DE3444401C2 - Digitale Phasensynchronisiereinrichtung für Signale derselben Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Phasensynchro­ nisiereinrichtung für Signale derselben Frequenz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein typisches Beispiel für eine Schaltung, bei der es not­ wendig ist, zwei Signale derselben Frequenz phasensynchron zu handhaben, wird durch solche bekannten Demodulatoren repräsentiert, bei denen ein in der Frequenz reduziertes Referenzsignal zunächst in der Frequenz multipliziert und dann phasensynchron mit dem modulierten Signal gemacht wird, um ein für die vorgesehenen Aufgaben geeignetes demodulier­ tes Signal zu erhalten.

Dies geschieht z. B. in einigen Fernsehgeräten, in denen die verfügbare Referenzfrequenz 15,6 kHz und die des modu­ lierten Trägers (master tone) etwa 54,7 kHz beträgt, ent­ sprechend dem 3,5fachen der Referenzfrequenz.

In einem solchen Demodulator wird die Frequenzmultiplika­ tion des Referenzsignals, wie beispielsweise aus EGAN, William: Frequency Synthesis by Phase Lock; New York 1981, S. 138, bekannt, durch ein PLL- System (Phase locked loop) erreicht, bei dem ein VCO-Oszilla­ tor (voltage controlled oscillator) bei der Frequenz des Trägers des modulierten Signals, das demoduliert werden soll, zum Schwingen angeregt wird, wodurch ein sogenannter wiedergewonnener Träger erzeugt und dann mit dem oben er­ wähnten modulierten Signal überlagert wird. In einem sol­ chen PLL-System wird der VCO-Oszillator mit einer Spannung gesteuert, die durch das Fehlersignal gesteuert wird, das aus dem Phasenvergleich zwischen dem Referenzsignal und dem einer Frequenzdivision mit einem Faktor entsprechend dem Fre­ quenzverhältnis zwischen den oben erwähnten Signalen unter­ worfenen Ausgangssignal des VCO-Oszillators resultiert. In den Fernsehgeräten beträgt dieses Verhältnis und damit folglich auch der Frequenzdivisionsfaktor z. B. ungefähr 3,5.

In einigen Fällen wird, da die Frequenzdivision durch 3,5 einige Probleme mit sich bringt, dasselbe Ergebnis dadurch erzielt, daß der VCO bei einer Frequenz, die ein Vielfaches von der des modulierten Signals ausmacht, zum Schwingen an­ geregt wird, wobei dann aus diesem Frequenzvielfachen durch Frequenzdivision der gewünschte rückgewonnene Träger bei einer Frequenz entsprechend der des modulierten Signals er­ zeugt wird. Das Ausgangssignal des VCO-Oszillators wird ebenfalls einer weiteren Frequenzdivision mit einem Faktor entsprechend dem Frequenzverhältnis zwischen dem Ausgangs­ signal und dem Referenzsignal unterworfen, um ein Signal zu erhalten, das für den Phasenvergleich mit dem Referenz­ signal und der daraus folgenden Erzeugung der Steuerspannung für den VCO-Oszillator notwendig ist. Insbesondere wird für die Fernsehgeräte üblicherweise ein VCO-Oszillator ver­ wendet, der bei einer Frequenz entsprechend dem 112fachen der Referenzfrequenz schwingt, wobei diese Frequenz durch 32 dividiert wird, um den rückgewonnenen Träger zu erzeugen und durch 112, um ein Signal zu erhalten, das für den Pha­ senvergleich mit dem Referenzsignal geeignet ist.

In den zuletzt erwähnten Fällen wird die Phasensynchronisa­ tion zwischen den zwei überlagerten Signalen derselben Fre­ quenz (d. h. dem wiedergewonnenen Träger und dem modulierten Signal) mit einem analogen System erzielt, wobei durch die Überlagerung ein die Phasendifferenz anzeigendes Signal erhalten wird, das durch geeignete Schaltungen in der Lage ist, den VCO-Oszillator so anzusteuern, daß dieser, wenn nötig, seine Schwingfrequenz ändert.

Andererseits ist es bekannt, daß aus verschiedenen Gründen zuweilen ein digitales System einem analogen System vorge­ zogen werden kann.

Aus der GB 2 029 139 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trägerrückgewinnung bekannt. Diese Druckschrift beschreibt einen schaltbaren Phasenschieber 10, der direkt auf ein lokales Trägersignal F wirkt, das sich auf derselben Frequenz wie ein moduliertes Signal SO befindet. Aus diesem Stand der Technik ist jedoch keine Phasenkorrektur auf einer gegenüber der Modula­ tionsfrequenz vervierfachten Frequenz bekannt.

Ferner beschreibt die GB 1 567 734 eine vergleichbare Anordnung, aus welcher ein Phasenfehlererzeugungsschaltkreis sowie ein Phasenschieber bekannt sind. Auch in diesem Fall jedoch wirkt der Phasenschieber direkt auf dem zu synchronisierenden Signal.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine digitale Phasensynchro­ nisiereinrichtung für Signale derselben Frequenz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der digitale Schaltkreise eingesetzt werden.

Die Aufgabe wird durch die digitale Phasensynchronisiereinrich­ tung nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Die Verwendung der Phasensynchronisiereinrichtung ist im Patent­ anspruch 10 beschrieben.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 das Blockdiagramm eines Signaldemodulators, der eine Phasensynchronisiereinrich­ tung aufweist;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Signalformen der Signale, mit denen die oben erwähnte Phasensynchro­ nisiereinrichtung arbeitet.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Signaldemodulator zur Ver­ wendung z. B. in Fernsehgeräten dargestellt, bei dem ein moduliertes Signal M, insbesondere ein modulierter Träger, einer Demodulation durch Überlagern mit einem Signal dersel­ ben Frequenz oder einem rückgewonnenen Träger B, erzielt durch geeignete Multiplikation und Division der (niedrige­ ren) Frequenz des Referenzsignals R, unterworfen wird. Unter der oben erwähnten Annahme der Verwendung in einem Fernsehgerät kann z. B. der modulierte Träger M eine Fre­ quenz entsprechend 54,7 kHz besitzen, während das Referenz- Signal R eine Frequenz entsprechend 15,6 kHz besitzen kann, die dann der Zeilenfrequenz entspricht.

Für die Frequenzmultiplikation wird ein VCO-Oszillator 1 verwendet, der bei einem Frequenzvielfachen der Frequenz des Referenzsignals schwingt, wobei z. B. ein Multiplikations­ faktor entsprechend 112, sowie für den modulierten Träger M z. B. ein Faktor entsprechend 32, gewählt wird.

Der Oszillator 1 ist mit einer Spannung V gesteuert, die durch Filtern mit einem Tiefpaßfilter 2 des Fehlersignals E erzeugt wird, welches sich aufgrund der Schleife, die den Oszillator 1 aufweist, aus einem mit einem Komparator 3 aus­ geführten Phasenvergleich des Referenzsignals R und eines Signals einer gleichen Frequenz S ergibt, wobei die Fre­ quenz S durch Division der Schwingfrequenz des Oszillators 1 mit einem Dividierer 4 mit einem Faktor entsprechend der einen Multiplikation erzeugt wird. In dem betrachteten Bei­ spiel führt der Dividierer 4 somit eine Division durch 112 durch.

Der Oszillator 1, der Komparator 3, das Filter 2 und der Dividierer 4 bilden im wesentlichen einen Frequenzgenera­ tor 11, an dessen Ausgang ein digitales Signal A einer viel­ fachen Frequenz (siehe Fig. 2) zur Verfügung gestellt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Signal A dann durch ein logisches Gate 5 geführt und einer Frequenzdivision (durch 32 in dem erwähnten Beispiel) in einem Dividierer 6 unter­ worfen, um ein Digitalsignal B (siehe Fig. 2) derselben Frequenz des modulierten Trägers M, das den sogenannten rückgewonnenen Träger darstellt, zu erhalten.

Eine Überlagerungsschaltung 7 führt schließlich die Über­ lagerung des modulierten Trägers M mit dem wiedergewonnenen Träger B aus, wobei durch einen Tiefpaßfilter 12 das ge­ wünschte demodulierte Signal DM erzeugt wird.

Für eine korrekte Demodulation ist es jedoch notwendig, daß die beiden Signale derselben Frequenz M und B, die ge­ genseitig überlagert werden, auch die gleiche Phasenlage aufweisen.

Dafür ist eine Phasensynchronisiereinrichtung vorgesehen, die durch das Bezugszeichen 10 in Fig. 1 gekennzeichnet ist, und zusätzlich zu dem schon erwähnten Übertragungsgate 5 einen Phasendetektor 13, einen Tiefpaßfilter 8 und einen digitalen Fehlerdetektor 9 auf­ weist.

Der Phasendetektor 13, der z. B. von einer weiteren Überla­ gerungsschaltung oder von einem Phasenkomparator gebildet wird, empfängt die beiden Signale derselben Frequenz M und B und unterwirft eines der beiden Signale (das Signal B in dem dargestellten Beispiel) einer Phasenverschiebung von 90° in einem Phasenschieber 14, wodurch der Phasenfehler als Abweichung des Kosinus von dem Wert 1 gemessen wird.

Durch das Tiefpaßfilter 8 wird ein solcher Phasenfehler zu dem Fehlerdetektor 9 übertragen, der diesen in ein digitales Fehlersignal DE (ein oder mehrere Pulse einer festen oder variablen Länge) transformiert, wobei dieses die Öffnungs­ zeit des Übertragungsgates 5 auf kontinuierliche oder nicht­ kontinuierliche Weise zur Erzeugung der Nullage der Phase steuert.

Zum besseren Verständnis der Betriebsweise der Synchroni­ siereinrichtung 10 kann die graphische Darstellung in Fig. 2 berücksichtigt werden, bei der angenommen wird, daß aus dem Signal A einer vielfachen Frequenz ein rückgewonnener Trä­ ger B erhalten werden kann, der dieselbe Frequenz des modu­ lierten Trägers M, aber bezogen auf diesen eine Phasenvor­ eilung, hat.

Daher existiert hier ein Phasenfehler, aus dem durch den Detektor 9 ein digitales Phasenfehlersignal DE entsteht, welches aufgrund der Steuerung der Öffnungszeit des Gates 5 die vordere Flanke des rückgewonnenen Trägers B so verzö­ gert, daß diese in Übereinstimmung mit der des modulierten Trägers M gebracht wird.

Auf ähnliche Weise arbeitet dieselbe Synchronisiereinrich­ tung für den Fall, daß eine Phasenverzögerung des Signals z. B. in bezug auf das Signal M existiert.

Natürlich ist das in den Zeichnungen dargestellte Beispiel nur eine Ausführungsform der digitalen Phasensynchronisier­ einrichtung und eine Reihe von Änderun­ gen können in dem oben erwähnten Beispiel durchgeführt wer­ den, ohne daß dabei der Bereich der Erfindung verlassen wird.

Insbesondere kann z. B. das logische Übertragungsgate 5 durch eine sich unterscheidende logische Schaltung (z. B. vom NAND- oder NOR-Typ) ersetzt werden, sowie durch eine Schaltung, die, anstatt das Signal B, bezogen auf das Sig­ nal M, zu verzögern, eine vorgezogene Pulserzeugung vor­ sieht. Im allgemeinen muß die Schaltung 5 jedoch eine Schal­ tung sein, die in der Lage ist, die Umschaltzeitpunkte des Vielfachfrequenzsignals A vorzuschieben oder zu verzögern.

Überdies kann die Phasensynchronisiereinrichtung nicht nur in einem Signaldemodulator verwendet werden, sondern im allgemeinen zur Phasensynchronisation zweier Signale der­ selben Frequenz B und M auf den verschiedensten Anwendungs­ gebieten. In diesem Fall kann der Frequenzgenerator 11 von beliebiger Art sein und kann entweder ein in der Frequenz reduziertes Referenzsignal, wie das oben erwähnte Signal R, oder dasselbe Signal B verwenden, um das Vielfachfrequenz­ signal A durch Multiplikation zu erzeugen, welches durch eine Voreil-/Nacheilschaltung wie z. B. dem logischen Über­ tragungsgate 5 oder einer anderen geeigneten Schaltung ge­ steuert wird.

Claims (10)

1. Digitale Phasensynchronisiereinrichtung für Signale derselben Frequenz (B, M), bei der das eine (B) der Signale von einem Fre­ quenzdividierer (6) durch Frequenzteilung eines digitalen Takt­ signals vielfacher Frequenz, das von einem Frequenzgenerator (11) erzeugt wird, bereitgestellt wird, gekennzeichnet durch einen Phasendetektor (13) zum Erkennen des Phasenfehlers zwi­ schen den Signalen (B, M) derselben Frequenz, einen digitalen Fehlerdetektor (9), der den Phasenfehler in ein digitales Steuersignal (DE) transformiert, und eine Voreil-/Nacheilschaltung (5), die zwischen dem Frequenz­ generator (11) und dem Frequenzdividierer (6) verbunden ist zum Verändern der Phase des vom Frequenzdividierer (6) ausgegebenen Signals (B) durch Steuern des Anlegens des Taktsignals an den Frequenzdividierer (6) als Reaktion auf das digitale Steuer­ signal (DE), so daß die Phase des durch den Frequenzteiler (6) ausgegebenen Signals (B) vorverschoben oder verzögert wird um einen Betrag, der vom Phasenfehler abhängig ist und den Phasen­ fehler selbst kompensiert.

2. Phasensynchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreil-/Nacheilschaltung (5) ein logisches Übertragungsgatter aufweist, dessen Öffnungszeiten von dem digitalen Steuersignal (DE) gesteuert werden.

3. Phasensynchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreil-/Nacheilschaltung (5) von einer logischen Schaltung der NAND/NOR-Art gebildet ist.

4. Phasensynchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreil-/Nacheilschaltung einen Pulsgenerator aufweist zum Erzeugen von Impulsen zum Vorver­ schieben des vom Frequenzdividierer (6) ausgegebenen Signals (B) bezüglich des anderen Signals (M) derselben Frequenz.

5. Phasensynchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor (13) aus einer Überlagerungsschaltung für die Signale derselben Frequenz gebildet ist.

6. Phasensynchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator (11) einen Frequenzmultiplizierer aufweist, der mit einem digitalen Refe­ renzsignal (R) gespeist wird.

7. Phasensynchronisiereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Referenzsignal (R) eine niedrigere Frequenz als die Signale (B, M) derselben Frequenz besitzt.

8. Phasensynchronisiereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Referenzsignal (R) dieselbe Frequenz wie die Signale (B, M) derselben Frequenz besitzt.

9. Phasensynchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator (11) einen VCO-Oszillator (1) aufweist, der bei einem Vielfachen der Fre­ quenz der Signale (B, M) derselben Frequenz schwingt.

10. Verwendung der Phasensynchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Signaldemodulator.