DE2159629C2 - Synchronisationsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Synchronisation der Frequenz eines nachstimmbaren Oszillators mit der Frequenz einer Bezugsfrequenz-Signalqueüe. deren Ausgänge direkt oder über eine Phascnsteuerschaltung mit den Eingängen eines Phasendetektors verbunden sind.derein der Phasendifferenz der von dem nachstimmbaren Oszillator und der Bezugsfrequenz-Signalquelle abgegebenen Ausgangssignale entsprechendes Steuersignal an den nachstimmbaren Oszillator abgibt.

Üblicher Phaser.detektoren für derartige Synchronisierschaltungen weisen eine Kennlinie auf mit einer Neigung in einer Richtung für eine Phasendifferenz zwischen 0° und 180° und einer Neigung in der entgegengesetzten Richtung für eine Phasendifferenz zwischen 180" und 360°. Das Regelsignal am Ausgang des Phasendetektors steigt somit mit zunehmender Phasendifferenz bis 180° an und fällt darüber hinaus wieder ab. Im einen Fall ermöglicht die Kennlinie des Phasendctektors einen gegenkoppelndcn Betrieb, bei dem die Oszillatorfrcquenz in Richtung auf eine Synchronisation nachgestellt wird und im anderen Fall ergibt sich ein Mitkoppelcffekt. der beirebt ist. die Oszillaiorfrcqucn/ noch weiter von einer Synchronisation /u entfernen. Wenn daher eine derartige falsche Phasenbeziehung der Eingangssignale vorhanden ist. wird der Oszillator nicht mehr synchronisiert, sondern noch weiter außer

Takt gebracht, und zwar solange, bis wieder die richtige Phasenbeziehung zwischen den Eingangssignalen besteht, die zu einer Gegenkoppelungswirkung führt Dadurch wird die zum Erreichen der Synchronisation erforderliche Zeit wesentlich verlängert. Dies ist besonders ungünstig bei Datenspeicheranlagen, insbesondere bei Magnetplattenspeicher!!, wenn die Zugriffszeit klein gehalten werden solL

Aus der GB-PS 11 35 378 ist eine Schaltungsanordnung zum Vergleich der Frequenzen zweier Oszillatoren und zur Bildung einer der Größe und Richtung der Differenz der beiden miteinander verglichenen Frequenzen proportionale Spannung bekannt, bei der die beiden Vergleichsfrequenzen sowohl über ein Gatter einer Differenzierschaltung als auch einer bistabilen Schaltung eingegeben werden. Ein mit den Ausgängen der Differenzierschaltung und der bistabilen Schaltung verbundener Steuerschalter dient zur periodischen Umkehr der Polarität der Ausgangsspannung des Differenzierkreises in Abhängigkeit von dem von der bistabilen Schaltung abgegebenen Steuersignal Die Amplitude der von Steuerschalter abgegebenen Gleichspannung ist dabei proportional der Differenz der beiden miteinander verglichenen Frequenzen und kann beispielsweise mit einem Meßgerät erfaßt werden. Die Umkehrung der Polarität der Ausgangsspannung des Differenzierkreises der in Amplitudenphasenlage voneinander abweichenden Frequenzsignale wird dabei jeweils in bezug auf das voreilende Signal vorgenommen.

Aus der US-PS 33 37 814 ist eine Synchronisationsschaltung bekannt, bei der das Ausgangssignal einer Referenzfrequenzqueüe mit dem Ausgangssignal eines nachsiimmbaren Oszillators in einem digitalen Phasenkomparator verglichen wird. Bei dieser bekannten Synchronisationsschaltung wird das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators über eine Verzögerungsschaltung sowie über eine Umkehrschaltung geleitet, um den Vergleich mit der Referenzfrequenz durchführen zu können.

Aus der DE-OS 18 15 823 ist eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Regelung der Frequenz eines Oszillators in bezug auf eine Referenzfrequenz bekannt, bei der ein Suchgenerator die Frequenz des Oszillators über einen vorbestimmten Frequenzbereich steuert bis mit dem Erreichen des Fangbereiche* eines mit der Differenz der beiden Frequenzen gespeisten Frequenzdiskriminators der Suchgenerator abgeschaltet und die Steuerschaltung des Oszillators durch das vom Frequcnzdiskriminator erzeugte Ausgangssignal übernommen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Synchronisation der Frequenz eines nachstimmbaren Oszillators mit der Frequenz einer Bezugsfrequenz-Signalquelle zu schaffen, die eine Synchronisation in kürzest möglicher Zeit ermöglicht und die keine Instabilitäten bei der Synchronisation aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Phasensteuersch&ltung eine eingangsseitig mit den Ausgängen des nachstimmbaren Oszillators und der Bezugsfrequenz-Signalquelle verbundene logische Steuerschaltung enthält, deren Ausgangssignal das Ausgangssignal der Bezugsfrequenz-Signalquelle bei einer Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen, des nachstimmbaren Oszillators und der Be/ugsfrequenz-Sigiialquelle von weniger als 180° unmittelbar und bei einer Phasendifferenz von mehr als 180 über eine Phasenumkehrschaltung an den einen Kineane des Phasendetektors schaltet, an dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators anliegt

Die erfindungsgemäße Lösung stellt sicher, daß die Vergleichsfrequenzen in kürzest möglicher Zeit synchronisiert werden und daß keine falschen Phasenbeziehungen der Vergleichsfrequenzen mit einem Mitkopplungseffekt und damit zu einem instabilen Zustand bei der Synchronisation führen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemä-Ben Lösung sind den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 6 zu entnehmen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbetspieles soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Synchronisationsschaltung;

Fig.2 eine Kurvendarstellung der Arbeitsfunktion eines Phasendetektors;

Fig.3 pjne Kurvendarstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Synci-onisationsschaltung;

F i g. 4 ein detailliertes Blockschaltbild der Synchronisationsschaltung gemäß F i g. 1 und

Fig.5 und 6 Kurvendarstellungen von Signalen in verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß F i g. 4 als Funktion der Zeit.

F i g. 1 zeigt eine Synchronisationsschaltung mit einem nachstimmbaren Oszillator 10, einer Bezugsfrequenz-Signalquelle 11 und einem Pha-jendetektor 12.

Der nachstimmbare Oszillator 10 und die Bezugsfrequenz-Signalquelle 11 sind mit den Eingängen des Phasendetektors 12 verbunden, an dessen Ausgang ein Steuersignal auftritt, das proportional zur Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 und dem Signal der Bezugsfrequenz-Signalquelle 11 ist Das Steuersignal gelangt an den nachstimmbaren Oszillator 10 und beeinflußt die Frequenz desselben, so daß eine Synchronisation mit der Frequenz der Bezugsfrequenz-Signalquelle 11 erfolgt.

Für die nachstehende Erläuterung sei angenommen, daß der nachstimmbare Oszillator 10 und die Bezugsfrequenz-Signalquelle U rechteckförmige Signale erzeugen, die zwischen einem positiven Potential und Nullpotential wechseln, wobei die Frequenz des nachstimmbaren Oszillators 10 höher ist als die Frequenz der Bezugsfrequenz-Signalquelle 11. Ferner sei angenommen, daß der Phasendetektor 12 ein UND-Glied enthält, welches von einem positiven Potential betätigbar ist. einen Sägezahngenerator sowie eine Halteschaltung. Das Bezugsso signal und das Komplement des Ausgangssignals des nachstimmbaren Oszillators 10 gelangen an die Eingänge des UND-Gliedes. Der Sägezahngenerator wird von einen, positiven Potential am Ausgang des UND-Gliedes gesteuert und wandelt die Impulse am Ausgang des UND-Gliedes in Sägezahnsignale um. deren Höchstwerte proportional zur Impulsdauer der Impulse am Ausgang des UND-Gliedes sind. Die Halteschaltung erzeugt ein Regelsignal, welches proportional zu den Spitzenspannungen der Sagezahnsignale ist.

Die in F i g. 3 dargestellten Kurven B und Fzeigen das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators JO bzw. das Bezugsfrequenzsignal für den Fall, oaß das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 dem Bezugsfrequenzsignal ".m weniter als 180° voreilt. In diesem Fall mißt der Phasendetektor 12 das Zeitintervall zwischen den ins Negative verlaufende Poicntialänderungen der Kurven B und F, d. h. das Zusammenfallen zwischen einem positiven Potential iifcr Kurve F und

dem Nullpotential der Kurve B. Wenn die Phasenvoreilung der Kurve B gegenüber der Kurve F zunimmt, nimmt auch das von dem Phasendetektor 12 abgegebene Rcgelsignal zu. Dieser Zustand ist in Fig. 2 durch eine ansteigende Linie 13 dargestellt, die eine positive Steigung aufweist. Die Ordinate V der Darstellung gemäß Fig.2 stellt die Amplitude des Regelsignals dar und die Abszisse Φ zeigt die Phasenvoreilung des Ausgangssignals des nachstimmbaren Oszillators in bezug auf das Bezugsfrequenzsignal. to

Da die Frequenz des Signals gemäß Kurve B größer ist als die des Signals nach der Kurve F, nimmt das Intervall zwischen den ins Negative laufende Potentialsprüngen zu und das in dem Phasendetektor 12 erzeugt Regelsignal nimmt ebenfalls von Periode zu Periode weiter zu. Um die Frequenzsynchronisation herbeizuführen, wird das Regelsignal an den nachstimmbaren Oszillator 10 angelegt und zwar derart, daß es bestrebt ist. dessen Frequenz zu verringern, so daß ein größer werdendes Regelsignal ein Abnehmen der Frequenz des nachstimmbaren Oszillators 10 bewirkt. Die Synchronisationsschaltung wirkt daher gcgenkoppelnd, wenn die Kennlinie des Phasendetektors 12 eine positiven Steigung aufweist, etwa längs des Abschnittes 13.

Die Kurven B und F' gelten für den Fall, daß das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 hinter dem Bezugsfrequenzsignal um weniger als 180° nacheilt, das heißt, daß das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 gegenüber dem Bezugsfrequenzsignal um mehr als 180° voreilt. In diesem Fall mißt der Phasendetektor 12 das Zeitintervall zwischen den ins Positive gehenden Potentialsprüngen der Kurven B und F'. Wenn die Phasenvoreilung der Kurve B gegenüber der Kurve F' zunimmt, das heißt, wenn die Phasennacheilung der Kurve B gegenüber der Kurve F' abnimmt, nimmt auch das im Phasendetektor 12 erzeugte Regeisignai ab. Dieser Zustand ist in der Phasendetektorkennlinie gemäß F i g. 2 durch einen Abschnitt 14 mit negativer Steigung dargestellt. Da die Frequenz der Kurve B größer ist als die der Kurve F', nimmt das Zeitintervall zwischen den ins Positive verlaufenden Potcntialsprüngen ab und das in dem Phasendetektor 12 erzeugte Regelsignal nimmt von Periode zu Periode ebenfalls ab. Diese Abnahme bewirkt, daß die Frequenz des nachstimmbaren Oszillators 10 ansteigt, während eine Abnahme der Frequenz erforderlich wäre, um den nachstimmbaren Oszillator 10 zu synchronisieren. Im Abschnitt 14. also bei negativer Steigung der Kennlinie, arbeitet die Synchronisationsschaltung demnach mitkoppelnd, während sie als Gegenkopplungsschaltung arbeiten sollte.

Um zu verhindern, daß die Synchronisationsschaltung in einen Mitkopplungs-Betriebszustand übergeht, wird das Bezugssignal der Bezugsfrequenz-Signalquelle 11 an den Eingang des Phasendetektors 12 auf zwei verschiedenen Wegen geleitet. Der eine Weg ist durch eine direkte Verbindung über den Kontakt 15 eines Steuerschalters 16 gegeben, während der andere Weg durch eine Verbindung über eine Phasenumkehrschaltung 17 und einen Kontakt 18 des Steuerschalters 16 hergestellt wird. Die Phasenumkehrschaltung 17 dreht die Phase des Bezugssignals um 180°. Die Ausgangssignale des nachstimmbaren Oszillators 10 und der Bezugsfrequenz-Signalquelie 11 sind mit einer logischen Steuerschaltung 19 verbunden, weiche den Steuerschalter 16 betätigt, wie durch die gestrichelte Linie 20 angedeutet ist. Der Steuerschalter 16 kann ein elektronischer oder auch ein mechanischer Schalter sein, je nach der Betriebsfreqiienz des nachstimmbaren Oszillators 19 uird von der Phasenbeziehung zwischen dem Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 und dem Bezugsfrequenzsignal beeinflußt. Wenn die Phasenbc/iehung richtig ist, das heißt, wenn das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 vor dem Bezugsfrequenzsigna! um weniger als 180° in der Phase vrrcilt. schließt die logische Steuerschaltung 19 den Kontakt 15 des Steuerschalters 16, so daß das Bezugsfrequcnzsignal direkt an den Eingang des Phasendetektors 12 gelangt. Wenn die Phasenbeziehung falsch ist. das heißt, wenn das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 gegenüber dem Bezugsfrequenzsignal um weniger als 180° in der Phase nacheilt, schließt die logische Steuerschaltung 19 den Kontakt 18 des Steuerschalters 16. so daß das Bezugsfrequenzsignal um 180³ gedreht an den Eingang des Phasendetektors 12 gelangt. Diese Phasenumkehr bewirkt, daß die an den Phasendetektor 12 gelangenden Hingangssignaie immer die richtige Phasenbeziehung haben. Anders ausgedrückt, wenn das Bezugssignal um 180° in der Phase gedreht wird, eilt das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators 10 dem invertierten Bezugssignal um weniger als 180° in der Phase vor. Die logische Steuerschaltung 19 steuert also den Steuerschalter 16 derart, daß das Be/ug»ignal der Bezugsfrequenz-Signalquelle 11 immer mit der richtigen Phase an den Phasendetektor 12 gelangt.

F i g. 4 zeigt eine Synchronisationsschaltung mit einer Bezugsfrequenz-Signalquelle 30. einem elektronischen Steuer- und Umkehrschalter 31, einer logischen Steuerschaltung 32, eintm Phasendetektor 33. einer zu synchronisierenden Signalspannungsquelle 34 und einer Bereichsnachstellschaltung 35. Die Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 entspricht der Bezugsfrequenz-Signalquelle 11 gemäß Fig. 1. der elektronische Steuer- und Umkehrschalter 31 entspricht dem Steuerschalter 16 und der rhäseriümkcnrscnäiiüng »7, die logische Sie«= erschaltung 32 entspricht der entsprechenden logischen Schaltung 19 gemäß F i g. 1. der Phasendelektor 33 entspricht dem Phasendetektor 12 und die Signalspannungsquelle 34 entspricht dem nachstimmbaren Oszillator 10 gemäß Fig. 1.

Die Signalspannungsquelle 34 umfaßt einen nachstimmbaren Oszillator 36 und einen an den Ausgang desselben angeschalteten Zähler 37. Dieser Zähler dient als Frequenzteiler für die von dem nachbestimmbaren Oszillator 36 erzeugten Impulse. Der Zähler 37 reduziert die Impulsrate der vom Oszillator 36 erzeugten Impulse in einem bestimmten Verhältnis. Es sei angenommen, daß das Reduktionsverhältnis K des 7-ählers 37 gleich 10 sei. Die Impulse am Ausgang des Zählers 37 sind in F i g. 5 als Signale B dargestellt.

Die logische Steuerschaltung 32 umfaßt ein J-K- Flip-Flop 40 sowie vier UND-Glieder 42, 43. 44, 45. Der elektronische Steuer- und Umkehrschalter 31 umfaßt ein /-K-Flip-FIop 41 sowie zwei UND-Glieder 50 und 51. Die /-/C-Flip-Flops 40 und 41 sind bistabile Vorrichtungen mit den Eingängen /. C und K und den_Ausgängen B und S bei dem Flip-Flop 40 bzw. Fund Fbei dem Flip-Flop 41. Die beiden /-K-Flip-Flops 40 und 41 und die UND-Glieder 42 bis 45,50 und 51 weisen an ihren Ausgängen entweder positives Potential oder Nullpotential auf. Die Eingänge /und K der Flip-Flops 40 und 41 sind beide mit einer positiven Spannungsquelle verbunden. Wird am Takteingang C dieser Rip-Flops ein Potentialsprung von positivem Potential zu Nullpotential durchgeführt etwa am Ende jedes an diesen gelangenden Impulses, so ändert das /K-Flip-Flop seinen

Schaltzusland, das heißt, der Ausgang β gehl von einem positiven Potential auf Nullpotential und der Ausgang ~B von Nullpotential Jui ein positives Potential über, oder umgekehrt. Die ,/-/C-Flip-Flops 40 und 41 dienen also zum Halbieren der Impulsrate der an die Takteingänge C gelangenden Impulse und zum Umwandeln der Wellenform der Eingangssignale in Rechteckwellen. Der Ausgang des Zählers 37 ist mit dem Takteingang Cdes Flip-Flops 40 verbunden. Der Ausgang ~Bdes Flip-Flops 40 ist mit einem Eingang des UND-Glieder 42 und einem Eingang des UND-Gliedes 44 verbunden, während der Ausgang B des Flip-Flops 40 mit einem Eingang des UND-Gliedes 43 und einem Eingang des UND-Gliedes 45 verbunden ist. Der Ausgang F des Flip-Flops 41 ist mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 42 sowie is des UND-Gliedes 43 verbunden, während der Ausgang Fdes Flip-Flops 41 mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 44 und d;~ anderer. Eingang des UND-Gücdss 45 verbunden ist. Die am Ausgang B des Flip-Flops 40 auftretenden Binärsignale sowie das Ausgangssignal F des Flip-Flops41.das Ausgangssignaides UND-Gliedes 42. das Ausgangssignal des UND-Gliedes 43, das Ausgangssignal des UND-Gliedes 44 und das Ausgangssigna» des UND-Gliedes 45 sind jeweils in den F i g. 5 und 6 durch die Kurven B. F, BF. BF.~BT. bzw. ßFdargestellt. Wie die Kurven der F i g. 5 und 6 erkennen lassen, ist der Ausgang des UND-Gliedes 42 nur dann auf einem positiven Potential, wenn der Ausgang ~B des Flip-Flops 40 und der Ausgang Fdes Flip-Flops 41 positives Potential führe j. Der Ausgang des UND-Gliedes 43 ist nur dann auf positivem Potential, wenn der Ausgang B des Flip-Flops 40 und der Ausgang Fdes Flip-Flops 41 positives Potential führen. Der Ausgang des UND-Gliedes 44 ist nur dann auf positivem Potential, wenn der Ausgang ~B des Flip-Flops 40 und der Ausgang Fdes Flip-Flops 41 positives Potential führen. Schließlich ist der Ausgang des UND-Gliedes 45 nur dann auf positivem Potential, wenn der Ausgang Bdes Flip-Flops 40 und der Ausgang Fdes Flip-Flops 41 positives Potential führen.

Die Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 erzeugt asymmetrische periodische Impulse, die durch die Kurve Fin F i g. 5 dargestellt sind. Die Asymmetrie ist typisch für Taktimpulse, welche von der Taktspur eines Plattenspeichers herrühren. Das Zeitintervall Ti zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen unterscheidet sich von dem Zeitintervall T₂ der nächsten aufeinanderfolgenden Impulse, obwohl die Summe Ti und Ti, das heißt Ta, praktisch konstant bleibt. In dem oben angeführten Sinne sind die Bezugsimpulse der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 asymmetrisch. Ta ist die Durchschnittsperiode so der Bezugsimpulse und entspricht T, + T*

Der Ausgang der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 ist mit einem Eingang des UND-Gliedes 50 und einem Eingang des UND-Gliedes 51 verbunden. Der Ausgang des UND-Gliedes 42 ist mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 50 und der Ausgang des UND-Gliedes 45 mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 51 verbunden. Die Ausgänge der UND-Glieder 50 und 51 sind beide mit dem Takteingang Cdes Flip-Flops 41 gekoppelt, so daß dieses jedes Mal dann seinen Schaltzustand ändert, wenn am Ausgang des UND-Gliedes 50 oder am Ausgang des UND-Gliedes 51 ein Potentialsprung von einem positiven zum Nullpotential stattfindet Wie weiter unten noch in Einzelheiten erläutert ist, steuert der elektronische Steuer- und Umkehrschalter 31 das Steuer-Flip-Flop 41, so daß die Ausgangspotentiale desselben sich in dem richtigen Phasenverhäknis in bezug auf den Ausgang des Rip-Hops 40 ändern.

Der Phasendetektor 33 umfaßt einen ersten Sägezahngenerator 60. einen zweiten Sägezahngenerator 61 und eine Halteschaltung 62. wobei die Sägezahngenera· toren 60 und 61 identisch ausgebildet sind. Jeder derselben hat einen Freigabeeingang und einen Rückstelleingang. Der Sägezahngenerator 60 hat einen Ausgang R-, und der Sägezahngenerator 61 einen Ausgang Ri. Die Sägezahngeneratoren 60 und 61 integrieren die an ihren Eingängen liegenden Spannungen his zum Auftreten eines Rückstellimpulses. Wenn ein Potentialsprung von Nullpotential auf ein positives Potential an dem Freigabeeingang auftritt, erzeugt der Sägezahngenerator ein Ausgangssignal, das eine konstante Steigung aufweist und solange ansteigt, bis ein Potentialsprung von einem positiven zum Nullpotential an dem Freigabeeingang auftritt. Dieses Potential wird sodann am Ausgang des Sägezahngenerators festgehalten, bis ein Potentialsprung vom N»llpoiential auf ein positives Potential am Rückstelleingang des Sägezahngenerators auftritt, und zu dieser Zeit nimmt der Ausgang des Sägezahngenerators wieder das Nullpotential an. Die Sägezahngeneratoren 60 und 61 dienen also als Spannungswandler. Die Spannung am Ausgang in dem Intervall zwischen jedem Spannungssprung von positiv nach Null am Freigabeeingang und dem folgenden Spannungssprung von Null auf einen positiven Wert am Rückstelleingang ist proportional zur Dauer des vorhergegangenen positiven Impulses am Freigabeeingang.

Der Ausgang des UND-Gliedes 42 ist mit dem Freigabeeingang des Sägezahngenerators 60 und der Ausgang des UND-Gliedes 43 mit dem Rückstelleingang des Sägezahngenerators 60 verbunden. Wie bereits anhand der Kurven von F i g. 5 erläutert, ist die Dauer der positiven Impulse am Ausgang des UND-Gliedes 42 proportional zum Zeitintervall zwischen dem ins Negative gehenden Potentialsprung am Ausgang S des Flip-Flops 40 und dem ins Negative gehenden Potentialsprung am Ausgang Fdes Flip-Flops 41. Das Ausgangspotential des Sägezahngenerator 60 ist während des Halteintcrvalls daher proportional zur Zeitdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Zustandsänderungen des Flip-Flops 40 und des Flip-Flops 41. Der Ausgang des UND-Gliedes 45 ist mit dem Freigabeeingang des Sägezahngenerators 61 und der Ausgang des UND-Gliedes 44 mit dem Rückstelleingang des Sägezahngenerators 61 verbunden. Wie anhand von F i g. 5 schon erläutert, ist die Dauer der positiven Impulse am Ausgang des Flip-Flops 45 proportional zum Zeitintervall zwischen dem ins Positive verlaufenden Potentialsprung am Ausgang B des Flip-Flops 40 und dem ins Positive gehenden Potentialsprung am Ausgang F des Flip-Flops 41. Das Ausgangspotential des Sägezahngenerators 61 während des Halteintervalls ist also proportional zur Zeitdifferenz der von dem Flip-Flop 40 und von dem Flip-Flop 41 abgegebenen Ausgangssignale. Die Proportionalitätskonstanten der Ausgangspotentia-Ie der Sägezahngeneratoren 60 und 61 sind identisch, das heißt, für eine gegebene Phasendifferenz erzeugen beide Sägezahngeneratoren dieselbe Ausgangsspannung. Gemäß den F i g. 5 und 6 wird der Sägezahngenerator 60 jedes Mal zurückgestellt, wenn ein ins Positive laufender Spannungssprung am Ausgang F des Flip-Flops 41 auftritt Gemäß den F i g. 5 und 6 wird der Sägezahngenerator 61 jedes Mal zurückgestellt wenn ein ins Negative laufender Potentialsprung am Ausgang Fdes Flip-Flops 41 auftritt

Die Ausgänge R\ und R\ der Sägezahngeneratoren 60 und 61 sind mittels gleicher Widerstände 63 und 64 an

eine gemeinsame Verbindungsstelle X angeschaltet, die wiederum mit dem Eingang der Halleschaltung 62 verbunden ist. Die Ausgänge der UND-Glieder 50 und 51 sind mit dem Freigabeeingang der Halteschaltung 62 verbunden. Es kann jedoch auch die Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 direkt mit dem Freigabeeingang der Halteschaltung 6Ί verbunden werden. Jeder ins Negative laufende Po'.cntialsprung der Bezugsfrequenzsignale, die von der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 über die UND-Glieder 50 und 51 laufen, stellt die Halteschaltung 62 auf einen Wert ein, der dem augenblicklichen Wert des Potentials an der Verbindungsstelle X proportional ist und hält diesen Wert bis zum nächsten negativen Potentialsprung konstant. Gemäß den Kurven R\, R2 und X in F i g. 6 ist das Potential an der Verbindungsstelle X proportional der Summe der Potentiale an den Ausgängen R\ und R2. Man erkennt ferner, daß bei jedem ins Negative gehenden Potentialsprung der Bezugsfrequenz-Signaiqueiie 30 der Ausgang eines der Sägezahngeneratoren 60 und 61 gerade seinen Spitzenwert erreicht hat und daß der Ausgang des jeweils anderen Sägezahngenerators 60 bzw. 61 gerade zurückgestellt wird. Die Spannung an der Verbindungsstelle Xist proportional zur Summe der Zeitdifferenzen zwischen aufeinanderfolgenden Zustandsänderungen des Flip-Flops 40 und des Flip-Flops 41 während zweier aufeinanderfolgender Halbperioden des Flip-Flops 41.

Der Ausgang der Halteschaltung 62 bildet den Ausgang des Phasendetektors 33 und führt ein Steuersignal, welches proportional zur Phasendifferenz zwischen den Bezugsfrequenzsignalen aus der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 und den Impulsen aus dem Zähler 37 ist. Die Asymmetrie der Bezugsfrequenzsignale, die wiederum zu unterschiedlichen Werten von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen führt, also zu unterschiedlichen Werten der Phasendifferenz während aufeinanderfolgender Halbpcriodcn des Signals am Ausgang F des Flip-Flops 41, wird gemittelt durch Kombination der Ausgangssignale der Sägezahngeneratoren 60 und 61 an der Verbindungsstelle X.

Der Ausgang der Halteschaltung 62 ist mit dem Frequenzsteuereingang des nachstimmbaren Oszillators 36 verbunden. Das Signal am Ausgang der Halteschaltung 62 ändert sich in jedem Vergleichszeitpunkt, bis die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit am Ausgang des Zählers 37 genau gleich der Anzahl der Bezugsfrequenzsignale pro Zeiteinheit von der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 ist, woraufhin das Regelsignal auf einer konstanten Höhe verharrt, so daß die Frequenz des Oszillators 36 ein Mehrfaches der Frequenz der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 ist. wobei das Mehrfache gleich dem Teilungsverhältnis K des Zählers 37 ist. Die Kurven Sund Fin Fig.5 zeigen die Ausgangssignale des Zählers 37 bzw. der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30 nach der Synchronisierung der Frequenzen derselben mit der Schaltung nach F i g. 4. Sobald die Synchronisation erreicht ist, ist die Periodendauer der am Ausgang des Zählers 37 auftretenden Impulse gleich dem halben Durchschnittswert der Periode Ta der Bezugsfrequenzsignale der Bezugsfrequenz-Signalquelle 30. Es treten keine Schwankungen bei dem Regelsignal am Ausgang der Halteschaltung 62 auf, da die Phasendifferenz zwischen einzelnen Impulsen der Kurve B und der Kurve F sich aufgrund der Asymmetrie der letztgenannten Kurve F ändert. Dies ist im wesentlichen zurückzuführen auf die Mittelwertbildung durch Kombinieren der Ausgangssignale der Sägezahngeneratoren 60 und 61.

Die Bereichsnachstellungsschaltung 35 ist mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 36. dem Sägezahngenerator 60 und dem Sägezahngenerator 61 verbanden. Wenn die Schaltung nach Fig. I in bezug auf eine Bezugsfrequenz-Signalquelle mit größerer oder niedrigcrer Frequenz synchronisiert werden soll, so liefert die Bereichsnachstellungsschaltung 35 eine Spannung an den Oszillator 36, die die Frequenz desselben auf einen Istwert einstellt, der nahe dem Vielfachen K der neuen Frequenz der Bezugsimpulse ist. In gleicher Weise be-

ίο wirkt die Bereichsnachstellschaltung 35 eine Einstellung der Steigung der Sägezahnspannung der Sägezahngeneratoren 60 und 61, so daß die Neigung der Sage/ahnspannungen auf einen für die neue Frequenz passenden Wert eingestellt wird. Danach bringt die Synchronisierschaltung den Oszillator 36 wieder in einen synchronen Lauf mit der K fachen Frequenz der neuen Be/ugsfr·*· quenz-Signalquelle. Es sei erwähnt, daß die logische Steuerschaltung 32 den Freigabeeingang und den Rücksteiieingang der Sagc/aiiiigerieraiorcn SO und 5S nich; richtig beeinflussen würde, wenn der Ausgang B gegenüber dem Ausgang F um mehr als 180" in der Phase voreilen würde, das heißt, wenn der Ausgang F gegenüber dem Ausgang B um weniger als 180' in der Phase voreilen würde.

Dabei würde die Rolle der Sägezahngencratoren 60 und 61 vertauscht werden, indem der Sägezahngenerator 60 auf das Zeitintervall zwischen den ins Positive gehenden Potentialsprüngen an den Ausgängen ßund F und der Sägezahngenerator 61 auf das Zeitintervall zwisehen den ins Negative laufenden Potentialsprüngen an den Ausgängen B und Fanspricht. Diese Rollenvertauschung würde eine Umkehr der Steigungsrichtung der Kennlinie des Phasendetektors 33 bewirken, so daß dieser den Oszillator 36 in der falschen Richtung beeinflussen und also keine Frequenzchronisation herbeiführen würde. Es könnte dann eine Schwingungsanfachung ericiger!. Ferner würden in diesem Fall die Sägezahngeneratoren zu schnell zurückgestellt werden, so daß die von beiden erzeugten integrierten Potentiale nicht gleichzeitig auftreten würden. Wenn zum Beispiel der Ausgang F gegenüber dem Ausgang B eine "hasenvoreilung von weniger als 180^J zeigt, spricht der Sägezahngenerator 61 auf das Zeitintervall zwischen jedem ins Negative laufenden Potentialsprung an den Ausgängen ßund Fan und wird durch das UND-Glied 45 zurückgestellt, wenn ein ins Negative laufender Potentialsprung am Ausgang ß auftritt.

Die Ausgangssignale der UND-Glieder 42 und 45 dienen sowohl zur Freigabe der Sägezahngeneratoren 60 und 61 als auch zur Freigabe der UND-Glieder 50 und 51. Dadurch wird verhindert, daß das Flip-Flop 41 außerhalb der richtigen Phasenbeziehung in bezug auf das Flip-Flop 40 läuft Die UND-Glieder 50 und 51 steuern also die Übertragung der Bezugsimpulse von der Bezugsimpulsspannungsquelle 30 an den Eingang C des Flip-Flops 41 derart, daß der Ausgang B des ;^rlip-Flops 40 gegenüber dem Ausgang Fdes Flip-Flops 41 immer um weniger als 180° in der Phase voreilt. Dies läßt sich aus folgenden Betrachtungen erkennen:

Das UND-Glied 42 liefert erst ein Freigabesignal an das UND-Glied 50, wenn der Ausgang ßdes Flip-Flops 40 Nullpotential führt und wenn der Ausgang F des Flip-Flops 41 ein positives Potential hat. Wenn diese beiden Bedingungen gleichzeitig vorhanden sind, eilt das Ausgangssigna! um weniger als 180° in der Phase nach, und das Flip-Flop 41 ändert seinen Schaltzustand bei dem nächsten Bezugsimpuls, so daß der Ausgang F Nullpotential annimmt. Das UND-Glied 45 gibt nur

11 .

dann ein Freigabesignal an das UND-Glied 51, wenn der Ausgang f'des Flip-Flops 41 Nullpotential hat und wenn der Ausgang B des Flip-Flops 40 positives Potential führt. Wenn diese beiden Bedingungen gleichzeitig vorhanden sind, wenn also der Ausgang F gegenüber dem Ausgang B um weniger als 180° in der Phase nacheilt, ändert das Flip-Flop 41 seinen Schaltzustand bei Empfang des nächsten Bezugsimpulses, so daß der Ausgang fdann positives Potential annimmt.

Die UND-Glieder 50 und 51 zwingen das Flip-Flop 41 also in eine richtige Phasenbeziehung im Verhältnis zu dem Flip-Flop 40. Gemäß Fig.5 sind die Ausgänge B und F anfänglieh beide auf Nullpotential, so daß der erste Bezugsitnpuls von der Bezugsimpulsspannungsquellc 30 durch das UND-Glied 51 gelangt, nachdem der Ausgang Sein positives Potential angenommen hat. Danach jedoch geht die richtige Phasenbeziehung wegen der anfänglichen großen Abweichung der Perioden der Kurven 5 und F verloren, und der Bezugsimpuls wird nicht ?n den Eingang C des Flip-Flops 41 geleitet. In dem Zeitpunkt, wo der zweite Bezugsimpuls auftritt, der durch die gestrichelte Linie 47 bei der Kurve F dargestellt ist, ändert das Flip-Flop 41 seinen Schaltzustand nicht. Wenn der dritte Bezugsimpuls auftritt, wird die richtige Phasenbeziehung wieder hergestellt, und das Flip-Flop 41 ändert seinen Schaltzustand aufgrund dieses Bezugsimpulses. Die Kurve F'zeigt die Funktion des elektronischen Steuer- \ir.i. Umkehrschalters 31 in dem Fall, das der Ausgang F dos Flip-Flops 41 anfänglich positives Potential führt. In diesem Fall wird beim Auftreten der ersten beiden Bezugsimpulse, die durch die gestrichelten Linien 48 und 49 bei der Kurve F' dargestellt sind, kein Potentialsprung bei dem Flip-Flop 41 auftreten. Wenn der dritte Bezugsimpuls auftritt, wird die richtige Phasenbeziehung wieder hergestellt, und das Flip-Flop 41 ändert seinen Schaltzustand. Der elektronische Steuer- und Umkehrschaiter 31 arbeitet in gleicher Weise zum Wiederherstellen der richtigen Phasenbeziehung, wenn nach Erreichen der Synchronisation eine Störung in der Schaltung auftritt. Wenn die richtige Phasenbeziehung verloren gegangen ist, wird der Zustand des Flip-Flops 41 um 180° in der Phase gedreht, da es nicht auf den nächsten Bezugsimpuls anspricht. Die UND-Glieder 50 und 51 und das Flip-Flop 41 arbeiten daher in der gleichen Weise wie der Steuerschalter 116 und die Phasenumkehrschaltung 17 in Fig. 1. Es sei erwähnt, daß beim Fehlen der richtigen Phasenbeziehung das Ausgangssignal der Halteschaltung 62 konstant bleibt

50 Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

55

60

65

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Synchronisation der Frequenz eines nachstimmbaren Oszillators mit der Frequenz einer Bezugsfrequenz-Signalquelle, deren Ausgänge direkt oder über eine Phasensteuerschaltung mit den Eingängen eines Phasendetektors verbunden sind, der ein der Phasendifferenz der von dem nachstimmbaren Oszillator und der Bezugsfrequenz-Signalquelle abgegebenen Ausgangssignale entsprechendes Steuersignal an den nachstimmbaren Oszillator abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensteuerschaltung (15—20; 31, 32) eine eingangsseitig mit den Ausgängen des nachstimmbaren Oszillators (10; 36) und der Bezugsfrequenz-Signalquelle (11; 30) verbundene togische Steuerschaltung (19; 32) enthält, deren Ausgangssignal das Ausgangssignal der Bezugsfrequenz-Signalquelle ill; 30) bei einer Phasendifferenz zwisehen den Ausgangssignalen des nachstimmbaren Osziallators (10; 36) und der Bezugsfrequenz-Signalquelle (11; 30) von weniger als 180° unmittelbar und bei einer Phasendifferenz von mehr als 180° über eine Phasenumkehrschaltung (17; 41) an den einen Eingang des Phasendetektors (-12) schaltet, an dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des nachstimmbaren Oszillators (10; 34) anliegt.

2. Synchronisationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensteuerschaltung eine lugische Steuerschaltung (19) enthält, deren einer Eingang mit dem n^hstimmbaren Oszillator (10) und deren anderer Eingang mit der Bezugsfrequenz-Signalquelle (11) ver< unden ist und deren Ausgang einen als Umschalter ausgebildeten Steuerschalter (16) ansteuert, daß der Phasendetektor (12) zwei Eingänge aufweist, von denen der eine mit dem Ausgang des nachstimmbaren Oszillators (10) und der andere mit dem beweglichen Kontakt des Steuerschalters (16) verbunden ist, und daß der eine Umschaltkontakt (15) des Steuerschalters (16) direkt und der andere Umschaltkontakt (18) über die Phi> senumkehrschaltung (17) mit der Bezugsfrequenz-Signalquelle (11) verbunden ist.

3. Synchronisationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenumkehrschaltung aus einem ///(-Flip-Flop (41) besteht, dessen Triggereingang mit den Ausgängen zweier als Steuerschalter dienender erster UND-Gatter (50, 51) verbunden ist. deren einer Eingang mit dem Ausgang der Bezugsfrequenz-Signalquelle (30) und deren jeweils anderer Eingang mit jeweils einem Ausgang der logischen Steuerschaltung (32) verbunden ist, an denen nur dann ein Signal ansteht, wenn die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der Bezugsfrequenz-Signalquelle (30) und dem nachstimmbaren Oszillator (34) weniger als 180° beträgt.

4. Synchronisationsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Steuerschallung (32) ein //K-Flip-Flop (4Q) enthält, dessen Triggercingang mit dem Ausgang des nachstimmbaren Oszillators (34) und dessen Ausgänge (B. TT) mit einem Verknüpfungsncl/werk mit vier UND-Gattern (42, 43, 44, 45) verbunden sind, wobei der eine Ausgang (D) mit einem von jeweils zwei Eingängen b5 des zweiten und vierten UND-Gatters (43 bzw. 45) und der komplementäre Ausgang (W) mit einem von jeweils zwei Eingängen des ersten und dritten UND-Gatters (42 bzw. 44) verbunden ist, daß der andere Eingang des ersten und zweiten UND-Gatters (42 bzw. 43} an den einen Ausgang (F)des als Phasenumkehrschalhing dienenden //K-Flip-Flops (41) und der andere Eingang des dritten und vierten UND-Gatters (44, 45) an dem komplementären Ausgang (F) des als Phasenumkehrschaltung dienenden //K-Flip-Flops (41) angeschlossen ist. daß der Ausgang des ersten UND-Gatters (42) mit dem Einstelleingang und der Ausgang des zweiten UND-Gatters (43) mit dem Rückstelleingang eines ersten im Phasendetektor enthaltenen Sägezahngenerators (60) und der Ausgang des dritten UND-Gatters mit dem Einstelleingang und der Ausgang des vierten UND-Gatters (45) mit dem Rückstelleingang eines zweiten im Phasendetektor enthaltenen Sägezahngenerators (61) verbunden ist.

5. Synchronisationsschaltung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Sägezahngeneratoren (60, 61) über Widerstände (63, 64) zusammengeschaitet und an den Eingang einer Halteschaltung (62) angeschlossen sind, wobei die Halteschaltung (62) bei jeder negativen Flanke der von der Bezugsfrequenz-Signalquelle (30) abgegebenen Impulse an ihrem Ausgang ein Signal (C) abgibt, das proportional zu den aufsummierten Werten der Phasendifferenz zwischen den Zuständen der beiden //K-FIip-Flops (40) bzw. (41) zu verschiedenen Zeitpunkten ist

6. Synchronisationsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß eine Bereichsnachstellschaltung (35) vorgesehen ist, die mit einem Steuereingang des nachstimmbaren Oszillators (34) und mit einem Steuereingang zu- Einstellung der Anstiegsgeschwindigkeit der von den Sägezahngeneratoren (60,61) abgegebenen sägezahnförmigen Signale verbunden ist.