DE102010011128B4 - frequency synthesizer - Google Patents

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Abstract

Frequenzsynthesizer für einen Zeitbasisgenerator eines Füllstandsmessgeräts, das nach dem Radarprinzip arbeitet, zur Ausgabe eines ersten Frequenzsignals mit der Frequenz f1 und eines zweiten Frequenzsignals mit der Frequenz f2, wobei das erste Frequenzsignal mit der Frequenz f1 und das zweite Frequenzsignal mit der Frequenz f2 eine geringe Differenzfrequenz Δf aufweisen, mit einem Referenzoszillator (1), einem Phasenregelkreis (2) und einem Logikelement (3), wobei der Phasenregelkreis (2) einen Phasenfrequenzdiskriminator (4), einen Regeloszillator (5), einen ersten fraktionalen Frequenzteiler (6) und einen Schleifenfilter (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzsynthesizer einen zweiten fraktionalen Frequenzteiler (8) zwischen dem Referenzoszillator (1) und dem Phasenregelkreis (2) aufweist und der erste fraktionale Frequenzteiler zwischen dem Regeloszillator und dem Phasenfrequenzdiskriminator angeordnet ist.Frequency synthesizer for a time base generator of a radar level gauge for outputting a first frequency signal having the frequency f1 and a second frequency signal having the frequency f2, the first frequency signal having the frequency f1 and the second frequency signal having the frequency f2 a small difference frequency Δf having a reference oscillator (1), a phase locked loop (2) and a logic element (3), the phase locked loop (2) comprising a phase frequency discriminator (4), a regular oscillator (5), a first fractional frequency divider (6) and a loop filter (7), characterized in that the frequency synthesizer comprises a second fractional frequency divider (8) between the reference oscillator (1) and the phase locked loop (2) and the first fractional frequency divider is arranged between the control oscillator and the phase frequency discriminator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzsynthesizer für einen Zeitbasisgenerator eines Füllstandsmessgeräts, das nach dem Radarprinzip arbeitet, zur Ausgabe eines ersten Frequenzsignals mit der Frequenz f1 und eines zweiten Frequenzsignals mit der Frequenz f2, wobei das erste Frequenzsignal mit der Frequenz f1 und das zweite Frequenzsignal mit der Frequenz f2 eine geringe Differenzfrequenz Δf aufweisen, mit einem Referenzoszillator, einem Phasenregelkreis und einem Logikelement, wobei der Phasenregelkreis einen Phasenfrequenzdiskriminator, einen Regeloszillator, einen ersten fraktionalen Frequenzteiler und einen Schleifenfilter aufweist. The invention relates to a frequency synthesizer for a time base generator of a level gauge, which operates on the radar principle, for outputting a first frequency signal having the frequency f 1 and a second frequency signal having the frequency f 2 , wherein the first frequency signal at the frequency f 1 and the second frequency signal having the frequency f 2 a small difference frequency .DELTA.f having a reference oscillator, a phase locked loop and a logic element, wherein the phase locked loop comprises a phase frequency discriminator, a control oscillator, a first fractional frequency divider and a loop filter.

Derartige Frequenzsynthesizer sind insbesondere für einen Zeitbasisgenerator eines Füllstandsmessgeräts geeignet, das nach dem Radarprinzip arbeitet. Ein solches Füllstandsmessgerät kann z. B. auf dem TDR-Messprinzip (Time Domain Reflectometry) basieren. Das TDR-Messprinzip ist z. B. aus dem Bereich der Kabelprüfung bekannt und weist Ähnlichkeiten mit der Funktionsweise von Radargeräten auf. Bei einem TDR-Füllstandsmessgerät wird ein extrem kurzer elektrischer Impuls, geführt über einen oder zwei im wesentlichen gerade verlaufende elektrische Leiter, in einen Behälter ausgesandt, in dem sich ein Medium, wie eine Flüssigkeit, ein Pulver oder ein Granulat befindet, dessen Füllstand bestimmt werden soll. Der über die beiden Leiter in den Behälter ausgesandte kurze elektrische Impuls wird an der Oberfläche des Mediums reflektiert, und der reflektierte Anteil des kurzen elektrischen Impulses wird von einem Messumformer des Messgeräts wieder detektiert. Der reflektierte Anteil des kurzen elektrischen Impulses hängt von der Dielektrizitätszahl des Mediums ab und steigt mit dieser. Die Laufzeit des Signals ist dabei proportional zum Abstand des Messumformers zur Oberfläche des in dem Behälter befindlichen Mediums. Sich verändernde Umgebungsbedingungen, wie ein steigender oder fallender Umgebungsdruck oder eine steigende oder fallende Temperatur, beeinträchtigen die Messgenauigkeit des TDR-Füllstandsmessgeräts nicht. Außerdem ist die Laufzeit des Signals unabhängig von der Dielektrizitätszahl des Mediums, an dem die Reflektion erfolgt. Such frequency synthesizers are particularly suitable for a time base generator of a level gauge, which operates on the radar principle. Such a level gauge can, for. B. based on the TDR measurement principle (Time Domain Reflectometry). The TDR measuring principle is z. B. in the field of cable testing known and has similarities with the functioning of radar devices. In a TDR level gauge, an extremely short electrical pulse guided by one or two substantially straight electrical conductors is emitted into a container containing a medium, such as a liquid, powder or granules, the level of which is determined should. The short electrical pulse emitted through the two conductors into the container is reflected at the surface of the medium, and the reflected portion of the short electrical pulse is re-detected by a transmitter of the meter. The reflected portion of the short electrical pulse depends on and increases with the dielectric constant of the medium. The duration of the signal is proportional to the distance of the transmitter to the surface of the medium in the container. Changing environmental conditions, such as increasing or decreasing ambient pressure or increasing or decreasing temperature, will not affect the accuracy of the TDR level gauge. In addition, the duration of the signal is independent of the dielectric constant of the medium at which the reflection takes place.

Das TDR-Messprinzip beruht somit darauf, dass die – unter Umständen sehr kurzen – Laufzeiten eines elektromagnetischen Signals gemessen werden. Ist der Behälter annähernd vollständig mit dem Medium gefüllt, so dass die Oberfläche des Mediums beispielsweise lediglich 15 cm unterhalb des Messumformers des TDR-Füllstandsmessgeräts liegt, beträgt die Gesamtlaufstrecke des elektromagnetischen Signals vom Messumformer zur Oberfläche des Mediums und wieder zurück lediglich 30 cm, was einer Laufzeit des kurzen elektrischen Impulses von 1 ns entspricht. Um solch kurze Laufzeiten überhaupt messen zu können, bedient man sich eines Sampling-Verfahrens, für welches zwei hochfrequente Signale erzeugt werden, die zueinander eine vorbestimmte geringe Frequenzdifferenz aufweisen. Eine Messung wird dann derart durchgeführt, dass zu einem Zeitpunkt 0, zu dem die beiden Frequenzsignale gleichphasig schwingen, mit der Messung begonnen wird. Dabei gibt das höherfrequenter schwingende Signal den Takt für die Aussendung des eigentlichen Messsignals, d. h. des kurzen elektrischen Impulses, in den Behälter an. So wird z. B. immer zu Beginn einer Periode des höherfrequent schwingenden Signals ein kurzer elektrischer Impuls generiert und in den Behälter ausgesandt. Das niedrigerfrequent schwingende Signal eilt dem höherfrequenter schwingenden Signal pro Schwingungsperiode um einen gewissen geringen Betrag nach. Damit wird ein zeitliches Raster definiert, das eine digitale Zeitbasis darstellt und mit der die Laufzeit des in den Behälter ausgesandten und an der Oberfläche des Mediums reflektierten kurzen elektrischen Impulses gemessen wird. The TDR measuring principle is thus based on measuring the - under certain circumstances very short - transit times of an electromagnetic signal. If the container is almost completely filled with the medium, so that the surface of the medium, for example, only 15 cm below the transmitter of the TDR level gauge, the total distance of the electromagnetic signal from the transmitter to the surface of the medium and back is only 30 cm, which Runtime of the short electrical pulse of 1 ns corresponds. In order to be able to measure such short transit times, a sampling method is used for which two high-frequency signals are generated which have a predetermined low frequency difference with respect to one another. A measurement is then performed such that the measurement is started at a time 0 at which the two frequency signals oscillate in phase. In this case, the higher-frequency oscillating signal gives the clock for the transmission of the actual measurement signal, d. H. short electric pulse, into the tank. So z. B. always generated at the beginning of a period of the higher frequency oscillating signal, a short electrical pulse and sent out into the container. The lower-frequency oscillating signal lags the higher-frequency oscillating signal by a certain small amount per oscillation period. Thus, a temporal raster is defined which represents a digital time base and with which the transit time of the short electrical pulse emitted into the container and reflected on the surface of the medium is measured.

In der DE 102 44 348 A1 wird ein Frequenzsynthesizer beschrieben, bei dem ein Referenzoszillator ein Eingangsfrequenzsignal erzeugt, das dem Regeloszillator nach einer ganzzahligen Teilung als Referenzfrequenz zur Verfügung steht, und der Regeloszillator mit seiner Regelfrequenz derart an diese Referenzfrequenz angebunden ist, dass das Eingangsfrequenzsignal und die Regelfrequenz eine kleine Frequenzdifferenz zueinander aufweisen, ohne dass dabei eine kleine Vergleichsfrequenz in Kauf genommen werden muss. Der Phasenregelkreis hat daher eine vergleichsweise hohe Dynamik. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die mit einem derartigen Frequenzsynthesizer erzielbare Stabilität sowie das damit verbundene Rauschverhalten noch verbesserungswürdig sind. In the DE 102 44 348 A1 a frequency synthesizer is described in which a reference oscillator generates an input frequency signal which is available to the control oscillator after an integer division as a reference frequency, and the control oscillator is connected with its control frequency to this reference frequency such that the input frequency signal and the control frequency have a small frequency difference to each other without having to accept a small comparison frequency. The phase-locked loop therefore has a comparatively high degree of dynamics. In practice, however, it has been found that the stability achievable with such a frequency synthesizer and the associated noise behavior are still in need of improvement.

Aus der DE 10 2004 063 935 A1 ist ein Frequenzsynthesizer bekannt, bei dem dem Referenzoszillator ein erster ganzzahliger Frequenzteiler nachgeschaltet ist und dem Regeloszillator ein zweiter ganzzahliger Frequenzteiler nachgeschaltet ist, wobei die Frequenzteiler der Ausgabe des ersten Frequenzsignals bzw. des zweiten Frequenzsignals dienen. Hierdurch wird erreicht, dass sich die beiden Oszillatoren, nämlich der Referenzoszillator und der Regeloszillator, einander deutlich weniger durch Verkopplungseffekte stören, da die beiden Oszillatoren nun mit weit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten können. An den zur Erzeugung eines Mischdifferenzfrequenzsignals verwendeten Mischer, der ein Eingangssignal für den verwendeten Phasenfrequenzdiskriminator des Phasenregelkreises des Frequenzsynthesizers liefert, stellen sich jedoch hohe Anforderungen bezüglich der Rauscheigenschaften. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher analoger Schaltungsaufwand. From the DE 10 2004 063 935 A1 a frequency synthesizer is known in which the reference oscillator is followed by a first integer frequency divider and the control oscillator is followed by a second integer frequency divider, the frequency divider serving the output of the first frequency signal and the second frequency signal. This ensures that the two oscillators, namely the reference oscillator and the control oscillator, disturb each other significantly less by coupling effects, since the two oscillators can now work with widely different frequencies. At the mixer used for generating a mixed difference frequency signal, which provides an input signal for the phase frequency discriminator used of the phase locked loop of the frequency synthesizer, however, are high Requirements concerning the noise properties. This results in a considerable analog circuit complexity.

Ferner ist aus der DE 196 40 071 A1 ein nach dem Prinzip der fraktionalen Frequenzsynthese arbeitender Frequenzsynthesizer bekannt, bei dem im Rückkoppelpfad des Phasenregelkreises ein fraktionaler Frequenzteiler Verwendung findet. Furthermore, from the DE 196 40 071 A1 a frequency synthesizer operating according to the principle of fractional frequency synthesis, in which a fractional frequency divider is used in the feedback path of the phase locked loop.

Darüber hinaus ist aus der US 5,038,117 ein Frequenzsynthesizer zur Ausgabe eines Frequenzsignals mit einem Phasenfrequenzdiskriminator, einem einen Tiefpassfilter umfassenden Verstärker, einem Regeloszillator und einem fraktionalen Frequenzteiler bekannt. Dem Phasenfrequenzdiskriminator wird sowohl ein Referenzsignal als auch das durch den fraktionalen Frequenzteiler frequenzgeteilte Signal des Regeloszillators zugeführt. In addition, from the US 5,038,117 a frequency synthesizer for outputting a frequency signal comprising a phase frequency discriminator, an amplifier comprising a low-pass filter, a control oscillator and a fractional frequency divider. The phase frequency discriminator is supplied with both a reference signal and the frequency-divided by the fractional frequency divider signal of the control oscillator.

Ein fraktionaler Frequenzteiler arbeitet, anstatt mit einem konstanten ganzzahligen Teilerfaktor, mit einem zeitlich veränderlichen Teilerfaktor, der zwischen zwei ganzzahligen Werten, üblicherweise mit N und N + 1 bezeichnet, umgeschaltet wird. Der effektive Teilerfaktor ergibt sich folglich aus dem zeitlichen Mittelwert des veränderlichen Teilerfaktors und liegt somit zwischen diesen beiden ganzzahligen Werten. Die Abfolge in der der Teilerfaktor zwischen den beiden Werten umgeschaltet wird, wird als Teilerfaktorsequenz bezeichnet. Für den zeitlichen Mittelwert NMittel des Teilerfaktors ergibt sich folgender Zusammenhang: NMittel = N + y / x. (Glg. 1) A fractional frequency divider operates instead of a constant integer divider factor with a time-varying divider factor that is switched between two integer values, commonly denoted N and N + 1. The effective divider factor thus results from the time average of the variable divisor factor and thus lies between these two integer values. The sequence in which the divider factor is switched between the two values is called the divider factor sequence. For the time average N means of the divisor factor, the following relationship arises: N means = N + y / x. (Equation 1)

Hierbei stellt y/x den relativen Teilerfaktor und stellt N den ganzzahligen Teilerfaktor dar. Der kleinste erreichbare Frequenzabstand Δf zwischen zwei von dem fraktionalen Frequenzteiler – nicht gleichzeitig, sondern nacheinander – erzeugbarer Frequenzsignale ergibt sich zu: Δf = f2 – f1 = fref 1 / x. (Glg. 2) Here, y / x represents the relative divider factor and N represents the integer divider factor. The smallest achievable frequency difference Δf between two frequency signals which can be generated by the fractional frequency divider - not simultaneously but successively - results in: Δf = f 2 -f 1 = f ref 1 / x. (Equation 2)

Demnach ergibt sich gegenüber der Verwendung von nicht fraktionalen Frequenzteilern, bei denen der kleinste erreichbare Frequenzabstand Δf zwischen zwei – nicht gleichzeitig, sondern nacheinander erzeugbaren – benachbarten Frequenzsignalen der Referenzfrequenz fref entspricht, der Vorteil, dass deutlich kleinere Frequenzabstände Δf erreichbar sind. Ebenso kann bei gleichem Frequenzabstand Δf eine x-mal größere Referenzfrequenz fref gewählt werden, wodurch das Phasenrauschen des Frequenzsynthesizers deutlich verbessert wird. Um die genannten Vorteile zu erreichen, werden im Stand der Technik die Frequenzteiler üblicherweise voll-fraktional realisiert. Dies bedeutet, dass die Teilerfaktorsequenz eine sehr lange Periodizität aufweisen muss. Somit kommen aber auch von der Teilerfaktorsequenz abhängige Störungen im Frequenzbereich fast beliebig nahe an das Nutzsignal heran. Dies kann wiederum dadurch kompensiert werden, dass mit Hilfe von mehrstufigen Delta-Sigma-Filtern diese trägernahen Störungen unterdrückt werden. Jedoch stellen sich hohe Anforderungen an die Linearität der Komponenten des Phasenregelkreises, woraus sich wiederum ein erheblicher analoger Schaltungsaufwand ergibt. Accordingly, compared to the use of non-fractional frequency dividers, in which the smallest achievable frequency spacing .DELTA.f between two adjacent frequency signals corresponding to the reference frequency f.sub.ref does not correspond to one another, the advantage that significantly smaller frequency spacings .DELTA.f can be achieved. Likewise, with the same frequency spacing Δf, an x times larger reference frequency f ref can be selected, as a result of which the phase noise of the frequency synthesizer is markedly improved. In order to achieve the stated advantages, the frequency dividers are usually realized in a fully fractional manner in the prior art. This means that the divider factor sequence must have a very long periodicity. Thus, however, interferences in the frequency range which are dependent on the divider factor sequence come almost as close to the useful signal. This can in turn be compensated for by suppressing these carrier-related disturbances with the aid of multistage delta-sigma filters. However, there are high demands on the linearity of the components of the phase-locked loop, which in turn results in a considerable amount of analog circuitry.

Damit ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Frequenzsynthesizer der vorgenannten Art anzugeben, der trotz guten Regelverhaltens und guter Störunterdrückung einfach und kostengünstig herzustellen ist. Thus, it is the object of the invention to provide a frequency synthesizer of the aforementioned type, which is easy and inexpensive to produce despite good control behavior and good interference suppression.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs beschriebenen Frequenzsynthesizer dadurch gelöst, dass der Frequenzsynthesizer einen zweiten fraktionalen Frequenzteiler zwischen dem Referenzoszillator und dem Phasenregelkreis aufweist und der erste fraktionale Frequenzteiler zwischen dem Regeloszillator und dem Phasenfrequenzdiskriminator angeordnet ist. Dies bedeutet, dass dem zweiten fraktionalen Frequenzteiler das Eingangsfrequenzsignal mit der Frequenz f01 des Referenzoszillators zur Verfügung gestellt wird, der zweite fraktionale Frequenzteiler durch Teilung der Frequenz des Eingangsfrequenzsignals mit der Frequenz f01 durch den fraktionalen Teilerfaktor R das Referenzfrequenzsignal mit der Frequenz fref erzeugt und dieses dem Phasenfrequenzdiskriminator des Phasenregelkreises zuführt. Der Regeloszillator des Phasenregelkreises erzeugt ein Regelfrequenzsignal mit der Frequenz f02, welches nach Teilung der Frequenz durch den fraktionalen Teilerfaktor L des ersten fraktionalen Frequenzteilers, ebenfalls dem Phasenfrequenzdiskriminator zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Phasenfrequenzdiskriminators wird von einem Schleifenfilter verarbeitet. Das Ausgangssignal des Schleifenfilters wiederum dient der Steuerung des Regeloszillators, der z. B. als spannungsgesteuerter Oszillator ausgestaltet sein kann. Der erste fraktionale Frequenzteiler und der zweite fraktionale Frequenzteiler werden vorzugsweise von demselben Logikelement gesteuert, wodurch ein zweites Logikelement eingespart wird. Für den kleinsten erreichbaren Frequenzabstand Δf zwischen dem ersten auszugebenden Frequenzsignal mit der Frequenz f1 und dem zweiten auszugebenden Frequenzsignal mit der Frequenz f2, welche in dem zuvor beschriebenen Fall direkt dem Eingangsfrequenzsignals mit der Frequenz f01 bzw. dem Regelfrequenzsignal mit der Frequenz f02 entsprechen, ergibt sich: Δf = f2 – f1 = f01 – f02 = L / Rf01 – f01 = L-R / Rf01 (Glg. 3) The previously derived and indicated object is achieved on the basis of the frequency synthesizer described above in that the frequency synthesizer has a second fractional frequency divider between the reference oscillator and the phase locked loop and the first fractional frequency divider is arranged between the control oscillator and the phase frequency discriminator. This means that the second fractional frequency divider, the input frequency signal with the frequency f 01 of the reference oscillator is provided, the second fractional frequency divider by dividing the frequency of the input frequency signal with the frequency f 01 by the fractional divider factor R generates the reference frequency signal with the frequency f ref and this feeds the phase frequency discriminator of the phase locked loop. The control oscillator of the phase locked loop generates a control frequency signal with the frequency f 02 , which is also supplied to the phase frequency discriminator after dividing the frequency by the fractional divider factor L of the first fractional frequency divider. The output of the Phasenfrequenzdiskriminators is processed by a loop filter. The output of the loop filter in turn serves to control the control oscillator, the z. B. can be configured as a voltage-controlled oscillator. The first fractional frequency divider and the second fractional frequency divider are preferably controlled by the same logic element, thereby saving a second logic element. For the smallest achievable frequency difference .DELTA.f between the first output frequency signal with the frequency f 1 and the second output Frequency signal with the frequency f 2 , which correspond directly to the input frequency signal with the frequency f 01 and the control frequency signal with the frequency f 02 in the case described above, results in: .DELTA.f = f 2 - f 1 = f 01 - f 02 = L / f 01 - f 01 = LR / Rf 01 (Eq. 3)

Zu beachten ist bei Gleichung 3, dass es sich hier – im Gegensatz zu Gleichung 2 – tatsächlich um den Frequenzabstand von geleichzeitig erzeugten Frequenzsignalen handelt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste fraktionale Frequenzteiler und der zweite fraktionale Frequenzteiler mit periodischen Teilerfaktorsequenzen betrieben werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Periodenlängen T der Teilerfaktorsequenzen kurz sind. Gemäß einer ganz besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Periodenlängen T der Teilerfaktorsequenzen derart kurz sind, dass die von den Teilerfaktorsequenzen abhängigen Störungen durch den Schleifenfilter unterdrückt werden. Kurze Periodenlängen haben den Vorteil, dass die durch die Teilerfaktorsequenzen bedingten Störungen im Frequenzbereich weit entfernt vom Trägersignal liegen und somit, z. B. durch den Schleifenfilter, leicht unterdrückt werden können. Viele fraktionale Teiler werden in der Praxis mit Periodenlängen von 24 Bit bis 32 Bit betrieben. Mit dem erfindungsgemäßen Frequenzsynthesizer können jedoch fraktionale Teiler eingesetzt werden, die Periodenlängen von lediglich 10 Bit (oder weniger) aufweisen It should be noted in Equation 3 that, in contrast to Equation 2, this is actually the frequency spacing of regularly generated frequency signals. According to an advantageous development of the invention, it is provided that the first fractional frequency divider and the second fractional frequency divider are operated with periodic divider factor sequences. According to a particularly advantageous development of the invention, it is provided that the period lengths T of the divider factor sequences are short. According to a particularly advantageous development of the invention, it is provided that the period lengths T of the divider factor sequences are so short that the disturbances dependent on the divider factor sequences are suppressed by the loop filter. Short period lengths have the advantage that the interference caused by the divider factor sequences in the frequency range are far away from the carrier signal and thus, for. B. by the loop filter, can be easily suppressed. Many fractional dividers are operated in practice with period lengths of 24 bits to 32 bits. With the frequency synthesizer according to the invention, however, fractional dividers can be used which have period lengths of only 10 bits (or less)

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Teilerfaktorsequenzen während einer Periode möglichst viele Wechsel des Teilerfaktors aufweisen, damit möglichst hochfrequente Störungen erzeugt werden, die von den interessierenden Frequenzen der Frequenzsignale weit beabstandet sind. Grundsätzlich lässt sich der hier beschriebene Frequenzsynthesizer mit zwei fraktionalen Frequenzteilern jedoch auch mit Teilerfaktorsequenzen langer Periodenlänge betreiben. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the divider factor sequences during a period as many changes of the divider factor, so that possible high-frequency noise are generated, which are widely spaced from the frequencies of interest of the frequency signals. In principle, however, the frequency synthesizer described here with two fractional frequency dividers can also be operated with divider factor sequences of long period length.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste fraktionale Frequenzteiler und der zweite fraktionale Frequenzteiler mit Teilerfaktorsequenzen gleicher Periodenlänge T arbeiten. Damit wird erreicht, dass lediglich Störungen bei Frequenzen auftauchen, die einem ganzzahligen Vielfachen der ersten Störfrequenz fstör entsprechen, die sich wie folgt berechnet:

Figure DE102010011128B4_0002
According to an advantageous development of the invention, it is provided that the first fractional frequency divider and the second fractional frequency divider operate with divider factor sequences of the same period length T. This ensures that only disturbances occur at frequencies which correspond to an integer multiple of the first interference frequency f stub , which is calculated as follows:
Figure DE102010011128B4_0002

Insbesondere tauchen keine Störungen auf, die unterhalb der ersten Störfrequenz fstör liegen.In particular, no disturbances occur which are below the first interference frequency f disturb .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Frequenzteiler vorgesehen ist, wobei der erste Frequenzteiler zur Zuführung des Eingangsfrequenzsignals mit der Frequenz f01 mit dem Referenzoszillator verbunden ist und der erste Frequenzteiler zur Ausgabe des ersten Frequenzsignals mit der Frequenz f1 dient. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein zweiter Frequenzteiler vorgesehen ist, wobei der zweite Frequenzteiler zur Zuführung des Regelfrequenzsignals mit der Frequenz f02 mit dem Regeloszillator verbunden ist und der zweite Frequenzteiler zur Ausgabe des zweiten Frequenzsignals mit der Frequenz f2 dient. Gemäß einer ganz besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Frequenzteiler und/oder der zweite Frequenzteiler ganzzahlig betrieben werden. Für den Fall, dass sowohl ein erster ganzzahliger Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor V1 als auch ein zweiter ganzzahliger Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor V2 vorgesehen sind, ergibt sich für den kleinsten erreichbaren Frequenzabstand Δf zwischen dem ersten auszugebenden Frequenzsignal mit der Frequenz f1 und dem zweiten auszugebenden Frequenzsignal mit der Frequenz f2 folgender Zusammenhang:

Figure DE102010011128B4_0003
According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that a first frequency divider is provided, wherein the first frequency divider for supplying the input frequency signal with the frequency f 01 is connected to the reference oscillator and the first frequency divider is used to output the first frequency signal with the frequency f 1 . According to a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that a second frequency divider is provided, wherein the second frequency divider for supplying the control frequency signal with the frequency f 02 is connected to the control oscillator and the second frequency divider is used to output the second frequency signal with the frequency f 2 , According to a particularly advantageous development of the invention, it is provided that the first frequency divider and / or the second frequency divider are operated in integers. In the event that both a first integer frequency divider with the divider factor V 1 and a second integer frequency divider are provided with the divider factor V 2 , results for the smallest achievable frequency difference .DELTA.f between the first output frequency signal with the frequency f 1 and the second output frequency signal with the frequency f 2 the following relationship:
Figure DE102010011128B4_0003

Durch eine hinreichend kleine Wahl des Zählers und einer hinreichend großen Wahl des Nenners, lässt sich somit ein äußerst kleiner Frequenzabstand Δf erreichen. By a sufficiently small choice of the counter and a sufficiently large choice of the denominator, thus an extremely small frequency spacing .DELTA.f can be achieved.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Referenzoszillator ein Quarzoszillator ist. According to an advantageous development of the invention, it is provided that the reference oscillator is a quartz oscillator.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Frequenzsynthesizer auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verwiesen. In particular, there are now a variety of ways to design and further develop the frequency synthesizer according to the invention. Reference is made to the claims subordinate to claim 1 and to the following detailed description of preferred embodiments of the invention with reference to the drawings.

In der Zeichnung zeigt In the drawing shows

1 schematisch eine Teilerfaktorsequenz des erfindungsgemäßen Frequenzsynthesizers gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und 1 schematically a divider factor sequence of the frequency synthesizer according to the invention according to a preferred embodiment and

2 schematisch den Schaltungsaufbau des erfindungsgemäßen Frequenzsynthesizers anhand eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels. 2 schematically the circuit construction of the frequency synthesizer according to the invention with reference to another preferred embodiment.

1 zeigt eine periodische Teilerfaktorsequenz mit der Periodenlänge T. Auf der Abszisse ist die Zeit abgetragen und auf der Ordinate ist der Teilerfaktor abgetragen. Beispielhaft wird die Periode beginnend zum Zeitpunkt T und endend zum Zeitpunkt 2T betrachtet. Zu Beginn dieser Periode beträgt der Teilerfaktor N und zum Ende der Periode beträgt der Teilerfaktor N + 1. Innerhalb dieser Periode wird der Teilerfaktor einmalig umgeschaltet und zwar von N auf N + 1. Der Zeitabschnitt, in dem der Teilerfaktor N + 1 beträgt, wird mit y bezeichnet, so dass sich der relative Zeitanteil, in dem der Teilerfaktor N + 1 beträgt, zu dem Quotienten aus y und x ergibt, wobei x die Gesamtlänge der Periode bezeichnet. 1 shows a periodic divisor factor sequence with the period length T. The time is plotted on the abscissa and the divisor factor is plotted on the ordinate. By way of example, the period starting at time T and ending at time 2T is considered. At the beginning of this period the divisor factor is N and at the end of the period the divider factor is N + 1. Within this period, the divider factor is switched once from N to N + 1. The time period in which the divider factor N is + 1 with y, so that the relative time proportion in which the divider factor N + 1 is given to the quotient of y and x, where x denotes the total length of the period.

Die 2 zeigt schematisch den Schaltungsaufbau des erfindungsgemäßen Frequenzsynthesizers. Der Frequenzsynthesizer weist einen Referenzoszillator 1 zur Erzeugung eines Eingangsfrequenzsignals mit der Frequenz f01, einen Phasenregelkreis 2 und ein Logikelement 3 auf. Der Phasenregelkreis 2 umfasst einen Phasenfrequenzdiskriminator 4, einen Regeloszillator 5, einen ersten fraktionalen Frequenzteiler 6 und einen Schleifenfilter 7. Das Ausgangssignal des Phasenfrequenzdiskriminators 4 dient als Eingangssignal des Schleifenfilters 7, dessen Ausgangssignal wiederum den Regeloszillator 5 steuert. Am Ausgang des Regeloszillators 5 ergibt sich das Regelfrequenzsignal mit der Frequenz f02. Dieses Regelfrequenzsignal mit der Frequenz f02 wird über den ersten fraktionalen Frequenzteiler 6, der die Frequenz des Regelfrequenzsignals f02 durch den fraktionalen Teilerfaktor L teilt, dem Phasenfrequenzdiskriminator 4 als Eingangssignal zur Verfügung gestellt. Als weiteres Eingangssignal wird dem Phasenfrequenzdiskriminator 4 das Referenzfrequenzsignal mit der Frequenz fref zur Verfügung gestellt. Dieses Referenzfrequenzsignal mit der Frequenz fref wird durch den zweiten fraktionalen Frequenzteiler 8 erzeugt, der die Frequenz des Eingangsfrequenzsignal mit der Frequenz f01 des Referenzoszillators 1 durch den fraktionalen Teilerfaktor R teilt. Der erste fraktionale Frequenzteiler 6 und der zweite fraktionale Frequenzteiler 8 werden durch das Logikelement 3 gesteuert. Der erste Frequenzteiler 9 erzeugt aus dem Eingangsfrequenzsignal mit der Frequenz f01 des Referenzoszillators 1 durch Teilen durch den Teilerfaktor V1 das erste Ausgangssignal mit der Frequenz f1. Der zweite Frequenzteiler 10 erzeugt aus dem Regelfrequenzsignal mit der Frequenz f02 des Regeloszillators 5 durch Teilen durch den Teilerfaktor V2 das zweite Ausgangssignal mit der Frequenz f2.The 2 shows schematically the circuit construction of the frequency synthesizer according to the invention. The frequency synthesizer has a reference oscillator 1 for generating an input frequency signal with the frequency f 01 , a phase locked loop 2 and a logic element 3 on. The phase locked loop 2 includes a phase frequency discriminator 4 , a control oscillator 5 , a first fractional frequency divider 6 and a loop filter 7 , The output signal of the Phasenfrequenzdiskriminators 4 serves as input to the loop filter 7 whose output signal in turn is the control oscillator 5 controls. At the output of the control oscillator 5 results in the control frequency signal with the frequency f 02 . This control frequency signal with the frequency f 02 is via the first fractional frequency divider 6 which divides the frequency of the control frequency signal f 02 by the fractional divider factor L, the phase frequency discriminator 4 provided as input signal. Another input signal is the phase frequency discriminator 4 the reference frequency signal with the frequency f ref provided. This reference frequency signal with the frequency f ref is through the second fractional frequency divider 8th generates the frequency of the input frequency signal with the frequency f 01 of the reference oscillator 1 divided by the fractional divisor factor R. The first fractional frequency divider 6 and the second fractional frequency divider 8th be through the logic element 3 controlled. The first frequency divider 9 generated from the input frequency signal with the frequency f 01 of the reference oscillator 1 by dividing by the divider factor V 1, the first output signal with the frequency f 1 . The second frequency divider 10 generated from the control frequency signal with the frequency f 02 of the control oscillator 5 by dividing by the divider factor V 2 the second output signal with the frequency f 2 .

Claims (10)

Frequenzsynthesizer für einen Zeitbasisgenerator eines Füllstandsmessgeräts, das nach dem Radarprinzip arbeitet, zur Ausgabe eines ersten Frequenzsignals mit der Frequenz f1 und eines zweiten Frequenzsignals mit der Frequenz f2, wobei das erste Frequenzsignal mit der Frequenz f1 und das zweite Frequenzsignal mit der Frequenz f2 eine geringe Differenzfrequenz Δf aufweisen, mit einem Referenzoszillator (1), einem Phasenregelkreis (2) und einem Logikelement (3), wobei der Phasenregelkreis (2) einen Phasenfrequenzdiskriminator (4), einen Regeloszillator (5), einen ersten fraktionalen Frequenzteiler (6) und einen Schleifenfilter (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzsynthesizer einen zweiten fraktionalen Frequenzteiler (8) zwischen dem Referenzoszillator (1) und dem Phasenregelkreis (2) aufweist und der erste fraktionale Frequenzteiler zwischen dem Regeloszillator und dem Phasenfrequenzdiskriminator angeordnet ist. Frequency synthesizer for a time base generator of a level gauge, which operates on the radar principle, for outputting a first frequency signal with the frequency f 1 and a second frequency signal with the frequency f 2 , wherein the first frequency signal with the frequency f 1 and the second frequency signal with the frequency f 2 have a small difference frequency Δf, with a reference oscillator ( 1 ), a phase locked loop ( 2 ) and a logic element ( 3 ), the phase locked loop ( 2 ) a phase frequency discriminator ( 4 ), a control oscillator ( 5 ), a first fractional frequency divider ( 6 ) and a loop filter ( 7 ), characterized in that the frequency synthesizer comprises a second fractional frequency divider ( 8th ) between the reference oscillator ( 1 ) and the phase locked loop ( 2 ) and the first fractional frequency divider is arranged between the control oscillator and the phase frequency discriminator. Frequenzsynthesizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste fraktionale Frequenzteiler (6) und der zweite fraktionale Frequenzteiler (8) mit periodischen Teilerfaktorsequenzen betrieben werden. Frequency synthesizer according to claim 1, characterized in that the first fractional frequency divider ( 6 ) and the second fractional frequency divider ( 8th ) are operated with periodic divider factor sequences. Frequenzsynthesizer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenlängen T der Teilerfaktorsequenzen 10 bit oder weniger als 10 bit betragen. Frequency synthesizer according to Claim 2, characterized in that the period lengths T of the divider factor sequences are 10 bits or less than 10 bits. Frequenzsynthesizer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenlängen T der Teilerfaktorsequenzen derart kurz sind, dass die von den Teilerfaktorsequenzen abhängigen Störungen durch den Schleifenfilter (7) unterdrückt werden. Frequency synthesizer according to Claim 3, characterized in that the period lengths T of the divider factor sequences are so short that the errors dependent on the divider factor sequences are limited by the loop filter (15). 7 ) are suppressed. Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerfaktorsequenzen während einer Periode möglichst viele Wechsel des Teilerfaktors aufweisen. Frequency synthesizer according to one of claims 2 to 4, characterized in that the divider factor sequences have as many changes of the divider factor during a period. Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste fraktionale Frequenzteiler (6) und der zweite fraktionale Frequenzteiler (8) mit Teilerfaktorsequenzen gleicher Periode betrieben werden. Frequency synthesizer according to one of claims 2 to 5, characterized in that the first fractional frequency divider ( 6 ) and the second fractional frequency divider ( 8th ) are operated with divider factor sequences of the same period. Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Frequenzteiler (9) vorgesehen ist, wobei der erste Frequenzteiler (9) zur Zuführung des Eingangsfrequenzsignals mit der Frequenz f01 mit dem Referenzoszillator (1) verbunden ist und der erste Frequenzteiler (9) zur Ausgabe des ersten Frequenzsignals mit der Frequenz f1 dient. Frequency synthesizer according to one of Claims 1 to 6, characterized in that a first frequency divider ( 9 ), the first frequency divider ( 9 ) for supplying the input frequency signal with the frequency f 01 to the reference oscillator ( 1 ) and the first frequency divider ( 9 ) is used to output the first frequency signal at the frequency f 1 . Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Frequenzteiler (10) vorgesehen ist, wobei der zweite Frequenzteiler (10) zur Zuführung des Regelfrequenzsignals mit der Frequenz f02 mit dem Regeloszillator (5) verbunden ist und der zweite Frequenzteiler (10) zur Ausgabe des zweiten Frequenzsignals mit der Frequenz f2 dient. Frequency synthesizer according to one of claims 1 to 7, characterized in that a second frequency divider ( 10 ), the second frequency divider ( 10 ) for supplying the control frequency signal with the frequency f 02 to the control oscillator ( 5 ) and the second frequency divider ( 10 ) is used to output the second frequency signal at the frequency f 2 . Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Frequenzteiler (9) und/oder der zweite Frequenzteiler (10) ganzzahlig betrieben werden. Frequency synthesizer according to one of claims 7 to 8, characterized in that the first frequency divider ( 9 ) and / or the second frequency divider ( 10 ) are operated in whole numbers. Frequenzsynthesizer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzoszillator (1) ein Quarzoszillator ist. Frequency synthesizer according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the reference oscillator ( 1 ) is a quartz oscillator.
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