DE3134040A1 - "abtaststeuerschaltung fuer einen spannungsgesteuerten oszillator" - Google Patents

"abtaststeuerschaltung fuer einen spannungsgesteuerten oszillator"

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DE3134040A1 DE19813134040 DE3134040A DE3134040A1 DE 3134040 A1 DE3134040 A1 DE 3134040A1 DE 19813134040 DE19813134040 DE 19813134040 DE 3134040 A DE3134040 A DE 3134040A DE 3134040 A1 DE3134040 A1 DE 3134040A1
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

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Patentanwälte Dipl,Dlng. lÖachirn StraSS^ München zweibrticken.tr.« *η«*κ«
PiofeetlMi*! Representative* ■ CXOOO München 2 D-6450 Hanaul
Before The I^ ■> Uane.UarKAvf CtAffvAMAn .. TeL (089)222506 Tel.(06181)24383
European Patent Of(Ic Ul. Γκ1Π$"ΠβΓυβΓΐ ΟΐΟΠΓ696Π Hanau Telex 522054 Telex4184782
Tektronix, Inc _»^ 12 491
"Abtaststeuerschaltung für
spannungsgesteuerten Oszillator"
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuersehaltungen für spannungsgesteuerte Wobbel-Oszillatoren im allgemeinen, insbesondere auf ein Verfahren und eine Schaltung zur Aufrechterhaltung des konstanten Ausgangsfrequenzbereichs beim Umschalten von linearer auf logarithmische Abtastung oder umgekehrt.
Spannungsgesteuerte Oszillatoren erzeugen ein wiederholtes Ausgangssignal einer zu einer Eingangsspannung proportionalen Frequenz. Das Wobbein eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO: voltage-controlled oscillator) über einen Bereich von Frequenzen entweder linear oder nichtlinear ist bekannt. Eine Anwendung derartiger gewobbelter spannungsgesteuerter Oszillatoren, die man auch als spannungsgesteuerte Wobbel-Oszillatoren bezeichnen kann, liegt bei elektronischen Test- und Meßgeräten zur Erzeugung linearer oder logarithmischer Frequenzabtastungen zwischen einstellbaren Start- und Stopfrequenzen. Eine typische Wobbel-Steuerschaltung kann konventionelle lineare und logarithmische Verstärker umfassen die von einer gemeinsamen Rampenspannung beaufschlagt werden, deren Start- und StopsTjannung unabhängig davon eingestellt werden kann, um derart die Start- und Stopfrequenz des zugeordneten VCO festzulegen. Beim Umschalten von linearer zu logarithmischer Abtastung oder umgekehrt verschiebt sich jedoch die Frequenz des VCO wegen der unterschiedlichen Ausgangsspannungen des
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■ ν · ·
linearen und logarithmischen Verstärkers. Daher mußte bisher die Start- und Stopfrequenz jedesmal neu festgelegt werden, wenn eine andere Betriebsart eingestellt wurde.
Die vorliegende Erfindung steht unter der Aufgabe, die Beschränkungen der bisher bekannten Schaltungen zu überwinden uns den bisherigen Bauteilaufwand zu verringern.
Gemäß dieser vorliegenden Erfindung hält eine Wobbel-Steuerschaltung für einen spannungsgesteuerten Oszillator einen konstanten Wobbeibereich aufrecht, einschließlich d-?r Start- und Stopfrequenzen, die sich bei Umschaltung ■v :>n linearer auf logarithmische Abtastung oder von ]3garithmischer auf lineare Abtastung nicht verschieben. Lies wird durch geeignete Skalierung der Steuerspannung, mit der der VCO beaufschlagt wird, für sowohl die lineare als auch die logarithmische Betriebsweise erreicht.
Die Wobbel-Steuerschaltung umfaßt einen linearen und einen exponentiellen (antilogarithmischen) Verstärker, deren jeder ein "Spannungsfenster", d.h. einen Spannungsbereich, am Ausgang bereitstellt, das an den linearen Dynamikbereich des VCO angepaßt ist. Unabhängig voneinander gewählte Start- und Stopspannungen sind über den gesamten linearen Bereich des VCO einstellbar und setzen so die untere und obere Frequenzgrenze je nach Wunsch für entweder eine lineare oder logarithmische Abtastung. Mit logarithmischen Konvertern werden die linearen Start- und Stopspannungen an entsprechende logarithmische angepaßt, so daß die VCO-Frequenz beim Umschalten von einer auf die andere Betriebsweise sich nicht verschiebt. Dies erlaubt die Verwendung einer einzigen Startfrequenzsteuerung und einer einzigen Stopfrequenzsteuerung. Eine entprechend für sowohl die lineare als auch die logarithmische Funktion skalierte Rampenspannung wird zur Abtastung an den VCO angelegt. Während die Übertragungsfunktionen der
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.* i I " " "- κ- 3134040
logarithmischen Konverter und des exponentiellen Verstärkers stark temperaturabhängig sind, ist die Abtaststeuerschaltung so ausgelegt, daß bei der Berechnung der Gesamtübergangsfunktion die femperaturterme wegfallen.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Wobbeisteuerung und eine Schaltung für einen spannungsgesteuerten Oszillator bereitzustellen. Vorteilhaft ist auch, daß das erfindungsgemäße Wobbeiverfahren und die dazugehörige Schaltung die Abtastung eines spannungsgesteuerten Oszillators linear oder nichtlinear über Frequenzbereiche gestattet, die bei Umschalten zwischen den linearen und nichtlinearen Funktionen konstant bleiben.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Abtaststeuerverfahrens und der dazugehörigen Schaltung, wodurch ein spannungsgesteuerter Oszillator über Frequenz-Start- und Stopgrenzwerte gewobbelt werden kann, die unabhängig voneinander über den gesamten Betriebsbereich des spannungsgesteuerten Oszillators einstellbar sind. Es wird eine Wobbelsteuermethode mitzugehöriger Schaltung verfügbar gemacht, die den Betrieb eines spannungsgesteuerten Oszillators in linearer oder logarithmischer Abtastung übereinstellbare Start- und Stopfrequenzen erlauben, die beim Umschalten zwischen den Betriebsarten nicht nachgestellt werden müssen. Schließlich wird eine Wobbeisteuervorrichtung für einen spannungsgesteuerten Oszillator geschaffen, deren Gesamtübertragungsfunktion unbeeinflußt von Temperatureffekten ist.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels deutlich.
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Es zeigen:
Fig. 1 ein detailliertes Blockschaltbild einer Ablenksteuerschaltung für einen spannungsgesteuerten Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung; =■.-.■■■■■
Fig. 2 den Graphen der Übertragungsfunktion eines spannungsgesteuerten Oszillators für lineare und logarithmische Abtastung.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ablenksteuerschaltung zur Erzeugung einer Steuerspannung V. für einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 10, der von jedem passenden konventionellen Aufbau sein kann. Der VCO 10 erzeugt als Reaktion auf die Steuerspannung V. Signale in einem gewünschten Frequenzspektrum f . , die an einem Ausgangsanschluß 12 bereitgestellt werden,
Fig. 2 zeigt die Übertragungsfunktion eines VCO und sollte im Zusammenhang mit Fig. 1 zur Hilfe genommen werden, um das der Erfindung zugrunde liegende Konzept zu verstehen. Die Steuereingangsspännung V. ist auf der horizontalen Achse dargestellt, die erzeugte Signalfrequenz f , auf der vertikalen Achse. Im Prinzip hat der VCO einen Dynamikbereich von V. . bis V. , inner-
i,min i,max
halb dessen Ausgangsfrequenzen f . bis f erzeugt werden können. Der Ausgangsbereich eines VCO wird normalerweise als das Verhältnis von f zu fm-n angegeben, und Verhältnisse von 100 : 1 und 1000 : 1 sind üblich für logarithmisch gewobbelte VCO's. Eine Ausführüngsform der vorliegenden Erfindung wurde hergestellt, und getestet, in der f . gleich 20 kHz und f gleich 2 MHz waren, entsprechend einem Ausgangsbereich von 100 : 1..
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Die Wobbel-Steuerschaltung erzeugt eine lineare und eine logarithmische Abtastung, die über ein Paar gekoppelter Schalter 14a und 14b ausgewählt werden können, um den VCO 10 zwischen vorgewählten einstellbaren Frequenzgrenzen f. , und fgtoD zu betreiben. Eine lineare Rampenspannung 16 vorher festgelegter Amplitude wird über einen Eingangsanschluß 18 an einen konventionellen XY-Multiplizierer 20 gelegt. Die Spannung 16 kann durch Steuerung über .externe Schaltungsteile in Gang gesetzt werden oder sich wiederholen. Der Skalierfaktor, mit dem die Rampenspannung multipliziert wird, wird nachstehend besprochen. Die multiplizierte Rampenspannung vom Multiplizierer 20 wird gleichzeitig an je einen Eingang von Summierverstärkern Al und A2 angelegt. Wie ebenfalls nachstehend erläutert wird, werden Startspannungen VL und V'L erzeugt und jeweils an die Summierverstärker Al und A2 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers Al ist eine lineare Ramp en spannung 22, die über den Schalter 14a an VCO 10 als Steuereingangsspannung V. gelegt werden kann.
Das Ausgangssignal des Summierverstärkers A2 wird dem antilogarithmischen (exponentiellen) Verstärker 24 zugeführt, der ein exponentielles Ausgangssignal 26 aus dem linearen Eingangssignal auf herkömmliche Weise erzeugt. Das exponentielle Ausgangssignal kann über den Schalter 14a an VCO 10 als Eingangssteuerspannung V. gelegt werden.
Die Start- und Stopgrenzen des Frequenzbereichs des VCO-Ausgangssignals werden durch Potentiometer 30 bzw. 32 bestimmt, deren variable Anschlüsse mit den Eingängen der Spannungsfolger-Verstärker 34 bzw. 36 zur Erzeugung unabhängiger Spannungen VL und V„ verbunden sind. Sowohl VL als auch VH sind stetig über den Bereich von V. . bis
V. einstellbar, für lineare Abtastungsbetriebsweise 1, max
wird die Startspannung VL an einen Eingang des Verstärkers Al gelegt, um den Startpunkt der Abtastung bei
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VT auf der V.-Skala der Fig. 2 zu setzen. Beide Spannungen VT und V„ werden an die Eingänge eines Differenzverstärkers A3 gelegt, wo eine Differenzspannung V1 - V, erzeugt wird, die über den Schalter 14b an den Y-Eingang des Multiplizierers 20 als der Skalierfaktor, mit dem die lineare Rampenspannung 16 multipliziert wird, angelegt werden kann. Als Folge des Skalierens mit V^ - V. wird die lineare Rampenspannung bei V„ auf der V.-Skala der Fig. 2 beendet.
Die Spannungen VL und V1 können in Spannungen V' und V' durch logarithmische Verstärker 40 und 42 umgewandelt werden, die passende konventionelle logarithmische Konverter sein können. Die Spannung V, ist an einen Eingang des Summxerverstärkers A2 gelegt, um den Startpunkt der logarithmischen Abtastung bei V1. auf der V.-Skala der
Jj X
Fig. 2 zu setzen. Beide Spannungen V1. und V' werden an
Jj . Xl
die Eingänge eines Differenzverstärkers A4 zur Erzeugung einer Skalierspannung V'H - V, angelegt, die über den Schalter 14b an den Y-Eingang des Multiplizierer 20 gelegt wird. Infolge der Skalierung der Rampenspannung 16 durch V' - V1.. endet das exponentielle Ausgangssignal 26
Xl Jj
des exponentiellen Verstärkers 24 bei V„ der V.-Skala der Fig. 2.
Bei sorgfältiger Durchsicht der Fig. 2 wird erkennbar, daß die Start- und Stopspannungen beim Umschalten zwischen der linearen und der logarithmischen Betriebsweise durch Schalter 14 entlang der V.-Skala verschoben werden, die Start- und Stopfrequenzen jedoch die selben bleiben. Dies ist das gewünschte Resultat; da die Potentiometer 30 und 32 beim Umschalten zwischen linearer und logarithmischer Abtastfunktion nicht neu justiert werden müssen, können Frequenzmarken direkt auf die Potentiometerknöpfe gedruckt werden, um eine schnelle Einstellung der Start- und Stopfrequenzen für den VCO zu erreichen.
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Der VCO 10, der exponentielle Verstärker 24 und die logarithmischen Verstärker 40 und 42 stehen zur Erzielung einer hoch-genauen Zusammenarbeit in folgender mathematischer Beziehung. Die Übertragungsfunktion des VCO ist
in Fig. 2 dargestellt und ist
05
f . = f V./V. (1)
out max 1 i,max
Die Übertragungsfunktion für den exponentiellen Verstärker ist
.
Vout = Vi,max exP(V2 ln
wobei k gleich f /f . und V2 das Ausgangssignal des
Summierverstärkers A2 ist.
15
Die Übertragungsfunktion für die logarithmischen Verstärker ist
V' = Vi,max ln (kV/Vi,max)/ln k (3)
20
wobei V gleich V' oder V' , V gleich V1. oder Vu und k
L· rl L· ti
gleich f /f„. ist.
max mm
Die voranstehenden Gleichungen (2) und (3) sind als Spannungsausdrücke dargestellt und daher etwas vereinfacht. Die Gleichung (2) kann ebenfalls als
V . = <*exp (ß VO/TN (2· )
OUt <L
dargestellt werden, und Gleichung (3) als
V = T in (V/oC)/ß (31 )
wobei ec und |5 in beiden Gleichungen Konstanten sind, die von den Schaltungswerten und physikalischen Konstanten
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abhängen und T die absolute Temperatur in Kelvin bedeutet. In der logarithmischen Betriebsart ist die Gesamtübertragungsfunktion der Abtas-tsteuerschaltung
X Lj fl J-J
wobei V die Spitzenamplitude der linearen Rampenspannung 16 ist. Man sieht, daß der Temperaturterm T entfallen ist.

Claims (8)

  1. Patentanwälte Dipl.-Ing. JÖaChitfrStraSSÖ Lunchen ***** ·β απ,μ.,μ,,
    PrcfMalonalRtfmeentattve» 0-8000 München 2 0-0460 Hanau I
    Betöre τι» |%r UanCaUarhurt CtnffranAn ,. τ·ι. w 88)2225 ββ τβΐ.<οβιβΐ)24.Ί83
    European Patent Office Ul1 παΠ5"ΊΊβΓυ(;ΓΙ ΟΙΟΙΤΓβ^βΠ ΗβΠβϋ Telex522p54 Telex 4184 782
    Tektronix, Inc 12 491
    "Abtaststeuerschaltung für
    spannungsgesteuerten Oszillator"
    Patentansprü c h e
    05
    Abtaststeuerschaltung für einen spannungsgesteuerten Oszillator,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein linearer Schaltungspfad und ein nichtlinearer Schaltungspfad von einer gemeinsamen Ramp en spannung (16) t.ur Erzeugung eines linearen Abtastsignals (22) bzw. eines nichtlinearen Abtastsignals (26) beaufschlagt sind, die selektiv an den spannungsgesteuerten Oszillator (10) anlegbar sind, wobei eine Einrichtung (30,34; 32,36) unabhängige erste Start- (VL> und Stopspannungen (V„) erzeugt und eine Einrichtung (40,42) die ersten Start- (V^) und S top spannungen (V„) in zweite Start- (V-, ) und S top spannung en (V1.) konvertiert, welche zu den ersten Spannungen (Vj>V„) in einer einer nichtlinearen Funktion entsprechenden Beziehung stehen, die durch den nichtlinearen Schaltungspfad festgelegt ist·, und daß eine Verknüpfungsschaltung (Al,A2,A3,A4,14b,20) die ersten Start- (VL) und Stopspannungen (V,,) mit der Rampenspannung (16) zur Erzeugung des linearen Abtastsignals (22) und die zweiten Start- (V' ) und Stopspannungen (V'H). mit der Rampenspannung (16) zur Erzeugung des nichtlinearen Abtastsignals (26) zusammenfügt.
    — O —
    Tektronix, Inc ."..". ;*\."\ " „·-. ,: 12 491
    * rf
  2. 2. Abtaststeuerschaltung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einrichtung (.30,34; 32,36) zur Erzeugung der ersten Start- (V1) und Stopspannung (Vtt) ein erstes Potentiometer (30) und ein zweites Potentiometer (32) umfaßt, wobei beide Potentiometer (30,32) unabhängig über einen vorher festlegbaren Spannungsbereich einstellbar sind.
  3. 3. Abtaststeuerschaltung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der nichtlineare Schaltungspfad einen exponentiellen Verstärker (24) zur Erzeugung des nichtlinearen Abtastsignals (26) umfaßt, . und daß die Einrichtung (40,42) zur Konvertierung der Start- (V1-) und Stopspannung (Vjt) einen ersten (40) bzw. zweiten (42) logarithmischen Konverter umfassen.
  4. 4. Abtaststeuerschaltung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verknüpfungsschaltung (Al,A2,A3,A4,14b,20) jeweils einen im linearen und auch im nichtlinearen Schaltungspfad angeordneten Summierverstärker (A1,A2) umfaßt, der jeweils an die Rampenspannung (16) angelegt ist, wobei die erste Startspannung (V1. ) an den anderen Eingang des Summierverstärkers (Al) im linearen Schaltungspfad angelegt ist und die zweite Startspannung (V1-) an den anderen Ein-
    gang des Summierverstärkers (A2) in dem nichtlinearen Schaltungspfad angelegt ist.
    Tektronix, Inc .'."*«.: : Λ\ '··* ** 12 491
  5. 5. Abtaststeuerschaltung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verknüpfungsschaltung (Al,A2,A3,A4,14b,20) ferner aktive Glieder (A3,A4) zur Entwicklung erster (VU-VT ) und zweiter (V„-V-, ) Skalierspan-
    Γ1 JLj Π. Jj
    nungen aus den ersten (VT ,VH) und zweiten (VL,V'H) Start- und Stopspannungen und eine Vorrichtung (20) zur selektiven Skalierung der Rampenspannung (16) entsprechend den Skalnerspannungen (νυ-ν,,ν'υ-ν' )■ aufweist.
  6. 6. Abtaststeuerschaltung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die aktiven Glieder (A3,A4) zur Entwicklung einer Skalierspannung ^inen ersten (A3) und zweiten Differenzverstärker (A4) umfaßt.
  7. 7. Abtaststeuerschaltung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorrichtung (20) eine Multiplizierschaltung (20) umfaßt, die an ihrem einen Eingang (X) die Rampenspannung (16) empfängt und selektiv an einem anderen Eingang (Y) eine der ersten (Vtt-Vj) und zweiten (V1T-V') Skalierspannungen empfängt.
    rl Li
    25
  8. 8. Verfahren zur Steuerung eines spannungsgesteuerten Wobbel-Oszillators, so daß dessen Ausgangsfrequenzbereich im wesentlichen konscant bleibt, wenn zwischen linearer und nichtlinearer Abtastfunktion umgeschaltet wird,
    gekennzeichnet durch:
    - Erzeugung unabhängiger erster Start- (V,-) und Stopspannungen (VH);
    35
    'I'
    Tektronix, Inc · :-..· : Z\\.' ·..* *■; ■ . 12 491
    - Umwandlung der ersten Start- (V1) und Stopspannungen (V„) in zweite Start- (V' ) und Stopspannungen (V'„) entsprechend einer nichtlinearen Funktion;
    - Zusammenfügung der ersten Start- (VT ) und Stopspannungen (Vtt) mit einer linearen Rampenspannung (16) zur Erzeugung eines linearen Abtastsignals (22);
    - Zusammenfügung der zweiten Start- (V1.) und
    j-·
    Stop spannungen (V'tt) mit der linearen Rampenspannung (16) und nachfolgende Umwandlung der resultierenden Kombincition in ein nichtlineares Äbtastsignal (26), das entsprechend der nichtlinearen Funktion bezug Lieh des linearen Abtastsignals (22) skaliert wird.
DE3134040A 1980-09-30 1981-08-28 Wobbelspannungsaufbereitungsschaltung Expired DE3134040C2 (de)

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