DE2337814B2

DE2337814B2 - Schaltungsanordnung zur erzeugung wenigstens einer frequenz

Info

Publication number: DE2337814B2
Application number: DE19732337814
Authority: DE
Inventors: Adolf 8032 Gräfelfing; Sonntag Fritz Dipl.-Ing. 8000 München Pölzl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1976-01-22
Also published as: JPS5044763A; IL45335A0; IT1017372B; AU470442B2; AU7118874A; NL7409952A; BR7406109D0; IL45335A; DE2337814A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung wenigstens einer Frequenz mit Hilfe eines eingangsseitig mit zwei periodischen Eingangsgrößen beaufschlagten Modulators, wobei dem Modulator Siebmittel nachgeschaltet sind, mit deren Hilfe aus dem vom Modulator abgegebenen Frequenzspektrum die gewünschten Frequenzen aussiebbar sind.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus der DT-OS 21 24 655 bekannt.

Es ist ferner bereits ein Quadraturmodulator bekannt, bei dem die beiden Trägerspannungen durch Folgen von Rechteckpulsen gebildet sind. Dabei wird zunächst ein Rechteckpuls mit einer ein Vielfaches der Trägerfrequenz betragenden Impulsfolgefrequenz erzeugt. Aus diesem Rechteckpuls werden dann die Trägerspannungen als untersetzte Rechteckimpulsfolge mit Hilfe einer Auswahlschaltung ausgewählt, die mit Hilfe von in Kette geschalteten bistabilen Kippschaltungen und daran angeschlossene Verknüpfungsschaltungen aufgebaut sein kann.

Mit Hilfe der vorbekannten Anordnung werden zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Trägerspannungen der gleichen Frequenz erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die auf möglichst einfache Weise aus zwei Frequenzen ein Frequenzspektrum erzeugt, dem die gewünschten Frequenzen entnommen werden können.

Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß der Modulator durch ein Exklusiv-Oder-Gatter gebildet ist. Zweckmäßigerweise besteht das Exklusiv-Oder-Gatter dabei aus vier Nand-Gattern.

Vorzugsweise können aus dem vom Modulator abgegebenen Frequenzspektrum die gewünschten Frequenzen mit Hilfe von nachgeschalteten Filtern ausgesiebt werden. Als Eingangsgröße kann jeweils insbesondere eine Rechteckspannung dienen, die von einem digitalen Frequenzteiler abgegeben wird, wobei sich der Modulator in vorteilhafter Weise jeweils unmittelbar an den Ausgang des digitalen Frequenzteilers anschließen läßt.

Es ergibt sich dabei in vorteilhafter Weise eine Schaltungsanordnung, bei der sich ein Modulator mit Symmetrieeigenschaften selbst und in Verbindung mit seinen Ansteuerschaltungen mit besonders einfachen Mitteln realisieren läßt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schaltungsanordnung derart ausgebildet, daß die Frequenzen der Eingangsgrößen abhängig von dem gewünschten Frequenzspektrum im Falle mindestens einer unsymmetrischen Eingangsfunktion derart gewählt sind, daß die niedrigste Frequenz des Frequenzspektrums der größte gemeinsame Teiler der Eingangsfrequenzen ist und im Falle von zwei symmetrischen Eingangsfunktionen und Eingangsfrequenzen von je einem ungeradzahligen Vielfachen ein und der-

selben, den größten gemeinsamen Teiler bildenden Frequenz derart, daß die niedrigste Frequenz des Frequenzspektrums das doppelte dieser Frequenz ist.

Sind die Eingangsfunktionen von einer Frequenz abgeleitet — wie in der Trägerfrequenztechnik üblich —, so sind sie zueinander phase nstarr. Das durch den Modulator erzeugte Frequeazspektrum ist dann bezüglich der Energieverteilung konstant.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Schaltungsanordnung derart ausgebildet, daß die Frequenzen der Eingangsgrößen abhängig von der gewünschten Giundfrequenz des Frequenzspektrums derart gewählt sind, daß von den Quotienten aus den Eingangsfrequenzen und der Grundfrequenz das Produkt sehr viel, insbesondere mindestens um den Faktor 5, größer als d:e Summe ist. Durch diese Maßnahmen ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die Energie verteilung im Frequenzspektrum des Ausgangssignals in so großem Maße unabhängig von der Phasenlage der Eingangsspannungen wird, daß bei geforderter Pegelkonstanz Maßnahmen zur Festlegung der gegenseitigen Phasenlage überflüssig sind.

Die Erfindung wird an Hand der in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Hilfsträgerfrequenz 92 kHz in einem Trägerfrequenzsystem.

Spannungsdiagramme für Eingangsfunktionen und Ausgangsfunktionen des vorgesehenen digitalen Modulators sind in den F i g. 2 und 3 dargestellt, und zwar in

Fig.2 für mindestens eine unsymmetrische Eingangsfunktion und in

F i g. 3 für zwei symmetrische Eingangsfunktionen.

F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Trägerversorgung, bei der aus den zwei vorhandenen Frequenzen /, und /j durch Modulation eine neue Frequenz/s abgeleitet wird. Hierzu dient der digitale Modulator M, der durch ein Exklusiv-Oder-Gatter gebildet ist. Dieses Exklusiv-Oder-Gatter ist aus integrierten Bausteinen zusammengesetzt, und zwar aus den vier Nand-Gattern Gl ... G 4.

Sind die Eingangsfunktionen des Modulators Ai periodisch, so ist die Ausgangsfunktion auch periodisch. Die Frequenzen /, und /₃ der Eingangsfunktionen sind ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz /₀ der Ausgangsfunktion. Es gelten folgende Beziehungen:

quenzen 56 kHz und 148 kHz zugeführt. Der größte gemeinsame Teiler asi Eingangsfrequenz beträgt in diesem Fall /₀ = 4 kHz. Dabei «gibt sich für die Frequenz /, und f₃ der Eingangsspannungen /, = 14-4 kHz,

/₃ = 37-4 kHz,

d. h. für die Faktoren α und b, a = 14 und b = 37. 1st mindestens eine der Eingangsfrequenzen eine ίο Dezimalzahl, so wird jede Eingingsfrequenz um dieselben Dezimalstellen erweitert und die Grundfrequenz f₀ wieder reduziert. Ist z. B.

/, = 84.08 kHz und f₃ = 72 kHz,

so ersibt sich

= 1051

= 1051 0,08 kHz

20 und

900-^kHz = 900 0,08kHz.

Ferner läßt sich jede periodische Dezimalzahl in einen gewöhnlichen Bruch verwandeln. 1st z. B.

/, = 17,333 ... kHz und /₃ = 16 kHz, so eniibt sich

35

= 13 y kHz

und

48 4

/a = ^kHz = 12 · ^-k ^Jl 3 3

Der digitale Modulator M hat die Eingänge A und B und den Ausgange. Seine Wahrheitstabelle lautet:
45

/i = a ■ /ο ,

a
T

(D

(2)

(3)

A	ß	C
H	H	L
L	H	H
H	L	H
L	L

55

Dabei sind die Faktoren α und b natürliche Zahlen.

Sind die Eingangsfunktionen zueinander in einem starren Frequenzverhältnis, dann bleiben die Faktoren α und b konstant, und die am Ausgang auftretende Grundfrequenz /₀ hat die Genauigkeit der Eingangsfrequenzen /, und /₃. Die Oberwellen der Grundfrequenz/o bilden das Frequenzraster der Mischprodukte. Die Grundfrequenz/₀ wird als größter gemeinsamer Teiler der Eingangsfrequenzen /, und /₃ durch Zerlegen in Primfaktoren gefunden. Zum Beisoiel werden dem digitalen Modulator die Fre-Bei dem Nand-Gatter G1 wird dem Eingang A die Frequenz/, = 112 kHz und dem Eingang B die Frequenz/₃ = 72kHz zugeführt. Die Frequenz/, steht im Trägerfrequenzsystem als Kanalträger zur Verfügung, und /₃ wird als Hilfsträger zur Pilotumsetzung benötigt.

Der Ausgang des Nand-Gatters G1 ist an je einen Eingang der Nand-Gatter G 2 und G 3 geführt. An den anderen Eingang des Nand-Gatters G2 ist die Frequenz/,, an den anderen Eingang des Nand-Gatters G3 die Frequenz/, gelegt. Die Ausgänge der Nand-Gatter G 2 und G 3 sind mit den Eingängen des Nand-Gatters G 4 verbunden, dessen Ausgang den Modulatorausgang C bildet.

Die dem Modulator M zugeführten Frequenzen sind den Ausgängen digitaler Frequenzteiler, z. B. die Frequenz/₃ dem Flip-Flop K 1 zu entnehmen. Der vorgesehene digitale Modulator M läßt sich in vorteilhafter Weise gut an die Ausgänge der digitalen Frequenzteiler anpassen. Besonders vorteilhaft ist die direkte Ansteuerung des Modulators M durch die digitalen Teilerschaltungen ohne Zwischenschaltung eines Übertragers.

Zwischen den Modulatorausgang C und Bezugspotential bzw. Masse, d. h. in einen Querzweig, ist die in Durchlaßrichtung gepolte Diode D1 gelegt. Dem Modulatorausgang C ist ferner über den Widerstand R12 an den aus dem Kondensator C 5 und der Induktivität Ll bestehenden Parallelschwingkreis mit der Resonanzfrequenz/₄ = 184 kHz gelegt. Dabei liegt der Parallelschwingkreis zwischen dem Widerstand R12 und Bezugspotential.

Der Verbindungspunkt des Widerstandes R12 mit dem Resonanzkreis ist über den Kondensator C1 an den Impulserzeuger JE geführt, an den das Flip-Flop K 2 angeschlossen ist. Zwischen den Ausgang des Flip-Flops K 2 und Bezugspotential, d. h. in einem Querzweig, ist die in Durchlaßrichtung gepolte Diode R 2 angeordnet.

Aus dem Kanalträger 144 kHz des TF-Systems erzeugt das erste Flip-Flop K 1 durch Frequenzteilung die Frequenz/3 = 72kHz. Durch Modulation der Frequenz /₃ = 72 kHz mit dem Kanalträger 112 kHz wird die Frequenz 184 kHz gewonnen und mit dem Resonanzkreises, Ll ausgesiebt. Nach dem zweiten Flip-Flop K 2 siebt der Schwingkreis Cl, L2 die Frequenz 92 kHz aus. Die Dioden D1 und D 2 verhindern, daß durch Rückwirkung der Resonanzkreise die zulässigen Spannungen der integrierten Schaltkreise überschritten werden.

Genügt eine kleinere Spannung, so kann man die Schwingkreise an den Minuspol - U₁, der Versorgungsspannungsquelle anschließen, wobei die Diode jeweils entfällt.

Am Ausgang D der Schaltungsanordnung stehen wahlweise die Frequenzen /₃ oder /₅, d. h. entweder der Hilfsträger 72 kHz oder der Hilfsträger 92 kHz, zur Verfugung.

Wird nur die Frequenz 92 kHz allein benötigt, so kann man diese auf einfache Weise ferner aus den Kanalträgern 112 kHz und 148 kHz erzeugen. Aus dem Kanalträger 112 kHz wird dabei über einen Impulsformer ein Flip-Flop als Frequenzteiler eine symmetrische 56-kHz-Rechteckspannung erzeugt. Ferner wird aus dem Kanalträger 148 kHz durch einen Impulsformer eine angenähert symmetrische Rechteck-■pannung erzeugt. Beide Rechteckspannungen werden dem digitalen Modulator zugeführt. Die Differenztrequenz aus den Frequenzen 148 kHz und 56 kHz ist dann 92 kHz.

In F i g. 2 ist die Ausgangsfunktion des Modulators tür den Fall dargestellt, daß die Eingangsfunktionen unsymmetrisch sind und das Verhältnis der Eingangsfrequenzen 4:5 beträgt.

Die Periodendauer 2 .-r der Ausgangsfunktion entspricht dem Kehrwert der Grundfrequenz /₀.

Bezeichnet man mit r, den auf die Periodendauer der Ausgangsfunktion bezogenen Phasenwinkel zwischen den beiden Eingangsfunktionen, so ändert sich die Ausgangsfunktion in Abhängigkeit von q· mit

Ausnahme von q = K-V, wobei K = 0, 1, 2 ... ' ab

ist und α und b natürliche Zahlen entsprechend den vorstehenden Gleichungen(1) bis (3) sind, d.h., die Ausgangsfunktion ist in den Fällen gleich, in denen der Phasenwinkel ψ, den Wert 0 oder ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer der Ausgangsfunktion, dividiert durch das Produkt der Faktoren α und b, beträgt.

Untersuchungen im Rahmen der Erfindung haben gezeigt, daß sich die Ausgangsfunktion in Abhängigkeit vom Phasenwinkel q nur geringfügig ändert, wenn die Voraussetzung α · b > a + b gegeben ist. In diesem Fall kann der Phasenwinkel φ in vorteilhafter Weise auch dann beliebig sein, wenn eine unveränderliche Ausgangsfunktion gewünscht wird.

Die an Hand von F i g. 2 aufgezeigten Gesetzmäßigkeiten gelten auch für den Fall, daß bei beliebigen Verhältnissen α und b mindestens eine der beiden Eingangsfunktionen unsymmetrisch ist.

In Fi g. 3 ist ein Spannungsdiagramm für den Fall gezeigt, daß die eine Eingangsfrequenz das 5fache und die andere Eingangsfrequenz das 3fache der Grundfrequenz betragen und beide Eingangsfunktionen symmetrisch sind.

Die Frequenz der Ausgangsfunktion und damit die Frequenzabstände der Mischprodukte sind doppelt so groß wie für den vorstehend betrachteten Fall, daß bei beliebigen Verhältnissen α zu b mindestens eine der Eingangsfunktionen unsymmetrisch ist. Das Verhalten bezüglich einer Phasenverschiebung φ ist dasselbe wie unter den Voraussetzungen von F i g. 2. Dabei ist zu beachten, daß in dem Ausdruck

für den Fall mindestens

einer unsymmetrischen Eingangsfunktion die Periodendauer l//₀ und für den Fall symmetrischer Eingangsfunktionen die Periodendauer l/2/₀ entspricht.

Die an Hand von F i g. 3 aufgezeigten Gesetzmäßigkeiten gelten auch für beliebige ungeradzahlige Faktoren α und b.

Mit symmetrischen Rechteck-Steuerspannungen erscheinen ain Ausgang des Modulators im wesentlichen nur die Mischprodukte / = p/, ± q/₂, bei denen p, q ungerade Zahlen sind, und es ergibt sich für deren Dämpfung d die folgende einfache Gesetzmäßigkeit. d = In ρ · q [Np]

In dieser. Fall kann das Spektrum der Mischprodukte daher nach einfachen Regeln ermittelt werden. Wird z.B. aus den Frequenzen/, = 14-4kHz und /₂ = 37,4 kHz die Frequenz 92 kHz abgeleitet, so ergibt sich für das Mischprodukt / = 1 · /, — 1 · /₂ und für die Dämpfung d = In 1 Np.

<f = K --— dem Faktor

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung wenigstens einer Frequenz mit Hilfe eines eingangsseitig mit zwei periodischen Eingangsgrößen beaufschlagten Modulators, wobei dem Modulator Siebmittel nachgeschaltet sind, mit deren Hilfe aus dem vom Modulator abgegebenen Frequenzspektrum die gewünschten Frequenzen aussiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (M) durch ein Exklusiv-Oder-Gatter gebildet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Exklusiv-Oder-Gatter aus vier Nand-Gattern(Gl ... G4) besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen (/,, /₃) der Eingangsgrößen abhängig von dem gewünschten Frequenzspektrum im Falle mindestens einer unsymmetrischen Eingangsfunktion derart gewählt sind, daß die niedrigste Frequenz (Z₀') des Frequenzspektrums der größte gemeinsame Teiler der Eingangsfrequenzen (f_u /₃) ist und im Falle von zwei symmetrischen Eingangsfunktionen und Eingangsfrequenzen (/_x, /₃) von

je einem ungeradzahligen Vielfachen ein und derselben, den größten gemeinsamen Teiler bildenden Frequenz (/₀) derart, daß die niedrigste Frequenz(/o') des Frequenzspektrums das doppelte dieser Frequenz (/₀) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen (/,, /₃) der Eingangsgrößen abhängig von der gewünschten Grundfrequenz (/„') des Frequenzspektrums derart gewählt sind, daß von den Quotienten aus den Eingangsfrequenzen (Z₁, /₃) und der Grundfrequenz (/₀) das Produkt sehr viel, insbesondere mindestens um den Faktor 5, größer als die Summe ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine derartige Verwendung zur Erzeugung eines Hilfsträgers der Frequenz 92 kHz in einem Trägerfrequenzsystem, daß die Eingangsfrequenzen (Z₁, /₃) des Modulators (M) die aus der Frequenz 112 kHz abgeleitete Frequenz 56 kHz und die Frequenz 148 kHz sind und daß dem Modulator (M) ein Filter zur Aussiebung der Frequenz 92 kHz nachgeschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine derartige Verwendung zur Erzeugung eines Hilfsträgers der Frequenz 92 kHz in einem Trägerfrequenzsystem, daß die Eingangsfrequenzen (/,, /₃) die Frequenz 112 kHz und die aus der Frequenz 144 kHz abgeleitete Frequenz 72 kHz sind und daß dem Modulator (M) ein Filter (c5, Ll) zur Aussiebung der Frequenz 184 kHz, ein Frequenzteiler mit dem Teilerverhältnis 2/1 und ein) Filter(C7, Ll) zur Aussiebung der Frequenz 92 kHz nachgeschaltet sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filter (C5, Ll, Cl, Ll) ein Längswider-, stand (R 12, R19) und diesem eine in einem Querzweig liegende Diode (Dl, Dl) vorgeschaltet sind, und daß die Diode (Dl, D 2) derart bemessen und gepolt ist, daß die vom Schwingkreis (C5, Ll, C7, L2) zu dem vorgeschalteten Schaltungsteil gelangende Spannung auf einen zulässigen Wert begrenzt wird.