Us 4408351
of 10
Transcript of Us 4408351
-
8/9/2019 Us 4408351
1/22
United S t a t e s
Patent
[ 1 9 1
Maurer
e t a 1 .
4 , 4 0 8 , 3 5 1
O c t . 4 ,
1 9 8 3
[ 1 1 ]
[ 4 5 ]
[ 5 4 ] DIRECTLY MIXING RECEIVING
SYSTEM
[ 7 5 ]
I n v e n t o r s :
R o b e r t
M a u r e r ,
S a a r b r i i c k e n ;
A l f o n s
B l u m ,
S c h i f f w e i l e r - H e i l i g e n w a l d ;
M i c h a e l
H o f f m a n n , S a a r b r i i c k e n ,
a l l
o f F e d .
R e p .
o f
Germany
[ 7 3 ] A s s i g n e e : L i c e n t i a P a t e n t - V e r w a l t u n g s - G m b H ,
F r a n k f u r t a m M a i n ,
F e d .
R e p . o f
G e r m a n y
[ 2 1 ] A p p ] . N o . : 1 1 5 , 2 1 3
[ 2 2 ]
F i l e d :
J a n . 2 5 , 1 9 0 0
[ 3 0 ] F o r e i g n A p p l i c a t i o n
P r i o r i t y
D a t a
J a n . 2 6 , 1 9 7 9 [DE] F e d .
Rep.
o f Germa ny
. . . . .
. . 2902952
[51] 1 1 1 1 : . ( 1 1 . 3 . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H04B1/16
[ 5 2 ] US.
C l .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455/260; 455/258;
4 5 5 / 2 6 5
[ 5 8 ] F i e l d
o f
Search . . . . . . . . . . . . . . , 4 5 5 / 2 5 7 , 2 5 8 , 2 5 9 , 2 6 0 ,
4 5 5 / 2 6 4 , 2 6 5
OTHER PUBLICATIONS
P h a s e
L o c k e d
L o o p s ,
b y
A l a i n B l a n c h a r d ,
A .
Wi
l e y - I n t e r s c i e n c e P u b l i c a t i o n ,
1 9 7 6 ,
p p . 2 4 1 - 2 4 5 .
The S e m i c o n d u c t o r D a t a L i b r a r y , v o l . V I , M o t o r o l a
S e m i c o n d u c t o r s
I n c . , MC1595L MC 4 9 5 L
M u l t i p l i e r s ,
MC1594L
MC
4 9 4 L M u l t i p l i e r s .
A h a s e
Locked
AM a d i o
R e c e i v e r ,
b y L . P . C h u ,
IEEE T r a n s a c t i o n s
on B r o a d c a s t a n d
TV
R e c e i v e r s ,
v o l .
L%, 1 9 6 9 , p p . 3 0 0 - 3 0 8 .
I n t r o d u c t i o n t o O p e r a t i o n a l
A m p l i ? e r
T h e o r y a n d Ap
p l i c a t i o n s ,
b y
W a i t , M c G r a w - H i l l ,
New
Y o r k ,
1 9 7 5 .
F r e q u e n c y S y n t h e s i s , b y V . K r o u p a , G r i f ? n &
C i e
L t d . ,
L o n d o n ,
1 9 7 3 .
P r i m a r y Examiner-Tommy P . C h i n
A t t o r n e y , A g e n t ,
o r F i r m - S p e n c e r , Kaye
r a n k
[ 5 7 ] ABSTRACT
I n a b r o a d c a s t
s i g n a l
r e c e i v i n g s y st e m , which i n c l u d e s a
p h a s e
c o n t r o l
l o o p
c o m p o s e d
o f
a
? r s t
m i x e r h a v i n g
two i n p u t s
and
a n o u t p u t
and
a r r a n g e d
t o
p r o v i d e a t i t s
o u t p u t
a
s i g n a l p r o p o r t i o n a l t o
t h e
p r o d u c t o f
t h e
s i g
n a l s
a p p l i e d
t o
i t s two i n p u t s , o n e o u t p u t b e i n g s u p p l i e d
w i t h t h e r e c e i v e d h i g h f r e q u e n c y s i g n a l , a v o l t a g e c o n
t r o l l e d o s c i l l a t o r
c o n n e c t e d f o r s u p p l y i n g t o
t h e
o t h e r
i n p u t
o f
t h e
f i r s t m i x e r a n
a l t e r n a t i n g v o l t a g e
o f
s u b s t a n ~
t i a l l y
c o n s t a n t a m p l i t u d e , a
? r s t
l o w p a s s
? l t e r
con
n e c t e d t o t h e
o u t p u t
o f t h e ? r s t m i x e r f o r p r o v i d i n g a
? l t e r e d o u t p u t s i g n a l r e p r e s e n t a t i v e o f t h e
? r s t
m i x e r
o u t p u t
s i g n a l w i t h
t h e
sum
f r e q u e n c y c o m p o n e n t o f h a t
s i g n a l
s u p p r e s s e d ,
a n d m e a n s
f o r
d e l i v e r i n g t h e
o u t p u t
s i g n a l o f t h e ? r s t l o w - p a s s ? l t e r t o t h e c o n t r o l i n p u t o f
t h e
o s c i l l a t o r , t h e
r e c e i v e d
h i g h f r e q u e n c y
s i g n a l i s
d i r e c t l y d e m o d u l a t e d
b y
m u l t i p l i c a t i o n
w i t h
a l o c a l
o s c i l l a t o r s i g n a l
s y n c h r o n i z e d
t o a s u b s t a n t i a l l y ? x e d
d i f f e r e n c e t o t h e p h a s e o r t h e
c a r r i e r
p h a s e
o f
t h e r e
c e i v e d h i g h f r e q u e n c y s i g n a l .
2 1
C l a i m s , 2 0 D r a w i n g F i g u r e s
[ 5 6 ] R e f e r e n c e s
C i t e d
U . S .
PATENT DOCUMENTS
2,715,677 8/1955
Turner
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
455/257
3,101,448
8/
1963
Costas
. . . . . .
.
..
455/258
3,163,823 12/1964
Kellis . . . .
.
. .
.
.
..
455/260
3 , 2 0 4 , 1 8 5
8 / 1 9 6 5 R o b i n s o n 4 5 5 / 2 6 5
3,221,260 11/1965 Henrion . . . . . . . . .. 455/208
3 , 5 6 4 , 4 3 4 2/
9 7 1 C a m enz in d .
455/208
3,710,261 1/1973
ow
. .
.
.
.
. .
.
.
.
. .
.
. ..
455/260
3 , 7 1 5 , 7 5 7 2 / 1 9 7 3 Toman 4 5 5 / 2 6 0
3 , 7 4 5 , 2 5 5
7/1973
Fletcher . . 455/260
3,768,030 10/1973 Brown . . . . . . . .. 455/260
3,934,205 1/ 1976
Bogert
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 4 5 5 / 2 6 0
VCO
" E
u P “ B F
uM| L P ‘
l " L P I
l “ 0 s
RF
u t u n i n g UM K ULF
9 0 ° M 3 I:
“0 “LP2
“M2
L P 2
-
8/9/2019 Us 4408351
2/22
U . S .
Patent 0 a .
4 ,
1 9 8 3
RECEIVING
ANTENNA
P R E A M P ‘
RECEIVING
ANTENNA
PREAMP
V
S h e e t
1
o f
1 2
F I G I P R I O R
A R T
D
V
M I X E R )
I F A M P \
(
5 I
= D
§ é
~ ~
LOCAL OSCILLATOR
( M I X E R ( D C
AND
LFAMP
I
5 l > 9 i , ’ [ > >
§ é
=
/
CONTROL
vco FILTER
4 , 4 0 8 , 3 5 1
DEMODULATOR
WITH
THRESHOLD
, L F A M P
l
-
8/9/2019 Us 4408351
3/22
-
8/9/2019 Us 4408351
4/22
-
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5/22
U . s .
S h e e t
4
o f 1 2
a t e n t 0 0 ¢ . 4 , 1 9 8 3
“ P I
u L P Z
M 3
L P 2
3
P ]
R F
“ M I 7
L 1 0 5
l
t u n i n g
P H I
‘
o .
“ M 2
9 0 °
M
V C O
F | G . 8
UEl PB F
‘PF
-
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6/22
-
8/9/2019 Us 4408351
7/22
-
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8/22
-
8/9/2019 Us 4408351
9/22
-
8/9/2019 Us 4408351
10/22
-
8/9/2019 Us 4408351
11/22
US.
P a t e n t O c t .
4 , 1 9 8 3 S h e e t
1 0
o f
1 2
4,408,351
C o n t r o l f i l t e r ( p a s s i v e )
PRIOR ART
R I
R 2
c
P a s s i v e f i l t e r
. I 7
C o n t r o l f i l t e r ( a c t i v e )
PRIOR
ART
R Z C A c t i v e t i l l e r
R I
O s c i l l a t o r
w i t h
q u a d r a t u r e
o u t p u t s ? “
PRIOR ART
3“
9 0 ° -
v c o
‘ U Q k o s
uOS-___—___
VCO
“ Q
k o s
-
8/9/2019 Us 4408351
12/22
-
8/9/2019 Us 4408351
13/22
U . S .
Patent
O c t . 4 ,
1 9 8 3 S h e e t 1 2 o f 1 2 4,408,351
m r z r z m t o
3 9 : 0
0 m m
x u d
0 m m
S ?: 5 3 ; “5 2 5 ?
3a
5 2
o H m m
-
8/9/2019 Us 4408351
14/22
4 , 4 0 8 , 3 5 1
1
DIRECTLY MIXING RECEIVING SYSTEM
BACKGROUND
OF
THE INVENTION
The
p r e s e n t
i n v e n t i o n
r e l a t e s
i n c o n t r a d i s t i n c t i o n
t o
s u p e r h e t e r o d y n e
r e c e i v e r s
t o
a
d i r e c t l y m i x i n g
r e c e i v
i n g
s y s t e m
i n
w h i c h
a
h i g h f r e q u e n c y
( H F )
r e c e i v e d
s i g n a l i s
c o n v e r t e d
d i r e c t l y t o t h e
b a s e
b a n d
b y
m u l t i p l i
5
c a t i o n w i t h a s y n c h r o n i z e d l o c a l
o s c i l l a t o r s i g n a l . The
1 0
i b a s e b a n d i s
t h e
f r e q u e n c y
b a n d
s e i z e d by
t h e
i n f o r m a
t i o n t o
b e
t r a n s m i t t e d , f o r
e x a m p l e
t h e v i d e o band f r o m
DC o 6 MHZ o r
t e l e v i s i o n
o r t h e audioband from
20
Hz
t o
2 0
kHz
a t F M - b r o a d c a s t i n g .
S y s t e m s
o f
t h e t y p e t o which t h e i n v e n t i o n i s d i r e c t e d
e m p l o y a
p h a s e
l o c k e d l o o p ( P L L )
p h a s e
c o n t r o l
c i r c u i t
i n c l u d i n g
a
m i x e r c o n n e c t e d i n s e r i e s w i t h a ~ l o w p a s s
? l t e r f o r s u p p r e s s i n g t h e p o r t i o n o f t h e m i x e d p r o d u c t
a t
t h e sum
f r e q u e n c y
and
a
v o l t a g e
c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r
(VCO) whose s i g n a l f r e q u e n c y
o r p h a s e c a n
b e
t u n e d
t o
o r l o c k e d o n t h e
immediate
v i c i n i t y o f t h e f r e q u e n c y , o r
t h e p r e c i s e f r e q u e n c y , o r a
?xed p h a s e
d i f f e r e n c e
w i t h
r e s p e c t t o
t h e
p h a s e
o f t h e
r e c e i v e d
HF i g n a l , o r o f i t s
e x i s t i n g
o r
i m a g i n a r y
c a r r i e r .
Su c h
a
r e c e i v i n g
s y s t e m
i s d i s c l o s e d
i n
t h e a r t i c l e
“ P h a s e Locked AM a d i o
R e c e i v e r ” by
L . P . Chu i n
IEEE T r a n s a c t i o n s o n B r o a d c a s t and TV
R e c e i v e r s ,
V o l . 1 5 ,
1 9 6 9 , p a g e s
3 0 0 — 3 0 8 .
T h i s r e c e i v e r e m p l o y s a
c o m p l i c a t e d
C o s t a s
p h a s e
c o n t r o l l o o p i n c l u d i n g a
? r s t
m i x e r
i n which a
l o c a l o s c i l l a t o r
s i g n a l
i n p h a s e w i t h
t h e
c a r r i e r
o f
t h e
r e c e i v e d
s i g n a l i s mixed w i t h
t h e r e c e i v e d
s i g n a l , a ? r s t
l o w p a s s ? l t e r w i t h
s e r i e s - c o n n e c t e d low
f r e q u e n c y ( L F ) a m p l i ? e r ,
a
s e c o n d m i x e r i n which t h e
l o c a l
o s c i l l a t o r
s i g n a l
d e l a y e d b y 9 0 ° i s m i x e d w i t h t h e
r e c e i v e d s i g n a l and which
i s c o n n e c t e d i n s e r i e s w i t h a
s e c o n d l o w p a s s ? l t e r
a n d a
s e c o n d LF
m p l i ? e r , a s w e l l
a s a
p h a s e
d e t e c t o r
which compares
t h e
o u t p u t s o f
t h e
two
LF
m p l i ? e r s and
f e e d s t h e
r e s u l t t o
a
c o n t r o l
? l t e r
w i t h s e r i e s - c o n n e c t e d
v a r a c t o r whi c h c o n t r o l s t h e l o c a l
o s c i l l a t o r . T h u s , t h e C o s t a s
c o n t r o l
l o o p
i n c l u d e s
two
c o n t r o l
l o o p s ,
i . e .
a n
“ i n - p h a s e c h a n n e l ” and a “ q u a d r a
t u r e
c h a n n e l . ” The C o s t a s
l o o p
i s l o c k e d
i n
t h e c o r r e c t
p h a s e
i f a z e r o s i g n a l i s p r o d u c e d i n t h e q u a d r a t u r e
c h a n n e l .
The demodulated
LF
i g n a l can be o b t a i n e d
a t
t h e o u t p u t o f t h e i n - p h a s e c h a n n e l .
The c i r c u i t
i s d e
s i g n e d t o
r e c e i v e
d o u b l e
s i d e b a n d , a m p l i t u d e
m od u
l a t e d , r e c e i v e d HF i g n a l s a s
de?ned
by t h e m a t h e m a t i
c a l d e r i v a t i o n o f t h e m o de o f o p e r at i o n o f t h i s s y n c h r o
n o u s
demodulator a t
p a g e
3 0 1 , r i g h t - h a n d
c o l u m n .
The
above-mentioned
a r t i c l e does n o t
c o n t a i n
any mention
o f
t h e
u s a b i l i t y
o f
s u c h
a
s y n c h r o n o u s demodulator
i n
a
s y s t e m f o r r e c e i v i n g s i g n a l s m o d u l a t e d i n a n o t h e r
m a n
n e r .
SUMMARY OF
THE INVENTION
I t i s a n o b j e c t
o f
t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n
t o
a d a p t
a
d i r e c t l y m i x in g s y n c h r o n o u s r e c e i v i n g s y s t e m ,
w i t h
i t s
e x c e l l e n t
n o i s e
p r o p e r t i e s , t o
o t h e r t y p e s
o f
m o d u l a t i o n .
A u r t h e r o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n i s t o
p r o v i d e
i n e x
p e n s i v e
a n d optimum c i r c u i t s a n d t o
c o n s t r u c t
s u c h
c i r c u i t s
f o r
any
d e s i r e d
t y p e s
o f
m o d u l a t i o n .
T h e s e
a n d
o t h e r o b j e c t s a r e a c h i e v e d ,
a c c o r d i n g
t o
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n , i n a d i r e c t l y
m i x i n g b r o a d c a s t
s i g n a l r e c e i v i n g s y s t em ,
i n
which
a
r e c e i v e d m o d u l a t e d
h i g h
f r e q u e n c y
s i g n a l
i s
d i r e c t l y
d e m o d u l a t e d
b y
m u l t i
p l i c a t i o n
w i t h
a
s y n c h r o n i z e d
l o c a l
o s c i l l a t o r s i g n a l ,
which s y s t e m i n c l u d e s a p h a s e c o n t r o l l o o p
and
means
c o n n e c t e d f o r d e l i v e r i n g t h e
r e c e i v e d
h i g h
f r e q u e n c y
s i g n a l t o t h e
i n p u t o f t h e p h a s e
c o n t r o l
l o o p ,
w h i c h i s
2 5
3 5
40
45
6 5
2
composed o f a ? r s t
m i x e r h a v i n g
two i n p u t s , t h e
o n e
o f
which
i s
t h e i n p u t o f t h e
p h a s e
c o n t r o l
l o o p ,
a n d a n
o u t p u t a n d a r r a n g e d t o
p r o v i d e a t i t s
o u t p u t
a
s i g n a l
p r o p o r t i o n a l t o t h e
p r o d u c t
o f t h e
s i g n a l s a p p l i e d
t o
i t s
two i n p u t s ,
a v o l t a g e c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r
c o n n e c t e d
f o r
s u p p l y i n g
t o
t h e o t h e r
i n p u t
o f t h e ? r s t
m i x e r a n
a l t e r n a t i n g
v o l t a g e
o f
s u b s t a n t i a l l y
c o n s t a n t a m p l i t u d e ,
a ? r s t
l o w p a s s
? l t e r c o n n e c t e d t o t h e o u t p u t o f t h e ? r s t
m i x e r f o r p r o v i d i n g a
? l t e r e d
o u t p u t s i g n a l
r e p r e s e n t a
t i v e o f
t h e
? r s t m i x e r
o u t p u t
s i g n a l w i t h
t h e
su m f r e
q u e n c y component o f t h a t s i g n a l s u p p r e s s e d , a n d means
f o r
d e l i v e r i n g t h e o u t p u t s i g n a l o f t h e
? r s t
l o w p a s s
? l t e r
t o
t h e c o n t r o l i n p u t o f t h e
o s c i l l a t o r - f o r
c a u s i n g
t h e
p h a s e o f t s
o u t p u t ‘ si g n a l t o
b e s y n c h r o n i z e d
t o a
d i f f e r
e n c e
o f
e x a c t l y
o r
a p p r o x i m a t e l y 9 0 ° t o t h e p h a s e
o f
t h e
r e c e i v i n g
s i g n a l
o r
t o
t h e
c a r r i e r p h a s e
o f t h e
h i g h f r e
q u e n c y
s i g n a l .
The p h a s e
s h i f t
o f a p p r o x i m a t e l y
9 0 °
b e t w e e n t h e
r e c e i v e d
h i g h
f r e q u e n c y s i g n a l c o m p o n e n t ‘ a n d
t h e o s
c i l l a t o r
s i g n a l
i s a n i n h e r e n t p r o p e r t y o f p h a s e
c o n t r o l
l o o p s
w i t h
m u l t i p l y i n g
m i x e r s
( d e s c r i b e d
i n : A
l a n
c h a r d , P h a s e L o c k e l d L o o p s , J o h n W i l e y o n s , New
Y o r k ,
1 9 7 6 ,
C h a p t e r
1 0 . 1 . 1 . ) .
T h e
d i r e c t l y c o n v e r t i n g r e c e i v i n g s y s t e m a c c o r d i n g
t o t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n makes t
p o s s i b l e t o
u t i l i z e ,
i n a
s i m p l e m a n n e r , t h e many
a d v a n t a g e s
o f a d i r e c t l y m i x
i n g
s y n c h r o n o u s
r e c e i v i n g s y s t e m a l s o
f o r
f r e q u e n c y
m o d u l a t i o m p h a s e
m o d u l a t i o n ,
p h a s e s h i f t k e y i n g a n d
s i n g l e s i d e b a n d
a m p l i t u d e
m o d u l a t i o n . By e l i m i n a t i n g
i n t e r m e d i a t e f r e q u e n c y b a n d ? l t e r s i t
i s
p o s s i b l e , f o r
e x a m p l e , t o p r o d u c e , t o a m u c h
g r e a t e r
d e g r e e
t h a n
h e r e t o f o r e ,
r a d i o
a n d t e l e v i s i o n r e c e i v e r s a c c o r d i n g t o
m i c r o e l e c t r o n i c ,
i n t e g r a t e d t e c h n i q u e s .
BRIEF DESCRIPTION
OF
THE DRAWINGS
FIG.
1 i s a b l o c k c i r c u i t diagram
o f
a c o n v e n t i o n a l
s u p e r h e t e r o d y n e
r e c e i v e r .
F I G S .
2 — 8
a r e b l o c k c i r c u i t
d i a g r a m s
o f p r e f e r r e d
embodiments o f
r e c e i v e r s
a c c o r d i n g
t o
t h e i n v e n t i o n .
FIGS.
9
and
1 0
a r e
b l o c k d i a g r a m s o f two embodi
ments of
a c o m p o nent o f
t h e
c i r c u i t o f FIG. 8 .
FIGS. 1 1 - 1 3 a r e b l o c k
c i r c u i t
d i a g r a m s o f f u r t h e r
p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s o f r e c e i v e r s
a c c o r d i n g
t o t h e
i n v e n t i o n .
FIGS. 14-20
a r e p o s s i b l e embodiments o f s om e
b l o c k
c i r c u i t s
u s e d
i n t h e d i a g r a m s
o f
FIGS. 2 - 1 3 .
DESCRIPTION OF
THE
PREFERRED
EMBODIMENTS
FIG.
1
s h o w s ,
f o r c o m p a r i s o n p u r p o s e s , a s i m p l e
s u p e r h e t e r o d y n e r e c e i v e r
i n c l u d i n g
a p r e a m p l i ? e r c o n
n e c t e d t o
r e c e i v e t h e
s i g n a l
s u p p l i e d
b y a
r e c e i v i n g
a n t e n n a , a l o c a l o s c i l l a t o r , a m i x e r
h a v i n g i n p u t s
con
n e c t e d t o
t h e o u t p u t s
o f t h e p r e a m p l i ? e r a n d t h e l o c a l
o s c i l l a t o r ,
a n
i n t e r m e d i a t e f r e q u e n c y
a m p l i ? e r con
n e c t e d t o ' t h e o u t p u t o f
t h e
m i x e r
and
a
c o n v e n t i o n a l
d e m o d u l a t o r s u p p l i e d b y t h e I F
a m p l i ? e r .
FIG. 2 , i n c o n t r a s t , i l l u s t r a t e s
a d i r e c t l y m i x i n g
r e
c e i v e r a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n
which
a l s o i n c l u d e s a
r e c e i v i n g antenna
s u p p l y i n g
a p r e a m p l i ? e r , a s w e l l a s a
p h a s e c o n t r o l l o o p composed o f a m i x e r , a do n d LF
a m p l i ? e r c o n n e c t e d
t o
t h e
m i x e r
o u t p u t, a c o n t r o l
? l t e r
c o n n e c t e d
t o r e c e i v e
t h e o u t p u t
s i g n a l
f r o m t h e do n d
LF a m p l i ? e r , a n d a v o l t a g e c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r (VCO)
c o n t r o l l e d b y t h e o u t p u t s i g n a l f r o m t h e c o n t r o l ? l t e r .
A e c o n d ,
LF, a m p l i ? e r
i s c o n n e c t e d t o t h e
o u t p u t o f
-
8/9/2019 Us 4408351
15/22
4 , 4 0 8 , 3 5 1
3
t h e
d . c .
a n d LF a m p l i ? e r . The m i x e r i n p u t s a r e con
n e c t e d t o t h e p r e a m p l i ? e r
a n d
VCO
u t p u t s .
FIG. 3 shows a r e c e i v e r a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n
f o r s i n g l e s i d e b an d a m p l i t u d e m o d u l a t e d s i g n a l s w i t h
v e s t i g i a l
c a r r i e r .
The
u n d e s i r a b l e
s i d e b a n d o f
t h e
r e
c e i v e d
HF
i g n a l
uE a m p l i ? e d
t o u p i n
a p r e a m p l i ? e r
P ,
i s
s u p p r e s s e d ,
i f
n e c e s s a r y , i n
a ' b a n d p a s s
? l t e r B F . A
mixer
M1,
lowpass
? l t e r
LPI,
c o n t r o l
? l t e r
RF
and
v o l t a g e
c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r VCO
a r e connected
t o
form
a p h a s e
c o n t r o l
c i r c u i t ‘ P L L which
s e t t l e s ,
o r
l o c k s ,
o n
t h e
v e s t i g i a l
c a r r i e r
o f
t h e
i n p u t
s i g n a l .
The
o p e r a t i o n
o f t h e r e c e i v e r a c c o r d i n g t o t h e
i n v e n t i o n
w i l l
n o w
b e
e x p l a i n e d i n d e t a i l
w i t h
t h e
a i d
o f
t s mathe
m a t i c a l d e r i v a t i o n . The HF i g n a l i s
assumed
t o b e :
u E ( t ) = i 2 T s i n ( w 7 t + ¢ T ) + § 1
s i n
( ( w T + w L F ) t + ¢ r + ¢ L F )
( l )
where
{ms
h e
p e a k
a m p l i t u d e o f t h e
v e s t i g i a l c a r r i e r ,
w T i s
t h e c a r r i e r
f r e q u e n c y ,
f l ]
i s
t h e
p e a k
a m p l i t u d e o f
t h e
s i d e b a n d
w L F i s t h e l o w f r e q u e n c y o f t h e m o d u l a t i o n
s i g n a l
a n d
( P T a n d < I > L F
a r e t h e
p h a s e
a n g l e s
o f
t h e c a r r i e r
a n d
m o d u l a t i o n s i g n a l s , r e s p e c t i v e l y ,
a t t i m e
i=0.
At t h e
o u t p u t o f
band ? l t e r BF h e r e
t h e n e x i s t s :
“ MOP/Wm)-
( 2 )
k i s t h e
( F r e q u e n c y
d e p e n d e n t ) v o l t a g e g a i n o f t h e
c a s c a d e c i r c u i t c o n s i s t i n g o f
t h e
p r e a m p l i ? e r a n d
t h e
b a n d p a s s ? l t e r , t h e bandwidth
o f
which i s a t l e a s t t h e
t r a n s m i s s i o n
b a n d w i d t h ‘ o f
t h e
s i g n a l
t o
b e
r e c e i v e d , f o r
e x a m p l e
6 MHZ o r
U S - t e l e v i s i o n .
The
o s c i l l a t o r
o u t p u t s i g n a l
u o s ( t ) ,
i n
t h e s e t t l e d s t a t e ,
i s
i n q u a d r a t u r e t 0 t h e v e s t i g i a l c a r r i e r :
w h e r e
f l u ; i s t h e VCO e a k o u t p u t v o l t a g e .
The m i x e r M1 o r m s
t h e
p r o d u c t
u M 1 ( I )
=
kMwBNWmU)
( 4 )
where k M i i s t h e m i x e r
v o l t a g e g a i n .
The l o w p a s s ? l t e r LPl
s u p p r e s s e s
t h e p r o d u c t p o r
t i o n o f
t h e d o u b l e c a r r i e r
f r e q u e n c y
a n d t h e
d e s i r e d
i n f o r m a t i o n i s r e t a i n e d a t t h e o u t p u t o f t h e l o w p a s s
? l t e r :
u L P l ( t ) = ' l k M l k f l o r ? l S i n ( w L F 1 + ¢ L F ) - ( 5 )
I n order
t o tune
t h e
r e c e i v e r t o a d e s i r e d broadcast
f r e q u e n c y ,
a n
a d d e r
i s i n t e r p o s e d between c o n t r o l ? l t e r
RF
a n d
o s c i l l a t o r
VCO
a n d
a
t u n i n g v o l t a g e
U f u n f n g
g e n e r a t e d i n a c o n v e n t i o n a l manner
i s s u p p l i e d t o t h e
a d d e r ,
where t i s s u m m ed w i t h
t h e c o n t r o l
? l t e r
o u t p u t .
The s u m m e d
s i g n a l
i s s u p p l i e d , i n
a c o n v e n t i o n a l
m a n
n e r ,
t o
e f f e c t t u n i n g o f
bandpass
? l t e r BP s w e l l a s o f
o s c i l l a t o r VCO .
1 5
20
2 5
4 5
5 0
5 5
60
6 5
4
F I G .
4 s h o w s
t h e
b l o c k c i r c u i t d i a g r a m o f a d i r e c t l y
m i x i n g
FM
e c e i v e r . The i r c u i t
i n c l u d e s
a p r e a m p l i ? e r
P and
a broadband PLL
o m po s ed o f
a
mixer M1,
low
p a s s ? l t e r LPl a n d v o l t a g e
c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r VCO .
T h u s , t h e r e c e i v e r d o e s n o t
r e q u i r e a l i m i t e r
a m p l i ? e r
a n d
t h e
c o m p l i c a t e d p r e s e l e c t i o n
a n d
a f t e r s e l e c t i o n
h e r e t o f o r e a s s o c i a t e d
t h e r e w i t h
i s
e l i m i n a t e d .
A u r t h e r
l owpa s s
? l t e r
LP3
a t
the
LF
s i d e
serves
t o
i n c r e a s e
s e l e c t i v i t y . T h i s FM e c e i v e r a n d i t s o p e r a t i o n w i l l a l s o
b e e x p l a i n e d
i n d e t a i l w i t h
t h e a i d o f
a m a t h e m a t i c a l
d e r i v a t i o n .
The f o l l o w i n g
s i g n a l i s
c o n s i d e r e d
t o
b e
p r e s e n t
a t t h e
o u t p u t
o f p r e a m p l i ? e r P :
( 6 )
0
w h e r e
u v s
t h e
p e a k v o l t a g e o f t h e p r e a m p l i ? e d s i g n a l ,
s ( ' r ) i s
t h e
low
f r e q u e n c y
m o d u l a t i o n
s i g n a l ,
T
a n
i n t e
g r a t i o n
v a r i a b l e
a n d A ) i s t h e
maximum f r e q u e n c y
d e v i a t i o n
from
m 7 ,
t h e
r e m a i n i n g t e r m s b e i n g
a s
d e f i n e d
a b o v e .
The o s c i l l a t o r s i g n a l m a y be'de?ned a s :
( 7 )
f
( 7 : 0 ) : “ 0 5 0 0 5 [ w o r t + k a s f
L P l ( T ) d T +
c h a r ] ‘
where w a s , k m and ( D 0 5 a r e t h e VCO
o u t p u t
r e s i d u a l
f r e q u e n c y ,
m o d u l a t i o n s e n s i t i v i t y , a n d
p h a s e a n g l e
a t
t i m e
t = 0 ,
r e s p e c t i v e l y .
To r e c e i v e u p ( t ) , w a s h a s
t o b e
t u n e d t o ( o r . I n t h e s e t t l e d c a s e ,
( D o s
b e c om e s a p p r o x i
m a t e l y $ 7 . T h e
s i g n a l
uMiU)
=
RMIHKOHMU)
i s t h e n p r e s e n t a t t h e
o u t p u t
o f t h e m i x e r M1.
The l o w p a s s ? l t e r LPl s u p p r e s s e s t h e v o l t a g e c o m
p o n e n t
a t t h e
sum
f r e q u e n c y , l e a v i n g
( 9 )
1
f (MM?) —
k U S u L P l ( T ) ) d T
+
I n
t h e
l o c k e d
c a s e , t h e a r g u m e n t
o f
t h e a n g l e f u n c t i o n
b e c o m e s
v e r y s m a l l . T h u s t h e f o l l o w i n g a p p l i e s i n
g o o d
a p p r o x i m a t i o n : _ ,
1 1 1 ( 1 ) = i k M i l ' i l / i l m s i n [
-
8/9/2019 Us 4408351
16/22
4 , 4 0 8 , 3 5 1
, (l 0 )
L P i ( I ) = l k m i v i i m [ f ( A r u m
By u s i n g t h e a b b r e v i a t e d n o t a t i o n
wp= k m k o s i v i l o s
e q u a t i o n ( 1 0 ) , when
i f f e r e n t i a t e d ,
p r o v i d e s t h e f o l l o w
ing: ,
i m a m . “ m o d e m / k . . . ( i n
B u t t h i s i s
t h e
d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n o f a ? r s t o r d e r
l o w p a s s ? l t e r w i t h t h e l i m i t f r e q u e n c y c o p / 2 7 1 , w h i c h i s
a c t u a t e d b y t h e s i g n a l A Q s ( t ) / k 0 S . W i t h a s u f ? c i e n t l y
h i g h
l i m i t
f r e q u e n c y
( u p / 2 w ,
uLm
t )
i s
t h u s t h e
demodu
l a t e d
l o w
f r e q u e n c y i n f o r m a t i o n . The l o w p a s s ? l t e r
LP3
p r o v i d e s i n c r e a s e d s e l e c t i v i t y .
The
l i m i t f r e q u e n
c i e s o f t h e
l o w p a s s ? l t e r s LPl a n d
LP3
a n d
c o p / 2 1 1 '
m u s t
b e h i g h e r t h a n t h e m a x imu m
i n f o r m a t i o n
f r e q u e n c y t o
be t r a n s m i t t e d t o n o t d i s t o r t t h e i n f o r m a t i o n . The
l i m i t
f r e q u e n c y o f LP3
s h o u l d
n o t
b e
m u c h h i g h e r t h a n
t h e
maximum
i n f o r m a t i o n
f r e q u e n c y .
A u r t h e r embodiment
o f
t h e
i n v e n t i o n i s t h e r e c e i v e r
c i r c u i t shown i n
FIG. 5 , which
c a n be u s e d
t o
demodu~
l a t e
p h a s e m o d u l a t e d s i g n a l s which h a v e a
s m a l l
m a x i
mum h a s e
d e v i a t i o n .
I t
i n c l u d e s a p r e a m p l i ? e r
P
and
a
n a r r o w b a n d
PLL composed
o f
m i x e r M1, l o w p a s s
? l t e r
L P l , c o n t r o l
? l t e r
RF a n d v o l t a g e c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r
VCO.
The
l o w p a s s
? l t e r
LP3
s e r v e s t h e
same
p u r p o s e a s i n t h e c i r c u i t
a c c o r d i n g
t o FIG.
4 .
The o p e r a t i o n
o f
t h i s embodiment w i l l
a l s o b e e x
p l a i n e d
m a t h e m a t i c a l l y . The r e c e i v e d HF i g n a l i s a s
su m e d
t o
be
u p ( r ) = ? v s i n ( w 1 1 + < l > r + ¢ ( r ) ) . ( 1 2 )
w h e r e < I > ( t )
i s
t h e
p h a s e
e x c u r s i o n .
I f t h e VCO f t h e
narrowband PLL
e t t l e s
on
t h e
c a r r i e r s p e c t r a l l i n e o f t h e p h a s e
m o d u l a t e d
s i g n a l ,
t h e
f o l l o w i n g a p p l i e s :
C o n s e q u e n t l y ,
t h e
v o l t a g e
i s
p r e s e n t a t
t h e
o u t p u t o f
t h e m i x e r M1.
I n
t h e
l o w p a s s ? l t e r LPl
t h e v o l t a g e component a t
t h e sum f r e q u e n c y i s s u p p r e s s e d a n d t h e l o w p a s s
l t e r
o u t p u t
v o l t a g e i s t h e n
F o r p h a s e e x c u r s i o n s t l > ( t ) w h i c h a r e s m a l l c o m p a r e d
t o
l , t h e f o l l o w i n g
a p p l i e s i n g o o d
a p p r o x i m a t i o n :
u u l ( l ) = l k m ? v i m ¢( l ) . ( 1 6 )
i . e .
t h e d e m o d u l a t e d
low
f r e q u e n c y
i n f o r m a t i o n .
FIG.
1 2 shows a
c i r c u i t w i t h C o s t a s l o o p w i t h
which
a l s o
p h a s e m o d u l a t e d s i g n a l s o f low i s e w i t h o r w i t h o u t
c a r r i e r s p e c t r a l l i n e s
i n
t h e i n p u t s p e c t r u m c a n b e d e
20
2 5
3 5
40
4 5
5 0
5 5
6 5
6
m o d u l a t e d - T h i s
c i r c u i t i s i n
‘ c o n t r a d i s t i n c t i o n
t o
t h e
c i r c u i t o f
F I G . “ 5 a l s o
w e l l
s u i t e d
f o r
t h e d e m o d u l a t i o n
o f
n f o l d P S K ( P h a s e S h i f t K e y i n g ) s i g n a l s .
A
u r t h e r f e r n b o d i m e n t o f
t h e i n v e n t i o n i s shown
i n
F I G . 6
w h i c h ' i s
w e l l s u i t e d f o r t h e r e c e p t i o n o f p h a s e
m o d u l a t e d s i g n a l s w i t h l a r g e r
p h a s e
e x c u r s i o n s . T h e
c i r c u i t
i n c l u d e s a
p r e a m p l i ? e r
P
a n d
a
modi?ed narrow
b a n d PLL
c o n t a i n i n g
a m i x e r
w h i c h
r e c e i v e s
a t
i t s
s e c o n d
i n p u t ; a s
t h e
m i x i n g
s i g n a l , t h e o u t p u t
s i g n a l
f r o m
o s c i l l a t o r ' V C O which
h a s
b e e n m o d u l a t e d w i t h
t h e l o w
f r e q u e n c y
s i g n a l i n a p h a s e m o d u l a t o r PM
w h i c h i s
p a r t o f t h e
p h a s e "
c o n t r o l l o o p . The demod u
l a t e d LF i g n a l i s
a v a i l a b l e
a t
t h e o u t p u t o f a n i n t e g r a t o r
I c o n n e c t e d i n s e r i e s
b e t w e e n t h e
l o w p a s s ? l t e r LPl
a n d
t h e
m o d u l a t i o n
i n p u t
o f m o d u l a t o r
PM.
The o p e r a t i o n
o f
h i s c i r c u i t
w i l l now
b e
e x p l a i n e d by
way
o f a mathe
m a t i c a l
d e r i v a t i o n .
The
p r e a m p l i ? e d
p h a s e m o d u l a t e d
s i g n a l i s a s s u m e d t o
b e
u p ( r ) = z 7 y s i n
( w 7 1 + ¢ ( z ) + ¢ . 1 - ) .
( 1 7 )
The s i g n a l g e n e r a t e d b y
t h e
v o l t a g e c o n t r o l l e d o s c i l l a
t o r
VCO s assumed t o b e
( 1 8 )
1
1 4 0 s “ ) = 3 0 1 0 0 5 [ 1 9 7 1 +
0 : f " R F V M T
+ 4 9 0 : ]
y
0
where
u R p i s t h e o u t p u t
v o l t a g e
o f t h e
c o n t r o l
? l t e r
RF
which
i s a s l o w l y
v a r i a b l e v a l u e .
The c o n t r o l
? l t e r
i s a
l o w p a s s ? l t e r w i t h a l i m i t f r e q u e n c y , which h a s t o
b e
l e s s t h a n
t h e minimum i n f o r m a t i o n f r e q u e n c y
t o
b e
t r a n s m i t t e d .
The s c i l l a t o r ' s i g n a l i s m o d u l a t e d i n t h e p h a s e m o du
l a t o r PM i t h t h e o u t p u t v o l t a g e u 1 ( t ) o f t h e i n t e g r a t o r
I ,
y i e l d i n g :
j l ‘ ? )
w h e r e , , i s t h e m o d u l a t i o n s e n s i t i v i t y o f t h e p h a s e mo d
u l a t o r
P M . At
t h e
o u t p u t o f t h e
m i x e r
M1 h e r e
i s
t h e n
g e n e r a t e d t h e v o l t a g e
1
1 1 P M ) = 17mm
[m1
+
k o s
f u n r m d r + ( D o s + k r w v )
0
The l o w p a s s
? l t e r LPl s u p p r e s s e s t h e v o l t a g e
c o m
p o n e n t a t t h e sum f r e q u e n c y a n d t h e f o l l o w i n g r e s u l t s :
-
8/9/2019 Us 4408351
17/22
4 , 4 0 8 , 3 5 1
7
.
t
‘
(21)
f
l R F ( T ) d T -
0
‘to:
-
kFulU)
-
W h e n t h e c o n t r o l
l o o p l o c k s ,
t h e a r g u m e n t
o f
t h e
s i n e
f u n c t i o n
i n
e q u a t i o n ( 2 1 ) b e c o m e s v e r y s m a l l
c o m p a r e d
t o 1 , i . e . s i n < I > — > < I > , a n d
m o r e o v e r ,
due t o t h e q u a d r a t u r e
r e q u i r e m e n t ,
t h e f o l l o w i n g t e n d e n c y
a r i s e s :
The
v o l t a g e n 1 i s t h e
r e s u l t o f
i n t e g r a t i o n ‘ f r o m ’ t h e
v o l t a g e uLplz ’
u 1 2 1 ( 1 ) =
3 1 ( I ) / k 1 ( 2 4 )
where k ] s
t h e
t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c o f i n t e g r a t o r
I .
U s i n g t h e a b b r e v a t i o n
w p p = é k p k M l k 1 § P M ? m
- ( 2 5 )
v d i f f e r e n t i a t i o n o f
e q u a t i o n ( 2 3 )
w i l l
t h e n
p r o d u c e
1 ; , < 1 ) / w , , P + u , ( 1 ) = q > ( 1 ) / k p ) ( 2 6 )
which
c o r r e s p o n d s
t o
t h e
d i f f e r e n t i a l
e q u a t i o n
o f
a
low
p a s s ? l t e r
a t
t h e
l i m i t f r e q u e n c y w p p / z w a n d ' t h e ’ i n p u t
s i g n a l
q > ( t ) / k p .
W i t h
a s u f ? c i e n t l y
h i g h l i m i t
f r e q u e n c y ,
( i . e . h i g h e r
t h a n
t h e
m a x imu m
i n f o r m a t i o n
f r e q u e n c y t o
b e
t r a n s m i t t e d )
u 1 ( t ) i s
t h u s t h e d e m o d u l a t e d
s i g n a l .
I f
t h e
p h a s e m o d u l a t o r PM a s h i g h l i n e a r i t y
a n d
i s
p o o r
i n harmonics
a t
t h e
o u t p u t , t h i s
demodulation c i r c u i t i s
i m p r e s s i v e b y i t s h i g h d e g r e e
o f
f r e e d o m f r o m
d i s t o r
t i o n and n o i s e .
According t o a f u r t h e r
emb o diment o f
t h e i n v e n t i o n ,
a s shown i n
FIG.
, d o u b l e
s i d e b a n d
a m p l i t u d e modula
t i o n can b e p r o c e s s e d . T h e c i r c u i t i n c l u d e s a n a rr ow
band p h a s e
c o n t r o l
l o o p PLL n which t h e o s c i l l a t o r
s i g n a l i s
i n
q u a d r a t u r e
t o
t h e
c a r r i e r , a n d a d d i t i o n a l l y
a
s e c o n d m i x e r
which
r e c e i v e s t h e
o s c i l l a t o r
s i g n a l
a f t e r
t
h a s been
s h i f t e d by 9 0 °
i n
a p h a s e
s h i f t e r
PHI, i . e . t o
b e
i n
p h a s e
w i t h t h e
c a r r i e r ,
and h e r e c e i v e d p r e a m p l i ? e d
HF i g n a l , a n d a t whose
s e r i e s - c o n n e c t e d
l o w p a s s ? l t e r
LP2 t h e demodulated LF i g n a l
can be
o b t a i n e d .
The o p e r a t i o n
o f t h i s
c i r c u i t w i l l b e e x p l a i n e d below
with a mathematical d e r i v a t i o n . The r e c e i v e d s i g n a l a s
a m p l i ? e d i n p r e a m p l i ? e r P i s
a s s u m e d
t o
b e
“ E a t / ( 1 + m ( t ) ) s i n
( w 7 1 + < 1 > T ) ,
( 2 7 )
w h e r e
m ( t )
i s t h e
i n s t a n t a n e o u s m o d u l a t i n g
f u n c t i o n
v a l u e ‘ F r o m
t h e o s c i l l a t o r
s i g n a l i n
q u a d r a t u r e
t o
t h e
c a r r i e r ,
u a s m = l 7 m
C O S ( w 1 1 + ¢ 7 ' ) , ( 2 8 )
t h e r e t h e n r e s u l t s a t t h e p h a s e
s h i f t e r PHI
o u t p u t t h e
s i g n a l
1 0
: 1 5
2 0
40
4 5
5 5
60
6 5
8
u Q ( t ) = ? a s s i n ( w 7 1 + d > 7 ) . ( 2 9 )
T h i s s i g n a l
i s
m u l t i p l i e d i n m i x e r
M 2 ‘
w i t h t h e s i g n a l
u p ,
t h e r e s u l t b e i n g
The l o w p a s s ? l t e r LP2 s u p p r e s s e s
t h e
m i x i n g p r o d u c t
component a t t h e
su m
f r e q u e n c y
and t h e
r e s u l t i s :
u L p z ( f ) = é k m ? i / i t o s ( l + m ( l ) ) - ( 3 1 )
The
a l t e r n a t i n g
v o l t a g e
c o m p o n e n t o f t h i s s i g n a l i s
the d e s i r e d d e m o d u l a t e d i n f o r m a t i o n .
A
i r c u i t
which c a n
d e m o d u l a t e d o u b l e ‘ s i d e b a n d a s
w e l l
a s
s i n g l e
s i d e b a n d AM
t r a n s m i s s i o n s
i s
s h own
i n
FIG. .
The
i n p u t s i g n a l u
E
s
a m p l i ? e d i n
a
p r e a m p l i ? e r
P ; I n t h e s u b s e q u e n t . t u n a b l e b a n d p a s s ? l t e r B F , v
u n d e
v s i r e d - _ f r e q u e n c i e _ , s
a r e
s u p p r e s s e d ; f o r e x a m p l e t h e u n d e
s i r e d s i d e b a n d .
T h e
b a n d
? l t e r
o u t p u t
s i g n a l u B p i s ‘ f e d t o
a C o s t a s l l o o p which n c l u d e s
m i x e r s
M1, M2 n d
M3,
l o w p a s s ? l t e r s LPl a n d
L P 2 ,
c o n t r o l ? l t e r
R F ,
v o l t a g e
‘ c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r VCQ
r i d
0 ‘ v p h a s e s h i f t e r PHI. I n
t h e
. c a s e
a o f a - double‘ sideband, a m p l i t u d e m o d u l a t e d
s i g n a l - , 3 o r
i n t h ' e ' c a s e v o f a ' s i n g l e
s i d e b a n d ; a m p l i t u d e
~ m o d u l a t e d ' s i ' g ' n a l ,
w h e r e
i n t h e f r e q u e n c y p o s i t i o n o f
t h e s u p p r e s s e d
s i d e b a n d ' a
p o s s i b l e
i n t e r f e r e n c e
s i g n a l i s
s u p p r e s s e d
s u f ? c i e n t l y
s t r o n g l y b y t h e b a n d ? l t e r BF t h e
d e m o d u l a t e d s i g n a l
c a n - b e - o b t a i n e d
f r o m t h e l o w p a s s
? l t e r : L P Z .
I n t h e
c a s e o f s i n g l e v ' s i d ' e b a n d , a m p l i t u d e
m o d u l a t e d
s i g n a l
i r i ' w h i c h - ‘ i n t e r f e r i n ‘ g
s i g n a l s a r e
s t i l l
‘ p r e s e n t
b e h i n d
t h e b a n d ? l t e r
BF i n
t h e i m a g e
f r e
, 3 5 “ ‘ q u e n c y
p o s i t i o n , a ‘
c o m p e n s a t i o n o f t h e i n t e r f e r e n c e
s i g n a l s
m u s t
‘ t a k e
p l a c e . ‘
T h e
s i g n a l a t
‘ t h e
b a n d
? l t e r
o u t p u t i s a s s u m e d tobe “
With t h e
m i x e r g a i n s kM1 a n d k m , t h e r e t h e n
a p p e a r s a t
t h e
m i x e r
o u t p u t s
With i d e n t i c a l m i x e r g a i n s k M 1 = k M 2 a n d w i t h s u p
p r e s s i o n
o f
t h e mixed
p r o d u c t
components a t t h e sum
f r e q u e n c i e s by means o f
lowpass
? l t e r s
L P l
and LP2,
r e s p e c t i v e l y ,
t h e f o l l o w i n g v o l t a g e s a r e p r e s e n t a t t h e
o u t p u t s o f t h e l o w p a s s ? l t e r s :
T h u s t h e u p p e r s i d e b a n d t o ” ; a s r ' w e l l a s t h e l o w e r
s i d e b a n d
m s ,
a r e g e n e r a t e d
a t
b o t h i l o ‘ w p a s s’ ? l t er o u t ~
p u t s . O n e
o f t ' h e t w o , s i d e b a n d s , f o r j e x a m p l e t h e l o w e r
a
-
8/9/2019 Us 4408351
18/22
4 , 4 0 8 , 3 5 1
s i d e b a n d
( 0 5 1 , c a n b e
s u p p r e s s e d
by c o m p e n s a t i o n due t o
t h e ? x e d
p h a s e r e l a t i o n s h i p
b e t w e e n t h e v o l t a g e s
up}
a n d um. The c o m p e n s a t i o n t a k e s p l a c e
i n
t h e com pen
s a t i o n
b l o c k K , f o r
e x a m p l e
i n t h e manner t h a t t h e s i g
n a l s
um
nd u m ’ ) , a r e s h i f t e d b y
a
f u r t h e r
9 0 °
with
r e s p e c t
t o
o n e a n o t h e r . By a d d i n g o r s u b t r a c t i n g t h e s e
s i g n a l s , t h e u n d e s i r e d s i d e b a n d s i g n a l i s c o m p e n s a t e d .
One
s i m p l e
a r r a n g e m e n t
f o r e f f e c t i n g
s u c h
c o m p e n
s a t i o n
i s shown
i n FIG.
9
i n
which
t h e
o u t p u t s i g n a l
f r o m
? l t e r
LP2
i s
s h i f t e d i n p h a s e
by
9 0 ° i n a p h a s e
s h i f t e r
PH2
and
t h e
s h i f t e d s i g n a l i s added t o o r s u b
t r a c t e d
from t h e o u t p u t
s i g n a l
from ? l t e r
L P l . T h i s
method o f c o m p e n s a t i o n ,
h o w e v e r ,
h a s t h e d r a w b a c k
t h a t
t h e e n t i r e LF s p e c t r u m
m u s t
b e
s h i f t e d
i n p h a s e
o v e r a b r o a d band.
FIG.
1 0
shows an em b o dim ent of
a
compensation
b l o c k
K
which a v o i d s t h i s drawback a n d o p e r a t e s
w i t h
a ? x e d f r e q u e n c y
p h a s e s h i f t e r PH2.
The i r c u i t ,
which
h a s t h e l o w p a s s ? l t e r
o u t p u t s
c o n n e c t e d t o
i t s two i n
p u t s ,
g e n e r a t e s ,
w i t h
m i x e r s
M4
a n d
M5,
? x e d
f r e
quency l o c a l o s c i l l a t o r L0 a n d t h e
9 0 °
p h a s e s h i f t e r
P H 2
a n d l o w p a s s
? l t e r s
LP4
a n d L P S ,
s i n g l e
s i d e b a n d
s i g n a l s which a r e bound t o one a n o t h e r i n
r i g i d
p h a s e
p o s i t i o n a n d
w i t h t h e u p p e r
s i d e b a n d
s u p p r e s s e d .
F o r
t h i s
p u r p o s e , t h e
l o w p a s s
? l t e r s m u s t b e h i g h l y s e l e c
t i v e .
A d v i s a b l y
t h e r a d i a n f r e q u e n c y ( 2
o f
t h e
l o c a l
o s c i l l a t o r
L0 s t h e r e f o r e s e t
o n l y s l i g h t l y
a b o v e t h e
maximum
l o w f r e q u e n c y .
W i t h
t h e l o c a l
o s c i l l a t o r
s i g
n a l
a n d
t h e s i g n a l a t t h e
o u t p u t o f
t h e p h a s e s h i f t e r
P H 2
w h i c h
i s
i n
q u a d r a t u r e
t o u L 0 ( t ) ,
t h e
v o l t a g e s
( ( 1 — w M ) 1 + \ / — < 1 > S 1 ) + 2 ? 1 s i n
( Q I + \ I ' ) } .
( 4 2 )
a r e
o b t a i n e d
a t t h e
o u t p u t s
o f t h e l o w p a s s ? l t e r s LP4
a n d L P 5 , r e s p e c t i v e l y , where A = l k M 1 k M 4 i 1 o S i 1 L 0 i s
a
c o n s t a n t .
kM4
s
t h e
v o l t a g e g a i n
o f t h e m i x e r s M4
n d
M5.
By f o r m i n g t h e sum
o r d i f f e r e n c e
o f t h e s e s i g n a l s i n
an
a r i t h m e t i c
u n i t
SD, t h e u n d e s i r a b l e sideband i s com
p e n s a t e d . The
f o l l o w i n g
a p p l i e s f o r t h e
sum
f o r m a t i o n :
t l S D ( t ) = 2 / l l 2 Z
S i n ( ( Q — w L F ) t + ‘ P — ¢ L F ) + Z / l l ? | s i n
( m + < 1 > )
( 4 3 )
which c o n s t i t u t e s
a
s i n g l e s i d e b a n d s i g n a l w i t h o u t i n t e r
f e r i n g
s i g n a l
i n t h e i m a g e
f r e q u e n c y p o s i t i o n .
Demodulation o f t h a t s i g n a l i s t h e n e f f e c t e d i n a c i r
c u i t
which
o p e r a t e s a n a l o g o u s l y t o t h e c i r c u i t o f FIG.
3 . S i n c e , h o w e v e r , t h e c a r r i e r
i s a l r e a d y a v a i l a b l e , t h i s
p o r t i o n o f
t h e c i r c u i t
i s s i m p l i ? e d
t o a m i x e r
M6,
b e h i n d
which t h e r e
i s
c o n n e c t e d
a l o w p a s s
? l t e r LP6 t whose
o u t p u t
t h e
d e s i r e d
i n f o r m a t i o n
i s p r e s e n t w i t h o u t i n t e r
f e r e n c e .
A u r t h e r p o s s i b l e v a r i a t i o n o f t h e
r e c e i v i n g
c i r c u i t
a c c o r d i n g
t o
t h e i n v e n t i o n
i s shown
n
FIG.
1 1
i n
which
c o m p e n s a t i o n o f
t h e i n t e r f e r e n c e
i s e f f e c t e d
w i t h i n t h e
C o s t a s l o o p . The i r c u i t shown n FIG.
1 1
i s
e s s e n t i a l l y
t h e c i r c u i t o f F I G . 8
s u p p l e m e n t e d
b y t h e
c o m p e n s a t i o n
b l o c k o f FIG. 1 0 , t o g e t h e r w i t h a f u r t h e r m i x e r M7
1 5
2 5
30
3 5
5 5
60
6 5
1 0
h a v i n g i t s
i n p u t s
c o n n e c t e d
t o
t h e o u t p u t o f a r i t h m e t i c
u n i t
SD
n d
t h e
o u t p u t o f p h a s e s h i f t e r PH2, a n d two
f u r t h e r
l o w p a s s ? l t e r s LP6 a n d
L P 7 , e a c h c o n n e c t e d t o
t h e
o u t p u t o f
a r e s p e c t i v e one
o f m i x e r s
M6 nd
M7.
I n
a d d i t i o n , i n
FIG. 1 1
t h e
i n p u t s t o
m i x e r M3 r e con
n e c t e d
t o
t h e o u t p u t s o f t h e l a t t e r
? l t e r s LP6
and
LP7.
The d i r e c t l y
m i x i n g r e c e i v e r s a c c o r d i n g
t o
t h e p r e s
e n t i n v e n t i o n a r e c h a r a c t e r i z e d
by
a
h i g h e r
s e n s i t i v i t y
a n d u s u a l l y b e t t e r s e p a r a t i o n t h a n s u p e r h e t e r o d y n e
r e c e i v e r s . However, h i s s u p e r i o r i t y c a n
b e
u t i l i z e d o n l y
i f a number of s t r u c t u r a l
and dimensioning
r u l e s
a r e
adhered
t o .
The f o l l o w i n g c r i t e r i a a p p l y f o r t h e
m i x e r
M1 n d f o r
t h e
m i x e r
M 2 ,
i f e m p l o y e d :
1 . The
o c a l
o s c i l l a t o r (V
CO) i g n a l
m u s t b e s t r o n g l y
d e c o u p l e d f r o m t h e HF
n p u t .
T h i s
r e q u i r e s ,
a s
a n
o p t i
mum o l u t i o n , a
d e s i g n
of t h e mixer i n a b r i d g e o r dou~
b l e
b r i d g e s t r u c t u r e .
2 . At t h e o u t p u t o f t h e mixer o n l y t h e product o f t h e
two
s i g n a l s t o b e
mixed s h o u l d
b e
f o r m e d .
S i g n a l s a t
o t h e r
c o m b i n a t i o n
f r e q u e n c i e s ,
t h e
s i g n a l s
t o
b e
m i x e d
t h e m s e l v e s a n d t h e i r h a r m o n i c s
s h o u l d
b e s t r o n g l y s u p
p r e s s e d .
Thus
a p u sh - p u l l
s t r u c t u r e
s h o u l d b e
p r o v i d e d .
3 . The m i x e r o u t p u t m u s t b e
c a p a b l e
o f
p r o c e s s i n g
f r e q u e n c i e s from d i r e c t c u r r e n t up t o v a l u e s o f a t l e a s t
one c h a n n e l b a n d w i d t h ,
t h a t
i s t h e m a x i m u m bandwidth
o f t h e
s i g n a l
t o b e
r e c e i v e d ,
e . g . 2 1 0 kHz f o r F M - br o a d
c a s t i n g , w i t h o u t i n c u r r i n g a n y s i g n i ? c a n t
a m o u n t
o f
p h a s e d i s t o r t i o n .
A i g n a l l e v e l
d e p e n d e n t d i r e c t v o l t
age
value
must b e a v o i d e d .
4 .
The
m i x e r s
must b e low
n
n o i s e . P a r t i c u l a r e m p h a
s i s must b e
p l a c e d on
low / n o i s e
on
t h e low f r e q u e n c y
s i d e .
5 .
The
o p e r a t i n g p o i n t s
o f t h e m i x e r s m u s t b e s e t s o
t h a t
t h e
o u t p u t
s i g n a l
a m p l i t u d e
d e p e n d s
l i n e a r l y
o n
t h e
i n p u t s i g n a l
a m p l i t u d e
a n d l i n e a r l y o r a t m o s t
s l i g h t l y
n o n l i n e a r l y r e s p e c t i v e l y , on t h e l o c a l o s c i l l a t o r o r
m i x e d
s i g n a l
a m p l i t u d e , r e s p e c t i v e l y . When
h i g h l y
f r e
quency s e l e c t i v e p r e a m p l i ? e r s
a r e
u s e d ,
t h e
l a t t e r r e
quirement
can be weakened.
The
o c a l
o s c i l l a t o r (VCO) s h o u l d s a t i s f y t h e f o l l o w
i n g r e q u i r e m e n t s :
1 .
I t
s h o u l d
b e
t u n a b l e
by
means o f e x t e r n a l s i g n a l s
(DC
a n d
LF) o v e r
t h e
e n t i r e
f r e q u e n c y band t o b e
r e c e i v e d .
2 . I t
s h o u l d
g e n e r a t e h a r m o n i c s i g n a l s w i t h
s t r o n g l y
suppressed harmonics. a
3 .
I t s h o u l d
have a n
a p p r o x i m a t e l y
c o n s t a n t l o c a l
o s c i l l a t o r a m p l i t u d e
o v e r
t h e
e n t i r e
f r e q u e n c y
band t o
b e
r e c e i v e d ; i n
p a r t i c u l a r
i t s h o u l d h a v e
o n l y
v e r y s l i g h t
? u c t u a t i o n s i n a m p l i t u d e w i t h i n
one
c h a n n e l band
w i d t h .
4 . I t i s
u n a v o i d a b l e ,
t h a t t h e c o n t r o l i n p u t o f a
v o l t a g e
c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r
a c t s
a s l o w p a s s ? l t e r . The l i m i t
f r e q u e n c y o f t h i s
l o w p a s s ? l t e r
m u s t ,
when t h e o s c i l l a
t o r i s
u s e d
i n p h a s e c o n t r o l c i r c u i t s , b e a t l e a s t t e n t i m e s
h i g h e r t h a n t h e
l o w e s t
l i m i t
f r e q u e n c y
o c c u r r i n g i n t h e
c o n t r o l c i r c u i t , w h i c h
w i l l
g e n e r a l l y r e q u i r e
a b r i d g e
s t r u c t u r e .
These o t h e r
l i m i t
f r e q u e n c i e s
a r e c r e a t e d
by
t h e l o w p a s s ? l t e r s i n t h e
c o n t r o l
c i r c u i t .
T h e r e v a l u e s
d e p e n d
o n
t h e a c t u a l a p p l i c a t i o n .
5 .
I t
m u s t
b e
h i g h l y
s t a b l e
i n
f r e q u e n c y .
6 . I t m u s t h a v e low p h a s e n o i s e .
For
t h e LF p o r t i o n o f t h e d e m o d u l a t o r t h e f o l l o w i n g
c r i t e r i a m u s t b e observed:
1 .
Low o i s e ,
p a r t i c u l a r l y
l o w l / f n o i s e .
-
8/9/2019 Us 4408351
19/22
4 , 4 0 8 , 3 5 1
1 1
2 . I f LF
l o c k s
l i e
w i t h i n a
c o n t r o l l o o p , t h e y m u s t ,
o n
t h e
one
h a n d ,
have a s u f ? c i e n t g a i n t o
p e r m i t
p e r f e c t
d e m o d u l a t i o n
a n d , o n t h e
o t h e r h a n d ,
t h e
l o o p
a m p l i ?
c a t i o n must n o t b e c o m e s o
h i g h
t h a t
t h e
l o o p
bec o mes
u n s t a b l e .
3 . S e l e c t i v e
means w i t h i n t h e LF o r t i o n
i n c r e a s e
HF
s e l e c t i v i t y . T h i s
c a n
s o m e t i m e s
c o n s i d e r a b l y
r e d u c e
t h e
s e l e c t i v i t y
r e q u i r e m e n t s
f o r
t h e
HF
r e a m p l i ? e r ,
e . g . :
h i g h
o r d e r
l o w p a s s ? l t e r s LP1, LP2
o r
RF
an
i n c r e a s e
t h e
s e l e c t i v i t y
o f
a d i r e c t
mixing FM-receiver t o a n
e x t e n t , t h a t no s e l e c t i v e m e an s i n
t h e HF o r t i o n o f t h e
r e c e i v e r a r e n e c e s s a r y .
The HF p r e a m p l i ? e r
P
s h o u l d meet
t h e
f o l l o w i n g
c r i t e r i a :
1 . I t
s h o u l d be low i n
r e a c t i o n , s o t h a t t h e l o c a l
o s c i l
l a t o r s i g n a l which m a y r e a c h t h e o u t p u t
o f
t h e pream
p l i ? e r i s s u p p r e s s e d i n
t h e r e v e r s e
d i r e c t i o n .
2 . I t s h o u l d be
low
i n n o i s e .
3 . I t s h o u l d
b e
h i g h i n g a i n s o
t h a t
t h e n o i s e f a c t o r o f
t h e
s u b s e q u e n t
d e m o d u l a t o r w i l l
n o t
s i g n i ? c a n t l y i n ? u
ence
t h e
t o t a l
n o i s e .
4 .
I t
s h o u l d b e
h i g h l y
l i n e a r ,
a n d
p a r t i c u l a r l y
t h e
HF
s i g n a l s s h o u l d
n o t
b e l i m i t e d
w i t h i n
a
g i v e n
r a n g e .
5 .
F o r r e c e i v i n g s y s t e m s
w i t h o u t a u t o m a t i c r e g u l a
t i o n o r
c o n t r o l
of t h e c o n t r o l c i r c u i t
p a r a m e t e r s ,
a u t o
m a t i c
s e l e c t i v e HF
m p l i t u d e r e g u l a t i o n s h o u l d b e con
s i d e r e d
f o r h i g h e r
s y s t e m
d e m a n d s .
I f t h e s e s y s t e m
r u l e s
a r e
adhered
t o ,
t h e n o t i n s i g n i ?
c a n t p r o b l e m s
r e g a r d i n g i n t e r m o d u l a t i o n
b e h a v i o r ,
l o c k i n g
on t h e
o w n
o s c i l l a t o r
s i g n a l , l o o k i n g on t h e
harmonic o f t h e
o s c i l l a t o r s i g n a l ,
l o c k i n g on s i g n a l s a t
t h e
h a r m o n i c s o f t h e i n p u t s i g n a l f r e q u e n c y a n d s o on
s h o u l d be
a v o i d e d .
D i r e c t l y
m i x i n g r e c e i v i n g s y s t e m s a c c o r d i n g t o
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n , p a r t i c u l a r l y f o r a n g l e m o d u l a t e d
s i g n a l s ,
h a v e
t h e
a d v a n t a g e s
t h a t ,
c o n t r a r y
t o
g e n e r a l
o p i n i o n , n o l i m i t i n g
a m p l i ? e r i s
r e q u i r e d a h e a d
o f
t h e
demodulator and t h u s t h e r e a r e no e x p e n d i t u r e s f o r
p r e s e l e c t i o n
a n d
p o s t s e l e c t i o n .
M o r e o v e r , t h e LF u t
p u t
power
o f
t h e c i r c u i t s s h ow n
i n FIGS.
4 and
6
even
w i t h o u t power r e g u l a t i o n i s i n d e p e n d e n t o f
t h e
HF
s i g n a l
a m p l i t u d e
i f
t h e i n p u t
s i g n a l
power d o e s n o t
f a l l
below a m i n i m u m pow er P 0 . Due o t h e
lowpass
? l t e r
c h a r a c t e r i s t i c t h e
system b a n dw id t h
o f
t h e s e
two
c i r
c u i t s d r o p s below
t h e LF a n d w i d t h
i f
t h e i n p u t
s i g n a l
power
d r o p s t o below
P 0 .
Thus
t h e
o u t p u t s i g n a l t o
n o i s e r a t i o i s f u r t h e r improved
a t
t h e
e x p e n s e
o f t h e
i n f o r m a t i o n b a n d w i d t h . T h i s a d a p t i v e b e h a v i o r p e r m i t s
communication
even i f r e c e i v e r s
w i t h
l i m i t e r
a m p l i ? e r s
h a v e
l o n g
f a i l e d .
D i r e c t l y
m i x i n g
r e c e i v e r s a c c o r d i n g
t o
t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n
f o r
t e l e v i s i o n s i g n a l s ,
one
example o f which
s
shown
i n FIG. 1 3 ,
a l s o have d e c i s i v e
a d v a n t a g e s
due t o
t h e i r s i m p l e d e s i g n a n d m a i n l y d u e
t o t h e i r p a r t i c u l a r l y
s i m p l i ? e d m a t c h i n g o f t h e ? l t e r s w h i c h ,
e x c e p t
f o r t h e
HF l t e r s , a r e
e x c l u s i v e l y
l o w p a s s
? l t e r s , w h i l e
s u p e r
h e t e r o d y n e
r e c e i v e r s r e q u i r e
t u n i n g o f
a
c o m p l i c a t e d
i n t e r c o n n e c t e d combination o f r e s o n a n t c i r c u i t s .
The c i r c u i t
s h ow n
i n
FIG.
1 3
i n c l u d e s a
s i n g l e s i d e
band r e c e i v e r having
t h e
form
o f
one
o f
t h e r e c e i v e r s
d i s c l o s e d
a b o v e , f o r e x a m p l e t h a t shown
n
FIG. 3 . The
o u t p u t
o f t h a t r e c e i v e r
p r o v i d e s
t h e demodulated c o m
b i n e d
v i d e o
s i g n a l a n d t h e s o u n d I F
s i g n a l .
To s e p a r a t e
t h o s e
s i g n a l s , t h e r e
a r e
p r o v i d e d
a
l o w p a s s
? l t e r
LP
c o n s t r u c t e d
t o p a s s
o n l y
t h e combined v i d e o s i g n a l
c o m p o n e n t s and
a bandpass ? l t e r
BF
c o n s t r u c t e d
s o
t h a t
t h e c e n t e r f r e q u e n c y o f i t s p a s s b a n d
i s
t u n e d
t o
t h e
a u d i o I F c a r r i e r
f r e q u e n c y
a n d t h e w i d t h
o f i t s
p a s s b a n d
5
2 5
3 5
45
1 2
a s s u r e s r e j e c t i o n
o f
t h e combined
v i d e o s i g n a l c o m p o
n e n t s . T h e o u t p u t o f ? l t e r BF s
connected
t o
a n FM
dem o dulato r
w h i c h
c a n be o f
a
conventional type or
a
s y n c h r o n o u s d e m o d u l a t o r
a c c o r d i n g
t o t h e i n v e n t i o n ,
e . g . t h a t shown
i n
FIG.
4 .
As
a
r e s u l t o f
t h e
e l i m i n a t i o n o f t h e i n t e r m e d i a t e
f r e q u e n c y s t a g e , r e c e i v e r s a c c o r d i n g t o t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n
a l s o
h a v e
n o
p r o b l e m s
r e g a r d i n g
i m a g e
f r e
q u e n c y s t a b i l i t y
a n d i n t e r m e d i a t e f r e q u e n c y
s t a b i l i t y .
The p r o p o s e d s y s t e m s
a r e
e a s i l y a d a p t a b l e t o
m i n i a
t u r i z a t i o n
a c c o r d i n g t o i n t e g r a t e d c i r c u i t t e c h n i q u e s .
EMBODIMENTS
OF BLOCK CIRCUITS
ILLUSTRATED IN FIGS.
2-13
1 .
P r e a m p l i ? e r s
As low
n o i s e b r o a d b a n d p r e a m p l i ? e r s , a m p l i ? e r
modules l i k e o p t i m a x
AH-46l
o r ADH-559 from Alpha
I n d u s t r i e s
I n c . , Woburn,
Mass,
o r
d i f f e r e n t models o f
other manufactures can be
u s e d .
2 . Mixers
Ring m o d u l a t o r s a r e t h e
most
p r e f e r r e d m i x e r s
f o r
t h e
p u r p o s e s o f
t h e
c i r c u i t s
g i v e n
i n
FIGS.
2 - 1 3 .
For
h i g h - f r e q u e n c y
a p p l i c a t i o n ,
d o u b l e - b a l a n c e d b r i d g e
m i x e r s w i t h semiconductor d i o d e s l i k e model
MD-l 4 2
from
Anzac E l e c t r o n i c s , Waltham, Mass, o r d i f f e r e n t
models
o f o t h e r m a n u f a c t u r e s can b e
u s e d .
For f r e q u e n
c i e s u p t o 2 0 0 MHz, i n t e g r a t e d c i r c u i t r i n g m o d u l a t o r s
l i k e MC 5 9 6 from Motorola
Semiconductors I n c . ,
P h o e n i x ,
A r i z .
o r
d i f f e r e n t models
o f o t h e r
manufac
t u r e s
a r e
a p p l i c a b l e . FIG.
14
s h o w s
an
e m b o d i m e n t
w i t h MC 5 9 6
d e s i g n e d
f o r f r e q u e n c i e s
a b o u t
1 0 0 MHZ.
F o r a u d i o
f r e q u e n c y
a p p l i c a t i o n s ,
i n t e g r a t e d c i r c u i t s
l i k e Motorol a MC 1594L o r MC l 595L o r d i f f e r e n t
models o f
o t h e r
manufactures can be u s e d , t y p i c a l em
b o d i m e n t s o f
s u c h
o f m u l t i p l i e r s
a r e
d e s c r i b e d
i n : T h e
S e m i c o n d u c t o r
D a t a L i b r a r y , V o l . V I ,
e d i t e d b y
Motor
o l a S e m i c o n d u c t o r s
I n c . ,
i n
t h e
d e s c r i p t i o n o f
t h e
i n t e
g r a t e d c i r c u i t s MC 1594L and MC 5 9 5 L .
3 .
V o l t a g e c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r s
FIG. 1 5 shows t h e c i r c u i t
diagram
o f
a
v o l t a g e
co n
t r o l l e d
o s c i l l a t o r d e s i g n e d
f o r f r e q u e n c i e s
o f a b o u t
5 . 5
M Hz .
W ith t h e
s a m e c i r c u i t s t r u c t u r e , i t i s p o s s i b l e
t o
c o n s t r u c t
o s c i l l a t o r s up t o t h e UHF-range. Other o s c i l
l a t o r s t r u c t u r e s a r e a l s o
a p p l i c a b l e .
4 .
DC- a n d
L F - a m p l i ? e r s , i n t e g r a t o r s ,
summing
a m
p l i ? e r s
For p u r p o s e s o f DC- a n d L F - a m p l i ? c a t i o n , i n t e g r a
t i o n a n d s u m m a t i o n , c i r c u i t s
w i t h
o p e r a t i o n a l a m p l i ? e r s
can be u s e d f o r f r e q u e n c i e s up t o a b o u t 1 0 0 kHz.
C i r c u i t
s t r u c t u r e s f o r t h e s e a p p l i c a t i o n s a r e
g i v e n
i n t h e l i t e r a
t u r e , e . g . J .
W a i t ,
L . Huelsman,
G.
Korn,
I n t r o d u c t i o n t o
O p e r a t i o n a l
A m p l i f i e r s
T h e o r y
a n d A p p l i c a t i o n s ,
M c G r a w - H i l l ,
New o r k , 1 9 7 5 . Low n o i s e
o p e r a t i o n a l
a m p l i ? e r s l i k e ; . L A 7 3 9 f r o m F a i r c h i l d S e m i c o n d u c t o r ,
Mountain v i e w , C a l i f ,
o r
a m p l i ? e r s
w i t h
s i m i l a r p r o p
e r t i e s
s h o u l d
b e t a k e n . FIG. 2 0 shows a t y p i c a l DC- nd
L F - a m p l i ? e r w i t h d i f f e r e n t i a l
i n p u t .
F o r v i d e o a m p l i
? e r a p p l i c a t i o n s , i n t e g r a t e d a m p l i ? e r s w i t h F a i r s c h i l d
uA
7 3 3 can
be
u s e d .
5 . C o n t r o l
? l t e r s
FIGS.
1 6 and
1 7
s h ow
two
t y p i c a l
c o n t r o l ? l t e r s .
Ea c h o f
t h em can be used t o form
t h e c o n t r o l
? l t e r
b l o c k RF f
t h e
c i r c u i t s o f FIGS. 3 , 5 - 8 , 1 1 , 1 2 . I n t h e
c o n t r o l
? l t e r o f FIG.
1 7 ,
a n o p e r a t i o n a l
a m p l i ? e r
i s
u s e d . One
p o s s i b l e
r e a l i z a t i o n i s t h e i n t e g r a t e d c i r c u i t
F a i r c h i l d
; L A
7 3 9 .
6 . Other ? l t e r s
-
8/9/2019 Us 4408351
20/22
4 , 4 0 8 , 3 5 1
1 3
As l o w p a s s
a n d
b a n d p a s s ? l t e r s , s i m i l a r c o n s t r u c t e d
? l t e r s ,
a s
t h e y a r e u s e d i n s t a t e - o f - t h e - a r t
r e c e i v e r s ,
a r e
a p p l i c a b l e .
7 . 9 0 °
p hase s h i f t e r
As
9 0 “ p h a s e s h i f t e r , a
q u a d r a t u r e h y b r i d c a n b e
u s e d .
A
y p i c a l r e a l i z a t i o n i s t h e h y b r i d J H - l 3 l f r o m
Anzac
E l e c t r o n i c s ,
W a l t h a m ,
M a s s .
The
p h a s e s
o f
t h e
o u t p u t
s i g n a l s o f q u a d r a t u r e
h y b r i d s
d i f f e r a b o u t 9 0 ° a t
s p e c i
?ed
i n p u t
f r e q u e n c i e s .
FIG.
1 8 shows a
r e a l i z a t i o n ,
a s i t
c a n b e
u s e d i n
t h e c i r c u i t s
o f FIGS. 7 — 8 , 1 0 - 1 2 .
8 . P h a s e
m o d u l a t o r
FIG. 1 9 shows a c i r c u i t d i a g r a m o f a s p e c i a l p h a s e
m o d u l a t o r .
I t
c o n t a i n s
a v o l t a g e
c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r ,
t h e r e s i d u a l f r e q u e n c y o f
w h i c h
m u s t b e a p p r o x i m a t e l y
t h e same
a s
t h e
r e s i d u a l
f r e q u e n c y o f
t h e c a r r i e r
t o be
m o d u l a t e d . P o s s i b l e
e m b o d i m e n t s
o f v o l t a g e
c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r s a r e
d e s c r i b e d a b o v e .
The p h a s e m o d u l a t o r o f
F I G .
1 9 i s u s e f u l f o r
f r e q u e n c i e s u p t o
8 0
MHZ.
I t s
a d v a n t a g e i s a
h i g h l y l i n e a r p h a s e - v o l t a g e t r a n s f e r c h a r
a c t e r i s t i c w i t h m a x imu m p h a s e d e v i a t i o n s up t o i 2 1 r .
W i t h
t h e
a i d
o f f r e q u e n c y
m u l t i p l i e r s
( d e s c r i b e d
i n :
V . K r o u p a , F r e q u e n c y S y n t h e s i s , G r i f ? n
& C i e . , L t d . ,
L o n d o n , 1 9 7 3 ,
c h a p t e r
2 ) i t
i s
p o s s i b l e t o
e x c e e d
t h e
f r e q u e n c y
a n d p h a s e
d e v i a t i o n r a n g e
o f
t h e d e s c r i b e d
p h a s e m o d u l a t o r .
I t w i l l b e
u n d e r s t o o d t h a t t h e a b o v e d e s c r i p t i o n o f t h e
‘ p r e se n t i n v e n t i o n
i s
s u s c e p t i b l e t o v a r i o u s modi?ca
t i o n s ,
c h a n g e s
a n d a d a p t a t i o n s , a n d
t h e
same
a r e i n
t e n d e d t o b e comprehended w i t h i n
t h e m e a n i n g
a n d
r a n g e o f
e q u i v a l e n t s
o f t h e
a p p e n d e d
c l a i m s .
W h a t
i s c l a i m e d
i s :
1 .
A
i r e c t l y
m i x i n g b r o a d c a s t s i g n a l r e c e i v i n g
s y s
t e m , i n which
a
r e c e i v e d m o d u l a t e d h i g h f r e q u e n c y
s i g n a l
i s
d i r e c t l y d e m o d u l a t e d
i n t o
a
d e m o d u l a t e d low
f r e q u e n c y
b a s e
b a n d
s i g n a l
b y
m i x i n g w i t h
a
s y n c h r o
n i z e d l o c a l o s c i l l a t o r s i g n a l ,
s a i d
s y s t e m i n c l u d i n g
a
p h a s e
c o n t r o l
l o o p c o m p r i s i n g
a ? r s t m i x e r h a v i n g ? r s t
and s e c o n d i n p u t s a n d a n
o u t p u t
and a r r a n g e d t o p r o
v i d e
a t
s a i d
o u t p u t
a s i g n a l p r o p o r t i o n a l
t o
t h e a l g e b r a i c
p r o d u c t
o f t h e s i g n a l s a p p l i e d t o s a i d ? r s t a n d s e c o n d
i n p u t s
a n d
i n c l u d i n g h i g h f r e q u e n c y
a n d l o w
f r e q u e n c y
components,
means
connected
f o r d e l i v e r i n g t h e r e
c e i v e d
m o d u l a t e d
h i g h f r e q u e n c y
s i g n a l t o
s a i d ? r s t
i n p u t o f s a i d ? r s t m i x e r , a v o l t a g e
c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r
h a v i n g a n i n p u t a n d a n o u t p u t , w i t h s a i d
o u t p u t
b e i n g
c o n n e c t e d
f o r
s u p p l y i n g
t o s a i d
s e c o n d i n p u t
o f s a i d
? r s t m i x e r a n a l t e r n a t i n g
v o l t a g e o f
s u b s t a n t i a l l y con
s t a n t
a m p l i t u d e
and h a v i n g a
f r e q u e n c y
which s
a f u n c
t i o n
o f
t h e
v o l t a g e
a t
s a i d
o s c i l l a t o r i n p u t ,
a
? r s t
l o w p a s s
? l t e r c o n n e c t e d
t o s a i d o u t p u t o f
s a i d ? r s t m i x e r f o r
p r o v i d i n g a
? l t e r e d
o u t p u t s i g n a l
r e p r e s e n t a t i v e o f s a i d
? r s t m i x e r
o u t p u t
s i g n a l w i t h t h e h i g h f r e q u e n c y
c o m
p o n e n t
o f s a i d
? r s t
m i x e r o u t p u t s i g n a l
s u b s t a n t i a l l y
s u p p r e s s e d ,
a n d means
f o r
a p p l y i n g
t h e ? l t e r e d o u t p u t
s i g n a l
o f
s a i d ? r s t
l o w p a s s
? l t e r t o
s a i d i n p u t o f
s a i d
v o l t a g e
c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r , w h e r e i n s a i d ? r s t m i x e r
c o m p r i s e s
m e a n s
f o r
d e c o u p l i n g
i t s
o u t p u t s i g n a l f r o m
s a i d
? r s t
i n p u t ,
s a i d
? r s t m i x e r a n d ? r s t
l o w p a s s ? l t e r
c o m p r i s e m e a n s f o r s u p p r e s s i n g a l l f r e q u e n c y c o m p o
n e n t s o t h e r t h a n t h a t
o f
t h e a l g e b r a i c
p r o d u c t o f
t h e
s i g n a l s t o b e m i x e d , s a i d
v o l t a g e
c o n t r o l l e d o s c i l l a t o r i s
c o n s t r u c t e d
t o
be tuned over
a
predetermined
band
of
h i g h
f r e q u e n c i e s t o
b e
r e c e i v e d , t h e
o u t p u t
s i g n a l
o f
a i d
v o l t a g e c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r i s s u b s t a n t i a l l y
s i n u s o i d a l
a n d
t h e m i x e d
o u t p u t s i g n a l
p r o d u c e d b y s a i d
? r s t
m i x e r
i s low i n
h a r m o n i c s , w h e r e b y ’ t h e
r e c e i v e d
m o d u l a t e d
h i g h f r e q u e n c y s i g n a l ‘ i s d i r e c t l y d e m o d u l a t e d b y s a i d
5
5
2 5
3 0
L u 5
45
6 0
1 4
p h a s e
c o n t r o l
l o o p
w i t h o u t
t h e
a i d o f a n i n t e r m e d i a t e
f r e q u e n c y s i g n a l .
2 . An r r a n g e m e n t a s
de?ned i n c l a i m
1
w h e r e i n : t h e
r e c e i v e d
s i g n a l
i s a
s i n g l e
s i d e b a n d
a m p l i t u d e
m odu
l a t e d
s i g n a l ; s a i d
m e a n s
f o r d e l i v e r i n g t h e r e c e i v e d s i g
n a l
c o m p r i s e a
t u n a b l e
b a n d p a s s ? l t e r t u n e d t o
t h e
r e
c e i v e d
s i g n a l
a n d c o n n e c t e d a h e a d o f
s a i d
? r s t i n p u t o f
s a i d
? r s t
m i x e r ; a n d t h e ? l t e r e d
o u t p u t
s i g n a l f r o m s a i d
? r s t
l o w p a s s
? l t e r c o n s t i t u t e s t h e d e m o d u l a t e d
o u t p u t
o f
s a i d
s y s t e m .
3 .
An arrangement
a s de?ned
i n
c l a i m 1
w h e r e i n :
t h e
r e c e i v e d
s i g n a l
i s
a p h a s e m o d u l a t e d s i g n a l w i t h s m a l l
maximum p h a s e d e v i a t i o n ; s a i d s y s t e m f u r t h e r c o m
p r i s e s a s e c o n d l o w p a s s ? l t e r c o n n e c t e d t o t h e o u t p u t o f
s a i d
? r s t
l o w p a s s ? l t e r ; a n d t h e o u t p u t s i g n a l f r o m s a i d
s e c o n d
l o w p a s s
? l t e r c o n s t i t u t e s
t h e
d e m o d u l a t e d o u t
p u t o f s a i d s y s t e m .
4 .
An arrangement a s de?ned
i n
c l a i m
1 w h e r e i n :
t h e
r e c e i v e d s i g n a l i s
a
b r o a d b a n d p h a s e m o d u l a t e d s i g n a l ;
s a i d
s y s t e m
f u r t h e r
c o m p r i s e s
a n
i n t e g r a t o r
c o n n e c t e d
f o r p r o d u c i n g a s i g n a l r e p r e s e n t a t i v e o f t h e
t i m e
i n t e
g r a l o f t h e o u t p u t
s i g n a l f r o m
s a i d
? r s t
? l t e r
a n d a p h a s e
modulator c o n n e c t e d between s a i d o s c i l l a t o r and t h e
o t h e r i n p u t o f
s a i d
? r s t m i x e r and h a v i n g a c o n t r o l i n p u t
c o n n e c t e d
t o t h e
o u t p u t
o f s a i d i n t e g r a t o r f o r c a u s i n g
t h e
a l t e r n a t i n g v o l t a g e
s u p p l i e d
t o
t h e
o t h e r i n p u t o f
s a i d
? r s t
m i x e r t o b e t h e o s c i l l a t o r o u t p u t s i g n a l p h a s e
m o d u l a t e d
b y
t h e
o u t p u t s i g n a l f r o m s a i d i n t e g r a t o r ;
a n d t h e o u t p u t
s i g n a l
f r o m
s a i d i n t e g r a t o r c o n s t i t u t e s
t h e
d e m o d u l a t e d o u t p u t o f s a i d
s y s t e m .
5 . An
arrangement
a s de?ned
i n
c l a i m 2 , 3 o r
4
w h e r e i n
s a i d
? l t e r e d o u t p u t
s i g n a l
a p p l y i n g
means h a s a
l o w p a s s
c h a r a c t e r i s t i c
a n d s a i d
o s c i l l a t o r
i n p u t h a s a
l o w p a s s c h a r a c t e r i s t i c w i t h
a
l i m i t f r e q u e n c y
which
i s
e q u a l
t o
a t l e a s t t e n t i m e s t h e l o w e s t o n e o f t h e l i m i t
f r e q u e n c i e s o f
s a i d
? r s t
l o w p a s s
l t e r
a n d
s a i d
? l t e r e d
o u t p u t s i g n a l
a p p l y i n g
m e a n s .
6 .
An
a r r a n g e m e n t a s
de?nedin c l a i m
5 w h e r e i n s a i d
p h a s e c o n t r o l l o o p
f u r t h e r
c o m p r i s e s a c o n t r o l
? l t e r
c o n n e c t e d
b e t w e e n
t h e o u t p u t o f
a i d
? r s t l o w p a s s
l t e r
a n d s a i d o s c i l l a t o r
f o r c o n t r o l l i n g t h e
o u t p u t s i g n a l
o f
s a i d
o s c i l l a t o r .
7 . An rrangement a s de?ned i n
c l a i m
5 wherein s a i d
? r s t l o w p a s s ? l t e r
c o m p r i s e s
a
low n o i s e
d o .
a n d low
f r e q u e n c y a m p l i ? e r c o n n e c t e d b e t w e e n t h e o u t p u t
o f
s a i d ? r s t m i x e r a n d s a i d
o s c i l l a t o r .
8 . An arrangement a s
de?ned
i n c l a i m 1 wherein s a i d
? r s t
m i x e r
c o m p r i s e s a b r i d g e c i r c u i t .
9 . An
arrangement
a s de?ned
i n
c l a i m 1
wherein
s a i d
? r s t
m i x e r
i s low
i n
n o i s e
and
h a s
a
l i n e a r t r a n s f e r
c h a r
a c t e r i s t i c c o n c e r n i n g t h e a m p l i t u d es o f t h e s i g n a l s
t o
b e
m i x e d .
1 0 .
An
rrangement a s de?ned i n c l a i m 1 wherein s a i d
v o l t a g e c o n t r o l l e d
o s c i l l a t o r i s a r r a n g e d t o b e
t u n e d
i n
r e s p o n s e t o d . c .
a n d low f r e q u e n c y s i g n a l s .
1 1 . An
rrangement
a s
de?ned i n
c l a i m 1
wherein
t h e
o u t p u t s i g n a l
o f
s a i d v o l t a g e c o n t r o l
o s c i l l a t o r
h a s a n
a m p l i t u d e
which
i s
a p p r o x i m a t e l y
c o n s t a n t
o v e r t h e
e n t i r e
r e c e i v i n g
f r e q u e n c y
b a n d ,
a n d s a i d
o s c i l l a t o r h a s
h i g h
f r e q u e n c y
a n d
p h a s e s t a b i l i t y .
1 2 . An arrangment a s
de?ned i n c l a i m
1 wherein s a i d
means
f o r d e l i v e r i n g t h e r e c e i v e d s i g n a l c o m p r i s e s a
h i g h
f r e q u e n c y i n p u t p r e a m p l i ? e r c o n n e c t e d
t o
s a i d
? r s t
i n p u t
o f
s a i d
? r s t
m i x e r
a n d
h a v i n g
a
low
r e a c t i v e
e f f e c t a n d l o w n o i s e ,
h i g h g a i n
a n d f u r t h e r
h a v i n g a t
l e a s t one o f h i g h
l i n e a r i t y and
no l i m i t a t i o n
w i t h i n
a
g i v e n
r a n g e
a n d
a u t o m a t i c
s e l e c t i v e
a m p l i t u d e
r e g u l a
t i o n .
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