DE3007657A1

DE3007657A1 - Quarzgenauer taktfrequenzmesser fuer binaer codierte signale

Info

Publication number: DE3007657A1
Application number: DE19803007657
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Dr. 5307 Wachtberg Schäfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE3007657C2

Description

Quarzgenauer Taktfr=eenziesey für binär codierte Signale
Die Erfindung betrifft einen Frequenzmesser,der die Taktfrequenz gestbrterXbinär codierter Signale mit Quarzgenauigkeit ermittelt.
Die üblichen Methoden der Frequenzmessung eines Signals durch Zählen der Anzahl der Perioden in einer bekannten Zeitdauer, oder durch Bestimmung der Periodendauer aus einer oder mehreren Perioden,können nicht auf binär codierte Signale, deren durch die uebergänge zwischen den zwei Signalzuständen beetimmten Signalflanken in unregelmäßigen Abständen auftreten, angewendetrden.Bei der Übertragung der codierten Signale über drahtlose und drahtgebundene Nachrichtenwege können durch den Einfluß verschiedenartiger Störungen die Signalflanken verschoben,unterdrückt oder zusätzlich erzeugt werden,so daß der der Codierung zugrunde liegende konstante Codetakt nur sehr schwer zu erkennen ist.IX Fig. ib ist als Beispiel ein ges a rtes binär codiertes Signal dargestellt,das bei der Signalerzeugung ursprünglich vom Codetakt der Fig.la abgeleitet worden war.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzmesser,der die besonderen Charakteristiken der gestörten, binär codierten Signale berücksichtigt und die Taktfrequenz mit einer während der Meßzeit ständig ansteigenden Genauigkeit ermittelt.Der Frequenzmesser besteht aus einem Intervallzähler (1 in Fig.2).
der fortlaufend in jedem durch aufeinanderfolgende Signalflanken gebildeten Intervall mit der laufenden Nummer n,die Intervalldauer durch die Zahl Zn der innerhalb des Intervalls liegenden Zeittakte der Frequenz f bestimmt.Das Ziel des Meßverfahrens ist zunächst die Berechnung der Codeelementdauer En,die ebenfalls durch die sie betreffende Zahl der Zeittakte dargestellt wird (4).Aus der Codeelementdauer kann dann jederzeit nach Bedarf die gesuchte Taktfrequenz fc=fz/En berechnet werden.I>ie Auswertung der im Intervallzähler (1) ermittelten Zählwerte Zn zur Berechnung der Codeelementdauer En geschieht ausschließlich durch Zahlenrechnungen,die mit jeder gewünschten Genauigkeit durchgeführt werden können.
Zu Beginn des Meßvorgangs wird zuerst eine grobe Bestimmung der Codeelementdauer Eo vorgenommen.Hierzu werden aus einer größeren Anzahl von Intervallen die kleinsten Intervalle aussortiert und ein fortlaufender Mittelwert gebildet,wobei nur solche Intervalle benatzt wercer,deren Abweichuhg vom augenblicklichen Mittelwert eine in einem festen Verhältnis zum Mittelwert stehende Grenze nicht überschreitet.
Nach der Voreinstellung der Codeelementdauer (4) auf Eo wird mit der laufenden Auswertung der aus den einzelnen Signalintervallen gewonnenen Zählwerte Zn zur ständigen Verbesserung des Zahlenwertes für die Codeelementdauer En begonnen.Hierzu wird zunächst im Diskriminator (2) ein Fehler Dn ermittelt,der mit dem Faktor k1 multipliziert,nach einer Mittelung zum mittleren Fehler in einem Tiefpass (7) und einer Skalierung mit dem Faktor k4, zum Nachstellen des Wertes der Codeelementdauer (4) benutzt wird.
Der einfachste Fall des Tiefpasses (3) ist ein rekursives Digitalfilter mit einem Rückkopplungsfaktor k2.
Der Diskriminator (2) bestimmt im Falle seiner Auslegung als Frequenzdiskriminator die Differenz Dn zwischen der Intervalldauer Z n und einem ganzzahligen Vielfachen der Summe Sn,l aus der Codeelementdauer En,l und dem mit dem Faktor k3 multiplizierten mittleren Fehler Pn Im Falle der Auslegung des Diskriminatore (2) als Phasendiskriminator wird die Differenz Dn zwischen der aus der Intervalldauer Z n und der im letzten Intervall ermittelten Differenz Dn,l gebildeten Summe und einem ganzzahligen Vielfachen von Sn 1 bestimmt.In beiden Fällen ist der Absolutbetrag der Differenz Dn kleiner oder gleich der halben Summe Sn1.Zur Auswertung des allerersten Intervalls Z1 wird zur Bildung von So die Voreinstellung der Codeelementdauer Eo benutzt und Fo=O gesetzt.
Die unterschiedliche Wirkungsweise der beiden Diskriminatorarten ist im Beispiel der Fig.1 dargestellt.Die Signalintervalle des gestörten binär codierten Signals (b) werden mit dem Zeittakt (c) ausgezählt und ergeben die Zählwerte Zn (d).Der Frequenzdiskriminator (e) vergleicht Jede Intervalldauer mit der Summe Sn,wahrend ddr Phasendiskriminator (f) nur die jeweilige Signalflanke für die Ermittlung des Fehlers Dn benutzt.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die deterministische Veränderung der Faktoren k,,g2, und k4 (Fig.2) mit der Zahl n der gemessenen Signalintervalle.Diese Faktoren werden in der Form a.2 (P c ) mit den Ganzzahlen a,p und c gebildet und p wird von einem Anfangswert bis zu einem Grenzwert derart echrittweise erhdht,daß immer die Bedingung n-12P+m erfüllt iet.Damit werden die Faktoren k mit zunehmendem n immer kleiner j und die Meßgenauigkeit wird laufend verbessert.
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Claims

Anspruche 1.iaktfrequenzmesser zur quarzgenauen Bestimmung der Taktfrequenz eines binär codierten Signals aus der Messung der Zeitdauer der durch aufeinanderfolgende Signalflanken gebildeten Signalintervalle dadurch gekennzeichnet,daß sämtliche Signalintervalle mit einem durchlaufenden Zeittakt der Frequenz f (Fig. 2) ausgezählt werden,und daß fortlaufend in jedem Intervall mit der laufenden Nummer n aus dem Zählergebnis Zn des Intervallzählers (1) im Diskriminator (2) ein Fehler ermittelt wirl,der nach einer Skalierung mit dem Faktor k1 und Mittelung in einem digitalen rekursiven Tiefpassfilter mit dem Rückkopplungsfaktor k2 und anschließenden Skalierung mit dem Faktor k4 zu der Codeelementdauer En 1,die zu Beginn der Messung auf den Wert Eo voreingestellt wird,addiert wird um schließlich den Werft der durch eine Division (5) der Frequenz des Zeittaktes fz durch die Codeelementdauer En gewonnenen Taktfrequenz zu verbessern,und daß die Faktoren k1'k2'k3 und k4 durch eine Zweierpotenz der Form a.2 (P c2) mit den Ganzzahlen ap und c gegeben sind und p von einem Anfangswert schrittweise erhöht wird,und daß immer für die durchlaufende Intervallnummer n die Bedingung nv2P+m mit der Ganzzahlkonstanten m erfiillt ist.
2.Taktfrequenzmesser nach Anspruch 1 dadurch gekannzeichnet,daß im Diskriminator (2) der Fehler Dn durch eine wiederholte Subtraktion der im letzten Intervall berechneten Codeelementdauer En 1 vom Zählergebnis n gebildet wird und der Betrag des Fehlers Dn kleiner oder gleich der halben Codeelementdauer En ist.
3.Taktfrequenzmesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß im Diskriminator (2) der Fehler Dn durch eine wiederholte Subtraktion der im letzten Intervall berechneten Summe Sn-1 aus dem mit dem Faktor k3 skalierten mittleren Fehler Fn-1 und der Codeelementdauer En 1 von der aus dem Zählergebnis n und dem im vorhergehenden Intervall ermittelten Fehler Dn-1 gebildeten Summe berechnet wird, und der Betrag des Fehlers kleiner oder gleich der halben Codeelementlänge En ist.
Anspruche 4.Taktfrequenzmesser nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet,daß das Zählergebnis Zn nur ausgewertet wird,wenn der Absolutwert des Fehlers Dn unterhalb eines in einem konstanten Verhältnis zur Codeelementlänge En stehenden Grenzwertes liegt,und daß im Falle einer Nichtbenutzung das Zählergebnis Zn zum Zählergebnis des nächsten Intervalles addiert wird um das neue Zählergebnis Zn zu bilden,und daß bei Grenzüberschreitungen in mehreren nahe beieinanderliegenden Intervallen auch die dazwischenliegenden brauchbareh Intervalle nicht benutzt und aufsummiert werden.
5.Taktfrequenzzesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet'daß der Wert für die Voreinstellung Eo (4) der Codeelementdauer zu Beginn des Meßvorgangs durch Auswahl der kleinsten Intervalle aus einer größeren Anzahl von Intervallen und der fortlaufenden Bildung eines Mittelwertes gewonnen wird,und daß nur solche Intervalle benutzt werden deren Abweichung zum augenblicklichen Mittelwert eine in einem festen Verhältnis zum Mittelwert stehende Grenze nicht überschreitet.