DE2619966A1

DE2619966A1 - Phasenrueckkopplungskreis

Info

Publication number: DE2619966A1
Application number: DE19762619966
Authority: DE
Inventors: Layton Balliet
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1977-01-27
Also published as: JPS5811139B2; US3979691A; FR2345850A1; GB1492336A; JPS525247A; FR2345850B1

Description

Böblingen, den 14. April 1976 ker/bs

Anmelderin: International Business Maschines

Corporation, Armonk, W. Y, 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: WA 974 007

Phasenrückkopplungskreis

Die Erfindung betrifft einen Phasenrückkopplungskreis entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Anwendungszweck solcher Schaltkreise ist nachstehend beim Stand der Technik näher umschrieben.

Ein phasengekoppelter Rückkopplungskreis nach dem Stande der Technik ist in Fig. 1a dargestellt. Ein über eine Eingangsleitung 10 zugeführtes Eingangssignal wird einem Phasendetektor 12 zugeführt. Das Eingangssignal wird in diesem Detektor mit einem Rückkopplungssignal verglichen, das über eine Leitung 14 von einem freilaufenden gesteuerten Oszillator 16 zugeführt wird. Ein solcher gesteuerter Oszillator 16 ist nach dem Stande der Technik als spannungsgesteuerter Oszillator oder als stromgesteuerter Oszillator bekannt. Es ergibt sich dabei über den Ausgang des Phasendetektors 12 und die Leitung 18 ein Fehlersignal als Funktion der Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal über 10 und dem Rückkopplungssignal über 14. Dieses Fehlersignal wird wiederum einem Schleifenfilter 20 zugeführt, das das über die Leitung 22 weitergegebene Fehlersignal in eine für den Oszillator geeignete Steuerform wandelt. Das Signal über 22 bewirkt Änderungen der Betriebsfrequenz des gesteuerten Oszillators 16 derart, daß das Fehlersignal über 18 minimal gemacht wird. Dies ist die klassische Form

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einer Phasenrückkopplung, wobei das Ausgangssignal über 14 dem Eingangssignal über 10 nachgesogen wird.

Die Einschwingzeit eines solchen Schaltkreises gemäß Fig. 1a unterliegt statistischen Gesetzen und ist zufälliger Natur. Bei manchen Anwendungen, wie z.B. bei Rundfunk- oder Färbfernsehanwendungen, ist das Einschwingen nicht von primärer Bedeutung im Hinblick auf die allgemeinen Konstruktionsregeln, die bei solchen Anwendungen zu beachten sind. Ein Schaltkreis gemäß Fig. 1a genügt für solche Anwendungszwecke. Bei speziellen nachrichtentechnischen Anwendungen, wie z.B. bei Digitalübertragungssystemen und exterrestrischen Nachrichtensystemen, ist es sehr wichtig, übermittelte Informationen unverzüglich zu decodieren bzw. zu demodulieren, da jede Verzögerung den Verlust wertvoller Informationen bedeuten kann. Das Einsch??ingverhalten ist dann von ganz hervorragender Bedeutung. Neben schnellem Einschwingen ist eine Vorhersehbarkeit bezüglich des Einschwingens bei solchen Verwendungszwecken ebenfalls sehr wichtig. Das Einschwingen kann nach zwei Gesichtspunkten betrachtet werden, nämlich nach der Einschwingzeit und nach der Vorhersehbarkeit der Einschwingrichtung. Dabei sind zwischen beiden Gesichtspunkten Zusammenhänge gegeben.

Die statistischen Bedingungen eines Einschwingvorgangs lassen sich anhand des Phasendiagramms eines Phasenrückkopplungskreises erster Ordnung gemäß Fig. 1b leichter verstehen. Obwohl das Phasenrückkopplungssystem gemäß Fig. 1a ein System zweiter Ordnung ist, reicht das Diagramm gemäß Fig. 1b aus, um die Einschwingvorgänge zu erklären. In Fig. 1b bedeutet φ die Phase des gegebenen Rückkopplungssignals in bezug auf das Eingangssignal und Φ den Änderungsgrad der Phase, der dem Fehlersignal proportional ist. Nach dem Stande der Technik wird das Einschwingen als die Zeit betrachtet, die notwendig ist, einen stabilen Nullpunkt mit einem Fehlersignal angenähert null zu erreichen; dies ist der Fall bei ir/2 gemäß Fig, 1b. Ein gewisses Fehlersignal ist dabei jedoch immer auch

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nach dem Ende des Einschwingens gegeben. Theoretisch kann das Einschwingen eines Phasenrückkopplungskreises gemäß Fig. 1a von null bis unendlich variieren.

Ein in einen solchen betrachteten Rückkopplungskreis über 10 eingegebenes Signal hat jedoch immer eine gewisse Wahrscheinlichkeit, bereits zu Beginn mit der Phase des gesteuerten Oszillators 16 übereinzustimmen. Dies entspricht dann dem phasenstabilen Zustand gemäß Fig. 1b bei ir/2. Ebenso ist eine Wahrscheinlichkeit bezüglich des Eingangssignals gegeben, daß es beim Einschwingen um 180° gegenüber der Phase des Oszillators versetzt wird. Dieser Zustand entspricht gemäß Fig. 1b dem instabilen Nullpunkt bei 3fr/2 oder bei -3ir/2. Am wahrscheinlichsten ist jedoch, daß die Phasenbeziehung zwischen dem Eingangssignal und dem gesteuerten Oszillator zu Beginn irgendwo zwischen den vorstehend angegebenen Grenzen und dem stabilen Nullzustand bei ir/2 liegt. Praktisch bleibt ein solcher Rückkopplungskreis nicht unbegrenzt lange bei einem solchen instabilen Nullzustand stehen; dafür sorgt z.B. schon immer vorhandenes Rauschen. Damit wird entsprechend Fig. 1b der gesteuerte Oszillator 16 irgendwann von den instabilen Nullpunkten in Richtung der dargestellten Pfeile hinweggetrieben. Wenn z.B. der Oszillator 16 nach Anlegung eines Eingangssignals sich zu Beginn sofort auf einen der instabilen Nullpunkte 3ττ/2 oder -3it/2 einstellt, bleibt er auf einem dieser Punkte eingerastet und läuft mit dem Eingangssignal mit. Wenn jedoch irgendeine Veränderung der Systembedingungen erfolgt, wie z.B. eine Frequenzänderung oder Rauschen, wird der gesteuerte Oszillator 16 vom instabilen Nullpunkt weggetrieben _r folgt den dargestellten Pfeilen mit zunehmender Geschwindigkeit und erreicht schließlich den stabilen Zustand bei ir/2. Die Zeit, die dazu erforderlich ist, ist jedoch unbestimmt, weil nicht feststeht, wie lange das System auf einem solchen instabilen Nullzustand verharrt. Wenn der Abtrieb von einem instabilen Nullpunkt erst einmal begonnen hat, hängt die Zeit bis zum Erreichen des stabilen Nullzustands von der Trägheit des Systems ab und kann bis zu einem gewissen Grade

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durch die Systemparameter bestimmt werden. Computerunterstützte Studien sind bereits durchgeführt worden, für ein Zufallseingangssignal die Wahrscheinlichkeit des Einschwingverhaltens von Phasenrückkopplungskreisen gemäß Fig. 1a zu ermitteln. Siehe dazu z.B, die Arbeit von Goldmann, "Second-Order Phase-Locked-Loop Acquisition Time in the Presence of Narrow-Band Gaussian Noise" in IEEE Transactions on Communications, Seiten 297-300, April 1973.

Es gibt nach dem Stande der Technik Verfahren, das Einschwingen zu verbessern. Eine Methode ist dabei die Vergrößerung der wirksamen Bandbreite. Wie dem Fachmann bekannt ist, führt eine Erhöhung der Bandbreite einer solchen Rückkopplungsschleife zur Vergrößerung der Phasenänderungsgeschwindigkeit φ. Wie bereits genannt wurde, ist f proportional dem Fehlersignal. Somit verbessert eine Erhöhung der Bandbreite der Schleife das Einschwingverhalten, da ein vergrößertes φ die Einschwingbeschleunigung vergrößert, womit der Oszillator in der Schleife schneller den stabilen Nullzustand gemäß Fig. 1b erreichen kann. Trotzdem ist eine gewisse Wahrscheinlichkeit zu Beginn gegeben, daß auf einem instabilen Nullpunkt verharrt werden kann. Somit ist eine gewisse Unsicherheit gegeben, auch wenn diese Unsicherheit bereits verbessert wird.

Ein weiteres bereits veröffentlichtes Verfahren ist die Anwendung einer Wischfrequenz. Dieses Verfahren verbessert das Einschwingen definitiv; insbesondere dann, wenn eine Verriegelung des Systems bei einem instabilen Nullpunkt zu Beginn besteht. Andererseits kann, wenn das betrachtete System zu Beginn nicht auf einem instabilen Nullpunkt steht, die Anwendung der Wischfreguenztechnik das System erst zu einem instabilen Nullpunkt hintreiben, da anfangs die günstigste Wischrichtung, noch nicht, bekannt ist.. Obwohl bereits mit dieser Technik Verbesserungen gegeben sind, ist immer noch eine erhebliche Unsicherheit dabei vorhanden.

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Eine andere bekannte Möglichkeit, die praktisch der Wischfrequenztechnik ähnlich ist, besteht in der gezielten Eingabe von Rauschen. Angenommen, daß das System bei einem instabilen Nullzustand eingerastet ist, treibt das eingegebene Rauschen den Arbeitspunkt vom instabilen Nullpunkt nach einer vorgegebenen Zeit weg, die nur davon abhängt, wann das künstliche Rauschen eingegeben wird. Damit wird das betrachtete System von einem instabilen Nullpunkt theoretisch sehr schnell weggetrieben. Unglücklicherweise ist dabei jedoch immer noch die Wahrscheinlich gegeben, daß das System anfangs irgendwo zwischen dem stabilen Nullpunkt und einem instabilen Nullpunkt steht. Somit ist damit auch

gegeben,
die Möglichkeit/daß das künstlich eingegebene Rauschen das System gerade zu einem instabilen Nullpunkt hintreibt und nicht zum stabilen Nullpunkt, Anhand Fig. 1b ist dies wohl einzusehen.

Weiter ausgearbeitete und durchdachtere Möglichkeiten zur Verbesserung des Einschwingens sind bereits angegeben worden, wie z.B. in den US-PS 3 746 998, 3 594 651 und 3 768 030.

Während sämtliche vorgenannten Literaturstellen und Verfahren die Verbesserung des Einschwingens zum Ziel haben, sind die Unsicherheiten für die Voraussage der Richtung nicht gelöst worden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher in erster Linie, das Einschwingverhalten freizumachen von statistischen Zufallsbedingungen; ein Nebenziel ist es dabei, das sichere Einschwingen mit einer bisher nicht erreichten Güte zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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Der Phasenrückkopplungskreis entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält einen 3Tr/2-Phasendetektor zum Vergleich eines Eingangssignals und eines auf herkömmliche Weise erzeugten Rückkopplungssignals. Des weiteren wird das Eingangssignal gleichzeitig einem Signalindikator, einer 180°-Phasenverzögerung und einem Phasenauswahlschalter zugeführt. Die Ausgangssignale vom Signalindikator, von der 130°-Phasenverzögerung und dem 37r/2-Phasendetektor werden wiederum dem Phasenauswahlschalter zugeführt.

Wenn das erzeugte Rückkopplungssignal in Phase mit dem Eingangssignal steht, d.h., wenn die Pb" -t, daß das System beim stabilen Nullpunkt τγ/δ ^.

Phasenauswahlschalter ein Fehlersignal richtiger tix.

daß das System den stabilen Nullpunkt π/2 beibehält.

Wenn andererseits ein Ausgangssignal mit 180° Phasenabweichung vom Eingangssignal erzeugt wird, d.h., wenn die Phasendifferenz gerade so ist, daß das System bei einem instabilen Nullpunkt 3tt/2 oder -3π/2 steht, dann wählt der Phasenauswahlschalter ein Fehlersignal mit einer Phasenlage derart aus, daß die gegebene Phasenverriegelung bei 3ir/2 oder -37r/2 gelöst wird und ein Hintrieb zum stabilen Nullpunkt ir/2 erfolgt.

Wenn schließlich das Ausgangssignal bei irgendeiner Zwischenphasenlage zum Eingangssignal liegt, dann wählt der Phasenauswahlschalter ein Fehlersignal derart aus, daß das Schleifensystem zum stabilen Nullpunkt ιτ/2 prompt hinwandert.

Somit wird die Phasenruckkopplungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung frei von statistischen Zufällen beim Einschwingen. Gleichzeitig wird die Einschwinggeschwindigkeit verbessert, welche nunmehr nur durch überschaubare Systemparameter bestimmt wird.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt aind wird im folgenden näher beschrieben.

bau \iii:rs.\. das Blockschaltbild eines herkömmlichen Phasen-,r;»ji8 mov e.ü. rückkopplungskreises,

Fig. 1bj-vdüiscuE tcein Phasendiagramm zur Erläuterung des Einschwingvorgangs /
-apnßV5ft.hQ iii'yh abn sa.t.

Fig.Vbr2 , j^j aad.syajdasaBiLOckschaltbild des gewählten Ausführungs usb ildSw nfiBbbeisixirels.-. eines Phasenrückkopplungskreises ge oy _k?.f.u'i 3Büri'iinäß^.aer-'.Vorliegenden Erfindung,

. .tlfirifjJ f. ed £^.^π -■

Fig. 3a ein Zeitschaubild der verschiedenen, in einer Pi-i.·:!:.-.!"-VuKaafiAnbraauhg- nach''Fig. 2 beim stabilen Nullpunkt

Wellenformen,

Fig.i(3b ^{f ;} ":.;fc;:i ddässeabe^ Üiei-ideniInstabilen Nullpunkten 3π/2

uL Lu-

Fig. 3c dasselbe bei-Phasehpuhkteii" zwischen den instabilen Nullpunkten 3π/2 oder -3π/2 und dem sta-

rk

Entsprechend Figv ^r.2 :wird^r einbEingangssighal^ über"diö Leitung 22 einem 180 -Phasenverzögerungsglied::24 zugefUhrtS Dieses kann eine passive Verzögerungsleitung oder irgendeine andere entsprechende Einrichtung'sein^üdieedie (vorgdschrieBeneri'Veraögerüngsfunktionön"' durchführt ν -Über eind Eeitung^^e wird 'das¹ Äüsgäiigs signal ^:des"Ph'a-'' senverzögerungsglieds.^L-24· einem ersten Bestandteil des Phasenauswahlschalters v28 :zugeführ,t; 'dieses- erste Bestandteil ist ein doppelpoliger Einfachschalter 30.

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BAD ORIGINAL

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Dieser coppalpolige Schalten 30 ist ein 3ir_ erstes üND-Glxsd enthaltender logischer Schalter, dessen erstsr Eingang mit dem Ausgang d'as 1S0°-Fhase™'/3rgögerungsglieds verbunden und dessen Ausgang über den ersten Eingang eines ODER-Glieds gebildet wird. Ein zweites UND-Glied, dessen erster Eingang direkt mit dem Signaleingang über die Leitung 22 verbunden ist und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des vorgenannten ODER-Glieds verbunden ist, vervollständigt den Aufbau des doppelpoligen Schalters 30. Der Ausgang des ODER-Glieds, das zum doppelpoligen Schalter 30 gehört, bildet den Ausgang des Phasenauswahlschalters 28.

Die Ausgangsleitung 32 des Schalters 28 ist mit einem herkömmlichen freilaufenden Phasenrückkopplungskreis 34 verbunden. Dieser Phasenrückkopplungskreis 34 ist der Bauart, wie sie bereits eingangs beschrieben wurde. Ss handelt sich dabei um ein phasengesteuertes Schleifenglied sweiten Grades, Die Ordnung dieses Phasenrückkopplungskrexses steht jedoch der Wahl durch den Fachmann frei. Die Ordnung des Rückkopplungskreises bestimmt im wesentlichen den Wert φ, der von wesentlichem Einfluß auf die Einschwinggeschwindigkeit ist. Die Ausgangsleitung 32 des Phasenauswahlschalta.a ist isa übrigen gleichbedeutend mit dem Signaleingang über die Leitung 10 gemäß Fig. la. Die Ausgangsleitung des Phasenrückkopplungskreises ist wiederum gleichbedeutend mit der Ausgangsleitung 14 geinäS Fig. la.

Das Hückkopplungssignal und das Ausgangssignal werden über die Leitung 36 ausgegeben. Die Leitung 36 ist mit dem ersten Bestandteil d.nes 3?r/2-Phasendetektors 38 verbunden, nämlich einem Phasendetektor 40, Das zweite Bestandteil dieses 3tr/2-Phasendetektors 33 ist ein 9Q°-Phasenverzögerungsglied 42, dessen Eingang mit dem bereits genannten Gesamteingang über die Leitung 22 verbunden ist. Das 9Q°-Phasenverzögerungsglied 42 ist ein Filter bekannter Bauart. Sine passive Verzögerungsleitung oder eine andere geeignete Einrichtung, die die verlangten Funktionen ausführt, kann verwendet werden. Es wäre auch eine Ausbildung möglich, daß dieses 90 -Phasenverzögerungsglied 42 die ersten 90° des 180°-Phasenverzögerungsglieds 24 ausführt« Dana wäre das 180°-Phasenver-WA 974 007

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zögerungsglied 24 ebenfalls nur ein 90 -Phasenverzögerungsglied wie 42, wobei die beiden 90°-Phasenverzögerungsglieder hintereinander zu schalten wären. Diese genannte Ausführungsart ist jedoch nur eine mögliche Spielart.

Der Ausgang des 90°-Phasenverzögerungsglieds 42 ist über eine Leitung 44 mit dem zweiten Eingang des Phasendetektors 40 verbunden. Der Phasendetektor soll z.B. ein antivalentes ODER-Glied sein. Solche antivalenten ODER-Glieder mit zwei Eingängen gemäß Fig. 2 werden auch als Halbaddierer bezeichnet. Eine logische "1" wird abgegeben, wenn die beiden Eingangssignale verschieden sind, und eine logische ¹¹O", wenn die Eingangssignale gleich sind. Somit arbeitet ein solches antivalentes ODER-Glied als Phasendetektor, wie er sehr häufig in anderen digitalen Anwendungen benutzt wird.

Das vom Phasendetektor 40 abgegebene Fehlersignal wird dem Schleifenfilter 48 zugeführt. Dieses Schleifenfilter 48 möge ein aus Widerständen und Kondensatoren bestehendes Filter sein, das hochfrequente Spektralanteile, die störend wirken könnten, ausfiltert. Je nach Systemanforderung kann das Filter 48 besser als aktives Filter als als passives Filter ausgebildet werden.

Das Ausgangssignal des Schleifenfilters 48 wird über eine Leitung 50 einem Steuerschwellwertdetektor 52 zugeführt. Dieser dient zur Vorgabe eines Bezugspegels. Differential-Operationsverstärker bekannter Art können als Schwellwertdetektor für die vorliegende Erfindung verwendet werden. Das Ausgangssignal dieses Schwellwertdetektors 52 wird über eine Leitung 54 dem zweiten Bestandteil des Phasenauswahlschalters 28, einem Schaltersteuerspeicherglied 56, zugeführt. Als zweites Eingangssignal wird diesem Schaltersteuerspeicherglied 56 das Ausgangssignal des Signalindikators 58 über eine Leitung 60 zugeführt. Das Eingangssignal über die Leitung 22 speist den Signalindikator 58 in der in Fig. 2 dargestellten Weise,

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Das Schaltersteuerspeicherglied 56 ist ein logisches Flipflop, das ein Signal über die Leitung 61 zum doppelpoligen Einfachschalter 30 abgibt. Dabei führt praktisch die Ausgangsleitung 61 des Schaltersteuerspeicherglieds zu den zweiten Eingängen des ersten und zweiten bereits genannten UND-Glieds innerhalb des doppelpoligen Schalters 30. Der Signalindikator 58 besteht aus einem sich schnell aufladenden und langsam entladenden Schaltkreis mit einem Diodeneingang und einem nach Erde führenden RC-Glied und dazu einem aktiven Glied zur Verstärkung. Solche Anordnungen sind ebenfalls im einzelnen bekannt. Auch eine andere, gleichartige Funktionen ausführende Anordnung könnte dafür verwendet werden.

Die Funktionseinzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nunmehr anhand der Fign, 2 und 3 erläutert.

Vor dem Zeitpunkt T_Q gemäß Fig. 3a wird kein Eingangssignal zugeführt. Somit ist das Signaldetektoreingangssignal über die Leitung 22 konstant abgesenkt. Damit sind auch die Ausgangssignale des Signalindikators 58 über 60, des 180°-Phasenverzögerungsglieds 24 über 26 und des 90°-Phasenverzögerungsglieds 42 über 44 auf null oder abgesenktem Pegel. Vom freilaufenden Phasenrückkopplungskreis 34 wird jedoch über 36 bereits ein Signal abgegeben, das mit dem Rückkopplungssignal zum Phasendetektor 40 identisch ist. Somit gibt der Phasendetektor 40 auch ein Ausgangssignal über 46 ab. Dieses Ausgangesignal wird mittels des Schleifenfilters 48 gefiltert, womit ein gefiltertes Fehlersignal über die Leitung 50 weitergegeben wird. Der Steuerschwellwertdetektor 52 wird noch nicht erregt, da das gefilterte Fehlersignal über die Leitung 50 den gegebenen Schwellwert nicht erreicht. Somit bleibt das Ausgangssignal des Steuerschwellwertdetektors 52 über 54 auf abgesenktem Pegel. Die Ausgangssignale des Phasenauswahlscharters 28 über 32 und des Schaltersteuerspeicherglieds 56 über 61 sind vor dem Zeitpunkt T_Q ebenfalls auf abgesenktem Nullpegel.

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Bei T erscheint ein Eingangssignal über 22 land läßt "om Signalindikator 58 ober QO ein ausgangs signal angehobenen Pegels erscheinen. Dieses Signal über 60 erscheint jedoch etwas verzögert erst zwischen T., und Έ~, In der Zwischenzeit jedoch passiert das Eingangssignal das 9O°-Phasenverzögerungsglied 42, das seinerseits ein verzögertes Signal über 44 zum Phasendetektor 4O abgibt. Die Signale über 36 land 44 sind dabei zwischen T_Q und T., wie in Fig. 3a dargestellt in Phase. Damit ist das Ausgangssignal des Phasendetektors 4O über 46 auf abgesenktem Nullpegel; abgesehen iron einigen geringeren Störspitzen, die jedoch anschließend durch das Schleifenfilter 48 ausgefiltert werden. Damit fällt das Ausgangs signal des Schleifenfilters über die !Leitung 5O auf einen Pegel ab, der ns ext unter dem dem Schwellwertdetektor 52 vorgegebenen Schwellwert gemäß Fig. 3a bleibt,

Zwischen T.. und T₀ gibt der Signalindikator 58 über 6O_f wie bereits erwähnt, eine Spannungsstufe ab. Der nunmehr erreichte Pegel läßt das Schaltersteuerspeicherglied 56 seinen in Fig. 3a dargestellten ursprünglichen Schaltzustand, aber 61 abgegeben, beibehalten. Dabei wird das Eingangssignal ober 22, 30 und 32 direkt zum Eingang des Phasenrückkopplungskreises 34 durchgeführt.

Kurz zusammengefaßt spielt sich gemäß Fig. 3a, die für eine Anfangsphasenlage beim stabilen Nullpunkt π/2 gilt, folgendes ab: Das Ausgangssignal über 36 folgt -dem Eingangssignal über 22 mit einer Phasenverzögerung von ti/2. Gemäß Fig. 3a ist die gewünschte Phasenstellung bereits zwischen den leiten T_ und H- gegeben, Sie bleibt durchgehend bis über T erhalten, so lange die Signaleingabe andauert.

Nun zur Fig. 3b, für die gilt, daß anfangs das Ausgangs signal gegenüber der gewunsdkfben Phasenlage -um 180° verschoben ist. Wenn keine Korrektur entsprechend üsr vorliegenden Erfindung

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erfolgen würde, bliebe -sine instabile Phasenverriegelung bei einem instabilen Nullpunkt bestehen. Vor dsm Zeitpunkt T sind die Signalverhältnisse ähnlich, wie beim vorerläuterten Beispiel, die Phase des Äusgangssignals über 36 jedoch ausgenommen. Der Signalindikator 58 erzeugt ebenfalls über 60 zwischen T₁ und Τ« eine Spannungsstufe.

Kurz nach T_ herrschen über die Leitungen 36 und 44, die Eingangsleitungen des Phasendetektors 40, Bedingungen, die den Phasendetektor 40 über 46 einen maximalen Ausgangspegel abgeben lassen. Damit nimmt das Ausgangssignal des Schleifenfilters 48 über 50 stark zu. Somit wird der Schwellwert des Schwellwertdetektors 52 zwischen T₁ und T„ zu einem Zeitpunkt erreicht, zu dem ebenfalls der Signalindikator 58 über 60 seine Stufe abgibt. Der Steuerschwellwertdetektor 52 wird eingeschaltet und gibt ein Ausgangssignal· über 54 ab. Damit schaltet das Schaltersteuerspeicherglied 56, durch das Signal vom Signalindikator 58 getriggert, um. Somit wird über 61 gemäß Fig. 3b eine Spannungsstufe abgegeben. Diese Spannungsstufe über 61 betätigt den doppelpoligen Schalter 30, der nun das um 180° verzögerte Eingangssignal über die Leitung 26 und den Phasenauswahlschalter 28 zur Leitung 32 gelangen läßt.

Das Ausgangssignal des herkömmlichen Phasenrückkoppiungskreises 34 über 36 wird nunmehr vom instabilen Nullpunkt zum stabilen Nullpunkt bei 7τ/2 hingetrieben» Vor der Zeit T_g hat der Phasenrückkopplungskreis noch nicht den stabilen Nullpunkt bei ir/2 erreicht, weil, wie in Fig. 3b dargestellt^ das Ausgangssignal dem eingangssignal um ir/2 oder 99° voreilt. Das Eingangssignal muß, um eine saubere Phasenlage zu erzielen, um ir/2 oder 90 verzögert werden. Jedoch ist die erforderlich Richtung des Einschwingens nunmehr schon bekannt. Zu einem Zeitpunkt nach Tg wird sich die Gesamtanordnung auf den stabilen ISullpunkt bei ir/2 eingeregelt haben. Das Einschwingen, dessen Richtung bekannt ist, ist nur noch eine Frage der gewählten Schaltkreisparameter.

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Mit dem Aufbau entsprechend der vorliegenden Erfindung läßt sich die korrekte Phaseneinregelung in weniger als einem Zyklus des Eingangssignals erzielen, wenn ein Phasenrückkopplungskreis 34 ausreichend hoher Ordnung eingesetzt wird. Diese Maßnahmen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung,

Entsprechend Fig. 3c sind Verhältnisse angegeben, bei denen die Phasenlage des Phasenrückkopplungskreises 34 zwischen einem stabilen Nullpunkt und einem instabilen Nullpunkt liegt. Dabei trifft keine der Bedingungen gemäß Fig. 3a oder 3b zu. Entsprechend Fig. 3c fällt das Ausgangssignal des Filters 48 über die Leitung 50 entsprechend dem absinkenden Pegelintegral des Phasendetektors 40 über 46 ab. Wie in Fig. 3c dargestellt, kommt dieser Pegel niemals mehr über den vorgegebenen Schwellwert hinaus. Entsprechend bleibt auch das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors 52 über 54 abgesenkt. Das Ausgangssignal des Schaltersteuerspeichergliedes 56 über 61 bleibt ebenfalls abgesenkt. Somit verläuft das Eingangssignal über den direkten Weg des doppelpoligen Schalters 28, womit das Eingangssignal in für den Phasenrückkopplungskreis 34 günstiger Eingangslage zugeführt wird. Das Einschwingen beginnt bei T_Q und das Ausgangssignal des Schleifenfilters 48 über 50 fällt immer weiter unter den Schwellwert ab bis zum Zeitpunkt Tg. Dabei wird der stabile Nullpunkt bei π/2 erreicht und das Einschwingen ist vollendet. Wie gemäß Fig. 3c am Signal über 36 zu erkennen ist, verändert sich die Frequenz des herkömmlichen Phasenrückkopplungskreises, bis die Einregelung erfolgt und somit das Einschwingen beendet ist.

Es erscheint noch wichtig, darauf hinzuweisen, daß in den Fign. 3a bis 3c das Eingangssignal als ideales Signal zum Zwecke der klaren Darstellung und Erklärung der Erfindung gezeigt wurde. Praktisch kann der Zyklus des Eingangssignals aufgrund der gegebenen Übertragungsbedingungen natürlich schwanken. Nichtdestotrotz arbeitet jedoch die vorliegende Erfindung gerade auch mit schwankenden Wellenformen ordnungsgemäß.

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Claims

- 14 PATENTANSPRÜCHE

Phasenrückkopplmigskreis mit verbessertem Einschwingverhalten, gekennzeichnet durch:

einen 3ir/2-Phasendetektor (38) zum Vergleich der Phase eines Eingangssignais mit der eines Rückkopplungsignals, wobei über den Detektorausgang das Ausgangssignal eines Schw-sllwertdetektors (52) abnehmbar ist; einen Signalindikator (5S) , dem das Eingangssignal zugeführt wird und an dessen Ausgang ein Indikatorsignal abir ist, wenn ein Eingangssignal ansteht;

ein 180°-Phasenverzögerungsglied (24), dem das Eingangssignal zur Verzögerung um 180° zugeführt wird; einen Phasenauswahlschalter (28), dessen Steuereingang das Ausgangssignal vom Schwellwertdetektor (52), dessen Triggereingang das Misgangssignal des Signalindikators (58) und dessen beiden Wahlschalteingängen einerseits das Eingangssignal direkt und andererseits über das 180°-Phasenverzögerungsglied (24) zugeführt wird, wobei am Ausgang des Phasenauswahlschalters (28) entweder das Eingangssignal direkt oder, beim überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes innerhalb des 3ir/2-Phasendetektors (38), das Eingangssignal um 180° verzögert abnehmbar ist; einen Phasenrückkopplungskreis (34) , dem das direkte oder phasenverzögerte Eingangssignal vom Phasenauswahlschalter (28) eingangsseitig zugeführt wird und an dessen Ausgang ein dem zugeführten Eingangssignal der Gesamtanordnung nach Phase und Frequenz proportionales Ausgangssignal abnehmbar ist, welches gleichzeitig als Rückkopplungssignal dem 3TT/2-Phasendetektor (38) zugeführt wird, dessen anderer Eingang mit dem um 90° phasenverzögerten Eingangssignal der Gesamtanordnung gespeist wird.

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- 15 -

Phasenrückkopplungskreis nach Anspruch 1 „ dessen 3ir/2-Phasendetektor gekennzeichnet ist durchs
ein 90°-Phasenverzögerungsglied (42), welches das Eingangssignal um 90° verzögert;

einen Eingangs-Phasendetektor (40), dem einerseits das
Ausgangssignal des 90 -Phasemrerzögerungsglieds (42)
und andererseits das Ausgangssignal der Gesamtanordnung
als Rückkopplungssignal zum Phasenvergleich zugeführt wird;

ein Schleifenfilter (48), dem das Ausgangssignal des Eingangs -Phasendetektors (40) als Phasenfehlersignal zugeführt wird und an dessen Ausgang ein geglättetes, von
Störspitzen bereinigtes Phasenfehlersignal abnehmbar
ist;

einen Steuerschwellwertdetektor (52), dem das gefilterte Phasenfehlersignal vom Schleifenfilter (48) zugeführt
wird und der an seinem Ausgang beim überschreiten des
Schwellwertes ein Ausgangssignal abnehmbar macht.

Phasenrückkopplungskreis nach einem der vorgenannten Ansprüche, dessen Phasenauswahlschalter gekennzeichnet
ist durch:

ein Schaltersteuerspexcherglied (56), dem einerseits das Schwellwertdetektorausgangssignai vom 3ir/2-Phasendetektor (38) und andererseits das Ausgangssignal vom Signalindikator (58) zugeführt wird und an dessen Ausgang ein Signal dann abnehmbar ist, wenn gleichzeitig ein Ausgangssignal vom 3Tr/2-Phasendetektor (38) und ein Signalindikatorausgangssignal zugeführt wird, und einen doppelpoligen Einfachschalter, der durch das Ausgangssignal des Schaltersteuerspeicherglieds (56) gesteuert wird und dessen Auswahlschalteingängen das Eingangssignal in der nach Anspruch 1 beschriebenen Weise zugeführt wird.

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