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Phasendiskriminator für impulsförmige Eingangssignale Die Erfindung
bezieht sich auf einen Phasendiskriminator für zwei impulsförmige Eincjangssignale.
Phasendiskriminatoren werden beispielsweise für die Zeilensynchroriisierung in Fernsehempfngern
benutzt und sind in verschiedenen schaltungstechnischen Ausführungsformen bekannt.
Die typische Kennlinie eines solchen Phasendiskriminators ist in Figur 1 durch die
ausgezogene Linie dargestellt. Die Ausgangsgleichspannung U des Phasendiskriminators
hängt nach Polarität und Größe von der Phasendifferenz der beiden Eingangssignale,
beispielsweise der Oszillatorfrequen fO und der Synchronisierfrequenz f ab. Stimmen
beide Frequenzen überein, so 5 ist die Ausgangsgleichspannung des Phasendiskriminators
gleich Null.
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Die Eigenfrequenz des Oszillators ist so gewählt, daß sie etwa gleich
der Synchronisierfrequenz ist. Weicht der Oszillator von dieser Frequenz ab, so
liefert der Phasendiskriminator eine Ausgangsgleichspannung an den Steuereingang
des Oszillators, welche dessen Frequenz in Richtung auf die Synchronisierfrequenz
verschiebt. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß ein solcher Phasendiskriminator nur
innerhalb des Fangbereiches zwischen dem Minimum und dem Maximum der Kennlinie eine
für die ordnungsgemäße Steuerung des Oszillators geeignete Gleichspannung liefert,
während außerhalb dieses Fangbereiches die Kennlinie ihre Richtung umkehrt
und
somit keine den Oszillator in Richts1ng auf c;#ic- Synchronfrequcenz verstimmende
Gleichspannung zur Verfügung steht. In einem Fernsehempfänger sind die Oszillatofrequenz
eirseits und der Fangbereich desPbsendiskriminators andererseits so gewählt, daß
im Normalfall die Zeilensynchronisierur,g nicht außer Tritt fallen kann. Die auftretenden
E'requenzunterschid, sind gering.
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Ganz anders liegen die Verhältnisse beispielsweise bei einem Doppler-Radargerät
zur Weg- oder Ceschwindigkeitsmessung von Fahrzeugen, wo ein örtlicher Oszillator
über den gesamten Frequenzhub der Dopplerfrequenz nachstirnrnbar sein muß und zwar
von der Frequenz Null (Stillstand) bis zu derjenigen Dopplerfrequenz, welche der
maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Für die Synchronisierung eines solchen
OszillaLors ist ein Phasendiskriminator herkömmlicher Bauart ungeeignet. Man hat
sich dadurch zu helfen versucht, daß man für die Grobabstimmung des Oszillators
einen Frequenz/Stromumformer und für die Feinabstimmung einen besonderen Multiplizierer
eingesetzt hat (DT-OS 23 24 271).
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Phasendiskriminator zu schaffen,
der einen praktisch unbegrenzten Fangbereich hat.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete
Erfindung.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf ein in den Zeichnungen
wiedergegebenes Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Dabei zeigt Figur 1 mit ausgezogenen
Linien die Kennlinie eines herkömmlichen Phasendiskriminators und gestrichelt diejenige
des erfindungsgemäßen Phasendiskriminators; Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der
Schaltungsanordnung des Phasendiskriminators und Figur 3 den Signalverlauf an verschiedenen
Schaltungspunkten
dieses Phasendiskriminators bei unterschiedlichen
Werten der Frequenzabweichung zwischen den beiden Signalimpulsfolgen.
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Der Phasendiskriminator gemäß Figur 2 besteht im wesentlichen aus
zwei Flip-Flops F1 und F2, einem Koinzidenzgatter G und einem Operationsverstärker
V. Das Flip-Flop,F1 weist einen Takteingang Tl, einen Dateneingang Dl, einen Setzeingang
51 ~einen nichtinvertierenden Schaltausgang Q1, eineninvertierenden Schaltausgang
Q1 sowie einen Rückstelleingang Zl auf. Das Flip-Flop F2 ist gleich aufgebaut. Der
Schaltausgang Q des Flip-Flops F1 ist über einen ersten Widerstand R1 mit dem einen
Eingang des Operationsverstärkers V verbunden, während der Schaltausgang Q des zweiten
Flip-Flops F2 über einen Widerstand R2 an den anderen Eingang des Operationsverstärkers
angeschlossen#ist. Die Widerstände R1 und R2 sind gleich groß gewählt. Die invertierenden
Ausgänge 1 und Q 2 der beiden Flip-Flops sind an die Eingänge eines NOR-Gatters
G angeschlossen, dessen Ausgang an den ückstelleingängenund Pl Beider Flip-Flops
F1 und F2 liegt. Anstelle des NOR-Gatters G könnte auch ein UND-Gatter verwendet
werden, dessen Eingänge dann an die beiden nicht-invertierenden Schaltausgänge Q1
bzw. Q2 der beiden Flip-Flops anzuschließen wären. Vom Ausgang Avdes Verstärkers
V ist ein dritter Widerstand R3 zum zweiten Verstärkereingang geschaltet, während
der erste Verstärkereingang über einen vierten Widerstand R4 mit Bezugspotential
in Verbindung steht. An dem Verstärkerausgang A ist ein Integratorffür das zunächst
impulsförmige Ausgangssignal des Phasendiskriminators angeschlossen. Ein gleichspannungs-
oder gleichstromgesteuerter Oszillator OS wird in seiner Frequenz durch das Ausgangssignal
des Integrators IN gesteuert. Die Oszillatorfrequenz wird einerseits vom Oszillatorausgang
Ao zur weiteren Signalverarbeitung abgegriffen und andererseits über eine Rückführleitung
dem Eingang T1 des Flip-Flops Fi als Vergleichssignal zugeleitet. Die Synchronimpulsfolge
bzw. im Falle eines Doppler-Radargerätes, die Dopplerfrequenzimpulse werden dem
Eingang T2 des anderen Flip-Flops F2 zugeleitet. Die Dateneingänge D1 bzw. D2 beider
Flip-Flops erhalten das Signal "1",~während die Setzeingänge auf"O'1liegen. Beide
Flip-Flops schalten jeweils beim Eintreffen einer positiven
Anstiegsflanke
des Signals an ihrem Takteincjang T das arn Dateneingang D stehende Signal 11111
zum nicht-in#ertierenden Ausgang Q durch. Durch die Wahl von R1 - R2 und R3 = R4
erreicht man, daß am Verstärkerausgang AV ein amplitudenmaßg bei beiden Pclaritäten
der Frequenzdifferenz gleich hohes Ausgangssignal entsteht. Der Operationsverstärker
wird im linearen Bereich, d.h. ohne in Sättigung zu geraten, betrieben. Demensprechend
ist das Verhält nis des Widerstände R1 zu R4 bzw. R2 zu R3 gewählt.
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Die Wirkungsweise des Phasendiskriminators wird nachfolgend in Verbindung
mit Figur 3 erläutert. Aus dem Vergleich der beiden Kurvenzüge der Spannungen an
den Zing#ne T1 und T2 ersieht man, daß zunächst die Spannung am Eingang T2, d.h.
die Synchronisierimpulsfolge eine höhere Frequenz hat als die zum Eingang T1 gelangende
Generatorfrequenz. Folglich entstehen negativ gerichtete Impulse großer Länge. Sobald
sich der Frequenzunterschied zwischen Generatorfrequenz und Synchronisierfrequenz
verringert, nimmt die Länge der negativ gerichteten Impulse ab. Stimmen Oszillatorfrequnz
f und Synchronisierfrequenz f5 überein, so steht am Ausgang AV keine Ausgangsspannung.
Fällt umgekehrt die Synchronisierspannuny frequenzmäßig unter die Frequenz der Oszillatorspannung
ab, so entstehen, wie der rechte Teil von Figur 3 zeigt, positiv gerichtete Impulse,
deren Länge mit zunehmendem Frequenzunterschied wächst.
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Sobald zur Zeit t1 eine positive Anstiegsflanke der Synchronisierspannung
fs auftritt, liefert das Flip-Flop 2 an seinem Ausgang ein Signal ~1" an den oberen
Eingang des Verstärkers V, so daß an seinem Ausgang ein negativ gerichteter Impuls
beginnt, Das Flip-Flop F2 hält diesen Zustand aufrecht. Erst beim Eintreffen einer
positiv gerichteten Vorderflanke der Oszillatorspannung am Takteingang T1 des Flip-Flops
F1 wird dieser Impuls beendet, indem zu diesen Zeitpunkt auch der invertierende
Ausgang Q1 des Flip-Flops F1 den Wert "O" annimmt und somit am Ausgang des Gatters
G das Signal 1 entsteht und beide Flip-Flops zurückstellt. Bei der nächsten Anstiegsflanke
desSynchronisiersignals zur Zeit t3 beginnt das Spiel von neuem. Stimmen beide Frequenzen
überein,
wie dies im mittleren Teil der Kurvenzüge gemaß Figur 3 dargestellt ist, so werden
beide Flip-Flops jeweils sofort zurückgestellt, so daß kein Ausgangssignal am Verstärkerausgang
AV entsteht. Das Signal am Verstärkerausgang AV wird in bekannter Weise mit Hilfe
eines Integrators IN geglättet und steuert die Frequenz f des Oszillators OS derart,
daß diese der Synchronisierfrequenz fs nachgeführt wird. Wie man sieht, erfolgt
diese Nachführung über einen beliebig großen Fangbereich, d.h. auch bei beliebig
großen Frequenzunterschieden zischen Synchronisierfrequenz und Oszillatorfrequenz.
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Die Darstellung-der Kurvenzüge in Figur 3 soll nur die Erzeugung des
Ausgangssignals am Verstärker V erläutern. Im Falle eines fleichspannungs- oder
gleichstromgesteuerten Oszillators würde selbstverständlich die Oszillatorfrequenz
jeweils automatisch und ständig der Synchronisierfrequenz nachgeführt und nicht,
wie in Figur 3 angenommen, konstant bleiben.
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Der praktisch unbegrenzte Fangbereich des Phasendiskriminators bietet
nicht nur in Doppler-Radargeräten sondern auch bei vielen anderen Anwendungen beträchtliche
Vorteile. Insbesondere ergibt sich eine erhöhte Sicherheit des - #iedereinfangens
der Oszillatorfrequenz bei längerem Ausfall der Synchronisierimpulse. Ein kurzzeitiger
Ausfall wird ohnehin durch die Speicherwirkung des Integrators überbrückt.