Синхронный демодулятор Советский патент 1988 года по МПК H03D3/18 

со

СХ)

05

СХ)

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для демодуляции амплитудио-модулиропаиных сигналов в радиоприемных и радиоизмерительных устройствах.

Цель изобретения - увеличение динамического диапазона в сторону больших сигналов.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого синхронного демодулятора.

Синхронный демодулятор содержит блок выборки-хранения 1, первый ключ 2, алгебраический сумматор 3, второй ключ 4, блок формирования строб-импульсов 5, инвертор 6, коммутатор 7, фильтр .нижних частот 8, узкополосный фильтр 9, фазовращател 10, первый компаратор 11, формирователь импульса записи 12, источник опорного напряжения 13, второй компаратор 14, первый D-триггер Т5 и источник парафазного напряжения,выполненный на втором D-триггере 16.

Синхронный демодулятор работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на второй вход коммутатора 7 непосредствено, а на первый вход - через инвертор 6. Выходное напряжение инвертор 6 совпадает по абсолютному значению с входным, но противоположно ему по знаку. Поэтому на входах коммутатора 7 присутствуют одинаковые по амплитуде и противоположные по фазе АМ-сигналы. Одновременно входной сигнал поступает на вход узкополосного фильтра 9, который благодаря узкой полосе пропускания выделяет только гармоническое колебание несущей частоты f . Фазовый сдвиг, вносимый в это колебание узкополос- ньм фильтром 9, с точностью до 2 |Г компенсируется фазовращател ем 10, с выхода которого гармоническое колебание частоты f , с точностью до 21Г совпадающее по фазе с демоду лируемым сигналом, поступает на первый вход первого компаратора 11, На выходе компаратора 11 присутствует уровень 1, если входной сигнал положителен, и уровень О, если сигнал отрицателен, причем фронты и срезы выходного напряжения первог компаратора 11 соответствуют моментам перехода входного сигнала через нуль. Это напряжение подается на управляющий вход коммутатора 7. При

наличии 1 на управляющем входе коммутатора 7 на его выход с второго входа проходит положительная полуволна АМ-сигнала. При наличии О на управляющем входе коммутатора 7 на его выход с первого входа поступает напряжение положительной полярности, полученное путем инверсии отрицательной полуволны сигнала в инверторе 6, В результате осуществляется двухпо- лупериодное синхронное детектирование АМ-сигнала. Полученное напряжение поступает на входы второго ключа 4 и блока 1 выборки-хранения.На управляющий вход блока 1 выборки-хранения подаются стробирующие импульсы длительностью At,, которые формирователь 12 импульса записи вырабатывает по каждому фронту и срезу выходного напряжения первого компаратора 11.Блок 1 выборки-хранения в

течение времени

ДС,

после момента

очередного перехода демодулируемого

сигнала через нуль отслеживает выходное напряжение коммутатора 7 (режим слежения). По окончании стробирующе- го импульса-на управляющем входе блока 1 выборки-хранения этот блок

переводится в режим хранения, при этом на его выходе сохраняется мгновенное значение выходного напряжения коммутатора 7, соответствующее моменту окончания стробирующего импульса. Величина ut выбирается такой, что за это время даже при максимально возможной амплитуде сигнала его абсолютное значение еще не достигает уровня ограничения. Так как безынерционное ограничение никак не сказывается на форме сигнала на jiHTep- вале слежения At, то напряжение, фиксируемое на выходе блока 1 выборки- хранения в момент t окончания

стробирующего импульса, равно U(c) V(t) sin 2Tfoutc, где V(t) - амплитуда демодулируемого сигнала в момент времени t.

Поскольку величина sin

представляет собой константу, то на

выходе блока 1 выборки-хранения присутствует напряжение, пропорциональное амплитуде АМ-сигнала.

Если входной АМ-сигнал не подвержен ограничению,то второй ключ 4 замкнут, первый ключ 2 разомкнут и напряжение с выхода коммутатора 7 поступает на второй вход алгебраического сумматора 3, на первом входе которого

напряжение отсутствует. Коэффициент передачи сумматора 3 по второму входу равен Kj. С выхода алгебраического сумматора 3 напряжение подает- ся на выход синхронного демодулятора через фильтр 8 нижних частот, который выделяет модулирующий сигнал и имеет частоту среза, равную верхней частоте этого сигнала.

Если входной АМ-сигнал подвергается безынерционному симметричному ограничению, то второй ключ 4 размыкается, а первый ключ 2 замыкается и сигнал с выхода блока 1 выборки- хранения поступает на первый вход сумматора 3, на втором входе которого сигнал отсутствует. Коэффициент передачи по первому входу алгебраического сумматора 3 равен К . Так как зафиксированное в блоке 1 выборки-хранения напряжение пропорционально амплитуде входного АМ-сигнала, на выходе фильтра 8 нижних частот и в этом случае выделяется модулиру- ющий сигнал,причем- безынерционное ограничение исходного сигнала не влияет на форму выходного напряжения демодулятора. Для того,чтобы коэффициент передачи синхронного демодуля- тора не изменялся при переходе из режима работы с неограниченным сигналом в режим работы с ограниченны сигналом, необходимо,чтобы среднее значение напряжения на выходе сумматора 3 за интервал времени между дву мя переходами сигнала через нуль оставалось неизменным в обоих режимах. Определяя среднее значение как площадь колебания за половину периода несущей частоты f, можно получить

.

ut (1-fo/ t,)

где КI - коэффициент передачи алгебраического сумматора 3 по первому входу;

К - коэффициент передачи алгебраического сумматора 3 по второму входу; f - несущая частота. Приведенная формула позволяет,выб pan значение К определять значение К, в каждом конкретном случае.

Описанный режим работы ключей 2 и 4 обеспечивается следующим образом. Напряжение с выхода коммутатора

0 5 Q

0

5

7 поступает на второй вход второ о компаратора 14, на первый вход которого с выхода источника опорного напряжения 13 подается постоянное положительное напряжение . Значение V пор выбирается несколько меньше (на 0,1 - 0,2 В) уровня ограничения входного АМ-сигнала.

Если амплитуда входного сигнала меньше порогового напряжения U,, , т.е. сигнал не был «Ограничен в предшествующих демодулятору каскадах, то на выходе второго компаратора 14 постоянно присутствует О. В первом 15 и втором 16 D-триггерах записана 1. При этом после каждого перехода входного АМ-сигнала через нуль передним фронтом импульса,поступающего с выхода формирователя 12 импульса записи на тактовые входы обоих D-триггеров, повторяется запись 1 в оба D-триггера. В результате на управляющий вход второго ключа 4 с прямого выхода второго D-триггера 16 подается 1, а на управляющий вход первого ключа 2 с инверсного выхода этого же триггера - О,второй ключ 4 замкнут, а первый ключ 2 разомкнут.

Если амплитуда входного сигнала увеличилась и превысила , то в середине каждого временного интер-. вала между двумя соседними переходами сигнала через нуль на выходе второго компаратора 14 появляется напряжение 1, которое устанавливает первый D-триггер 15 в состояние О. Передним фронтом очередного импульса, поступающего на тактовые входы D-триггеров, О передается во второй D-триггер 16, а в первый D-триггер 15 записывается Г .При этом на очередном полупериоде АМ- сигнала второй ключ 4 разомкнут,а первый ключ 2 замкнут. Такое состояние второго D-триггера 16 сохраняется в течение всего времени ограничения.

Таким образом, если уровень входного сигнала невелик и, следовательно, он не ограничивается в выходных каскадах усилителя промежуточной частоты, то вьтрямленное напряжение входного сигнала с выхода коммутатора 7 через второй ключ 4 поступает на алгебраический сумматор 3 и фильтр нижних частот 8. В тех случаях, когда входной сигнал ограничивается.

его выпрямленное напряжение с коммутатора 7 проходит через первый ключ 2 на алгебраический сумматор 3 и фильтр нижних частот 8 только пос- ле обработки в блоке 1 выборки-хранения,в котором фиксируется напряжение, пропорциональное амплитуде неограниченного входного сигнала. В результате в предлагаемом синхрон- ном демодуляторе АМ-сигналов устраняются последействия безынерционного симметричного ограничения сигналов в выходных каскадах усилителя промежуточной частоты, предшествующего демодулятору, одновременно исключается влияние погрешностей блока 1 выборки-хранения на точность демодуляции сигнала. Действительно, при малых уровнях входного сигнала,когда прямое прохождение стробирующих импульсов с управляющего входа на выход блока 1 выборки-хранения существенно увеличивает его погрешность, этот блок отключен и не влияет на качество демодуляции.Блок 1 используется лишь тогда, когда уровни входного сигнала настолько велики,что сигнал подвергается ограничению.При больших уровнях входного сигнала в блоке 1 выборки-хранения погрешность, обусловленная прямым прохождением стробирующих импульсов, становится пренебрежимо малой по сравнению с сигналом и не сшгжает качество демодуляции.

Таким образом, предлагаемый синхронный демодулятор позволяет устранить последствия безынерционного симметричного ограничения, которое является основным видом нелинейных искажений в выходных каскадах усилителя промежуточной частоты, ограничивающим динамический диапазон приемного тракта. Дополнительным досто- инством предлагаемого синхронного демодулятора является стабильность его характеристик, которая объясняется тем,что большинство его элементов работает в ключевом режиме.

Формула изобретени

Синхронный демодулятор, содержащий последовательно соединенные блок выборки-хранения,первый ключ и алгебраический сумматор, а также второй ключ,выход которого соединен с вторым входом алгебраического сум0 5 о

5

0 5 0

матора, и блок формиротзания строб- импульсов, содержащий формирователь импульса записи, выход которого является первым выходом блока формирования строб-импульсов и подключен к управляющему входу блока выборки- хранения, и источник парафазного напряжения, выходы которого являются вторым и третьим выходами блЪка формирования строб-импульсов и подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, отличающийся тем,что, с целью увеличения динамического диапазона в сторону больших сигналов, введены фильтр нижних частот и последовательно соединенные инвертор и коммутатор, второй вход которого соединен с входом инвертора,выход коммутатора соединен с объединенными между собой входом блока выборки-хранения и входом второго ключа, выход алгебраического сумматора соединен с входом фильтра нижних частот,выход которого является выходом синхронного демодулятора, при этом в блок формирования строб-импульсов введены последовательно соединенные узкопо- лосньй фильтр, фазовращатель,первый компаратор,второй вход которого подключен к общей шине,а выход подключен к входу формирователя импульса записи, последовательно соединенные источник опорного напряжения и второй компаратор,первый D-триггер, вход сброса которого соединен с выходом второго компаратора, информационный вход соединен с шиной логической единицы,а вход синхронизации - с выходом формирователя импульса записи, а формирователь парафазных импульсов выполнен на втором D-триг- гере,информационный вход которого соединен с выходом первого D-тригге- ра, вход cинxpqнизaции - с выходом формирователя импульса записи, прямой и инверсный выходы второго D- триггера являются вторым и третьим выходами блока формирования строб- импульсов, выход первого компаратора является дополнительным выходом блока формирования строб-импульсов и подключен к управляющему входу коммутатора, вход узкополосного фильтра и второй вход второго компаратора являются соответственно первым и вторым входами блока формирования строб- импульсов и подключены к входу ин7138168А8

вертора и к второму входу второго вход инвертора является входом син- компаратора соответственно, причем кронного демодулятора.

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает увеличение динамического диапазона в сторону больших сигналов. Синхронный демоду- лйтор содержит блок выборки-хранения (БВХ) 1, ключи 2, 4, алгебраический сумматор (АС) 3, блок 5 формирования строб-импульсов, инве ртор 6, коммутатор 7 и фильтр 8 нижних частот.Блок 5 состоит из узкополосного фильтра 9, фазовращателя 10, компараторов 11, 14, формирователя импульса записи 12, источника опорного напряжения 13, D-триггеров 15,16. Инвертор 6 и коммутатор 7 осуществляют двух- полупериодное синхронное детектирование входного АМ-сигнала. БВХ 1 фиксирует напряжение, пропорциональ-. ное амплитуде АМ-сигнала. Если входной АМ-сигнал не подвергается ограничению, то замкнут только ключ 4 и напряжение с коммутатора 7 поступает на АС 3 и далее на фильтр 8, выделяющий модулирующий сигнал.Если входной сигнал подвергается безынерционному симметричному ограничению в предыдущих каскадах, то по сигналу блока 5 замыкается только ключ 2 и на АС 3 поступает сигнал с БВХ 1. АС 3 имеет разные козф. передачи на входах, что обеспечивает постоянство коэф. передачи синхронного демодулятора при изменении его режима работы. 1 ил. (Л