DE2510261C2 - Method and circuit for carrying out the method for stabilizing the frequency of an oscillator - Google Patents
Method and circuit for carrying out the method for stabilizing the frequency of an oscillatorInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Schaltungen zum Durchführen des Verfahrens.The invention is concerned with a method according to the preamble of claim 1 and Circuits for performing the method.
Ein solches Verfahren ist bekannt aus der US-PS 34 11 102 mit Ausnahme der Beeinflussung der Oszillatorfrequenz und der Steuerfrequenz durch Frequenzteiler. Frequenzteiler sind aber bei Verfahren zum Stabilisieren von Oszillatorfrequenzen allgemein bekannt, beispielsweise aus «Technische Mitteilungen, AEG-TELEFUNKEN (1974), Beiheft Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Trägerfrequenztechnik, Seite 28 bis 31: Der Tertiärgruppenumsetzer der Bauweise 7R«. Beim Gegenstand der US-PS 34 11 102 werden ein Referenzsignal und das zu stabilisierende Oszillatorsignal mittels eines Phasendiskriminators miteinander verglichen. Aus dem Ausgangssignal des Phasendiskriminators gewinnt man eine Stellgröße zur Beeinflussung des Oszillators. Bei kurzzeitigem Steuerfrequenzausfall wird der zu stabilisierende Oszillator über eine logische Verknüpfungsschaltung von einem impulsbreitengesteuerten Generator mit seiner Stellgröße ver-Such a method is known from US-PS 34 11 102 with the exception of influencing the oscillator frequency and the control frequency by frequency divider. However, frequency dividers are used in methods for Stabilizing oscillator frequencies is generally known, for example from «Technische Mitteilungen, AEG-TELEFUNKEN (1974), Supplement New Developments in the Field of Carrier Frequency Technology, page 28 to 31: The tertiary group transfer device of the 7R design «. When the subject of US-PS 34 11 102 are a Reference signal and the oscillator signal to be stabilized with one another by means of a phase discriminator compared. A manipulated variable for influencing is obtained from the output signal of the phase discriminator of the oscillator. In the event of a brief control frequency failure, the oscillator to be stabilized is switched on via a logic combination circuit of a pulse-width controlled generator with its manipulated variable
M sorgt Diese logische Verknüpfungsschaltung läßt aber die Stellgröße nur passieren, wenn ein Unterbrechungsdetektor ein Signal abgibt und damit das Vorhandensein oder NichtVorhandensein des Referenzsignals meldet Dieses Verfahren wird dazu benutzt, bei kurzzeitigem Ausfall der Steuerfrequenz die Regelschleife davon unbeeinflußt zu lassen. Die Umschaltung des Unterbrechnungsdetektors erfordert aber eine gewisse Zeit, d h. nach dem Ausfall des Referenzsignals übernimmt der impulsbreitengesteuerte Generator nicht sofort die Ansteuerung des Oszillators. Außerdem benötigt diese Stabilisierungssehältung mindestens eine separate Taktsignalquelle und aufwendige Steuereinrichtungen. Ausfälle der Betriebsspannung führen bei dieser Schaltung zu Undefinierten Betriebszuständen.M takes care of this logic combination but leaves the manipulated variable only happens when an interruption detector emits a signal and thus its presence or the absence of the reference signal reports This procedure is used for short-term Failure of the control frequency to leave the control loop unaffected. Switching the interruption detector but requires a certain amount of time, i.e. takes over after the failure of the reference signal the pulse-width controlled generator does not immediately control the oscillator. Also needed this Stabilization frame at least one separate clock signal source and complex control devices. Failures of the operating voltage result in this circuit to undefined operating states.
Aus der Veröffentlichung »Technische Mitteilungen AEG-TELEPJNKEN (197), Beiheft Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Trägerfrequenztechnik, Seite 28 bis 31: Der Tertiärgruppenumsetzer der Bauweise TR", From the publication »Technische Mitteilungen AEG-TELEPJNKEN (197), Supplement New Developments in the Field of Carrier Frequency Technology, pages 28 to 31: The tertiary group converter of the TR design",
ist aus Bild 5 bekannt, bei der Frequenzerzeugung in der TF-Technik die Frequenz eines Oszillators durch eine Steuerfrequenz mittels einer Phasenregelschleife auf hohe Konstanz zu regeln. Dabei werden die Steuer- und Oszillatorfrequenz auf eine gemeinsame Teilfrequenz heruntergeteilt und mittels eines Phasendiskriminators miteinander verglichen. Der Phasendiskriminator liefert eine Ausgangsimpulsfolge, die mit einem Tiefpaß zu einer Stellspannung integriert wird und die Kapazität einer Varaktordiode verändert Die Varaktordiode ι ο bildet als Stellglied einen Teil des frequenzbestimmenden Kreises des Oszillators und regelt die Oszillatorfrequenz auf den konstanten Wert der Vergleichsfrequenz.is known from Figure 5, in the frequency generation in the TF technology increases the frequency of an oscillator by means of a control frequency using a phase-locked loop to regulate high constancy. The control and oscillator frequency are set to a common partial frequency divided and compared with each other by means of a phase discriminator. The phase discriminator delivers an output pulse train that is integrated with a low-pass filter to form a control voltage and the capacitance a varactor diode changed The varactor diode ι ο forms as an actuator part of the frequency-determining Circle of the oscillator and regulates the oscillator frequency to the constant value of the comparison frequency.
Die vom Phasendiskriminator gelieferte Stellspannung ist der Phasendifferenz seiner beiden Eingangsimpulsfolgen proportional.The control voltage supplied by the phase discriminator is the phase difference between its two input pulse trains proportional.
Die geforderte relative Konstanz der Pilotfrequenz sei etwa 10-6. Im ausgeregelten Zustand sind die geteilten Steuer- und Oszillatorfrequenzen einander völlig gleich. x> The required relative constancy of the pilot frequency is about 10 6th In the balanced state, the divided control and oscillator frequencies are completely equal to each other. x>
Auch beim Ausregeln einer Störung (Einschwingvorgang) haben die zwei Frequenzen einen relativen FehlerEven when compensating for a disturbance (transient process), the two frequencies have a relative error
—von z. B. nur 10-' bis 10-'. Dabei tritt pro Periode-from Z. B. only 10- 'to 10-'. It occurs per period
der Vergleichsfrequenz von 8 kHz am Eingang des Phasendiskriminators eine Phasenverschiebung von 2Jt^-auf.the comparison frequency of 8 kHz at the input of the phase discriminator has a phase shift of 2Jt ^ -on.
Beim Ausregeln der Störung einer Phasenverschiebung von Δφ, wobei joWhen correcting the disturbance of a phase shift of Δφ, where jo
A φ = η · 2 π —*- ist, müssen η Perioden der Vergleichsfrequenz
ablaufen.
Bei Annahme eines linearen Regelvorgangs ist A φ = η · 2 π - * - , η periods of the comparison frequency must elapse.
Assuming a linear control process is
3535
Δ φ = η 2 π Δ φ = η 2 π
AfAf ff
und die dazu benötigte Zeitand the time it takes
/ 2n Af f / 2n Af f
Ein Zahlenbeispiel:A numerical example:
A φ = ϋ, JU- = ΙΟ"6,/ = 8 kHz A φ = ϋ, JU- = ΙΟ " 6 , / = 8 kHz
ergibt:results in:
A t = A t =
106 ·10 6
-3-3
«30 s.«30 s.
4545
5050
5555
Aus der DE-OS 19 51 722 ist eine Vorrichtung zum Stabilisieren der Frequenz eines Oszillators mit regelbarer Frequenz auf die Frequenz eines Steuergenerators bekannt, bei der das Oszillatorsignal und das Steuersignal auf die beiden Eingänge eines Phasendiskriminators gegeben werden. Der Ausgang des Phasendiskriminators liefert eine Stellgröße zur Einstellung der Frequenz des Oszillators. Es sind zwei Schalter vorgesehen, deren Schaltzeiten aus der Steuerfrequenz zeitlich gegeneinander versetzt abgeleitet werden. Der zweite Schalter giot das Stellsignal auf eine Addierschaltung — wo es ziin Ausgangssignal des Phasendiskriminators addiert wird. Dieses Signal wird nach öffnen des ersten Schalters auf einen Speicher gegeben, dem das Stellsignal entnommen wird. Dadurch wird erreicht, daß im Rhythmus der Schaltfrequenz die Fehler der Oszillatorfrequenz besonders schnell korrigiert werden. Die Zeit, in der ein solcher Fehler verschwindet, ist also bestimmt durch die Schaltfrequenz. From DE-OS 19 51 722 a device for stabilizing the frequency of an oscillator is with adjustable frequency to the frequency of a control generator known, at which the oscillator signal and the Control signal can be given to the two inputs of a phase discriminator. The outcome of the The phase discriminator supplies a manipulated variable for setting the frequency of the oscillator. There are two switches provided, the switching times of which are derived from the control frequency offset in time. Of the second switch giot the control signal to an adder circuit - where there is ziin output signal of the phase discriminator is added. This signal is sent to a memory after opening the first switch, from which the control signal is taken. This ensures that in the rhythm of the switching frequency Errors in the oscillator frequency can be corrected particularly quickly. The time when such a mistake disappears and is therefore determined by the switching frequency.
Für das Ausregeln von natürlichen Störungen, wie Alterung oder Temperatureinfluß, reicht die Regelgeschwindigkeit aus. Das Ausregeln plötzlicher kurzzeitiger Störungen, wie Betriebsspannungseinbruch oder Steuerfrequenzumschaltung von einigen Millisekunden sollte aber möglichst schnell erfolgen, um die Betriebsfähigkeit des Systems nicht zu gefährden.The control speed is sufficient to correct natural disturbances such as aging or the influence of temperature the end. The correction of sudden short-term disturbances, such as a drop in the operating voltage or Control frequency switching of a few milliseconds should take place as quickly as possible in order to ensure operability not endanger the system.
Bei der Vorrichtung gemäß der DE-OS 19 51 722 wird bei den genannten kurzzeitigen Störungen auf jeden Fall die Störung erst nach einer Periode der Schaltfrequenz ausgeregelt Außerdem tritt bei dem Einsatz von Frequenzteilern, die zumindest für die Oszillatorirequenz benötigt werden, um den Phasendiskriminator zu speisen, die Schwierigkeit auf, daß diese Frequenzteiler nach der Störung zunächst bei einer beliebigen Phasenlage mit dem Teilungsvorgang beginnen und der Einschwingvorgang eine große Phasenverschiebung erfordertIn the device according to DE-OS 19 51 722 is in the case of the short-term disturbances mentioned, the disturbance only occurs after a period of Switching frequency regulated also occurs with the use of frequency dividers, which at least for the Oscillator frequency are needed to feed the phase discriminator, the difficulty that this After the disturbance, start the frequency divider with the division process at any phase position and the transient process requires a large phase shift
Aus der Veröffentlichung »Aufbau und Anwendung digitaler Synthesizer« von Ulrich L Rohde, Funkschau 1973, Heft 9, Seite 32.5 bis 327, ist eine Phasenregelschleife bekannt bei der das Ausgangssignal eines Phasendiskriminators einen durchstimmbaren Oszillator nachregelt Den Eingängen des Phasendiskriminators werden jeweils über Frequenzteiler die Referenzfrequenz und die zu regelnde Oszillatorfrequenz zugeführt. Es ist dieser Veröffentlichung aber kein Hinweis zu entnehmen, wie eine Stellgröße bei Ausfall der Referenzfrequenz oder bei Betriebsspannungsausfall dem zu regelnden Oszillator zugeführt wird.From the publication "Structure and Application of Digital Synthesizers" by Ulrich L Rohde, Funkschau 1973, Issue 9, pages 32.5 to 327, a phase locked loop is known in which the output signal of a Phase discriminator readjusts a tunable oscillator The inputs of the phase discriminator the reference frequency and the oscillator frequency to be controlled are each via frequency dividers fed. However, there is no reference to be found in this publication, such as a manipulated variable in the event of failure the reference frequency or in the event of a power failure to the oscillator to be controlled.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, um den Einschwingvorgang einer Phasenregelschleife bei kurzzeitigen Störungen, wie Betriebsspannungseinbruch oder Steuerfrequenzumschaltung, auf ein zulässiges Maß zu verringern.The object of the present invention is to provide a method according to the preamble of the patent claim 1 to specify the settling process of a phase-locked loop in the event of brief disturbances, such as Operating voltage drop or control frequency switchover to be reduced to a permissible level.
Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnetThe solution to this problem is characterized by the features of claim 1
Außerdem sollen Schaltungen angegeben werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.In addition, circuits are to be specified for carrying out the method according to the invention.
In den Unteransprüchen sind die vorteilhaften Schaltungen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.In the subclaims are the advantageous circuits for performing the inventive Procedure specified.
Ein kurzzeitiger Ausfall des Steueroszillators wird bei diesem Verfahren überbrückt, ohne die Oszillatorfrequenz merklich in Mitleidenschaft zu ziehen. Ein Kurzzeitiger Ausfall der Betriebsspannung wird nach der Spannungswiederkehr innerhalb von Millisekunden überwunden. Nacn einem längeren Ausfall der Steueroder Betriebsspannung dauert der Einschwingvorgang einige Sekunden.A brief failure of the control oscillator is bridged with this method without the oscillator frequency noticeably affected. A brief failure of the operating voltage will occur after voltage recovery was overcome within milliseconds. After a prolonged failure of the control or Operating voltage, the settling process takes a few seconds.
Ein Ausführun^sbeispiel einer Schaltung, bei der das Verfahren nach der Erfindung angewendet ist, zeigt die Fig. 1. Dabei ist O der Oszillator, dessen Frequenz mittels einer Varaktordiode als Stellglied verändert wird. FTl ist der Frequenzteiler für die Oszillatorfrequenz. FT2 ist der Frequenzteiler für die Frequenz des Steueroszillators ΓΤ. PD ist der Phasendiskriminaibr, dem am Eingang Ei die geteilte Frequenz des Steueroszillators zugeführt wird. TPt ist der Tiefpaß, der die Ausgangsimpulsfolge des Phasendiskriminators An exemplary embodiment of a circuit in which the method according to the invention is applied is shown in FIG. 1. Here, O is the oscillator, the frequency of which is changed by means of a varactor diode as an actuator. FTl is the frequency divider for the oscillator frequency. FT2 is the frequency divider for the frequency of the control oscillator ΓΤ. PD is the phase discriminator to which the divided frequency of the control oscillator is fed at input Ei. TPt is the low-pass filter, which is the output pulse train of the phase discriminator
integriert. GR ist ein Gleichrichter, der aus dem Ausgangssignal des Steueroszillators 57 eine Gleichspannung erzeugt. SD ist ein Spannungsdiskriminator. VSist eine Verzögerungsschaltung.integrated. GR is a rectifier which generates a DC voltage from the output signal of the control oscillator 57. SD is a voltage discriminator. VS is a delay circuit.
Die eigentliche Nachbildung der Ausgangsimpulsfol- -, ge des Phasendiskriminators geschieht mit Hilfe des monostabilen Multivibrators Ml1 der am Eingang £3 die vom Oszillator herrührende Eingangsimpulsfolge des Phasendiskriminators PD zugeführt erhält und bei jedem auftretenden Impuls angeregt wird und dessen in impulsdauer von der an seinem Eingang £4 anliegenden Steuerspannung bestimmt ist. Der Tiefpaß TPl glättet diese Impulsfolge zur Stellspannung für die Varaktordiode. Die Steuerspannung für die Periodendauer der nachgebildeten Impulsfolge wird durch einen r, Vergleichsverstärker VV gewonnen, der über TP2 an seinem Eingang £5 die geglättete nachgebildete Impulsfolge und über den Tiefpaß TPX an seinem Eingang £6 die geglättete Impulsfolge des Phasendiskriminators erhält und der seine Ausgangsspannung »n über einen Speicher SP dem monostabilen Multivibrator M1 zuführt. Die Nachbildung wirkt wie ein kleiner Regelkreis, der selbsttätig die nachgebildete Impulsfolge so nachregelt, daß die zwei Eingangsspannungen des Vergleichsverstärkers einander gleich sind. >■>The actual replication of the output pulse sequence -, ge of the phase discriminator is done with the help of the monostable multivibrator Ml 1 which receives the input pulse sequence from the oscillator PD from the oscillator PD at input £ 3 and is excited with every pulse that occurs and the pulse duration of which is from the one at its input £ 4 applied control voltage is determined. The low-pass filter TPl smooths this pulse sequence for the control voltage for the varactor diode. The control voltage for the period of the simulated pulse train is obtained by a comparison amplifier VV , which receives the smoothed simulated pulse train via TP2 at its input £ 5 and the smoothed pulse train of the phase discriminator via the low-pass filter TPX at its input £ 6 and which receives its output voltage » n supplies the monostable multivibrator M 1 via a memory SP. The simulation works like a small control loop that automatically readjusts the simulated pulse train so that the two input voltages of the comparison amplifier are equal to each other. >■>
Der Spannungsdiskriminator SD mißt an seinem Eingang £10 die Betriebsspannung und an seinem Eingang £9 die gleichgerichtete Steuerfrequenzspannung. Wenn eine der beiden ausfällt, spricht er schnell an und betätigt eine Verzögerungsschaltung VS, z. B. einen jn monostabilen Multivibrator. Der Sapnnungsdiskriminator spricht schon bei 10% Abfall der Betriebsspannung an, damit sich der Zustand der Schaltung vor dem Eingriff des SD nicht noch ändert.The voltage discriminator SD measures the operating voltage at its input £ 10 and the rectified control frequency voltage at its input £ 9. If one of the two fails, it responds quickly and actuates a delay circuit VS, e.g. B. a monostable multivibrator. The voltage discriminator responds to a 10% drop in the operating voltage so that the state of the circuit does not change before the SD intervenes.
Die Verzögerungsschaltung spricht sowohl bei einem Ausfall als auch beim Ende eines Ausfalls an. Der Speicher SP. erhält an seinem Eingang £7 die Ausgangsspannung des Vergleichsverstärkers und an seinem zweiten Eingang £8 die Ausgangsspannung der Verzögerungsschaltung. Der Speicher folgt seiner Eingangsspannung an £7, wenn an £8 Öffnungspotential (Minus) anliegt. Er speichert seine Eingangsspannung (Ausgangsspannung des Vergleichsverstärkers) an £7, wenn an £8 Sperrpotential (Plus, Erde) anliegt Wenn die Verzögerungsschaltung anspricht, sperrt sie 4> für eine gewisse Zeit den Speicher gegen weitere Änderungen seiner Eingangsspannung an £7. Außerdem wird der Speicher auch beim Ausfall der Betriebsspannung gesperrt, so daß nach Spannungswiederkehr die nachgebildete Impulsfolge wieder entstehen kann.The delay circuit responds both to a failure and to the end of a failure. The memory SP. receives the output voltage of the comparison amplifier at its input £ 7 and the output voltage of the delay circuit at its second input £ 8. The memory follows its input voltage at £ 7 if there is opening potential (minus) at £ 8. It saves its input voltage (output voltage of the comparison amplifier) at £ 7 when there is blocking potential (plus, earth) at £ 8. In addition, the memory is blocked even if the operating voltage fails, so that the simulated pulse sequence can be generated again when the voltage is restored.
Die Verzögerungsschaltung hat also zwei Funktionen. Sie sperrt den Speicher nach einem Ausfall, um die Information zu erhalten und nach dem Ende des Ausfalls, um das Einschwingen der Tiefpässe zu überbrücken. Ihre Verzögerungsdauer, d. h. Impulsdauer, ist hauptsächlich durch die zweite Funktion bestimmt.The delay circuit thus has two functions. It locks the memory after a failure to prevent the To get information and after the end of the failure to settle the low-pass bridge. Your delay duration, d. H. Pulse duration, is mainly due to the second function certainly.
Die Synchronisierung der Frequenzteiler nach einem Ausfall geschieht über eine logische Verknüpfungsschaltung K. Diese erhält an ihrem Eingang £11 die nachgebildete Impulsfolge und leitet diese an den Frequenzteiler FT2 zur Synchronisation seines »Trittes«, wenn die Verzögerungsschaltung angeregt ist und eine entsprechende Spannung am Eingang £12 der logischen Verknüpfungsschaltung K anliegt.The frequency divider is synchronized after a failure via a logic circuit K. This receives the simulated pulse sequence at its input £ 11 and forwards it to the frequency divider FT2 to synchronize its "step" when the delay circuit is activated and a corresponding voltage at input £ 12 of the logic combination circuit K is present.
In F i g. 2 ist der kleine Regelkreis der Impulsnachbildung ausführlicher dargestelltIn Fig. 2 is the small control loop for pulse simulation shown in more detail
Der monostabile Multivibrator MX besteht aus den zwei integrierten NOR-Gattern G1 und G 2 und demflC-Glied RX CX. Seine Wirkungsweise ist bekannt. Am Eingang £3 wird er von den Ausgangsimpulsen des Frequenzteilers FTl angeregt. Die Umladespannung am Eingang £4 bestimmt die Periodendauer des moitostabilen Multivibrators. Das RC-G\\ed RC2 C2 bildet den Tiefpaß TPZ Als Vergleichsverstärker wirkt ein integrierter Differenzverstärker UV. The monostable multivibrator MX consists of the two integrated NOR gates G 1 and G 2 and the FLC element RX CX. Its mode of action is well known. At the input £ 3 it is excited by the output pulses of the frequency divider FT1. The recharging voltage at input £ 4 determines the period of the moitostable multivibrator. The RC-G \\ ed RC2 C2 forms the low-pass filter TPZ. An integrated differential amplifier UV acts as a comparison amplifier.
Der Speicher besteht in dem beschriebenen Beispiel hauptsächlich aus einem ersten Feldeffekttransistor TX als Schalter, einem Kondensator C3 als Speicherkondensator und einem zweiten Feldeffekttransistor T2 als Abfrageverstärker. Der Feldeffekttransistor TX hat einen sehr kleinen Sperrstrom, der Feldeffekttransistor T2 benötigt einen noch kleineren Steuerstrom, und der Kondensator C3 hat ebenfalls einen sehr kleinen Leckstrom. Wenn am Eingang £8 des Feldeffekttransistors Ti positives Potential (Null oder Erde) gegenüber einer negativen Versorgungsspannung anliegt, ist er gesperrt, und der Kondensator C3 hält seine Ladung relativ lange.In the example described, the memory consists mainly of a first field effect transistor TX as a switch, a capacitor C3 as a storage capacitor and a second field effect transistor T2 as an interrogation amplifier. The field effect transistor TX has a very small reverse current, the field effect transistor T2 requires an even smaller control current, and the capacitor C3 also has a very small leakage current. If the input £ 8 of the field effect transistor Ti has a positive potential (zero or earth) compared to a negative supply voltage, it is blocked and the capacitor C3 holds its charge for a relatively long time.
Als logische Verknüpfungsschaltung K wird ein NOR-Gatter C 3 verwendetA NOR gate C 3 is used as the logic combination circuit K
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
D2 | Grant after examination | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AEG-TELEFUNKEN NACHRICHTENTECHNIK GMBH, 7150 BACKN |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH, 7150 BACKNANG, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |