DE3040380C2

DE3040380C2 - Arrangement for frequency detection

Info

Publication number: DE3040380C2
Application number: DE19803040380
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing.(grad.) 8510 Fürth Kaminski
Original assignee: Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg De GmbH; Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Priority date: 1980-10-25
Filing date: 1980-10-25
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE3040380A1

Description

und mit folgenden kennzeichnenden Merkmalenand with the following characteristic features

2525th

D. das Eingangssignal wird durch einen Impulsformer (3) in eine recbieckförmige Schwingung umgeformt, die auf zwei parallel liegende Leitungszweige geleitet wird,D. The input signal is converted into a rectangular oscillation by a pulse shaper (3) formed, which is routed to two parallel branches,

E der Schalter in jedem Leitungszweig ist als steuerbarer Umschalter (5a, 5b) ausgebildet und verbindet den Eingang des zugehörigen Tiefpasses (8a, 9a, Ha, 12\i bzw. 86, 9b, Ub, YIb) entweder mit dem Ausgang des Impulsformers (3) oder dem Ausgang s ^:nes Inverters (4), der das Ausgangssignal des Impulsformers (3) invertiert,E the switch in each branch of the line is designed as a controllable changeover switch (5a, 5b) and connects the input of the associated low-pass filter (8a, 9a, Ha, 12 \ i or 86, 9b, Ub, YIb) either to the output of the pulse shaper ( 3) or the output s ^: nes inverter (4), which inverts the output signal of the pulse shaper (3),

F. die Widerstände der ÄC-Tiefpässe sind als geschaltete Kondensatoren (8a, 9s, Sb, 9b) ausgebildet,F. the resistors of the ÄC low-pass filters are designed as switched capacitors (8a, 9s, Sb, 9b) ,

G. der Ausgang eines jeden ÄC-Tiefpasses führt an je zwei Vergleicher (16a, 17a, \Sb, Mb) von denen der eine eine binäre 1 an einen Eingang des ODER-Gatters (18) abgibt, wenn die Ausgangsspannung des Tiefpasses eine erste Vergleichsspannung U₊ überschreitet und der andere eine binäre I an einen weiteren Eingang des ODER-Gatters (18) abgibt, wenn die Ausgangsspannung eine zweite Vergleichsspannung U- unterschreitet.G. the output of each ÄC low pass leads to two comparators (16a, 17a, \ Sb, Mb), one of which outputs a binary 1 to an input of the OR gate (18) when the output voltage of the low pass is a first Comparison voltage U ₊ exceeds and the other outputs a binary I to a further input of the OR gate (18) when the output voltage falls below a second comparison voltage U-.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel, um den die beiden Steuersignale zum Schalten der Umschalter (5a, 6b) gegeneinander verschoben sind, 90° beträgt.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the phase angle by which the two control signals for switching the changeover switches (5a, 6b) are shifted from one another is 90 °.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichet, daß die Spannung U+ höchstens so groß ist wie der größere und die Spannung U-mindestens so groß ist wie der größere und die Spannung U- mindestens so groß ist wie der «> kleinere der beiden Spannungswerte, die gleichzeitig an den Ausgängen (13a, \3b) der Tiefpässe von den beiden phasenverschobenen und frequenzgleichen, sinusförmigen Schwingungen angenommen werden, die im Eingangssignal der Tiefpässe enthalten sind &5 und diese praktisch ungedämpft durchlaufen können.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage U + is at most as large as the larger and the voltage U- is at least as large as the larger and the voltage U- is at least as large as the «> smaller of the two voltage values that are simultaneously accepted at the outputs (13a, \ 3b) of the low-pass filters from the two phase-shifted and same-frequency, sinusoidal oscillations that are contained in the input signal of the low-pass filters & 5 and can pass through these practically undamped.

Die Erfindung .betrifft eine Anordnung zur Frequenzerkennmig^efliäBidem Oberbegriff des Anspruches 1. Anordnungen zur Frequerizerkennung- gehören '-'zum Stand der Technik. Durch eine derartige Anordnung soll festgestellt werden, ob die Frequenz einer am-Eingang anliegenden Schwingung- innerhalb einstellbarer Grenzen (Bandbreite) mit einer bekannten, vorgegebenen Frequenz übereinstimmt oder nicht ,, - ■' ■The invention relates to an arrangement for frequency recognition according to the preamble of claim 1. Arrangements for frequency detection belong to the State of the art. Such an arrangement should determine whether the frequency is an am input applied oscillation - within adjustable limits (bandwidth) with a known, predetermined Frequency matches or not ,, - ■ '■

Ein bewährtes Schaltungsprinzip zur Htsbeiführuhg einer solchen Entscheidung — die auch weitgehend unabhängig vom Pegel der Rauschsignale ausfällt, die der Eingangsschwingung überlagert sind — besteht in der Verwendung von zwei Synchrongleichrichtern, deren Ausgangssignale quadriert und anschließend addiert werden. * .A proven circuit principle for Htsbeiführuhg such a decision - which also largely fails regardless of the level of the noise signals that are superimposed on the input oscillation - consists in the use of two synchronous rectifiers, their output signals squared and then can be added. *.

Ein Schaltbild dieses Prinzips findet man z.B. in U.Tietze und CH. Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik (1978), Seite 668, Abb. 25,24.A circuit diagram of this principle can be found e.g. in U.Tietze and CH. Schenk, semiconductor circuit technology (1978), page 668, Fig. 25,24.

In der EP-OO 08 160 ist eine Anordnung beschrieben, in der das erwähnte Schaltprinzip in einer Anordnung aus digitalen Bausteinen verwirklicht wird. Die Verwendung digitaler Bausteine hat u.a. den Zweck, die Anordnung auch als integrierten Schaltkreis ausführen zu können.In EP-OO 08 160 an arrangement is described, in which the aforementioned switching principle is implemented in an arrangement of digital modules. One of the purposes of using digital building blocks is to Arrangement to be able to run as an integrated circuit.

Als digitale Bausteine werden unter anderem mehrere aufwendige Vorwärts-Rückwärts-Zähler verwendetSeveral complex up / down counters are used as digital components

Bei einem Frequenzdetektor, wie er in der DE-OS 21 60851 beschrieben ist, wird das Eingangssignal auf mehrere parallel liegende Leitungszweige geleitet von denen jeder einen steuerbaren Schalter und einen ÄC-Tiefpaß enthält Die Schalter werden mit Steuersignalen geschaltet, die alle die gleiche· vorgegebene Frequenz haben Jedoch gegeneinander phasenverschoben sind. Die Ausgänge der Tiefpässe sind mit den Eingängen eines ODER-Gatters verknüpft, dessen Ausgangssignal anzeigt, ob die Frequenz der Eingangsschwingung mit der vorgegebenen Frequenz der Steuersignale übereinstimmt oder nicht Bei verrauschtem Eingangssignal sowie durch störende Frequenzanteile sind hier Fehlentscheidungen möglich.In a frequency detector, as described in DE-OS 21 60851, the input signal is on several parallel branches routed, each of which has a controllable switch and a ÄC low-pass filter contains The switches are switched with control signals which are all the same · given However, they are out of phase with each other. The outputs of the low pass are with the Linked inputs of an OR gate, the output signal of which indicates whether the frequency of the input oscillation matches the specified frequency of the Control signals match or not If the input signal is noisy or due to interfering frequency components, wrong decisions are possible here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere derartige Anordnung zur Frequenzerkennung anzugeben, die als integrierter Schaltkreis ausführbar ist und sich durch Verwendung relativ einfacher Bauteile und Störsicherheit auszeichnetThe invention is based on the object of a further such arrangement for frequency detection specify which can be implemented as an integrated circuit and which can be achieved through the use of relatively simple components and interference immunity

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches i angegebenen Merkmale gelöstThis object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim i

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are shown in specified in the subclaims.

Anhand der beiden Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. DieThe invention is to be explained in more detail with the aid of the two figures. the

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. DieF i g. 1 shows an embodiment of the invention. the

F i g. 2-dient der Erläuterung von Bemessungsregeln.F i g. 2-serves to explain the design rules.

Liegt an einer Eingangsklemme 1 der Schaltung nach F i g. 1 eine — gegenüber Bezugspotential — sinusförmige Spannung an und liegt ihre Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz eines Tiefpasses 2, so wird sie durch einen darauffolgenden Signalformer 3 in eine Rechteckschwingung mit dem Tastverhältnis '/2 umgeformt.Applies to an input terminal 1 of the circuit according to FIG. 1 a sinusoidal voltage - compared to the reference potential - and its frequency is below the cutoff frequency of a low-pass filter 2, it is converted by a subsequent signal shaper 3 into a square wave with a duty cycle of '/ 2.

Ein Inverter 4 bildet für die weitere Verarbeitung einen invertierten Anteil der Rechteckschwingung und ein steuerbarer Umschalter 5a verbindet abwechselnd den Ausgang des Impulsformers 3 und den des Inverters 4 mit einer Leitung 7a. Entsprechendes gilt für einen Umschalter 5b und eine Leitung Tb. An inverter 4 forms an inverted component of the square wave for further processing and a controllable changeover switch 5a alternately connects the output of the pulse shaper 3 and that of the inverter 4 to a line 7a. The same applies to a changeover switch 5b and a line Tb.

Die Wirkung der Umschalter ist die, daß dieThe effect of the switch is that the

Leitungen _U7a und Jb ein Signal führen,, .das aus dem Prqdukt₍der, vom irnpulsformer 3; kpjniijenden,Impulsfolge, unä einer Umpolfunktipn.besfehu deren Grundfrequenz mJt der Taktfrequenz^ Oberem mit der die beiden Umschalter 5a und 56 geschaltet werden. Die Taktimpuise^für;:die.beiden .Umschalter 5a und 56 werden an Klemmen 6a und 66 gelegt und haben eine Phasenwinkeidifferenz, die zum Beispiel 90° beträgt. Die Taktfrequenz Ω ist die eingangs erwähnte zu ermittelnde bekannte und vorgebbare Frequenz. ι οLines _U 7a and Jb lead a signal from the product ₍ the, from the pulse shaper 3; kpjniijenden, pulse train, and a Umpolfunktipn.besfehu whose basic frequency with the clock frequency ^ upper with which the two changeover switches 5a and 56 are switched Clock pulses ^ for;: the two. Changeover switches 5a and 56 are applied to terminals 6a and 66 and have a phase angle difference that is, for example 90 °. The clock frequency Ω is the known and predeterminable frequency mentioned at the beginning

Das Signal auf der Leitung 7a wird nun einem ÄC-Tiefpaß zugeführt, der aus einem Kondensator 8a, einem Umschalter 9a, einer Leitung tla und einem weiteren Kondensator 12? besteht Der Widerstand des ÄC-Tiefpasses wird durch den Kondensator 8a und den Umschalter 9a nachgebildet (switched capacitor), der die Leitungen 7a und 11a — im Rhythmus des an einer Klemme 10 anüegenden Taktes — abwechselnd mit einem Anschluß des Kondensators 8a verbindet Der andere Anschluß des Kondensators 8a ist auf Bezugspotential gelegtThe signal on line 7a is now fed to an ÄC low-pass filter, which consists of a capacitor 8a, a switch 9a, a line tla and a another capacitor 12? The resistance of the ÄC low pass is through the capacitor 8a and the Switch 9a simulated (switched capacitor), the lines 7a and 11a - in the rhythm of one Terminal 10 anüegenden clock - alternately with one terminal of the capacitor 8a connects the the other connection of the capacitor 8a is connected to reference potential

Die Grenzfrequenz des /?C-Tiefpasses ist abhängig von der Taktfrequenz, mit der der Schalter 9a geschaltet wird. Die Grenzfrequenz ist daher auch noch nach dem Aufbau der Schaltungsanordnung einstellbar und bestimmt die Bandbreite der Anordnung.The cutoff frequency of the /? C low pass is dependent on the clock frequency with which the switch 9a is switched. The cut-off frequency is therefore still after the Structure of the circuit arrangement adjustable and determines the bandwidth of the arrangement.

Gleichartige Schaltungsteile wie die eben geschilderten folgen auf die Leitung 76, nämlich ein Kondensator 86, ein Umschalter 96, eine Leitung 116 und ein weiterer Kondensator 126. Die beiden ÄC-Tiefpässe unterdrükken aus ihrem Eingangssignal alle Frequenzanteile, die oberhalb der gleichgroßen Grenz/requenzen der Tiefpässe liegen. Fällt die Teilschwingung mit der Frequenz !ß — ω| (ω ist die Frequenz der Schwingung am Eingang 1) in den Durchlaßbereich der Tiefpässe, so treten auf den Leitungen 13a und 136 zwei gegeneinander verschobene, sinusförmige Schwingungen mit der Frequenz |ß — ω| auf. So lange dieser Zustand anhält, soll an einer Ausgangsklemme 19 der Anordnung eine binäre Eins anliegen. Zu diesem Zweck sind vier Vergleicher löa, 166,17a und 176 sowie ein ODER-Gatter 18 und zwei Vergleichsspannungen U₊ und U-vorgesehen. Similar circuit parts as those just described follow the line 76, namely a capacitor 86, a switch 96, a line 116 and a further capacitor 126. The two ÄC low-pass filters suppress all frequency components from their input signal that are above the equally large limit / frequencies of the Low passes. If the partial oscillation falls with the frequency! Ss - ω | (ω is the frequency of the oscillation at input 1) in the pass band of the low-pass filters, two mutually shifted sinusoidal oscillations with the frequency | ß - ω | occur on lines 13a and 136 on. As long as this state persists, a binary one should be present at an output terminal 19 of the arrangement. For this purpose four comparators Löa, 166,17a and 176 as well as an OR gate 18 and two comparison voltages U ₊ and U- are provided.

Der Vergleicher 16a, an dessen einer Eingangsklemme 15a die Spannung LA₊ angelegt ist, gibt genau dann eine binäre Eins an das ODER-Gatter 18 ab, wenn die Spannung an seiner anderen Eingangsklemme, die mit der Leitung 13a verbunden ist, über der Spannung U₊ liegt Gleiches gilt für den Vergleicher 166 mit der einen Eingangsklemme 156 und der Leitung 136, die an den anderen Eingang des Vergleichers geführt ist. Die Leitungen 13a und 136 sind außerdem jeweils an eine Eingangsklemme der Vergleicher 17a und 176 geführt Diese geben nur dann eine binäre Eins ab, wenn die Spannungen auf den Leitungen 17a und 176 unterhalb der Spannung U- liegen. Die Spannung U- ist an eine Klemme 14 gelegtThe comparator 16a, at one input terminal 15a of which the voltage LA _{+ is} applied, outputs a binary one to the OR gate 18 precisely when the voltage at its other input terminal, which is connected to the line 13a, is above the voltage U. ₊ is the same applies to the comparator 166 with one input terminal 156 and the line 136, which is routed to the other input of the comparator. The lines 13a and 136 are also each led to an input terminal of the comparators 17a and 176. These only emit a binary one when the voltages on the lines 17a and 176 are below the voltage U- . The voltage U- is applied to a terminal 14

Zur Erläuterung der'Bemessung der Spannungen U₊ und U- dient die Fig.2. In der Figur ist der Verlauf zweier sinusförmiger Schwingungen aufgetragen, deren Frequenz \Q — ω\ in den Durchlaßbereich der beiden ÄC-Tiefpässe fällt und auf die auf der. ,«Leitungen 13a und 136 anliegen. Die Schwingungen sind uni 90° gegeneinander phasenverschoben und haben eine Amplitude, die in der Größe der halben Versorgungsspannung UB der Anordnung liegt Die Spannungswerte, die gleichzeitig von beiden Schwingungen angenommen werden, liegen bei ±/2/2 UB (gilt nur bei einer Phasenverschiebung von 90°). Wird nun die Spannung U₊ kleiner als +/2/2 UB und die Spannung U- größer als — j/2/2 UB gewählt, so geben die Vergleicher mit der Vergleichsspannung U₊ für die Zeitabschnitte, die unter der waagerecht schraffierten Fläche in Fig.2 liegen, eine binäre Eins ab, während die Vergleicher mit der Vergleichsspannung U- für die Zeitabschnitte, die über den senkrecht schraffierten Flächen liegen, eine binäre Eins abgeben. Da die Zeitabschnitte sich überschneiden, liegt — so lange eine Schwingung mit der Frequenz Ω — ω die Tiefpässe (ungedämpft) durchläuft — am Ausgang mindestens eines Vergleichers eine binäre! Eins an, so daß der Ausgang des ODER-Gatters 19 eine Dauereins anzeigtFIG. 2 serves to explain the measurement of the voltages U ₊ and U-. The figure shows the course of two sinusoidal oscillations, the frequency of which \ Q - ω \ falls in the pass band of the two ÄC low-pass filters and on the one on the. , «Lines 13a and 136 are connected. The vibrations are mutually phase-shifted uni 90 ° and an amplitude in the size of half the supply voltage UB of the arrangement is the voltage values which are accepted simultaneously from both vibrations lie at ± / 2/2 UB (valid only for a phase shift of 90 °). If the voltage U ₊ is now selected to be less than + / 2/2 UB and the voltage U- to be greater than - j / 2/2 UB , the comparators with the comparison voltage U ₊ for the time segments below the horizontally hatched area in 2 lie, a binary one, while the comparators with the comparison voltage U- for the time segments that lie above the vertically hatched areas, emit a binary one. Since the time segments overlap, there is - as long as an oscillation with the frequency Ω - ω passes the low-pass filters (undamped) - a binary one at the output of at least one comparator! One on so that the output of the OR gate 19 indicates a permanent one

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

' Patentansprüche: _: ν _'Claims: ν

^: 1.'Anordnung zur Frequenzerkennung mit folgenden gatttungsbestmimenden Merkmalen ^: 1. 'Arrangement for frequency detection with the following generic features

AC die Anordnung weist parallel Hegende, identi-■' '■ ^: sehe Leitüngszweige auf, von denen jeder einen steuerbaren Schalter und einen ÄC-Tiefpaß enthält, " : . AC the arrangement has parallel Hegende, identi- ■ '' ■ ^: see line branches, each of which contains a controllable switch and an ÄC low-pass filter, ":.

B.¹ die Steuersignale, mit denen die Schalter in den ' "■' Einzelnen Leitungszweigen geschaltet werden, ^J'-haben "alle die gleiche vorgegebene Frequenz "'"'und sind gegeneinander um einen vorwählbaren '"Winkel phasenverschoben, rsB. ¹ the control signals with which the switches are switched in the '"■' individual line ^{branches, J} '-have" all the same predetermined frequency "'"'and are phase-shifted from one another by a preselectable'"angle, rs

C'^! den Ausgang der Anordnung bildet ein ODER-Gatter (18), durch dessen Ausgangssignal angezeigt wird, ob die Frequenz eines Eingangssignales mit der vorgegebenen Frequenz innerhalb von Toleranzgrenzen überein- stallt, die durch die Grenzfrequenz der ÄC-Tiefpässe festgelegt sindC ' ^! the output of the arrangement is formed by an OR gate (18), the output signal of which indicates whether the frequency of an input signal coincides with the specified frequency within tolerance limits which are defined by the cutoff frequency of the λC low-pass filters