188939. lajstromszámú szabadalom • FM Demodulátor kapcsolási elrendezés elsősorban digitális jelátvitelhez
1 188 939 2 A találmány tárgya FM demoduiátor kapcsolási elrendezés elsősorban digitális jelátvitelhez. Mind a vezetékes, mind a vezeték nélküli átviteltechnikában kiterjedten alkalmazzák a frekvenciamodulációt (FM), mint az információt hordozó jel vivőhullámra ültetésének eszközét. E rendszerekben a vivőhullám pillanatnyi frekvenciája — vagyis a pillanatnyi fázis idő szerinti deriváltja — arányos az információt hordozó jel pilianatértékével. Kiterjedten alkalmaznak FM rendszereket a digitális jelek átvitelének technikájában is; kétállapotú (bináris) jelek átvitelekor az egyik állapotnak egy fc—Af a másik állapotnak egy fc + Af frekvencia felel meg. Az ilyen rendszert szokták FSK átviteli rendszernek nevezni angol „frequency shift keying” elnevezésének rövidítéseként. A digitális rádiótechnikában a klasszikus, fent jellemzett FSK rendszert elsősorban viszonylag kis sebességű jelek átvitelére, mondjuk 2 Mbit/s vagy annál lassúbb jeleknél használják. A jelen találmány ilyen rendszerek számára előnyös, bár az elvi sebességhatár ennél jóval nagyobb — több tíz Mbit/s is lehet. Az FM demodulátorok legtöbbször két lényeges részből állnak: az úgynevezett diszkriminátorból, ami olyan négypólus, melynek kimenő feszültsége a bemenő jel frekvenciájával köze! arányos — természetesen csak akkor. ha e bemenő frekvencia a vivőfrekvencia (fc) előre meghatározott környezetében van, és egy, a diszkriminátort megelőző úgynevezett limiterből, melyen a kimenő jel amplitúdója a bemenő jel amplitúdójától függetlenül állandó. Rádió átvitelnél legtöbbször szuperheterodin vevőt alkalmaznak és a középfrekvenciát demodulálják. A középfrekvencia értéke nagyobb sebességű jelek átvitelénél legtöbbször 70 MHz vagy ennél is több, de az említett 2 Mbit/s-ná! nem nagyobb sebességen előnyösen alkalmaznak az utóbbi időben 10,7 MHz-es középfrekvenciát. Számos különböző megoldás ismeretes limiter és diszkriminátor megvalósítására. Limiterként legtöbbször túlvezérelt erősítő! vagy amplitúdókomparátort használnak. A szóban forgó sebesség- és középfrekvencia-tartományban ez legtöbbször tökéletesen meg is felel, ezért ettől a találmányban sem térünk el. A klasszikus diszkríminátor-kapcsolás azonban, mely két rezgőkörből, egyenirányítókból és különbségképző áramkörökből áll, néhány hátránnyal rendelkezik. A legfontosabb ezek közül az, hogy rezgőköröket alkalmaz és a tekercs olyan áramköri elem, melyet korszerű áramkörökben, ha csak lehet, igyekeznek elkerülni a tömeggyártási nehézségeket, a viszonylag nagy méretek miatt, továbbá azért, mert tekercset tartalmazó áramkörök semmiképpen sem integrálhatóak. A nehéz integrálhatóság miatt előnytelen az egyenirányítók alkalmazása is. Ugyanez áll a diszkriminátor áramkör különböző javított változataira is. E hibák elkerülésére elsősorban az FSK adatátviteli modemekben gyakran alkalmaznak nullátmenet-számláló detektort. Ez, bár igen jó! használható olyankor, ha fc a hangfrekvenciás sávba esik, csak nagy nehézségekkel és nagysebességű, drága áramkörök alkalmazásával volna megvalósítható 10,7 MHz-es vagy ennél is nagyobb fc esetében. Minden ismert megoldás hátránya az, hogy viszonylag érzékeny hőmérséklet-változásra, mert az áramkörök mindegyike vagy legalább a kulcsfontosságúak analóg paraméterekkel jellemzett feszültségeket, áramokat szolgáltatnak. Célunk a találmánnyal az ismert FM demodulátorok néhány megvalósítási nehézségét elkerülni és olyan kapcsolási elrendezést kidolgozni, mely csaknem kizárólag digitális eszközöket alkalmas és könnyen integrálható. A feladat olyan diszkriminátor elrendezés létrehozása, 5 mellyel a digitális jelátvitel követelményeit kielégítő FM demoduiátor megvalósítható. A találmány szerinti frekvencia-demodulátor az ismert megoldások fent felsorolt hátrányait küszöböli ki; csaknem kizárólag digitális áramköröket alkalmas, így 10 működése megbízható, a hőmérséklettől kevéssé Függ, teljes mértékben integrálható — egy késleltetés-beállító trimmerkondenzátor kivételével; 10,7 MHz-ig a legszélesebb körben alkalmazott digitális integrált áramkörökkel (az úgynevezett TTL-LS technológiájukkal) megvalósít- 15 ható. A találmány FM demodulator kapcsolási elrendezés digitális jelátvitelhez, amely a megfelelően sávhatárolt és megfelelő szintre erősített frekvenciában modulált bemenő jel pillanatnyi frekvenciájával közel arányos jelet ad ki, és ezen kimenőjel nagysága a bemenő jel amplitú- 20 dójától közelítőleg független. A találmány lényege a következő: az FSK (vagy általános FM) jeleket limitálás után olyan impulzussorozattá alakítjuk át, melyek ismétlődése, frekvenciája az fc vivőfrekvenciával egyezik meg; ismétlődési frekvenciájuk és 25 szélességük pedig egyaránt modulálva lesz (a bejövő FM- nck vagy FSK-nak megfelelően). Az impulzusok átlagos szélessége (T0) tetszőlegesen állítható be; optimális értéke bár az optimum nem nagyon éles, az fc periódusidejének negyed része, vagyis T0 = 1/4 fc. Szélességmodulált 30 impulzussorozat aluláteresztő szűrővel egyszerűen demodulálható. Limiterként célszerű egyszerű komparátort alkalmaznunk. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés lényegét az ábrák szemléltetik. 35 Az 1. ábra a kapcsolási elrendezés általános képét mutatja. A 2. ábrán a jellemző jelalakok láthatók. A 3. ábra a találmány egyik kiviteli alakja. A 4. ábrán a kiviteli alak változatát tüntettük fel. 40 Az 1. ábra szerinti FM demodulator felépítése a következő: az A FM jelbemenetet az 1 limitéi követi, melynek egyik kimenete közvetlenül, másik kimenete a 2 késleltető áramkörön keresztül a 3 logikai áramkör egy-egy bemenetével van összekötve. A 3 logikai áramkör kime- 45 nete a 4 aluláteresztő szűrőre kapcsolódik, melynek kimeneté az E FM demoduiátor kimenet. Az 1. ábra szerinti FM demoduiátor működése a következő: A frekvenciamodulált szinuszos jel az 1 limiter bemenetre jut; ennek kimenő (négyszögesített) jele rész- 50 ben közvetlenül részben a 2 késleltető áramkörön keresztül a 3 logikai áramkör egy-egy bemenetére jut. A 3 logikai áramkört úgy képezzük ki, hogy a 2 késleltetőbői érkező késleltetett jel egy lefutó éle átbillentse,majd a komparátorból érkező jel következő lefutó éle vissza- 55 billentse eredeti helyzetébe. Ilyen módon a 3 logikai áramkör kimenő impulzusainak szélessége átlagértékben a 2 késleltető késleltetési idejével egyezik meg, az impulzusok szélességének változása pedig a szomszédos átmenetek időéi térésével egyezik meg. A szclcsségmodulált 60 impulzussorozatot a 4 aluláteresztő szűrőre vezetjük, melynek kimenetén a moduláló jellel arányos jelet fogunk kapni. A 2. ábrán az 1. ábra elrendezésének jelalakjait tüntettük fel. Az FM jelbemcnctcn a bemenő frekvencia- 65 modulált jel alakja, a B az 1 limiter kimenőjelalakja, a C 9
