-
Regelschleife für die Ablenkung von Kathodenstrahlen
-
bei Anzeigeeinrichtungen Die Erfindung betrifft eine Synchronschaltung
zum Steuern der Ablenkung bei Kathodenstrahlanzeigen mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
-
Anzeigeeinrichtungen mit Kathodenstrahlröhren, wie sie beim Fernsehen
verwendet werden, zeigen Bilder, die durch Rasterabtastung erzeugt sind, wobei ein
Rasterrahmen einen Satz horizontaler Zeilen enthält. Aufeinanderfolgende Sätze horizontaler
Zeilen sind durch einen Vertikalrücklauf voneinander getrennt. Um sicherzustellen,
daß die Zeilen zu einem qewünschten Zeitpunkt innerhalb jedes Rahmens erzeugt werden,
um so die Zeilen zum Erzielen einer guten Bildqualität aufeinander ausgerichtet
anzuordnen, wird eine Art der Synchronisation verwendet.
-
Bei dem üblichen Aufbau einer Kathodenstrahlröhre ist diese mit Ablenkspulen,manchmal
auch als Joch bezeichnet, versehen, die mit einem Strom angesteuert werden, um den
Elektronenstrahl zu einem gewünschten Punkt auf dem Schirm der Anzeigeeinrichtung
abzulenken. Eine dieser Spulen, die Horizontalablenkspule, lenkt zur Erzeugung der
jeweiligen Zeile den Elektronenstrahl in horizontaler Richtung ab. Eine zweite dieser
Spulen, die Vertikalablenkspule, stellt die Höhe des Elektronenstrahls während der
Zeilenwiedergabe ein.
-
Der Betrieb der Horizontalablenkspule ist von besonderer Bedeutung.
Während der Wiedergabe jeder Zeile wird in die Horizontalablenkspule ein elektrischer
Strom eingespeist, der einen sägezahnförmigen Signalverlauf aufweist. Der Beginn
jedes Sägezahns wird durch die Synchronisierung des Sägezahns mit einem als Horizontalsynchronsignal
bezeichneten Signal individuell gesteuert. Beim Fernsehen und anderen Arten von
Anzeigeeinrichtungen mit Kathodenstrahlröhren wird die Synchronisation für jede
Zeile zusammen mit den darzustellenden Daten übertragen. Jedoch wird zwischen Rahmen
während des Zeitintervalls des vertikalen Rücklauf (Bildaustastlücke) kein Horizontalsynchronsignal
erzeugt. Folglich kann die Synchronschaltung während des Rücklauf intervalls teilweise
außer Tritt fallen, wenn die Schaltung nicht speziell so ausgelegt ist, daß sie
während des Rücklaufintervalls weiterarbeitet.
-
Eine geeignete Synchronschaltung, die in der Anzeigetechnik weit verbreitet
ist, enthält eine PLL-Schleife (Phasenregelkreis). Eine solche Synchronschaltung
ist in der Lage, während des Bildrücklauf intervalls, d.h.
-
in der Austastlücke, ohne Verlust der Synchronisation weiterzuarbeiten,
da der PLL-Kreis einen ständig laufenden spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) enthält.
-
Deswegen behält die Schleife mit Ausnahme einer vernachlässigbaren
kleinen Drift die richtige Phasenlage bei Wegfall der Horizontalsynchronisation
während des Bildrücklaufs.
-
Eine Schwierigkeit entsteht insofern, als eine PLL-Schleife in Verbindung
mit einem die dynamische Eigenschaften der Schleife bestimmenden Schleifenfilter
sowie weiters mit einer Spulentreiberschaltung, die in der
Schleife
angeordnet ist, eine Ubertragungsfunktion aufweist, die wesentlich komplexer ist
als die eines einfachen Integrators, der den VCO charakterisiert. Deswegen neigen
solche Schleifen zur Instabilität und können infolge von Störungen einen Jitter
zeigen, was die Wiedergabegenauigkeit der Daten auf der Anzeiqeeinrichtung verringert.
-
Es ist ersichtlich, daß die Anzeigeeinrichtung nicht als Fernsehgerät
ausgeführt sein muß, bei dem die Anzahl der Synchronimpulse von dem übertragenen
Signalformat und der Bandbreite begrenzet ist. Im Falle einer rechnergesteuerten
Anzeigeeinrichtung können die Horizontalsynchronimpulse ständig,selbst während des
Bildrücklaufes,erzeugt werden , so daß es nicht notwendig ist, für die Synchronschaltung
eine eigene Phasenreferenz wie bei der Verwendung des vorstehend genannten VCO's
vorzusehen. Somit ist ersichtlich, daß die gegenwärtig verfügbaren Synchronschaltungen
unter Inkaufnahme einer möglichen Instabilität und einer übermäßigen Empfindlichkeit
gegenüber Störungen ein Leistungsmerkmal aufweisen, das nicht erforderlich ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfachere Ablenksynchronschaltung
für Anzeigeeinrichtungen zu schaffen, die unempfindlich gegen Störsignale ist und
eine größere Stabilität aufweist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ablenksynchronschaltung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 gelöst.
-
Bei einer derart aufgebauten Ablenksynchronschaltunq für Anzeigeeinrichtungen
wird eine Folge von Impulsen, die von den Rückschlagströmen in einer Spulentreiberschaltung
herrühren, unmittelbar mit einem kontinuierlich sich wiederholenden horizontalen
Synchronimpulssignal verglichen, um daraus ein Zeitsteuersignal zu erzeugen. Das
Zeitsteuersignal verschiebt den Beginn des sägezahnförmigen Treiberstroms für die
Ablenkspule, um den sägezahnförmigen Strom mit dem Synchronsignal zu synchronisieren.
-
In der Ablenksynchronschaltung wird das Zeitsteuersignal mittels eines
monostabilen Multivibrators oder Monoflop erzeugt, der durch den Synchronimpuls
getriggert wird und eine elektronisch verstellbare Verzögerungszeit aufweist. Die
Ablenksynchronschaltung ist in Gestalt einer Schleife ausgeführt, die eine Vergleichsschaltung
aufweist, um den oben erwähnten Vergleich zwischen dem Rückschlagimpuls mit dem
Synchronimpuls durchzuführen, wobei die Versleichsschaltung in Abhängigkeit von
dem Vergleich ein Schleifenfehlersignal erzeugt. Die Vergleichsschaltung enthält
einen Integrator, der als Filter zur Stabilisierung der Schleife dient. Das Schleifenfehlersignal
erscheint an dem Ausgang des Integrators und wird dem Monoflop zur Einstellung von
dessen Verzögerungszeit zugeführt, um so den sägezahnförmigen Strom mit dem Synchronsignal
zu synchronisieren.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches
Schaltbild einer Anzeigeeinrichtung mit einer Kathodenstrahlröhre, Fig. 2 ein Blockdiagramm
der Ablenksynchronschaltung gemäß der Erfindung für die Anzeigeeinrichtung nach
Fig. 1 und Fig. 3 die Schaltwellen an dem Integrator aus Fig. 1 zur Erzeugung des
Schleifenfehlersianals.
-
In Fig. 1 ist eine Anzeigeeinrichtung 10 mit einer Kathodenstrahlröhre
12 veranschaulicht, bei der ein Elektronenstrahl mittels eines Joches 14 abgelenkt
wird. Das Joch 14 enthält eine Horizontalablenkspule 16 sowie eine Vertikalablenkspule
18, die jeweils über Ablenkendstufen oder Spulentreiber 20 bzw. 22 angesteuert werden.
Jeder der Treiber 20 und 22 enthält eine (nicht veranschaulichte) bekannte Schaltung,
um die erforderlichen Treiberströme für die jeweiliqe Spule 16 bzw. 18 zu erzeugen.
Ein Zeitschaltkreis 24 liefert über Horizontal- und Vertikalsynchronschaltkreise
26 und 28 Horizontal- und Vertikalsynchronsignale an den Treiber 20 bzw. 22. Der
Elektronenstrahl wird mittels eines an das Steuergitter oder Wehneltzylinder 32
der Kathodenstrahlröhre angeschlossenen Modulators mit den Datensignalen moduliert,
wobei die Datensignal aus einer Datenquelle 34 zugeführt werden.
-
Gemäß Fig. 2 enthält der Horizontalsynchronisationsschaltkreis 26
eine Vergleichsschaltuna 36 und eine veränderbare Verzögerungsschaltung 38. Die
Verzöerungsschaltung 38 ist als monostabiler Multivibrator oder Monoflop aufgebaut
und besteht aus einer bekannten Schaltung, von der ein vereinfachter Teil in dem
Block der Verzögerungsschaltung 38 schematisch veranschaulicht ist. Das Maß der
von der Verzöaerunqsschaltung 38 bewirkten Verzögerung wird durch ein Signal gesteuert,
das einem Anschluß A der Verzöqerungsschaltung 38 zugeführt wird. Wie weiter unten
beschrieben, wird dieses Signal von der Vergleichsschaltung 36 auf einer Leitung
40 eingespeist. Die Synchronschaltung 26 erhält über eine Leitung 42 von dem Zeitschaltkreis
24 Synchronimpulssignale und gibt über eine Leitung 44 Trigersignale an den Horizontalspulentreiber
20 ab. Die Vergleichsschaltunq 36 enthält
ein RS-Flipflop 46, einen
begrenzenden Verstärker 48 sowie einen Integrator 50. Das Synchronsignal auf der
Leitung 42 trigaert die Verzögerungsschaltung 38 periodisch auf und wird außerdem
dem Setzeingang des Flipflop 46 zugeführt. Der Spulentreiber 20 enthält einen Treiberverstärker
52 sowie einen Horizontalablenkverstärker 54,der im Stromkreis der Horizontalablenkspule
16 liegt.
-
Erfindungsgemäß arbeitet die Schaltung nach Fiq. 2 als rückgekoppelte
Schleife und liefert über eine Leitung 56 an den Rücksetzeingang des Flipflop 46
einen Abtastwert des Rückschlaqimtulsstromes in der worizontalablenkspule 16. Der
Horizontalahlenkverstärker 54 enthält eine bekannte Schaltung, von der ein Teil
schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Der Spulenstrom fließt durch einen Kondensator,
der an die Verbindungsstelle zwischen der Horizontalablenkspule 16 und dem Transistor
angeschlossen ist, um die Energie des Rückschlagstromes aufzunehmen, wenn der Transistor
durch ein Signal des Treiberverstärkers 52 abgeschaltet wird, um den Stromfluß in
der Horizontalablenkspule 16 am Ende der Abtastzeile zu beenden. Die Leitung 56
ist über einen Abschwächer 58, der, wie in Fig. 2 als ohmscher Spannungsteiler ausgeführt
sein kann, an den besagten Transistor angeschlossen. Der Abschwächer 58 vermindert
die beim Rückschlagstrom auftretenden, verhältnismäßig großen Spannungsimpulse auf
verhältnismäßig kleine Spannungsimpulse, die geeignet sind, um das Flipflop 46 zurückzusetzen.
-
Das Flipflop 46 erzeugt einen Ausgangsimpuls, dessen Dauer gleich
der Zeit ist, die zwischen dem Auftreten des Synchronimpulses auf der Leitung 42
und ds Abtastsiqnals des RückschlarimDulses aut der Leituna 56 veraeht.Für jeden
Synchronimpuls
42 entsteht ein Spulenstrom sowie sein zugehöriger Rückschlagimpuls. Das Ausgangssignal
des Flipflops 46 ist deshalb eine Impulskette. Das Ausgangssignal des Flipflops
46 wird von dem VerstBrker 48 verstärkt, der eine begrenzende Wirkung hat und jeden
Impuls mit einer exakt definierten Amelitud.e erzeugt, während die entsprechenden
Pulsbreiten beibehalten sind. Eine beispielhafte Impulskette 60 ist an dem Ausgang
des Verstärkers 48 auf der Leitung 62 dargestellt.
-
Der Integrator 50 enthält einen Differenzverstärker 64 mit einem nichtinvertierenden
und einem invertierenden Eingangsanschluß, einen zwischen dem Ausgangsanschluß des
Verstärkers 64 und dessen invertierenden Eingang geschalteten Kondensator 66 sowie
einen Widerstand 68, der die Leitung 62 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers
64 verbindet,und eine ReferenzsPannungsquelle 70, die für den nichtinvertierenden
Eingang des Verstärkers 64 eine Referenzspannung erzeugt. Die Referenzspannungsquelle
27 weist ein Potentiometer 72 auf, das über mit ihm in Serie liegenden Widerständen
74 und 76 zwischen einer Spannungsquelle V1 und Masse geschaltet ist. Die Größe
der dem Verstärker 64 zugeführten Referenzspannung kann durch Bestätigung des Potentiometers
72 eingestellt werden.
-
Der Kondensator 66 in Verbindung mit dem Widerstand 68 und dem Verstärker
64 ergibt einen Integrator, durch.
-
den das von der Impulskette 60 gebildete Signal zu einer Gleichspannung
mit einem entsprechenden Pegel auf der Leitung 40 integriert wird. Dies ist im einzelnen
anhand der Graphen aus Fig. 3 ersichtlich, in der der erste Graph eine Impulskette
60 mit verhältnismäßig schmalen Impulsen zeigt, während der zweite Graph
eine
Impulskette 60 mit relativ breiten Impulsen veranschaulicht. Eine gestrichelte Linie
gibt den Gleichspannungsausgangspegel des Integrators 50 in jedem Graphen wider,
wobei die gestrichelte Linie in dem ersten Graphen einen niedrigeren Gleichspannungspegel
und in dem zweiten Graphen einen höheren Gleichspannungspegel zeigt. Der niedrigere
Gleichspannungspegel in dem ersten Graphen ergibt sich aus den verhältnismäßig schmalen
Impulsen, während der höhere Gleichspannungspegel im zweiten Graphen aus den verhältnismäßig
breiten Impulsen resultiert.
-
Die Wirkung des Flipflops 46 bei der Erzeugung eines Ausganqsim-ulses
mit einer Dauer, die der Zeitverzöaerunq zwischen den Signalen auf den Leitungen
42 und 56 entspricht, ist analog der eines Phasendetektors, der die zeitliche Beziehung
oder Phase zwischen zwei Eingangssignalen detektiert. Hierbei sind die beiden Eingangssignale
die Signale auf den Leitungen 42 und 56, während die an dem Flipflop 46 ergebende
Impulsbreite der Phasenlage zwischen den beiden Signalen auf den Leitungen 42 und
56 entspricht. Dementsprechend ist das Signal auf der Leitung 40 der Mittelwert
dieser Phase. Es ist ferner zu erkennen, daß aus der Sicht des Differenzeingangs
des Verstärkers 64 das Signal auf der Leitunq 40 die Differenz zwischen der mittleren
Phase und dem Bezugssignal ist, das von der Synchronschaltung 26 erzeugt wird. Die
Einstellung des Potentiometers 72 ergibt die gewünschte zeitliche Beziehung zwischen
dem Synchronimpulssignal auf der Leitung 42 und dem Rückschlagimpulssignal auf der
Leitung 56.
-
Die Verzögerungsschaltung 38 enthält einen Kondensator 78, der in
einen Rückkopplungsweg zwischen zwei Transistoren des Signalweges der Verzögerungsschaltung
38 geschaltet ist. Der Kondensator 78 bewirkt im Zusammenwirken mit anderen an ihn
angeschlossenen Widerständen eine Lade- und Entladezeit, wodurch die Transistoren
gezwungen werden, ihren ursprünglichen Schaltzustand umzukehren, nachdem eine vorbestimmte
Zeit seit dem Triaaern der Schaltung durch den Synchronimpuls auf der Leitung 42
vergangen ist. Dies entspricht der bekannten Betriebsweise eines monostabilen Multivibrators,
bei dem der initialisierende Auftastimpuls die Stromflußzustände in den zuaehörigen
Transistoren ändert, wobei nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit die Transistoren
in ihre ursprünglichen Stromleitungszustände zurückkehren.
-
Das Schleifenfehlersignal auf der Leitung 40 wird über die Vergleichsschaltung
36 dem Steueranschluß A der Verzögerungsschaltung 38 zugeführt, um entsprechend
der Größe des Signals auf der Leitung 40 einen Verzögerungswert einzustellen. Das
Schleifenfehlersiqnal wird über einen Widerstand 80 in die Verbindunqsstelle eines
Anschlusses des Kondensators 78 mit einem Basisanschluß eines der Transistoren eingespeist.
-
Hierdurch wird der Spannungsabfall längs des Kondensators 78 zu dem
Schleifenfehlersignal addiert, um so den Zeitpunkt zu verschieben, an dem der Kondensator
78 einen geeigneten Spannungsabfall aufweist, durch den der Transistor getriggert
wird, um in seinen ursprünglichen Schaltzustand zurückzukehren. Auf diese Weise
steuert das Schleifençehtersianal auf der Leitung 40 den Zeitpunkt des Auftretens
der Rückflanke des Ausgangstriggerimpulses auf der Leitung 44, der von der Verzögerungsschaltung
38 erzeugt wird.
-
Der Treiberverstärker 52 wird durch die Rückflanke des Triggerimpulses
auf der Leitung 44 aufgetastet. Somit ist die Aktivierung des Treiberverstärkers
52 gegenüber dem Auftreten des Synchronimpulses um einen Zeitbetrag verzögert, der
durch das Schleifenfehlersignal bestimmt ist.
-
Die Synchronschaltung 26 wirkt damit in Verbindung mit dem Spulentreiber
20 als Rückkopplungsschleife, die sicherstellt, daß die Zeitpunkte des Auftretens
einer Sequenz horizontaler Abstastzeilen starr mit den Zeitpunkten des Auftretens
einer Sequenz horizontaler Synchronimpulssignale verknüpft sind. Die zeitliche Beziehung
zwischen der Aufeinanderfolge der horizontalen Zeiten und der Folge von Synchronimpulsen
kann durch das Potentiometer 72 eingestellt werden.
-
Die Schaltung nach Fig. 2 weist keinerlei Signalerfassungsbeschränkungen
auf, da ein rampenförmiger Ausgangsstrom in der Spule 16 automatisch bei jedem Auftreten
eines Synchronimpulses auf der Leitung 42 erscheint. Die oben erwähnte zeitliche
Beziehung wird eingestellt, nachdem eine Folge horizontaler Zeilen erzeugt wurde,
um so der Schleife Zeit zu geben, die Verzögerung in der Verzögerungsschaltung 38
auf die vorbestimmte Verzögerungszeit zu ziehen und dementsprechend einzustellen.
-
Das dynamische Einschwingverhalten der Schleife muß nur schnell genug
sein, um beim ersten Einschalten der Anzeigeeinrichtung 10 die gewünschte Verzögerung
einzustellen. Da die Synchronimpulse auf der Leitung 42 mit einer festen Frequenz
erzeugt werden, bestehen keine weiteren dynamischen Beschränkungen. Dementsprechend
muß der Kondensator 66 groß genug gemacht werden, um, falls gewünscht, eine Bandbreite
in der
Größenordnung eines Bruchteils von 1 Hz zu erzeugen, anstelle
der mehrere 1000 Hz, die bei Schleifen erforderlich sind, die dynamische Erfassunasbeschrën
kungen aufweisen. Folglich arbeitet die Schaltung 2 hinsichtlich der Synchronisierung
des Spulenstromes in einer tatsächlich störungsfreien Umgebung.
-
Es ist zu erkennen, daß keine Beschränkungen für die Schaltung des
Zeitkreises 24 gemacht wurden. Die von dem Zeitschaltkreis 24 abgegebenen Synchronimpulse
können durch eine digitale Uhr oder mittels einer PLL-Schleife erzeugt werden, die
durch ein weiteres Bezugssignal gesteuert ist. Für den Fall, daß ein Driften bei
der Wiederholungsrate der Synchronimpulse des Zeitschaltkreises 24 auftritt, wird
der Kondensator 66 des Integrators 50 so bemessen, daß sich eine Schleifenbandbreite
ergibt, die ausreichend groß ist, um der Driftgeschwindigkeit des Zeitschaltkreises
24 zu folgen. Es ist jedoch angenommen, daß die Quellen für die Synchronimpulse
hinreichend stabil sind, so daß eine Schleifenbandbreite von 1 Hz oder weniger verwendet
werden kann. Größere Bandbreiten sind ebenfalls verwendbar, wobei der Kondensator
66 dann eine kleinere Größe aufweisen kann. Eine solche kleinere Größe kann bei
der Herstellung einer miniaturisierten elektronischen Schaltung vorteilhaft sein.