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Die Erfindung betrifft eine automatische
Phasensteuerschaltung, die die Synchronisation eines bezüglich der Phase
veränderlichen Signals mit einem Referenzsignal erlaubt.
Beschreibung des Standes der Technik
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Ein typisches Beispiel der automatischen Phasersteuerschaltung
ist in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigt und weist eine
Tiefpaßfilterschaltung 1 (abgekürzt als LPF), einen
spannungsgesteuerten Oszillator 2 (abgekürzt als VCO) und einen
Detektor 3 (abgekürzt als DET) auf. Der Detektor 3 ist vom
doppeltsymmetrischen oder Ringmischertypus und erzeugt ein
Steuersignal 4, dessen Spannungsniveau variabel ist, abhängig von
einer Phasendifferenz zwischen dein Signal 5 variabler Phase
und einem Referenzsignal 6, wie in Fig. 2 gezeigt. Das
Steuersignal 4 hat eine Sägezahnform abhängig von der Phasendif
ferenz zwischen dem Signal 5 variabler Phase und dem
Referenzsignal 6, das Signal 5 variabler Phase wird mit dem
Referenzsignal bei einem Anpaßpunkt A synchronisiert. Wenn eine
Phasendifferenz zwischen dem Signal 5 variabler Phase und dem
Referenzsignal 6 auftritt, läßt der spannungsgesteuerte
Oszillator 2 das Signal 5 variabler Phase voreilen oder
verzögert es mit dem Steuersignal 4. In Fig. 2 zeigen Pfeile
die Steuerrichtung, in der das Signal 5 variabler Phase
verzögert oder beschleunigt wird, die Länge jedes Pfeils zeigt
die auf den Anpaßvorgang wirkende Größe der Steuerleistung.
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Wenn sowohl das Signal 5 variabler Phase als auch das
Referenzsignal dem Detektor 3 zugeführt werden, erzeugt dieser ein
Steuersignal 4, entsprechend der in Fig. 2 gezeigten
Kennlinie, dieses Steuersignal 4 wird über die Tiefpaßfilterschal
tung 1 dem spannungsgesteuerten Oszillator 2 zugeführt, so daß
das Signal 5 variabler Phase dem Referenzsignal 6 angepaßt
wird. Wenn das Signal 5 variabler Phase richtig und ohne jede
Verzögerung oder Voreilung mit dem Referenzsignal 6
synchronisiert ist, beträgt die Phasendifferenz Null, wie durch den
Anpaßpunkt A in Fig. 2 dargestellt, entsprechend bleibt das
Steuersignal 4 auf dem Niveau Null, so daß der spannungsge
steuerte Oszillator 2 das Signal 5 variabler Phase ohne
jegliche Phasenveränderung erzeugen kann. Wenn aber das Signal
5 variabler Phase in bezug auf die Phase von dem
Referenzsignal abweicht, erzeugt der Detektor 3 ein Steuersignal 4
entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Kennlinie. Mit dem
Steuersignal 4 aus dein Detektor 3 läßt der spannungsgesteuerte
Oszillator 2 das Signal variabler Phase voreilen oder
verzögert es, folglich wird die Phase des Signals variabler Phase
an das Referenzsignal angepaßt.
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Eine Schwierigkeit bei der automatischen Phasensteuerschaltung
des Standes der Technik tritt allerdings auf bezüglich der
Optiinierung der Ansprechcharakteristik. Genauer gesagt ist die
Größe der Steuerleistung nicht konstant über den vorstehend
beschriebenen Betriebsbereich. Wenn die Phasendifferenz bei
oder in der Nähe des Anpaßpunkts A klein ist, paßt eine kleine
Steuerleistung das Signal 5 variabler Phase an das
Referenzsignal 6 an, wenn allerdings eine große Phasendifferenz
auftritt, wird eine große Steuerleistung zum Vermindern der
Differenz benötigt. Andererseits ist die Empfindlichkeit des
Detektors 3 im wesentlichen konstant über den Betriebsbereich.
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Wenn in diesem Fall die Einpfindlichkeit auf ein niedriges
Niveau eingestellt wird, damit ein stabiler Betrieb um den
Anpaßpunkt herum auftritt, wird viel Zeit benötigt, um bei
einer großen Phasendifferenz das Signal variabler Phase an das
Referezsignal anzupassen. Wenn die Empfindlichkeit groß genug
ist, um bei einer großen Phasendifferenz das Signal 5
variabler Phase schnell an das Referenzsignal anzupassen, wird die
Größe der Steuerleistung zu groß, um das Signal 5 variabler
Phase um den Anpaßpunkt A herum an das Referenzsignal 6
anzupassen, infolgedessen mangelt es dem Anpaßvorgang an
Stabilität. Es besteht daher eine gegenseitig einschränkende
Wechselbeziehung zwischen Stabilität und der benötigten Zeit,
aus diesem Grunde ist die Ansprechcharakteristik kaum zu
optimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine automatische Phasensteuerschaltung zu schaffen, deren
Ansprechcharakteristik leicht zu optimieren ist. Eine andere
wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine automatische Phasensteuerschaltung zu schaffen, die
Stabilität um den Anpaßpunkt herum aufweist, ohne Einbußen
bezüglich einer schnellen Ansprechcharakteristik bei einer
großen Phasendifferenz in bezug auf den Anpaßpunkt.
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Zur Lösung der Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung vor,
die Empfindlichkeit des Phasendetektors abhängig von der
Phasendifferenz in bezug auf den Anpaßpunkt zu modifizieren.
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Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
automatische Phasensteuerschaltung zum Anpassen eines Signals
variabler Phase an ein Referenzsignal geschaffen, die aufweist
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a) eine Hauptsignalschleife mit einem Hauptdetektor zuin
Erzeugen eines Steuersignals entsprechend einer ersten
Phasendifferenz zwischen dem Signal variabler Phase und
dem Referenzsignal, und mit einem auf das Steuersignal
ansprechenden und das Signal variabler Phase
erzeugenden spannungsgesteuerten Oszillator,
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b) eine Einpfindlichkeitsveränderungseinheit mit einem
Phasenschieber, der die Phase des Signals variabler
Phase um einen vorbestimmten Wert ändert, um ein
verändertes Signal variabler Phase zu erzeugen, und mit
einem Hilfsdetektor zum Erzeugen eines
Aktivierungssignals entsprechend einer zweiten Phasendifferenz
zwischen dem veränderten Signal variabler Phase und dem
Referenzsignal, wobei das Aktivierungssignal dein
Hauptdetektor zugeführt wird, so daß eine Empfindlichkeit
desselben um die erste Differenz von etwa 0º herum
minimiert wird, aber erhöht wird durch Erhöhen der
ersten Phasendifferenz.
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Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird eine autoinatische Phasensteuerschaltung zum Anpassen
eines frequenzveränderten Signals variabler Phase an ein
Referenzsignal geschaffen, die aufweist
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a) einen das Referenzsignal erzeugenden Oszillator,
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b) eine Hauptsignalschleife init einem Hauptdetektor zum
Erzeugen eines Steuersignals entsprechend einer ersten
Phasendifferenz zwischen dem frequenzveränderten Signal
variabler Phase und dein Referenzsignal, mit einem auf
das Steuersignal ansprechenden und ein Signal variabler
Phase erzeugenden spannungsgesteuerten Oszillator, und
mit einem Frequenzwandler, der die Frequenz des Signals
variabler Phase verändert, um das frequenzveränderte
Signal variabler Phase zu erzeugen,
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c) eine Empfindlichkeitsveränderungseinheit mit einem
Phasenschieber, der die Phase des Referenzsignals um
einen vorbestimmten Wert ändert, um ein verändertes
Referenzsignal zu erzeugen, und einen Hilfsdetektor zum
Erzeugen eines Aktivierungssignals entsprechend einer
zweiten Phasendifferenz zwischen dem veränderten
Referenzsignal und dem frequenzveränderten Signal
variabler Phase, wobei das Aktivierungssignal dem
Hauptdetektor zugeführt wird, so daß eine
Empfindlichkeit desselben um die erste Differenz von etwa 0º herum
minimiert wird, aber erhöht wird durch Erhöhen der
ersten Phasendifferenz.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Merkmale und Vorteile einer automatischen
Phasensteuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung gehen
deutlich hervor aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang
mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer
autoinatischen Phasensteuerschaltung des Standes der Technik
zeigt;
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Fig. 2 eine Kurvendarstellung, die die von dem in die
automatische Phasensteuerschaltung des Standes der Technik
eingebauten Detektor erzeugte Wellenforin des
Steuersignals in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zeigt;
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Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform einer automatischen
Phasensteuerschaltung zeigt;
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Fig. 4 eine Kurvendarstellung, die die Wellenform eines in der
automatischen Phasensteuerschaltung der Fig. 3
erzeugten Aktivierungssignals zeigt;
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Fig. 5 eine Kurvendarstellung, die die Wellenform eines in der
automatischen Phasensteuerschaltung der Fig. 3
erzeugten Steuersignals zeigt;
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Fig. 6 ein Schaltbild, das die genaue Anordnung eines
Beispiels der in die automatische Phasensteuerschaltung
der Fig. 3 eingebauten Detektoren zeigt;
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Fig. 7 ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer anderen
Ausführungsform der erfindungsgemäßen automatischen
Phasensteuerschaltung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
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Wie in Fig. 3 der Zeichnungen zu erkennen ist, weist eine
erfindungsgemäße automatische Phasensteuerschaltung im
wesentlichen zwei Tiefpaßfilterschaltungen 11 und 12, einen
spannungsgesteuerten Oszillator 13, einen ersten oder
Hauptdetektor 14, einen Phasenschieber 15 und einen zweiten oder
Hilfsdetektor 16 auf. Der spannungsgesteuerte Oszillator 13 erzeugt
ein Signal variabler Phase, das parallel dem Hauptdetektor 14
und einem Phasenschieber 15 zugeführt wird. Der Phasenschieber
15 ändert die Phase des Signals 17 variabler Phase um etwa
90º, das veränderte Signal variabler Phase wird mittels des
Hilfsdetektors 16 mit einem Referenzsignal verglichen. Wenn
eine Phasendifferenz zwischen dem veränderten Signal 17a
variabler Phase und dem Referenzsignal auftritt, erzeugt der
Hilfsdetektor 16 ein Aktivierungssignal 19 abhängig von der
Größe der Phasendifferenz. Das Aktivierungssignal 19 wird
durch die Tiefpaßfilterschaltung 12 geglättet, das geglättete
Aktivierungssignal 19a wird dein Hauptdetektor 14 zugeführt.
Fig. 4 zeigt die Wellenform des geglätteten
Aktivierungssignals 19a. Die Empfindlichkeit des Detektors 14 wird durch
Ändern des geglätteten Aktivierungssignals 19a variiert. Wenn
das Signal 17 variabler Phase bei dem Anpaßpunkt A verbleibt,
hat das geglättete Aktivierungssignal den größtmöglichen
positiven Wert, was eine minimale Empfindlichkeit des
Detektors 14 ergibt. Wenn andererseits das Signal 17 variabler
Phase von dem Anpaßpunkt A in Richtung auf eine
Phasendifferenz von 180º abweicht, nimmt das geglättete
Aktivierungssignal 19a in Richtung auf seinen negativen Spitzenwert ab, und
der Detektor 14 erhält seine Maximalempfindlichkeit bei 180º.
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Der Hauptdetektor 14 spricht auf das geglättete
Aktivierungssignal 19a an, um seine Empfindlichkeit zu verändern, und das
Signal variabler Phase 17 wird mit dem Referenzssignal 18
mittels des Hauptdetektors 14 verglichen. Wenn herausgefunden
wird, daß eine Phasendifferenz zwischen dem Signal 17
variabler Phase und dein Referenzsignal 18 vorliegt, erzeugt
der Hauptdetektor 14 ein Steuersignal 20, das über die
Tiefpaßfilterschaltung 11 dem spannungsgesteuerten Oszillator 13
zugeführt wird. Das Steuersignal 20 wird mittels der
Tiefpaßfilterschaltung 11 geglättet, das geglättete Steuersignal 20a
verändert dessen Spannungspegel abhängig von der Größe der
Phasendifferenz zwischen dem Signal 17 variabler Phase und dem
Referenzsignal 18, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Größe der
Steuerleistung ist abhängig von dem absoluten Wert des
Spannungspegels des geglätteten Steuersignals 20a, und der für die
Nachstimmung auf das Referenzsignal 18 benötigte Zeitabschnitt
wird bestimmt durch die Kombination der Empfindlichkeit des
Detektors 14 und einer Differenz in bezug auf den Anpaßpunkt A
(0º) oder A' (360º). Das geglättete Aktivierungssignal 19a
erhöht die Empfindlichkeit des Detektors von 90º bis 270º, und
vermindert sie von 0º bis 90º sowie von 270º bis 360º. Die
Empfindlichkeit des Hauptdetektors 14 ist daher bei 180º am
größten, was den Anpaßvorgang bei einer großen Phasendifferenz
beschleunigt. Da aber die Empfindlichkeit des Detektors 14 bei
0º und 360º minimiert wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 4
beschrieben, wird die automatische Phasensteuerschaltung in
bezug auf die Stabilität verbessert, ohne Einbußen in bezug
auf den schnellen Anpaßvorgang bei einer großen
Phasendifferenz zu erleiden.
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Fig. 6 zeigt eine genaue Schaltungsanordnung eines Beispiels
der Detektoren 14 und 16. Der Detektor 14 weist eine
zweistufige Differenzverstärkerschaltung auf, die durch eine
Kombination von bipolaren Transistoren Q11 bis Q17 und
Widerständen R11 bis R13 gebildet ist, in der zweistufigen
Differenzverstärkerschaltung sind Vorspannungsknoten B11 und B12
vorgesehen. Der Detektor 16 weist in ähnlicher Weise eine
durch eine Kombination von bipolaren Transistoren Q1 bis Q7
und Widerständen R1 bis R3 gebildete zweistufige
Differenzverstärkerschaltung auf, wobei ebenfalls Vorspannungsknoten B1
und B2 in dieser zweistufigen Differenzverstärkerschaltung
vorgesehen sind. Der bipolare Transistor Q7 des Detektors 16
wird an seiner Basis mit einem konstanten Spannungspegel
gespeist, so daß der Detektor 16 einen konstanten
Verstärkungsfaktor erzielt. Der entsprechende bipolare Transistor des
Detektors 14 wird an der Basis mit dem geglätteten
Aktivierungssignal 19a gespeist, aus diesem Grunde ist der
Verstärkungsfaktor bzw. die Empfindlichkeit veränderlich abhängig von
der Größe des geglätteten Aktivierungssignals 19a. Es wird
angenommen, daß sowohl das geglättete Aktivierungssignal als
auch das geglättete Steuersignal, jeweils in den Fig. 4 und 5
gezeigt, beispielsweise einer in ein Steuersystem eingebauten
automatischen Phasensteuerschaltung zugeführt werden, da die
Beziehung zwischen diesen Signalen im Hinblick auf die
Gesamtanordnung des Steuersystems entschieden werden sollte. Dies
bedeutet, daß die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Signale nicht
immer für die in Fig. 6 gezeigte Schaltungsanordnung
vorzuziehen sind. Des weiteren ist in der ersten Ausführungsform
zwischen dein spannungsgesteuerten Oszillator 13 und dem
Detektor 14 der Phasenschieber 15 vorgesehen. Dieser
Phasenschieber 15 zielt auf das Erreichen einer Beziehung, bei der
die Empfindlichkeit erhöht wird durch Erhöhen der
Phasendifferenz zwischen 90º und 270º oder erniedrigt wird durch Erhöhen
der Phasendifferenz zwischen 0º und 90º sowie zwischen 270º
und 360º, aus diesem Grunde kann der Phasenschieber im
Zusammenhang mit entweder dem Detektor 14 oder dem Detektor 16
vorgesehen sein.
Zweite Ausführungsform
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In Fig. 7 der Zeichnungen wird eine andere erfindungsgemäße
automatische Phasensteuerschaltung angewendet bei einer
Farbsignalverarbeitungseinheit, die in ein Videorekordersystem
eingebaut ist. Die in Fig. 7 gezeigte automatische
Phasensteuerschaltung weist im wesentlichen zwei Detektoren 41 und
42, zwei Tiefpaßfilterschaltungen 43 und 44, einen spannungs
gesteuerten Oszillator 45, einen Phasenschieber 46, einen
Quarzoszillator 47 und einen Frequenzwandler 48 auf. Der
Quarzoszillator 47 erzeugt ein Referenzsignal 49, das direkt
dem Detektor 41 zugeführt wird, der Phasenschieber 46 ändert
die Phase des Referenzsignals 49 um etwa 90º und erzeugt so
ein verändertes Referenzsignal 49a. Die Detektoren 41 und 42
werden jeweils gespeist mit dem Referenzsignal 49 und dein
veränderten Referenzsignal 49a als auch mit einem
Eingangssignal 50 über den Frequenzwandler 48, der weiter die
Frequenzwandlung des von dem spannungsgesteuerten Oszillator 45
zugeführten Signals 51 variabler Phase ausführt.
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Während der Frequenzwandler 48 ein Ausgangssignal 52 durch
Eliininieren einer Jitter-Komponente (die dem Signal 51
variabler Phase zugegeben wird) aus dein Eingangssignal 50 erzeugt,
spricht der Detektor 41 auf ein von dem Detektor 42
zugeführtes Aktivierungssignal an und erzeugt ein dem
spannungsgesteuerten Oszillator 45 zugeführtes Steuersignal 55, auf diese
Weise wird mittels des Phasenschiebers 46 eine vorbestimmte
Abhängigkeit geschaffen zwischen dein Steuersignal 55 und dem
Aktivierungssignal 54, ähnlich wie in den Fig. 4 und 5
gezeigt. Das Aktivierungssignal 54 wird von dem Steuersignal 55
verschoben, aus diesem Grunde ist das Steuersignal 55 stabil
um 0º herum ohne jegliche Einbuße in bezug auf die schnelle
Ansprechcharakteristik bei einer großen Phasendifferenz.
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Im Betrieb wird das Eingangssignal 53 dem Detektor 41
zugeführt, dieser entscheidet, ob eine Phasendifferenz zwischen
dem Eingangssignal 53 und dein von dem Quarzoszillator 47
zugeführten Referenzsignal 49 vorliegt oder nicht.
Andererseits wird das verzögerte Referenzsignal 49a dem Detektor 42
zugeführt und mit dem Eingangssignal 53 verglichen, um das
Aktivierungssignal 54 zu erzeugen. Der Detektor 41 spricht auf
das Aktivierungssignal 54 an, so daß dessen Empfindlichkeit
entsprechend der Phasendifferenz zwischen dein verzögerten
Referenzsignal 49a und dein Eingangssignal 50 verändert wird.
Der Detektor 41 entscheidet, ob eine Phasendifferenz zwischen
dein Eingangssignal 53 und dem Referenzsignal 49 vorliegt oder
nicht und erzeugt beim Vorliegen einer Phasendifferenz das
Steuersignal, wobei er die durch das Aktivierungssignal 54
bestimmte Empfindlichkeit aufweist. Das Steuersignal 55 wird
dem spannungsgesteuerten Oszillator 45 zugeführt, dieser
spricht auf das Steuersignal 55 an und erzeugt das Signal 51
variabler Phase. Das Signal 51 variabler Phase wird daher
einer ähnlichen Veränderung unterworfen wie das Eingangssignal
50, daher ist das Ausgangssignal 52 selbst dann stabil, wenn
das Eingangssignal 50 von einer Jitter-Komponente überlagert
ist.
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Wie aus der vorhergehenden Beschreibung zu entnehmen ist, ist
die erfindungsgemäße automatische Phasensteuerschaltung
gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft in bezug auf Stabilität
um den Anpaßpunkt herum, ohne daß es zu Einbußen kommt in
bezug auf die schnelle Ansprechcharakteristik bei einer großen
Phasendifferenz. Dies wird bewirkt durch das mittels der
Kombination des Phasenschiebers und Hilfsdetektors erzeugte
Aktivierungssignal.
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Obwohl bestimmte Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung
gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für Fachleute
offensichtlich, daß verschiedene Veränderungen und
Modifikationen vorgenommen werden können, ohne Wesen und Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.