DE3324919C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Phasenregelkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Phasenregelkreise werden z. B. in Taktgeneratoren bei TF-Systemen eingesetzt.

Aus US-PS 43 80 742 ist ein Phasenregelkreis der eingangs genannten Art bekannt. Dabei ist der Ausgang mit dem einen Eingang eines digitalen Phasenvergleichers verbunden, an dessen anderem Eingang ein Signal mit einer Referenzfrequenz anliegt. Als Speicher für die Stellgröße dient ein Zähler, dessen Ausgänge mit den Eingängen einer Schaltmatrix (Digital-Analog/Wandler) verbunden sind. Das Ausgangssignal der Schaltmatrix ist das Steuersignal für den spannungsgesteuerten Oszillator. Bei dem Zähler handelt es sich um einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der seine Zählimpulse über einen steuerbaren Umschalter erhält, dessen Schaltstellung durch das Ausgangssignal des digitalen Phasenvergleichers festgelegt ist. Der Zähler wird dabei mit der Referenzfrequenz bzw. einem aus der Referenzfrequenz abgeleiteten Signal getaktet und je nach Stellung des Umschalters dem Vorwärts- oder dem Rückwärts-Zähleingang zugeleitet. Wegen der Taktung des Zählers mit der Referenzfrequenz wird der Stand des Zählers pro Periodendauer des Referenzsignals um eine Einheit herauf- oder herabgesetzt, wodurch die Regelgenauigkeit eingeschränkt wird.

Aus der DE-AS 24 28 495 ist ein Phasenregelkreis mit einem Speicher- und einem Blockierkreis bekannt.

Der Ausgang eines Phasenvergleichers ist über ein Filter mit dem Eingang des Speicherkreises verbunden, dessen Ausgang an den Eingang eines spannungsgesteuerten Oszillators angeschlossen ist. Über einen Frequenzteiler wird die Regelgröße am Ausgang des Oszillators auf den einen Eingang des Phasenvergleichers zurückgeführt, während an dessen anderem Eingang als Führungsgröße ein Synchronisiersignal anliegt. Parallel zum Speicherkreis, der im folgenden näher beschrieben wird, liegt der Blockierkreis.

Im Speicherkreis sind die Ausgänge eines Zählers mit den Eingängen eines Digital-Analog-Wandlers verbunden. Der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers ist mit dem einen Eingang eines ersten Differenzverstärkers verbunden, dessen Ausgang sowohl mit dem spannungsgesteuerten Oszillator als auch mit dem einen Eingang eines als Komparator dienenden zweiten Differenzverstärkers verbunden ist. Dem anderen Eingang des Komparators wird die Ausgangsspannung des Filters zugeführt. Der Ausgang des Komparators ist mit dem einen Eingang eines Taktimpulsgenerators verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Blockierkreis und dessen Ausgang mit dem Eingang des Zählers verbunden ist. Der Taktimpulsgenerator, der Zähler und der Komparator bilden einen Analog-Digital-Wandler, in dem die Analogspannung am Ausgang des Filters in eine numerische Information umgesetzt wird. Wenn die Spannung am Ausgang des Komparators von Null verschieden ist, werden dem Zähler vom Taktimpulsgenerator Taktimpulse zugeführt, sodaß der Zähler vorwärts oder rückwärts zählt, je nachdem, ob die Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers kleiner oder größer als die Spannung am Ausgang des Filters ist. Solange diese beiden Spannungen jedoch gleich groß sind, bleibt der Zähler stehen, es stimmen dann Soll- und Istfrequenz überein.

Mit dem Blockierkreis kann dann der Taktimpulsgenerator bei einer Störung, z. B. bei Ausfall der Versorgungsspannung, angehalten werden. Weil der Zähler ebenfalls stehen bleibt, wenn der Taktimpulsgenerator angehalten wird und keine Taktimpulse mehr abgibt, ist im Zähler jeweils der letzte vor einer Störung am Eingang des Oszillators anstehende Wert der Steuerspannung digital gespeichert. Am Eingang des Oszillators liegt deshalb dieselbe Steuerspannung wie vor der Störung an.

Ist die Störung beseitigt, so gibt der Blockierkreis den Zähler wieder frei. Der Phasenregelkreis arbeitet nun wieder in üblicher Weise.

Neben der zum eigentlichen Regelkreis gehörenden Rückkopplungsschleife, die vom Ausgang des Oszillators zum einen Eingang des Phasenvergleichers führt, liegt im Speicherkreis eine weitere Rückkopplungsschleife. Sie führt vom Ausgang des Digital-Analog-Wandlers zum einen Eingang des Taktimpulsgenerators und enthält zwei Differenzverstärker. Der eine der beiden Differenzverstärker dient als Komparator, denn er vergleicht die analoge Ausgangsspannung des Filters mit der analogen Spannung am Ausgang des Phasenvergleichers.

Wegen des Filters und wegen der beiden Differenzverstärker im Speicherkreis ist der Aufwand an Bauteilen in dem bekannten Phasenregelkreis relativ groß. Ferner ist das Filter aus analogen Bauteilen aufgebaut, denn an seinem Ein- und Ausgang liegen analoge Spannungen an. Damit wird auch das Filter selbst zu einem aufwendigen Bauteil, dessen Zeitkonstante außerdem wegen seiner analogen Technik begrenzt ist.

Aus GB-PS 14 82 089 ist eine Frequenzregeleinrichtung (AFC=Automatic Frequency Control) bekannt. Dabei wird eine Referenzfrequenz und eine Nominalfrequenz einem Frequenzkomparator zugeführt, der ein Signal liefert, welches das Vorzeichen der Frequenzdifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Eingangssignal anzeigt. Dazu wird die Referenzfrequenz einem ersten und die Nominalfrequenz einem zweiten Zähler zugeführt, wobei die Zähler vor jeder Zählperiode mit Hilfe eines Rücksetzsignals zurückgesetzt werden. Das Signal am Ausgang des Frequenzkomparators wird einem Vor-Rück-Zähler zugeführt, der in Abhängigkeit dieses Signals vor oder zurück zählt. Der Ausgang des Vor-Rück-Zählers ist mit einem Digital-Analog-Wandler verbunden, dessen Ausgangssignal die Frequenz eines Oszillators regelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasenregelkreis der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er eine wesentlich höhere Regelgenauigkeit aufweist. Außerdem sollen hohe Zeitkonstanten des Phasenregelkreises ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Phasenregelkreis der Eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Es zeigen die Fig. 1 und 2 Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In der Fig. 1 ist der Ausgang des Pulsgenerators T über einen steuerbaren Schalter S mit dem Eingang des steuerbaren Umschalters U verbunden, dessen einer Ausgang mit dem Vorwärtszähleingang V und dessen anderer Ausgang mit dem Rückwärtszähleingang R des Zählers Z verbunden ist. Die Ausgänge Q1 bis QN des Zählers Z sind mit den Eingängen E1 bis EN der Schaltmatrix M verbunden, die z. B. als Widerstands- oder Kapazitätsmatrix ausgebildet ist. Der Ausgang der Schaltmatrix M ist mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators O verbunden, dessen Ausgang an den einen Eingang des digitalen Phasenvergleichers P angeschlossen ist, während dem anderen Eingang des digitalen Phasenvergleichers P das Signal mit der Referenzfrequenz f zugeführt wird. Der Ausgang des digitalen Phasenvergleichers P ist mit dem Steuereingang des Umschalters U verbunden. Der Steuereingang des Schalters S ist mit dem Ausgang eines Blockierkreises B verbunden. Die Frequenz des Oszillators O ist über die Schaltmatrix M in Stufen einstellbar.

Anhand des Ausführungsbeispieles in Fig. 2 soll die Erfindung nun erläutert werden.

Der erste Eingang eines Und-Gatters G3 ist mit dem Ausgang des Pulsgenerators T verbunden. Der zweite Eingang des Und-Gatters G3, das den steuerbaren Schalter S darstellt, ist mit dem Blockierkreis B verbunden. Der Ausgang des Und-Gatters G3 ist mit dem ersten Eingang eines Und-Gatters G1 und dem ersten Eingang eines Und-Gatters G2 verbunden. Der Ausgang des digitalen Phasenvergleichers P ist an den zweiten Eingang des Und-Gatters G1 und über einen Inverter I an den zweiten Eingang des Und-Gatters G2 angeschlossen. Der Inverter I und die Und-Gatter G1 und G2 bilden den steuerbaren Umschalter U. Der Ausgang des Und-Gatters G1 ist mit dem Vorwärtszähleingang V, der Ausgang des Und-Gatters G2 dagegen mit dem Rückwärtszähleingang R des Zählers Z verbunden. Die Ausgänge Q1 bis QN des Zählers Z sind mit den Eingängen eines Rechenwerkes W verbunden. Dessen Ausgänge sind mit den Eingängen E1 bis EN der Schaltmatrix M verbunden, die gleichzeitig die Steuereingänge steuerbarer Schalter S1 bis SN darstellen, die über Kapazitäten C1 bis CN parallel auf Bezugspotential (Masse) schaltbar sind. Der gemeinsame Knoten aller Kapazitäten C1 bis CN bildet den Ausgang der Schaltmatrix M und ist mit dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators O verbunden, der folgendermaßen aufgebaut ist:

Am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators O sind der eine Anschluß eines Schwingquarzes Q und einer Kapazität CO, deren anderer Anschluß auf Bezugspotential liegt, angeschlossen. Der andere Anschluß des Schwingquarzes Q, der über eine Reihenschaltung aus zwei Kapazitäten CP und CQ auf Bezugspotential liegt, ist mit der Basis eines Transistors TR verbunden, dessen Kollektor ebenfalls auf Bezugspotential liegt. Der Emitter des Transistors TR, der den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators O bildet, ist mit dem Verbindungspunkt der beiden Kapazitäten CP und CQ verbunden und liegt außerdem über einer Stromquelle QS an einer Versorgungsspannung UB. Am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillator O liegt ein Verstärker VR, von dessen Ausgang die Rückkopplungsschleife zum einen Eingang des digitalen Phasenvergleichers P führt. Wie in Fig. 1 wird dem anderen Eingang des digitalen Phasenvergleichers P das Signal mit der Referenzfrequenz f zugeführt. Im störungsfreien Betrieb ist der Und-Gatter G3 durchgeschaltet, sodaß der Zähler Z vom Pulsgenerator T Zählimpulse erhält. Je nachdem wie der Vergleich im Phasenvergleicher P ausfällt, zählt der Zähler Z entweder vorwärts bei positiver Phase oder rückwärts bei negativer Phase. Die Stellung der steuerbaren Schalter S1 bis SN der Schaltmatrix M entspricht dabei jeweils dem augenblicklichen Zählerstand. Weil der Schwingquarz Q des spannungsgesteuerten Oszillators O unmittelbar von der Schaltmatrix M angesteuert wird und keine Kapazitätsdiode im spannungsgesteuerten Oszillator O vorhanden ist, wird die Schleifenverstärkung erhöht und damit das Regelverhalten verbessert. Durch das Rechenwerk W wird die Kennlinie des Phasenregelkreises linearisiert.

Während einer Störung, z. B. bei Ausfall der Synchronisation, kann mit dem Blockierkreis B das Und-Gatter G3 gesperrt werden. Weil der Zähler Z bei gesperrtem Und-Gatter G3 keine Taktimpulse mehr erhält, bleibt er stehen. Deshalb liegt am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators O dieselbe Steuerspannung wie vor der Störung an. Nach dem Ende der Störung schaltet der Blockierkreis B das Und-Gatter G3 durch und gibt damit den Zähler Z wieder frei.

Weil der Speicherkreis des erfindungsgemäßen Phasenregelkreis, zu dem der Pulsgenerator T, der Schalter S, der Umschalter U, der Zähler Z und die Schaltmatrix M gehören, keinen Analog-Digital-Wandler mit Rückkopplungsschleife und mit Differenzverstärkern mehr enthält und weil zwischen dem digitalen Phasenvergleicher P und dem Speicherkreis kein Filter mehr liegt, ist der Aufwand an Bauteilen gegenüber dem bekannten Phasenregelkreis verringert.

Weil die Filterfunktion durch den Pulsgenerator realisiert wird, sind im Gegensatz zu einem analogen Filter beliebig große Zeitkonstanten erzielbar.

Claims (7)

1. Phasenregelkreis mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (O), dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines digitalen Phasenvergleichers (P) verbunden ist, an dessen anderem Eingang ein Signal mit einer Referenzfrequenz (f) anliegt, mit einem als Speicher für die Stellgröße dienenden Zähler (Z) mit einem Vorwärtszähleingang (V) und einem Rückwärtszähleingang (R), mit einem steuerbaren Umschalter (U), dessen einer Ausgang mit dem Vorwärtszähleingang (V) und dessen anderer Ausgang mit dem Rückwärtszähleingang (R) des Zählers (Z) und dessen Steuereingang mit dem Ausgang des Phasenvergleichers (P) verbunden ist und mit einer Schaltmatrix (M), wobei der Zähler (Z) und die Schaltmatrix (M) in Reihe zwischen dem Ausgang des Phasenvergleichers (P) und dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (O) liegen und die Ausgänge (Q1, Q2 . . . QN) des Zählers (Z) mit den Eingängen (E1, E2 . . . EN) der Schaltmatrix (M) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Takten des Zählers (Z) ein Pulsgenerator (T) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des steuerbaren Umschalters (U) verbunden ist, und daß zwischen dem Pulsgenerator (T) und dem steuerbaren Umschalter (U) ein steuerbarer Schalter (S) einschaltbar ist, dessen Steuereingang mit einem Blockierkreis (B) verbunden ist.

2. Phasenregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang eines ersten Und-Gatters (G1), der mit dem ersten Eingang eines zweiten Und-Gatters (G2) verbunden ist, den Eingang des steuerbaren Umschalters (U) bildet, daß der zweite Eingang des ersten Und-Gatters (G1) den Steuereingang des steuerbaren Umschalters (U) bildet und mit dem Eingang eines Inverters (I) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des zweiten Und-Gatters (G2) verbunden ist und daß der Ausgang des ersten und der Ausgang des zweiten Und-Gatters (G1, G2) die beiden Ausgänge des steuerbaren Umschalters (U) bilden.

3. Phasenregelkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmatrix (M) als Kapazitätsmatrix ausgebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmatrix (M) als Widerstandsmatrix ausgebildet ist.

5. Phasenregelkreis nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (O) vom einen Anschluß eines Schwingquarz (Q), der über eine erste Kapazität (CO) auf Bezugspotential liegt, gebildet wird, daß der andere Anschluß des Schwingquarzes (Q) über eine Reihenschaltung aus einer zweiten und einer dritten Kapazität (CP, CQ) ebenfalls auf Bezugspotential liegt und mit der Basis eines Transistors (TR) verbunden ist, daß der Kollektor des Transistors (TR) auf Bezugspotential liegt und daß der Emitter des Transistors (TR), der mit dem Verbindungspunkt der zweiten und dritten Kapazität (CP, CQ) verbunden ist und über eine Stromquelle (QS) an einer Versorgungsspannung (UB) liegt, den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (O) bildet.

6. Phasenregelkreis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (S) durch ein drittes Und-Gatter (G3) mit zwei Eingängen realisiert ist.

7. Phasenregelkreis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zähler (Z) und die Schaltmatrix (M) ein Rechenwerk (W) geschaltet ist.