DE2939402C2

DE2939402C2 - Schaltungsanordnung zur Demodulation frequenzmodulierter Signale

Info

Publication number: DE2939402C2
Application number: DE2939402A
Authority: DE
Inventors: Todd J. Indianapolis Ind. Christopher; Tsan Hsun Vienna Va. Lin
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1978-10-02
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1985-03-21
Also published as: FR2438375A1; JPS6120942B2; FI68333C; ATA643779A; IT1123352B; AT384333B; SE435885B; NL7907301A; JPS5555450A; AU531092B2; FI792978A; SE7907946L; PL133032B1; FR2438375B1; IT7926033A0; AU5117979A; US4203134A; MY8400054A; CA1129094A; SG61682G

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist. Es handelt sich um eine Schaltung zum Erfassen von Fehlern beim Abspielen einer irequenzmodulierten Bildaufzeichnung.

In der US-PS 38 42 194 ist ein Bildplattensystem mit kapazitiver Abtastung beschrieben. Die auf einen Träger frequenzmodulierte Videoinformation erscheint in Form aufeinanderfolgender Wechsel zwischen einer maximalen und einer minimalen Tiefe des Rillcnbodens in der Platte. Zur Rückgewinnung des Videosignals muß im Abspielgerät ein Frequenzdemodulator vorhanden sein. Aus der US-PS 40 38 686 ist ein Frequenzdemodulator im Abspiclgerät mit einem Nulldurchgangsdetektor und einem monostabilen Multivibrator, der bei jedem Nulldurchgang des Eingangssignals einen Ausgangsimpuls genormter Breite und Amplitude erzeugt, bekannt. Die Ausgangsimpulsc durchlaufen ein Tiefpaßfilter, dessen Durchlaßbereich der Bandbreite des aufgezeichneten Videosignals entspricht, und das die demodulierten Videosignale liefert.

Wenn man keine geeigneten Kompensationsmaßnahmen vorsieht, können im wiedergegebenen Bild an unregelmäßigverteilten Stellen Störungen in Form weißer und/oder schwarzer Flecken und Streifen auftreten, die in Länge und Dicke und in der Ausdauer ihres Auftretens variieren. Sie zerstören zwar die Bildinformation nicht als Ganzes, jedoch kann das unregelmäßige Auftreten solcher Bildfehler für den Betrachter sehr störend sein. In der US-PS 40 01 496 ist eine Reihe unicrschicdlicher Gründe für solche störenden Bildfleeke und -streifen erläutert: Es kann sich z. B. um Defekte handeln, die in der Aufzeichnung selbst bereits vorhanden sind, oder um Störungen beim Abspielen, z. B. wenn die Abtastnadel Fremdkörper in der Plattenrille trifft, die bei jedem neuen Abspielen woanders liegen können. Auch mechanische Veränderungen der Plattenoberflächc wie z. B. Kratzer, Grat oder Einkerbungen sowie Fingerabdrükke kommen als Ursachen in Frage. In dieser US-Patentschrift ist auch erwähnt, daß sich die Fehler in ungewollten Änderungen der Wiederholfrequenz der Nulldurchgänge im wiedergewonnenen Signal äußern (z. B. erscheinen zusätzliche Nulldurchgänge, oder es bleiben Nulldurchgänge aus). Solche abrupten Frequcnzändcrungen — unter Umständen über eine der Grenzen des Frequenzhubbereichs des aufgezeichneten Signals hinaus — äußern sich im Videosignal am Ausgang des Demodulatorfillers als Verschiebung zu einem extrem »weißen« oder »schwarzen« Pegel. Außerdem tritt wegen der endlichen Grenzfrequenz des Filters eine zeitliche Dehnung gegenüber dem eingangsseitigen FM-Signal auf, und wegen der Reaktanzelemente des Filters können unter Umständen noch Nachschwingungen auftreten, die über das Ende der Fehlerursache hinaus dauern können.

Gemäß dieser US-PS 40 01 496 beruht die Erfassung der Fehler auf folgenden Prämissen:

wird davon ausgegangen, daß die momentane Trägerfrequenz des FM-Signals am Eingang des Frequenzdemodulators des Plattenspielers nur innerhalb bekannter fester Grenzen variiert, die durch den beim Aufzeichnen verwendeten Hubbereich bestimmt sind, während Frcquenzverschiebungcn über rijesc Grenzen hinaus nicht durch das Modulationssignal hervorgerufen werden, sondern durch ungewollte fehlerhafte Signale;
2. wird vorausgesetzt, daß praktisch alle wahrnchmjo baren Bildfehler der vorgenannten Art von solchen Eingangssignalfehlcrn stammen, welche die Momenlanfrequenz des Trägers weit über die genannten Hubbcrcichsgrcn/.en hinaus verschieben.

Die hier beschriebene Kompensationsschallung erzeugt einen Ausgangsimpuls, wenn die Momcntanfrcqucnz des wiedergewonnenen Signals eine erste Schwdlcnfrcqucnz jenseits der oberen Grenze des zulässigen Hubbcrcichs übcrschrehei. Ferner wird ein Ausgangsimpuls erzeugt, wenn die Momenlanfrcqucn/. des Wiedergabesignals unter eine zweite Schwcllcnfrequcnz absinkt, die tiefer als die untere Grenze des zulässigen Hubbereichs liegt. Die jeweiligen Ausgangsimpulsc werden in einer Addierstufe zu einem Fehlcranzeigcsignal addiert, welches Intervalle anzeigt, in denen solche Eingangssignalfehlcr aufgrund der oben beschriebenen störenden Fehler auftreten. Mit Hilfe des Fchlcranzeigesignals wird das Abspielgerät aus dem normalen Betrieb in einen Fehlcrkompensationsbetricb umgeschaltet, in dem ein die Information einer vorangegangenen Bild/cilc darstellendes verzögertes Signal als Ersatz für das momentane Videoausgangssignal des Frequenzdemodulators als Ausgangssignal des Abspiclgcrälcs verwende! wird. Aus Redundanzgründcn sind die so überdeckten Fehler praktisch nicht mehr zu sehen. Zur Berücksichtigung der erwähnten zeitlichen Dehnung wird in Verbindung mit der Bctriebsartcn-Umschaltung eine Verlängerung der Fchleranzcigcimpulse vorgenommen, so daß der Ersatzbetrieb noch so

to lunge beibehalten wird, bis das Ausgangssignal des Filters störungsfrei ist. Um festzustellen, ob die Kingangssignalfrcqucnz den Bereich /.wischen den Schwcllcnfrcc|iienzcn verläßt, wird der Momcntanweri eines vom Frequenzdemodulator abgenommenen Signals mit cincm Maximal- und einem Minimalpcgel verglichen, die den Grenzen des Frcqucnzhubbcrcichs entsprechen. Bei diesem Signal handelt es sich nicht um das für die Bildwiedergabe verwendete normal gefilterte Video-

ausgangssignal des Frequen/.demodulaicrs, sondern ein Ausgangssignal, das von einem Eingangsfilier des Fehlerdetekiors stammt, nämlich einem Tiefpaßfilter mit einer Grenzfrequenz, die deutlich über der höchsten aufgezeichneten Videosignalfrequenz liegt. Zur Erzie- s lung einer guten Genauigkeit des Pegelvergleichs enthalt das Eingangssignal für die Pegelvergleicher zweckmäßigerweise die Gleichstromkomponente des wiedergewonnenen Videosignals. Steigt der Spannungspegel am Ausgang dieses Eingangsfilters auf einen Wert ober- to halb der Schwelle eines Hochpegel-Vergleichers an, dann erscheint am Verg'.eicherausgang ein Fehleranzeigeimpuls. Wächst die Trägerfrequenz mit zunehmender Bildhelligkeit, so bedeutet dieses Vergleichen usgangssignal einen »weißen« Fehler im Bild. Entsprechend liefen ein Tiefpegel-Vergleicher einen Anzeigeimpuls für einen »schwarzen« Fehler, wenn der Ausgangspegel des Fehlerdetektor-Fikers unter die Schwelle dieses Vergleichers fällt. Die Breitbandigkeit des Fehlerdetektor-Eingangsfilters trägt dazu bei, daß die Pegelvergleicher das Auftreten von Fehlern früh anzeigen.

Ein weiterer Fehlerdetektor der auf der A'-alyse von Nulldurchgängen basiert, ist aus der US-PS 40 38 686 bekannt; er benutzt Impulsdiskriminatorcn mit zwei Kanälen, den einen zum Feststellen eines etwaigen zu langen Intervalls zwischen einzelnen Impulsen, was einem schwarzen Fehler entspricht, und den anderen Kanal zum Feststellen eines etwaigen zu kurzen Intervalls zwischen einzelnen Impulsen, was einem weißen Fehler entspricht, jedoch sind diese Fehlerdetektoren recht jo kompliziert aufgebaut, weil zwei zeitmessende Kanäle oder ein zusätzliches Filter und Schwcllenvergleicher vorzusehen sind. Außerdem sind sie mit der für ihre Anwendung notwendigen Genauigkeit schwer in integrierter Bauweise herzustellen. j5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Demodulation frequenzmodulierter Signale der aus der US-PS 40 38 686 bekannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auf zusätzliche Schwellenwert- oder Zeitglieder verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Lehren des Anspruchs 1 gelöst Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt fest, wann die Augenblicksfrequenz — oder die Gcschwindigkeit der Phasenänderung — des wiedergewonnenen Signals vom erwarteten Frcquenzhubbereich abweicht und ermittelt auf diese Weise rasrh diejenigen Augenblicke, in denen Kompensationsmaßnahmen einzuleiten sind. Au3erdcm zeichnet er sich durch gute Intcgrierbarkeit aus.

Die Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo einem signalübertragenden System Trägerschwingungen zugeführt werden, deren Augenblicksfrequenz sich innerhalb eines bestimmten Frcquenzhubbereichs ändert, und wo ein fehlerhafter Beirieb auftritt, wenn die Momenlanfrequcnz der Trägerwelle von diesem Hubbereich abweicht. Die Erfindung verwendet unter anderem eine phasensynchronisierte Schleife (Phasenregelkrcis) mit einem Phasendetektor und einem spannungs- bo gesteuerten Oszillator. Die Verwendung einer PLL-Schlcife bei einem FM-Demodulator ist grundsätzlich aus der DE-OS 19 44 138 bekannt. Der Phascndetcktor reagiert auf Signale, die den Trägerwellen entsprechen, und auf die Ausganjjssignalc des Oszillators und liefert h5 ein Ausgangssignal, das von der gegenseitigen Phiisenbeziehung seiner Eingangssignal abhängt. Das Regelsignal für den Oszillator wird vom Ausgangssignal des l'hasendeiektors abgeleitet, und die Ausgangslrequeiiz des Oszillators wird so geregelt, daß die relative Phasenlage zwischen den beiden Eingangssignalen des Phaser.-detektors innerhalb eines bestimmten Bereichs bleibt. Die Kenngrößen der PLL-Schleife werden so eingestellt, daß sie dem erwarteten Frequenzhubbereich der Trägerwellen genau folgt Die Ausgangssignale des Oszillators und die den Trägerwellen entsprechenden Signale werden einem Fehlerdetektor zugeführt, der ein Fehleranzeigesignal liefert, wenn die relative Phase zwischen seinen Eingangssignalen von einem gegebenen Wertebereich abweicht, außerhalb dessen Fehler angenommen werden, während der Fehlerdetektor ein Signal mit einem Bezugspegel liefert, wenn die relative Phasenlage seiner Eingangssignale innerhalb dieses Wertebereichs liegt

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in Blockform einen Teil der Schaltungsanordnung eines Bildplattenspielers der eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung zur Fehlererfassung enthält;

F i g. 2 zeigt in Blockform etwas genauer die phasensynchronisierte Schleife und den Fehlerdetektor der Anordnung nach F i g. 1;

F i g. ja bis 3h zeigen Wellenformen zur Veranschaulichung des Betriebs des Fehlerdetektors nach F i g. 2 im Falle, daß die ankommende Frequenz unterhalb eines gegebenen Bereichs fällt;

F i g. 4a bis 4h zeigen Wellenformen zur Veranschaulichung des Betriebs des Fehlerdetektoren nach F i g. 2 im Falle daß die ankommende Frequenz über einen gegebenen Bereich hinaus ansteigt.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung eines Bildplattenspieler enthält Bildplatten-Abnehmerschaltungen 10. die während des Abspielens einer Bildplatte das aufgezeichnete Signal wiedergewinnen. Für die Abtastung der Bildplatte werden beispielsweise ein kapazitives System verwendet. Die abgespielte Platte habe ein solches Aufzeichnungsformat, daß das wiedergewonnene "ignal einen frequenzmodulierten Bildträger enthält, dessen Augenblicksfrequenz innerhalb fester Hubbereichsgrcnzen (z. B. 3,9 bis 6,9 MHz) gemäß der Amplitude eines zusammengesetzten Videosignals schwankt, das ein niedriger als der Hubbereich liegendes Frequenzband belegt (z. B. 0 bis 3 MHz) und das charakteristisch für eine Folge wiederzugebender Farbbilder ist.

Ein Bandfilter 12, dessen Durchlaßbereich den BiIdträgcr-Hubbereich und benötigte Seitenbänder davon umfaßt, läßt selektiv das frequenzmodulierte Bildträgersignal an einen Begrenzer 14 durch (der dem üblichen Zweck dient, ungewollte Amplitudenmoduliationen dt-s eingangsseitigen FM-Signals zu entfernen oder zu vermindern). Das Ausgangssignal des Begrenzers wird einer phasensynchrcnisierten Regelschleife "6 zugeführt, die einen Phasendetektor 18, ein Tiefpaßfilter 20 und einen spannungsgesteuerten Oszillator 22 aufweist.

Der Phasendetektor 18 vergleicht die Phase des vom Begrenzer 14 koi.imenden Signals mit der Phase des vom Oszillator 22 erzeugten Signals und liefert ein Ausgangssignal an das Tiefpaßfilter 20. Das Ausgangssignal des Phasendctektors gelangt über das Tiefpaßfilter 20 zum spannungsgesteuerten Oszillator 22 und wird dazu verwendet, die Frequenz des Oszillators in einer solchen Richtung zu ändern, daß die Phasendifferenz zwischen den Signalen, die dem Phasendetcktor 18 zugeführt werden, innerhalb eines bestimmten Bereichs von Werten gehalten wird, d. h. innerhalb eines stabilen Betriebs-

zustandes.

Wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, wird das Ausgangssignal des Oszillators 22 am Anhing so eingestellt, daß seine Phase um 90° gegenüber der Phase des vom Begrenzer 14 kommenden Signals versetzt ist. Die Anordnung der phasensynchronisierten Regelschleife 16 ist so getroffen, daß die Schleife stabil (d. h. im synchronisierten Zustand) ist, wenn die Phasendifferenz zwischen den an den Phasendetektor gelegten Signalen innerhalb eines Bereichs von plus oder minus 90" von der Anfangscinstcllung liegt, d. h. der »stabile« Bereich reicht insgesamt von 0° bis 180". wenn die anfängliche Phasendifferenz auf 90° eingestellt ist. Wenn die Phasendifferenz innerhalb des Bereichs von 180" bis 360° liegt, dann ist die Schleife nicht im synchronisierten Zustand, und das dem Oszillator zugeführte Signal wird die Oszillatorfrequenz ändern, bis die Phasendifferenz wieder in den zwischen 0° und 180° liegenden Bereich iUi'üC'kgckciiri iSi.

Die am Ausgang des Tiefpaßfilters 20 erscheinenden Signale gelangen außerdem zu einem Tiefpaßfilter 24. Der Durchlaßbereich des Tiefpaßfilters 24 entspricht im wesentlichen dem Frequenzband, das von der aufgezeichneten Videoinformation belegt wird (/. B. 0 bis 3 MHz).

Die den Begrenzer 14. die phasensynchronisierie Regclschleife 16 und das Tiefpaßfilter 20 umfassende Schaltungsanordnung bildet einen Frequenzdemodulator, der am Ausgang des Tiefpaßfilters 24 ein Signal in Form eines zusammengesetzten Videosignals (Videosignalgemisch) liefert, das der Modulation des eingangsseitigcn FM-Signals entspricht. Die von der Platte wiedergewonnene Videoinformation kann /_ B. ein zusammengesetztes Farbfernsehsignal eines Formats mit »eingelagertem Hilfsträger« sein, wie es in der US-Patentschrift 38 72 498 beschrieben ist.

Das vorn Tiefpaßfilter 24 kommende Signa! wird an den »Normalsignal«-Eingang N eines elektronischen Fehlerschalters 26 gelegt. Der Fehlerschalter 26 hat zwei alternativen Zustände: im einen Zustand koppelt er das am Signalcingang N erscheinende Signal zum Aasgangsanschluß O. und im anderen Zustand koppelt er das an einem »Ersatzsignalw-Eingang S erscheinende Signal zum Ausgangsanschluß O. Die Umschaltung /wischen den Zuständen »Normal« und »F.rsatz« wird durch Steuersignale bewirkt, die einem Steucreingang C des Fehlerschalters von einer noch zu beschreibenden Einrichtung zugeführt werden.

Unter normalen Betriebsbedingungen koppelt der Fehlerschalter 26 die an seinem Eingangsanschluß N erscheinenden Videosignale auf seinen Ausgangsanschluß O, um sie signalverarbeitenden Schaltungen 28 zuzuführen, worin die Videosignale in eine Form gebracht werden, die sich zur Einspeisung in einen Fernsehempfänger 30 eignet.

Der Fernsehempfänger 30 dient dazu, eine Folge von Bildern wiederzugeben, die charakteristisch für die aufgezeichnete Signalinformation sind. Wie weiter oben erwähnt, können jedoch in unregelmäßig auftretenden Intervallen während des Abspielens einer Plattenaufzeichnung Fehler im eingangsseitigen FM-Signal erscheinen, die das am Anschluß A/des Fehlerschalters 26 erscheinende Videosignal so beeinträchtigen, daß die oben erwähnten Fehler in Form schwarzer oder weißer Streifen und Flecke im wiedergegebenen Bild am Fernsehempfänger 30 auftreten wurden, wenn der Fernsehempfänger 30 nach wie vor auf die Signale am Anschluß N ansprechen würde. Um solche Bildfehler zu vermeiden, enthält die in Kig. I dargestellte Schaltungsanordnung des Abspielgerüts eine gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung zur Fehlcrerfassung und eine Hinrichtung zur Kompensation der Fehler. Die Konipcnsation geschieht mit Hilfe folgender Teile:

1) einer Verzögerungseinrichtung 32, über die eine verzögerte Version des am Ausgang.sanschluß O erscheinenden Signals an den Anschluß .S des Fchlcrschaltcrs 26 gclcgl wird;

2) eines I'chlerdetcktors 34.der weiter unten ausführlicher beschrieben wird und dazu dient, ein Fehlcranzcigcsignul zu erzeugen, wenn die Grenzen des gegebenen Hu'bbcrciehs der wiedergewonnenen

r> Trägcrwellen überschritten werden;

3) eines Schiiltcr-Sleucrgcncrators 36 für den Fehlcrschalter 26, de;r uuf das Fchlcran/cigcsigmil anspricht, um an den Steucreingang C des Fchlcr- ?;ch«!!lers 26 ein Schullcrsiiiuersi^na! ?.urn Steuern des Zustandes des Fchlcrschalters 26 zu senden, lünzclheiten eines für die Ausführungsform nach l^; i g. I geeigneten Schalterstcuergencrators können der IJS-Piilcntschrift 39 09 518 entnommen werden.

Die Verzögerungseinrichtung 32 kann lypischcrwcisc eine CCD-VerzögcrungsschallURg oder eine Glas-Vcr-/öger :ngsleitung sein, die eine Signalverzögerung entsprechend einer Periode der Zeilenablcnkfrcquenz des

jo Bildwiedergabesystems bringt. Das verzögerte »Ersalzsignal« wird dem AusgangsanscSluß O des Fchlcrschaltcrs 26 für die Dauer eines Fehlers zugeführt, wie sie von dem auf den Steucreingang C des Fchlcrschaltcrs 26 gegebenen Signal angezeigt wird. Wenn der Fehler vorüber ist, bewirkt das Signa! am Steuereingang C, daß der Ausgangsanschhiß O elektrisch mit dem Signalcingang Λ/ des Fehlerschallers 26 verbunden wird, womit der normale Betrieb wieder aufgenommen wird.

Dor Fehlerdetektor 34 spricht auf Signale von Bcgrcn/cr 14 und auf Signale von dem spannungsgesieucrtcn Oszillator 22 an. Der Fehlerdetektor 34 analysiert die Phascnbcziehuni; zwischen den ihm zugcführien Signalen. Anfänglich isil die Phasendifferenz zwischen den angelegten Eingangssignalen auf 90° eingestellt. Der Fehlerdetektor 34 ist so ausgelegt, daß er ein Signal mit festem Bczugspcgci an den Stcuersignaigcncrator 36 liefert, wenn die Phasendifferenz zwischen den angelegten Signalen innerhalb plus oder minus 90" gegenüber der anfänglichen Phasenbeziehung liegt. Das heißt, für die zwischen den an den Fehlerdetektor 34 gelegten Signale gibt es einen von 0" bis 180° reichenden üereich der Phasendifferenz, über den der Fehlerdetektor 34 ein Bezugspegelsignal (a: B. 5 Volt) liefert.

Wenn die Phasendifferenz zwischen den am Fehlerdetektor 34 liegenden Signalen außerhalb des stabilen Bereichs liegt, d. h. wenn sie in den von 180° bis 360" gehenden Bereich fällt, dann liefert der Fehlerdetektor 34 ein Fehleranzeige;signal in Form eines Impulses, der sich über eine Zeitdauer erstreckt, welche die Zeil ab-

bo deckt, die vom Augenblick, wo die gefühlte Phasendifferenz den stabilen Bereich das erste Mal überschreitet bis zu dem Augenblick verstreicht, wo die gefühlte Phasendifferenz in den stabilen Bereich zurückkehrt.

Man sieht also, daß der Fehleranzeigeimpuls er-

&5 scheint, wenn ganz bestimmte Phasenbeziehungen zwischen einem in Relation zur wiedergewonnenen Trägerwelle stehenden Signal und einem von dem spannungsgesteuerten Oszillator gelieferten Signal herrschen. Das

Signal vom Begrenzer 14 bewirkt, daß die Phasendifferenz den stabilen Bereich verlaßt, wenn eine wesentliche, schnelle Abweichung vom gegebenen Hubbereich des FM-Trägcrs eintritt. Das Tiefpaßfilter 20 ist so ausgelegt, daß es eine gewisses Maß an Trägheit im Ansprcchvcrhalten der Schleife bewirkt. Obwohl der Oszillator :>'.!gemein so gesteuert wird, daß er dem Begren-/crsignal folgt, vollzieht sich diese Nachführung wegen der genannten Trägheit mit einer langsameren Geschwindigkeit als die infolge von Fehlern auftretenden Änderungen im Ausgangssignal des Begrenzers.

Die Bandbreite des Tiefpaßfilters 24 ist so, daß dieses Filter dein hindurchlaufenden Signal eine Verzögerung mitteilt. Typischerweisc bewirkt das Tiefpaßfilter 24 eine Verzögerung von 200 bis 400 Nanosckunden. Diese Verzögerung reicht aus, um die Erfassung eines F'.-hlcrs im Fehlerdetektor 34, die Erzeugung eines Schaltcrsleucrsignals im Schaltersteucr-Gencrator 36 und das Umschalten des Fehlerschalters 26 aus dem Normalzustand in den »Ersatz«-Zustand stattfinden zu lassen, bevor der Signalfehlerden Signaleingang Ndes Fchlcrschaltcrs26 erreicht.

Die in F i g. I dargestellte Anordnung bildet also einer Frequenzdemodulator, der Signalfchlcr fühlen kann und einen Kompensationsbetrieb bewirkt, wenn das Auftreten eines Signalfchlers gefühlt wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein Fehleranzeigeimpuls erzeugt wird, wenn in der relativen Phasenlage der dem Fehlerdetektor 34 zugeführten Signale mindestens eine Peric ic hinzukommt oder weggenommen wird. Bei den Nulldurchgänge fühlenden Frequenzdemodulatoren des weiter oben beschriebenen Typs wurden ein Fehler angezeigt, wenn ein ein/clndcr Nulldurchgangsimpuls außerhalb der richtigen Lage war.

Bei der hier beschriebenen Anordnung bleibt der Oszillator 22 so lange im synchronisierten Zustand, wie die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangvsignai des Begrenzers 14 und dem Ausgangssignal des Oszillators nicht mehr als plus oder minus 90" vom anfänglichen Diffcren/.wert 90° abweicht. Wenn der Phasendetektor !8 eine Phasendifferenz fühlt, die um mehr als plus 90" von der Anfangsdifferenz abweicht, dann wird sich der Oszillator sehr wahrscheinlich durch Addition mindestens einer Periode in einen neuen stabilen Zustand bewegen. Wenn die gefühlte Phasendifferenz um mehr als minus 90" gegenüber der Anfangsdifferenz von 90" abweicht, dann wird der Oszillator sehr wahrscheinlich mindestens eine ganze Periode auslassen, um in einen stabilen Bereich der Phasendifferenz zurückzukehren. Dieser Gewinn oder Verlust einer Periode wird als Indiz für einen Fehier genommen, und der Fehlerdetektor 34 stellt fest, wann eine Periode hinzugefügt oder fallengelassen wurde, und liefert im Falle eines solchen Ereignisses einen Fehleranzeigeimpuls.

In der Fig.2 sind Teile, die eine Entsprechung in F i g. 1 haben, mit denselben Bczugszahien wie dort bezeichnet. Bei der speziellen Ausführungsform nach Fig.2 begrenzt der Begrenzer 14 die Amplituden des an seinem Eingang liegenden FM-Signals in einem solchen Maß, daß Ausgangssignale geliefert werden, die praktisch einen Zug von Impulsen darstellen, deren Breite in Relation zur Frequenz des ankommenden Signals steht. Wenn sich die Frequenz des ankommenden FM-Signals vermindert, dann wird die Breite der Ausgangsimpulse des Begrenzers größer. Wenn sich die Frequenz des FM-Signals erhöht, dann nimmt die Impulsbreite im Ausgangssignal des Begrenzers ab. Der gewünschte Hubbereich des FM-Signals überträgt sich also in einen Bereich von Impulsbreiten am Begrenzerausgang.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Begrenzer 14 so ausgelegt, daß er als Antwort auf das /ugeführtc FM-Signal zwei zueinander komplementäre Impulssignale am Ausgang liefert. Die Form des Begrenzerausgangssignals 2 ist gleich derjenigen des Begrenzungsausgangssignals I. nur daß das Signal 2 um 180" außer Phase gegenüber dem Signal 1 ist. Dieses

in Merkmal zeigt sich in den Fig. 3b und 3e und auch in den Fig.4bund4c.

In ähnlicher Weise ist auch der spannungsgcstcuerte Oszillator 22 so ausgelegt, daß er ausgangsseitig ein erstes und ein zweites Impulssignal liefert, wobei diese

Ii beiden Signale, abgesehen von einem Phasenunterschied von 180", einander gleich sind. An den spannungsgesieuerten Oszillator 22 ist ein veränderbarer Kondensator 40 gekoppelt, der dazu verwendet wird, für den Oszillator eine anfängliche Betriebsfrequenz einzustellen, bei der sich die anfängliche Phasendifferenz von 90° ergibt. Typische Wellcnformen für die Ausgangssignalc des Oszillators sind in den F i g. 3a und 3d und in den F i g. 4a und 4d gezeigt.

Das erste und das zweite Ausgangssignal des Begren-

T-, zers 14 und das erste und zweite Ausgangssignal des Oszillators werden an den Phasendetektor 18 gelegt. Der Phasendetektor 18 spricht auf die ihm zugeführten Signale in der Weise einer Exklusiv-NOR-Schaltung an. Das heißt, der Phasendetektor 18 vergleicht z. B. das Oszillatorsignal Nr. 1 mit dem Begrenzersignal Nr. 1 und liefert ein »hohes« Ausgangssignal, wenn die vorgenannten Signale gleich sind (d. h. beide hoch oder beide niedrig), und er liefert ein »niedriges« Ausgangssignal, wenn die zugeführten Signale unterschiedlich sind (d. h.

j5 wenn eines hoch und das andere niedrig ist). Außerdem liefert der Phasendetektor ein zweites Ausgangssignal, das um 180° außer Phase gegenüber dem ersten Signal ist. Das Ausgangssignal des Phasendetektors, das aus dem Vergleich des Oszillaiorsignals Nr. 1 mit dem Begrcnzcrsignal Nr. 1 resultiert, ist in den Fig. 3c und 4c dargestellt. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 18 wird auf das Tiefpaßfilter 20 (also das Schleifenfilter) gegeben. Das Tiefpaßfilier 20 hat einen relativ breiten Durchlaßbercich z. B. von 0 bis 6 MHz im Vergleich

4$ zum Durchlaßbereich des Tiefpaßfilters 24. der z. B. \ on 0 bis 3 MHz reicht. Die Ausgangssignale des Tiefpaßfilters 20 werden auf den spannungsgesteuerten Oszillator 22 und das Tiefpaßfilter 24 gegeben. Die Ausgangssignale des Tiefpaßfilters 24. die nun das demodulierte

so FM-Signal darstellen, welches die auf die Bildplatte aufgezeichnete information enthält, werden auf den Fehlcrschalter 26 zur weiteren Verarbeitung gegeben.

üer spannungsgesteuerte Oszillator 22 spricht auf die vom Tiefpaßfilter 20 kommenden Signale in einer solchcn Weise an, daß seine Ausgangsfrequenz den Frequenzänderungen der Eingangssignale folgt. Als Folge des Einflusses des Tiefpaßfilters 20 geschieht diese Nachführung mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit im Vergleich zur Frequenz der Ausgangssignale des

ω Begrenzers. Um die graphischen Darstellungen der Wellenformen nicht zu kompliziert zu machen, sind die Signale des spannungsgesteuerten Oszillators in den Fig.3 und 4 als Signale relativ konstanter Frequenz gezeigt.

b5 Anfänglich werden das erste und das zweite Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators so eingestellt, daß sie um 90° außer Phase gegenüber dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal des Begrenzers

sind. Dies ist in den F i g. 3a und 3b und in den F i g. 4a und 4b dargestellt.

Das Oszillatorsignal Nr. I und das Begrcnzcrsignal Nr. 1 werden auf eine erste Rastschaltung 42 im Fehlerdetektor 34 gekoppelt. In ähnlicher Weise werden das Oszillatorsignal Nr. 2 und das Begrcnzcrsignal Nr. 2 auf eine zweite Rastschaltung 44 gekoppelt. Die Rastschaltungen 42 ur..i 44 sind Glieder, die den Pegel des zugeführten Begrenzcrsignals beim Erscheinen positiv gerichteter Übergänge des Oszillatorsignals abfragen und diesen Pegel dann so lange halten, bis die nächste Abfrage beim nächsten positiv gerichteten Übergang des Oszillatorsignals erfolgt. Die Rastschaltungcn 42 und 44 können typischerweise D-Flip-Flops aufweisen, die gewöhnlich als »Latching Flipflop« bezeichnet werden, was soviel wie einklinkende oder einrastende Flipflops bedeutet. Das von der Rastschaltung 42 gelieferte Ausgangssignal ist mit den Fig.3f und 4f dargestellt, und

Hac A^McrranprccifTnal £$£Γ RaStSChalt¹'?^ ^^ !**' !Π '^Π

F i g. 3g und 4g gezeigt.

Die Ausgangssignale der Rastschaltungcn 42 und 44 werden in einem ODER-Glied 46 verknüpft. Das ODER-Glied 46 liefert einen hohen Ausgangspegel, wenn entweder eines oder beide der angelegten Hingangssignale hoch sind. Wenn beide Eingangssignal niedrigen Pegel haben, dann hat auch das Ausgangssignal niedrigen Pegel. Typische Verläufe des Ausgangssignals des ODER-Gliedes 46 sind in den F i g. 3h und 4h gezeigt. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 46 wird auf einen Pegelumsctzer 48 gegeben, worin der Spannungspegel des Impulses kompatibel mit dem Schaltcrsteuergenerator 36 gemacht wird.

In der Fig.3 ist der Fall veranschaulicht, daß die Frequenz des Begrenzersignals Nr. 1 auf einen Wert außerhalb des gewünschten Frequenzhubbereichs gefallen ist und das Begrenzersignal Nr. 1 weniger Impulse enthält als innerhalb des Hubbereichs erwartet. Die Oszillatorsignale Nr. 1 und Nr. 2 sind wieder als Signale konstanter Frequenz dargestellt, auch während des nicht synchronisierten Zustandes, d. h. wo der Phascndetektor 18 nicht mehr das im Tastverhältnis von 50% schwingende Signal ar den spannungsgesteuerten Oszillator 22 liefert. Je nach den Kenngrößen des Systems fängt der spannungsgesteuerte Oszillator 22 zu irgendeinem Zeitpunkt nach dem Beginn eines nicht synchronisierten Zustandes an, sich nachzustellen.

Das in F i g. 3f gezeigte Rastsignal Nr. 1 wird von der Rastschaltung 42 erzeugt, indem diese Schaltung das Begrenzersignal Nr. 1 bei positiven Übergängen des Oszillatorsignals Nr. 1 abfragt und dann diesen abgefragten Wert so lange hält, bis der nächste positiv gerichtete Übergang des Oszillatorsignals erscheint. Da die Abfrage in der Rastschaltung 42 nur einmal je Schwingungsperiode des spannungsgesteuerten Oszillators erfolgt, wird der nichtsynchronisierte Zustand nicht sofort von der Rastschaltung 42 gefühlt. Beim dargestellten Beispiel erscheint der erste positiv gerichtete Übergang des Oszillatorsignals Nr. 1 erst 270° nach dem Beginn des nicht-synchronisierten Zustandes.

Die Rastschaltung 44 wird dazu verwendet, das Begrenzersignal Nr. 2 bei positiv gerichteten Übergängen des Oszillatorsignals Nr. 2 abzufragen. Bei dem in Fig.3 veranschaulichten Beispiel erscheint die erste Antwort des Rastsignals Nr. 2 etwa 90° nach dem Beginn des nicht-synchronisierten Zustandes. Da die beiden Oszillatorsignale um 180° zueinander phasenversetzt sind und weil die Osziilatorsignale Nr. I und Nr. 2 anfänglich um 90° außer Phase gegenüber den Begrenzcrsignalen Nr. 1 bzw. Nr. 2 sind, gibt es einen über 180° gehenden Beroich von Phasenwinkeln zwischen dem Oszillatorsignal und dem Begrcnzcrsignal (der anfängliche Phasenwinkel von 90" plus und minus 90"), innerhalb dessen die Rnstschuluingcn kein Ausgangssignal liefern.

Wenn der nicht-synchronisicrte Zustand vorübergeht, d. h wenn das ankommende FM-Signal innerhalb des gewünschten Hubbereichs ist, bewirkt die beim positi-

vcn Übergang erfolgende Abfrage in der Rastschaltung 42, daß das Rastsignal Nr. I auf niedrigen Pegel geht (vgl. F i g. 3a, 3b und 3f), die positive Abfrage in Rastschaltung 44 kommt jedoch 180" später, um das Rastsignal Nr. 2 auf niedrigen Pegel zurückzusetzen (vgl.

r> F ig. 3d,3e und 3g).

Das in F i g. 3h gezeigte Fchlcranzeigcsignal deckt die Zeitspanne, die vom ersten Hochwerden eines Ra.stsignals bis zum letzten Niedrigwerden eines Rastsignals njirhl. Diihrr isl Has Fehlernnzcigesignal nicht zwnngs- läufig koinzidenl mit dem nicht-synchronisicrtcn Zustand. Im Schaltcrstcuergcneralor kann auf den Fehlcrnnzeigcimpuls durch Inipulsdchnungsmethodcn weiter eingewirkt werden, so dall mit der ersatzweisen Einfügung des verzögerten Signals begonnen wird, bevor der

Y\ Fehler am EingangsanschluU des Fehlcrschaltcrs 26 erscheint, und daß die Einfügung erst beendet wird, nachdem alle Restspuren des Fehlers ausgeklungen sind.

Die Fig.4 zeigt die im Frequenzdemodulator und Fehlerdetektor auftretenden Wellenformcn für den Fall,

jo dall das wiedergewonnene Signal Frequenzen enthält, die oberhalb des gcwollten Hubbcreichs liegen. Unter diesen Bedingungen bringt das Ausgangssignal Nr. 1 des Begrenzers mehr Impulse, als bei Einhaltung des Hubbereichs zu erwarten ist. Auch hier sind die Oszilla-

j5 torsignalc aus Gründen der Übersichtlichkeit mit gleichbleibender Frequenz auch während des nicht-synchronisicrtcn Zustandes dargestellt. Es sei jedoch erwähnt, daß der spannungsgestcucrlc Oszillator seine Frequenz zu irgendeinem Zeitpunkt unter dein Befehl des vom Phascndetcktor kommenden Signals ändert, bis der ursprüngliche Phasenwinkel von ⁰O" zwischen dem Ausgangssignal des Oszillators und dem entsprechenden Ausgangssignal des Begrenzers wieder hergestellt ist.

Die Rastschaltungcn 42 und 44 funktionieren wie oben beschrieben,um das in Fig.4f bzw. das in Fig.4g gezeigte Signal zu erzeugen. Diese Signale werden im ODER-Glied 46 kombiniert, um den in Fig.4b dargestellten Fehleranzcigeimpulszu liefern.

so Das Gesamtergebnis des Betriebs der vorstehend beschriebenen Anordnung besteht darin, daß wenn die Frequenz des Eingangssignals entweder zu hoch oder zu niedrig (d. h. außerhalb des gewollten Hubbcreichs) liegt, so daß die phasensynchronisierte Regelschleife 16 aus dem synchronisierten Zustand gerät, der Phasenwinkel zwischen dem Ausgangssignal des Oszillators Iz. B. dem Ausgangssignal Nr. 1) und dem Eingangssignal (z.B.. dem Begrenzersignal Nr. 1) außerhalb des von 0" bis 180" reichenden Bereichs fällt. Wenn die

bo Phasendifferenz zwischen diesen beiden Signalen in den Bereich zwischen 180" und 360° fällt, dann führt der Abfrage-betrieb der Rastschallungen (z. B. der Schaltung 42) zur Erzeugung eines Signals, welches anzeigt, daß das ankommende Signal einen Fehler cn! hält und

-.-> daß eine Kompensation durch ein Ersatzsignal erfolgen sollte.

Die hier beschriebene Anordnung kann vorleilhaftcrweise in integrierter Schaltungstechnjk hergestellt wer-

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ilen und eignet sich besonders fü^r integrierte Bauweise in Form einer cmiticr-gckoppelten l.ogiksehiiltiing In der Tat köi.r.cn der Begrenzer 14, der Phasendctcktor 18, der spannungsgestcucrtc Oszillalor 22 ur.d der l-'ehlerdetektor 34 alle auf dem selben Schallungspliitichcn integriert werden, um einen leistungsfähigen und wirtschaftlichen Frequenzmodulator mit Fehlererfassung zu schaffen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Demodulation frequenzmodulierter Signale, die von einer Aufzcichnungsplatte abgespielt sind, und zur Fehlerermittlung aufgrund der Momentanfrequenz der Signale, die sich normalerweise innerhalb eines vorgegebenen Frequenzhubbereiches ändert und beim Auftreten von Fehlern diesen Frequenzhubbereich verläßt, mit einem Frequenzdemodulator und einem mit diesem gekoppelten Fehlerdetektor zur Lieferung eines Fehleranzeigesignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdemodulator (14—24) als phasenverriegelte Regelschleife (16) mit \s einem Phasendetektor (18) und einem spannungssteuerbaren Oszillator (22) ausgebildet ist und daß der Fehlerdetektor (34) ein Fehleranzeigesignal liefert, wenn der Phasenunterschied zwischen den ihm zugefühtien frequenzmodulierten Signalen und Oszillatorsignalen außerhalb eines vorgegebenen Phasenunterschiedsbereiches liegt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Phasenunterschiedsbereich zwischen 0° und 180" liegt.