DE3226180C2

DE3226180C2 - Sägezahngenerator

Info

Publication number: DE3226180C2
Application number: DE3226180A
Authority: DE
Inventors: Eric Jon 97123 Hillsboro Oreg. Dickes
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1982-07-13
Publication date: 1984-06-20
Also published as: FR2509548A1; JPH0235494B2; FR2509548B1; GB2102231B; GB2102231A; CA1187565A; NL189693C; JPS5810917A; NL8202766A; NL189693B; DE3226180A1; US4449059A

Abstract

Es wird ein Sägezahngenerator beschrieben, der ein Kompensationsnetzwerk zur Eliminierung der Wirkung von Frequenz- und Amplitudenfehlern aufweist, die durch Schalt- und Steuerschleifen-Verzögerungen des Systems erzeugt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß ein frühes Schalten einer Amplitudengrenzen abtastenden Detektoreinrichtung bewirkt wird, so daß die erzeugte Dreieckwellenform die Polarität beim richtigen Pegel umkehrt. Das Kompensationsnetzwerk kann so ausgeführt sein, daß es Flankensteilheiten unabhängig anpaßt.

Description

gekennzeichnet durch

f) eine zwischen die Einrichtung (20; 20a, 20b) zur Steuerung der Flankensteilheit und die Einrichtung (26) zum Festlegen der vorbestimmten Amplitudengrenzen geschaltete Einrichtung (24,28; 24a, 24b, 28a, 286; zur Modifizierung der vorbestimmten Amplitudengrenzen (+V₁, — V₅) entsprechend einem vorbestimmten, zeitbezogenen Faktor zur Kompensation der Zeitverzögerung zv/ischen dem Punkt, in dem die Wellenformen die Amplitudengrenze erreicht haben, und dem Schalten der Polarität der WeI-lenformflanken.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10, 12, 14, 16) zur Erzeugung der Wellenform mit geradlinigen, geneigten Flanken ein Kondensatorelement (10) und eine daran angeschlossene stromerzeugende Einrichtung (12, 14, 16) zum wahlweisen Leiten von Strom in das Kondensatorelement (10) und aus diesem heraus aufweist, um dadurch Sägezahnspannungen zu erzeugen.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromerzeugende Einrichtung ein Paar variabler Stromgeneratoren (12,14) aufweist.

4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20; 20a, 206,) zur Steuerung der Flankensteilheit eine Einrichtung zur Variation der Strompegel in den Stromgeneratoren (12,14) aufweist.

5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Stromgeneratoren Spannungs-Stromwandler aufweisen und daß die Einrichtung (20; 20a, 2Qb) zur Steuerung der Flankensteilheit eine Einrichtung zum Anlegen unabhängiger Steuerspannungen an die Spannungs-Strom-Wandler aufweist.

6. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zum Festlegen der Amplitudengrenze eine Einrichtung (26; 50, 54, 56, 58) zur Erzeugung einer Abtastspannung aufweist, und daß die Detektoreinrichtung (18) einen Komparator mit einem an die Einrichtung (10,12,14,16) zui Erzeugung der Sägezahnwellenform gekoppelten ersten Eingang und mit einem an die Einrichtung zur Erzeugung der Abtastspannung gekoppelten zweiten Eingang aufweist

7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24, 28; 24a, 246, 28a, 286^ zur Modifizierung der Amplitudengrenzen wenigstens ein Kompensationsnetzwerk (24; 24a, 24b) mit einer vorbestimmten Multiplikationskonstanten aufweist

8. Generator nach Anspruch 6 oder 7, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung (50, 54, 56, 58) zur Erzeugung der Abtastspannung ein Netzwerk zur Erzeugung einer oberen und einer unteren Amplitudengrenzen-Abtastspannung aufweist, wobei diese Spannungen unabhängig voneinander steuerbar sind, und daß die Einrichtung (24a, 246, 28a, 286,/ zur Modifizierung der Amplitudengrenzen ein Paar Netzwerke zur unabhängigen Reduzierung der oberen und unteren Amplituden-Abtastspannung entsprechend den zugeordneten Steilheiten der linearen Anstiegs- und Abfallflanken aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sägezahngenerator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Sägezahngenerator, der alle Merkmale a) bis e) des Oberbegriffs aufweist, ist aus der DE-AS 25 37 329 bekannt. Sägezahngeneratoren, welche die Merkmale a) bis d) aufweisen, sind jeweils aus der DE-AS 19 21 035, der DE-OS 26 35 700 und der US-PS 40 16 498 bekannt.

Derartige Sägezahngeneratoren arbeiten auf dem Prinzip der Aufladung und Entladung eines Kondensators mit konstanten Raten, wobei extrem lineare Spannungsanstiege und Spannungsabfälle erzeugt werden. Sie enthalten typischerweise eine stromschaltende Steuerschleife, in welcher die Detektoreinrichtung die Spannung am Kondensator abtastet, bis sie auf die Amplitudengrenze angestiegen oder abgefallen ist, und welche die Richtung des Kondensatorstromes umschaltet, so daß die ansteigende oder abfallende Spannung, abfällt bzw. ansteigt. Es gibt jedoch eine endliche Verzögeso rungszeit zwischen dem Punkt, in welchem die ansteigende oder abfallende Spannung, die in Form der Bezugsspannung vorliegende Amplitudengrenze erreicht, und dem Punkt, in dem die ansteigende oder abfallende Spannung ihre Richtung aufgrund der durch Übertragungszeiten in der Steuerschleife oder auch der durch Hystereriseffekte der Detektoreinrichtung bewirkte Verzögerung umkehrt. Die Wirkung dieses Schleifenverzögerungsverhaltens ist die Erzeugung von Dreiekken oder Sägezähnen, die größer und größer werden, wenn die Frequenz erhöht wird.

Aus der DE-AS 25 11 642 und der DE-OS 31 12 502 sind Sägezahngeneratoren bekannt, die ebenfalls nach dem Prinzip der Aufladung und Entladung eines Kondensators mit konstanten Raten arbeiten und die konstante, von Frequenzänderungen unabhängige Sägezahnspannungen erzeugen. Diese konstanten Sägezahnspannungen werden dort durch einen Regler- oder Abstimmkreis erreicht. Durch stromschaltende Steuer-

schleifen-Verzögerungen bewirkte Vergrößerungen der Sägezähne bei Erhöhung der Sequenz bleiben unberücksichtigt

Aufgabe der voi liegenden Erfindung ist es, einen Sägezahngenerator der eingangs genannten Art anzugeben, der ein Netzwerk zur Kompensation strornschaltender Steuerschleifen-Verzögerungen für alle Betriebsweisen, einschließlich des getriggerten, gegateten impulsgesteuerten Betriebs oder Betriebs mit variabler Symmetrie mit einem weiten Frequenzbereich aufweist.

Diese Ai:'gabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Sägezahngenerator wird wie bisher eine Frequenzsteuerspannung an die Einrichtung zum Steuern der Steilheit der Flanken der Wellenformen angelegt, wobei ein zeitbestimmender Strom für den zeitbestimmenden Kondensator erzeugt wird. Die von dem zeitbestimmenden Kondensator erzeugte linear ansteigende oder abfallende Spannung wird beispielsweise über einen Trenn- oder Pufferverstärker direkt an einen Eingang der Detektoreinrichtung angelegt, welche die Schaltung des zeitbestimmenden Stroms in oder aus den zeitbestimmenden Kondensator steuert. Die Frequenzsteuerspannung, welche die Steilheit des Anstiegs oder Abfalls der Sägezahnspannung und folglich die Frequenz bestimmt, wird auch an die Einrichtung zur Modifizierung der vorbestimmten Amplitudengrenzen angelegt, die bewirkt, daß die die Amplitudengrenzen bestimmende Bezugsspannung reduziert wird, derart, daß die Detektoreinrichtung um einen Betrag früher schaltet, welcher der totalen Zeitverzögerung der Steuerschleife entspricht.

In einer bevorzugten kommerziellen Ausführungsforrn des erfindungsgemäßen Sägezahngenerators, der im Anspruch 8 angegeben ist, werden getrennte Anstiegs- und Abfallsteuersignale zur Erzeugung einer unabhängigen Steuerung von einem Anstieg oder Abfall erzeugenden Strömen und konsequenterweise von Sägezahn- oder Dreieckswellenformflanken verwendet, und diese Signale werden über getrennte Einrichtungen zur Modifikation der Amplitudengrenzen an einen Bezugsspannungsknoten der Detektoreinrichtung angelegt.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sägezahngenerators gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 7 hervor.

Durch den erfindungsgemäßen Sägezahngenerator ist ein Generator geschaffen worden, welcher ein Kompensationsnetzwerk für eine stromschaltende Schleifenverzögerung aufweist. Die durch eine solche Schleifenverzögerung verursachten Fehler werden in dem Sägezahngenerator durch Kupplung der Sägezahnspannungen direkt in eine Detektoreinrichtung zur Abtastung der Bezugsspannung und unabhängige Reduzierung der Bezugsspannung in Abhängigkeit von vorhergehenden Anstiegs- und Abfallsteilheiten kompensiert.

Ausführungsbeispiele dei Erfindung werden anhand der Figuren in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Wellenformdiagramm zur Erleichterung der Erklärung der vorliegenden Erfindung;

F i g. 2 ein Schema eines Sägezahngenerators mit einem erfindungsgemäßen Kompensationsnetzwerk für eine Schleifenverzögerung; und

F i g. 3 ein Schema eines Sägezahngenerators für einen Betrieb mit variabler Symmetrie mit unabhängig gesteuerten Kompensationsnctzwcrken für Schlcifenverzögerung.

In der F i g. 1 ist ein Wellenformdiagramm dargestellt, in welchem die vertikale Achse die Spannung und die horizontale Achse die Zeit repräsentiert Zwischen einer Zeit ii und einer Zeit U sind eine Wellenform W1 gestrichelt und eine Wellenform \V2 durchgezogen eingezeichnet die einen Zyklus sich wiederholender dreieckförmiger Spannungen oder Sägezahnspannungen darstellen, die idealerweise linear von einer Spannung — V₅

to bis zu einer Spannung + V₄ ansteigen und dann die Richtung umkehren und linear von der Spannung + V₅ auf die Spannung — V₅ fallen. Die Wellenform W1, die eine ausgeglichene Symmetrie aufweist, in welcher die Zeit oder der Zeitpunkt r? sich exakt in der Mitte zwischen der Zeit fi und der Zeit f4 befindet, wie es die Hardware ermöglicht, und bei der die Werte von -I- V₅ und — V₅ fixiert sind, wird in Verbindung mit dem Dreiecksformgenerator oder Sägezahngenerator nach F i g. 2 diskutiert Die Wellenform W2, die eine unausgeglichene Symmetrie aufweist, bei welcher die Zeit h auf jeden Punkt zwischen der Zeit ti und der Zeit U einstellbar ist und bei welcher die Werte von + V₅ und — V₅ unabhängig steuerbar sind, wird in Verbindung mit dem Sägezahngenerator nach Fig. 3 diskutiert. Natürlich kann die Frequenz sowohl in der Ausführungsform nach F i g. 2 als auch in der Ausführungsform nach F i g. 3 eingestellt werden.

In dem Sägezahngenerator nach F i g. 2 ist ein zeitbestimmender Kondensator 10 vorgesehen, der ein mit Masse oder Erde verbundenes unteres Ende und ein mit einer Verbindung zwischen zwei spannungs-gesteuerten Stromgeneratoren 12 und 14 verbundenes oberes Ende aufweist, wobei die Stromgeneratoren 12 und 14 zwischen zwei geeigneten Versorgungsspannungen + V und — Vin Serie geschaltet sind.

In Serie mit dem Stromgenerator 12 und dem oberen Ende oder der Oberseite des Kondensators 10 ist auch ein Schalter 16 geschaltet, der über den Befehl durch ein Steuersignal aus einem Pegeldetektor 18 geöffnet und geschlossen werden kann. Über ein Eingangsterminal 20 wird eine Frequenzsteuerspannung Vfreq an beide Stromgeneratoren 12 und 14 angelegt, um die Höhe oder Stärke des Stromes in ihnen einzustellen. Natürlich bestimmt die Stärke des Stromes in den Kondensator 10 oder aus diesem heraus die Stei'heiten der dadurch erzeugten linearen Spannungsanstiege oder -abfalle und folglich steuert die Spannung VrRtQ die Frequenz des dreieckförmigen Signals. Der Pegeldetektor 18 umfaßt in geeigneter Weise einen Komparator, der aus einem emitter-gekoppelten Paar Transistoren besteht. Die Spannung über dem zeitbestimmenden Kondensator 10 wird über einen Puffer- oder Trennverstärker 22 an einen Eingang des Pegeldetektors 18 angelegt. Der Pufferverstärker 22 kann in geeigneter Weise einen Feldeffekt-Transistor (FET) als seine Eingangsvorrichtung enthalten, so daß das Spannungssignal den Komparator betreibt, während eine Stromleckage durch ihn hindurch verhindert ist.
Bevor die amplituden-abtastende Bezugsspannung diskutiert wird, die an den andeien Eingang des Pegeldetektors 18 angelegt wird, ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß eine stromschaltende Steuerschleife von dem oberen Fnde des Kondensators 10 durch den Pufferwrstärker 22. den Pegeldeteklor 18. den Schalter 16

bi und zurück zu der Oberseite des Kondensators 10 ausgebildet ist. Es gibt eine endliche Zeitverzögerung t,i von dem Zeitpunkt an. in welchem die Kondensatorspannung eine Grenze erreicht, bis zum Eintreten des Schal-

ters, durch das die Stromrichtung durch den Kondensator umgekehrt wird. Diese Zeitverzögerung t_d ist für ein gegebenes System im wesentlichen konstant und sie kann deshalb kompensiert werden, indem ein früheres Schalten des !Comparators in dem Pegeldetektor 18 bewirkt wird. Für die Ausführungsform nach Fig. 2, in welcher die Symmetrie ausgeglichen und die Spannungsgrenzen -I- V₅ und — V₅ fixiert sind, wird dies dadurch erreicht, daß die Frequenzsteuerspannung V_FHEq

der F i g. 3 mit gleichartigen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen und es werden nur die Unterschiede diskutiert.

Als erstes werden getrennte und unabhängig voneinander gesteuerte Spannungen Von und V_Vp über ein Paar Eingangsanschlüsse 20a bzw. 20ό angelegt, um die Ströme Ion bzw. /(,·/> zu steuern, welche durch die spannungsgesteuerten Stromgeneratoren 14 bzw. 12 erzeugt werden. Der Schalter 16 ist anders ausgeführt als jener

an ein Kompensationsnetzwerk 24 angelegt wird, um io der F i g. 2; jedoch ist die Funktion noch die gleiche und eine Kompensationsspannung KV_FREQzu erzeugen, und daß dann diese Kompensationsspannung von einer durch einen Spannungsgenerator 26 erzeugten Referenzspannung V_REF\n einer algebraischen Summenvor-

er wird durch eine Steuerleitung von dem Pegeldetektorkomparator 18 gesteuert. Die Spannung V_Djvwirdan ein Kompensationsnetzwerk 24a angelegt, um eine Kompensationsspannung K\ Von zu erzeugen, die von

richtung 28 subtrahiert wird. Das Kompensationsnetz- 15 einer unabhängig gesteuerten Bezugsspannung Vref in

werk 24 kann bevorzugterweise ein Dämpfungsglied, Spannungsteiler oder ein Verstärker sein, das bzw. der von dem Wert der Spannung V_FRF._Q und dem gewünschten Kompensationsfaktor K abhängt. Es sei darauf hin-

einer algebraischen Summenvorrichtup.g 28a subtrahiert wird. Die resultierende Spannung Vref— K\ Vom wird zur Steuerung eines spannungsgesteuerten Stromgenerators 50 verwendet und nicht direkt an den Kom-

gewiesen, daß gemäß F i g. 1 für die gesichelte Wellen- 20 pensator 18 als eine Abtastspannung angelegt.

form W\ Spannungszuwächse Δ Vu ι und /IVj₁ propor- Die Spannung Von wird durch eine algebraische Sum-

tional zur Zeitverzögerung f_rffürden ansteigenden bzw. den abfallenden Teil der Wellenform sind, Diese Spannungsdifferenzen AVu

, sindindemdargestell-

einer algebraischen Summenvorrichtung 286 subtrahiert wird. Die resultierende Spannung 2 Vref — K₂(ViJp + Von) wird zur Steuerung eines spannungsgesteuerten Stromgenerators 54 verwendet. Eine Abtastspannung zum Schalten des Komparator 18 wird an einem Abtastspannungsknoten 56 dadurch erzeugt, daß ein Strom durch einen Widerstand 58 mit einem Wert R gezwungen wird, der mit dem Knoten 56 und Erde verbunden ist. Der Schalter 32 ist anders ausgeführt als jener in Fig. 2; jedoch ist die Funktion im wesentlichen die gleiche. Bei geschlossenem Schalter 32 spaltet sich der Strom aus dem Stromgenerator 54 an dem Knoten 56 auf, wobei ein Teil davon, der von der

angenommen, daß zum Zeitpunkt r, der Schalter 16 geschlossen ist und die gestrichelte Wellenform IV1 linear bis zu einem Punkt 34 ansteigt, der gleich + V[ref—

menvorrichtung 52 auch mit der Spannung Vur summiert, wobei die Summe an ein Kompensationsnetzwerk 24£> angelegt wird, um eine Kompensationsspanten Beispiel tatsächlich Momentanwerte von KV_FRE0, 25 nung K₂(VuP + V_DN) zu erzeugen, die ihrerseits von eidenn es ist einzusehen, daß, wenn die Frequenz der ner unabhängig gesteuerten Bezugsspannung 2 VW in Dreiecke vergrößert wird, die Steigungen der Wellenform größer werden, und daß der Wert von KV_FREQ und folglich die Spannungsdifferenzen oder -änderungen Vu und V_d größer werden. Auf ähnliche Weise nimmt der 30 Wert von KVfreq bei Erniedrigung der Frequenz ab. Die Ausgabe der algebraischen Summenvorrichtung 28 wird in zwei Pfade aufgespalten, von denen einer durch einen invertierenden Verstärker 30 invertiert wird. Ein Schalter 32, der durch die Steuerleitung von dem Pegel- 35 detektor 18 gesteuert wird, wählt zwischen positiven und negativen Werten von (V_ref—KV_Freq) aus, um den geeigneten Schaltungspegel des Komparators einzustellen.

Beim Wiederbetrachten des Betriebs der Ausfüh- 40 Symmetrie abhängt, über den Widerstand 58 zur Erde rungsform nach F i g. 2 in Verbindung mit der F i g. 1 sei fließt und der verbleibende Teil jenen ausbalanciert, der

durch den Stromgenerator 50 von dem Knoten 56 fortgeleitet wird. Folglich wird eine positive Abtastspannung an dem Knoten 56 erzeugt. Wenn der Schalter 32

ist. wenn der Kondensator 10 den Strom lup 45 offen ist, wird durch den Stromgenerator 50 Strom von aufnimmt und der Komparator im Pegeldetektor 18 Erde durch den Widerstand 58 gezogen, so daß eine schaltet. In einem Punkt 36, welcher dem Zeitpunkt t₂ entspricht, welcher der Verzögerungszeit f</ folgt, hat sich der Schalter 16 geöffnet und der Strom Ion wird aus den Kondensator 10 gezogen, wodurch bewirkt wird, 50 daß die Spannung über dem Kondensator sich ändert, so daß sie ihre Richtung umkehrt und genau bei der ge wünschten Spannung + Vj beginnt abzunehmen. In der Zwischenzeit hat der Schalter 32 umgeschaltet, so daß er ~(Vref—KVfreq) empfängt, zur Einstellung eines 55 neuen Schaltpegels für den Komparator. Der Komparator schalter wieder bei U—ta, und die Spannungswellenform kehrt ihre Richtung wieder bei U um, wodurch ein Zyklus der Wellenform W1 vervollständigt ist

Die Ausführungsform nach F i g. 3 wendet die vorste- 60 kann der Abtastpunkt für den Pegeldetektor auf verhend beschriebenen Prinzipien an; jedoch können bei schiedene Weise ausgeführt werden, wobei erforderlidieser Ausführungsform die Symmetrie und die Amplitudenspannungen + V₁ und — Vj unabhängig voneinander gesteuert werden, so daß ein sehr flexibler Sägezahngenerator gegeben ist, wobei die inhärente Zeitver- 65 zögerung genau kompensiert ist Komponenten, welche die gleiche oder eine ähnliche Funktion wie jene in F i g. 2 haben, sind zur Erleichterung des Verständnisses

negative Abtastspannung an dem Knoten 56 erzeugt wird. In einer vorgeschlagenen kommerziellen Ausführungsform des Schaltkreises nach Fig.3 stehen die Werte von K₁, K₂, Rt und Cloop (der Wert des zeitbestimmenden Kondensators 10) in folgendem Zusammenhang:

K\ = Kt =

Beispielsweise können die Stromschaltungsbrücke und tatsächlichen Stromquellen für die Erzeugung einer Dreieckswellenform auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Ähnlich

chenfalls Spannungs-Strom-Wandler und Strom-Spannungs-Wandler verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:
1. Sägezahngenerator mit

a) einer Einrichtung (10,12,14,16) zum Erzeugen von Wellenformen (Wi; W2) mit geradliniger Anstiegs- und Abstiegsflanke,

b) einer Einrichtung (20; 20a, 20b) zum Steuern der Steilheit der Flanken der Wellenformen,

c) einer Einrichtung (26) zum Festlegen vorbestimmter Amplitudengrenzen (+ V„ — V₅) für die Wellenformen,

d) einer Detektoreinrichtung (18) zur Bestimmung, wann die Wellenformen mit geradlinigen Flanken oder Sägezahnwellenformen die vorbestimmten Amplitudengrenzen (+ V_s, — V_s) erreicht haben und zur Verzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit davon, und

e) einer mit der Einrichtung (10, 12, 14, 16) zum Erzeugen der Weilenformen verbundene Einrichtung (32), die auf das Steuersignal zum Schalten der Polarität der Steigung (Anstieg oder Abfall) der Wellenformen mit geradliniger Anstiegs- und Abfallflanke anspricht,