DE2940482C2 - Einstellbarer Frequenzgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen einstellbaren Frequenzgenerator zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz mit zwei in zwei Phasenregelkreisen angeordneten sleuer-

4n baren Oszillatoren, von denen der erste eine als Ausgangsfrequenz verwendete Überlagerungsfrequenz abgibt und einen ersten Eingang eines Mischers ansteuert und von denen der Ausgang des zweiten Oszillators mit einem zweiten Eingang des Mischers verbunden ist und an den Eingang eines Frequenzteilers mit variablem Teilungsverhältnis angeschaltet ist, mit einer ersten Phasenvergleichsschaltung mit einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter, die über ein erstes Filter an den Ausgang des Mischers angeschlossen ist und deren zweitem Eingang eine variable Referenzfrequenz eines durchstimmbaren Oszillators zugeführt ist, mit einer zweiten Phasenvergleichsschaltung mit einem nachgeschalteten zweiten Tiefpaßfilter, deren erster Eingang an den Frequenzteiler mit dem variablen Teilungsverhältnis angeschlossen ist und deren zweitem Eingang eine andere Referenzfrequenz zugeführt ist.

Bei Überlagerungsoszillatoren, besonders wenn sie in Meßgeräten verwendet werden, muß jede gewünschte Frequenz mit großer Genauigkeit einstellbar sein.

Aus der DE-OS 28 52 029 ist ein Überlagerungsoszillator bekannt, bei dem die gewünschte übeHagefungsfrequenz ebenfalls durch zwei phasenstarre Regelkreise gewonnen wird. In einem ersten phasenstarren Regelkreis wird die Komparatorfrequenz für den zweiten Phasenregelkreis gewonnen. In diesem ersten Regelkreis wird die Frequenz eines einstellbaren Oszillators, dividiert durch ein variables Teilungsverhältnis, als Komparatorfrequenz für das Mischprodukt aus der

Oszillatorfrequenz dieses phasenstarren Regelkreises und einer aus einem Quarzoszillator durch Teilung gewonnenen Referenzfrequenz verwendet Die so erhaltene Oszillatorfrequenz dieses Regelkreises wird einem zweiten phasenstarren Regelkreis über einen "> Frequenzteiler als Komparatorfrequenz zugeführt In diesem zweiten Regelkreis wird die eigentliche Oberlagerungsfrequenz erzeugt Diese Frequenz wird durch einen Frequenzteiler mit konstantem Teilungsverhältnis und einem weiteren Frequenzteiler, der das gleiche in Teilungsverhältnis wie der Frequenzteiler des ersten Regelkreises besitzt dem Komparator dieses zweiten Regelkreises zugeführt Diese Schaltungsanordnung enthält drei Frequenzteiler mit konstantem Teilungsverhältnis, außerdem zwei Frequenzteiler mit variablem ΐί Teilungsverhältnis. Dies bedeutet einen erheblichen Schaltungsaufwand.

Aus der DE-AS 19 64 912 ist ein Frequenzsynthesizer bekannt, der aus zwei fast identischen Phasenregelkreisen aufgebaut ist Beide Phasenregelkreise werden von einer Normalfrequenzquelle mit jeweils einer unterschiedlichen Referenzfrequenz versorgt Der zweite Phasenregelkreis ist über eine Additionsstufe mit dem ersten Phasenregelkreis verbunden. Der Ausgang der Phasenvergleichsschaltung des ersten und des zweiten Phasenregelkreises ist über jeweils einen Tiefpaß mit dem Steuereingang des jeweiligen geregelten Oszillators verbunden, von denen der eine die Ausgangsfrequenz abgibt Beide Phasenregelkreise enthalten Frequenzteiler, deren Teilungsverhältnisse veränderbar jo sind. Die Ausgangsfrequenz ist bei dieser Schaltungsanordnung nur stufenweise verstellbar. Die beiden Frequenzteiler erfordern ebenfalls einen erheblichen Schallungsaufwand.

In der DE-OS 28 16 077 ist ein Generator nach dem J5 Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Erzeugen elektrischer Signale beschrieben, der zwei ineinandergeschachtelte Phasenregelkreise enthält, die voneinander abhängig sind. In dem Prinzipschaltbild sind die den Phasenvergleichsschaltungen nachgeschalteten Tiefpässe als selbstverständliche Details nicht angegeben. Während einem ersten Phasenregelkreis eine konstante Referenzfrequenz zugeführt ist kann die als Zwischenfrequenz bezeichnete Referenzfrequenz des zweiten Phasenregelkreises auch variabel sein. Diese Schal- 4i tungsanordming ist besonders für Modulationsschaltungen geeignet. Die variable Referenzfrequenz dient hierbei zur Erzeugung der üblichen Frequenzhübe. Für einen Frequenzgenerator ist sie jedoch nicht geeignet, da die beiden ineinandergeschachtelten Phasenregelkreise Zusammen mit einem z. B. bei Meßgeräten erforderlichen extrem unterschiedlichen Teilungsverhältnis des in beiden Regelkreisen liegenden Frequenzteilers zu schwierigen Stabilitätsverhältnissen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstellbaren Frequenzgenerator mit geringem Schaltungsaufwand anzi'geben, der zur stufenlosen Einstellung stabiler Frequenzen geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird bei einem einstellbaren Frequenzgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruehs 1 diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ausgang der ersten Phasenvergleichsschallung über das erste Tiefpaßfilter mit dem Steuereingang des ersten Oszillators verbunden ist, daß der Ausgang der zweiten Phasenvergleichsschaltung über das zweite Tiefpaßfilter zur Erzeugung einer vom ersten Phasenregelkreis unabhängigen stufenweise verstellbaren Frequenz mit dem Steuereingang des zweiten Oszillators verbunden ist und daß der durchstimmbare Oszillator über einen Frequenzteiler mit festem Teilungsverhältnis an den zweiten Eingang der ersten Phasenvergleichsschaltung zur Erzeugung einer als variable Referenzfrequenz dienenden, genauen Interpolationsfrequenz angeschlossen ist

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß zwei unabhängige Phasenregelkreise verwendet werden. In einem Phasenregelkreis wird eine gerastete Frequenz erzeugt deren Genauigkeit nur von der Referenzfrequenz abhängt Als Referenzfrequenz wird in dem Phasenregelkreis, in dem die Oberlagerungsfrequenz erzeugt wird, eine aus dem durchstimmbaren Oszillator durch Teilung durch einen konstanten Faktor gewonnene Interpolationsfrequenz verwendet Da diese Frequenz durch die Teilung sehr genau und konstant ist ist die in diesem Regelkreis erzeugte Überlagerungsfrequenz ebenfalls konstant

Der Frequenzbereich des durchstimmbaren Oszillators ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung so ausgelegt daß der gewünschte Frequenzbereich der Überlagerungsfrequenz aucä direkt vom durchstimmbaren Oszillator überstrichen wird. Dadurch können rasch Labormessungen durchgeführt werden, wenn keine besonders hohe Langzeitkonstanz der Überlagcrungsfrequenz gefordert ist Die erzeugte Überlagerungsfrequenz wird über einen Frequenzzähler gemessen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erfolgt die Ermittlung der niederwertigsten Ziffern der Überlagerungsfrequenz dadurch, daß ein weiterer Frequenzzähler bei gerastetem Betrieb die niederwertigsten Ziffern der Überlagerungsfrequenz durch Messung der Interpolationsfrequenz ermittelt und anzeigt.

Dadurch ist eine hohe Auflösung der Frequenzanzeige gegeben.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist in der Figur dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Der Frequenzgenerator beinhaltet einen ersten phasenstarren Regelkreis PLL I und einen zweiten phasenstarren Regelkreis PLL 2 sowie einen durchstimmbaren Oszillator OD, dem ein Frequenzteiler 77V mit konstantem Teilungsverhältnis zugeordnet ist, zwei Frequenzzähler FZl und FZ2 zur Messung der Überlagerungsfrequenz sowie eine Speichervorrichtung 5Pl zur Übernahme der höherwertigen Binärstellen des Frequenzmeßergebnisses.

Der zweite phasenstarre Regelkreis PLL2 besteh? aus einem steuerbaren zweiten Oszillator O 2, einem Frsquonateiler mit variablem Teilungsverhältnis TV, einer Phasenvergleichsschaltung P2 und einem zweiten Tiefpaßfilter F2. DtT Ausgang des zweiten Oszillators O 2 ist mit dem Eingang des Teilers TV verbunden, dessen Ausgang der Phasenvergleichsschaltung P 2 zugeführt wird. Außerdem wird der Phasenvergleichsschaltung P 2 von einem Quarzoszillator QO eine Referenzspannung fQ zugeführt. Der Ausgang der Phasenvergleichsschaltung ist über das Filter F2 mit dem Steuereingang des zweiten Oszillators O 2 verbunden.

Der erste phasensfirre Regelkreis PLL I besteht aus dem ersten Oszillator Öl, einem Mischer Mi mit nachgeschaltetem Filter Fl, einer Phasenvergleichsschaltung Pi und einem ersten Tiefpaßfilter F3. Der

Ausgang des ersten Oszillators O 1 ist mit dem Mischer MI verbunden, der zweite Eingang dieses Mischers ist mit dem Ausgang des zweiten Oszillators O 2 verbunden. Der Ausgang des Mischers M1 ist über das Filter Fl der Phasenvergleichsstufe Pl zugeführt, und der Ausgang des durchstimmbaren Oszillators OD ist an den Eingang des Frequenzteilers TN angeschaltet, dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang der erslen Phasenvergleichsstufe Pl verbunden ist. Das Ausgangssignal dieser Phasenvergleichsstufe wird über das erste Tiefpaßfilter F3 dem Sleuereingang des erslen Oszillators O\ zugeführt. F.in Umschalter SU ist wahlweise an den Ausgang des durchstimmbaren Oszillators OD oder an den Ausgang des erslen Oszillators O 1 schaltbar. Die so ausgewählte Ausgangsfrequenz (B wird zur Weiterverarbeitung meist einem Mischer zugeführt, wo sie z. B. zur Bildung einer Zwischenfrequenz dient.

Dem Eingang des Frequenzzählers FZ1 ist die ausgedrückt, wenn /Ol = /"02 + /"/ist.

Die Überlagerungsfrequenz /01 ist also die Summe der stufenweise einstellbaren Frequenz /02 und der kontinuierlich veränderbaren Interpolationsfrequenz //.

Der Frequenzbereich des durchstimmbaren Oszillators OD ist so gewählt, daß er den gesamten Frequenzbereich der Überlagerungsfrequenz direkt überstreicht. Ebenso werden die Teilungsverhältnisse der Frequenzteiler TN(m) und TV(n) und die Referenzfrequenz (Q so gewählt, daß im gerasteten Betrieb der Interpolationsbereich durch Variation der Frequenz (D des durchstimmbaren Oszillators OD etwas größer ist als die Frequenzstufen der gerasteten Frequenz /02.

Der Frequenzzähler FZl mißt die Ausgangsfrequenz (B. Angezeigt wird jedoch im allgemeinen nicht die gemessene Frequenz, sondern beispielsweise die Abstimmfrequenz eines Überlagerungsempfängers, die sich als Differenz der Ausgangsfrequenz (B und einer

üsgäfigSircCjücnZ iu cuctuäiiS /.ügCiÜiiri.

Das Zählergebnis wird über einen Zwischenspeicher SPI einem Speicher SP2 zugeführt, der über Steuerausgänge das Teilungsverhältnis des variablen Frequenzteilers TV bestimmt. Zur Übernahme des Speicherinhaltes des Zwischenspeichers 5Pl in den Speicher SP2 ist eine Taste T vorgesehen. Die Ausgangssignale eines Impulsgebers IM wirken ebenfalls auf den Speicher SP2 ein. Ein weiterer Frequenzzähler FZ2 ist über einen Schalter 5£"an den Ausgang des Frequenzteilers 77Vangeschlossen.

In dem phasenstarren Regelkreis PLL 2 wird durch Änderung des Teilungsverhältnisses des Frequenzteilers TVeine stufenweise einstellbare Frequenz /02 erzeugt. Dies geschieht in bekannter Weise dadurch, daß die Phascnverglcichssehaltung P2 über das als Tiefpaß ausgebildete Filter F2 den steuerbaren zweitsn Oszillator O 2 so lange nachsteuert, bis die von ihm erzeugte Frequenz /Ό2 dividiert durch das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers TV (in der Figur mit /V2 bezeichnet) mit der Referenzfrequenz (Q übereinstimmt. Die Genauigkeit der so erzeugten Frequenz st allein von der Referenzfrequenz (Q abhängig.

Die eigentliche frequenzstabile Überlagerungsfrequenz /01 wird im erslen Oszillator Ol erzeugt. Dies geschieht durch den phasenstarren ersten Regelkreis PLL 1. Die Überlagerungsfrequenz /"01 wird zusammen mit der stufenweise einstellbaren Frequenz /"02 einem Mischer Ml zugeführt. Aus dem Mischprodukt wird durch das Filter Fl das untere Frequenzband (M herausgefiltert. Die Frequenz (M entspricht daher der Differenz /"01 — /Ό2. Diese Frequenz wird der Phasenvergleichsscha'Ujng Pl zugeführt. Die Ausgangsfrequenz (D des durchstimmbaren Oszillators OD wird vom Frequenzteiler TN durch einen hohen Faktor m dividiert. Die so gewonnene Interpolationsfrequenz // weist deshalb eine hohe Konstanz auf. Sie wird mit der Frequenz (M der Phasenvergleichsschaltung P1 zugeführt; der Ausgangswert Vl dieser Vergleichsschaltung steuert über ein zweckmäßigerweise als Tiefpaß ausgeführtes Filter F3 den Oberlagerungsfrequenzoszillator 01. Der erste phasenstarre Regelkreis PLL 1 befindet sich im eingerasteten Zustand, wenn die Interpolationsfrequenz /7=/Ol-/02 ist, oder anders »»;r«j *jjc

durchstimmbaren Oszillators (D als Ausgangsfrequenz (B verwendet, ist die Anzeige der niederwertigsten Dezimalstellen wegen der ungenügenden Frequenzkonsian;! problematisch und unterbleibt daher zweckmäßigerweise. Bei gerastetem Betrieb werden die niederwenigen Dezimalstellen der Frequenzanzeige durch Messung der Interpolationsfrequenz // gewonnen. Die Messung erfolgt durch einen Frequenzzähler FZX dem über einen Schalter SF die Interpolationsfrequenz // zugeführt wird. Es ist ebenso möglich, die Überlagerungsfrequenz /01 und die Interpolationsfrequenz //mit einem Zähler, z. S. FZ 1, nacheinander zu messen. Da die Interpolationsfrequenz // durch die Frequenzteilung sehr konstant geworden ist. läßt sich eine Frequenzan-, zeige· mit einer Auflösung vom ca. 1 Hz Genauigkeit ohne weiteres verwirklichen.

Der Frequenzgenerator ist außerdem besonders bedie nungsfreundlich gestaltet. Mit dem durchstimmbaren Oszillator OD kann erst einmal grob abgestimmt ;,, werden.

Die Ausgangsfrequenz (B wird, wie bereits erwähnt. vom Frequenzzähler FZl gemessen. Die höherwertigen Llmärstellen des Meßergebnisses werden dann über einen Zwischenspeicher SPl durch Betätigung einer . Taste Tin den Speicher SP2 eingespeichert. Durch die Taste T wird durch Anlegen einer logischen Eins ein Einspeicherimpuls PF erzeugt. Wird nun auf gerasteten Betrieb umgeschaltet, ist die Grobabstimmung bereits vorgenommen, und die Feinabstimmung erfolgt wieder-,,, um durch Änderung der Oszillatorfrequenz (D. Bei dem zum Beispiel als Vor-Rückwärtszähler ausgeführten Speicher SP2 ist ferner ein Impulsgeber /M vorsehen. Mit ihm kann bei gerastetem Betrieb stufenweise abgestimmt werden. Von dem Impulsgeber IM werden υ Steuerimpulse Pl in den Speicher SP2 gegeben, die dessen Inhalt bitweise verändern. Dadurch ändert sich das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers TV, damit die Oszillatorfrequenz /02 und somit ebenfalls die Oberlagerungsfrequenz /01.

,o Dieser Frequenzgenerator ist daher besonders für Meßzwecke geeignet Er ermöglicht sowohl schnelle Übersichtsmessungen als auch frequenzgenaue Messungen im gerasteten Betrieb.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Einstellbarer Frequenzgenerator zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz mit zwei in zwei Phasenregelkreisen angeordneten steuerbaren Oszillatoren (01,0 2), von denen der erste als Ausgangsfrequenz verwendete Oberlagerungsfrequenz (TOl) abgibt und einen ersten Eingang eines Mischers ansteuert und von denen der Ausgang des zweiten Oszillators (O 2) mit einem zweiten Eingang des Mischers verbunden ist und an den Eingang eines Frequenzteilers (TV) mit variablem Teilungsverhältnis angeschaltet ist,

mit einer ersten Phasenvergleichsschaltung (P 1) mit einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter, die Ober ein erstes Filter an den Ausgang des Mischers angeschlossen ist und deren zweitem Eingang eine variable Referenzfrequenz eines durchstimmbaren Oszillators/ODJzugeführt ist, mit einer-zweiten Phasenvergleichsschaltung (P2) mit einem nachgeschalteten zweiten Tiefpaßfilter, deren erster Eingang an den Frequenzteiler (TV) mit dem variablen Teilungsverhältnis angeschlossen ist und deren zweitem Eingang eine andere Referenzfrequenz zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ausgang der ersten Phasenvergleichsschaltung (Pi) über das erste Tiefpaßfilter (F3) mit dem Steuereingang des ersten Oszillators (O t) verbunden ist, daß der Ausgang der zweiten Phasenvergleichsschaltung (P 2) Ober das zweite Tiefpaßfilter (F2) zur Erzeugung eüier voEr ersten Phasenregelkreis unabhängigen stufenweise verstellbaren Frequenz mit dem Steuereingang i ts zweiten Oszillators (O 2) verbunden ist und

daß der durchstimmbar Oszillator (OD) über einen Frequenzteiler (TN) mit festem Teilungsverhältnis an den zweiten Eingang der ersten Phasenvergleichsschaltung (PX) zur Erzeugung einer als variable Referenzfrequenz dienenden, genauen Interpolationsfrequenz f/7J angeschlossen ist.

2. Frequenzgenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte Frequenzbereich der Überlagerungsfrequenz (TOl) auch direkt vom durchstimmbaren Oszillator (OD) überstrichen wird.

3. Frequenzgenerator nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise die Frequenz ((D) des durchstimmbaren Oszillators (OD) oder die dureh Überlagerung gewonnene Überlagerungsfrequenz (TOI) als Ausgangsfrequenz ((B) vom Frequenzgenerator abgegeben wird.

4. Frequenzgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorfrequenz des durchstimmbaren Oszillators (OD) und die Teilungsverhältnisse (m, n) der Frequenzteiler (TN₁ TT^derart gewählt sind, daß der durch Frequenzänderung des durchstimmbaren Oszillators (OD) erzielte Interpolationsbereich der vom frequenzteiler (TN) mit dem festen Teilungsverhältnis abgegebenen Interpolationsfrequenz (fl) größer als die minimal einstellbar" Frequenzänderung der stufenweise einstellbaren Frequenz (T02) ist.

5. Frequenzgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten Oszillator (01) erzeugte Frequenz (TOl)

die Summe der im zweiten Phasenregelkreis (PLL 2) gewonnenen Frequenz (/02) und der durch Teilung erzeugten Interpolationsfrequenz (/7J ist,

6. Frequenzgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzzähler (FZX) vorhanden ist, der die verwendete Ausgangsfrequenz (fB)m\ÜU

7. Frequenzgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzzähler (FZi) bei gerastetem Betrieb die niederwertigen Ziffern der Überlagerungsfrequenz (/Ol) durch Messung der Interpolationsfrequenz {ίφermittelt und anzeigt

8. Frequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Frequenzzähler (FZ2) bei gerastetem Betrieb die niederwertigsten Ziffern der Überlagerungsfrequenz (/Ol) durch Messung der Interpolationsfrequenz (fl) ermittelt und anzeigt

9. Frequenzgenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die höherwertigen Ziffer einer Frequenzmeßeinrichtung in einem Speicher CSPl) zwischengespeichert oder nach erfolgter Messung bei Bedarf in einen Speicher (SP2) übertragen werden, der das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers (TV) bestimmt

10. Frequenzgenerator nach Anspruch 9, dadurch j;ekennzeichnet,<r!aß eine Vorrichtung (IM) vorgesehen ist, mit der ein im Speicher (SP 2) enthaltener Zahlenwert, der das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers (TV) mit variablem Teilungsverhältnis bestimmt bitweise vergrößert oder verkleinert werden kann.