DE2036368A1 - - Google Patents
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- H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
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- H03L7/183—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number
- H03L7/187—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number using means for coarse tuning the voltage controlled oscillator of the loop
- H03L7/189—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop a time difference being used for locking the loop, the counter counting between fixed numbers or the frequency divider dividing by a fixed number using means for coarse tuning the voltage controlled oscillator of the loop comprising a D/A converter for generating a coarse tuning voltage
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
Description
PHB 31987 Va/PJ Dr. Hcrljert Sehe!«
Anmelde H. Y. Philips'OIoeilampenfabrielcÄ
Akin No. ■ PHB-31987
Anmtlcfuno vomi 20. Juli 1970
Anmtlcfuno vomi 20. Juli 1970
"Froquenzsynthetisierer".
Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenz synthetisierer und insbesondere auf einen Frequenzsynthetisierer,
der enthält: einen Sollfrequ»nzgenerator zum Erzeugen einer Impulsreihe der Sollfrequenz
in spektral nichtreiner Form; einen steuerbaren Oszillator zum Erzeugen einer Impulsreihe, deren Frequenz
- nun in spektral reiner Form - nominal gleich der Sollfrequenz ist; eine Fehlerdetektionsschaltung",
die beim Detektieren eines Fehlers zwischen der SoIlfrequenz-Impulsreihe
und der ihr zugeführten Impulsreihe nominal der gleichen Frequenz ein Fehlersignal
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PHb "'. 1MW
abgibt; und auf dieses Fehlersignal ansprechende Mittnl
zur Steuerung des steuerbaren Oszillators in dor Vei^>,
dass die beiden Frequenzen in Synchronismus gebracht werden.
Die bisher bekannten Frequenzsynthetisiernt
erfordern hohe Herstellungskosten und weisen aussorfU>!ii
häufig der Nachteil auf, dass ihre Ausgangssignale
spektral riichtrein sind, weil das Signal, das ein Signal
reiner Form und gleicher Frequenz sein sollte, tatsächlich noch frequenzmoduliert ist.
Die Erfindung bezweckt, einen Frequenzsynthetisierer
zu schaffen, der ein spektral reines Ausgangssignal liefert und der sich ausserdem zur Herstellung
in Form einer integrierten Schaltung eignet, wodurch also die Herstellungskosten herabgesetzt werden.
Nach der Erfindung enthält der Frequenzsynthetisierer
der eingangs erwähnten Art einen Sollfrequenzgenerator mit einem von einer Taktimpulsquelle
betriebenen binären Zähler, der bei jedem Uebergang von O zu 1 einen Ausgangsimpuls liefert, während ferner
ein Register zum. selektiven Durchlassen der Ausgangsimpulse des binären Zählers zu einem Eingang der
erwähnten Fehlerdetektionsschaltung vorgesehen ist, so dass während eines Zyklus des binären Zählers
eine vorher bestimmte Anzahl von Impulsen der Fehler-=
PHB 319B7
iletektionssctialtung bei der erwähnten Sollfrequcnz zu-(jpführt
werden, welche Fehlerdetektionsschaltung Mittel enthält, mit deren Hilfe die Grosse des Fehlers
dadurch detoktiert wird, dass die -Zählstellung <*otektiert
wird, die der binäre Zähler des erwähnten Sollfrequenzgenerators beim Detektieren einos Fehler.·-
durch die erwähnte Fehlerdetektionsschaltung erreicht hat.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden Zeichnung
nKhrr erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 blockschematisch in vereinfachter Form die wesentlichen Bestandteile eines Frequenzsynthetisierers
nach der Erfindung;
Fig. 2 das Blockschaltbild eines Frequenzsynthetisierers
nach der Erfindung} und
Fig. 3 blockschematisch einen Dezimalverviolfacher, der in den Frequenzsynthetisierer nach Fig.
eingebaut werden kann.
Der Frequenzsynthetisierer, der in Fig. 2 im Detail dargestellt ist, enthält vier wesentliche
Schaltungselemente, die im Blockschaltbild der Fig. gezeigt sind. So enthält der Frequenzsynthefcisierer
grundsätzlich eine Anordnung 1, die die So11frequenz
in spektral nichtreiner Form liefert. Das Ausgangssignal des Frequenzsynthetisierers wird einem span-
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P]]U 31987
nungsgesteuerten Oszillator 2 entnommen, dessen Impulsreihe
nominal die gleiche Frequenz wie die der Anordnung 1 hat. Die Ausgangssignale der Anordnung 1 und
des spannungsgesteuerten Oszillators 2 werden boido einer Fehlerdetektionsschaltung 3 zugeführt, die nach
Detektion eines Fehlers ein Fehlersignal an eine Fehlorsteuerschaltung k abgibt, die ihrerseits den spannungsgesteuerten
Oszillator 2 steuert.
Die unterschiedlichen Teile des erfindungsgemässen Frequenzsynthetisierers werden nun gesondert
beschrieben:
Sollfrequenzgenerator
Sollfrequenzgenerator
Der Sollfrequenzgenerator 1 enthält eine Taktimpulsquelle 10, die einen binären Zähler 20 betreibt.
In einem binären Zähler ändert sich bei jedem Eingangsimpuls eines Einzelteiles nur eine einzige
Stufe von 0 zu 1. Bei einem Vierstufenzähler gibt es
in der Stufe der geringsten Wichtigkeit acht solche Uebergänge von 0 zu 1, vier in der nächsten Stufe,
zwei in der nächstfolgenden Stufe und einen in der wichtigsten Stufe für jeden Zyklus des Zählers. Dies
bedeutet, dass, wenn von diesen O-1-Uebergängen Impulse
abgeleitet werden, all diese Impulse, weil die Uebergänge zu verschiedenen Zeitpunkten stattfinden,
ohne Gefahr einer Koinzidenz einer einzigen Ausgangsleitung zugeführt werden können» Somit kann während
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pum 31'<■·'·;■
eines vollständigen Zyklus eines Vierstufenzählers eine Höchstanzahl von 15 Impulsen der Ausgangsleitun/j
zugeführt werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform
weist der Zähler 20 offenbar viel mehr als vier Stufen auf und die Anzahl der Stufen ist von dem für
den Frequenzsynthetisierer erforderlichen Frequenzbereich
abhängig. Zum Erhalten einer Impulsreihe aus dem Sollfrequenzgenerator 1 ist ein Sollfrequenzregister
30 vorgesehen, das eine Anzahl von UND Tore steuert, über die die durch die O-1-Uebergänge inu binären
Zähler herbeigeführten Impulse durchgelassen worden. Die UND-Tore sind nicht dargestellt, aber jeder
Stufe des binären Zählers 20 ist ein solcher Tor zugeordnet. Bei Verwendung negativer Logik werden die
UND-Tore durch ODER-Tore ersetzt. Durch Voreinsteilung
der Gröese im Sollfrequenzregister 30 erzeugt der binäre
Zähler in jedem Zyklus eine vorher bestimmte Anzahl gesonderter Impulse, die vom Sollfrequenzregister
30 als die Sollfrequenz des Frequenzsynthetisierer.v
ausgewählt werden können. Das so an der Ausgangsleitung f erhaltene Ausgangssignal ist aber spektral
nichtrein. Dementsprechend wird das Ausgangssignal des Sollfrequenzgenerators als ein Bezugssignal verwendet,
in bezug auf welches das Aiisgangssignal des spannungsgesteuerten
Oszillators 2 gemessen wird. Diese Fehlerabtastung erfolgt in der Fehlerdetektionsschaltung 3·
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— O —
pirn -j-ι'■·-";
Das Gebilde des binären Zählers 20, seiner· z
UND-Tore und des Sollfrequenzregisters 30 ist un*,or
der Bezeichnung " Dinärvervi el fächer" an sich bckaiiii'·.
Pehlerdetektionsschaltung 3.
Die Fehlei'detektionsschaltung 3 besteht au«
einem umkehrbaren Zähler 4o, dessen einem Eingang dab
Ausgangssignal des Sollfrequenzgenerators 1 und dessin
anderem Eingang das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 2 über die Leitung f zugeführt
wird. Die beiden Eingangssignale werden dem umkehrbaren
Zähler kO über eine Antikoinzidenzstufe 50 zugeführt,
so dass vermieden wird, dass an den Eingängen gleichzeitig ein Eingangsimpuls erscheint.
Wenn die beiden Eingangssignale die gleiche
Frequenz aufweisen, wird die Zählstellung im umkehrbaren Zähler k0t obgleich das durchgelassene Eingangssignal
des Sollfrequensgenerators . 1 mit dem spektx*al
reinen Eingangssignal des spannungsgesteuerten Oszil-Iator3
2 nicht in Phase ist, niemals d©n Bereich von
-1 zu +1 überschreiten, d.h., dass die Zählstellung stets innerhalb eines Bereiches von 3 liegen wird.
Würde sich aber ein Unterschied zwischen den beiden Frequenzen ergeben, so wird die Zählstellung
des Zählers 40 je nach der Polarität des Fehlers entweder oberhalb oder unterhalb dieses Bereiches gelangen.
Auf diese Weise wird der Fehlersteuerschaltung
BAD OfifatNAL
'' . - [ ..-■-.; PHB 3IV·'-'7
·'♦ ο in I-'phlnrsignal zugeführt, sobald pin Fehler von
mohr al s einem Zyklus zwischen den dem Zähler zugefühT-tcn
Frofjnoii7.cn besteht .- Ks ist jedoch auch crf order! I ·.·_■' ,
die liriisxr den Fehlers zu berücksichtigen, welche Gr""-sc
als eine Funktion der zum Detektieren· des Fehlers
beanspruchten Zeitdauer betrachtet worden kann. Ums·· ο
grosser also tier Fehler zwischen den beiden Froquen/o1:
ist, (lc-tü schneller wird der Fehler detektiert0
Hei der vorlioßondon Aüsführungsform wird
angenommen, dass die Grosse des Fehlers der Zählerstellung
des binären Zählers 20 umgekehrt proportional ist. Da der Zähler 20 ununterbrochen mit der Taktimpulsl'requonz
zählt, wird die Zeit, die zwischen dem Anfang eines Zählerzyklus und der Detektion eines Fehlers
verlaufen ist, der Zählerstellung im Zähler gerade proportional sein. Die Grosse des Fehlers ist somit
von dem Kehrwert der Zählerstellung im Zähler abhängig. Dieser Kehrwert kann ann^ähernd dadurch erzielt werden,
dass der Fehler gleich 2 gemacht wird, wobei η die Anzahl der vorlaufenden Nullen der binären Zahl im
Zähler 20 darstellt. Diese Anzahl wird durch den Vorlauf-O-Detektor
60 angegeben.
Wenn also im umkehrbaren Zähler kO ein Fehler
detektiert wird, wird der binäre Zähler 20 zum Stillstand gebrächt, wobei der annähernde Kehrwert seiner
Zählerstellung mit Hilfe des Vorlauf-O-Detektors 60
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phi? 31'■'·";■
angegeben wird, der durch eine Ai't Dekodierer gebildet
werden kann.
Im umhehrbaren Zähler -1JO und im Vorlaui1-')-Detektor
60 sind nun Signale erhalten, die dio (!rosse
und die Polarität eines detektierton Fehlers angeht·,:1
und die nun der Fehlersteuerschaltung k zugei^ührt wer
den. Die Zähler 20 und kO werden dann über die Rückstelleitung
R zurückgesetzt, so dass das eingestallte Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators
abgetastet werden kann.
Fehl ersteuerschaltung
Fehl ersteuerschaltung
Diese Schaltung besteht aus einem Summon/ Differenzerzeuger 70, dem die Signale des Vorlauf-Ü-Detektors
60 und des Zählers ^O zugeführt werden und der den in einem Akkumulator 80 gespeicherten Wert
steuert. Der Summen/Differenzerzeuger 70 und der Akkumulator
80 können von der in "Digital Computer Design Fundamentals", chu, Verleger McGraw-Hill, S. 386 -391
beschriebenen Art sein. Dieser Wert steuert seiner seits den Digital-Analog-Wandler 9-0, der den spannungs
gesteuerten Oszillator 2 antreibt. Wenn ein Fehler im umkehrbaren Zähler ho detektiert wird, werden von der
beschriebenen Schaltung eine Reihenfolge von Korrekturen vorgenommen, durch die die Frequenzen des spannungsgesteuerten Oszillators 2 und des Sollfrequenzgenerators
in Synchronismus gebracht werden.
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■■ v"v- BAD
PHB 3 19ί"7
Die von dem Frequenzsyiithetisierer genorieno
Frequenz kann mit Hilfe eines einzigen Drehknopf'os geändert
werden, durch den sowohl das Sollfrequenzrogi·-.-ter
30 als auch der Akkumulator 80 gesteuert werden können. Dieser Knopf kann entweder von Hand gedreht
oder, in einem automatischen System, mechanisch angetrieben werden, derart, dass ein bestimmter Frequenzbereich
abgetastet werden kann. Eine derartige Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn der spannungsgesteuerte
Oszillator 2 eine lineare Kennlinie aufweist.
Bei der dargestellten Ausführungsfonn sind
tatsächlich zwei Digital-Analog-Wandler vorgesehen, wobei der Digital-Analog-Wandler 90, wie oben beschrieben,
die detektierten Fehler zwischen den beiden Frequenzen verarbeitet, während der zweite Digital-Analog-Wandler
100 direkt mit dem Sollfrequenzregister 30 verbunden ist und zur Grob-Einsteilung
der spannungsgesteuerten Oszillators die abgeänderten Werte einer Sollfrequenz verarbeitet, wenn diese Werte
mit Hilfe der von Hand betätigten Abstimmscheibe dem Sollfrequenzregister zugeführt werden. Dies geschieht
nur aus bauliehen Gründen und der zweite Digital-Analog-Wandler
kann auch fortgelassen werden.
Die geringfügigen Aenderungen, die in der Anordnung nach Fig. 2 möglich sind, werden in den
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Figuren 2a und 2t» gezeigt.
Wenn die Ausgangsfrequenz des Synthetiwierri^
besonders hoch, z.B. höher als 100 MHs, sein so LJ, Jässt sich durch die bisher bekannten Techniken .sein."·
ein binärer Vervielfacher herstellen, der bei dertioj b«··.
Frequenz arbeiten kann. Um dies zu vermeiden, zeige Fig. 2a einen η-Teiler, der zwischen dem spannungsgesteuerten
Oszillator 2 und dem umkehrbaren Zähler ^O angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der binäre
Vervielfacher η-mal langsamer als der spannungsgesteuerte
Oszillator arbeiten kann. Dies hat aber zur Folge, dass Korrekturen zur Erzielung von Synchronismus
zwischen den beiden Signalen nach der Detektion eines Fehlers eine η-mal längere Zeit in Anspruch
nehmen werden.
Fig. 2b zeigt eine Abart, bei der ein n-Teiler
zwischen dem spannungsgesteuerten Oscillator und dem Ausgang angeordnet,ist. Der binär© Vervielfacher
wirkt nun ra-nsal schneller als der spannungsgesteuerte
Oszillator und Korrekturen von Fehlern werden nun. mit einer m-mal grösseren Geschwindigkeit vorgenommen*
Die Anordnung nach Fig. 2 enthält ausserdera
einige zusätzliche Schaltungselemente, mit deren Hilfe die Ausgangsfrequenz phasenstarr gemacht werden kann,
wenn die Ausgangsfrequenz sprungsweise geändert wird.
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™ 1 I *" :
PHI-:
Es kann z.B. genügend sein, wenn dir» Frequenz über
nine Reihe von 100 Zyklusschritten goändert wird. Vu
dirsom Zweck ist ein Phasendetoktor 110 zwischen dpr
Au ρ f^a iif ^.si ei tung f des spannungsßpstoucrton ο?·/·: , ι -t_
tor« 2 und der Ausgangs leitung f. des binären Zäl-'eif-20
eingeschaltet. Dieser Phasendetektor 110 hat oinc
Zoitkonstante, die länger als die Zykluszeit des Zählers
20 ist, und liefert ein Ausgangssignal an finen
Tiefpass 120, der den spannungsgesteuerten OsziJlator
2 unmittelbar steuert. Der Tiefpass 120 kann durch einen Integrator ersetzt werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist die im Sollfrequenzregister
30 gespeicherte Zahl eine binäre Znh1 Die Korabination des Binärzählers 20, des Sollfrequeueregisters
30 und der vom letzteren derart gesteuerten
UND-Tore, dass die Impulse des Binärzählers 20 durchgelassen
werden, ist als ein Binärvorvielfacher an sich bekannt. Aus praktischen Erwägungen werden aber
vorzugsweise Dezimalzahlen verwendet, während der Binärvervielfacher durch den schematisch in Fig. 3 dargestellten
Dezimalvervielfacher ersetzt werden kann-Im Dezimalvervielfacher wird der einzige Binärzähier
20 durch eine Anzahl von Binärzählern 20a, 20b usw. ersetzt. Die Ausgangssignale der unterschiedlichen
Stufen werden dann einem Sollfrequenzregister entnommen, derart, dass jeder der Dekadenstufen höchstens
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eine Anzahl von 9 Impulsen entnommen werden kann. Diοκ
kann durch Anwendung einer Standard-Kombinationslogik
an dem Sollfrequenzregister erfolgen. Die Entnahme kann auch unter Verwendung eines 1,1,2,5-Kodes am
Sollfrequenzregister stattfinden.
In den Binärdekaden können verschiedene andere 8^21-Kodes Anwendung finden; z.B. können P.tus-2-,
Plus-4- und Plus-6-Kodes verwendet werden, die alle
einen 1125-Kode am Sollfrequenzregister erfordern. Theoretisch kann das Sollfrequenzregister die Impulse
Jeder Binärdekade entsprechend jedem gewogenen Dekadenkode durchlassen, bei dem die Summe der Gewichter
gleich 9 ist, z.B. 1,2,2,4 oder 1,2,3»3·
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Claims (5)
- PHB .319*7Pa bontansprüehe:nj Frequenzsynthetisierer, der enthält: einen Sollfrequenzgenerator zum Erzeugen einer Impulsreihe der Sollfrequenz in spektral nichtreiner Form, einen steuerbaren Oszillator zum Erzeugen einer Impulsreiho, deren Frequenz - nun in spektral reiner Form - nominal gleich der Sollfrequenz ist; eine Fehlerdetektionsschaltung, die beim Detektieren eines Fehlers zwischen der Sollfrequenz-Impulsreihe und der ihr zugeführten Impulsreihe nominal der gleichen Frequenz ein Fehlersignal abgibt, und auf diese Fehlersignal ansprechende Mittel zur Steuerung des steuerbaren Oszillators, in der Weise, dass die beiden Frequenzen in Synchronismus gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der
erwähnte Sollfrequenzgenerator einen von einer Taktimpulsquelle betriebenen Binärzäh|.ung enthält, der
bei jedem Uebergang von O zu 1 einen Ausgangsimpuls
liefert, während ferner ein Register zum selektiven
Durchlassen der Ausgangsimpulse des Binärzählers zu
einem Eingang der erwähnten Fehlerdetektionsschaltung vorgesehen ist, derart, das während eines Zyklus des Binärzählers eine vorher bestimmte Anzahl von Impulsen der Fehlerdetektionsschaltung mit der erwähnten
Sollfrequenz zugeführt werden, welche Fehlerdetektionsschaltung Mittel zum Detektieren der Grosse des Fehlers enthält, die die Zählstellung detektieren,109808/2080PIT' Ί1''-1die im Binärzähler erreicht ist, wenn die erwähnte Fehlerdetektionsschaltung einen Fehler des erwähnten Sollfrequenzgenerators detektiert hat. - 2. Frequenzsynthetisierer nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, dass die FehlerdetektionsschaJ-tung einen umkehrbaren Zähler enthält, wobei die durchgelassene Impulsreihe des Binärzählers einem Eingang und das Ausgangssignal des spannungs ge s t eup r t ο j ι Oszillators dem anderen Eingang zugeführt wird, während Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe jeweils ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn die Zählstellung im umkehrbaren Zähler ausserhalb einer vorher bestimmten Bereiches gelangt ist.
- 3· Frequenzsynthetisierer nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlersignale des umkehrbaren Zählers und der Mittel zum Detektieren der"Grosse des Fehlers einem Akkumulator zugeführt werden.
- k. Frequenzsynthetisierer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator einem Digital-Analog-Wandler ein Ausgangssignal liefert, welcher Wandler seinerseits dem soannungsgesteuerten Oszillator ein Fehlersignal zuführt.
- 5. Frequenzsynthetisierer nach Anspruch ht dadurch gekennzeichnet, dass das Register zum Durchlassen der Impulse des Binärzählers unmittelbar mit ei-BAD ORiQfNAL 109808/2080PHH 21° Qncm zwoiten Digital-Analog-Wandler zur Grobeinstellung «lor AuHEnngsfrequcnz dos Frequonzsynthetisierers verbunden ist.0, Froquenzsynthotisierer nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch die der Oszillator auf einer Vielzahl vorher bestimmter Ausgangsfroqxienzpegel phasenstarr gemacht werden kann.7· Frequenzsynthotisieror nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die letzteren Mittel einer: Phasendetektor enthalten, dem die Torimpulse des Binärzahlers und die Inipulsreihe des steuerbaren Oszillators zugeführt werden und der eine Zeitkonstante
hat, die länger als die Zykluszeit des Binärzählers
ist, während dieser Phasendetektor entweder einem
Tiefpass oder einem Integrator ein Ausgangssignal zuführt, welcher Tiefpass oder Integrator seinerseits
den steuerbaren Oszillator steuert.109808/2080
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