DE19739645C2 - Vorrichtung zur Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal, insbesondere aus einem digitalen Datensignal, welche Vorrichtung in einer Rückkopplungsschleife wenigstens eine Verstärkereinheit aufweist.

Aus DE 43 38 873 C1 kennt man bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die in der Rückkopplungsschleife einen Frequenz­ mischer sowie mehrere in Reihe geschaltete Resonanz-Verstärker­ einheiten aufweist. Der Frequenzmischer hat einen ersten Eingang zum Einspeisen des zeitlich veränderlichen Eingangsignales und einen zweiten Eingang, der mittels einer Rückkopplungsleitung mit dem Ausgang der in der Reihe letzten Verstärkereinheit verbunden ist. Durch die in Reihe geschalteten Resonanz-Verstärkereinheiten ergibt sich in der Rückkopplungsschleife eine vergleichsweise hohe Gesamtgüte, die etwa linear mit der Anzahl der Güte der einzelnen Resonanz-Verstärkereinheiten zunimmt. Die Vorrichtung ist deshalb besonders für eine monolithische Integration geeignet, was eine kostengünstige Serienfertigung ermöglicht. Da die Vorrichtung eine Frequenzteilerfunktion aufweist, bei der die Frequenz des gewonnen Takt- oder Trägersignales gleich der Hälfte der Takt- oder Trägerfrequenz des Eingangssignals ist, kann sie besonders vorteilhaft für einen Datenentscheider mit einer Demultiplex-Funktion oder für die Trägerrückgewinnung aus einem Zweiphasen-Umtastungs-HF- Signal verwendet werden. Ungünstig ist jedoch, wenn ein Takt- oder Trägersignal benötigt wird, dessen Frequenz höher als die Fequenz des Eingangssignals ist, da wegen der Frequenzteilerfunktion der Vorrichtung aus dem Eingangssignal zunächst ein Signal erzeugt werden muß, dessen Frequenz doppelt so hoch ist, wie die des zu gewinnenden Takt- oder Trägersignales. Die Frequenz des Eingangssignales muß also in diesem Fall zunächst erhöht werden, um die durch die Vorrichtung bewirkte Frequenzverminderung auszugleichen. Die Vorrichtung weist dazu eine Signalvorverarbeitungseinrichtung mit einem Resonanzkreis auf. Dabei wird es als nachteilig empfunden, daß der Resonanzkreis der Signalvorverarbeitungseinrichtung und die Resonanzkreise der Rückkopplungsschleife getrennt eingestellt werden müssen. Die Entwicklung der Vorrichtung ist dadurch vergleichsweise aufwendig.

Man kennt auch bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die zur Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales einen Phasenregel­ kreis (PLL) aufweist. Zwar kann auch diese Vorrichtung kostengünstig als integrierte Schaltung realisiert werden, jedoch weist sie dann eine vergleichsweise geringe Stabilität auf. So können beispielsweise Eingangs-Datensignale, deren Frequenz von der Mittenfrequenz des Phasenregelkreises abweicht, ein Außertrittfallen des Phasenregel­ kreises bewirken. Diese Gefahr ist besonders bei hohen Frequenzen gegeben, da die Mittenfrequenz des Phasenregelkreises dann nicht mehr mit der geforderten Genauigkeit konstant gehalten werden kann. Die Stabilität des Phasenregelkreises kann zwar auch durch einen zusätzlichen Frequenzregelkreis verbessert werden, jedoch wird die Vorrichtung dann vergleichsweise komplex und aufwendig. Außerdem werden durch den Frequenzregelkreis die Regelgeschwindigkeit und die Signalqualität der Vorrichtung vermindert.

Aus GB 2 292 055 A kennt man auch bereits eine PLL-basierende Taktrückgewinnungs-Schaltung, bei der das Problem der Generierung geeigneter Synchronisationssignale für den speziellen Fall der Anwendung in einem quaternären Phasen-Demodulator gelöst wird. Dabei wird ein differentielles Eingangssignal verzögert und die Differenz zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Eingangssignal gebildet. Die anschließend erzeugten Pulssignale dienen dann in bekannter Weise zur Synchronisation des Phasenregelkreises.

Es ist auch bereits bekannt, zur Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal passive Filter zu verwenden. Diese können jedoch nicht mit der für eine Takt- oder Trägersignalgewinnung er­ forderlichen hohen Güte als integrierte Schaltung realisiert werden, sondern müssen mit diskreten Bauelementen aufgebaut werden. Die Herstellung des passiven Filters ist dadurch entsprechend aufwendig und teuer. Außerdem ergeben sich durch den mechanischen Aufbau des passiven Filters erhebliche Fertigungstoleranzen, die sowohl den Aufwand für die Entwicklung des Filters erhöhen, als auch eine Massenproduktion des Filters erschweren.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und die dennoch eine stabile Takt- oder Trägersignalgewinnung aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal ermöglicht. Insbesondere soll die Vorrichtung eine einfache Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales ermöglichen, dessen Frequenz genauso hoch oder ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des zeitlich veränderlichen Eingangssignales ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art darin, daß die Vorrichtung einen Oszillator aufweist, dessen Schwingungssignal das Takt- oder Trägersignal bildet, daß der Oszillator zumindest ein in die Rückkopplungsschleife geschaltetes Summierglied zum Addieren des zeitlich veränderlichen Eingangssignales zu dem Schwingungssignal des Oszillators aufweist, welches Summierglied zumindest einen Eingangssignal-Anschluß für das zeitlich veränderliche Eingangssignal hat, daß die Vorrichtung einen Phasendetektor zum Ermitteln des Phasenwinkels des Oszillator- Schwingungssignales in bezug zu dem Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales aufweist, der mit einem ersten Detektoreingang mit dem Eingangssignal-Anschluß und mit einem zweiten Detektoreingang mit dem Schwingungssignal-Anschluß des Oszillators verbunden ist, daß der Oszillator eine Verstelleinrichtung zum Einstellen des Phasenwinkels seines Schwingungssignales hat und daß der Phasendetektor zum Angleichen des Phasenwinkels des Oszillator-Schwingungssignales an den Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales mit der Phasenwinkel-Verstellein­ richtung des Oszillators verbunden ist.

Die Vorrichtung weist somit einen injektionssynchronisierten Oszillator auf, in dessen Rückkopplungsschleife ein Summierglied geschaltet ist, mit dem das zeitlich veränderliche Eingangssignal vektoriell zu dem Schwingungssignal des Oszillators addiert und das so gewonnene Summensignal in die Verstärkereinheit des Oszillators rückgekoppelt wird. Dadurch weist das Schwingungssignal des Oszillators dieselbe Takt- oder Trägerfrequenz auf wie das Eingangssignal. Im Unterschied zu der aus DE 43 38 873 C1 bekannten Vorrichtung bewirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Halbierung der Taktfrequenz des Eingangssignales. Somit kann ein Takt- oder Trägersignal, dessen Frequenz genauso hoch ist wie die des Eingangssignales oder ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Eingangssignales beträgt, auf einfache Weise und unter Vermeidung des Umweges über eine Frequenzteilung mit anschließender Frequenzver­ vielfachung aus dem Eingangssignal generiert werden.

Damit die Vorrichtung den Phasenfehler des Oszillators automatisch korrigieren kann, und bei kleinen Eingangssignalpegeln eine stabile Takt- oder Trägersignalgewinnung ermöglicht, wird der Phasenwinkel des Oszillator-Schwingungssignales an den Phasenwinkel des Eingangssignales angeglichen. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung einen Phasendetektor auf, welcher den Phasenwinkelunterschied zwischen dem Eingangssignal und dem Schwingungssignal des Oszillators ermittelt. Zum Nachführen des Phasenwinkels des Oszillator- Schwingungssignales hat der Oszillator eine Verstellvorrichtung auf, die von dem Phasendetektor gesteuert ist. Die Vorrichtung weist als einen Phasenregelkreis auf, der einen größeren Signalpegel des durch vektorielle Addition des Eingangssignales und des Oszillator- Schwingungssignales gebildeten und in die Verstärkerstufe rückgekoppelten Summensignales ermöglicht. Somit ergibt sich auch bei Eingangssignalen mit kleinem Signalpegel ein stabiles Takt- oder Trägersignal. In vorteilhafter Weise kann durch den Phasenregel­ kreis der statische Phasenfehler des gewonnen Takt- oder Träger­ signales reduziert werden. Außerdem ist das Takt- oder Trägersignal weitgehend unabhängig von Temperatureinflüssen oder Schwankungen der Versorgungsspannung der Vorrichtung.

Erwähnt werden soll noch, daß die Vorrichtung als integrierte Schaltung ausgebildet sein kann, und daher kostengünstig in Großserie herstellbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung eine Signalvorverarbeitungseinrichtung hat, die zumindest einen Flankendetektor aufweist, und daß die Signalvorverarbeitungseinrichtung in einem zu dem Eingangssignal- Anschluß führenden Eingangssignalpfad angeordnet ist, so daß den Eingangssignal-Anschluß an Stelle des Eingangssignales ein vorverarbeitetes Eingangssignal zugeführt wird. Das am Ausgang der Signalvorverarbeitungseinrichtung bereitgestellte vorverarbeitete Eingangssignal weist dann gegenüber dem am Eingang der Signalvorver­ arbeitungseinrichtung anliegenden Eingangssignal eine Frequenz­ komponente mit einer vervielfachten Frequenz auf, so daß die Vorrichtung die Gewinnung eines Signales ermöglicht, dessen Frequenz höher ist als die des Eingangssignales. So kann beispielsweise bei einem Eingangssignal, das im Non-Return-to-Zero- (NRZ-) Format vorliegt, d. h. bei dem der einer logischen Eins zugeordnete hohe Signalpegel innerhalb einer Taktperiode nicht auf den einer logischen Null zugeordneten unteren Signalpegel zurückkehrt, ein Taktsignal erzeugt werden, dessen Frequenz gleich der Bitrate der in dem Eingangssignal enthaltenen Daten oder größer als diese ist. Eine höhere Taktfrequenz wird beispielsweise beim Zusammenfassen mehrerer Datensignale zu einem Multiplex-Datensignal benötigt.

Vorteilhaft ist, wenn der Flankendetektor zumindest ein Differenzier­ glied aufweist, und wenn der Flankendetektor vorzugsweise mit wenigstens einem Resonanzkreis belastet ist. Dabei weist das Differenzierglied vorzugsweise eine Kapazität auf, die eine einfache monolithische Integriertion der Vorrichtung ermöglicht. Die Resonanzfrequenz des dem Flankendetektor zugeordneten Resonanzkreises ist vorzugsweise auf die Frequenz des zu gewinnenden Takt- oder Trägersignales abgestimmt, um die Stabilität der Takt- oder Trägersignalgewinnung zu verbessern. Der Resonanzkreis des Flankendetektors ist dann zweckmäßigerweise auf die Mittenfrequenz des Oszillators abgestimmt, so daß in der Signalvorverarbeitungsein­ richtung und im Oszillator die gleichen Schaltkreise zum Einsatz kommen können. Dadurch wird der Aufwand für die Entwicklung und Optimierung der Resonanzkreise deutlich reduziert. Außerdem lassen sich die Resonanzfrequenzen der einzelnen Resonanzkreise der Vorrichtung besser aufeinander abstimmen.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Signalvorverarbeitungsein­ richtung wenigstens einen dem Flankendetektor vorgeschalteten Begrenzungsverstärker aufweist. Dadurch wird die Eingangsempfindlich­ keit der Vorrichtung verbessert, so daß aus Eingangssignalen mit niedrigem Signalpegel und/oder mit einer von der Rechteckform abweichenden Signalform ein noch stabileres Takt- oder Trägersignal gewonnen werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Signalvorverarbeitungseinrichtung wenigstens eine dem Flankende­ tektor nachgeschaltete Resonanz-Verstärkereinheit aufweist. Am Eingang des Summierglieds des Oszillators ergibt sich dann ein schmalbandiges, auf die Frequenz des Oszillators abgestimmtes Eingangssignal, das eine noch bessere Takt- oder Trägersignalrückge­ winnung ermöglicht.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Oszillator spannungsgesteuert ist und wenigstens einen Steuereingang zum Einstellen seiner Oszillatorfrequenz aufweist. Dadurch ist es insbesondere möglich, durch Fertigungstoleranzen und/oder Tempe­ raturschwankungen verursachte Abweichungen der Mittenfrequenz des Oszillators von der Frequenz des zu gewinnenden Takt- oder Trägersignales auszugleichen. Da die Schaltkreise der Signalvorver­ arbeitungseinrichtung und des Oszillators auf die gleiche Frequenz abgestimmt sein können, läßt sich die Vorrichtung auf einfache Weise an Takt- oder Trägersignale mit unterschiedlichen Frequenzen anpassen. Ein umständliches Abgleichen von Resonanzkreisen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, wie dies beispielsweise bei Vorrichtungen, die eine Frequenzteilung bewirken erforderlich ist, entfällt somit.

Vorteilhaft ist, wenn der Oszillator ein Ring-Oszillator ist und mehrere zu einem Ring verschaltete Verstärkereinheiten aufweist. Der Oszillator weist dann im Vergleich zu einem Oszillator mit nur einer Verstärkereinheit eine höhere Güte auf, so daß insbesondere bei einer in monolithisch integrierter Bauform aufgebauten Vorrichtung durch eine entsprechende Anzahl Verstärkereinheiten die für eine Takt- oder Trägersignal-Rückgewinnung erforderliche hohe Güte besser erreicht werden kann.

Besonders vorteilhaft ist, wenn der Phasendetektor einen vorzugswei­ se doppelbalancierten Multiplizierer aufweist, der wenigstens einen ersten und einen zweiten Multiplizierereingang hat, wobei der erste Multiplizierereingang über einen ersten Signalpfad mit dem Eingangssignal-Anschluß und der zweite Multiplizierereingang über einen zweiten Signalpfad mit dem Schwingungssignal-Anschluß des Oszillators verbunden ist, wenn in wenigstens einem der Signalpfade ein Phasenschieber angeordnet ist, welcher in einem der Signalpfade eine um 90° größere Signal-Phasenverschiebung bewirkt als in dem anderen, und wenn dem Multiplazierer ausgangsseitig ein Tiefpaß- Filter nachgeschaltet ist. Durch die um 90° unterschiedliche Phasenverschiebung in den beiden zu den Multiplazierereingängen führenden Signalpfaden ergibt sich am Ausgang des Tiefpaß-Filters ein Ausgangssignal, dessen Signalpegel gleich Null ist, wenn sich das Schwingungssignal des Oszillators mit dem Takt- oder Träger des Eingangssignales in Phase befindet und dessen Signalpegel von Null abweicht, wenn zwischen Schwingungssignal und Takt- oder Träger des Eingangssignals eine Phasenverschiebung vorliegt. In vorteilhaf­ ter Weise kann dadurch das Ausgangssignal des Phasendetektors unmittelbar zur Phasensteuerung des Oszillators und ggf. einer Signalvorverarbeitungseinrichtung zur Frequenzvervielfachung verwendet werden. Somit ergibt sich ein einfach aufgebauter Phasenregelkreis.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der dem Phasendetektor zugeordnete Phasenschieber durch wenigstens eine Verstärkereinheit und/oder wenigstens einen Sourcefolger und/oder eine Verzögerungsleitung gebildet ist und daß die Verstärkereinheit und/oder der Sourcefolger vorzugsweise in den Ring des Ringoszilla­ tors geschaltet sind. Die für die Phasendetektion benötigte Phasenverschiebung des Schwingungssignales des Oszillators kann auch dadurch erreicht werden, daß die Phasenverschiebung der in den Ring des Ringoszillators geschalteten Schaltungskomponenten genutzt wird, in dem der für das Oszillator-Schwingungssignal vorgesehene, zu dem Multiplizierer führende Signalpfad mit einem Anschluß der entsprechenden Schaltungskomponente des Ring-Oszillators verbunden ist, an dem ein phasenverschobenes Schwingungssignal anliegt. Die Vorrichtung ist dann besonders einfach aufgebaut.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die einzelnen Verstärkereinheiten des Ring-Oszillators analoge Verstärkereinheiten sind, die bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiv ausgebildet sind, daß die Phasenverschiebungen der einzelnen Verstärkereinheiten derart ausgebildet sind, daß die Gesamtphasenverschiebung im Ring bei der Resonanzfrequenz der Verstärkereinheiten 360° oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt und daß die Anzahl der einzelnen Verstärkereinheiten entsprechend der Gesamtgüte des Ring-Oszillators gewählt ist.

Die Phasenverschiebungen der in den Ring geschalteten Schaltkreise sind also so bemessen, daß sich bei der Resonanzfrequenz der einzelnen Verstärkereinheiten in dem Ring insgesamt eine Phasenver­ schiebung von n × 360° ergibt, mit n = 1, 2, 3, .... Dadurch schwingt der Oszillator genau mit der Resonanzfrequenz der einzelnen frequenzselektiven Verstärkereinheiten, wodurch sich beispiels­ weise bei einem Oszillator, der identische Verstärkereinheiten aufweist, eine linear mit der Anzahl der Verstärkereinheiten zunehmende Gesamtgüte des Oszillators ergibt. Da die einzelnen Verstärkereinheiten alle die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen, ist die Oszillatorfrequenz bei Einhaltung der oben genannten Phasenbedingung unabhängig von der Anzahl der Verstärkereinheiten, so daß praktisch beliebig viele Verstärkereinheiten in den Ring geschaltet sein können, wodurch sich eine entsprechend hohe Güte erzielen läßt.

In vorteilhafter Weise ergibt sich somit eine Vorrichtung zur Takt- oder Trägersignalgewinnung, die einen Oszillator aufweist, dessen Güte ein Vielfaches der Güte der einzelnen frequenzselektiven Verstärkereinheiten betragen kann. Dabei ist es sogar möglich, die Güte des Oszillators bei vorgegebener Oszillatorfrequenz durch Auswahl einer entsprechenden Anzahl von Verstärkereinheiten auf einfache Weise an die jeweilige Applikation anzupassen. So kann beispielsweise mit Verstärkereinheiten, die eine Phasenverschiebung von 72° aufweisen, eine optimale Oszillation wahlweise bei 5, 10, 15, 20 usw. Verstärkereinheiten erreicht werden. Bei einer Einzelgüte der Verstärkereinheiten von 20, was beispielsweise in monolithisch integrierter Technik machbar ist, ergibt sich somit bei 25 Verstärkereinheiten eine Gesamtgüte von 500. Die erfindungs­ gemäße Vorrichtung ermöglicht somit die Gewinnung eines stabilen Signales mit hoher Takt- oder Trägersignalfrequenz aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal, wobei durch die hohe Güte des Oszillators ein geringer Phasenjitter erzielbar ist. Dennoch ist die Vorrichtung kostengünstig als monolithisch integrierter Baustein herstellbar.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Verstellein­ richtung zum Einstellen des Phasenwinkels des Oszillators wenigstens einen Oszillator-Phasenschieber und/oder Mittel zur spannungs­ gesteuerten Frequenzeinstellung des Oszillators umfaßt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Oszillator-Phasenschieber in den Ring des Ring-Oszillators geschaltet ist. Der Oszillator- Phasenschieber erfüllt dann die Funktion, eine Gesamtphasenver­ schiebung im Ring von 360° oder einem ganzzahligen Vielfachen davon bei einer beliebigen Anzahl von Verstärkereinheiten im Ring des Rings-Oszillators zu ermöglichen. So kann beispielsweise mit Verstärkereinheiten, die eine Phasenverschiebung von 72° aufweisen und einen Phasenverschieber mit einer Phasenverschiebung von 36° ein Ring-Oszillator mit 3, 8, 13, 18 usw. Stufen aufgebaut werden. Dabei kann bei einer differentiellen Verstärkereinheit eine zusätzliche Phasendrehung von 180° durch Vertauschen der beiden differentiellen Anschlüsse zweier hintereinander geschalteter Verstärkereinheiten realisiert werden.

Um die Stabilität des mit der Vorrichtung gewonnenen Takt- oder Trägersignals zusätzlich zu erhöhen, kann als Summierglied ein bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiver Summierverstärker vorgesehen sein. Dabei entspricht die Resonanzfrequenz des Summierverstärkers der Frequenz des zu gewinnenden Takt- oder Trägersignals.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Oszillator-Phasenschieber des Ring-Oszillators wenigstens eine frequenzselektive Verstärker­ einheit und zumindest eine Summierstufe, insbesondere einen bezüglich der Resonanzfrequenz frequenzselektiven Summierverstärker aufweist, mit dem zumindest zwei zueinander phasenverschobene Schwingungssignale zu einem Summensignal vektoriell addierbar sind. Der Oszillator-Phasenschieber hat einen Steuereingang, der zur Einstellung der Phasenlage des Oszillator-Schwingungssignales mit dem Phasenlage-Ausgang des Phasendetektors verbunden ist.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Verstärkereinheiten und/oder der beziehungsweise die Summierverstärker jeweils wenigstens einen Steuereingang zum Einstellen ihrer Resonanzfrequenz aufweisen. Die einzelnen Verstärkereinheiten und gegebenenfalls der (die) Summierverstärker können dann auf eine gewünschte Resonanzfrequenz abgestimmt werden. Dadurch ist es insbesondere möglich, Fertigungs­ toleranzen der monolithisch integrierten Verstärkereinheiten auszugleichen.

Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, daß die einzelnen Resonanz­ frequenz-Steuereingänge der Verstärkereinheiten des Ring-Oszilators und/oder der beziehungsweise des Summierverstärkers miteinander verbunden und vorzugsweise zu einem Steueranschluß geführt sind. In vorteilhafter Weise kann dadurch auf einfache Weise die Resonanzfrequenz aller Verstärkereinheiten und/oder Summierver­ stärker der Vorrichtung gleichzeitig eingestellt wer­ den, beispielsweise mittels einer extern an den Steueranschluß angelegten Steuerspannung.

Besonders vorteilhaft ist, wenn wenigstens eine, vorzugsweise alle Verstärkereinheiten und/oder der beziehungsweise die Summierver­ stärker differentielle Steuereingänge zum Einstellen der Resonanz­ frequenz aufweisen. Dadurch werden sowohl der Abstimmbereich, als auch die Abstimmsteilheit der Vorrichtung größer. Außerdem wird die gesamte Schaltung symmetrischer.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß wenigstens eine, vorzugsweise alle Verstärkereinheiten und/oder der beziehungsweise die Summierverstärker jeweils zumindest einen Steuereingang zum Einstellen der Kreisverstärkung des Ring-Oszillators aufweisen. Die Verlustleistung der Verstärker kann dadurch reduziert werden. Außerdem wird ein Übersteuern der Verstärker vermieden.

Vorteilhaft ist, wenn alle Verstärkereinheiten und gegebenenfalls der beziehungsweise die Summierverstärker des Ring-Oszillators bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiv ausgebildet sind. Die Güte der Vorrichtung wird dadurch zusätzlich verbessert.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß wenigstens eine, vorzugsweise alle Verstärkereinheiten, mit Ausnahme evtl. dem Flankendetektor vorgeschalteter Verstärkereinheiten, jeweils wenigstens einen Resonanzkreis und zumindest eine differentielle Stromverstärker­ einheit hat, die zur Neutralisationskompensation ein Transistorpaar aufweist. Die paarweise Anordnung der Transistoren ermöglicht eine Kompensation der über die parasitären Kapazitäten der Transistoren von deren Drain- zum Gate-Anschluß rückgekoppelter Signalanteile. Dabei können die Drain-Anschlüsse der einzelnen Transistoren des Transistorpaares mit zueinander um 180° phasenverschobene Signale aufweisenden Ausgangssignalpfaden der Stromverstärkereinheit verbunden sein. Zweckmäßigerweise sind die Resonanzkreise der Verstärkereinheiten, des (der) Summierverstärker(s) und gegebenen­ falls des Flankendetektors gleich aufgebaut.

Besonders vorteilhaft ist, wenn bei wenigstens einem Summierver­ stärker jeweils zumindest zwei differentielle Stromverstärker­ einheiten vorgesehen sind, die mit einem gemeinsamen Resonanzkreis belastet sind. Die differentiellen Stromverstärkereinheiten können dabei jeweils mit einem Summiereingang des Summenverstärkers verbunden sein, so daß der Resonanzkreis mit jedem der Summier­ eingänge gesteuert werden kann.

Vorteilhaft ist, wenn alle Resonanzkreise des Oszillators und gegebenenfalls der Signalvorverarbeitungseinrichtung gleich ausgebildet sind. Die Mittenfrequenz der Vorrichtung kann dann auf einfache Weise eingestellt und an die Takt- oder Trägerfrequenz des Eingangssignals angepaßt werden. Außerdem wird der Aufwand für die Entwicklung und Optimierung der Vorrichtung vermindert.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen zum Teil stärker schematisiert:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Taktrückgewin­ nung und Frequenzvervielfachung, mit einem injektionssyn­ chronisierbaren, spannungsgesteuerten Ring-Oszillator, einem Phasendetektor und einer Signalvorverarbeitungsein­ richtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der in Fig. 1 gezeigten Signalvorver­ arbeitungseinrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des in Fig. 1 gezeigten Phasendetek­ tors, der einen Multiplizierer, einen 90°-Phasenschieber und einen Tiefpaßfilter aufweist,

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Signalwellenformen des vorverarbeiteten Eingangssignals, des dazu in Phase befindlichen Schwingungssignals am Ausgang des Oszilla­ tors, des zu diesem um 90° phasenverschobenen zweiten Eingangssignals des Multiplizierers, dessen Ausgangssignal sowie das Ausgangsignal des Tiefpaßfilters des Phasende­ tektors zeigt, wobei auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate die Signalamplitude auftragen ist,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 6, wobei jedoch Schwingungs­ signal phasenverschoben zu dem Eingangssignal ist,

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Ring-Oszillators gem. Fig. 1, welches die in einem Ring geschalteten Verstärkereinheiten besonders gut erkennen läßt,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines schmalbandigen differenziellen Phasenschiebers, der eine Differenzverstärkereinheit und einen Summierverstärker aufweist,

Fig. 8 ein Schaltbild einer schmalbandigen differenziellen Verstärkereinheit,

Fig. 9 ein Schaltbild eines schmalbandigen differenziellen Summierverstärkers und

Fig. 10 die Übertragungsfunktion und den Phasengang des Ring- Oszillators mit einer und eines solchen mit fünf frequenzselektiven Verstärkereinheiten, wobei die Gesamt- Phasenverschiebung der Verstärkereinheiten bei Resonanz­ frequenz der Verstärkereinheiten jeweils 360° beträgt.

Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal hat einen Ring-Oszillator 3, der in einer Rückkopplungsschleife mehrere Verstärkereinheiten 4 und ein als Summierverstärker 5 ausgebildetes Summierglied aufweist, die zu einem Ring verschaltet sind. Zum vektoriellen Addieren eines das zu gewinnende Takt- oder Trägersignal bildenden Schwingungs­ signales des Oszillators 3 und eines vorverarbeiteten Eingangs­ signales hat das Summierglied einen ersten Eingangsanschluß 6, 6' für das vorverarbeitete Eingangssignal 7 und einen zweiten Eingangssignalanschluß 8, 8', der mit einem Schwingungssignal- Anschluß 9, 9' des Oszillators 3 verbunden ist. Zum Synchronisieren des Oszillator-Schwingungssignales mit dem vorverarbeiteten Eingangssignal 7 ist das mit dem Summierglied gebildete Summensignal in den Ring des Ring-Oszillators 3 rückgekoppelt.

Zum Ermitteln des Phasenwinkels des Oszillator-Schwingungssignales 31 in bezug zu dem Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales 7 hat die Vorrichtung 1 einen Phasendetektor 10, der mit einem ersten Detektoreingang über einen Signalpfad mit dem ersten Eingangssignalanschluß 6, 6' und mit einem zweiten Detektoreingang 12 mit dem Schwingungssignalanschluß 9, 9' des Oszillators 3 verbunden ist. Der Oszillator 3 hat eine Verstellein­ richtung zum Einstellen des Phasenwinkels seines Schwingungssignales, die einen Phasenlage-Anschluß 13 aufweist, der zum Angleichen des Phasenwinkels des Oszillator-Schwingungssignales 31 an den Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales 7 einen Phasenlage-Ausgang 14 des Phasendetektors 10 verbunden ist.

Der Phasendetektor 10 und der injektionssynchronisierbare spannungsgesteuerte Ring-Oszillator 3 bilden einen Phasenregel­ kreis. Die Vorrichtung 1 ermöglicht dadurch die Gewinnung eines stabilen Takt- oder Trägersignales aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal. Die Vorrichtung 1 weist einen großen Fangbereich auf. Wegen des reduzierten statischen Phasenfehlers ergibt sich außerdem ein kleiner Phasenjitter.

Zur Frequenzvervielfachung hat die Vorrichtung 1 eine Signalvorver­ arbeitungseinrichtung 15, die einen Eingangsanschluß 16 für das zeitlich veränderliche elektrische Eingangssignal und einen Ausgangsanschluß 17 für das vorverarbeitete Eingangssignal 7 auf­ weist, der mit dem ersten Eingangsanschluß 6, 6' des Summierglieds und dem ersten Dektektoreingang 11 des Phasendetektors 10 verbunden ist. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, ist der Eingangsanschluß 16 mit dem Eingang eines Begrenzungsverstärkers 18 verbunden, der aus dem an dem Eingangsanschluß 16 anliegenden Eingangssignal, das beispielsweise eine etwa sinusförmige Signalwellenform aufweisen kann, ein etwa rechteckförmiges Signal erzeugt, das am Ausgang 19 des Begrenzungsverstärkers 18 anliegt. Der Begrenzungsverstärker 18 erzeugt somit ein amplitudenbegrenztes Pulssignal mit steilen Flanken. Bei einem Eingangssignal mit kleinem Signalpegel kann der Begrenzungsverstärker 18 mehrere Verstärkerstufen aufweisen. Wenn das Eingangssignal bereits eine Rechteckform und eine ausreichend große Amplitude aufweist, kann der Begrenzungsverstärker 18 gegebenenfalls entfallen.

Dem Begrenzungsverstärker 18 ist ein Flankendetektor 20 nach­ geschaltet, dessen Eingangsanschluß 21 mit dem Ausgang 19 des Begrenzungsverstärkers 18 verbunden ist. Mittels des Flankendetektors 20 wird aus dem Ausgangsignal des Begrenzungsverstärkers 18 eine Pulsfolge erzeugt, deren Spektrum eine Grundkomponente bei der Schwingungsfrequenz des Oszillators 3 aufweist. Der Flankendetektor 20 weist zu diesem Zweck einen auf die Schwingungsfrequenz des Oszillator 3 abgestimmten Resonanzkreis 38 auf.

Der Ausgangsanschluß 22 des Flankendetektors 20 ist mit einem Eingangsanschluß 23 einer Resonanz-Verstärkereinheit 24 verbunden, dessen Resonanzfrequenz ebenfalls auf die Schwingungsfrequenz des Oszillators 3 abgeglichen ist. Der Aufbau der Resonanz-Verstärker­ einheit 24 ist identisch mit dem der Verstärkereinheiten 4 des Oszillators 3. Mittels der Verstärkereinheit 24 wird die mit der Schwingungsfrequenz des Oszillators 3 schwingende Grundkomponente des am Ausgangsanschluß 22 anliegenden Ausgangsignales des Flankendetektors 22 verstärkt, während Komponenten mit anderen Frequenzen unterdrückt werden. Dadurch ergibt sich an dem mit dem Ausgang der Resonanz-Verstärkereinheit 24 verbundenen Ausgangs­ anschluß 17 der Signalvorverarbeitungseinrichtung 15 ein quasi sinusförmiges aufbereitetes Eingangssignal, welches die Frequenz des zu gewinnenden Takt- oder Trägersignals aufweist.

Der Flankendetektor 20 und die Resonanz-Verstärkereinheit 24 weisen jeweils eine Vorrichtung zur spannungsgesteuerten Einstellung der Resonanzfrequenz ihrer Resonanzkreise auf, die mit einem differen­ ziellen Frequenz-Steueranschluß 25 der Signalvorverarbeitungsein­ richtung 15 verbunden sind. Auch der Ring-Oszillator 3 weist einen differenziellen Frequenz-Steueranschluß 26, 26' sowie Mittel zur spannungsgesteuerten Einstellung seiner Resonanzfrequenz auf. Da der Flankendetektor 20, die Resonanz-Verstärkereinheit 24 der Signalvorverarbeitungseinrichtung 15 und die Verstärkereinheiten 4 des Ring-Oszillators 3 dieselbe Mittenfrequenz haben, kann die Vorrichtung 1 auf einfache Weise durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steueranschlüsse 25, 26, 26' auf Takt- oder Trägersignale mit unterschiedlichen Frequenzen abgeglichen werden.

Fig. 3 zeigt das Blockdiagramm des Phasendetektors 10. Dieser weist einen doppelbalancierten Multiplizierer 27 auf, der einen ersten Multiplizierereingang 28 hat, der über einen ersten Signalpfad mit dem ersten Detektoreingang 11 des Phasendetektors 10 verbunden ist. An diesem Detektoreingang 11 liegt das vorverarbeitete Eingangssignal an. Ein zweiter Multiplizierereingang 29 des Multiplizierers 27 ist über einen zweiten Signalpfad mit dem zweiten Detektoreingang 12 des Phasendetektors 10 verbunden. An diesem Detektoreingang 12 liegt das Schwingungssignal des Oszillators 3 an. In dem zweiten Signalpfad ist ein 90°-Phasenschieber 30 angeordnet, welcher das vom Schwingungssignal-Anschluß 9, 9' des Oszillators 3 rückgekop­ pelte Schwingungssignal um 90° verschiebt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Signalwellenformen des am ersten Detektoreingang 11 anliegenden vorverarbeiteten Eingangssignales 7, des am zweiten Detektoreingang 12 anliegenden Oszillator- Schwingungssignales 31 sowie des dazu um 90° phasenverschobenen Eingangssignales 32 am zweiten Multiplizierereingang. In Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, daß das Ausgangssignal 33 des Multiplizie­ rers 27 frei von niederfrequenten Signalanteilen ist, wenn sich das Oszillator-Schwingungssignal 31 mit dem vorverarbeiteten Eingangssignal 7 in Phase befindet. Das am Phasenlage-Ausgang 14 des dem Multiplizierer 27 nachgeschalteten Tiefpaß-Filters 34 anliegende Frequenz-Steuersignal 35 weist dann einen Signalpegel von Null Volt auf. Im Gegensatz dazu weist das Ausgangssignal 33 des Multiplizierers 27 eine niederfrequente Komponente 36 auf, wenn das Schwingungssignal 31 des Oszillators in bezug zu dem Eingangs­ signal 7 phasenverschoben ist (Fig. 5). Das Frequenz-Steuersignal 35 entspricht dann der niederfrequenten Komponente 36. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 10 ist somit ein Maß für den Phasendifferenzwinkel zwischen dem Eingangssignal 7 und dem Oszillator-Schwingungssignal 31 und kann unmittelbar zum Regeln der Phasenlage des Oszillators 3 verwendet werden. Dadurch ergibt sich ein einfach aufgebauter Phasenregelkreis, mit dem beispielsweise durch Temperatur- und/oder Versorgungsspannungsschwankungen verursachte Phasenlageabweichungen des am Ausgang des Oszillators 3 anliegenden Takt- oder Trägersignales kompensiert werden können.

Fig. 6 zeigt das Blockdiagramm des Ring-Oszillators 3. Dieser weist mehrere analoge Verstärkereinheiten 4 auf, die im Ring geschaltet sind. Die einzelnen Verstärkereinheiten 4 sind bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiv ausgebildet und haben eine Übertragungsfunktion, die beidseits einer Resonanzfrequenz abfällt. Die Resonanzfrequenz entspricht der Taktfrequenz des zu gewinnenden Taktsignales beziehungsweise der Trägerfrequenz des zu gewinnenden Trägersignales.

In Fig. 10 ist die normierte Übertragungsfunktion 37 der einzelnen Verstärkereinheit 4 in dem oberen Diagramm als Funktion der auf die Resonanzfrequenz bezogenen relativen Frequenzverschiebung F wiedergegeben. Deutlich ist zu erkennen, daß der Frequenzgang der einzelnen Verstärkereinheit 4 bei Resonanzfrequenz ein Maximum aufweist.

Wie aus dem unteren Diagramm in Fig. 10 zu erkennen ist, weisen die einzelnen Verstärkereinheiten 10 außerdem auch eine frequenz­ abhängige Phasenverschiebung auf, die sich aus einem durch die Resonatorcharakteristik eines in den Verstärkereinheiten 4 jeweils vorgesehenen Resonanzkreises 38 verursachten Phasenverschiebungs­ anteil 39 und einem durch die Signallaufzeit der einzelnen Verstärkereinheiten bedingten Laufzeitanteil 40 additiv zu­ sammensetzt.

Die Anzahl der einzelnen in den Ring geschalteten Verstärkereinheiten 4 ist so gewählt, daß die allein von den Signallaufzeiten aller in dem Ring rückgekoppelten Schaltkreise hervorgerufene Gesamt- Phasenverschiebung 41 bei Resonanzfrequenz der Verstärkereinheiten 360° beträgt. In Fig. 10 ist dies am Beispiel eines Oszillators, der fünf zu einem Ring verschaltete Verstärkereinheiten 4 aufweist, dargestellt. In Fig. 10 ist deutlich zu erkennen, daß der auf die Phasencharakteristik der Resonanzkreise der Verstärkereinheiten 4 zurückzuführende Anteil 42 der Gesamt-Phasenverschiebung bei Resonanzfrequenz gerade Null ist.

Durch die Gesamt-Phasenverschiebung von 360° bei Resonanzfrequenz weist der Oszillator 3 eine hohe effektive Güte auf, die bei fünf in den Ring geschalteten Verstärkereinheiten 4 dem Fünffachen der Güte der einzelnen Verstärkereinheiten 4 entspricht. Da die Oszillatorfrequenz genau der Resonanzfrequenz der einzelnen Verstärkereinheiten 4 entspricht und durch die Anzahl der in den Ring geschalteten Verstärkereinheiten 4 nicht beeinflußt wird, kann die effektive Güte des Oszillators 3 durch Hinzufügen weiterer Verstärkereinheiten 4 in den Ring nahezu beliebig gesteigert werden, sofern die Gesamt-Phasenverschiebung 41 bei der jeweiligen Anzahl der Verstärkereinheiten 360° oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt.

Wie aus Fig. 6 erkennbar ist, weist der Ring-Oszillator 3 einen in den Ring geschalteten Oszillator-Phasenschieber 43 auf. Der Phasenschieber 43 hat eine Verstärkereinheit 4 und einen Summierver­ stärker 44, die jeweils als Differenzverstärker ausgebildet sind. Die Verstärkereinheit 4 hat zwei mit Differenz-Ausgängen 45, 45' einer in dem Ring dem Phasenschieber 43 vorgeschalteten Verstärker­ einheit verbundene Differenz-Eingänge 46, 46' und zwei Differenz- Ausgänge 45, 45'. Die Differenz-Eingänge 46, 46' sind mit für einen ersten Summanden vorgesehe Summier-Eingänge 47, 47' des Summierver­ stärkers 44 und die beiden Differenz-Ausgänge 45, 45' mit für einen zweiten Summanden vorgesehenen Summier-Eingängen 48, 48' des Summierverstärkers 44 verbunden. Der Summierverstärker 44 hat ferner Ausgänge 49, 49' für das Summensignal, die mit Eingängen 46, 46' einer in den Ring dem Phasenschieber 43 nachgeschalteten Verstärker­ einheit 4 verbunden sind.

Mittels des Summierverstärkers 44 wird ein an den Eingängen 46, 46' der Verstärkereinheit 4 (Fig. 7) anliegendes Schwingungssignal zu einem an den Ausgängen 45, 45' (Fig. 7) der Verstärkereinheit 4 anliegenden, zeitverzögerten Schwingungssignal vektoriell addiert, um die Phasenlage des an den Ausgängen 49, 49' des Summenverstärkers 44 anliegenden Summensignales so einzustellen, daß sich im Ring eine Gesamt-Phasenverschiebung von 360° oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ergibt.

Der Phasenschieber 43 des Oszillators 3 hat zwei Steuereingänge 50, 50', die mit dem Phasenlage-Anschluß 13, 13' verbunden sind, mit dem die Gesamt-Phasenverschiebung im Ring durch Anlegen einer Steuerspannung einstellbar ist. Dadurch ist es möglich, die Gesamt- Phasenverschiebung im Ring unabhängig von der Anzahl der in den Ring geschalteten Verstärkereinheiten 4 jeweils auf 360° oder ein ganzzahliges Vielfaches davon abzugleichen.

Die Verstärkereinheiten 4 des Oszillators 3 und die Summierverstärker 5, 44 des Oszillators haben außerdem Steuereingänge 52, 52' zum Einstellen ihrer Resonanzfrequenz. Die einzelnen Steuereingänge 52, 52' der Verstärkereinheiten 4 und der Summierverstärker 5, 44 sind jeweils miteinander verbunden und jeweils zu externen Steueranschlüssen 26, 26' geführt. Durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steueranschlüsse 26, 26' und an die Steueranschlüsse 26, 26' der Signalvorverarbeitungseinrichtung 15 kann die Mittenfrequenz der Vorrichtung 1 auf die Frequenz eines zu gewinnenden Takt- oder Trägersignale abgeglichen werden. Dadurch können beispielsweise durch Fertigungstoleranzen bedingte Abweichungen der Mittenfrequenz der Vorrichtung 1 von einer Sollfrequenz auf einfache Weise kompensiert werden.

Zum Einstellen der Kreisverstärkung des Oszillators 3 weisen alle in den Ring geschalteten Verstärkereinheiten 4 und die Summierver­ stärker 5, 44 jeweils einen Steuereingang 54 auf. Die Steuereingänge 54 sind untereinander und mit einem Steueranschluß 55 verbunden, an dem durch Anlegen einer Steuerspannung die Kreisverstärkung eingestellt werden kann.

Erwähnt werden soll noch, daß in Fig. 6 die Verbindungsleitungen zwischen den Ausgängen 49, 49' des Phasenschiebers 43 des Oszillators 3 und den Eingängen 46, 46' der diesem Phasenschieber 43 nach­ geschalteten Verstärkereinheit 4 strichliniert dargestellt sind, um anzudeuten, daß an dieser Stelle weitere Verstärkereinheiten 4 in den Ring geschaltet sein können. Außerdem sind der Übersicht­ lichkeit wegen in Fig. 1 bis 3 einander zugeordnete differentiellen Eingangs- oder Ausgangsanschlüsse sowie einander zugeordnete differentielle Signalpfade jeweils zusammengefaßt.

Fig. 8 zeigt das Schaltbild der einzelnen Verstärkereinheiten 4 des Ringoszillators und der Verstärkereinheit 24 der Signalvorver­ arbeitungseinrichtung 15. Die Verstärkereinheiten 4, 24 weisen einen an sich bekannten Resonanzverstärker 56 mit Differenz-Feldeffekt­ transistoren 57, 57' auf, deren Gate jeweils mit einem Differenz- Eingang 46, 46' verbunden ist. Mit dem Resonanzverstärker 56 in Reihe geschaltet ist ein Feldeffekttransistor 58 des Anreicherungs­ typs, der mit seinem Drain-Anschluß mit einem ersten Anschluß 59 des Resonanzverstärkers 56 und mit seinem Source-Anschluß über einen Gegenkopplungswiderstand 60 mit der Versorgungsspannungsleitung 61 verbunden ist. Der Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 58 ist mit dem Steuereingang 54 für die Kreisverstärkung verbunden. Ein zweiter Anschluß 62 des Resonanzverstärkers 56 ist mit dem Source-Anschluß eines Feldeffekttransistors 63 des Anreicherungstyps verbunden. Der Drain-Anschluß dieses Feldeffekttransistors 63 ist mit der Masseleitung 64 und der Gate-Anschluß mit dem Steuereingang 52 für die Resonanzfrequenz verbunden.

Die Verstärkereinheit 4 weist außerdem einen an sich bekannten differentiellen Ausgangsschaltkreis 65 mit zwei Feldeffekt­ transistoren 66, 66' auf, deren Drain-Anschlüsse mit dem Source- Anschluß eines Feldeffekttransistors 67 des Verarmungstyps verbun­ den sind. Der Drain-Anschluß dieses Feldeffekttransistors 67 ist mit der Masseleitung 64 und der Gate-Anschluß mit dem Steuereingang 52' für die Resonanzfrequenz verbunden.

Der Einsatz von Transistoren des Verarmungs- bzw. Anreicherungstyps für die Feldeffekttransistoren 63 und 67 gewährleistet, daß im Nullpunkt der differentiellen Ansteuerung der Spannungspegel an den Gate-Anschlüssen der Feldeffekttransistoren 66 und 66' tiefer ist, als an deren Drain-Anschlüssen.

Fig. 9 zeigt das Schaltbild der schmalbandigen Summierverstärker 5, 44. Der Aufbau der Summierverstärker 5, 44 stimmt weitgehend mit dem der Verstärkereinheit 4 überein, weshalb nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Im Vergleich zu der Schaltung in Fig. 8 sind statt der den Feldeffekttransistor 58 und den Gegenkopplungswiderstand 60 aufweisenden Stromquelle zwei Stromquellen vorgesehen. Die Stromquellen weisen zwei Feldeffekt­ transistoren 68, 68' auf, deren Source-Anschlüsse jeweils über Gegenkopplungswiderstände 69, 69' mit der Versorgungsspannungs­ leitung 61 verbunden sind. Zum Einstellen des Arbeitspunktes der Summierverstärker 5, 44 sind die Gate-Anschlüsse der Feldeffekt­ transistoren 68, 68' mit dem Steuereingang 54 für die Verstärkungs­ einstellung verbunden.

Den Feldeffekttransistoren 68, 68' ist jeweils ein weiterer Feldeffekttransistor 70, 70' in Reihe geschaltet. Dabei ist der Source-Anschluß des Feldeffekttransistors 70 mit dem Drain-Anschluß des Feldeffekttransistors 68 und der Source-Anschluß des Feldeffekt­ transistors 70' mit dem Drain-Anschluß des Feldeffekttransistors 68' verbunden. Während der mit dem Steuereingang 50 verbundene Gate- Anschluß des Feldeffekttransistors 70 eine positive Ansteuerspannung aufweisen kann, kann an dem mit dem Steuereingang 50' verbundenen Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 70' eine negative Ansteuerspannung anliegen. Der die Source-Anschlüsse der Feldeffekt­ transistoren 70 und 70' miteinander verbindende Widerstand 71 verbessert die Linearität der Stromansteuerung.

Die Drain-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 70, 70' sind jeweils mit den Source-Anschlüssen eines Feldeffekttransistor-Paares 72, 72' verbunden, die zwei parallele Stromverstärkereinheiten bilden, die mit einem gemeinsamen Resonanzkreis 38 belastet sind.

Die Vorrichtung 1 zur Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal, insbesondere aus einem digitalen Datensignal, weist also zum Erzeugen des Takt- oder Trägersignals einen Oszillator 3 auf. Dieser hat in einer Rückkopplungsschleife wenigstens eine Verstärkereinheit und ein Summierglied zum Addieren des zeitlich veränderlichen Eingangssignals zu dem Schwingungssignal des Oszillators 3. Das Summierglied hat einen Eingangssignal-Anschluß 6, 6' für das zeitlich veränderliche Eingangssignal. Zum Ermitteln des Phasenwinkels des Oszillator-Schwingungssignales in bezug zu dem Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales weist die Vorrichtung einen Phasendetektor 10 auf, der mit einem ersten Detektoreingang 11 mit dem Eingangssignal-Anschluß 16 und mit einem zweiten Detektoreingang 12 mit einem Schwingungssignal-Anschluß 9, 9' des Oszillators 3 verbunden ist. Der Oszillator 3 hat eine Verstelleinrichtung zum Einstellen des Phasenwinkels seines Schwingungssignales, die zum Angleichen des Phasenwinkels des Oszillator-Schwingungssignales an den Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales mit dem Phasendetektor 10 verbunden ist. Die Vorrichtung 1 ermöglicht auf einfache Weise die Gewinnung eines stabilen Takt- oder Trägersignals.

Claims (25)

1. Vorrichtung zur Gewinnung eines Takt- oder Trägersignales aus einem zeitlich veränderlichen elektrischen Eingangssignal, insbesondere aus einem digitalen Datensignal, welche Vor­ richtung (1) in einer Rückkopplungsschleife wenigstens eine Verstärkereinheit (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen Oszillator (3) aufweist, dessen Schwingungssignal das Takt- oder Trägersignal bildet, daß der Oszillator (3) zumindest ein in die Rückkopplungsschleife geschaltetes Summierglied zum Addieren des zeitlich ver­ änderlichen Eingangssignales zu dem Schwingungssignal des Oszillators (3) aufweist, welches Summierglied zumindest einen Eingangssignal-Anschluß (6, 6')für das zeitlich veränderliche Eingangssignal hat, daß die Vorrichtung einen Phasendetektor (10) zum Ermitteln des Phasenwinkels des Oszillator-Schwin­ gungssignales in Bezug zu dem Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales aufweist, der mit einem ersten Detektoreingang (11) mit dem Eingangssignal-Anschluß (6, 6') und mit einem zweiten Detektoreingang (12) mit einem Schwin­ gungssignal-Anschluß (9, 9') des Oszillators verbunden ist, daß der Oszillator (3) eine Verstelleinrichtung zum Einstellen des Phasenwinkels seines Schwingungssignales hat und daß der Phasendetektor (10) zum Angleichen des Phasenwinkels des Oszillator-Schwingungssignales an den Phasenwinkel des zeitlich veränderlichen Eingangssignales mit der Phasenwinkel-Verstell­ einrichtung des Oszillators (3) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine Signalvorverarbeitungseinrichtung (15) hat, die zumindest einen Flankendetektor (20) aufweist, und daß die Signalvorverarbeitungseinrichtung (15) in einem zu dem Eingangssignal-Anschluß (6, 6') führenden Eingangssignal­ pfad angeordnet ist, so daß dem Eingangssignal-Anschluß (6, 6') anstelle des Eingangssignales ein vorverarbeitetes Eingangssignal zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, der Flankendetektor (20) zumindest ein Differenzierglied aufweist und daß der Flankendetektor (20) vorzugsweise mit einem Resonanzkreis belastetet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalvorverarbeitungseinrichtung (15) wenigstens einen dem Flankendetektor (20) vorgeschalteten Begrenzungsverstärker (18) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalvorverarbeitungseinrichtung (15) wenigstens eine dem Flankendetektor (20) nachgeschaltete Resonanz-Verstärkereinheit (24) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (3) spannungsgesteuert ist und wenigstens einen Steuereingang (52, 52') zum Einstellen seiner Oszillatorfrequenz aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (3) ein Ring-Oszillator ist und mehrere zu einem Ring verschaltete Verstärkereinheiten (4) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor(10) einen vorzugsweise doppelbalancierten Multiplizierer (27) aufweist, der wenigstens einen ersten und einen zweiten Multipliziereingang (28, 29) hat, wobei der erste Multipliziereingang (28) über einen ersten Signalpfad mit dem Eingangssignal-Anschluß (6, 6') und der zweite Multipliziereingang (29) über einen zweiten Signalpfad mit dem Schwingungssignal-Anschluß (9, 9') des Oszillators (3) verbunden ist, daß in wenigstens einem der Signalpfade ein Phasenschieber (30) angeordnet ist, welcher in einem der Signalpfade eine um 90° größere Signal-Phasenverschiebung bewirkt als in dem anderen, und daß dem Multiplizierer (27) ausgangsseitig ein Tiefpaß-Filter (34) nachgeschaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Phasendetektor (10) zugeordnete Phasenschieber (30) durch wenigstens eine Verstärkereinheit (4) und/oder wenigstens einen Sourcefolger und/oder eine Verzögerungsleitung gebildet ist und daß die Verstärkereinheit (4) und/oder der Sourcefolger vorzugsweise in den Ring des Ring-Oszillators (3) geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verstärkereinheiten (4) des Ring-Oszillators (3) analoge Verstärkereinheiten sind, die bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiv ausgebildet sind, daß die Phasenverschiebungen der einzelnen Verstärker­ einheiten (4) derart ausgebildet sind, daß die Gesamtphasenver­ schiebung im Ring bei der Resonanzfrequenz der Verstärker­ einheiten (4) 360° oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt und daß die Anzahl der einzelnen Verstärkereinheiten (4) entsprechend der Gesamtgüte des Ring-Oszillators (3) gewählt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung zum Einstellen des Phasenwinkels des Oszillators (3) wenigstens einen Phasenschieber (43) und/oder Mittel zur spannungsgesteuerten Frequenzeinstellung des Oszillators (3) umfaßt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (43) in den Ring des Ring-Oszillators geschaltet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Summierglied ein bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiver Summierverstärker (5) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (43) des Ring-Oszilla­ tors (3) wenigstens eine frequenzselektive Verstärkereinheit und zumindest eine Summierstufe, insbesondere einen bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiven Summierverstärker (44) aufweist, mit dem zumindest zwei zueinander phasenver­ schobene Schwingungssignale zu einem Summensignal vektoriell addierbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinheiten (4) und/oder der beziehungsweise die Summierverstärker (5, 44) jeweils wenigstens einen Steuereingang (52, 52') zum Einstellen ihrer Resonanzfrequenz aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Resonanzfrequenz-Steuer­ eingänge (52, 52') der Verstärkereinheiten (4) des Ring- Oszillators (3) und/oder der beziehungswiese des Summierver­ stärker(s) (5, 44) miteinander verbunden und vorzugsweise zu einem Steueranschluß (26, 26') geführt sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine, vorzugsweise alle Verstärkereinheiten und/oder der beziehungswiese die Summier­ verstärker und/oder der Flankendetektor differentielle Steuereingänge zum Einstellen der Resonanzfrequenz aufweisen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine, vorzugsweise alle Verstärkereinheiten (4) und/oder der beziehungswiese die Summierverstärker (5, 44) jeweils zumindest einen Steuereingang (54) zum Einstellen ihrer Verstärkung aufweisen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verstärkungs-Steuereingänge (54) der Verstärkereinheiten (4) und/oder der beziehungswiese des Summierverstärker(s) (5, 44) miteinander verbunden und vorzugsweise zu einem Steueranschluß (55) geführt sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verstärkereinheiten (4) und gegebenen­ falls der beziehungswiese die Summierverstärker (5, 44) und gegebenenfalls der Flankendetektor (20) bezüglich einer Resonanzfrequenz frequenzselektiv ausgebildet sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine, vorzugsweise alle Verstärkereinheiten (4), mit Ausnahme eventueller dem Flankendetektor (20) vorgeschalteter Verstärkereinheiten, jeweils wenigstens einen Resonanzkreis (38) und zumindest eine differentielle Stromverstärkereinheit und ein Transistorpaar zur Neutralisationskompensation aufweist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein, vorzugsweise alle Summierverstärker (5, 44) und gegebenenfalls der Flankendetek­ tor (20) jeweils wenigstens zwei differentielle Stromver­ stärkereinheiten aufweisen, die mit einem gemeinsamen Resonanzkreis (38) belastet sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß alle Resonanzkreise (38) des Oszillators (3) und gegebenenfalls der Signalvorverarbeitungseinrichtung (15) gleich ausgebildet sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) geometrisch symmetrisch aufgebaut ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in monolithisch integrierter Bauform ausgebildet ist.