DE1271212B

DE1271212B - Method for regulating the frequency of several oscillators and arrangement for carrying out the method

Info

Publication number: DE1271212B
Application number: DE19641271212
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard Gotthardt; Uwe Grumann
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-04-15
Filing date: 1964-04-15
Publication date: 1968-06-27

Description

Verfahren zur Frequenzregelung mehrerer Oszillatoren und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gemeinsamen Frequenzregelung mehrerer Oszillatoren für verschiedene, harmonisch zu einer Vergleichsfrequenz liegende Frequenzen, insbesondere Oszillatoren in Trägerfrequenzanlagen.Method for frequency control of several oscillators and arrangement for carrying out the method The invention relates to a method for common Frequency control of several oscillators for different, harmonic to a comparison frequency lying frequencies, especially oscillators in carrier frequency systems.

In Trägerfrequenzanlagen werden außer den eigentlichen Trägerfrequenzen zum Umsetzen der einzelnen Sprachkanäle oder von Kanalgruppen in unterschiedliche Frequenzlagen oder umgekehrt zum Gewinnen der einzelnen Kanalbänder aus dem empfangenen breiten Frequenzband mit mehreren Kanälen weitere Frequenzen, sogenannte Pilotfrequenzen, für Zwecke der Steuerung, der Überwachung und der Regelung verwendet. Während die Trägerfrequenzen in der Mehrzahl der ausgeführten Anlagen zwar ausgenutzt, dannn aber unterdrückt und nicht übertragen werden, laufen die Pilotfrequenzen über die Verbindung der beiden Endstellen. Die Trägerfrequenzen sind, gegeben durch die Frequenzbandbreite der zu übertragenden Kanäle und durch internationale Vereinbarungen, ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenz von 4 kHz. Die notwendige Frequenzstabilität eines nur einmal vorhandenen Oszillators für diese oder eine höhere Frequenz ist ohne größere Schwierigkeiten zu erreichen. Steuer-, Regel- und überwachungspilote dagegen, die in den Lücken zwischen zwei Kanälen oder zwischen zwei Gruppen von Kanälen übertragen werden müssen, müssen einen ausreichenden Abstand von den eigentlichen Trägerfrequenzen, von den ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz der Trägerfrequenzen und von den zu übertragenden Nutzfrequenzen haben. Auch untereinander sollen Pilotfrequenzen kein ganzzahliges Verhältnis haben. Die empfohlenen Pilotfrequenzen haben daher Größen, die ganzzahlige Vielfache derart kleiner Grundfrequenzen sind, daß diese mit einem tragbaren Aufwand nicht mit ausreichender Genauigkeit erzeugt werden können und auch die Vervielfachung dieser Grundfrequenz zu den Pilotfrequenzen schwierig ist. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die erforderlichen Pilotfrequenzen durch je einen eigenen Oszillator zu erzeugen. Die für die Pilotfrequenzen vorgeschriebene Genauigkeit (z. B. ± 1 - 10-5, CCITT, Rotbuch, Bd. III, S. 131 ff.) bedingt, daß die von den einzelnen Oszillatoren erzeugten Frequenzen überwacht und geregelt werden müssen. Bekannte Verfahren verwenden für das Überwachen einer Frequenz und das Ableiten einer Regelgröße eine Vergleichsfrequenz, die dem größten gemeinsamen Teiler der Größe der zu überwachenden Frequenz und einer zum Vergleich dienenden Normalfrequenz, z. B. der sehr genau gehaltenen Grundfrequenz 4 kHz für Trägerfrequenzen entspricht. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, besonders dann, wenn eine größere Anzahl von Pilotfrequenzen, wie in Trägerfrequenzanlagen für größere Kanalzahlen üblich, zu überwachen sind, da sowohl die Grundfrequenz als auch jede der Pilotfrequenzen einzeln und mit unterschiedlichen Teilerschaltungen auf die Vergleichsfrequenz heruntergeteilt werden müssen. Es ist also für jeden Oszillator eine getrennte überwachungs- und Regeleinrichtung vorhanden. In Trägerfrequenzanlagen für große Kanalzahlen sind die Pilotfrequenzen so festgelegt, daß ihr größter gemeinsamer Teiler einer Frequenz von 1 kHz entspricht, so daß diese Frequenz als Vergleichsfrequenz zu verwenden ist.In addition to the actual carrier frequencies, carrier frequency systems for converting the individual voice channels or channel groups into different ones Frequency positions or vice versa for obtaining the individual channel bands from the received wide frequency band with several channels additional frequencies, so-called pilot frequencies, used for control, monitoring and regulation purposes. While the Carrier frequencies are used in the majority of the systems implemented, then but suppressed and not transmitted, the pilot frequencies run over the Connection of the two terminals. The carrier frequencies are given by the frequency bandwidth of the channels to be transmitted and by international agreements, integer Multiples of a fundamental frequency of 4 kHz. The necessary frequency stability of a only one-time oscillator for this or a higher frequency is without greater difficulty to achieve. Steering, regulating and surveillance pilots, on the other hand, that transmit in the gaps between two channels or between two groups of channels must be a sufficient distance from the actual carrier frequencies, of the integer multiples of the fundamental frequency of the carrier frequencies and of the have useful frequencies to be transmitted. Pilot frequencies should also be among each other do not have an integer ratio. The recommended pilot frequencies therefore have Quantities that are integral multiples of such small basic frequencies that these cannot be produced with sufficient accuracy with an affordable cost and it is also difficult to multiply this basic frequency to the pilot frequencies is. For this reason it is advisable to carry out the required pilot frequencies to generate its own oscillator each. The one prescribed for the pilot frequencies Accuracy (e.g. ± 1 - 10-5, CCITT, Rotbuch, Vol. III, pp. 131 ff.) Requires that the frequencies generated by the individual oscillators are monitored and controlled have to. Known methods are used for frequency monitoring and deriving a control variable a comparison frequency which is the greatest common divisor of the Size of the frequency to be monitored and a standard frequency used for comparison, z. B. corresponds to the very precisely kept base frequency 4 kHz for carrier frequencies. This process is very time-consuming, especially when a large number of Pilot frequencies, as is customary in carrier frequency systems for larger numbers of channels are monitored, as both the base frequency and each of the pilot frequencies individually and divided down to the comparison frequency with different divider circuits Need to become. So there is a separate monitoring and monitoring function for each oscillator Control device available. In carrier frequency systems for large numbers of channels are set the pilot frequencies so that their greatest common divisor is a frequency of 1 kHz, so that this frequency should be used as a comparison frequency is.

Der genannte Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß für alle zu regelnden Oszillatoren eine gemeinsame Regeleinrichtung verwendet wird, daß die zu regelnden Oszillatoren in zyklischer Reihenfolge durch einen Umschalter an die Regeleinrichtung angeschaltet werden und daß jedem zu regelnden Oszillator eine Steuereinrichtung mit Stellglied und Speicher zugeordnet ist, der den dem Stellglied eingegebenen Wert bis zum Eintreffen des nächsten Steuerwertes aufrechterhält.The disadvantage mentioned is avoided according to the invention in that a common control device is used for all oscillators to be controlled, that the oscillators to be controlled in cyclic order by a switch are connected to the control device and that each oscillator to be controlled a control device with actuator and memory is assigned to the actuator Maintains the entered value until the next control value is received.

Die Regeleinrichtung der Schaltung nach F i g. 1 besteht aus der an sich bekannten Schaltung zum Vergleichen zweier Frequenzen bzw. Messen ihres Frequenzunterschiedes mit zwei phasenabhängigen Gleichrichtern G1 und G2 und einem Phasenschieber 9p, der einem der phasenabhängigen Gleichrichter - hier G2 - vorgeschaltet ist. Erfindungsgemäß wird für die phasenabhängigen Gleichrichter eine Schaltung verwendet, die in F i g. 2 dargestellt und später erläutert wird. Weiterhin enthält die Regeleinrichtung nach dem Ausgang des Gleichrichters G1 ein Differenzierglied D und eine Torschaltung To, die von der Ausgangsspannung des Gleichrichters G2 gesteuert werden.The control device of the circuit according to FIG. 1 consists of the circuit known per se for comparing two frequencies or measuring their frequency difference with two phase-dependent rectifiers G1 and G2 and a phase shifter 9p, which is connected upstream of one of the phase-dependent rectifiers - here G2. According to the invention, a circuit is used for the phase-dependent rectifier which is shown in FIG. 2 and will be explained later. After the output of the rectifier G1, the control device also contains a differentiating element D and a gate circuit To, which are controlled by the output voltage of the rectifier G2.

Mit dem Umschalter ZB werden die zu regelnden Oszillatoren Ozi bis Ozs mit den Frequenzen f1 bis f3, z. B. 308, 4287, 12435 kHz und die dazugehörigen Stellglieder S1 bis S3 in zyklischer Reihenfolge an die Regeleinrichtung angeschlossen. Im Punkt 1 wird die zu regelnde Frequenz den phasenabhängigen Gleichrichtern zugeführt, und an Punkt 2 ist der die im Vergleich zu den zu regelnden Frequenzen sehr niedrige Vergleichsfrequenz fa, z. B. 1 kHz, erzeugende Oszillator Ozo angeschlossen. In den phasenabhängigen Gleichrichtern werden die zu regelnden und die Vergleichsfrequenz verglichen. Die zu regelnde Frequenz muß einen Sollwert haben, der ein Vielfaches der Vergleichsfrequenz ist, oder da kurz nacheinander mehrere verschiedene Frequenzen zu regeln sind, muß die Vergleichsfrequenz dem größten gemeinsamen Teiler aller zu regelnden Frequenzen entsprechen. Die Ausgangsspannung der beiden Gleichrichter sind durch den dem einen Gleichrichter vorgeschalteten Phasenschieber um den Winkel gq gegeneinander verschoben. Die Ausgangsspannung des phasenabhängigen Gleichrichters G1 wird in einem nachgeschalteten Differenzierglied D in Impulse umgewandelt und diese dem Eingang der Torschaltung To zugeführt. Die Ausgangsspannung des phasenabhängigen Gleichrichters G2 steuert die Torschaltung, wobei der Phasenunterschied zwischen den der Torschaltung zugeführten Spannungen als Kriterium für die notwendige Richtung der Änderung der Frequenz dient und bei zu niedriger bzw. bei zu hoher Frequenz des zu regelnden Oszillators ein +öf bzw. -ö f-Regelschritt veranlaßt wird. Die Umschaltung der Regeleinrichtung von einem Oszillator zum anderen kann auch elektronisch erfolgen. Jedem Oszillator ist ein Stellglied mit Gedächtnis zugeordnet; das ist notwendig, damit die Regelsituation beibehalten wird, die vorhanden ist, wenn der Umschalter den Oszillator von der Regeleinrichtung trennt.With the switch ZB the oscillators to be controlled Ozi to Ozs with the frequencies f1 to f3, z. B. 308, 4287, 12435 kHz and the associated actuators S1 to S3 connected in cyclic order to the control device. At point 1, the frequency to be controlled is fed to the phase-dependent rectifiers, and at point 2, the comparison frequency fa, which is very low compared to the frequencies to be controlled, is e.g. B. 1 kHz, generating oscillator Ozo connected. The frequency to be regulated and the comparison frequency are compared in the phase-dependent rectifiers. The frequency to be regulated must have a setpoint value that is a multiple of the comparison frequency, or since several different frequencies are to be regulated in quick succession, the comparison frequency must correspond to the greatest common divisor of all frequencies to be regulated. The output voltage of the two rectifiers are shifted relative to one another by the angle gq by the phase shifter connected upstream of the one rectifier. The output voltage of the phase-dependent rectifier G1 is converted into pulses in a downstream differentiating element D and these are fed to the input of the gate circuit To. The output voltage of the phase-dependent rectifier G2 controls the gate circuit, whereby the phase difference between the voltages supplied to the gate circuit serves as a criterion for the necessary direction of the change in frequency and if the frequency of the oscillator to be controlled is too low or too high a + öf or - ö f-control step is initiated. The control device can also be switched over from one oscillator to the other electronically. An actuator with a memory is assigned to each oscillator; this is necessary so that the control situation is maintained that is present when the changeover switch disconnects the oscillator from the control device.

In F i g. 2 ist einer der in F i g. 1 angedeuteten phasenabhängigen Gleichrichter ausführlicher dargestellt. Er vergleicht die Vergleichsfrequenz mit einer der zu regelnden Frequenzen. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Bei 2 ist der die Vergleichsfrequenz (F i g. 3, Zeile a) erzeugende Oszillator angeschlossen, Die Spannung dieses Oszillators wird in einem Verstärker V1 verstärkt und einem Trigger Tr zugeführt, der bei einer bestimmten Schwellspannung anspricht und einen Impulsgenerator I anstößt. Der Impulsgenerator erzeugt Nadelimpulse, die schmal sind im Verhältnis zu einer Schwingung der zu regelnden Frequenz. Bei 1 wird die Spannung der zu regelnden Frequenz einem Verstärker V2 zugeführt und in ihm auf einem Normalpegel angehoben. Die beiden Spannungen, einmal die der zu regelnden Frequenz (F i g. 3, Zeile c) und zum anderen die der Nadelimpulse (F i g. 3,_Zeile b), werden einer Addierstufe Ad zugeführt und ergeben eine Ausgangsspannung nach F i g. 3, Zeile d. Ein. der Addierstufe Ad nachgeschalteter monostabiler Multivibrator M hat eine Kippdauer, die etwas kleiner ist als der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse des Impulsgenerators und spricht bei einer definierten Schwellspannung U an. Wenn also die Ausgangsspannung der Addierstufe den Schwellwert U übersteigt, dann schaltet der Multivibrator ein und liefert eine konstante Ausgangsspannung. Kurz bevor der nächste Impuls kommt, der den Multivibrator einschalten kann, wenn er eine Spannung hat, die größer ist als der Schwellwert, kippt der Multivibrator wieder in die Nullage zurück. Ein Kondensator am Ausgang des Multivibrators überbrückt die Zeit zwischen dem Zurückkippen und dem eventuellen neuen Einschalten, so daß bei einer Impulsfolge am Eingang des Multivibrators mit genügender Spannungsamplitude am Ausgang des Multivibrators eine annähernd konstante Spannung erscheint (F i g. 3, Zeile e). Wie aus den Diagrammen der F i g. 3, Zeilen a bis e zu erkennen ist, erzeugt jeder der phasenabhängigen Gleichrichter eine Spannung mit der Differenzfrequenz zwischen der zu regelnden und der Vergleichsfrequenz. Es ist außerdem ersichtlich, daß eine Phasendrehung der einen Eingangsspannung des einen phasenabhängigen Gleichrichters, z. B, der Vergleichsfrequenz durch den Phasenschieber (p am Eingang des phasenabhängigen Gleichrichters G2, auch eine Phasendrehung der Ausgangsspannung dieses phasenabhängigen Gleichrichters bewirkt. Zwischen den beiden Ausgangsspannungen besteht dann eine Phasenwinkeldifferenz von wiederum 99 (F i g. 3, Zeilen f und g), unabhängig davon, ob die Frequenzdifferenz zwischen den zu vergleichenden Frequenzen groß ist oder nicht.In Fig. 2 is one of the types shown in FIG. 1 indicated phase-dependent rectifier shown in more detail. It compares the comparison frequency with one of the frequencies to be regulated. The operation of the circuit is as follows: At 2 the oscillator generating the comparison frequency (Fig. 3, line a) is connected. The voltage of this oscillator is amplified in an amplifier V1 and fed to a trigger Tr, which responds at a certain threshold voltage and a pulse generator I triggers. The pulse generator generates needle pulses that are narrow in relation to an oscillation of the frequency to be regulated. At 1, the voltage of the frequency to be regulated is fed to an amplifier V2 and raised in it to a normal level. The two voltages, on the one hand that of the frequency to be controlled (Fig. 3, line c) and on the other hand that of the needle pulses (Fig. 3, line b), are fed to an adder stage Ad and result in an output voltage according to Fig. 3 . 3, line d. A. the monostable multivibrator M connected downstream of the adder stage Ad has a breakover duration which is slightly shorter than the time interval between two successive pulses from the pulse generator and responds at a defined threshold voltage U. So if the output voltage of the adder exceeds the threshold value U, the multivibrator switches on and delivers a constant output voltage. Shortly before the next pulse comes, which can switch the multivibrator on if it has a voltage that is greater than the threshold value, the multivibrator tilts back into the zero position. A capacitor at the output of the multivibrator bridges the time between the tilting back and the possible new switch-on, so that with a pulse train at the input of the multivibrator with a sufficient voltage amplitude, an approximately constant voltage appears at the output of the multivibrator (Fig. 3, line e). As can be seen from the diagrams in FIG. 3, lines a to e, each of the phase-dependent rectifiers generates a voltage with the difference frequency between the frequency to be regulated and the comparison frequency. It can also be seen that a phase rotation of one input voltage of a phase-dependent rectifier, e.g. B, the comparison frequency by the phase shifter (p at the input of the phase-dependent rectifier G2, also causes a phase rotation of the output voltage of this phase-dependent rectifier. There is then a phase angle difference of again 99 between the two output voltages (Fig. 3, lines f and g), regardless of whether the frequency difference between the frequencies to be compared is large or not.

Die Regelkriterien der Schaltung nach F i g. i. sind folgende: Ist die zu regelnde Frequenz größer als die Sollfrequenz, dann ist die Ausgangsspannung des phasenabhängigen Gleichrichters G, gegenüber der des phasenabhängigen Gleichrichters G2 z. B. um den Winkel -I- 99 verschoben. Ist die zu regelnde Frequenz kleiner als die Sollfrequenz, dann ergibt sich eine Verschiebung um den Winkel - 99. Durch die Phasenverschiebung der beiden Ausgangsspannungen der phasenabhängigen Gleichrichter ist somit das Vorzeichen der Frequenzabweichung festgelegt. Die Schwingungsdauer T (F i g. 3, Zeile f) der Ausgangs-Spannung der phasenabhängigen Gleichrichter Gl und G2 gibt die Größe der Frequenzabweichung der zu regelnden Frequenzen von der Sollfrequenz an.The control criteria of the circuit according to F i gi are as follows: If the frequency to be controlled is greater than the nominal frequency, then the output voltage of the phase-dependent rectifier G is, compared to that of the phase-dependent rectifier G2, e.g. B. shifted by the angle -I- 99. Is the frequency to be controlled smaller than the target frequency, then there is a shift of the angle - 99. Due to the phase shift of the two output voltages of the phase-dependent rectifier is thus the sign of the frequency deviation determined. The oscillation period T (FIG. 3, line f) of the output voltage of the phase-dependent rectifiers Gl and G2 indicates the size of the frequency deviation of the frequencies to be controlled from the setpoint frequency.

Der Sollwert der zu regelnden Frequenz ist immer dasjenige ganzzahlige Vielfache der Vergleichsfrequenz, das der Istfrequenz der zu regelnden Frequenz am nächsten liegt. Da die Genauigkeit der zu regelnden Oszillatoren normalerweise genügend grob -ist, betragen die Frequenzabweichungen im allgemeinen nicht mehr als t 50,1/o der Vergleichsfrequenz, die, wie vorausgesetzt, sehr niedrig ist, und es wird sich daher die Regelung nach dem Umschalten durch den Schalter ZB sofort auf die neu zu regelnde Frequenz einstellen, wobei die Sollfrequenz wieder ein ganzzahliges Vielfaches der Vergleichsfrequenz ist.The setpoint of the frequency to be controlled is always the integer Multiple of the comparison frequency, that of the actual frequency of the frequency to be controlled is closest. As the accuracy of the oscillators to be controlled normally is sufficiently coarse, the frequency deviations are generally no longer than t 50.1 / o of the comparison frequency, which, as assumed, is very low, and it will therefore be the control immediately after switching through the switch ZB set to the new frequency to be controlled, whereby the setpoint frequency is again an integer Is a multiple of the comparison frequency.

Claims

Claims: 1. Method for regulating the frequency of several oscillators with different frequencies that are in harmony with a fundamental frequency, in particular Oscillators in carrier frequency systems, characterized in that for all too regulating oscillators have a common high constant that is the same as the basic frequency Comparison frequency in a common control device used is that the oscillators to be controlled in cyclic order by a switch be connected to the control device and that each of the oscillators to be controlled a control device with actuator and memory is assigned to the setting of the actuator until the next control value arrives.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1 using a known regulating or control circuit, consisting of two phase-dependent rectifiers, one of which is preceded by a phase shifter, characterized in that in the phase-dependent rectifiers the comparison frequency via a trigger circuit triggers a pulse generator that generates needle pulses that are narrow in comparison to an oscillation of the frequencies to be regulated, and that in an adding stage of the Voltage of the frequency to be regulated are superimposed on the total voltage obtained is fed to a monostable multivibrator which, when a voltage is applied, which roughly corresponds to the amplitude of the needle pulses, for a period of time that is somewhat is smaller than the time interval between two successive needle pulses, flips over and thereby generates a constant DC output voltage that by the Energy stored in a capacitor is the output voltage of the phase-dependent Rectifier for the time between the tilting back and the reactivation of the Multivibrator is kept approximately constant on the next pulse that the Voltages of a gate circuit output by the phase-dependent rectifiers are supplied that one of these voltages controls the gate circuit and thus the second voltage across the gate with a command for the direction of the frequency change to be carried out assigned to each of the oscillators to be controlled Actuator with a memory supplies and that this memory the entered control value for the arrival of the next control value determined for the oscillator in question maintains. Considered publications: German Patent Specifications No. 821804, 829 316, 636 020, 824 960.