DE3818085A1 - Schaltungsanordnung fuer die phasensynchronisierung von taktimpulsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Phasen­ synchronisierung von Impulsen einer ersten Taktimpulsfolge mit Impulsen einer zweiten Taktimpulsfolge, deren Impulsperioden je­ weils in einem ganzzahligen Verhältnis zu den Impulsperioden der Impulse der ersten Taktimpulsfolge stehen, mit einer aus einem innerhalb eines vorgegebenen Proportionalbereiches steuerbaren, eine Oszillator-Taktimpulsfolge abgebenden Taktoszillator und einem mit dieser Oszillator-Taktimpulsfolge beaufschlagten Freqzuenzteiler bestehenden Reihenschaltung, an deren Ausgang die zweite Taktimpulsfolge auftritt, und mit einem Phasendiskri­ minator, welchem eingangsseitig die erste Taktimpulsfolge und die gegebenenfalls entsprechend dem genannten ganzzahligen Ver­ hältnis untersetzte zweite Taktimpulsfolge zugeführt sind und welcher ausgangsseitig ein der Phasenabweichung der ihm zuge­ führten Taktimpulsfolgen entsprechendes Regelsignal bereitstellt, das dem Taktoszillator über ein Tiefpaß-Filter zugeführt ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist als Phasenregelkreis (Pha­ se-Locked-Loop) bekannt (z. B. "Unterrichtsblätter der Deutschen Bundepost", Jahrgang 34/1981, Nr. 2, Seiten 75 bis 83). Pha­ senregelkreise weisen bei einer entsprechenden Dimensionierung innerhalb des Proportionalbereiches des spannungsgesteuerten Taktoszillators, d. h. im eingerasteten Zustand, hinsichtlich der Phasensynchronisierung eine hohe Konstanz auf. Liegen jedoch die beiden zu synchronisierenden Taktimpulsfolgen zunächst außer­ halb dieses Proportionalbereiches, so ist für das Einrasten des betreffenden Phasenregelkreises je nach Frequenzdifferenz eine mehr oder weniger lange Zeitspanne erforderlich. Diese Zeitspanne ist insbesondere lang, wenn als spannungsgesteuerter Taktoszilla­ tor ein spannungsgesteuerter Quarzoszillator mit geringem Zieh­ bereich benutzt ist.

Darüber hinaus ist bereits ein Taktimpuls-Regenerator für die Synchronisierung von Taktimpulsen mit Eingangsdatensignalen be­ kannt (DE-AS 27 20 747). Dieser Taktimpuls-Regenerator weist einen Taktsignale vorgegebener Frequenz bereitstellenden Oszilla­ tor und einen diesem nachgeschalteten steuerbaren Frequenzteiler auf. Für die Einstellung dieses Frequenzteilers ist eine aus ei­ nem Phasendiskriminator und einem mit diesem verbundenen Steuer­ kreis bestehende Steuereinrichtung vorgesehen, welche bei einer bestehenden Phasenabweichung zwischen den Eingangsdatensignalen und den Taktimpulsen in Abhängigkeit von der Richtung und des Be­ trags den Frequenzteiler derart steuert, daß dieser auf ein gegen­ über dem normalen Frequenzteilerverhältnis abweichendes Frequenz­ teilerverhältnis eingestellt wird.

Außerdem ist es bereits aus der UKW-Empfangstechnik bekannt ("Funk­ schau", 1971, Heft 17, Seiten 535 bis 537, und Heft 18, Seiten 587 bis 589), eine digital arbeitende Suchlauf-Anordnung in der Weise zu realisieren, daß durch manuelle Kanalwahl bzw. automatischen Suchlauf zunächst eine sprungweise Grobabstimmung des UKW-Empfängers auf die Frequenz eines Senders vorgenommen wird. Durch diese sprungweise Abstimmung bedingte Abstimmfehler (Frequenzfehler) sind durch eine Feinregelung (AFC) ausgleichbar.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg zu zei­ gen, wie bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mit einem geringen zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand das Einlaufverhalten verbessert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung da­ durch, daß eine für eine Grobsynchronisierung dienende Steuer­ einrichtung vorgesehen ist, welche eine außerhalb eines vorgege­ benen Grenzwertes liegende Phasenabweichung ermittelt und bei Vorliegen einer solchen Phasenabweichung die Oszillator-Taktim­ pulsfolge derart modifiziert, daß je nach der Richtung der Phasenabweichung der zweiten Taktimpulsfolge in bezug auf die erste Taktimpulsfolge nach Maßgabe des Betrags der Phasenabwei­ chung in die Oszillator-Taktimpulsfolge zusätzliche Taktimpulse eingefügt bzw. aus dieser Taktimpulse ausgeblendet sind.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei innerhalb des Proportionalbereiches des Taktoszillators liegenden Phasenabwei­ chungen eine Feinregelung der Phase der zweiten Taktimpulsfolge ausschließlich mit Hilfe des von dem Phasendiskriminator bereit­ gestellten Regelsignals erfolgt. Bei Überschreiten eines vorgege­ benen Grenzwertes der Phasenabweichung wird dagegen durch die Steuereinrichtung eine Grobsynchronisierung vorgenommen, welche die betreffende Phasenabweichung auf einen definierten Betrag reduziert, so daß innerhalb einer kurzen Zeitspanne die Phasenab­ weichung einen Betrag annimmt, der durch die genannte Feinrege­ lung regelbar ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Vorteil dieser Ausgestaltungen besteht in dem sehr geringen schaltungstechnischen Aufwand für die Reali­ sierung der Steuereinrichtung.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand von Zeichnungen bei­ spielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für die Phasensynchroni­ sierung von Taktimpulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 und 3 zeigen Impulsdiagramme, auf die im Zuge der Erläute­ rung der Erfindung näher eingegangen wird.

In Fig. 1 ist ein für die Phasensynchronisierung von Taktimpuls­ folgen dienender Phasenregelkreis dargestellt. Dieser Phasenregel­ kreis weist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen über eine Kapazitätsdiode spannungsgesteuerten Quarzoszillator VCXO auf, welcher eine Taktimpulsfolge von 12,288 MHz bereitstellen möge. Dieser Quarzoszillator enthält einen Vorfrequenzteiler, der die ihm zugeführte Taktimpulsfolge um den Faktor 8 unter­ setzt. Diese untersetzte Taktimpulsfolge, die mit OTI bezeichnet ist, wird im folgenden als Oszillator-Taktimpulsfolge bezeich­ net. Darüber hinaus gibt der Quarzoszillator über den Vorfre­ quenzteiler eine im folgenden als Steuer-Taktimpulsfolge STI be­ zeichnete Taktimpulsfolge ab, die gegenüber der dem Vorfrequenz­ teiler zugeführten Taktimpulsfolge um den Faktor 2 untersetzt ist.

Die genannte Oszillator-Taktimpulsfolge OTI ist über eine im folgenden noch zu erläuternde Steuereinrichtung SE einem Fre­ quenzteiler FT zugeführt. Dieser Frequenzteiler untersetzt die Oszillator-Taktimpulsfolge in der Weise, daß an einem ersten Ausgang eine eine Impulsfrequenz von 384 kHz aufweisende Takt­ impulsfolge TI 2 auftritt, die mit einer 75-Hz-Eingangstaktim­ pulsfolge TI 1 zu synchronisieren ist. An einem zweiten Ausgang des Frequenzteilers FT tritt eine 75-Hz-Taktimpulsfolge TI 3 auf, die zusammen mit der Eingangstaktimpulsfolge für einen Phasen­ vergleich einem Phasendiskriminator PLL zugeführt ist. Dieser Phasendiskriminator liefert an einem mit "1" bezeichneten Aus­ gang ein der Phasenabweichung der beiden ihm zugeführten Takt­ impulsfolgen entsprechendes Regelsignal, welches über ein in Fig. 1 nicht näher bezeichnetes RC-Glied (Tiefpaß-Filter) dem Quarz­ oszillator VCXO zugeführt ist. Mit Hilfe dieses Regelsignals ist die Frequenz der von dem Quarzoszillator abgegebenen Taktimpuls­ folge innerhalb des Proportionalbereiches des Quarzoszillators regelbar. Auf das Regelprinzip wird hier jedoch nicht näher ein­ gegangen, da dieses bereits hinlänglich bekannt ist. Es sei hier lediglich darauf hingewiesen, daß unter Proportionalbereich der­ jenige Bereich zu verstehen ist, in welchem der Grenzwert des je­ weiligen Regelsignals noch nicht erreicht ist. Im übrigen ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Phasendiskriminator PLL ein integrierter Schaltkreis vom Typ 4046 der Firma Fairchild eingesetzt, wobei ein "edge controlled memory network (phase comparator II)" benutzt wird.

Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung eine gesonderte Steuereinrich­ tung SE aufweist. Diese Steuereinrichtung dient für eine Grob­ synchronisierung für den Fall, daß die von dem Phasendis­ kriminator ermittelte Phasenabweichung außerhalb eines vorgege­ benen Grenzwertes liegt. Die Steuereinrichtung SE weist hier­ für eine Auswerteeinrichtung AE und eine mit dieser über zwei Ausgänge verbundene Signal-Verknüpfungseinrichtung VE auf. Der Auswerteeinrichtung ist ein Zeitglied T mit negierendem Ausgang beispielsweise in Form eines monostabilen Multivibrators oder einer Zähleranordnung zugehörig. Eingangsseitig erhält dieses Zeitglied von einem Ausgang "2" des Phasendiskriminators PLL (Anschluß 1 beim Baustein 4046) her einen dem Betrag der gerade von diesem ermittelten Phsenabweichung proportionalen Steuerim­ puls (logischer Pegel "0") zugeführt. Dieser Steuerimpuls wird durch die Zeitkonstante des Zeitgliedes T um einen Betragsanteil verkürzt, der etwa dem Proportionalbereich des Quarzoszillators VCXO entspricht. Mit dem Ausgang des Zeitgliedes T sind zwei NICHT- UND-Glieder G 2 und G 3 mit jeweils einem ersten Eingang verbunden. Einem zweiten Eingang des NICHT-UND-Gliedes G 3 ist die genannte Eingangstaktimpulsfolge TI 1 zugeführt. Demgegenüber ist ein zwei­ ter Eingang des NICHT-UND-Gliedes G 2 über einen Inverter G 1 mit der invertierten Eingangstaktimpulsfolge beaufschlagt.

Die Ausgänge der beiden NICHT-UND-Glieder G 2 und G 3, die die Ausgänge der Auswerteeinrichtung AE darstellen, sind mit je­ weils einem Steuereingang der Signal-Verknüpfungseinrichtung VE verbunden. Der mit dem NICHT-UND-Glied G 3 verbundene Steuer­ eingang ist dabei durch einen Eingang eines ODER-Gliedes G 4 ge­ bildet, dessen anderem Eingang die bereits genannte Steuer-Takt­ impulsfolge STI zugeführt ist. Der Ausgang dieses ODER-Gliedes ist mit einem Eingang eines EXKLUSIV-ODER-Gliedes G 5 verbunden. Ein weiterer Eingang dieses EXKLUSIV-ODER-Gliedes ist mit der Oszillator-Taktimpulsfolge OTI beaufschlagt. Ausgangsseitig ist das EXKLUSIV-ODER-Glied an einen ersten Eingang eines UND-Gliedes G 6 angeschlossen, dessen zweiter Eingang, der als zweiter Steuer­ eingang der Signal-Verknüpfungseinrichtung VE dient, mit dem Aus­ gang des genannten NICHT-UND-Gliedes G 2 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes G 6 steht mit dem Eingang des bereits genannten Frequenzteilers FT in Verbindung.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der gerade erläuterten Steuereinrichtung SE anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben. Bei Phasenabweichungen der beiden zu synchronisierenden Taktimpuls­ folgen TI 1 und TI 2, die innerhalb des Proportionalbereiches des Quarzoszillators VCXO liegen, ist dem Zeitglied T ein Steuerim­ puls zugeführt, dessen Dauer innerhalb der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit 10 µs festgelegten Zeitkonstante des Zeitgliedes liegt. Damit verbleiben die NICHT-UND-Glieder G 2 und G 3 jeweils in ihrem Sperrzustand (logischer Pegel "1"). Der Sperrzustand des NICHT-UND-Gliedes G 3 bewirkt dabei, daß das ODER-Glied G 4 ebenfalls in seinem Sperrzustand (logischer Pegel "1") verbleibt, so daß die Oszillator-Taktimpulsfolge OTI über das EXKLUSIV-ODER-Glied G 5 und das UND-Glied G 6 unverändert dem Frequenzteiler FT zugeführt ist. Das UND-Glied G 6 ist durch den Sperrzustand des NICHT-UND-Gliedes G 2 leitfähig gesteuert.

Wird dagegen von dem Phasendiskriminator PLL ein Steuersignal bereitgestellt (PLL 2 in Fig. 2), dessen Dauer außerhalb der Zeit­ konstante des Zeitgliedes T liegt und damit eine außerhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegende Phasenabweichung anzeigt, so wird eines der beiden NICHT-UND-Glieder G 2 und G 3 für die Dauer des von dem Zeitglied T abgegebenen verkürzten Steuerimpulses leitfähig gesteuert. Bei Nacheilen der Phase der Impulse der Taktimpulsfolge TI 2 gegenüber den Impulsen der Eingangstaktimpuls­ folge TI 1 (TI 1, TI 2 und G 3 in Fig. 2) ist dies das NICHT-UND- Glied G 3. Durch dessen Zustand wird über das nunmehr ebenfalls leitfähig gesteuerte ODER-Glied G 4 die Steuer-Taktimpulsfolge (STI in Fig. 2) dem EXKLUSIV-ODER-Glied G 5 zugeführt, so daß für die Dauer des am Ausgang des NICHT-UND-Gliedes G 3 anliegenden Steuersignals in die Oszillator-Taktimpulsfolge (OTI in Fig. 2) Impulse der Steuer-Taktimpulsfolge STI eingeblendet werden (G 5 in Fig. 2). Diese so modifizierte Oszillator-Taktimpulsfolge ge­ langt dann über das UND-Glied G 6 zu dem Frequenzteiler FT hin. Am Ausgang des Frequenzteilers treten damit Taktimpulsfolgen TI 2 und TI 3 auf, in welchen das Nacheilen der Impulse gegenüber den Impulsen der Eingangstaktimpulsfolge TI 1 reduziert ist. Das Ein­ blenden von Impulsen der Steuer-Taktimpulsfolge wird gegebenen­ falls in einem oder mehreren nachfolgenden Zyklen fortgesetzt, bis von dem Phasendiskriminator PLL ein Steuerimpuls innerhalb der Zeitkonstante des Zeitgliedes T abgegeben wird.

Bei Voreilen der Impulse der Taktimpulsfolge TI 2 gegenüber den Impulsen der Eingangstaktimpulsfolge TI 1 (TI 1 und TI 2 in Fig. 3) wird das NICHT-UND-Glied G 2 für die Dauer des von dem Zeitglied T bereitgestellten Impulses leitfähig gesteuert (G 2 in Fig. 3). Durch diesen Zustand gelangt das UND-Glied G 6 in seinen Sperr­ zustand, so daß für die Dauer des von dem Zeitglied T abgegebenen Steuerimpulses die Weiterleitung von Oszillator-Taktimpulsen OTI zu dem Frequenzteiler FT hin unterbunden ist (G 6 in Fig. 3). Am Ausgang des Frequenzteilers FT treten damit durch die modifizier­ te Oszillator-Taktimpulsfolge Taktimpulsfolgen TI 2 und TI 3 auf, in welchen das Voreilen der Impulse gegenüber den Impulsen der Eingangstaktimpulsfolge TI 1 reduziert ist. Das Ausblenden von Impulsen wird gegebenenfalls in einem oder mehreren nachfolgen­ den Zyklen fortgesetzt, bis von dem Phasendiskriminator PLL ein Steuerimpuls innerhalb der Zeitkonstante des Zeitgliedes T abge­ geben wird.

Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, mit wel­ chem eine 384-kHz-Taktimpulsfolge TI 2 mit einer 75-Hz-Eingangs­ taktimpulsfolge TI 1 synchronisierbar ist. Die Schaltungsanord­ nung gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht nur bei einem derartigen Frequenzverhältnis einsetzbar, sondern sie ist bei einer entsprechenden Auslegung generell immer dann verwend­ bar, wenn Taktimpulsfolgen mit einem ganzzahligen Frequenzver­ hältnis zu synchronisieren sind.

Abschließend sei auch noch darauf hingewiesen, daß zwar die zu­ vor beschriebene Ausbildung der Steuereinrichtung SE zweckmäßig, jedoch auch mit von den angegebenen logischen Verknüpfungsglie­ dern abweichenden logischen Verknüpfungsgliedern realisierbar ist.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für die Phasensynchronisierung von Impulsen einer ersten Taktimpulsfolge (TI 1) mit Impulsen einer zweiten Taktimpulsfolge (TI 2), deren Impulsperioden jeweils in einem ganzzahligen Verhältnis zu den Impulsperioden der Impulse der ersten Taktimpulsfolge stehen, mit einer aus einem innerhalb eines vorgegebenen Proportionalbereiches steuerbaren, eine Oszil­ lator-Taktimpulsfolge abgebenden Taktoszillator (VCXO) und einem mit dieser Oszillator-Taktimpulsfolge beaufschlagten Frequenztei­ ler (FT) bestehenden Reihenschaltung, an deren Ausgang die zwei­ te Taktimpulsfolge auftritt, und mit einem Phasendiskriminator (PLL), welchem eingangsseitig die erste Taktimpulsfolge und die gegebenenfalls entsprechend dem genannten ganzzahligen Verhält­ nis untersetzte zweite Taktimpulsfolge zugeführt sind und welcher ausgangsseitig ein der Phasenabweichung der ihm zugeführten Takt­ impulsfolgen entsprechendes Regelsignal bereitstellt, das dem Taktoszillator über ein Tiefpaß-Filter zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine für eine Grobsynchronisierung dienende Steuereinrich­ tung (SE) vorgesehen ist, welche eine außerhalb eines vorgegebe­ nen Grenzwertes liegende Phasenabweichung ermittelt und bei Vor­ liegen einer solchen Phasenabweichung die Oszillator-Taktimpuls­ folge (OTI) derart modifiziert, daß je nach der Richtung der Phasenabweichung der zweiten Taktimpulsfolge in bezug auf die erste Taktimpulsfolge nach Maßgabe des Betrags der Phasenabwei­ chung in die Oszillator-Taktimpulsfolge zusätzliche Taktimpulse eingefügt bzw. aus dieser Taktimpulse ausgeblendet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuereinrichtung (SE) eine Auswerteeinrichtung (AE) mit zwei gesonderten Ausgängen (1, 2) und eine mit diesen über Steuereingänge verbundene Signal-Verknüpfungseinrichtung (VE) zugehörig sind, welcher eingangsseitig zusätzlich die Oszillator­ Taktimpulsfolge (OTI) und eine Steuer-Taktimpulsfolge (STI) mit einer gegenüber der Oszillator-Taktimpulsfolge höheren Impuls­ folgefrequenz zugeführt sind und welche ausgangsseitig mit dem Frequenzteiler (FT) verbunden ist, daß durch die Auswerteeinrichtung (AE) die erste und die zweite Taktimpulsfolge (TI 1 und TI 2) derart miteinander logisch ver­ knüpft sind, daß bei Vorliegen einer außerhalb des vorgegebe­ nen Grenzwertes liegenden Phasenabweichung durch ein an einem der Ausgänge (G 3) auftretendes Steuersignal ein Nacheilen der Phase der zweiten Taktimpulsfolge gegenüber der Phase der ersten Takt­ impulsfolge angezeigt ist, während durch ein an dem verbleiben­ den Ausgang (G 2) auftretendes entsprechendes Steuersignal ein Voreilen der Phase der zweiten Taktimpulsfolge gegenüber der er­ sten Taktimpulsfolge angezeigt ist, daß die Dauer des jeweiligen Steuersignals dem um den vorgegebenen Grenzwert reduzierten Be­ trag der Phasenabweichung entspricht und daß die Signal-Ver­ knüpfungseinrichtung (VE) die Oszillator-Taktimpulsfolge (OTI) derart modifiziert, daß für die Dauer des Auftretens eines Steuersignals an dem ersten Ausgang (G 3) bzw. zweiten Ausgang (G 2) der Auswerteeinrichtung (AE) in die Oszillator-Taktimpuls­ folge Impulse der Steuer-Taktimpulsfolge eingefügt bzw. aus der Oszillator-Taktimpulsfolge Impulse ausgeblendet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Impulsperioden der Impulse der Steuer-Taktimpulsfolge (STI) und der Oszillator-Taktimpulsfolge (OTI) in einem ganz­ zahligen Verhältnis zueinander stehen und daß die Steuer-Takt­ impulsfolge zusätzlich von dem Taktoszillator (VCXO) bereitge­ stellt ist.