 35 ausgewählt werden. Der Umsetzindex des Spannungs-Strom-Umsetzers 33 ist ein negativer Wert, um das Signal des Hilfssignalkanals 24 mit dem Signal des Hauptsignalkanales 23 zu summieren.

Der Ampitudenbegrenzer 28 umfaßt eine Antiparallelschaltung aus pn-Übergangs-Elementen, bei denen es sich im Falle der dargestellten Ausführungsform um zwei Siliciumdioden 31, 32 handelt, die derart einander parallelgeschaltet sind, daß ihre Anoden und Kathoden wechselweise miteinander verbunden sind. Der Begrenzer 28 weist einen festliegenden Nenn-Begrenzerpegel von etwa 1,2 Vss auf, der als Funktion der Summe der Spannungsabfallwerte der Widerstände 34, 35 festgelegt ist. Der virtuelle Begrenzerpegel der Gesamtschaltung kann dadurch frei festgelegt werden, daß der Wert des Widerstandes 35 unabhängig vom Signalpegel am Ausgangsanschluß 22 geeignet eingestellt wird.

Wenn die Widerstände 34, 35 Widerstandswerte von R1 bzw. R2 aufweisen, dann ist der virtuelle oder scheinbare Begrenzerpegel gleich

multipliziert mit dem Nenn-Begrenzerpegel (von beispielsweise etwa 1,2 Vss) des Amplitudenbegrenzers 28. Wenn der Wert R1 des Widerstandes 34 zweimal dem Wert R2 des Widerstandes 35 ist, dann beträgt der scheinbare Begrenzerpegel am Ausgangsanschluß 22 etwa 0,4 Vss. Es sei darauf hingewiesen, daß die Amplitudenbegrenzungsoperation das Ausgangssignal im Hauptsignalkanal 23 nicht beeinflußt.

Fig. 6 veranschaulicht einen bevorzugten Aufbau des Spannungs-Strom-Wandlers 33, bei dem ein Eingangsanschluß 41 mit einem Ausgangsanschluß des Hochpaßfilters 26 verbunden ist, während ein Ausgangsanschluß 42 an einem Verbindungspunkt P (siehe Fig. 5) zwischen dem Widerstand 34 und der Amplitudenbegrenzungsschaltung 28 angeschlossen ist. Die Anschlüsse 43, 44 sind Plus- bzw. Minusanschlüsse einer Spannungsquelle. Die Spannung von dem Hochpaßfilter 26 her wird mittels einer Differenz-Transistorschaltung 46 in einen elektrischen Strom umgesetzt. Stromspiegel- oder Strominvertierungsschaltungen 53, 54 sind an den Kollektoren der Transistoren 47, 48 angeschlossen, welche die Differenz-Transistorschaltung 46 bilden. Das Ausgangssignal der Stromspiegelschaltung 53 wird an den Ausgangsanschluß 42 abgegeben, während das Ausgangssignal der Stromspiegelschaltung 54 in der Polarität durch die Stromspiegelschaltung 55 invertiert und an den Ausgangsanschluß 42 abgegeben wird.

Der Expansions- bzw. Dehnungsschaltungsteil der Schaltungsanordnung zur Rauschherabsetzung kann von dem Kompressionsschaltungsteil gesondert aufgebaut sein, und er ist im allgemeinen symmetrisch oder komplementär zu der Kompressionsschaltung 20. Da in einer Aufnahme- und Wiedergabeanordnung, wie in einem Bandrecorder, zu irgendeinem Zeitpunkt nur eine Betriebsart des Aufnahmebetriebs und des Wiedergabebetriebs ausgewählt wird, kann jedoch eine Schalteinrichtung 29 vorgesehen sein, wie die Fig. 7 veranschaulicht, um entweder den Kompressionsbetrieb oder den Expansionsbetrieb auszuwählen.

Gemäß Fig. 7 weist die Schalteinrichtung 29 eionen Anschluß c auf, der mit dem Eingangsanschluß 21 verbunden ist, und außerdem weist der betreffende Schalter einen zweiten Anschluß e mit auf, der mit einem Ausgangsanschluß einer Invertierungseinrichtung in Form eines invertierenden Verstärkers 30 verbunden ist, welcher ein ihm von dem Operationsverstärker 25 her zugeführtes Signal invertiert. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Schalteinrichtung 29 zu dem Anschluß c hin umgeschaltet ist, eine Kompressionsoperation bezüglich eines Eingangssignals ausgeführt wird. Wenn die Schalteinrichtung 29 zum Anschluß e umgeschaltet ist, wird bezüglich eines Eingangssignals eine Dehnungsoperation ausgeführt. Mit Ausnahme der Schalteinrichtung 29 und des invertierenden Verstärkers 30 sind die anderen Schaltungselemente dieselben, wie sie in Fig. 5 veranschaulicht sind, weshalb hier der Kürze halber eine Beschreibung dieser Elemente nicht wiederholt wird.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß eine Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Operationsverstärker vermeidet, der lediglich zur Einstellung des Begrenzerpegels verwendet wird. Der Begrenzerpegel wird auf einem optimalen Wert dadurch eingestellt, daß lediglich ein Operationsverstärker 25 verwendet wird, der die Ausgangssignale in dem Hauptsignalkanal 23 und in dem Hilfssignalkanal 24 summiert. Die resultierende Schaltungsanordnung ist vereinfacht, und solche unnötigen Operationen der Verstärkung des Signalpegels, der Einstellung eines Begrenzerpegels und der Dämpfung des Signalpegels sind vermieden, was zu einer Verbesserung in der Genauigkeit der Signalübertragung sowie in der Aufnahme- und Wiedergabeleistung führt. Darüber hinaus wirkt der Operationsverstärker 25 als Spannungsfolger in bezug auf das Ausgangssignal des Hauptsignalkanals 23, so daß dessen Verstärkung nicht von einem Widerstandswert des Widerstandes 16 abhängt, wie dies bei der bekannten Schaltung der Fall ist, wodurch eine verbesserte Genauigkeit in der Signalübertragung und in der Aufnahme- und Wiedergabeleistung hervorgerufen ist. Darüber hinaus fließt der verzerrte Strom nicht durch die Amplitudenbegrenzungsschaltung 8 nach Erde bzw. Masse, so daß andere Schaltungskomponenten dadurch nicht beeinflußt werden können.

Fig. 8 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Rauschherabsetzung. Bei dieser Schaltungsanordnung wird lediglich eine Kompressionsoperation ausgeführt. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8 arbeiten diejenigen Schaltungselemente, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 enthalten sind, wie der Eingangsanschluß 21, der Ausgangsanschluß 22, der Hauptsignalkanal 23, der Hilfssignalkanal 24, der Operationsverstärker 25, das Hochpaßfilter 26, die Steuerschaltung 27 und der Spannungs-Strom-Umsetzer 33, in der zuvor beschriebenen Weise, weshalb der Kürze halber Beschreibungen dieser Elemente hier weggelassen werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 enthält eine Schalteinrichtung in Form eines Schalters 60, der an einem Ausgangsanschluß des Spannungs-Strom-Umsetzers 33 angeschlossen ist. Erste und zweite Amplitudenbegrenzungseinrichtung in Form einer Amplitudenbegrenzungsschaltung 61, 62 sowie erste, zweite und dritte Widerstände 71, 72, 73 sind ebenfalls in der Schaltung 70 enthalten. Der Widerstand 71 liegt zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 25; er wirkt als Rückkopplungswiderstand. Der Widerstand 72 liegt zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 25 und einem Verbindungspunkt oder Anschluß A, der zwischen einem Anschluß der Amplitudenbegrenzungsschaltung 71 und einem Ausgangsanschluß a des Schalters 60 vorgesehen ist. Der Widerstand 73 ist mit dem Widerstand 72 und mit einem Verbindungspunkt oder Schaltungspunkt B verbunden, der zwischen der Amplitudenbegrenzungsschaltung 62 und dem Ausgangsanschluß b des Schalters 60 liegt. Amplitudenbegrenzungsschaltungen 61, 62 sind ebenfalls an dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 25 angeschlossen. Wie oben bereits erwähnt, können antiparallel zueinander geschaltete pn-Übergänge als Amplitudenbegrenzungsschaltungen 61, 62 verwendet werden, und zwar wie im Falle der Amplitudenbegrenzungsschaltung 28 gemäß Fig. 5.

In der Schaltungsanordnung 70 wird das Verhältnis des Ausgangssignals in dem Hilfssignalkanal 24 zu dem Ausgangssignal in dem Hauptsignalkanal 23 - dieses Verhältnis ist als Mischverhältnis bekannt - durch den Widerstand 71 eingestellt und hängt dabei nicht von der Stellung des Schalters 60 ab. Wenn der Schalter 60 mit dem Anschluß a verbunden ist, so daß das Ausgangssignal in dem Hilfssignalkanal 24 dem Anschluß- oder Verbindungspunkt A zugeführt wird, ist der erste scheinbare Begrenzerpegel durch die Summe der Spannungsabfallwerte der Widerstände 71, 72 bestimmt. Der erste Begrenzerpegel kann ohne weiteres dadurch eingestellt werden bzw. festgelegt werden, daß der Widerstandswert des Widerstandes 72 ausgewählt wird, und zwar unabhängig vom Mischverhältnis zwischen den Signalkanälen 23, 24. Wenn der Schalter 60 mit dem Anschluß b verbunden ist und wenn der Strom in dem Hilfssignalkanal 24 an den Verbindungs- oder Schaltpunkt B abgegeben wird, ist der zweite scheinbare Begrenzerpegel durch die Summe der Spannungsabfallwerte der Widerstände 71, 72, 73 bestimmt und kann ebenfalls unabhängig vom Mischverhältnis und vom Wert des ersten Begrenzerpegels festgelegt werden.

Wenn die Widerstände 71, 72, 73 Widerstandswerte von R1, R2 und R3 aufweisen, dann beträgt der erste Begrenzerpegel

multipliziert mit dem Nenn-Begrenzerpegel, d. h. mit dem Begrenzerpegel der Amplitudenbegrenzungsschaltungen 61, 62 (etwa 1,2 Vss). Der zweite Begrenzerpegel beträgt

multipliziert mit dem Nenn-Begrenzerpegel. Der Schalter 60 kann dazu verwendet werden, den Begrenzerpegel auf den ersten oder zweiten Pegel festzulegen. Eine Dehnungsschaltung für eine Schaltungsanordnung zur Rauschherabsetzung kann als zweite Schaltung enthalten und symmetrisch oder komplementär zur Schaltungsanordnung 70 ausgebildet sein. In einem Aufnahme- und Wiedergabegerät, wie in einem Bandrecorder, wird jedoch eine Betriebsart der Aufnahme- und Wiedergabebetriebsarten zu irgendeinem vorgegebenen Zeitpunkt ausgewählt. Demgemäß ist es bevorzugt, daß lediglich eine Schaltung für die Kompressions- und Dehnungsoperationen verwendet wird und daß die Funktionen mittels eines Schalters ausgewählt werden. Der Umschalter kann dabei in der Kompressions- und Dehnungsschaltung angeordnet und mit dem Eingangsanschluß des Hochpaßfilters 26 verbunden sein, so daß auf die Auswahl des Dehnungsbetriebs hin das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 25 in der Polarität umgekehrt und dem Hochpaßfilter 26 zugeführt wird.

Fig. 9 zeigt eine detaillierte Darstellung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8. Gemäß Fig. 9 wird den positiven und negativen Speisespannungsanschlüssen 76, 77 ein Strom zugeführt. Die Schalteinrichtung in Form des Schalters 29 wird dazu herangezogen, den Kompressionsbetrieb c oder den Dehnungsbetrieb e auszuwählen, wie dies zuvor beschrieben worden ist. Der Schalter 29 ist mit einem Anschluß c an dem Eingangsanschluß 21 und mit dem anderen Anschluß e am Ausgangsanschluß eines invertierenden Verstärkers 30 angeschlossen. Der invertierende Verstärker 30 invertiert ein von dem Operationsverstärker 25 her zugeführtes Ausgangssignal. Das Ausgangssignal wird über den Schalter 29 an das Hochpaßfilter 26 mit einer variablen bzw. veränderbaren Grenzfrequenz abgegeben. Das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 26 wird in einen elektrischen Strom umgesetzt, und zwar durch eine Differenz-Transistorschaltung 36, die Teil des Spannungs-Strom-Wandlers 33 ist. Erste und zweite Stromschalter 63, 64, die dem Schalter 60 gemäß Fig. 8 entsprechen, sind mit den Kollektoren von Transistoren 37, 38 in der Differenz-Transistorschaltung 36 verbunden. Stromspiegel- oder Strominvertierungsschaltungen 65, 66 sind als Last in bezug auf die Stromschalter 63, 64 geschaltet, und die entsprechenden Ausgangsströme werden davon an die Verbindungspunkte A, B abgegeben. Der Ausgangsstrom der Differenz-Transistorschaltung 36 wird selektiv an die Anschlußpunkte A, B abgegeben, indem eine hohe Spannung an den gewünschten einen Anschluß der Steueranschlüsse 67, 68 der Stromschalter 63, 64 abgegeben wird. Die ersten und zweiten Begrenzerpegel können somit abhängig von Spannungspegel an den Anschlüssen 67, 68 umgeschaltet werden. Die Kompressionsbetrieb- und Expansionsbetrieb-Operationen können durch Umschalten des Schalters 29 zum Anschluß c oder e ausgewählt werden. Es dürfte einzusehen sein, daß der Kompressionsbetrieb und der Dehnungsbetrieb bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 komplementär zueinander sind.

Fig. 10 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 90 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Rauschherabsetzung. Dabei werden Erläuterungen bezüglich jener Schaltungsteile oder Elemente, die bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen vorgesehen sind, der Kürze halber nicht wiederholt. Die Rauschherabsetzungsschaltungsanordnung 90 gemäß Fig. 10 enthält Widerstände 81, 82, 83, welche den ersten, zweiten und dritten Widerständen 71, 72 bzw. 73 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 und 9 entsprechen. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Anschluß des dritten Widerstandes 83 mit einem Anschluß des zweiten Widerstandes 82 verbunden ist, d. h. mit einem Verbindungspunkt Q zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 25 und dem ersten Widerstand 81. Wenn der Schalter 60 mit dem Anschluß a verbunden ist, beträgt der scheinbare erste Begrenzerpegel

multipliziert mit dem Begrenzerpegel der Amplitudenbegrenzungsschaltung 61. Wenn der Schalter 60 mit dem Anschluß b des Schalters 60 verbunden ist, beträgt der scheinbare zweite Begrenzerpegel

multipliziert mit dem Begrenzerpegel der Amplitudenbegrenzungsschaltung 62. Der erste Begrenzerpegel und der zweite Begrenzerpegel können somit unabhängig voneinander durch Festlegen der Widerstandswerte R2 und R3 für die Widerstände 82 bzw. 83 festgelegt werden. Selbstverständlich kann die Stellung des Schalters 60 dazu ausgenutzt werden, die Widerstandswerte R2, R3 auszuwählen.

Wie aus der Erläuterung der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich ist, ist die Verwendung eines Operationsverstärkers vermieden, der sonst beim Stand der Technik verwendet würde, um den Begrenzerpegel festzulegen. Der scheinbare Begrenzerpegel wird auf einen optimalen Wert dadurch festgelegt, daß ein Operationsverstärker verwendet wird, der die Ausgangssignale im Hauptsignalkanal und im Hilfssignalkanal summiert. Die daraus resultierende Schaltungsstruktur ist einfacher als bei den bekannten Einrichtungen und die unnötigen Operationern, die bisher ausgeführt worden sind, wie die Erhöhung des Signalpegels, die Festlegung eines Begrenzerpegels und dann die Dämpfung des Signalpegels, sind vermieden. Damit einher geht die Verbesserung in der Signalübertragungsgenauigkeit und in der Auszeichnungs- und Wiedergabeleistung. Da der Operationsverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung als Spannungsfolger in bezug auf das Ausgangssignal im Hauptsignalkanal wirkt, hängt dessen Verstärkung nicht von dem Widerstandsverhältnis ab, was weiter zu einer gesteigerten Genauigkeit im Vergleich zu bisher bekannten Schaltungen beiträgt. Dabei fließt kein verzerrter Strom zu den Amplitudenbegrenzungsschaltungen und Erdungsschaltungen, der andere Schaltungskomponenten beeinflussen könnte. Darüber hinaus können zwei oder mehr Begrenzerpegel festgelegt bzw. eingestellt und durch einen einfachen Schalter ausgewählt werden. Die Begrenzerpegel des Hilfssignalkanals können einfach als Funktion des Typs des Rauschherabsetzungssystems und des Bandtyps des als Aufzeichnungsträger verwendeten Bandes umgeschaltet werden.

Es dürfte einzusehen sein, daß drei oder mehr Amplitudenbegrenzungsschaltungen sowie vier oder mehr Widerstände verwendet werden können, um zwischen drei oder mehr Begrenzerwerten auszuwählen, wobei die Erfindung wie zuvor beschrieben, arbeiten wird.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zum Herabsetzen des Rauschens in einem rauschbehafteten Informationssignal, mit

• - einer Zusammenfassungseinrichtung (25) in Form eines Subtrahierers oder Summierers mit zwei Eingängen (+, -), die aus diesen Eingängen (+, -) zugeführten Signalen ein kombiniertes Signal erzeugt, mit
• - einem Hauptsignalkanal (23) für die Abgabe des weitgehend unveränderten Informationssignals an einem der beiden Eingänge (+, -), der Zusammenfassungseinrichtung (25), und mit
• - einem Hilfssignalkanal (24), der das Informationssignal aufnimmt und der ein modifiziertes Informationssignal an den anderen der beiden Eingänge (+, -) der Zusammenfassungseinrichtung (25) abgibt, die das modifizierte Informationssignal mit dem unveränderten Informationssignal zusammenfaßt, wobei
• - der Hilfssignalkanal (24) ein Filter (26) mit einer veränderlichen Grenzfrequenz zum Erzeugen eines gefilterten Ausgangssignals aus dem Informationssignal und einen Amplituden-Begrenzer (28, 61, 62) aufweist, der die Amplitude des an den anderen Eingang der Zusammenfassungseinrichtung (25) abgegebenen modifizierten Informationssignals begrenzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Filter (26) ein Hochpaßfilter mit einer veränderlichen Grenzfrequenz ist, die sich abhängig von einer Änderung des Pegels des aufgenommenen Informationssignals ändert, und daß
• - der Hilfssignalkanal (24) einen Spannungs-Strom-Umsetzer (33) für die Umsetzung des Spannungspegels des gefilterten Ausgangssignals in einen Strom und zur Abgabe dieses Stroms an den anderen Eingang der Zusammenfassungseinrichtung (25) aufweist, wobei der Amplituden-Begrenzer (28; 61, 62) die Amplitude des an die Zusammenfassungseinrichtung (25) abgegebenen Stroms begrenzt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenfassungseinrichtung (25) einen Verstärker (25) mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß ist, daß der Hauptsignalkanal (23) das Informationssignal an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers (25) abgibt, und daß der Hilfssignalkanal (24) das modifizierte Informationssignal an den invertierenden Eingangsanschluß (-) des Verstärkers (25) abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfssignalkanal (24) einen Widerstand (34) enthält, der zwischen dem Spannungs-Strom-Umsetzer (33) und der Zusammenfasungseinrichtung (25) angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenfassungseinrichtung (25) einen Ausgangsanschluß aufweist, der über einen Rückkopplungs-Widerstand (35) mit dem Widerstand (34) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfssignalkanal (24) eine Steuerschaltung (27) enthält, welche die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters (26) steuert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgangsanschluß der Zusammenfassungseinrichtung (25) eine Invertierungseinrichtung (30) angeschlossen ist, über die auf das zugeführte kombinierte Signal hin ein invertiertes Signal erzeugt wird, und daß eine Schalteinrichtung (29) vorgesehen ist, welche alternativ das Informationssignal und das invertierte Signal an das Hochpaßfilter (26) abgibt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplituden-Begrenzer (28; 61, 62) durch zwei antiparallel geschaltete pn-Halbleiterelemente gebildet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplituden-Begrenzer (61, 62) eine erste (61) und eine zweite Amplituden-Begrenzungseinrichtung (62) umfaßt, die am Ausgangsanschluß der Zusammenfassungseinrichtung (25) angeschlossen sind und die Amplitude des Stroms begrenzen, und daß ferner eine weitere Schalteinrichtung (60) vorgesehen ist, die abwechselnd die erste Amplituden-Begrenzungseinrichtung (61) und die zweite Amplituden-Begrenzungseinrichtung (62) mit dem Spannungs-Strom-Umsetzer (33) verbindet.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfssignalkanal (24) einen ersten (72; 82) und zweiten Widerstand (73; 83) umfaßt, wobei der zweite Widerstand (73; 83) den ersten Widerstand (72; 82) in dem Fall in Reihe geschaltet ist, daß die Schalteinrichtung (60) den Spannungs-Strom-Umsetzer (33) mit der zweiten Amplituden-Begrenzungseinrichtung (62) verbindet.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Amplituden-Begrenzungseinrichtung (61) und die zweite Amplituden-Begrenzungseinrichtung (62) jeweils ein Paar antiparallel geschaltete pn-Halbleiterelemente aufweist.