DE2164175A1

DE2164175A1 - Schaltung zur digitalen frequenzeinstellung eines in einer regelschleife liegenden oszillators

Info

Publication number: DE2164175A1
Application number: DE2164175A
Authority: DE
Inventors: Karl Schlosser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1973-06-28
Also published as: DE2164175C3; US3889204A; JPS4874157A; IT971904B; JPS528140B2; DE2164175B2; FR2164655A1; FR2164655B1; GB1343108A

Description

SIEKSNS AKTIENGESELLSCHAFT München, den ."· ^

Berlin und München 2164175 Wittelsbacherplatz 2

" 71/673·';

Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators, "bei der über einen die Oszillatorschwingungen zählenden Frequenzzähler ein Istwert der Schwingungszahl oder der Zählzeit abgeleitet wird, der mit einem Sollwert gleicher Art verglichen wird, und bei der als Vergleichsergebnis eine der Ablage des Istwertes entsprechende Regelspannung gebildet wird, die eine Änderung der Oszillatorfrequenz bewirkt.

Bei bekannten Schaltungen dieser Art (z.B. DBP 1 159 043; NO)Z, 1971; Heft 10,. S.545-550) wird der Frequenzzähler insbesondere dazu verwendet, um die Zählzeit zu ermitteln, die zum Abzählen einer einsteilbaren Soll-Schwingungszahl notwendig ist. Aus der Abweichung dieser Zählzeit von einer vorgegebenen SoIl-Zählseit, die erforderlich wäre, wenn der Oszillator die richtige Frequenz abgeben würde, wird schließlich eine analoge Regelspannung abgeleitet, die zur ITachstimmung des Oszillators verwendbar ist.

Andererseits ist bereits vorgeschlagen worden, den Frequenzzähler lediglich für ein vorgegebenes Zeitintervall zur Zählung der Oszillatorschwingungen freizugeben und das hierbei erreichte Zählergebnis rait einem einstellbaren Sollwert zu vergleichen, der bei richtiger Abstimmung des Oszillators diesem Zeitintervall zuzuordnen wäre. Aus der Abweichung deu

7PA 9/660/1004c St/Mo -2-

309826/0 6 27 BAD ORiG₁NAL

den Istwert darstellenden Zählergebnisses vom Sollwert wird dann eine digitale Größe und aus dieser eine analoge Spannung abgeleitet, die dein Oszillator im Sinne einer Hachregelspannung zuführbar ist. _:

Derartige Schaltungen weisen den Nachteil auf, daß eine beispielsweise sinusförmige Störmodulation der Oszillatorfrequenz ein in diesem Fall als Mittelwert über der Zählzeit gebildetes Zählergebnis unter Umständen beeinflussen und damit au einer unerwünschten Verstimmung des Oszillators gegenüber der Soll-Einstellung führen kann. Unter besonderen Phasenbedingungen kann sich zudem im Falle einer periodischen Nachregelung der Oszillatorfrequenz und einer ebenfalls periodischen Störmodulation ein Oszillieren des Regelkreises ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen der eingangs genannten Art insbesondere im Hinblick auf die nachteiligen Auswirkungen von oteraoualationen zu verbessern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Regelspannung zusammen mit einer über einen Frequenzdiskriminator aus der Oszillatorfrequenz abgeleiteten Spannung einem Differenzverstärker zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung einen Frequenzsteuereingang des Oszillators im Sinne einer die Ablage verringernden» resultierenden Regelspannung beaufschlagt.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß die sehr genaue, digitale Frequenzeinstellung des Oszillators von etwaigen Störmodulationen unbeeinflußt bleibt, wobei auch kurzzeitig auftretende Störmodulationen, die sich auf die gesamte Zählzeit bezogen im 'wesentlichen gegenseitig kompensieren und sich daher auf die aus dem Zählergebnis abgeleitete Regelspannung nicht auswirken können, durch die resultierende Regelspannung ausgeregelt werden. Darüber hinaus haben auch Kennwerteverschiebungen des Frequenzdiskriminators auf die Frequenzeinstellung, keinen Einfluß.

VPA 9/660/1004c -3-

309826/0627 bad original

Die Erfindung wird.nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Dabei bezeichnet 1 einen Oszillator, der in seiner Frequenz einstellbar und auf den jeweils eingestellten Wert nachregelbar ist. Ein Teil seiner an der Klemme 2 abgreifbaren Ausg&ngsspannung der Frequenz f wird über einen weiteren Ausgang A¹ dem Eingang A einer digitalen Schaltung 3 zugeführt, in der mittels eines im einzelnen nicht dargestellten, die Oszillatorschwingungen zählenden .Frequenzzählers ein die jeweilige Frequenz des Oszillators 1 angebender Istwert abgeleitet wird, dessen Abweichung gegenüber einem Sollwert durch eine analoge Regelspannung U ausgedrückt wird, die am Ausgang B abgreifbar ist. Eine in der Zeichnung angedeutete Möglichkeit, in die Schaltung 3 einen Sollwert einzuspeichern, besteht darin, ein entsprechendes digitales z.B. BCD- codiertes Signal an die Eingänge S.. bis S- zu legen, wobei dann jeder dieser vieradrig aufzufassenden Eingänge einer Stelle der einzuspeichernden Zahl entspricht.

Die Regelspannung TJ ist jeweils so groß, daß sie bei einer unmittelbaren Verwendung als Frequenzsteuerspannung eine Nachstimmung des Oszillators 1 auf die Sollfrequenz bewirken würde. Nach der vorliegenden Erfindung wird sie jedoch nicht direkt einem Frequenzsteuereingang des Oszillators 1 zugeführt, sondern dem ersten Eingang eines Differenzverstärkers 5» dessen zweiter Eingang mit einer Spannung TJ, beaufschlagt ist, die über einen Frequenzdiskriminator 6 aus der bei A¹ abgreifbaren Oszillatorfrequenz abgeleitet ist. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 5 wird sodann dem Frequenzsteuereingang als resultierende Regelspannung TT * zugeführt, die den Oszillator 1 zu einer Verringerung bzw. Korrektur der Frequenzablage veranlaßt.

Der Aufbau des digitalen Schaltungsteils 3, der zur Ableitung VPA 9/660/1CC4c -4-

309826/0627

der Regelspannung U dient, ist selbst 2iicht Gegenstand der Erfindung. Lediglich zur Verdeutlichungsei darauf hingewiesen, daß der Eingang A im allgemeinen mit dem Eingang des bereits erwähnten Frequenzzählers verbunden ist, der zur Ermittlung der zum Zählen einer vorgegebenen Soll-Schwingungszahl erforderlichen Zählzeit herangezogen werden kann. Diese wird beispielsweise über Kippschaltungen mit einem Soll-Zeitintervall verglichen, das der vorgegebenen Soll-Sehwiiigungszahl zugeordnet ist. Aus dem Ergebnis dieses Zuitvergleichs wird in an sich bekannter Weise die Regelspannung U abgeleitet. Die Eingänge S₁ bis S- sind mit den ersten Eingängen eines digitalen !Comparators verbunden, dessen zweite Eingänge mit den Ausgängen des Frequenzzählers beschaltet sind. Sobald der Komparator eine Übereinstimmung des Zählerstandes mit dem Sollwert feststellt, gibt er ein Koinzidenzsignal ab, welches gegenüber einem den Beginn des Zählvorgangs festlegendan Anfangssignal die Zählzeit bestimmt.

Nach dem bereits erwähnten Vorschlag kann der digitale Schalturigsteil 3 des Prequenzregelkreises in Abweichung hiervon auch εο ausgebildet sein, daß der Frequenzzähler zur Zählung der Oszillatorschwingungen lediglich für ein vorgegebenes Zeitintervall freigegeben wird. Hierbei vergleicht man das erreichte Zählergebnis (Istwert) mit dem über die Klemmen S 1 bis S 4 eingegebenen Schwingungszahl-Sollwert, der bei richtiger Abstimmung des Oszillators diesem Zeitintervall zuzuordnen wäre. Aus der Differenz zwischen Istwert und Sollwert wird beispielsweise mit Hilfe eines Vor-Rückwärts-Zählers eine digitale Greife abgeleitet, die ein Digital-Analog-V/andler sodann in die Regelspannung U umsetzt.

Führt man dem Regelzweig A, 3_S B, 5 eine Ossiilatorfrequenz f. zu, die insbesondere periodisch, z.B. sinusförmig, frequenzmoduliert ist, so ergeben sich folgende Störungen der Regelwirkung: Im Falle einer Beeinflussung des im digitalen Schal-

VPA 9/6GO/1OG4C -!?-

3 0 9 8 2 6/0627.

tungsten 3 ermittelten Zählergebnisses wird eine in Wirklichkeit nicht vorhandene Verstimmung vorgetäuscht, die dann infolge des Einsetzens der Regelwirkung zu einem fälschlichen Nachführen der Oszillatorfrequenz und damit zu einer tatsächlichen Verstimmung führt. Neben diesem unerwünschten Ansprechen der Regelung kommt es andererseits aber auch zu einem Aussetzen der Regelwirkung, falls sich beispielsweise periodische Frequenzmodulationen mit kurzzeitiger Periodendauer bezogen auf die gesamte Zählzeit soweit gegenseitig kompensieren, daß sie keinen Einfluß auf das in 3 ermittelte Zählergebnis nehmen können. Diese Störungen werden durch die Funktion des Regelzweiges A', 6,5 praktisch ausgeschaltet, da dieser die resultierende Regelspannung TJ · so beeinflußt, daß solche Frequenzmodulationen weitgehend unterdrückt werden. Andererseits wird der nachteilige Einfluß von z.B. alterungsbedingten Kennwertes chwankungen im Frequenzdiskriminator 6 auf die Relation von U, zu f und damit auf die Sicherheit der Frequenznachstirnmung durch die Einwirkung der Regelspanmmg II_r auf die resultierende Regelspannung TJ ' zuverlässig beseitigt.

Nach einer Weiterbildung der* Erfindung kann für den Fall, daß der Oszillator 1 mit einem zweiten Frequenzsteuereingang 4' versehen ist, die Regelspannung U.„ sowohl dem einen Eingang des Differenzverstärkers 5 als auch gleichzeitig über eine zusätzliche Verbindung von 5' nach 4^f dem zweiten Frequenzsteuereingang zugeführt werden. Hieraus ergibt sich u.a. die Möglichkeit, die Regelzeitkonstanten für die an den Frequenzsteuereingängen 4 und 4' liegenden Regelspannungskomponenten ν ' und U gegebenenfalls unterschiedlich zu bemessen, uji ein gewünschtes Regelzeitverhalten innerhalb der gesamten Anordnung '/Ai erzielen.

Die Beeinflussung dar genannten Regelzeiten kann beispielsweise durch Einfügung von Tiefpassfiltern 7 und/oder 8 in den Weg der Regelspannungskomponenten TJ ' und/oder U erfolgen.

VfA 9/660/1004c -6-

^309826/0627 BADOR₁G₁NAL

Diesen Filtern kommt außerdem die Bedeutung zu, daß durch die Bemessung ihrer Grenzfrequenz die Bandbreite des gesamten Regelkreises zweckmäßigerweise so gewählt werden kann, daß einerseits die infolge des im Regelkreis auftretenden Eigen-Rauschens entstehende breitrandige Frequenzmodulation von f hinreichend unterdrückt wird und andererseits die gewünschte Regelwirkung voll erhalten bleibt.

3 Patentansprüche
1 Figur

VPA 9/66C/1004c -7-

309826/0627

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators, bei der über , einen die Oszillatorschwingungen zählenden Frequenzzähler ein Istwert .der Schwingungszahl oder der Zählzeit abge-3.eitet wird, der mit einem Sollwert gleicher Art vergleichbar ist, und bei der als Vergleichsergebnis eine der Ablage des Istwertes entsprechende Regelspannung gebildet wird, die eine Änderung der Oszillatorfrequenz bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung (TJ ) und eine über einen Frequenzdiskriminator (6) aus der Oszillatorfrequenz (f.) abgeleitete Spannung (TJ,) den Eingängen eines Differenzverstärkers (5) zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung einen Frequenzsteuereingang (4) des Oszillators (1) im Sinne einer die Ablage verringernden, resultierenden Regelspannung (TJ,') beaufschlagt.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeispannung (U ) sowohl dem einen Eingang des Differenzverstärkers als auch einem zweiten Frequenzsteuereingang des Oszillators zugeführt wird.

J5. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einem der Frequenzsteuereingängs (4,4^s) des Oszillators (1) ein Tiefpassfilter (7,8) vorgeschaltet ist.

VPA 9/6CO/1OO4

3 0 9 8 2 6 / 0 G 2 7 _6A0

Leerseite