DE2527857A1

DE2527857A1 - Decoder fuer frequenzmodulierte steuersignale

Info

Publication number: DE2527857A1
Application number: DE19752527857
Authority: DE
Inventors: Peter Braegas; Uwe Ing Grad Maetzold
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1975-06-23
Publication date: 1977-01-13
Also published as: US4024475A; GB1510406A; BR7604045A; CH595732A5; FR2315808A1; FR2315808B3; ZA763719B

Description

BLAUPUNKT-WERKE GMBH

PLl/Schneider-st/tex 18.6.1975

R.Nr. 1405

Decoder für frequenzmodulierte Steuersignale

Die Erfindung betrifft einen Decoder für frequenzmodulierte Steuersignale gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich werden seit einigen Jahren sowohl über AM- als auch über FM-Rundfunksender zu bestimmten Zeiten Verkehrsnachrichten gesendet. Zur Erkennung dieser Verkehrsnachrxchten werden von den Sendern Steuersignale ausgestrahlt. So sendet z.B. der Deutschlandfunk vor jeder Verkehrsnachricht ein Steuersignal von 1 s Dauer, das aus einer Trägerfrequenz von 2,35 kHz besteht und mit 123 Hz frequenzmoduliert ist. Nach der Verkehrsnachricht wird dieses Steuersignal eine halbe Sekunde lang gesendet.

Durch das Vorhandensein dieser Steuersignale ist es inögiich, Ausweiteschaltungen zu bauen, mit Hilfe derer man eine Verkehrsnachricht empfangen kann, ohne vorher und nachher das übliche Rundfunkprogramm anhören zu müssen. Derartige Auswerteschaltungen werden bisher in sog. Infotheken verwendet, das sind ferngesteuerte Tonbandgeräte, die vom Deutschlandfunk per Funksignal ein- und ausgeschaltet werden und die immer die letzte, also neueste Verkehrsdurchsage automatisch aufnehmen. Die Infotheken sind in Autobahnraststätten aufgebaut, wo jeder Verkehrsteilnehmer bei Bedarf die aktuellste Verkehrsdurchsage abhören kann.

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Bei bekannten, in den Infotheken eingebauten Decodern wird eine relativ hohe Leistungsaufnahme benötigt. Das ist bei den Infotheken nicht kritisch, weil dort genügend elektrische Leistung aus dem Wechselstromnetz bezogen werden kann.

Da die beschriebenen Steuersignale oder ähnlich aufgebaute im Hörbereich des menschlichen Ohres liegen und als NF-Signal direkt erscheinen, sind sie als Erkennungssignale für weitere Durchsagen, z.B. für einen Katastrophenwarnfunk, geeignet. Mit ähnlich aufgebauten Steuersignalen können auch verschlüsselte Durchsagen von überregionaler Bedeutung in einem großen Sendegebiet gleichzeitig ausgestrahlt werden.

Beim Empfang derartiger Durchsagen mit batteriebetriebenen Kofferradios wird für eine Auswertung ein Decoder mit einer möglichst geringen Leistungsaufnahme benötigt.

Bei einem bekannten Decoder zur Erkennung von Steuersignalen wird eine recht aufwendige Erkennungsschaltung verwendet. Es werden dort u.a. in einer selektiven Verstärkerstufe ein Filter für die Trägerfrequenz des Steuersignals, ein als Flankendemodulator dienendes Filter und ein aktives Filter für die Modulationsfrequenz benötigt. Weiterhin sind in der Erkennungsschaltung des bekannten Decoders eine Differenzverstärkerstufe und eine Stufe zur Gleichspannungsgewinnung erforderlich. Durch diese umfangreichen Schaltungsstufen und die dazu benötigten Bauteile hat der Decoder einen nicht unerheblichen Bedarf an elektrischer Leistung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Decoder zu entwickeln, der eine möglichst geringe Leistungsaufnahme aufweist. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

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Beim erfindungsgemäßen Decoder werden in der Erkennungsschaltung lediglich zwei einander nachgeschaltete phasenverriegelte Regelschleifen und ein UND-Glied benötigt, so daß die zahlreichen angeführten Baustufen eines bekannten Decoders wegfallen. Dadurch ergibt sich der große Vorteil einer erheblichen Platzersparnis. Diese wird noch dadurch erhöht, daß ein Großteil der Bauelemente im neuen Decoder in integrierter Form verwendet wird. Es ist sogar möglich, den neuen Decoder in einem Rundfunkempfänger zu integrieren, ohne die Abmessungen des Empfängers wesentlich vergrößern zu müssen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Decoders sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Decoder ist zur Auswertung eines vom Deutschlandfunk gesendeten Steuersignals ausgelegt, das aus einer mit 123 Hz frequenzmodulierten Trägerfrequenz von 2,35 kHz besteht. Es wird im folgenden immer von einem Steuersignal gesprochen, obwohl es sich genaugenommen um zwei Steuersignale handelt, die sich aber nur in ihrer Dauer unterscheiden.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines neuen Decoders,

Fig. 2 eine Erkennungsschaltung des neuen Decoders und

Fig. 3 eine Zeitkonstanten-Umschaltstufe.

Ein vollständiges NF-Signal wird einer Vorverstärker- und Begrenzerstufe zugeführt. Von dort gelangt es einerseits zu einem NF-Schalter 2 und wird bei durchgeschaltetem NF-Schalter 2 einem Lautsprecher 3 zugeführt.

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Andererseits gelangt das NF-Signal, das vor und/oder nach einer Verkehrsdurchsage ein um ca. 26 dB gegenüber der NF abgesenktes Steuersignal von 2,35 kHz mit 123 Hz frequenzmoduliert enthält, nachdem es symmetrisch begrenzt und verstärkt wurde, an einen Eingang einer Erkennungsschaltung Die Erkennungsschaltung 4 enthält im wesentlichen zwei phasenverriegelte Regelschleifen 5, 6 (Phase Locked Loop, im folgenden PLL genannt).

Eine PLL ist bekanntlich aus vier Grundelementen aufgebaut, einem Phasenkomparator, einem Tiefpaß und einem Verstärker im Hauptzweig und einem spannungsgesteuerten Oszillator (Voltage Controlled Oszillator, im folgenden VCO genannt) im Rückkopplungszweig. Sie funktioniert in der Weise, daß eine zu erkennende Frequenz als Leerlauffrequnez am VCO eingestellt wird. Ein Eingangssignal wird mit der momentanen Frequenz des VCO im Phasenkomparator verglichen, und es wird aus dem Umterschied der beiden Signale eine Steuergröße gewonnen, die in dem Tiefpaß und in dem Verstärker verarbeitet wird, so daß dem VCO eine Nachsteuerspannung zugeführt wird. Mit Hilfe dieser Nachsteuerspannung wird die Ausgangsfrequenz des VCO innerhalb eines sog. Fangbereiches in Richtung auf die Eingangsfrequenz des Phasenkomparators gezogen. Man sagt, eine PLL ist eingerastet, wenn die Frequenz des VCO der Eingangsfrequenz des Phasenkomparator folgt.

Die erste PLL 5 der Erkennungsschaltung 4 ist auf eine Frequenz von 2,35 kHz abgestimmt, die zweite auf eine Frequenz von 123 Hz. Je ein Ausgang der beiden Regelschleifen 5, 6, an dem eine Information über ein Einrasten abgreifbar ist, wird mit je einem Eingang eines UND-Gliedes 7 verbunden. Weiter unten wird die Wirkungsweise der beiden Regelschleifen ausführlich beschrieben.

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Sind die beiden Regelschleifen 5, 6 auf die jeweils abgestimmten Frequenzen eingerastet, erscheint am Ausgang des UND-Gliedes 7 eine Information für das Erkennen des Steuersignals, die in einer nachgeschalteten Zeitkonstanten-Umschaltstufe 8 eine Kondensatoraufladung in einem RC-Glied bewirkt.

Beim Erreichen einer bestimmten Ladespannung wird ein Schmitt-Trigger 9 geschaltet, so daß eine nachgeschaltete bistabile Kippstufe 10 in einen entgegengesetzten Zustand kippt. Dadurch wird zum einen von einer Zeitkonstanten auf eine andere umgeschaltet, zum anderen der NF-Schalter 2 betätigt, so daß die NF an dem Lautsprecher 3 hörbar wird. Eine ausführliche Beschreibung der Zeitkonstanten-Umschaltungsstufe erfolgt weiter unten.

In dem soeben beschriebenen Beispiel war die NF vor der Erkennung des Steuersignals über den NF-Schalter 2 stummgeschaltet. Selbstverständlich kann der NF-Schalter 2 auch manuell geschaltet werden, so daß in Zeiten ohne Verkehrsdurchsage das normale Rundfunkprogramm gehört werden kann.

udia uei ocnuixuL~j.xj.ggei. 7, die uib

und die beiden Regelschleifen 5, 6 in CMOS-Technik ausgeführt sind, so daß sie eine sehr geringe Eigenstromaufnahme aufweisen.

Eine Stabilisierungsschaltung 32 versorgt die einzelnen Teile des Decoders mit stabilisierten Spannungen.

Es soll nun anhand der Fig. 2 die Wirkungsweise der neuen Erkennungsschaltung 4 ausführlich beschrieben werden. Die Erkennungsschaltung 4 enthält als wesentliche Bauteile die beiden Regelschleifen 5 und 6 in integrierter Form. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Regel-

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schleifen vom Typ NE 567 verwendet, deren innerer Aufbau dem Datenbuch "Phase Locked Loops" der Firma Signetics zu entnehmen ist. Über Versorgungseingänge 11 und 12 wird den Regelschleifen 5 und 6 eine stabilisierte Versorgungsspannung zugeführt.

An einem Eingang 13 der PLL 5, der gleichzeitig Eingang des Phasenkomparator der PLL 5 ist,, liegt beim Empfang eines Steuersignals, wie bereits beschrieben, ein Signal an, das den mit 123 Hz frequenzmodulierten Träger von 2,35 kHz enthält. Mit Hilfe eines RC-Netzwerkes · aus Widerständen 14, 15 und einem Kondensator 16 wird an dem regelbaren Widerstand 15 extern die Leerlauf frequenz des VCO der PLL 5 auf die Frequenz 2,35 kHz abgestimmt. Durch geeignete Dimensionierung von Kondensatoren 17 und 18 werden der gewünschte Haltebereich und Fangbereich der PLL 5 eingestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispxel beträgt der Fangbereich ca. 150 Hz.

Wenn die PLL 5 eingerastet ist, d.h. wenn die Oszillatorfrequenz der am Eingang 13 liegenden Frequenz folgt, ergibt sich bei einem digitalen Signal, das an einem Ausgang iy der PLL 5 abgreitbar ist, ein Sprung von einem Zustand H zu einem Zustand L. Damit kurzzeitige Erkennungen der Frequenz 2,35 kHz, die auf einem Auftreten dieser frequenz in einem normalen Rundfunkprogramm beruhen können, nicht zur Auswertung gelangen, ist zur Abblockung dem Ausgang 19 ein Abblockkondensator 20 mit einer relativ großen Kapazität nachgeschaltet. Erst wenn die PLL 5 für längere Zeit eingerastet bleibt, gelangt die Information des Einrastens vom Ausgang 19 zu einem ersten Eingang des UND-Gliedes 7, das aus Dioden 21 -V. und 22 besteht. So wird eine genügend hohe Störsicherheit gegen Fehl-*. schaltungen erreicht.

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Wenn die PLL 5 eingerastet ist, enthält, da die Frequenz von 2,35 kHz mit 123 Hz frequenzmoduliert ist, das am Ausgang des Tiefpasses der PLL liegende Steuersignal für die Nachsteuerspannung des VCO der PLL 5 die Frequenz von 123 Hz in bereits demodulierter Form. Dieses Steuersignal wird an einem Ausgang 23 der PLL 5 abgegriffen und über einen Koppelkondensator 24 einem Eingang 25 der PLL 6 zugeführt, der gleichzeitig Eingang des Phasenkomparator der PLL 6 ist.

Der VCO der PLL 6 ist mit Hilfe eines RC-Netzwerkes aus Widerständen 26, 27 und einem Kondensator 28 auf eine Leerlauffrequenz von 123 Hz abgestimmt. Haltebereich und Fangbereich der PLL 6 werden durch geeignete Dimensionierung von Kondensatoren 29 und 30 eingestellt. Der Fangbereich beträgt ca. 6 Hz.

Wenn die PLL 6 eingerastet ist, erscheint an einem Ausgang 31 ein digitales Signal mit einem Sprung von einem Zustand H zu einem Zustand L, das an einen zweiten Eingang des UND-Gliedes 7 gelegt wird. Wenn an beiden Eingängen des UND-Gliedes 7 ein Zustand L auftritt, sind beide Dioden 21, 22 gesperrt und diese Information wird in der Zeitkonstanten-Umschaltungsstufe 8 ausgewertet. Ein gleichzeitiger Sperrzustand beider Dioden 21, kann nur dann auftreten, wenn zum einen für eine genügend lange Zeit eine Frequenz von 2,35 kHz auftritt und zum anderen diese Frequenz auch noch mit 123 Hz frequenzmoduliert ist. Dadurch wird ein Auswerten von in einem Rundfunkprogramm auftretenden Frequenzen gleicher Größenordnung mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden.

Es wird nachfolgend anhand der -Fig. 3 die Zeitkonstanten-Umschaltungsstufe 8 beschrieben. Wie eingangs bereits erwähnt, wird vor einer Verkehrsmeldung ein Steuersignal von 1 s Dauer und nach der Meldung ein Steuersignal von 0,5 s Dauer gesendet. Die unterschiedliche Dauer ist notwendig,' damit Beginn und Ende einer Verkehrsmeldung bei der Auswertung unterschieden werden können.

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Die Zeitkonstanten-Umschaltungsstufe 8 enthält eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand 33, einem zweiten Widerstand 34 und einem Kondensator 35, wobei der Kondensator 35 an Masse liegt und an der Reihenschaltung die Betriebsspannung anliegt. Dem Kondensator 35 ist ein erster Schalttransistor 36 und dem zweiten Widerstand 34 ein zweiter Schalttransistor 37 parallelgeschaltet. Der erste Schalttransistor 36 wird vom Ausgang der Erkennungsschaltung 4 angesteuert, der zweite Schalttransistor 37 von der bistabilen Kippstufe 10. Die Spannung des Kondensators 35 wird zum Schalten des Schmitt-Triggers 9 verwendet.

Es werde von einem Zustand ausgegangen, bei dem kein Steuersignal vorhanden ist. Dann sind beide Dioden 21, 22 durchgeschaltet, und an der Basis des ersten Schalttransistors 36 liegt der Zustand H, so daß auch er durchgeschaltet ist und der Kondensator 35 über ihn entladen ist. Der zweite Schalttransistor 37 ist in dieser Zeit gesperrt.

Erkennt nun die Erkennungsschaltung 4 ein Steuersignal, werden die beiden Dioden 21, 22 gesperrt und damit auch der erste Schalttransistor 36. Von diesem Augenblick an wird der Kondensator 35 über die Reihenschaltung aufgeladen. Die Reihenschaltung ist derart dimensioniert, daß der Kondensator 35 nach ca. 700 ms die Spannung erreicht, die zum Schalten des Schmitt-Triggers 9 benötigt wird. Ist der Schmitt-Trigger 9 geschaltet, kippt die bistabile Kippstufe 10 in den entgegengesetzten Zustand. Dadurch wird zum einen der NF-Schalter 2 durchgeschaltet, zum anderen der zweite Schalttransistor 37 geöffnet. Genau mit dem Ende des Steuersignals von 1 s Dauer geht der erste Schalttransistor 36 wieder in den leitenden Zustand über, und er behält diesen während der nachfolgenden Verkehrsmeldung bei, so daß der Kondensator 35 entladen wird.

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Nach der Verkehrsmeldung erscheint das Steuersignal von 0,5 s Dauer. Mit dessen Beginn wird der erste Schalttransistor 36 wieder gesperrt, so daß eine erneute Aufladung des Kondensators 35 beginnt, diesmal aber lediglich über den ersten Widerstand 33 und den geöffneten zweiten Schalttransistor 37. Die Schaltspannung des Schmitt-Triggers 9 wird diesmal schon nach ca. 300 ms erreicht, und der Schmitt-Trigger 9 kippt wieder die bistabile Kippstufe 10, die zum einen die NF über den NF-Schalter 2 stummschaltet, zum anderen den zweiten Schalttransistor 37 in den Sperrzustand schaltet. Damit ist der vor der Auswertung vorhandene Ausgangszustand wieder erreicht.

Durch die Wahl der Zeitkonstanten von ca. 700 ms bzw. ca. 300 ms werden zum einen die Steuersignale vor und nach einer Verkehrsmeldung voneinander unterschieden, zum anderen bleiben genügend Toleranzen, den Decoder selbst dann ansprechen zu lassen, wenn die Steuersignale nicht in voller Länge empfangen werden.

Durch die Verwendung des ersten Schalttransistors 36 wird eine Erhöhung der Störsicherheit des gesamten Decoders in der Weise erreicht, daß nach' ρίπρτη kurz7.ei tigpn Ansprechen der Erkennunpsschaltung 4 aufgrund von Frequenzen aus Musik bzw. Sprache, durch das eine Aufladung des Kondensators

35 in Gang gesetzt wird, letzterer beim Öffnen des ersten Schalttransistors

36 schlagartig entladen wird. Somit kann sich selbst bei mehreren kurzzeitigen Erkennungen der Kondensator 35 nicht bis zur Sehaltspannung aufladen, wie es bei herkömmlichen RC-Schaltungen vorkommt.

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Durch den beschriebenen Aufbau der Erkennungs schaltung 4 und durch den Aufbau der Zeitkonstanten-Umschaltungsstufe 8 wird mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit erreicht, daß keine in einem Musik- bzw. Sprachprogramm enthaltenen Frequenzen zur Auswertung gelangen.

Der im Ausführungsbeispiel beschriebene Decoder erkennt ein vom Deutschlandfunk gesendetes Steuersignal und schaltet nach einem Erkennen einen NF-Schalter 2. Selbstverständlich kann der Decoder dahingehend erweitert werden, daß nach einem Erkennen optische und/oder akustische Signale ausgesendet werden, so daß ein Hörer, der sich nicht in unmittelbarer Nähe eines Radioempfängers befindet, aufmerksam gemacht wird.

Weiterhin kann der Decoder so ausgelegt werden, daß Steuersignale ausgewertet werden, die bereits eine verschlüsselte Nachricht enthalten.

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Patentansprüche

Decoder für aus einer frequenzmodulierten Schwingung bestehende Steuersignale unterschiedlicher Dauer, der eine Erkennungsschaltung, eine Zeitkonsten-Umschaltungsstufe, einen Schmitt-Trigger und eine bistabile Kippstufe zur Schaltung der Zeitkonstanten-Umschaltungsstufe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsschaltung (4) zwei phasenverriegelte Regelschleifen (5, 6) und ein UND-Glied (7) enthält, daß der spannungsgesteuerte Oszillator der ersten Regelschleife (5) auf die Trägerfrequenz und der spannungsgesteuerte Oszillator der zweiten Regelschleife (6) auf die Modulationsfrequenz der Steuersignale abgestimmt sind, daß ein Abgriff hinter dem Phasenkomparator der ersten Regelschleife

(5) mit einem Eingang des Phasenkomparator der zweiten Regelschleife

(6) verbunden ist und daß zur Erkennung eines Einrastens dienende Ausgänge (19, 31) der Regelschleifen (5, 6) mit Eingängen des UND-Gliedes (7) verbunden sind, an dessen Ausgang eine Information über das Erkennen der Steuersignale abgreifbar ist.
2. Decoder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale im Hörbereich des menschlichen Ohres liegen.
3. Decoder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (19) der ersten Regelschleife (5), an dem eine information über das Erkennen der Trägerfrequenz der Steuersignale abgreifbar ist, und Masse ein Abblockkondensator (20) geschaltet ist.

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4. Decoder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten-Umschaltungsstufe (8) eine RC-Reihenschaltung enthält, an der eine Versorgungsspannung anliegt, daß in ihr ein Kondensator (35) gegen Masse geschaltet ist und daß dem Kondensator (35) ein erster Schalttransistor (36) parallelgeschaltet ist, der vom Ausgang der Erkennungsschaltung (4) ansteuerbar ist.
5. Decoder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Reihenschaltung zwei Widerstände (33, 34) enthält und daß einem der beiden Widerstände (33, 34) ein zweiter Schalttransistor (37) parallelgeschaltet ist, der von einem Ausgang der bistabilen Kippstufe (10) ansteuerbar ist.
6. Decoder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Regelschleifen (5, 6), der Schmitt-Trigger (9) und die bistabile Kippstufe (10) in CMOS-Technik ausgeführt sind.

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