DE2511078A1 - Stabilised frequency generator with high precision and stability - by keeping control range of one oscillator clear of adjacent harmonics - Google Patents
Stabilised frequency generator with high precision and stability - by keeping control range of one oscillator clear of adjacent harmonicsInfo
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Abstract
Description
Stabilisierter Frequenz generator Die Erfindung bezieht sich auf einen stabilisierten Frequenzgenerator, bei dem ein erster Oszillator innerhalb eines ersten Frequenzbereiches auf die Oberwellen einer Quarzgrundfrequenz einstellbar und einrastbar ist und ein zweiter Oszillator innerhalb eines dem Frequenzabstand zwischen benachbarten Oberwellen entsprechenden, zweiten Frequenzbereiches kontinuierlich einstellbar und auf die jeweils eingestellte Frequenz stabilisiert ist und bei dem die Ausgangsfrequenz aus beiden Oszillatorfrequenzen abgeleitet wird.Stabilized frequency generator The invention relates to a stabilized frequency generator with a first oscillator within a first frequency range adjustable to the harmonics of a basic crystal frequency and is lockable and a second oscillator within one of the frequency spacing between adjacent harmonics corresponding, second frequency range continuously adjustable and stabilized at the frequency set in each case and at which the output frequency is derived from both oscillator frequencies.
Die Stabilisierung des zweiten, in seiner Ausgangsfrequenz kontinuierlich einstellbaren Oszillators dient zur Verbesserung seines Frequenzfehlers, der ohne diese Stabilisierung in der Größenordnung von 10 5 seiner Ausgangsfrequenz liegen würde, während der Frequenzfehler des ersten Oszillators im eingerasteten Zustand auch ohne besondere Temperaturkonstanz lediglich in der C-rößenordnung von 10 5 seiner Ausgangsfrequenz liegt. Die Bedeutung der Stabilisierungsmaßnahmen ist daher umso größer, je höher die vom zweiten Oszillator abgegebenen Frequenzen sind.The stabilization of the second, in its output frequency continuously adjustable oscillator is used to improve its frequency error without this stabilization is of the order of 10 5 of its output frequency would, while the frequency error of the first oscillator in the locked state even without any particular temperature constancy, only in the C order of 10 5 its output frequency. The importance of the stabilization measures is therefore the greater the higher the frequencies emitted by the second oscillator.
Ein Frequenzgenerator der eingangs genannten Art ist aus der deutschen Patentschrift 1 076 265 bekannt. Die Grobeinstellung der Äusgangsfrequenz erfolgt hierbei an einer dem ersten Oszillator zugeordneten Einstellskala, während die Feineinstellung an der Skala eines eigenen Interpolationsoszillators vorgenommen wird, der die Frequenzeinstellung des zweiten Oszillators stabilisiert. Die Stabilisierung des zweiten Oszillators besteht im einzelnen darin, daß seine Ausgangsspannung durch Mischung mit einer frequenzstabilisierten Hilfsspannung in die wesentlich niedrigere Frequenzlage des Interpolationsoszillators umgesetzt und mittels eines Regelkreises auf den Wert der jeweils eingestellten Frequenz des Interpolationsoszillators nachgeregelt wird. Setzt man dabei die Ausgangsfrequenz des zweiten Oszillators wenigstens um den Faktor 102 herunter und wählt die Frequenzlage des Interpolationsoszillators entsprechend niedrig, so läßt sich der zweite Oszillator mit Hilfe des Interpolationsoszillators trotz seiner kontinuierlichen Frequenzvariation so genau einstellen, als ob jeder einzelne Wert der Ausgangsfrequenz durch einen Schwingquarz kontrolliert wäre. Die somit erreichte Quarzgenauigkeit der Ausgangsfrequenzen des ersten und des zweiten Oszillators gewährleistet eine sehr große Genauigkeit und Konstanz der Ausgangsfrequenz des gesamten Generators nach dem DBP 1 076 265. Allerdings erfordert dies insbesondere wegen der genannten Stabilisierungsmaßnahmen einen relativ großen Schaltungsaufwand.A frequency generator of the type mentioned is from the German Patent specification 1,076,265 known. The rough setting of the output frequency takes place here on an adjustment scale assigned to the first oscillator, during the fine adjustment is made on the scale of its own interpolation oscillator that controls the frequency setting of the second oscillator stabilized. The stabilization of the second oscillator is in detail that its output voltage by mixing with one frequency-stabilized auxiliary voltage in the much lower frequency range of the Interpolation oscillator implemented and by means of a control loop to the value the respectively set frequency of the interpolation oscillator is readjusted. If the output frequency of the second oscillator is set by at least the factor 102 down and selects the frequency position of the interpolation oscillator accordingly low, the second oscillator can be adjusted with the aid of the interpolation oscillator in spite of its continuous frequency variation, adjust as precisely as if any single value of the output frequency would be controlled by a quartz oscillator. the thus achieved quartz accuracy of the output frequencies of the first and the second The oscillator ensures a very high level of accuracy and constancy of the output frequency of the entire generator according to DBP 1 076 265. However, this requires in particular because of the stabilization measures mentioned, a relatively large amount of circuitry.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem stabilisierten Frequenzgenerator der eingangs genannten Art eine sehr hohe Genauigkeit und Konstanz der kontinuierlich einstellbaren Ausgangsfrequenz mit einem wesentlich geringeren Schaltungsaufwand als bisher zu erzielen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der zweite Oszillator einen Schwingquarz enthält, der seine Frequenz auf eine vorgegebene Festfrequenz stabilisiert, und mit Hilfe einer Justiereinrichtung, die die Festfrequenz in einem im Verhältnis zu ihr sehr kleinen Justierbereich verschiebt, in seiner Frequenz kontinuierlich einstellbar ausgebildet ist, daß der Frequenzabstand zwischen benachbarten, den ersten Oszillator kontrollierenden Oberwellen der Quarzgrundfrequenz so klein gewählt ist, daß er die Breite des Justierbereiches der Festfrequenz nicht übersteigt, und daß ein die Ausgangsfrequenz zählender Frequenzzähler vorgesehen ist.The invention is based on the object with a stabilized Frequency generator of the type mentioned at the outset has a very high level of accuracy and constancy the continuously adjustable output frequency with a significantly lower one To achieve circuit complexity than before. According to the invention, this is done by that the second oscillator contains a quartz oscillator that adjusts its frequency to a predetermined fixed frequency stabilized, and with the help of an adjusting device that shifts the fixed frequency in an adjustment range that is very small in relation to it, is designed continuously adjustable in its frequency that the frequency spacing between adjacent harmonics of the basic crystal frequency that control the first oscillator is chosen so small that it does not cover the width of the adjustment range of the fixed frequency exceeds, and that a frequency counter counting the output frequency is provided is.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Einsatz eines Frequenzzählers eine wesentlich genauere Einstellung einer bestimmten Raststelle des ersten Oszillators erlaubt, als dies bisher mit der zugeordneten Grobeinstellskala der Fall war. Daher läßt sich die Quarzgrundfrequenz bzw. der Frequenzabstand benachbarter Oberwellen soweit verringern, daß der zweite Oszillator diesen trotz einer Quarzstabilisierung auf eine Festfrequenz mit Hilfe einer nur relativ kleine Verschiebungen der Festfrequenz zulassenden Justiereinrichtung mit kontinuierlich einstellbaren Zwischenwerten interpolieren kann.The invention is based on the knowledge that the use of a frequency counter a much more precise setting of a certain locking point of the first oscillator allowed than was previously the case with the assigned coarse setting scale. Therefore the basic crystal frequency or the frequency spacing between adjacent harmonics can be determined reduce so far that the second oscillator this despite a quartz stabilization to a fixed frequency with the help of only a relatively small shift in the fixed frequency Interpolate the admissible adjustment device with continuously adjustable intermediate values can.
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß die gewünschte große Einstellgenauigkeit und Frequenzkonstanz wesentlich einfachere Stabilisierungsmaßnahmen am zweiten Oszillator bedingt als bisher. Insbesondere fallen der den zweiten Oszillator kontrollierende Interpolationsoszillator und das die Ausgangsfrequenz des zweiten Oszillators in die Frequenzlage des Interpolationsoszillators umsetzende Schaltungsteil des aus der deutschen Patentschrift 1 076 265 bekannten Frequenzgenerators nunmehr weg.The advantage that can be achieved with the invention is, in particular, that the desired high setting accuracy and frequency constancy are much easier Stabilization measures on the second oscillator are conditional than before. In particular fall the interpolation oscillator controlling the second oscillator and that the output frequency of the second oscillator in the frequency position of the interpolation oscillator converting circuit part of the known from German patent specification 1,076,265 Frequency generator is now gone.
Um die Frequenz des zweiten Oszillators in einfacher Weise kontinuierlich einstellen zu können, besteht die Justiereinrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung aus einer im frequenzbestimmenden Kreis angeordneten, spannungsgesteuerten Kapazität, insbesondere Kapazitätsdiode, die mit einer einstellbaren Spannungsquelle verbunden ist.To keep the frequency of the second oscillator continuously in a simple manner To be able to adjust, there is the adjusting device according to a development of Invention from a voltage-controlled arranged in the frequency-determining circle Capacitance, especially capacitance diode, with an adjustable voltage source connected is.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Der im Prinzipschaltbild gezeigte Frequenzgenerator weist dabei einen ersten Oszillator 1 und einen zweiten Oszillator 2 auf, deren Ausgangsfrequenzen f1 und f2 einer Mischstufe 3 aufgeführt werden. Ein in dieser gebildetes Mischprodukt, z.B. die Differenzfrequenz, wird über ein Filter 4, einen Ausgangsverstärker 5 und einen Ausgangsspannungsteiler 6 an den Generatorausgang 7 geführt und stellt die Ausgangsfrequenz fa dar.The invention is illustrated below with reference to one shown in the drawing, preferred embodiment explained in more detail. The one shown in the schematic diagram The frequency generator has a first oscillator 1 and a second oscillator 2 on whose Output frequencies f1 and f2 of a mixer 3 listed will. A mixed product formed in this, e.g. the difference frequency, becomes via a filter 4, an output amplifier 5 and an output voltage divider 6 to the generator output 7 and represents the output frequency fa.
Der erste Oszillator 1 ist als sogenannter Rasteroszillator ausgebildet, der auf jede beliebige Oberwelle einer von einem quarzstabilisierten Oszillator 8-gelieferten Quarzgrundfrequenz fo einstellbar und einrastbar ist. Zu diesem Zweck wird f0 einem Oberwellengenerator 9 zugeführt, der eine Vielzahl von Oberwellen fO, 2.fO...n.fO an einen Phasendetektor 10 abgibt. Dieser liefert bei hinreichender Annäherung der Frequenz f1 an jede der Oberwellen eine Wechselspannung, die über einen Tiefpaß 11 einem Frequenzsteuereingang 12 des Oszillators 1 zugeführt wird und dessen Frequenz f1 solange verändert, bis sie auf die jeweils betrachtete Oberwelle der Quarzgrundfrequenz fo eingestellt ist. Ist diese Einstellung einmal erreicht, so erzeugt der Phasendetektor 10 eine Gleichspannung Ur, die von der Phasendifferenz zwischen den ihm zugeführten, gleichfrequenten Eingangsspannungen abhängt. Ur dient dabei als Regelspannung, die jeder Abweichung von der erreichten Einstellung und damit von der ausgesuchten Oberwelle entgegenwirkt und somit die Einrastung" des Oszillators 1 auf der betreffenden Oberwelle sicherstellt. Durch eine entsprechend große Zahl von Oberwellen von f0 gelingt es, mit fl auch einen großen Frequenzbereich zu überstreichen.The first oscillator 1 is designed as a so-called raster oscillator, the on any harmonic of a crystal stabilized oscillator 8-supplied quartz fundamental frequency fo is adjustable and lockable. To this end f0 is fed to a harmonic generator 9 which generates a plurality of harmonics fO, 2.fO ... n.fO outputs to a phase detector 10. This delivers with sufficient Approaching the frequency f1 to each of the harmonics an alternating voltage that is about a low-pass filter 11 is fed to a frequency control input 12 of the oscillator 1 and its frequency f1 is changed until it reaches the respective harmonic under consideration the basic crystal frequency fo is set. Once this setting has been reached, the phase detector 10 thus generates a direct voltage Ur which is derived from the phase difference between the input voltages of the same frequency fed to it. Ur serves thereby as a control voltage, each deviation from the attained setting and thus counteracted by the selected harmonic and thus the latching "of the Oscillator 1 ensures on the relevant harmonic. By a corresponding large number of harmonics of f0 it is possible with fl also a large frequency range to paint over.
Die Frequenz f2 des zweiten Oszillators 2 ist innerhalb eines zweiten Frequenzbereiches kontinuierlich einstellbar, der der Quarzgrundfrequenz f0 bzw. dem Abstand zweier benachbarter Oberwellen von f0 größenmäßig entspricht. Eine hohe Genauigkeit und Konstanz der kontinuierlichen Einstellung von f2 kommt in der Weise zustande, daß ein Schwingquarz 13 den mit 14 angedeuteten, frequenzbestimmenden Kreis auf eine Bestfrequenz stabilisiert und daß die letztere mit Hilfe einer Justiereinrichtung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer steuerbaren Kapazitätsdiode 15 besteht, in einem im Verhältnis zu ihr sehr kleinen Justierbereich verschoben wird. Die Frequenzeinstellung von f2 erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines Potentiometers 16, das von einer Gleichspannungsquelle 17 gespeist wird. Jede Verstellung des Potentiometers 16 bewirkt dabei eine Änderung der Steuerspannung Ust, die die Kapazität der Diode 15 und damit den jeweiligen Wert von f2 beeinflußt. Die Justiereinrichtung, die auch als Zieheinrichtung bezeichnet wird, kann ganz allgemein aus einer kapazitiven oder induktiven Blindwiderstandsanordnung bestehen, die mittels einer Steuerspannung auf verschiedene Blindwiderstandswerte einstellbar ist.The frequency f2 of the second oscillator 2 is within a second Frequency range continuously adjustable, which corresponds to the basic crystal frequency f0 resp. corresponds in size to the distance between two neighboring harmonics of f0. A high Accuracy and constancy of the continuous setting of f2 comes in way comes about that a quartz crystal 13 indicated with 14, frequency-determining Circle stabilized to a best frequency and that the latter with the help of an adjusting device, which in the illustrated embodiment consists of a controllable capacitance diode 15 is shifted in a very small adjustment range in relation to it. The frequency setting of f2 is expediently carried out by means of a potentiometer 16, which is fed by a DC voltage source 17. Any adjustment of the potentiometer 16 causes a change in the control voltage Ust, which increases the capacitance of the diode 15 and thus influences the respective value of f2. The adjustment device that Also referred to as a pulling device, can generally consist of a capacitive or inductive reactance arrangement, which by means of a control voltage can be set to different reactance values.
Voraussetzung für die kontinuierliche Einstellbarkeit der Ausgangsfrequenz fa ist jedoch, daß der Frequenzabstand zwischen jeweils benachbarten, den ersten Oszillator 1 kontrollierenden Oberwellen so klein gewählt ist, daß er die Breite des Justierbereiches der Festfrequenz des Oszillators 2 nicht übersteigt. Ein Frequenzzähler 18, der die Ausgangsfrequenz fa zählt, bietet eine genaue und damit eindeutige Einstellmöglichkeit auf einzelne Raststellen des Oszillators 1, die hierzu erforderlich ist. Zweckmäßigerweise wird der Zähler 18 von den Ausgangsspannungen der Oszillatoren 1 und 2 unmittelbar beeinflußt, wobei von einer der beiden Oszillatorfrequenzen, z.B. f2, Torimpulse abgeleitet und zur Öffnung einer Torschaltung 19 herangezogen werden, über die dann die Schwingungen der anderen Oszillatorfrequenz, z.B. f1, in 18 eingezählt werden. Andererseits ist es selbstverständlich auch möglich, in den Zähler 18 während einer vorgegebenen Zählzeit die Schwingungen der Frequenz fa einzuzählen.Prerequisite for the continuous adjustability of the output frequency fa is, however, that the frequency spacing between each adjacent, the first Oscillator 1 controlling harmonics is chosen so small that it has the width of the adjustment range of the fixed frequency of the oscillator 2 does not exceed. A frequency counter 18, which counts the output frequency fa, offers an exact and therefore unambiguous setting option on individual locking points of the oscillator 1, which is necessary for this. Appropriately the counter 18 of the output voltages of the oscillators 1 and 2 is immediate influenced by one of the two oscillator frequencies, e.g. f2, gate pulses derived and used to open a gate circuit 19, via which then the oscillations of the other oscillator frequency, e.g. f1, are counted in 18. On the other hand, it is of course also possible in the counter 18 during a given counting time to count the oscillations of the frequency fa.
Ordnet man die von den Oszillatorfrequenzen f1 und f2 überstreichbaren Frequenzbereiche ganz allgemein so an, daß sie oberhalb des Frequenzbereiches der Ausgangsfrequenz fa liegen, so erhält man bei einer Ableitung von fa im Wege einer Differenzbildung einen sehr großen relativen Ausgangsfrequenzbereich.If one assigns the ones that can be covered by the oscillator frequencies f1 and f2 Frequency ranges in general so that they are above the frequency range of the Output frequency fa, then one obtains a derivation of fa by way of a Difference formation a very large relative output frequency range.
Die einzelnen Oberwellen von f0 liegen in der Mitte von sogenannten Fangbereichen, deren Breite jeweils etwa der doppelten Grenzfrequenz des Tiefpasses 11 entspricht. Dabei erfolgt die Einrastung von f1 auf eine Oberwelle jeweils beim Erreichen des zugehörigen Fangbereiches. Andererseits ist jeder Oberwelle ein Haltebereich zugeordnet, bei dessen Verlassen die Einrastung wieder aufgehoben wird. Zwischen jedem Haltebereich und den benachbarten Fangbereichen ergeben sich dabei Frequenzbereiche, in denen keine Einrastung erfolgt. Hierbei ist es zweckmäßig, eine Anzeigevorrichtung (Anzeigelampe) 20 vorzusehen, die beispielsweise in AbhslgigReit von dem Verschwinden der am Frequenzsteuereingang 12 auftretenden Wechselspannungskotnponente die jeweilige Einrastung des Oszillators anzeigt. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden jedoch die Haltebereiche so groß gewählt, daß sie die benachbarten Fangebereiche erreichen oder sogar teilweise überlappen. In diesem Fall kann die Anzeigevorrichtung 20 entfallen, da der Oszillator 1 in jeder beliebigen Einstellung einrastet.The individual harmonics of f0 lie in the middle of so-called Capture ranges, the width of which is roughly twice the cutoff frequency of the low-pass filter 11 corresponds. The latching of f1 to a harmonic takes place at Reaching the associated capture area. On the other hand, every harmonic is a holding area assigned, when exiting the lock is released again. Between Each hold area and the adjacent capture areas result in frequency ranges, in which there is no engagement. It is useful to have a display device (Indicator lamp) 20 to be provided, for example, depending on the disappearance of the alternating voltage component occurring at the frequency control input 12, the respective Indicates that the oscillator has locked. According to a preferred development of the invention However, the holding areas are chosen so large that they the adjacent fan areas reach or even partially overlap. In this case, the display device 20 are omitted because the oscillator 1 locks in any setting.
Sollen die eingestellten Frequenzen eine besonders große Langzeitkonstanz aufweisen, kann es weiterhin zweckmäßig sein, die den einzelnen Oberwellen von f0 zugeordneten Haltebereiche nach erfolgter Einstellung des Oszillators 1 wesentlich zu erweitern.Should the set frequencies have a particularly high long-term constancy have, it can also be useful to match the individual harmonics of f0 assigned holding areas after the setting of the oscillator 1 is essential to expand.
Die Einrastungen, die erst beim Verlassen dieser erweiterten Haltebereiche aufgehoben werden, sind dann besonders stabil. Allerdings ist es hierbei aus Gründen der Eindeutigkeit erforderlich, die sich z.B. weitgehend überlappenden, erweiterten Haltebereiche während der Frequenzeinstellung des Oszillators 1 auf ihre normale Breite zu reduzieren.The latches only when you leave these extended holding areas are then particularly stable. However, it is here for reasons the uniqueness required, e.g. the largely overlapping, expanded ones Holding areas during the frequency setting of the oscillator 1 reduce to their normal width.
Bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Frequenzgenerator wurde beispielsweise eine Quarzgrundfrequenz fO von 1 kHz vorgesehen, deren zwischen 24 MHz und 42 14Hz liegende Oberwellen-für den Oszillator 1 als Raststellen dienten. Der Oszillator 2 wurde durch den Schwingquarz 13 auf eine Frequenz f2 von 24 tGHz stabilisiert und mittels der Justiereinrichtung 15, 16, 17 im Frequenzbereich von 23,999 14Hz bis 24 MHz kontinuierlich einstellbar ausgebildet. Damit ergab sich ein kontinuierlich und quarzgenau Uberstreichbarer Bereich der Ausgangsfrequenz fa von 1 kHz bis 18 14dz. Die vorstehend genannten Zahlenwerte sollen jedoch nur zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen und begrenzen die frei wählbaren Frequenzkennwerte des Generators nach der Erfindung in keiner Weise.In a frequency generator designed according to the invention For example, a basic crystal frequency fO of 1 kHz is provided, whose between 24 MHz and 42 14Hz harmonics were used as rest points for oscillator 1. The oscillator 2 was set to a frequency f2 of 24 tGHz by the quartz crystal 13 stabilized and by means of the adjusting device 15, 16, 17 in the frequency range of 23.999 14Hz to 24 MHz continuously adjustable. So it arose a range of the output frequency that can be covered continuously and with quartz accuracy fa from 1 kHz to 18 14dz. However, the numerical values mentioned above are only intended to serve to further explain the invention and limit the freely selectable frequency characteristics of the generator according to the invention in no way.
Der Frequenzgenerator nach der Erfindung kann mit besonderem Vorteil als Meßsender, z.B. Pegelsender, in Schaltungen der Nachrichtenmeßtechnik verwendet werden. Insbesondere bei einer solchen Anwendung kann es zweckmäßig sein, den Regelkreis des Oszillators 1 wahlweise unwirksam zu schalten, beispielsweise durch eine entsprechende Freischaltung des Frequenzsteuereingangs 12, und den genannten Oszillator vorzugsweise durch Zuführung einer entsprechenden Frequenzsteuerspannung an einen zweiten Frequenzsteuereingang zu wobbeln. In diesem Betriebsfall bleibt die Feineinstellung des Oszillators 2 unverändert.The frequency generator according to the invention can be particularly advantageous used as a measuring transmitter, e.g. level transmitter, in circuits in communications measurement technology will. In such an application in particular, it can be useful to use the control loop of the oscillator 1 to switch to ineffective, for example, by a corresponding Activation of the frequency control input 12, and the said oscillator preferably by supplying a corresponding frequency control voltage to a second frequency control input to wobble. In this operating case, the fine adjustment of oscillator 2 remains unchanged.
7 Patentansprüche 1 Figur7 claims 1 figure
Claims (7)
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| DE19752511078 DE2511078C3 (en) | 1975-03-13 | Stabilized frequency generator |
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| DE2511078C3 DE2511078C3 (en) | 1977-12-15 |
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Also Published As
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| DE2511078B2 (en) | 1977-04-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |