DE3014923C2 - Circuit for increasing the capture range of a capture circuit for the control loop of a phase-controlled oscillator - Google Patents
Circuit for increasing the capture range of a capture circuit for the control loop of a phase-controlled oscillatorInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Schaätung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a Schaätung according to the preamble of the main claim.
Eine Schaltung dieser Art ist bekannt (DE-OS 36 132). Die Schleif en verstärkung für die Differenzfrequenz zwischen Referenzfrequenz und momentaner Oszillatorfrequenz ist bei der bekannten Schaltung vom augenblicklichen Aussteuerungswert der durch die Mitkopplung gewonnenen Suchwobbelschwingung abhängig und somit nicht konstant. Auch die Wobbeigeschwindigkeit ist bei der bekannten Schaltung nicht konstant, sondern folgt näherungsweise einer Sinusfunktion. Die bekannte Schaltung erreicht aus diesem .Grunde nicht die Fanggeschwindigkeit, wie sie bei anderen bekannten Fangschaltungen dieser Art mit konstanter Wobbelgeschwindigkeit möglich ist, beispielsweise mit einer Fangschaltung, die einen gesonderten an- und abschaltbaren Sägezahngenerator aufweist (DE-AS= 12 66 344). Darüber hinaus ist bei dieser bekannten Schaltung die Einstellung der Mitkopplung sehr kritisch, und es ist schwierig, einen definierten Fangbereich einzustellen. Damit ist es auch schwierig, sicherzustellen, daß nur auf solche Oberschwingungen synchronisiert wird, die am Ausgang der Phasenvergleichsschaltung eine vorbestimmte Steuerspannung abgeben. Weiterhin ist es schwierig, festzulegen, bei welcher Oszillatorverstimmungsrichtung der Fangvorgang eintrittA circuit of this type is known (DE-OS 36 132). The loop gain for the difference frequency between the reference frequency and the instantaneous oscillator frequency is in the known circuit from the instantaneous modulation value of the search wobble oscillation obtained by the positive feedback and therefore not constant. The wobble speed is also not in the known circuit constant, but approximately follows a sine function. The known circuit achieves from this .Do not base the fishing speed as it is at other known capture circuits of this type with constant wobble speed is possible, for example with a flying restart circuit that has a separate sawtooth generator that can be switched on and off (DE-AS = 12 66 344). In addition, in this known circuit, the setting of the positive feedback very critical and it is difficult to set a defined capture range. So it is difficult to ensure that only those harmonics that occur at the output of the Phase comparison circuit output a predetermined control voltage. Furthermore, it is difficult to determine at which oscillator detuning direction the capture process occurs
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches so weiterzubilden, daß sie trotz einfachen Aufbaus und einfacher Einstellmöglichkeit die an sich bekannten Vorteile einer konstanten Wobbelgesehwindigkeit aufweistIt is the object of the invention to develop a circuit according to the preamble of the main claim so that that despite the simple structure and easy adjustment, the known advantages of a has constant sweep speed
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches, durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on a circuit according to the preamble of the main claim, through the characteristic features solved. Advantageous further developments result from the subclaims.
Die erfindungsgemäße Schaltung vereinigt in sich die Vorteile einer bekannten Schaltung der eingangs erwähnten Art, bei welcher durch eine Mitkopplung unmittelbar in der Regelschleife die Suchlauf-Wobbelspannung erzeugt wird, mit den Eigenschaften der anderen bekannten Fangschaltungen, bei denen ein gesonderter Sägezahn- oder Dreieck-Spannungsgenerator vorgesehen ist. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Gegenkopplungskreis wird nämlich erreicht, daß beim Überschreiten eines vorbestimmten Wertes des Mitkopplungsstromes die Gegenkopplung wirksam wird und damit der Rückkopplungsstrom auf einen annähernd konstanten Wert begrenzt wird. Eine erfindungsgemäße Schaltung weist also näherungsweise eine konstante Schleifenverstärkung und eine konstante Wobbeigeschwindigkeit auf, die Suchwobbelschwingung ist also eine Dreieck- oder Sägezahnspannung. Damit ist eine erfindungsgemäße Schaltung der zuerst erwähnten bekannten Art (DE-OS 23 36 132) bezüglich Aufbau und Einstellung des Mitkopplungskreises sehr einfach und unkritisch, es sind keine aufwendigen Einstellungen der Mitkopplung nötig, die Mitkopplung ist außerdem frequenzunabhängig. Vor allem aber besitzt die erfindungsgemäße Schaltung eine hohe Fanggeschwindigkeit. Gegenüber der anderen bekannten Art von Fangschaltungen mit gesondertem Sägezahngenerator (DE-AS 12 66 344) besitzt die erfindungsgemäße Schaltung den Vorteil eines wesentlich einfacheren und preiswerteren Aufbaus, sie kann auch wesentlich schneller angehalten werden.The circuit according to the invention combines the advantages of a known circuit from the introduction mentioned type, in which the search run wobble voltage directly in the control loop through a positive feedback is generated, with the properties of the other known catch circuits, in which a separate sawtooth or triangle voltage generator is provided. By the invention provided additional negative feedback circuit is achieved that when a predetermined value of the positive feedback current the negative feedback becomes effective and thus the feedback current is limited to an approximately constant value. A circuit according to the invention has thus approximately a constant loop gain and a constant wobble speed, the search wobble is therefore a triangular or sawtooth voltage. This is an inventive Circuit of the first mentioned known type (DE-OS 23 36 132) with regard to the structure and setting of the Positive feedback circuit is very simple and uncritical, there are no complex feedback settings necessary, the positive feedback is also independent of frequency. Above all, however, has the inventive Circuit a high catching speed. Compared to the other known type of catch circuits with separate sawtooth generator (DE-AS 12 66 344), the circuit according to the invention has the advantage of a much simpler and cheaper structure, it can also be stopped much faster will.
Bei Fangschaltungen mit gesondertem Sägezahngenerator (DE-AS 12 66 344) ist es an sich bekannt, zum Abkoppeln des Sägezahngenerators vom Regelkreis Schwellwert-Schaltelemente beispielsweise in Form von antiparallelgeschalteten Dioden zwischen Wobbelgfinerator und Regelkreis einzuschalten. Ferner ist es zum schnellen Fangen und Unterdrücken eines schnellen Nachregelns bekannt, die Schleifen-Grenzfrequenz durch zwischengeschaltete Schwellwert-Schaltelemente herabzusetzen (US-PS 39 80 969). Diese bekannten Schaltungen mit Schwellwert-Schaltelementen sind jedoch nicht unmittelbar mit der erfindungsgemäßenWhen catching circuits with a separate sawtooth generator (DE-AS 12 66 344), it is known to Decoupling the sawtooth generator from the control circuit, for example in the form of threshold value switching elements of anti-parallel connected diodes between wobble finer and switch on the control loop. It is also used for catching and suppressing a fast one Adjustment is known, the loop limit frequency through interposed threshold value switching elements reduce (US-PS 39 80 969). These are known circuits with threshold value switching elements but not directly with the invention
Gegenkopplung vergleichbar.Comparable negative feedback.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsßeispielen näher erläutertThe invention is illustrated in the following with the aid of a schematic Drawings of two exemplary embodiments explained in more detail
F i g. 1 zeigt einen phasengeregelten Oszillator 1, dessen Ausgangsspannung dem einen E.ngang einer Phasenvergleichsschaltung 2 zugeführt wird. Dem anderen Eingang dieser Phasenvergleichsschaltung 2 wird die Referenzfrequenz fr zugeführt Die Ausgangsspannung dieser Phasenvergleichsschaltung wird dem einen Eingang 11 eines Differenzverstärkers 3 zugeführt dessen Ausgang in üblicher Weise über einen Tiefpaß 4 mit dem Steuereingang des Oszillators 1 verbunden istF i g. 1 shows a phase-regulated oscillator 1, the output voltage of which is fed to one input of a phase comparison circuit 2. The other input of this phase comparison circuit 2 is supplied with the reference frequency f r
Die Ausgangsspannung U des Differenzverstärkers 3 ist ferner über einen Kondensator 5 und einen Widerstand 6 im mitkoppelnden Sinne an den Mitkopplungs-Eingang II zurückgeführt und zwar wird die am Widerstand 6 entstehende Mitkopplungsspannung über ein Summierglied 17 unmittelbar der Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung 2 zugesetzt. Gleichzeitig ist durch einen Gegenkopplungskreis, der vom Kondensator 5 zum Gegenkopplungs-Eingang 12 des Verstärkers 3 führt dafür gesorgt, daß der durch den Kondensator 5 fließende Mitkopplungsstrom /konstant bleibt. Der Gegenkopplungskreis wird dann wirksam, wenn der Mitkopplungsstrom / einen vorgegebenen Wert überschreitet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind parallel an den Widerstand 6 zwei Spannungsbegrenzer 7 bzw. 8 angeschaltet, beispielsweise Halbleiterdioden, welche die Eigenschaft aufweisen, ab einem bestimmten Spannungsschwellwert leitend zu werden. Überschreitet die dem Mitkopplungsstrom / proportionale Spannung am Widerstand 6 den durch die Spannungsbegrenzer 7 bzw. 8 bestimmten Schwellwert, so wird je nach Polarität dieser Spannung der eine oder der andere der beiden antiparallel geschalteten Spannungsbegrenzer 7 bzw. 8 leitend, und dadurch wird dem Gegenkopplungseingang 12 des Verstärkers 3, mit welchem diese Spannungsbegrenzer 7, 8 verbunden sind, eine Gegenkopplungsspannung zugeführt, die sich der Mitkopplung überlagert. Die Mitkopplung wird also durch diese Gegenkopplung kompensiert und so der Mitkopplungsstrom /konstant gehalten, selbst wenn die Ausgangsspannung LJ des Verstärkers 3 wie gewünscht ansteigt. Die dargestellte Schaltung unter Verwendung von Spannungsbegrenzern 7 bzw. 8 ist nur eine besonders einfache Möglichkeit für diesen Aufbau des Gegenkopplungskreises. Es könnten auch unmittelbar Schaltelemente zwischen Mitkopplungskreis und Gegenkopplungseingang 12 geschaltet werden, welche die Eigenschaft aufweisen, leitend zu werden, wenn der Mitkopplungsstrom einen vorgegebenen Wert überschreitet. Hierfür wären beispielsweise übliche F.eldeffekttransistoren geeignetThe output voltage U of the differential amplifier 3 is also fed back to the positive feedback input II via a capacitor 5 and a resistor 6, namely the positive feedback voltage generated at the resistor 6 is added directly to the output voltage of the phase comparison circuit 2 via a summing element 17. At the same time, a negative feedback circuit which leads from the capacitor 5 to the negative feedback input 12 of the amplifier 3 ensures that the positive feedback current flowing through the capacitor 5 remains constant. The negative feedback circuit becomes effective when the positive feedback current / exceeds a specified value. In the exemplary embodiment shown, two voltage limiters 7 and 8 are connected in parallel to the resistor 6, for example semiconductor diodes which have the property of becoming conductive above a certain voltage threshold value. If the voltage at the resistor 6, which is proportional to the positive feedback current, exceeds the threshold value determined by the voltage limiters 7 or 8, one or the other of the two voltage limiters 7 or 8 connected in anti-parallel becomes conductive, depending on the polarity of this voltage, and the negative feedback input 12 becomes of the amplifier 3, to which these voltage limiters 7, 8 are connected, a negative feedback voltage is supplied which is superimposed on the positive feedback. The positive feedback is thus compensated by this negative feedback and the positive feedback current / is kept constant, even if the output voltage LJ of the amplifier 3 increases as desired. The circuit shown using voltage limiters 7 and 8 is only a particularly simple possibility for this construction of the negative feedback circuit. Switching elements could also be connected directly between the positive feedback circuit and negative feedback input 12, which have the property of becoming conductive when the positive feedback current exceeds a predetermined value. Conventional field effect transistors, for example, would be suitable for this
Wenn die Ausgangsspannung U des Verstärkers 3 den maximal bzw. minimal möglichen Wert, also die Aussteuergrenzen des Verstärkers, erreicht, setzt die Mitkopplung aus. Um die Mitkopplung erneut einsetzen zu lassen, muß der Verstärker wieder in seinen wirksamen Arbeitsbereich zurückgesteuert werden. Wenn die Verstärkung des Verstärkers 3 klein ist, wird dies im allgemeinen von selbst erreicht werden. Vorzugsweise ist jedoch noch ein zusätzlicher Gegenkopplungskreis vorgesehen, der sicherstellt, daß dann, wenn die Ausgangsspannung U ihre obere Aussteuererenze überschreitet, an den Gegenkopplungseingang 12 des Verstärkers eine positive Spannung und dann, wenn die Ausgangsspannung ihre untere Aussteuergrenze unterschreitet an diesen Gegenkopplungseingang 12 eine negative Spannung angelegt wird. Dies wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einfach durch einen entsprechend hochchmigen Gegenkopplungswiderstand 13 erreichtWhen the output voltage U of the amplifier 3 reaches the maximum or minimum possible value, that is to say the control limits of the amplifier, the positive feedback stops. In order to use the positive feedback again, the amplifier must be controlled back into its effective working range. If the gain of the amplifier 3 is small, this will generally be achieved by itself. However, an additional negative feedback circuit is preferably provided, which ensures that when the output voltage U exceeds its upper control limit, a positive voltage is applied to negative feedback input 12 of the amplifier and, when the output voltage falls below its lower control limit, negative voltage is applied to negative feedback input 12 is created. In the exemplary embodiment shown, this is achieved simply by means of a correspondingly high-viscosity negative feedback resistor 13
Die geschilderte Mitkopplung mit Rücksteuerung des Verstärkers in den Arbeitsbereich bei Erreichen der Aussteuerungsgrenzen der Verstärkei-ausgangsspannung LJ bewirkt bei Nutzung von zwei entgegengesetzt gepolten Spannungsbegrenzern 7, 8 eine dreieckförmige Ausgangsspannung t/am Ausgang des Verstärkers 3. Diese Dreieckspannung wird so lange dem Steuereingang des Oszillators 1 zugeführt bis die Regelschleife fängt, und damit am Ausgang der Phasenvergleichsschpjtung 2 eine entsprechend hohe Steuerspannung entsteht Durch die Verknüpfung zwischen Mitkopplungsspannung und Steuerspannung der Phasenvergleichsstufe 2 wird erreicht daß die Phasenregelschleife erst fängt wenn die Amplitude der Ausgangsspannung der Phasenvergleichsstufe 2 den Wert der über den Widerstand r zugeführten Mitkopplungsspannung übersteigt In letzterem Fall wird die Mitkopplung unterbunden, und damit der Oszillator 1 auf die vorbestimmte Frequenz festgelegtThe described positive feedback with feedback control of the amplifier into the working range when the control limits of the amplifier output voltage LJ are reached causes a triangular output voltage t / at the output of amplifier 3 when using two oppositely polarized voltage limiters 7, 8. This triangular voltage is the control input of the oscillator for as long 1 until the control loop starts, and thus a correspondingly high control voltage arises at the output of phase comparison stage 2 The link between positive feedback voltage and control voltage of phase comparison stage 2 ensures that the phase locked loop only starts when the amplitude of the output voltage of phase comparison stage 2 equals the value of the resistor r exceeds the feed-forward voltage. In the latter case, the feed-forward is suppressed, and the oscillator 1 is thus set to the predetermined frequency
Die Spannungsdifferenz an den beiden Eingängen 11 und 12 des Verstärkers 3 wird durch die Widerstände 9 und 10 begrenzt Hierdurch wird erreicht, daß der Verstärker 3 nicht übersteuert wird und auf die Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung 2 mit Sicherheit anspricht.The voltage difference at the two inputs 11 and 12 of the amplifier 3 is limited by the resistors 9 and 10. This achieves that the Amplifier 3 is not overdriven and on the output voltage of the phase comparison circuit 2 certainly appeals.
Wird einer der Spannungsbegrenzer 7 oder 8 v/eggelassen oder statt an den Eingang 12 unmittelbar an Masse gelegt, so wird anstelle einer dreieckförmigen Ausgangsspannung LJ eine Sägezahnspannung erzielt, da in diesem Fall dann die Gegenkopplung in der einen Richtung entfällt.If one of the voltage limiters 7 or 8 is omitted or is connected directly to ground instead of the input 12, a sawtooth voltage is achieved instead of a triangular output voltage LJ , since in this case there is no negative feedback in one direction.
F i g. 2 zeigt eine besonders einfache Art: der additiven Überlagerung zwischen der Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung und dem Mitkopplungskreis. Hierbei kann das Summierglied 17 entfallen. Als Phasenvergleichsschaltung wird ein bekannter Ringmischer verwendet, der einen massefreien Steuerspannungsausgang 14, 15 aufweist. Auf diese Weise kann die additive Überlagerung der Rückkopplungsspannung mit der eigentllichen Steuerspannung einfach dadurch erreicht werden, daß der Widerstand 6 des Rückkopplungskreises mit der einen Anschlußklemme 15 und die andere Anschlußklemme 14 dieses Ringmischer-Ausganges mit dem Mitkopplungseingang 11 des Verstärkers 3 verbunden wird.F i g. 2 shows a particularly simple type: the additive superposition between the output voltage the phase comparison circuit and the positive feedback circuit. The summing element 17 can be omitted here. A known ring mixer, which has a floating control voltage output, is used as the phase comparison circuit 14, 15 has. In this way, the additive superimposition of the feedback voltage with the actual control voltage can be carried out easily can be achieved in that the resistor 6 of the feedback circuit with one terminal 15 and the other terminal 14 of this ring mixer output with the positive feedback input 11 of the Amplifier 3 is connected.
Da bei der Schaltung die Phasenregelschleife nicht fängt, solange die Amplitude der Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung 2 kleiner ist als die am Widerstand 9 entstehende Rückkopplungsspannung, kann mit dieser Schaltung das Fangen unerwünschter Oberschwingungen auf einfache Weise verhindert werden, da diese Oberschwingungen im allgemeinen ja geringere Ausgangsspannungen liefern.Since the phase-locked loop does not catch on in the circuit, as long as the amplitude of the output voltage of the Phase comparison circuit 2 is smaller than the feedback voltage generated at resistor 9, this circuit can be used to prevent undesired harmonics from being caught in a simple manner since these harmonics generally deliver lower output voltages.
Die dreieckförmig oder sägezahnförmig ansteigende Ausgangsspannung des Verstärkers 3 ermöglicht es auch auf einfache Weise durch eine einfache Zusatzschaltung, daß immer nur die erste von mehreren in einem vorbestimmten Frequenzbereich auftretenden Oszillatorfrequenzen gefangen wird, beispielsweise also die höchste oder tiefste Frequenz von zwei oder mehr in einem vorbestimmten Wobbeibereich möglichen Fre-The triangular or sawtooth increasing output voltage of the amplifier 3 makes it possible also in a simple way by a simple additional circuit that always only the first of several in a predetermined frequency range occurring oscillator frequencies is caught, for example the highest or lowest frequency of two or more frequencies possible in a predetermined wobble range
quenzen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Referenzfrequenz /j- oder die Oszilllatorfrequenz f anfangs so lange von der Phasenvergleichsschaltung 2 abzuschalten, bis die gewünschte Dreieck- oder Sägezahnspannung erzeugt wird. Dann wird über eine geeignete Verknüpfungsschaltung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung U des Verstärkers 3 die Referenzfrequenz fr oder die Oszillatorfrequenz f im oberen oder unteren Umkehrpunkt der Dreieck- oder Sägezahnspannung U angeschaltet, und damit ist sichergestellt, daß auch tatsächlich immer nur die erste mögliche Frequenz gefangen wird. Besonders vorteil-sequence. For this it is only necessary to initially switch off the reference frequency / j or the oscillator frequency f from the phase comparison circuit 2 until the desired triangular or sawtooth voltage is generated. Then the reference frequency f r or the oscillator frequency f in the upper or lower reversal point of the triangular or sawtooth voltage U is switched on via a suitable logic circuit, depending on the output voltage U of the amplifier 3, and this ensures that only the first possible frequency is actually always used is caught. Particularly advantageous
haft ist dies im Zusammenhang mit einer Sägezahnspannung, da in diesem Fall auf einfache Weise in Abhängigkeit von der Sägezahnrückflanke das Anschalten der Referenzfrequenz bzw. der Oszillatorfrequenz gesteuert werden kann.this is liable in connection with a sawtooth voltage, since in this case in a simple way Switching on the reference frequency or the oscillator frequency as a function of the sawtooth trailing edge can be controlled.
Zur Verbesserung der Rausch- und Stabilitätseigenschaften der Schaltung ist es noch vorteilhaft, parallel zum Widerstand 9 einen Kondensator 16 zu schalten. Damit kann auch die minimale Haltespannung, und damit nicht nur das Fangen, sondern auch das Festhalten unerwünschter Oberschwingungen definiert verhindert werden.To improve the noise and stability properties of the circuit, it is also advantageous to use parallel to connect a capacitor 16 to the resistor 9. This also allows the minimum holding voltage, and so that not only catching, but also the retention of undesired harmonics is prevented in a defined manner will.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE3014923A DE3014923C2 (en) | 1980-04-18 | 1980-04-18 | Circuit for increasing the capture range of a capture circuit for the control loop of a phase-controlled oscillator |
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