DE1950747A1 - Frequenzgenerator - Google Patents

Description

Ein Frequenzgenerator mit Frequenzsynthese erzeugt ein periodisches elektrisches Signal,dessen Frequenz numerisch gewählt werden kann. Die bevorzugte Ausführungsform eines Frequenzgenerators erzeugt ein Signal, das phasenkohärent zu einem periodischen Bezugssignal "bestimmter Frequenz ist. Das Signal gilt als phasenkohärent, wenn es H Perioden innerhalb eines Zeitintervalls aufweist, in dem das Bezugasignal M Perioden zählt. M und Ii sind ganze Zahlen, die jedoch sehr groß sein können.

Die Frequenz des Bezugssignals oder Referenzsignals, f „, und die ganze Zahl M liegen normalerweise fest und werden so gewählt, daß N bis auf einen einfachen Maßfaktor

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing, Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

S MDNCHEN 2, THE RES I EN STRASSE 33 · Telefon. 281202 · Telegramm-Adr.n», Lipatli/Mönch·« Bayer. Vereimbanlc Münchtn, Zweigst. Oikar-von-Miller-Ring, Kto.-Mr. 8S2493 > Postscheck-Kontor München Nr. 163397

Opp«nouer

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ANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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direkt in Hz (Perioden pro Sekunde) abgelesen werden kann. Wenn beispielsweise f_ref 1.000.000 Hz und M 1,000 beträgt;, wird N direkt in kHz (1000 Hz) abgelesen.

Die Zahl M kann festgelegt sein, variiert aber üblicherweise in einem ziemlich weiten Bereich.

Die ausgewählte Frequenz kann durch wiederholte. Operationen mit periodischen Signalen synthetisiert oder zusammengesetzt werden. Dieses nennt man "direkte Synthese". Die Hauptoperationen sind Addition oder Subtraktion der Frequenzen zweier periodischer Signale und Multiplikation oder Division einer Einzelfrequenz mit oder durch eine kleine ganze Zahl. Durch jede dieser Operationen erhält man ein periodisches Signal gewünschter Frequenz, jedoch auch periodische Signale mit unerwünschten oder Störfrequenzen. Deshalb muß das gewünschte Signal durch Filtern gegenüber den Störsignalen verstärkt werden.

Wenn N variabel ist, erfordert die direkte Frequenzsynthese durchschnittlich etwa vier Operationen und vier Filter pro Dezimalstelle der Auflösung. Für eine direkte Frequenzsynthese bis zu 9*999.000 Hz in Einzelschritten von 1.000 Hz sind 4x4« 16 Operationen und etwa 16 Filter erforderlich. Für die Frequenzsynthese bis zu 9.999.999 Hz, in Schritten von 1 Hz sind 7x4= 28 Operationen und etwa 28 Filter erforderlich, Jede Operation mit zugehörigem Filter erfordert einen Geräteaufwand, dessen Komplexität und KoateK einem Superhet oder tiberlagerungasmpfanger vergleichbar aind.

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Wegen seines komplexen Aufbaus und demzufolge hoher Kosten ist ein Frequenzgenerator mit ausschließlich direkter Frequenzsynthese nur für wenige Anwendungszwecke gerechtfertigt. ·

Eine Frequenz kann auch indirekt synthetisiert werden. Bei der indirekten Synthese erzeugt eine elektronisch abgestimmte, periodische Signalquelle das gewünschte Signal. Frequenz und Phase des erzeugten Signals werden automatisch gesteuert.

Bei bisher bekannten Frequenzgeneratoren ist -das periodische Signal mit einer ganzzahligen Harmonischen der Frequenz f"_re:p/M phasengekoppelt. In diesem Fall ist der kleinste Frequenzschritt (f_re-f/M)» die für die Ausgangsfrequenz !-.„-ι- erforderliche Zeit für die Einstellung auf einen neuen Wert liegt in der Größenordnung von (100 M/f_ref). Wenn der kleinste Frequenzschritt 1000 Hz betragen würde, läge die zum Einstellen auf einen neuen Frequenzwert erforderliche Zeit bei größenordnungsmäßig 0,1 Sekunden.

Wenn die Frequenzänderung groß ist, verliert der Pbasenkoppelkreis seine Kopplung. In diesem Fall sind Zusatzvorrichtungen erforderlich, die das Bezugssignal "einfangen¹¹, wobei die für die Frequenzänderung erforderliche Zeit ein Vielfaches der normalen, für kleine Änderungen gültigen Einstellzeit betragen kann.

Bei bisher bekannten Frequenzgeneratoren mit indirekter Frequenzsynthese liefert der Ausgang N volle Perioden

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in dem Zeitintervall,, in dem das periodische Bezugs signal M Perioden durchläuft. Die über die M Perioden dies: Bezugssignals gemittelte Frequenz ist exakt,, jedoch schwankt die momentane Frequenz um; diesen .Mittelwert». Die. Grö 13e dieser Schwankungen, erhöht sich, wenn kleinere Frequenzschritte gewählt werden, für viele Te rw en dungs zwecke nehmen diese Schwanfeungen überhand, wenn der kleinste Frequenzschritt unter !OOQ Hz, liegt.

Der Frequenzgenerator nach der vorliegenden Erfindung verwendet indirekte Frequenzsynthese. Jedoch; ist die Ein stell-, zeit auf eine neue. Frequenz nach Ändertoag VrOan F uraabbängig: von dem kleinsten Frequenzschritt» Diese Einstellzeit ist kurz, weshalb auch die- Zufallsscftwarikuiigeii der Frequeiiz klein sind, selbst wenn de;r· kleinste Frequenzscitritt nur ein Bruchteil von T Hz ist.« Außerdem kann Jede Frequenz innerhalb der nominalen Bandbreite der periodischen Signalquelle innerhalb kurzer Z.eit, gewählt werden. Die Phasenkopplung wird nie unterbrochen undl zusätzliche Stabilisierungsvorrichtungen sind nicht erfo>r.derlich.

In einem erfindungsgemäßen Frequenzgenerator können eine ausgewählte Frequenz und eine ausgewählte Phase synthetisiert werden. Außerdem muß bei diesem Frequenzgenerator- die zusammengesetzte Frequenz nicht notwendigerweise konstant sein, sondern kann mit der Zeit kontinuierlich variieren, wie etwa, ein Wobbelgenerator.

In einem erfindungsgemäßen Frequenzgenerator dient eine elektronisch abgestimmte Signalquelle zur Erzeugung eines

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periodischen Signals. Die Hregiiejßz f_ dieses periodischen Signals kann durch Steuerung des Abstimmsignals variiert ■werden,. Der durch dieses periodische Signal erzeugte Phasenwinkel wird von einem elektronischen Digitalzähler gemessen. Die Augenblicke, in denen dieser Phasenwinkel gewisse Werte erreicht, werden mit einer digital errechneten Maßtabelle verglichen. Wenn der Phasenwinkel hinter der Maßtabelle nachhängt, wird die !Frequenz erhöht; wenn der Phasenwinkel vorauseilt, wird die Frequenz erniedrigt.

In einzelnen geschieht dabei folgendes« Die ganze Zahl C, die im Zähler erzeugt und gespeichert wird, wird digital mit einer ganzen Zahl (D + E) verglichen. Daraus ergibt sich ein binäres Signal. Das binäre Signal ist eine "0", wenn G nicht größer als (D + E) ist, und eine "1", wenn C größer als (D + E) ist. Der bei wachsendem C auftretende Wechsel dieses Signals von 0 nach 1 ist mit dem periodischen Signal der Frequenz f - genau synchronisiert. Dieser Wechsel von 0 nach 1 wird Rückkopplungspuls genannt.

Die kleine ganze Zahl E dient nur dazu, die Zeitgenauigkeit des Rückkopplungspulses zu erhöhen. Der Wert von E liegt fest.

Der Wert der ganzen Zahl D wird für jeweils (m/f_ref) Sekunden um 1 erhöht, wobei m ebenfalls eine ganze Zahl ist. Im Gleichgewichtszustand bewirken diese periodischen Erhöhungen, daß das binäre Vergleichssignal zwischen 0 und 1 wechselt. Hierdurch ergibt sich eine Folge von Rückkopplungspulsen.

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Außerdem wird eine Folge von Bezugspulsen mit einer Frequenz von 1 Puls pro '(m/t ψ) Sekunden erzeugt. Das Zeitintervall zwischen einem gegebenen Bezugspuls und seinem komplementären Eiickkopplungspuls ist ein festgelegter Maßwert. Die Differenz zwischen diesem festgelegten Zeitintervall und dem beobachteten Zeitintervall wird in eine Spannung umgewandelt. Diese Spannung wird abgetastet, gespeichert, weiterverarbeitet und dem Steuersignal hinzuaddiert. Die Richtung dieses Schrittsignals verursacht eine Frequenzänderung in der Richtung, in der Fehler durch aufeinanderfolgende Korrekturen verringert werden. ·.

Die Weiterverarbeitung kann, darin bestehen,, daß das Signal gefiltert, verstärkt oder auf andere, übliche Weise verarbeitet wird.

Die normalen Abweichungen des Ruckkopplungspulses ,. sind kleiner als ί V2 m/f_ ~ Sekunden. Wenn die Abweichung diesen Normalwert überschreitet, erzeugt der Vergleich von C und (D■+ E) ein Signal, das die normale Steuerung der Phase und Frequenz kurzzeitig übersteuert. Diese Übersteuerung _; .-.._ reduziert die Abweichung auf einen Wert innerhalb der normalen Grenzen und unterbricht dann den Betrieb. —-

Wenn der Zähler, die Zahl D und die digitale Ver-:■■... gleichsvorrichtung eine unendlich größe Kapazität hätten, · gäbe es eine einzige Beziehung, mit der die Phase gekoppelt wäre. Der Zähler muß jedoch keine unendlich große Kapazität .aufweisen. Es genügt, wenn bei jedem Übertrag oder Überlaufen

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des Zählers mit begrenzter Kapazität eine entsprechende Änderung in (D + E) auftritt. Wenn dieser Übertrag durch eine Änderung von (D + E) abgeglichen wird, ist eine kontinuierliche Steuerung gewährleistet, auch wenn der Zähler periodisch einen Übertrag liefert. Der-Frequenzgenerator kann ohne Unterbrechung kontinuierlich arbeiten.

Die Kapazität des Zählers sollte etwa gleich dem Maximalwert der Frequenz f , multipliziert.mit der maximalen Einstellzeit auf Gleichgewichtsbedingungen, entsprechen. Wenn der Zähler eine Kapazität dieser Größenordnung aufweist, bleibt die Phasenkopplung erhalten, auch wenn die Frequenz auf beliebige Frequenzwerte innerhalb der nominalen Bandbreite der periodischen Signalquelle umgeschaltet wird· Wenn diese Kapazität zu gering ist, müssen, wie bei den derzeit bekannten Geräten, Stabilisierungsvorrichtungen für das Bezugssignal vorgesehen sein.

-Aufeinanderfolgende Werte der ganzen Zahl D werden digital errechnet. Eine ganze Zahl P_n-I wird in einem digitalen Phasenregister gespeichert. In einem bestimmten Zeitpunkt wird die ganze Zahl N, die für die gewünschte Frequenz maßgeblich ist, zu Pjj-1 hinzuaddiert. Die Summe (P_n-I +N) wird als neuer Wert anstelle des bisherigen Wertes für P oder P_n im Phasenregister gespeichert.

Die Lage des Dezimalkommas (oder ein entsprechender Punkt, wenn eine andere Radix-Schreibweise verwendet wird) ist im Phasenregister inbegriffen. Deshalb· kann P als (D + d )

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ausgelesen werden, wenn (D„ + d ) gleich CnLP_nZM) ist, wobei (M/m) eine ganzzahlige Potenz von iO- Coder- eine ganzzahlige Potenz der verwendetes Eadixschrelbweise). s;ein muß. Di.e Zahl D„ ist ganzzahlig¹, stellt den N-ten Wert von D dar und wird für äem N-ten Vergleich von, C und (3D" +- E-), oder genauer gesagt:; (D_n + B), verwendet.

Wenn- die Zahl (mlT/M) eine ganze Zähl ist,, ist das festgelegte Zeitintervall zwischen dem Bezugspuls und seinem ' komplementären Hückkopplungspuls konstant. Die elektronisch abgestimmte Signalquelle erreicht den Gleichgewichtszustand für die Frequenz f . wobei die Phase ff Perioden in dem Zeit-

intervall durchläuft, in dem das Bezugssignal M Perioden hat.

Wenn (mN/M) keine ganze Zahl ist, durchläuft das Periodische Signal bei der Frequenz f_. ebenfalls volle N-Perioden, während das Bezugssignal M Perioden aufweist. In diesem Fall kann das Zeitintervall jedoch so festgelegt sein, daß es über den Zeitraum von einer Periode des Bezugssignals bei f' variiert.

Wenn (mN/M) keine ganze Zahl ist und das Zeitintervall auf einen konstanten Wert festgelegt ist, ergibt sich ein periodischer Phasenfehler. Dieser Phasenfehler kann als Ergebnis von Storsignalen gewertet werden, die Seitenbänder des gewünschten Signals darstellen. Die Größe dieser Seitenbänder ist begrenzt und kann für gewisse Verwendungszwecke solcher Frequenzgeneratoren toleriert werden.

Wenn es notwendig ist, diese Störfrequenz-Seitenbänder

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zu verkleinern, muß der richtige Bruch ύόώ d zum Festlegen des Rückkopplnngspulses verwendet wexdeiu '

Eine oder mehrere ZIffernsteilen des richtigen Bruchteils d betreiben einen Digital/Analog-Wandler DAC. · Der Ausgang dieses DAC wird der Spannung überlagert, die eine Komponente proportional zum Zeitintervall des Bezugs-Riickkopplungspulses enthält. Die Richtung dieser DAC-Ausgabe läßt den Bückkopplungspuls nachhängen, wenn d zunimmt. Die Größe dieser DAC-Ausgabe wird so festgelegt, daß sie gleich d_n, multipliziert mit einer Periode des periodischen Signals, ist.

Die Anzahl der Ziffernstellen im DAC wird der Größe der Seitenbänder angepaßt, die noch gerade toleriert werden kann, und ist unabhängig von der Größe des kleinsten Frequenzschrittes. Wenn beispielsweise f_ref = 1.000.000 Hz? m « 10} M = 100.000.000 ist, beträgt der kleinste Frequenzechritt 0,01 Hz, und (M/m) hat sieben Ziffernstellen; in anderen Fällen mögen jedoch nur 4, 3, 2 oder 1 Ziffernstelle für den DAC oder überhaupt kein DAC erforderlich sein.

Für Fachleute ist ersichtlich, daß es verschiedene Typen von Digital/Analog-Wandlern DAC gibt. Viele dieser Typen eignen eich für den vorliegenden Verwendungszweck, Einzelheiten des DAC liegen außerhalb des Erfindungsbereiche·

In einem Frequenzgenerator mit einem DAC kann außer der Frequenz auch der Phasenwinkel programmiert sein. Hierfür ist eine Vorrichtung erforderlich, die denWert P zu einer bestimmten ZeI^ auf einen bestimmten Wert setzt. Um diese

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Möglichkeit darzulegen, sei angenommen, daß in dem Zeitintervall t.j bis tg ein Signal zusammengesetzt werden soll, das sich nicht von dem Signal unterscheidet, das erzeugt worden wäre, wenn die Frequenz von einem früheren Zeitpunkt t her konstant geblieben wäre. Durch diese erweiterte Möglichkeit kann der Frequenzgenerator im Time-Sharing-Betrieb, verteilt auf eine Reihe von Frequenzen, arbeiten, wobei die Signalsegmente für das kontinuierliche Signal repräsentativ sein müssen,

Mit einem erfindungsgemäßen Frequenzgenerator kann eine Frequenz zusammengesetzt werden, die mit der Zeit kontinuierlich variiert. Zur Synthese einer zeitvariablen Frequenz wird das (für eine gewisse Zeit) feste, ganzzahlige N. durch eine Folge von ganzzahligen M ersetzt. Dann wird (JL_--I + N ) für P_n gesetzt; (P_n + N_n+1 wird zu Pj₁₊-J t etc.). Daraus entsteht nicht eine Folge von Frequenzstufen, sondern eine glatte, kontinuierliche Frequenzänderung· Dementsprechend treten auch keine Diskontinuitäten der Phase oder der Größe des periodischen Signals auf. Diese Kontinuität ergibt sich aus der Art der Ausgabe der elektronisch abgestimmten Signalquelle und .,. außerdem aus. der Verarbeitung des dieser Quelle eingespeisten

HUekkopplungesignale. -

Die Folge von Werten N_n "kann aus einem digitalen ,·: Speicher ausgelesen werden oder aber als Ganzes oder teilweise aus einem Modulationsinhalt, etwa einem sprachgesteuerten Signal, abgeleitet werden.

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Die Folge von Werten von N_n kann als genaue Punktion oder als zulässige Annäherung einer Funktion digital errechnet werden. Wenn beispielsweise Ni zu (N_n + F) errechnet wird und F festgelegt ist, wird die Frequenz mit (mF/M) Hz pro Sekunde gewobbelt. Diese Funktion läßt sich genau berechnen. Wenn dagegen (N-,) zu (1 i *ο£ .)H errechnet wird, erfolgt das Wobbein angenähert exponential mit der Zeit. Dieses Wobbein ist angenähert, da der Wert (1 -¹^)N_n manchmal abgerundet öder abgeschnitten wird. Der Fehler der Annäherung kann jedoch beliebig klein gehalten werden*

Die wachsende Zahl von Funkverbindungseinrichtungen bestärkt die Forderung nach einer entsprechenden Frequenzzuteilung. Trotzdem wird die Zuteilung immer noch so vorgenommen, daß gewisse Abweichungen von einer speziellen, zugeteilten Frequenz gestattet sind. Es erwies sich als unzweckmäßig, die Frequenz bei der Zuteilung sehr genau festzulegen, da eine genaue Steuerung d.er Frequenz bei Funkverbindungseinrichtungen schwierig ist. Da das Frequenzspektrum jedoch begrenzt ist und die Nachfrage nach Frequenzen weiterhin zunimmt, muß eine genauere Zuteilung mit engeren Toleranzgrenzen vorgenommen werden, was nur durchgeführt werden kann, wenn bei den verwendeten Anlagen eine sehr genaue Frequenzsteuerung erreicht wird.

Wie schon angedeutet wurde, kann ein. zur Frequenzsynthese dienender Frequenzgenerator so gesteuert werden, daß er genaue Signale verschiedener Frequenzen liefert· Unter den

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bisherigen Frequenzgeneratoren gibt es solche mit Kristalloszillatoren (begrenzt auf jeweils eine Frequenz), die Fre— quenznormale darstellen, aus denen verschiedene ausgewählte Frequenzen abgeleitet werden können. Diese Geräte sind im allgemeinen sehr kompliziert und auf die Darstellung verschiedener diskreter Frequenzen beschränkt.

Verschiedene bisherige Frequenzgeneratoren verwendeten Phasenkopplungsverfahren, bei denen ein spezifisches Signal oder eine Oberschwingung von einem Frequenzvervielfacher oder Frequenzteiler auegewählt wurde. Eine der Schwierigkeiten dieser Geräte lag darin, die gewünschte Signaloberschwihgung auszuwählen. Außerdem enthalten gewisse Typen dieser Geräte einen Schaltungsaufbau, der einen Kompromiß zwischen Schaltgeschwindigkeit und Auflösung sucht. Beim Betrieb dieser Geräte besteht oft die Schwierigkeit, Störsignale auszuschalten, wie^sie beispielsweise bei einer Frequenzänderung auftreten.

Obwohl in letzter Zeit verschiedene zur Frequenzsynthese dienende Frequenzgeneratoren entwickelt wurden, die auch weiterhin in Gebrauch sein werden, besteht die Forderung nach einem verbesserten Frequenzgenerator, der die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist und der ein Frequenznormal für verschiedene bisherige Geräte darstellen kann. /

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die ein periodisches elektrisches Signal erzeugt, dessen Phase .mit einem period!-, sehen Bezugssignal kohärent ist. In diesem Zusammenhang gilt

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der Ausgang einer periodischen Signalquelle, wie schon erwähnt wurde, dann als phasenkohärent mit einem Bezugssignal, wenn ein ausgewähltes Phasenverhältnis zwischen beiden für beliebig lange Zeit aufrechterhalten werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung beruht diese Beziehung auf der Phase und nicht, wie bisher üblich, auf einer trigonometrischen Funktion der Phase.

Die erfindungsgemäße Anordnung enthält allgemein einen Zähler, der den Fehler oder die Abweichung innerhalb eines Phasenkoppelkrexses registriert und dadurch die Phase kohärent hält. Bei einer mehr ins einzelne gehenden Betrachtung sollte erwähnt werden, daß die genaue Phase eines Signals nicht kontinuierlich und exakt bekannt sein kann. Die Phase kann jedoch zu einzelnen Abtastzeiten, die durch Pulse definiert sein können, mit großer Genauigkeit bekannt sein. In der erfin?- dungsgemäßen Anordnung wird daher der numerische Wert der gewünschten Phase beim Auftreten bestimmter Spannungspulse errechnet, die bestimmte Zeitmomente darstellen. Die Prüfpunkte oder Abtastungen können also genau sein, auch wenn die Anzahl der Abtastungen oder ihre numerischen Werte sehr groß werden.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein einfaches Schaltregister enthalten, in dem eine Zahl gespeichert iBt, die "Frequenz" genannt wird und ein Phaseninkrement spezifiziert, z. B. die Anzahl defr Perioden für die gewünschte Frequenz f (Perioden pro Zeiteinheit) des zusammengesetzten Signals. Weiterhin ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit der die Zahl "Frequenz" (zyklisch) zu einer

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Zahl addiert wird, die in einem Phasenregister oder Akkumulator gespeichert ist und einen aufsummierten Phasenwert darstellt. , Ein mit dem Schaltregister und Phasenregister verbundener Phasenzähler empfängt das zusammengesetzte Signal und zeigt die Phase dieses Signals durch Aufsummieren der Perioden (oder Teile derselben) an. Während das Phasenregister in relativ großen Schritten weiterzählt, wie schon erwähnt wurde, ^ _ zählt der Phasenzähler in kleineren aber häufigeren Schritten, z. B. in Periodenschritten des zusammengesetzten Frequenzsignals. Bei der Synthese eines Signals mit z. B. einer Frequenz von "401" Perioden (pro Zeiteinheit) springt unter genauen Betriebsbedingungen die Zahl im Phasenregister in Schritten von "401", während der Zähler in Schritten von "1", jedoch mit einer "401"-mal größeren Geschwindigkeit als das Phasenregister zählt. In ausgewählten Intervallen durchgeführte Vergleichsoperationen (zwischen dem Inhalt des Phasenregisters und dem des Zählers), liefern dann ein Steuersignal für die periodische Signalquelle, z. B. einen spannungsgesteuerten Oszillator, der das zusammengesetzte Signal liefert, ^in Phasenfehler oder eine Abweichung wird also digital errechnet und dann dazu verwendet, das gewünschte Signal festzuhalten.

Der errechnete numerische Wert der Phasenprüfpunkte ist nicht auf ganzzahlige Werte beschränkt. Die zum Inhalt des· Phasenregiaters hinzuaddierte Zahl muß eine ganze Zahl sein, jedoch kann das Dezimalkomma im Register verschieden • angegeben sein. Wenn also die Frequenzzahl eine ganze Zahl

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ist -und, wenn die Phase des Signals zu Beginn als Hull, angenommen wird, wären die folgenden Werte: 401, 802, 1604, 2005 [ etc. Die Frequenz oder das Schaltregister können jedoch geändert werden, wodurch die Phasenschritte variieren. In dieser Beziehung herrscht theoretisch keine Grenze für die kleinstmbjglichen Schritte, wobei die Schrittlänge unabhängig von der Abtastperiode ist.

Bei der hier als erstes dargelegten Anlage, wird nur der ganzzahlige Abschnitt der errechneten Abweichung dem Eückkopplungskreis zugeführt. Der hinter dem Komma stehende Bruchteil des Wertes kann vernachlässigt werden, ist jedoch nicht verloren. Insbesondere kann der Bruchteil hinter dem Komma des Wertes registriert oder gespeichert werden, un den korrekten Mittelwert der vom Oszillator erzeugten frequenz zu erhalten. Andererseits können die Stellen hinter dem Komma auch in einen Analogwert umgewandelt und im Steuerkreis verwendet werden.

Es folgt nun eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Figur 1 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anlage. '

Figur 2 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anlage aus Figur 1.

Figur 3 ist eine stark vergrößerte Teildarstellung des Diagramms aus Figur 2.

Figur 4 ist ein Blockdiagramm eines Teils der Anlage aus Figur 1. '

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Figur 5 ist ein Blockdiagramm einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 6 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anlage aus Figur 5.

In Figur 1 ist ein Koppelkreis L gezeigt, der eine periodische Signalquelle (in Form eines spannungsgesteuerten Oszillators 10), eine Steueranlage 12 und eine Phaseneinheit 14 enthält. Ganz allgemein wird beim Betrieb der Anlage die Phase eines Signals, das der Oszillator 10 liefert, gemäß einem Phaseninkrementwert festgehalten, der in der Phaseneinheit 14 gespeichert ist. Die Einheit 14 liefert (über einen Leiter 16) ein Signal an die Steuereinheit 12, um die gewünschte Phase aufrechtzuerhalten. Die Steuereinheit 12 wird von einem Zeitgeber 18 betrieben, der ebenfalls mit der Phaseneinheit verbunden ist. Die Steuereinheit 12 kann Filter und Abtastvorrichtungen etc. enthalten, wie noch näher erläutert wird.

Beim Betrieb des Koppelkreises L wird das periodische Signal vom Oszillator 1Q bei der gewünschten Phase festgehalten, die (durch Inkrement) in der Phaseneinheit 14 registriert wird. Die gewünschte Phase (und zugehörige Frequenz) wird dann durch ein Steuersignal erreicht und festgehalten, das die Einheit 14 über die Steuereinheit 12 an den Oszillator 10 abgibt. Über solche Koppelkreise findet man Einzelheiten in einem Buch mit dem Titel "PHASE IOCK TECHNIQUES" von Floyd M. Gardner, herausgegeben 1966 von John Wylie & Sons, Inc.

Man betrachte nun in einzelnen die Steuereinheit

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Der numerische Wert für das Phaseninkrement (Frequenz) wird im Prequenzregister 20 registriert. Der Inhalt des Registers 20 wird periodisch zu dem aufsummierten numerischen Wert in einem Phasenregister oder Akkumulator 22 (als Inkrement) addiert, und zwar unter Steuerung des Zeitgebers 18,· wodurch man einen Wert für die Gesamtphase oder Phasenverschiebung erhält.

Um ein Steuersignal zu erhalten, wird der Inhalt des Akkumulators 22 periodisch mit dem Inhalt eines Zählers 24 (enthalten in der Phaseneinheit 14) verglichen. Dieser Zähler zeigt die Gesamtphase an, indem er die Perioden (Einheiten, .Bruchteile oder Vielfache) des Oszillators 10 aufsummiert. Wie Figur 1 zeigt, wird dieser Vergleich zwischen der im Zähler 24 und der im Akkumulator 22 registrierten Phase von einem Komparator 26 durchgeführt, der über Leitung 16 an die Steuereinheit 12 im Augenblick der numerischen Übereinstimmung zwischen den beiden Werten einen Spannungspuls liefert. Im Augenblick des Auffretens dieses Spannungspulses (auf Zeitbasis) wird eine Information über die Abweichung von der gewünschten Phase erhalten. Hierdurch entsteht ein Steuersignal für den Oszillator 10.

Die in Figur 1 angegebenen Geräte können in verschiedener Weise ausgeführt sein. Anstelle'des spannungsgesteuerten Oszillators 10 können selbstverständlich verschiedene andere periodische Signalquellen verwendet werden«. Der Zähler 24, der ,jede Periode des Oszillators 10 zählt, kann einen

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Schwellenwertkreis in Form eines Schmidt-Trigger oder einen Nullübergangsdetektor, enthalten, der mit einem Digitalzähler verbunden ist, wie in der Technik bekannt ist.. Das Frequenzregister 20 kann ein von Hand betriebenes Mehrfachschaltregister enthalten, in das ein ausgewählter Frequenzwert eingegeben wird. Der Frequenzwert kann jedoch auch von einer externen Quelle, z. B. einem Rechner oder einer Datenverarbeitungsanlage, ge- * liefert werden.

Der Inhalt des Frequenzregisters 20 wird, wie Figur 1 zeigt, in parallelen Signalen auf Kabel 29 ausgegeben und (als numerischer Wert von Inkrementen) im Akkumulator 22 aufsummiert, der ein mit einem digitalen Addierer verbundenes digitales Register enthalten kann, -wie in der Technik bekannt ist. Einzelheiten solcher Geräte findet man in dem Buch »ARITHMETICAL OPERATIONS AND DIGITAL COMPUTERS" von Richards, herausgegeben 1955 von D. Van Ostrand Company, Inc.

Der Akkumulator 22 und der Zähler 24 sind über Kabel 28 und 30 mit dem Komparator 26 verbunden. Jede digitale Stufe im Akkumulator 22 und Zähler 24 ist also einzeln mit dem Komparator 26 gekoppelt. Beim Auftreten einer numerischen Übereinstimmung der dargestellten Werte liefert der Komparator 26 einen Spannungspula, der über Leitung 16 der Steuereinheit 12 eingegeben wird. Die verschiedenen numerischen Koinzidenzdetektoren sind in der Technik bekannt j sie liefern ein Signal (Spannungspule) bei der numerischen Übereinstimmung zweier empfangener digitaler Signale. Beispielsweise kann eine Art

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digitaler Subtraktionseinheit verwendet werden.

Der Augenblick, in dem der Spannungspuls am Komparator 26 auftritt, zeigt an, ob der Oszillator 10 vorausläuft, nachhängt oder mit der gewün-schten Phase übereinstimmt. Diese Information wird von der Steuereinheit 12 dazu verwendet, über Leitung 32 ein korrigierendes Signal an den Oszillator 10 abzugeben, um das gewünschte Signal (phasengesteuert) an der Klemme 34 zu erhalten.

Der in der Phaseneinheit 14 enthaltene Zähler 24 zählt jede Periode des Oszillators 10 als Einzelereignis. In den meisten Ausführungsformen solcher Anlagen ist die Kapazität des Zählers 24-natürlich begrenzt, so daß höhere Ziffernstellen der Gesamtzählung verloren gehen. Wenn jedoch der Verlust dieser Überträge mit dem Verlust entsprechender Ziffernstellen des im Akkumulators 22 aufsummierten Wertes gemeinsam auftritt, kann eine Übereinstimmung aufrechterhalten werden, solange die Kapazitäten des Akkumulators und des Zählers größer sind als die Abweichungen zwischen ihren Inhalten.

Während der Zähler 24 die Perioden des Oszillators 10 zählt, wird ein dauernd zunehmender Wert registriert. Wie Figur 2 zeigt (wo der numerische Wert als Ordinate gegen die Zeit als Abszisse aufgetragen ist), wird der Inhalt des Zählers 24 durch die Linie 38 dargestellt, die in Wirklichkeit eine Stufenfunktion ist} diese Stufen Bind in dem dargestellten Maßstab jedoch so klein, daß die Stufenfunktion als glatte -gerade Linie erscheint.

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Während der Zähler 24 die einzelnen Perioden seinem jeweiligen Inhalt hinzuzählt, wird der Akkumulator 22 durch den im·Frequenzregister 20 enthaltenen numerischen Wert schrittweise weitergezählt (zur Signalzeit t ). Der im Akkumulator 22 jeweils enthaltene numerische Wert kann durch die Stufenfunktion 40 dargestellt werden, wie Figur 2 zeigt, wobei jeder Schritt eine winzige Phasenverschiebung darstellt.

Beim Betrieb der Anlage stimmt der mittlere numerische Wert im Zähler 24 mit dem mittleren numerischen Wert im Akkumulator 22 uberein. Der spannungsgesteuerte Oszillator 10 wird also gezwungen, eine im Register 20 enthaltene Frequenz (Phaseninkrement) einzuhalten, indem der Komparator 26 Abweichungen abtastet und dadurch über die Steuereinheit 12 den Oszillator 10 steuert.

Zur Erläuterung der graphischen Darstellung aus Figur 2 sei angenommen, daß das Niveau 42 einen numerischen Phasenwert bezeichnet, der ein Vielfaches von 401 ist. Wenn angenommen)wird, daß ein Frequenzwert von 401 im Frequenzregister 20 enthalten ist, wird während jedes Intervalls T, wie angegeben ist, der Inhalt des Akkumulators 22 um den Betrag 401 erhöht. Gleichzeitig zählt der Zähler 24 (synchron) während eines Intervalls T 401 einzelne Perioden des Oszillators 10. Die Kurven sollten also am Ende des Intervalls T zusammenfallen (exakte Mitte zwischen den Augenblicken t ). Abweichungen von dieser Beziehung verursachen ein Korrektionssignal, das dazu dient, die Geschwindigkeit (Frequenz) des

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Oszillators 10 zu regulieren und dadurch die gewünschte Phasenbeziehung wiederherzustellen.

Die Arbeitsweise des Komparators 26 in Verbindung mit der zur Steuerung des Oszillators 10 dienenden Arbeitsweise der Steuereinheit 12 und des Zeitgebers 18 ist in Figur 3 gezeigt, deren oberer Abschnitt eine Ausschnittvergrößerung aus Figur 2 darstellt. Gezeigt ist eine einzelne Stufe 48 der Stufenfunktion 40 (Figur 2) in Verbindung mit drei verschiedenen Kurven 50, 52 und 54, die je einen Betriebszustand des Oszillators darstellen und mit der Linie 38 (Figur 2) zusammenhängen. Unter der Stufenfunktion 40 ist im gleichen Zeitmaßstab eine damit zusammenhängende Kurve gezeigt.

Eine Analyse der Kurven zeigt, daß die Linie 52 (oberer Abschnitt) im wesentlichen durch die Mitte 56 der Grundfläche der Stufe 48 läuft. Dies stellt exakt die gewünschte Phasenbeziehung dar, bei der der im Zähler 24 (Figur 1) enthaltene Phasenwert mit dem Wert des Akkumulators 22 genau im Mittelpunkt des Zeitintervalls des Zeitgebers 18 übereinstimmt. Während also der Zeitgeber 18 Spannungspulse t_n erzeugt, die den Übergang zur Stufe 48 und von dieser zur nächsten Stufe der Stufenfunktion definieren, ist eine genaue Phasenbeziehung dann gegeben, wenn der numerische Wert des Zählers 24 (Kurve 52) mit dem des Akkumulators 22 genau im Mittelpunkt zwischen den Stufenkanten, z. B. im Mittelpunkt 56 der Stufe 48, übereinstimmt.

Wenn der Oszillator 10 zu schnell ist, läuft der

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Phasenwert im Zähler 24 dem numerischen Inhalt des Akkumulators 22 voraus. Dieser Fall ist durch die Kurve 50 (Figur 3) dargestellt, wobei der Zähler 24 in dem durch den Stufenmittelpunkt 56 angegebenen Augenblick einen größeren Wert erreicht hat als der Akkumulator 22.

Im Zusammenhang hiermit ist zu ersehen, daß der Augenblick numerischer Koinzidenz (angegeben durch die Schnitt-

^ linie 55) vor dem Mittelpunkt 56 der Stufe 48 auftritt. Es ist W- -

ersichtlich, daß die Größe der Zeitverschiebung vom Zentrum (Verschiebung in der X-Achse) direkt mit der Beziehung zwischen den Kurven oder mit der Beziehung zwischen den beiden Zählungen zusammenhängt und gleichzeitig den nötigen Korrekturwert angibt, um Phasengleichheit zu erzielen.

Statt einem Vorauseilen der Phase, wie Kurve 50 zeigt, ist auch ein Nachhängen möglich, dargestellt durch Kurve 54, wobei der Oszillator 10 langsamer ist, z. B. gegenüber dem Akkumulator 22 eine Phasenverzögerung aufweist. Der Zeitmaßstab ist wiederum aus der Zeichnung ersichtlich, da das Zeitintervall zwischen dem Mittelpunkt 56 und der Schnittlinie 57 die Phasenabweichung und demzufolge die erforderliche Korrektur angibt.

Die Steuereinheit 12 (Figur 1) kann in verschiedener Weise ausgelegt sein, um den Oszillator 10 gemäß der in Figur 5 enthaltenen Information zu steuern. Eine solche Ausführungsform ist in Figur 4 gezeigt und soll im folgenden erläutert werden. Ein Taktzeit- oder Zeitgebersignal (vom Zeitgeber 18,

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Figur 1) wird über leitung 58 dem Flipflop 60 (Figur 4) eingespeist, - das außerdem die Spannungspulse empfängt, die den Augenblick der numerischen Koinzidenz anzeigen, z. B. die Schnittpunkte 55 und 5? (Figur 3); diesen Augenblick der numerischen Koinzidenz liefert der Konparator 26 (Figur 1). t Das Flipflop 60 wird durch ein auf Leitung 58 zum Zeitpunkt 64 (Figur 3) auftretendes Taktzeitsignal t_n gesetzt. Dann schaltet ein auf Leitung 16 (Figur 4) auftretender Spannungspuls, der eine Koinzidenz anzeigt, das Flipflop 60 um, und zwar z. B. zum Zeitpunkt 66, 68 oder 70 (Figur -3).

Phasengleichheit tritt, wie schon erwähnt wurde,-dann auf, wenn der Inhalt des Zählers 24 mit dem Inhalt des Akkumulators 22 in dem Augenblick übereinstimmt» der exakt mit dem Mittelpunkt 56 der Stufe 48 (Figur 3) zusammenfällt, wie Kurve 52 darstellt. Der Zeitpunkt, in dem die Kurve 52 die Stufe 48 schneidet, wird durch einen Spannungspuls am Komparator 26 (Figur 1) angezeigt, der das Flipflop 60 (Fig.4) zurücksetzt. Wenn man die Kurve 52 auf den unteren Abschnitt der Figur 3 projiziert, ist ersichtlich, daß unter diesen Umständen die Dauer 74'mit der Dauer 76 übereinstimmt. Das Übereinstimmen dieser beiden Zeitintervalle zeigt den Gleichgewichtszustand an, in dem keine Korrektur des Oszillators (Figur 1) erforderlich ist.

Wie aus dem oberen und unteren Abschnitt der Figur 3 zu ersehen ist, wird das Flipflop 60 beim Vorauseilen der Phase zu einem früheren Zeitpunkt zurückgesetzt (angegeben bei

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66), und zwar durch das Signal auf Leitung 16, das dann auftritt, wenn die Kurve 50 die Stufe 4.8 im Punkt 55 schneidet. Im anderen Fall, wenn ein-Nachhängen auftritt, wird der Puls auf Leitung 16 bis zum Zeitpunkt 57 verzögert, wo die Kurve 54 die Stufe 48 schneidet,· dabei wird das. Flipflop zu einem späteren Zeitpunkt, angegeben durch die gestrichelte Linie 70, zurückgesetzt. Die Zeitbeziehung zwischen den beiden Zuständen des Flipflops 60 (gesetzt und rückgesetzt) zeigt also entweder ein Nachhängen oder ein Vorauseilen der Phase an. Wenn Gleichgewicht herrscht, gibt es keine Abweichung. Eine kürzere Dauer des gese.tzten Zustande zeigt ein Vorauseilen an, während eine längere Dauer den entgegengesetzten Fall, also Nachhängen, anzeigt. .

Wie Figur 4 zeigt, steuert das Flipflop 60 zwei Gatter 78 und 80, die einen positiven und einen negativen Strom an einen Integrator 82 liefern, dessen Ausgang einer Abtast- und Halteschaltung 84 eingespeist wird. Aus einem Vergleich des Geräteaufbaus aus Figur 4 und der graphischen Darstellung aus Figur 3 ist ersichtlich, daß jedem Zustand des Flipflops 60 eines der Gatter 78 oder 80 zugeordnet ist. Das Gatter 80 ist ursprünglich der Dauer 74 (Figur 3) zugeordnet, während das Gatter 78 mit der Dauer 76 zusammenhängt. Im Gleichgewichtszustand entspricht der während des Intervalls 74 dem Integrator 82 zugeführte Strom exakt dem vom Gatter 78 während der Dauer 76 gelieferten Strom. Insgesamt erhält also der Integrator 82 keine Signaländerung, so daß beim

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Abtasten des Integratorausgangs zum Zeitpunkt der nächsten Stufe die Abtastschaltung 84 keine Änderung feststellt, durch die die Geschwindigkeit des Oszillators 10 geändert werden könnte.

Beim Vorauseilen, also wenn der Oszillator 10 zu schnell ist, ist das dem Gatter 80 zugeordnete Zeitintervall größer als das Zeitintervall für das Gatter 78. Im Integrator 82 ergibt sich also eine Signalerhöhung, die beim nachfolgenden Abtasten durch die Abtastschaltung 84 (wie in der Technik bekannt ist) ein VCO-Steuersignal erzeugt, das die Geschwindigkeit des Oszillators 10 verringert. Im anderen Fall, also beim Nachhängen, wenn der Oszillator 10 zu langsam ist, ergibt sich ein kürzeres Intervall für den Rückstellzustand des Flipflops 60, was eine negative Änderung des Integratorsignals bewirkt, wodurch für die Abtastschaltung 84 ein Signal erzeugt wird, mit dem die Geschwindigkeit des Oszillators 10 erhöht wird.

In einzelnen kann der Aufbau aus Figur 4 verschieden ausgelegt sein, so daß beispielsweise der Integrator 82 eine Filteranordnung und einen Phasenumkehrkreis enthält. Die Abtastschaltung 84 hält die gewünschte Zeitbeziehung aufrecht, die zwischen dem Anlegen eines Steuersignals an den Oszillator 10 (Figur 1) und dem Abtastzeitpunkt (unmittalbar nach t_n) herrscht. Hinsichtlich der weiteren Zeitbeziehungen werden die Taktzeitsignale t_fl vom Zeitgeber 18 geliefert, wodurch der Akkumulator 22 zur Aufnahme des Phaseninkrements vom Register 20 in den Bereitschaftszustand gesetzt wird. Die Zeit-

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signale t leiten außerdem die Intervalle ein, in denen der Inhalt des Zählers 24 mit dem Inhalt des Akkumulators 22 ver-. glichen wird. Nach Wunsch können auch externe läktzeitsignale angelegt werden, die das Intervall zum Aufsummieren gegenüber dem Vergleichsintervall vorverlegen, wie in der Technik bekannt ist.

Bei der Erläuterung der Anlage aus Figur 1 war ange- £ nommen worden, daß die Frequenzzahl oder das Phaseninkrement im Frequenzregister 20 eine ganze Zahl ist. Ein solcher ganzzahliger Wert hängt natürlich von der Periodizität der Signale des Zeitgebers 18 bei der Umwandlung in Hz ab. Beispielsweise zeigt ein numerischer Wert von 401 im Register 20 eine Frequenz von 401.000 Hz an, falls der Zeitgeber 18 seine Pulse t„ mit einem Abstand von T Millisekunde liefert. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die Frequenzzahl im Register 20 bezüglich dem Betriebszeitintervall mit Stellen nach dem Komma anzugeben. Um bei dem obigen Beispiel zu bleiben, kann es beispielsweise zweckmäßig sein, einen Wert von 401,240 im Register 20 zu speichern. Da jedoch der Zähler 24 Stellen hinter dem Komma nicht berücksichtigt, ist die Arbeitsweise des Komparators·26 auf ganze Zahlen beschränkt. Wenn im Register 20 ein Kommawert von 0,240 enthalten ist, bewirkt das wiederholte Aufsummieren eines solchen Bruchwertes periodisch einen Übertrag in den ganzzahligen Bereich. Im obigen Beispiel erzielt also ein fünfmaliges Aufsummieren des Bruchwertes 0,240 einen Übertrag ' in die "Einerstelle" des aufsummierten Wertes. Beim Aufaummie-

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ren von Bruchwerten entsteht also ein Restfehler'oder eine Abweichung-, die erst bei Auftreten eines Übertrags in den ganzzahligen Bereich kompensiert wird. Es werden also Phasenabweichungen geduldet, die in gewissen Intervallen korrigiert werden. Eine solche Arbeitsweise trägt zum Auftreten von Siiörkomponenten im Ausgangssignal bei. Eine Ausführungsform der Erfindung verwendet eine Kompensationssteuerung, um diese beim Aufsummieren von Kommastellen wiederholt auftretenden Abweichungen zu vermeiden. Einzelheiten einer solchen Anlage sind in Figur 5 gezeigt und werden im folgenden erläutert.

In Figur 5 ist ein Hauptsteuerkreis L gezeigt, der ähnlich dem zuvor beschriebenen Koppelkreis funktioniert. Eine Signalquelle oder ein Oszillator 100 liefert eine Ausgabe an eine Klemme 102 und gleichzeitig an ein digitales Register 104, das sechs numerische Stufen (V^ - "Vg) enthält, um die Perioden des Oszillators 100 zu zählen. Das Register 104 kann einen Schwellenwertkreis enthalten und ist Stufe für Stufe mit einem Komparator 106 verbunden, an dem außerdem die Stufen 0λ — 0c eines Akkumulators 108 anliegen. Der Akkumulator 108 enthält einen ganzzahligen Abschnitt 110 (Stufen 0^ - 0^) und einen Abschnitt 112 für Stellen hinter dem Komma (0". - £L). .Die Ziffernstellen im Komparator 106 sind mit Cj - Cg bezeichnet und .entsprechen den Stufen V-j - V,- des R_egisters 104 und den Stufen 0^ - 0a des Akkumulators 108. Die Reststellen oder Stellen hinter dem Komma befinden sich im Aklcumulatorabschnitt 112 und sind mit 0^, 0-^, 0_G, #L bezeichnet.

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JJa-s Phaseninkrement oder die Frequenzzahl ist in einem Register 114 enthalten, das die ganzzahligen Stufen I₁ - I, und die Reststufen oder Kommastellen I. , I-g, I„ und I^ enthält. Das Register 114 empfängt über Kabel 117 und 118 ganzzahlige Werte von einer Datenanlage 115. Als Datenanlage können verschiedene Geräte verwendet werden, einschließlich einem allgemeinen Rechner; sie liefern phasenbezogene Signale und dienen dazu, Signale im Register 114 zu variieren, wodurch die gewünschten, augenblicklichen Phaseninkremente dargestellt werden. Die Ausgänge des Registers 114 sind über Kabel 116 mit dem Akkumulator 108 verbunden; das Kabel 116 ist so ausgelegt, daß eine geordnete Übertragung der einzelnen digitalen Stufensignale zum Akkumulator gewährleistet ist. Der Akkumulator 108 erhöht seinen Inhalt um die im Register 114 gespeicherte Zahl bei jedem Auftreten eines Zeitsignals P., (Figur 6), das ein Taktzeitgenerator 118 liefert. Beim Auftreten des folgenden Taktzeitpulses P₂ wird der Vergleich durchgeführt und bei P, das erzeugte Steuersignal abgetastet und an die periodische Signalquelle 100 angelegt.

In der Anlage aus Figur 5 ist die Arbeitsweise des Komparators 106, der eine Koinzidenzanzeige zwischen den Werten im Register 104 und Akkumulator 108 liefert, ähnlich der Arbeitsweise der oben beschriebenen Anlage. Das Signal vom Komparator 106 liefert eine Eingabe für eine Steueranlage 120, die ähnlich der obigen Steuereinheit funktioniert j ihre Ausgabe ist ein Maß für die Abweichung. Dieses Signal wird einer ■■-■■.."■. - χ .

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Signalverbindungsschaltung 122 zugeführt und dann an einen Glättungs- und Abtastkreis 124 angelegt, von dem der Oszillator 100 über leitung 126 das Steuersignal empfängt. Die Arbeitsweise dieser Schaltkreise ist taktzeitgesteuert.

Allgemein berücksichtigt die Anlage aus Figur 5 die Kommastellen der Frequenzzahl (Phaseninkremente); diese Kommastellen werden im Akkumulatorabschnitt 112 aufsummiert. Dieser durch die Ziffernstellen j#. - jZL angezeigte Bestwert wird in einem Digital/Analog-Wandler 127 zu einer Ausgabe umgewandelt, die über Leitung 128 der Signalverbindungsschaltung 122 eingespeist wird.

Die Arbeitsweise des Hauptsteuerkreises ist in der oberen Hälfte der Figur 6 dargestellt, die eine Stufenfunktion 134 zeigt. Diese Stufenfunktion stellt die Arbeitsweise des Akkumulators 108 dar, während die gerade Linie 136 die schrittweise Erhöhung des Registers 104 wiedergibt. Auch h.ier sind die Einzelschritte im Register 104 so klein., daß, sie als gerade Linie in Figur 6 dargestellt werden.

Es sei eine Frequenzzahl mit den Kommastellen 0,240 angenommen; dieser Bruch wird in dem Akkumulatorabschnitt (Figur 5) aufsummiert, bis über Leitung 132 ein Übertrag an die "Einerstelle" des Akkumulators 108 abgegeben wird. Während des Intervalls, in dem der Wert im Abschnitt 112 aufsummiert wird, duldet der Hauptsteuerkreie L eine gewisse Abweichung. Der Restwert oder Bruchteil, der im Integratorabsohnitt 112 aufsummiert wird, wird also im Hauptsteuerkreis L nicht,wirk-

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sam, weshalb der Steuerkreis eine zum aufsummierten Restwert proportionale Abweichung toleriert.

Um dieses Beispiel in die graphische Darstellung aus Figur 6 zu übertragen, ist diese Kommastellenabweichung im unteren Abschnitt der Zeichnung in einem vertikal vergrößerten Maßstab eingetragen. Als Beispiel zeigt eine Kurve 138 bezüglich der Null-Linie den Fehler oder die Restabweichung, die durch einen Kommawert von 0,240 in der Frequenzzahl hervorgerufen wird. Es soll nochmal betont werden, daß Kurve nur in ihrer Zeitbeziehung mit den im oberen Abschnitt dargestellten Kurven 134 und 136 übereinstimmt. Die G-rößenverhältnisse sind dagegen vollkommen verschieden, da der obere Abschnitt mit bezug auf eine ganzzahlige Skala I und der untere Abschnitt mit bezug auf eine Bruchwert-Skala η aufgetragen ist.

Unter der Annahme, daß in den Ziffernstellen I. - I-p der Kommawert 0,240 enthalten ist, wird bei jeder Stufe der Funktion 134 der Bruch 0,240 im Restabschnitt 112 (0_A - 0^) hinzuaddiert. Wenn der Anfangspunkt bei Null liegt, zeigt sich, daß fünf Summationsschritte erforderlich sind, um einen Übertrag.von der Ziffernstelle J2L des Abschnittes 11.2 (Figur 5) über Leitung 132 in den ganzzahligen Abschnitt 108 zu erhalten. De.r in den Ziffernstellen 0^ - 0^ auf summierte Wert stellt die tatsächliche Abweichung von der gewünschten Phase dar, die in den ganzzahligen Ziffernstellen 0^ - 0^ gezählt wird. Die Abweichung ist durch die Kurve 138 dargestellt.

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Der im Abschnitt 112 auf summierte Restwert "bewirkt eine entsprechende Abweichung im Steuerkreis L. Um diese Abweichung zu kompensieren, wird der Kommastellenabschnitt 112 durch den Digital/Analog-Wandler 127 abgetastet, der einen Analogwert liefert, wie er durch die Kurve 142 im unteren Abschnitt von Figur 6 dargestellt ist. Eine Abweichung oder ein Fehler wird also im Abschnitt 112 angezeigt; dieser Abschnitt kann ein analoges Signal liefern, das mit dem Ausgang der Steueranlage 120 verbunden wird,¹ um diese Restabweichung zu kompensieren. Durch Aufsummieren vorhandener Kommastellen der Frequenzzahl ist also eine Korrektur zu einem früheren Zeitpunkt möglich, als wenn die Korrektur nur bei einem Übertrag in die "Einerstelle¹¹ 0^ des Akkumulators 108 erfolgen würde.

Im Zusammenhang mit Figur 5 soll erwähnt werden,

daß, wenn ein Übertrag von der Stufe #L des Akkumulatorabschnitts 112 zur "Einerstelle" auftritt, der Wert in diesem Abschnitt absinkt, was eine entsprechende Verringerung der Ausgabe des Wandlers 127 zur Folge hat. Daher steigt die von der Steueranlage 120 gelieferte Eingabe an die Signalverbindungsschaltung 122 an; die vom Analog/Digital-Wandler 127 gelieferte Eingabe für die Signalverbindungsschaltung 122 fällt dagegen ab. Daraus ergibt sich eine nicht-stufenförmige, glatte Kompensation.

Aus der vorstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung ist für Fachleute ersichtlich, daß

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die erfindungsgemäße Anlage einen relativ einfachen und trotzdem sehr genauen IPrequenzg.enerator darstellt, der eine Möglichkeit zur Kompensation bis zu Stellen hinter dem Komma einer ·

Periode ermöglicht. Die Anlage kann also eine Phasensteuerung, z. B. durch eine Bechnerausgabe, durchführen, wobei das Programm die Kommastellen einer Phasenperiode darstellt. Diese. Möglichkeit bietet in Verbindung mit der Stabilität und Wirtschaftlichkeit der Anlage eine wesentliche Verbesserung gegenüber bisherigen Systemen.

Pur die Anlage, deren-Aufbau im einzelnen durch die Ansprüche dargelegt ist, gelten wesentliche funktioneile Gesichtspunkte. Hierzu zählt, daß, wie im vorstehenden erläutert wurde, die Phase angezeigt wird, um mit einem gewünschten Hormalwert verglichen zu werden und um daraus einen Korrekturwert errechnen zu können. Weitere Fähigkeiten der Anlage sind eine Berücksichtigung der Kommastellen, Aufrechterhaltung der Kopplung und eine hohe digitale Genauigkeit.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Frequenzgenerator mit Frequenzsynthese, der eine Signalquelle enthält, die ein periodisches Signal liefert, das bezüglich einer festgelegten Phase überwacht wird, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (24), um die Perioden des periodischen Signals digital zu zählen j Vorrichtungen (20) zum Erzeugen digitaler Signale, die die Phaseninkremente für das periodische Signal angeben, um dadurch die festgelegte Phase zu bestimmen j eine digitale Akkumulatorvorrichtung (22), um die das Phaseninkrement darstellenden Signale aufsummieren zu können j und Vorrichtungen (26), um den Inhalt der digitalen Zählvorrichtung (24) mit dem Inhalt der Akkumulatorvorrichtung (22) zu· vergleichen und daraus ein Steuersignal für die periodische Signalquelle zu erzeugen.

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   2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Signalquelle einen gesteuerten Oszillator (10) enthält, wobei das Steuersignal die Frequenz des Oszillators steuert.

   3. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zeitgebervorrichtungen (18), um periodische Intervalle für den Betrieb der Akkumülatorvorrichtung (22) und der Vergleichsvorrichtung (26) festzulegen.

   4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die VergleichβVorrichtung einen Detektor (26) enthält, der zeitmodulierte Spannungspulse liefert.

   5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (84) zum Festhalten eines Signals, das dan Spannungspuls kennzeichnet, der zur Steuerung der periodischen Signalquelle verwendet wird.

   6. Anlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Festhalten des Signals eine Abtast- und Halteschaltung (84) enthält.

   7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatorvorrichtiuag (22, 108) und die Vorrichtung (20, 114) zum Erzeugen digitaler Signale, die Phaaeninkremente . darstellen, digitale Stufen für ganze Zahlen (110, I₁ - I4) und digitale Stufen für Stellen Mater dem Komma (112, 1^- Xp) enthalten.

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   8. Anlage nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch Vorrichtungen (T27» 122)', die ein zusätzliches Steuersignal für die periodische Signalquelle liefern, das sich aus mindestens einer dieser digitalen Stufen für Stellen hinter dem Komma herleitet.

   t 9« Anlage nach Anspruch 8, dadurch.gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung zum Erzeugen eines zusätzlichen Steuersignals einen Digital/Analog-Wandler (127) enthält« ,

   10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtmig zum Erzeugen digitaler Signale· aus einem variablen, digitalen Register (24, 20) besteht.

   11. Anlage nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Signa" quelle für phaseslbezogene Signale (115) und Vorrichtungen (117), um den Inhalt des variablen digitalen Registers zu ändern.

   12. Anlage nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die .Signale an das digitale variable Register liefern, die Phaseninkremente darstellen, wodurch eine Frequenz dargestellt wird, die in'vorgeschriebener Weise als Punktion der Zeit variiert wird.

   15. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgebersteuervorrichtung einen Zeitgeber enthält, der zyklisch erste und zweite Taktzeiten definiert; mit Vorrieh-

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   tungen, die die digitale Akkumulatorvorrichtung so steuern, daß sie "bei der ersten Taktzeit arbeitet, und mit Vorrichtungen, die die Vergleichsvorrichtung so steuern, daß sie "bei der zweiten Taktzeit arbeitet»

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