DD244863A1 - Schaltungsanordnung zur arbeitspunktstabilisierung von frequenzmodulatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Frequenzmodulatoren bzw. spannungsgesteuerten Oszillatoren fuer Impulsfrequenzmodulation, die fuer traegerfrequente Uebertragung, vorzugsweise ueber Lichtwellenleiter, fuer Aufzeichnung auf hochwertige Bildspeicher und andere Gebiete anwendbar sind, auf denen es wichtig ist, auch Gleichspannungswerte reproduzierbar zu uebertragen. Gegenueber den komplizierten meist getrennten Kompensationsmassnahmen fuer die Spannungsabhaengigkeit und den Temperaturgang war ein minimaler Aufwand angestrebt, was zu der Aufgabe fuehrte, die Bezugsspannung der Komparatoren den Aenderungen des Ausgangspotentials der Schalter nachzufuehren. Dies erreicht die Erfindung, unter Voraussetzung von Schaltern oder Flip-Flops mit offenen antivalenten Ausgaengen durch einfache Spannungsteilerwiderstaende, deren Abgriff mit einem Siebkondensator verbunden und direkt oder ueber weitere Widerstaende an die Bezugsspannungseingaenge gefuehrt ist. Figur

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Frequenzmodulation proportional der Amplitude eines analogen Eingangssignals, insbesondere eines Bildsignals für Anwendungen der trägerfrequenten Übertragung, vorzugsweiseüber Lichtwellenleiter, der Aufzeichnung auf hochwertige Bildspeicher und andere Anwendungsgebiete, bei denen es wichtig ist, daß bestimmten Amplitudenwerten immer wieder bestimmte Frequenzen zugeordnet sind. Sie werden vielfach auch als spannungsgesteuerte Oszillatoren bezeichnet. Die besondere Problematik bei Bildsignalen besteht dabei darin, daß Gleichspannungswerte zu übertragen sind, die reproduzierbar sein sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die allgemein übliche Form der Arbeitspunktstabilisierung besteht in Spannungsstabilisierungs- und Gegenkopplungsnetzwerken, die bestimmte Arbeitspunkte stabilisieren. Temperaturabhängige Änderungen sind durch gegenläufige Temperaturabhängigkeiten kompensierbar.

Solche Schaltungen sind jedoch aufwendig und ermöglichen überwiegend keine Breitbandigkeit von Gleichspannungswerten an. Die Kompensation ist auch meist nur über einen Teil des Arbeitsbereiches möglich und die Linearisierungsmaßnahmen führen zu flachen Steuerkennlinien.

Es ist auch ein temperaturkompensierter spannungsgesteuerter Sinusoszillator bekannt (DD-PS 85106), der mit zusätzlichen Verstärkern und komplexen Gegenkopplungswiderständen eine Arbeitspunktstabilisierung ohne Verflachung der Steuerkennlinie ermöglicht, wobei davon ausgegangen ist, daß solche Schaltungen von Natur aus bessere Frequenzkonstanz aufweisen als gesteuerte Kippschaltungen. Nachteilig ist jedoch, daß solche Schaltungen auch einen geringeren Frequenzhub und keine so hohe Grenzfrequenz erreichen und daß sich bei Sinussignalen für Lichtwellenleiterübertragung Probleme ergeben.

Ein temperatur- und betriebsspannungsstabiler spannungsgesteuerter Oszillator für Rechteck- und Dreieckspannungen, bei dem ein Kondensator mit einem steuerspannungsproportionalen Strom zwischen zwei Extremwerten umgeladen wird (DD-PS 104884), benutzt zur Kompensation die Emitterwiderstände des Differentialverstärkers in Verbindung mit Transistoren zur Spannungs- und die Dimensionierung des Emitterwiderstandes der Konstantstromquelle in Verbindung mit einem Spannungsteilerwiderstand zur Temperaturkompensation. Die Nachteile dieser Anordnung bestehen im Abgleich- und Zusatzaufwand sowie darin, daß sie einen kompakten temperaturgekoppelten Aufbau aus diskreten Bauelementen erfordert. Maßnahmen zur Korrektur bzw. Linearisierung der Modulationskennlinie beeinflussen sich mit den Kompensationsmaßnahmen gegenseitig.

Es sind auch Frequenzmodulatoren bekannt, die für die erwähnten Anwendungen hinsichtlich Frequenzhub, Grenzfrequenz, Linearität u.dgl. geeigneter und mit integrierten Schaltungen, also geringerem Aufwand herzustellen sind (DE-AS 2551785; DE-AS 3413143). Die dort vorgesehenen Einstellmaßnahmen für Frequenzen zu typischen Spannungspegeln berücksichtigen deren Temperatur-und Spannungsabhängigkeiten nicht und sind kompliziert. Auch eine Voranmeldung des gleichen Anmelders (PA 17/85), die einen größeren Frequenzhub, eine höhere Grenzfrequenz und eine leichter erzielbare höhere Linearität erzielt, gewährleistet noch nicht, daß bei Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen jedem Spannungspegel eine bestimmte Frequenz zugeordnet ist. Obwohl sie die gewünschte Modulationskennlinie beibehält, „schwimmt" diese bei Temperatur- bzw. Betriebsspannungsschwankungen und verschiebt die Spannungs/Frequenz-Zuordnung.

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung soll mit minimalem Aufwand eine Arbeitspunktstabilisierung für solche Frequenzmodulatoren erzielt werden, die auch bei schwankender Betriebsspannung und Temperatur eine getreue Zuordnung von Frequenzen zu Spannungspegeln ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung ergibt eine Analyse der technischen Mängelursachen, daß die Kompensation jeweils mit komplementären Maßnahmen zu den einzelnen Ursachen erfolgt und Bauelemente mit eigenen nichtlinearen bzw. komplexen Werten eingesetzt werden, die nicht zwangsläufig exakt gegensinnig verlaufen und den Aufwand verursachen. Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, ohne Beeinflussung der Modulationskennlinie hinsichtlich deren Steilheit, Krümmung u. dgl., deren Lage auf einen Bezugspunkt zu beziehen, der den Veränderungen des Ausgangspotentials der Schalter nachgeführt ist, wozu eine einfache lineare Bezugsspannungserzeugung genügt.

Ausgehend von Schaltungsanordnungen, die Komparatoren, Flipflop und Kondensatorlade- bzw. -entladeschaltungen mit Stromquellen und gesteuerten Schaltern enthalten, die wenigstens zum Teil gegenphasige offene Emitter- bzw. Kollektorausgänge besitzen, löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß zwischen die gegenphasigen Ausgänge eines Flipflops bzw. Schaltergatters Spannungsteilerwiderstände geschaltet sind, deren Abgriff mit einem Siebkondensator gegen Masse und direkt bzw. über weitere Widerstände mit Bezugsspannungseingängen von einem oder mehreren Komparatoren verbunden ist.

Der Effekt dieser Anordnung besteht darin, daß sich das Bezugspotential am Komparator bei Ausgangspegelschwankungen mit ändert und der Spannungshub des frequenzbestimmenden Signals am Kondensator erhalten bleibt. Alle Einflüsse der Temperatur und Betriebsspannung werden dabei kompensiert, soweit die Temperaturen und die Betriebsspannungsquelle der Flipflops bzw. Schaltergatter gleich sind, was sich bei IC, von denen Mehrfachausführungen handelsüblich sind, leicht realisieren läßt.

In Weiterbildung der Erfindung besteht eine Möglichkeit weiterer Korrekturen darin, daß der Abgriff der Spannungsteilerwiderstände über einen weiteren Widerstand mit einem Hilfspotential verbunden ist, das aus der Betriebsspannung abgeleitet ist. Solche Hilfspotentiale können von einem Spannungsteiler, einer Hilfsspannungsquelle eines IC oder von einem weiteren Gatter abgeleitet sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines Frequenzmodulators, der für beliebige zeit- bzw. frequenzlineare Modulationsfunktionen bei Steuerung beider Halbperioden geeignet ist und aus einem doppelten Flipflop 1,zwei Komparatoren 2 und 3 und zwei Kondensatorladeschaltungen mit Kondensatoren 4 und 5 und Stromquellen 6 und 7 besteht. Die beiden Flipflop des Doppelflipflops 1 sind eingangsseitig parallel geschaltet. Ausgangsseitig dient das obere Flipflop als gesteuerter Schalter und, das untere liefert das frequenzmodulierte Signal an die Ausgangsklemmen A. An ihm sind auch die die Erfindung charakterisierenden Spannungsteilerwiderstände 8 und 9 abgeschlossen. An deren Abgriff liegt der Siebkondensator 10 gegen Masse. Ein weiterer Widerstand 11 kann zu einem Hilfspotential Uh führen.

Die Eingangsbeschaltung des Frequenzmodulators ist so dagestellt, daß sie verschiedene Ansteuermöglichkeiten und zugehörige Verbindungsmöglichkeiten des Abgriffs mit den Bezugsspannungseingängen der Komparatoren 2 und 3.erkennen läßt. Sind alle Verbindungen, auch die punktierte und gestrichelte Verbindung, ausgeführt und die modulierende Quelle an der Eingangsklemme E 2 angeschlossen, erfolgt eine frequenzlineare Modulation, und der Abgriff ist direkt mit den Bezugsspannungseingängen beider Komparatoren 2 und 3 verbunden. Besteht die punktierte Verbindung nicht und ist die modulierende Quelle an die Eingangsklemmen E1 oder ET angeschlossen, so erfolgt eine zeitlineare Modulation, und der Abgriff ist mit den Bezugsspannungseingängen der Komparatoren 2 und 3 über den Innenwiderstand der modulierenden Quelle verbunden. Besteht auch die gestrichelte Verbindung nicht, können zwei Quellen an den Eingangsklemmen E1 und ET die Dauer beider Halbperioden getrennt modulieren, und beide Innenwiderstände verbinden den Abgriff mit je einem Bezugsspannungseingang der Komparatoren 2 und 3.

Die Anzahl der Komparatoren und Flipflops ist nebensächlich, so daß auch andere bekannte Schaltungen so in ihrem Arbeitspunkt stabilisiert werden können, wenn nur gewährleistet ist, daß zwei antivalente Ausgänge eines Gatters mit offenen Emitter- oder Kollektoranschlüssen (ECL; TTL) und eine Rückführmöglichkeit auf den Bezugsspannungseingang des Komparators besteht, an dessen anderen Eingang die Kondensatorlade- und/oder Entladeschaltung abgeschlossen ist. Dies beruht darauf, daß das Ausgangspotential der Schalter bzw. Gatter im geschlossenen Zustand von den Betriebsspannungsschwankungen und der Temperatur beeinflußt wird. Von diesem Ausgangspotential aus steigt die Ladung des Kondensators beim Öffnen des Schalter bis zum Bezugspotential am Komparator an (bzw. fällt vom Bezugspotential bis zur Spannung des geschlossenen Schalters bei Entladung). Bei Spannungsgleichheit an den Komparatoreingängen schaltet das Flipflop um. Ist das Bezugspotential am Komparator von Gatter- oder Flipflop-Ausgängen abgeleitet, verändert sich dieses mit dem anderen Extremwert zusammen in gleicher Richtung und die Lade- bzw. Entladezeit bleibt wegen der gleichbleibenden Differenz erhalten.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1.· Schaltungsanordnung zur Arbeitspunktstabilisierung von Frequenzmodulatoren, die Komparatoren, Flipflop und Kondensatorlade- bzw. -entladeschaltungen mit Stromquellen und gesteuerten Schaltern enthalten, die wenigstens zum Teil gegenphasige offene Emitter- bzw. Kollektorausgänge besitzen, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen die gegenphasigen Ausgänge eines Flipflops (1) bzw. Schaltergatters Spannungsteilerwiderstände (8; 9) geschaltet sind, deren Abgriff mit einem Siebkondehsator (10) gegen Masse und direkt bzw. über weitere Widerstände mit Bezugsspannungseingängen von einem oder mehreren Komparatoren verbunden ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Abgriff der Spannungsteilerwiderstände über einen weiteren Widerstand mit einem Hilfspotential verbunden ist, das aus der Betriebsspannung abgeleitet ist.