DE3245007A1 - Programmierbarer frequenzgenerator - Google Patents

Description

PHB 32.845 X SIj 4 14-10-1982

"Programmierbarer Frequenzgenerator¹' .

Die Erfindung bezieht sich auf einen programmierbaren Frequenzgenerator und auf einen Signalgenerator mit dem programmierbaren Frequenzgenerator.

Es ist bekannt, einen programmierbaren Frequenzgenerator zu schaffen in Form eines Kistalloszillators und eines Frequenzteilers, der die Frequenz durch eine programmierte Zahl, N, derart teilt, das die Ausgangsfrequenz

f , = f. /N, wobei f. die Oszillatorfrequenz ist. Ein out in/ ' m ^

Nachteil eines derartigen Frequenzgenerators ist, dass der Frequenzsprung durch den ¥ert von N bestimmt wird, der normalerweise eine ganze Zahl ist und dass dadurch die Frequenzsprünge etwas grob sein können. Ausserdem wenn eine Vielzahl von Frequenzen von einem einzigen Oszillator erhalten werden soll, wird es notwendig sein, dass der Oszillator eine sehr hohe Frequenz erzeugt, die das kleinste gemeinsame Vielfache der gewünschten Frequenzen ist. HF-Oszillatoren neigen dazu, mehr auszustrahlen und eine Quelle von Interferenzstörungen zu sein. Ausserdem soll die Frequenzteiler-Schaltung eine Vielzahl, von Stufen enthalten, die viel Leistung verbrauchen, ein Faktor, der bei Batteriespeisung relevant ist, und was auch eine Quelle von Interferenzstörung ist. Ein weiteres nachteiliges Kennzeichen der Verwendung eines FrequenzteiLers ist, dass wenn entschieden wird, den Wert des Divisors N zu ändern, beispielsweise bei Frequenzumtastung (FSK), die Änderung nicht durchgeführt werden kann, bis der Frequenzteiler den betreffenden Teilerzyklus beendet hat.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen programmierbaren Frequenzteiler zu schaffen, der die Nachteile der genannten Schaltungsanordnung nicht aufweist. Nach der vorliegenden Erfindung wird ein programmierbarer Frequenzgenerator geschaffen, mit einem Oszillator, einem programmierbaren Frequenzmultiplizierer, der mit

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dem Ausgang des Oszillators gekoppelt ist, wobei der Frequenzmultiplizier er eine Anzahl Stufen aufweist sowie einen Programmzahleingang, wobei die Ausgangsfrequenz des Frequenzmultiplizierers als Antwort auf die zugeführte Programm zahl ermittelt wird, sowie einen Teiler, der mit dem Ausgang des Frequenzmultiplizierers zum Teilen der Ausgangsfrequenz desselben gekoppelt ist.

Die Hauptvorteile des programmierbaren Frequenzgenerators nach der Erfindung beim Gebrauch eines HF—Oszillators und einer Anzahl Teiler sind, dass eine Anzahl Frequenzen von einem Oszillator für eine niedrigere Frequenz abgeleitet werden, können insbesondere durch Änderung der zugeführten Programmzahl zu dem Frequenzmultiplizierer, wodurch die Wahrscheinliehkeit von Interferenz verringert wird.

Dadurch, dass der Teiler mit dem Ausgang des Mu J.tipi izierers gekoppelt wird, wird der ZitterelTekt des Multiplizierers, dessen Ausgangsimpulse nicht zu gleichen Zeitintervallen auseinanderliegen, auf einen akzeptierbaren Pegel gebracht, so dass die Ausgangsfrequenz die Stabilität des Oszillators hat, beispielsweise eines Kristalloszillators. Weiterhin ermöglicht es der Frequenzmultiplizierer, der ein binärer oder dezimaler Multiplizierer sein kann, dass die Oszillatorfrequenz im wesentlichen gleichzeitig durch Änderung der Programmzahl erhalten wird, wodurch es nicht notwendig ist, zu warten, bis ein Teilerzyklus beendet ist.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Signalgenura bor erhalten mit einem progra.mniierba.reri Frequeuzgenex-ator und mit einem Well onformsimulator, der mit dem Ausgang des Teilers verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Signalgenerators mit einem programmierbaren Frequeiizgenerator nach der Er— findung,

Fig. 2 einen Schaltplan eines Signalgenerators mit einem programmierbaren Frequenzgenerator, der dazu geeignet ist, zu jeder Zeit eine von vier Audiofrequenztönen

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zu erzeugen.

In Fig, 1 stellen die Blöcke auf der linken Seite der vertikalon gestrichelten Linie 10 einen programmierbaren Frequenzgenerator 12 dar, der nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und die Blöcke auf der rechten Seite der Linie 10 stellen diejenigen Schaltungselemente dar, die das Ausgangssignal des Generators 12 benutzen um eine simulierte Wellenform, beispielsweise eine Sinuswellenform, zu erzeugen. Der Generator 12 enthält einen stabilen Frequenz— oszillator 14, wie einen Kristalloszillator. Ein Ausgang des Oszillators I4 ist mit einem binären Frequenzmultiplizierer (BRM) 16 mit M Stufen verbunden. Der BRM 16 hat einen Eingang 17 für eine Programmzahl N, beispielsweise eine binäre Zahl, die parallel zugeführt wird. Ein Ausgang des BRM 16 ist mit einem Teiler 18 mit einer festen Teilungszahl verbunden. In dem dargestellten Ausf ülirungsfoeiäpi el ist der Teiler

ρ 1S oin binärer ToLJ er, in dem dor Divisor K 2 ist, wobei ρ die Anzahl Stufen ist.

Im Betrieb des Generators 12 hat das Signal des Oszillators 14 eine stabile Frequenz f. und dieses Signal wird dein BRM 16 zugeführt. Das Signal f , an dem Ausgang

out

des BRM 16 besteht aus einer Folge von Impulsen, die nicht alle gleich weit auseinanderliegen, wobei es N Ausgangsim-

M
pulse für jede Gruppe von 2 Imxüul-se, die von dem Oszillator 14 zugeführt werden, gibt. Dadurch kann die Ausgangsfrequenz f des BRM 16 aiaf einfache Weise wie folgt ausgedrückt

/ / M\ M

werden: f = (.N/2 Jf. . Da 2 festliegt, kann die Ausgangsfrequenz in Stufen von (1/2 )f. geändert werden und folglich ist jede Stufe ein identischer Frequenzsprung". Weiterhin

sind insgesamt 2 - 1 verschiedene Ausgangsfrequenzen verfügbar, die alle ein genaues Vielfaches des Frequenzspunges sind. Daraus folgt, dass durch eine geeignete Wahl von f. und der Zahl M der Stufen in dem BRM 16 die Schaltung dazu benutzt werden kann, eine Wahl von Frequenzen über jeden gewünschten Bereich mit jedem gewünschten Sprung zu schaffen.

Es gibt zwei Kennlinien eines BRM, die für die Anwendung der Erfindung beispielsweise in einem Signalisierungssystem oder in einem Teil einer Testausrüstung, wie

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bei einem Signalgenerator, wichtig sind und die sind erstens, dass der BRM nahezu sofort auf eine Änderung in der Programmzahl N reagiert und zweitens dass die Ausgangsfrequenz genau der Programmteil der Eingangsfrequenz ist und so stabil sein wird wie die Eingangsfrequenz. Aber in jeder Gruppe von 3ST

M
Impulsen aus allen 2 zugeführten Impulsen vom Oszillator sind die Au slangs impulse nicht gleichrnässig in der Zeit verteilt, weil es in bestimmten Fällen zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen grössere Spalten gibt. Wenn ein derartiges Signal einem Wellenformsimülator zugeführt wird, erzeugen diese ungleichmässigen Intervalle ein unerwünschtes Zittern in der simulierten Wellenform. Das Zittern wird auf einen alczep ti erbaren Pegel gebracht und zwar durch Verwendung des Teilers 18, so dass f durch K geteilt wird, wobei

OU, C

IC 2 (d.h. 32) sein kann. Wegen dieser zusätzlichen Teilstufe muss die Ausgangsfrequenz f des BRM 17MaIe höher

ou υ

sein als wenn dies der Fall wäre, wenn kein Teiler zum Verringern des Zitterns benutzt werden würde. Der Istwert von K .soll ^eAvählt werden in bezu^ ntil." die /vewünsch i.e Oszilln. borrre([nenz, auf die Stufe in der Frequenz für aufeinanderfolgende Werte von N, die maximale Ausgangs!'requenz und den Anteil an Zittern in dem Ausgangssignal des BRM 16.

Die Blöcke auf der rechten Seite der gestrichelten Linie 16 in Fig. 1 stellen einen Wellenf orrngenerator 20 dar, wobei der Generator 20 einen Wellenformsxmulator 22 enthält, der einen sogenannten Johnson-Zähler enthalten kann mit gewichteteiL Widerständen, die mit den Ausgängen verbunden sind um die gewünschte Wellenform zu simulieren, beispielsweise eine Sinuswellenform, aus den Impulsen des Teilers 18. Eine typische Sinuswellenforrn wird aus 10 Impulsen simuliert, was im wesentlichen bedeutet, dass die Impulswiederholungsfrequenz des Teilei^s 18 durch S, durch das Teilunp;sver— hai (mis in dem Zähler, i'yeteilt wird. Der Frequenzsprung der simulierten Wellenform kann dadurch ziemlich klein gemacht

werden, was aus dem folgenden Beispiel hervorgeht, wobei vorausgesetzt wird, dass M = 8(2^M = 256), K = 32 (= 2^P wo ρ = 5)

und S = 10 und f. = 1.2288 MHz₄ .

xn

Die minimale Frequenz f . , die ebenfalls dem Fre-

^ mxn'

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quenzsprung entspricht, wird also, wenn die Programmzahl N= 1, wie folgt sein:

i_min = 1228800 χ j^ χ -£ χ ^ = 15 Hz.

Es zeigt sich auch, dass die maximale Frequenz f

^B ' ^ max

(wenn N= 255) ist:

^f,nax = ¹²²⁸⁸⁰° ^x Ü * 35 ^X 1Έ = ³⁸²⁵

Dn es in dem Ausgangssignal des Simulators 22 einige Harmonischen geben wird, werden diese durch Verwendung eines Tiefpassfilters 24 entfernt.

Da die Werte M, K und S fest sind, können durch Änderung der Programmzahl N im wesentlichen sofort Frequenz— änderungen in dem Signal an dem Ausgang des Simulators durchgeführt werden ohne dass dort eine spürbare Verformung in der Wellenform erzeugt wird.

In Fig. 2 sind entsprechende Teile aus Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Die dargestellten Schaltungsanordnung ist dazu

gemeint, zu jeglichem Zeitpunkt eine von vier niederfrequenten Siimswellen /u liefern, wobei die betreffende Frequenz al η Aiiiu'orr .-uii" die zngoorndeten Werüe der Prograiiiniz;ahJ N, die dem BRM 16 zugeführt wird, erzeugt wird. Als Beispiel sind die Frequenzen ein Frequenzumtastsignal bei 2970 Hz (Ν = 198), hohe iind niedrige Frequenzumtastsignale (FSE) von 2505 Hz (N= 167) und 2295 Hz (N= Λ 53) und ein FSK-Mittelfrequenzsignal von 24θθ Hz (JST = I60).

Der Oszillator ist ein bekannter Kristalloszillatorkreis, basiert: auf einem Transistor vom Typ MSP 9I8 mit einem Kristall von 1.2288 MHz. Das Ausgangssignal des Oszillators wird einem Impulsformer 30 in Form einer Schmitt-Triggerschaltung, wie einem integrierten Schaltungstyp CD 4093B zugeführt. Ein Ausgangssignal des Impulsformers wird einem Takte!ngan,< >; des BRM 16 zugeführt, der in der dargestellten Auf· ü'ührungsf orm durch zwei kaskadengeschaltete Vierstufenanordnungen, von Radio Corporation of America unter der Typennummer CD 4θ89Β erhältlich, gebildet ist, wobei die Einzelheiten über diese Anordnungen den technischen Mitteilungen des Herstellers entnommen werden können. Die Programmzahlen werden den jeweiligen Eingängen des BRM

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über einen Adressierkreis 32 und mehrere ODER-Tore, wie dargestellt, zugeführt.

Das Ausgangssignal des BRM 16 wird dem Takteingang des Teilers 18 zugeführt, der in diesem Ausführungsbeispiel einen binären Teiler vom Typ CD 4O24B enthält. Da der Wert von P 5 ist, wird das Eingangssignal zu dem Teiler 22 dem Q_5-Ausgang des Teilers 18 entnommen. Über eine Klemme 58 wird ein Tonsperrsignal dem Ruckste11eingang des Teilers 18 zugeführt, sowie einem Anschluss der integrierten Schaltung, die einen Teil des Sinuswellens i mula tors 22 bildet. Der Sirmswo I. leu Simula tor '-'2 basiert auf einem

voreinstellbaren Teiler/Zähler, vertrieben von Radio Corporation of America unter der Typennummer CD 4O18B. Die Ausgänge Q1 bis Q4 sind durch die Widerstände 4o, 42, 44, 46, 48 und 50 mit den Werten 26,1KiI, 100 Kf., 90,9 KQ , 90,9 Κ/λ , 26,1 K Q bzw. 100 K..Q , wiederstandsmässig gewichtet, wobei diese Werte gewählt worden sind um den harmonischen Inhalt der Ausgangswellenform zu minimalisieren. Der Ausgang Q5 wird zurückgeführt um die Zähllänge zu definieren, in diesem Fall 10. Die simulierte Sinuswelle wird in einem Zweistufenfilter 24, ausgebildet durch Operationsverstärker Motorola vom Typ MC 1458 tiefpassgefiltert.

Die Elemente aus dem Oszillator 14, dem Simulator 22 und dem Tiefpassfilter 24 haben die dargestellten Werte. Die Anschlussnummern bestimmter integrierter Schaltungen wurden auch bereits bezeichnet.

Obschon die dargestellte Schaltungsanordnung in bezug auf binäre Anordnungen beschrieben worden ist, dürfte es einleuchten, dass die Schaltungsanordnung durch Verwendung eines Dezimalmultiplizierers und mit Dezimalteilern und Zählern oder aus einer Kombination von binären oder dezimalen Anordnungen ausgebildet sein könnte.

Wesentlich andere Werte der Oszillatorfrequenz und der Teiler M, K und S könnten benutzt werden um die bestimmten Frequenzsprünge und Wellenformen zu erhalten. Wenn es erwünscht ist, zwei oder mehr Ausgangssignale gleichzeitig zu erzeugen, was notivendig dein kann, wenn als Testausrtl stung benutzt, kann der Oszillator i4 gemeinsam sein

aber weiterhin müsste die dargestellte Schaltungsanordnung für jedes gewünschte gleichzeitiges Ausgangssignal wiederholt werden. In einem derartigen Fall wird das Ausgangsoszillatorsignal für die andere (ti) Schal tungsanordnung( en) 5 der Klemme 6o au« Fig. 2 entnommen.

15 20 25 30 35

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■:30SSKS-V- ■.»"·/":---; V-" .

Claims (6)

PHB 32.845 / 14-10-1982 PATENTANSPRÜCHE:

1.J Programmierbarer Frequenzgenerator mit einem Oszillator, einem programmierbaren Frequenzmultiplizierer, der mit dem Ausgang des Oszillators gekoppelt ist, wobei der Frequenzmultiplizierer eine Anzahl Stufen enthält und mit einem Programmzahleingang, wobei die Ausgangsfrequenz des Frequenzmultiplizierers in Antwort auf die zugeführte PrOiprammzahl bestimmt wird und mit einem Teiler, der mit dem Ausgang des Frequenzmultipliziers zum Teilen der Ausgangsfrequenz desselben gekoppelt ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teiler einen festen Divisor hat.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Frequenzmultiplizierer ein binärer Frequenzmultiplizierer ist.

4. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der programmierbare Frequenzmultiplizierer ein Dezimalfrequenzmultiplizierer ist.

5· Signalgenerator mit dem programmierbaren Frequenzgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit einem Wellenformsiuiulator, der mit dem Ausgang des Teilers verbunden ist.

6. Signalgenerator nach Anspruch 6, in dem der ¥ellenformsimulator eine Sinuswelle simuliert.

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