DE3006632C2 - - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/10—Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range
- H03L7/107—Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range using a variable transfer function for the loop, e.g. low pass filter having a variable bandwidth
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
Die Erfindung geht aus von einem Phasenregelkreis nach
der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Phasenregel
kreise sind im Prinzip Regelsysteme, bei denen die
Regelgröße, die den Regelvorgang bestimmt, aus der
Phasenlage eines Signals besteht. Eine Einsatzmöglich
keit ist z. B. eine Frequenzvervielfachung (Interpolation
von Zwischenimpulsen), bei der ein Rückkopplungszweig
des Phasenregelkreises eine Frequenzuntersetzung in Höhe
des Vervielfachungsfaktors angeordnet ist. In den Zeit
schriften Elektor, Oktober 1974, Seite 16 ff, Internatio
nale Elektronische Rundschau, 10, 1972, Seite 237 ff und
Der Elektroniker, 1, 1973, Seite 14 ff sind solche
Systeme beschrieben und ihre Problematik dargelegt.
Diese Problematik besteht im wesentlichen in der Qualität
des Fang- und des Regelverhaltens, d. h. in der Sicherheit
und Schnelligkeit, die Ausgangsfrequenz der Eingangsfre
quenz des Phasenregelkreises nachzuführen. Dies stößt
insbesondere dann auf Schwierigkeiten, wenn der Variations
bereich der Eingangsfrequenz sehr groß ist. Phasenregelkreise
sind beispielsweise als integrierte Schaltungen (CD 4046 von
RCA) im Handel erhältlich. Da das Regelverhalten des
Phasenregelkreises im wesentlichen durch den in den Phasen
regelkreis geschalteten Regler bestimmt ist, wurden bereits eine
Vielzahl von Regelcharakteristiken vorgeschlagen, die mehr oder we
niger kompliziert sind.
Eine in der nachveröffentlichten DE-OS 29 51 283 beschriebene Methode ist beispielsweise die
adaptive Regelung, bei der die zeitliche Charakteristik in Abhängig
keit von den übertragenen Signalen angepaßt wird, um das dynamische
Verhalten des gesamten Phasenregelkreises zu verbessern. Das Zeit
verhalten des Reglers wird bei einem praktischen Aufbau durch
RC-Glieder bestimmt. Die Realisierung durch RC-Glieder ist insofern
schwierig, als
- a) bei der gewünschten Adaption eine Widerstands- oder Kapazi tätskette mit Schaltern versehen werden muß (Aufwand, ledig lich stufenförmige Anpassung) und
- b) bei einer monolithischen Integration große Widerstände sehr flächenintensiv sind und eine hohe Genauigkeit der RC-Zeit konstanten über alle Fertigungstoleranzen und Betriebseinflüs se nicht einzuhalten ist.
Phasenregelkreise sind auch aus dem Artikel "Der Phasenregelkreis" in
Funkschau 1977, Heft 3, Seite 119 bis 122, bekannt. In einem Phasen
detektor wird die Oszillatorfrequenz mit einer vorgegebenen Frequenz
verglichen. Dieses Signal wird über einen Tiefpaß an den
Oszillator zurückgeführt, so daß der Oszillator auf die am Eingang
vorgegebene Frequenz oder Teilen davon schwingt. Weiterhin ist es
bereits bekannt, Filter mit geschalteten Kapazitäten vorzusehen, wie
dem Artikel "MOS Switched-Capacitor Filters", Proceedings of the
IEEE, Vol. 67, No. I, Januar 1979, Seite 69 bis 75 zu entnehmen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasenregelkreis zu
schaffen, der über sehr große Frequenzbereiche einsetzbar ist, ohne
daß Probleme mit der Regelzeitkonstante auftreten.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptan
spruchs gelöst.
Der erfindungsgemäße Phasenregelkreis mit den kennzeichnenden Merk
malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die zeit
bestimmten RC-Glieder des Phasenregelkreises aus festen und geschal
teten Kapazitäten als Ersatz der Widerstände bestehen, wobei die
Schaltfrequenz für die Kapazitäten von der Ausgangsfrequenz des
Phasenregelkreises abgeleitet wird. Dadurch wird erreicht, daß die
Regelzeitkonstante ohne nennenswerte zeitliche Verzögerung konti
nuierlich an die Ausgangsfrequenz adaptiert wird. Dadurch kann man
eine optimale Reglerdimensionierung bezüglich der Stabilität des
Regelkreises und der Schnelligkeit der Ausregelung erzielen. Des wei
teren bietet die Verwendung von geschalteten Kapazitäten den Vor
teil, daß die Genauigkeit beim Einsatz in integrierten Schaltkreisen
lediglich von Kapazitätsverhältnissen bestimmt wird, die auf einer
kleinen Fläche integrierbar sind und keinen Abgleich erfordern.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich
weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen Phasenregelkreises. Soll beispielsweise
das Ausgangssignal des spannungsabhängigen Frequenzgenerators über
einen Teiler oder über einen Vervielfacher an den Eingang des Pha
sendetektors zurückgeführt werden, erweist es sich als vorteilhaft,
zur Umschaltung der geschalteten Kapazität ein Vielfaches oder einen
Teil der Ausgangsfrequenz zu verwenden. Neben einfachen passiven
Netzwerken, wie Tiefpaßfiltern, ist es auch möglich, aktive Schal
tungen mit Tiefpaßcharakter, wie Verstärker, zu verwenden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schaltungsmäßige
Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel des Reglers als Integrator,
Fig. 3 ein beispielhaftes Diagramm zur Darstellung des
Einrastverhaltens ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen, und
Fig. 4 eine entsprechende durch die erfindungsge
mäßen Maßnahmen erreichte Einrastkurve.
In Fig. 1 wird einem Phasendetektor 1 an einem Eingang 2 von
einem nicht dargestellten Referenzgenerator eine Re
ferenzfrequenz eingespeist. Am anderen Eingang 3 des
Phasendetektors 1 liegt die Ist-Frequenz an, die von
einem spannungsabhängigen Frequenzgenerator 4 an
dessen Ausgang 5 abgegeben wird und über einen Teiler
6 mit dem Eingang 3 des Phasendetektors in Verbindung
steht. Der Ausgang des Phasendetektors 1 führt zum
Regler, in Fig. 1 zu einem Tiefpaß 7. Der Tiefpaß 7
weist einen Umschalter 8 auf, dessen Schaltermitte über
einen Kondensator 9 mit der Masse verbunden ist. Der
eine Punkt des Umschalters 8 steht mit dem Ausgang des
Phasendetektors 1 in Verbindung, während die andere Seite
des Umschalters zum Eingang des spannungsabhängigen Fre
quenzgenerators 4 führt. An den Eingang des spannungsabhän
gigen Frequenzgenerators 4 ist ein weiterer Kondensator 10
angeschlossen, dessen andere Seite ebenfalls gegen Masse
führt. Der Umschalter 8 wird durch die Ausgangsfrequenz
des spannungsabhängigen Frequenzgenerators 4 geschaltet,
was durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Da die Wirkungsweise eines Phasenregelkreises aus
den eingangs angegebenen Literaturstellen sowie aus
einer Vielzahl weiterer Veröffentlichungen bekannt
ist, soll hier nur noch auf die Wirkungsweise des für
die vorliegende Schaltung bedeutsamen Tiefpasses 7
eingegangen werden. Dieses Tiefpaßfilter integriert
die der Regelabweichung entsprechende Impulse am Ausgang
des Phasendetektors 1, wodurch dem spannungsabhängigen
Frequenzgenerator 4 eine Gleichspannung zugeführt
wird, die diesen so steuert, daß die Ausgangsfrequenz
des spannungsabhängigen Frequenzgenerators 4 gleich
einem Teil oder einem Vielfachen der Referenzfrequenz
ist. Voraussetzung für das Einrasten des Phasenregel
kreises ist, daß die Differenz zwischen der am Eingang
2 des Phasendetektors 1 anliegenden Referenzfrequenz
und der am Eingang 3 des Phasendetektors 1 anliegenden
Ist-Frequenz gleich 0 und die Phasendifferenz annähernd
gleich 0 ist.
Die Wirkungsweise des Tiefpasses besteht nun darin, daß
der Kondensator 9 durch die vom Phasendetektor 1 abgegebenen
Impulse aufgeladen wird, wenn der Schalter 8 so gestellt
ist, daß der Ausgang des Phasendetektors 1 mit dem Kon
densator 9 verbunden ist. Schaltet nun der Schalter 8
den Kondensator 9 auf den Eingang des spannungsabhängigen
Frequenzgenerators 4, so ist der Kondensator 9 gleich
zeitig mit dem Kondensator 10 verbunden. Es findet eine
Umladung (Ladungsausgleich) statt, wobei die Höhe der Um
ladung von Kondensator 9 zum Kondensator 10 neben dem Kapa
zitätsverhältnis der Kondensatoren 9 und 10 und der Höhe
der Aufladung des Kondensators 9 durch den Phasendetektor 1
durch die Taktfrequenz bestimmt ist. Die Zeitkonstante des
Tiefpaßfilters ist bei diesem Verfahren bestimmt durch das
Verhältnis der Werte der Kondensatoren 9 und 10 und durch
die Schaltfrequenz des Schalters 8. Als Schalter 8 sind
dabei besonders MOS-Transistoren mit niedrigem Leckstrom
(Transmissionsgates) geeignet. Die Zeitkonstante berechnet
sich aus dem Wert des Kondensators 10 dividiert durch die
Schaltfrequenz des Schalters 8 und den Wert des Kondensators
9. Da das Verhältnis zweier Kapazitäten zueinander eingeht,
ändert sich an der Zeitkonstante nichts, wenn beide Kapazi
täten gleich große Fehler in der gleichen Richtung auf
weisen. Das Verhältnis zweier Kapazitäten läßt sich aber
ohne Abgleich sehr genau monolithisch integrieren. Diese
Schaltungsanordnung ist daher besonders für die Inte
gration geeignet.
Obwohl die Frequenz zum Umschalten des Schalters 8
auch von einem äußeren Taktgenerator erzeugt werden
kann, bietet es sich an, zur Umschaltung die Ausgangs
frequenz oder ein Teil oder ein Vielfaches davon zu
benutzen. In diesem Fall erreicht man gerade die ge
wünschte Adaption, bei der die Zeitkonstante umge
kehrt proportional zur Signalfrequenz ist. Ob die Aus
gangsfrequenz direkt oder ein Teil oder ein Viel
faches zum Schalten verwendet wird, hängt von den
Eigenschaften des gesamten Phasenregelkreises mit
dem Teiler 6 und von dem Wert der Kapazitäten 9 und
10 ab. Durch die automatische, kontinuierliche
Adaption der Reglerzeitkonstante durch die Ausgangs
frequenz des spannungsabhängigen Frequenzgenerators
4 erhält man ein wesentlich verbessertes dynamisches
Verhalten des gesamten Regelkreises und durch die
Variation der Schaltfrequenz eine andauernde Anpassung
des Tiefpaßverhaltens an die Ausgangsfrequenz.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Reglers 7 nach Fig. 1 dargestellt. Vom nicht dar
gestellten Phasendetektor führt eine Leitung zum Um
schalter 8, an dessen Mittelpunkt ein Kondensator 9
angeschlossen ist, der auf der anderen Seite mit der
Masse verbunden ist. Vom Umschalter führt eine Leitung
zum negativen Eingang eines Operationsverstärkers 11,
der positive Eingang des Operationsverstärkers 11 ist
mit der Masse verbunden. Der Ausgang des Operations
verstärkers 11 führt einerseits zu einem nicht darge
stellten spannungsabhängigen Frequenzgenerator, während
er andererseits über einen Kondensator 12 mit dem ne
gativen Eingang des Operationsverstärkers 11 verbunden
ist.
Diese Schaltungsanordnung stellt einen Integralregler
dar, mit dem bekanntlich die stationäre Abweichung der
Ausgangsfrequenz von der Eingangsfrequenz zu Null gemacht
wird. Darüber hinaus lassen sich weitere Reglertypen
realisieren.
Während bei großen Frequenzabweichungen zwischen Ist- und
Soll-Frequenz zur Vermeidung von Instabilitäten eine
große Reglerzeitkonstante und damit ein langsames Ein
schwingverhalten vorgesehen werden müssen, wie dies in
Fig. 3 dargestellt ist, kann durch eine Anpassung der
Zeitkonstanten des Reglers, z. B. des Tiefpasses, erreicht
werden, daß der Phasenregelkreis nach relativ kurzer Zeit
einrastet und dennoch keine Instabilitäten auftreten,
auch wenn die Frequenzabweichung groß ist, wie dies in
Fig. 4 dargestellt ist.
Claims (3)
1. Phasenregelkreis mit einem Phasendetektor, der von einer Refe
renzfrequenz und einer Istfrequenz gesteuert ist und der ausgangs
seitig über einen Tiefpaß mit dem Steuereingang eines spannungsab
hängigen Frequenzgenerators (VCO) verbunden ist, wobei die Istfre
quenz wenigstens ein Teil der VCO-Frequenz ist, dadurch gekennzeich
net, daß die zeitbestimmenden Glieder des Tiefpasses (7) neben fe
sten Kapazitäten noch geschaltete Kapazitäten (9) aufweisen, mit
denen die Zeitkonstante des Tiefpasses (7) beeinflußbar ist, und daß
die Umschaltung der geschalteten Kapazitäten (9) in Abhängigkeit von
der Ausgangsfrequenz des spannungsabhängigen Frequenzgenerators (4)
erfolgt.
2. Phasenregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Umschaltfrequenz der geschalteten Kapazitäten (9) ein Vielfaches
oder ein Teil der Ausgangsfrequenz des spannungsabhängigen Frequenz
generators (4) ist.
3. Phasenregelkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tiefpaß (7) eine feste und eine geschaltete Kapazität ent
hält, wobei ein Schalter (8) die geschaltete Kapazität (9) zwischen
dem Ausgang des Phasendetektors (1) und dem Eingang eines Verstär
kers (11) umlädt, dessen Ausgang zum Steuereingang des spannungsge
steuerten Oszillators (4) führt, wobei der Verstärker (11) durch
einen weiteren Kondensator (12) rückgekoppelt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803006632 DE3006632A1 (de) | 1980-02-22 | 1980-02-22 | Adaptiver phasenregelkreis mit geschalteten kapazitaeten |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE19803006632 DE3006632A1 (de) | 1980-02-22 | 1980-02-22 | Adaptiver phasenregelkreis mit geschalteten kapazitaeten |
Publications (2)
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DE3006632A1 DE3006632A1 (de) | 1981-08-27 |
DE3006632C2 true DE3006632C2 (de) | 1989-10-12 |
Family
ID=6095274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803006632 Granted DE3006632A1 (de) | 1980-02-22 | 1980-02-22 | Adaptiver phasenregelkreis mit geschalteten kapazitaeten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3006632A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10261476B4 (de) * | 2002-01-11 | 2005-02-24 | Zarlink Semiconductor Inc., City Of Ottawa | Analoge PLL mit Schaltkondensator-Resampling-Filter |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2951283A1 (de) * | 1979-12-20 | 1981-07-02 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Phasenregelkreis |
-
1980
- 1980-02-22 DE DE19803006632 patent/DE3006632A1/de active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10261476B4 (de) * | 2002-01-11 | 2005-02-24 | Zarlink Semiconductor Inc., City Of Ottawa | Analoge PLL mit Schaltkondensator-Resampling-Filter |
US7078946B2 (en) | 2002-01-11 | 2006-07-18 | Zarlink Semiconductor Inc. | Analog PLL with switched capacitor resampling filter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3006632A1 (de) | 1981-08-27 |
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
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