DE2325393C3 - Oszillator zur Erzeugung eines Signals, dessen Impulsfolgefrequenz steuerbar um eine konstante Mittenfrequenz variiert - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einer Oszillator zur Erzeugung eines Signals, dessen Impulsfolgefrequenz in Abhängigkeit von den Amplituden eines Binärsignak um eine konstante Miltenfrequenz variiert. Dabei wird ein Operationsverstärker mit einem ersten Fingang, einem zweiten Eingang und einem dritten Ausgang verwende! und eine Schwellwertsuife, deren binäre Ausgangsspannung vom Pep-I des Signals abhängig ist, das der Schwellwertstuie eingangs zugeführt wird. (^ Dabei ist der Ausgang des Operationsverstärkers einerseits über einen Kondensator mi! dem ersten Eingang des Operationsverstärkers und andererseits über einen ersten Widerstand an den Eingang der Schwellwertstufe angeschlossen, und der Ausgang der Schwellwertstufe ist einerseits über einen zweiten Widerstand an den Eingang der Schwellwcrtstufe und über einen dritten Widerstand an den ersten Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen. Der zweite Eingang des Operationsverstärkers ist an ein konstantes Bezugspotential angeschlossen, das angenähert gleich der mittleren Ausgangsspannung der Schwellwertstufe isL

Wenn Daten in Form eines Binärsignals durch Frequenzmodulation übertragen werden sollen, dann werden zeitlich nacheinander zwei Kennfrequenzen abgeleitet, die von den Amplituden des Binärsignals abhängig sind und um eine konstante Mittenfrequenz variieren. Bekannte Sendeoszillatoren zur Gewinnung derartiger Kennfrequenzen arbeiten nach dem Prinzip der Spurumschaltung in einem Schwingkreis. Derartige bekannte Sendeoszillatoren haben einen relativ großen Platzbedarf und relativ große Herstellungskosten.

Gemäß der DE-OS 20 53 981 ist ein Oszillator nach

Art einer Wien-Brücke bekannt, der zur Erzeugung eines Signals dient, dessen Impulsfolgefrequenz in Abhängigkeit von den Amplituden eines Binärsignals variiert wird. Dieser Oszillator besteht im Prinzip aus zwei ÄC-Netzwerken, die einen Spannungsteiler bilden, ferner aur einem Operationsverstärker und aus einer Umtastschaltung. Der Abgriff des Spannungsteilers ist an einen Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist an beide Enden des Spannungsteilers angeschlossen, und mit Hilfe der Umtastschaltung wird eines der beiden ftC-Netzwerke geändert. Bei diesem bekannten Oszillator ist die Mittenfrequenz von den beiden Impulsfolgefrequenzen des erzeugten Signals abhängig, so daß Fehler der beiden Impulsfolgefrequenzen eine fehlerhafte Mittenfrequenz verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Oszillator der eingangs genannten Art anzugeben, der einerseits nicht nach dem Prinzip der Spulenumschaltung arbeitet und in ÄC-Technik aufgebaut ist und mit Hilfe dessen Impulsfolgefrequenzen erzeugt werden, die um eine weitgehend konstante Mittenfrequenz variieren.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Multiplikationsstufe vorgesehen ist, die über ihren Ausgang einen Strom abgibt, der proportional dem Produkt der Amplituden der über den Ausgang der Schwellwertstufe abgegebenen Ausgangsspannung und des Binärsignals ist und daß der Ausgang der Multiplikationsstufe an den ersten Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen ist.

Der erfindungsgemäße Oszillator zeichnet sich durch eine konstante Mittenfrequenz aus, weil diese Mittenfrequenz mit Hilfe des ersten, zweiten und dritten Widerstandes und mit Hilfe des Kondensators mit großer Temperaturkonstanz einstellbar ist. Die beiden Iinpulsfolgefrequenzen und somit die Abweichungen von der Mittenfrequenz werden also nicht durch Änderungen dieser Widerstände oder durch Änderung der Kapazität des Kondensators bewirkt, sondern mit Hilfe des Stromes bewirkt, der von der Multiplikationsstufe abgegeben wird.

!r,"> folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der F i g. 1 bis 8 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Gegenstände mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines bekannten Oszillators,

Fig.2 Signale, die beim Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Oszillators auftreten,

Fig.3 ein Prinzipschaltbild eines Oszillators zur Erzeugung eines Signals, dessen Impulsfolgefrequenz um eine konstante Mittenfrequenz variiert,

Fig.4 ein Prinzipschaltbild eines Oszillators, dessen Impulsfolgefrequenz unter Verwendung einer Multiplikationsstufe änderbar ist,

Fig.5 Signale, die beim Betrieb des in Fig.4 dargestellten Oszillators auftreten,

F i g. 6 eine digitale Multiplikationsstufe,

F i g. 7 eine analoge Multiplikationsstufe.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines bekannten Oszillators, bestehend aus dem Operationsverstärker OP, der Schwellwertstufe SCW, den Widerständen R 3, R 1, R 2 und dem Kondensator CO. Die Schwellwertstufe SCH gibt ein binäres Signal t/0 ab, dessen Pegel vom Eingangssignal t/2 abhängig ist Der Operationsverstärker OP hat zwei Eingänge a und b und einen Ausgang c Ein dem Eingang a zugeführtes Eingangssignal bewirkt am Ausgang cein verstärktes Ausgangssignal, dessen Phase um 180° gegenüber dem Eingangssignal gedreht ist Ein dem Eingang b zugeführtes Eingangssignal bewirkt am Ausgang c ein verstärktes Ausgangssignal, dessen Phase gegenüber dem über den Eingang b zugeführten Eingangssignal unverä nder t ist. Der Operationsverstärker Ofbildet zusammen mit dem Kondensator CO einen Integrator.

In Fig.2 sind einige Signale dargestellt, die heim Betrieb des in F i g. 1 dargestellten Oszillators auftreten. Die Abszissenrichtung bezieht sich auf die Zeit f. Am Ausgang der Schwellwertstufe SCH ergibt sich das Signal UO. Die strichpunktierte Linie stellt die Null-Linie dar, und die beiden Binärwerte des Signals sind mit dem Bezugszeichen 0 und 1 bezeichnet. Ab dem Zeitpunkt 11 ist das Signal LO positiv, so daß auch am Eingang a des Operationsverstärkers OP ein positives Signal anliegt Durch die integrierende Wirkung des Kondensators CO ergibt sich am Ausgang c des Operationsverstärkers OP die Spannung Ui. Am Schaltungspunkt Pl ergibt sich die Spannung U2 und damit auch am Eingang der Schwellwertstufe SCH. Zum Zeitpunkt f2 unterschreitet die Spannung t/2 die Null-Linie, so daß die Schwellwertstufe SCH schaltet und die negative Flanke des Signals l/0 gebildet wird. Als Ausgangssignal des in F i g. 1 dargestellten Oszillators kann entweder das Signal t/0 oder das Signal t/l verwendet werden. Die Impulsfolgefrequenz f dieser Signale ist von den Beträgen der Widerstände R 1, R 2, R 3 und von der Kapazität des Kondensators CO gemäß der folgenden Gleichung abhängig:

^J Rl 4COK3 '

Wenn bei der Datenübertragung von einer Datenquelle ein Binärsignal ausgegeben wird und die beiden Binärwerte dieses Binärsignals durch Frequenzmodulation übertragen werden, dann wird den beiden Binärwerten je eine Kennfrequenz zugeordnet, die sich geringfügig von einer vorgegebenen Mittenfrequenz unterscheidet. Während der Dauer eines der beiden Binärwerte wird eine erste Kennfrequenz, und während der Dauer des zweiten Binärwertes wird die zweite Kennfrequenz gesendet. Wahrend der Übertragung der Daten ist somit dauernd eine Umtastung von einer Kennfrequenz zur anderen erforderlich.

Wenn der in Fig.! dargestellte Oszillator zur Erzeugung der beiden Kennfrequenzen verwendet würde, wäre es grundsätzlich denkbar, entweder das Verhältnis der beiden Widerstände R i/R 2 oder die Kapazität des Kondensators CO oder den Betrag des Widerstandes R 3 zu ändern. Eine Umtastung von einer Kennfrequenz zur anderen könnte somit grundsätzlich

ίο durch eine der genannten Änderungen bewirkt werden. Eine Umtastung durch Änderung des Spannungsteilers RiIR2 oder durch Änderung der Kapazität des Kondensators CO wäre wegen der entstehenden Phasensprünge des Signals UO unzweckmäßig. Eine

Umtastung durch Änderung des Betrages des Widerstandes R 3 wäre ebenfalls ungünstig, weil der Widerstand R 3 und der Kondensator CO zusammen derart dimensioniert werden müssen, daß sich eine bestmögliche Stabilität der Folgefrequenz des Signals

t/0 ergibt. Es wäre auch grundsätzlich denkbar, den Widerstand R 3 durch eine Halbleiterstrecke darzustellen, deren Widerstand in Abhängigkeit von den Binärwerten der zu übertragenden Daten geändert wird. Da der Widerstand derartiger Halbleiterstrecken temperaturabhängig ist, ist damit zu rechnen, daß die erzeugten Kennfrequenzen und auch die Mittenfrequenz von der Temperatur abhängig sind, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden, derartigen temperaturbedingten Änderungen entgegenzuwirken.

Im allgemeinen ist dazu ein relativ großer technischer Aufwand erforderlich.

Fig. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Oszillators, mit dessen Hilfe zwei Kennfrequenzen erzeugt werden können, deren Mittenfrequenz konstant ist. Danach werden die Abweichungen von der Mittenfrequenz nicht durch Änderung der Widerstände R 1, R 2, R 3 oder durch Änderung der Kapazität des Kondensators CO bewirkt, sondern es wird in Abhängigkeit von den Binärwerten der zu übertragenden Daten entweder der Strom Jz zum Strom /0 hinzuaddiert oder davon subtrahiert. Die Mittenfrequenz, die von den Widerständen R 1, R 2, R 3 und vom Kondensator CO abhängig ist, wird somit nicht geändert, wogegen der Frequenzhub das sind die Abweichungen der Kennfrequenzen dieser Mittenfreqnenz — vom Strom Jz abhängig ist. Gemäß Fig. 3 sind die zu übertragenden Daten von der Spannung Uz abhängig, die durch den Widerstand Rz entweder einen positiven oder einen negativen Strom Jz bewirkt. Die in Fig.3 dargestellte Schaltungsanordnung zeichnet sich durch Temperaturkonstanz aus.

Fig.4 stellt schematisch einen Oszillator dar, mittels dessen zwei Kennfrequenzen erzeugt werden, deren Mittenfrequenz konstant ist. Dabei wird der Strom Jz, der in Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten

S5 zum Strom /0 hinzuaddiert oder abgezogen wird, unter Verwendung der Multiplikationsstufe Merzeugt.

Fig. 5 zeigt einige Signale, die beim Betrieb des in Fig. 4 dargestellten Oszillators auftreten. Bei der Darstellung dieser Signale wurde angenommen, daß ab

(x, dem Zeitpunkt r4 bis zum Zeitpunkt f5 kein Strom Jz zum Strom /0 hinzuaddiert oder davon abgezogen wird, so daß die Impulsfolgefrequenz des Signals t/0 ab dem Zeitpunkt I 4 bis zum Zeitpunkt r5 gleich der Mittenfrequenz ist.

(■■s rtb dem Zeitpunkt i5 nimmt das Signa! Uz. das die zu übertragenden Daten kennzeichnenden Binärwert 1 an. Unter Verwendung der Multiplikationsstufe Λ/wird das Produkt des Signals t/0 und des Signals Uz gebildet,

und es wird der Strom Jz abgegeben, der diesem Produkt proportional ist. In Abhängigkeit vom Strom Ji, der gleich der Summe der Ströme /0 und Jz ist, ergeben sich die Spannungen Ui und U2 und somit auch das Signal LO, dessen Periodendauer ab dem Zeitpunkt /5 bis zum Zeitpunkt 16 gleich dem reziproken Wert der einen Kennfrequenz ist.

Ab dem Zeitpunkt f7 nimmt das Signal Uz den Binärwert 0 an, so daß sich mit dem Strom Jz die geänderten Anteile der Spannungen Ui, U2 und UO ergeben. Die Zeit ab dem Zeitpunkt ti bis zum Zeitpunkt /8 ist gleich der Periodendauer des nun mehr entstehenden Signals L/0, deren reziproker Wert gleich der zweiten Kennfrequenz ist.

Bei der Darstellung des Signals U2 in Fig. 5 wurde eine Schweliweristufe SCH vorausgesetzt, die nur eine einzige Schwelle besitzt, die durch die strichpunktierte Null-Linie dargestellt ist.

Das Signal U20 bezieht sich auf den Fall, daß die in den Fig. 1,3 und 4 dargestellte Schwellwertstufe SCH zwei Schwellwerte Sl und S 2 besitzt. Die übrigen in Fig. 5 dargestellten Signale können somit unter Verwendung einer Schwellwertstufe SCH mit zwei Schwellwerten SI und S2 in ähnlicher Weise erzeugt werden, wie dies bereits beschrieben wurde.

Am Eingang ödes in den Fig. 1,3 und 4 dargestellte Operationsverstärkers OPIiegt ein konstantes Bezugs potential, das gleich der mittleren Spannung UM de Signals LO ist.
Die F i g. 6 zeigt den digitalen Produktbildner MIaI erstes Ausführungsbeispiel der in Fig.4 dargestellte Multiplikationsstufe M. Dieser Produktbildner besteh aus dem Exklusiv-ODER-Gatter Gund dem Widerstan R 4. Über den Ausgang des Gatters G wird nur dann ei

ίο 1-Signal abgegeben, wenn die Signale Uz bzw. U unterschiedliche Binärwerte 0 bzw. 1 oder 1 bzw.
darstellen.

F i g. 7 zeigt einen analogen Produktbildner M2 al zweites Ausführungsbeispiel der in Fig.4 dargestellte

is Multiplikationsstufe M. Dieser analoge Produktbildne Mz besteht aus den Transistoren 5, ö, 7, S, 9, iö, de Widerständen 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und den Kondensator 20. Die Impulsfolgefrequenz des von Produktbildner abgegebenen Signals L/0 ist direk proportional dem Signal Uz, weil der Strom / proportional dem Signal Uz ist. Damit ergeben sich be geringen Änderungen des Signals Uz entsprechend geringe Änderungen der Impulsfolgefrequenz de Signals LO.

Hier/u 4 I31;ilt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Oszillator zur Erzeugung eines Signals, dessen Impulsfolgefrequenz in Abhängigkeit von den Amplituden eines Binärsignals um eine konstante Mittenfrequenz variiert unter Verwendung eines Operationsverstärkers mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang und unter Verwendung einer Schwellwertstufe, deren binäre Ausgangsspannung vom Pegel des Signals abhängig ist, das der Schwellwertstufe eingangs zugeführt wird, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers einerseits über einen Kondensator mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers und andererseits über einen ersten Widerstand mit dem Eingang der Schwellwertstufe verbunden ist, wobei der Ausgang der Schwellwertstufe einerseits über einen zweiten Widerstand an den Eingang der Schwellwertstufe und andererseits über einen dritten Widerstand an den ersten Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen ist und wobei der zweite Eingang des Operationsverstärkers an ein konstantes Bezugspotential angeschlossen ist, das angenähert gleich der mittleren Ausgangsspannung der Schwellwertstufe ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Multiplikationsstufe (M) vorgesehen ist, die über ihren Ausgang einen Strom (Jz) abgibt, der proportional dem Produkt der Amplituden der über den Ausgang der Schwellwertstufe (SCH) abgegebenen Ausgangsspannung (t/0) und des Binärsignals (Uz) ist und daß der Ausgang der Multiplikationsstufe (M) an den ersten Eingang (a) des Operationsverstärkers (OP) angeschlossen ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationsstufe (M) aus einem analogen Produktbildner (M2) besteht (F i g. 7).

3. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationsstufe (M) aus einem digitalen Produktbildner (M 1) besteht (F i g. 6).

4. Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Produktbildner aus einem Exklusiv-ODER-Gatter (C) und einem vierten Widerstand (RA) besteht, daß zwei Eingängen des Exklusiv-ODER-Gatters (G) das Binärsignal (Uz) bzw. die Ausgangsspannung (UO) der Schwellwertstufe (SCH)zugeführt wird und daß der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters (C) über den vierten Widerstand (RA) an den ersten Eingang (a) des Operationsverstärkers (OP) angeschlossen ist (F ig. 6).