DE2247305A1

DE2247305A1 - Oszillator mit veraenderlicher frequenz

Info

Publication number: DE2247305A1
Application number: DE19722247305
Authority: DE
Inventors: Michael James Underhill
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1972-09-27
Publication date: 1973-04-05
Also published as: US3852681A; GB1325219A; JPS4843854A; FR2154789A1

Description

Dr. In·. Hans-Dietsίώ Zeller

Patoiitiif.v.nlt

Anmelder: N.V. Philips' Gioeilampenfabneken

Akt_e No. PHB- 32.197
Anmeldung vom, ?⁶' Sept. 1972

U.V. Fhilips¹ Gloeilampenfabrieken, Eindhoven/Niederlande

Oszillator mit veränderlicher Frequenz

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die einen Oszillator mit veränderlicher Frequenz, eine Verzögerungseinrichtung, der ein Signal zugeführt wird, das von dem Ausgangssignal des Oszillators abgeleitet ist, einen Phasende tekt or zur Ermittlung des Phasenunterschiedes zwischen zwei Mei3signalen, die beide von dem Ausgangs signal des Oszillators abgeleitet sind und von denen eines gegenüber dem anderen dadurch verzögert ist, daß es die Verzögerungseinrichtung durchlaufen hat, und eine Steuerschaltung zur Regelung der Schwingungsfrequenz des Oszillators in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenunterschied zwischen den beiden ΓIei3 Signalen enthält.

Bei derartigen Vorrichtungen werden die Frequenzen, mit denen das System oszillieren kann, durch die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung bestimmt. Bei Schwingung ist dabei im allgemeinen der Phasenunterschied zwischen den beiden KP^Signalen gleich Hull, was bedeutet, daß der Phasendetektor dann gerade in seinem ungünstigsten Bereich wirksam ist. Auch

..) I -> "O Λ(ΛΗ . _ Ο _

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BAO ORIGINAL

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wenn man mit Hilfe einer zusätzlichen Steuerung des Oszillators eine zwischen den von der Verzögerungseinrichtung bestimmten Frequenzen liegende Schwingungsfrequenz einstellt, ist es möglich, daß der Phasendetektor in diesem ungünstigen Bereich wirksam ist.

Die Erfindung bezweckt, für dieses Problem eine Lösung zi^schaffen und ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßsignale einer zusätzlichen gegenseitigen einstellbaren Phasenverschiebung mit Hilfe einer Teilerstufe unterworfen werden können, die in Abhängigkeit von einem Eingangssignal eine Anzahl Ausgangssignale mit einem gegenseitigen konstanten Phasenunterschied liefert, wobei v/enigstens eines der Meßsignale mit Hilfe einer Schalteinheit nach Wahl von einem dieser Ausgangssignale abgeleitet wird.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung mit veränderlicher

Frequenz,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung,
Fig. 3 und 4 Kennlinien zur Erläuterung der Wirkungsweise

der Vorrichtung nach Fig. 2, Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung

nach der Erfindung und
Fig. 6 im Detail eine Teilerstufe zur Anwendung in den Vorrichtungen nach den Figuren 2 und 5.

Fig. 1 zeigt einen Oszillator mit veränderlicher Frequenz (WO = variable frequency oscillator) 1, dessen Ausgangssii?nal einer akustischen Verzögerungsleitung 2 und einem Hingang eines linearen Phasendetektors 3 zugeführt wird'. Das Ausgangs signal der akustischen Verzögerungsleitung ?. wird dem zv/eihen ivin^an·¹; dos Phanmdeteictors 3 zugeführt,

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so daß der Phasendetektor 3 einen etwaigen Unterschied zwischen den Signalen am Eingang und am Ausgang der akustischen Verzögerungsleitung 2 detektiert.

Das Ausgangssignal des Phasendetektors 3 wird einem ersten Bingang eines Fehlerdetektors und —Verstärkeis 4 zugeführt. Mit dem zweiten Eingang des Fehlerverstärkeis 4 ist der Schiebekontakt eines Potentiometers R verbunden, dessen Endklemmen an eine positive "bzw. an eine negative Spannung angeschlossen sind. Der dritte Eingang des Fehlerverstärkers ist mit-einem Impulsgenerator 5 verbunden, der positive oder negative Impulse liefern kann. Der Ausgang des Fehlerverstärkers 4 wird zur Regelung der Frequenz der VFO-Schaltung verwendet.

Beim Betrieb wird, wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, die Frequenz der VFO-Schaltung zunehmen, bis sie den Bereich erreicht, in dem die akustische Verzögerungsleitung 2 wirksam ist. Bei einer bestimmten Frequenz wird das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 2 mit dem Eingangssignal in Phase sein, so daß das Ausgangssignal des linearen Phasendetektors gleich Null sein wird. Wenn der Schiebekontakt von R derart eingestellt ist, daß die Spannung an diesem Kontakt 0 V beträgt, und das Ausgangssignal des Impulsgenerators 5=0 ist, wird das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 4 ebenfalls = 0 sein und die VFO-Schaltung wird sich auf dieser Spannung stabilisieren. Je nach der Verzögerungszeit wird die VFO-Schaltung eine Reihe äquidistanter Einfangfrequenzen aufweisen, die z.B. für eine Verzögerungszeit von 100/Usec in einem gegenseitigen Abstand von 10 kHz liegen werden. Die VFO-Schaltung kann nicht auf einer zwischenliegenden Frequenz verriegelt werden, weil die Regelschleife derart eingestellt ist, daß der Oszillator sich zwangsweise auf einer der benachbarten Einfangfrequenzen verriegelt.

U'ii die Frequenz der VFO-Schaltung auf einen Viert einzustellen, der zwischen den Verrier/eluru'Spunkten lieft, kann ein

— I \ ·—

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Fehlersignal dadurch zugesetzt werden, daß der Schiebekontakt des Potentiometers R derart eingestellt wird, daf3 dem Ausgangssignal des linearen Phasendetektors 3 eine Gleichspannüngskomponente zugesetzt wird. Das Potentiometer R kann Jedoch nur dazu verwendet werden, die Frequenz der VFO-Schaltung in dem Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einfangfrequenzen zu ändern. Um die Frequenz von einer Einfangfrequenz auf die andere "springen¹¹ zu lassen, wird ein Impuls, z.B. ein positiver Impuls, für eine Frequenzerhöhung und ein negativer Impuls für eine Frequenzherabsetzung vom Impulsgenerator 5 erzeugt.

In der Praxis wird es nicht möglich sein, mittels des Potentiometers R die Frequenz der VFO-Schaltung über den ganzen - einen Phasenunterschied von 360 umfassenden Bereich zwischen aufeinanderfolgenden Verriegelungspunkten, d.h. in diesem Falle über den ganzen Bereich von 1OkHz, zu regeln. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in den äußeren Teilen des einen Phasenunterschiedes von 36O°umfassenden Bereiches, z.B. den Teilen von 0° bis 60° und von 300 bis 360°, der Phasendetektor 3 nicht besonders stabil ist. Die erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, die/in Fig. 2 dargestellt ist, behebt diesen Nachteil.

In der Vorrichtung nach Fig. 2 fehlt der Impulsgenerator 5» und das Ausgangssignal der VFO-Schaltung wird einem Vierteiler 6 zugeführt. Ein geeigneter Teiler wird nachstehend an Hand der Fig. 6 beschrieben« Die Eingangssignale für den Phasendetektor 3 werden dem Ausgang der Verzögerungsleitung und dem ersten (O°)-Ausgang des Teilers 6 entnommen. Auf diese Weise ist die Frequenz der VFO-Schaltung gleich dem Vierfachen der Frequenz des Signals, das die Verzögerungsleitung durchläuft. So kann durch passende Wahl des arithmetischen Divisors die VFO-Schaltung mit jeder praktischen Frequenz betrieben werden, die größer als die niedrigste von der Verzögerungsleitung 7Λ\ verarbeitende Frequenz 1st, unter Vervendun,': von ein und .demselben akustischen Verzö^onuirsleitung. Durch, die

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Anwendung eines Vervielfachers statt eines Teilers kann die VFO-Schaltung mit einer Frequenz betrieben werden, die niedriger als die niedrigste von der Verzögerungsleitung zu verarbeitende Frequenz ist.

Wenn die Lagen des Ausgangsschalters S derart gewählt werden, daß sie O⁰, 90°, 180° und 270° entsprechen, d.h., daß vier Ausgangssignale verfügbar sind, die nacheinander 90° in der Phase verschoben sind, brauchen die äußeren Teile des Bereiches des Phasendetektors, d.h. die Teile von 0 bis und von 300°bis 360°, nicht benutzt zu werden, weil der Schalter S, bevor diese Teile erreicht werden, in eine andere Lage geführt werden kann. Dies wird nun an Hand der Figuren 3 und 4 näher erläutert.

Fig. 3 zeigt eine AraplitudenrFrequenz-Kennlinie für den Phasendetektor 3» wobei, je nachdem der Phasenunterschied zwischen den Eingangssignalen von 0° auf 360° ansteigt, das Ausgangssignal des Phasendetektors von einem maximalen negativen Wert auf einen maximalen positiven Wert ansteigt. In Fig. 3 sind die vier gesonderten Phasenkennlinien dargestellt, während auch der optische Arbeitsbereich für den Phasendetektor angegeben ist. Es wird angenommen, daß das Potentiometer R derart eingestellt ist, daß, wenn sich der Schalter S in der 0° entsprechenden Lage befindet, die Frequenz derartig ist, daß der Phasendetektor ein Ausgangssignal 0 in dem Punkt A liefert. Die Frequenz kann selbstverständlich durch Änderung der Einstellung von R geändert werden, wobei die Frequenz der dargestellten Kennlinie folgt, um die von dem Potentiometer R eingeführte Änderung auszugleichen.

Wenn der Schalter S von dem Punkt A aus in die 90° entsprechende Lage geführt wird, wird die Phasenabweichung positiv sein und die B'requenz wird sich auf die durch die mit Pfeilen versehene Linie im linken Teil der Fig. 3 angegebene

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]lf ei se ändern. Dadurch, daß man den Schalter S sich kontinuierlich drehen läßt, kann die Frequenz auf die beschriebene Weise schrittmäßig erhöht oder schrittmäßig herabgesetzt werden, wie im rechten Teil der Fig. 3 dargestellt ist, und zwar unter der Bedingung, daß das Zeitintervall zwischen den Schaltschritten des Schalters derart groß ist, daß sich die Regelschleife stabilisieren kann. Auf diese Weise ist die Anbringung des Impulsgenerators 5, wie in der Vorrichtung nach Fig. 1, in diesem Falle unnötig.

Fig. 4 zeigt eine Kennlinie für einen Phasendetektor einer zweiten Art, wobei im Bereich zwischen einem Phasenunterschied von O und einem Phasenunterschied von 180 die Ausgangsspannung von z.B. OV auf eine maximale positive Spannung ansteigt und im Bereich zwischen einem Phasenunterschied von 180° und einem Phasenunterechied von 360° die Ausgangsspannung dementsprechend abfällt, d.h. derselben Bahn in umgekehrter Richtung folgt. Wenn .der Schalter S von 0° zu 90° und von 90° zu 180° gedreht wird, nimmt die Frequenz von F auf H zu, gleich wie für den Phasendetektor nach Fig. 3.

Wenn Jedoch die Frequenz durch Drehung des Schalters von 0° zu 270° und von 270° zu 180° usw. herabgesetzt wird, weist die Frequenz den im rechten Teil der Fig. 4 dargestellten Verlauf von C zu D auf. Im Punkt D tritt am Eingang des Fehlerverstärkers 4 ein positiver Fehler auf. Dieser Fehler ist für die VFO-Schaltung eine Anzeige, daß die Frequenz zu hoch ist, und deswegen wird die Frequenz der VFO-Schaltung auf den Punkt E herabgesetzt werden, wenn dies auch bedeutet, daß dabei die Abweichung anfänglich zunimmt.

Wenn es aus irgendeinem Grunde schwierig ist, den Oszillator mit einer höheren Frequenz als die Verzögerungsleitung zu betreiben, wie in Fig. 2, und v/cnn der Phasendetektor dennoch befriedigender bei einer niedrigeren Frequenz arbeitet, kann die Teilung in den Eingangsleitungen des Phasendetektors

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stattfinden. Fig. 5 zeigt eine mögliche Lösung. Dabei sind zwei Teiler 6A und 6B vorgesehen, wobei das erste Eingangssignal für den Phasendetektor einem festen Ausgang von 6A und das zweite Eingangssignal einem Schalter S¹ entnommen wird, der auf die dargestellte Weise mit 6B verbunden ist. Die Schaltung wirkt auf gleiche Weise wie die nach Fig. 2. In der Praxis werden die Schalter S- und S¹ normalerweise elektronische Schalter sein.

Fig. 6 zeigt eine Teilerstufe, die in den.Vorrichtungen nach Figuren 2 und 5 verwendet werden kann. Sie besteht aus zwei Schieberegister stuf en S^ und Sp, die- in Reihe geschaltet sind, während ein Ausgang von Sp über eine Inverterstufe I mit dem Eingang von S₁ verbunden ist, wobei die zu teilende Frequenz (das Signal des Oszillators 1) als Schiebe- oder Taktimpuls der Schieberegisterstufen verwendet wird. Schieberegister dieser Art werden als "switched tail-ring counters" bezeichnet, und die 0 -, 90°-, 180°- und 270°-Ausgangssignale werden an den in Fig. 5 angegebenen Punkten auf die in der nachstehenden Tabelle veranschaulichte Weise erhalten:

wobei t₀, t

to,

A	0	1	1	0	usw.
B	O	0	1	1
C	1	0	0	1
D	1	1	0	0

■p, t^ usw. Zeitpunkte sind, die in einem gegenseitigen Zeitabstand liegen, der gleich einer ganzen Periode der Frequenz der VFO-Schaltuiif- ist'. Daraus ist ersichtlich, daß zwischen den Ausgan^ssignalen der Klemmen A, B, C und D stets ein PhacemmI^'schied von 90 besteht.

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BAD ORIGlNAl.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 5 kann man die Frequenz nach oben oder nach unten "springen" lassen, wie in Fig. 3 und Fig. 4 durch das Unterdrücken eines Zyklus des Teilers 6A oder 6 B erzielt wird. Wenn der Schalter S¹ sich in der Lage 0° befindet, wird beim Fortlassen eines der Zyklen, d.h. 0°, 90°, 180° oder 270^q, die Zahlung tatsächlich um eine Periode der VFO-Schaltung verzögert werden. Der Phasendetektor 3 liefert dann ein Ausgangssignal zum Ausgleich der Unsymmetrie an seinem Eingang, was, wie an Hand der Fig. 3 auseinandergesetzt wurde, zur Folge haben wird, daß die Frequenz ansteigt. Die Vorrichtung wird sich dann auf einer anderen, höheren Frequenz stabilisieren. Das Fortlassen eines weiteren Zyklus wird wieder ein "Sprung" der Frequenz herbeiführen.

Zur Herabsetzung der Frequenz kann ein Zyklus beim Teiler 6A fortgelassen werden, so daß der Phasendetektor 3 eine entgegengesetzte Unsymmetrie erhält und zur Kompensation die Frequenz herabsetzt. Das Fortlassen von Zyklen kann mittels eines Sperrtores erhalten werden, das derart eingestellt ist, daß es unter der Einwirkung eines Kommandos von außen eine Periode z.B. des Ausgangs der VFO-Schaltung unterdrückt und dann wieder zurückgesetzt wird.

Bei einer praktischen Ausführungsform wurde eine akustische Verzögerungsleitung verwendet, die auch beim PAL-Farbfernsehsystem verwendet wird. Diese Verzögerungsleitung führt eine Verzögerung von 63,943 /usec herbei, wodurch Einfangfrequenzen mit einem gegenseitigen Abstand von 15,6398 kHz erhalten werden. In der Praxis wurde gefunden, daß infolge der Schaltung inhärenter Verzögerungen dieser gegenseitige Abstand 15,623 kHz betrug. Andere Arten Verzögerungsleitungen können verwendet werden, wobei die Wahl normalerweise durch den Frequenzbereich der VFO-Scha 1 tunr bestimmt wird. D?.c akustische Ver?.ö/"erun,^r;sleitun,"; hat jedoch den Vorteil, daß nie leicht, erhältlich und verhMlt.ru smäi-ii- i-illif i.sl-,

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und daß die von der Leitung weitergeleitete Frequenz für die Transistortechnik gut geeignet ist.

Die 3 dB-Bandbreite der verwendeten akustischen Verzögerungsleitung erstreckt sich von 3,43 MHz zu 5,23 MHz, und beim Einschalten wird sich die VFO-Anordnung auf einer Frequenz in diesem Bereich oder in einem von den verwendeten Vervielfachungsfaktoren vorgeschriebenen Bereich verriegeln.

In der Praxis kann· zur Kompensation des bei^jatiurchlaufen der Verzögerungsleitung auftretenden Verlustes ein begrenzender Verstärker am Ausgang der Verzögerungsleitung angebracht werden, wodurch der Phasendetektor Signale gleicher Amplitude zum Vergleich empfängt.

- Patentansprüche: -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1.) Vorrichtung, die einen Oszillator mit veränderlicher Frequenz, eine Verzögerungseinrichtung» der ein Signal zugeführt wird, das von dem Ausgangssignal des Oszillators abgeleitet ist, einen Phasendetektor zur Ermittlung des Phasenunterschiedes zwischen zwei Meßsignalen, die beide von dem Ausgangssignal des Oszillators abgeleitet sind und von denen eines in bezug auf das andere dadurch verzögert ist, daß es die Verzögerungseinrichtung durchlaufen hat, und eine Steuerschaltung zur Regelung der Schvringungsfrequenz des Oszillators in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenunterschied zwischen beiden MeßSignalen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßsignale einer zusätzlichen gegenseitigen einstellbaren Phasenverschiebung mit Hilfe einer Teilerstufe unterworfen werden können, die in Abhängigkeit von einem Eingangssignal eine Anzahl Ausgangesignale mit einem konstanten gegenseitigen Phasenunterschied liefert, wobei wenigstens eines der Meßsignale mit Hilfe einer Schalteinheit nach Wahl von einem dieser Ausgangssignale abgeleitet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilerstufe das Ausgangssignal des Oszillators zugeführt wird, wobei eines der Meßsignale von einem bestimmten Ausgangssignal dieser Teilerstufe und das andere Meßsignal mit Hilfe der Schalteinheit nach Wahl von einem der Ausgangesignale abgeleitet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausf-an<;s signal des Oszillators unmittelbar der Verzögerungseinrichtung zugeführt wird und daß die beiden Heßsifiiiale einer Teilung; in einer Teilerstufe unterworfen worden sind.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zuriinderung der Einfangfrequenz Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine oder mehrere ganze Perioden des Eingangssignals einer der Teilerstufen unterdrückt werden können.

5, Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerstufe aus zwei in Reihe geschalteten Sehieberegistern und einer den Ausgang des zweiten mit dem Eingang des ersten Schieberegisters verbindenden Inverterstufe besteht, wobei das Eingangssignal der Teilerstufe als Taktsignal den Sehieberegistern zugeführt wird, während die gegebenenfalls invertierten Ausgangssignale der beiden Schieberegister als Ausgangssignale der Teilerstufe dienen.

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L e e r s e i t e