DE2261258C3 - Frequenzzuwachs-Vervielfacher - Google Patents

Description

k-l _

25

anliegt, wobei Jt das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers ist, und daß der Ausgang des frequenzsteuerbaren Oszillators der ersten Phasenverriegelungsschleife mit dem zweiten Eingang des Phasenkomparators der zweiten Phasenverriegelungsschleife verbunden ist

2. Freqii^nzinkrement-Multiplikator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche mit ihrem steuerbaren Oszillator an dem für den zu vervielfachenden Frequesizzuwachs vorgesehenen Eingang des Phasenkomparato. s der ersten Schleife liegende Phasenverriegelungsschleife mit einem zusätzlichen frequenzsteuerbaren Oszillator Ob, durch einen frequenzsubtrahierenden Mischer Mo, der einerseits von dem Ausgang des weiteren frequenzsteuerbaren Oszillators Ob und andererseits von einem Frequenzsynthetisator S gesteuert wird, der eine Frequenz gleich der Differenz aus der Grundfrequenz Fo und dem konstanten Teil der Frequenz F, erzeugt, deren Frequenzinkrement multipliziert werden soll, und durch einen zusätzlichen Phasenkomparator Co, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des subtrahierenden Mischers verbunden ist, dessen Ausgang an den Steuereingang des zusätzlichen frequenzsteuerbaren Oszillators O₀ angeschlossen ist und an dessen zweiten Eingang die Frequenz F_x gelegt ist, deren Inkrement multipliziert werden soll und durch eine Verbindung des Ausgangs des zusätzlichen frequenzsteuerbaren Oszillators Ob mit dem zweiten Eingang des Phasenkomparators G der ersten Phasenverriegelungsschleife.

Die Erfindung betrifft einen Frequenzzuwachs-Vervielfacher mit mindestens einer Phasenverriegelungsschleife, die einen in seiner Frequenz von der Ausgangsspannung eines Phasenkomparators steuerbaren Oszillator enthält, wobei am Eingang des Phasenkomparators einerseits eine erste Frequenz, die sich aus einer Grundfrequenz und dem zu vervielfachenden Frequenzzuwachs zusammensetzt, und an

60 dererseits die mit einem Frequenzteiler um einen festen Faktor geteilte Ausgangsfrequenz des steuerbaren Oszillators anliegt

Es ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt (PROC of the IEEE, VoI, 55, 1967, Nr. 7, Seiten 1144 — 1153), bei der ein erster Multiplikator vorgesehen ist zum Multiplizieren der Summe aus der Grundfrequenz und dem Frequenzzuwachs mit dem Faktor 10, ein weiterer Multiplikator zum MultipHzieren der Grundfrequenz mit dein Faktor 9, und ein subiraktiver Mischer, dem die Ausgangsfrequenzen dieser beiden Multiplikatoren zugeführt werden. Diese Schaltung weist den Nachteil auf, daß sie nur mit einer festen Grundfrequenz F₀ arbeitet

Es ist ferner eine Schaltung bekannt (DE-OS 21 35 490), welche eine mit einem Quarzspektrum arbeitende Frequenzdekade umfaßt, die einen Interpolationsoszillator aufweist und annähernd auf die zu messende Frequenz voreingestellt ist Der Interpolationsoszillator tritt an die Stelle des lokalen Oszillators einer der Dekaden des Synthetisators, der die Ziffern der niedrigsten Ordnung einer Zahl liefert, die die zu messende Frequenz ausdrucken. Mittels einer Phasenverriegelungsschleife, weiche eine subtraktive Mischeinrichtung umfaßt für die zu messende Frequenz und die Ausgangsfrequenz des Synthetisators und eine Frequenzsteuereinrichtung für den Interpolationsoszillator durch die -Mischfrequenz, steuert dabei die Frequenzänderung des Interpolationsoszillators auf den Wert 6x10", wobei ε der Frequenzzuwachs ist und η von der Ordnungszahl der Dekade abhängt, auf die der Interpolationsoszfllator einwirkt Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht die Multiplikation eines zu messenden Frequenzzuwachses durch eine Zahl 10", die verhältnismäßig hohe Werte annehmen kann, wenn ein Synthetisator mit einer genügend großen Anzahl von Dekaden verwendet wird. Der Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Meßzeit mit zunehmender Größe des Parameters η ansteigt

Der Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, einen Frequenzanstieg-Vervielfacher zu schaffen, der eine schnellere Messung eines Frequenzzuwachses ermöglicht, also eine geringere Zeitkonstante aufweist als bekannte Schaltungen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß bei einem Frequenz Zuwachs-Vervielfacher der eingangs genannten Art zwischen dem Frequenzteiler und dem Phasenkomparator ein frequenzaddierender Mischer mit einem seiner Eingänge und seinem Ausgang eingefügt ist, daß eme zweite derartige Phasenverriegelungsschleife vorgesehen ist, und daß die Schaltung so getroffen ist, daß an den zweiten Eingang jedes frequenzaddierenden Mischers eine Frequenz (k— 1): kx Fo anliegt, wobei k das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers ist, und daß der Ausgang des frequenzsteuerbaren Oszillators der ersten Phasenverriegelungsschleife mit dem zweiten Eingang des Phasenkomparators der zweiten Phasenverriegelungsschleife verbunden ist. Dabei ist der Gesamtvervielfachungsfaktor des Frequenzzuwachses gleich dem Produkt der Vervielfachungsfaktoren der einzelnen Phasenverriegelungsschleifen, während die gesamte Zeitkonstante nur entsprechend der Formel

θ = f£(%

zunimmt, wobei Θι ... 0„ die Zeitkonstanten der einzelnen Phasenverriegelungsschleifen sind.

Um eine vorgegebene Gesamtvervielfachung zu erzielen, kann also eine vorwählbare Anzahl von Phasenverriegelungsschleifen verwendet werden, welche jeweils eine vorwählbare Anzahl von Dekaden von Frequenzteilern aufweisen. Eine minimale Zeitkonstante erhält man, wenn jede Phasenverriegelungsschleife lediglich eine Dekade aufweist, während sich die maximale Zeitkonstante ergibt, wenn sämtliche Dekaden in ein und derselben Phasenverriegelungsschleife zusammengefaßt sind.

Eine Weiterbildung, die sich zum Multiplizieren eines Frequenzzuwachses einer beliebigen unbekannten Frequenz eignet, ist gegeben durch eine zusätzliche, mit ihrem steuerbaren Oszillator an dem für den zu vervielfachenden Frequünzzuwachs vorgesehenen Eingang des Phasenkomparator der ersten Phasenverriegelungsschleife liegende Phasenverriegelungsschleife mit einem zusätzlichen frequenzsteuerbaren Oszillator, durch einen frequenzsubtrahierenden Mischer, der einerseits von dem Ausgang des zusätzlichen frequenzsteuerbaren Oszillators und andererseits von einem Frequonzsynthetisator gesteuert wird, der eine Frequenz gleich der Differenz aus der Grundfrcquenz und dem konstanten Teil der Frequenz erzeugt, deren Frequenzzuwachs multipliziert werden soll, und durch einen zusätzlichen Phasenkomparator, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des subtrahierenden Mischers verbunden ist, dessen Ausgang an den Steuereingang des zusätzlichen frequenzsteuerbaren Oszillators angeschlossen ist und an dessen zweiten Eingang die Frequenz gelegt ist, deren Frequenzzuwachs multipliziert werden soll, und durch eine Verbindung des Ausgangs des zusätzlichen frequenzsteuerbaren Oszillators mit dem zweiten Eingang des Phasenkomparators der ersten Phasenverriegelungsschleife.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Frequenzzuwachs-Vervielfacher für eine Multiplikation mit 10", wobei η Phasenverriegelungsschleifen vorgesehen sind.

Jede Phasenverriegelungsschleife ist in der Figur in der vereinfachten Form eines in seiner Frequenz steuerbaren Oszillators O\, Oi ■ ■ ■ O_n dargestellt, auf den jeweils ein Teiler D\, Di ... D_n folgt mit einem Teilungsverhältnis von 10. An diese Teiler ist jeweils ein additiver Mischer Af 1, Af₂... Mj angeschaltet, der mit dei Frequenz 9FÖ/10 gespeist wird und an den einen Eingang eines Phasenkomparators Q, Ci ... C_n führt. Der Ausgang jedes Phasenkomparator steuert die Frequenz des zugeordneten Oszillators. Der erste Komparator empfängt mit seinem zweiten Eingang die Frequenz Fo+ε, welche den zu vervielfachenden Frequenzzuwachs enthält, und jeder der darauffolgenden Komparator en empfängt mit seinem Eingang jeweils die Ausgangsfrequenz des Oszillators der vorangehenden Phasenverriegelungsschleife.

Die Ausgangsfrequenz des Mischers M\ ist 9F₀/\0 + F\l\0, wobei F₁ die Frequenz des Oszillators O\ ist. Die Phasenverriegelungsschleife bewirkt, daß die beiden Eingängsfrequenzen des !Comparators Q gleichgemacht werden, nämlich

F₀ + F = 9Fo/l0 + F,/10

und ebenso

F₂ =-· F₀ + 100 F
und

F_n = F₀ -I- 10¹V

Die Zeitkonstante jeder Phasenverriegelungsschleife, ίο die als identisch angenommen sind, ist

0_O = 10/2,-1 a b

Die Gesamtzeitkonstante der Schaltung ist

Θ = 'fnx Θ_ο = 10 fnßnab

Die Gesamtzeitkonstante einer Verriegelungsschleife mit demselben Frequenzzuwachs-Vervielfachungsfaktor und mit π Frequenzteilern ist 10"/2 π ab, also 10"-'/^größer.

Will man mittlere Zeitkonstante« einstellen, so wird eine gegenüber η kleinere Anzahl von Phasenverriegelungsschleifen verwendet, wobei jede zwei oder mehrere Frequenzteiler umfaßt

Beispielsweise ergeben sich für λ=6 die folgenden Lösungen, wenn man sich auf die Verwendung von zwei Oszillatoren beschränkt:

Bei einer einzigen Schleife mit sechs Frequenzteilern ist:

Θ = 106/2* ab

Bei Verwendung von einer Schleife mit fünf Teilern und einer Schleife mit einem Teiler ist:

θ =

n abf + (ΙΟβπ abf χ Xtfßnab

Bei Verwendung von einer Schleife mit vier Teilern und einer Schleife mit zwei Teilern ist:

θ =

+ (X&ßnabf *

Bei Verwendung von zwei Schleifen aiit je drei Teilern ist:

Θ =

+ (Xtfßnabf =

Verwendet man hingegen drei Oszillatoren, so nimmt die Zahl der möglichen Lösungen zu, wobei sich eine minimale Zeitkonstante ergibt bei Verwendung von drei Schleifen mit jeweils zwei Teilern, wobei wird:

Θ =

F₁ ^ F₀ +

Bei Verwendung von sechs Oszillatoren CThält man: θ = Ϋ6 10βπ ab

Der bisher beschriebene Teil der Schaltung ermöglicht nur eine Vervielfachung des Frequenzzuwaehses für einen einzigen konstanten Wert der Grundrrequenz Fo. Zum Betrieb in einem großen Frequenzbereich verwendet man eine zusätzliche Phasenverriegelungsschleife und einen Frequenzsynthetisator 5.

Die zusätzliche Phasenverriegelungsschleife umfaßt einen Oszillator Oo für die Frequenz Fo+ ε, einen

subtraktiven Mischer Mo und einen Phasenkomparator C₀.

Der Frequenzsynthetisator S ist für eine Frequenz Fo-2/ausgelegt, wobei 2/die Summe der Frequenzzuwachse der betreffenden Dekaden des Frequenzsynthetisators und der Grundfrequenz der Frequenz F₁ ist, deren Frequenzzuwachs multipliziert werden soll.

Diese Frequenz F_x wird an den Eingang des Phasenkomparator Co gelegt, dessen anderer Eingang mit der Mischfrequenz ε + ΣΙ gespeist wird, die am Ausgang des Mischers Mo auftritt.

Die zusätzliche Phasenverriegelungsschleife bewirk ein Verschwinden der Phasendifferenzen an dei Eingängen von Co, für die ist:

Mit anderen Worten liefert der Oszillator Ck letztlicl eine Frequenz F_n+ 10" Δ, entsprechend einer Frequenz Vervielfachung bei einer beliebigen Frequenz F_x.

Der Vervielfachungskoeffizient kann natürlich aucl die Form a" haben, wobei a eine beliebige Basis bildet.

IMltzu I Hliitt/L'ichiuinccn

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Frequenzanstieg-Vervielfacher mit mindestens einer Phasenverriegelungsschleife, die einen in seiner Frequenz von der Ausgangsspannung eines Phasenkomparators steuerbaren Oszillator enthält, wobei am Eingang des Phasenkomparators einerseits eine erste Frequenz, die sich aus einer Grundfrequenz und dem zu vervielfachenden Frequenzinkrement zusammensetzt, und anderer- ι ο seits die mit einem Frequenzteiler um einen festen Faktor geteilte Ausgangsfrequenz des steuerbaren Oszillators anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Frequenzteiler und dem Phasenkomparator ein frequenzaddierender Mi- ΐϊ scher mit einem seiner Eingänge und seinem Ausgang eingefügt ist, daß eine zweite derartige Phasenverriegelungsschleife vorgesehen ist, und daß die Schaltung so getroffen ist, daß an den zweiten Eingang jedes frequenzaddierenden Mischers eine Frequenz