Funktionsweise Koinzidenz-Demodulator für FM (A225, TDA1047)

[Thomas Falk]

Hallo,

hat hier jemand Informationen zur Funktionsweise eines
Koinzidenzmodulators für frequenzmodulierte Signale, wie er im TDA1047
bzw. A225 angewendet wird?

Ich würde einen solchen Schaltkreis gern etwas zweckentfremdet
einsetzen, und brauche einen Synchron-Gleichrichter (von einem externen
Takt gesteuert) nach der ZF-Verstärker-Stufe und Begrenzung. Nach den
spärlichen Angaben, die ich bis jetzt gefunde habe, könnte ich den
Koinzidenzdemodulator gleich dafür verwenden, ich bin mir aber nicht
sicher.

Jeder Hinweise ist willkommen,

Thomas

 

[Oliver Bartels]

On 15 May 2005 03:24:34 -0700, "Thomas Falk" <tommf@web.de> wrote:

hat hier jemand Informationen zur Funktionsweise eines
Koinzidenzmodulators für frequenzmodulierte Signale, wie er im TDA1047
bzw. A225 angewendet wird?

Recht einfach: Durch den langsam folgenden 90-Grad Schwingkreis
wird die FM in eine Phasenmodulation umgewandelt, der folgende
Vier-Quadranten--Mischer spielt dann den Phasenvergleicher und
liefert ergo das demodulierte Signal.

Gruß Oliver

--
Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10

 

[Thomas Falk]

Hallo Oliver,

Oliver Bartels schrieb:

Recht einfach: Durch den langsam folgenden 90-Grad Schwingkreis
wird die FM in eine Phasenmodulation umgewandelt, der folgende
Vier-Quadranten--Mischer spielt dann den Phasenvergleicher und
liefert ergo das demodulierte Signal.

Wenn ich das richtig verstanden habe, könnte ich dann den Schwingkreis
weglassen und an den dazugehörigen Pins ein Referenzsignal einspeisen.
Nach dem Demodulator müsste sich dann ein zur Phasenverschiebung
zwischen dem Referenzsignal und dem verstärkten Signal proportionales
Ausgangsspannung ergeben.

Genau das bräuchte ich. Klappt das?

Hintergrund der Anwendung ist die Laufzeitmessung eines modulierten
optischen Signals.

Schöne Pfingsten,

Thomas

 

[Oliver Bartels]

On 15 May 2005 06:29:14 -0700, "Thomas Falk" <tommf@web.de> wrote:

Wenn ich das richtig verstanden habe, könnte ich dann den Schwingkreis
weglassen und an den dazugehörigen Pins ein Referenzsignal einspeisen.
Nach dem Demodulator müsste sich dann ein zur Phasenverschiebung
zwischen dem Referenzsignal und dem verstärkten Signal proportionales
Ausgangsspannung ergeben.

Genau das bräuchte ich. Klappt das?

Frei nach Radio Eriwan:
Im Prinzip ja.

Allerdings reicht dann *ein* Mischer nicht mehr aus, weil der
Schwingkreis automatisch einen vernünftigen Phasenwinkel
herstellt und es bei FM eh' nur auf die Ableitung (Änderung) der
Phase ankommt, denn eine ständige Phasenänderung ist
eine Frequenzänderung. Das Differenzieren übernimmt beim
FM Koinzidenzdemodulator der Schwingkreis, er "merkt" sich
die vorherige Phasenlage.

"Vernünftig" ist der Phasenwinkel 90 Grad, weil an dieser
Stelle wegen sin x = x für x -> 0 (_gegen_ Null, nicht ist Null!)
der Demodulationsmischer im linearen Bereich arbeitet und
ein *eindeutiges* Ausgangssignal liefert - was bei einem
Plateau des Sinus nicht der Fall ist, bei sin x = 1 geht es
in beide x-Richtungen nur abwärts.

Bei einem vorgegebenen frequenzgleichen Referenzsignal
kannst Du Dir aber den (bei Dir laufzeitabhängigen) Winkel
im allgemeinen nicht aussuchen.

Deshalb brauchst Du dann einen Mischer für dein Referenzsignal
*und* einen weiteren für das um 90 Grad verschobene Referenzsignal.
Das ganze nennt sich dann (kohärenter) Vektordemodulator oder
I/Q Demodulator.

Der Winkel des Vektors (I,Q) gibt dabei die Phasenlage an,
für FM brauchst Du dann noch einen Differenzierer am
Phasensignal hinter dem Vektordemodulator.

Dazu muss man aber erstmal die Phase haben, beim
FM-Koinzidenzdemodulator ist das wg. den 90 Grad
kein Problem.

Analog ist der Winkel nicht ganz einfach zu ermitteln, weil
nichtlineare Winkelfunktionen im Spiel sind, läuft das letztlich
mehr oder weniger auf Schätzometers hinaus. Je nach
Anwendung kann aber auch z.B. eine Multiplikation dI/dt mit Q
plus vice versa oder auch I direkt mit Q etwas bringen
(wobei man die FM einfacher haben kann, s.o.)

Digital geht das leicht über den *CORDIC*-Algorithmus auf
einem DSP oder in Hardware. Deshalb folgen auf die meisten
I/Q-Demodulatoren A/D-Wandler ...

Das 90 Grad Referenzsignal kann entweder analog gewonnen
werden (R/C-Tiefpass versus C/R-Hochpass gibt genau 90
Grad Phasenversatz), halbdigital (Referenzsignal mit doppelter
Frequenz auf Teiler) oder vollständig digital (NCO innerhalb
eines digitalen Vektordemodulators, da gibt es fertige Bausteine,
die das digitalisierte ZF Signal übernehmen, mit intern digital
erzeugten 0 Grad/90 Grad Sinussignalen über Multiplizierer
rechnerisch mischen und dann ebenfalls über digitale Filter
bandbegrenzen und sogar den CORDIC realisieren).

Die komplett digitale Lösung nennt sich DDC (Digital Down
Converter).

Analoge IC-Beispiele:
http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/756258393AD8347_0.pdf
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1011,C1097,P2355,D5145

Digital IC-Beispiele:
http://www.intersil.com/data/fn/fn4450.pdf
http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/288084981AD6652_0.pdf

Warnung: Nicht nur bei der digitalen Lösung steckt der Teufel
im Detail ...

Been there, done that.

Und der von Dir genannte IC ist ein guter FM-Demodulator,
aber nicht für diesen Zweck gebaut ...

Hintergrund der Anwendung ist die Laufzeitmessung eines modulierten
optischen Signals.

Da liegst Du schon richtig, das ist eine klassische
Korrelationsaufgabe und soetwas macht man heute
zumeist digital mittels DSP oder FPGA oder entsprechenden
Spezialbausteinen. Wenn das Signal sehr hochfrequent ist,
kann auch ein Baustein wie der AD8347 oder LT5515
oder, wenn es noch mehr GHz sein sollen, diverse Hittite
oder UMS IC's nützlich sein.

Zu beachten ist: Eine Korrelation zweier *empfangener*
Signale liefert natürlich immer schlechtere S/N als die
Korrelation eines empfangenen Signals mit einem
synthetisch erzeugten kohärenten Referenzsignal.

Schöne Pfingsten,

Danke gleichfalls.

Gruß Oliver

--
Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10

 

[Thomas Falk]

Hallo Oliver,

vielen Dank für die ausführliche Antwort. Die Phasenlage am
Demodulator muß ich nochmal durchdenken, aber prinzipiell sollte es
funktionieren. Ich werde es mal probieren.

Danke nochmals für die Hilfe,

Thomas