DE2333066A1

DE2333066A1 - Voltage controlled oscillator monitoring - uses monitoring generator with lower frequency between control amplifier and tuning diode

Info

Publication number: DE2333066A1
Application number: DE19732333066
Authority: DE
Inventors: Erwin Braun; Herbert Weber; Dieter Dipl Ing Weidmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1973-06-29
Publication date: 1975-01-16
Also published as: DE2333066C2

Abstract

The VCO has a quartz oscillator in its control loop which consists of a phase discriminator, in which the two oscillators voltages are compared; when a frequency deviation occurs, it delivers a control voltage to a following control amplifier connected through a capacitance tuning diode to the oscillator. A monitoring generator is inserted between the control amplifier and the diode and its frequency is much lower than that of the oscillator. A rectifier, followed by a signalling device, is connected to the monitoring generator. The crystal oscillator frequency may be lower than that of the oscillator. The phase discriminator may be of sampling type.

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PT-BK/Thn/joLicentia Patent-Verwaltungs-GmbH PT-BK / Thn / jo

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Überwachung des Gleichlaufes eines spannungsgeregelten Oszillators mit einem Quarzoszillator in einer RegelschleifeMonitoring of the synchronization of a voltage-controlled oscillator with a crystal oscillator in a control loop

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Überwachung des Gleichlaufes eines spannungsgeregelten Oszillators (VCO) mit einem Quarzoszillator in einer Regelschleife, wobei die Regelschleife aus einem Phasendiskriminator, in dem die Oszillatorspannung mit der Spannung des Quarzoszillators verglichen wird und der bei Frequenzablage eine Regelspannung an einen folgenden Regelverstärker abgibt, der über eine Nachstimmdiode mit dem Oszillator verbunden ist.The present invention is concerned with monitoring the Synchronization of a voltage-controlled oscillator (VCO) with a crystal oscillator in a control loop, the control loop from a phase discriminator in which the oscillator voltage is compared with the voltage of the crystal oscillator and the frequency offset a control voltage to a following Outputs control amplifier, which is connected to the oscillator via a retuning diode.

Sehr hohe Frequenzen, besonders im GHz-Bereich, werden dadurch erzeugt, dass man von einem Quarzoszillator ausgeht, dessen Frequenz so hoch gelegt ist, dass der betreffende Quarz gerade noch für diese Frequenz herstellbar ist. Diese Oszillatoren werden auch sehr leistungsstark ausgelegt und dann mittels Dio- Very high frequencies, especially in the GHz range, are generated by starting with a quartz oscillator whose frequency is set so high that the quartz in question can just about be produced for this frequency . These oscillators are also designed to be very powerful and then by means of di-

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denvervielfächern auf die geforderte Frequenz hoch v₄ . Vj.ilfacht. Damit erreicht man eine grosse Frequenzgenaui^keit,
wie sie für alle kommerziellen Geräte gefordert wird.multiply to the required frequency high v ₄ . Previous year: This achieves a high frequency accuracy,
as required for all commercial devices.

Solche Generatoren sind sehr aufwendig an Material und auch an räumlicher Ausdehnung. Auf dem Gebiet der Halbleitertechnik hat man inzwischen Halbleiter entwickelt, die auch im
GHz-Bereich arbeiten und als freischwingende Oszillatoren
verwendbar sind.Such generators are very expensive in terms of material and also in terms of space. In the field of semiconductor technology, semiconductors have now been developed that are also used in
GHz range and work as free-running oscillators
are usable.

Problematisch ist in einem solchen Fall die Frequenzstabilisierung. Seit langem werden schon Regelschleifen verwendet, die einen Frequenzvergleich an Phasendiskriminatoren durchführen und bei Frequenzablage ein Nachstimmkriterium in Form einer Spannung erzeugen, das den Oszillator auf die geforderte Frequenz nachstimmt. Man hat auf diesem Gebiet vielerlei Ausführungsformen und Schaltungen entwickelt.Frequency stabilization is problematic in such a case. Control loops that carry out a frequency comparison on phase discriminators have been used for a long time and generate a retuning criterion in the form of a voltage when the frequency is offset, which sets the oscillator to the required level Frequency retuning. A variety of embodiments and circuits have been developed in the field.

Die vorliegende Erfindung geht von einer Regelschleife aus, bei der das Oszillatorsignal in seiner Frequenz mit einem
Signal aus einem Quarzoszillator in einem Phasendiskriminator verglichen wird. Dabei ist die Frequenz des Quarzoszillators um ein Vielfaches kleiner als die des spannungsgeregelten Oszillators, im folgenden kurz Oszillator genannt.
Beispielsweise wird nur jede zehnte Schwingung de» Oszillators mit der Frequenz des Quarzoszillator» verglichen.The present invention is based on a control loop in which the oscillator signal in its frequency with a
Signal from a crystal oscillator is compared in a phase discriminator. The frequency of the quartz oscillator is many times lower than that of the voltage-controlled oscillator, hereinafter referred to as the oscillator for short.
For example, only every tenth oscillation of the »oscillator is compared with the frequency of the crystal oscillator».

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Die Nachstimmung selbst erfolgt durch eine Kapazitätsdiode, die ihre Nachstimmspannung aus einem Regelverstärker erhält, der die aus dem Phasendiskriminator bei Ablage abgegebene Spannung verstärkt.The retuning itself is done by a capacitance diode, which receives its retuning voltage from a control amplifier, which receives the output from the phase discriminator when it is stored Tension intensified.

Fällt nun ein Teil der Regelschleife in seiner Funktion aus, so schwingt der Oszillator weiter, eventuell mit einer kleinen Frequenzablage· Dieser Vorgang ist nicht ohne weiteres feststellbar und soll überwacht werden. Es besteht also die Aufgabe, eine Möglichkeit zu schaffen, die Regelschleife in ihrer Funktion zu überwachen und den Gleichlauf der beiden Oszillatoren zu überprüfen.If a part of the control loop fails in its function, the oscillator continues to oscillate, possibly with a small frequency deviation. This process is not straightforward detectable and should be monitored. So there is the task of creating a way to switch the control loop into to monitor their function and to check the synchronization of the two oscillators.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen Regelverstärker und Nachstimmdiode ein Überwachungsgenerator angeschlossen ist, dessen Frequenz sehr viel niedriger als die des Oszillators ist. Das Überwachungskriterium, das zur Auslösung eines Signals führt, wird von dem Überwachungsgenerator über einen Gleichrichter mit nachfolgender Signalanlage ausgelöst. (Dabei ist es zweckmässig, die Frequenz des Quarzoszillators niedriger als die des spannungsgeregelten Oszillators zu wählen und ein Austastverfahren anzuwenden. Als Nachstimmdiode wird zweckmässigerweise eine Kapazitätsdiode verwendet.)This object is achieved according to the invention in that a monitoring generator is connected between the control amplifier and the retuning diode, the frequency of which is very much lower than that of the oscillator. The monitoring criterion that leads to the triggering of a signal is triggered by the monitoring generator via a rectifier with a subsequent signal system. (It is useful to set the frequency of the To choose a crystal oscillator lower than that of the voltage-controlled oscillator and to use a blanking method. A capacitance diode is expediently used as a tuning diode.)

Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe eines Zusatzgene-In this way it is possible with the help of an additional gene

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rators bei Ausfall, Störung in der Regelschleife oder Scrung des Gleichlaufes, eine Signalanlage auszulösen. Der
hierfür erforderliche Aufwand ist denkbar gering, wenn man davon ausgeht, dass die Überwachungsanordnung in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführt ist.rators to trigger a signal system in the event of failure, malfunction in the control loop or scrambling of the synchronization. Of the
The effort required for this is extremely low if it is assumed that the monitoring arrangement is implemented using printed circuit technology.

An Hand der Zeichnung wird der Erfindungsgedanke mit Hilfe eines Blockschaltbildes näher beschrieben.On the basis of the drawing, the idea of the invention becomes with the help a block diagram described in more detail.

In dem in der Figur dargestellten Blockschaltbild ist eine Regelschleife abgebildet, die aus einem spannungsgeregelten Oszillator (im folgenden kurz Oszillator genannt) VCO, einem Phasendiskriminator P, einem Regelverstärker V und einer Nachstimmdiode D gebildet wird. Der zweite Eingang des Phasendiskriminators P ist mit einem Quarzoszillator Q verbunden. Zwischen dem Regelverstärker V und der Nachstimmdiode D ist ein Überwachungsgenerator Ü an den Schaltungspunkt E angeschlossen, dessen zweiter Ausgang über einen Gleichrichter Gr mit einer nachfolgenden Signalanlage Si verbunden ist. Die geregelte Ausgangsspannung U ist am Ausgang A des Oszillators VCO verfügbar.In the block diagram shown in the figure, a control loop is shown, which consists of a voltage-controlled Oscillator (hereinafter called oscillator for short) VCO, a phase discriminator P, a control amplifier V and a Nachstimmdiode D is formed. The second input of the phase discriminator P is connected to a quartz oscillator Q. A monitoring generator U is connected to the circuit point between the control amplifier V and the tuning diode D E connected, the second output of which is connected via a rectifier Gr to a subsequent signal system Si is. The regulated output voltage U is at output A. of the oscillator VCO available.

Zur Synchronisation des Oszillators VCO wird hier ein Abtastverfahren angewandt. Dabei wird aus dem sinusförmigen Quarzoszillatorsignal in einer Impulsformerstufe mittels Step-Recovery-Diode ein Impuls erzeugt, dessen Breite klein gegen-A sampling method is used here to synchronize the oscillator VCO applied. The sinusoidal crystal oscillator signal is converted into a pulse shaper using a step recovery diode generates a pulse, the width of which is small compared to

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über der halben Periodendauer der Schwingung des Oszillators ist (< 25O ps). Im Phasendiskriminator P wird das Signal des Oszillators im Takt der Quarzfrequenz abgetastet, der jeweilige Spannungswert des Oszillators VCO wird in einer Halteschaltung bis zur nächsten Abtastung (Sampling) gespeichert. Auf diese Veise entsteht am Ausgang des Phasendiskriminators P eine Regelspannung, die den Oszillator VCO über die Nachstimmdiode P steuert und Abweichungen der Oszillatorfrequenz vom Sollwert entgegenwirkt. Um die Stabilität eines solchen Regelsystems zu gewährleisten und um die Übertragung von Phasenschwankungen des Quarzes auf den Oszillator VCO zu vermindern, wird ein Tiefpass in die Regelschleife eingefügt. Da die Eigenfrequenz des Regelsystems auch den dynamischen Fangbereich bestimmt, in dem der Regelkreis den Synchronisiervorgang selbsttätig einleiten kann, muss durch einen sogenannten Suchgenerator (nicht abgebildet), der den Oszillator VCO mit einer sägezahnartigen Spannung durchstimmen kann, sichergestellt sein, dass bei der maximal auftretenden Frequenzablage des Oszillators VCO immer eine Synchronisation möglich ist. Zur Steuerung der .Suchautomatik dient die bei Nichtgleichlauf vom Phasendiskriminator P abgegebene Wechselspannung. Der sich anschliessende Verdreifacher liefert die gewünschte Ausgangsfrequenz. is over half the period of the oscillation of the oscillator (< 25O ps). In the phase discriminator P, the signal is des The oscillator is sampled at the rate of the crystal frequency, the respective voltage value of the oscillator VCO is stored in a holding circuit saved until the next sampling. In this way occurs at the output of the phase discriminator P a control voltage that the oscillator VCO via the retuning diode P controls and counteracts deviations of the oscillator frequency from the setpoint. To the stability of such Control system and to ensure the transmission of phase fluctuations To reduce the crystal to the oscillator VCO, a low pass is inserted into the control loop. There the natural frequency of the control system and the dynamic capture range determines in which the control loop performs the synchronization process can initiate automatically, must by a so-called search generator (not shown), which the oscillator VCO with a sawtooth-like voltage can tune, it can be ensured that with the maximum occurring frequency deviation synchronization of the oscillator VCO is always possible. The automatic search function is used to control the automatic search function AC voltage output by phase discriminator P. The subsequent tripler supplies the desired output frequency.

Gemäss der Aufgabe zu der vorliegenden Erfindung soll der Gleichlauf der Regelschleife überwacht werden. Der Gleich-According to the object of the present invention, the Synchronization of the control loop can be monitored. The same

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lauf kann durch Ausfall eines Bauelementes oder durch niederfrequente Störungsstösse gestört werden, so dass der Oszillator nicht mehr nachgestimmt wird. Da ein solcher Fehler nicht ohne weiteres feststellbar ist, muss sichergestellt werden, dass ein Signal ausgelöst wird, das den Fehler anzeigt.run can be caused by failure of a component or by low-frequency Interference surges are disturbed so that the oscillator is no longer readjusted. Since such a mistake is not can be determined without further ado, it must be ensured that a signal is triggered that indicates the error.

Diese Regelschleife hat eine Grenzfrequenz, die bei etwa 20 kHz liegen soll. Das bedeutet, dass Störungen unterhalb dieser Frequenz durch das Regelsystem ausgeregelt werden. Diese Eigenschaft nutzt man dahingehend aus, den Gleichlauf des Oszillators, also die Regelschleife, zu überwachen.This control loop has a cut-off frequency that is around 20 kHz should be. This means that disturbances below this frequency are corrected by the control system. These This property is used to monitor the synchronization of the oscillator, i.e. the control loop.

Speist man zwischen Regelverstärker V und Nachstimmdiode D eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz kleiner 20 kHz aus einem Uberwachungsgenerator U an den Schaltungspunkt £ ein, wird diese Sinusspannung über die Nachstimmdiode D und den Oszillator VCO in den Phasendiskriminator P eingespeist. Hier erfährt sie eine Phasendrehung um l80 und gelangt über den Regelverstärker V wieder zurück an ihren Einspeisungspunkt E, jedoch mit entgegengesetzter Phase. Das bedeutet aber nichts anderes als eine Auslöschung dieser sinusförmigen Spannung, wenn Phase entgegengesetzt und der Grad der Amplitude gleich gross sind.If you feed a sinusoidal voltage with a frequency of less than 20 kHz between the control amplifier V and the tuning diode D. from a monitoring generator U to the circuit point £, this sinusoidal voltage via the retuning diode D and the oscillator VCO fed into the phase discriminator P. Here it experiences a phase shift of 180 and passes over the control amplifier V back to its feed point E, but with opposite phase. That means but nothing more than an extinction of this sinusoidal voltage if opposite and the degree of phase Amplitude are the same.

Tritt jetzt ein Fehler in dieser Regelschleife auf, so wird gleichzeitig im Schaltungspunkt E die Bedingung gestört, dassIf an error occurs in this control loop, then at the same time in circuit point E the condition that

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die Phas« entgegengesetzt und der Betrag der Amplitude der sinusförmigen Spannung gleich gross sind. Es wird jetzt eine sinusförmige Spannung in den Gleichrichter Gr eingespeist, der in der Signalanlage Si eine Störung in der Regelschleife anzeigt.the phase «opposite and the magnitude of the amplitude the sinusoidal voltage are equal. There is now a sinusoidal voltage in the rectifier Gr fed, which indicates a malfunction in the control loop in the signaling system Si.

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Claims

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Claims

iy Monitoring of the synchronization of a voltage-controlled Oscillator with a crystal oscillator in a control loop, where the control loop consists of a phase discriminator, in which the oscillator voltage is compared with the voltage of the crystal oscillator and the at Frequency offset emits a control voltage to a subsequent control amplifier, which is also tuned via a retuning diode connected to the oscillator, characterized in that between the control amplifier (V) and the retuning diode (D) a monitoring generator (Ü) is connected, the frequency of which is much lower than that of the oscillator (VCO) is.

2. Monitoring of the synchronization in control loops according to claim 1, characterized in that a rectifier (Gr) with a subsequent signaling system is connected to the monitoring generator (Ü) (Si) is connected.

3 · Monitoring of synchronism in control loops according to claim 1, characterized in that the frequency of the crystal oscillator (Q) is lower than that of the oscillator (VCO).

k. Monitoring of the synchronization with control loops after starting

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Claim 1, characterized in that the retuning diode (D) consists of a varactor diode.

5. Monitoring of the synchronism in closed-loop control loops Claim 1, characterized in that the phase discriminator as a sampling phase discriminator (sampling) is trained.

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