クワドラチュアFM復調回路の復調品質改良

以前、このブログに公開したクワドラチュアFM復調回路について、復調されるベースバンド信号の特性が、ごく簡単な方法でできることが判りました。

改良方式：

455KHz IFT の同調周波数を、キャリア信号のセンター周波数455KHzから約3KHz 下げる。このことにより、F/V変換回路の傾斜（スロープ）が線形特性に近似できるようになり、音質が大きく改善できます。

モトローラ社IC MC3357 で採用され、通信機にも広く普及した回路ですが、その動作原理が、長年、何も説明されないまま、時代が経過していたと思います。

以下、改良したクワドラチュアFM復調回路の、過渡解析(図1)とAC解析結果(図2)を示します。

        図1 クアドラチュアFM復調回路の過渡解析結果

説明：

中心周波数455KHz キャリア波の正弦波に、変調周波数1KHz (ベースバンド信号)のFM変調波を発生させ、10KΩの抵抗を通過した信号V1 と、コンデンサ10pFを通過して451KHz同調周波数とするLC共振回路に接続する信号V2 を乗算回路に入力。乗算されたアナログ電圧を、RC構成のローパスフィルタを通過した低周波信号V(OUT)を出力させます。

結果として、V(OUT)端子に、綺麗な形の1KHzの正弦波に近い復調信号が得られています。FFT解析結果は、復調信号に2次、3次・・・以上の高調波歪み信号が含まれていることを意味します。

図2 クアドラチュアFM復調回路のAC解析結果

説明：

端子V1, V2, V(OUT)の利得と位相ずれの量を、周波数軸400KHz〜500KHz帯域で見ています。

注目すべき点は、V2端子の利得の傾斜が455KHz中心にほぼ直線近似できる右肩上がりの傾斜(スロープ)特性を持っていることです。この直線近似される利得の傾斜特性から、入力されたFM変調波の周波数変化が、電圧の振幅変化に変換されることです。

このAC解析結果から、従来のクワドラチュアFM検波の説明では、クワドラチュア（quadrature）=直交の意味について、90度位相のずれた信号と、もともとのFM変調波を乗算させる、とされてきましたが、説明と命名に誤りがあったことがわかります。

参考文献

[1]モトローラ社 MC3357 FM復調IC データシート

[2]SANYO社 LA1800 AM/FM radio IC データシート

[3]SANYO社 LA1845 FM STEREO/ AM Radio IC データシート

[4]JRC社 NJM2550 データシート

https://www.njr.co.jp/products/semicon/communication_ic/fm_if?cat=4050

[5]JRC社 NJM2590/97 データシート 

[6]東芝 TA7792F AM/FM radio IC データシート

[7]東芝 TA8164P AM/FM radio IC データシート

[8]TRIO/Kenwood社 TS-670回路図

[9]インターネット上のquadrature FM decoder 資料、位相変化を利用した復調器

[10]OP Ampを使った位相シフト回路｛本ブログ内記事中｝

[11]Si4734/4735 データシート

[12]NS-73 データシート

[13]MIT OCW 6.003 “Modulation 2”

[14]FM変調講座資料 高知大学

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