DE2413604A1

DE2413604A1 - Phasenverriegelte regelschleife

Info

Publication number: DE2413604A1
Application number: DE2413604A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Phys Hegeler
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DE2453213C2; DE2453213A1

Description

BLAUPUNKT-WER.KE OJVIJöH 32 HILDESHEIM. Robert-Bosch-Streße 200

PLI Schneider/Bo 18.3.1974

. R.Nr. 1300

Phasenverriegelte Regelschleife

ι -

Die Erfindung betrifft eine phasenverriegelte Regelschleife

ί (P hase-Locked-Loop j, im folgenden PLL genannt) mit einem Phasen-

; komparator, an dessen einem Eingang ein Eingangssignal liegt

j und an. dessen anderem Eingang ein innerhalb der Regelschleife

j erzeugtes Signal liegt, dessen Frequenz vom Ausgangssignal des

Phasenkomparator gesteuert wird.

Der Erfindung lag das Problem zugrunde, mehrere diskrete Frequenzen zuverlässig aus einem Frequenzgemisch zu erkennen.

Zur Frequenzerkennung ist die PLL-Methode bekannt. Bei ihr [ werden die Frequenz und auch die Phasenlage eines regelbaren Oszillators mit der Frequenz bzw* Phasenlage eines Eingangssignals in ein festes definiertes Verhältnis gebracht. Folgt die Oszillatorfrequenz der Eingangsfrequenz, so sagt man, das Eingangssignal ist mit dem Oszillatorsignal "verriegelt" oder die Schaltung ist "eingerastet".

Bei der PLL-Methode wird nicht die Dauer einzelner Schwingungsperioden ausgewertet, es gelangt vielmehr der Grundwellengehalt zur Auswertung, so daß Störspitzen keine Verfälschungen bewirken.

Die bekannte PLL-Methode hat den Nachteil, daß bei ihr der spannungsgesteuerte Oszillator mit einem Regler auf die gewünschte Signalfrequenz eingestellt werden muß. Sollen mehrere Signalfrequenzen erkannt werden, so ist der spannungsgesteuerte Os-

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BLAUPUNKT-WERRE GMBH 32 HILDESHEIM, Robert-Boadi-Straße 200

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zillator für jede mit je einem Reg-ler einzustellen. Weiterhin sind Schwankungen der Oszillatorleerlauffrequenz durch Temperatur- und Spannungsänderungen nicht zu vermeiden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine neue phasenverriegelte Regelschleife zu entwickeln, die die geschilderten Nachteile bekannter Methoden vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine vom Ausgangssignal eines Phasenkomparator^ gesteuerte Signalfrequenz aus einer konstanten Signalfrequenz mittels eines im Teilerverhältnis spannungsgesteuert variierbaren Frequenzteilers gewonnen wird.

Die erfindungsgemäße phasenverriegelte Regelschleife vermeidet nicht nur die Nachteile bekannter PLL-Methoden, sondern sie bringt darüber hinaus die Vorteile leichter digitaler Program-, mierbarkeit und schneller Messung.

; Weiterhin erlaubt die erfindungsgemäße phasenverriegelte Regel-

schleife in vorteilhafter Weise, Frequenzen eines Frequenzgemisches auf zwei verschiedenen Wegen zu erkennen, wobei zur Steuerung des Teilerverhältnisses eines Frequenzteilers eimal ein digitales, im anderen Fall ein analoges Signal verwendet wird.

Mit Hilfe der Zeichnung wird anhand eines Blockschaltbildes ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer phasenverriegelten 'Regelschleife (PLL) für digitale Steuersignale,

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Fig. 2 ein Blockschaltbild einer phasenverriegelten Regelschleife (PLL) für analoge Steuersignale.

Das zu erkennende Eingangssignal f . und das Ausgangssignal f_T

l^vl Li

eines spannungsgesteuerten Frequenzteilers 1 - bei Bedarf kann es auch ein Frequenzvervielfacher sein - liegen als Digitalsignale an den Eingängen eines Phasenkomparators 2, der z.B. aus einem Äquivalenzglied bestehen kann.

Am Eingang des Frequenzteilers 1 liegt eine konstante Signalfrequenz f_. Durch Multiplikation dieser Frequenz mit einem geeigneten Faktor erhält man die Eingangs frequenz f.. am Phasenkomparator 2. Zur Verdeutlichung der Erfindung sei als Beispiel der Fall a = -Jq- angenommen. In diesem Fall wird der Frequenzteiler 1 so programmiert, daß er die konstante Signalfrequenz f„ z.B. durch 9 oder durch 11 teilt, je nachdem, welche Binärinformation er über einen Steuereingang B vom Phasenkomparator 2 erhält. -

Wenn die PLL verriegelt ist, wird der Frequenzteiler 1'gleich häufig die Binärinformationen 0 und 1 erhalten, und er wird im Mittel durch 10 teilen. Erhält er nicht gleich häufig die Binärinformationen 0 und 1, teilt er nicht mehr im Mittel durch 10, jedoch wird er sehr schnell zum verriegelten Zustand mit einem im mittleren Teilerverhältnis von 1:10 hingezogen, wie in den nachfolgenden Betrachtungen über die Funktionsweise der erfindungsgemäßen PLL erläutert werden soll. Dazu werden folgende Bezeichnungen eingeführt:

f sei eine am Eingang M liegende Frequenz, f_T sei eine am Ausgang L liegende Frequenz, f.. und f seien die beiden Grenzfrequenzen am Ausgang L, die durch die Teilerverhältnisse des

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32 HILDESHEIM, Robert-Bosch-Slraße 200

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Frequenzteilers 1 bestimmt sind, und es gelte

ι Mit ψ v/erde die Phasendifferenz zwischen zwei Flanken gleicher ' Richtung der Signale an M und L bezeichnet, wobei als Bezugs ; periode die der tieferen Frequenz im Bereich - 71 bis + TC genommen werde.

Wenn die beiden Frequenzen an M und L nahezu gleich groß sind, dann entsteht am Steuereingang B ein Signal mit der doppelten

^; Frequenz und einem Tastverhältnis \\0\ zu il -ΙΨΙ . Dieses Tast-

, verhältnis hat am Ausgang L eine Frequenz

f +

tu -

f zur Folge.

! Die Phasendifferenz \p ändert sich während einer Periode der Schwebungsfrequenz f - f um den Winkel 2 TT , und es gilt in guter Näherung

άψ/cü = 2 TT (f_M - f_L) = 2 TT (f_M - f₂) - 2 Diese Differentialgleichung hat die Lösung:

exp ' —■—

Unter den Bedingungen ^₁- ^fM ^f2

f₂) t]

^{strebfc der}

__ Ausdruck für U? für große Zeiten t gegen den Grenzwert il

f - f M 2

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! R.Nr. 1300

ί da der Exponentialterm der obigen Lösung gegen null konvergiert. Stellt man die Grenzfrequenzen f. und f_ so ein, daß die Fre-

1 2 quenz f., deren arithmetisches Mittel ist, f_M = , dann

JM i'i ρ

j ergibt sich für die Phasendifferenz U> der Wert If = -p

!Es sind noch die möglichen Fälle zu betrachten, bei denen die

j Frequenz f., außerhalb des Bereichs liegt, der durch die Grenz j frequenzen f, und fp gebildet wird, d.h. die Fälle f_M4^f2 ^und

i Wenn gilt f., < fp, dann strebt I^ nicht .gegen den konstanten Term

f - f -

„ M 2
\i — — , weil letzterer negativ ist und somit

¹I " ^X2 ,

gilt, wodurch der Exponentialterm für große Zeiten t nicht gegen j null konvergiert.

f - f ■ Vienn gilt f. <^ f>., dann ist der konstante Term Il-^—j-j— ^ IL

ί Ld

I und kf nimmt wieder einen negativen V/ert an, was wiederum ein Konvergieren des Exponentialterms gegen null verhindert.

j Es ist also zusammenfassendfestzustellen, daß die PLL-Schaltung nur dann einrasten kann, wenn der Exponentialterm in der obigen Differentialgleichung für große Zeiten t gegen null konvergiert. Dies ist nur dann der Fall, wenn gilt \f = Hf/ und ΐ_χ ~ f_M ^ f_g

Wenn die Frequenzen f.. und f nicht in der gleichen Größenordnung liegen, ist am Steuereingang B das Tastverhältnis über eine f - Periode gemittelt nahezu 1:1. Man erhält dann

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V S

BLAUPUNKT-WERKE GMBH 32 HILDESHEIM. Robert-Bosch-StraBe 200

PLI Schneider/Bo - 6 - 18.3.1974

R.Nr. 1300

f + f
1 2

α und eine Nacjisteuerung und ein Einrasten der PLL-Schaltung kann nicht stattfinden. '■

ι Wenn die PLL-Schaltung eingerastet ist, können in bekannter ; I V/eise Informationen ausgewertet werden, daß dieser Zustand er-

j I

j reicht ist. j

j Wie schon oben angedeutet, ist die erfindungsgemäße PLL auch : ■ einer Ansteuerung mit Analogsignalen zugänglich. Dies werde j

an dem Blocksehaltbild der Fig. 2 erläutert. '

! Das zu erkennende Eingangssignal f und das Ausgangssignal

1 eines spannungsgesteuerten Frequenzteilers 1 liegen an den Ein-

I gangen eines Phasenkomparators 2. Das Ausgangssignal des Phasen-

' komparators 2 gelangt in üblicher Weise auf einen Tiefpaß j5,

! an dessen Ausgang als analoges Signal eine Gleichspannung steht, ; deren Wert eine Funktion der Phasendifferenz der beiden Ein-I gangssignalsdes Phasenkomparators 2 ist.

1 Die Höhe dieser Gleichspannung beeinflußt die Impulsdauer eines

Monoflops 4. Das Setzen des Monoflops 4 wird durch ein Signal von dem Ausgang eines spannungsgesteuerten Frequenzteilers 1 bewirkt. Damit ist die Impulsfrequenz gleich der Frequenz am soeben beschriebenen Ausgang. Über den Ausgang des Monoflops 4 wird während einer Impulsdauer der Zählvorgang blockiert, so daß die Ausgangsfrequenz außer von der Eingangsfrequenz noch von dem obigen Signal abhängt*

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Claims

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Patentansprüche

M 1./Phasenverriegelte Regelschleife mit einem Phasenkomparator " (2), an dessen einem Eingang ein Eingangssignal liegt und an dessen anderem Eingang ein innerhalb der Regelsehleife erzeugtes Signal liegt, dessen Frequenz vom Ausgangssignal des Phasenkomparator (2) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ausgangssignal des Phasenkomparators (2) j gesteuerte Signalfrequenz aus einer konstanten Signalfre-

i quenz mittels eines im Teilerverhältnis spannungsgesteuert i variierbaren Frequenzteilers (1) gewonnen wird.

' 2. Phasenverriegelte Regelschleife nach Anspruch 1, dadurch

j gekennzeichnet, daß ein zur Steuerung des Teilerverhältnis-

' ses dienender'Eingang des Frequenzteilers (1) mit digitalen

i Signalen angesteuert wird.

[ 3. Phasenverriegelte Regelschleife nach Anspruch 1, dadurch : gekennzeichnet, daß ein zur Steuerung des Teilerverhältnisj ses dienender Eingang des Frequenzteilers (1) über ein zwischengeschaltetes Monoflop mit Analogsignalen angesteuert wird.

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