專利名稱:調(diào)頻解調(diào)器的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于解調(diào)調(diào)頻信號的FM解調(diào)器電路裝置。
發(fā)明的特征將借助附圖詳細(xì)地描述。
圖1示出一般PLL-FM解調(diào)器的電路裝置。
圖2示出在圖1中PLL-FM解調(diào)器的特性曲線。
圖3和4分別是闡述本發(fā)明原理的電路圖和特性曲線圖。
圖5示出依據(jù)本發(fā)明的FM解調(diào)器實施例的裝置圖。
圖6示出使用在發(fā)明中的解調(diào)帶移電路例中的電路圖。
圖7和8是闡述在圖5中發(fā)明工作原理的特性曲線圖。
圖9、10和11中的裝置圖示出了在圖5中發(fā)明例的解調(diào)帶移電路的改進(jìn)形式。
圖12是發(fā)明實例的其它裝置圖。
圖13和14中的電原理圖示出在發(fā)明中使用的解調(diào)帶移電路的實例。
圖15和16中的特性圖闡述在圖12中的發(fā)明工作原理。
圖17、18和19的裝置圖示出了發(fā)明的其它實施例。
在使用通信衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)中，使用調(diào)頻(FM)電視信號，在接收這類廣播的接收機(jī)內(nèi)，需把從衛(wèi)星發(fā)送出來的微弱無線電波解調(diào)為視頻信號;由于PLL(鎖相環(huán))FM(調(diào)頻)解調(diào)器在弱電信號領(lǐng)域運用具有極好的特征，因而常被使用，圖1示出了一般使用的PLL-FM解調(diào)器裝置。PLL-FM閉環(huán)解調(diào)器包括鑒相器2，放大器3，環(huán)路濾波器4和壓控振蕩器(VCO)5，調(diào)頻信號通過輸入端1送入PLL-FM解調(diào)器，并被解調(diào)，從輸出端6檢出解調(diào)的電視信號，輸出端分支到壓控振蕩器(VCO)5的輸入端，由鑒相器2產(chǎn)生的差拍成份所具有的頻率是輸入端1來的輸入信號頻率與壓控振蕩器5的信號頻率之差，并被放大器3放大;環(huán)路濾波器4調(diào)整其相位和增益;此后，環(huán)路濾波器的輸出信號饋送到壓控振蕩器5的振蕩頻率控制端，由于使差拍成分頻率能變?yōu)?的閉環(huán)的作用，作為輸入FM信號原始信號的電視信號在壓控振蕩器5的振蕩頻率控制輸入端產(chǎn)生，閉環(huán)工作為FM解調(diào)器。這樣FM解調(diào)器的解調(diào)頻帶由閉環(huán)中放大器3和環(huán)路濾波器4的增益和相位特性決定，并能限定到最小的必要帶寬;因此當(dāng)電場微弱時，解調(diào)特性極好。
圖2示出在圖1中的一般PLL-FM解調(diào)器的解調(diào)帶寬性性。在滿意的工作狀態(tài)下，也就是輸入信號和壓控振蕩器5的參考頻率f0的相位誤差和在閉環(huán)中的相位誤差之和是±90°或小些，環(huán)的增益比1大，圖1中的PLL電路已經(jīng)同步，這樣壓控振蕩器5的振蕩頻率可以相應(yīng)輸入信號頻率偏移，這樣作為FM解調(diào)器的輸出，施加到壓控振蕩器5的電壓和直流電壓產(chǎn)生了，它們和參考頻率f0與輸入信號頻率之差成比例沿著振蕩頻率特性曲線7變化，這樣就得到了FM解調(diào)器的功能，在同步范圍內(nèi)的頻寬相應(yīng)頻率解調(diào)器的帶寬，從上述的鎖相環(huán)的環(huán)路條件可以判明，隨著環(huán)路增益的增加閉環(huán)內(nèi)的相位誤差減少，這樣頻率解調(diào)器的帶寬增加，此外，甚至在增益相同的情況下，在閉環(huán)內(nèi)隨相位失真變小，頻率調(diào)制器帶寬開始增加。
但在另一方面，作為FM解調(diào)器的固有特性，即閥值特性，隨著輸入FM信號的C/N(載波/噪音)比變低時，S/N(信號/噪音)比突然變差。該閥值是由被調(diào)的噪音量決定的。當(dāng)被解調(diào)的噪音量較少時，這就是說，當(dāng)解調(diào)噪音的帶寬變窄時，閥值移動到較低的C/N比，為了產(chǎn)生窄的解調(diào)噪音帶寬，就需要調(diào)整PLL的增益特性到窄帶。
如上所述，希望得到具有如下特性的PLL-FM解調(diào)器，在視頻范圍內(nèi)，它具有大的增益和解調(diào)頻帶寬，在頻率高于視頻時，增益突然變小，解調(diào)帶寬是窄的，以改進(jìn)閥值。
圖1所示的PLL-FM解調(diào)器的閉環(huán)增益特性是由環(huán)濾波器4定的，在使用具有小相位失真的滯后-超前濾波器作為環(huán)路濾波器的情況下，平滑的衰減特性曲線在2倍頻時的衰減率是6dB。由此當(dāng)確保在視頻上的解調(diào)帶寬時，那么在解調(diào)調(diào)頻信號情況下，由于視頻信號具有大的頻偏，結(jié)果帶來噪聲帶寬變寬和閥值變壞的缺點，另一方面的不利因素是，當(dāng)閥值選定較好時，視頻的解調(diào)帶寬變窄，至使解調(diào)不能實現(xiàn)，當(dāng)使用比滯后-超前濾波器更窄的窄帶濾波器作為環(huán)路濾波器4時，閉環(huán)內(nèi)的相位失真增加，使雖然增加增益，仍不能使解調(diào)帶寬變寬。
本發(fā)明的目的是消除PLL-FM解調(diào)器的上述缺點，并提供一個FM解調(diào)器，其中不管視頻偏移大小，利用簡單電路裝置就能達(dá)到環(huán)內(nèi)，
帶寬窄以及得出好的閥值。
在本發(fā)明中，由于使用了裝置，解調(diào)器解調(diào)頻帶的中心頻率隨著解調(diào)信號漂移，在解調(diào)環(huán)中頻帶的特性是窄的，并使用簡單裝置改進(jìn)了閥值電平。
借助插圖中的實施例，詳細(xì)描述本發(fā)明如下，圖3和圖4示出本發(fā)明的原理圖，圖3示出由晶體管Q1和Q2組成的差分放大器，它還包括由晶體管Q4和Q5鏡象電路構(gòu)成的恒流源。并且假定，使用該放大器作為圖1中示出在PLL-FM解調(diào)器中的放大器3的一部分，晶體管Q1的基極8a和晶體管Q2的基極8b作為平衡信號輸入;信號從晶體管Q1集電極給晶體管Q3輸出;晶體管Q3的輸出端9連接到環(huán)路濾波器4。用可變電阻10改變恒流源的電流時，在圖4中示出在忽略施加到壓控振蕩器的電壓時，在中心頻率f1的解調(diào)特性曲線11沿著振蕩頻率特性直線7變化到在中心頻率f2的解調(diào)特性曲線12，這時環(huán)路增益和相位均不改變，因此解調(diào)特性11和12的解調(diào)帶寬是相同的。
圖5示出本發(fā)明FM解調(diào)器1例，差分放大器接在PLL-FM解調(diào)器中放大器3的后極，差分放大器14的一輸出端15接到環(huán)路濾波器4，另一輸出端16通過低通濾波器(LPL)17，放大器18和電壓變換器19接至恒流源13。恒流源13的電流可以通過差分放大器14的解調(diào)信號改變。這樣由恒流源13，差分放大器14，低通濾波器17，放大器18和電壓變換器19構(gòu)成了解調(diào)帶移電路100，在PLL中環(huán)路濾波器14把低通濾波器17的頻率特性調(diào)定在窄帶，LPL(低通)濾波器可以放置在系統(tǒng)中從差分放大器14輸出端16到恒流源13的任一位置，在這樣的安排下，在PLL-FM解調(diào)器的解調(diào)信號范圍內(nèi)，相對于低通濾波器17通頻帶內(nèi)的解調(diào)信號分量，恒流源13中電流被改變，頻率解調(diào)頻帶漂移，以得到寬帶解調(diào)特性，另一方面考慮低通濾波器截止頻率內(nèi)的解調(diào)信號成份;濾波器17并不改變恒流源13的電流，這樣由放大器3′，差分放大器14和環(huán)路濾波器4決定的一般解調(diào)帶寬可以獲得，在選用視頻信號帶寬作為低通濾波器17的通帶情況下，可以展寬視頻信號的頻率解調(diào)帶寬，這樣可以減少放大器3′和差分放大器14的增益，而且通過使被解調(diào)噪音帶寬變窄改進(jìn)了閥值。
圖6示出解調(diào)帶移電路100的實施例，以控制在圖5中給出本發(fā)明的FM解調(diào)器解調(diào)帶移。解調(diào)信號由差分放大器14的晶體管Q2的集電極引出，使用晶體管Q6，通過由電阻20、21和電容22組成的滯后-超前型低通濾波器(圖5中17)使得差分電路14和PLL閉環(huán)無關(guān)。通過低通濾波器的解調(diào)信號電壓驅(qū)動供差分放大器使用的恒流源(圖6中13)，這樣，當(dāng)輸入FM信號頻率變高時，晶體管Q1的集電極電壓變高，而晶體管Q2的集電極電壓變低;恒流源中晶體管Q4的基極電壓變低，流經(jīng)晶體管Q4的電流減少;解調(diào)帶寬移到較高的頻率側(cè);晶體管Q2的集電極電壓受控，至使總是變成恒定電壓;而解調(diào)帶寬按照輸入FM信號頻率漂移，這樣的解調(diào)帶移電路100與PLL的閉環(huán)無關(guān)，這樣盡管把帶移電路100的環(huán)增益調(diào)整大，改進(jìn)控制靈敏度而不影響PLL-FM解調(diào)特性，作為例子，這個目的可以通過增大晶體管Q2的集電極電阻20容易實現(xiàn)。
在圖7中示出這些電路的工作，當(dāng)具有中心頻率f0的輸入FM信號接入時，可以得到具有中心頻率的解調(diào)帶寬，當(dāng)輸入信號頻偏為△F時，帶移的控制作用，使得晶體管Q2的集電極電壓恒定，這樣用b表示偏移的解調(diào)帶寬，解調(diào)帶寬的中心僅僅偏移了3△f的1/2，在另一種情況下，當(dāng)輸入信號偏移-△f時，解調(diào)帶寬類似地變?yōu)橛肅表示，其中心頻率偏移為-△f的1/2，現(xiàn)在這樣假定最大頻偏2?！鱢是1.7MHz，和原來相比解調(diào)帶寬偏移是最大頻偏的一半，即8.5MHz。
該點將結(jié)合環(huán)增益討論，在圖6帶移電路100中，當(dāng)假定差分放大器14的增益為A1，從晶體管Q2到晶體管Q4的帶移環(huán)的增益為A2，這個電路的總增益A0可以表示為A0＝A1(1+ (A2)/(A2+1)當(dāng)A2是大值時，電路總增益A0是差分放大器14增益的2倍，當(dāng)A2小時，A0等于A1。
圖8示出這些增益間的關(guān)系，在PLL的增益為A時，此時，具有最高視頻f′為17MHz的頻率解調(diào)帶寬的帶移是不能實現(xiàn)的，因假設(shè)PLL閉環(huán)的特性曲線由X表示，假設(shè)帶移比特性曲線X不能實現(xiàn)的部分在增益上少6dB的PLL閉環(huán)特性曲線用y表示，而使用本發(fā)明則可以得到用實線Z表示的特性曲線，這樣在最高的視頻f′也可以得到必要的增益，而當(dāng)頻率超過f′時，增益降低6dB，這樣，噪音帶寬是窄的，閥值改進(jìn)了，在低的頻率范圍內(nèi)增益增加體現(xiàn)在帶移效果上，而且?guī)б齐娐?00形成環(huán)路，自然，由于帶移環(huán)加入相位誤差的增加利用帶移環(huán)增益的增加可以變小。
圖9示出另一個帶移電路100的實施例，帶移電路增益增加了，PNP晶體管Q7和Q8構(gòu)成放大電路，接在差分放大電路晶體管Q3輸出端上的低通濾波器和電流源晶體管Q4之間，Q7和Q8組成放大電路的增益可以通過電阻23，24，25和26任意地調(diào)整，由于帶移環(huán)加入PLL相位誤差的壇加減至最小。
圖10和11示出發(fā)明的帶移電路的其它實施形式，如圖10所示，借助帶移控制環(huán)的功能，由于電流源晶體管Q4溫度變化而產(chǎn)生的電流變化受到抑制，這樣可以去掉鏡象電路中的晶體管Q5，一方面低通濾波器17的構(gòu)成并不只限于電阻21和電容22，也可以使用電容27和28，這就是說，或者這些元件中的一個被使用，或者它們所有的都被利用構(gòu)成濾波器，在這種情況下，很顯然這些元件可以放置在帶移環(huán)的任何位置，使解調(diào)帶寬變化的帶移環(huán)和供PLL-FM解調(diào)用的閉環(huán)無關(guān)，而且工作穩(wěn)定，這樣供PLL-FM解調(diào)的閉環(huán)帶寬特性無需寬帶工作;這樣的環(huán)路容易構(gòu)成，進(jìn)而，使用本發(fā)明的FM解調(diào)器作為外差接收機(jī)的一部分時，由于外差接收機(jī)本振頻率改變而造成FM解調(diào)器的輸入信號中心頻率變化時，由于解調(diào)器的中心頻率能自動偏移，可以使隨調(diào)信號的失真減小。
此外，在接收低頻時有大的頻率改變的調(diào)頻信號的情況下，需要更大的解調(diào)帶移。
圖12示出本發(fā)明FM解調(diào)器的另一實施例，具有恒流源13的差分放大器14連接在PLL-FM解調(diào)器中放大器3的末極，差分放大器的輸出信號分成兩路，一路輸出和環(huán)路濾波器14相連，而另一路通過放大器29，低通濾波器30和電壓變換器19和恒流源13相連，使用差分放大器14輸出的解調(diào)信號控制恒流源13的電源變化，這樣就移動解調(diào)帶寬的中心頻率。低通濾波器30可以安排在電壓變換器19的末極。恒流源13，差分放大器14，電壓變換器19，放大器29和低通濾波器30構(gòu)成了帶移解調(diào)電路200。
圖13示出供移動本發(fā)明FM解調(diào)器帶寬使用的帶移電路200的實施例，差分放大器14的PLL閉環(huán)輸出被分路并從PNP晶體管Q9取出，Q9晶體管的集電極連接晶體管Q5的集電極，晶體管Q9的發(fā)射極通過電阻33接電源正級，由于這樣，當(dāng)輸入調(diào)頻信號變高時，晶體管Q1的集電極電壓變高，流過晶體管Q9的電流減少;晶體管Q4的基極電壓變低;流經(jīng)晶體管Q4的電流減少;頻率解調(diào)帶寬移到高頻側(cè)，這是顯然的，依據(jù)電阻器31和電容器32組成低通濾波器的功能，上述解調(diào)帶移實現(xiàn)僅和低通濾波器30通帶內(nèi)的信號相關(guān)。
晶體管Q9的發(fā)射極電阻33的大小決定了解調(diào)帶移的靈敏度，雖然移寬隨著電阻器33的數(shù)值減小而增加，在這樣安排下，在輸入FM信號的中心頻率上實現(xiàn)差分放大器直流平衡，這樣電阻33的阻值不能選得很小，因此，在圖14中，包括晶體管Q10的恒壓源133接在電阻的電源一側(cè)，這樣電阻33的阻值可以選得很小，使得解調(diào)帶寬可以移動的大，選擇電阻33的阻值，使得晶體管Q1和Q2的集電極電壓總是相等，解調(diào)帶寬移動時，輸入FM信號總是位于解調(diào)帶寬的中心，圖15示出工作情況，當(dāng)施加中心頻率f0的輸入FM信號時，在保證差分放大器的直流平衡時，具有中心頻率f0的解調(diào)帶用a′表示，當(dāng)輸入信號偏離△f時，差分放大器晶體管Q1的輸出電壓增加;這樣，恒流源電流減少，晶體管Q2的集電極電壓變得等于晶體管Q1的集電極電壓，于是，由于這個電壓使差分放大器很好地平衡，這樣解調(diào)帶寬移到用b′表示，中心頻率為(f0+△f)的位置，當(dāng)輸入信號頻率為f0-△f時，解調(diào)帶寬類似地移到中心頻率為f0-△f，用c′表示的新位置，因為解調(diào)帶寬是三層的，解調(diào)帶寬處在帶移沒有實現(xiàn)的情況，所以PLL閉環(huán)增益降為帶移沒實現(xiàn)時增益的1/3(大約10dB)，這樣閥值改進(jìn)了，由于解調(diào)帶移電路200沒有形成環(huán)，如圖16所示，當(dāng)解調(diào)帶偏移時，環(huán)增益特性Z′呈現(xiàn)出解調(diào)帶移電路200中的窄帶濾波器30特性，這對在低頻時具有大頻偏的FM信號的解調(diào)是有效的。這就使在閉環(huán)內(nèi)噪音帶寬變得很小，從而改進(jìn)了閥值，進(jìn)而當(dāng)使用本發(fā)明FM解調(diào)器作為外差機(jī)的解調(diào)部分時，既使由于外差接收機(jī)本機(jī)振蕩頻率的變動引起的FM解調(diào)器輸入信號的中心頻率變動解調(diào)信號也不會失真，因為解調(diào)總是在解調(diào)帶寬的中心頻率實現(xiàn)。
使用這樣的特性，才可能用解調(diào)帶移電路200中的窄帶濾波器30構(gòu)成AFC電路，幾乎屬于直流電流，在這種情況下，如圖17所示，為了能夠避免用于解調(diào)帶移中的AFC誤動作，可在放大器29的末極添加限幅電路。
雖然參照圖12中的實施例闡述了發(fā)明，差分放大器14的輸出分為兩路，并且利用了解調(diào)信號，但發(fā)明并沒有僅限這樣的裝置，驅(qū)動差分放大器14的恒流源13的解調(diào)信號可以具有這種極性，例如當(dāng)差分放大器的輸出電壓增加時，減少恒流源的電流，這也是明顯的，可以使用在圖18中所示的PLL-FM解調(diào)器的輸出信號，或者使用如圖19所示的差分放大器的前級放大器中的分出的一個取樣信號。
另一方面，雖然差分放大器安置在環(huán)路濾波器的前級，但發(fā)明并不局限在這樣的位置，顯然，也可以把差分放大器安放在閉環(huán)內(nèi)放大器的第一級或中間位置。
如上所述，在發(fā)明中，PLL-FM解調(diào)器解調(diào)帶寬的中心頻率相應(yīng)于解調(diào)信號進(jìn)行偏移，這樣的效果使得具有大視頻頻偏的FM信號，使用簡單的裝置就能實現(xiàn)解調(diào)，甚至考慮到FM輸入信號頻率的偏移，仍能實現(xiàn)好的解調(diào)，閥值也顯著地改善了。
權(quán)利要求
1.一個FM解調(diào)器，其特征是鎖相環(huán)，它由聯(lián)接輸入調(diào)頻信號的鑒相器、放大器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器組成；和解調(diào)帶移電路，它連接到所說的鎖相環(huán)路，對應(yīng)于所說環(huán)路頻率解調(diào)信號改變所說環(huán)路的電壓，以此改變環(huán)頻率解調(diào)斜率的中心頻率。
2.根據(jù)權(quán)項1中的一個FM解調(diào)器，其特征是所說的帶移電路包括具有恒流源，并由恒流驅(qū)動的差分放大器，所說的差分放大電路構(gòu)成所說的鎖相環(huán)中的所說放大器中一部分。
3.根據(jù)在權(quán)項2中的一個FM解調(diào)器，其特征是差分放大器一對差分輸出端的一個連到所說的鎖相環(huán)，而所說的帶移電路在所說的環(huán)內(nèi)從差分放大電路的另一輸出端檢出頻率解調(diào)信號。
4.根據(jù)權(quán)項3中的一個FM解調(diào)器，其特征是放大器設(shè)置在從所說的差分放大電路輸出到所說的恒流源之間的系統(tǒng)通路內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)項3中的一個FM解調(diào)器，其特征是低通濾波器設(shè)置在從所說的差分放大器到所說的恒流源之間的系統(tǒng)通路內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)項4中的一個FM解調(diào)器，其特征是低通濾波器設(shè)置在從所說的差分放大器到所說的恒流源之間的系統(tǒng)通路內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)項2中的一個FM解調(diào)器，其特征是所說的頻率解調(diào)信號從所說的鎖相環(huán)閉環(huán)分枝出去改變所說恒流源的電流。
8.根據(jù)權(quán)項7中的一個FM解調(diào)器，其特征是放大電路設(shè)置在從分枝點到所說的恒流源的系統(tǒng)通路內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)項8中的一個FM解調(diào)器，其特征是電壓限幅電路設(shè)置在從分枝點到恒流源之間系統(tǒng)通路中放大器的末極。
10.根據(jù)權(quán)項7中的一個FM解調(diào)器，其特征是低通濾波器設(shè)置在從分枝點到恒流源系統(tǒng)通路之內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)項8的一個FM解調(diào)器，其特征是低通濾波器放置在從分枝點到恒流源之間的系統(tǒng)通路內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)項7中的一個FM解調(diào)器，其特征是改變所說恒流源電流的頻率解調(diào)信號是從所說差分放大電路輸出的，而它的輸出又同時用在閉合鎖相環(huán)內(nèi)。
專利摘要
在鎖相環(huán)路系統(tǒng)中的FM解調(diào)器，包括了鑒相 器，放大器，環(huán)路濾波器和壓控振蕩器。其中放大器 的一部分是由差分放大電路構(gòu)成，它具有恒流源并 由恒流驅(qū)動。恒流源的頻率解調(diào)信號的中心頻率隨 恒流源電流變化而變化，并對應(yīng)于鎖相環(huán)路中的斜 率解調(diào)信號，進(jìn)而具有解調(diào)信號頻帶通帶的低通濾 波器設(shè)置在從差分放大器電路到恒流源之間的系統(tǒng) 通路內(nèi)。
文檔編號H03D3/02GK85102323SQ85102323
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者新川敬郎 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan