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PLL-Synchronisierschaltung zur Regenerierung eines Taktsignales
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aus einem Datensignal Zur Regenerierung eines Taktsignales aus einem
Eingangssignal kann eine PLL-Schaltung verwendet werden. Das Eingangssignal kann
z.B. ein Datensignal sein. Als Datensignal wird hier ein in einem Übertragungscode
(z.B. Biphase oder Delaymodulation) vorliegendes Binärsignal bezeichnet. Zur Rückgewinnung
des Binärsignals ist die Regenerierung des Taktsignals erforderlich.
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Eine PLL-Schaltung umfaßt bekanntlich einen steuerbaren Oszillator
und einen Phasendiskriminator. Dem Phasendiskriminator wird zur Taktregenerierung
einerseits das Ausgangssignal des steuerbaren Oszillators und andererseits das Datensignal
zugeführt. Der steuerbare Oszillator wird vom Ausgangssignal des Phasendiskriminators
so geregelt, daß die dem Phasendisriminator zugeführten Signale eine bestimmte mittlere
Phasenlage zueinander einnehmen.
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Das aus dem Datensignal zu gewinnende Taktsignal erfüllt im Idealfall
die Bedingung, daß die Flanken des Datensignales exakt in der Mitte der Impulse
des Taktsignales liegen. Wenn die Flanken mehr als eine Viertelimpulslänge des Taktsignales
von dieser idealen Lage abweichen, ist eine eindeutige Zuordnung zu den Daten "Null"
und "Eins" nicht mehr möglich.
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Es ist deshalb wichtig, die Phasenlage möglichst genau einzuhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine PLL-Schaltung zur Regenerierung
eines Taktsignales aus einem Datensignal so weiterzubilden, daß die Schaltung bezüglich
der genannten Eigenschaften verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch i angegebene Erfindung
gelöst.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von einem Ausführungsbeispiel,
das in der Zeichnung dargestellt ist, erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine PLL-Schaltung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen,
Fig. 2 einen Schaltungsauschnitt aus der Schaltung gemäß Fig. 1, Fig. 3 ein Impulsdiagramm
zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 1 und Fig. 4 weitere
Diagramme zur Erläuterung der Schaltung gemäß Fig. 1.
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In Fig. 2 ist eine Schaltung zur Gewinnung eines Taktsignales aus
einem Datensignal dargestellt, die als PLL-Schaltung mit einem steuerbaren Oszillator
4 und einem Phasendiskriminator 3 aufgebaut ist. Der Phasendiskriminator 3 umfaßt
zwei zueinander symmetrisch aufgebaute Gleichrichterschaltungen 5,6 und 7,8, die
mit gleichzeitig auftretenden Impulsen entgegengesetzter Polarität d und d angesteuert
sind. Zur Gewinnung des Signales d aus dem Signal d dient ein Inverter 9. Die Gleichrichter
5,6 und 7,8 arbeiten mit einem einstellbaren mittleren Rezugspotental U2. Mittels
zweier gleich großer Widerstände 10 und 11 und einer Siebschaltung 12 wird aus Signalen
da und db des Diskriminators 3 eine Regelspannung U zur Regelung des steuerbaren
Oszillators i abgeleitet. Der Bezugsspannung U2 des Phasendiskriminators ist über
einen Kondensator 13 die Ausgangsrechteck spannring des steuerbaren Oszillators
4 überlagert. Der Schaltungspunkt 17 des Phasendiskriminators stellt den einen Eingang
des
Phasendiskriminators dar, dem das Ausgangssignal des steuerbaren Oszillators 4 zugeführt
ist und der Schaltung punkt 16 den anderen Eingang, dem das Datensignal nach Aufbereitung
in einem Impulsformer 2 von einer Eingangsklemme 1 zugeführt ist.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 2 dient
das Impulsdiagramm in Fig. 3. Das der Eingangsklemme i zugeführte Datensignal ist
mit DM bezeichnet, da es im Delay-Modulations-Code iibertragen wird. Darüber sind
die diesem Datensignal zugeordneten Daten "Null" und "Eins" wiedergegeben. Aus den
positiven und negativen Flanken des Datensignales DM werden in dem Impulsformer
2 Nadelimpulse d gebildet (dritte Zeile in Fig. 3). Der steuerbare Oszillator 4
schwingt mit der doppelten Taktfrequenz 2T des DM-Signales (vierte Zeile in Fig.
3). Die PLL-Schaltung in Fig. 2 regelt nun so, daß die Impulse d sich um die abfallende
Flanke des Signales 2T gruppieren.
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An den Stelle a und b in Fig. 3 ist gezeigt, wie die Schaltung reagiert,
wenn eine Phasenabweichung in der einen und in der anderen Richtung auftritt: Jeweils
eine der Spannungen da und db erhält einen größeren Einbruch, während die jeweils
andere Spannung nahezu unbeeinflußt bleibt. Inder Praxis wird ein einzelner abweichender
Impuls kaum eine Wirkung ausüben.
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Es wird sich meist um eine Folge von Impulsen handeln, die auf der
einen oder anderen Seite neben der abfallenden Flanke des Signales 2T liegen. Dieses
führt zu verhältnismäßig tieffrequenten Wechselspamiungsteilen, die den Spannungen
da und db über3agert sind. Auf diese Wechselspannungen wird bei der Erläuterung
der Schaltung in Fig. 1 noch näher eingegangen.
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Das Ausgangssignal 2T des steuerbaren Oszillators 4 in Fig. 2 ist
an den Eingang eines Flip-Flops 14 gelegt, mittels dessen das Taktsignal-T gewonnen
wird, das an einer Ausgangsklemme 19 zur Verfügung steht. Das Flip-Flop muß hier
mit der ansteigenden
Flanke von 2T getriggert werden. Die den Flanken
des DM-Signales zugeordneten Nadelimpulse d stehen an einer Ausgangsklemme 18 zur
weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, fällt ein Nadelimpuls
in den Bereich des Taktsignales T, in dem dieses den Zustand H hat, wenn der Binärwert
"Eins übertragen werden soll, und in den Bereich L, wenn eine "Null" übertragen
wird. Die Impulse d dürfen von ihrer Mittellage zu dem Taktsignal T maximal um +
1/4 der Periodendauer des Taktes T abweichen, um noch richtig gedeutet werden zu
können. Bei gestörtem Signal können geringe Abweichungen von dieser optimalen Phaseneinstellung
bereits zu einer erheblichen Fehlerzunahme führen.
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Bei der Schaltung in Fig. 1 ist durch eine zusätzliche Maßnahme dafür
gesorgt, daß die Mittellage der Impulse d zu dem Taktsignal T wesentlich besser
eingehalten wird. Dadurch wird die Fehlerhäufigkeit bei der Auswertung des Datensignales
verringert. Der oberhalb der gestrichelten Linie 34 dargestellte Schaltung steil
entspricht der Schaltung gemäß Fig. 2 und ist auch mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Es wurde bereits bei der Erläuterung der Fig. 2 erwähnt, daß den Signalen
da und db tieffrequente Wechselspannungsteile überlagert sind. Der echselspannungsanteil
des Signales da wird mittels eines Kondensators 20 ausgekoppelt und einem Verstärker
26 zugeführt. Das Ausgangssignal am Ausgang des Verstärkers 26 Ua wird in einer
Gleichrichterschaltung 30,31 gleichgerichtet, so daß am Verbindungspunkt zwischen
der Diode 30 und dem Kondensator 31 eine dem Wechselspannungsanteil des Signals
da entsprechende Gleichspannung anliegt. Der Verstärker 26, der über einen Hochpaß
20,21 das Signal da erhält und mit einem Gegenkopplungsnetzwerk 27 versehen ist,
weist infolge seiner begrenzten Bandbreite eine Tiefpaß-Charakteristik auf, so daß
sich insgesamt ein Bandpaß ergibt. Entsprechend ist der Wechselspannungsanteil des
Signales db über einen Kondensator 22 einem Verstärker 24 mit Widerstand 23 und
Gegenkopplungsnetzwerk
25 zugeführt. Aus dem Ausgangssignal des
Verstärkers 24 ist wiederum mittels einer Gleichrichterschaltung 28,29 ein Gleichspannungssignal
gewonnen, welches dem Wechselspannungsanteil des Signales db entspricht.
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Die beiden so gewonnenen Gleichspannungen weisen zueinander entgegengesetzte
Polaritäten auf. Aus den beiden Gleichspannungen wird mittels Widerständen 32 und
33 ein mittleres Potential gewonnen, welches dem Diskriminator als Bezugsspannung
U2 am Schaltungspunkt 17 zugeführt wird.
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Während in Fig. 2 die Spannung U2 an einem Potentiometer 15 fest eingestellt
wurde, wird die Spannung U2 bei der Schaltung in Fig. 1 in Abhängigkeit von den
im Phasendiskriminator 3 auftretenden WechselspannuIÆssignalen verändert Ein Grundwert
für die Spannung U2 läßt sich an einem Potentiometer 34 eistellen, an dessen Abgriff
eine Spannung U1 abnehmbar ist.
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Die Spannung Ut gibt vor, welche Gleichspannungspotentiale sich am
Ausgang der Verstärker 24 und 26 einstellt. Das Potentiometer 34 wird so eingestellt,daß
diese Gleichspannungen mit der Spannung U2, dielsich im phasengeregelten Zustand
einstellt, übereinstimmen. Damit sind die an den Gleichrichtern erzeugten Spannungen
entgegengeseizt gleich groß, d.h. auch die Wechsel spannungen Ua und Ub müssen gleich
groß sein. Die Phasenabweichungsrichtungen a und b in Fig. 3 fallen also in Bezug
auf Größe der Abweichung und Häufigkeit gleich stark ins Gewicht. Wenn sich nun
infolge von Temperatureinflüssen, Alterung, geringen Frequenzabweichungen usw. etwas
an dieser optimalen Einstellung verändert, entstehen Unterschiede zwischen den Wechselspannungen
Ua und Ub. Bei genügender Verstärkung der Verstärker 24 und 26 führen bereits geringe
Abweichungen von dem Verhältnis Ua : Ub = 1 zur Erzeugung eines genügend großen
Regelspannungsanteils, um den Optimalzustand Ua = Ub weitgehend zu erhalten.
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In Fig. 4 ist gezeigt, in welcher Weise die Spannung U2 in Abhängigkeit
von den verschiedenen möglichen Wechselspannungsverhältnissen der Wechselspannungen
Ua und Ub von dem Grundwert U1 abweicht. In der linken Spalte in Fig. 4 ist angegeben,
welches Gewicht die beiden in Fig. 3 eingezeichneten möglichen Richtungen der Phasenabweichungen
a,b in den drei dargestellten Fällen haben. Jede Zeile in Fig. 4 entspricht einem
momentanen Zustand der Schaltung. Während t't jeweils unverändert bleibt, wird U2
größer als U1, wenn Ua größer als Ub ist. Dagegen wird umgekehrt, wie in der letzten
Zeile in Fig. 4 gezeigt, U2 kleiner als Ul, wenn Ub gegenüber Ua überwiegt. Es stellt
sich durch dieses Regelverhalten die angestrebte günstigste Phaseneinstellung ein,
bei der gemäß der mittleren Zeile in Fig. 4 die Wechselspannungsanteile Ua und Ub
und damit auch die Phasenabweichungen gemäß Fall a bzw. b gleiches Gewicht haben.
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Gleich große ntechselspannungsanteile in den Signalen da und db des
Phasendiskriminators 3 bedeuten, daß die Flanken des Datensignales (Impulse d) im
Mittel symmetrisch zur Flanke des Ausgangssignales 2T des steuerbaren Oszillators
4 liegen, womit das angestrebte Ziel erreicht ist Die beschriebene automatische
Nachregelung der Grundfrequenz des steuerbaren Oszillators 4 sorgt nicht nur für
die Einhaltung optimaler phasenverhältnisse zwischen dem ankommenden Datensignal
DM und dem regenerierten Takt T, sondern vergrößert auch den Fang- und Haltebereich
der PLL-Schaltung insgesamt in erheblichem Maße.
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