DE3505950C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierbare Schaltungsanordnung zur Identifizierung eines Pilottons, der als einer von einer begrenzten Anzahl möglicher Pilottöne in einem audiofrequenten Signal enthalten ist, mittels eines Frequenzdetektors, der für jeden Pilotton bei dessen Auftreten ein Ausgangssignal abgibt, das einen Logikschaltkreis zur Ausübung einer der den einzelnen Pilottönen zugeordneten Funktion ansteuert.

Eine derartige integrierbare Schaltungsanordnung ist beispielsweise in "INTERMETALL Semiconductors ITT, Datenbuch 1981, Integrierte Schaltungen für Rundfunk- und Fernsehempfänger", Seiten 114 bis 115 beschrieben, nämlich als Verkehrsfunk-Gebietsdekoder-IC, UAA 1009. Als Frequenzdetektoren zur Pilottonerkennung dienen Zähleranordnungen, welche die Frequenz des jeweils empfangenen Pilottons bestimmen, der als niederfrequente Modulation eines Trägers ausgestrahlt wird. Zum Beispiel beträgt beim ARI-Verkehrsfunksystem die Trägerfrequenz 57 kHz und die Modulation weist sechs unterschiedliche Frequenzen von 24 bis 53 Hz auf, die den sechs unterschiedlichen Verkehrs-Kennungsbereichen entsprechen. Eine zusätzliche Frequenz bei 21 Hz stellt die Durchsagedauerkennung dar. Mit dem jeweiligen Verkehrsbereichs-Kennungssignal kann beispielsweise eine Anzeige des jeweiligen Verkehrskennungsbereichs gesteuert werden.

Eine andere Verwendung eines Pilottons wird beispielsweise nach der EP 00 47 522 A2 zur Identifizierung des Stereosignals eines bestimmten Stereosystems verwendet. Da gegenwärtig verschiedene Stereosysteme senderseitig festzustellen sind, ist es zumindest wünschenswert, empfangsseitig eine automatische Umschaltmöglichkeit zu haben, welche beim Wechsel auf einen Sender mit einem anderen Stereosystem gewährleistet, daß das Stereosignal passend dekodiert wird.

So existieren beispielsweise gegenwärtig in den USA verschiedene Stereoverfahren. Bei diesen Verfahren wird das Summensignal (L+R) mittels Amplitudenmodulation wegen der zu fordernden Kompatibilität mit vorhandenen AM-Mono-Empfängern übertragen. Das Differenzsignal (L-R) wird bei den Verfahren entweder in Frequenz-, Phasen- oder Quadraturmodulation übertragen. Eine Übersicht hierzu findet sich beispielsweise in "Electronic Engineering Times" vom 26. April 1982, Seiten 18 und 20. Danach ist bereits ein integrierter AM-Stereo-Dekoder erhältlich.

Zur Identifizierung eines bestimmten Stereoverfahrens wird mit dem Träger ein für das Verfahren charakteristischer niederfrequenter Pilotton übertragen, der jeweils ausgefiltert wird und den Stereodekoder des Empfängers automatisch einschaltet. Derartige Empfänger werden in den US-Patentschriften 43 02 626, 42 32 189 und 40 18 994 beschrieben. In der zuerst genannten Patentschrift findet sich auch ein Hinweis auf die Verwendbarkeit eines Digitalfilters zur Extraktion eines Pilottones. Die Erfindung macht ausschließlich von solchen Digitalfiltern Gebrauch, wie sie allgemein bekannt sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer monolithisch integrierbaren Schaltungsanordnung, die eine hohe Pilottonempfindlichkeit und eine gute Pilottonselektivität (Unterscheidbarkeit der Pilottonsignale) aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der integrierbaren Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird aus einem hochfrequenten Eingangssignal durch Mischung mit je einem von zwei zueinander orthogonalen Signalen, beispielsweise mit a₁ · sin wt und a₂ · cos wt, ein Paar von audiofrequenten Signalen gewonnen, wie es bei der Quadraturdemodulation oder auch entsprechend der DE 31 14 063 A1 bei der Demodulation im Basisband (Zwischenfrequenz = 0) bekannt ist. Diese Modulation erfolgt bei dieser Weiterbildung der Erfindung ungeachtet der Tatsache, daß eingangsseitig ein audiofrequentes Signal vorliegen kann, bei dem weder der Pilotton, noch der audiofrequente Anteil quadraturmoduliert ist. Dies ist beispielsweise bei einem aus der erwähnten Druckschrift bekannten Verfahren der Fall. Eine solche multiplikative Mischung hat aber den Vorteil, daß zur Dekodierung einheitlich ins Basisband gelegte quadraturmodulierte Signale vorliegen. Mindestens eines dieser beiden Signale wird an den Eingang eines Analog/Digital-Wandlers angelegt, so daß die digitale Identifizierung des Pilottones gewährleistet ist. Das Paar dieser audiofrequenten Signale Xi und Xq kann dann auf ein entsprechendes Signal des Logikschaltkreises hin unter Verwendung einer elektronischen Schalteranordnung an ein geeignetes analog verarbeitendes Pilottonfilter gelegt werden.

Zu diesem Zweck steuert das Ausgangssignal des Logikschaltkreises eine elektronische Schalteranordnung an, deren Schalterelemente das Paar von tonfrequenten Signalen entsprechend dem Ausgangssignal des Logikschaltkreises an einen dieser Dekoder anlegt.

Einer Integration ist eine vollständige digitale Signalverarbeitung förderlich. Zu diesem Zwecke wird der Ausgang eines ersten Analog/Digital-Wandlers mit einem der beiden Eingänge der elektronischen Schalteranordnung verbunden und das zweite Tonsignal (Xi) an den Eingang eines weiteren Analog/Digital-Wandlers angelegt, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der elektronischen Schalteranordnung verbunden ist. In diesem Falle erfolgt die Dekodierung der Signale des Paares von tonfrequenten Signalen Xi und Xq digital, das heißt unter Verwendung von Digitalfiltern in gleicher Weise wie bei der Identifikation des Pilottones.

Anstelle der Digitalfilter zur Dekodierung der beiden digitalisierten audiofrequenten Signale kann auch der digitale Signalprozessor UDPI 01 (vgl. "Elektronik", vom 2. 11. 1984, Seiten 143 bis 151) verwendet werden, der in der Lage ist, entsprechend jedem einzelnen der beiden Pilottöne bzw. des verwendeten Dekodierungsverfahrens, also eines Dekodierungsalgorithmus, Dekodierungen durchzuführen. Die Programme der Dekodierungsalgorithmen und deren Multiplikationskonstanten sind in dem Festwertspeicher des Prozessors abgreifbar und werden vom Logikschaltkreis gewählt.

Die Erfindung und ihre bevorzugte Anwendung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert, deren

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Anordnung zeigt, welche die Identifizierung und Dekodierung mehrerer unterschiedlich kodierter Audiofrequenzsignale unter Verwendung der integrierten Schaltungsanordnung nach der Erfindung ermöglicht, deren

Fig. 2 das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ohne den Analog/Digital- Wandler veranschaulicht, deren

Fig. 3 zur Veranschaulichung des Frequenzverhaltens der Anordnung aus Pilotbereichsfilter und Mittelwertbildner dient, deren

Fig. 4 die Durchlaßkurven von vier Pilottonfiltern des bevorzugten Ausführungsbeispiels für die Pilottonfrequenzen 5, 15, 25 und 55 Hz zeigt, deren

Fig. 5 bis 8 gegen die Zeit in Millisekunden (ms) aufgetragene rechnersimulierte Signale für ein bekanntes einen Pilotton von 25 Hz aufweisendes Kodierungsverfahren an den Schaltungspunkten 1, 2, 3 und 4 der Fig. 2 veranschaulichen, in deren

Fig. 9 10 und 11 die entsprechenden Ausgangssignale für weitere drei bekannte Verfahren an dem Schaltungspunkt 4 dargestellt sind, und welche Pilottöne mit den Pilotfrequenzen Fp 2 = 5 Hz, Fp 3 = 15 Hz, Fp = 55 Hz aufweisen und deren

Fig. 12 eine Weiterbildung der integrierbaren Schaltungsanordnung mit einem Mikroprozessor zeigt, der die digitalisierten Signale zweier Tonkanäle entsprechend dem identifizierten Pilotton dekodiert.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Blockschaltbildes der Fig. 1, bei dem lediglich der Pilotton und nicht die audiofrequenten Signale digital verarbeitet werden, besteht die integrierbare Schaltungsanordnung nach der Erfindung aus dem ersten Analog/Digital-Wandler AD 1, der Digitalfilteranordnung Fd und dem Logikschaltkreis Ls. Mindestens sollten die Digitalfilteranordnung Fd und der Logikschaltkreis Ls zusammen monolithisch integriert werden. Es empfiehlt sich eine Einbeziehung des ersten Analog/Digital-Wandlers AD 1 und der elektronischen Schalteranordnung So, welche eine Mehrzahl von Transistoren enthält, in diese monolithische Integration.

Entsprechend einer besonders günstigen Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden aus dem hochfrequenten Eingangssignal ein Paar von tonfrequenten Signalen Xi und Xq durch multiplikative Mischung mit je einem von zwei zueinander orthogonalen Signalen gebildet, von denen das eine, beispielsweise das Signal Xq, am Eingang des ersten Analog/Digital-Wandlers AD 1 liegt.

Nach der Fig. 1 ist durch die Schalteranordnung So eine Möglichkeit gegeben, das Paar der tonfrequenten Signale Xi und Xq an die beiden Eingänge eines der Dekoder Dc 1 bis Dcn anzulegen, die aus den eingangs genannten US-Patentschriften bekannt sind.

Der erste A/D-Wandler AD 1 ist von herkömmlichem Aufbau und wird daher im folgenden nicht beschrieben. Er liefert seriell die Digitalwerte mit einer Taktfrequenz, bei dem Ausführungsbeispiel mit 10 kHz. Diese Digitalwerte werden an die Digitalfilteranordnung der Fig. 2 angelegt.

In der Fig. 2 bedeuten die die Leiter kreuzenden X-Symbole, an denen Koeffizienten k 1 bis knn angebracht sind, digitale Festwertmultiplizierer herkömmlichen Aufbaues, deren Koeffizienten in einem Festwertspeicher abgelegt sind. Digitale Addierer sind mit A 1 bis A 5 bezeichnet.

Das Pilottonbereichsfilter PP, an dessen Eingang das Ausgangssignal des ersten A/D-Wandlers AD 1 liegt, ist ein digitales Filter einfachsten Aufbaus mit dem Multiplikationskoeffizienten k 2 des rückgekoppelten Multiplizierers, dessen Ausgangswert mittels des Addierers A 1 zu dem Digitalwert des Multiplizierers mit dem Koeffizienten k 1 am Eingang des Filters addiert wird. Der Multiplizierer mit dem Koeffizienten k 1 dient der Begrenzung der Verstärkung auf 0 dB. Gleiches gilt für den Multiplizierer mit dem Koeffizienten k 4 am Ausgang des Mittelwertbildners MTA. Der Multiplikationsfaktor k 2 des Multiplizierers des Pilottonbereichs PP ergibt eine 3-dB-Eckfrequenz Fc = 100 Hz. An den Ausgang des Multiplizierers mit dem Multiplikationsfaktor k 3 ist der Eingang des Addierers A 2 des Mitelwertbildners MTA (moving time averager) angeschlossen. Dieser besteht bei dem Ausführungsbeispiel aus einem mit der Tastfrequenz Fs = 1 kHz getakteten digitalen Akkummulator herkömmlichen Aufbaus, der beispielsweise durch einen rückgekoppelten Zähler aus Flipflopstufen realisiert werden kann. Da die Taktfrequenz des ersten Analog/Digital-Wandlers AD 1 der Fig. 1 10 kHz beträgt, wird durch den Mittelwertbildner eine Mittlung über 10 Werte durch die Unterabtastung bewirkt.

Die Wirkungsweise der Anordnung aus dem Pilottonbereichsfilter PP und dem digitalen Mittelwertbildner MTA ergibt sich anhand der Fig. 5 bis 7, in denen nach einer Digital/ Analog-Wandlung die an den Punkten 1, 2 und 3 gemessenen Potentiale gegen die Zeit in Millisekunden (ms) aufgetragen sind. Die Kurven lassen deutlich die Trennung des eingangsseitig bei 1 angelegten digitalisierten Audiosignals von einem Pilotton mit Fp = 25 Hz erkennen, der für eines der bekannten Stereo-Verfahren charakteristisch ist.

Die Fig. 3 zeigt den Amplitudengang der Kombination aus dem Pilottonbereichsfilter PP und des digitalen Mittelwertbildner MTA und veranschaulicht die dadurch bewirkte Vorfilterungswirkung.

Das Ausgangssignal des digitalen Mittelwertbildners MTA liegt über den Festwertmultiplizierer mit dem Koeffizienten k 4 und den zur Normierung der Pegel dienenden Festwertmultiplizierern mit den Koeffizienten kn 1 bis knn an den Eingängen der digitalen Pilottonfilter (Bandpässe) PF 1 bis PFn. Diese bestehen beim Ausführungsbeispiel aus zwei in Serie liegenden Verzögerungsgliedern, welche durch die Quadrate symbolisiert werden und die über je einen Festwertmultiplizierer mit dem Koeffizienten k 5 bzw. k 6 an den am Eingang liegenden Addierer A 3 rückgekoppelt sind, wie die Fig. 2 veranschaulicht. Der am Eingang eines jeden Pilottonfilters liegende Addierer weist also drei Eingänge auf, von den der erste der Eingang des Pilottonfilters ist. Der zweite Eingang liegt an dem Ausgang des Festwertmultiplizierers mit dem Koeffizienten k 5 und der dritte Eingang am Ausgang des Festwertmultiplizierer mit dem Koeffizienten k 6. Das Ausgangssignal des Addierers (A 3 ) erhält die erste Verzögerungsleitung des Pilottonfilters und der erste Eingang des am Ausgang des Pilottonfilters liegende Addierer A 4, an dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal der zweiten Verzögerungsleitung des Pilottonfilters liegt. Ein Aufbau eines digitalen Filters zweiten Grades, wie es die Fig. 2 zeigt und wie es als Pilottonfilter verwendet wird, empfiehlt sich für die Pilottonselektivität in dem betrachteten Pilottonfrequenzbereich unter 100 Hz.

In der Fig. 4 sind die Durchlaßkurven der für die vier Pilottöne des Ausführungsbeispiels verwendeten Pilottonfilter (Bandpässe) PF 1 . . . PFn angegeben.

Die Ausgangssignale der Pilottonfilter PF 1 bis PFn liegen an je einem Eingang eines Absolutwertbildners D 1 . . . Dn, der als digitaler Gleichrichter aufzufassen ist. Ein solcher Absolutwertbildner kann in bekannter Weise realisiert werden.

Das Ausgangssignal jeder der Absolutwertbildner D 1 . . . Dn liegt über einen Festwertmultiplizierer mit dem Koeffizienten k 7 am Eingang je eines Tiefpasses Sp 1, der, wie die Fig. 2 veranschaulicht, aus einer an den Addierer A 5 über den Festwertmultiplizierer mit dem Koeffizienten k 8 rückgekoppelten Verzögerungsleitung besteht.

Durch jede der Anordnungen aus Absolutwertbildner und Tiefpaß (D 1, Sp 1; . . . Dn, Spn) wird somit die Signalenergie für jedes der Pilottonsignale ermittelt und ein Niveau gebildet, welches, wie die Fig. 8 bis 11 erkennen lassen, voll ausreicht, um dem Logikschaltkreis Ls eindeutig eine Information zu vermitteln, die ein Umschalten auf den richtigen Dekoder der Dekoder Dc 1 bis Dcn der Fig. 1 bewirkt.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen für die weiteren beim Ausführungsbeispiel in Frage kommenden Modulationsverfahren die Signale bei Vorhandensein eines der weiteren Pilottonsignale mit den Pilottonfrequenzen Fp 2 = 5 Hz (Fig. 9), Fp 3 = 15 Hz (Fig. 10) und Fp 4 = 55 Hz (Fig. 11) im Verhältnis zu den Signalniveaus der jeweils drei anderen Pilottönen. Das mittlere Niveau des Pilottonsignals an dem Schaltungspunkt 4 der Fig. 2 überschreitet also stets den dreifachen Wert der Niveaus der anderen drei Pilottonsignale.

Da bei der integrierbaren Schaltungsanordnung der Erfindung gemäß der Fig. 1 ein erster Analog/Digital-Wandler AD 1 zur digitalen Identifizierung eines Pilottones verwendet wird und sowohl die Pilotton-Übertragung als auch die Übertragung der Audiosignale nicht in Quadraturmodulation erfolgen kann, wird bei einer Weiterbildung der Schaltung nach der Erfindung das erste Signal eines Paares von audiofrequenten Signalen durch multiplikative Mischung mit je einem von zwei zueinander orthogonalen Hochfrequenz-Signalen gewonnen werden und an den Eingang des ersten Analog/Digital-Wandlers AD 1 angelegt werden, dessen Ausgang über das digitale Pilottonbereichsfilter PP mit dem Eingang des unter abtastenden Mittelwertbildners MTA in Verbindung steht. Wird auch das zweite Signal des Paares von audiofrequenten Signalen auf gleiche Weise gewonnen, wie es bei dem Verfahren der eingangs genannten DE-OS 31 14 063 der Fall ist, so ergibt sich der Vorteil, daß sowohl für quadraturmodulierte als auch für nicht-quadraturmodulierte hochfrequente Eingangssignale niederfrequente quadraturmodulierte Signale Xi und Xq in der Schalteranordnung So gemäß der Fig. 1 liegen und die Dekoder Dc bis Dcn vereinheitlicht werden können. Dann liegen auch für ein Modulations-Verfahren, bei dem weder das Stereosignal noch das Pilottonsignal quadraturmoduliert sind ein Paar von quadraturmodulierten Signalen Xi und Xq an der integrierbaren Schaltungsanordnung nach der Erfindung vor. Dieser Vorteil ist insbesondere dann gegeben, wenn ein zweiter Analog/Digital-Wandler AD 2 das Quadratursignal Xi der Fig. 1 digitalisiert und der Ausgang des ersten Analog/Digital- Wandlers AD 1 ebenfalls an der Schalteranordnung So liegt, so daß die Dekoder Dc 1 bis Dcn nur Paare von digitalisierten Eingangssignalen zu verarbeiten haben. In diesem Falle können nämlich besser monolithisch integrierbare Digitalfilter verwendet werden. Dies öffnet auch eine Möglichkeit der Weiterbildung der integrierbaren Schaltungsanordnung gemäß der Fig. 12.

Anstelle der für die Dekodierung des audiofrequenten Signals erforderlichen Filter Dc 1 bis Dcn wird hier ein Signalprozessor verwendet, mit dem eine Digitalfilterung durchgeführt werden kann, deren Multiplikationskonstanten wie auch Dekodierungsalgorithmen entsprechend den zugeordneten Pilottönen an einem Festwertspeicher abgreifbar sind. Der Logikschaltkreis Ls liefert also ein Signal, welches im Signalprozessor den dort gespeicherten Dekodierungsalgorithmus mit den erforderlichen Multiplikationskonstanten wählt. Ein solcher Prozessor wird beispielsweise in "Elektronik" vom 2. 11. 1984, Seiten 143 bis 151 beschrieben.

Natürlich ist es nicht erforderlich, das digitalisierte Pilottonsignal mit derselben Bitbreite zu verarbeiten, wie es bei dem Audiosignal erforderlich ist. Zur Einsparung von Chipfläche wurden daher beim Ausführungsbeispiel der Fig. 12 Analog/Digital-Wandler AD 1 und AD 2 für m = 16 verwendet. Die Koeffizientenwortlänge beträgt 10 Bit.

Claims (6)

1. Integrierbare Schaltungsanordnung zur Identifizierung eines Pilottons, der als einer von einer begrenzten Anzahl möglicher Pilottöne in einem audiofrequenten Signal enthalten ist, mittels eines Frequenzdetektors, der für jeden Pilotton bei dessen Auftreten ein Ausgangssignal abgibt, das einen Logikschaltkreis zur Ausübung einer der den einzelnen Pilottönen zugeordneten Funktion ansteuert, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - das audiofrequente Signal liegt am Eingang eines ersten Analog/Digital-Wandlers (AD 1), dessen Ausgang über ein digitales Pilottonbereichsfilter (PP) mit dem Eingang eines unterabtastenden, dezimierenden digitalen Mittelwertbildners (MTA) in Verbindung steht,
• - dessen Ausgangssignal liegt an den Eingängen der digitalen Pilottonfilter (PF . . . PFn), und
• - deren jeweiliger Ausgang liegt über jeweils eine Reihenschaltung aus je einem Absolutwertbildner (D 1 . . . Dn) und je einem diesem nachgeschalteten digitalen Tiefpaß (SP 1 . . . SPn) an den entsprechenden Eingängen des Logikschaltkreises (Ls).

2. Integrierbare Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang jedes der digitalen Pilottonfilter (PF 1 . . . PFn) mit dem Ausgang eines Festwertmultiplizierers verbunden ist.

3. Integrierbare Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Signal (Xq) eines Paares audiofrequenter Signale (Xq, Xi) durch multiplikative Mischung mit je einem von zwei zueinander orthogonalen Signalen gewonnen ist und an dem Eingang des ersten Analog/Digital-Wandlers (AD 1) liegt, dessen Ausgang über ein digitales Tonbereichsfilter (PP) mit dem Eingang des unterabtastenden Mittelwertbildners (MTA) in Verbindung steht.

4. Integrierbare Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Logikschaltkreises (Ls) eine elektronische Schalteranordnung (So) ansteuert, über deren Schalterelemente das Paar von audiofrequenten Signalen (Xq, Xi) entsprechend dem Ausgangssignal des Logikschaltkreises (Ls) an einen von mehreren Decodern (Dc 1 . . . Dcn) anlegbar ist (Fig. 1).

5. Integrierbare Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Analog/Digital-Wandlers (AD 1) mit dem Eingang einer Digitalfilteranordnung (Fd) und mit dem einen von zwei Eingängen der elektronischen Schalteranordnung (So) verbunden ist und daß das zweite audiofrequente Signal (Xi) am Eingang eines zweiten Analog/Digital-Wandlers (AD 2) liegt, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der elektronischen Schalteranordnung (So) verbunden ist.

6. Integrierbare Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Ausgänge der beiden Analog/Digital-Wandler (AD 1, AD 2) sind unmittelbar mit oder über die Schalteranordnung (So) mit dem Eingang eines Signalprozessors (µP) verbunden,
• - dieser ist, vom Logikschaltkreis (Ls) gesteuert, in der Lage, die beiden digitalisierten audiofrequenten Signale, die entsprechend einem von mehreren unterschiedlichen Modulationsverfahren codiert sind, zu decodieren, und
• - das Programm und die Multiplikationskonstanten eines dem jeweiligen Pilotton zugeordneten Decodierungsalgorithmus sind an einem Festwertspeicher abgreifbar.