DE2527263C3

DE2527263C3 - Oszillator mit Phasen- und Frequenzregelschleife

Info

Publication number: DE2527263C3
Application number: DE19752527263
Authority: DE
Inventors: Roman Ernst 7540 Neuenbürg Klinger
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1977-11-24

Description

nung, die von der Phasendifferenz der Eingangssignale .ibhängt. Somit ist die von ihm abgegebene Regelspannung Un ein Maß für die Abweichung der Frequenz J₀ von der Resonanzfrequenz /_v des Schwingkreises, da der Schwingkreis eine von der Differenz/<,-/₀ abhängige Phasendrehung bewirkt. Die Regelspannung U_K, die über einen Tiefpaß 5 dem Oszillator 1 zugeführt wird, vermindert die Differenz/_s-/₀ und verschwindet, wenn «ich die Phasen der Eingangssignale des Produktdelektors 3 um 90° unterscheiden (cos 90° = 0). Diese Bedingung ist im Resonanzzustand des Schwingkreises gegeben, so daß die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 1 von der Frequenzregelschleife bis auf eine geringe Abweichungauf die Resonanzfrequenz /v des Schwingkreises eingeregelt wird. Der Fangbereich dieser Frequenzregelschleife ist durch die Resonanzbreite des Schwingkreises bestimmt.

Die Fig. 2 zeigt eine Regelschleife zur Synchronisation der Ausgangsspannung eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 1 auf ein Bezugssignal der Frequenz./^ mittels eines Phasendiskriminators, der mit einem Produktdetektor realisiert ist. Diese Regelschleife ist aus der DT-OS 20 19 402, Fig. 1, bekannt. Die Nutzfrequenz/₀ des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 1 gelangt nach Verstärkung in einem Verstärker 2 auf den einen Eingang« des Produktdetektors 3. Am anderen Eingang b des Produktdetektors 3 liegt die BezugsfrequenzJ_H, die von einem quarzstabilen Oszillator 10 erzeugt wird. Der Produktdetektor 3 wirkt als Mischer und erzeugt eine Spannung Uf₁ der Differenzfrequenz \f_o-f_B\- Wenn diese Differenzfrequenz JO~fn unterhalb der Grenzfrequenz des dem Produktdetektor 3 nachgeschalteten Tiefpasses 5 liegt, wird -ier Oszillator 1 bei entsprechender Dimensionierung des Regelkreises so nachgeregelt, daß seine Frequenz/_n exakt gleich der Bezugsfrequenz/« wird. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung U_R des Produktdetektors 3 eine Gleichspannung, deren Größe von der Phasendifferenz der beiden Eingangssignale abhängt. Der Produktdetektor3 aus Fig. 2 arbeitet im synchronen Zustand der Regelschleife genauso wie der aus Fig. 1, da ihm in jedem Fall Signale gleicher Frequenzen, jedoch unterschiedlicher Phasen zugeführt werden.

Die Regelschleife aus Fig. 1 mit einem Frequenzdiskriminator, die auch als Proportionalregler bezeichnet wird, hat einen weitaus größeren Fangbereich als die Regelschleife aus Fig. 2 mit einem Phasendiskriminator, die ein integral wirkender Regler ist. Andererseits hat der integral wirkende Regler den Vorteil, daß er eine Frequenzdifferenz exakt auf den Wert »Null« regelt, wenn sie innerhalb seines Fangbereichs ίο liegt, der durch die Systemparameter gegeben ist, und oft klein gegenüber dem Haltebereich ist. Als Stellgröße bleibt eine Phasendifferenz.

Die erfmdungsgemäße Kombination eines Phasendiskriminators mit einem Frequenzdiskriminator in einer Frequenzregelschleife zeigt die Fig. 3. Der Unterschied zu Fig. 1 besteht lediglich darin, daß die Bezugsfrequenz /_fl, auf die die Nutzfrequenz /₀ einzuregeln ist, und die, wie in Fig. 2, von einem quarzstabilen Oszillator 10 geliefert wird, zusätzlich zur Nutzfrequenz/₀, die eine von der Differenz./_s-/₀ abhängige Phasendrehung erfahren hat, dem zweiten Eingang b des Produktdetektors 3 zugeführt wird. Solange die Frequenz /_n von der Resonanzfrequenz f_s des auf die Bezugsfrequenz abgestimmten Schwingkreises abweicht, arbeitet die Schaltung als Frequenzdiskriminator, dessen Ausgangsspannung U_K eine zur Frequenzdifferenz f_o-f_s proportionale Gleichspannung ist. Die Differenzfrequenz |J₀-/β|, die der Produktdetektor 3 aus der Nutzfrequenz bildet, ist in diescm Falle noch zu hoch, um den Tiefpaß 5 passieren zu können. Wenn der Frequenzdiskriminator die Frequenzdifferenz /, -f_H so weit vermindert hat, daß sie unterhalb der Grenzfrequenz des Tiefpasses Hegt, beginnt die Schleife als Phasenregelschleife (PLL) zu arbeiten und regelt die Nutzfrequenz /₀ exakt auf die Bezugsfrequenz/« ein.

Diese Regelschieile mit einem kombinierten Frequenz/Phasen-Diskriminator entspricht in ihrer Wirkungsweise genau der bekannten Regelschleife, die beide Diskriminatoren in Parallelschaltung enthält.

Als Produktdetektor der erfindungsgemäßen Regelschleife läßt sich beispielsweise der bei mehreren Herstellern erhältliche integrierte Schaltkreis TBA 120 verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Spannungsgesteuerter Oszillator mit einer einen Diskriminator enthaltenden Rey ' hleifezur Synchronisierung seiner Nutzfreque .iuf eine Bezugsfrequenz, wobei im Diskriminaiür eine Frequenzdiskriminierung zur Grobregelung und eine Phasendiskriminierung zur Feinregelung der Nutzfrequenz erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Phasen- und Frequenzdiskriminierung ein Prodiiktdetektor verwendet wird, an dessen einem Eingang (a) die Nutzfrequenz Cf₀), an dessen anderem Eingang Cb) die Bezugsfrequenz Cfh) liegt und zwischen dessen beiden Eingängen ein Netzwerk (4) angeschlossen ist, dessen Phasendrehung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal eine Funktion der Nutzfrequenz Cf₀) ist.
2. Oszillator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktdetektor (3) durch einen 20 vereinigt sind und die einfacher als die bekanntenXn" Ringmodulator gebildet wird. Ordnungen ist.
3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das phasendrehende Netzwerk Lösung (4) durch einen auf die Bezugsfrequenz Ob =fs) abgestimmten Parallelschwingkreis gebildet wird. 25 Die Aufgabe wird mit den im Palentanspruch
4. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gegebenen Mitteln gelöst.

gekennzeichnet, daß das phasendrehende Netzwerk Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü-

(4) durch einen auf die Bezugsfrequenz Cfβ =fs) ab- chen.

gestimmten Schwingkristall (Quarz) gebildet wird. Vorteile

Der neue Frequenz/Phasen-Diskriminator läßt sich sehr einfach verwirklichen, wenn man einen integrierten Produktdetektor, der üblicherweise als FM-Demodulator eingesetzt wird, verwendet. Dagegen steht ein Phasendiskriminator, der nach dem Abtastverfahren arbeitet, nicht in integrierter Bauweise zur Verfügung

Beschreibung

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Regelschleife, die einen bekannten Frequenzdiskriminator mit einem Produktdetektor enthält, Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bekannten Regelschleife mit einem durch einen Produktdetektor realisierten Phasendiskriminator,

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Regelschleife mit einem Frequenz/ Phasen-Diskriminator.

Der aus »Sprague Technical Paper No. TP-67-21« bekannte Frequenzdiskriminator nach Fig. 1 arbeitet folgendermaßen, wenn er in einer Frequenzregelschleife verwendet wird.

Die von einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 1 erzeugte Nutzfrequenz/₀ gelangt über einen Verstärker 2 auf den Eingang α eines Produktdetektors 3. Gleichzeitig wird dieses Signal der Frequenz f₀ und der Phase <p₀, im folgenden Nutzsignal genannt, einem Phasendrehglied 4 zugeführt, das im wesentlichen aus einem Parallelschwingkreis besteht. Der Schwingkreis sei auf eine Frequenz f_s abgestimmt Die erregte Schwingung, deren Frequenz gleich der erregenden Frequenz/₀ ist, und deren Phase _Ψ] von der Differenz f_o-f_s abhängt, wird dem zweiten Eingang b des Produktdetektors 3 zugeführt. Bei gleicher Frequenz der Eingangssignale liefert der Produktdetektor 3 als Regelspannung U_R eine GleichsDan-

Die Erfindung betrifft einen spannungsgesteuerten Oszillator mit einer einen Diskriminator enthaltenden Regelschleife zur Synchronisierung seiner Nutzfrequenz auf eine Bezugsfrequenz, wobei im Diskriminator eine Frequenzdiskriminierung zur Grobregelung und eine Phasendiskriminierung zur Feinregelung der Nutzfrequenz erfolgt.

Stand der Technik

Ein Frequenzdiskriminator ist bekannt aus einer Arbeit von A. Bilotti und R. S. Pepper, »A monolithic Limiter and balanced Discriminator for FM and TV Receivers«, die als »Sprague Technical Paper No. TP-67-21« auf der »National Electronics Conference, Chicago, Illinois, October 1967« veröffentlicht wurde. Eine Regelschleife eines spannungsgesteuerten Oszillators, die einen solchen Frequenzdiskriminator verwendet, wird anhand der Figurenbeschreibung erläutert.

Ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer Regelschleife, die einen Produktdetektor als Phasendiskriminator enthält, an dessen einem Eingang die Nutzfrequenz und an dessen anderem Eingang die Bezugsfrequenz liegt, ist beispielsweise aus der DT-OS 20 19 402 (Fig. 1) bekannt und wird ebenfalls anhand der Figurenbeschreibung erläutert.

Eine Regelschleife mit einem Frequenzdiskriminator, die auch Proportionalregler genannt wird, hat einen großen Fangbereich, regelt jedoch die Nutzfrequenz nicht genau auf den Sollwert, wogegen eine Regelschleife mit einem Phasendiskriminator einen kleineren Fangbereich hat, jedoch die Nutzfrequenz exakt auf den Sollwert regelt.