DE3005498A1

DE3005498A1 - Erfassungsschaltung fuer eine phasenstarre schleife und verfahren zum betreiben derselben

Info

Publication number: DE3005498A1
Application number: DE19803005498
Authority: DE
Inventors: Johannes Jacobus Vandegraaf
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1980-08-28
Also published as: US4262264A; FR2449371A1; GB2043373A; GB2043373B; JPS55133138A

Description

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Erfassungsschaltung für eine phasenstarre Schleife und Verfahren zum Betreiben derselben

Die Erfindung bezieht sich auf phasenstarre Schleifen und betrifft insbesondere eine Erfassungsschaltung für eine phasenstarre Schleife sowie ein zugehöriges Verfahren.

Phasenstarre Schleifen werden umfangreich in elektronischen Geräten und in Funkgeräten benutzt, um ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz leicht verändert werden kann und dessen Stabilität durch einen Referenzoszillator aufrechterhalten werden kann.

Die Erfindung befaßt sich mit einer Erfassungsschaltung für eine phasenstarre Schleife, die eine Phasenrastung (die manchmal auch als Mitnahme bezeichnet wird) in einem relativ breiten Frequenzband zuverlässig erfassen und die erfaßte Phasenrastung aufrechterhalten kann.

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Erfassungsschaltungen sind zwar bereits für phasenstarre Schleifen vorgesehen worden, diese Erfassungsschaltungen sind jedoch im Betrieb nicht so einfach und zuverlässig, wie es der Stand der Technik und gegenwärtige elektronische Geräte und Funkgeräte erfordern.

Die Erfassungsschaltung für eine phasenstarre Schleife, die hier beschrieben wird, ist relativ einfach und beim Erzielen der Erfassung zuverlässig und kann einen spannungsgeregelten Oszillator (VCO) in einem weiten Bereich von Frequenzen zuverlässig wobbeln oder abtasten (to sweep) , um die Phasenrastung zu erzielen.

Die Erfindung schafft außerdem ein neues und verbessertes Verfahren zum Erzielen und Aufrechterhalten der Erfassung (acquisition) in einer phasenstarren Schleife.

In einigen phasenstarren Schleifen wird ein Mischer anstelle eines Frequenzteilers oder -vervielfachers oder zusätzlich zu diesem benutzt, um den spannungsgeregelten Oszillator zu veranlassen, mit der gewünschten Frequenz relativ zu einer Überlagerungsoszillatorfrequenz zu arbeiten. Wenn der spannungsgeregelte Oszillator abgetastet wird, kann er eine Frequenz erzeugen, die das Spiegelbild der gewünschten Frequenz ist. (Die Spiegelfrequenz ist die Frequenz auf einer Seite der Überlagerungsoszillatorfrequenz und von dieser um denselben Wert getrennt wie die gewünschte Frequenz auf der anderen Seite der Uberlagerungsoszillatorfrequenz von dieser getrennt ist.) Wenn die Spiegelfrequenz erzeugt wird, erzeugt der Mischer eine Frequenz, die der phasenstarren Schleife korrekt erscheint, und bewirkt, daß die phasenstarre Schleife versucht, auf dieser unkorrekten Spiegelfrequenz einzurasten. Das ergibt einen unstabilen Zustand. Wegen des manchmal in der phasenstarren Schleife angewandten Mischens oder Frequenzteilens kann die Phasenrastung unkorrekterweise bei einer harmonischen Frequenz erfolgen.

Die Erfindung schafft außerdem eine Erfassungsschaltung, die

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eine phasenstarre Schleife daran hindert, auf der unrichtigen Spiegelfrequenz oder harmonischen Frequenz einzurasten oder zu versuchen, auf dieser einzurasten.

In einigen Anwendungsfällen, in welchen eine phasenstarre Schleife benutzt wird, ist der Stromverbrauch ziemlich wichtig. Das gilt insbesondere für batteriegespeiste Funksender und -empfänger, wie beispielsweise Handfunksenderempfänger.

Die Erfindung verkürzt die Erfassunyszeit far eine phasenstarre Schleife, so daß sie relativ schnell arbeiten kann, wenn zum Senden und Empfangen Strom zugeführt wird.

Die Erfassungsschaltung nach der Erfindung hat außerdem Einrichtungen, die einen Sender am Arbeiten hindern, bis die Erfassung und die Phasenrastung erzielt sind, und sie kann weiter die Erfassungsabtastung mit der daraus resultierenden Funkfrequenzstörung verhindern, wenn die Erfassungsschaltung nicht richtig arbeitet.

Diese Merkmale werden, kurz gesagt, gemäß der Erfindung durch eine Erfassungsschaltung oder ein Verfahren zum Betreiben derselben erzielt, die einen spannungsgeregelten Oszillator in einer phasenstarren Schleife über den gewünschten Frequenzbereich abtastet oder durchstimmt. Während dieser Abtastung schließt die Erfassungsschaltung, wenn eine erste Phasenrastungsanzeige erzeugt wird, einen Schleifenschalter in der phasenstarren Schleife, um dieser zu gestatten, die Frequenz des spannungsgeregelten Oszillators zu regeln. Außerdem bedeutet während dieser Abtastung, wenn eine zweite komplementäre oder invertierte Phasenrastungsanzeige erzeugt wird, daß die Phasenrastung bei einer Spiegelfrequenz erfolgt. Diese zweite Anzeige öffnet den Schleifenschalter und gestattet das Fortsetzen der Abtastung des spannungsgeregelten Oszillators, bis die richtige erste Phasen-

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rastungsanzeige erzeugt wird. Der Schleifenschalter wird dann wieder geschlossen, damit die phasenstarre Schleife die Regelung wieder aufnehmen kann. Eine Verzögerungsschaltung ist vorgesehen, die ein verzögertes Signal erzeugt, nachdem die richtige erste Phasenrastungsanzeige erzeugt worden ist, um eine Einstellzeit für die Regelschleife zu schaffen. Bei Bedarf kann das verzögerte Signal irgendeine andere Funktion erfüllen, wie beispielsweise das Tasten oder Freigeben eines Funksenders.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine phasenstarre Schleife mit einer Erfas

sungsschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus

führungsform einer Erfassungsschaltung für eine phasenstarre Schleife,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Teils der Erfassungs

schaltung von Fig. 2 und

Fig. 4-1 und 4-2 Kurven, die die Arbeitsweise der Erfassungsschaltung veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt eine phasenstarre Schleife, die mit einer Erfassungsschaltung nach der Erfindung versehen ist. Die phasenstarre Schleife enthält einen spannungsgeregelten Oszillator (VCO)IO, dessen Ausgangssignal in irgendeiner gewünschten Weise benutzt wird, beispielsweise in einem Funksender und -empfänger. Dieses Ausgangssignal wird an einen Mischkreis

11 zusammen mit Signalen aus einem Überlagerungsoszillator

12 angelegt, der durch Nachrichten- oder Sprachsignale modu-

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liert sein kann und auf verschiedene Frequenzbänder umgeschaltet werden kann. Der Mischkreis 11 erzeugt Ausgangssignalfrequenzen, die die Differenz zwischen den Frequenzen der beiden angelegten Signale darstellen. Dieses Ausgangssignal wird an einen Eingang 17 einer Phasendetektor- und Erfassungsschaltung 13 angelegt. Signale aus einem Kanalumschaltreferenzoszillator 14 werden an einen weiteren Eingang 18 der Phasendetektor- und Erfassungsschaltung 13 angelegt. Die Schaltung 13 erzeugt eine .Spannung oder ein Signal an ihrem Ausgang 19, die die Relativphasen der beiden angelegten Signale anzeigt, und diese Spannung oder dieses Signal wird an einen Filter 15 angelegt, um die Anteile höherer Frequenz zu eliminieren oder zu verringern. Das gefilterte Signal regelt die Frequenz, die durch den spannungsgeregelten Oszillator 10 erzeugt wird. Mit Ausnahme der Erfassungsschaltung ist die bis hierher beschriebene phasenstarre Schleife Stand der Technik. In einer phasenstarren Schleife, in der ein Mischkreis benutzt wird oder in der harmonische Signale vorhanden sind, kann die Schleife versuchen, auf der unkorrekten Frequenz einzurasten. Es ist daher sehr erwünscht und in Fällen einer möglichen Funkfrequenzstörung absolut notwendig, daß die Phasenrastung auf der richtigen Frequenz erfolgt. Ein Beispiel wird das veranschaulichen.

In diesem Beispiel wird angenommen, daß der e.pannungsgeregelte Oszillator 10 in der Lage ist, über einen Frequenzbereich von 430 bis 470 MHz abgetastet zu werden. In einigen Fällen, beispielsweise bei batteriegespeisten Geräten, ist der Stromverbrauch wichtig. In einem solchen Fall muß der spannungsgeregelte Oszillator 10 über den angenommenen Bereich von 430 bis 470 MHz jedes Mal dann abgetastet werden, wenn das Gerät betätigt und mit Strom versorgt wird. Die phasenstarre Schleife braucht daher nicht eingeschaltet zu bleiben und immer zu arbeiten und es wird Strom gespart. Der Referenzoszillator 14 arbeitet bei einer Frequenz von ungefähr 15 MHz. Die genaue Frequenz wird durch den gewünschten Kanal

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auf Kilohertzbasis festgelegt und ist daher für diese Erläuterung nicht kritisch. Wenn der Mischkreis 11 eine Differenzfrequenz erzeugt, kann der überlagerungsoszillator 12 in einem Frequenzbereich von 415 bis 455 MHz arbeiten. Mit diesen Annahmen kann folgende Tabelle aufgestellt werden:

Einige der Frequenzen	Ausgewähltes Fre	Frequenz des
des spannungsgeregelten	quenzband des Über	Referenzoszil
Oszillators 10 während	lagerung sos ζ ill ators	lators 1 4
der Abtastung	12
430 MHz	415 MHz	15 MHz
440 MHz	4 25 MHZ	15 MHz
4 50 MHz	43 5 MHz	15 MHz
460 MHz	445 MHz	15 MHz
470 MHz	455 MHz	15 MHz

Es sei angenommen, daß die Soll frequenz des spannungsgeregelten Oszillators 470 MHz ist. Das Frequenzband des Überlagerungsoszillators würde auf 4 55 MHz umgeschaltet werden und der spannungsgeregelte Oszillator 10 würde von der niedrigen Frequenz zu der hohen Frequenz abgetastet werden. Wenn der Oszillator 10 seinen Durchlauf ausführt (sweeps), erzeugt er eine Frequenz von 440 MHz (die unerwünschte oder Spiegelfrequenz). Diese Frequenz von 440 MHz und die durch den Überlagerungsoszillator 12 erzeugte Frequenz von 455 MHz bewirken, daß der Mischkreis 11 eine Frequenz von 15 MHz erzeugt. Soweit es den Phasendetektorteil der Schaltung 13 betrifft, erscheint diese Frequenz von 15 MHz (die aus der unrichtigen Spiegelfrequenz resultiert) korrekt zu sein. Die Schaltung 13 erzeugt ein Signal, das bei Nichtvorhandensein der Erfindung bewirken würde, daß der spannungsgeregelte Oszillator 10 seinen Durchlauf unterbricht und fortfährt, die unrichtige Spiegelfrequenz von 440 MHz zu erzeugen. Die richtige oder wahre Frequenz, die aus dem spannungsgeregelten Oszillator 10 benötigt wird, beträgt jedoch 470 MIIz. Zahlreiche weitere unkorrekte Möglichkeiten

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- 15 - j υ υ.- -'-ί y ο

des Einrastens auf der Spiegelfrequenz ergeben sich aus einer Betrachtung der obigen Tabelle, ob nun der Oszillator 10 von einer hohen zu einer niedrigen Frequenz oder von einer niedrigen zu einer hohen Frequenz durchlaufen wird, wie es beschrieben worden ist. Es ist daher eine Anordnung erforderlich, mittels welcher zwischen der unrichtigen oder Spiegelfrequenz und der richtigen oder wahren Frequenz unterschieden wird, damit ein unkorrekter Betrieb und eine unkorrekte Phasenrastung verhindert werden. Die hier beschriebene Erfassungsschaltung unterscheidet zwischen Spiegel- und wahren Frequenzen und sorgt für einen richtigen Betrieb und eine richtige Phasenrastung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Erfassungsschaltung 13 für die phasenstarre Schleife von Fig. 1. Signale aus dem Mischkreis 11 werden an die Eingangsklemme 17 angelegt, während Signale aus dem Referenzoszillator 14 an die Eingangsklemme 18 angelegt werden. Ausgangssignale werden von der Schaltung 13 an der Klemme 19 abgegeben und an das Filter 15 und den spannungsgeregelten Oszillator 10 angelegt. Die Mischkreissignale werden an einen ersten Phasendetektor 20 und an einen zweiten Phasendetektor 25 angelegt. Signale aus dem Referenzoszillator 14 werden an den ersten Phasendetektor 20 und an einen 90 -Phasenschieberkreis 24 angelegt. Das Ausgangssignal des Phasenschieberkreises 24 wird an den zweiten Phasendetektor 25 angelegt. Der Phasenschieberkreis 24 dient dem Zweck, eine 90°-Phasenverschiebungsbeziehung für die Signale zu erzeugen, die an den ersten Phasendetektor 20 und an den zweiten Phasendetektor 25 angelegt werden. Die 90°- Phasenverschiebungsbeziehung könnte auch für die Mischkreissignale statt für die Referenzoszillatorsignale oder für den ersten Phasendetektor 20 statt für den zweiten Phasendetektor 25 erzeugt werden.

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Das Ausgangssignal des ersten Phasendetektors 20 wird an einen Verstärker 21 angelegt. Das verstärkte Ausgangssignal wird an eine Eingangsklemme 22B eines Schleifenschalters 22 angelegt. Die Schleifenschalterausgangsklemme 22C ist mit einer Such- oder Kippschaltung 23 für den spannungsgeregelten Oszillator 10 verbunden. Der Schleifenschalter 22 leitet Signale von dem Verstärker 21 zu der Kippschaltung 23, und zwar in durch ein Steuersignal festgelegter Weise, das an eine Steuerklemme 22A des Schleifenschalters 22 angelegt wird. Die Kippschaltung 23 erzeugt normalerweise ein sich wiederholendes Sägezahnkippsignal. Dieses Sägezahnkippsignal erscheint an der Klemme 19, um den spannungsgeregelten Oszillator 10 in seinem gewünschten Bereich abzutasten und die Erfassung möglich zu machen. Diese Sägezahnabtastung wird unter der Steuerung eines an eine Klemme 23A angelegten Signals angehalten und auf einem durch das Ausgangssignal des Oszillators 10 festgelegten Spannungswert gehalten. Das Phasenrastungssystem ist dann in einem Erfassungszustand. Das heißt, die Frequenzen beider Eingangssignale des Phasendetektors 20 sind gleich.

Zwei Ausgangssignale, die eine komplementäre oder umgekehrte Beziehung zueinander haben, werden dem zweiten Phasendetektor 25 entnommen. Das erste oder normale Ausgangssignal wird an eine Schwellenwertschaltung 2 6 und an eine Begrenzerschaltung 27 angelegt, die Phasendetektorsignale durchlassen, welche den Schwellenwert übersteigen, und die Amplitude dieser durchgelassenen Signale begrenzen. Das Ausgangssignal der Begrenzerschaltung 27 wird an einen schnellen Impulsintegrator 28 angelegt, der eine relativ kurze Zeitkonstante hat. Wenn die Frequenzen der beiden (an den Detektor 25 angelegten) Signale einander nähern, nehmen die integrierten Signale in der Amplitude zu. Das Ausgangssignal des Integrators 28 wird an einen Eingang einer Amplitudenschwellenwertschaltung 29 angelegt. Der Ausgang der Schwellenwertschaltung 29 ist ir-it der Steuerklemme 22A des Schleifenschal-

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ters 22 verbunden. Wenn die Amplitude der integrierten Signale aus dem schnellen Integrator 28 den Schwellenwert übersteigt, erzeugt die Schwellenwertschaltung 29 ein Signal, das den Schleifenschalter 22 einschaltet oder schließt. Wenn der Schalter 22 geschlossen ist, leitet er Signale aus dem Verstärker 21 zu dem Kippgenerator und Schleifenf ilter 23.

Das zweite oder komplementäre Ausgangssignal des zweiten Phasendetektors 25 wird an eine ähnliche Schaltung angelegt, die eine Schwellenwertschaltung 31, eine Amplitudenbegrenzerschaltung 3 2 und einen langsamen Impulsintegrator 33 mit einer relativ großen Zeitkonstante enthält. Das Ausgangssignal des langsamen Integrators 33 wird an einen zweiten Eingang der Schwellenwertschaltung 29 angelegt. Wenn die Amplitude der integrierten Signale aus dem langsamen Integrator 33 den Schwellenwert übersteigt, erzeugt die Schwellenwertschaltung 2.9 ein Signal, welches den Schleifenschalter 22 öffnet und ihn daran hindert, Signale aus dem Verstärker 21 zu dem Kippgenerator 23 und dem spannungsgeregelten Oszillator 10 durchzulassen.

Das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 29 wird außerdem an eine Zeitverzögerungsschaltung 30 angelegt. Die Zeitverzögerungsschaltung 30 führt eine kurze Zeitverzögerung (beispielsweise von 5 ms) ein, so daß das Steuersystem Zeit hat, sich einzustellen, bevor eine Phasenrastungsanzeige für andere Steuerzwecke, beispielsweise zum Aktivieren eines Senders, gegeben wird. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 30 wird außerdem benutzt, um die Kippschaltung 23 zu sperren, damit sichergestellt ist, daß der spannungsgeregelte Oszillator 10 in keinem Fall abgetastet werden kann, wenn die Schleife in einem Erfassungszustand ist. Das verhindert eine mögliche Funkfrequenzstörung. Die Verzögerungsschaltung ist eine schnell rücksetzbare Schaltung, wodurch gewährleistet ist, daß eine Nichteingerastet-Anzeige

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eine vernachlässigbare Verzögerung hat. Wenn die Schwellenwertschaltung 29 und die Verzögerungsschaltung 30 ein Blockier- oder Schleife-offen-Signal erzeugen, wird der Kippgenerator 23 nicht beeinflußt. In diesem Fall ändert sich die Kippgeneratorspannung weiter und gestattet der Frequenz des Oszillators 10, weiter abgetastet zu werden.

Die meisten Schaltungen, die durch die Blöcke in Fig. 2 dargestellt sind, sind bekannt. Insbesondere sind die Phasendetektoren 20, 25, der Verstärker 21, der 9O -Phasenschieberkreis 24, die Schwellenwertschaltungen 26, 31, die Begrenzerschaltungen 27, 32, die Impulsintegratoren 28, 33 und die Verzögerungsschaltung 30 bekannt und dem Fachmann vertraut, so daß sie nicht beschrieben zu werden brauchen. Der Schleifenschalter 22, der Kippgenerator 23 für den spannungsgeregelten Oszillator und die Schwellenwertschaltung 29 sind jedoch einzeln oder gemeinsam neu. Fig. 3 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild dieser Schaltungen oder Blöcke.

Gemäß Fig. 3 wird ein geeigneter Gleichstrom den Schaltungen über eine positive Klemme 40 und eine Masse- oder Referenzklemme 41 zugeführt. Signale aus dem Verstärker 21 werden an die Eingangsklemme 22B des Schleifenschalters 22 (der durch das gestrichelte Rechteck dargestellt ist) angelegt, welcher Transistoren Q1, Q2 und Q3 enthält. Wenn der Transistor Q3 durch ein an die Steuerklemme 22A angelegtes niedriges Spannungssignal leitend gemacht wird, leitet der Transistor Q2 und schließt den Schalter 22, so daß Verstärkersignale an der Klemme 22B von dem Transistor Q2 zu der Ausgangsklemme 22C durchgelassen werden, die mit dem Kippgenerator 23 verbunden ist. Wenn der Transistor Q2 gesperrt wird (durch Sperren des Transistors Q3) , wird der Schalter 22 geöffnet und Verstärkersignale an der Eingangsklemme 22B werden daran gehindert, die Ausgangsklemme 22C zu erreichen.

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Die Schwellenwertschaltung 29 (in einem gestrichelten Rechteck) enthält zwei Transistoren Q5, Q6, deren Emitter mit dem Verbindungspunkt von zv/ei Spannungsteilerwiderständen R1 , R4 in der dargestellten Weise verbunden sind. Die Basis des Transistors Q5 ist mit dem schnellen Integrator 28 verbunden, während die Basis des Transistors Q6 mit dem langsamen Integrator 33 verbunden ist. Wenn durch den schnellen Integrator 28 gelieferte Signale den Schwellenwert übersteigen, der durch die Widerstände R1, R4 eingestellt ist, wird der Transistor Q5 leitend gemacht, so daß die Spannung der Klemme 22a ausreichend gesenkt wird, um den Transistor Qi leitend zu machen, der seinerseits den Transistor Q2 leitend macht, um den Schalter 22 zu schließen und Verstärkersignale zu der Schleifenfilterklemme 19 durchzulassen. Wenn durch den langsamen Integrator 33 gelieferte Signale den durch die Widerstände R1, R4 eingestellten Schwellenwert übersteigen, wird der Transistor Q6 leitend gemacht und der Transistor Q5 wird gesperrt. Dadurch wird der Transistor Q3 gesperrt, der den Transistor Q2 sperrt, um den Schalter 22 zu öffnen und die Verstärkersignale zu blockieren.

Signale, die an dem Ausgang (Klemme 22A) der Schwellenwertschaltung 29 vorhanden sind, werden außerdem über einen Transistor Q12 an die Verzögerungsschaltung 30 angelegt. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 30 wird an einen Transistor Q7 angelegt. Ein relativ niedriges Spannungs-(oder Schleife-geschlossen)-Signal, das durch die Schwellenwertschaltung 29 erzeugt wird, macht den Schleifenschaltertransistor Q2 leitend. Dasselbe Signal macht außerdem den Transistor Q12 leitend, damit ein relativ hohes Spannungssignal an dem Kollektor des Transistors Q12 erzeugt wird. Dieses Signal wird durch die Schaltung 30 verzögert und an die Klemme 23A abgegeben. Wenn dieses Signal an der Klemme 23A erscheint, macht es den Transistor Q7 leitend. Durch das Leiten des Transistors Q7 wird der Transistor Q9 gesperrt, wodurch wiederum der Transistor Q8 daran gehindert wird, zu

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leiten und den Abtast- oder Kippkondensator C1 zu entladen. Das verhindert die Möglichkeit einer Störung, die sich ergeben könnte, wenn die Abtastung bei geschlossener Schleife fortgesetzt würde. Ein relativ hohes Spannungs(oder Schleifeoffen) -Signal, das durch die Schwellenwertschaltung 29 erzeugt wird, sperrt den Schleifenschaltertransistor Q2. Dieses Signal sperrt außerdem den Transistor Q12. Der Kollektor des Transistor Q12 fällt auf eine relativ niedrige Spannung ab, die nicht verzögert ist und an den Transistor Q7 angelegt wird, um den Transistor Q7 zu sperren. Das gestattet dem Transistor Q9, zu leiten und denKippgeneratorkondensator C1 zu entladen, wenn die Kondensatorspannung einen ausreichend hohen Wert erreicht.

Der Kippgenerator 23 (in einem gestrichelten Rechteck) enthält einen Widerstand R2 und den Kondensator C1, die zwischen die Klemme 19 und die Masseklemme 41 geschaltet sind, welche Teil des Schleifenfilters sind. Wenn kein relativ hohes Spannungssignal an der Klemme 23A vorhanden ist, ist der Transistor Q7 gesperrt. Der Kondensator C1 wird durch den Strom aufgeladen, der von einem Transistor Q10 geliefert wird, welcher in einem leitenden Zustand durch eine Schaltung vorgespannt ist, die eine Diode D4, einen Transistor Q11 und eine Diode D5 enthält. Dieser Ladestrom wird über den Widerstand R2 angelegt, um den Kondensator C1 aufzuladen. Wenn der Kondensator C1 geladen ist, wird an der Klemme 19 eine Spannung erreicht, die bewirkt, daß der Transistor Q8 leitet. Das Leiten des Transistors Q8 macht den Transistor Q9 leitend, der seinerseits in regenerativer Weise den Transistor Q8 leitend macht, um einen Pfad niedriger Impedanz zu erzeugen, über den der Kondensator C1 schnell entladen wird. Wenn die Spannung an der Klemme 19 unter einen ausgewählten Wert abfällt, hört der Transistor Q8 zu leiten auf und der Kondensator C1 beginnt sich wieder aufzuladen. Dieses relativ langsame Laden und schnelle Entladen des Kondensators C1 liefert die

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Erfassungsabtastspannung in dem Generator 13 von Fig. 1.

Wenn der übrige Teil der Schaltung außer Betracht gelassen wird, fährt der Kondensator C1 fort, sich in der in dem vorstehenden Absatz angegebenen Weise zu laden und zu entladen. Der spannungsgeregelte Oszillator 10 wird jedoch abgetastet und erzeugt eine Frequenz, die den Phasendetektor 25 veranlaßt, eine niedrigere Differenzfrequenz zu erzeugen, welche ihrerseits bewirkt, daß der schnelle Integrator 28 ein größeres Ausgangssignal erzeugt. Wenn das Ausgangssignal des schnellen Integrators 28 den durch die Widerstände R1, R4 eingestellten Schwellenwert übersteigt, wird der Transistor Q5 leitend gemacht, damit ein Schleifenschalterschließsignal erzeugt wird. Das Schließsignal bewirkt, daß der Transistor Q3 und der Transistor Q2 leitend gemacht werden, so daß der Ladestrom für den Kondensator C1, der von dem Transistor Q10 geliefert wird, über den Weg niedriger Impedanz abgeleitet wird, welcher einen Widerstand R3 und die Transistoren Q2 und Q4 enthält. Dieses Schließsignal verhindert außerdem (nach einer Verzögerung durch die Schaltung 30), daß der Transistor Q9 leitend gemacht wird, und sperrt den Kippgenerator. Das Ergebnis ist, daß die an der Klemme 19 vorhandene Spannung nun durch das Ausgangssignal des Verstärkers 21 über den Schleifenschalter 22und den Widerstand R3 gesteuert wird. Diese feste Spannung ist der Wert, auf dem die Erfassung durch die Rückkopplung der geschlossenen Schleife gehalten wird.

Die Fig. 4-1 und 4-2 zeigen über einer gemeinsamen Zeitachse aufgetragene Kurven, die die Arbeitsweise der Erfassungsschaltung von Fig. 2 veranschaulichen. Die Fig. 4-1 und 4-2 sollten gemeinsam betrachtet werden, mit dem rechten Rand von Fig. 4-1 auf dem linken Rand von Fig. 4-2. Die Fig. 4-1 und 4-2 zeigen Kurven A bis J. Diese Kurvenbezeichnungen stellen Spannungen oder Signale an den mit entsprechenden Buchstaben

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versehenen Stellen in Fig. 2 dar. Die Kurve A zeigt das Ausgangssignal des ersten Phasendetektors 20; die ausgezogene Kurve B zeigt das Ausgangssignal des Verstärkers 21; die gestrichelte Kurve C zeigt das Ausgangssignal des Kippgaierators 23 des spannungsgeregelten Oszillators 10; die Kurve D zeigt das erste Ausgangssignal des zweiten Phasendetektors 25; die Kurve E zeigt die Stromimpulse, die dem schnellen Integrator 28 zugeführt werden; die Kurve F zeigt das Ausgangssignal des schnellen Integrators 28; die Kurve G zeigt das zweite Ausgangssignal des zweiten Phasendetektors 25; die Kurve H zeigt die Stromimpulse, die dem langsamen Integrator 33 zugeführt werden; die Kurve I zeigt das Ausgangssignal des langsamen Integrators 33; und die Kurve J zeigt das Anlegen von Schließ- und Öffnungssignalen an den Schleifenschalter 22. Bei den Kurven ist angenommen, daß der spannungsgeregelte Oszillator 10 ein relativ breites Frequenzband durchläuft, wie es in der obigen Tabelle angegeben ist, und daß während dieses Durchlaufes zuerst eine unkorrekte oder unrichtige Spiegelfrequenz und dann die korrekte oder wahre Frequenz erzeugt wird.

Wenn die Erfassungsschaltung zur Zeit TO eingeschaltet wird, beginnt der erste Phasendetektor 20 ein Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Frequenz abnimmt, wenn sich die Frequenz des Signals des spannungsgeregelten Oszillators der Frequenz des Referenzoszillatorsignals nähert, was als Kurve A dargestellt ist. Nach dem Verstärken und Begrenzen hat dieses Signal das Aussehen der ausgezogenen Kurve B. Gleichzeitig haben die beiden Ausgangssignale des zweiten Phasendetektors 25 eine abnehmende Frequenz, was durch die Kurven D bzw. G dargestellt ist. An den Kurven D und G ist zu erkennen, daß beide in bezug auf einander komplementär sind und daß beide eine 90 -Phasenverschiebungsbeziehung zu der Kurve A haben. Stromimpulse (Kurve E), die dem schnellen Integrator 28 zugeführt werden, beginnen in ihrer Dauer zuzunehmen, wenn die Kurve D den Schwellenwert der Schaltung 26 (in ei-

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ner negativen Richtung) übersteigt. Stromimpulse (Kurve H), die dem langsamen Integrator 33 zugeführt werden, beginnen ebenfalls in der Dauer zuzunehmen, wenn die Kurve G den Schwellenwert der Schaltung 31 (in einer negativen Richtung) übersteigt. Der schnelle Integrator 28 erzeugt integrierte Impulse, die in der Kurve F gezeigt sind, und sie schließen, wenn sie den Schwellenwert der Schaltung 29 übersteigen, der durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, den Schleifenschalter 22, was durch die Impulse in der Kurve J zu den Zeiten T1, T2 und T3 gezeigt ist.

Ohne diese Erfassungsschaltung würden die Impulse in der Kurve E, die dem schnellen Integrator 28 zugeführt werden, eine Zeitdauer aus der Spiegelfrequenz erreichen, um den Schleifenschalter 22 zu schließen. Das würde eine unkorrekte Phasenrastung zur Folge haben oder könnte einen unstabilen Betrieb verursachen. Das Ausgangssignal des langsamen Integrators, das als die Kurve I dargestellt ist, steigt jedoch weiterhin an und zur Zeit T4 übersteigt es den Schwellenwert der Schaltung 29, der durch die gestrichelte Linie angegeben ist. Wenn dieser Schwellenwert überschritten wird, erzeugt die Schwellenwertschaltung 29 ein Schleifenschalteröffnen-Signal, das den Schleifenschalter 22 offen hält und dan Kippgenerator 23 gestattet, seine Abtastung fortzusetzen, wie es durch die gestrichelte Kurve C gezeigt ist. Wenn diese Abtastung weitergeht, geht der spannungsgeregelte Oszillator 10 durch die Spiegelfrequenz, so daß die Phasendetektoren 20, 25 wieder beginnen, ein Hochfrequenzausgangssignal zu erzeugen, wie es in den Kurven A und G um die Zeit T5 dargestellt ist. Wegen dieser Ausgangssignale mit der relativ hohen Frequenz werden kleinere Stromimpulse (Kurve H) dem langsamen Integrator 23 zugeführt. Das Ausgangssignal des Integrators 23 nimmt ab und fällt zur Zeit T5 unter den Schwellenwert der Schaltung 29, wie es in der Kurve I gezeigr ist. Nach der Zeit T5 geht die Abtastung weiter und der

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schnelle Integrator 28 erzeugt Impulse (Kurve F), die beginnen, den Schwellenwert der Schaltung 29 etwa zur Zeit T6 zu überschreiten. Diese Impulse bewirken, daß der Schleifenschalter 22 vorübergehend mehrmals geschlossen wird. Etwa zur Zeit T7 wird die wahre Frequenz durch den spannungsgeregelten Oszillator 10 erzeugt, so daß das erste Ausgangssignal (Kurve D) des zweiten Phasendetektors 25 den Schwellenwert der Schaltung 26 (in einer negativen Richtung) überschreitet. Das Ausgangssignal des schnellen Integrators 28 (Kurve F) nimmt zu und überschreitet den Schwellenwert der Schaltung 29, um den Schleifenschalter 22 zu schließen. Zu dieser Zeit werden Phasendetektorsignale aus dem ersten Phasendetektor 20 den AbtastSignalen in dem Kippgenerator überlagert und sorgen für die richtige Phasenrastung. Die richtige Phasenrastung für die Erfassung erfolgt zur Zeit T8. Es ist zu erkennen, daß zur Zeit T8 das zweite Ausgangssignal des zweiten Phasendetektors 25, das als die Kurve G dargestellt ist, nicht den Schwellenwert überschreitet, so daß das Ausgangssignal des langsamen Integrators 33 weiterhin abfällt und nicht mehr wirksam ist. Das ist der Grund, warum die komplementären Ausgangssignale des zweiten Phasendetektors 25 benötigt werden.

Bei der unrichtigen oder Spiegelfrequenz gestattet die komplementäre Beziehung dieser beiden Kurven D und G dem langsamen Integrator, vorzuherrschen oder so zu steuern, daß die Schwellenwertschaltung den Schleifenschalter 22 offen hält. Wenn jedoch die wahre oder richtige Frequenz erfaßt wird, wird der Schleifenschalter geschlossen und das Ausgangssignal des langsamen Integrators wird blockiert oder daran gehindert, irgendeine Auswirkung auf oder Kontrolle über die Schwellenwertschaltung 29 zu haben.

Es ist zwar nur eine Ausführungsform der verbesserten Erfassungsschaltung und des Verfahrens beschrieben worden,

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Modifizierungen derselben sind jedoch für den Fachmann ersichtlich. Beispielsweise können verschiedene Schaltungen bekannter Art in den in den Fig. 1 und 2 benutzten Blöcken sowie andere Schaltungsanordnungen anstelle der speziell in Fig. 3 gezeigten und anhand der Fig. 4-1 und 4-2 beschriebenen benutzt werden. Über das beschriebene besondere Ausführungsbeispiel hinaus sind deshalb im Rahmen der Erfindung Modifizierungen möglich.

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Claims

Patentansprüche :

ist, mit einer zweiten Klemme für Signale, deren Frequenz eine Referenzfrequenz ist, und mit einer dritten Klemme für Steuersignale, gekennzeichnet durch

a) einen ersten Phasendetektor (20) mit Eingangsklemmen, die mit der ersten und der zweiten Klemme (17, 18) verbunden sind;

b) einen Schleifenschalter (22) und einen Kippgenerator (23), die in Reihe zwischen den Ausgang des ersten Phasendetektors und die dritte Klemme (19) geschaltet sind;

c) einen zweiten Phasendetektor (25) mit Eingangsklemmen, die mit der ersten und der zweiten Klemme (17, 18) verbunden sind,und mit einer ersten und einer zweiten Ausgangsklemme, an denen komplementäre Ausgangssignale (D, G) abgegeben werden;

d) wobei ein Eingangssignal eines der beiden Phasendetektoren eine 90°-Phasenverschiebungsbeziehung zu dem anderen Eingangssignal der beiden Phasen-

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detektoren hat;

e) eine erste Summierschaltung (26, 27, 28), die mit der ersten Ausgangsklemme des zweiten Phasendetektors verbunden ist und erste Summensignale (F) erzeugt, deren Amplitude sich in Abhängigkeit von dem ersten Ausgangssignal des zweiten Phasendetektors ändert;

f) eine zweite Summierschaltung (31, 32, 33), die mit der zweiten Ausgangsklemme des zweiten Phasendetektors verbunden ist und zweite Summensignale (I) erzeugt, deren Amplitude sich in Abhängigkeit von dem zweiten Ausgangssignal des zweiten Phasendetektors ändert; und

g) eine Schwellenwertschaltung (29) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, die mit der ersten bzw. mit der zweiten Summierschaltung verbunden sind, und mit einem Ausgang, der mit dem Schleifenschalter (22) verbunden ist, wobei die Schwellenwertschaltung den Schleifenschalter bei einer vorbestimmten Ampltitude der ersten Summensignale schließt und bei einer vorbestimmten Amplitude der zweiten Summensignale öffnet.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung (30), die zwischen den Ausgang der Schwellenwertschaltung (29) und den Kippgenerator (23) geschaltet ist, um den weiteren Durchlauf des Generators bei einer vorbestimmten Amplitude der ersten Summensignale zu sperren.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifenschalter (22) zwischen den Ausgang des ersten Phasendetektors (20) und den Kippgenerator (23) geschaltet ist.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der ersten Summenschaltung (26, 27, 28) kleiner als die Zeitkonstante der zweiten

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- 3 Summenschaltung (31, 32, 33) ist.
5. Erfassungsschaltung für eine phasenstarre Schleife, gekennzeichnet durch:

a) eine erste Einrichtung (23) zum Erzeugen eines wiederholten Abtastsignals, um einen spannungsgeregelten Oszillator (10) zu veranlassen, ein relativ breites Frequenzband zu durchlaufen,

b) einen ersten Phasendetektor (20) zum Erzeugen eines ersten Phasensignals, das die Relativfrequenzen von durch den spannungsgeregelten Oszillator erzeugten Signalen und durch eine Referenzschaltung (14) erzeugten Signalen angibt,

c) eine zweite Einrichtung _t die das erste Phasensignal dem Abtastsignal wahlweise überlagert,

d) einen zweiten Phasendetektor (25) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten komplementären Signals, die die Relativfrequenzen von Signalen angeben, welche durch den spannungsgeregelten Oszillator (10) erzeugt worden sind, und von Signalen, die durch die Referenzschaltung (14) erzeugt worden sind, wobei eines der an einen der Phasendetektoren angelegten Signale eine 90°-Phasenverschiebungsbeziehung zu den an den anderen Phasendetektor angelegten Signalen hat,

e) eine Schwellenwertschaltung (29) , die mit dem zweiten Phasendetektor (25) verbunden ist und ein Schleife-geschiossen-Signal auf das erste komplementäre Signal hin und ein Schleife-offen-Signal auf das zweite komplementäre Signal hin erzeugt, und

f) eine Einrichtung, die die Schwellenwertschaltung (29) mit der zweiten Einrichtung verbindet und die ersten Phasensignale dem Abtastsignal auf das Schleife-geschiossen-Signal hin überlagert und auf das Schleife-offen-Signal

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hin verhindert, daß die ersten Phasensignale dem Abtastsignal überlagert werden.
6. Schaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine mit der Schwellenwertschaltung (29) und mit der ersten Einrichtung (23) verbundene Schaltung zum Sperren der ersten Einrichtung auf das Schleife-geschlossen-Siynal hin.
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder G, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Schwellenwertschaltung (29-) und dem zweiten Phasendetektor (25) bewirkt, daß das Schleife-geschlossen-Signal schneller als das Schleife-offen-Signal erzeugt wird.
8. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (30) zum Sperren der ersten Einrichtung (23) dem Schleife-geschlossen-Signal eine Zeitverzögerung gibt.
9. Schaltung zum Erzeugen einer relativ breitbandigen Erfassung in einer phasenstarren Schleife, mit einem ersten Phasendetektor, mit einem begrenzten Frequenzmitnahmebereich für ein Signal eines spannungsgeregelten Oszillators und ein Referenzsignal, gekennzeichnet durch:

a) eine erste Einrichtung (13) zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Signals in komplementärer Beziehung zueinander und in 90°- Phasenverschiebungsbeziehung zu den durch den ersten Phasendetektor (20) erzeugten Signalen, wobei das erste komplementäre Signal in seiner Größe relativ schnell zunimmt, wenn die Frequenz des Signals des spannungsgeregelten Oszillators (10) sich einer gewünschten wahren Frequenz nähert und wenn sich die Frequenz des Signals des spannungsgeregelten Oszillators einer unerwünschten Spiegelfrequenz nähert, und wobei das zweite komplementäre Signal in der Größe relativ langsam zunimmt, wenn die

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Frequenz des Signals des spannungsgeregelten Oszillators sich der unerwünschten Spiegelfrequenz nähert und wenn sich die Frequenz des Signals des spannungsgeregelten Oszillators der gewünschten wahren Frequenz nähert und b) eine Schwellenwertschaltung (29), die mit der ersten Einrichtung verbunden ist und ein erstes Ausgangssignal erzeugt, um die phasenstarre Schleife in Betrieb zu setzen, wenn das erste komplementäre Signal größer als ein erster ausgewählter Schwellenwert ist und wenn das zweite komplementäre Signal kleiner als ein zweiter ausgewählter Schwellenwert ist, und die ein zweites Ausgangssignal erzeugt, um die phasenstarre Schleife außer Betrieb zu setzen, wenn das zweite komp]anentären :'.ignal größer als der zweite ausgewählte Schwellenwert ist.
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite ausgewählte Schwellenwert im wesentlichen gleich sind.
11. Schaltung nach Anspruch 9 oder 10, gekonnzeichnet durch eine Einrichtung (23) zum Anlegen einer AbLastspannunq an den spannungsgeregelten Oszillator (10) und durch eine Einrichtung (30) zum Sperren der Ablast spannung auf das erste Ausgangssignal hin.
12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (30) dem ersten Ausgangssignal eine vorbestimmte Zeitverzögerung gibt.
13. Verfahren zum Erzielen der Erfassung in einer phasenstarren Schleife, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erzeugen eines ersten Signals, das die relative Phase des Signals eines geregelten Oszillators und eines Referenzsignals angibt,

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b) Überlagern des ersten Signals und eines durch einen Kippgenerator erzeugten Erfassungssignals über einen Schleifenschalter,

c) Erzeugen eines zweiten und eines dazu komplementären dritten Signals in 9 0''"-Phasenverschiebungsbeziehung zu dem ersten Signal, die die Relativphase des Signals des geregelten Oszillators und des Referenzsignals angeben,

d) Erzeugen eines vierten und eines fünften integrierten Signals auf das zweite bzw. dritte Signal hin,

e) Vergleichen des vierten und des fünften integrierten Signals mit einem ReferenzSchwellenwert und Schließen des Schleifenschalters, wenn das vierte Signal den Referenzschwellenwert überschreitet und wenn das fünfte Signal kleiner als der Referenzschwellenwert ist, und Öffnen des Schleifenschalters, wenn das fünfte Signal den Referenzschwellenwert überschreitet, und

f) Halten des Erfassungssignalwertes auf das vierte Signal hin.
14. Erfassungsschaltung und damit ausgerüstete phasenstarre Schleife, gekennzeichnet durch

a) einen spannungsgeregelten Oszillator (10) mit einem Eingang und einem Ausgang,

b) einen Referenzoszillator (14),

c) einen ersten Phasendetektor (20) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators verbunden ist,und mit einem Eingang, der mit dem Referenzoszillator verbunden ist, zum Erzeugen von die Phase anzeigenden ersten Signalen,

d) einen Schleifenschalter (22) mit einem Eingang, der mit dem ersten Phasendetektor verbunden ist, mit einem Ausgang und mit einem Steuereingang zum Öffnen und Schließen des Schalters,

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e) einen Kippgenerator (23), der zwischen dai Schleifenschalterausgang und den Eingang des spannungsgeregelten Oszillators geschaltet ist und Signale zum Steuern der Frequenz des spannungsgeregelten Oszillators abgibt,

f) einen zweiten Phasendetektor (25) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators verbunden ist, und mit einem Eingang, der mit dem Referenzoszillator verbunden ist, wobei der zweite Phasendetektor die Phase anzeigende zweite Signale in komplementärer Beziehung an einem ersten bzw. an einem zweiten Ausgang abgibt,

g) eine Einrichtung (24) zum Erzeugen einer 90°- Phasenverschiebung der an einen der Phasendetektoreingänge angelegten Oszillatorsignale,

h) einen ersten Integrator (28), der mit dem ersten Ausgang des zweiten Phasendetektors verbunden ist und erste Ausgangssignale erzeugt, die eine Amplitude haben, welche sich in Abhängigkeit von den Signalen an dem ersten Ausgang des zweiten Phasendetektors ändert,

i) einen zweiten Integrator (33), der mit dem zweiten Ausgang des zweiten Phasendetektors verbunden ist und zweite Ausgangssignale erzeugt, die eine Amplitude haben, welche sich in Abhängigkeit von den Signalen an dem zweiten Ausgang des zweiten Phasendetektors ändert,

j) eine Schwellenwertschaltung (29), die mit dem ersten und dem zweiten Integrator verbunden ist und ein Schließsignal erzeugt, wenn die ersten Ausgangssignale des ersten Integrators eine vorbestimmte Größe überschreiten, und ein Öffnungssignal erzeugt, wenn die zweiten Ausgangssignale des zweiten Integrators eine vorbestimmte Größe überschreiten, und

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k) eine Einrichtung zum Verbinden der Schwellenwertschaltung (29) mit dem Steuereingang (22A) des Schleifenschalters (22) zum Schließen des Schleifenschalters unc¹ zum Überlagern der die Phase anzeigenden ersten Signale und der Kippgeneratorsignale auf das Schließsignal aus der Schwellenwertschaltung hin und zum Öffnen des Schleifenschalters auf das Öffnungssignal aus der Schwellenwertschaltung hin.
15. Schaltung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine zwischen die Schwellenwertschaltung (29) und den Kippgenerator (23) geschaltete Schaltung, die auf das Schließsignal hin das Abgeben weiterer Kippgeneratorsignale verhindert.
16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des zweiten Integrators (33) größer als die Zeitkonstante des ersten Integrators (28) ist.
17. Schaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch einen Mischkreis (11), der zwischen den spannungsgeregelten Oszillator (10) und den ersten Phasendetektor

(20) geschaltet und mit einem überlagerungsoszillator (12) verbunden ist.
18. Schaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertschaltung (29) das Schließsignal auf das Vorhandensein des Öffnungssignals hin blockiert.

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