DE3140885A1

DE3140885A1 - "verknuepfungs- und filoeterschaltung fuer eine phasenstarre schleife"

Info

Publication number: DE3140885A1
Application number: DE19813140885
Authority: DE
Inventors: Arvid Ernest Lynchburg Va Englund jun.; Gregory Neil Forest Va Mears
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-10-20
Filing date: 1981-10-15
Publication date: 1982-06-09
Also published as: JPS5799013A; US4363004A; FR2492615A1; GB2086166A

Description

-A-

Beschreibu. ng

Die Erfindung betrifft eine Verknüpfungs- und Filterschal-

b tung für eine phasenstarre Schleife, und insbesondere eine solche Schaltung, welche Phasendetektor- und Erfassungsschaltungssignale verknüpft und diese Signale zum Zwecke der Zuführung zu einem spannungsgesteuerten Oszillator in einer phasenstarren Schleife filtert.

■phasenstarre Schleifen, in denen ein Bezugsoszillator und ein spannungsgesteuerter Oszillator vorgesehen sind, weisen gewöhnlich eine Erfassungsschaltung auf, die Signale liefeirt, welche die Frequenz des spannungsgesteuerten Os-, ^r> y.illcitors in den Bereich der Phasendetektorschaltung bringen. Nachdem die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators innerhalb des Bereichs der Phasend.etektorschaltunq ist, können dann Signale von der Phasendetektorschaltung die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators steuern.

Wenn eine Erfassungsschaltung zusätzlich zu einer Phasendetektorschaltuny verwendet wird, ist es notwendig, eine

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Anordnung vorzusehen, welche die Signale von den beiden Schaltungen auf den spannungsgesteuerten Oszillator gibt.

In phasenstarren Schleifen ist ein Filtern zum Dämpfen der Bezugsfrequenzsignale erforderlich oder erwünscht, so daß der spannungsgesteuerte Oszillator keine unerwünschten Ausstrahlungen erzeugt, die bezeichnend für diese Bezugsfrequenzen sind. Außerdem ist eine Tiefpaßfilterung erforderlich oder erwünscht, damit relativ stabile Steuersignale für den spannungsgesteuerten Oszillator erzielt werden.

Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung 'eine Schaltung zur Verfügung gestellt, die jeweilige Eingänge für Phasendetektorsignale und Erfassungsschaltungssignale in einer.

phasenstarren Schleife hat. DieSignale werden zum Ausfiltern . der Bezugsfrequenzen vereinigt und gefiltert. Die gefilterten Signale werden über umgekehrt gepolte Dioden auf Ausgangskondensatoren gegeben, von denen einer Rauschsignale ausfiltert, und von denen einer über umgekehrt gepolte Dioden aufgeladen und entladen wird. Die Schaltung kombiniert auf diese Weise Erfassungs- und Phasendetektorsigna-Ie, filtert diese Signale und liefert ein einziges Ausgangssignal zum Anlegen an einen spannungsgesteuerten Oszillator.

Der Aufbau und die Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden zu ihrem besseren Verständnis unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsform näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer phasenstarren Schleife in der die erfindungsgemäße Schaltung verwendet werden kann? und

eine scheniatische Darstellung einer bevorzugten Aiisführungsform einer Verknüpfungs.- und Filterschaltung gemäß der Erfindung zur Verwendung in der phasenstarren Schleife der Figur 1 .

• Ks sei nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung buschrieben. Die phasenstarre Schleife nach Fig.l ist, wie

(Frequenzsynthesizer)

gezeigt, als ein Normalfrequenzgenerator/geschaltet. Jedoch ist es für den Fachmann ohne weiteres klar, daß die u phasenstarre Schleife auch für andere Zwecke verwendet werden kann. In der phasenstarren Schleife der Fig. 1 wird das Ausgangssignal einer Bezugsfrequenzquelle 10, die typischerwaise ein stabiler kristallgesteuerter Oszillator ist, dessen Frequenz durch Teilung herabgesetzt wird, auf den je-

\b weils ersten Eingang eines Phasendetektors 11 und einer Akquisitions- bzw. Erfassungsschaltung 12 gegeben. Die Ausgangssignale vom Phasendetektor 11 und von der Erfassungsschaltung 12 werden auf eine Verknüpfungs- und Filterschaltung 13 gegeben, die in Verbindung mit Fig. 2 er- 'VA) läutert wird. Die Schaltung 13 kombiniert und filtert die beiden Signale von dem Phasendetektor 11 und der. Erfassungsschaltung 12 und erzeugt ein einziges Signal, das auf einen spannungsgesteuerten Oszillator 14 gegeben wird, um die Frequenz dieses Oszillators 14 zu steuern. Das Ausgangssignal

2^l5 vom Oszillator 14 kann in jeder gewünschten Weise, wie beispielsweise als ein Normalfrequenzsignal verwendet werden. Außerdem kann dieses Signal auf einen Frequenzänderer 15 gegeben werden, dessen Ausgangssignal auf den jeweils zweiten Eingang des Phasendetektors 11 und der Erfassungsschal-

JO tung 12 gegeben wird. Mit Ausnahme der vorstehenden Kombinations- und Filterschaltung 13 ist die phasenstarre Schleife fe der Fig. 1 an sich bekannt. Diese Schaltung bewirkt, daß der spannungsgesteuerte Oszillator 14 eine gewählte Frequenz erzeugt, und zwar in Abhängigkeit von den Kenndaten des Frequenzänderers 15. Diese gewählte Frequenz ist

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wugeti der Stabilität der Bezugsfrequenzquelle 10 relativ stabil.

Wie bereits früher erwähnt, ist die Erfassungsschaltung 12 b vorgesehen, um sicherzustellen, daß die Frequenz des Oszillators 14 der Fig. 1 in den Betriebsbereich des Phasendetektors 11 gebracht werden kann. Wenn diese Erfassung einmal vorgesehen bzw. durchgeführt ist, liefert der Phasendetektor 11 die zur Steuerung des Oszillators 14 erforderliehen Signale. Infolgedessen besteht die Notwendigkeit, die Signale vom Phasendetektor 11 und von der Erfassungsschaltung 12 zu kombinieren und diese Signale in angemessener Weise zu filtern, damit der angemessene und wünschenswerte Betrieb des Oszillators 14 bewirkt wird. Die neue -"und verbesserte Kombinations- und Filterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wonach die Signale vom Phasendetektor 11 über ein T-Glied-Filter, das aus Widerständen R2, R3 und einem Kondensator C3 besteht, auf:

die Basis eines NPN Transistors Ql gegeben werden. Die Signale von der Erfassungsschaltung 12 werden mittels einer ^ Schaltung, die aus einem Widerstand Rl und einem Kondensator Cl besteht, integriert und über ein zweites T-Glied-Filter, das aus Kondensatoren C2, C4 und einem Widerstand tt4 besteht, auf die Basis des Transistors Ql gegeben. nie beiden T-Glied-Fj.lter sind als ein Zwil lings-T-Fi lter geschaltet,das vorzugsweise so ausgelegt ist, daß es Frequenzen filtert oder ausschaltet, die um die Grundkomponente der Bezugsfrequehzquelle 10 herum zentriert sind.

Der Transistor Ql wird mittels einer geeigneten Gleichspannung B+ bezüglich eines Masse- oder Bezugspotentials botrieben. Das Ausgangssignal vom Transistor Ql wird an dessen Emitter abgenommen, der über einen Widerstand R5 mit Masse

ü

verbunden ist. Dieses Ausgangssignal wird auf ein zweites Xwi ] 1 ings-T-h'i 1 ter gegeben, das aus den Widerständen H6, IVJ und einem Kondensator C6 besteht, sowie aus Kondensatoren C5, C7 und einem Widerstand R8. Das zweite Zwillings-

^r3 T-Filter, das aus den Widerständen R6 / R7 und dem Kondensator C6 besteht, sowie die Kondensatoren C5, C7 und der Widerstand R8 sind vorzugsweise so ausgelegt, daß Frequenzen gefiltert oder ausgeschaltet werden, die um die zweite harmonische Komponente der Bezugsfrequenzquelle 10 herum zentriert sind. Das Ausgangssignal dieses zweiten Zwillings-T-Filters wird auf die Basis eines Transistors Q2 vom PNP-Typ gegeben. Der Emitter des Transistors Q2 ist mit der Spannung B+ über einen Widerstand R9 verbunden, und der Kollektor dos Transistors Q2 ist mit dem Masse- oder Be-

l'j zugspotential verbunden. Das Ausgangssignal· vom Transistor Q2 wird über einen Widerstand RIO auf einen Ausgangsanschluß 20 gegeben. Dieser Widerstand RIO ist mit einer Parallelschaltung aus einem Kondensator C8 und einem Widerstand RlI verbunden. Die Parallelschaltung aus dem Kondensator C8 und dem Widerstand RlI ist weiter mit einem Kondensator C9 verbunden, der seinerseits mit Masse verbunden ist. Die Widerstände RIO, RIl und die Kondensatoren C8, C¹J bilden ein Filter für Rauschen und Phasenkorrektur.

?.^ct Zusätzlich zu der beschriebenen Schaltung sind Dioden vorgesehen, die in der gezeigten Weise geschaltet sind. Wegen ihres niedrigen Spannungsabfalls in der Vorwärtsrichtung ist es zu bevorzugen (aber es ist nicht wesentlich), daß gewisse dieser Dioden vom Schottky-Typ sind, die mit der Bezeichnung SD, gefolgt von einer Zahl,· versehen sind. So ist eine Schottky-Diode SDl vorgesehen, die in der Vorwärtsrichtung gepolt vom Emitter des Transistors Ql zum Ausyangsanschluß 20 geschaltet ist. Eine übliche Diode oder Siliciumdiode D2, die in der Umkehrrichtung gepolt ist,

4^cj ist vom Emitter des Transistors Q2 zum Ausgangsanschluß

geschaltet. Außerdem sind entgegengesetzt gepolte Schottky Dioden SD3, SD4 parallel zum Kodensator C8 geschaltet, bit¹ Diode SDl liefert eine höhere Ladespannung an die Kondensatoren C8, C9, und die Schottky-Dioden SD3, SD4 ergeben Wege verminderten Spannungsabfalls für das Aufladen und Entladen des Kondensators C9.

Betrieb

10 Der Betrieb der schaltung der Fig. 2 sei fur eine aktuell ο Ausführungsform beschrieben, die mit den folgenden Bauteilen und Kennwerten aufgebaut wurde:

Widerstand Rl Kondensator Cl Widersand R5 Widerstand R2 Widerstand R3 Kondensator C3 Kondensator C2 Kondensator C4 Widerstand R4 Widerstand R6 Wider;;! and R7 b Kondensator C6 Kondensator C5 Kondensator C7 Widerstand R8 Widerstand RIO widerstand RlI Kondensator C8 Kondensator C9 Dioden SDl, SD3, SD4

Diode D2
ί^> Transistor Ql 8200 Ohm 0,047 Mikrofarad 10000 Ohm 2610 Ohm 2610 Ohm 0,01 Mikrofarad 0,0047 Mikrofarad 0,0047 Mikrofarad 1400 Ohm 2800 Ohm 2800 Ohm 0,0047 Mikrofarad 0,0022 Mikrofarad 0,0022 Mikrofarad 1500 Ohm 8871 Ohm 1000 Ohm 0„47 Mikrofarad 4,7 Mikrofarad Typ 1N5712 Typ 1N914 Typ 2N3904

Dieses Zwi1 lings-T-FiI ter f i 1 t (.·! te 12,5 kHz aUH

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Transistor Q?. Typ 2N3^lJ0b

Bl · .8,5 Volt

Bt.-i dieser Schaltung ist, wenn sie mit der phasenstarren '■> Schleife der Fig. 1 verbunden und in einem stabilen Zustand ist, die Spannung an der Basis des Transistors Ql gleich der Spannung am Äusgangsanschluß 20, die auf den spannungsqesteuerten Oszillator 14 gegeben wird. Wenn sich jedoch die Spannung an der Basis des Transistors Ql ändert, so daß ein neuer gewünschter Zustand wiedergegeben wird, .ist es wünschenswert, daß diese Spannung so schnell wie möglich auf den Ausgangsanschluß 20 und den Oszillator gegeben wird. Diese Spannungsänderung kann von der Erfassungsschaltung 12 kommen und wird vorzugsweise mittels des Γ> Widerstands Rl und des Kondensators Cl integriert. Oder die Spannungsänderung kann vom Phasendetektor 11 kommen, oder von beiden Schaltungen 11, 12. Die Spannungsänderumj an der Basis des Transistors Ql kann wie folgt sein:

2() 1. Hin relativ kleiner Anstieg

2. ein relativ großer Anstieg

3. ein relativ kleiner Abfall

4. ein relativ großer Abfall.

2^r> Diese Zustände werden in der vorstehend angegebenen Reihenfolge erläutert. Bei jeder Erläuterung ist vorliegend davon ausgegangen worden, daß die Anfangsspannung am Anschluß 20, dio. auf den Oszillator 14 gegeben wird, 5,0 Volt betiägt, und daß die Nenn-Basis-Emitter-Spannung der Transistören 0,6 Volt beträgt.

Für den ersten Zustand wurde vorstehend angenommen, daß die Spannung an der Iii iis des Transistors Ql von 5,0 auf weniger als 5,6 Volt, z. B. auf 5,2 Volt, ansteigt. Das hat zur FoI-ge, daß der Emitter des Transistors Ql von 4,4 auf 4,6 Volt

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- 11 -

ansteigt. Das ist noch weniger als 5,0 Volt am Ausganysanschluß 20, so daß die Schottky-Diode SDl in Sperrrichtung vorgespannt ist. Jedoch steigt die Basis des Transistors Q2 auf 4,6 Volt an, was zur Folge hat, daß dessen Emitter von 5,0 auf 5,2 Volt ansteigt. Dieser Spannungsanstieg lädt den Kondensator C8 direkt auf, und er lädt den Kondensator C9 über die Diode SD4 au£, so daß die Ausgangsspannung auf 5,2 Volt erhöht wird.

Für den zweiten Zustand wurde vorliegend angenommen, daß die Spannung an der Basis des Transistors Ql um einen großen Betrag zunimmt, beispielsweise 6,0 Volt. Das hat zur Folge, daß der Emitter des Transistors Ql auf 5,4 Volt ansteigt, wodurch die Diode SDl in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird und diese 5,4 Volt an den Kondensator C8 angelegt werden, und daß die Diode SD4 die Kondensatoren C8, C9 schnell auf die neue Spannung von 5,4 Volt auflädt. Aui diese Weise kommt es bei dieser großen Zunahme zur Ausnutzung der Schottky-Diode SDl, die den Kondensator C9 schnell auflädt. Wenn die Spannung am Anschluß 20 den Wert von 5,4 Volt erreicht, hört die Diode SDl auf zu leiten. Jedoch et scheinen die am Emitter des Transistors Ql vorhandenen r>-, 4 Volt an der Basis des Transistors Q2, so daß der Emitter des Transistors Q2 auf 6,0 Volt liegt. Diese Spannung lädt die Kondensatoren C8, C9 langsamer über den Widerstand RIO auf, bis die Spannung am Anschluß 20 den Wert von 6,0 Volt erreicht. Dadurch wird ein Überschwingen während der Aufladung verhindert. ■ ,

Im dritten Zustand wurde vorliegend eine kleine Abnahme in der Spannung an der Basis des Transistors Ql angenommen, z. B. von 5,0 auf 4,8 Volt, Das hat zur Folg«·"», daß der F.mi.t ter auf 4,2 Volt abfällt, so daß die Diode SDl. in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird. Der Emitter des Transistor η Q2 fällt auf den Wert von 4,8 Volt ab, der für eine

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nunq der Diode D2 in Vorwärtsrichtung nicht ausreicht. Doiuqenuiß entlädt sich der Kondensator C8 langsam über den Widerstand RIO, und der Kondensator C9 entlädt sich langsam über die Schottky-Diode SD3 und den Widerstand RIO. Durch

^r> diese langsame Entladung wird die Ausgangsspannung auf 4,8 Volt herabgesetzt. Infolgedessen verhindert die Diode D2, die eine Diode vom üblichen Typ ist, der einen Nennspannunqiinbfall von 0,6 Volt hat, daß sich die Kondensatoren CH, C) VM iit.iik onI Laden odor daß ein Überschwinqon r.tat t-

11) Ii ndot.

Kür den vierten Zustand wurde vorliegend angenommen, daß eine große Abnahme in der Spannung an der Basis des Transistors Ql stattfindet, beispielsweise 4,0 Volt. Das hat

l'i zur Folge, daß dessen Emitter auf 3,4 Volt abfällt, wodurch die Diode SDl wieder in Rückwärtsrichtung vorgo- . spannt wird. Dieser Abfall bewirkt, daß der Emitter des Transistors Q2 auf 4,0 Volt abfällt, wodurch die Diode D2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, so daß sie den Kondensator C8 direkt entlädt, und daß der Kondensator C9 über die Schottky-Diode SD3 schnell auf eine Spannugn von 4,6 VoM out laden wicd, wonach der Widerstand KlO die Entladung vol1 endet.

2'-. schiußj °I.gj=.^ry_ⁿ3

E.s ist infolgedessen ersichtlich, daß mit der Erfindung ι·ι ne neue und verbesserte Verknüpfungs- und Filterschaltunq zur Verfügung gestellt wird, mit der ein verbesserter Betrieb in phasenstarren Schleifen erzielt wird. Obwohl es zu bevorzugen ist, Schottky-Dioden in der Vorwärtsrichtung zwischen dem Transistor Ql und dem Ausgang sowie in beiden Richtungen über dem Kondensator C8 zu verwenden, ist es Tür den Pneluu.inn ersichtlich, daß auch gewöhnliche Diod.-n,

'.'■ die eiiii-n Hp.miuinqsdbf a 1 1 von 0,6 Volt haben, viMwi'iul··! wi-i

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den können. Jedoch ist die Schottky-Diode SDl wegen des relativ niedrigen Spannungsabfalls, den sie in der Durchlaßrichtung hat, für die AuEladung der Kondensatoren C8, C9 zu bevorzugen, und aus dem gleichen Grunde sind die Didoen SDl, SD4 für das Aufladen und Entladen des Kondensators CU zu bevorzugen. Weiterhin werden in der erfindungsgemäßen Anordnung zwei Zwillings-T-Filter zum Verbessern des Betriebs durch Entfernen der Bezugsfrequenz und deren zweiten Harmonischen verwendet. Die Transistoren Ql, Q2 bilden die angemessenen Eingangs- und Ausgangsimpedanzen für diese Filter.

Claims

rer. not. Horst Schüler PATENTANWALT

6000 Frankfurt/Main 1, 14. Okt.. 1981

Kaiserstrasse 41 Sp. /Vo . /he .

Telefon (0611) 235555

Telex 04-16759 mapat d

Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M

Bankkonto ι 225/0389

Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

8776-45MR-254

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Vcirknüpfungs" und Filterschaltung für eine phasunstarre Schleife

Patentansprüche

\,J Verknüpfungs- und Filterschaltung für die Verwendung in einer phasenstarren Schleife, gekennzeich η u t d u r ο h: '

Ca) einen ersten Eingang (11) für Phasendetektorsignale; (b) einen zweiten Eingang (12) für Erfassungsschaltungss ignale;
(c) eine erste Einrichtung (R2, R3, C3, C2, C4, R4) zum Miteinanderverbinden des ersten und zweiten Eingang;·;;

(d) einen Ausgang (20) für Steuersignale;

(e) eine zweite Einrichtung, die ein erstes Paar von uingekehrt gepolten Dioden (SD-., D„) zum Verbinden der.

ersten Einrichtung (R2, R3, C3, C2, C4, R4) mit dom Ausgang (20) aufweistr

f) einen Widerstand (R

und einen ersten Kondensator

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„„

2 -

(Cq), die in Reihe über den Ausgang (20) geschaltet sind;
(q) einen zweiten Kondensator (C₀), der parallel zu dem

Widerstand (R-,,) geschaltet ist; '> (h) und ein zweites Paar von umgekehrt gepolten Dioden

(SD3, S04), die parallel zu dem Widerstand (R₁₁) geschaltet sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Paar von Dioden

S-* (SD3, SD4) vom Schottky-Typ ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung ^lj Zwi.llings-T-Filter (R6, Rl, C.6, C5, Cl, R8) aufweist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Einrichtung (U2, R3, C3, C2, C4, R4) Zwillings-T-Filter aufweist.

20

b. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (20) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (14) verbunden ist.

25

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen' Anschluß für den Eingang und Ausgang (20).

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen weiteren Widerstand (RIO), der zwischen die zweite Einrichtung und den Ausgang (20) geschaltet ist.

I¹J 8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch

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gekennzeichnet , daß der Widerstand (RLl) mit dem Ausgang (20) und der erste Kondensator (C9) mit dem gemeinsamen Anschluß verbunden ist.