DE2603641A1

DE2603641A1 - Phasenstarre rueckfuehrschleife, insbesondere fuer einen breitbandsender

Info

Publication number: DE2603641A1
Application number: DE19762603641
Authority: DE
Inventors: James Edward Jesse; James Valery Motsinger; Jun George Revtai; Jose Suarez
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1975-03-10
Filing date: 1976-01-30
Publication date: 1976-09-23
Also published as: JPS51113447A; DK99876A; FR2304212A1; AR207494A1; ZA76644B; CA1051098A; GB1528643A; IL48936A; BR7601281A; AU1045076A; ES445920A1; DE2603641C2; AU501286B2; FR2304212B1; NL7602534A; IL48936A0; US3958186A; JPS5851452B2

Description

Phasenstarre Rückführschleife, insbesondere für
einen Breitbandsender

Die Erfindung betrifft allgemein eine phasenstarre Rückführschleife bzw. eine phasenstarre Rückführung oder eine phasenstarre Regelung und bezieht sich insbesondere auf die Verwendung einer solchen Anordnung in einem Sendesystem. Phasenstarre Schleifen werden üblicherweise dazu verwendet, die Ausgangsfrequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators in bezug auf
die Frequenz eines festen und stabilen Bezugsoszillators zu
stabilisieren. Im allgemeinen arbeitet der spannungsgesteuerte Oszillator mit einer Frequenz, welche sich wesentlich von der Frequenz des Bezugsoszillators unterscheidet, und die Signale von den zwei Oszillatoren werden durch Multiplikation, Division, Mischen mit anderen Frequenzen usw. derart verändert, daß die Frequenzen gleich sind, und die Phasen der zwei Signale gleicher Frequenz werden in einem Phasendetektor miteinander ver-

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glichen. Das Ausgangssignal des Phasendetektors, welches eine einfache Steuergleichspannung sein kann, kann dann dazu verwendet werden, die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators zu steuern. In den meisten Systemen muß jedoch darauf geachtet werden, daß gewährleistet ist, daß der spannungsgesteuerte Oszillator nicht auf eine unerwünschte harmonische Frequenz des Bezugsoszillators einrastet. Wenn die Last am spannungsgesteuerten Oszillator sich ändert, zeigt der spannungsgesteuerte Oszillator eine Tendenz, aus der Verriegelung oder Synchronisierung herauszuspringen. Es sind bereits Schaltungen entworfen worden, welche die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators dazu bringen, sich über ein Frequenzband hinweg zu ändern, welches die gewünschte Betriebsfrequenz einschließt, dabei muß jedoch die Äblenk- oder Kippspannung weggenommen werden, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator die Verriegelung bzw. Synchronisation erreicht, was im allgemeinen bedeutet, daß die Regelung etwas pendelt oder nicht mit optimalen Eigenschaften arbeitet.

Gemäß der Erfindung sollen die oben aufgezeigten Schwierigkeiten überwunden werden.

Gemäß der Erfindung werden diese Probleme gelöst, indem eine integrierende öJiefpaßfilterschaltung vorgesehen wird, welche eine Äblenk- oder Kippschaltung aufweist, die dazu dient, wahrend nicht verriegelter Zustände in der Schleife eine lineare Rampen- bzw. Sägezahn-Ausgangsspannung zu liefern, wobei weiterhin ein 90°-Phasendetektor und ein Verriegelungsdetektor vorgesehen sind, um eine genaue Anzeige eines verriegelten oder synchronisierten Zustandes in der Schleife anzuzeigen, um die Ablenk- oder Kippschaltung abzuschalten. Weiterhin wird der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators an Leistungsverstärker und ähnliche Einrichtungen über ein HF-Gatter geführt, welches durch einen Sägezahngenerator nur dann allmählich eingeschaltet wird, wenn die Schleife den verriegelten Zustand erreicht hat und die Leistungsverstärker sowie

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die ähnlichen Einrichtungen eingeschaltet wurden. Somit arbeitet der Schleifenphasendetektor in der Mitte seiner Übertragungscharakteristik, was zu einer konstanten Phasendetektorverstärkung führt und den Schleifenbetrieb bei optimalen Eigenschaften hält, während zugleich plötzliche Belastungen daran gehindert werden, auf den spannungsgesteuerten Oszillator zu gelangen und ihn möglicherweise dazu zu bringen, daß er aus der Verriegelung bzw. Synchronisation herausfällt.

Gemäß der Erfindung wird somit eine phasenstarre Schleife bzw. phasenstarre Regelung geschaffen, und zwar mit Hilfe eines Bezugsoszillators, eines Schleifenphasendetektors, eines integrierenden Tiefpaßfilters, eines spannungsgesteuerten Oszillators, eines Mischers und einer Signalquelle, die eine Frequenz hat, welche von der Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators um die Frequenz des Ausgangssignals des Bezugsoszillators entfernt ist, wobei alle diese Bauteile in einer phasenstarren Schleife mit einer Ablenk- bzw. Kippsignalerzeugungseinrichtung geschaltet sind, die mit dem Tiefpaßfilter verbunden ist und durch einen Verriegelungsdetektor gesteuert wird, um eine im wesentlichen lineare Sägezahnspannung am Ausgang des Tiefpaßfilters zu liefern, wenn die Schleife nicht in einem verriegelten oder synchronisierten Zustand ist, wobei das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators einer Last über ein HP-Gatter zugeführt wird, welches durch einen Rampen- bzw. Sägezahngenerator gesteuert wird, der seinerseits durch den Verriegelungsdetektor gesteuert wird, um eine Rampen- bzw. Sägezahnspannung zu liefern, damit das Gatter allmählich eingeschaltet wird, sobald die Schleife einen verriegelten bzw. synchronisierten Zustand erreicht hat.

Gemäß der Erfindung wird eine phasenstarre Schleife mit verbesserten Betriebseigenschaften geschaffen.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung erreicht, daß in der Schaltungsanordnung der spannungsgesteuerte Oszillator nur in seiner Frequenz verändert bzw. gekippt wird, wenn die Schleife nicht im verriegelten Zustand ist.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Anordnung vorteilhafterweise mit einer Einrichtung ausgestattet, welche dafür sorgt,

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daß eine Last allmählich an den spannungsgesteuerte» β UOD4 I Oszillator angelegt wird, um zu verhindern, daß der Oszillator aus der Verriegelung oder Synchronisation herausfällt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Sendesystems mit einer phasenstarren Schleife gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Sendesystems mit der phasenstarren Schleife gemäß Fig. 1, und

FigoA und 3B jeweils in schematischer Darstellung ein Diagramm eines Teils des in der Fig. 1 dargestellten Sendesystems.

Die obengenannte phasenstarre Schleife läßt sich auch als phasenstaj-'re Rückführung oder als phasenstarre Regelung bezeichnen, soweit nicht ohnehin der englische Ausdruck phase locked loop zweckmäßiger und prägnanter ist, der an sich in den deutschen Sprachgebrauch Eingang gefunden hat.

Gemäß Fig. 1 liefert ein mit 10 bezeichneter Bezugsoszillator ein Ausgangssignal, welches eine vorgegebene Frequenz hat, an einen Eingang eines Schleifenphasendetektors 11· Der Ausgang des Schleifenphasendetektors 11 ist über ein integrierendes Tiefpaßfilter und einen Gleichspannungsverstärker 12 an. einen spannungsgesteuerten Oszillator 13 geführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausgang des Schleifenphasendetektors 11 als ein Paar von Ausgangsleitungen dargestellt, weil der Schleifenphasendetektor Differentialausgangssignale liefert. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Differentialeingangs- und Differentialausgangssignale verwendet, um eine gute Gleichtaktunterdrückung zu liefern und um au gewährleisten, daß die Verstärkung der verschiedenen Stufen auch bei stärkeren Veränderungen in der Stromversorgung gleich bleibt; es ist

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jedoch zu bemerken, daß andere Typen von Schaltungen vom Fachmann in entsprechender Weise angewandt werden können. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 13 wird einem Mischer 14- zugeführt, der ein zweites Differentialeingangssignal von einer Verdopplerschaltung 15 empfängt. Der Ausgang des Mischers 14-, welcher als Differentialausgang dargestellt ist, wird einem zweiten Eingang eines Schleifenphasendetektors 11 zugeführt, um die phasenstarre Rückführung zu vervollständigen. Die Verdopplerschaltung 15 empfängt ein Signal von dem Bezugsoszillator 10, um das Signal dem Mischer 14· zuzuführen, der eine Frequenz hat, welche von der Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 13 um die Frequenz des Ausgangssignals vom Bezugsoszillator 10 getrennt ist. Beispielsweise kann der Bezugsoszillator 10 bei einer Frequenz von etwa 50 MHz betrieben werden, und der spannungsgesteuerte Oszillator 13 kann bei einer Frequenz von etwa 150 MHz arbeiten, so daß die Verdopplerschaltung 15 ein Signal an den Mischer 14- liefert, welches eine Frequenz von etwa 100 MHz hat.

Das Ausgangssignal des Bezugsoszillators 10 wird auch über ein Phasenschieber-Netzwerk 20, welches eine Phasenverschiebung von 90° hervorruft, einem Eingang eines 90°-Phasendetektors 21 zugeführt. Ein zweites Differentialeingangssignal zum 90°-Phasendetektor 21 wird durch den Mischer 14· zugeführt. Das Ausgangssignal des 90°-Phasendetektors 21, welches bei dieser Ausführungsform ein Differentialausgangssignal ist, wird einem Verriegelungsdetektor 22 zugeführt, der ein 4usgangssignal liefert, welches einer Ablenkschaltung oder Kippschaltung 23 zugeführt wird. Die Kippschaltung 23 ist mit einem Tiefpaßfilter und einem Gleichspannungsverstärker 12 verbunden, um das Tiefpaßfilter und den Gleichspannungsverstärker 12 dazu zu bringen, daß eine lineare Sägezahnspannung an den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators ^3 geliefert wird, wenn der Verriegelungsdetektor 22 anzeigt, daß die

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phasenstarre Rückführung nicht in einem verriegelten oder synchronisierten Zustand ist. Die Arbeitsweise dieser Schaltung wird nachfolgend im einzelnen näher erläutert.

Der Verriegelungsdetektor 22 liefert auch eine Anzeige eines Yerriegelungszustandes in der phasenstarren Schleife über die Kippschaltung 23 an eine Verzögerungs-, Sägezahngenerator- und G-attertreiberschaltung 25· Die Schaltung 25 steuert ihrerseits ein HF-Gatter 26, welches das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 13 abschwächt bzw. dämpft, wenn die Rückführung bzw. Schleife nicht verriegelt ist, und welches das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators ^3 Leistungsverstärkern 27 zuführt, wenn es aktiviert ist (wenn die Schleife verriegelt ist). Außerdem liefert die Schaltung 25 ein Signal an eine automatische Pegelsteuerschaltung 23, welche die Leistungsverstärker 27 abschaltet, wenn die phasenstarre Schleife im unverriegelten Zustand ist, und welche die leistungsverstärker einschaltet, wenn die phasenstarre Schleife in einem verriegelten Zustand ist. Das Äusgangssignal der Leistungsverstärker 27 wird über ein Filter 29 einer Antenne 30 zugeführt. Das Ausgangssignal der Leistungsverstärker 27 wird auch in einem HF-Detektor abgetastet, welcher den Filtern 29 zugeordnet ist, und das abgetastete Signal wird wieder der automatischen Pegelsteuerschaltung 23 zugeführt, um eine Steuerung für die Schaltung 27 zu liefern, wenn eine Anzeige eines Verriegelung szustandes der Schaltung 25 zugeführt wird. Da die Leistungsverstärker 27, die automatische Pegelsteuerung 28 sowie das Filter und der HF-Detektor 29 keinen Teil der Erfindung darstellen, werden diese Schaltungen nicht weiter beschrieben.

Gemäß Fig. 2, in welcher ähnliche Teile mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind und alle entsprechenden Teile mit einem Apostroph versehen sind, um eine zweite Ausführungsform

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anzuzeigen, sind eine phasenstarre Schleife mit einem Bezugsoszillator 10', ein Schleifenphasendetektor 11', ein Tiefpaßfilter und ein entsprechender Gleichspannungsverstärker 12', ein spannungsgesteuerter Oszillator Ί3¹ und ein Mischer 14-' dargestellt. Es ist jedoch diejenige Einrichtung, welche ein zweites Signal dem Mischer 14-' zuführt, mit einer Klemme 15' ausgestattet, welche mit der (nicht dargestellten) Empfänger-Eingabeschaltung verbunden ist. In dieser Schaltung empfängt der Mischer ein Signal von der Empfänger-Eingabeschaltung, welches eine Frequenz hat, die von der Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators um die Frequenz des Ausgangssignals des Bezugsoszillators getrennt ist. Beispielsweise kann die Frequenz des Signals, welches der Klemme 15* zugeführt wird, etwa 420 MHz betragen, und der Bezugsoszillator 10' kann bei einer Frequenz von etwa 21,4· MHz arbeiten, so daß in diesem Falle der spannungsgesteuerte Oszillator 13' bei einer Frequenz von etwa 441,4- MHz arbeitet. Diese Frequenzen werden natürlich nur als Beispiel genannt und. dienen nicht zur Begrenzung der Erfindung in irgendeiner Weise. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die Frequenz des Systems verändert, indem ein anderer Kristall eingesetzt wird, der im Bezugsoszillator 10 eine andere Frequenz erzeugt, während die Frequenz des zweiten Systems dadurch verändert wird, daß ein anderer Kristall in die (nicht dargestellte) Empfänger-Eingabeschaltung eingesetzt wird, so daß bei dem zweiten System Kanalbauelemente eingespart werden, weil ein einzelner Kristall verwendet wird. Andere Signalerzeugungseinrichtungen zur Erzeugung des zweiten Signals für den Mischer 14- können vom Fachmann vorgesehen werden, und die zwei veranschaulichten Ausführungsformen sind nur zur Erläuterung vereinfacht veranschaulicht.

Das in den Fig. 3A und 3B jeweils dargestellte Schaltschema zeigt einen Teil der Schaltung des in der Fig. 1 veranschaulichten Systems, welcher auf einem einzelnen Halbleiterplätt-

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chen einer integrierten Schaltung angeordnet ist. Der 9O°- Phasenschieber 20, der Schleifenphasendetektor 11 und der 90°-Phasendetektor 21 sind ebenfalls auf dem Plättchen untergebracht, sind jedoch in den Fig. 3Δ und 3B nicht dargestellt, weil sie an sich Standardschaltungen sind, die dem Fachmann bekannt sind. Während die in der Zeichnung- dargestellten Schaltungen besonders für integrierte Schaltungen geeignet sind, ist zu bemerken, daß andere Ausführungsformen der Schaltungen vom Fachmann vorgesehen werden können, wenn keine integrierte Schaltung verwendet werden muß.

In der Fig. 3A ist mit dem Bezugszeichen 35 allgemein ein Operationsverstärker bezeichnet, welcher in allgemein üblicher Weise aufgebaut ist und arbeitet, so daß eine vollständige Beschreibung des internen Aufbaus und der Arbeitsweise nicht erforderlich ist. Der Operationsverstärker 35 hat eine Ausgangsklemme 36, welche über einen in Reihe geschalteten Widerstand 37 und einen Kondensator 38 an eine negative Eingangsklemme oder eine Invertier-Eingangsklemme 39 geführt ist. Ein in Reihe geschalteter Widerstand 4-¹ und Kondensator 42 sind zwischen einer Eingangsklemme 4-0 und der Masse angeordnet. Ein Paar von Widerständen 43 und 44 sind zu den Eingangsklemmen 39 bzw. 40 und den Ausgangsklemmen des Schleifenphasendetektors 11 in Reihe geschaltet. Die Widerstände 37, 41, 43 und 44 sowie die Kondensatoren 38 und 42 werden im allgemeinen nicht als Bestandteil der integrierten Schaltung ausgebildet und sind dazu extern angeordnet. Weiterhin bildet zusammen mit den Widerständen 37, 43» 44 und 41 sowie den Kondensatoren 38 und 42 der Operationsverstärker 35 das integrierende Tiefpaßfilter und den Gleichspannungsverstärker 12 gemäß Fig. 1. Gemäß Fig. 1 ist die Ausgangsklemme 36 mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators 13 verbunden, und die Eingangsklemmen 39 und sind über die Widerstände 43 und 44 mit den Ausgangsklemmen

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des Schleifenphasendetektors 11 verbunden. Eine positive Spannung wird dem Operationsverstärker 35 an einer Klemme 45 zugeführt, und eine geregelte positive Versorgung ist mit dem Operationsverstärker 35 über eine Klemme 46 und eine Reihe von in Serie geschaltete Dioden 47 verbunden. Eine Kompensation wird dem Operationsverstärker 35 in der üblichen Weise über eine Klemme 48 zugeführt.

Die Ablenk- bzw. Kippschaltung 23 ist schematisch innerhalb der mit 23 bezeichneten gestrichelten Linie in der Fig. 3A dargestellt. Die Klemme 46, an welche die geregelte Versorgung angeschlossen ist (welche nicht dargestellt ist), ist über eine erste Leitung mit dem Emitter eines npn-Transistors 50 verbunden, sie ist weiterhin mit der Basis eines npn-Transistors 51 verbunden und sie ist über einen Widerstand 52 mit der Basis und dem Kollektor eines npn-Transistors 53 sowie mit der Basis eines npn-Transistors 54 verbunden. Die Klemme 46 ist über eine zweite Leitung und über einen Widerstand 55 mit der Basis eines npn-Transistors 56, mit dem Kollektor eines npn-Transistors 57, mit der Basis eines npn-Transistors 58 und mit dem Emitter eines pnp-Transistors 59 sowie über einen zweiten Widerstand 60 mit der Basis des Transistors 57» dem Kollektor des Transistors 58, der Basis eines npn-Transistors 61 und dem Kollektor eines npn-Transistors 62 verbunden. Der Kollektor des Transistors 56 ist über einen Widerstand 65 mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 35 verbunden. Der Kollektor des Transistors 61 ist über einen Widerstand 66 mit dem negativen Eingang 39 des Verstärkers 35 verbunden. Die Emitter der Transistoren 56 und 61 sind miteinander und mit dem Kollektor des Transistors 54 verbunden. Die Emitter der Transistoren 53 und 54 sind über den Kollektor mit der Emitterstrecke eines npn-Transistors 67 an Masse verbunden. Die Basis des Transistors 67 ist mit einer Eingangsklemme

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verbunden, welche ein Eingangssignal von dem Verriegelungsdetektor 22 empfängt (siehe Fig. 3B). Die gemeinsamen Basen der Transistoren 53 und 54· sind mit einer Ausgangsklemme 69 verbunden, welche ihrerseits mit dem Sägezahngenerator 25 verbunden ist, wie es nachfolgend in Verbindung mit der Fig. 3B erläutert wird. Die Emitter der Transistoren 57 und 58 sind miteinander und mit dem Kollektor sowie mit der Basis eines npn-Transistors 70 verbunden, dessen Emitter an Masse geführt ist. Der Emitter des Transistors 62 ist auch mit dem gemeinsamen Kollektor und der Basis des Transistors verbunden. Der Kollektor des Transistors 59 ist direkt mit der Masse verbunden, und die Basis ist mit der Basis eines npn-Transistors 73 und mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 35 an einer Klemme 74- verbunden. Der Emitter des Transistors 73 ist direkt mit dem Emitter eines npn-Transistors 75 und über einen Widerstand 76 mit der Masse verbunden. Die Transistoren 73 und 75 bilden einen Differentialverstärker, wobei die Kollektoren mit der positiven 3pannungsklemme 4-5 über Widerstände 77 bzw. 78 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 73 ist auch mit der Basis eines pnp-Transistors 80 verbunden, dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors 75 verbunden ist und dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 62 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 51 ist über einen Widerstand 83 an Masse geführt. Die Basis des Transistors 75» der Kollektor des Transistors 51 und die Basis sowie der Kollektor des Transistors 50 sind über einen V/iderstand 84 mit der positiven Spannungsklemme 4-5 verbunden.

Beim Betrieb der in der Fig. 3A dargestellten Schaltung bilden der Transistor 56 in Reihe mit der durch die Transistoren 53 und 54- sowie den Widerstand 52 und den Reihentransistor 67 gebildeten Stromsenke eine feste Stromsenke für den positiven Eingang 4-0 des Operationsverstärkers 35» und es bilden der Transistor 61 in Reihe mit der durch die Transistoren 53

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und 54 sowie den Widerstand 52 und den Reihentransistor 67 gebildeten Stromsenke eine feste Stromsenke für den negativen Eingang 39 des Operationsverstärkers 35· Die Transistoren 57 und 58 sind in einer Flip-flop-Konfiguration angeordnet, so daß nur einer der Transistoren 56 oder 61 zu einer bestimmten Zeit durchlässig sein kann. Wenn der Transistor 57 gesperrt ist, haben die Basen der Transistoren 56 und 58 ein verhältnismäßig hohes Potential, und der Transistor 58 ist in seinem Sättigungsbereich durchlässig, während der Transistor 56 eingeschaltet ist. Wenn der Transistor 58 im Sättigungsbereich ist, ist die Basis des Transistors 61 in der Nähe des Massepotentials, und der Transistor 61 ist gesperrt. Wenn der Transistor 56 eingeschaltet ist, wird der positive Eingang 40 des Operationsverstärkers 35 durch die feste Stromsenke stufenweise tiefer gelegt, und der Ausgang des Operationsverstärkers 35 beginnt, linear in Form einer Sägezahnfunktion abzufallen, und zwar aufgrund der Integrationswirkung des Operationsverstärkers 35- Wenn der Ausgang an der Klemme 74 einen hinreichend tiefen Pegel erreicht, geht der Transistor 59 in die Sättigung, und die Basen der Transistoren 56 und 58 fallen in die Nähe des Massepotentials ab, so daß dadurch diese Transistoren gesperrt werden. Wenn der Transistor 58 gesperrt ist, steigt das Potential an der Basis des Transistors 61 steil an, so daß der Transistor 57 in die Sättigung gelangt, und der Transistor 61 wird eingeschaltet und vermindert das Potential der negativen Eingangsklemme 39 des Operationsverstärkers 35 stufenweise. Der plötzliche Abfall an der negativen Eingangsklemme 39 bewirkt, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 35 linear ansteigt. Der Spannungsregler in dem Halbleiterplättchen·der integrierten Schaltung ist temperaturkompensiert. Die geregelte Versorgung in Verbindung mit den Transistoren 50, 51 sowie den Widerständen 84 und 83 liefert eine temperaturkompensierte Spannung an die Basis des Transistors 75· Die Bezugsspannung an der

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Basis des Transistors 75 hält den Transistor 75 i^m durchlässigen Zustand und den Transistor 73 im gesperrten Zustand, bis die Spannung an der Ausgangs klemme 74· des Operationsverstärkers 35 eine vorgegebene positive Amplitude erreicht. Da der Ausgang des Operationsverstärkers 35 linear ansteigt, erreicht er schließlich einen Punkt, an welchem der Transistor 73 durchlässig wird und der Transistor 75 gesperrt wird. Wenn der Transistor 73 durchlässig ist, fällt die Basis des .Transistors 80 ausreichend stark ab, um darin einen leitenden oder durchlässigen Zustand hervorzurufen, wodurch wiederum der Transistor 62 durchlässig wird. Wenn der Transistor 62 durchlässig ist, werden die Basen der Transistoren 57 und 61 ausreichend stark abgesenkt, so daß diese Transistoren gesperrt werden. Wenn der Transistor 57 gesperrt ist, wird der Transistor 56 erneut in den durchlässigen Zustand vorgespannt, und die feste Stromsenke wird an den positiven Eingang 40 des Operationsverstärkers 35 geführt, wodurch der Ausgang beginnt, in Form einer linearen Sägezahnfunktion abzufallen. Dieser gesamte Vorgang wird solange fortgesetzt wie der Transistor 67 in den durchlässigen Zustand vorgespannt ist. Wenn die phasenstarre Schleife verriegelt ist, fällt die Spannung an der Klemme 68 ab, und der Transistor 67 wird gesperrt, so daß die gesamte Ablenk- bzw. Kippschaltung 23 wirksam vom Operationsverstärker 35 getrennt wird. Da die Ablenk- bzw. Kippschaltung wirksam vom Operationsverstärker getrennt ist, bleibt der Schleifenphasendetektor 11 in der.Mitte seiner Übertragungscharakteristik, was zu einer konstanten Phasendetektorverstärkung führt und weiterhin die Möglichkeit schafft, daß die Schleifenbandbreite unabhängig von der Phasendetektorverstärkung ist. Weiterhin wird ein Transistorstrecken- oder ein Diodenabfall dazu verwendet, die untere Ablenk- bzw. Kippgrenze abzutasten, und . der temperaturkompensierte Bezugsspannungsgenerator mit den Transistoren 50 und 51 setzt die obere Ablenk- bzw. Kippgrenze, so daß die Schaltpunkte verhältnismäßig unempfindlich gegen

Veränderungen in der Versorgungsspannung, der Temperatur und ähnlichem sind.

Gemäß J¹Xg. 3B hat der Verriegelungsdetektor, der in seiner Gesamtheit mit 22 bezeichnet ist, ein Paar von Eingangsklemmen 90 und 91» die mit dem Differentialausgang des 9O°- Phasendetektors 21 verbunden sind. Die Klemmen 90 und 91 sind mit den Basen eines Paars von pnp-Transistoren 92 bzw. 93 verbunden. Der Emitter des Transistors 92 ist mit dem Kollektor eines npn-Transistors 95 und über einen Widerstand 96 mit der positien Spannungsklemme 4-5 verbunden. Der Emitter des Transistors 92 ist auch über eine Diode 97 niit dem Emitter des Transistors 93 verbunden. Der Emitter des Transistors 93 ist auch mit dem Kollektor eines npn-Transistors 98 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 92 und 93 sind jeweils über etwa gleiche Widerstände 1O1 bzw. 102 an Masse geführt. Der Kollektor des Transistors 92 ist mit der Basis des Transistors 95 verbunden. Der Kollektor des Transistors 93 ist mit der Basis des Transistors 98 verbunden. Der Emitter des Transistors 95 ist über einen Widerstand 1O3 mit dem Kollektor eines npn-Transistors 104- verbunden, und der Emitter des Transistors 98 ist über einen Widerstand 105, welcher etwa den gleichen Wert hat wie der Widerstand 103, mit der Basis des Transistors 104· verbunden. Der Emitter des Transistors 104- ist direkt an Masse gelegt. Die Basis des Transistors 104- ist auch mit der Basis und dem Kollektor eines npn-Transistors 110 verbunden, dessen Emitter direkt an Masse gelegt ist. Das Ausgangssignal des Verriegelungsdetektors 22 wird am Kollektor des Transistors 104- erhalten und tritt an der Klemme 68 auf, wie es oben in Verbindung mit der Ablenk- bzw. Kippschaltung 23 beschrieben wurde.

Beim Betrieb des Verriegelungsdetektors 22 bilden die Transistoren 92 und 95 einen Verbindungs-pnp-Transistor, und die Transistoren 93 und 98 bilden einen Verbindungs-pnp-Transistor,

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wobei die zxvei Verbindungs-Transistoren im wesentlichen als Differentialverstärker geschaltet sind, so daß zu einer bestimmten Zeit nur ein Verbindungs-Transistor durchlässig ist. Me Diode 97 liefert eine Abstufung, so daß die Transistoren 93 und 93 durchlässig sind, wenn die Klemme 91 größer ist als etwa 0,7 Volt unter der Klemme 90. Wenn das Potential an den Klemmen 90 und 91 innerhalb von 0,7 Volt des Spannungsunterschiedes liegt, ist die phasenstarre Schleife nicht verriegelt, und die Transistoren 92 und 95 sind durchlässig. Die Transistoren 93 und 98 sind gesperrt, so daß die Transistoren 104- und 110 gesperrt sind und der Strom von dem Transistor 95 in den Transistor 67 der A/blenk- bzw. Kippschaltung fließt (siehe Fig. 3A), und die Ablenk- bzw. Kippschaltung ist dann eingeschaltet. Wenn die phasenstarre Schleife verriegelt oder im wesentlichen verriegelt bzw. synchronisiert ist, ist die Potentialdifferenz zwischen den Klemmen 90 und 91 größer als etwa 0,7 Volt, und die Transistoren 93 und 98 werden eingeschaltet. Wenn die Transistoren 93 und 98 im durchlässigen Zustand sind, sind auch die Transistoren 104- und 110 durchlässig, und die Basis des Transistors 67 in der Ablenk- bzw. Kippschaltung ist im wesentlichen auf Massepotential, so daß der Transistor 67 und somit auch die Ablenk- bzw. Kippschaltung 23 abgeschaltet sind.

Der Sägezahngenerator und der Gattertreiber 25 gemäß Fig.1 sind gemäß 3?ig. 3B in eine allgemein mit 120 bezeichnete Sägezahn-Generatorschaltung und eine allgemein mit 121 bezeichnete Gatter-Treiberschaltung unterteilt. In der Sägezahn-Generatorschaltung 120 ist ein npn-Transistor 122 vorgesehen, dessen Kollektor über einen Widerstand 123 mit der positiven Spannungsklemme 4-5 verbunden ist und dessen Emitter mit einer Ausgangsklemme 124- verbunden ist, welche ihrerseits mit der automatischen Pegelsteuerschaltung 28 verbunden ist (siehe Fig. 1). Die Basis des Transistors 122 ist mit dem Kollektor eines npn-Transistors 124- und

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über einen Widerstand 125 mit der positiven Spannungsklemme 45 verbunden. Die Basis des Transistors 124 ist mit der Klemme 69 verbunden, welche ihrerseits mit dem Kollektor des Transistors 53 in der Fig. 3Ä verbunden ist. Der Emitter des Transistors 124 ist mit der Basis eines npn-Transistors 126 und über einen Widerstand 127 mit der Masse verbunden. Der Emitter des Transistors 126 ist direkt an Erde gelegt bzw. an Masse geführt, und der Kollektor ist direkt mit der Basis eines npn-Transistors 130 verbunden. Der Kollektor und die Basis der Transistoren 126 bzw. 13° sind auch über einen Widerstand 131 mit dem Emitter eines npn-Transistors 132 und über eine Diode 133 mit der Basis des Transistors 132 verbunden. Der Emitter des Transistors 130 ist direkt an Masse geführt, und der Kollektor ist über einen Sägezahn-Kondensator 135 (welcher extern zu der integrierten Schaltung angeordnet ist) an Masse geführt. Der Kollektor des Transistors 130 ist auch mit einem Kollektor eines Doppelkollektor-pnp-Transistors 136 verbunden. Der Kollektor des Transistors 132 ist mit der Basis und dem anderen Kollektor des Transistors 136 verbunden, und die Basis des Transistors 132 ist über einen Widerstand 137 mit der geregelten Spannungsversorgungsklemme 46 verbunden. Die gemeinsamen Kollektoren der Transistoren 13Ο und 136 sind mit der Basis eines npn-Transistors

140 verbunden, dessen Kollektor mit der Basis eines pnp-Transistors

141 verbunden ist. Die Emitter der Transistoren 136 und 141 sind direkt mit der positiven Spannungsklemme 45 verbunden. Der Emitter des Transistors 140 und der Kollektor des Transistors 141 sind miteinander und mit der Basis eines npn-Transistors 145 in dem Gattertreiber 121 verbunden, dessen Basis auch über einen Widerstand 146 mit dessen Emitter verbunden ist. Die Gattertreiberschaltung 121 wird nicht im einzelnen erläutert, da sie ein Paar von linearen Verstärkern aufweist, welche Ausgangssignale für das HF-Gatter 25 an den Klemmen 147 und 148 liefert, obwohl hur einer der Ausgänge verwendet wird, wobei die Arbeitsweise dieser Einrichtung ohne weiteres verständlich sein dürfte.

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Wenn beim Betrieb des Sägezahngenerator 120 die Transistoren 53» 54 und 67 in der Ablenk- bzw. Kippschaltung 23 (siehe Fig. 3ä) durchlässig sind, fällt die Klemme 69 ab und schaltet den Transistor 124 ab. Wenn der Transistor 124· abgeschaltet wird, wird der Transistor 126 ebenfalls abgeschaltet und der Transistor 130 wird eingeschaltet, um den Sägezahn-Kondensator 135 zu entladen, so daß keine Sägezahnfunktion oder Anstiegsfunktion erzeugt wird und die Gatter-Treiberschaltung

121 keine Treiberspannung bekommt, um das EP-Gatter 26 einzuschalten. Weiterhin wird der Transistor 122 eingeschaltet und hebt einen Eingang der automatischen Pegelsteuerung 28 an, um die Leistungsverstärker 27 abzuschalten (siehe Fig. i). Wenn die Transistoren 53» 54 un<l 67 nicht mehr durchlässig sind, wodurch die Ablenk- bzw. Kippschaltung 23 abgeschaltet wird, wird der Transistor 124 eingeschaltet, wodurch wiederum der Transistor

122 abgeschaltet und der Transistor 126 eingeschaltet werden. Wenn der Transistor 126 eingeschaltet ist, wird der Transistor 13O abgeschaltet, und der Sägezahn-Kondensator 135 beginnt, sich über die Stromquelle langsam aufzuladen, welche durch den Widerstand 137» die Diode 133» den Transistor 132, den Widerstand 131 und den Transistor 136 gebildet ist. Wenn der Sägezahn-Kondensator 135 aufgeladen wird, legt er allmählich ein Signal an den Gattertreiber 121 an, um das HF-Gatter 26 einzuschalten. Da die Leistungsverstärker 27 durch den Transistor 122 eingeschaltet wurden, als die Ablenk- bzw. Kippschaltung 23 abgeschaltet wurde, hatten die Leistungsverstärker 27 ausreichend Zeit, um eine gute normale Impedanz für das HF-Gatter 26 zu liefern. Beim Aufladen des Sägezahn-Kondensators 135 wird das HF-Gatter 26 langsam eingeschaltet, um zu gewährleisten, daß irgendeine HF-Impedanzveränderung, welche sich auf den spannungsgesteuerten Oszillator 13 auswirkt, für die phasenstarre Schleife hinreichend langsam ist, um eine Kompensation zu erreichen und eine Verriegelung beizubehalten. Wenn die Schleife aus irgendeinem Grunde entriegelt

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wird oder ihre Synchronisation aufgehoben wird, werden die Transistoren 124- und 126 abgeschaltet, wodurch der Transistor 130 eingeschaltet wird, der den Kondensator 135 schnell entlädt und das HF-Gatter 26 abschaltet.

Somit wurde oben eine neue phasenstarre Rückführung beschrieben, einschließlich einer Einrichtung zur Ermittlung einer Verriegelung oder Synchronisation, wobei eine falsche Verriegelung ausgeschlossen wird und wobei eine neue Ablenk- bzw. Kippschaltung eingeschaltet xvird, wenn die Schleife nicht in einem verriegelten Zustand ist. Weiterhin wurden oben Schaltungen beschrieben, um die Leistungsverstärker abzuschalten und ein HF-Gatter dazu zu bringen, das Signal von dem spannungsgesteuerten Oszillator zu dämpfen bzw. abzuschwächen, wenn die Schleife durch ihren Bereich hindurchgeht. Weiterhin schalten die Schaltungen die Leistungsverstärker ein und ermöglichen dann eine Stabilisierung, wonach das HF-Gatter allmählich geschlossen wird, um den spannungsgesteuerten Oszillator daran zu hindern, daß er übermäßig und plötzlich belastet wird, da eine solche Belastung den spannungsgesteuerten Oszillator dazu bringen könnte, daß er aus dem verriegelten oder synchronisierten Zustand herausgeht. Während eine automatische Pegelsteuerschaltung 28 in Verbindung mit den Leistungsverstärkern 27 beschrieben wurde, ist zu bemerken, daß die Leistungsverstärker 27 direkt durch den Gattertreiber 25 betätigt werden könnten und die automatische Pegelsteuerschaltung 23 entfallen könnte. Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen erfolgt eine Eingabe auf der tief gelegten Seite, um die Frequenz des Bezugsoszillators zu erreichen, es ist jedoch zu bemerken, daß andere Mischverfahren einschließlich einer Eingabe auf der hoch gelegten Seite angewandt werden können und daß auch eine harmonische oder sub-harmonische Phasenabtastung verwendet werden könnte. Weiterhin sind in den Anordnungen gemäß Fig.3A und 3B Standard-Nennwerte für die integrierte Schaltung angegeben worden, so daß beispielsweise Bauteile, welche in der

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Temperatur und anderen Eigenschaften angepaßt sind, durch eine gestrichelte Linie angeschlossen sind, und irgendwelche großen Widerstände haben ein T, um anzuzeigen,, daß es Pinch-Widerstände sind, die nach Standardverfahren der integrierten Schaltungen hergestellt sind, wie sie dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentanst>r ü c h e

{ 1 ./Phasenstarre Rückführschleife mit einem Bezugsoszillator, der ein Ausgangssignal liefert, welches eine feste vorgegebene Frequenz hat, mit einem Sohleifenphasendetektor, der einen ersten Eingang hat, welcher derart geschaltet ist, daß er das Ausgangssignal des Bezugsoszillators aufnimmt, welcher weiterhin einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, mit einem integrierenden Tiefpaßfilter, welches einen Operationsverstärker aufweist, der ein Paar von Eingängen hat, die mit dem Ausgang des Schleifenphasende tektors verbunden sind, und der einen Ausgang hat, weiterhin mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der einen Steuereingang hat, um dessen Betriebsfrequenz zu steuern, welcher mit dem Ausgang des integrierenden Tiefpaßfilters verbunden ist, und der einen Ausgang hat, welcher ein Signal mit einer vorgegebenen Frequenz liefert, weiterhin mit einem Mischer, der einen ersten Eingang aufweist, welcher mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist, welcher weiterhin einen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, der mit dem zweiten Eingang' des Schleifenphasendetektors verbunden ist, und mit einer Signalerzeugungsschaltung, welche mit dem zweiten Eingang des Mischers verbunden ist, um diesem ein Signal zuzuführen, welches eine Frequenz hat, die von der Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators um die Frequenz des Ausgangssignals des Bezugsoszillators entfernt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenk- bzw- Synchronisier-Signalerzeugungsschaltung (23) vorgesehen ist, die eine feste Stromsenke (52, 53» 54» 67) aufweist, welche abwechselnd jeweils mit einem Eingang des Operationsverstärkers während eines nicht verriegelten Zustandes der phasenstarren Schleife verbunden ist und während des verriegelten Zustandes davon ge-

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"trennt ist, um eine im wesentlichen lineare Sägezahnspannung bzw. Kantenspannung am Ausgang des Tiefpaßfilters zu liefern, wenn die das Ablenk- bzw. Kippsignal erzeugende Schaltung aktiviert ist.
2. Anordnung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ablenk- bzw. Kippsignal erzeugende Schaltung ein integrierendes Tiefpaßfilter und einen Operationsverstärker (35) aufweist, der ein Paar von Eingängen (39, 40) und einen Ausgang (36) hat, daß weiterhin eine feste Stromsenke (52,53» 54,67) vorgesehen ist, welche mit den Eingängen des Operationsverstärkers durch eine Flip-Flop-Anordnung verbunden ist, um die daran angelegten Eingangssignale in einer im wesentlichen stufenweisen Funktion zu vermindern, und daß ein Verriegelungsdetektor (22) vorgesehen ist, der einen Eingang aufweist und der festen Stromsenke zugeordnet ist, um diese Senke in Reaktion auf ein vorgegebenes Signal, welches ihrem Eingang zugeführt wird, zu aktivieren und abzuschalten.
3· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein 90-Grad-Phasendetektor (21) vorgesehen ist, welcher einen 90-Grad-Phasenschieber (20) aufweist, welcher das Ausgangssignal des Bezugsoszillators einem ersten Eingang des 90-Grad-Phasendetektors zuführt, wobei ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Mischers verbunden ist und mit einem Ausgang, daß weiterhin ein Verriegelungsdetektor (22) vorhanden ist, der einen Eingang hat, welcher mit dem Ausgang des 90-Grad-Phasendetektors verbunden ist, und einen Ausgang hat, welcher mit der Ablenk- bzw. Kipp-Signal-Erzeugungsschaltung verbunden ist, um die das Ablenkbzw. Kippsignal erzeugende Schaltung während nicht verriegelter Zustände des phasenstarren Reglers bzw. der

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phasenstarren Rückführung zu aktivieren, daß weiterhin eine Gatterschaltung (26) vorgesehen ist, welche mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist, um dessen Signal an eine geeignete Last zu führen, wenn die Gatterschaltung aktiviert ist, und daß ein Sägezahngenerator (25) vorhanden ist, der einen Eingang aufweist, welcher derart geschaltet ist, daß er eine Anzeige eines Verriegelungszustandes von dem Verriegelungsdetektor empfängt, und der einen Ausgang hat, welcher mit der Gatterschaltung verbunden ist, um den Sägezahngenerator dazu zu bringen, daß er ein Sägezahn-Ausgangssignal der Gatterschaltung zuführt, wenn ein verriegelter Zustand in der phasenstarren Schleife oder Rückführung angezeigt wird, wobei der Anstieg bzw. die Sägezahnspannung die Gatterschaltung allmählich aktiviert.
4-. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die geeignete Last, welche mit dem spannungsgesteuerten Oszillator durch die Gatterschaltung verbunden ist, Leistungsverstärker (27) aufweist, die einen Ausgang haben, welcher mit einer Antenne (30) verbunden ist, und daß die Leistungsverstärker einen aktivierten Eingang haben, welcher mit dem Sägezahngenerator verbunden ist, um die Leistungsverstärker zu aktivieren, bevor das ansteigende Ausgangssignal bzw. das Sägezahnsignal der Gatterschaltung zugeführt wird.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungsschaltung eine Multiplizierschaltung (15) aufweist, die einen Eingang hat, welcher mit dem Ausgang des Bezugsoszillators verbunden ist, und welcher einen Ausgang hat, der mit dem Mischer verbunden ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungsschaltung eine Signalquelle (15¹) aufweist, die ein Ausgangssignal veränderbarer Frequer' liefert.

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