DE2014692A1

DE2014692A1 - Monolithisch mtegnerbare Phasen vergleichsschaltung

Info

Publication number: DE2014692A1
Application number: DE19702014692
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl Phys Dr 7830 Emmendingen Burth Rolf Dieter Dipl Ing 7831 Windenreute HO3k5 13 Gerlach
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1970-03-26
Publication date: 1971-10-14
Also published as: GB1307916A; DE2014692C3; DE2014692B2; FR2040245A1; NL7006139A

Description

Deutsche ITT Industries GmbH. A. Gerlach et al 24-5

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str.l9 25. März 1970

Pat.Mo/Tu.

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I.B.

Monolithisch integrierbare Phasenvergleichsschaltung Zusatz zu Patentanmeldung P 19 21 036.7.

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung zur Durchführung des Phasenveraleichsverfahrens nach der Hauptpatentanmeldung P 19 21 036.7, das der Ableitung' eines Stellsignals für die Synchronisierung zweier Impulsfolgen dient, die von einem Ortsoszillator und von einem Fremdoszillator erzeugt werden. Der Gegenstand der Hauptanmeldung besteht darin, daß der Ortsoszillator eine einen Gleiehspannungsanteil enthaltende Dreieckspannung erzeugt, wobei während der Dauer d.er Impulse des Fremdoszillators der Augenblickswert der Dreieckspannung mit einer aus der Dreieckspannung abgeleiteten Spannungsschwelle in der Weise verolichen wird, daß ein Regelsignal einer Polarität entsteht, wenn der Auaenblickswert kleiner als die Spannurigschwelle ist/und daß ein Reaelsicmal entgegengesetzter Polarität entsteht, wenn der AucTenblicks.wert größer als die Spannungsschwelle ist, daß der so entstandene Regelsignaldoppelimpuls einem Siebglied zugeführt wird und daß das gesiebte P.enelsianal als Stellsicmal auf die Frequenz des Ortsoszillators in synchronisierender Ueise einwirkt.

Der Erfindunn Heat die Aufgabe zuarunde, eine besonders vorteilhafte und minstiqe Schaltungsanordnung anzuaeben, mit der das Verfahren der Hauptanmeldung durchaeführt werden kann und die als monolithisch intearierte Ilalbleiterfestkörperschaltung

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realisierbar ist. Die eingangs erwähnte Schaltungsanordnung besteht demzufolge erfindungsaeraäß darin, daß dem einen Einnang eines transistorbestückten Differenzverstärkers die Dreieckspannung zuaeführt ist, daß am anderen Eingang des Differenz Verstärkers eine der Spannunqrsschwelle entsprechende Gleichspannuna liegt, daß im gemeinsamen Emitterkreis der DifferenzverstSrkertransistoren die Kollektor-Emitter-Strecke eines Zusatztransistors anaeordnet ist, dessen Basis von den Fremdosζillatorimpulsen gesteuert ist, daß die Ausgänge des Differenzverstärker je eine von zwei in Serie geschalteten Konstantstroraquellen steuern, die die Kapazität des Siebgliedes auf- bzw. entladen, und daß die Zeitkonstante des Siebgliedes in Abhängigkeit vom Synchronisierungsgrad umschaltbar ist.

Die erfindunqsgemäße Schaltungsanordnung sowie vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen derselben sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nun in Zusammenhang mit den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ,

Fig. 2 zeigt verschiedene Strom- und Spannungsverlaufe in Abhänaigkeit von der Zeit, die an entsprechenden Stellen der Schaltung nach Fiq. 1 auftreten.

Fig. 3 zeigt den Spannunqsverlauf am Speicherkondensator im synchronen und asynchronen Zustand.

Die Phasenverqleichs- und Synchronisierschaltung nach Fig. besteht aus einem symmetrischen Differenzverstärker, der von den Transistoren Tl und T2 gebildet wird. Im den beiden Transistoren Tl und T2 qemeinsaoen Emitterkreis ist der Zusatztransistor T3 angeordnet, wobei, dessen Kollektor-Emitter-

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Strecke zwischen die beiden miteinander verbundenen Emitter und den Schaltungsnullpunkt, ggf. unter Zwischenschaltung des Widerstandes R5, gelegt ist.

Die Kollektoren der beiden Transistoren Tl und T2 bilden den Ausgang des Differenzverstärkers, wobei an jedem Kollektor je eine Stromquelle angeschlossen ist, die von den Transistoren T5 und T6 gebildet werden. Diese beiden Transistoren sind zueinander komplementär und mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken derart in Serie geschaltet, daß die beiden Kollektoren miteinander verbunden sind. Die dem Transistor Tl des Differenzverstärkers zuaeordnete Stromquelle mit dem Transistor T6 ist an den Differenzverstärker über eine Phasenumkehrstufe angeschlossen, die von TransistorT4 gebildet wird, der zum Transistor T6 der zugehörigen Stromquelle komplementär ist.

Der gemeinsame Kollektoranschluß der die beiden Stromquellen bildenden Transistoren T-5 und T6 ist mit dem einen Anschluß der Parallelschaltung des Widerstandes Rl und des Kondensators Cl verbunden, während der andere Anschluß dieser Parallelschaltung am Schaltungsnullpunkt liegt.

Am gemeinsamen Kollektorpunkt der beiden Transistoren T5' und T6 ist ferner der Kondensator C2 angeschlossen, dessen anderer Anschluß mit dem Kollektor des Schalttransistors T7 verbunden ist. Der Emitter des Schalttransistors T7 ist am Schaltungsnulipunkt anoeschlossen, während seine Basis am Kollektor des als Phasenumkehrstufe dienenden Transistors Tl1 angeschlossen ist. Der Hnitter des Transistors TIl ist mit dem Schaltuncrsnullpunkt und der Kollektor über den Arbeitswiderstand R6 mit der Versorgunasspannuno ü verbunden. Die Basis des Transit stors TIl liegt am Abgriff des von den Widerständen R7 und

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R8 gebildeten Spannungsteilers, der im Emitterkreis des als Emitterfolgerstufe dienenden Transistors IO angeordnet ist.

Von der Basis des Emitterfolgertransistors TlO führt der Speicherkondensator C3 zum Schaltungsnullpunkt. Ferner ist die Basis des Transistors TlO am Arbeitswiderstand R4 der von den Transistoren T8 und T9 gebildeten Koindidenzstufe angeschlossen. Diese beiden Transistoren sind mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken direkt hineinandergeschaltet, so daß der Emitter des Transistors T9 am Schaltungsnullpunkt liegt und der Kollektor des Transistors T8 am Arbeitswiderstand R4 und an der Basis des Transistors TlO angeschlossen ist.

Beim bestimmungsgemäßen Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung als Phasenvergleichsstufe wird dem Eingang A des Differenzverstärker die bei dem Verfahren nach der Hauptanmeldung zu verwendende Dreieckspannung zugeführt. Dem mit der Basis des Zusatztransistors T3 verbundenen Eingang B werden die Impulse desFremdoszillators zugeführt. Als solche Impulse können beispielsweise die bei üblichen Fernsehempfängern im Video-Signal enthaltenen Synchronisierimpulse dienen.

Der andere Eingana D des Differenzverstärkers ist am Abgriff des aus den Widerstanden R2 und R3 gebildeten Spannungsteilers angeschlossen, der seinerseits an Betriebsspannung liegt. Der am Eingang D liegende Wert der am Spannungsteiler abgegriffenen Gleichspannung kann vorzugsweise dem Mittelwert entsprechen, der sich aus dem Maximalwert und den Minimalwert der Dreieckspannuna ergibt, wie dies einem vorteilhaften Ausführuncsbeispiel der Hauptanmelduna entspricht.

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Die Basis des Transistors T8 der Koinzidenzstufe ist mit dem Eingang E verbunden, dem ebenso wie dem Eingang B die Freradoszillatörimpulse zugeführt werden* Der mit der Basis des Transistors T.9 der Koinzidenzstufe verbundene Eingang F wird mit einer von der Dreieckspannung abgeleiteten Rechteckspannung gespeist.

Die der Synchronisierung des Ortsoszillators dienende Spannung wird am Ausgang G abgenommen, der mit dem Siebglied verbunden ist, also mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren Cl, C2 und dem Widerstand Rl.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird nun anhand der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Spannungsund Stromverläufe erläutert. In den Fig. 2a bis 2e geben die ausgezogenen Kurven die Verhältnisse bei synchronisiertem Ortsoszillator an, während die gestrichelt eingezeichneten Kurvenverläufe die Verhältnisse bei nichtsynchronisiertem Ortsoszillator angeben, und zwar im vorliegenden Fall bei zu langsam schwingendem Ortsoszillator.

In Fig. 2a ist der zeitliche Verlauf der Fremdoszillatorspannüng U_ß angegeben, wie sie an den Eingängen B und E der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnuna zugeführt wird.

In Fig. 2b ist die Spannung Uj. des Ortsoszillators in ihrem zeitlichen Verlauf aufgetraaen, d.h. also der Verlauf der Dreieckspannung.

Fig. 2c zeigt den zeitlichen Verlauf des in der Kollektorleitung von Transistor T5 fließenden Stromes II, während Fig.. 2d den Verlauf des in der Kollektorzuleituna von Transistor TG fließenden Stromes 12 zeigt. Schließlich zeigt die Fig. 2e den Verlauf des zum Siebglied fließenden Stromes 13.

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Aufgrund der erfindungsgeraäßen Anordnung der die beiden Stronquellen bildenden Transistoren T5 und T6 zusammen mit der Phasenumkehrstufe T4 und mit dem Differenzverstärker aus den Transistoren Tl und T2 arbeiten die beiden Stromquellen abwechselnd , d.h. es fließt entweder nur der Strom Il oder nur der Strom 12.

Zur Erläuterung sei nun angenommen, daß der Ortsoszillator durch die Fremdoszillatorimpulse synchronisiert ist, was, wie oben bereits angegeben, den ausgezogen gezeichneten Kurven der Fig. 2 entspricht. Unter dieser Voraussetzung fällt die Mitte des Fremdoszillatorimpulses nach Ficr. 2a mit dem Schnittpunkt zusammen, der vom abfallenden Teil der Dreieckspannung und der Spannunnr U_D gebildet wird, die an der Basis des Transistors T2 des Differenzverstärkers liegt, d.h. also bis beide Eingancrsspannungen des Differenzverstärkers gleich groß sind. Während der ersten Hälfte des Fremdoszillatorimpulses fließt daher im Stromquellentransistor T6 der Stromimpuls 12. Während der zweiten Hälfte des Fremdoszillatorimpulses ist daoegen der Stromquellentransistor T5 eingeschaltet . so daß der Stromimpuls Il fließt. Die Differenz dieser beiden Stromimpulse ercribt den Stroisdoppelimpuls 13, dessen zeitliches Mittel gleich null ist. Somit entsteht aber am Ausgang G keine Regelspannung.

Bei synchronisiertem Ortsoszillator aus einem zu langsam schwingenden Zustand des Ortsoszillators heraus, wie im vorlieqenden Fall nezeiat, ist der Stromquellentransistor T6 während einer längeren Zeitdauer des Fremdoszillatorimpulses eingeschaltet, nämlich bis zu dem Zeitpunkt, in dem der abfallende Teil der Dreieckspannunar sich mit der Gleichspannung U_Q schneidet, also beide Eingangsspannungen gleich groß sind.

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Von diesem Zeitpunkt ab ist dann der andere Stromquellentransistor T5 eingeschaltet. Als Resultat ergibt sich ein Stromdoppelimpuls 13, dessen negativer Impulsanteil deutlich verlängert ist, so daß am Siebglied eine negative Regelspannung entsteht. .

War die Schwingung des Ortsoszillators andererseits zu schnell, so ist nach Eintritt der Synchronisation der Regelstromimpuls 12 deutlich verkürzt und es ergibt sich ein die Siebkapazität aufladender Strompulus 13, wodurch eine, positive Regelspannung entsteht. .

Die am Siebglied entstehende Regelspannuno ist umso größer, je kleiner die Siebkapazität ist. Bei konstanter Regelempfindlichkeit am Steuereingang des Ortsoszillators ist daher der Synchronisierbereich umso größer , je kleiner die Siebkapazität ist, d.h. die Schaltungsanordnung ist in der Lage, umso größere Frequenzabweichungendes Ortsoszillators zu korrigieren, je kleiner die Siebkapazität ist. Andererseits ist jedoch" diestörunempfindlichkeit des synchronisierten Zustandes nur bei großer Siebkapazität gewährleistet. Die für eine ausreichende Synchronisierbandbreite daher erforderliche kleine Siebkapazität und die für eine geringe Störempfindlichkeit im synchronisierten Zustand erforderliche große Siebkanaziät lassen sich daher nur durch Umschalten der Siebkapazität erreichen.

Für das Umschalten ist der Speicherkondensator G3 vorgesehen, der sich einerseits über den Arbeitswiderstand,R4 auflädt und sich andererseits im synchronen Zustand über die hintereinänderfreschalteten Kollektor-Emitter-Etrecken der Trans is tor en T8 und T9 entlädt. Diese Entladung erfolgt iirt synchronen Zustand dadurch, daß der dem Eingang F zugeführte, von der

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Dreieckspannuna abgeleitete Rechteckimpuls und der dem Eingang E zuqeführte Fremdoszillatorimpuls gleichzeitig eintreffen und somit die Transistoren T8 und T9 gleichzeitig durchsteuern. Im synchronen Zustand entstehen somit periodisch im Takt der Fremdoszillatoriinpulse Koinzidenz impulse, wobei der in Fiq. 3a qezeiate Verlauf der am Speicherkondensator C3 auftretenden Spannung U3 entsteht.

Im asynchronen Zustand führt dagegen nicht jeder Fremdoszillatorinpuls zu einer Entladung des Speicherkondensators C3, so daß der Speicherkondensator sich während des Ablaufs mehrerer Fremdoszillatorimpulse aufladen kann, übersteigt die Kondensatorspannung U3 dabei die Spannungsschwelle U_c, so wird der Transistor TIl der Phasenumkehrstufe in den leitenden Zustand und der Schalttransistor T7 in den Sperrzustand gesteuert, wodurch der Kondensator C2 großer Kapazität vom Siebglied abgeschaltet wird, d.h. die Parallelschaltung der Kondensatoren Cl und C2 wird aufgehoben.

In Fig. 3b ist der Spannunnsverlauf am Speicherkondensator C3 für den asynchronen Zustand gezeigt, wobei im Gegensatz zur Fig. 3a Koinzidenzsignalaruppen nur im Takt der Differenzfrequenz zwischen Ortsoszillatorfrequenz und Fremdoszillatorfrequenz entstehen.

Die Zeitkonstante des ROGliedes R4, C3 wird in Abhängigkeit von der Dauer des Fremdoszillatorimpulses, die bei Fernsehgeräten üblicherweise etwa 5,us beträft, so aewöhlt, daß der Speicherkondensator zwar durch den kurzen Fremdoszillatorimpuls bereits vollständia entladen, aber erst nach mehreren Perioden der Dreieckspannung auf die Betriebsspannung U aufgeladen ist. Somit kann im synchronen Zustand der Spannung U3

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am Speicherkondensator die eingezeichnete Amplitude nicht' überschreiten, während dies bei asynchronem Betrieb im Takt der genannten Differenzfrequenz möglich ist. Vorzugsweise ist die Zeitkonstante etwa zwei- bis fünfmal größer als die Periodendauer der Dreieckspannung.

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PATENTANSPRÜCHE

Monolithisch inteqrierbare Schaltungsanordnung zur Durchführung des Phascnvercrleichsverfahrens nach Patentanmeldung P 19 21 036.7, das der Ableitunrc eines Stellsignals für die Synchronisieruna zweier Impulsfolgen, die von einem Ortsoszillator und von einem Fremdoszillator erzeugt werden, dient, wobei der Ortsoszillator eine einen Gleichspannungsanteil enthaltende Dreieckspannung erzeugt, wobei während der Dauer der Impulse des Freradoszillators der Augenblickswert der Dreieckspannung nifc einer aus der Dreieckspannung abgeleiteten Spannungschwelle in der Weise verglichen wird, daß ein Regelsignal einer Polarität entsteht, wenn der Augenblickswert kleiner als die Spannungschwelle istfund ein Regelsinnal entgegengesetzter Polarität entsteht, wenn der Auaenblickswert kleiner als die Spannungsschwelle ist, wobei der so entstandene Regelsignaldoppelimpuls einen Siebglied zugeführt wird und wobei das gesiebte Reaelsirmal als Stellsignal auf die Frequenz des Ortsoszillators in synchronisierender Weise einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Eingana (A) eines transistorbestückten Differenzverstärkers die Dreieckspannung zuaeführt ist, daß am anderen Einaang (B) des Differenzverstärkers eine der Spannunaschwelle entsprechende Gleichspannuna lieat, daß im gemeinsamen Emitterkreis der Differenzverstärkertransistoren (Tl, T2) die Kollektor-Emitter-Strecke eines Zusatztransistors (T3) angeordnet ist, dessen Basis von den Fremdoszillatorimpulsen gesteuert ist, daß die Ausgänae des Differenzverstärkers je eine von zwei in Serie geschalteten Stromquellen steuern, die die Kapazität des Siebgliedes auf- bzw. entladen, und daß die Zeitkonstante des Siebgliedes in Abhänaigkeit vom Synchronisierunrrsqrad elektronisch umschaltbar ist.

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2. Schaltungsanordnur.rr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Konstantstromquellen eine Phasenumkehr stufe vorgeschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie geschalteten Konstanzstromquellen aus je einem Transistor (T5, T6) bestehen und daß diese Transistoren zueinander komplementär sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch crekennze lehnet, daß der andere Eingang (D) des Differenzverstärker an Abgriff, eines zwischen der Versorgungsspannung (U) und dem Schaltungsnullpunkt angeordneten ohmschen Spannungsteilers (R2, R3) angeschlossen ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Siebgliedes aus der Parallelschaltuna eines Kondensators (Cl) kleiner Kapazität und eines Kondensators (C2) großer Kapazität besteht, v/obei das freie Ende des Kondensators

. (Cl) kleiner Kapazität am Fchaltungsnullpunkt,angeschlossen ist. -"■■■■_'"
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im synchronisierten Zustand das freie Ende des Kondensators (C2). großer Kapazität nit dem Schaltun<-rsnullpunkt verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch crekennzeichnet, daß an das freie Ende des Kondensators (C2) großer Kanazifcat der Kollektor eines

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Schalttransistors (T7) angeschlossen ist, dessen Emitter ara Schaltunqsnullpunkt liegt und dessen Basis von einer Koinzidenzstufe derart gesteuert wird, daß im synchronen Zustand der Schalttransistor (T7) qeöffnet ist.
8. Echaltungsanordnuna nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzstufe aus zwei mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken direkt miteinander an einem geneinsamen Arbeitswiderstand liegenden Transistoren (T8, 19) besteht, wobei der Basis des einen Transistors (T9) eine von der Dreieckspannung abgeleitete Rechteckspannuna und der Basis des anderen Transistors (T8) die Fremdoszillatorimpulse zugeführt sind, daß zwischen dem kollektorseitigen Ende des Arbeitswiederstandes (R4) und dem Schaltungsnullpunkt ein Speicherkondensator (C3) angeschlossen ist und daß die am Speicherkondensator auftrete-nde Spannung (U3) über eine nachcreschaltete Emitterfolgerstufe (TlO) und eine auf diese folqende Phasenumkehrstufe (TU) die Basis des Schalttransistors (T7) steuert.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich-. net, daß die Zeitkonstante der Serienschaltung aus Speicherkondensator (C3) und Arbeitswiderstand (R4) größer als die Periodendauer der Dreieckspannung ist.
10. Schaltun «rs anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante etwa zwei- bis fünfmal rrrößer ist.

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