DE2459751C3 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Signalen mit zunehmender Frequenz und von Signalen mit abnehmender Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Signalen mit zunehmender Frequenz und von Signalen mit abnehmender Frequenz in aufeinanderfolgenden und gleichen Zeitintervallen an einem Paar Ausgangsklemmen, wobei die zunehmenden und abnehmenden Frequenzen gegenüber einer bestimmten Frequenz komplementär sind, wobei diese Anordnung zwei spannungsgesteuerte Oszillatoren enthält, die durch von einem Taktimpulsgenerator synchronisierten Steuergenerator entnommene Steuersignale gesteuert werden.

Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt und werden in Datenübertragungssystemen verwendet, wobei die zu übertragenden 1- und O-Bits durch den zunehmenden bzw. abnehmenden Frequenzhub vertreten werden. Ein derartiges System ist im Artikel von G. David, M. Duquenne und Cl Olier mit dem Titel: »Transmission radio elcctriqiie au moyen d'une modulation lineaire en frequence« beschrieben worden, welcher Artikel in der Zeitschrift »L'onde electrique« vom Monat März 1971, S. 233—242 erschienen ist.

Um die Anforderung der Komplementarität der, Signale mit zunehmender Frequenz und der Signale mit abnehmender Frequenz erfüllen zu können, müssen die Kennlinien der Einzelteile, die die Oszillatoren und den Steuergenerator bilden, äußerst sorgfältig gepaart werden, was bei der Herstellung, der Verwendung und der Instandhaltung zu Schwierigkeiten führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der obengenannten Art zu schaffen, die von den Kennlinien der verwendeten Einzelteile nahezu unabhängig ist und die Übergangserscheinungen, die an den Enden der obengenannten Zeitintervalle auftreten können, praktisch völlig vermeidet.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist das Kennzeichen auf, daß jeder der Oszillatoren in eine zugehörende Phasenregelschleife aufgenommen ist, die mit einem in diskreten Schritten einstellbaren Frequenzteiler versehen ist und daß der Steuergenerator vom digitalen Typ und zum Erzeugen von zwei Paaren digitaler Signale eingerichtet ist, deren Wert in jedem der genannten Intervalle zwischen einem Anfangswert und einem Endwert schwankt, wobei ein Paar dieser Signale den Frequenzteilern zugeführt wird, während das andere Paar den Oszillatoren zugeführt wird, damit diese auf eine derartige Frequenz abgestimmt werden, daß sie sich im Arbeitsgebiet ihrer Phasenregelschleife

befinden.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man, daß der Aufbau und die gute Wirkung der Anordnung nicht mehr von der sorgfältigen Paarung der verwendeten Einzelteile abhängig ist und daß die Komplementarität nicht mehr durch Änderungen der Kennlinien dieser Einzelteile beeinflußt wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann außerdem ein verhältnismäßig großer Frequenzhub verwirklicht werden, was bei den obengenannten Datenübertragungssystemen die Übertragungsqualität und -sicherheit fördert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

Fig.2 einen in Einzelheiten dargestellten Steuersignalgeneraior,

F i g. 3a und 3b die Frequenzänderung der Signale an den Ausgangsklemmen der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig.4 eine bevorzugte Ausführungsfor.n einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

F i g. 5a und 5b Änderungen der Frequenz der Signale an den Ausgängen der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung.

In Fi g. 1 sind 1 und Γ ein Paar spannungsgesteuerte Oszillatoren, deren Ausgangssignale an den Klemmen 2 bzw. 2' auftreten. Diese Oszillatoren werden in ihrer Frequenz gesteuert durch Steuerspannungen, die von einem Steuergenerator 3 erzeugt werden und an den Ausgängen 4 bzw. 4' des Steuergenerators 3 auftreten.

Während einer Aufeinanderfolge gleicher Zeitintervalle T bewerkstelligt der Steuergenerator, daß das Ausgangssignal, das an einer der Klemmen 2 oder 2' auftritt, in der Frequenz linear zunimmt und das an der anderen Klemme auftretende Ausgangssignal in der Frequenz linear abnimmt, und zwar derart, daß diese in ihrer Frequenz schwankenden Ausgangssignale gegenüber einer F. equenz entsprechend dem doppelten Wert einer bestimmten zentralen Frequenz komplementär sind.

Nach der Erfindung wird eine besonders günstige und durchaus vorteilhafte Schaltungsanordnung erhalten, wenn jeder der Oszillatoren 1 und Γ in eine zugehöreniie Phasenregelschleife 6 uzw. 6' aufgenommen ist, die mit einem in diskreten Schritten einstellbaren Frequenzteiler 7 bzw. T versehen ist und wenn der Steuergenerator 3 vom digitalen Typ und zum Erzeugen von zwei Paacen digitaler Signale an den Ausgängen 4 und 4' für das eine Paar und an den Ausgängen 8 und 8' für das andere Paar versehen ist, wobei der Wert dieser digitalen Signale in jedem der genannten Intervalle zwischen einem Anfangswert und einem Endwert schwankt und ein Paar dieser Signale den Frequenzteilern 7, T zugeführt wird, während das andere Paar den Oszillatoren 1 und Γ zugeführt wird, damit diese auf eine derartige Frequenz abgestimmt werden, daß sie sich im Arbeitsgebiet der Phasenregelschleife befinden.

Außer den obengenannten Elementen enthalten die Phasenregelschleifen 6 bzw. 6' üblicherweise eine Phasenvergleichsanordnung 9 bzw. 9' und ein Tiefpaßfilter 10 bzw. 10'; die Bezugsfrequenzquelle 11 ist den beiden Schleifen 6 und 6' gemein.

Die Oszillatoren 1 und Γ enthalten einen abstimmbaren Kreis, in dem do. Abstimmkondensator eine Kapazitätsdiode enthält. Das Ausgangssignal der Phasenvergleichsanordnung wird dieser Diode zugeführt, damit der Wert der Kapazität geändert win], während die digitalen Signale an den Ausgängen 4 und 4' zum Schalten der jeweiligen Induktanzen, die auf

s diese Weise in den abstimmbaren Kreis aufgenommen werden, dienen.

In Fig.2 ist der Steuersignalgenerator 3 in Einzelheiten dargestellt Er enthält einen Vorwärts-Rückwärtszähler 12, dessen Eingang mit dem Ausgang

ίο des Taktimpulsgenerators 5 verbunden ist, während die Ausgänge dieses Zählers 12 mit vier Codewandlern 13, 13'. 14 und 15' verbunden sind, deren Ausgänge die obengenannten Ausgänge 8 bzw. 8' und 4 bzw. 4' bilden.

Der Eingangscode dieser Wandler ist der Inhalt des

'5 Vorwärts-Rückwärtszählers 12. Die Wandler werden durch Festspeicher gebildet, wozu der Inhalt des Vorwärts-Rückwärtszählers als Adresse dient. Der Ausgangscode kann vom Benutzer gewählt werden; diese Festspeicher können von verschiedenem Typ sein, wie beispielsweise die durch die P-" zeichnung ROM oder PROM bekannten Speicher, die sich leicht programmieren lassen. Der Vorwärts-Rückwärtszähler ist ein Modulo-M-Zähler. Unter Ansteuerung der vom Taktimpulsgenerator 5 gelieferten Impulse nimmt

-5 dieser Zähler die den aufeinanderfolgenden Zahlen entsprechenden Zustände an:... 2,1, 2, 3,... M-2, M-X, M, M-X,... 2,1,2... d. h., daß, wenn der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 die äußerste der Zahl 1 entsprechende Stellung erreicht, dieser die Vorwärtslage einnimmt und

y> daß, wenn die andere äußerste der Zahl M entsprechende Stellung erreicht wird, er die Rückwärtslage einnimmt.

Zur Erläuterung der in F i g. 1 und 2 dargestellten Anordnung wird vorausgesetzt, daß der Wandler 13' auf einfache Weise durch ein Netzwerk gebildet wird, das die Eingänge und die Ausgänge dieses Wandlers 13' miteinander verbindet, d. h., daß der Teiler T die Ausgangsfrequenz des Oszillators Γ durch jede Zahl m, die der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 enthalten kann, teilt der Wandler 13 ist derart, daß die Zahl, die die Frequenz des Oszillators 1 teilt, das Komplement von m gegenüber Λ/ist; d. h., daß die Frequenz des Oszillators 1 durch M-m geteilt wird.

Die Frequenz des vom Taktimpulsgenerator 5 gelieferten Signais, die dem Wert γ entspricht, ist derart, daß die Phasenregelschleife zwischen zwei aufeinanderfolgenden von diesem Taktimpulsgenerator 5 gelieferten Impulsen gerade genügend Zeit hat, den stabilisierten Zustand zu erreichen.

Die Phasenregelschleife will ständig in den stabilen Zustand gelangen; sobald dieser erreicht ist, teilen die Frequenzteiler die Oszillatorausgangsfrequenz durch eine Zahl, die um eine Einheit von der vorhergehenden Zahl abweicht; auf diese Weise wird die Frequenz des

Oszillators 1 bzw. Γ durch die Ansprechzeit der

Schleifen 6 bzw. 6' »geglättet« und auf diese Weise werden die Frequenzübergänge verringert und dadurch der Pegel der unerwünschten Harmonischen.

do Die Wandler 14 und 14' sind derart ausgebildet, daß bei jedem Wort m im Vorwärts-Rückwärtszähle·" 12 der Oszillator automatisch auf eine derartige Frequenz abgestimmt wird, daß man der Sache sicher ist, daß die Phasenregelschleife 6 oder 6' effektiv wirksam sein

f>5 kann.

Wenn der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 sich in der Vorwärtslage befindet und die Zahl m von 0 bis M zunimmt, nimmt die Frequenz /"des Oszillators 1 von

einem Wert entsprechend ^ bis zu einem Wert fr zu (fr

ist die Frequenz des von der Bezugsfrequenzquelle 11 gelieferten Signals), während die Frequenz f des Oszillators Γ von einem Wert entsprechend fr bis zu

einem Wert entsprechend·^ abnimmt. Die Änderungen

der Frequenzen der von den Oszillatoren 1 und Γ gelieferten Signale sind in Fig.3a und 3b als Funktion der Zeit dargestellt.

Diese graphischen Darstellungen zeigen, daß man zu jedem Augenblick über ein Signal mit zunehmender Frequenz sowie über ein Signal mit abnehmender Frequenz verfügt und daß diese Signale immer gegenüber (M+ I) fr komplementär sind.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei entsprechende Teile aus den vorhergehenden Figuren mil denselben Bezugszeichen angegeben sind.

In dieser in F i g. 4 dargestellten Schaltungsanordnung ist in jede der Phasenregelschleifen 6 und 6' eine Mischstufe 15 bzw. 15' aufgenommen, von der ein Eingang mit dem Ausgang des Oszillators 1 bzw. Γ verbunden ist und von der ein zweiter Eingang an den Ausgang der Ortsquelle 16 bzw. 16' angeschlossen ist. Die genannten Ortsquellen 16 und 16' liefern je ein Ausgangssignal, die eine mit einer Frequenz fm und die andere mit einer Frequenz fm. Die Oszillatoren 1 und Γ liefern Signale mit f bzw. f. An dem Ausgang der Mischstufe 15 enthält man ein Signal, dessen Frequenz dem Wert

/Af= f- fm

entspricht, am Ausgang der Mischstufe 15' erhält man ein Signal, dessen Frequenz dem Wert

CM= fm-C

entspricht.

Die Codewandler 13 und 13'. die einen Teil des Steuersignalgenerators 3 bilden, werden je durch einen Addierer 17 bzw. 17'gebildet; der Addierer 17 zählt zum Inhalt des Vorwärts-Rückwärtszählers 12 eine Zahl N1. die in einem Register 18 gespeichert ist, während der Addierer 17' zum Inhalt des Vorwärts-Rückwärtszählers 12 eine Zahl Λ/2 addiert, die in einem Register 18' gespeichert ist. Der Taktimpulsgenerator 5 wird durch die Bezugsquelle 11 gebildet, an deren Ausgang ein Frequenzteiler 19 angeschlossen ist, der die Taktfrequenz halbiert. Der Ausgang dieses Teilers ist mit dem Eingang des Zählers 12 verbunden.

Zwischen den Ausgang der Oszillatoren 1 und Γ und die Ausgangsklemmen 2 und 2' ist ein fester Frequenzteiler 20 bzw. 20' aufgenommen, von dem jeder Ausgang mit den Eingängen eines Schalters 21 verbunden ist, wobei die Ausgänge dieses Schalters 21 mit den Klemmen 2 und 2' verbunden sind

In dieser bevorzugten Ausführungsform enthäit jeder Oszillator 1 und Γ einen Digital-Analogwandler 22 und 22", deren Eingänge mit den Ausgängen 4 und 4' verbunden sind. Die Ausgangsspannung dieses Wandlers 22 und 22' beeinflußt die Kapazitätsdioden, die einen Teil des Abstimmkondensators bilden, wobei der andere Teil des Abstimmkondensators ebenfalls durch Kapazitätsdioden gebildet wird, die die Regelspannungen von den Schleifen 6 und 6' erhalten.

Wenn vorausgesetzt wird, daß fr die Frequenz des von der Bezugsquelle 11 gelieferten Signals ist und daß m die Zahl ist die der Vorwärts-Rückwärtszähler 12 enthält, so entsprechen die Frequenzen f und f der Oszillatoren 1 bzw. Γ den nachfolgenden Werten:

Die Frequenzen Fund F'der Signale am Ausgang der festen Teiler 20 und 20', die durch F" teilen, entsprechen ίο den nachfolgenden Werten:

_ Im Im * Λ' 1) fr P

_ J m + (»ι 4 Λ'2)/ί·

Diese beiden Frequenzen Fund F'sind gegenüber der .'.'. frequenz Hckomplementär:

Ft =

fm 4 / '»i f (iV2 — /Vl) fr

Die obenstehende Gleichung 5) zeigt, daß die Komplementarität erfüllt wird, da Fc nur von den Frequenzen fm, fm und fr, die völlig stabil sind, und von den Zahlen N2, /Vl und P, die völlig definiert sind,

ίο abhängig ist.

In der in Fig.4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform entspricht die Frequenz des am Ausgang des Frequenzteilers 19 auftretenden Signals dem Wert fr/2, d. h., daß die Zahl M, die die Maximalzahl ist, die der

!^ Vorwärts-Rückwärtszähler 12 enthalten kann und damit zusammenhängend die Anzahl Schritte, die zum Erhalten des Frequenzhubes Af notwendig sind, dem nachfolgenden Wert entspricht:

+-. Λ/ = ( fr T) 2

sowie

M =

P IF

Ausgehend von diesen Gleichungen erhalt man:

fr² = ~ IF P.

Λί² = (P IF T) 2.

Diese letzte Gleichung zeigt, daß man für einer gegebenen Frequenzhub Af die Anzahl Schritte vergrößern kann und zwar durch die Teiler 20 und 20' diese Vergrößerung der Anzahl Schritte verringert die

jeweiligen Übergänge und dadurch den Pegel dei Harmonischen der von der Anordnung gelieferter Ausgangssignale.

Andererseits wird durch die in den Mischstufen I! und 15' bewerkstelligte Frequenzüberlagerung dei Oszillatorfrequenz erreicht, daß die Frequenzteiler 1 und T verhältnismäßig einfach sein können.
Damit immer systematisch pro Zeitintervall T ar einer der Ausgangsklemmen ein Signal mit zunehmen der Frequenz und an der anderen Klemme ein Signa mit abnehmender Frequenz verfügbar ist, verwende

man den Schalter 21, der durch ein dem Vorwärts-Rückwärtszähler entnommenes Signal gesteuert wird, wobei dieses Signal für die augenblickliche Lage (vorwärts oder rückwärts) des Zählers 12 repräsentativ ist. Die an den Klemmen 2 und 2' auftretenden Signale haben, wie F i g. 5a und 5b zeigen, Frequenzen, die als Funktion der Zeit in derselben Richtung variieren.

Der > lhalt der Register 18 und 18' kann gewünschten· falls mit anderen Zahlen N\ und Λ/2 eingeschrieben werden, um auf einfache Weise den Frequenzhub und/oder die komplementäre Frequenz Fci.u ändern.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die obenstehend beschriebene Ausführungsform.

So kann beispielsweise die Frequenz der von den Ortsquellen 16 und 16' gelieferten Signale sowie die der am Ausgang der Mischstufen 15 und 15' auftretenden Signale gleich sein, während dagegen einer der Zähler 17 oder 17' durch eine Subtraktionsanordnung ersetzt sein kann.

Obschon obenstehend eine Schaltungsanordnung beschrieben wurde, die Signale mit einer linearen Frequenzänderung liefert, ist es durch die Erfindung ebenfalls möglich, Signale zu erzeugen, deren Frequenz sich entsprechend einem gegebenen Gesetz ändert; dazu kann man die jeweiligen Wandler auf geeignete Weise ausbilden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Signalen mit zunehmender Frequenz und von Signalen mit abnehmender Frequenz in aufeinanderfolgenden und gleichen Zeitintervallen an einem Paar Ausgangsklemmen, wobei die zunehmenden und abnehmenden Frequenzen gegenüber einer bestimmten Frequenz komplementär sind, wobei diese Schaltungsanordnung zwei spannungsgesteuerte Oszillatoren enthält, die durch von einem Taktimpulsgenerator synchronisierten Steuergenerator entnommene Steuersignale gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Oszillatoren (1,1') in eine zugehörende Phasenregelschleife (6, 6') aufgenommen ist, die mit einem in diskreten Schritten einstellbaren Frequenzteiler (7, 7') versehen ist und daß der Steuergenerator (3, 3') vom digitalen Typ und zum Erzeugen von zwei Paaren digitaler Signale eingerichtet ist, deren Wert in jedem der genannten Intervalle zwischen einem Anfangswert und einem Endwert schwankt, wobei ein Paar dieser Signale den Frequenzteilern zugeführt wird, während das andere Paar den Oszillatoren (1, 1') zugeführt ν,-ird, damit diese auf eine derartige Frequenz abgestimmt werden, daß sie sich im Arbeitsgebiet ihrer Phasenregelschleife befinden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuergenerator (3) einen Vorwärts-Rückwärtszähler (iT zum Zählen vom Taktimpulsgenerator gelieferter Impulse, sowie vier an diesen Zähler angeschlossene Codewandler (13, 13', 14, 14') zum Liefern der genannten Paare von Steuersignalen enthält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Codewandler (13, 13', 14, 14'), die die Steuersignale zur Einstellung der einstellbaren Frequenzteiler liefern, von einem Addierer (17, 17') gebildet werden, in dem die Zahl des Vorwärts-Rückwärtszählers zu einer festen Zah! addiert wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jede der Phasenregelschleifen (6,6') eine Mischstufe (15,15') aufgenommen ist, von der ein Eingang mit dem Ausgang des betreffenden Oszillators (1, V) verbunden ist und von der der zweite Eingang mit einer Ortsbezugsignalquelle (16, 16') verbunden ist und von der der Ausgang an der. einstellbaren Teiler (7, T) angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortsbezugsignalquellen (16, 16') Signale mit untereinander verschiedenen Frequenzen liefern und daß die Komplementarität der Signale mit zunehmenden und abnehmenden Frequenzen verwirklicht worden ist durch die Tatsache, daß in der Mischstufe einer der Phasenregelschleifen die Ausgangsfrequenz des Oszillators dieser Schleife durch die Frequenz des Ausgangssignals der Ortsbezugssignalquelle herabtransponiert ist und daß in der Mischstufe der anderen Schleife die Frequenz des Ausgangssignals der anderen Ortsbezugssignalquelle durch die Frequenz des Ausgangssignals des anderen Oszillators in der Frequenz herabtransponiert ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Komplementarität der zunehmenden und abnehmenden Frequenz verwirklicht ist durch die Tatsache, daß einer der Wandler des Wandlerpaares, das die Steuersignale zur Einstellung der einstellbaren Teiler liefert, durch eine Subtrahieranordnung gebildet ist, in der die Zahl, die sich im Vorwärts-Rückwärtszähler befindet, von einer ersten festen Zahl subtrahiert wird, während der andere Wandler durch einen Addierer gebildet wird, in dem die Zahl, die sich im Vorwärts-Rückwärtszähüer befindet, zu einer zweiten festen Zahl addiert wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Oszillatoren (1, V) über einen festen Frequenzteiler (20, 20') an eine Ausgangsklemme (2, 2') der Schaltungsanordnung angeschlossen ist