Синхронный демодулятор Советский патент 1989 года по МПК H03D3/18 

4::. СП

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изо бретения - увеличение динамического диапазона амплитуд входного сигнала вверх. Синхронный демодулятор содержит инвертор 1, коммутаторы 2 и 20, блок 3 выборки и хранения, ключи 4 и 6, алгербраиче- ские сумматоры 5 и 17, фильтры 7 и 19 нижних частот, компаратор 18 и блок 8 формт рования строб-импульсов, состоящий из узкополосного фильтра 9, фазовращателя 10, компараторов 11 и 14, формирователя 12 импульса записи, источника 13 опорного напряжения и D- триггеров 15 и 16. Цель достигается за счет ликвидации последствий безынерционного симметричного и несимметричного ограничения. Это имеет большое практическое значение, поскольку из-за воздействия дестабилизирующих факторов ограничение сигнала в выходных каскадах усилителя промежуточной частоты чаще всего оказывается несимметричным. 1 ил. S СО

14)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для демодуляции a ШЛИтyднo-мoдyлщ)oвaннъIx сигналов в радиоприемных и радиоизме- рительных устройствах и является усовершенствованием демодулятора по авт.св. № 1381684.

Цель изобретения - увеличение динамического диапазона амплитуд вход- ного сигнала вверх.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого синхронного демодулятора.

Синхронный демодулятор содержит инвертор 1, первый коммутатор 2, блок 3 выборки и хранения, первый ключ 4, первый алге0раический су;Ф1атор 5, второй ключ 6, первый фильтр 7 нижних частот, блок 8 формирования строб- импульсов, узкополосный фильтр 9, фазовращатель 10, первый компаратор 11, формирователь 12 импульса записи, источник 13 опорного напряжения, второй компаратор 14, первый D-триггер 15, второй D-триггер 16, второй алгебраический сумматор 17j третий компаратор 18, второй фильтр 19 нижних частот и второй коммутатор 20.

Предлагаемьм синхронный демодуля- тор работает следующим о&разом.

Сигнал на вход демодулятора поступает с выхода усилителя промежуточной частоты через разделительный конденсатор. В выходном каскаде усилителя промежуточной частоты при больших уровнях сигнала происходит его ограничение, которое чаще всего бывает несимметричным. После прохождения сигнала через разделительный конденсатор сигнал поступает на второй алгебраический сумматор 17 и на второй коммутатор 20. На тех интервалах времени, на которых происходит несимметричное ограничение, наблюдается смещение нулевого уровня сигнала относительно уровня общей шины. На другой вход второго алгебраического сумматора 17 с выхода второго фильтра 19 нижних частот поступает напряжение, компенсиру- ющее смещение нулевого уровня. В результате на выходе второго алгебрйи ческого сумматора 17 нулевой уровень сигнала совпадает с уровнем общей шины с точностью до погрешности форми- рования компенсирующего напряжения. Сигнал с выхода второго алгебраическго сумматора 17 поступает на второй коммутатор 20, управляемый напряжени ем с инверсного выхода пторого D-триг гера 16. Второй коммутатор 20 в те интервалы времени, когда ограничение отсутствует, пропускает на свой выход сигнал с входа синхронного демодулятора, а при наличии ограничения - выходной сигнал второго алгебраического сумматора 17. В результате сигнал на выходе второго коммутатора 20 по виду похож на сигнал на выходе второго алгебраического сумматора. Отличие заключается лишь в том, что при отсутствии ограничения на выходной сигнал второго коммутатора 20 не влияет погрешность формирования компенсирующего напряжения, в то время как на выходной сигнал второго алгебраического сумматора 17 она существенно влияет. При наличии ограничения погрешность формирования компенсирующего напряжения одинаково сказывается на выходных сигналах обоих этих узлов, Однако поскольку ограничение происходит только при больших уровнях сигнала, погрешность, формирования компенсирующего напряжения практически не влияет на качество демодуляции.

С выхода второго KOMNryTaTopa 20 сигнал через инвертор 1 поступает на первый коммутатор 2, а на другой вход первого коммутатора 2 сигнал поступает с выхода второго коммутатора 20 непосредственно. Выходное напряжение инвертора 1 совпадает по абсолютному значению с выходным, но противоположно ему по знаку. Поэтому на входах первого коммутатора 2 присутствуют одинаковые по амплитуде, но противоположные по фазе АМ-сигналы. Одновременно с выхода второго коммутатора 20 сигнал поступает на вход узкополосного фильтра 9, который выделяет только гармоническое колебание несущей частоты. Фазовьй сдвиг, вносимый в это колебание узкополосным фильтром 9, с точностью до 2ТГ компенсируется фазовращателем 10, с выхода которого колебание частоты f, поступает на первый компаратор 11. На выходе первого компаратора 11 присутствует сигнал логической 1, если входной сигнал положителен, и уровен логического О, если сигцал отрицателен, причем фронты и срезы выходного напряжения первого компаратора 11 соответствуют моментам перехода входного сигнала через ноль. Однако

прч несимметричном ограничении смещение нулевого уровня относительно Уровня общей шины вызывает несоответствие фронтов и срезов выходного сигнала первого компаратора 11 с моментами перехода входного сигнала через ноль, .но компенсация данного смещения позволяет устранить это несоответствие. Сигнал с выхода первого компаратора 11 подается на управляющий вход первого коммутатора 2. При наличии логической 1 на управляк - щем входе первого коммутатора 2 на. его выход проходит положительная полуволна АМ-сигнал.а. При наличии логического О на управляющем входе коммутатора 2 на его выход поступает напряжение положительной полярности, полученное путем инверсии отрицатель ной полуволны сигнала в инверторе 1. В результате осуществляется двухпо- лупериодное синхронное выпрямление АМ-сигнала, Полученное напряжение поступает на вход ключа 6 и на вход блока 3 выборки и хранения. На управляющий вход блока 3 выборки и хранения подаются стробирующие импульсы которые формирователь 12 импульса записи вырабатывает по каждому фронту и срезу выходного напряжения первого компаратора 11. Блок 3 выборки и хранения в течение длительности строби- рующего импульса отслеживает сигнал на выходе первого коммутатора 2 (режим слежения), По окончании строби- рующего импульса на управляющем входе блока 3 выборки и хранения этот блок переводится в режим хранения. При этом на его выходе сохраняется мгновенное значение выходного напряжения коммутатора 2, соответствующее моменту окончания стробирующего импульса. Величина длительности стробирующего импульса выбирается такой, что за это время даже при максимально возможной амплитуде сигнала его абсолютное значение еще не достигает

Из выходного сигнала алгебраиче-г ского сумматора 17 третий компаратор

уровня ограничения. При несимметричном ограничении под уровнем ограниче- 50 вырабатывает положительное напря- ния понимается минимальное абсолютное значение сигнала, соответствующее началу ограничения. Так как безынерционное ограничение никак не сказывается на форме сигнала на интервале еле- 55 фронты и срезы выходного напряжения, то напряжение, фиксируемое на жения третьего компаратора 18 соот- выходе блока 3 в момент окончания стро- бирующего импульса, пропорционально амплитуде АМ-сигнала.

жение, если сигнал на его входе поло жителен, и отрицательное напряжение, если сигнал отрицателен. Используется компаратор с биполярным выходом. Приветствуют моментам перехода через ноль выходного напряжения алгебраического сумматора 17. Амплитуды отри10

зо45500724

Если входной ЛМ-сигнал не подвержен ограничению, то ключ 6 замкнут, а ключ 4 разомкнут и напряжение с выхода коммутатора 2 поступает на алгебраический сумматор 5. С выхода первого алгебраического сумматора 5 напряжение подается на выход синхронного демодулятора через первый фильтр 7 нижних частот, который выделяет модулирующий сигнал и имеет частоту среза, равную верхней частоте этого сигнала.

Если входной АМ-сигнап подвергает- 5 ся ограничению, то ключ 6 разомкнут, а ключ 4 замкнут и сигнал с выхода блока 3 выборки и хранения поступает на первый алгебраическш сумматор 5. Так как заф 1ксированное в блоке 3 напряжение пропорционально амплитуде входного АМ-сигнала, то на выходе первого фильтра 7 нижних частот ив этом случае выделяется модулирующий сигнал, причем безынерционное ограничение исходного сигнала не влияет на форму выходного напряжения демодулятора. Для того, чтобы коэффициент передачи синхронного демодулятора не изменялся при переходе из режима работы с неограниченным сигналом в режим : работы с ограниченньм сигналом, необходимо, чтобы среднее значение напряжения на выходе первого алгебраического сумматора 5 за интервал времени между двумя переходами сигнала через ноль оставалось неизменным в обоих режимах. Описанный режим работы ключей 4 и 6 обеспечивается источником 13 опорного напряжения, вторым компаратором 14, первым D-триггером 15 и вторым D-триггером 16 так же, как и в известном синхронном демодуляторе.

Компенсирующее напряжение, поступающее на второй алгебраический сум- матор 17, формируется следующим образом.

Из выходного сигнала алгебраиче-г . ского сумматора 17 третий компаратор

20

25

35

40

50 вырабатывает положительное напря- 55 фронты и срезы выходного напряжения третьего компаратора 18 соот-

вырабатывает положительное напря- фронты и срезы выходного напряжения третьего компаратора 18 соот-

жение, если сигнал на его входе положителен, и отрицательное напряжение, если сигнал отрицателен. Используется компаратор с биполярным выходом. При вырабатывает положительное напря- фронты и срезы выходного напряжения третьего компаратора 18 соот-

ветствуют моментам перехода через ноль выходного напряжения алгебраического сумматора 17. Амплитуды отридательной и положительной частей периода выходного сигнала компаратора 18 одинаковы.

Если входной АМ-сигнал не ограничивается или подвергается двустороннему симметричному ограничению, то на выходе третьего компаратора 18 оказываются равными не только амплитуды, но и длительность положительной и отрицательной частей периода.. Второй фильтр 19 нижних частот усредняет выходное напряжение компаратора 18 за несколько периодов несущей частоты. Поэтому при равенстве дли- тельности положительных и отрицателхэ- ных импульсов на выходе компаратора 18 поступающее с выхода второго фильтра 19 нижних частот напряжение равно

30

нулю. Это естественно, так как в дан-2д торов ограничение сигнала в выходных

каскадах усилителя промежуточной частоты чаще всего оказывается несй -1мет- ричным.

25 Формула изобретения

Синхронный демодулятор по авт. св. № 1381684, о т л ч 10 щ и и с я там, чтоэ с целью увеличения динамического диапазона амплитуд входного сигнала BaepXj введены последовательно соединенные второй алгебраический сумматор, третий компаратор и второй фильтр- нижних частот, выход которого соединен с вторым входом второго ал- 35 гебраического сумматора, а также второй коммутатор, первый вход которого соединен с первым входом второго алгебраического сумматора, втэрой вход второго коммутатора подсоединен к выходу второго алгебраического сумматора, а вход управления к инверсному выходу второго В-триггера, при этом второй вход третьего компарйтора соединен с общей шиной.

ном случае.смещение нулевого уровня отсутствует.

Если входной сигнал подвергается несимметричному, ограниченг-по, то происходит смещение нулевого уровня относительно уровня общей шины я на выходе третьего компаратора 18 орми- руется напряженке, у которого длительность положительной части лольше длительности отрицательной периода при положительном смещени1. а при отрицательном напряжении смещения длительность положительной части меньше длительности отрицательной части периода. Следовательно, при смещении нулевого уровня входного 1 сигнала длительности положительной и отрицательной .частей периода на выходе компаратора 18 становятся различными и второй фильтр 19 нижних частот выделяет напряжение, пропорциональное по величине и противоположное по знаку напряжению смещения. Это напряжение во втором алгебраиче40

-щ50072(,

ском сумматоре 17 компенсирует смещение нулевого уровня входного АМ- сигнала. При выборе полосы пропускания, второго фильтра нижнр Х частот надо учитывать прохож,цение напряжения несущей частоты на вход алгебра.иче ского сумматора 17, а также задержку, связанную с необходимостью усреднения выходного напряжения компаратора 18,.

Предлагаемый синхронный демодулятор позволяет увеличить динамический диапазон амплитуд входных сигналов за счет ликвидации последствий безынерционного симметричного и несимметричного ограничения, что имеет большое практическое значение, поскольку из- за воздействия дестабилизирующих фак10