DE2555247A1 - Digitaler mischer - Google Patents

Digitaler mischer

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DE2555247A1
DE2555247A1 DE19752555247 DE2555247A DE2555247A1 DE 2555247 A1 DE2555247 A1 DE 2555247A1 DE 19752555247 DE19752555247 DE 19752555247 DE 2555247 A DE2555247 A DE 2555247A DE 2555247 A1 DE2555247 A1 DE 2555247A1
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DE
Germany
Prior art keywords
signal
counter
output
flop
rising edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19752555247
Other languages
English (en)
Inventor
Reiner Dipl Phys Szepan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Rohde and Schwarz GmbH and Co KG filed Critical Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Publication of DE2555247A1 publication Critical patent/DE2555247A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/26Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being duration, interval, position, frequency, or sequence

Description

  • B E S C 1I R E I B U N G zu der Patentanmeldung betreffend Digitaler Mischer Digitale oder sogen. quasi-harmonische Frequenzmischer sind bekannt. Sie bestehen meist aus miteinander verknüpften Gatterschaltungen, denen die zu mischenden periodischen Digitalsignale zugeführt werden. Die Festlegung der Schaltflanke: Ges frequenzdifferenzsignals erfolgt meist über einen Spannungskomparator, der einem analogen Mittelwertbildner, be spielsweise einem RC-Glied, nachgeschaltet ist, welcher at etwa durch die Eingangssignale bedingtes Phasenrauschen vt -ringern soll. Diese bekannten Mischerschaltungen sind niemals rein digital aufgebaut und besitzen deshalb den grundsätzl en Nachteil, dass sie in ihrem Analogteil exakt justiert wert müssen, thermisch sehr instabil und ausserdem spannungsabhängig sind.
  • 5 ist Aufgabe der Erfindung, einen Frequenzmischer zu schaffen, &er rein digital arbeitet und trotzdem auch mit Phasenrauschen behaftete Eingangssignale verarbeiten kann und bei dem die ungeteilte Differenzfrequenz erhalten bleibt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen digItalen wischer nach Hauptanspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestal gen eines erfindungsgemässen Mischers ergeben sich aus den ü-leransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Ein erfindungsgemässer Mischer ist rein digital aufgebaut und arbeitet auch rein digital und es erübrigen sich daher kostspielige und zeitraubende Justierungen von irgendwelchen Analogsohaltungen wie Spannungskomparatoren, Integratoren und dergl. Er ist ausserdem thermisch sehr stabil und spannungsunabhängig. Der erfindungsgemässe digitale Mischer hat gegenüber einer Mischschaltung mit analoger Mittelwertbildung den prinzipiellen Vorteil, dass er bei gleichen Zeitkonstanten des jeweiligen Mittelwertbildners ein um F fach besseres Signal-Störungsverhältnis aufweist. Der erfindungsgemässe Mischer kann ferner auslgungsweise periodische Phasenschwankungen unterdrücken, etwa Netzstörungen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemässen Mischers Figuren 2 bis 5 zeigen Zeitdiagramme zur Erläuterung seiner Funktionsweise Nach Fig. 1 besteht der erfindungsgemässe digitale Mischer aus einer bistabilen Kippstufe K, der über einen Eingang D das erste zu mischende periodische Digitalsignal f1 mit der grösseren Frequenz zugeführt wird und die über das zweite periodische Digitalsignal f2 mit der kleineren Frequenz derart geschaltet wird, dass nur dann am Q-Ausgang dieser Kippstufe Impulse erscheinen, wenn die Anstiegs flanke des Impulssignals fl vor oder zusammen mit der Anstiegsflanke des Impulssignals f2 auftritt. Der spannungslose Zustand des Signals fl löscirv dann jeweils wieder die Kippstufe K. Bei Koinzidenz der Anstiegsflanken der beiden Digitalsignale r2'und f1 tritt also am Ausgang Q der Kippstufe K ein Rechteckimpuls von der Dauer der halben. Periode des ersten Signals f1 auf, welcher in der Taktfolge des zweiten Signals f2 dann kontinuierlich schmäler wird, bis er etwa ab der halben Periode der Differenzfrequenz 4 f = f1-f2 verschwindet. Dies gilt exakt unter der Voraussetzung, dass fl etwas grösser ist als f2,f viel kleiner ist als f1 bzw. f2 und ein Schaltverhältnis des Digitalsignals f1 von etwa 1:1 vorliegt. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 2 analogäquivalent dargestellt. Anschliessend an den Bereich B, in welchem die Anstiegsrlanke des Signals f2 den Spannungszustand des Signals fl antrifft, herrscht eine Totzeit 0, in der der Ausgang Q der Kippschaltung K spannungsfrei bleibt.
  • Zur Verarbeitung von Digitalsignalen, die ein Phasenrauschen besitzen, ist anschliessend an diese Kippstufe K ein Integrator geschaltet, und zwar gemäss der Erfindung ist auch dieser Integrator rein digital. Er besteht aus einem Zähler Z, der am Ausgang der Kippstufe K angeschaltet ist, und an dessen Ausgang die Impulse der Differenzfrequenz d f f1-f2 auftreten. Das Löschen und Gelöschthalten des Zählers Z erfolgt über eine monostabile Kippstufe F, die vom Ausgangs impuls des Zählers ausgelöst wird und eine vorbestimmte Eigenzeit besitzt.
  • Die Anstiegs flanke eines ohne Phasenrauschen behafteten Digitalsignals erscheint nach Fig. 5 immer im Zeitpunkt t = o. Die Wahrscheinlichkeitsfunktion des Auftauchens dieser Flanke ist ein Dirac-Stoss mit der endlichen Fläche 1, also der Gesamtwahrscheinlichkeit 1, dass die Flanke zum Zeitpunkt t=o auftritt. Besitzt das Eingangssignal jedoch Phasenrauschen so zerläuft dieser Dirac-Stoss zu einer Glockenkurve nach Fig. 4. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Anstiegs flanke des Signals f1 im Intervall dt auftaucht, ist durch die Formel nach Fig. 4 gegeben, wobei a mit der Halbwertsbreite c der Glockenkurve verknüpft sind. Mit Hilfe der Gesamtwahrscheinlichkeit W lässt sich nun eine Aussage darüber machen, wie wahrscheinlich das Erscheinen der Anstiegsflanke des Signals f1 bis zu einem Zeitpunkt t ist.
  • Diese Funktion zeigt Fig. 5. Unter der Annahme, dass das periodische Signal f2 phasenrauschfrei ist und das periodische Signal f1 jitterbehaftet ist, stellt sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Anstiegsflanke des Signals f2 den Spannungszustand des Signals fl antrifft, also die Kippstufe K zum Ausgangssignal veranlasst, genauso wie die Gesamtwahrscheinlichkeit W(t) nach Fig. 5 dar. Damit ergibt sich, dass über den Zähler Z alle Treffer registriert werden.
  • Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Schaltung nach Fig.
  • ist folgende: Ausgangspunkt sei die eingangs erwähnte Totzone 0, in der kein Ausgangssignal am Ausgang der Kippstufe K auftritt.
  • Nähert sich nun die Anstiegs flanke des Signales fl derjenigen des Signales r2, so gibt zunächst die Kippstufe K vereinzelt Impulse aus dem Zeitraster des Signals f2 an den Zähler Z ab, diese Impulsfolge wird dann immer schneller und regelmässiger, bis schliesslich jeder Takt des Signals f2 den Zähler Z erreicht. In diesem Zeitpunkt ist die Stochastik der Anstiegsflanke des jitterbehafteten Signales f1 abgeklungen. Wenn die Rechteckspannung des Signals f1 symmetrisch ist, muss dies spätestens zum Zeitpunkt x nach Fig. 5 abgeschlossen sein. In der Praxis hat es sich als zweckmässig erwiesen, diesen Zeitpunkt als 1/6.4f nach der idealiserten Koinzidenz zu definieren. Der Zähler hat in diesem Zeitpunkt r2/6 tf Taktimpulse von der Kippstufe K erhalten und gibt einen Ausgangsimpuls ab. Sein Zählvolumen ist demnach M = f2/64f. Am Ausgang des Zählers erscheinen so Ausgangs impulse im Abstand 1/4f, also eine Impuls folgte der Differenzfrequenz 4 dr. Diese Ausgangsimpulse eilen der idealisierten Koinzidenz der Ans tiegs flanken der Signale fl, f2 um die konstante Dauer M/r2 nach, was einer Phasenverschiebung entspricht. Der am Zählerausgang erscheinende Ausgangsimpuls der Periodizität Af löst gleichzeitig die monostabile Kippstufe F åuss die eine solche Eigenzeit besitzt, dass der Zähler gelöscht gehalten wird, bis etwa die Mitte der später folgenden Totzeit 0 des Äusgangssignals Q der Kippstufe K erreicht ist. Die Eigenzeit der monostabilen Kippstufe F beträgt in einem praktischen Ausführungsbeispiel beispielsweise 7/124f.
  • Diese Schaltung wirkt genauso, wenn auch das zweite Signal f2 ein Phasenrauschen besitzt. Hierdurch wird die beschriebene Mittelwertbildung nicht beeinflusst. Sein Anteil bleibt nur additiv bei der transformierten Ausgangsfrequenz ß f erhalten.
  • Patentansprüche

Claims (5)

  1. Patentansprüche 9 Digitaler Mischer, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine bistabile Kippstufe (k), der eingangsseitig die beiden zu mischenden periodischen Digitalsignale (fl,f2) zugeführt werden und die dann den Spannungszustand des einen Signals (fl) an ihren Ausgang (Q) durchschaltet, wenn die Anstiegsflanke dieses einen Signals (fl) vor oder zusammen mit der Anstiegsflanke des anderen Signals (r2) eintrifft, und die durch den spannungslosen Zustand des einen Signals (fl) wieder gelöscht wird, sowie mit einem am Ausgang (Q) der Kippstufe (K) angeschalteten Zähler (Z), der dann einen Impuls der Impulsfolge der Differenzfrequenz a f) der beiden zu mischenden Digitalsignale (fl,r2) abgibt, wenn ihn jeweils eine vorbestimmte Zahl (M) von Ausgangsimpulsen der Kippstufe (K) erreicht haben, und der dann über eine Zeitsteuerschaltung (F) gelöscht und/oder gesperrt wird und es bis in die Totzeit (O), in der die Kippstufe (K) keine Ausgangsimpulse abgibt, bleibt.
  2. 2. Mischer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass das Zählvolumen (M) des Zählers (Z) so bemessen ist, dass der Zähler sämtliche Ausgangsimpulse der bistabilen Kippstufe (K) zählt, die im Bereich der Stochastik der Anstiegsflanke des einen Signals (fl) liegen.
  3. 3. Mischer nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass das Zählvolumen M des Zählers (Z) bei einem Taktverhältnis von 1:1 des einen Digitalsignals (fl) etwa M = f2/64f beträgt, mit f2 = die etwas kleinere Frequenz der beiden zu mischenden periodischen Digitalsignale (fi,f2) und Af = Differenzfrequenz.
  4. 4. Mischer nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass die den Zähler (Z) reaktivierende Zeitsteuerschaltung (F) eine mit dem Ausgang des Zählers (Z) verbundene monostabile Kippstufe mit einer Eigenzeit von etwa 7/12#f ist.
  5. 5. Mischer nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass zur Unterdrückung periodischer Phasenschwankungen mit den Frequenzen r3 eines oder beider Digitalsignale (f 1, f2) folgende Bezeichnung für den Zählumfang M des Zählers (Z) und der Frequenz fl des einen Digitalsignals gewählt ist: = = N . fl/M, mit N = ganze positive Zahl
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