DE1287207B

DE1287207B - Frequenzvergleichsanordnung

Info

Publication number: DE1287207B
Application number: DE1964P0033660
Authority: DE
Inventors: Perkins Kenneth Geor Upminster
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1963-02-21
Filing date: 1964-02-21
Publication date: 1969-01-16
Also published as: GB1070903A; FR1382819A; US3314014A; NL6401382A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Frequenzver- Der Zähler kann so ausgeführt sein, daß er durch

gleichsanordnung zum Vergleich einer Signalfrequenz die gemeinsame Steuereinrichtung über Verzöge-

mit einer Bezugsfrequenz. rungseinrichtungen bei jeder Betätigung der Tor-

Eine solche Anordnung kann insbesondere bei schaltungen betätigt wird, wobei die Verzögerung

einer Frequenzregelanordnung verwendet werden. 5 gewährleisten soll, daß der zum Zähler weitergege-

Bei bisher bekannten automatischen Frequenzregel- bene Abschnitt diesen erreicht hat.

anordnungen werden oft Frequenz- oder Phasen- Die gemeinsame Steuereinrichtung kann über eine

systeme in irgendeiner Form verwendet, welche tem- Synchronisationseinrichtung mit dem Eingang der

peraturabhängig sind und daher Nachjustierungen zum Empfang des Signals bestimmten Torschaltung

zur Kompensation von Temperaturänderungen er- io verbunden sein, wobei die Synchronisationseinrich-

fordern. tung so ausgeführt ist, daß sie die gemeinsame Steuer-

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer einrichtung derart synchronisiert, daß die Torschal-Frequenzvergleichsanordnung, deren Temperatur- tung geöffnet wird, wenn das Signal die zu abhängigkeit beseitigt oder wenigstens vermindert vergleichende Signalfrequenz enthält, wodurch beiist. 15 spielsweise eine bestimmte Frequenz eines Frequenz-

Die Frequenzvergleichsanordnung nach der Erfin- umtastsignals verglichen werden kann,
dung ist gekennzeichnet durch eine Umschaltein- Die Umwandlungseinrichtung kann einen weiteren richtung, welche im Betrieb das Signal und die Be- Kondensator enthalten, der so angeordnet ist, daß er zugsfrequenz derart umschaltet, daß eine resultie- durch einen konstanten Strom während einer Periode rende Signalkurve erhalten wird, die aus abwechseln- 20 aufgeladen wird, welche durch die Dauer der Ausden Abschnitten mit der Signalfrequenz und mit der gangsimpulse des Zählers bestimmt ist, wobei der Bezugsfrequenz besteht, durch einen Zähler, der mit weitere Kondensator durch eine von der gemeinder Umschalteinrichtung so verbunden ist, daß er samen Steuereinrichtung gesteuerte Einrichtung ent-Ausgangssignale erzeugt, die ein Maß für die Fre- laden wird, bevor er unter Steuerung durch jeden quenzen der aufeinanderfolgenden Abschnitte der 25 der Ausgangsimpulse des Zählers aufgeladen wird.
Signalkurve sind, und durch eine an den Ausgang Der weitere Kondensator kann so angeordnet sein, der Zähleinrichtung angeschlossene Vergleichsein- daß er dem ersten Kondensator durch eine in zwei richtung für die aufeinanderfolgenden Ausgangs- Richtungen wirkende Torschaltung unter Steuerung signale des Zählers. durch die gemeinsame Steueranordnung parallel ge-

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung 30 schaltet wird, so daß die jeweiligen Ladungen auf besteht darin, daß die Umschalteinrichtung so aus- die beiden Kondensatoren aufgeteilt werden,
geführt ist, daß jeder Abschnitt der resultierenden Die Kondensatorspannung kann über einen Wech-Signalkurve mehrere Zyklen der Bezugsfrequenz selstromverstärker einer Integrationsschaltung zuge- bzw. der Signalfrequenz umfaßt, daß der Zähler so führt werden, welche ein Gleichstromsignal erzeugt, ausgeführt ist, daß er im Betrieb eine vorbestimmte 35 das die Frequenzdifferenz zwischen der Signalfre-ZaM von Zyklen jedes Abschnitts der resultierenden quenz und der Bezugsfrequenz darstellt.
Signalkurve zählt und für jeden Abschnitt einen Aus- Die Anordnung kann eine Einrichtung zur Wiegangsimpuls erzeugt, dessen Dauer ein Maß für die derherstellung des Gleichstrompegels enthalten, Frequenz des betreffenden Abschnitts ist, und daß welche von der gemeinsamen Steuereinrichtung gedie aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse des Zäh- 40 steuert wird und so ausgeführt ist, daß sie den lers, welche abwechselnd die Bezugsfrequenz und die Gleichstrompegel des Kondensators wieder herstellt, Signalfrequenz kennzeichnen,' in der Vergleichsein- wenn der Ausgangsimpuls des Zählers die Bezugsrichtung zur Bildung des Ausgangssignals für die frequenz kennzeichnet, so daß das Vorzeichen des Frequenzdifferenz verglichen werden. Zählers in dem Ausgangsimpuls für die Frequenz-

Die Vergleichseinrichtung kann eine Umwand- 45 differenz erscheint.

lungseinrichtung enthalten, die so ausgeführt ist, daß Die Erfindung wird nachstehend an Hand der sie aus den vom Zähler gelieferten Ausgangsimpul- Zeichnung beispielshalber erläutert. Diese zeigt ein sen entsprechende Impulse erzeugt, deren Ampli- Blockschaltbild einer automatischen Frequenzregeltuden ein Maß für die Bezugsfrequenz bzw. die . anordnung gemäß der Erfindung.
Signalfrequenz sind, wobei ein Kondensator so an- 50 Ein Eingangssignal,' dessen Frequenz verglichen geordnet ist, daß er von den entsprechenden Impul- werden soll, wird einer Eingangsklemme 1 zugeführt, sen je nach deren Amplitude aufgeladen oder teil- die mit der Eingangsseite einer Umschalt-Torschalweise entladen wird und wobei eine Meßeinrichtung lung 2 verbunden ist. Eine (nicht dargestellte) Beso angeordnet ist, daß sie die Ladung des Konden- zugsfrequenzquelle ist mit einer Klemme 3 yerbunsators für jeden der' aufeinanderfolgenden entspre- 55' detf, die an die Eingängsseite einer zweiten¹ Umchenden Impulse feststellt und dementsprechend schalt-Torschaltung 4 angeschlossen ist. Der Betrieb den Ausgangsimpuls für die Frequenzdifferenz er- der Torschaltungen 2 und 4 wird durch eine gezeugt, meinsame Steuereinrichtung 5 gesteuert, deren Be-

Die Umschalteinrichtung kann zwei Torschaltun- trieb mit einer im Eingangssignal der Klemme 1 vorgen enthalten, von denen jede eine Eingangsklemme 60 handenen Tastung durch einen Tastüberwacher 6 aufweist, welcher die Bezugsfrequenz bzw. die Signal- synchronisiert ist. Der Tastüberwacher 6 empfängt frequenz zugeführt wird, und von denen jede einen das Eingangssignal und kann frequenz- oder ampli-Steuereingang aufweist, wobei diese Steuereingänge tudenempfindlich sein. Wenn in dem an der Klemme 1 mit einer gemeinsamen Steueranordnung verbunden erscheinenden Signal keine Tastung vorhanden ist, sind, welche die Torschaltungen abwechselnd öffnet, 65 kann der Tastüberwacher 6 durch einen geeigneten während jede Torschaltung eine Ausgangsklemme Signalgenerator ersetzt werden. Durch die Tastsynaufweist, welche mit einer gemeinsamen Eingangs- chronisation soll erreicht werden, daß der Frequenzklemme der weiteren Einrichtung verbunden ist. vergleich mit dem Signal nur in bestimmten Zeit-

punkten durchgeführt wird, d. h. nicht während einer Periode, in welcher das Signal zwischen zwei Frequenzen umgeschaltet wird.

Die beiden Torschaltungen 2 und 4 werden unter Steuerung durch die gemeinsame Steuereinrichtung 5 abwechselnd geöffnet, und die zusammengefaßten Ausgangssignale der Torschaltungen werden dem Eingang eines Zählers 7 zugeführt. Das dem Zähler 7 zugeführte Eingangssignal besteht aus einer Signalkurve mit abwechselnden Abschnitten des Eingangssignals und der Bezugsfrequenz, die von der Torschaltung 2 bzw. von der Torschaltung 4 kommen.

Der Zähler 7 wird zur Einleitung des Zählvorgangs durch Steuerimpulse ausgelöst, welche von der gemeinsamen Steuereinrichtung 5 über eine Verzögerungsanordnung 8 geliefert werden. Die Verzögerungsanordnung 8 stellt sicher, daß der Zählvorgang im Zähler 7 erst dann beginnt, wenn ein Abschnitt der Signalkurve, der eine Anzahl Zyklen der Bezugsfrequenz bzw. der Signalfrequenz enthält, von der ao Torschaltung 2 oder von der Torschaltung 4 am Zähler angekommen ist. Anschließend wird der Zähler 7 durch die aufeinanderfolgenden Zyklen des betreffenden Abschnitts der Signalkurve betätigt. Der Zähler 7 ist so ausgeführt, daß er einen Ausgangsimpuls abgibt, dessen Dauer durch eine vorbestimmte Anzahl von Zählungen des Zählers 7 bestimmt ist. Daher wird für jeden dem Zähler zugeführten Abschnitt mit der Signalfrequenz oder mit der Bezugsfrequenz ein Ausgangsimpuls erhalten, dessen Dauer umgekehrt proportional zu der Frequenz des gerade dem Zähler zugeführten Abschnitts ist. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Zähler 7 ein vierstufiger Binärzähler sein, wobei der Ausgangsimpuls beispielsweise mit dem fünften Frequenzzyklus beginnt und mit dem neunten Frequenzzyklus endet. Durch diese Ausführung wird jegliches Fehlen der Phasenkohärenz zwischen dem Signal und der Tastkurve vermieden. Das Ausgangssignal des Zählers 7 wird dem Steuerimpulseingang 9 einer weiteren Torschaltung 10 zugeführt.

Eine einen konstanten Strom liefernde Quelle ist mit dem Eingang 11 der Torschaltung 10 verbunden, während der Ausgang der Torschaltung 10 mit einer Elektrode eines Kondensators 12 verbunden ist, dessen andere Elektrode an Masse liegt. Der Kondensator 12 wird auf eine Spannung aufgeladen, welche der Frequenz des jeweiligen Abschnitts der Signalkurve umgekehrt proportional ist, wodurch eine Umsetzung einer Impulsdauermodulation in eine Impulsamplitudenmodulation in üblicher Weise durchgeführt wird.

Dem Kondensator 12 ist eine Torschaltung 14 parallelgeschaltet, welche von der gemeinsamen Steuereinrichtung 5 über eine Verzögerungsanordnung 13 zur 55: Entladung des Kondensators 12 ausgelöst werden kann. Die Entladung des Kondensators 12 erfolgt zu einem Zeitpunkt, der nahe beim Beginn jedes dem Zähler zugeführten Abschnitts liegt, damit Fehler vermieden werden, welche sich aus einer Restladung 6cp ergeben könnten, die infolge eines früheren Öffnungszustandes der Torschaltung 10 auf dem Kondensator bestehen könnte.

Ein von der gemeinsamen Steuereinrichtung 5 über die Verzögerungsanordnung 13 abgegebener Steuerimpuls betätigt die Torschaltung 14 so, daß der Kondensator 12 geladen bleibt, wenn die Torschaltung 14 offen ist, während der Kondensator nach' Masse entladen wird, wenn die Torschaltung 14 geschlossen wird.

Ein Eingang einer in zwei Richtungen wirkenden Torschaltung 15 ist mit dem Kondensator 12 verbunden. Der Betrieb der Torschaltung 15 wird durch Impulse gesteuert, die von der gemeinsamen Steuereinrichtung 5 über eine weitere Verzögerungsanordnung 16 geliefert werden, während der Ausgang der Torschaltung 15 mit einer Elektrode eines Kondensators 17 verbunden ist. Wenn bei dieser Anordnung der Torschaltung 15 ein Impuls über die Verzögerungsanordnung 16 zugeführt wird, damit die Torschaltung 15 geöffnet wird, wird die Spannung am Kondensator 12 abgenommen und dem Kondensator 17 so zugeführt, daß die Ladungen aufgeteilt werden, also der Kondensator 17 entweder geladen oder entladen wird, je nach der Ladung, die sich auf Grund früherer Spannungsabnahmen bereits darauf befinden.

Wenn die Signalfrequenz von der Bezugsfrequenz verschieden ist, ändert sich offensichtlich die Ladung des Kondensators 17 bei jedem durch eine der Torschaltungen 2 und 4 gehenden Abschnitt der Signalkurve. Daher ist die Spannung am Kondensator 17 ein Rechtecksignal mit kleiner Amplitude, dessen Amplitude dem Frequenzfehler proportional ist, da die Spannung des Kondensators 17 eine Anzeige der Differenz zwischen den verschiedenen Spannungspegeln ergibt, welche am Kondensator 12 infolge der Abschnitte mit der Bezugsfrequenz und der Abschnitte mit der Signalfrequenz erscheinen. Es ist zu bemerken, daß der Kondensator 17, obgleich die Torschaltung 15 in zwei Richtungen wirkt, während der Perioden, in denen die Torschaltung 14 den Kondensator 12 entlädt, nicht entladen wird, weil die Torschaltung 15 zur Abnahme der Ladung des Kondensators 12 nur dann geöffnet ist, wenn dieser Kondensator durch einen Abschnitt der Signalkurve voll aufgeladen ist, jedoch nicht, wenn der Kondensator entladen wird.

Die am Kondensator 17 erscheinende Rechtecksignalspannung mit kleiner Amplitude wird über einen Wechselstromverstärker 18 und einen Kondensator 19 einer Integrationsschaltung 20 zugeführt. Die Integrationsschaltung 20 gibt am Ausgang ein Gleichstrom-Fehlersignal ab. Wenn ein Wechselstrom-Fehlersignal benötigt wird, wird das Ausgangssignal der Integrationsschaltung einem Modulator 22 zugeführt.

Es ist nicht möglich, das Vorzeichen des Frequenzfehlers, d. h. die Tatsache, ob die Signalfrequenz größer oder kleiner als die Bezugsfrequenz ist, aus dem am Kondensator 17 erscheinenden Rechtecksignal mit kleiner Amplitude festzustellen. Damit das Vorzeichen des Frequenzfehlers festgestellt werden kann, ist eine Schaltung 21 zur Wiederherstellung des Gleichstrompegels des Kondensators 17 vorgesehen. Diese Schaltung wird von der gemeinsamen Steueranordnung 5 während der Zeit betätigt, in welcher die Ladung des Kondensators 17 der Bezugsfrequenz proportional ist. Dadurch wird erreicht, daß die der Bezugsfrequenz entsprechende Ladung des Kondensators 17 im wesentlichen dem Potential Null entspricht, während die von der Signälfrequenz hervorgerufene Ladung des Kondensators je nach dem Vorzeichen des Frequenzfehlers ein positives oder ein negatives Potential erzeugt.

Bei der beschriebenen Schaltung^ sind die Verzögerungszeiten der Verzögerungsanördnüngen 8, 13 und

so bemessen, daß sie dem Bereich der Frequenzen der zugeführten Eingangssignale angepaßt sind. Es ist zu bemerken, daß die Anordnung zur Erzeugung der die Signalfrequenz kennzeichnenden Impulse und zur Erzeugung der die Bezugsfrequenz kennzeich- S nenden Impulse die gleiche Kette von Torschaltungen verwendet, so daß jeder darin hervorgerufene Fehler in den beiden Impulsgruppen auftritt und somit unberücksichtigt bleiben kann. Ferner ist zu bemerken, daß bei Gleichheit der Signalfrequenz und der Bezugsfrequenz keine Schwankung der Ladung des Kondensators 17 auftritt und somit kein Fehlersignal von der Anordnung erzeugt wird.

Die zuvor beschriebene Anordnung ermöglicht in einfacher Weise die Erzeugung von Wechselstrom- oder Gleichstromfehlersignalen. Diese Fehlersignale können in jeder gewünschten Weise verwendet werden.

Da die Messungen ausschließlich während der Spannungsabnahmeperioden durchgeführt werden, ao erfordert die Anordnung keine kohärenten Signale. In der Praxis betragen die für jede Spannungsabnahmeperiode erforderlichen Zeitintervalle nur etwa fünf Millisekunden; dies bedeutet, daß für eine richtige Messung keine Vorgeschichte erforderlich ist. »5

Die Ein- und Ausschaltung der Anordnung in einem Frequenzregelsystem kann durch Handschaltung und/oder durch einen Störabstanddetektor bewirkt werden. Der Störabstanddetektor dient zum automatischen Abschalten der Anordnung, wenn der Störpegel unerträglich wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzvergleichsanordnung zum Vergleich einer Signalfrequenz mit einer Bezugsfrequenz, gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung, welche im Betrieb das Signal und die Bezugsfrequenz derart umschaltet, daß eine resultierende Signalkurve erhalten wird, die aus abwechselnden Abschnitten mit der Signalfrequenz und mit der Bezugsfrequenz besteht, durch einen Zähler, der mit der Umschalteinrichtung so verbunden ist, daß er Ausgangssignale erzeugt, die ein Maß für die Frequenzen der aufeinanderfolgenden Abschnitte der Signalkurve sind, und durch eine an den Ausgang der Zähleinrichtung angeschlossene Vergleichseinrichtung für die aufeinanderfolgenden Ausgangssignale des Zählers.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung so ausgeführt ist, daß jeder Abschnitt der resultierenden Signalkurve mehrere Zyklen der Bezugsfrequenz bzw. der Signalfrequenz umfaßt, daß der Zähler so ausgeführt ist, daß er im Betrieb eine vorbestimmte Zahl von Zyklen jedes Abschnitts der resultierenden Signalkurve zählt und für jeden Abschnitt einen Ausgangsimpuls erzeugt, dessen Dauer ein Maß für die Frequenz des betreffenden Abschnitts ist, und daß die aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse des Zählers, welche abwechselnd die Bezugsfrequenz und die Signalfrequenz kennzeichnen, in der Vergleichseinrichtung zur Bildung des Ausgangssignals für die Frequenzdifferenz verglichen werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung eine Umwandlungseinrichtung enthält, die so ausgeführt ist, daß sie aus den Ausgangsimpulsen des Zählers entsprechende Impulse erzeugt, deren Amplituden ein Maß für die Bezugsfrequenz bzw. für die Signalfrequenz sind, daß ein Kondensator so angeordnet ist, daß er durch die entsprechenden Impulse je nach deren Amplituden aufgeladen oder teilweise entladen wird, und daß eine Abnahmeeinrichtung vorgesehen ist, welche die Ladung des Kondensators für jeden der aufeinanderfolgenden entsprechenden Impulse zur Erzeugung des Ausgangssignals für die Frequenzdifferenz abnimmt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung zwei Torschaltungen enthält, von denen jede eine Eingangsklemme aufweist, welche die Bezugsfrequenz bzw. das Signal empfängt, von denen jede einen Steuereingang aufweist, welcher mit einer die Torschaltungen abwechselnd öffnenden gemeinsamen Steuereinrichtung verbunden sind, und von denen jede eine Ausgangsklemme aufweist, welche mit einer gemeinsamen Eingangsklemme der weiteren Einrichtung verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4 unter Rückbeziehung auf Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler über eine Verzögerungsanordnung mit der gemeinsamen Steuereinrichtung derart verbunden ist, daß er bei jeder Betätigung der Torschaltungen ausgelöst wird, wobei die Verzögerungsanordnung gewährleistet, daß der dem Zähler zugeführte Abschnitt diesen erreicht hat.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Steuereinrichtung über eine Synchronisationseinrichtung mit dem Eingang der zum Empfang des Signals dienenden Torschaltung verbunden ist und daß die Synchronisationseinrichtung so ausgeführt ist, daß sie die gemeinsame Steuereinrichtung derart synchronisiert, daß diese Torschaltung geöffnet wird, wenn das Signal die zu vergleichende Signalfrequenz aufweist, wodurch beispielsweise eine vorbestimmte Frequenz eines Frequenzumtastsignals verglichen werden kann.

7. Anordnung nach Anspruch 4 unter Rückbeziehung auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtung einen weiteren Kondensator enthält, der so angeordnet ist, daß er durch einen konstanten Strom während einer durch die Dauer der Ausgangsimpulse des Zählers bestimmten Periode aufgeladen wird, und daß der weitere Kondensator von einer durch die gemeinsame Steuereinrichtung gesteuerten Anordnung entladen wird, bevor er unter Steuerung durch jeden der Ausgangsimpulse des Zählers aufgeladen wird.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kondensator so angeordnet ist, daß er dem ersten Kondensator durch eine in zwei Richtungen wirksame Torschaltung unter Steuerung durch die gemeinsame Steuereinrichtung derart parallel geschaltet werden kann, daß die Ladungen der Kondensatoren auf die beiden Kondensatoren aufgeteilt werden.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Span-

nung am ersten Kondensator über einen Wechselstromverstärker einer Integrationsschaltung zugeführt wird, die so ausgeführt ist, daß sie ein Gleichstromsignal erzeugt, das die Frequenzdifferenz zwischen der Signalfrequenz und der Bezugsfrequenz darstellt.

10. Anordnung nach Anspruch 4 unter Rückbeziehung auf Anspruch 3 oder nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine

Anordnung zur Wiederherstellung des Gleichstrompegels, welche von der gemeinsamen Steuereinrichtung gesteuert wird und so ausgeführt ist, daß sie den Gleichstrompegel des ersten Kondensators dann wieder herstellt, wenn der Ausgangsimpuls des Zählers die Bezugsfrequenz darstellt, so daß das Vorzeichen des Fehlers in dem Ausgangsimpuls für die Frequenzdifferenz erscheint.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 503/1287