DE2021887A1 - Phasen-Regeloszillator - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE
DR. CLAUS REINLÄHDFR

DJPL- ING. KLAUS BERNHAtIDl O Π O I Q O ·7 D-8 MÖNCHEN 60 ZUZ lob/

tXCKERSTRASSf *

FtIJITSOLIMITED 6/109

No» 1015, Kamikodaaaka, Kawasaki JAPM

Fhaaen-Hegeloszillator

priorität t ?. Mai 1969 - Japan
Application Nr. ToJcugansho 44-35041

Die Erfindung bezieht sich auf eines Phssea-Eegeloassiliator', der oän Ausgangssigr»! einer stabilisierten Phase erzeugen kann« Ein Phasen-Regel« oszillator wird in einer Mt-SyBehronisationsschaltung und anderen Schal» .. tuogea verwendet, und weist ia allgemeinen eine Schleife eines Phasen-Detaktorteiles, ein Sehleifenfilter uad einea apiuanunggeregelten Oszillator auf. In diesem Phaeea-fiegeloezillator wird daa Eingangssignal mit desi Ausgangssignal des epanstteggeragelten Oszillstora in dem Phsaen-Detekiorteil verglichen, und die Sehwingungsfreque&s des spannunggeregeltan Oszillators wird durch die Phasendifferenz geregelt, Ia dest heskössolichen Phasea-RegeloBzillator wird in des Pheeen-JDetektoarteil din Vh&e&a-Jktt»k%&s ait einer Charakteristik το» Co«inue~%p verwendet» Gewöhnlich ist dieser tsktor miü einem Hinptodulator gebildet· Da «r das Produkt aus dam gangsaigual uüäd dem TerglelehssigDal erhält» vird das Auagaiigesigaa Bleser Ph^een-Batektor vird wegen seines einfaohen Äufbauo Ysrwa«i#t. Sr hat jedoch den Fehlerg d&d eine Isnge Zeit für das Mit«

de ie Phase τοη einem Funkt bis sus von diesem entferet Stabilieiarungepunkt ob -ntbenötigt wird. Das rührt daher, daß in Charakterietik der Wert der Puaktioß beiir glsioh 0 waa. deshalb el» lieher S fcabiliBiermägüpuökt wird \mä daß di® Hiaasmdiff^srena üli®s"!r i lauf«» nuß* Se lab sliao Aufgabe d^r ErfiMiiBg» die»«}! Fahler u»d öa für das S.ignül möglish ssu ma&hnm₉ deö die Bisse iss /jadesa Z-ml.tgewsiuaen verdau kam* iüiß© weitürsid Aufgabe dar Lli^induaig boateh.t

00 SfH 9/ 12 9S °^Pt/S

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darin, einen Phaaen-Regelsossilletor zu schaffen, der in einer Mt-Synehroniaationsschaltung zur Demodulation von diskontinuierlichen Zeit teil«» Signalen; beispielsweise Impulssignalen (buret-Signale) verwendet werden kann· Diese Aufgabe wird durch dis Schaffung eines Phasen-Regeloszillatora gelöst» der eine Schleife eines Phasen-Detektorteiles, ein Sehleifenfilter und einen spannunggeregalten Oszillator aufweist und dessen Eingangssignal mit dem Ausgangssignal des Spannung-geregelten Oszillator*, in dem Phasen-Datekfcorteil verglichen wird und das Auagangssignal von dem spannunggere«» gelten Oszillator erhalten wird und der dadurch getanzeielmet ist, daß der Fhasen-Detaktorteil einen ersten Phasen-Detektor, einen sweiten Phasen-De·» tektor, dessen Vergleichspbase unnr/2 gegen die des ersten Phsson-Betektors vorschoben ist, einen Spannungsvergleicher zum Unterscheiden der Polarität des Ausgangssignales des zweiten Phasen-Detektors, eine Schaltung: zur Um» kehr das Ausgangssignales des ersten Phasen-Detektors entsprechend dem Auagangseignal des Spannungsvergleichers enthält und daß die Phase des Ausgangasignaleis des Phaaeä-BegeloflsillatoisfUEnrentsprechend deia Aus» gangssignal des Spannxmgsvergleich^rs verschoben ist. In einer zweckmäßigen Ausführung speichert der SpasaiingsvergMehsr zvx Unterscheidung der Polarität des Ausgaagselgnalea des scweiten Phasen-Bstektoys die Polarität der Ausgangsepannuag dos ssweitea Phaaen-Detektore und hält denselben Zustand auch nach dem Abbrechen des Eingangssigneies aufrechte

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung sieben sich aus Figuren umI der Beschreibung eines AusführuBgebeiep UeIpS₃ Ton den »eigenr

Ψ\^_Λ " ">i-■■■!, AusÄÜniiimg eines Phaseja^Regelosaillators geirilß dsi* Erfindung, fig«» 2 die Beaiehussg zwischan Spannung ¥ ufid. Phase φ, Fig» 3 eiüöG iß der Erfindung verweBdetsa Biaa@nseMeb©E'₅ Fig. 4 ©iae Attsflihxung des Spaanuagsveffgiaieheffs g®n;äß der £rfindung.

V/i© ös la Fig« 1 gezeigt lst₉ sjteäsn di® sa dar BiBgaEgsklenuas 1 angslegtea is suai Sigtaie aufgatailt^ di© dttreli SraBaietoE^Varatärker SS^ «ad

TS, "reafstäslefe wospäeao Öiod©üs B„ bis D. vmä SEaasfoiaaatoEesi f, und T₀ bilden eiaaa ßiBipäiöil'ülafe» 1®_o w'osna oll® im ύ,&ηχ limboktpimkt λ iiagaade S

ohsno üEfete u.®s Phass de® -jf^ liiÄes? I¹S₀ sswgeführfe« Ist dl© SpaaBisag saegat:i«'₉ i-daal dia Phas.'ö iaagekahi?t >

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Der Kontaktpunkt A ist mit den Ausgangspunkt A des Spaqnungsvergieichers 9 verbunden» Dioden B_c bis D₀ und Tratteforumtoren T, und T. wirken als '-Phasen-Detektor 7· Eine cosiitasfönaige Spannung, die der Phasendifferenz zwischen den aa Transistor-Verstärkern TS_ und TS- anliegenden Signalen entspricht _? kann am Ausgang des Phasan-Detektors 7 abgegriffen'werden« Der Kontaktpunkt B des Phasen-Detektors 7 ist Bit dem Kontaktpirakt B des Schleifenfiltere 5 verbunden. Das Atisgangssignal des Phasen-Detektors 7» das der Phasendifferenz zwischen den an Transisto:r-Yerstärkern SS. und TS, angeführten Signalen entspricht, hat die in Fig. 2 (a) und (b) gezeigte Ροπή« Das Ausgangssignal (a) in Fig* 2 wird erhalten« wenn die Spannung an dein Kontaktpunkt A des Bingmodulatora 10 positiv ist, und das Ausgangssignal (b) in Fig. 2 wird bei negativer Spenaong erhalten» Die Phase des Signals -(a) ist uait gegen die Phase des Signales (b) verschoben, weil>wie es oben besehrieben wurde, die Phase ua 180° durch die Polarität des Eingangssignales des Eingffiodulators 10 umgeschaltet ist· Dioden D_g bis D^₂ und Transformatoren T- UEd 7g bilden einen Phasea-Detektor 8« Me Phase des Transistor» verstärker« TS. ist mit de» des Transistorverstärker« TS. identisch. Eine Induktivität I^ und ESapastitäten G, und C. wirken als Phasenschieber 11 mit einer Schiebung um ir/2. Fig« 5 aeigt das Prinzip des Phasenschiebers. Aus Fig. 3 ist offensichtlich, daß eine Phasendifferenz vontr/2 zwischen der Eingangsspanauag e^ und der Ausgangsepannung e_Q besteht, wenn L » R/uo und C- i/üE ist, wobeicjdie Winkalfrequen« und R der charakteristische Wider» stand sind. Deshalb wird die Phase des Phasen-Detektors 8 um ir/2 gegen die Phase des Phasen-Detektors7 verschoben, und das Ausgangssignal des Phasen-Detektors 8 niaat die der in der Fig. 2 mit (c) bezeichneten Kurve entsprechende Fora an» Eine Induktivität L. und Eapazitäten C₁ und O₂ bilden ein Tiefpaßfilter zum Herauefiltern der unnötigen höheren bar- monischen Komponente des Fhasen-Setektors 8. Eine Schaltung aus einer Kombination von einen Liaearverstärker IC₁ mit hoher Ausbeute und Dioden D₁₇ und D.g arbeitet als Spannungsvergleicher, der die dem Vorseichen des Ausgangesignales dee TiefpaBfilters aus der Induktivität L₁, der Kapazität C₁ und^^ der Kapaeität C_g entsprechende Polarität unterscheidet und eine konstante positive oder negative Spannung erzeugt, wobei dieses Ausgangssignal positiv wird, wenn die Phasendifferenz φ zwischen 0 und Trbeträgt* und negativ wird, wenn die Phasendifferenz φ zwischen^ und 2ττ beträgt. Das Ausgangssignal des Phasen-Detektors 7 niHmt also die in Fig. 2 mit (a) bezeichnete Fora an, wenn φ zwischen 0 und fr liegt «und ninmt die

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mit (b) bezeichnete Form an, wenn fi zwischenirund 2ττ liegt ₉ und danach nimmt die Charakteristik dee Phasen-Detektors 8 die mit (d) in Figo 2 bezeichnete Phasenlage an_c Eine phasenfeste Schleife ist aus: dem Phasendetektor 7; einem Schleifenfilter aus einem Breitbsnd-Linear--Tersiarker ICp, einer Kapazität Q₁. $ Widerständen R₁, IL _f R- und einem apannunggeregelten Oszillator (VCO) vom Hartly-Typ gebildet, der aus sinem Transistor TB-, einer Diode D₀ mit variabler Kapazität und eines» Transformator Tq gebildet ist ο me Schleife hat bekannterweise StaMHeierungspuakte bei }'./2 oder 3 x/2 in Fig* 2«> Die Schleife hat also awei Stabilisierungspunkte im Bereich 2T ₉ wodurch das Ausgangssignal mehrdeutig wird» Wie aber aus Fig·* 2 (c) klar wird_s ist das Ausgangesignal dee Phase« Detektors 9 ** im Stabilisierungspunkt 7/2 positiv und bei 3^/2 negative Bed Verwendung dieser Eigenschaft kann der Hormalzustaod wieder hergestelH werden. Dioden D₁, bis D₁, und ein Transformator 'JL bilden einen Risigmodulator Dar Kontaktpunkt, A· des Rimgmodulatore 12 ist mit des Kontaktpunkt A' des Spanuungsvergleichers 9 verbunden« Daher wird bei einem Stabilisierungspunkt bei r;/2, d«h« also bei positivem Wert des Ausgangssigisales des Phasendetektors 8, die Phase des Ausgaagssignales des spann^n^geregelten Oazillatora nicht uaigekehrt« Liegt der Stabilisierungspunkt bei 3 """/2, 1st also das Ausgangssignal des Phases-Detektors 8 negativ, wird die Phase de« spännungger#gelten Oszillators durch den Rlngjaodulator 12 um^^ekehrt und ein Auagangseignal ausgesendet. Dadurch kann die Mehrdeutigkeit der Phase des Ausgangssignales eliminiert werden_o Da zwei Stabiliaierungsr ^ punkte bei 2X liegen, kann die größte Phase zur Zeit der Mi ;nahme ir/2 sein, und die Phaeencharakteriatik der plxasenfseten Schleife ist siäßezahnförmig_s und eine Mtnahn» alt hoher Geschwindigkeit kann verwirklicht werden. Statt der Phasen-Detektorea 7 oder 8 in Fig„ 1 kann jede Phasen-Detektorechaltung verwendet werden» und der Bingaodulator 10 oder 12 kann

. durch jede/Biase umkehrende Schaltung ersetsst werden. Ebenso können der Phasenschieber 11, der spannunggertgelte Oeaillator 4 und das Schleifenfilter 3 durch entsprechende andere Schaltungen ersetzt warden.

Cb

^ Der Fhasen-Regeloezillator gea&ß der Brf ladung k«im Kur Bildung von zur

^- Demodulation von Sto&signalen la einem 2toit-3bil-Satelliten<-KonununikJ}tiQn8~

-v. systes o.är verwendeten Bit-Taktgaben verwtnd«t werde»_u Stoßeignale eines

^ Satelliten-Kbamunlkatlonssysteiwsind ein© Gruppe von einer Mehrsa&hl von

^ ^)Wenn die Anfangsphase zwischen O und ff (Radiant) liegt, wird die

Schleife am stabilen Punkt 5f/2 gehalten, und wenn die Anfangephae« zwischen·^ und 23T(Radiant) liegt, wird die Schleife »ω stabilen Punkt 3JT/2 (Radiant) gehalten.

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Erde tationen in dem System augedachten Signalen. Jedes der weist beispiölsweiae eia Startaigjflal» ©inBit-Tafctgebungs-Regeneriersignal, ein statioas-ODiskriÄiss*torsignal₉ Baten und a&dere Informationen auf./ Ia diesem System sind die Baten durch ein vor den Baten gesendete» Bi t^aktgebunga-Regeneriereignalund ein von den Baten abgeleitetes Signal defiodu-· llert₉ aber es ist aueh laöglioh, daß in ©iaigeri Fällendas Bit-Taktgebungs-Bignal nicht Ia der Demodulation der Baten gewonnen werden kann. Ia, diesem Falle kann eia richtiges Begelsigml nicht am Ausgang des Spanriuisgs·* ' vergleichers 9 iß der Schaltung in Figvf erzeugt veMen. Bie Erfindung hat das obige Problem dadurch gelöst, daß der Spanauagavergloicher nicht ä hut die Polarität unterscheidet und ei» Ausgangssignal als Ergebnis die*; ser Unterseheidung aussendet soadem die Polarität oder das iJrgebais de» Unterscheidung der Polarität auoh ferthält*

Eine Ausführung'dieser Schaltung ist la Fig. 4 gesssigt· Sie L und die i5ap*sität*n C₁ und Cg undMLdsn ein Tiefpaßfilter, wie ea in Hg. 1 gezeigt ist^und der Linearveratärker IC. alt hoher Ausbeute i.rd Dioden D„_o und B₂₁ bilden eine» SpanBungsvergleicher 15» dessen Arbeit sweiee der des Spanau»g8vergleiel»rs $ in Mg· 1 ent spricht« Mit dar Bezugszahl Λ^ is-t ein SpaaBUBgarargleieher mit eicem Biff6rentiaiv0nta>> ker IC und Diode» D₂₂ vsoä. B₃, beseleimet und mit 18 sin gleicher Spaa&usgs- «sit einem Differentialvaretärker IC₈. und Diode» I)_0Ά und D_OK· In

ν '■■■■"■ *-4 ■ ■. . ■ O ■ der Bifferentialirerstärker IC. vaä, IC^ lieg$ ;am elaem der bei^.ea

pingsklesmen eine positive oder negativ© Tortspaanu%_v Ist das Eiags'ägs|| an dem andere» Eingang höher als die Vorspannung, wird eiüte positiv* ?»xa Auegang des Differentielveratärkers IG. und eine aegative SpanmuQ^ aus Ausgang des Terstärkera IC,, ersseugt·

Hit 19 und 22 sind KLipflop-Sehaltüngen voa ginsteil-EÜokstelltyp be^ !reichnet, die duroh bekannte transietorisi«rts Hipflop-Sehaltua 0iert sein können. Mit 23 und 24 eiud OKD-Sofe8ltu3Bg©B uad snit. 20 OBER-Sehaltungen bezeichöetj die dureb, bekaaat® JM.©d©sa«Sehaltsaja^a t>ransletorlsierte Sehaltuagen realisiert Bein köEaew* Der-WidarcetftEä 1?, und die Kapazität G^ bilden einem Integrator Ιέ ait einer ZeitkoBstt-at ^c C_r' We EingangakleDWe 14 uad die Aua^agalsl®«® 26 te Fig» 4

den Koataktpunkten X und I la Figo 1 Sq^lvale^» P©r Siagangeklsisaae. 21 wird von außen ein Steuaradgmal suseßüigt- des dem Zuat»ad "1" es1ispM©fet₀

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wann kein Stoßsignal auftritt, und das dem Zustand "0" bei Auftreten eines Stoßsigrales entspricht« Die Flipflop-Sehaltung 22 befindet sich im Zustand "0" an der Spitze des Stoßes« UHD°-Schaltungen 23 und 24 bilde» eine Umsehalt-Sehaltung. Vfena sich die Flipflop-Schaltung 22 im Zustand ^H0" befindet, wird das Äusgaegsaigoal des Tergleichera 15 der Ausgangeklemme 26 zugeführt» Dieser Zustand eatepriehi vollständig dem oit Besug auf Fig. 1 beschriebene^ in dem edne Müßabsse mit hober Geschwindigkeit ermöglicht wird« Als Folge wird die phageafeste Schleife in die Phase bei ττ/2 oder J ιγ/2 mitgenoiffiaea, wie es in Figo 2 su sehen ist, und wie. ebenfalls in Figo 2 mit einer Kurve (e) geneigt ist« liegt aa der Auegangsklemme des Phasea-Detektors 6, also an der Eiagangsklemme 14« eine positive oder negative Gleichspannung* Dies© Spannung wird einem Integrator 16 zugeführt« Me kvLsgßüg&a$mmw,g des Integrators 15 wächst exponentiell an· Wenn die Ausgangsepaanung des Integrators 16 die Torapanmmg an den Differential» verstärke» IC.oder IC^ übersehxeitet, d.h.» wenn sich die Ausgangsspannung dem StabilisierungspuBktg beispielsweise π/2, nähert und eine bestimmte positiv® Spsssrnsag lbssseii^sitate ladest sich'der' Zustand des Mfferen- tialvoratärkerio IC- von Zustuaä "0" sn» Zisstaad "1··· ils Folge wird die

Flipflöp-Sehaltuag 19 In daa ZtistSMd ^W1* ®s@eteltet uud die Flipflop-Sahaltuög 22 ebecfalla geöffest» Iu diesem Zustand.ist die phaeenfeste Schleife einher la dem Itekt fe©i "S /2 kLaiiiagoa-sgij^i Tois Ausgang der Flip» flop~£kshaliiang 19 wisd deshalb aa Stulle d©a yöa Äa^ajistor 15 kcsweesidsa AuagangBiigßeleffi ein Ausgangaai^^l sas AmpjßnsskXemm 2$ g»eeadet»/Zu sem Zeltp^?kt «ntsprieht das Aws^rngsui^ml am Zustand **1^N. Wenn die eenfsiit© Ssbleift i» des FssÄt 3w/2 hi^»i«gass®as 1st, kommt der Di:-ffer#atialverstä»k©a? IC₈. sneh ©teer gewissea Zeit in &m Zuatead "1". Als F@lg® äßtfo^ i-dsl dl--j 'Sll^n.&s^Buhsu.-twa^ 19 in d®s aastasd "0" und die flipflop*' "Jelialtisag 22 ia d®a 3mstaijd "1" gasehsltet» usad d«° Aiassispngsklemme 26" wixd «la-dem Zustand ^wö" ®at®pre®h«?äeii Ara^s®ifi@sal sagpfiihrt« Die Flipflop», Sehaltus^ 2Q MLIt ©Iss .fontr, ob tos Mtastae® Äos? Söas® be#iisdet ist

dio 31S,jpfl©f^Sslialiwj!3g 19 söigii OE_e la »©!©!»» der τ?"/j§. al© f&Qooafesto S@ln@lfe Mai3iag<9s®@©a 1st, wenn der flog 22 üiSfnm listp tofe_{o 9} aaeMea äao Hijteiasteteo® la die Phaea beendet Der Istegsatos?- M h&e®lt±^ al© Saa@©l&ai^sasB-S@ äao Eigisu3gsaienal«8· DIo

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gitagszustand vieleshergestellt. Durch Speicherung des Zustandes mit einer SpeiÄherechaltuag der oben beechriebeneis Art wird es möglloh, auoh dann richtige Ausgangesigaale au erhalte», Venn die Eingsngssignale für eine gewisse Zeit abgeeohaltet eifcd, während der Phasen-Hegeloszilletor zur Regeneration der Bit-iaktgeben oder für andere Zwacke verweedet

In dieser Beeehreilratsg wurä* e±& berorzugtes Aiiafiilxrungebaispiel bestshria- ben» ohne damit den Bereich der Erfit^uag einschräakeii au wollen. Beispielsweise kann di« in Fig. 5 gezeigte Schaltuög nicht nur mit Stoßßignßlen sondern auch mit diskontinuierlichen Bit-Sychronisationssignalen wirksam

arbeiten.» ä

./Patentansprltche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Phasen-Regeloszillator mit einer Schleife aus einem Phasen-Detektorteil, einem Schleifenfilter und einem spaanunggeregelten Oszillator» dessen Eingangssignal mit dem Ausgangssignel des spanmiaggeregelten Oszillators in dem Phasen-Detektorteil verglichen wird, und das Ausgangssignal von dem spannunggeregelten Oszillator erhalten wird, dadurch gekennzeichnet₉ daß ein Phasen-Detektorteil (7_f8) mit einem
   ersten Fhaeendetektor (7), einem zweiten Phasen-Detektor (8),dessen Ver— P gleiche phase von der des ersten Phasen-Detektors um Jf/2(Radiant) verschieden 3.8t, eineWSpannuagsvergleicher (9) zur Unterscheidung der Polarität dee Ausgangs signale β des zweiten Phasendetektors» (8) uad ein«¹⁰ Inverter snun Umkehren des Auegangssignales dee ersten Phasendetektors (?) entsprechend dem Ausgangseignal des Spannungsvergleichers (9) versehen ist und daß die Phase des Ausgangssignalee des Phasen-Regeloezillators entsprechend dem Ausgangesignal des Spannungsvergleichers (9) um37* verschoben ist. .

   .2ο Phasen-Regeloszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennaeichnet, daß dei Spannungsvergjsicher (9) nicht nur die Polarität unterscheidet sondern diese oder das Ergebnis der Unterscheidung der Polarität auch speicherte

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