DE2706224C2 - Digitally adjustable frequency generator - Google Patents

Digitally adjustable frequency generator

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DE2706224C2 DE19772706224 DE2706224A DE2706224C2 DE 2706224 C2 DE2706224 C2 DE 2706224C2 DE 19772706224 DE19772706224 DE 19772706224 DE 2706224 A DE2706224 A DE 2706224A DE 2706224 C2 DE2706224 C2 DE 2706224C2
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Description

tors so gesteuert wird, daß diese Amplitude mit wachsender Oszillatorfrequenz zunimmt. Erst durch diese zusätzliche Beeinflussung der die Steuerspannung für den Oszillator liefernden Stromimpulse ist es möglich, die Regclgeschwindigkeit des Oszillators in einem großen Frequenzbereich gleich groß zu halten und erst hierdurch wird es möglich, daß ein Frequenzgenerator der eingangs erwähnten Art im gesamten Frequenzband unabhängig von dem Teilungsfaktor des zwischengeschalteten Frequenzteilers und auch unabhängig von der Krümmung der Regelkennlinie des Oszillators auf Störungen schnell und genau reagiert. Die erfindungsgemäße Beeinflussung der Stromstärke der dem Kondensator zugeführten Suomimpulse, mit welcher zusätzlich zu der phasenabhängigen Impulsbreitenänderung eine weitere Regelgröße in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Oszillatorfrequenz der Gesamtregelung überlagert wird, kann sehr einfach realisiert werden, da es lediglich erforderlich ist, die im Integrator vorgesehene Stromquelle in Abhängigkeit von der der OsziHatorfrequenz proportionalen Steuerspannung entsprechend zu steuern. Für die praktische Ausführung einer solchen gesteuerten Stromquelle gibt es die verschiedenartigsten bekannten Möglichkeiten.tors is controlled so that this amplitude increases with increasing oscillator frequency. Only through this additional It is possible to influence the current pulses that supply the control voltage for the oscillator Keeping the control speed of the oscillator the same in a large frequency range and only through this it is possible that a frequency generator of the type mentioned in the entire frequency band independent of the division factor of the intermediate frequency divider and also independent of the curvature of the control characteristic of the oscillator reacts quickly and precisely to disturbances. The inventive Influencing the current strength of the Suom impulses fed to the capacitor, with which additional In addition to the phase-dependent pulse width change, another controlled variable depending on the each set oscillator frequency is superimposed on the overall control can be implemented very easily, since it is only necessary to adjust the current source provided in the integrator as a function of the Oscillator frequency proportional control voltage accordingly to control. There are the most varied of types for the practical implementation of such a controlled current source known possibilities.

Die erfindungsgemäße Maßnahme ist insbesondere für in einem großen Frequenzbereich abstimmbare Frequenzgeneratoren geeignet, da die Regelsteilheit insbesondere durch den Teilungsfaktor des Frequenzteilers stark beeflußt wird.The measure according to the invention is in particular for frequency generators that can be tuned over a large frequency range suitable because the steepness of the control is determined in particular by the division factor of the frequency divider is strongly influenced.

Die Erfindung ist jedoch auch für in kleineren Frequenzbereichen digital abstimmbare Frequenzgeneratoren geeignet, bei denen die Regelsteilheit durch eine starke Krümmung der Regelkennlinie in gleicher Weise störend beeinflußt ist In letzteren Anwendungsfällen ist neben der Phasenvergleichsschaltung keine zusätzliche Frequenzvergleichsschaltung nötig, es genügt hier eine reine Phasenvergleichsschaltung, da der Fangbereich ja nicht so groß ist.However, the invention is also applicable to frequency generators that can be digitally tuned in smaller frequency ranges suitable where the control steepness is similarly due to a strong curvature of the control characteristic is disruptive. In the latter application cases, there is no additional circuit in addition to the phase comparison circuit Frequency comparison circuit necessary, a pure phase comparison circuit is sufficient here, since the capture range is yes is not that big.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Ziichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of a schematic drawing of an exemplary embodiment explained.

Die Figur zeigt einen digital einstellbaren Frequenzgenerator bestehend aus einem spannungsgesteuerten Oszillator 1 mit positiver oder negativer Steuerspannungs-Frequenz-Kennlinie. Die Ausgängsfrequenz U dieses Oszillators 1 wird einerseits dem Ausgang und andererseits einem über den Eingang 2 digital einstellbaren Frequenzteiler 3 zugeführt, dessen geteilte Ausgangsfrequenz einer Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung 4 zugeführt wivd, in weicher diese heruntergeteilte Oszillatorfrequenz mit einer in einem Generator 5 erzeugten Referenzfrequenz fr verglichen wird. In dieser Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung wird periodisch, d. h. vorzugsweise in jeder Periode der Referenzfrequenz fr bzw. der geteilten Oszillatorfrequenz fa ein Spannungs- bzw. Stromimpuls erzeugt, welcher in der Breite der jeweiligen Phasenabweichung der beiden verglichenen Frequenzen proportional ist. Die Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung 4 liefert außerdem eine Information über die Polarität der Phasenabweichung. Diese Frequenz- und Phaenvergleichsschaltung 4 steuert über eine Wirkverbindung 6 einen Integrator 7, in welchem aus einer Stromquelle 10, It Stromimpulse Seinem Kondensator 8 mit in bekannter Weise zum Schutz «or Regelschwingungen reduzierter Güte zugeführt werden. Die Breite der Stromimpulsc 5 ist gleich der Breite der in der Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung 4 erzeugten Impulse, also wiederum proportional der jeweiligen Phasenabweichung. Die Polarität der Stromimpulse S entspricht der Polarität der Phasenabweichung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies durch einen schcnuitisch angedeutetenThe figure shows a digitally adjustable frequency generator consisting of a voltage-controlled oscillator 1 with a positive or negative control voltage-frequency characteristic. The output frequency U of this oscillator 1 is fed, on the one hand, to the output and, on the other hand, to a frequency divider 3 that can be digitally adjusted via the input 2, the divided output frequency of which is fed to a frequency and phase comparison circuit 4, in which this divided oscillator frequency with a reference frequency f r generated in a generator 5 is compared. In this frequency and phase comparison circuit, a voltage or current pulse is generated periodically, ie preferably in each period of the reference frequency f r or the divided oscillator frequency f a, the width of which is proportional to the respective phase deviation of the two compared frequencies. The frequency and phase comparison circuit 4 also provides information about the polarity of the phase deviation. This frequency and phase comparison circuit 4 controls via an operative connection 6 an integrator 7 in which current pulses from a current source 10 are supplied to its capacitor 8 with reduced quality in a known manner for protection against control oscillations. The width of the current pulses 5 is equal to the width of the pulses generated in the frequency and phase comparison circuit 4, that is to say in turn proportional to the respective phase deviation. The polarity of the current pulses S corresponds to the polarity of the phase deviation. In the exemplary embodiment shown, this is indicated in a logical manner

Schalter 9 erreicht, der in Abhängigkeit von den in der Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung 4 erzeugten Impulsen gesteuert ist und der je nach Polarität der festgestellten Phasenabweichung entweder die einen positiven Strom +/liefernde Stromquelle 10 oder dieReached switch 9, depending on the in the Frequency and phase comparison circuit 4 generated pulses is controlled and depending on the polarity of the detected phase deviation either the positive current + / supplying current source 10 or the

ίο einen negativen Strom —/liefernde Stromquelle 11 mit dem Kondensator 8 verbindet In dem Kondensator 8 werden die so zugeführten positiven oder negativen Stromimpulse 5 zu einer Steuerspannung V integriert, mit welcher der spannungsgesteuerte Oszillator 1 in der Frequenz entsprechend nachgestimmt wird.ίο a negative current - / supplying current source 11 connects to the capacitor 8 In the capacitor 8, the thus supplied positive or negative current pulses 5 are integrated into a control voltage V , with which the voltage-controlled oscillator 1 is adjusted accordingly in frequency.

Gemäß der Erfindung wird zusätzlich die Amplitude, d. h. die Stromstärke /der dem Kondensator 8 zugeführten Stromimpulse S so geregelt, daß sie mit zunehmender Oszillatorfrequenz /j größer wird. Nachdem die Steuerspannung Vimmer eindeutig dieser Oszillatorfrequenz zugeordnet ist. kann diese Sto-erspannung V als einfaches Regelkriterium hierfür ausgenutzt werden. Es ist lediglich erforderlich, die die Stromimpulse 5 liefernde Stromquelle, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die beiden Stromquellen 10 und 11, in Abhängigkeit von dieser oieuerspannung V zu regeln, wie dies durch die Regelschleife 12 mit dem zwischengeschalteten Impedanzwandler 13 schematisch angedeutet ist Je nachdem, ob der Oszillator 1 eine positive oder negative Steuerspannungs-Frequenz-Kennlinie aufweist, muß die Stromstärke / der Stnomimpulse S umso größer sein je höher oder niedriger die Steuerspannung VistAccording to the invention, the amplitude, that is to say the current strength / of the current pulses S supplied to the capacitor 8, is additionally regulated in such a way that it becomes greater as the oscillator frequency / j increases. After the control voltage Vimmer is clearly assigned to this oscillator frequency. this surge voltage V can be used as a simple control criterion for this. It is only necessary to regulate the current source supplying the current pulses 5, the two current sources 10 and 11 in the exemplary embodiment shown, as a function of this voltage V , as indicated schematically by the control loop 12 with the impedance converter 13 connected in between If the oscillator 1 has a positive or negative control voltage-frequency characteristic, the current intensity / current impulses S must be greater the higher or lower the control voltage Vist

Im allgemeinen genügt ein linearer Zusammenhang zwischen der Sleuerspannung V und der entsprechen-In general, a linear relationship between the sleuer voltage V and the corresponding

J5 den Änderung der Stromstärke /, jedoch kann in bestimmten Fällen auch ein anderer .nichtlinearer Zusammenhang gewählt werden, um hiermit beispielsweise zusätzliche weitere Änderungen in der Generatorregelschleife auszugleichen. Für die praktische Ausführungsform der gesteuerten Stromquelle 10 und 11 gibt es die verschiedenartigsten bekannten Lösungen, beispielsweise einfache mit Transistoren aufgebaute Schaltungen. In dem Ausführungsbeispiel sind nur zur besseren Übersicht zwei gelrennte Stromquellen dargestellt, es könnte genauso gut nur eine einzige entsprechend in der Stromstärke gesteuerte Stromquelle vorgesehen sein, der eine in Abhängigkeit von der Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung 4 gesteuerte Stromumpolschaltung zugeordnet ist.J5 the change of the amperage /, however, can be in certain In some cases, a different non-linear relationship can also be selected in order to provide additional, for example to compensate for further changes in the generator control loop. For the practical embodiment the controlled current source 10 and 11 there are the most varied of known solutions, for example simple circuits built with transistors. In the exemplary embodiment are only for the better Overview of two separated power sources shown, it could just as well be just one corresponding in the current intensity controlled current source can be provided, the one depending on the frequency and Phase comparison circuit 4 controlled Stromumpolkreis is assigned.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Digital einsteilbarer Frequenzgenerator mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (1), dessen Ausgangsfrequenz ,'/^) über einen einstellbaren Frequenzteiler (3) einer Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung (4) zugeführt wird, in welcher periodisch Impulse erzeugt werden, deren Breite der Phasenabweichung zwischen der Oszillatorausgangsfrequenz (fA) und einer Referenzfrequenz (fr) proportional ist und durch welche über eine schaltbare Stromquelle (9, 10, 11) entsprechend breite Stromimpulse (S) erzeugt und in einem Integrator (7, 8) zur Oszillatorsteuerspannung (V) integriert werden, und mit einer Einrichtung zur Kompensation der mit steigender Oszillatorfrequenz auftretenden Regelsteilheitsabnahme, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (9, 10, Ii) über einen mii dem Ausgang des Integrators (7, 8) verbundenen Regelkreis {!2, 13} zusätzlich in Abhängigkeit von der Oszillatorsteuerspannung (V) so gesteuert ist, daß die Stromstärke (i) der durch sie erzeugten Stromimpulse (S) für einen Oszillator mit positiver Steuerkennlinte mit steigender Steuerspannung zunimmt und für einen Oszillator mit negativer Steuerkennlinie mit steigender Steuerspannung abnimmt.Digitally adjustable frequency generator with a voltage-controlled oscillator (1) whose output frequency '/ ^) is fed via an adjustable frequency divider (3) to a frequency and phase comparison circuit (4) in which pulses are periodically generated, the width of which is the phase deviation between the oscillator output frequency (f A ) and a reference frequency (f r ) is proportional and through which a switchable current source (9, 10, 11 ) generates correspondingly wide current pulses (S) and are integrated in an integrator (7, 8) to the oscillator control voltage (V) , and with a device for compensating for the decrease in control steepness occurring with increasing oscillator frequency, characterized in that the current source (9, 10, Ii) via a control loop {! 2, 13} connected to the output of the integrator (7, 8) is additionally dependent is controlled by the oscillator control voltage (V) so that the current strength (i) of the current pulses generated by it (S) fü r an oscillator with a positive control characteristic increases with increasing control voltage and for an oscillator with a negative control characteristic decreases with increasing control voltage. Die Erfindung betrifft einen digital einstellbaren Frequenzgenerator laut OberDegriff des Patentanspruches.The invention relates to a digitally adjustable frequency generator according to the preamble of the patent claim. Frequenzgeneratoren dieser Art sind bekannt (DE-OS 15 91 994). Solange die auf die Referenzfrequenz bezogene Oszillator-Abstimmsteilheit konstant ist, reagiert bei solchen Frequenzgeneratoren die Frequenz- und Phasenvergleichsschaltung in optimal kurzer Zeit auf evtl. Phasenabweichungen. Diese auf die Referenzfrequenz bezogene Regelsteilheit des spannungsgesteuerten Oszillators ist aber in der Praxis meist nicht konstant, sie nimmt einerseits mit zunehmendem Teilungsfaktor und andererseits wegen der Regelkennlinie der in solchen Oszillatoren meist verwendeten Varaktordioden mit zunehmender Frequenz ab. Wenn ein solcher Generator in einem großen Frequenzbereich durch entsprechende Einstellung des Teilungsfaktors des Frequenzteilers einstellbar ist oder die Regelkennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators selbst stark gekrümmt ist, nimmt daher die Regelgeschwindigkeit im oberen Frequenzbereich stark ab, und im unteren Frequenzbereich besteht die Gefahr eines Überschwingens. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bei diesem Frequenzgenerator ferner bekannt, zwischen dem die Oszillatorsteuerspannung liefernden Integrator und dem Steuereingang des Oszillators ein Exponentialglied einzuschalten, durch welches die mit steigender Frequenz abnehmende Regclsteilheit kompensiert d. h. im wesentlichen konstant gehalten wird. Durch dieses Exponentialglied wird jedoch störendes Rauschen in die Regelschleife eingeschleppt. Dieses Rauschen könnte zwar durch einen dem Exponentialglied nachgeschaitetcn Tiefpaß theoretisch verringert werden, uns praktischen Gründen jedoch nicinnls ganz vermieden werden, da die Grenzfrequenz eines solchen Tiefpasses größer als die Referenzfrequenz gewählt werden muß, wenn die Einschwingzeit klein bleiben und ein Schwingen vermieden werden soll, ein solcher Tiefpaß dann jedoch nur wenig zur Rauschunterdrückung beiträgt; außerdem würde ein solcher Tiefpaß selbst wieder zusätzliches Rauschen in die Schleife einschleppen. Dies gilt auch für einen anderen bekannten Frequenzgenerator (DL-PS 1 07 829), bei dem die Steuerspannung für dem Oszillator unmittelbar im Phasendiskriminator erzeugt wird und bei dem in die Regelschleife zwischen Phasendiskriminator und Steuereingang desFrequency generators of this type are known (DE-OS 15 91 994). As long as the reference frequency related oscillator tuning slope is constant, with such frequency generators the frequency and phase comparison circuit for possible phase deviations in an optimally short time. This control slope of the voltage-controlled oscillator related to the reference frequency is mostly not constant in practice, on the one hand it increases with increasing division factor and on the other hand because of the control characteristic of the in such oscillators mostly used varactor diodes with increasing frequency. If such a Generator can be set in a large frequency range by setting the division factor of the frequency divider accordingly or the control characteristic of the voltage-controlled oscillator itself is strongly curved, therefore the control speed decreases in the in the upper frequency range, and there is a risk of overshoot in the lower frequency range. In order to avoid this disadvantage, it is also known in this frequency generator, between which the The oscillator control voltage supplying the integrator and the control input of the oscillator an exponential term to be switched on, which compensates for the falling control steepness with increasing frequency d. H. in the is kept essentially constant. However, this exponential means that disturbing noise is added to the Introduced control loop. This noise could theoretically be reduced by a low-pass filter following the exponential term, but for practical reasons it could not be avoided entirely, because the cut-off frequency of such a low-pass filter must be selected to be greater than the reference frequency, if the settling time should remain small and oscillation should be avoided, but then only such a low-pass filter contributes little to noise reduction; in addition, such a low-pass filter would itself be additional Drag noise into the loop. This also applies to another known frequency generator (DL-PS 1 07 829) in which the control voltage for the oscillator is generated directly in the phase discriminator and in which in the control loop between phase discriminator and control input of the ίο Oszillators ein regelbarer Verstärker (oder ein umschaltbarers Dämpfungsglied) eingeschaltet ist, der in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Frequenz geändert wird Auch dadurch kann zwar die Regelsteilheit konstant gehalten werden, über den zusätzlichenίο oscillator a controllable amplifier (or a switchable attenuator) is switched on, which is in Is changed as a function of the frequency set in each case \C Verstärker (bzw. Dämpfungsglied) wird jedoch wiederum Rauschen in die Regelschleife eingeschleppt. \ C amplifier (or attenuator), however, noise is again introduced into the control loop. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Frequenzgenerator der eingangs erwähnten Art mit einer geschalteten Stromquelle so weiterzubilden und zu verbessern, daßIt is the object of the invention to provide a frequency generator of the type mentioned at the outset with a switched To further educate and improve power source so that die Kompensation der Regelsteilheit ohne störendes Rauschen erreicht wird.the compensation of the control steepness without disturbing Noise is achieved. Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Frequenzgenerator laut Oberbegriff des Patentanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöstThis task is carried out on the basis of a frequency generator according to the preamble of the patent claim its distinguishing features solved Bei dem erfindungsgemäßen Frequenzgenerator wird zur Linearisierung der Regelkennlinie in die Steuerleitung zum Oszillator kein zusätzliches Schaltelement eingefügt, das in der Regelschleife Rauschen verursachen könnte. Es liegt weiterhin nur der Integrator amIn the frequency generator according to the invention, no additional switching element is required to linearize the control characteristic in the control line to the oscillator inserted, which could cause noise in the control loop. It is still only up to the integrator Steuereingang des Oszillators, der mit Blindelementen aufgebaut und damit rauschfrei ist. Die geschaltete und gemäß der Erfindung zusätzlich auch noch in ihrer Stromstärke gesteuerte Stromquelle ist im eingeschwungenen Zustand nicht mehr mit dem IntegratorControl input of the oscillator, which is built with dummy elements and is therefore noise-free. The switched and According to the invention, the current source, which is also controlled in terms of its current intensity, is no longer connected to the integrator in the steady state verbunden, so daß auch über die Stromquelle selbst keinconnected, so that no zusätzliches Rauschen eingeschleppt werden kann. Einadditional noise can be introduced. A erfindungsgemäßer Frequenzgenerator kann also mitfrequency generator according to the invention can thus with extrem guten Rauscheigenschaften hergestellt werden.extremely good noise properties can be produced. Zur Vergrößerung des Fangbe-:?'ches eines phasen-To enlarge the catchment area: geregelten Oszillators ist es an sich bekannt, eine von der Richtung der Frequcnzablage des Oszillators abhängige Gleichspannung zu erzeugen und diese zusätzlich zur Phasenregelung dem Regelspannungseingang des Oszillators zuzuführen (DE-OS 23 44 078). Bei FM-In a controlled oscillator, it is known per se to generate a direct voltage that is dependent on the direction of the frequency offset of the oscillator and to provide this to the control voltage input in addition to phase control of the oscillator (DE-OS 23 44 078). At FM Tonsendern ist es zur Vermeidung einer Übersteuerung auch schon bekannt, den Regelungsbetrag des Senders progressiv mit der Frequenz der zugeführten Tonsigna-Ic zu erhöhen (BBC-Report 1973, Oktober, RD-1973/25). Bei einer Schaltung zum Regeln der FrequenzIn order to avoid overloading, it is already known to audio transmitters the amount of regulation of the transmitter to increase progressively with the frequency of the Tonsigna-Ic administered (BBC report 1973, October, RD-1973/25). With a circuit for regulating the frequency eines Oszillators auf einen digitalen vorgegebenen Sollwert ist es ferner bekannt, die Regelspannung für den Oszillator aus mehreren einzelnen Strömen zusammenzusetzen, die jeweils durch getrennten Soll- und Ist-Wertvergleich gewonnen werden (DE-OS 20 29 475).an oscillator to a digital predetermined setpoint, it is also known to set the control voltage for the To assemble the oscillator from several individual currents, each of which is obtained by comparing the desired and actual values separately (DE-OS 20 29 475). Schließlich ist eine Frequenzregelanordnung bekannt, welche die Frequenz eines Oszillators mit Hilfe der Frequenz eines Vergleichsozillators regelt und bei welcher die Regelgröße durch ein integrierendes Glied gespeichert wird, wobei eine der Frequenzdifferenz proportio-Finally, a frequency regulating arrangement is known which regulates the frequency of an oscillator with the aid of the frequency of a reference oscillator and in which the controlled variable is stored by an integrating element, one of which is proportional to the frequency difference nale Gleichspannung gewonnen wird, mit weicher der Oszillator geregelt wird (DE-OS 22 38 964). Hier ist keine Phasenregelung vorgesehen. All diese bekannten Regelanordnungen, auch eine solche der zuerst erwähnten ArI mil zwei gesonderten Regelgrößen, könnten die er-nale DC voltage is obtained, with which the oscillator is controlled (DE-OS 22 38 964). No phase control is provided here. All these known control arrangements, including one of the first mentioned ArI with two separate controlled variables, the hi findungsgemäße Aufgabe nicht lösen, dies ist erst dadurch möglich, daß gemäß der Erfindung zusätzlich noch die Amplitude der auf integrierten Stromimpulse in Abhängigkeit von der Slcuerspannung des Oszilla-hi not solve the inventive problem, this is only possible because according to the invention nor the amplitude of the integrated current pulses depending on the slave voltage of the oscillator
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