DE2938780C3 - Schaltungsanordnung zur Regelung einer internen Impulsfolgefrequenz, die um den Faktor n höher ist als eine steuernde, externe Impulsfolgefrequenz - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung einer internen Impulsfolgefrequenz, die um den Faktor π (/?>1000) höher ist als eine steuernde, externe Impulsfolgefrequenz, mit einem steuerbaren Oszillator, der die interne Impulsfolgefrequenz erzeugt, mit einem Frequenzteiler, der die interne Impulsfolgefrequenz durch den Faktor η teilt und eine interne Vergleichsfrequenz abgibt, mit einem Phasendiskriminator, der eine Regelspannung abgibt, welche einerseits die Phasendifferenz zwischen der internen Vergleichsfrequenz und der externen Impulsfolgefrequenz signalisiert und welche andererseits den Oszillator nachregelt.

Die Druckschrift »Wireless World«, Band 81, Heft 1473, Mai 1975, S. 216 bis 218 bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der oben angegebenen Art.

Insbesondere wird in dieser Druckschrift anhand der Figuren 8 und 9 eine Schaltungsanordnung zur Regelung einer internen Impulsfolgefrequenz beschrieben.

Aus der DE-OS 26 26 2Ö0, insbesondere aus der Figur mit dem zugehörigen Text, ist eine Schaltung zum Steuern der Frequenz eines Oszillators bekannt, bei der ein mit einer Regelspannung geregelter Oszillator vorhanden ist und ein Regelspannungsbereichindikator vorgesehen ist, dem die Regelspannung zugeführt wird und der eine Indikatorspannung abgibt Diese Indikatorspannung zeigt Phasendifferenzen zwischen der internen Vergleichsfrequenz und der externen Frequenz an. Mit dieser Indikatorspannung wird eine Schaltstufe gesteuert

Aus der DE-OS 19 30 187, insbesondere Seiten 4, 7,8 und Figur 2, ist eine Schaltung mit einem spannungsgesteuerten Zweifrequenz-Oszillator bekannt, der als Quarzoszillator einen kleinen Ziehbereich aufweist Dieser Zweifrequenz-Oszillator kann zeitlich nacheinander verschiedene Frequenzen erzeugen in Abhängigkeit von dem Signal einer Schaltstufe. Bei dieser bekannten Schaltung ist ein Regelspannungsbereichindikator vorgesehen, dem eine Regelspannung zugeführt wird und der eine Indikatorspannung abgibt, welche die Schaltstufe steuert Diese Schaltstufe schaltet den Zweifrequenz-Oszillator je nach Phasendifferenz zwischen der internen Vergleichsfrequenz und der externen Frequenz von einer Ausgangsfrequenz auf eine zweite um.

Aus der DE-OS 28 54 430, insbesondere Seite 4 und Figur 1, ist eine Oszillatorschaltung einstellbarer Frequenz bei stabiler Grundfrequenz bekannt, bei der ein großer Ziehbereich des Oszillators gefordert wird. Es sind zwei variable Oszillatoren vorgesehen, von denen einer der beiden Oszillatoren einen großen Ziehbereich aufweist. Dieser Oszillator erzeugt zusammen mit einem Kristalloszillator ein Korrektursignal, das beiden Oszillatoren zugeführt wird.

Gemäß einem internen Stand der Technik wird mit einem steuerbaren Oszillator eine interne Impulsfolgefrequenz erzeugt, die mindestens tausendmal höher ist als die steuernde externe Impulsfolgefrequenz. Mit einem Frequenzteiler wird aus der internen Impulsfolgefrequenz eine interne Vergleichsfrequenz gewonnen. Mit Hilfe eines Phasendiskriminators wird eine Regelspannung erzeugt, welche die Phasendifferenz zwischen der steuernden externen Impulsfolgofrequenz und der internen Vergleichsfrequenz signalisiert. Mit dieser Regelspannung wird der steuerbare Oszillator geregelt

Falls gemäß dem beschriebenen internen Stand der Technik der steuerbare Oszillator einen großen Ziehbereich aufweist, dann ist nur eine relativ kleine Frequenzkonstanz zu erwarten, so daß sich relativ große Abweichungen der internen Vergleichsfrequenz von der steuernden externen Impulsfolgefrequenz ergeben können. Ein derartiger Oszillator mit großem Ziehbereich hat somit den Nachteil, daß bei der Nachregelung der intern erzeugten Impulsfolgefrequenz relativ große Phasensprünge auftreten. Der steuerbare Oszillator mit großem Ziehbereich ermöglicht aber eine kurze Phasenabgleichzeit.

Falls gemäß dem internen Stand der Technik ein steuerbarer Oszillator mit kleinem Ziehbereich verwendet wird, dann ist eine hohe Frequenzkonstanz zu erwarten. Unter dieser Voraussetzung ergeben sich relativ kleine Phasensprünge der intern erzeugten Impulsfolgefrequenz. Die Verwendung eines derartigen

Oszillators mit kleinem Ziehbereich hat aber den Nachteil, daß lange Phasenabgleichzeiten zu erwarten sind. Dies insbesondere sowohl beim Einschalten der Schaltungsanordnung als auch bei Änderungen der steuernden, externen Impulsfolgefrequenz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zur Steuerung einer internen Impulsfolgefrequenz anzugeben, die sich einerseits durch eine kurze Phasenabgleichzeit — insbesondere beim Einschalten der Schaltungsanordnung — auszeichnet, und bei deren Verwendung andererseits nur kleine Phasensprünge bei der Nachregelung der internen Impulsfolgefrequenz auftreten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei mit der Regelspannung geregelte Oszillatoren vorgesehen sind, von denen der erste Oszillator einen großen Ziehbereich und der zweite Oszillator als Quarzoszillator einen kleinen Ziehbereich aufweist, daß ein Regelspannungsbereichindikator vorgesehen ist, dem die Regelspannung zugeführt wird und der eine Indikatorspannung abgibt, die Phasendifferenzen zwischen der internen Vergleichsfrequenz und der externen Impulsfolgefrequenz signalisiert, und daß mit der Indikatorspannung eine Schaltstufe gesteuert wird, die bei großen Phasendifferenzen den ersten Oszillator und bei kleinen Phasendifferenzen den zweiten Oszillator mit dem Eingang des Frequenzteilers verbindet

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich sowohl durch kurze Phasenabgleichzeiten als auch durch kleine Phasensprünge aus, weil zur Erzeugung der internen Impulsfolgefrequenz bei großen Phasendifferenzen immer der Oszillator mit großem Ziehbereich und bei kleinen Phasendifferenzen immer der Oszillator mit kleinem Ziehbereich herangezogen wird.

Zur rationellen Umschaltung der verwendeten Oszillatorfrequenzen ist es zweckmäßig, daß der Regelspannungsbereichindikator eine erste und eine zweite Schwellwertstufe enthält, von denen die erste Schwellwertstufe mit einem ersten Binärsignal eine Regelspannung signalisiert, die größer als eine vorgegebene erste Referenzregelspannung ist, und von denen die zweite Schwellwertstufe mit einem zweiten Binärsignal eine Regelspannung signalisiert, die kleiner als eine vorgegebene zweite Referenzregelspannung ist, und daß mit Hilfe einer Logikschaltung in Abhängigkeit vom ersten bzw. zweiten Binärsignal die Indikatorspannung gewonnen wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der F i g. 1 bis 4 erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung entsprechend dem internen Stand der Technik,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

F i g. 3 einen Regelspannungsbereichindikator und einen Phasendiskriminator und

F i g. 4 eine Charakteristik des in F i g. 3 dargestellten Phasendiskriminators.

F i g. 1 zeigt den Phasendiskriminator DIS, den Tiefpaß TP, den steuerbaren Oszillator VCO und den Frequenzteiler FT. Diese Schaltungsanordnung hat die Aufgabe, die intern erzeugte Impulsfolgefrequenz Fmit Hilfe der externen Impulsfolgefrequenz fex zu regeln. Die steuernde externe Impulsfolgefrequenz fex kann beispielsweise 75 Hz betragen. Die zu erzeugende interne Impulsfolgefrequen? F beträgt das n-fache der steuernden Impulsfolgefrequenz fex. Mit dem Faktor λ=25 600 ist die interne Impulsfolgefrequenz F wesentlich höher als die steuernde, externe Impulsfolgefrequenz fex.

Die interne Impulsfolgefrequenz F wird mit dem steuerbaren Oszillator VCO erzeugt Der Frequenzteiler /^Tarbeitet mit einem Teilungsverhältnis von η : 1, so daß sich die Vergleichsfrequenz fin ergibt die ungefähr gleich der steuernden Impulsfolgefrequenz fex ist. Mit Hilfe des Phasendiskriminators DIS wird die Regelspannung Ur gewonnen, welche die Phasendifferenz zwischen der steuernden Impulsfolgefrequenz fex und der internen Vergleichsfrequenz fin signalisiert. Der Tiefpaß TP bewirkt eine Glättung dieser Regelspannung Ur. Mit der gewonnenen geglätteten Regelspannung wird der steuerbare Oszillator VCO gesteuert

Falls der Oszillator VCO einen großen Ziehbereich aufweist dann ist keine allzu große Frequenzkonstanz zu erwarten. Unter dieser Voraussetzung ergeben sich relativ große Abweichungen der internen Vergleichsfrequenz fin von der steuernden Impulsfolgefrequenz fex. Derartige große Abweichungen bewirken große Phasensprünge bei der Nachregelung der internen Impulsfolgefrequenz F. Wenn diese Impulsfolgefrequenz F beispielsweise zur Steuerung eines in F i g. 1 nicht dargestellten Modems verwendet wird, dann kann die Synchronisierung dieses Modems außer Tritt fallen, weil einzelne Schaltungsanordnungen dieses Modems derartigen großen Phasensprüngen der irnpulsfolgefrequenz F nicht folgen können. Bei dieser Überlegung wurde zunächst eine verhältnismäßig konstante steuernde Impulsfolgefrequenz fex vorausgesetzt. Falls zusätzlich auch mit relativ großen Schwankungen der steuernden Impulsfolgefrequenz fex zu rechnen ist, dann ergeben sich bei der Nachregelung der Impulsfolgefrequenz F um so größere Phasensprünge, welchen beispielsweise ein angeschlossenes Modem erst recht n-cht folgen kann.

Um größere Phasensprünge bei der Nachregelung der Impulsfolgefrequenz F zu vermeiden, kann als Oszillator VCO ein Quarzoszillator mit hoher Frequenzkonstanz verwendet werden. Unter dieser Voraussetzung sind die Abweichungen der Vergleichsfrequenz fin von der steuernden Impulsfolgefrequenz fex verhältnismäßig klein, so daß bei der Nachregelung der Impulsfolgefrequenz F nur kleine Phasensprünge zu erwarten sind. Ein Quarzoszillator hat aber nur einen kleinen Ziehbereich, so daß der Phasenabgleich relativ lange dauert. Wenn beispielsweise die Impulsfolgefrequenz F zum Betrieb von Modems verwendet wird, kann es bereits ein entscheidender Nachteil sein, wenn derartige Modems eine Sekunde lang wegen der langen Phasenabgleichzeit nicht zur Datenübertragung zur Verfügung stehen. Es kann auch nachteilig sein, wenn bei Schwankungen der steuernden Impuisfolgefrequenz fex der Phasenabgleich zwischen der Vergleichsfrequenz fin und der steuernden Impulsfolgefrequenz fex zu lange dauert.

F i g. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe die interne Impulsfolgefrequenz F einerseits relativ schnell und andererseits mit vergleichsweise kleinen Phasensprüngen nachregelbar ist. Diese Schaltungsanordnung besteht aus dem Phasendiskriminator DIS, dem Tiefpaß TP. dem ersten Oszillator VCOl mit relativ großem Ziehbereich, aus dem zweiten Oszillator VCO2 mit kleinem Ziehbereich, aus dem Regelspannungsbereichindikator RBI, aus der Schaltstufe SCH und aus dem Frequenzteiler FT. Der Phasendiskriminator DIS

erzeugt wieder, wie im Fall der F i g. 1, die Regelspannung Ur, welche die Phasendifferenz zwischen der Vergleichsfrequenz fin und der steuernden Impulsfolgefrequenz fex signalisiert. Die Regelspannung Ur wird mit dem Tiefpaß TP geglättet, und mit der geglätteten Regelspannung werden die beiden Oszillatoren VCO 1 und VCO 2 geregelt. Dabei wird als Oszillator VCO 2 ein steuerbarer Quarzoszillator vorausgesetzt Ober den Schalter SWder Schaltstufe SCH erhält der Frequenzteiler FT entweder die Impulsfolgefrequenz des Oszillators VCO 1 oder diejenige des Oszillators VCO 2. Die Schalterstellungen des Schalters SW werden mit Hilfe der Indikatorspannung Ui eingestellt. Bei einer großen Phasendifferenz zwischen der Vergleichsfrequenz fin und der steuernden Impulsfolgefrequenz fex wird die 1 -Stellung des Schalters Sichergestellt, bei der der Ausgang des ersten Oszillators VCO 1 mit dem Eingang des Frequenzteilers FT verbunden ist. Bei großen Phasenabweichungen wird auf diese Weise eine kurze Phasenabgleichzeit ermöglicht. Bei kleinen Phasendifferenzen zwischen der Vergleichsfrequenz fin und der steuernden Impulsfolgefrequenz fex wird die O-Stellung des Schalters SW eingestellt, bei der der Ausgang des Oszillators VCO2 mit dem Eingang des Frequenzteilers FT verbunden ist. Da der Oszillator VCO 2 voraussetzungsgemäß eine hohe Frequenzkonstanz aufweist, sind bei kleinen Phasendifferenzen nur kleine Phasensprünge bei der Nachregelung der Impulsfolgefrequenz F zu erwarten. Die Indikatorspannung Ui wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Regelspannung Ur mit dem Regelspannungsbereichindikator RBI gewonnen.

F i g. 3 zeigt unter anderem ein Ausführungsbeispiel des Regelspannungsbereichindikators RBI. Er enthält die beiden Schwellwertstufen SCHi, SCH2 und eine Logikschaltung LOG, die im vorliegenden Fall aus einem einzigen Exklusiv-ODER-Glied £X"besteht

Fig.4 zeigt die Regelcharakteristik des in Fig.3 dargestellten Phasendiskriminators DIS. Die Abszissenrichtung bezieht sich auf die Phasendifferenzen df zwischen der Vergleichsfrequenz fin und der steuernden Impulsfolgefrequenz fex. Die Ordmatenrichtung bezieht sich auf die Regelspannung Ur. Je größer die positiven bzw. negativen Phasendifferenzen df sind, desto größer sind die positiven bzw. negativen Werte der Regelspannung Ur. Der in F i g. 3 dargestellte Regelspannungsbereichindikator RBI hat die Aufgabe, die binäre Indikatorspannung Ui=Q immer dann abzugeben, wenn die Regelspannung Ur Werte im Bereich zwischen der ersten Referenzregelspannung Ur 1 und der zweiten Referenzregelspannung Ur2 annimmt. Um dies zu

ίο erreichen, gibt die in Fig.3 dargestellte Schwellwertstufe SCH X das Binärsignal s X = 1 immer dann ab, wenn positive Werte der Regelspannung Ur größer sind als die erste Referenzregelspannung UrX. Sie gibt das Binärsignal sl=0 ab, falls positive Werte der Regelspannung Ur kleiner als die erste Referenzregelspannung UrX sind oder falls negative Werte der Regelspannung Ur auftreten. Die zweite Schwellwertstufe SCH2 gibt das Binärsignal s2= 1 immer dann ab, wenn die Werte der Regelspannung Ur negativer sind als die negative zweite Referenzregelspannung Ur 2. Sie gibt das Binärsignal 5 2 = 0 ab, wenn die Regelspannung Ur positive Werte annimmt oder wenn die negativen Werte der Regelspannung Ur kleiner sind als die negative Referenzregelspannung Ur 2. Der Regelspannungsbereich zwischen den beiden Werten UrX und Ur 2 wird somit durch das gleichzeitige Auftreten der Signale sl=0 und s2 = 0 signalisiert. Unter dieser Voraussetzung gibt das in F i g. 3 dargestellte Glied EX die Indikatorspannung Ui=O ab, welche gemäß Fig.2 die 0-Stellung des Schalters SlVbewirkt Wenn dagegen die Binärwerte der beiden Binärsignale sX und s2 ungleich sind, dann werden damit relativ große Phasendifferenzen signalisiert, und es wird mit der Indikatorspannung Ui= 1 die 1-Stellung des Schalters SlVeingestellL

Fig.2 und Fig.4 zeigen schematisch, daß im Regelspannungsbereich zwischen den Regelspannungen UrX und Ur2 der zweite Oszillator VCO 2 die interne Impulsfolgefrequenz F liefert, wogegen außerhalb dieses Regelspannungsbereiches der Oszillator VCO X die interne Impulsfolgefrequenz Fliefert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Regelung einer internen impulsfolgefrequenz, die um den Faktor π (ij>1000) höher ist als eine steuernde, externe Impulsfolgefrequenz, mit einem steuerbaren Oszillator, der die interne Impulsfolgefrequenz erzeugt, mit einem Frequenzteiler, der die interne Impulsfolgefrequenz durch den Faktor π teilt und eine interne Vergleichsfrequenz abgibt, mit einem Phasendiskriminator, der eine Regelspannung abgibt, welche einerseits die Phasendifferenz zwischen der internen Vergleichsfrequenz und der externen Impulsfolgefrequenz signalisiert und welche andererseits den Oszillator nachregelt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit der Regebpannung (Ur) geregelte Oszillatoren (VCOi, VCO2) vorgesehen sind, von denen der erste Oszillator (VCO 1) einen großen Ziehbereich und der zweite Oszillator (VCO 2) als Quarzoszillator einen kleinen Ziehbereich aufweist, daß ein Regelspannungsbereichindikator (RBI) vorgesehen ist, dem die Regelspannung (Ur) zugeführt wird und der eine Indikatorspannung (Ui) abgibt, die Phasendifferenzen zwischen der internen Vergleichsfrequenz (fin) und der externen Impulsfolgefrequenz (fex) signalisiert, und daß mit der Indikatorspannung (Ui) eine Schaltstufe (SCH) gesteuert wird, die bei großen Phasendifferenzen den ersten Oszillator (VCOl) und bei kleinen Phasendifferenzen den zweiten Oszillator (VCO2) mit dem Eingang des Frequenzteilers (FT) verbindet (F ig. 2).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelspannungsbereichindikator (RBI) eine erste und eine zweite Schwellwertstufe (SCH 1 bzw. SCH2) enthält, von denen die erste Schwellwertstufe (SCHi) mit einem ersten Binärsignal eine Regelspannung (Ur) signalisiert, die größer als eine vorgegebene erste Referenzregelspannung (Ur 1) ist, und von denen die zweite Schwellwertstufe (SCH2) mit einem zweiten Binärsignal eine Regelspannung (Ur) signalisiert, die kleiner als eine vorgegebene zweite Referenzregelspannung (Ur2) ist, und daß mit Hilfe einer 4 Logikschaltung (LOG) in Abhängigkeit vom ersten bzw. zweiten Binärsignal die Indikatorspannung (Ui) gewonnen wird (F i g. 3 und 4).