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Dokumentenidentifikation DE3336234C2 02.09.1993
Titel Tondemodulationseinrichtung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Okuno, Kazuhiko, Itami, Hyogo, JP
Vertreter Eitle, W., Dipl.-Ing.; Hoffmann, K., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Lehn, W., Dipl.-Ing.; Füchsle, K., Dipl.-Ing.; Hansen, B., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brauns, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Görg, K., Dipl.-Ing.; Kohlmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte; Nette, A., Rechtsanw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 05.10.1983
DE-Aktenzeichen 3336234
Offenlegungstag 26.04.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.09.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.09.1993
IPC-Hauptklasse H04N 5/62

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Tondemodulationseinrichtung für eine Fernsehempfangsschaltung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist; eine derartige Tondemodulationseinrichtung ist aus der DE-OS 23 42 620 bekannt.

Die bekannte Tondemodulationseinrichtung hat jedoch die Eigenschaft, daß bei einem starken Seitenband des Bit-Signals und bei einem schwachen Tonsignal eine Einstreuung der Bildkomponente in dem Tonkanal möglich ist, die sich als Tonstörung im Ton bemerkbar macht. Um den Einfluß einer derartigen Störung weiter zu verhindern, sind aufwendige Zusatzschaltungen erforderlich, etwa eine vom Signalpegel abhängige Verstärkungsregelung. Im einzelnen werden bei der bekannten Tondemodulationsvorrichtung das Tonsignal und das Bildsignal gemeinsam empfangen, gefiltert und demoduliert. Erst nach der Demodulation erfolgt eine Trennung in zwischenfrequentes Ton- und Bildsignal. Damit der Tonträger die Bildinformation nicht stört, wird der Tonträger stark abgesenkt, beispielsweise um -20 dB. Der auf diese Weise stark abgesenkte Tonträger ist sehr empfindlich gegenüber Pegelschwankungen und ein einstreuendes Seitenband des Bildträgers in den tonfrequenten Bereich. Zur Störunterdrückung in diesem Fall sind daher aufwendige Amplitudenregelschaltungen und weitere Maßnahmen zwingend erforderlich.

Aufgrund der gemeinsamen Verarbeitung der beiden Signale, nämlich Tonträger und Bildträger, kann nur jeweils ein Signal optimal verarbeitet werden. Falls der Tonträger nicht abgesenkt wird, sind Störungen im Bildbereich zu erwarten. Wird dagegen der Tonträger zu weit abgesenkt, dann ist das Bildsignal zwar ungestört, jedoch sind dann Brummstörungen im Tonsignal zu erwarten. Die bekannte Tondemodulationseinrichtung sieht daher vor, den Bildträger im Normalfall bevorzugt zu behandeln bzw. den Tonträger abzusenken. Falls der Tonträger jedoch zu schwach wird, so erfolgt eine Anhebung des bereits zuvor abgesenkten Tonträgers. Insgesamt ergibt sich dabei jedoch eine Absenkung des Tonträgers gegenüber dem Bildträger, wobei eine Art Amplitudenregelung für den Tonträger nachträglich vorgenommen wird.

Zur Erläuterung der in Tondemodulationseinrichtungen für Fernsehempfangsschaltungen auftretenden Probleme wird weiterhin auf die nachstehenden Ausführungen verwiesen.

Üblicherweise werden die in einem Fernsehempfänger von der Antenne aufgenommenen Signale durch einen Tuner in eine Zwischenfrequenz (IF) transformiert. Beispielsweise wird ein Bildträgersignal, das im Zwischenfrequenzsignal enthalten ist, auf 58,75 MHz und ein Tonträgersignal auf 54,25 MHz transformiert. Diese transformierten Bild- und Tonträgersignale werden einem Zwischenfrequenzverstärker zugeleitet, und der Zwischenfrequenzverstärker erzeugt im Anschluß an die Verstärkung auf einen bestimmten Pegel ein zweites Ton-IF-Signal bei einer Schwebungsfrequenz, z. B. 4,5 MHz, zwischen dem IF-Bildträgersignal und dem IF-Tonträgersignal. Der Tonträger wird nämlich frequenztransformiert, wobei der Bildträger als Empfängeroszillator dient. Diese Transformation wird die erste Tonerkennung genannt. Das zweite Ton-IF-Signal von 4,5 MHz wird dann FM-demoduliert (in einer zweiten Tonerkennung), um so das ursprüngliche Tonsignal zu regenerieren. Wie in Fig. 2(a) gezeigt, wird das IF-Signal einem IF-Verstärker 2 über eine Eingangsklemme 1 zugeführt, wo es auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt wird. Dieses verstärkte IF-Signal wird dann einem Videodetektor 3 zugeleitet, der gleichzeitig die Videoerkennung und die Tonerkennung durchführt. Dann wird das 4,5 MHz-Signal vom Ausgang des Videodetektors 3 mit Hilfe einer Fangschaltung 4 eliminiert, die auf die Schwebungsfrequenz von 4,5 MHz abgestimmt ist, und das Signal wird an einer Videoausgangsklemme 5 abgegeben. Da der Ausgang des Videodetektors 3 außerdem das zweite Ton-IF-Signal von 4,5 MHz gleichzeitig enthält, wird dieses Signal mit einem 4,5 MHz-Filter 6 entnommen und an einer Ton-IF-Ausgangsklemme 7 abgegeben. Die sich ergebende Schaltung, wie sie in Fig. 2(a) gezeigt ist, ist einfach, hat jedoch Nachteile. Das IF-Signal enthält nicht nur den Bildträger und den Tonträger, sondern auch einen Farb-Unterträger. Dieser Farb-Unterträger wird ebenfalls verstärkt, und wegen der Nichtlinearität des Videodetektors erfolgt eine Vermischung zwischen diesen Trägern. Aus diesem Grunde wird eine sogenannte 920 kHz-Schwebung erzeugt. Für den Fall, daß der Bildqualität mehr Wichtigkeit als der Tonqualität zugeordnet wird, wird der Pegel des Tonträgers im IF-Signal an der Eingangsklemme 1 gesenkt, damit das 920 kHz-Schwebungssignal geschwächt wird. Dadurch vermindert sich allerdings das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N). Zu diesem Zweck wird die Schaltung nach Fig. 2(b) verwendet, um den Mangel der Schaltung von Fig. 2(a) zu überwinden. Zwischen dem IF-Verstärker 2 und dem Videodetektor 3, wo die Hauptquelle der 920 kHz-Schwebung liegt, wird eine Tonträgerfangschaltung 8 vorgesehen, um die 920 kHz-Schwebung des Videosignalausgangs abzudämpfen. Auch die Schwebungsfrequenz von 4,5 MHz, die sich aus der Differenz zwischen Bildträger und Tonträger ergibt, wird durch Eingeben des IF-Verstärker-Ausgangssignals in einen ersten Tondetektor 9 erhalten.

Kürzlich wurde das Tonmultiplexen eingeführt, und es sind nicht nur die Anforderungen an hohe Bildqualität sondern auch an hohe Tonqualität gestiegen. Störgeräusche, wie das sogenannte Summen und das Nutz/Rausch-Verhältnis im Tonsignal, das durch die synchronen Ton- und Videosignale bestimmt ist, haben dadurch wesentlich an Bedeutung gewonnen.

Die herkömmlichen Verfahren gemäß den Fig. 2(a) und 2(b) führen nicht zu einem zufriedenstellenden Signal/Rausch-Verhältnis des Tonsignals und müssen verbessert werden. Wenn ein getrenntes Trägerverfahren eingesetzt wird, in dem das Tonsignalsystem vom Videosignalsystem getrennt ist und gesondert behandelt wird, dann ist zwar das Problem des Signal/Rausch-Verhältnisses im Tonsignal verbessert, doch haftet einem solchen Verfahren der Nachteil an, daß die Schaltungen kompliziert werden und wesentlich teurer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer beispielsweise in der DE-OS 23 42 620 beschriebenen Tondemodulationseinrichtung, bei Verwendung einer einfachen Schaltung, die sich insbesondere als integrierte Halbleiterschaltung ausführen läßt, das Verhältnis von Nutz- zu Störsignalen im Tonbereich zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch eine Tondemodulationseinrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Gemäß der Erfindung werden daher Tonträger und Bildträger von vornherein getrennt behandelt und getrennt demoduliert. Daher ist es möglich, in dem Differentialverstärker den Tonträger gegenüber dem Bildträger erheblich zu verstärken und Bereiche zwischen Tonträger und Bildträger nahezu auszulöschen. Reste des Bildträgers sind nach wie vor für die Demodulation des Tones erforderlich. Der Bereich zwischen Tonträger und Bildträger stellt das Seitenband des Bildsignals dar und ist für die Tondemodulation nicht erforderlich. Anderenfalls könnte das Seitenband zwischen Tonträger und Bildträger, bedingt durch Nicht-Linearitäten des Tondemodulators, störende Mischprodukte bilden, die Störsignale im Tonkanal erzeugen, beispielsweise ein Brummen. Aufgrund der getrennten Verarbeitung von Ton und Bild im Zwischenfrequenzbereich können sowohl Tonempfang als auch Bildempfang optimiert werden. Es ist keine Amplitudenregelschaltung erforderlich, sondern es reicht ein einfaches Filter mit einer festen Frequenzcharakteristik aus.

Durch die Tondemodulationseinrichtung gemäß der Erfindung werden die Vorteile erzielt, daß der Bildträger gegenüber dem Tonträger stark abgesenkt und das Seitenband des Bildträgers noch stärker reduziert ist, so daß Störsignale unterdrückt werden, die aufgrund einer nicht-linearen Demodulationskennlinie des Tondemodulators von dem Bildseitenband in den Tonbereich verschoben werden können. Durch die getrennte Behandlung von Ton- und Bildfrequenzen kann ein ausgezeichneter Tonempfang erzielt werden, wobei gleichzeitig der Bildempfang nicht durch den Tonträger gestört wird. Der Schaltungsaufwand ist in Folge des verwendeten Differentialverstärkers so gering, daß sogar eine einfache Integration in einer integrierten Schaltung ermöglicht wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt im einzelnen in:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tondemodulationseinrichtung in Blockdarstellung;

Fig. 2(a) und 2(b) Blockschaltbilder herkömmlicher Tondemodulationseinrichtungen;

Fig. 3 die Frequenz/Verstärkungs-Charakteristik eines in der Tondemodulationseinrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Bandpaßfilters;

Fig. 4 das Schaltbild eines in der erfindungsgemäßen Tondemodulationseinrichtung verwendeten Bandpaßfilters und

Fig. 5 die Frequenz/Verstärkungsfaktor-Charakteristik des Bandpaßfilters nach Fig. 4.

Fig. 1 stellt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung dar. Die Elemente 1-9 sind darin dieselben wie bei der Schaltung nach Fig. 2(b). Der entscheidende Unterschied gegenüber der Schaltung aus Fig. 2(b) besteht darin, daß ein Differentialverstärker als Bandpaßfilter 10 zwischen den Ausgang des IF-Verstärkers 2 und den ersten Tondemodulator 9 eingefügt ist.

Um eine Verbesserung bezüglich Summtonstörung und des Signal/Rauschverhältnisses zu erhalten, sollte dieser Differentialverstärker im IF-Signalband eine Frequenzcharakteristik haben, bei der der Verstärkungsfaktor im Bereich der Tonträgerfrequenz größer als bei der Bildträgerfrequenz ist. Um außerdem den Einfluß der Videokomponente zu schwächen, die im Videodetektor oder -demodulator 3 erzeugt wird, sollte der Verstärkungsfaktor im unteren Seitenband des Bildträgers klein sein. Genauer gesagt, ist eine Frequenzcharakteristik erwünscht, bei der das Verhältnis von Bildträger zu Tonträger (allgemein als P/S-Verhältnis bezeichnet) für das Eingangs-IF-Signal so reduziert wird, daß für das Frequenzband zwischen diesen Trägern nur ein sehr kleiner Verstärkungsfaktor vorhanden ist.

Diese Frequenzcharakteristik wird bei der Erfindung durch den Einsatz eines Differentialverstärkers erhalten. Der Schaltungsaufbau des Differentialverstärkers 10 wird anhand der Fig. 4 nun näher erläutert.

Ein von IF-Verstärker 2 kommendes IF-Signal wird den Eingangsklemmen 11 zugeführt, von denen es anschließend zwischen die Basen von zwei NPN-Transistoren 12 und 13 geführt wird. Die Emitter der Transistoren 12 und 13 sind jeweils mit einer Konstantstromquelle 14 bzw. 15 verbunden, die ihrerseits mit Masse in Verbindung steht. Eine aus einem Widerstand 16 und einem Reihen-Parallel-Resonanzkreis, der aus einem Kondensator 17 in Reihe mit einer Parallelschaltung aus einem Kondensator 18 und einer Induktivität 19 besteht, liegt zwischen den Emittern der Transistoren 12 und 13. Mit den beiden Kollektoren der Transistoren 12 und 13 ist über Lastwiderstände 21 bzw. 22 eine Speisungsquelle 20 verbunden. Der Differentialverstärker 10 besteht also aus den obengenannten Einzelbauteilen. Das Ausgangssignal dieses Differentialverstärkers 10 wird dem ersten Tondemodulator 9 von seinen Ausgangsklemmen 24 zugeleitet. Der Verstärkungsverlauf des Differentialverstärkers 10 ist durch den Widerstand 16, die Impedanzen der Kondensatoren 17 und 18 und der Induktivität 19, die Emitterwiderstände der Transistoren 12 und 13 und die Lastwiderstände 21 und 22 bestimmt. Die Frequenzcharakteristik des Verstärkungsfaktors des Differentialverstärkers 10 wird jedoch hauptsächlich durch die Impedanz der Reihen-Parallel-Resonanzschaltung bestimmt. Mit den Bezeichnungen C1 für die Kapazität des Kondensators 17, C2 für die Kapazität des Kondensators 18 und L für die Induktivität der Spule 19 erhält man als Impedanz für die Reihen-Parallel-Resonanzschaltung den Wert

0 bei einer Frequenz f1, wenn



∞, bei einer Frequenz f2, wenn



ist. Für einen Beispielsfall soll angenommen werden, daß f1=54,25 MHz und f2=56,5 MHz und die Widerstände 16, 21 und 22 in geeigneter Weise gewählt sind. Es ergibt sich dann eine Frequenzcharakteristik dieses Differentialverstärkers mit einem Verlauf des Verstärkungsfaktors über der Frequenz gemäß Fig. 5.

Somit kann der Verstärkungsfaktor für den Tonträger bei 54,25 MHz, der dem ersten Tondemodulator 9 eingegeben wird, größer gemacht werden als der für das Videosignalband, indem ein Differentialverstärker 10von derartig einfachem Aufbau eingefügt wird. Die 4,5 MHz-Komponente am Ausgang 7 des ersten Tondemodulators läßt sich dadurch erhöhen. Folglich besteht weniger Gefahr, daß höhere Harmonische der Videokomponente aufgrund von Nichtlinearitäten des Videodemodulators 3 in Fig. 2(a) in das 4,5 MHz-Band eingemischt werden, speziell mit den Frequenzen 4,5/2 MHz, 4,5/3 MHz usw. Damit wird gemäß der Erfindung bei der Demodulation auf das Tonsignal der Brummton geringer, und speziell wird das Nutz/Rausch-Verhältnis eines schwach übertragenen Signals besser.

Es bedarf keiner weiteren Ausführungen dazu, daß die Erfindung sich nicht nur beim 58 MHz-Band, sondern auch beim 45 MHz-Band oder 38 MHz-Band einsetzen läßt.

Mit Hilfe der Erfindung kann in einer einfachen Schaltung durch Einfügen eines Differentialverstärkers, der eine vorteilhafte Frequenzverstärkungsfaktor-Charakteristik für die Tonmodulation hat, zwischen IF-Verstärker und erstem Tonmodulator ein qualitativ hochwertiges Tonsignal aus dem empfangenen Signal gewonnen werden. Darüber hinaus eignet sich die Schaltung in vorteilhafter Weise zum Aufbau als integrierte Halbleiterschaltung.


Anspruch[de]
  1. 1. Tondemodulationseinrichtung für eine Fernsehempfangsschaltung, mit
    1. - einem Zwischenfrequenzverstärker (2), der ein zwischenfrequentes Ton- und Bildträgersignal auf einen bestimmten Pegelwert verstärkt, und
    2. - einem Tondemodulator (9), der eine Differenzfrequenz zwischen Tonträgersignal und Bildträgersignal abgibt.
  2. dadurch gekennzeichnet, daß
    1. - die Tondemodulationseinrichtung Teil eines von einem Videosignalsystem (8, 3, 4) getrennten Tonsignalsystems (10, 9, 6) ist,
    2. - ein Differentialverstärker (10) zwischen den Zwischenfrequenzverstärker und den Tondemodulator (9) eingefügt ist, und daß
    3. - der Differentialverstärker (10) einen ersten Transistor (12), einen zweiten Transistor (13), eine Speisungsquelle (20), Widerstände (21, 22), die je zwischen die Speisungsquelle (20) und den Kollektor des ersten bzw. zweiten Transistors (12, 13) eingefügt sind, zwei Konstantstromquellen (14, 15), die zwischen Masse und den Emitter des ersten bzw. zweiten Transistors eingefügt sind, und eine Resonanzschaltung (16 bis 19) aufweist, die zwischen den Emittern der beiden Transistoren (12, 13) vorgesehen ist, und
    4. - der Differentialverstärker eine solche Frequenzcharakteristik aufweist, daß der Verstärkungsfaktor bei der Tonträgerfrequenz größer als bei der Bildträgerfrequenz ist und für die zwischen Tonträgerfrequenz und Bildträgerfrequenz liegenden Frequenzen kleiner als für die Bildträgerfrequenz ist.
  3. 2. Tondemodulationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzschaltung eine Reihenschaltung eines Widerstandes (16), eines Kondensators (17) und eines aus einer Induktivität (19) und einem Kondensator (18) bestehenden Parallelresonanzkreises umfaßt.
  4. 3. Tondemodulationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers (2) zwischen die Basen des ersten und des zweiten Transistors (12, 13) gelegt ist.
  5. 4. Tondemodulationseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzfrequenz 4,5 MHz beträgt.






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