Цифровой частотный детектор

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для демодуляции частотно-модулированных сигналов в телевизионных приемниках системы СЕКАМ. Технический результат заключается в упрощении устройства и повышении его быстродействия и надежности. Цифровой частотный детектор содержит элементы (1) и (2) задержки, элементы (3) и (4) памяти, электронные переключатели (5) и (6), сумматоры (7) и (8), блок (9) деления и инвертор (10). 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для демодуляции частотно-модулированных сигналов в телевизионных приемниках системы СЕКАМ.

Известен частотный детектор по патенту ЕР №0091570, кл. H03D 3/00, 1986, содержащий последовательно соединенные первый квадратор, вход которого является первым входом детектора, и первый фильтр нижних частот, элемент задержки, первый сумматор, вход которого соединен с первым входом детектора и входом элемента задержки, последовательно соединенные второй квадратор, вход которого соединен с выходом сумматора, и второй фильтр нижних частот, блок деления, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго фильтров нижних частот, второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом блока деления, а выход является выходом детектора, и элемент памяти, выход которого соединен со вторым входом вычитателя.

Признаками этого детектора, совпадающими с существенными признаками заявляемого детектора, являются элемент задержки, первый сумматор, вход которого соединен с первым входом детектора, второй сумматор, выход которого является выходом детектора, блок деления и элемент памяти.

Недостатком этого детектора является низкая точность детектирования, обусловленная большим сдвигом нуля дискриминационной характеристики.

Известен также частотный детектор, содержащий делитель мощности, два элемента задержки, синфазно-противофазный мост и два амплитудных детектора (см. статью А.Р.Тагила "Частотные детекторы СВЧ". - Радиотехника, 1966, 3 6, с.25-26).

Признаками этого детектора, совпадающими с существенными признаками заявляемого детектора, являются элементы задержки.

Недостатком этого частотного детектора являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие использовать его в телевизионных системах для детектирования частотно-модулированных сигналов, несущая частота которых изменяется с частотой сигнала цветовой синхронизации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является цифровой частотный детектор по авторскому свидетельству СССР №1483591, кл. H03D 3/00, H04N 9/00, 1987, содержащий блок деления, два сумматора, два электронных переключателя, два элемента памяти, элемент задержки, два квадратора и два фильтра нижних частот, в котором первый вход детектора соединен с первым входом первого сумматора и входом элемента задержки, второй вход детектора соединен с управляющими входами электронных переключателей, первый и второй сигнальные входы первого электронного переключателя соединены с выходами соответственно первого и второго элементов памяти, а выход - с первым входом второго сумматора, выход которого является выходом детектора, первый и второй сигнальные входы второго электронного переключателя соединены соответственно с прямым и инверсным выходами элемента задержки, а выход - со вторым входом первого сумматора, вход первого квадратора соединен с первым входом детектора, а выход - со входом первого фильтра нижних частот, вход второго квадратора соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом второго фильтра нижних частот, первый и второй входы блока деления соединены с выходами соответственно первого и второго фильтров нижних частот, а выход - со вторым входом второго сумматора.

Признаками этого частотного детектора, совпадающими с существенными признаками заявляемого частотного детектора, являются блок деления, два сумматора, два электронных переключателя, два элемента памяти и элемент задержки, связь первого входа детектора с первым входом первого сумматора и входом элемента задержки, связь второго входа детектора с управляющими входами электронных переключателей. Связи первого и второго сигнальных входов первого электронного переключателя с выходами соответственно первого и второго элементов памяти, а выхода - с первым входом второго сумматора и связь выхода второго сумматора с выходом детектора.

Недостатком этого частотного детектора является низкое быстродействие, обусловленное инерционностью входящих в его состав фильтров низких частот. Кроме того, из-за большого числа входящих в состав детектора элементов он является достаточно сложным устройством, что несколько снижает его надежность.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение частотного детектора и повышение его быстродействия и надежности.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство введены второй элемент задержки и инвертор, вход второго элемента задержки соединен с выходом первого элемента задержки и первым входом блока деления, а выход - со вторым входом первого сумматора, второй вход блока деления соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом инвертора и первым сигнальным входом второго электронного переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с выходом инвертора, а выход - со вторым входом второго сумматора.

Для достижения технического результата в известный цифровой частотный детектор, содержащий блок деления, два сумматора, два электронных переключателя, два элемента памяти и первый элемент задержки, в котором первый вход детектора соединен с первым входом первого сумматора и входом первого элемента задержки, второй вход детектора соединен с управляющими входами электронных переключателей, первый и второй сигнальные входы первого электронного переключателя соединены с выходами соответственно первого и второго элементов памяти, а выход - с первым входом второго сумматора, выход которого является выходом детектора, введены второй элемент задержки и инвертор, вход второго элемента задержки соединен с выходом первого элемента задержки и первым входом блока деления, а выход - со вторым входом первого сумматора, второй вход блока деления соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом инвертора и первым сигнальным входом второго электронного переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с выходом инвертора, а выход - со вторым входом второго сумматора.

Совокупность вновь введенных элемента задержки, инвертора и новых связей не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемый частотный детектор следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема предлагаемого частотного детектора.

Цифровой частотный детектор содержит элементы 1 и 2 задержки, элементы 3 и 4 памяти, электронные переключатели 5 и 6, сумматоры 7 и 8, блок 9 деления и инвертор 10.

Вход элемента 1 соединен с первым входом детектора и первым входом сумматора 7, а выход - со входом элемента 2 и первым входом блока 9. Второй вход сумматора 7 соединен с выходом элемента 2, а выход - со вторым входом блока 9, выход которого соединен с первым сигнальным входом переключателя 6 и входом инвертора 10. Второй сигнальный вход переключателя 6 соединен с выходом инвертора 10, управляющий вход - со вторым входом детектора и управляющим входом переключателя 5, а выход - со вторым входом сумматора 8. Первый и второй сигнальные входы переключателя 5 соединены с выходами элементов 3 и 4 соответственно, а выход - с первым входом сумматора 8, выход которого соединен с выходом детектора.

Работа частотного детектора заключается в следующем.

Входной частотно-модулированный сигнал U_BX(t), который может быть записан в виде

где t - текущее время, a R и соответственно амплитуда и круговая частота сигнала, с первого входа детектора поступает на вход элемента 1 задержки и первый вход сумматора 7.

Элемент 1 задержки осуществляет задержку поступившего на его вход сигнала на один период τ тактовой частоты, и на его выходе формируется сигнал U₁(t) вида

который поступает на вход элемента 2 задержки и на первый вход блока 9 деления.

Элемент 2 задержки осуществляет задержку поступающего на его вход сигнала на время , и на его выходе формируется сигнал U₂(t) вида

который поступает на второй вход сумматора 7.

Сумматор 7 осуществляет суммирование поступивших на его входы сигналов U_BX(t) и U₂(t), и на его выходе формируется сигнал U₃(t) вида

Уравнение (4) легко приводится к виду

Сигнал U₃(t) с выхода сумматора 7 поступает на второй вход блока 9.

Блок 9 осуществляет деление сигнала U₃(t), поступившего на его второй вход, на сигнал U₁(t), поступивший на его первый вход. На выходе блока 9 формируется сигнал U₄(t) вида

где К₄ - коэффициент передачи блока 9.

С учетом уравнений (6) и (1) при К₄ = 0,5 получим

Сигнал U₄(t) с выхода блока 9 поступает на первый сигнальный вход переключателя 6 и на вход инвертора 10.

На выходе инвертора 10 формируется инверсный сигнал вида

который поступает на второй сигнальный вход переключателя 6.

Переключатели 5 и 6 управляются сигналом цветовой синхронизации полустрочной частоты, поступающим на их управляющие входы со второго входа частотного детектора, на который он, в свою очередь, поступает со схемы цветовой синхронизации цифрового декодера системы СЕКАМ. Под воздействием управляющего сигнала переключатель 6 периодически от строки к строке подключает к первому входу сумматора 8 сигналы U₄(t) и U₅(t), а переключатель 5 - ко второму входу сумматора 8 сигналы U₆ и U₇ от элементов памяти 3 и 4 соответственно. В результате на выходе сумматора 8 и выходе частотного детектора поочередно от строки к строке формируются сигналы U_8B-Y и U8_R-Y вида

где и - круговые частоты цветоразностных сигналов B-Y и R-Y соответственно.

Уравнения (9) можно записать в виде

где ω₀ - круговая резонансная частота цепи высокочастотных предискажений системы СЕКАМ;

и - частотные сдвиги цветоразностных сигналов B-Y и R-Y соответственно относительно частоты ω₀.

Период τ связан с резонансной частотой ω₀ соотношением

поэтому уравнения (10) можно записать в виде

Частотные сдвиги Δ и Δ имеют вид

где Δω_0B-Y и Δω_0R-Y - частотные сдвиги нулевых поднесущих цветоразностных сигналов B-Y и R-Y соответственно;

ω_˜B-Y и ω_˜R-Y - мгновенные частотные сдвиги цветоразностных сигналов B-Y и R-Y относительно своих нулевых поднесущих,

поэтому уравнения (11) можно записать в виде

или

Учитывая, что всегда выполняются условия

ω_˜B-Yτ≤0,01 и ω_˜R-Yτ≤0,1,

можно записать

sin(ω_˜B-Yτ)≈ω_˜B-Yτ

cos(ω_˜B-Yτ)≈1.

Решая уравнения (12) и (13) совместно, получим

Сигналы U₆ и U₇ выбираются из условий

поэтому уравнения (14) можно записать в виде

где К_В-Y· и К_R-Y - постоянные коэффициенты, определяемые уравнениями

Из уравнений (15) видно, что в предлагаемом частотном детекторе, как и в детекторе-прототипе по а.с №1483591, обеспечивается высокая линейность дискриминационной характеристики, при этом нуль этой характеристики при переходе от строки к строке остается на нулевой поднесущей соответствующего цветоразностного сигнала.

Все входящие в состав предлагаемого детектора элементы практически безынерционны, поэтому требуемый уровень сигнала на его выходе устанавливается практически мгновенно. В традиционных же частотных детекторах из-за инерционности входящих в их состав фильтров нижних частот на установление требуемого уровня сигнала на выходе затрачивается время, в несколько раз превышающее постоянную времени этих фильтров. Это существенно повышает быстродействие предлагаемого детектора и снижает его динамическую ошибку по сравнению с традиционными.

Отсутствие в составе предлагаемого детектора фильтров нижних частот и квадраторов, имеющих место в составе традиционных детекторов, делают его более простым, а следовательно, и более надежным, чем детектор-прототип. Ориентировочный расчет показывает, что наработка на отказ у предлагаемого детектора примерно на 10% выше, чем у детектора-прототипа.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым в предлагаемом частотном детекторе, является его упрощение и повышение надежности и быстродействия.

Предлагаемый частотный детектор может быть реализован на основе интегральных микросхем серий 530 и 533 или на основе программируемой логической интегральной схемы типов FLEX или МАХ фирмы ALTERA.

Цифровой частотный детектор, содержащий блок деления, два сумматора, два электронных переключателя, два элемента памяти и первый элемент задержки, в котором первый вход детектора соединен с первым входом первого сумматора и входом первого элемента задержки, второй вход детектора соединен с управляющими входами электронных переключателей, первый и второй сигнальные входы первого электронного переключателя соединены с выходами соответственно первого и второго элементов памяти, а выход - с первым входом второго сумматора, выход которого является выходом детектора, отличающийся тем, что в него введены второй элемент задержки и инвертор, вход второго элемента задержки соединен с выходом первого элемента задержки и первым входом блока деления, а выход - со вторым входом первого сумматора, второй вход блока деления соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом инвертора и первым сигнальным входом второго электронного переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с выходом инвертора, а выход - со вторым входом второго сумматора.