DE2144705C3

DE2144705C3 - Breitbandiger regelbarer Frequenzgenerator

Info

Publication number: DE2144705C3
Application number: DE2144705A
Authority: DE
Inventors: Albertus Marinus Hilversum Morrien; Jacob Frederick Raatgever
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-09-24
Filing date: 1971-09-07
Publication date: 1982-10-21
Also published as: US3753141A; NL164164C; FR2107953A1; GB1306670A; CA940209A; FR2107953B1; AU3370171A; AU456660B2; NL7014066A; DE2144705A1; DE2144705B2; BE772952A; CH535509A; SE363205B

Description

den zweiten Zähler aus dem Wert n=

startet

zur Bestimmung des für die gemessene Frequenzabweichung gegenüber der Diskriminatormittenfrequenz fo 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 Forsignal 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 Übernahme des Restwertes und zur Rückstellung der Zählanordnung in die Ausgangslage zurückgeführt 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 Übernahme des Restwertes aus der Zählanordnung in das Pufferregister und zur Rückstellung der Zählanordnung in die Anfangsstellung während kurzer Zeit wirksam gemacht wird.

Die Erfindung 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 Gleiciispannungswert eine Wechselspannung überlagert sein.

Ferquenzgeneratoren der obengenannten Art sind bekannt, ihre Verwendbarkeit beispielsweise in Fernmelde- und Fernmeßsystenien ist jedoch dadurch beschränkt, daß dabei die Anforderungen in bezug auf

b5 die Frequenzstabilität und die Größe des Frequenzänderungsbereiches 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 Frequenzgenenuoren 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 in 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 Frequenzdiskriminator durch einen Kristalloszillator und einen digitalen Zähler gebildet, der dazu eingerichtet ist, die Ausgangsimpulse eines der genannten Oszillatoren während aufeinanderfolgender Zählzyklen kontinuierlieh zu zählen, wobei die Dauer dieser Zählzyklen durch ein dem Ausgangssignal des anderen Oszillators entnommenes Torsignal bestimmt ist, sowie durch einen an den genannten Zähler angeschlossenen Digital-Analog-Umsetzer, der jeweils am Ende eines Zählzyklus ein Ausgangssignal liefert, dessen Größe und Polarität der Größe und der Richtung des Mittelwertes der während des genannten Zählzyklus gemessenen Abweichung der zu stabilisierenden Frequenz gegenüber einer festen, durch einen bestimmten Zählerinhalt gekennzeichneten jo Diskriminatormittenfrequenz entsprechen, wöbe; die Frequenzregelschleife weiter mit einer Zusammenfügungsvorrichtung versehen ist, der das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers und der von der äußeren Quelle gelieferte Gleichspannungswert zur Erhaltung eines Differenzsignals zugeführt werden, das nach Integration in einem Integrator als Frequenzkorrektursignal dem spqnnungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird.

Aus der Zeitschrift »Electronics«, 30. Oktober 1959, Seiten 56 und 57, ist eine Schaltung für einen Oszillator mit digital einstellbarer Frequenz bekannt, bei der ein spannungsgesteuerter Oszillator einen einstellbaren Zähler ansteuert. Aus einem quarzgesteuerten Oszillator wird ein Zeitsteuersignal mit konstanter Dauer erzeugt. Mit dem Beginn jeweils eines Zeitsteuersignals beginnt der Zähler zu zählen, und aus der zeitlichen Differenz zwischen dem Ende des Zeitsteuersignals und dem Erreichen der eingestellten Stellung im Zähler wird ein Fehlersignal erzeugt, dessen Impulsbreite der Unterschied zwischen der eingestellten und der tatsächlichen Frequenz ist. Nach Integration dieses Fehlersignals wird ein Steuersignal erzeugt, das dem spannungssteuerbaren Oszillator zugeführt wird und dessen Frequenz so verändert, daß das Fehlersignal zu Null wird. Wenn dies der Fall ist, erzeugt der spannungssteuerbare Oszillator die eingestellte Frequenz. Dabei ist aber nach jedem Zeitsteuersignal eine Pause für den Korrekturvorgang vorhanden, und diese bekannte Schaltung ist auch nicht vorgesehen oder geeignet, eine breitbandig regelbare Frequenz, insbesondere ein frequenzmoduliertes Signal zu erzeugen.

Ausführungsbcispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzgenerators,

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform einer beim Frequenzgenerator nach Fig. I zur verwendenden Zcitkorrekturanordnuiig,

F i g. 3 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Frequenzgererators,

Fig.4 eine andere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzgenerators,

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

F i g. 6 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in F i g. 5 dargestellten Frequenzdiskriminators.

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

F i g. 8 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in F i g. 7 dargestellten Frequenzdiskriminators.

Im Frequenzgenerator nach Fig. 1 ist 1 ein spannungsgesteuerter Oszillator, der durch einen in seiner Frequenz regelbaren Multivibrator gebildet ist, und 2 ist ein rrequenzdiskriminator, der wie aus der Figur hervorgehi. einen Teil einer Frequenzregelschleife 3 bildet, zur Stabilisierung der Oszillatorausgangsfrequenz mit Hilfe einer Kristallreferenz. Der Frequenzgenerator ist weiter mit einer äußeren veränderlichen Gleichspannungsquelle 4 zur Änderung der Oszillatorausgangsfrequenz als Funktion eines der Quelle entnommenen und dem stabilisierten Oszillator 1 zugeführien Gleichspannungswertes versehen. Nach der Erfindung können nun die bei solchen regelbaren Frequenzgeneratoren, insbesondere bei Verwendung beispielsweise in Fernmelde- oder Fernmeßsystemen, gestellten sowohl hohen als auch entgegengesetzten Anforderungen in bezug auf die Frequenzstabilität und die Größe des Frequenzänderungsbereiches erfüllt werden, wenn der in die genannte Frequenzregelschleife aufgenommene Frequenzdiskriminator 1 durch mindestens einen Kristalloszillator 5 und eine digitale Zählanordnung 6 gebildet wird, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangsimpulse 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 Ende eines Zählzyklus ein Ausgangssignal liefert, dessen Größe und Polarität durch die Größe 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 Frequenzregelschleife 3 weiter mit einer Zusammenfügungsvorrichtung 8 versehen ist, der die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 7 und der von der äußeren 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 F i g. 1 dargestellten Ausführungsform elf Flip-Flop-Schaltungen, von denen die ersten acht über ein Pufferregister 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 Steiicrfunktioncn. wie das Übernehmen des Zählerinhaltes (Transfer) in ί das Pufferregisier 10 und das Rückstellen der Zählanordnung (Reset) in die Ausgangslage, erfolgen jeweils am Ende eines Zählzyklus mittels eines Steuerimpulses einer Steuerimpulsreihe, die in einer Zeitkorrekiuranordnung 13, ausgehend vom genannten Torsignal und κι der genannten Zählimpulse. erzeugt wird.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform werden die Zählimpulse dem Kristalloszillator 5 entnommen und das Torsignal, das die Dauer des Zählzyklus bestimmt, wird mit Hilfe eines Teilers 14 r, vom Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 1 abgeleitet. Die Zählimpulse und das Torsignal sind in F i g. 3a bzw. 3b zur Erläuterung dargestellt und diese Signale werden dem Zählimpulseingang 15 bzw. dem Torsignaleingang 16 der genannten Zeitkorrekturan-Ordnung 13, die vollsländigkeitshalber in F i g. 2 detaillierter dargestellt ist, zugeführt. Diese Anordnung enthält zwei Flip-Flop-Schaltungen 17, 18 und ein Tor 19. die zusammen auf die in Fig. 2 angegebene Weise geschaltet sind, wobei am (pi-Ausgang der Flip-Flop- 2> Schaltung 17 das in F i g. 3c und am (?i-Aiisgang der Flip-Flop-Schaltung 18 das in F i g. 3d dargestellte Signal auftritt, während am Ausgang des Tores 19 die in Fig. 3e dargestellten Steuerimpulse auftreten, die, wie aus der Figur hervorgeht, immer genau in der Zeit auf die Anstiegsflanke eines Zählimpulses bezogen sind. Jeder dieser Steuerimpulse wird einem Steuerimpulseingang 20 der Zählanordnung 6 und einem ersten und einem zweiten Steuerimpulseingang 21,22 des Pufferregisters 10 zugeführt. Der letztgenannte Steuerimpulseingang 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 Zählerinhalt mindestens kleiner ist als ein bestimmter Wert.

Die Wirkungsweise des Frequenzdiskriminalors 2 beruht bei dem obenstehend beschriebenen Ausfüh" rungsbeispiel darauf, daß mit Hilfe der Zählanordnung 6 die etwaige Abweichung Ai der vom Torsignal bestimmten Dauer des Zählzyklus gegenüber einer der Ausgangssollfrequenz F₀ des spannungsgesteuerten Oszillators 1 entsprechenden Solldauer Γ des Zählzyklus festgestellt wird. Die Zählanordnung wird dazu jeweils, wenn am Eingang 20 ein Steuerimpuls auftritt, in die Ausgangstage 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 Zählzyklus hat die Zählanordnung noch einen gewissen Restwert. Wenn die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 1 der Sollfrequenz /0 entspricht, hat der Zählzyklus die Solldauer Γ und der genannte Restwerl entspricht dem Sollrestwert R₀. Bei einer Abweichung ±Δΐ der Solldauer T stellt die Differenz zwischen dem dann erhaltenen Restwert und dem Sollrestwert R₀ die Abweichung der Dauer des Zählzyklus gegenüber der Solldauer dar. Diese Abweichung ±Δ t ist annähernd der Frequenzabweichung ±A( des spannungsgesteuerten Oszillators gegenüber der Sollfrequenz F₀ direkt proportional.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform enthält die Zählanordnung elf Flip-Flop-Schaltungen und der Restwert wird in den ersten acht Flip-Flopschaltungen erwartet. Die dabei für die Zählanordnung kennzeichnenden Werte sind in der untenstehenden Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle I

	1	2	3	4	5	6	7	g	9	10	11	= 2^U-1	= 2047
Maximalwert	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	= 2⁸-l	= 255
Maximaler Rest	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0
wert /?„,„												= 2⁷	= 128
Sollrestwert R₀	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	₌	0
Mindestrestwert	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

** min

Wie diese Tabelle zeigt, müssen bei der Sollfrequenz d.h. der Solldauer des Zählzyklus, 2047-128 = 1919 Impulse gezählt werden, damit der Sollrestwert Rq erreicht wird. Werden 127 Impulse weniger gezählt, so ist der Restwert R_max und dieser Wert ist für eine Abweichung in der Dauer des Zählzyklus entsprechend der größten positiven Frequenzabweichung von .1=2- (~ 6,62%), die gemessen werden kann, repräsenta-1919 ^r

Werden 128 Impulse mehr gezählt, so wird der Mindestrestwert R_mj„ erreicht und dieser Wert ist für eine Abweichung in der Dauer des Zählzyklus entsprechend der größten negativen Frequenzabwei-

chung von ( = 6,67%), die gemessen werden kann, rerjräsentativ.

Am Ende des Zählzyklus 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 auftre-" tende Steuerimpuls bewerkstelligt, daß der in der Zählanordnung 6 vorhandene Restwert in das Pufferregister übernommen wird, sobald das Pufferregister in die Nullstellung zurückgestellt ist

Die Tore 11 und 22 bilden dabei einen Teil einer Überwachung 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 größer ist als /?,„.■„. In diesem l-all bleibt das Tor 22 nämlich weiterhin geschlossen, da die Zählanordnung 6 dann an der Ausgangslciuing 23 keine Ausgangsspannung liefert.

Die Spannungsquelle 4 kann bei der beschriebenen Ausführungsform beispielsweise durch eine Phasenregelschleife gebildet werden, in der mit Hilfe eines phuscncmpfindlichcn Detektors eine Rcgelgleichspanniing erzeugt wird, die für die Phasenabweichung des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators I gegenüber einem Bezugssignal repräsentativ ist. Die Spannungsquelle 4 kann auch durch eine von Hand einstellbare regelbare Gleichspannungsquelle gebildet werden. Dem von dieser Glcichspannungsquelle 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 F i g. 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 Frequenzabweichung, wie diese durch die dem spannungsgesteuerten Oszillator t zugeführte Gleichspannung der veränderlichen Gleichspannungsquelle 4 bewerkstelligt wird und andererseits einer unerwünschten Frequenzabweichung, die durch eine Änderung 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 Gleichspannungsquelle 4 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, indem 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 Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht die Abweichung in der Frequenz, sondern die Abweichung in der Periodendauer gemessen. Da dabei eine Annäherung in Form von

1 + I

angewandt wird, ist die 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

ι» 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 F i g. 1 durch 26

i) angedeuteten Einstellelementen versehen ist, beispielsweise um das Frequenzleilverhältnis des Teilers in Dekaden einzustellen.

In Fig.4 ist eine andere mögliche Ausführungsform dargestellt, wobei die der Fig. 1 entsprechenden Teile 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 Zusammenfügungsanordnung 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 14 vom Ausgangssignal des Kristalloszillators 5 hergeleitet wird, während die über das Tor 11 der Zählanordnung 6 zugeführten Zählimpulse dem spannungsgesteuerten Oszillator 1 entnommen werden. Dadurch wird erreicht, daß bei dieser Ausführungsform die Diskriminatorkurve rein linear ist, da nicht die Abweichung in der Periodendauer, sondern die Abweichung in der Frequenz gemessen wird.

Da die Gleichspannungs-Frequenzkennlinie des Diskriminators 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 Ausführungsform eine der Amplitudenmodulation dieser Wechselspannung entsprechende Frequenzmodulation bewerkstelligt, wobei die Mittenfrequenz 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, daß das Teilverhältnis des Teilers 14 mit Hilfe eines Festspeichers (real-only memory) 27 eingestellt wird, der von den Einstellelementen 26 derart gesteuert wird, daß der Zusammenhang zwischen dem eingestellten Wert und dem Ausgangswert reziprok ist
Bei den in F i g. 1 und F i g. 4 dargestellten Ausfüh-

rungsformen 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 /wischen der Modulationsfrequenz und der Frequenz der Zählzyklen führen. Mit den obenstehend beschriebenen Ausführungsformen erfordert die Übernahme des Restwertes der Zahlanordnung 6 in das Pufferegister 10 eine gewisse Zeit, ι ο Diese Zeit ist hauptsächlich durch die Summe der Verzögerungszeiten jeder Flip-Flopschallung der Zählanordnung bestimmt. Dies läßt sich dadurch vermeiden, daß die Zählanordnung als Synchronzähler ausgebildet wird. Es isl jedoch einfacher, die nichtsynchrone Zählanordnung 6 des digitalen Diskriminator 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 F i g. 1 und F i g. 4 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen angedeutet. So umfaßt die in F i g. 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 |3, die dabei durch eine Schalt-Flip-Flop-Schaltung 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 31 zugeführt. Die Tore 29 und 11 werden mit Hilfe der Schalt-Flip-Flop-Schaltung 28 gesteuert, die in ihrer ersten Schaltlage das normalerweise geschlossene Tor 29 für die Zählimpulse öffnet, 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-Flop-Schaltung 28 wird von dem in F i g. 6b dargestellten Torsignal, das die Dauer des Zählzyklus bestimmt und über den Torsignaleingang 16 der Zeitkorrekturanordnung 13 der Schalt-Flip-Flop-Schaltung 28 zugeführt wird, in die erste Schaltlage gesetzt, wobei die letztgenannte Schalt-Flip-Flop-Schaltung 28 bewerkstelligt, daß die Zählimpulse vom Hüiszähier 32 gezählt werden.

Der Hilfszähler 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 Zählgeschwindigkeit Pausen zwischen den aufeinanderfolgenden Zählzyklen eingeführt zu werden brauchen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel enthält der Hilfszähler vier Flip-Flop-Schaltungen, so daß also maximal acht Zählimpulse gezählt werden können. Die Ausgangssignale der ersten, zweiten, dritten und vierten Flip-Flop-Schaltung des Hilfszählers sind in F i g. 6c, 6d, 6e bzw. 6f dargestellt

Während der ersten vier vom Hilfszähler gezählten Zählimpulse hat die Zählanordnung 6 die Möglichkeit, nach Beendigung des vorhergehenden Zähl/yklus stabil zu werden. Sobald der Hilfszähler den vierten Zählimpuls gezählt hat, liefert die dritte Flip-Flop-Schaltung des Hilfszählers das in I-i g. 6c dargestellte Ausgangssignal. Dieses Signal wird dem Tor 30. zugeführt, das dadurch für die Zählimpulsc geöffnet wird, die dann das in Fig. 6g dargestellte Steuersignal bilden. Dieses Steuersignal wird einerseits über den Stcuerimpulscingang 21 und andererseits über das Tor 22 dem Puffcrrcgistcr 10 zugeführt, das dann den in der Zählanordnung 6 vorhandenen Resiweri übernimmt, und /war unter der Bedingung, daß dieser Restwert mindestens < /?,„..„ ist. Sobald der Hilfszähler den achten Zählimpuls gezählt hat, liefert die vierte Flip-Flop-Schaltung des Hilfszählers das in Fig.6f dargestellte Ausgangssigna!. Dieses Signal wird dem Tor 31 zugeführt, das dadurch während kurzer Zeit geöffnet wird, wobei am Ausgang dieses Tores der in F i g. 6h dargestellte Steuerimpuls auftritt. Dieser Steuerimpuls wird dem Steuerimpulseingang 20 der Zählanordnung 6 zugeführt, die dadurch in ihre Ausgangslage gestellt wild. Die Ausgangslage ist bei dieser Ausführungsform gleich der Maximalzähllage weniger acht, da ja bereits acht Zählimpulse mit Hilfe des Hilfszählers 32 gezählt worden sind. Der dem Steuerimpulseingang 20 der Zählanordnung 6 zugeführte Steuerimpuls wird zugleich einerseits dem Hilfszähler 32, der dadurch in die Nullstellung zurückgestellt wird, und andererseits der Schalt-Flip-Flop-Schaltung 28 zugeführt, die dadurch in ihre zweite Schaltstellung gebracht wird, wobei die Zählinipulse über das Tor 11 der Zählanordnung 6 zugeführt werden. Die Zählanordnung 6 zählt zurück. Am Ende des Zählzyklus wird die Schalt-Flip-Flop-Schaltung 28 von dem dann am Torsignaleingang der Zeitkorrekturanordnung 13 auftretenden Torsignal 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 Restwert, der in einem Teil dieses Zählers erwartet wird, in Prozenten der Eingangsfrequenz 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. Ein derartiger digitaler Frequenzdiskriminator, der mit Vorteil in dem erfindungsgemäßen Frequenzgenerator verwendet werden kann, ist in F i g. 7 dargestellt.

Entsprechende Teile sind auch hier mit gleichen Bezugszeichen angedeutet. Wie die Figur zeigt, enthält diese Ausführungsform wieder eine Zählanordnung 6, ein Pufferregister 10, einen Digital-Analog-Umsetzer 7 und eine Zeitkorrekturanordnung 13. Letztere enthält auch hier einen Hilfszähler 32 und drei Tore 29,30 und 31. Diese Ausführungsform unterscheidet sich jedoch darin, daß die Zählanordnung 6 durch zwei gesonderte Zähler gebildet wird, die in der Figur durch A bzw. S bezeichnet sind. Wegen dieser abweichenden Ausführungsform der Zählanordnung 6 ist die Zeitkorrekturanordnung 13 außerdem mit zwei Schalt-Flip-Flop-Schaltungen 33 und 34 sowie drei zusätzlichen Toren 35, 36 und 37 versehen.

Der Wirkungsweise liegt dabei das nachfolgende Prinzip zugrunde. Während des Zählzyklus, dessen

Dauer Tdurch das Torsignal bestimmt ist. werden die Zählimpulse zunächst dem Zähler A zugeführt, dessen Anfangslage dem Wert /7 = 0 gleich ist, und dessen Maximallage dem Wert

entspricht. Wenn der Zähler A diesen Maximalwert erreicht hat, wird er in die Anfangslage zurückgestellt ι» und das Zählen wird mit dem Zähler B fortgesetzt, dessen Anfangslage dem Wert

.._ JL 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 Zählers B zugeführt, der dadurch in die Ausgangsstellung

I t

gleich ist. 1st nun die Impulswiederholungsfrequenz der Zählimpulse gleich /Ό, so wird der Zähler ß am Ende des Zählzyklus gerade an den Restwert n = 0 gelangt sein. Bei einer Abweichung der Zählimpulswiederholungsfre- -" quenz von + Afoder — Afwivd der Restwert des Zählers ßdem Wert

I/

bzw. (I=-

I/

30 gestellt wird. Dieser Steuerimpuls wird zugleich einerseits dem Hilfszähler 32, der dadurch in die Nullstellung zurückgestellt wird, und andererseits dem Flip-Flop-Schalter 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

Γη- If

gleich werden.

Unter Hinweis auf die in Fig. 8 dargestellten Zeitdiagramme läßt sich die Wirkungsweise wie folgt erläutern.

Die in F i g. 8a dargestellten Zählimpulse werden über den Zählimpulseingang 15 der Zeitkorrekturanordnung 13 den darin vorhandenen Toren 29, 30, 31 und 35, 36 und 37 zugeführt. Das die Dauer T des Zählzyklus bestimmende Torsignal ist in F i g. 8b dargestellt und ^ wird über den Torsignaleingang 16 der Zeitkorrekturanordnung 13 den beiden Schalt-Flip-Flop-Schaltungen 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 w dem Zähler A und dem Hilfszähler 32 zugeführt werden. Am Anfang des Zählzyklus stehen diese beiden Zähler auf dem Wert n=0, während der Zähler B auf einem Wert steht, der den als Ergebnis des vorhergehenden Zählzyklus gefundenen Restwert angibt. Der Hilfszähler *5 enthält vier Flip-Flop-Schaltungen, so daß dieser Zähler also maximal acht Zählimpulse zählen kann. Die dabei von der ersten, zweiten, dritten und vierten Flip-Flop-Schaltung gelieferten Ausgangssignale sind in Fig.8c, 8d, 8e bzw. 8f dargestellt. Während der ersten vier vom Hilfszähler 32 gezählten Zählimpulse hat der Zähler B die Möglichkeit, nach Beendigung des vorhergehenden Zählzyklus, stabil zu werden. Sobald der Hilfszähler den vierten Zählimpuls gezählt hat, liefert die dritte Flip-Flop-Schaltung des Hilfszählcrs das in Fig.8e dargestellte Ausgangssignal. Dieses Signal wird dem Tor 30 zugeführt, das dadurch für die Zählimpulse, die dann das in Fig.8g dargestellte Steuersignal bilden, geöffnet wird. Dieses Steuersignal wird dem Steuersignaleingang 21 des Pufferregisters 10 zugeführt und bewerkstelligt, daß der im Zähler B vorhandene Restwert in das Pufferregister übernommen wird. Sobald der Hilfszähler den achten Zählimpuls gezählt hat, liefert die vierte Flip-Flop-Schaltung dieses Zählers das in Fig.8f dargestellte Ausgangssignal. Dieses erreicht hat. In diesem Zeitpunkt liefert der Zähler A einen Ausgangsii.ipuls, 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-Flop-Schaltung 33 in die zweite Schaitstellun|- stellt, wobei das Tor 37 statt des Tores 36 für die Zäh'impulse geöffnet wird, so daß der Zähler ßdas Zählen fortsetzt. Der Zähler ßzählt zurück und macht dies so lange, bis das dem Torsignaleingang zugeführte Torsignal die Schalt-Flip-Flop-Schaltung 33 und 34 wieder in die erste Schaltstellung stellt, und der Vorgang wiederholt sich, wobei der im Zähler ß vorhandene Restwert in das Pufferregister 10 übernommen wird.

Zusammen mit der auch bei dieser Ausführungsform 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 gleich 1 Sekunde ist.

Wenn beim erfindungsgemäßen Frequenzgenerator der in F i g. 7 dargestellte Frequenzdiskriminator verwendet wird, läßt sich aus diesem Frequenzdiskriminator auf einfache Weise ein Frequenzsynthetisator herstellen. Wird darin nämlich der Zähler A als

einstellbarer Teiler ausgebildet, der auf dem Wert n= ^= startet und der beim Erreichen des eingestellten Wertes η = ψ den Zähler B startet auf dem Wert

-J

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 Eingangsfrequenz gegenüber der eingestellten Frequenz.

Hiereu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Breitbandiger regelbarer 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, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Frequenzregelschleife aufgenommene Frequenzdiskriminator durch einen Kristalloszillator und eine digitale Zählanordnung gebildet wird, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangsimpulse 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 Ende eines Zählzyklus ein Ausgangssignal liefert, dessen Größe und Polarität der Größe und Richtung des Mittelwertes der während des genannten Zählzyklus gemessenen Abweichung der zu stabilisierenden Frequenz gegenüber einer festen von einem bestimmten Zählerinhalt gekennzeichneten Diskriminatormittenfrequenz entsprechen, wobei die Frequenzregelschleife weiter mit einer Zusammenfügungsvorrichtung versehen ist, der das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers und der von der äußeren Quelle gelieferte Gleichspannungswert zugeführt werden zur Erhaltung eines Differenzsignals, das nach Integration in einem Integrator als Frequenzkorrektursignal dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird.

2. Frequenzgenerator 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. Frequenzgenerator 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. Frequenzgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungszahl des genannten Teilers mit Hilfe von Dekadenschaltern unmittelbar einstellbar ist.

5. Frequenzgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungszahl des genannten Teilers mit Hilfe eines Festspeichers einstellbar ist, der durch Dekadenschalter gesteuert wird.

6. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zählanordnung durch einen einzigen Zähler gebildet wird, der jeweils am Anfang des Zählzyklus T aus der die Diskriminatormittenfrequenz kennzeichnenden Maximallage gestartet wird und der während der Dauer des Zählzyklus auf Grund der dem Zähler zugeführten Zählimpulse zurückzahlt, zur Bestimmung eines

für den Mittelwert der gemessenen Frequenzabweichung repräsentativen Restwertes, der nach Beendigung des Zählzyklus in ein an den Zähler angeschlossenes Pufferregisier übernommen wird.

7. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zählanordnung durch zwei Zähler gebildet wird, von denen der erste am Anfang des Zählzyk.'us T aus der Nullstellung gestartet wird und welcher erste Zähler beim Erreichen des Wertes