DE3424961A1

DE3424961A1 - Schaltungsanordnung mit phasenregelschleife

Info

Publication number: DE3424961A1
Application number: DE19843424961
Authority: DE
Inventors: Philip Ian Jeremy Swindon Ainsley; Peter William Toothill Swindon Gaussen; Rodney James Shaw Swindon Lawton; Ian Alexander Purton Swindon Strachan
Original assignee: Plessey Overseas Ltd
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1985-01-24
Also published as: NL8402185A; US4596963A; JPS6039914A; GB2143385A; FR2549318A1; GB8318888D0; CA1215751A

Description

PRINZ, LEISER, BUNKtE Ä PARTNER

Patentanwälte European Patent Attorneys

München Stuttgart 3424961

PLESSEY OVERSEAS LIMITED 5. Juli 1984

2-60 Vicarage Lane

Ilford, Essex IGI 4AQ / Großbritannien

Unser Zeichen: P 2509

Schaltungsanordnung mit Phasenregelschleife

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit Phasenregelschleife, insbesondere eine solche, die einen vorbestimmten Arbeitsfrequenzbereich besitzt und gegen Ausrasten geschützt ist, sowie einen diese Schaltungsanordnung enthaltenden Empfänger-Eingangsteil.

Schaltungsanordnungen mit Phasenregelschleife^ in denen ein mit variabler Frequenz arbeitender Oszillator auf ein Steuersignal zum Verriegeln des Oszillators auf einer Bezugsfrequenz anspricht, können ausrasten und zu selbsttätigen Schwingungen erregt werden. Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Schaltungsanordnung mit Phasenregelschleife zu schaffen, bei der diese Neigung zum Ausrasten und zur Erregung von wilden Schwingungen vermieden ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Phasenregelschleife enthält einen auf variabler Frequenz arbeitenden Oszillator mit einem Steuereingang und einem Ausgang, einem Teiler, dessen Eingang an den Ausgang des Oszillators und dessen Ausgang an einen ersten Eingang eines Phasen- oder Frequenzkomparators angekoppelt ist, wobei der Komparator einen zweiten Eingang für eine Bezugsfrequenz und einen Ausgang aufweist, der an den Steuereingang des Oszillators angekoppelt ist, um ein Signal abzugeben, das in Beziehung zur Phasen- oder Frequenzdifferenz zwischen den Signalen an den beiden genannten Eingängen steht, um die Phase des Oszillators mit der des Bezugssignals zu verriegeln, einen Detektor zur Erzeugung eines Schaltsignals, wenn das Steuersignal einen vorbestimmten Bereich verläßt, und einen Schalter in'der Schleife, welcher auf das Schaltsignal anspricht und die Schleife öffnet.

Durch öffnen der Schleife, falls das Steuersignal den vorbestimmten Betriebsbereich verläßt, wird verhindert, daß die Schaltungsanordnung ausrastet und zu selbsttätigen bzw. wilden Schwingungen angeregt wird.

Das Steuersignal kann eine Spannung sein, wobei dann der Detektor ein Spannungsfühler ist, der so ausgebildet ist, daß er ein Betatigungssignal für den Schalter erzeugt, wenn die Spannung außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.

Der Spannungsfühler kann einen Spannungskomparator enthalten, dessen erster Eingang an den Steuereingang des Oszillators angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang eine Bezugsspannung empfängt und dessen Ausgang das Betätigungssignal für den Schalter abgibt, wenn eine vorbestimmte

- y-

Beziehung zwischen den Eingangssignalen besteht.

Der Phasen- oder Frequenzdetektor kann ein digitaler Detektor sein, der über eine Ladeschaltung mit dem Steuereingang des Oszillators verbunden ist. Der digitale Detektor kann zwei Ausgangsleitungen aufweisen, die an die Ladeschaltung angekoppelt sind und wovon die erste Impulse abgibt, welche eine erforderliche Frequenzerhöhung anzeigen, um die Verriegelung zu unterstützen, während die
zweite Impulse abgibt, welche anzeigen, daß eine Frequenzerniederung zur Unterstützung der Verriegelung erforderlich ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist
eine bistabile Triggerschaltung vorgesehen, die mit einem Setzeingang und einem Rücksetzeingang versehen ist, von denen der eine mit dem Steuereingang des Oszillators und der andere mit der ersten der beiden zur Ladeschaltung
führenden Leitungen verbunden ist, sowie einen Ausgang
zur Steuerung des Schalters besitzt, wobei die Auslösung des Übergangs in den stabilen Zustand und das Öffnen des Schalters bewirkt werden, wenn das Steuersignal eine Frequenz darstellt, die unter dem vorbestimmten Bereich liegt, während die Auslösung zum übergang in den anderen stabilen Zustand und das Schließen des Schalters bewirkt werden,
wenn Impulse auftreten, die eine erforderliche Frequenzerhöhung zur Unterstützung der Verriegelung anzeigen. Der Schalter kann so ausgebildet sein, daß er eine Stromquelle an den Steuereingang des Oszillators ankoppelt, wenn die Schleife geöffnet ist.

Der Teiler kann ein variables Teilerverhältnis besitzen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen

und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig.· 1 ein schematisches Blockschaltbild einer

herkömmlichen Schaltungsanordnung mit Phasenregelschleife;

Fig. 2 ein Diagramm, das die übertragungsfunktion

der Phasenregelschleife nach Fig. 1 darstellt;

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild, das

die Verbindung der verschiedenen Schaltungsblöcke der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt; und

Fig. 4 eine besondere Ausfuhrungsform der Er

findung.

Fig. 1 verdeutlicht das grundlegende Prinzip einer Phasenregelschleife, deren Oszillator 10 mit einem Teiler 11 und einem Frequenz- oder Phasendiskriminator 12 zu einer geschlossenen Schleife geschaltet ist. Der Diskriminator 12 empfängt ein Eingangssignal F¹, dessen Frequenz gleich der Ausgangsfrequenz F_QUT des Oszillators 10 dividiert durch das Teilerverhältnis M des Teilers ist, sowie ein Bezugsfrequenzeingangssignal F . Der Diskriminator 12 vergleicht die beiden Eingangssignale F¹ und F___ miteinander in Bezug auf Phasen- oder Frequenz-Kohärenz und liefert eine Korrekturspannung Vco, die an ein Freuqenzsteuerelement des Oszillators 10, zum Beispiel an eine spannungsgesteuerte Kapazitätsdiode, angelegt wird. Der Oszillator wird daher mit der Bezugsfrequenz verriegelt, besitzt jedoch eine Frequenz, die gleich F_REF x M ist.

Fig. 2 zeigt die übertragungscharakteristik der Schleife, worin Vco gegen F¹ aufgetragen ist. Die Regelschleife soll im Bereich C bis D der Kurve arbeiten, wo eine Gegenkopplung in der Schleife und ein stabiler Regelbetrieb gegeben sind. Wenn aber aufgrund von irgendwelchen Störungen, zum Beispiel Störimpulse, überschwingen oder Schwankungen der Versorgungsspannung, die Steuerspannung Vco unter den Wert V absinkt, so tritt eine Mitkopplung in der Schleife auf, und diese arbeitet im Bereich A bis B der Kurve. Die Schwingung des Oszillators 10 setzt aus, und die Schleife oder der Teiler 11 werden selbst zu Schwingungen erregt, so daß die Schleife bei der Frequenz F¹ ausrastet. Der Punkt V ist schlecht definiert und kann nicht genau vorhergesehen werden. Dies ist eine große Schwierigkeit bei Phasenregelschleife^ und die Erfindung hat die Behebung dieser Schwierigkeit zum Ziel.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Abwandlung des Grundkonzepts zur Vermeidung des Ausrastens durch die erfindungsgemäß ausgebildete Phasenregelschleife. Ein Detektor 13 weist einen mit dem Ausgang des Diskriminators 12 verbundenen Eingang auf, der die Steuerspannung Vco empfängt. Der Detektor ist so ausgebildet, daß er einen Abfall der Steuerspannung Vco auf einen Pegel feststellt, der die Größenordnung von V besitzt, wo die Gefahr des Ausrastens besteht, um dann die Schleife durch Betätigung eines elektronischen Schalters 14 zu öffnen. Die Frequenz F¹, die in die Schleife zurückgeführt wird, ist dann am Eingang des Diskriminators 12 nicht mehr vorhanden, so daß der Diskriminator eine zu niedrige Frequenz der Schleife feststellt und eine höhere Ausgangsspannung als Steuerbefehl an den Oszillator 10 abgibt, damit dieser seine Schwingungsfrequenz erhöht. Der Detektor 13 ist mit einer geeigneten Schalthysterese und/oder Verzögerung versehen, und wenn

— Ja* —

die Spannung Vco einen geeigneten Pegel erreicht, wird die Schleife wieder geschlossen. Der Schalter 14 kann statt zwischen dem Oszillator und dem Teiler 11 an einer beliebigen Stelle der Schleife angeordnet werden. Er kann insbesondere zwischen dem Diskriminator 12 und dem Oszillator 10 angeordnet werden und als Umschalter ausgebildet sein, der einen Ladestrom mit dem Steuereingang verbindet, um die Schwingungen aufrecht zu erhalten, wenn die Steuerspannung Vco auf einen vorbestimmten Pegel absinkt.

Fig. 4 zeigt eine verfeinerte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Diskriminator ein digitaler Diskriminator

22 ist, der Ausgangssignale auf zwei Ausgangsleitungen 23 und 24 an eine Ladeschaltung 25 abgibt. Die Ausgangsleitung

23 liefert Impulse, die anzeigen, daß die Frequenz F¹ zu niedrig ist und eine Erhöhung der Schwingungsfrequenz des Oszillators 10 erforderlich ist, während die Ausgangsleitung 24 Impulse abgibt, welche anzeigen, daß die Frequenz F¹ zu hoch ist und eine Absenkung der Schwingungsfrequenz des Oszillators 10 erforderlich ist. Die Ladeschaltung setzt diese Impulse in eine analoge Spannung Vc' zur Steuerung des Oszillators um. Das Ausgangssignal der Ladeschaltung wird über den elektronischen Schalter 14 und einen Schleifenverstärker sowie ein Filter 26 geführt, um die Steuerspannung Vco an den Eingang des Oszillators 10 anzulegen. Die Ausgangsleitung 23 des Diskriminators 22 ist an einen Eingang einer bistabilen Triggerschaltung angelegt, die als RS-Flip-Flop 27 ausgebildet ist. Der andere Eingang dieses Flip-Flop 27 ist mit dem Ausgang eines Komparators 28 verbunden, der als Differenzverstärker ausgebildet ist, dessen einer Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle V und dessen anderer Eingang mit dem Steuereingang des Oszillators 10 verbunden ist. Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung ist folgende:

- r-

1. In Normalstellung schließt der Schalter 14 die Schleife, und der Oszillator 10 ist mit der Bezugsfrequenz F_n„-

HiUt!

phasenverriegelt und erzeugt eine Ausgangsfrequenz F _y , die gleich F_RE„ χ Μ ist.

2. Wenn die Steuerspannung Vco unter den Wert V absinkt, also unter den Spannungswert, bei dem die Gefahr des Ausrastens und der selbsttätigen Schwingungserregung der Phasenregelschleife oder des Teilers auftritt, ändert sich die Ausgangsspannung des Komparators, und die bistabile Schaltung wird gesetzt, um eine Steuerspannung für den Schalter 14 zu erzeugen. Der Schalter gelangt dann in seinen Schaltzustand, bei dem er die Schleife unterbricht und die Stromquelle 29 über den Schleifenverstärker 26 mit dem Steuereingang des Oszillators 10 verbindet, wobei ein Ladestrom geliefert wird, um eine Erhöhung der Oszillatorfrequenz zu bewirken.

3. Wenn die Oszillatorfrequenz auf einen Wert zurückgelangt, für den auf der Ausgangsleitung 23 Impulse erscheinen, die eine erforderliche Frequenzerhöhung anzeigen, wird das Flip-Flop 27 zurückgesetzt und der Schalter 14 schaltet um, um die Schleife wieder zu schließen und die Schaltungsanordnung in ihre normale Betriebsweise zurückzuführen, bei der Phasenverriegelung und normaler Betrieb auftreten.

Der Teiler 11 hat vorzugsweise ein variables Teilerverhältnis M, damit die entsprechende variable Ausgangsfreuquenz F_n__n χ Μ ausgewählt werden kann.

Die Schaltungsanordnung mit Phasenregelschleife ist besonders zur Anwendung in Radio- oder Fernsehempfängern als Lokaloszillator geeignet, kann aber auch allgemein zum Beispiel als Syntheseschaltung oder bei Radiosendern verwendet werden.

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Claims

PRINZ, LEISER, BUNKE; Siv Patentanwälte · European Pafent" "Attorneys" München Stuttgart 3424961 PLESSEY OVERSEAS LIMITED 5. Juli 1984 2-60 Vicarage Lane Hf cord, Essex IG1 4AQ / Großbritannien Unser Zeichen: P 2509 Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung mit Phasenregelschleife, mit einem auf variabler Frequenz arbeitenden Oszillator, der einen Steuereingang und einen Ausgang aufweist, und einem Teiler, dessen Eingang mit dem Ausgang des Oszillators und dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Phasen- oder Frequenzkomparators verbunden ist, wobei der Komparator einen zweiten Eingang für eine Bezugsfrequenz und einen Ausgang aufweist, der an den Steuereingang des Oszillators angeschlossen ist und ein Signal abgibt, das in Beziehung zur Phasen- oder Frequenzdifferenz zwischen den Signalen an den beiden Eingängen steht, um die Phasenverriegelung des Oszillators mit dem Bezugssignal zu bewirken, gekennzeichnet durch einen Detektor zur Erzeugung eines Schaltsignals, wenn das Steuersignal einen vorbestimmten Bereich verläßt, und einen Schalter in der Schleife, welcher auf das Schaltsignal durch öffnen der Schleife anspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für den Oszillator eine Spannung ist und der Detektor ein Spannungsfühler ist, welcher derart ausgebildet ist, daß er ein Betätigungssignal für den Schalter abgibt, wenn die Spannung einen vorbestimmten Bereich verläßt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsfühler einen Spannungskomparator enthält, dessen erster Eingang mit dem Steuereingang des Oszillators und dessen zweiter Eingang mit einer Bezugsspannung verbunden ist und dessen Ausgang das Betätigungssignal für den Schalter abgibt, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen den an die Eingänge angelegten Signalen besteht.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasen- oder Frequenzkomparator ein digitaler Detektor ist, welcher über eine Ladeschaltung mit dem Steuereingang des Oszillators verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Detektor zwei Ausgangsleitungen aufweist, die an die Ladeschaltung angeschlossen sind, wobei die erste dieser beiden Ausgangsleitungen Impulse abgibt, welche eine erforderliche Frequenzerhöhung zur Verriegelung anzeigen, während die zweite Ausgangsleitung Impulse abgibt, die eine erforderliche Erniedrigung der Frequenz zur Phasenverriegelung anzeigen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine bistabile Triggerschaltung, die einen Setzeingang und einen Rücksetzeingang aufweist, von denen der eine mit

dem Steuereingang des Oszillators und der andere mit der ersten der beiden zur Ladeschaltung führenden Ausgangsleitungen verbunden ist, und einen Ausgang zum Steuern
des Schalters aufweist, wobei die Auslösung des Überganges in den einen stabilen Zustand und das öffnen des Schalters bewirkt werden, wenn das Steuersignal eine Frequenz anzeigt, die unterhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, und die Auslösung des Übergangs in den anderen stabilen
Zustand sowie das Schließen des Schalters bewirkt werden, wenn Impulse auftreten, die eine erforderliche Frequenzerhöhung zur Unterstützung der Verriegelung anzeigen.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter derart ausgebildet ist, daß er eine Stromquelle an den Steuereingang des Oszillators anlegt, wenn die Schleife geöffnet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler ein variables Teilerverhältnis aufweist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung im Empfangsteil eines Radio- oder Fernsehempfängers, wobei das Ausgangssignal des Oszillators das Lokaloszillatorsignal des Empfängers bildet.