DE3026715A1

DE3026715A1 - Phasenvergleichsschaltung

Info

Publication number: DE3026715A1
Application number: DE19803026715
Authority: DE
Inventors: Jacob De Boer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1981-02-19
Also published as: NL7905540A; CA1152581A; US4358736A; GB2054298B; FR2461957B1; JPS644373B2; FR2461957A1; GB2054298A; JPS5617518A; DE3026715C2

Description

R. V. Philips' 6lGeiIamp3niabrie!:en; "Eindhoven 302 6

1^-2-1980 Q₁ PHN 9539

Phas enverglexchs s chaltung.

Die Erfindung betrifft eine Phasenvergleichs— schaltung mit einem ersten Eingang zum Empfangen einer ersten Impulsfolge, mit einem zweiten Eingang zum Empfangen einer zweiten Impulsfolge, mit einem Sägezahngenerator und.

einer ersten Abtastschaltung zum Abtasten des Signals an einem Ausgang des Sägezahngenerators bei dem Befehl der Impulse der ersten Impulsfolge.

Bei einer derartigen aus bekannten Phasenvergleichsschaltung starten jeweils die Impulse der zwei— ten Impulsfolge den Sägezahngenerator. Ein nach einem Impuls aus der zweiten Impulsfolge jeweils auftretender Impuls aus der ersten Impulsfolge tastet das Ausgangssignal des Sägezahngenerators ab und der gewonnene Abtastwert ist ein Mass für die Phasendifferenz zwischen beiden Impulsen.

Um auch die Phasendifferenz mit voreilenden Impulsen aus der ersten Impulsfolge (negative Phase) bestimmen zu können, werden die Impulse der ersten Impulsfolge um eine Dauer entsprechend der Hälfte der Periodendauer der zweiten Impulsfolge verzögert der ersten Abtastschaltung zugeführt.

Bei einer Phasendifferenz gleich 0 entspricht dann der von der ersten Abtastschaltung gewonnene Abtastwert dem Wert des vom Sägezahngenerator erzeugten Sägezahns auf der Hälfte der Periodendauer dieses Sägezahn.

Die dieser bekannten Phasenvergleichsschaltung anhaftenden Nachteile bestehen darin, dass die Genauigkeit der Phasendetektion von Phasendifferenzen um Null herum durch die gegenseitige Gleichheit der erwähnten Verzögerung und der Halbperiode des Sägezahns bestimmt wird und dass bei der Verwendung einer festen Verzögerung die Phasenvergleichsschaltung nur für eine einzige bestimmte Frequenz der Impulsfolgen geeignet ist, weil Abweichungen in dieser Frequenz einen Verlauf des erwähnten Werts der gewonnenen Abtastwerte bei einer Phasendifferenz gleich Null zur

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Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

eine Phasenvergleichsschaltung der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit einer guten Genauigkeit: der Phasendetektion um Null herum, und diese Aufgabe -wird durch eine zweite Abtastschaltung zum Abtasten des Signals am Ausgang des Sägezahngenerators bei einem Befehl der Impulse der zweiten Impulsfolge, durch eine Schaltung zur Bestimmung der Differenz zwischen den von der ersten und zweiten Abtastschaltung abgenommenen Abtastwerten und durch Mittel zur Kopplung der Phase des Sägezahngenerators mit der Phase der zweiten Impulsfolge gelöst.

Da bei einer Phasendifferenz gleich Null beide Abtastschaltungen gleichzeitig eine gleiche Probe nehmen, ist die Differenz zwischen diesen Abtastwerten gleich Null. Dieser Nullwert wird vom Verlauf der Amplitude des Sägezahns nicht beeinflusst. Ein Verlauf der Amplitude des Sägezahns beeinflusst nur verhältnismässig den Fehler in der Phasenvergleichung, weil dieser Fehler der Phasendifferenz proportional ist.

Zum Aufrechterhalten eines maximalen Bereichs der Phasenvergleichung in beiden Richtungen (positive und negative Phasendifferenz) und auch zur Verwirklichung der erwähnten Kopplung kann die erfindungsgemässe Phasenvergleichsschaltung dadurch näher gekennzeichnet werden, dass der Sägezahngenerator vom Ausgangssignal der zweiten Abtastschaltung hinsichtlich der Wiederholungsfrequenz durch die Verriegelung der Phase des Sägezahngenerators mit der Phase der zweiten Impulsfolge gesteuert wird.

Hierdurch kann erreicht werden, dass die Impulse der zweiten Impulsfolge nahezu auf der Hälfte der Periode des Sägezahns auftreten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine bekannte Phasenvergleichsschaltung, Fig. 2 eine erfindungsgemässe Phasenvergleichsschaltung, und

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Pig. 3 einige Signalformen zur Erläuterung der Wirkung der Schaltung nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist die obengenannte, bekannte

Phasenvergleichsschaltung dargestellt. Sie hat einen ersten Eingang 1 und einen zweiten Eingang 2 zum Empfang einer ersten (V.) bzw. zweiten (V_) Impulsfolge. In einem Motorregelsystem kann beispielsweise die Impulsfolge V_n eine

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Referenzimpulsfolge und die Impulsfolge V. eine von einem Tachogenerator herrührende Impulsfolge sein. Der Eingang ist mit einem Sägezahngenerator 3 verbunden, der beim Auftreten eines Impulses am Eingang 2 jeweils rückgestellt wird. Der Eingang 1 ist über ein Verzögerungsnetz 6, das eine Verzögerung gleich der Hälfte der Nennperiodendauer des Sägezahns V_c am Ausgang des Sägezahngenerators 3 bewirkt, mit dem Steuereingang eines (elektronischen) Schalters h verbunden, der beim Auftreten eines Impulses einen Abtastkondensator 5 jeweils mit dem Ausgang des Sägezahngenerators 3 verbindet. Die Spannung am Kondensator 5 kann an einem Ausgang 7 abgegriffen werden.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist wie folgt. Ein am Eingang 2 auftretender Impuls aus der Impulsfolge V_ startet die Erzeugung eines Sägezahns. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt durch das Auftreten eines Impulses aus der Impulsfolge V. der Schalter k kurzzeitig geschlossen wird, gleicht sich die Spannung am Kondensator 5 und somit am Ausgang 7 an den Wert des Sägezahns zu diesem Zeitpunkt an. Dieser Wert ist der Zeitdifferenz zwischen dem Startzeitpunkt dieses Sägezahns und dem Abtastzeitpunkt des Sägezahns linear proportional.

Diese Zeitdifferenz weniger der Verzögerung des Netzes 6 ist der Phasendifferenz zwischen den Impulsfolgen V. und Vg proportional, wobei bei einer Phasendifferenz gleich Null der Wert des Sägezahns auf der Hälfte der Periodendauer abgetastet wird, falls dabei die Verzögerung des Netzes 6 der Hälfte der Periodendauer entspricht.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Phasenvergleichsschaltung dargestellt. Im Gegensatz zum Vorgang bei der Schaltung nach Fig. 1

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steuert nicht die Impulsfolge V_ den Sägezahngenerator 3> sondern ein Oszillator 11. Es ist dabei auch möglich, einen selbstschwingenden Sägezahngenerator zu verwenden. Weiter enthält die Schaltung in Fig. 2 im Vergleich zu der nach Fig. 1 eine zweite Abtastschaltung mit einem Abtastkondensator 9 und einem Schalter 8 zwischen diesem Kondensator 9 und dem Sägezahngenerator 3· Dieser Schalter 8 wird bei einem Befehl der Impulse der Impulsfolge V„ jeweils kurzzeitig geschlossen. Die beiden Abtastkondensatoren 5 und sind über einen Differenzverstärker 10 mit dem Ausgang 7 verbunden.

Zur Erläuterung der Wirkung der Phasenvergleichsschaltung nach Fig. 2 sind in Fig. 3 der Verlauf der Ausgangsspannung V„ des Sägezahngenerators 3 ^als Funktion der Zeit, ein Beispiel der Impulsfolge V. am Eingang 1 und ein Beispiel der Impulsfolge V_ am Eingang 2 dargestellt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt t₁ startet eine Periode des Sägezahns V^. Zum Zeitpunkt t tritt ein Impuls im Signal V. am Eingang 1 auf und der Kondensator lädt sich auf die Spannung V„ auf, die zu diesem Zeitpunkt der Sägezahn V_c hat. Zum Zeitpunkt t tritt ein Impuls im Signal V_ am Eingang 2 auf und der Kondensator 9 lädt sich auf die Spannung V₁ auf, die der Sägezahn V„ zu diesem

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Zeitpunkt t hat. Die Spannung am Ausgang 7 gleicht sich dadurch an A (V_ -V₁), worin A der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 10 ist. Diese Spannung ist ein Mass für die Differenz t„ - t„ und somit für die Phasendifferenz zwischen den beiden Impulsfolgen V. und V_R. Die Schaltung detektiert weiter noch Phasendifferenzen in der anderen Richtung, wie in der Fig. 3 veranschaulicht, in der zum Zeitpunkt t. ein Impuls in der Impulsfolge V- und danach zum Zeitpunkt t ein Impuls in der Impulsfolge V. auftritt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 gleicht sich zum Zeitpunkt t_r an A (V - V₀) an.

Die Amplitude des Sägezahns beeinflusst die Phasendetektion nur relativ. Bei einer Phasendifferenz gleich Null laden sich die beiden Kondensatoren 5 und 9 auf die gleiche Spannung auf und beträgt die Ausgangs-

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spannung des Verstärkers 10 also Null Volt ungeachtet der Amplitude des Sägezahns V_g.

Die Schaltung ist auch gegenüber einem Ausfall von Impulsen aus den Impulsfolgen V. und V_ relativ unemp— findlich, weil der zugeordnete Abtastkondensator 5 bzw. dabei die zuletzt gemessene Spannung beibehält.

Zu den Zeitpunkten t„, t und t,- ist das Auftreten von Impulsen aus der Impulsfolge V. stets halbwegs der Periode des Sägezahns V„ gewählt. Wenn dies nicht der Fall ist, wie zu den Zeitpunkten t und t„ dargestellt, wird der Bereich, in dem die Phasendifferenz mit Impulsen aus der Impulsfolge V fehlerfrei bestimmt werden kann, nach einer der beiden Richtungen (positiv oder negativ) verkleinert. Um dies zu verhindern, ist der Oszillator ein spannungsgesteuerter Oszillator, der in stabilisierendem Sinne über einen Verstärker 12 mit der Spannung am Kondensator 5 gesteuert wird. Steigt die Spannung am Kondensator 5 an, was dadurch verursacht wird, dass die Impulse aus der Impulsfolge V. nach der ersten Hälfte der Periodendauer der Sägezahns V_c auftreten, so sinkt die Steuerspannung zum Oszillator 11 und damit die Wiederholungsfrequenz des Sägezahns V₀ und vergrössert sich die Periodendauer des Sägezahns. Bei einem Abfall der Spannung am Kondensator 5 erfolgt das Umgekehrte. Auf diese Weise wird der Sägezahngenerator 3 ^so gesteuert, dass sich die Mitten der Perioden des Sägezahns V_c mit den Impulsen der Impuls— folge V. decken. Hierdurch läuft auch die Wiederholungs— frequenz des Sägezahns V₀ mit der Wiederholungsfrequenz der Impulsfolge V. mit. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, den Sägezahngenerator 3 vom Eingang 1 aus jeweils mit verzögerten Impulsen aus der Impulsfolge V. zu starten, wodurch die Phase des Sägezahngenerators ebenfalls in gewissem Sinne mit der Phase der Impulsfolge V. gekoppelt ist.

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Claims

14-2-1980 PHN 9539 PATENTANS PRUCHE:

1./ Phasenvergleichsschaltung mit einem ersten

Eingang zum Empfangen einer ersten Impulsfolge, mit einem zweiten Eingang zum Empfangen einer zweiten Impulsfolge, mit einem Sägezahngenerator und mit einer ersten Abtastschaltung zum Abtasten des Signals an einem Ausgang des Sägezahngenerators bei einem Befehl der Impulse der ersten Impulsfolge, gekennzeichnet durch eine zweite Abtastschaltung zum Abtasten des Signals am Ausgang des Sägezahngenerators (3) bei einem Befehl der Impulse der zweiten Impulsfolge, durch eine Schaltung (1O) zur Differenzbestimmung zwischen den von der ersten und von der zweiten Abtastschaltung gewonnenen Abtastwerten und durch Mittel zum Koppeln der Phase des Sägezahngenerators (3) mit der Phase der zweiten Impulsfolge.

2. Phasenvergleichsschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal der zweiten Abtastschaltung hinsichtlich der ¥iederholungsfrequenz den Sägezahngenerator (3) zum Verriegeln der Phase des Sägezahngenerators mit der Phase der zweiten Impulsfolge gesteuert.

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