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1. WO2006100147 - METHOD FOR DAMPING A HIGH-FREQUENCY RADIATION OF A CLOCKED SYSTEM

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[ DE ]

Verfahren zur Dämpfung einer Hochfrequenzabstrahlung eines getakteten Systems

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung einer Hochfrequenzabstrahlung eines getakteten Systems.

Ein getaktetes System weist eine Oszillationseinrichtung auf, welche einen primären Takt für die Schaltvorgänge in dem getakteten System durch Übertragung eines Taktsignals vorgibt. Durch die Schaltvorgänge innerhalb des getakteten Systems werden Störsignale oder Hochfrequenzabstrahlun-gen im Frequenzbereich des primären Takts und abgeleiteter Takte z.B. durch interne Multiplikatoren des Systems verursacht. Heute typisch verwendete primäre Takte und abgeleitete Takte liegen typischer Weise im Bereich von 10 MHz bis über ein 1 GHz. Trotz teilweise aufwändiger Filtereinrichtungen ist eine vollständige Unterdrückung der Störsignale oder Hochfrequenzabstrahlungen in Signalleitungen, Versorgungsleitungen und über die Luft nicht möglich. Im nachfolgenden beinhalten zur Vereinfachung der Ausdrucksweise die Hochfrequenzabstrahlung auch die Störsignale, welche lei-tungsgebunden auftreten.

Die Hochfrequenzabstrahlung kann in weiteren Schaltkreisen zu Störungen führen und ein Fehlverhalten dieser Schaltkreise verursachen. Hierbei treten insbesondere dann Probleme auf, wenn die Hochfrequenzabstrahlung eine hohe Leistung in einem Frequenzbereich aufweist, welchen die weite-ren Schaltkreise verwenden. Dies kann zu nachteiligen Interferenzeffekten führen. Daher sind maximale Obergrenzen der Abstrahlungsleistung einzuhalten, welche eine Störabstrahlung nicht überschreiten darf.

Ein besonders sensibler Bereich sind die für die Funkübertragung verwendeten Frequenzen, vor allem für den Radioempfang. Hierbei können die Störsignale zu unerwünschten Pfeiftönen während des Radioempfangs führen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die Erfindung schafft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, welches die Leistung einer Hochfrequenzabstrahlung eines getakteten Systems in einem Frequenzbereich verringert und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Schritte vor: Bestimmen eines zeitlich gemittelten Maximalwertes, welchen die Leistung der Hochfrequenzabstrahlung der getakteten Vorrichtung in einem vorgegebenen Frequenzband nicht überschreiten soll; Modulieren einer Oszillationsfrequenz des anregenden Oszillators mit einem Frequenzhub, derart dass die mittlere Leistung in dem vorgegebenen Frequenzband unterhalb dem Maximalwert liegt; Bestimmen einer Bandbreite eines Funkempfängers; Modulieren der Oszillationsfrequenz mit einem Frequenzhub (Modulationsfrequenz/Modulationshub), welcher größer als die Bandbreite des Funkempfängers des vorgegebenen Frequenzbandes ist. Die Bandbreite kann in einer Speichereinrichtung vorgehalten werden, oder von einzelnen Schaltkreisen und Baugruppen übermittelt werden.

Die zugrundeliegende Idee ist, dass die Leistung der Hochfrequenzabstrahlung in den vorgegebenen, gestörten Frequenzbereichen über einen größeren Frequenzbereich verteilt wird. Dies reduziert die effektive, sprich die zeitlich gemittelte Leistung innerhalb sensibler Frequenzbereiche. In diesem vorgenannten Sinne ist der Begriff Dämpfung zu verstehen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die anderen Schaltkreise nur in einem bestimmten Frequenzbereich gestört werden und eine Störung erst auftritt, wenn das Störsignal länger als eine kritische Dauer mit einer Mindestleistung permanent anliegt. Da kurzzeitige Störungen effektiv durch Filter- und Puffereinrichtungen abgefangen werden können, wird eine Störung weiterer Schaltkreis durch das getaktete System durch das erfindungsgemäße Verfahren effektiv unterbunden. Vor allem im Radioempfang nimmt ein Hörer kurzzeitig auf-tretende Störungen nicht wahr.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein getakteten Systems mit einem anregenden Oszillator, wobei der anregende Oszillator derart eingerichtet ist, dass dessen Oszillationsfrequenz durch ein Steuersignal einstellbar ist; weist einen Modulationsoszillator auf, welcher mit dem anregenden Oszillator verbunden ist und eingerichtet ist ein periodisches Steuersignal zum Modulieren einer Oszillationsfrequenz des anregenden Oszillators auszugeben, derart dass die mittlere Leistung einer Hochfrequenzabstrahlung in einem vorgegebenen Frequenzband unterhalb einem Maximalwert liegt.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patent-anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der im Patentanspruch 5 angegebenen Vorrichtung.

Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Modulationsfrequenz auf mehr als 400 kHz eingestellt wird. Diese Frequenz ist ausreichend hoch, so dass die meisten UKW-Empfänger nicht gestört werden.

Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht die weiteren Schritte vor: Erfassen eines der Leistung der Hochfrequenzabstrahlung entsprechenden Signals; Steuern des Frequenzhubes anspre- chend auf das Signal, derart dass das Signal unterhalb einem dem Maximalwert entsprechenden maximalen Signal bleibt.

Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht die weiteren Schritte vor: Erfassen eines der Leistung der Hochfrequenzabstrahlung entsprechenden Signals; Bestimmen des Frequenzhubs basierend auf einem Verhältnis des Maximalwertes zu dem Signal;

Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass eine Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des Steuersignals zwischen dem anregenden Oszillator und dem Modulationsoszillator vorgesehen ist, wobei die Verstärkungseinrichtung eine einstellbare Verstärkung aufweist, um den Frequenzhub einzustellen, welcher proportional zu dem Steuersignal ist, einzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren der Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

ZEICHNUNGEN

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines verwendeten Frequenzbereichs für einen Stereoempfänger;

Fig. 3 eine schematische Darstellung verwendeter Frequenzbereich eines Rundfunkempfängers;

Fig. 4 eine Blockdarstellung eines Rundfunkempfängers;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Problematik der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Frequenzbereiches zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts gegenteiliges angegeben ist.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein getaktetes System 21, z.B. ein Mikroprozessor oder ein getakteter Spannungswandler, ist mit einem anregenden Oszillator 22 zur Vorgabe eines primären Takts mit einer Oszillationsfrequenz fτ verbunden. Der Oszillator 22 ist so eingerichtet, dass die Oszillationsfrequenz fτ mittels eines Steuersignals 30 geändert werden kann. Dieses Steuersignal 30 wird von einem Modulationsoszillator 24 bereitgestellt. Das Steuersignal 30 ist ein periodisches Signal, es kann sinusförmig, dreiecksförmig oder anderes geartet sein. Durch Anlegen des periodischen Steuersignals 30 wird dann die Oszillationsfrequenz fτ periodisch mit einem vorgegebenen Frequenzhub zwischen einer unteren und einer oberen Grenzfrequenz moduliert. Dadurch wird die Hochfrequenzabstrahlung ebenfalls moduliert und somit deren Leistung über einem dem Fre-quenzhub entsprechenden Frequenzbereich verteilt. Gemäß bekannten Spezifikationen von anderen Schaltkreises und gesetzlichen Vorgaben kann eine maximale zulässige Hochfrequenzabstrahlung in einzelnen relevanten Frequenzbereichen bestimmt werden. Daraufhin wird der Frequenzhub so eingestellt, dass die zeitlich gemittelte Leistung der Hochfrequenzabstrahlung innerhalb der relevanten Frequenzbereiche unterhalb des maximal zulässigen Wert liegt. Eine Einstellung des Frequenzhubs kann mittels einer regelbaren Verstärkungseinrichtung 23 vorgenommen werden, welche zwischen dem Oszillator 22 und dem Modulationsoszillator 24 zur Verstärkung oder Dämpfung des Steuersignals 30 angeordnet ist.

Es ist weiter möglich eine Antennenvorrichtung 25 vorzusehen, welche die Hochfrequenzabstrahlung des getakteten Systems 21 erfasst. Die erfasste Hochfrequenzabstrahlung wird einer Steuerungseinrichtung 26 zugeführt, welche basierend darauf die Verstärkungseinrichtung 23 steuert, um den Frequenzhub zu erhöhen. Dies kann z.B mit Hilfe einer negativen Rückkopplung erfolgen, wobei die Steuerungseinrichtung 26 entsprechende internen Signalverstärker aufweist und die verstärkten Signale an die Verstärkungseinrichtung 23 ausgibt. Da sich hierbei sehr häufig die Oszillationsfrequenz ändert, kann dies zu Störungen im Schaltverhalten des getakteten Systems 21 führen kann. Eine andere Ausführungsform sieht daher vor, eine Steuerungseinrichtung 26 mit einer geeignete Hysterese oder einem anderes gearteten Gedächtnis zu verwenden. Eine weitere Ausführungsform bestimmt den Frequenzhub basierend auf dem Produkt des relevanten Frequenzbereichs mit dem Quotienten der er-fassten zu der maximal zulässigen Hochfrequenzabstrahlung. Dazu weist die Steuerungseinrichtung 26 eine entsprechende Datenverarbeitungseinrichtung auf.

Diese vorgenannten Ausführungsformen eigenen sich Störungen innerhalb von anderen Schaltkreisen zu vermeiden, wie sie z.B. in einem Fahrzeug verwenden werden. Sollen jedoch Störungen im Rundfunkempfang und insbesondere im UKW-Empfang von frequenzmodulierten Trägersignalen (FM-Empfänger) auf Grund von Hochfrequenzabstrahlungen unterdrückt werden, dann sind noch weitere Aspekte zu berücksichtigen, wie nachfolgend ausgeführt wird.

Ein FM-Empfänger erfasst die Modulation der Oszillationsfrequenz fτ (in der Funktechnik entsprechend als Trägerfrequenz bezeichnet) als Informationssignal mit einer Frequenz, welcher der Modulationsfrequenz fM entspricht und eine Amplitude, welche dem Frequenzhub entspricht. Ein Radiohörer nimmt somit bei einem sinusförmigen Steuersignal 30 mit der Modulationsfrequenz fM (in der Funk-technik entsprechend Informationsfrequenz bezeichnet) ein Pfeifen in einer Tonhöhe wahr, welche der Modulationsfrequenz fM entspricht. Daher ist es notwendig die Modulationsfrequenz fM außerhalb der Bereiche zu wählen, welche durch einen FM-Empfänger demoduliert werden.

In Fig. 2 ist dazu der verwendete Frequenzbereich um eine Trägerfrequenz fτ für eine typische Stereo-Signalübertragung eines UKW-Senders dargestellt. In drei Bändern werden ein Monosignal und zwei Stereosignale übertragen, zudem werden in einem Band zwischen 54,6 kHz und 59,4 kHz Datensignale zur Identifizierung des Radiosenders und/oder der Musiktitel übermittelt. Daraus ergibt sich, dass die Modulationsfrequenz fM mindestens 59,4 kHz sein muss, um durch einen FM-Empfänger nicht in ein hörbares Radiosignal umgewandelt zu werden.

In Fig. 3 ist schematisch der verwendete Frequenzbereich eines einzelnen Senders bzw. Empfängers eines UKW-Systems dargestellt. Die Bandbreite B ist symmetrisch um eine Trägerfrequenz fτ angeordnet, wobei f, die Informationsfrequenz und Δf den Frequenzhub bezeichnen. Sowohl die Informationsfrequenz f, als auch der Frequenzhub Δf liegen innerhalb der Bandbreite.

Überraschenderweise zeigen sich jedoch auch bei Modulationsfrequenzen fM von > 60 kHz Störsignale beim Empfang von UKW-Signalen. Eine Ursache dafür liegt in dem Aufbau von herkömmlichen FM-Empfängern, deren erste Empfangsstufen schematisch in Fig. 4 dargestellt sind. Ein Signal wird von einer Antenne 1 empfangen, in der folgenden Reihenfolge über einen Verstärker 2 an einen steu-erbaren Bandpassfilter 3, einem einstellbaren Hochfrequenzverstärker 17, einem zweiten einstellbaren Bandpassfilter 4 und einem Mischer 5 zugeführt. Dem Mischer 5 wird zusätzlich die Trägerfrequenz zugeführt, welche von einem Hochfrequenzgenerator 12 generiert wird. Der Hochfrequenzgenerator 12 weist typischerweise einstellbare Frequenzelemente, wie Kapazitätsdioden auf, welche sich durch das Steuersignal 15 einstellen lassen. Das von dem Mischer 5 gemischte Signal wird an einen Zwi-schenkreisfilter 6 weitergeleitet, welcher nur Signale passieren lässt, welche der Bandbreite des Rundfunkempfängers entsprechen. Das gefilterte Signal wird einem weiteren Verstärker 7 zugeführt, welche mit einer Steuerungseinrichtung 8 kommuniziert und mittels eines Steuersignals die Aussteuerung des Hochfrequenzverstärkers 17 anpasst. Das Zwischenfrequenz-Signal wird an einen zweiten Zwi-schenkreisfϊlter 9 übermittelt. Basierend auf dem demodulierten Signal regelt eine Steuerungseinrich-tung/Demodulator 10 die Frequenz des Hochfrequenzoszillators 12 mittels eines Steuersignals 15 nach, wenn das demodulierte Trägersignal nicht bei 0 Hz liegt, also das Trägersignal, mit der Frequenz von dem Hochfrequenzoszillator moduliert, die Zwischenfrequenz ergibt.

Wird ein frequenzmoduliertes Signal mit großen Frequenzhub empfangen, so wandeln die steuerbaren Bandpassfϊlter 3, 4 die Frequenzmodulation in eine Amplitudenmodulation um. Die Ursache liegt darin, dass einzelne Frequenzen innerhalb des Frequenzhubes durch die Filter 3, 4 stärker gedämpft werden als andere Frequenzen. Da Informationssignale des FM-Empfangs nur einen geringen Fre-quenzhub aufweisen und damit zu einer vernachlässigbaren Amplitudenmodulation fuhren, werden in herkömmlichen FM-Empfängern keine Vorkehrungen getroffen nichtlineare Effekte in dem Mischer 5 durch die erwähnten Amplitudenmodulationen zu vermeiden. Die nichtlinearen Effekte resultieren unter anderem in einer parasitären Frequenzmodulation des gemischten Trägersignals nach dem Mischer 5. Da das amplitudenmodulierte Störsignal über den Pfad 4 den Mischer beeinflusst. Je nach Ausführung des Empfängers kann sich auf dem Pfad 4 das amplitudenmodulierte, oder das demodulierte Störsignal befinden. Dies führt zu Störungen im Empfang, welcher sich in unangenehmen Pfeifgeräuschen bemerkbar machen kann. In Figur 5 ist angedeutet, dass eine Hochfrequenzabstrahlung mit einer Frequenz von fs durch die nichtlinearen Effekte zu einer Störung mit einer geringeren Frequenz fS' führen kann, welche geringer als 60 kHz ist.

Außerdem kann sich die amplitudenmodulierte Störung im Filter mit Hilfe von Kapazitätsdioden mit dem frequenzmodulierten Signal mischen. Dieses neue frequenzmodulierte Signal führt dann zu einem Pfeifen im Radio.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nützt, dass die Zwischenkreisfilter 6, 9 Signale ausfiltern, welche außerhalb der Bandbreite des Zwischenfrequenzfilters sind. Signale, welche eine größere Modulationsfrequenz fM aufweisen, werden als Signale eines Senders mit einer benachbarten Übertragungsfrequenz erachtet und dementsprechend durch die Zwischenkreisfilter 6, 9 unterdrückt. Daher wird ein Oszillationssignal mit einer Modulationsfrequenz fM moduliert, welche größer als die Bandbreite B des Rundfunkempfängers ist. Dann passieren die parasitären Frequenzmodulationen nicht die Zwischenkreisfilter 6, 7 und beeinflussen somit nicht die Steuerungseinrichtung 10 und den Hochfrequenzgenerator 12. Typischerweise liegen entsprechende Entstörfrequenzen über 400 kHz. Schematisch ist in Figur 6 angedeutet, dass die Modulationsfrequenz fM größer als die Bandbreite zu wählen ist.