Повышение кач-ва ИиЗС ч

Качество обработки сигналов изображения и звукового сопровождения в таком тракте ПЧ было невысоким по следующим причинам:

Во-первых, безыскаженное детектирование радиосигнала с ЧПОБП принципиально невозможно при использовании ЛДО, так как в данном случае огибающая не повторяет форму модулирующего сигнала (возникают нелинейные искажения).

Во-вторых, из-за постоянно присутствующей на практике некоторой нелинейности видеодетектора происходит проникновение гармоник сигнала яркости в полосу частот РСЗС (перекрестные искажения из канала изображения в канал звукового сопровождения).

В-третьих, во время программ ЦТВ возникают биения между промежуточными частотами РСЗС fПР.З1 и сигнала цветности fПР.Ц, в результате чего в канал изображения попадает помеха разностной частоты:

fПОМ = (fПР.И – fЦ..П) – fПР.З1 = fПР.З2 – fЦ.П

(2.1)

где fЦ.П – частота цветовой поднесущей.

Для уменьшения помех подобного рода в полосовом фильтре УПЧИ РСЗС на первой ПЧ подавляется на 14…22 дБ. Обратной стороной такого действия является снижение чувствительности канала звукового сопровождения. Поэтому этот вариант ТПЧ применялся в черно-белых телевизорах до внедрения ЦТВ.

		К(f)
		1
		0,5
	0,08...0,2
	(-14...-22 дБ)	0
fПР.З1		fПР.И	f, МГц

Рис. 2.3. Обобщенная АЧХ полосового фильтра тракта ПЧ c совместной обработкой РСИ и РСЗС

Вполне закономерно, что с развитием элементной базы на смену тракту ПЧ с совместной обработкой РСИ и РСЗС, выполненному на базе ЛДО, пришли более совершенные микросхемы с СД. Если рассматривать вопрос совершенство-

26

вания трактов ПЧ в хронологическом порядке, то следующей была схема с квазипараллельной обработкой РСИ и РСЗС, в которой использовались ЛДО в канале изображения и детектор разностной частоты (ДРЧ) в канале звукового сопровождения.

2.3. Тракт ПЧ с квазипараллельной обработкой РСИ и РСЗС с использованием в канале звукового сопровождения детектора разностной частоты

Итак, схемы с совместной обработкой РСИ и РСЗС перестали удовлетворять возросшим требованиям к качеству изображения и звука. Стало очевидно, что сигналы изображения и звукового сопровождения необходимо обрабатывать раздельно. Однако вариант с полностью раздельной обработкой радиосигналов был отвергнут из-за чувствительности данной схемы (в частности, канала звукового сопровождения к нестабильности частоты гетеродина селектора каналов).

На практике нашел применение другой вариант схемы, получивший название гибридного, или, в настоящее время, квазипараллельного (рис. 2.4). В этой схеме групповой сигнал ПЧ с выхода селектора каналов поступал в канал изображения через последовательно включенные фильтры Z1, Z2, а в канал звукового сопровождения – только через фильтр Z1. Тем самым формировалась различная АЧХ каналов изображения и звукового сопровождения (рис. 2.5). В канал звукового сопровождения РСИ и РСЗС на ПЧ проходили без подавления и поступали на детектор разностной частоты UR1, причем последний мог работать как в линейном, так и в квадратичном режимах, т. е. не требовал большого размаха входных сигналов.

Z1	UR1	Z3	A1	UR3	Вых. UЗЧ
Вх. ПЧ
fПР.И, fПР. З1	Z2	UR2 fПР. З2
			Вых. UПЦТС

fПР. З1

Рис. 2.4. Квазипараллельный тракт ПЧ на базе ЛДО в канале изображения и ДРЧ в канале звукового сопровождения

27

Канал	Канал
звукового		К(f)
сопровождения	изображения
		1

0,5

0

fПР.З1

fПР.И

f, МГц

Рис. 2.5. Обобщенная АЧХ полосовых фильтров каналов изображения и звукового сопровождения квазипараллельного

тракта ПЧ с детектором разностной частоты.

Результирующая АЧХ фильтров в канале изображения выбиралась таким образом, чтобы обеспечить подавление РСЗС. Это обеспечивалось за счет включения дополнительного режекторного фильтра Z2, настроенного на первую ПЧ РСЗС fПР.З1. Тем самым практически полностью устранялись перекрестные помехи в канал изображения от сигнала звукового сопровождения.

Однако по-прежнему оставалась нерешенной проблема обеспечения безыскаженной демодуляции РСИ. Это объясняется тем, что при прохождении РСИ через систему с частично подавленной одной боковой полосой (ЧПОБП) со стандартными АЧХ передатчика и приемника (рис. 1.3) и эквивалентной характеристикой фильтра с кососимметричным склоном (рис. 2.6):

	ì	0,		f	< fПЧИ - FВ , fПЧИ + Df
K( f ) =	ï0,5 +		f - fПЧИ	, f	ПЧИ	- Df £ f £ f	ПЧИ	+ Df ,	(2.2)
	í		2Df
	ï
	ï	1,		fПЧИ - FB < f < fПЧИ - Df
	î

где f – ширина кососимметричного склона (для большинства стандартов составляет 0,75 МГц);

FB - верхняя граничная частота спектра видеосигнала,

в его составе появляется, помимо полезной синфазной UРСИ.СИНФ, паразитная квадратурная составляющая UРСИ.КВ (рис. 2.7), приводящая при демодуляции к нелинейным искажениям сигнала. Величина квадратурной составляющей прямо пропорциональна индексу модуляции, а также разности коэффициентов переда-

28

чи фильтра для верхней и нижней боковых полос РСИ. Наибольшие искажения возникают при передаче мелких цветных деталей изображения [8]. При этом искажениям подвергаются как уровни передаваемых сигналов яркости и цветности, так и их фазовые соотношения в зависимости от глубины модуляции m.

				К(f)
				1
			k2UHm	k0UH
			2	k1UHm
				2	f, МГц
				0
	fПР.И – FВ		fПР.И - f fПР.И fПР.И + f
Рис. 2.6. Прохождение АМ сигналов через фильтр
		с кососимметричным склоном
k U m		k2UHm		k1UHm	k2UHm
1 H				2	2
2	φ	2
					φ
k0UH
				k0UH
	UРСИ			UРСИ.СИНФ.	UРСИ
				ψ

UРСИ.КВ.

а

б

Рис. 2.7. Векторные диаграммы АМ сигналов: а – с ДБП, б – с ЧПОБП

Чувствительность КЗС при построении тракта ПЧ по гибридной схеме значительно выше, чем тракта с совместной обработкой РСИ и РСЗС, так как отсутствует подавление РСЗС на первой ПЧ, остальные параметры находятся приблизительно на том же уровне. Основным фактором, не позволяющим значительно повысить характеристики канала, остаются перекрестные искажения от сигнала изображения.

29

2.4.Тракт ПЧ с совместной обработкой радиосигналов изображения

извукового сопровождения на базе синхронного демодулятора

Следующим шагом на пути повышения качественных показателей трактов ПЧ ТВ приемников было применение в качестве демодулятора синхронного детектора. Большинство трактов ПЧ, имеющих в своем составе синхронный детектор, строилось по схеме с совместной обработкой РСИ и РСЗС (рис. 2.8). Групповой сигнал с выхода селектора каналов через ПФ Z1 с АЧХ, аналогичной приведенной на рис. 2.3, поступает на блок синхронного детектора UR1, на выходе которого выделяется сигнал изображения UПЦТС и РСЗС на второй ПЧ fПР.З2.

Z1 UZ1

Вх. ПЧ

fПР.И, fПР.З1 A1

Z2 A2 UR1 Вых. UЗЧ

Z3

Вых. UПЦТС

fПР.З2

Рис. 2.8. Совместный канал обработки сигналов изображения и звукового сопровождения с синхронным демодулятором

Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в синхронном детекторе. Его схема (рис. 2.9) включает перемножитель 1 и фильтр нижних частот 2 с верхней частотой пропускания FВ, или FВ+ fПР.З. На первый вход перемножителя поступает радиосигнал ПЧ U1(t) (или только радиосигнал изображения), на второй вход — опорное колебание в виде немодулированного (в идеале) напряжения U2(t) =Асоs 2πfПР.И t промежуточной изображения с амплитудой А.

Если считать, что U1(t) состоит из двух слагаемых, первое из которых характеризует ЧМ сигнал, а второе — АМ сигнал изображения с амплитудами немодулированных промежуточных звука АЗ и изображения АИ, то сигнал U3(t) после перемножителя равен

U3(t)= U1(t)× U2(t),

(2.3)

а напряжение U4(t) после фильтра нижних частот 2 состоит только из UПЦТС и второй промежуточной звука без каких-либо дополнительных межканальных помех.

30

Для обеспечения линейности демодулятора необходимо, чтобы А>>АИ, при этом А ≈ 0,3 - 3 В, АИ < 30 - 50 мВ. При таких уровнях биения непосредственно

	между компонентами группового сигнала
	оказываются пренебрежимо малыми. Для		Рис. 2.9. Обобщённая схема
	упрощения требований к фильтру ниж-			синхронного детектора:
			1	– перемножитель;
	них частот	2, который осуществляет
			2	– фильтр нижних частот
	фильтрацию	высокочастотных компо-

нент, перемножители выполняют по балансной схеме. Недостатки такого варианта — сложность построения перемножителя и блока восстановления несущей частоты на дискретных элементах — преодолены путём выполнения их в виде интегральной схемы. Этот вариант обеспечивает более высокое качество демодулированных сигналов, к тому же упрощается построение тракта ПЧ, в котором теперь не требуются мощные высоколинейные оконечные каскады. Синхронный

	демодулятор используется в телевизорах
	начиная с 3-го (2УСЦТ и ЗУСЦТ) и за-
	канчивая 6-м поколением, а также в
	большинстве зарубежных		телевизион-
	ных приемников экономич-ного класса.
	Безыскаженное	детектирование
	РСИ и выделение РСЗС на второй ПЧ
	будет только в том случае, если несущая
	изображения в U1(t) и опорный сигнал
	U2(t) синфазны. Поэтому особое внима-
	ние уделяется схемам		регенерации
	опорного сигнала. Здесь можно выде-
	лить два способа регенерации - пассив-
	ную и активную. Пассивная регенерация			Рис. 2.10. Пассивная регенерация
	осуществляется в соответствии со схе-
				несущей частоты:
	мой, представленной на рис. 2.10. Поло-			a – структурная схема регенератора
	совой фильтр 1, настроенный примерно			(1 – полосовой фильтр; 2 – усили-
				тель-ограничитель); б, в – осцилло-
	на частоту fПР.И, имеет достаточно узкую
				граммы сигналов на входе и выходе
	полосу пропускания (порядка 1,0 МГц).			регенератора

31

В результате исходный радиосигнал изображения «теряет» высокочастотные компоненты модулирующего сигнала, что приводит к уменьшению глубины модуляции. После усилителя-ограничителя 2 формируется двухполярный импульсный сигнал восстановленной несущей частоты. Указанное напряжение подаётся на синхронный демодулятор (СД), который в этом случае называется квазисинхронным. Характерными особенностями пассивной регенерации являются:

-простота выделения несущей частоты;

-сохранение в регенерированном сигнале паразитной частотной модуляции (она возникает вследствие отличия от нуля производной по частоте от коэффициента передачи цепи между входом тракта ПЧ и выходом полосового фильтра 1;

-задержка сигнала U2(t) относительно U1(t) (для её компенсации сигнал U1(t), подаваемый на сигнальный вход СД, задерживается с помощью простой RC-цепи);

-фазовый сдвиг восстановленного колебания

несущей U2(t) относительно колебания несущей сигнала U1(t).

Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, определённый фазовый сдвиг не только допустим, но и полезен, с точки зрения качества демодулированного сигнала изображения. Он достигается путём небольшой расстройки фильтра 1, который называется опорным контуром СД, в сторону частоты f > fПР.И. При такой расстройке происходит также уменьшение переходной помехи в канале звукового сопровождения, если СД является групповым . Это объясняется уменьшением величины производной коэффициента передачи каскадного соединения блоков 1 и 2 (рис. 2.10, а) по частоте в точки f = fПР.И, где блок 1 (совокупность каскадов от входа тракта ПЧ до входа перемножителя СД) имеет АЧХ в виде, изображённом на рис. 2.11, б, а блок 2 (полосовой фильтр) —АЧХ на рис. 2.11, в.

Рис. 2.11. Механизм образования межканальных помех:

а – упрощённая структурная схема синхронного детектора с пассивным регенератором (1 – тракт ПЧ с кососимметричным склоном АЧХ K1(f); 2 – полосовой фильтр с АЧХ K2(f); 3 – перемножитель); б, в – частотные характеристики отдель-

ных блоков устройства

32

Следовательно, для группового СД настройку опорного контура можно производить или по минимуму межканальных помех или по максимуму качества сигнала изображения (например, по наилучшей форме ИХ и ПХ), при этом результаты настройки будут близкими. Полоса пропускания опорного контура ПОК выбирается из условия, что уход несущей частоты fПР.И на величину fГ (за счёт изменения частоты гетеродина в селекторе каналов) не приведёт к уходу выбранного фазового сдвига между колебаниями исходной и регенерированной несущей fПР.И на величину, большую, чем допустимая ΔφСД. Из уравнения

ПОК ≥ fПР.И / QОК = fГ / ( 2× ΔφСД ),

(2.4)

задаваясь типовыми значениями fГ и ΔφСД, можно определить полосу пропускания и добротность опорного контура. Так, при fГ < 0,1 МГц, fПРИ = 38 МГц и ΔφСД <2° = π / 90 рад получим ПОК > 1,5 МГц, QОК < 25. При такой широкой поло се пропускания опорного контура напряжение регенерированной несущей U2(t) оказывается модулированным по частоте составляющими сигнала яркости в полосе частот от 0 до 0,5 - 1,0 МГц. При условии, что

U2(t) =А cos[2 π fПР.И t + φ(t)],

(2.5)

где φ(t) - паразитная фазовая (частотная) модуляция регенерированного сигнала, на выходе группового СД получим яркостный сигнал

A’Я(t) =AЯ(t) cos φ(t),

(2.6)

сигнал цветности

А’Ц(t) =Rе [АЦ(t) е jφ(t)],

(2.7)

сигнал звука на второй промежуточной частоте

А’З(t) =Rе [АЗ(t) е jφ(t)],

(2.8)

где AЯ(t), АЦ(t) и АЗ(t) соответствуют этим же сигналам при идеальной регенерации несущей частоты, т. е. при φ(t) = 0.

Можно показать, что в первом приближении

33

ϕ(t) mn	dK(ω)		×	dAЯ.Н (t)	,	(2.9)
	dω K(ω)			dt

где mn - номинальное значение коэффициента модуляции РСИ сигналом яркости (mn ≤ 0,7…0,9);

K(ω) и dK(ω)/dω - коэффициент передачи и его производная по частоте от входа тракта ПЧ до выхода опорного контура СД;

AЯН(t) € [0;1] - нормированный сигнал яркости.

Из приведённых уравнений следует, что пассивная регенерация (квазисинхронный режим детектирования) приводит:

-к нелинейным искажениям сигнала яркости;

-к межканальной помехе «яркость — цветность», размах которой на выходе цветоразностного канала пропорционален d2φ(t)/dt2 = d2AЯ.Н(t)/dt2;

-к межканальной помехе «яркость — звук», также пропорциональной d2φ(t)/dt2 = d2AЯ.Н(t)/dt2, но уже в полосе частот сигнала звукового сопровождения.

Активная регенерация колебаний несущей частоты осуществляется на основе схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), её упрощённый вариант показан на рис. 2.12. Генератор восстановленной несущей G1, напряжение которого U2(t) поступает на второй вход СД, соединён через фазовращатель U1 на 90о со вторым входом фазового детектора (ФД) UR1. На первый вход ФД поступает радиосигнал промежуточной изображения U1(t). На выходе ФД образуется напряжение ошибки, пропорциональное разности фаз U1(t) и U2(t), которое через ФНЧ Z1 и усилитель постоянного тока A5 подаётся на управляющий вход генератора G1, подстраивая его частоту до значения частоты несущего колебания входного сигнала U1(t). Чем уже полоса пропускания ФНЧ Z1, тем меньше частота сигнала U2(t) отличается от несущей. Именно этим определяются фильтрующие свойства схемы ФАПЧ. Однако при узкой полосе пропускания фильтра нижних частот, которая, в принципе, может составлять единицы и даже доли килогерц (тогда как полоса контура 1 на рис. 2.10,а не менее 1 МГц), схема ФАПЧ может работать только при условии, что она предварительно была введена в режим захвата частоты. При включении телевизора и, соответственно, системы ФАПЧ, а также при кратковременных, но значительных скачках частоты несущей fПР.И система ФАПЧ может не войти в указанный режим и автосопровождение частоты не состоится.

34

UR1		U1		G1

Z1 A1

Рис. 2.12. Основной вариант структурной схемы активного регенератора

Чтобы этого избежать, используют один из двух основных приёмов: 1) дополняют схему ФАПЧ схемой АПЧ; 2) коммутируют полосу пропускания ФНЧ системы ФАПЧ для режима поиска и захвата частоты и для режима сопровождения. В первом случае (рис. 2.13, а) схема ФАПЧ выполнена на элементах A1, G1, U1, UR1 и Z1, назначение которых то же, что и на рис. 2.12, а схема АПЧ включает дополнительно частотный детектор UR2, широкополосный ФНЧ Z2 (его полоса несколько мегагерц), широкополосный усилитель постоянного тока A2 и схему сложения U2. Схема АПЧ работает при больших начальных расстройках частот, а когда они становятся малыми, включается схема ФАПЧ, которая частотную ошибку доводит до столь малых значений, что схема АПЧ автоматически отключается (точнее, напряжение на её выходе становится равным нулю). Второй вариант (рис. 2.13, б) кроме известных блоков A1, G1, U1, UR1 и Z1 включает широкополосные Z2 и усилитель постоянного тока A2, блок анализа U2 и коммутатор S1. При больших расстройках по частоте срабатывает блок анализа (используя, например, частотную селекцию) и коммутатор включает в цепь ФАПЧ широкополосный ФНЧ Z2, что обеспечивает захват частоты и вхождение в синхронизм. Через некоторое время в системе произойдёт подстройка генератора G1 и уменьшение расстройки до определённой, но малой величины. При этом происходит переключение коммутатора и цепь ФАПЧ продолжает отслеживание через узкополосный ФНЧ Z1 Как показывает практика, в активных регенераторах несущей частоты полоса пропускания ФНЧ в режиме сопровождения выбирается не менее 10-15 кГц, при этом если входной сигнал U1(t) является модулированным как по амплитуде, так и по частоте (по указанным ранее причинам), то паразитная ЧМ передаётся и сигналу регенерированной несущей U2t) в полосе от 0 до 10-15 кГц. Тогда при использовании СД как группового демодулятора радиосигнал звукового сопровождения на частоте fПР.З2 окажется

35