DE2164175C3

DE2164175C3 - Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators

Info

Publication number: DE2164175C3
Application number: DE2164175A
Authority: DE
Inventors: Karl 8033 Planegg Schlosser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1978-03-30
Also published as: FR2164655A1; DE2164175B2; GB1343108A; JPS4874157A; JPS528140B2; DE2164175A1; FR2164655B1; US3889204A; IT971904B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ei "£ Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators, bei der über einen die Oszillatorschwingungen zählenden Frequenzzähler der 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. DE-PS 11 59 043; NTZ, 1971, Heft 10, S. 545-550) wird der Frequenzzähler insbesondere dazu verwendet, um die Zählzeit zu ermitteln, die zum Abzählen einer einstellbaren Soll-Schwingungszahl notwendig ist. Aus der Abweichung dieser Zählzeit von einer vorgegebenen Soll-Zählzeit, die erforderlich wäre, wenn der Oszillator die richtige Frequenz abgeben würde, wird schließlich eine analoge Regelspannung abgeleitet, die zur Nachstimmung des Oszillators verwendbar ist.

Andererseits ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 21 64 007), den Frequenzzähler lediglich für ein vorgegebenes Zeitintervall zur Zählung der Oszillatorschwingungen freizugeben und das hierbei erreichte Zählergebnis mit einem einstellbaren Sollwert zu vergleichen, der bei richtiger Abstimmung des Oszillators diesem Zeitintervall zuzuordnen wäre. Aus der Abweichung des den Istwert darstellenden Zählergebnisses vom Sollwert wird dann eine digitale Größe und aus dieser eine analoge Spannung abgeleitet, die dem Oszillator im Sinne einer Nachregelspannung 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 zu 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 Strömmodulation ein Oszillieren des Regelkreises ergeben.

Des weiteren ist aus der DE-AS 12 5! J8H ein Spannungs-Frequenz-Wandler bekannt, mit einer Oszillatorregelschleife, wobei eine Steuerspannung und eine aus der Oszillatorspannung abgeleitete Spannung einem Differenzverstärker zugeführt werden, der ein Nachstimmsignal für den Oszillator abgibt, während es aus der GB-PS 11 45 319 bekannt ist, bei einem Oszillator-Regelkreis zwei Regelsignale, deren eines über einen Frequenzkomparator aus der Oszillatorschwingung abgeleitet ist, einem Differenzverstärker zuzuführen, der ebenfalls ein Nachstimmsignal für den Oszillator abgibt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators der eingangs näher genannten Art anzugeben, bei der die nachteiligen Auswirkungen von Störmodulationen entfallen.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale erreicht.

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.

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 Ausgangsspannung der Frequenz /» wird über einen weiteren Ausgang A'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_r ausgedrückt wird, die am Ausgang B abgreifbar ist. Eine in der Zeichnung angedeutete Möglichkeit, in die Schaltung .1 einen Sollwert einzuspeichern, besteht darin, ein entsprechendes digitales z. B. BCD-codiertes Signal an die Eingänge 51 bis 54 zu legen, wobei dann jeder dieser Eingänge einer Stelle der einzuspeichernden Zahl entspricht.

Die Regelspannung U, 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 ein<:r Spannung Udbeaufschlagt ist,

die über einen Frequenzdiskriminator 6 aus der bei A' abgreifbaren Oszillatorfrequenz abgeleitet ist. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 5 wird sodann dem Frequenzsteuereingang 4 als resultierende Regelspannung U_r' zugeführt, die den Oszillator 1 zu einer Verringerung bzw. Korrektur der Frequenzablage veranlaßt.

Der Aufbau des digitalen Schaltungsteils 3, der zur Ableitung der Regelspannung U_r dient, ist selbst nicht Gegenstand der Erfindung. Lediglich zur Verdeutlichung sei 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-Schwingungszahl zugeordnet ist. Aus dem Ergebnis dieses Zeitvergleichs wird in an sich bekannter Weise die Regelspannung U_r abgeleitet Die Eingänge S i bis 54 sind mit den ersten Eingängen eines digitalen Komparators verbunden, dessen zweite Eingänge mit den Ausgängen des Frequenzzählers beschallet sind. Sobald der Komparator eine Übereinstimmung des Zählerstandes mit dem Sollwert feststellt, gibt er ein Koinzidenzsignal ab, welches gegenüber einem den Beginn des Zählvorgangs festlegenden Anfangssignal die Zählzeit bestimmt

Der digitale Schaltungsteil 3 des Frequenzregelkreises kann auch so ausgebildet sein, daß der Frequenzzähler zur Zählung der Oszillatorschwingungen lediglich für ein vorgegebenes Zeitintervall freigegeben wird. Hierbei vergleicht man das erreichte Zählergebrsis (Istwert) mit dem über die Klemmen 51 bis 54 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 Größe abgeleitet, die ein Digital-Analog-Wandler sodann in die Regelspannung U_r umsetzt

Führt man dem Regelzweig A, 3, β, 5 eine Oszillatorfrequenz f_x zu, die insbesondere periodisch, z. B. sinusförmig, frequenzmoduliert ist, so ergeben sich folgende Störungen der Regelwirkung: Im Falle einer Beeinflussung des im digitalen Schaltuiigsteil 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 so weit 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 U/ so beeinflußt, daß solche Frequenzmodulationen weitgehend unterdrückt werden. Andererseits wird der nachteilige Einfluß von z. B. alterungsbedingten Kennwerteschwankungen im Frequenzdiskriminator 6 auf die Relation von Ud zu /, und damit auf die Sicherheit der Frequenznachstimmung durch die Einwirkung der Regelsp^nung U_r auf die resultierende Regelspannung L// zuverlä:.sig 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' dem zweiten Frequenzsteuereingang zugeführt werden. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, die Regelzeitkonstanten für die an den Frequenzsteuereingängen 4 und 4' liegenden Regelspannungskomponenten Ur und Ur gegebenenfalls unterschiedlich zu bemessen, um ein gewünschtes Regelzeitverhalten innerhalb der gesamten Anordnung zu erzielen.

Die Beeinflussung der genannten Regelzeiten kann beispielsweise durch Einfügung von Tiefpaßfiltern 7 und/oder 8 in den Weg der Regelspannungskomponenten Ur' und/oder Verfolgen.

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 breitbandige Frequenzmodulation von /» hinreichend unterdrückt wird und andererseits die gewünschte Regelwirkung voll erhalten bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines in einer Regelschleife liegenden Oszillators, bei der über einen die Oszillatorschwingungen zählenden Frequenzzähler der 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung (Ur) und eine über einen Frequenzdiskiminator (6) aus der Oszillatorfrequenz (f_x) abgeleitete Spannung (Ud) den Eingängen eines Differenzverstärkers (5) zugeführt werden, dessen Ausgangsspannung einen Frequenzsteuereingang (4) des Oszillators (1) im Sinne einer die Ablage verringernden resultierenden Regelspannung (U/) beaufschlagt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung (U_r) sowohl dem einen Eingang des Differenzverstärkers als auch einem zweiten Frequenzsteuereingang des Oszillators zugeführt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Frequenzsteuereingänge (4, 4') des Oszillators (1) ein Tiefpaßfilter (7,8) vorgeschaltet ist.