DE2144705A1

DE2144705A1 - Breitbandiger regelbarer Frequenzgenerator

Info

Publication number: DE2144705A1
Application number: DE19712144705
Authority: DE
Inventors: Cornells Johannes van; Raatgever Jacob Frederik Lee Jan Gijsbert Dirk van der; Morrien Albertus Marinus Hilversum Elk (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-09-24
Filing date: 1971-09-07
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB1306670A; FR2107953A1; AU456660B2; DE2144705B2; CH535509A; US3753141A; SE363205B; CA940209A; DE2144705C3; AU3370171A; NL164164C; FR2107953B1; NL7014066A; BE772952A

Description

PHN.5139.

Dr. Herbert Schell Patentanwalt AmmUw: N. V. Philips' Gloeilampenfabrlekeo

Akt· No., PHN- 5139 Anmeldung vomi 3. Sept. 1971

Breitbandiger regelbarer Frequenzgenerator.

Die iCrfindung bezieht sich auf einen breitbandigen regelbaren Frequenzgenerator mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz einerseits mit Hilfe einer mit einem Frequenzdiskriminator und einer Kristallreferenz versehenen Regelschleife stabilisiert wird und andererseits unter Beibehaltung dieser Stabilität als Funktion eines einer äusseren veränderlichen Spannungsquelle entnommenen und dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführten Gleichspannungswertes über einen verhältnismässig grossen Frequenzbereich geändert werden kann. Insbesondere kann zu Modulationszwecken dem Gleichspannungswert eine Wechselspannung Oberlagert sein.

Frequenzgeneratoren der obengenannten Art sind bekannt, ihre Verwendbarkeit beispielsweise in Fernmelde- und Fernmessystemen ist jedoch dadurch beschränkt, dass dabei die Anforderungen in bezug auf die Frequenzetabilität und die Grosse des FrequenzSnderungsbereiches

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besonders hoch sind. Ein bei der praktischen Verwirklichung derartiger Frequenzgeneratoren auftretendes Problem besteht darin, dass die Anforderung eines grossen Frequenzänderungsbereiches der einer hohen Frequenzstabilität entgegengesetzt und folglich mit dieser Anforderung von Natur aus im Widerspruch ist, welche Frequenzstabilität durch die Verwendung einer Kristallreferenz erhalten werden kann. Die bekannten Frequenzgeneratoren der obengenannten Art gründen sich alle auf Lösungen, die ein möglichst günstiges Kompromiss anstreben.

Die Erfindung bezweckt, einen Frequenzgenerator der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die Notwendigkeit von Kompromissen völlig vermeidet, so dass eine optimale Stabilität und ein optimaler Frequenzänderungsbereich verwirklichbar ist.

Nach der Erfindung wird dazu bei einem Frequenzgenerator der eingangs erwähnten Art der in die Frequenzregelschleife aufgenommene Frequenzdiakriminator durch einen Kristalloszillator und einen digitalen Zähler gebildet, der dazu eingerichtet ist, die Ausgangsimpulse eines der genannten Oszillatoren während aufeinanderfolgender Zählzyklen kontinuierlich zu zählen, wobei die Dauer dieser Zählzyklen durch ein dem Ausgangssignal des anderen Oszillators entnommenes Torsignal be-" stimmt ist, sowie durch einen an den genannten Zähler angeschlossenen Digital-Analog-Umsetzer, der jeweils am ände eines Zählzyklus ein Ausgangssignal liefert, dessen Grosse und Polarität der Grosse und der Richtung des Mittelwertes der während des genannten Zählzyklus gemessenen Abweichung der zu stabilisierenden Frequenz gegenüber einer festen durch einen bestimmten Zählerinhalt gekennzeichneten Biskriminatormittenfrequenz entsprechen, wobei die Frequenzregelschleife weiter mit einer ZusammenfUgungsvorriohtung versehen ist, der das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers und der von der äusseren Quelle

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gelieferte Gleichspannungswert zur Erhaltung eines Differenzaignals zugeführt werden, das nach Integration in einem Integrator als Frequenzkorrektursignal dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird.

AusfÖhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden nSher beschrieben. Ss zeigen:

Fig. 1 eine mögliche Ausföhrungsform des erfindungagemössen Frequenzgenerators,

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform einer beim Frequenzgenerator nach Fig. 1 zur verwendenden Zeitkorrekturanordnung,

Fig. 3 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Frequenzgenerators,

Fig. 4 eine andere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemSssen Frequenzgenerators,

Fig. 5 eine mögliche Ausführungsform eines im Frequenzgenerator nach Fig. 1 oder Fig. 4 verwendeten digitalen Frequenzdiskriminators,

Fig. 6 einige Zeitdiagramme zur dlrlSuterung der Wirkungaweise des in Fig. 5 dargestellten Frecuenrdiskriminators,

Fig. 7 eine mögliche andere Ausführungsform des im Frequenzgenerator nach Fig. 1 oder Fig. 4 verwendbaren digitalen Frequenzdiskriminators,

Fig. 8 einige Zeitdiagramme zur ürlSuterung der Wirkungsweise des in Fig. 7 dargestellten Frequenzdiakriminatora.

Im Frequenzgenerator nach Fig. 1 ist 1 ein spannungsgesteuerter Oszillator, der durch einen in seiner Frequenz regelbaren Multivibrator gebildet ist, und j2 ist ein Frequenzdiskriminator, der wie aus der Figur hervorgeht, einen Teil einer Frequenzregelschleife % bildet, zur Stabilisierung der Oazillatorausgangafrequenz mit Hilfe einer Kristallreferenz. Der Frequenzgenerator iat weiter mit einer

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Susseren veränderlichen Gleichspannungsquelle 4 zur Aenderung der Oazillatorausgangsfrequenz als Punktion einea der Quelle entnommenen und dem stabilisierten Oszillator 1 zugeführten Gleichspannungswertes. Nach der Erfindung können nun die bei solchen regelbaren Frequenzgeneratoren, insbesondere bei Verwendung beispielsweise in Fernmeldeoder Fernmessystemen, gestellten sowohl hohen als auch entgegengesetzten Anforderungen in bezug auf die Frequenzstabilität und die Grosse des Frequenzänderungsbereiches erfüllt werden, wenn der in die genannte Frequenzregelschleife aufgenommene Frequenzdiskriminator £ durch mindestens einen Kristalloszillator 5 und eine digitale Zählanordnung 6 gebildet wird, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangs impulse eines der genannten Oszillatoren 1, 5 während aufeinanderfolgender Zählzyklen kontinuierlich zu zählen, wobei die Dauer der Zählzyklen durch ein dem Ausgangssignal des anderen Oszillators entnommenes Torsignal bestimmt ist, sowie durch einen mit der genannten Zählanordnung 6 gekoppelten Digital-Analog-Umsetzer 7» der jeweils am ande eines Zählzyklus ein Ausgangssignal liefert, dessen Grosse und Polarität durch die Grosse und Richtung des Mittelwertes der während des genannten Zählzyklus gemessenen Abweichung der zu stabilisierenden Frequenz gegenüber einer festen durch einen bestimmten Zählerinhalt gekennzeichneten Diskriminatormittenfrequenz bestimmt sind und wenn die Frequenzregelachleife J weiter mit einer Zusammenfügungsvorrichtung 8 versehen ist, der die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 7 und der von der äunseren Gleichspannungsquelle gelieferten Gleichspannungswert zur Erhaltung eines Differenzsignals zugeführt werden, das nach Integration in einem Integrator 9 als Frequenzkorrektursignal dem spannungsgesteuerten Oszillator 1 zugeführt wird.

Die Zählanordnung 6 enthält bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform elf Flip-Flopschaltungen, von denen die ersten acht

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über ein Pufferregiater 10 an den Digital-Analog-Umsetzer 7 angeschlossen sind. Der Zählimpulseingang der Zählanordnung 6 wird durch ein Tor 11 gebildet, dem über eine Leitung 12 ein Ausgangssignal der Zählanordnung zugeführt wird, das das Tor 11 für die Zählimpulse geöffnet hält, solange der Zählerinhalt nicht gleich Null ist. Die Steuerfunktionen, wie das Uebemehmen des Zählerinhaltes (Transfer) in das Pufferregister 10 und das Rückstellen der Zählanordnung (Reset) in die Ausgangslage, erfolgen jeweils am Ende eines Zählzyklus mittels eines Steuerimpulses einer Steuerimpulsreihe, die in einer Zeitkorrekturanordnung 13 ausgehend vom genannten Torsignal und der genannten Zählimpulse erzeugt wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform werden die Zählimpulse dem Kristalloszillator 5 entnommen und das Torsignal, daa die Dauer des Zählzyklus bestimmt, wird mit Hilfe eines Teilers vom Ausgangesignal des spannungsgesteuerten Oszillators .1 abgeleitet. Die Zählimpulse und daa Toraignal sind in Fig. 3a bzw. 3b zur Erläuterung dargestellt und diese Signale werden dem Zählimpulseingang 15 bzw. dem Toraignaleingang 16 der genannten Zeitkorrekturanordnung 13» die vollst and igke it shalber in Fig. 2 detaillierter dargestellt ist, zugeführt. Diese Anordnung enthält zwei Flip-Flopschaltungen 17, 18 und ein Tor 19, die zusammen auf die in Fig. 2 angegebene Weise geschaltet sind, wobei aa Q₁-Ausgang der Flip-Flopeohaltung 17 das in Fig. 3o und am Q..-Ausgang der Flip-Flopschaltung 18 das in Fig. 3d dargestellte Signal auftritt, wlhrend am Ausgang des Tores 19 die in Fig. 3· dargestellten Steuerimpulse auftreten, die, wie aus der Figur hervorgeht, immer genau in der Zeit auf die Anatiegsflanke eines Zählimpulaea bezogen aind. Jeder dieser Steuerimpulse wird einen Steuerimpulaeingang 20 der Zlhl-•nOrdnung 6 und einem ersten und einem zweiten Steuerimpulseingang 21,

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des Pufferregisters 10 zugeführt. Der letztgenannte Steuerimpulaeingang 22 wird dabei durch ein Tor gebildet, dem über eine Leitung 23 ein Ausgangssignal der Zählanordnung 6 zugeführt wird, welches Ausgangssignal bewerkstelligt, dass dieses Tor für den Steuerimpuls nicht früher geöffnet wird als nachdem der Zahlerinhalt mindestens kleiner ist als ein bestimmter Wert,

Die Wirkungsweise des Frequenzdiskriminators _2 beruht bei dem obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel darauf, dass mit Hilfe der Zahlanordnung 6 die etwaige Abweichung At der vom Toraignal bestimmten Dauer des Zehlzyklus gegenüber einer der Ausgangaaollfrequenz f des spannungageateuerten Oszillators 5 entsprechenden Solldauer T des Zählzyklus festgestellt wird. Die Zählanordnung wird dazu jeweils wenn am Ausgang 20 ein Steuerimpuls auftritt, in die Ausgangslage gestellt, welche Lage bei diesem Ausführungsbeispiel die maximale Lage ist. Ausgehend von dieser maximalen Lage zählt die Zählanordnung nun während der Dauer des Zählzyklus zurück. Nach diesem ZShlzyklua hat die Zählanordnung noch einen gewissen Restwert. Wenn die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 5 der Sollfrequenz f entspricht, hat der Zählzyklus die Solldauer T und der genannte Bestwert entspricht dem Sollrestwert R · Bei einer Abweichung + At der Solldauer T

O ™"

stellt die Differenz zwischen dem dann erhaltenen Bestwert and dem Sollrestwert R die Abweichung der Dauer des Zlhlzyklus gegenüber der Solldauer dar. Diese Abweichung +_ A* ist annähernd der Frequenzabweichung + Af des apannungigesteuerten Oszillator« gegenüber der Sollfrequenz f direkt proportional·

Bei der in Fig. 1 dargestellten A««führung«form enthllt die Zählanordnung elf Flip-Flopsohaltungen und der Bestwert vird in den ersten acht Flip-Flopsohaltungen erwartet· Die dabei für die zählanordnung

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COPy

<* 21U705

kennzeichnenden Werte sind in der unterstehenden Tabelle zusammengefasst

TABi¹LLh! I.

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	«2¹¹-1«2047
Maximalwert	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	=2⁸ -1= 255
Maximaler Restwert H max	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	=2⁷ = 128.
Sollrestwert R	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
Mindestrestwert R . min	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Wie diese Tabelle zeigt, müssen bei der Sollfreauenz d.h. der Solldauer des ZShlzyklus, 2047 - 128 = 1919 Impulse gezählt werden damit der Sollrestwert B erreicht wird. Werden 127 Impulse weniger gezBhlt, so ist der Restvert R und dieser Wert ist für eine Abweichung

in der Dauer des Zählzyklus entsprechend der grössten positiven Frequenz-121

abweichung von (^' 6,62 ^), die gemessen werden kann, repräsentativ. Werden 128 Iepulse mehr gezShlt, so wird der Mindestrest-

wert R . erreicht und dieser Wert ist für eine Abweichung in der Dauer' nun

des Zählzyklus entsprechend der grössten negativen Frequenzabweichung

12Θ
von TqTq ( ·ν 6,67 £)t ^i* gemessen werden kann, repräsentativ.

Am iSnde des ZShlzyklus wird die Zählanordnung 6 von dem am Steuerimpulseingang 20 auftretenden Steuerimpuls in die Ausgangslage (maximale Lage) zurückgestellt. Unmittelbar davor wird das Pufferregister 10 von dem über das Tor 22 dem Pufferregister zugeführten Steuerimpuls in die Nullstellung zurückgestellt, während^ der am Steuerimpulseingang 21 auftretende Steuerimpuls bewerkstelligt, dass der in der Zählanordnung 6 vorhandene Restwert in das Pufferregister übernommen wird,

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sobald das Pufferregister in die Nullstellung zurückgestellt ist.

Die Tore 11 und 22 bilden dabei einen Teil einer Uebervrachung der unteren bzw. oberen Grenze. So wird mit Hilfe des Tores 11 vermieden, dass der Zählanordnung 6 Zählimpulse zugeführt werden, wenn sich dieser Zähler in der Nullstellung befindet und es wird mit Hilfe des Tores 22 vermieden, dass das Pufferregister 10 in die Nullstellung zurückgestellt wird, wenn der aus der Zählanordnung 6 zu übernehmende

Restwert grosser ist als R . In diesem Pail bleibt das Tor 22 nämlich ^B max

weiterhin geschlossen, da die Zählanordnung 6 dann an der Ausgangsleitung 2J keine Ausgangsspannung liefert.

Die Spannungsquelle 4 kann bei der beschriebenen Ausführungs· form beispielsweise durch eine Phasenregelschleife gebildet werden, in der mit Hilfe eines phasenempfindlichen Detektors eine Regelgleichspannung erzeugt wird, die für die Phasenabweichung des Ausgangssignals des apannungsgesteuerten Oszillators 1 gegenüber einem Bezugssignal repräsentativ ist. Die Spannungsquelle 4 kann auch durch eine von Hand einstellbare regelbare Gleichspannungsquelle gebildet werden. Dem von dieser Gleichspannungsquelle gelieferten Gleichspannungswert kann eine Wechselspannung überlagert werden, deren Amplitudenmodulation dann in eine entsprechende Frequenzmodulation umgewandelt wird, wobei die Mittenfrequenz genau festgelegt ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die Abweichung in der Dauer der Periode der Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 1 gemessen. Dadurch, dass die Polarität des an das Pufferregister 10 fest angeschlossenen Digital-Analog-Umsetzers 7 umgekehrt wird, liefert diese eine Ausgangsgleichspannung, die annähernd der Augenblicksfrequenzabweichung direkt proportional ist. Diese Frequenzabweichung ist dabei dem Gesamtwert einerseits einer gewünschten

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Frequenzabweichung, wie diese durch die dem spannungsgesteuerten Oszillator 1 zugeführte Gleichspannung der veränderlichen Gleichspannungsquelle 4 bewerkstelligt wird und andererseits einer unerwünschten Frequenzabweichung, die durch eine Aenderung der Oszillatorfrequenz infolge beispielsweise Temperatureinflüsse verursacht wird, immer gleich. Damit diese unerwünschte Frequenzabweichung ausgeschaltet wird, wird nun die der Gesamtfrequenzabweichung entsprechende am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 7 auftretende Gleichspannung über die Leitung 24 der durch einen Differenzverstärker gebildeten Anordnung 8 zugeführt, der zugleich über die Leitung 25 die der gewünschten Frequenzabweichung entsprechende Gleichspannung der veränderlichen Gleichspannunesquelle zugeführt wird. Das am Ausgang der Anordnung 8 auftretende Differenzsignal ist dabei für die unerwünschte Frequenzabweichung repräsentativ und dieses Signal wird nach Integration im Integrator 9 als Frequenzkorrektursignal dem spannungsgesteuerten Oszillator 1 zugeführt.

Da die Diskriminatormittenfrequenz durch einen bestimmten Zählerinhalt bestimmt ist und folglich nicht trifften kann, während auch die Diskriminatorkurve durch die Tatsache, dass die der Zählanordnung 6 zugeführten Zählimpulse einem Kristalloszillator entnommen werden, völlig festliegt, weist der Frequenzgenerator den wesentlichen Vorteil auf, dass die Genauigkeit der Stabilisierungsregelung und der Frequenzbereich, in dem der spannungsgesteuerte Oszillator 1 als Funktion der der Gleichspannungsquelle 4 entnommenen Gleichspannung in der Frequenz geändert werden kann, besonders gross sein können.

Wie obenstehend bereits bemerkt wurde, wird bei dem in Pig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nioht die Abweichung in der Frequenz sondern die Abweichung in der Periodendauer gemessen. Da dabei eine Annäherung in Form von 1 -A* ■*—^- angewandt wird, ist die

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Diskriminatorkurve nicht rein linear, was für viele Anwendungsmöglichkeiten jedoch nicht nachteilig ist.

Gleichzeitig mit dem auf diese Weise verwirklichbaren grossen Frequenzänderungsbereich und der dennoch hohen Stabilität weist das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weiter den wichtigen Vorteil auf, dass vom Frequenzgenerator auf sehr einfache Weise ein Frequenzsynthetisator gebildet werden kann. Insbesondere ist es dazu nur erforderlich, dass der Frequenzteiler 14 mit dem in Fig. 1 duroh 26 angedeuteten dinstellelementen versehen ist, beispielsweise um das fc Frequenzteilverhältnis des Teilers in Dekaden einzustellen.

In Fig. 4 ist eine andere mögliche Ausführungsform dargestellt, wobei die der Fig. 1 entsprechenden Teil mit gleichen Bezugszeichen angedeutet sind. Diese Ausführungsform entspricht weitgehend der nach Fig. 1. So enthält diese Ausführungsform ebenfalls einen spannungsgesteuerten Oszillator 1, eine veränderliche Gleichspannungsquelle 4 und eine Frequenzkorrekturschleife 3 mit einem digitalen Frequenzdiskriminator 2, einer Zuaammenfügungsanordnung 8 und einem Integrator 9.

Die nachstehend beschriebene Ausführungsform unterscheidet sich jedoch darin von Fig. 1, dass der spannungsgesteuerte Oszillator 1 und der Kristalloszillator 5 ihre Funktionen gegenseitig vertauscht haben, was bedeutet, dass das Torsignal mit Hilfe des Teilers I4 vom Ausgangssignal des Kristalloazillators 5 hergeleitet wird, während die über das Tor 11 der Zählanordnung 6 zugeführten Zählimpulse dem spannungsgesteuerten Oezillator 1 entnommen werden. Dadurch wird erreicht, dasa bei dieser Ausführungsform die Diakriminatorkurve rein linear iat, da nicht die Abweichung in der Periodendauer sondern die Abweichung in der Frequenz gemessen wird.

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Da die Gleichspannungs-Frequenzkennlinie des Diskriminator einen linearen Verlauf hat, wird dabei zugleich der für bestimmte Anwendungsbereiche wesentliche Vorteil erhalten, dass die veränderliche Spannungsquelle 4» wenn diese beispielsweise durch eine von Hand einstellbare regelbare Gleichspannungsquelle gebildet wird, in der Frequenz kalibriert sein kann.

Wenn dem von dieser regelbaren Gleichspannungsquelle gelieferten Gleichspannungswert eine Wechselspannung überlagert wird, wird auch bei dieser AusfUhrungsform eine der Amplitudenmodulation dieser Wechselspannung entsprechende Frequenzmodulation bewerkstelligt, wobei die Kittenfrequenz völlig festliegt, aber zugleich wird der wesentliche Vorteil erhalten, dass der von der Frequenzmodulation bestrichene Frequenzhub unter Beibehaltung eines linearen Zusammenhanges zwischen der Amplituden- und der Frequenzmodulation besonders gross sein kann.

Von der obenstehend beschriebenen Ausführungsform lässt sich ebenfalls ein Frequenzsynthetisator bilden; dabei ist es jedoch notwendig, daps das Teilverhältnis des Teilers 14 mit Hilfe eines Festspeichers (read-only memory) 27 eingestellt wird, der von den 3instellelementen 26 derart gesteuert wird, dass der Zusammenhang zwischen dem eingestellten Wert und den Ausgangswert reziprok ist.

Bei den in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Ausführungsformen folgen die Zählzyklen pausenlos aufeinander. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn man beispielsweise von einem frequenzmodulierten Signal die mittlere Frequenz messen will. Pausen zwischen den Zählzyklen können nämlich zu sehr unerwünschten Schwebungserscheinungen zwischen der Modulationsfrequenz und der Frequenz der Zählzyklen führen. Mit den obenstehend beschriebenen Ausführungsformen erfordert die Uebernahme

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des Restwertes der Zählanordnung 6 in das Pufferregister 10 eine gewisse Zeit. Diese Zeit ist hauptsächlich durch die Summe der Verzßgerungszeiten jeder Flip-Flopschaltung der Zählanordnung bestimmt. Dies lässt sich dadurch vermeiden, dass die Zählanordnung als Synchronzähler ausgebildet wird. Bs ist jedoch einfacher, die nicht-synchrone Zählanordnung 6 des digitalen Diskriminators 2 beizubehalten und einen Hilfszähler hinzuzufügen. Eine derartige mit einem Hilfszähler versehene Ausführungsform ist teilweise in Fig. 5 dargestellt. In dieser Figur sind die der Fig. 1 und Fig. 4 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen angedeutet. So umfasst die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ebenfalls eine Zählanordnung 6, ein Pufferregister 10, einen Digital-Analog-Umsetzer 7 und die Tore 11 und 22. Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch im wesentlichen durch die Zeitkorrekturanordnung _1_3_.» die dabei durch eine Schalt-Flip-Flopschaltung 28, drei Tore 29, 30 und 31 sowie den bereits genannten Hilfszähler 32 gebildet wird. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform lässt sich unter Hinweis auf die in Fig. 6 dargestellten Zeitdiagramme wie folgt erläutern.

Die Zählimpulse, die wegen der gewünschten hohen Zählgeschwindigkeit eine hohe Impulswiederholungsfrequenz haben, sind in Fig. 6a dargestellt und werden einerseits dem Tor 11 und andererseits über den Zählimpulseingang 15 der Zeitkorrekturanordnung 13 den darin vorhandenen Toren 29, 30 und 3I zugeführt. Die Tore 29 und 11 werden mit Hilfe der Schalt-Flip-Flopschaltung 28 gesteuert, die in ihrer ersten Schaltlage das normalerweise geschlossene Tor 29 für die Zählimpulse Sffnet, die dann dem Hilfszähler 32 zugeführt werden, und die in ihrer zweiten Schaltlage statt des Tores 29 das Tor 11 öffnet, so dass die Zählimpulse der Zählanordnung 6 zugeführt werden. Diese Schalt-Flip-Flopschaltung 28 wird von dem in Fig. 6b dargestellten Torsignal, daa

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die Dauer des Zählzyklus bestimmt und über den Torsignaleingang 16 der Zeitkorrekturanordnung 13 der Schalt-Flip-Flopschaltung 28 zugeführt wird, in die erste Schaltlage gesetzt, wobei die letztgenannte Schalt-Flip-Flopschaltung 28 bewerkstelligt, dass die Zählimpulse vom Hilfszähler 32 gezählt werden.

Der Hilfzähler Übernimmt auf diese Weise die Zählfunktion am Anfang eines Zählzyklus kurze Zeit von der Zählanordnung 6, wodurch es möglich wird, den als Ergebnis des vorhergehenden Zählzyklus in der Zählanordnung 6 vorhandenen Restwert in das Pufferregister 10 zu übernehmen, ohne dass dazu trotz der hohen Zählgesohwindigkeit Pausen zwischen den aufeinanderfolgenden Zählzyklen eingeführt zu werden brauchen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Hilfszähler vier Flip-Flopschaltungen, so dass also maximal acht Zählimpulse gezählt werden können. Die Ausgangssignale der ersten, zweiten, dritten und vierten Flip-Flopsohaltung des Hilfszählers sind in Fig. 6c, 6d, 6e bzw. 6f dargestellt.

Während der ersten vier vom Hilfszähler gezählten Zählimpulse hat die Zählanordnung 6 die Möglichkeit, nach Beendigung des vorhergehenden Zählzyklus stabil zu werden. Sobald der Hilfszähler den vierten Zählimpule gezählt hat, liefert die dritte Flip-Flopschaltung ( des Hilfszählers das in Fig. 6e dargestellte Ausgangssignal. Dieses Signal wird dem Tor 30 zugeführt, das dadurch für die Zählimpulse geöffnet wird, die dann das in Fig. 6g dargestellte Steuersignal bilden. Dieses Steuersignal wird einerseits über den Steuerimpulseingang 21 und andererseits über das Tor 22 dem Pufferregister 10 zugeführt, das dann den in der Zählanordnung 6 vorhandenen Restwert übernimmt und zwar unter der Bedingung, dass dieser Restwert mindestens <[ R ist.

^ max

Sobald der Hilfszähler den achten Zählimpuls gezählt hat, liefert die

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vierte Flip-Flopschaltung des Hilfszählers daa in Fig. 6f dargestellte Ausgangssignal. Dieses Signal wird dem Tor 31 zugeführt, daa dadurch während kurzer Zeit geöffnet wird, wobei am Ausgang dieses Tores der in Fig. 6h dargestellte Steuerimpuls auftritt. Dieser Steuerimpuls wird dem Steuerimpulseingang 20 der Zählanordnung 6 zugeführt, die dadurch in ihre Ausgangslage gestellt wird. Die Ausgangslage iat bei dieser Ausführungsform gleich der Maximalzäh11age weniger acht, da ja bereits acht Zählimpulse mit Hilfe des Hilfszählers 32 gezählt worden sind. Der dem Steuerimpulseingang 20 der Zählanordnung 6 zugeführte Steuer-

ψ impuls wird zugleich einerseits dem Hilfazähler 32, der dadurch in die Nullstellung zurückgestellt wird, und andererseits der Schalt-Flip-Flopschaltung 28 zugeführt, die dadurch in ihre zweite Schaltstellung gebracht wird, wobei die Zählimpulse über das Tor 11 der Zählanordnung 6 zugeführt werden. Die Zählanordnung 6 zählt zurück. Am Ende des Zählzyklus wird die Schalt-Flip-Flopschaltung 28 von dem dann am Torsignaleingang der Zeitkorrekturanordnung 13 auftretenden Toraignal wieder in die erste Schaltlage gestellt und der Vorgang wiederholt sich, wobei der in der Zählanordnung 6 vorhandene Restwert auf die beschriebene

^ Weise in das Pufferregister 10 übernommen wird.

Bei den obenstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Frequenzdiskriminator mit einer Zählanordnung 6 versehen, die durch nur einen einzigen Zähler gebildet wird und wobei der Reatwert, der in einem Teil dieses Zählers erwartet wird, in Prozenten der 3ingangsfrequenz ausgedrückt ist. Es kann jedoch auch ein anderes Verfahren befolgt werden, wobei die Zählanordnung 6 zwei gesonderte Zähler enthält, von denen der eine ausschliesslich den Restwert zählt. iJin derartiger digitaler Frequenzdiakriminator, der mit Vorteil in dem erfindungsgemässen Frequenzgenerator verwendet werden kann, ist in Fig. 7 dargestellt,

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Entsprechende Teile sind auch hier mit gleichen Bezugszeichen angedeutet. Wie die Figur zeigt, enthält diese Ausföhrungaform wieder eine Zählanordnung 6, ein Pufferregiater 10, einen Digital-Analog-Umsetzer 7 und eine Zeitkorrekturanordnung 13. Letztere enthält auch hier einen HilfszShler 32 und drei Tore 29, 30 und 31. Diese AusfÜhrungsform unterscheidet sich jedoch darin, dass die Zählanordnung 6 duroh zwei gesonderte Zähler gebildet wird, die in der Figur durch A bzw. B bezeichnet aind. Wegen dieser abweichenden AusfÜhrungsform der Zähinnordnung 6 ist die Zeitkorrekturanordnung 15 ausserdem mit zwei Schalt-Plip-Flopschaltungen 33 und 34 sowie drei zusätzlichen Toren 35i 36 und 37 versehen.

Der Wirkungsweise liegt dabei das nachfolgende Prinzip zugrunde. Während dea Zählzyklus, dessen Dauer T durch das Toraignal bestimmt ist, werden die Zählimpulse zunächst dem Zähler A zugeführt, dessen Anfangslage dem Wert η = 0 gleich ist, und dessen Maximallage dem Wert η ■ Ξ entspricht. Wenn der Zähler A diesen Maximalwert erreicht hat, wird er in die Anfangslage zurückgestellt und das Zählen wird mit dem Zähler B fortgesetzt, dessen Anfangslage dem Wert

η = =— gleich ist. Ist nun die Impulswiederholungsfrequenz der

Zählimpulse gleich fo, so wird der Zähler B am önde des Zählzyklus gerade an den Bestwert η = 0 gelangt sein. Bei einer Abweichung der Zählimpulswiederholungsfrequenz von + Af oder -Af wird der Restwert des Zählers B dem Wert η = + rjT" *>z^w· η = - gleich werden.

Unter Hinweis auf die in Fig. 8 dargestellten Zeitdiagramme lässt aich die Wirkungsweise wie folgt erläutern.

Die in Fig. 8a dargestellten Zählimpulse werden über den Zählimpulseingang 15 der Zeitkorrekturanordnung 13 den darin vorhandenen Toren 29, 50, 3I und 55, 36 und 37 zugeführt. Das die Dauer T des

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Zahlzyklus bestimmende Toraignal ist in Fig. 8b dargestellt und wird Ober den Toraignaleingang 16 der Zeitkorrekturanordnung 13 den beiden Schalt-Flip-Flopschaltungen 33 und 34 zugeführt, die dadurch in ihre erste Schaltlage gebracht werden. Bei dieser Schaltlage werden nur die Tore 36 und 29 für die Zählimpulse geöffnet, die daher dem Zähler A und dem Hilfszähler J>2 zugeführt werden. Am Anfang des Zählzyklus stehen diese beiden Zähler auf dem Wert η = O, während der Zähler B auf einem Wert steht, der den als Ergebnis des vorhergehenden Zählzyklus gefundenen Restwert angibt. Der Hilfsz.ähler enthält vier Flip-Flopschaltungen,

^ so dass dieser Zähler also maximal acht Zählimpulse zählen kann. Die dabei von der ersten, zweiten, dritten und vierten Flip-Flopschaltung gelieferten Ausgangssignale sind in Fig. 8c, 8d, 8e bzw. 8f dargestellt. Während der ersten vier vom Hilfszähler 32 gezählten ZShlimpulsa hat der Zähler B die Möglichkeit, nach Beendigung des vorhergehenden Zählzyklus, stabil zu werden. Sobald der Hilfzähler den vierten Zählimpuls gezählt hat, liefert die dritte Flip-Flopschaltung des Hilfszählers das in Fig. 8e dargestellte Ausgangssignal. Dieses Signal wird dem Tor zugeführt, das dadurch für die Zählimpulse, die dann das in Fig. 8g dargestellte Steuersignal bilden, geöffnet wird. Dieses Steuersignal

W wird dem Steuersignaleingang 21 des Pufferregisters 10 zugeführt und bewerkstelligt dass der im Zähler B vorhandene Reatwert in das Pufferregister übernommen wird. Sobald der Hilfszähler den achten Zählimpuls gezählt hat, liefert die vierte Flip-Flopschaltung dieses Zählers das in Fig. 8f dargestellte Ausgangssignal, Dieses Signal wird dem Tor 31 zugeführt, das dadurch kurze Zeit geöffnet wird, so dass am Ausgang dieses Tores der in Fig. 8h dargestellte Steuerimpuls auftritt. Dieser Steuerimpuls wird dem Steuerimpulseingang 20 des Zahlers B zugeführt, der dadurch in die Ausgangsstellung (n = —ψ- )

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gestellt wird. Dieser Steuerimpuls wird zugleich einerseits dem Hilfszähler 32, der dadurch in die Nullstellung zurückgestellt wird, und andererseits dem Flip-Flopsohalter 34» der dadurch in die zweite Schaltstellung gestellt wird, zugeführt. Letzteres hat weiter keinen Einfluss. Der Zähler A zählt noch immer die Zählimpulse und dies setzt

sich fort, bis dieser Zähler den Maximalwert η = erreicht hat.

In diesem Zeitpunkt liefert der Zähler A einen Ausgangs impuls, der über die Leitung 38 dem Tor 35 zugeführt wird und bewerkstelligt, dass dieses Tor kurze Zeit geöffnet wird und zwar zur Erzeugung eines Steuerimpulses, der den Zähler A in die Ausgangslage zurückstellt und die Schalt-Flip-Flopschaltung 33 in die zweite Schaltstellung stellt, wobei das Tor 37 statt des Tores 36 für die Zählimpulse geöffnet wird, so dass der Zähler B das Zählen fortsetzt. Der Zähler B zählt zurück und macht dies solange, bis das dem Torsignaleingang zugeführte Torsignal die Schalt-Flip-Flopschaltung 33 und 34 wieder in die erste Schaltstellung stellt und der Vorgang wiederholt sich, wobei der im Zähler B vorhandene Restwert in das Pufferregister 10 übernommen wird.

Zusammen mit der auch bei dieser Ausfuhrungsform erhaltenen linearen Diskriminatorkurve, stabilen Mittenfrequenz und dem grossen Regelbereich weist diese Ausführungsform ausserdem den für bestimmte Anwendungsbereiche wichtigen Vorteil auf, dass die Frequenzabweichung dabei gewünschtenfalls unmittelbar in Hertz gemessen werden kann. Insbesondere ist es dazu nur notwendig, dass die vom Torsignal bestimmte Dauer des Zählzyklus gleioh 1 Sekunde ist.

Wenn beim erfindungsgemäsaen Frequenzgenerator der in Fig. 7 dargestellte Prequenzdiskriminator verwendet wird, läset sioh aua diesem Prequenzdiskriminator auf einfache Weise ein Frequenzaynthetisator herstellen. Wird darin nSmlioh der Zähler A als einstell-

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barer Teiler ausgebildet, der auf dem Wert η = -% startet und der beim Erreichen des eingestellten Wertes η = —ψ den Zähler B startet auf dem Wert η « —=—, so ist der Frequenzdiskriminator mit einer einstellbaren Mittenfrequenz versehen. Bei T = 1 Sekunde ist fo gleich dem eingestellten Wert und der Restwert entspricht der Abweichung in Hertz der Singangsfrequenz gegenüber der eingestellten Frequenz.

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Claims

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PATENT ANS PRUdCHiD:

/1.; Breitbandiger regelbarer Frequenzgenerator mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, deasen Ausgangsfrequenz einerseits mit Hilfe einer mit einem Prequenzdiskriminator und einer Kristallreferenz versehenen Regelschleife stabilisiert wird und andererseits unter Beibehaltung dieser Stabilität als Punktion eines einer Susseren veränderlichen Spannungsquelle entnommenen und dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführten Gleichspannungswertes über einen verhältnismässig grossen Frequenzbereich geändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Frequenzregelschleife aufgenommene Prequenzdiskriminator durch einen Kristalloszillator und eine digitale Zählanordnung gebildet wird, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangs impulse nur eines der genannten Oszillatoren während aufeinanderfolgender Zählzyklen, deren Dauer durch ein dem Ausgangssignal des anderen Oszillators entnommenes Torsignal bestimmt ist,· kontinuierlich zu zählen, sowie durch einen an die genannte Zählanordnung angeschlossenen Digital-Analog-Umsetzer, der jeweils am i^nde eines Zählzyklus ein Ausgangssignal liefert, dessen Grosse und Polarität der Grosse und Richtung des Mittelwertes der während des genannten ZShlzyklus gemessenen Abweichung der zu stabilisierenden Frequenz gegenüber einer festen von einem bestimmten Zählerinhalt gekennzeichneten Diskriminatormittenfrequenz entsprechen, wobei die Frequenzregelschleife weiter mit einer Zusammenfögungsvorrichtung versehen ist, der das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers und der von der Susseren Quelle gelieferte Gleichspannungswert zugeführt werden zur Erhaltung eines Differenzsignals, das nach Integration in einem Integrator als Frequenzkorrektursignal dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird.

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2. Prequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Torsignal mit Hilfe eines an den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators angeschlossenen Teilers erzeugt wird, während die Zählimpulse dem Kristalloszillator entnommen werden.
3. Prequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Torsignal mit Hilfe eines an den Kristalloszillatorausgang angeschlossenen Teilers erzeugt wird, während die Zählimpulse dem spannungsgesteuerten Oszillator entnommen werden.
4· Prequenzgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ^ dass die Teilungszahl des genannten Teilers mit Hilfe von Dekadenschaltern unmittelbar einstellbar ist.
5. Prequenzgenerator nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungszahl des genannten Teilers mit Hilfe eines Pestspeichers einstellbar ist, der durch Dekadenschalter gesteuert wird.
6. Prequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zählanordnung durch einen einzigen Zähler gebildet wird, der jeweils am Anfang des ZShlzyklus T aus der die Diskriminatormittenfrequenz kennzeichnenden Maximallage gestartet wird und der während der Dauer des Zählzyklus auf Grund der dem Zähler zugeführten

ψ Zählimpulse zurückzählt, zur Bestimmung eines für den Mittelwert der gemessenen Frequenzabweichung repräsentativen Restwertes der nach Beendigung des Zählzyklus in ein an den Zähler angeschlossenes Pufferregister übernommen wird.
7. Prequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zählanordnung durch zwei Zähler gebildet wird, von denen der erste am Anfang des Zählzyklus T aus der Nullstellung gestartet wird und welcher erste Zähler beim Erreichen des Wertes η « Ξ

den zweiten Zähler aus dem Wert η = —ψ- startet zur Bestimmung des

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für die gemessene Frequenzabweichung gegenüber der Diskriminatormittenfrequenz f repräsentativen Restwertes, der nach Beendigung des Zählzyklus in ein an den zweiten Zähler angeschlossenes Pufferregister Übernommen wird,
8. Frequenzgenerator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Zähler als einstellbarer Teiler ausgebildet ist.
9· Frequenzgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einer Zeitkorrekturanordnung versehen ist, der das Torsignal sowie die Zählimpulse zugeführt werden und welche Anordnung ausgehend von diesen EingangsSignalen Steuerimpulse erzeugt, die der genannten Zählanordnung und dem genannten Pufferregister zur Steuerung der Uebernahme des Restwertes und zur Rückstellung der Zählanordnung in die Ausgangslage zugeführt werden.
10. Frequenzgenerator nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zeitkorrekturanordnung mit einem Hilfszähler versehen ist, der am Anfang des Zählzyklus während kurzer Zeit zur Erzeugung der genannten Steuerimpulse zur Uebernahme des Restwertes aus der Zählanordnung in das Pufferregister und zur Rückstellung der Zählanordnung in die Anfangsstellung während kurzer Zeit wirksam gemacht wird.

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