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Frequenzumsetzer für Gemeinschaftsantennenanlagen
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und Kabelverteilsysteme mit einem Eingangsumsetzer und einem Ausgangsumsetzer
Die Erfindung betrifft einen Frequenzumsetzer für Gemeinschaftsantennenanlagen und
Kabelverteilsysteme mit einem Eingangsumsetzer und einem Ausgangsumsetzer gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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ZF-Umsetzer werden bekanntlich in Empfangsstationen von mittleren
und großen Gemeinschaftsantennenanlagen und Kabelfernsehverteilsystemen sowie in
Rückumsetzerstellen eingesetzt. Eine Umsetzung in kleineren Empfangseinrichtungen
ist immer dann notwendig, wenn die empfangenen Frequenzbereiche in den Endgeräten
nicht direkt verarbeitet werden können bzw. die Leitungsverluste so hoch sind, daß
die empfangenen Frequenzen einen Pegel aufweisen, der für eine einwandfreie Frequenzselektion
nicht ausreicht. Dies ist insbesondere der Fall bei Direktsatellitenempfangsstationen.
Bedingt durch die Trägerfrequenz im 12 GHz-Bereich ist es unerläßlich, daß die Empfangsstation
zunächst die empfangene Frequenz in eine weiterverarbeitbare Zwischenfrequenz umsetzt
(900 bis 1,750 MHz).
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Eine bekannte Anlage zur Frequenzumsetzung der empfangenen Kanäle
im terrestrischen Funkbereich ist z.B. aus der Firmenschrift "ZGA-Anlage" der Firma
Bosch bekannt, bei der über die Normzwischenfrequenz (ZF) von 38,9 MHz für den TV-Umsetzer
und 10,7 MHz für den UKW-Umsetzer Eingangs- und Ausgangsumsetzer verwendet werden.
In der ZF-Ebene wird die
Selektivität durch Oberflächenwellen- bzw.
Keramikfilter erreicht. Die zur Umsetzung erforderlichen zwei voneinander unabhängigen
Mischfrequenzen werden von spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO) erzeugt, deren
Frequenzen von programmierbaren PLL-Schaltungen kontrolliert werden. Für die verschiedenen
Umsetzer werden die Oszillatorfrequenzen eines einzigen Bezugsquarzes verwendet.
Die als Frequenzsyntheseschaltung verwendete PLL-Schaltung erlaubt, die Mischfrequenzen
in einem bestimmten Raster zu programmieren, wodurch auf einfache Weise ein Frequenz-Set-off
realisiert ist.
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Die bekannten TV-Umsetzer bestehen aus einem Eingangs- und einem Ausgangsumsetzer,
der in der Regel mit Durchschleifausgang versehen ist. Der Eingangsumsetzer enthält
den ersten Mischer und den nachgeschalteten ZF-Yerstärker. Im Eingang ist ein Dämpfungssteller
zur Elngangspegelreduzierung vorgesehen. In dem Modulausgangsumsetzer sind der zweite
Mischer und die Ausgangspegelregelung untergebracht.
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Auch hier ist ein Pegelsteller zur Verstärkungsreduzierung vorgesehen.
Ein Schalter, mit dem für die Einpegelung die Regulierung abschaltbar ist, und ein
Pegelsteller, mit dem der Arbeitsbereich der Regelung einstellbar ist, sind ebenfalls
bei der bekannten Ausführung gemäß des ZGA-Systems der Firma Bosch enthalten. Die
zwischenfrequente Schnittstelle erlaubt eine beliebige Zusammenschaltung von Eingangs-
und Ausgangsumsetzer. Entscheidend ist dabei, daß die PLL-Schaltung, die die Frequenzen
des Oszillators kontrolliert, nur über fest eingelötete Brücken programmierbar ist.
Das Teilerverhältnis der in der PLL-Schaltung vorhandenen Frequenzteiler ist hierdurch
fest vorgegeben. Die Filterkreise werden bei der eingestellten Frequenz manuell
abgeglichen.
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Ein derart auf eine bestimmte Empfangsfrequenz abgestimmter
Eingangsumsetzer
ist mit jedem auf eine bestimmte Ausgangsfrequenz eines Kanals innerhalb eines Frequenbandes
(Band I, III oder IV und V) abgestimmten Ausgangsumsetzer verbindbar.
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Genauso wie der Eingangsumsetzer sind auch die Filterkreise des Ausgangsumsetzers,
bezogen auf eine einmal durch Programmierung eingestellte Frequenz, abgestimmt.
Die Gleich-und Parallellaufbedingungen der Filterkreise einhaltend, sind diese bei
entsprechend eingestellter Oszillatorfrequenz abgeglichen.
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Beim Zusammenschalten verschiedener Eingangs- und Ausgangsumsetzer
muß darauf geachtet werden, daß zur gegenseitigen Beeinflussung der Ausgangsumsetzer
beim Durchschleifen der Ausgangssignale ein Ausgangsraster in einem Mindestabstand
von z.B. einem TV-Kanal im VHF-Bereich bzw. von mindestens drei TV-Kanälen im UHF-Bereich
sichergestellt ist. Dies bedeutet für den praktischen Einsatz eines solchen Umsetzers,
daß die Eingangs- und Ausgangsumsetzer entsprechend speziell dem Empfangsort ausgewählt
und einander zugeordnet werden müssen. Es versteht sich von selbst, daß eine Vielzahl
von verschiedenen abgestimmten Eingangs- und Ausgangsumsetzern bereitgehalten werden
müssen, zumal der Kanalabstand im UHF-Bereich mindestens zwei Kanäle Im VHF-Bereich
und im UHF-Bereich mindestens drei Kanäle betragen soll.
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Fertigungstechnisch hat dies die Auswirkung, daß mechanisch und elektrisch
abgeglichene Einzelkomponenten gefertigt werden müssen, wobei die Filterkreise zur
Sicherstellung der optimalen Gleich- und Parallellaufbedingungen jeweils für einen
Empfangs- bzw. Ausgangskanal abgeglichen werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Eingangs- und Ausgangsumsetzer
so auszulegen, daß zum Empfang beliebiger Empfangskanäle im jeweiligen Empfangsbereich
und dessen Umsetzung in andere genannte Sendekanäle im jeweiligen Frequenzbereich
der Kabelanlage nur eine einzige Ein- und Ausgangsumsetzereinheit benötigt wird,
wobei diese individuell auf bestimmte Eingangskanäle und Ausgangskanäle abstimmbar
sein soll.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Frequenzumsetzer eingangs
genannter Art gemäß der im Patentanspruch 1 wiedergegebenen technischen Lehre gelöst.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, anstelle mittels PLL-Schleifen
fest eingestellter und abgeglichener Eingangs- und Ausgangsumsetzer diese so zu
gestalten, daß sie durchstimmbar sind und somit am Ort der Installation auf jeden
beliebigen Empfangskanal und jeden beliebigen zugeordneten Ausgangskanal abstimmbar
sind. Die durch die Erfindung gegebenen Vorteile sind sowohl in der Fertigung als
auch bei der Installation gegeben. Der Abgleich, d.h. die Festlegung jener Informationen
zur Einstellung der Frequenzsynthese-und Spannunssyntheseschaltungen sind in der
Fabrikation bezogen auf jeden beliebigen Empfangskanal und Ausgangskanal im Abgleichprozess
für alle verfügbaren Kanäle im bestimmten Bereich rastermaßlg automatisch erfaßbar
und im auslesbaren nichtflüchtigen Speicher einschreibbar. Darüber hinaus können
bei Einsatz selektiver und abstimmbarer Filterkreise zur Erzielung von Gleichlauf-
und Parallellaufeigenschaften zum jeweils eingestellten Empfangskanal die entsprechenden
Spannungswerte zur Ansteuerung der Kapazitätsdioden dieser Kreise digitalisiert
ebenfalls in einem Speicher auslesbar oder in aufrufbaren Analogspeicher abgelegt
werden. Bei
Aufruf eines Kanals wird somit der Mikroprozessor zum
einen die Informationen zur Einstellung der Frequenzsyntheseschaltung (der Frequenzteiler
der PLL-Schaltung) auslesen und zum anderen zugleich die Spannungswerte an D/A-Wandler
zur Korrektur der Abstimmung der einzelnen Vor- und selektiven Kreise anlegen.
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Der Vorgang der Ermittlung der verschiedenen digitalisierten Werte
für die PLL-Schaltung und die Spannungssyntheseschaltungen für die Filterkreise
kann in einer Fabrikation voll automatisch erfolgen, und zwar individuell für jeden
Umsetzer. Damit werden auch Fertigungs- und Bauteiletoleranzen, insbesondere die
die Resonanzfrequenz bestimmenden Bauteile, wie Kapazitätsdioden, von vorherein
mit erfaßt und berücksichtigt.
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Der Mikroprozessor, der durch eine Eingabetastatur oder durch einen
einstellbaren Kanalwähler aktivierbar ist - z.B.
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durch Vorwahlschalter und die im Speicher festgelegten Werte für die
PLL-Schaltung und die Spannungssyntheseschaltung bzw. die D/A-Wandler zur direkten
Ansteuerung der frequenzbestimmenden Bauelemente ausgibt, ist Bestandteil der Erfindung
und bietet neben den wirtschaftlichen Vorteilen die Möglichkeit der individuellen
Abgleichung und Auslegung der Eingangs- und Ausgangsumsetzer.
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Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, daß der Installateur, der eine
Empfangsanlage mit Umsetzer installiert, nur eine einzige Umsetzereinheit pro Kanal,
die Eingangs- und Ausgangsumsetzer beinhaltet, einzusetzen braucht, wobei allerdings
unterschieden werden muß, ob die empfangenen Kanäle in
solche im
unteren oder im oberen VHF-Bereich oder im UHF-Bereich umgesetzt werden sollen bzw.
bei Rundfunkfrequenzumsetzern (UKW-Umsetzer) in welche Frequenzen. Je nach Ausführung
des Umsetzers wird entweder über eine Tastatur oder einen entsprechenden Einstellschalter
die Kanalziffer des empfangenen Kanals eingegeben und ebenso die Kanalziffer des
Ausgangssignals. Der Mikroprozessor liest nach eingeschriebenem Programm die in
den EPROM- oder ROM-Speichern oder anderen nichtflüchtigen Speichern auslesbaren
Informationen für die Frequenzsyntheseschaltungen und gegebenenfalls Spannungssyntheseschaltungen
für die Filter aus und führt sie als Stellinformationen den Frequenzteilern bzw.
den D/A-Wandlern zu. Jeder Kanalziffer sind bestimmte Speicherplätze in dem Speicher
zugeordnet, die vom Mikroprozessor aufgerufen werden. Bei fest installierten Anlagen
herkömmlicher Art werden zwar die Kanäle der Gemeinschaftsan tennenanlage geplant,
es hat sich jedoch herausgestellt, daß z.B. durch Zusatzempfangsmögllchkelten Umgruppierungen
und Ergänzungen notwendig werden, um unerwünschte Kreuzmodulationsprodukte zu vermeiden.Bel
herkömmlichen Anlagen müssten somit Vor- und Ausgangsumsetzer ausgetauscht und neu
gruppiert werden. Bei Anwendung eines Umsetzers nach der Erfindung hingegen ist
es lediglich notwendig, die Eingangs- und Ausgangskanalzifcern entsprechend den
Anforderungen zu ändern. Eine individuelle Anpassung ist dadurch möglich.
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Dies bringt insbesondere Vorteile in großen Kabelverteilnetzen mit
10 und mehr belegten Kanälen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere mit einer Ausführung nach Anspruch
4 eine besonders hohe Ausgangsleistung erzielbar ist.
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Grundsätzlich ist es aus der DE-OS 28 14 577 bekannt, bei Uberlagerungsempfängern
mit einem Oszillatorkreis und mindestens einem Vorkreis, die beide über elektronische
Mittel (Kapazitätsdioden) abgestimmt sind, die Steuerspannungen bzw. Steuerströme
für diese elektronischen Mittel unter Berücksichtigung der Gleichlauf- und Parallellaufbedingungen
durch einen Mikrocomputer zu erzeugen. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, daß
beim Durchlaufen eines Frequenzbereiches des Oszillatorkreises die Frequenzteilbereiche
der Vorkreise ständig angepaßt sind. Zur Optimierung der Gleich-und Parallellaufbedingungen
ist dies jedoch erforderlich.
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Die entsprechenden digitalisierten Werte sind in einem Speicher abgelegt
und können aus diesem vom Mikroprozessor gesteuert ausgerufen werden. Dies geschieht
durch Eingabe des gewählten Empfangskanals. Die eingegebene Kanalziffer oder die
zugeordnete Positionsziffer auf einer Fernbedienung oder einer ortsfesten Bedienung
eines Uberlagerungsempfängers stellen die Adresse für den Speicher dar, der die
Informationen ausliest und an die üblicherweise als Frequenzsyntheseschaltungen
verwendeten PLL-Schaltungen (FLL könnten ebenfalls zum Einsatz gelangen) ausgibt.
Die passen= de Vorkreisfrequenz oder sonstige selektive Filterkreise, die der jeweiligen
Oszillatorfrequenz zugeordnet ist, wird durch mikrocomputergesteuerte Spannungssynthese
ebenfalls eingestellt. Anstelle von Kanalziffern können die Frequenzwerte über den
Mikroprozessor auch direkt eingegeben werden, die in einem einschreibbaren und auslesbaren
Speicher abspeicherbar sind (RAM). In allen Fällen werden über den Mikroprozessor
sowohl die Frequenzsyntheseschaltung als auch die Vorkreise auf die neue Bezugsoszillatorfrequenz
eingestellt.
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Eine in gleicher Weise arbeitende Anordnung einer mittels einer PLL-Schaltung
abstimmbaren Empfängerschaltung ist auch Gegenstand der DE-OS 32 41 103. Eine elektronische
Abstimmeinheit ist insbesondere für Fernsehempfangsgeräte mit gleichen Eigenschaften,
bei denen nämlich durch Aufruf aus einem ROM-Speicher bei Kanalanwahl die programmierten
Teiler einer Frequenzsyntheseschaltung angesteuert werden, aus der DE-OS 28 54 852
ebenfalls bekannt.
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Die Erfindung wendet die aus der Tunertechnik an sich bekannte Mikroprozessor-Abstimmtechnik
auf Umsetzer an, wobei parallel zwei völlig frequenzverschiedene Umsetzer angesteuert
werden, was in Bezug auf den Patentgegenstand die beschriebenen Vorteile hat.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Fig. 1, 2 und 3 in
Form von Blockschaltbildern dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert In
Fig. 1 ist ein freiprogrammierbarer Umsetzer z.B. für Direktsatellitenempfang dargestellt,
in Fig. 2 der Aufbau eines Ausgangsumsetzers mit einem Ausgangsleistungsverstärker
und in Fig. 3 ein Ausgangsumsetzer mit einem Ausgangsfilterkreis.
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In dem Blockschaltbild in Fig. 1 ist ein freiprogrammierbarer Umsetzer
zum Umsetzen der empfangenen ersten Zwischenfrequenz einer Direktsatellitenempfängerschaltung
in den YHF- bzw. UHF-Bereich zur Einspeisung in eine Kabelkanalanlage unter Angabe
der wichtigsten Baueinheiten dargestellt.
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In der Baugruppe 1 sind vereint ein Satellitentuner, der automatisch
abstimmbar ist, D/A-Wandler zur Spannungsansteuerung der spannungsabhängigen Bauelemente
der Filterkreise sowie Kapazitätsdioden und eine PLL-Schaltung bekannter Ausführung
zur Stabilisierung der Frequenz des Oszillators angeordnet. Am Eingang des Satellitentuners
liegt die erste ZF von der Satellitenempfangsstatlon an. Der Block 2 weist einen
FM-Demodulator und Slgnalaufbereitungsschaltungen z.B. für die Decodierung eines
nach D2-MAC-Verfahren übertragenen Signals auf. Der Baustein 3 weist einen Bild-ZF-Demodulator
und ein Restseitenbandfilter auf, An ihm liegt das vom ZF-Demodulator 2 und u.U.
über eine Signalaufbereitung anliegende FBAS-Signal an. Der Ton wird separat herausgefiltert
und nach der Aufbereitung in den beiden Tonkanälen NF1 und NF2 einem Tonfrequenzmodulator
4 zugeführt. Ausgangsseitig ist der Blld-ZF-Modulator mit dem Ausgangsumsetzer 5
verbunden, der die anliegende Zwischenfrequenz entweder in Kanäle des VHF- oder
UHF-Bereiches umsetzt. Der Ausgangsumsetzer weist zur Abstimmung automatisch abstimmbarer
Filter D/A-Wandler auf, die je nach Wahl des Ausgangskanals durch eine von einem
nichtflüchtigen Speicher 6 abrufbare Information eine bestimmte Spannung abgeben,
die eine Kapazitätsänderung der Kapazitätsdioden der Filterkreise und damit eine
Änderung des Frequenzgangs bewirken, wodurch die Gleich- und Parallellaufbedingungen
des Umsetzers gewährleistet sind. Integriert in dem Ausgangsumsetzer 5 sind ferner
nicht näher dargestellte selektive YHF- und UHF-Verstärker sowie die automatisch
abgestimmten
Filter und eine PLL-Schaltung zur automatischen Einstellung der Oszillatorfrequenz.
Auf die Tonfrequenzmodulotion und -demodulatlon wird nicht näher eingegangen, da
dies bekannte Techniken sind.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß in dem nichtflüchtigen Speicher
6 alle die Informationen zur Einstellung der Spannungswerte an den spannungsgesteuerten
Bauelementen der Filterkreise und jene Digitalwerte, die für die Einstellung der
Teil verhältnisse der Frequenzteiler der PLL-Schaltung bei Abstimmung auf einen
bestimmten Kanal erforderlich sind, gespeichert sind. In dem nichtflüchtigen Speicher
sind für jeden einzustellenden Kanal im Eingangsumsetzer, der die Blöcke 1, 2, 3
und 4 umfaßt, sowie für die PLL-Schaltung im Ausgangsumsetzer 5, und zwar für jeden
Ausgangskanal gesondert die entsprechenden Informationen abgelegt. Uber einen Bus
7 werden die im nichtflüchtigen Speicher abgelegten frequenzbezogenen Werte ausgelesen
und den adressierten D/A-Wandlern bzw. den adressierten Teilern der PLL-Schaltung
zugeführt. Die entsprechende Steuerung übernimmt ein Mikroprozessor 8, der von einem
Tastenfeld 9 bzw. von Einstellschaltern (Mikroschaltern) unter Vorgabe der Frequenz
oder des Kanals oder einer diesen Kennwerten entsprechenden Ziffer angesteuert wird.
Der Mikroprozessor ruft in Abhängigkeit der Eingangsinformation aufgrund des eingeschriebenen
Programms die entsprechenden adressierten Speicherplätze im nichtflüchtigen Speicher
auf und liest die Informationen aus und gibt sie an den D/A-Wandler oder an die
Teiler der PLL-Schaltung weiter. Damit ist auf einfache Weise durch Betätigung des
Tastenfeldes bzw. durch Eingabe der Kanalziffern mittels Schalter die Einstellung
eines jeden Eingangskanals und eines jeden Ausgangskanals im jeweiligen Frequenzbereich
gesondert möglich.
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In Fig. 2 ist in Form eines Blockschaltbildes ein Ausgangsumsetzer
mit seinen wesentlichen Baugruppen dargestellt. Am Eingang 20 liegt das bereits
im vorgeschalteten Eingangsumsetzer umgesetzte ZF-Signal an; Es wird über einen
Tiefpaß 21 und einen Pegelregler 22 einem Mischer 23 zugeführt (fzF). Am zweiten
Eingang des Mischers liegt die fest eingestellte Oszillatorfrequenz fosz, die vom
spannungsgesteuerten Oszillator 24 geliefert wird. Am Mischerausgang liegt die dem
Eingangskanal zugeordnete Ausgangsfrequenz fA an, die über einen Dreikreisfilter
mit spannungsgesteuerten abstlmmbaren Resonanzkreisen und einem nachgeschalteten
Verstärker 26 über einen weiteren nachgeschalteten Mehrfilterkreis 27, der ebenfalls
spannungsgesteuerte Resonanzkreise aufwejst, an einem Ausgangsvorverstärker 28 an,
dem ein Ausgangsleistungsverstärker 29 nachgeschaltet ist.
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Uber diesen wird das in die Ausgangsfrequenz umgesetzte Signal in
die Kabelverteilanlage eingespeist. Der Ausgang 30 ist zu diesem Zweck an das Kabelverteilnetz
angeschlossen.
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Zur Regelung ist hinter dem Vorverstärker 28 ein Abgriff vorgesehen,
der eine Regelung des Eingangspegels vornimmt.
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Die Pegelauswertung ist im Block 31 untergebracht und stellt den automatischen
Pegelregler 22. Die PLL-Schaltung besteht in bekannter Ausführung aus einem festen
Teiler 31, der die Oszillatorfrequenz herunterteilt und diese einer Vergleichsschaltung
in der PLL-Schaltung 32 zuführt. In der Schaltung 32 ist in an sich ebenfalls bekannter
Weise ein weiterer Teiler vorgesehen, der über den Mikroprozessor 33 gesteuert eingestellt
wird. Als Referenzgenerator ist ein einziger Generator 34 vorgesehen, von dem sowohl
die Clockfrequenz für den Mikroprozessor 33 als auch die Bezugsfrequenz für den
Oszillator 24 abgeleitet werden. In der PLL-Schaltung 32 erfolgt in bekannter Weise
ein Phasenvergleich, wodurch der Oszillator 24 auf die eingestellte Frequenz nachgeführt
wird.
Parallel dazu sind in einem nichtflüchtigen Speicher, der in dem Chip des Mikroprozessors
33 Integriert sein kann, die Werte gespeichert, die zur Gleichlauf- und Parallelanpassung
der Filterkreise der selektiven Filter 25, 27 bei Abstimmung des Oszillator 24 auf
eine bestimmte Frequenz benötigt werden. Die Werte sind beim Abgleich des Umsetzers
während der Fabrikation in dem nichtflüchtigen Speicher für jeden Kanal eingegeben
und werden nun bei Einstellen des Oszillators 24 auf eine bestimmte Frequenz dieser
zugeordnet, ausgelesen und einer Ansteuerschaltung 35, die D/A-Wandler aufweist,
zugeführt. Dadurch liegen die Spannungen UD an den Kapazitätsdioden der abstimmbaren
Filterkreise an und bewirken, daß diese in gewünschter Weise verstimmt werden.
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Als Besonderheit weist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 einen einzigen
Ausgang auf. Dieser ist bei heute üblichen hochwertigen Anlagen in dieser Form vorgesehen.
Von diesem sind Ausgangsspannungen von 4 V eff abgreifbar. Im Gegensatz hierzu sind
im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 - weist im wesentlichen die gleichen Bauteile
wie Fig. 2 auf - zwei Ausgänge 36, 37 mit 2 V eff Ausgangsspannung und 75 Ohm Impedanz
vorgesehen. Der zweite Filter 27 ist unmittelbar vor den Ausgänge. geschaltet, der
erste Filterkreis 25 ist hinter dem Mischer 23 angeordnet. Der erste sowie der zweite
Vorverstärker sind zwischen Filter 25 und 27 geschaltet. Da die Ausführung und die
Arbeitsweise die gleichen sind wie in Fig. 2, wird hierauf nicht näher eingegangen.