DE69017772T2 - Oszillatorschaltung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung, wie im einleitenden Teil des Anspruchs 1 definiert. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Synchronschaltung und auf eine Bildwiedergabeanordnung.
• Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der französichen Patentanmeldung FR-A-2.487.607 bekannt, und zwar zum Gebrauch in einer Horizontal-Synchronschaltung eines Fernsehempfängers. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird ein Hauptoszillator durch ein Steuersignal aus einer Steuerschaltung in Form einer phasenverriegelten Schleife in der Frequenz gesteuert. Die Phasenverriegelungsschleife weist einen Hilfsoszillator auf, ähnlich wie der Hauptoszillator; die beiden weisen einen frequenzbestimmenden Kondensator auf, der in demselben Halbleiterkörper integriert ist. Die Phasenverriegelungsschleife synchronisiert den Hilfsoszillator mit einem Bezugsfrequenztaktsignal mittels eines dem Hilfsoszillator zugeführten Steuersignals. Dieses Steuersignal ist das Ergebnis eines Phasenvergleichs zwischen dem taktsignal und einem von dem Hilfsoszillator abgeleiteten Signal. Eine entsprechender Teil des Steuersignals wird ebenfalls dem Hauptoszillator zugeführt. Dadurch steht die Hauptoszillatorfrequenz in einer ziemlich festen Beziehung zu der Taktsignalfrequenz. Das Taktsignal wird von einem Farbträgeroszillator in einem Fernsehempfanger abgeleitet; in vielen Fällen von einem Kristalloszillator hoher Frequenzgenauigkeit. Dadurch wird die Hauptoszillatorfrequenz ziemlich gut definiert, sogar wenn die Genauigkeit der frequenzbestimmenden Kapazität ziemlich gering ist. Aber aus dem obenstehenden dürfte es einleuchten, daß die bekannte Schaltungsanordnung ziemlich aufwendig ist.
• Die Erfindung hat u.a. zur Aufgabe, eine Oszillatorschaltung der obengenannten Art zu schaffen, die eine einfachere Struktur aufweist als die bekannte Schaltungsanordnung. Dazu schafft ein erster und wesentlicher Aspekt der Erfindung eine Oszillatorschaltung, wie in Anspruch 1 definiert. Ein zweiter Aspekt der Erfindung schafft eine Synchronschaltung, wie diese in Anspruch 5 definiert ist. Ein dritter Aspekt der Erfindung schafft eine Bildwiedergabeanordnung, wie in Anspruch 6 definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
• Die erfindungsgemäße Osziliatorschaltung läßt sich auf einfache Weise verwirklichen und weist Schaltungselemente auf, die nicht sehr kritisch sind. Auf einfache Weise läßt sich die Oszillatorschaltung derart auslegen, daß Variationen durch Streuung und Alterung der Elemente und Temperatureinflüsse zwischen den Elementen der Steuerschaltung und des Oszillators ausgeglichen werden.
• Es sei bemerkt, daß in GB-A-1.116.263 ein Frequenzdiskriminator beschrieben wird zur Frequenz-Spannung-Umwandlung über eine breiten Bereich. Der Frequenzdiskriminator weist eine Mischeroszillatorkombination auf zur Frequenzumwandlung einer zu demodulierenden Eingangsfrequenz. Eine Schaltungsanordnung ist mit dem Ausgang der Mischeroszillatorkombination gekoppelt zum Schaffen eines ersten Gleichstromsignals, das im wesentlichen ein analoger Wert der Änderung in der Frequenz zwischen der Eingangsfrequenz und der Oszillatorfrequenz ist. Das erste Gleichstromsignal wird zur Steuerung der Amplitude einer Bezugsfrequenz benutzt, die einer Gleichrichterfilterkombination zugeführt wird. Auf gleiche Weise wird ein zweites Gleichstromsignal entsprechend der Differenz zwischen der Eingangsfrequenz und der Oszillatorfrequenz erhalten. Dieses zweite Gleichstromsignal wird als Steuerspannung dem Oszillator zugeführt.
• In der GB-A-1.116.263 wird ein besonderer Frequenzdemodulatortyp beschrieben mit einer Art von AFR-Schleife, die vom Vorhandensein einer Eingangsfrequenz abhängig ist, nebst der Bezugsfrequenz und der Oszillatorfrequenz. Es dürfte einleuchten, daß die Struktur und der Basiskonzept dieses Demodulators wesentlich abweicht von der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung, die nicht vom Vorhandensein einer Eingangsfrequenz abhängig ist, sondern von der Gleichheit zwischen den frequenzbestimmenden Elementen.
• Es sei ebenfalls bemerkt, daß in der US-A-4.634.939 eine Schaltungsanordnung zum Einstellen der Oszillatorfrequenz in einer Phasenverriegelungsschleife beschrieben wird, mittels Zuführung eines Steuersignals zu der Phasenverriegelungsschleife. Dieses Steuersignal wird durch Frequenzdetektion bei einem Synchronsignal erhalten, auf dem der Oszillator verriegeit ist. Das Steuersignal wird also in einer Vorwärtsstruktur erzeugt, eher als in einer Rückwärtsstruktur, die ein frequenzbestimmendes Element aufweist ähnlich wie das im Oszillator, wie bei der Erfindung.
• Es sei auch bemerkt, daß in JP-A-59.004.331 eine Oszillatorschaltung beschrieben wird, in der das Ausgangssignal eines Oszillators einer Steuersehaltung zugeführt wird. Diese Steuerschaltung schafft ein Steuersignal als Ergebnis eine Frequenz-Spannungs-Umwandlung, zur Einstellung der Frequenz des Oszillators. Es wird keine externe Bezugsfrequenz benutzt; die Oszillatorfrequenzgenauigkeit ist von der Genauigkeit der die Frequenz-Spannungsumwandlungskennlinie bestimmenden Elemente der Steuerschaltung abhängig. Im Gegensatz dazu benutzt die Erfindung die Genauigkeit einer Taktsignalfrequenz zur Erzeugung eines Steuersignals zur Einstellung der Oszillatorfrequenz auf einen vorbestimmten Wert.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 einen vereinfachten Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
• Fig. 2 einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer Steuerschaltung, die einen teil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bildet.
• Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Eine Phasenvergleichsstufe 1 erhält an einem ersten Eingang ein eintreffendes Synchronsignal Sy und an einem zweiten Eingang ein von einem Oszillator 3 herrührendes Signal. Zwischen dem Ausgang des Oszillators 3 und dem zweiten Eingang dr Phasenvergleichsstufe können nicht-dargestellte Stufe vorgesehen sein, beispielsweise einen Frequenzteiler, wenn die Oszillatorfrequenz höher ist als die Frequenz des Synchronsignals. An einem Ausgang liefert die Phasenvergleichsstufe 1 ein Signal, das von der Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen der Stufe 1 abhängig ist und das nach Glättung durch ein Schleifenfilter 2 als erstes Regelsignal dem Oszillator 3 zur Regelung der Frequenz und/oder der Phase des Oszillatorsignals zugeführt wird. In der Ruhelage der durch die Elemente 1, 2 und 3 gebildeten Phasenregelschleife haben die Eingangssignal der Stufe 1 dieselbe Frequenz und nahezu dieselbe Phase.
• Ein Taktgenerator 4 erzeugt ein Taktsignal mit einer konstanten Frequenz und liefert dieses Taktsignal zu einer Steuerschaltung 5. Diese liefert ein Signal, das als zweites Regelsignal dem Oszillator 3 zugeführt wird. Die Phasenregelschleife erzeugt das erste Regelsignal für den Oszillator beim Vorhandensein des Synchronsignals. Wenn das zweite Regelsignal nun richtig gewählt wird, wird die Oszillatorfrequenz sich etwa in der Mittel des Haltebereiches befinden, d.h. der Nennzustand.
• Fig. 2 zeigt einen breiteren Schaltplan der Steuerschaltung 5 aus Fig. 1. Am Eingang I erhält die Steuerschaltung das Taktsignal vom Taktgenerator 4 aus Fig. 1. Die Steuerschaltung erzeugt ein Ausgangssignal an einem Ausgang 0, das als zweites Regelsignal dem Oszillator 3 aus Fig. 1 zugeführt wird. Die vorliegende Synchronschaltung bildet beispielsweise einen teil einer Bildwiedergabeanordnung, wobei der Oszillator 3 ein Horizontal-Oszillator ist zur Horizontal-Ablenkung mit einer Nennfrequenz von 15,75 kHz (US-Fernsehnorm). Der Oszillator 3 kann die Horizontal- Frequenz oder ein Vielfaches davon haben. Es kann so sein, daß das dem zweiten Eingang der Stufe 1 zugeführte örtliche Signal von einer Horizontal-Ablenkschaltung herrührt, die ein von dem Oszillator herrührendes Horizontal-Signal zugeführt bekommt. Das Taktsignal ist von einem Hilfsträgersignal mit einer Nennfrequenz von etwa 3,58 MHz abgeleitet. Der Taktgenerator 4 ist beispielsweise ein Frequenzteiler, der ein Signal erhält, das von einem Hilfsträgeroszillator herrührt und die Frequenz dieses Signals durch 14 teilt, woraus das Taktsignal mit einer Frequenz von etwa 255 kHz erhalten wird.
• Das Taktsignal ist blockförmig und steuert steuerbare Schalter SW1, SW2 und SW3 an. Der Schalter SW1 ist einerseits mit einer ersten Bezugsspannungsquelle Vref1 verbunden und andererseits mit einem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers AMP. An diesen invertierenden Eingang ist weiterhin ein Kondensator C1 und eine steuerbare Stromquelle 51 über einen Schalter SW2 angeschlossen. Der Kondensator und die Stromquelle 51 liegen andererseits an Masse. Der Verbindungspunkt zwischen dem Schalter SW2 und der Stromquelle liegt über den Schalter SW3 an Masse. Der nicht-invertierende Eingang des Differenzverstärkers AMP ist mit einer zweiten Bezugsspannungsquelle Vref2 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers AMP ist über einen Gleichrichter D mit einem Eingang eines verstärkers A verbunden. An diesen Eingang ist auch ein Speicherelement in Form eines Kondensators C2 angeschlossen, der andererseits mit Masse verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers A ist zu einem Steuereingang der Stromquelle S1 zurückgekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers A ist zugleich der Ausgang 0 der Steuersehaltung 5.
• Wenn das blockförmige Signal hoch wird, werden die Schalter SW1 und SW3 leitend und der Schalter SW2 wird gesperrt, und wenn das Taktsignal niedrig wird, werden die Schalter SW1 und SW3 gesperrt und der Schalter SW2 wird leitend. Wenn der Schalter SW1 leitend ist, ist an dem Kondensator C1 die erste Bezugsspannung Vref1 vorhanden. Die erste Bezugsspannung Vref1 ist höher als die zweite Bezugsspannung Vref2, wodurch der Verstärker AMP eine negative Ausgangsspannung liefert. Wegen dieser negativen Spannung wird der Gleichrichter D nicht leitend sein. Wenn die Schalter SW1 und SW3 nicht-leitend werden, nimmt die Spannung am Kondensator C1 linear dadurch ab, daß der Schalter SW2 leitend ist und die Stromquelle S1 dem Kondensator C1 einen konstanten Strom entnimmt. Wenn die Spannung am Kondensator C1 die Spannung Vfre2 unterschreitet, liefert der Verstärker AMP eine positive Spannung und der Gleichrichter D wird leitend sein. Zum Kondensator C2 fließt ein Strom, der den Kondensator nachladet, wodurch die Spannung am Kondensator und daher die Ausgangsspannung des Verstärkers A zunimmt. Die Stromquelle S1 wird derart geregelt, daß der Strom derselben einen niedrigeren Wert erhält, wodurch das sägezahnförmige Signal am Kondensator C1 den Wert Vref2 zu einem späteren Zeitpunkt erreicht als es der Fall wäre, wenn die Stromquelle S1 nicht nachgeregelt würde. Dadurch hat der Stromimpuls durch den Gleichrichter D eine kürzere Dauer. Daraus geht hervor, daß in dem Ruhezustand der durch die Elemente C1, S1, AMP, D, C2 und A gebildeten Regelschleife die Flanke der sägezahnförmigen Spannung, die in der Sperrzeit des Schalters SW1 entsteht, den Wert Vfer2 erreicht zu dem Zeitpunkt, wo der Schalter wieder leitend wird. Zu dem Zeitpunkt ist der Gleichrichter D während einer kurzen Zeit leitend zum Ausgleichen von Entladeströmen, in Fig. 2 mit einer Stromquelle 52 dargestellt. Die sägezahnförmige Spannung am Kondensator C1, die eine konstante Frequenz hat, wenn die Frequenz des Taktsignals des Generators 4 konstant ist, hat also einen nahezu konstanten Verlauf als Funktion der Zeit (siehe Fig. 2), so daß der Wert der Gleichspannung am Ausgang 0 nur von den Werten der Elemente der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 abhängig ist. Sind diese Werte konstant, so ist auch die genannte Spannung konstant. Die Elemente der Schaltungsanordnung können derart gewählt werden, daß die genannte Spannung einen derartigen Wert hat, daß der Oszillator 3 ein Signal mit der Nennfrequenz liefert.
• Es sei bemerkt, daß die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auf andere Weise ausgebildet werden kann für dasselbe Ergebnis. So kann die Spannung der Quelle Vfer2 statt des Wertes des Stromes der Quelle 51 geregelt werden. Die Regelung zum Konstanthalten der Spannung am Kondensator C2 kann auch erfolgen unter dem Einfluß eines Fehlersignals, das von der Differenz zwischen dieser Spannung und einer dritten Bezugsspannung abhängig ist. Es ist auch möglich, die genannten Elemente durch ihre digitalen Werte zu ersetzen, so kann beispielsweise der Kondensator in digitaler Ausführung durch einen Speicher ersetzt werden. Auch kann bemerkt werden, daß obenstehend Toleranzen der Elemente der Schaltungsanordnung und Änderungen, die durch Temperaturschwankungen, Alterung und dgl. verursacht werden, nicht berücksichtigt worden sind. Die Schaltungsanordnung kann jedoch wie folgt entworfen werden für einen Ausgleich gegen die genannten Effekte zum Konstanthalten der Nennfrequenz des Oszillators 3.
• Für den Kondensator C1, der mit Hilfe einer Stromquelle entladen wird, gilt, daß das Produkt aus dem Strom il der Quelle mit der Zeit der Entladung Δt dem Produkt aus der Kapazität C1 und der Spannungsdifferenz ΔW1 = Vref1 - Vref2 am Kondensator:
• il*Δt = Cl*ΔWl (1)
• Die Zeit Δt ist ein bestimmter Teil der Periode des Taktsignal, beispielsweise die Hälfe davon, also die Taktfrequenz f = 1/(2*Δt).
• Die Gleichung (1) läßt sich wie folgt umschreiben:
• il = Cl*ΔWl*2f (2)
• Der Oszillator 3 ider derart ausgebildet, daß das dadurch erzeugte Signal einen gleichförmigen Verlauf hat als Funktion der Zeit wie das Signal am invertierenden Eingang des verstärkers AMP. Der Oszillator 3 ist also ein Sägezahngenerator mit einer anderen Frequenz als der Generator mit C1 und S1 und weist einen Kondensator C3 auf, der zwischen zwei Bezugsspannungspegeln Vref1' und Vref2' ge- bzw. entladen wird. Für den Lade- bzw. Entladestrom i2 des Kondensators C3 wird ein Wert gewählt, der dem Wert k*i1 mit beispielsweise k = 1 entspricht. Für den Kondensator C3 gilt eine ähnliche Gleichung wie für den Kondensator C1:
• 12*Δtesc = C3*ΔWosc (3)
• wobei: ΔWosc = Vref1' - Vref2'
• und wobei Δtosc die Lade- bzw. Entladezeit des Kondensators C3 ist. Die Gleichung (3) läßt sich wie folgt neu schreiben:
• Δtosc = C3*Δosc/i2 (4)
• In diesem Beispiel ist i2 = i1; in der Gleichung (4) eingefügt bedeutet dies:
• Δtosc = (C3*Δosc)/(Cl*ΔW1*2f)
• (C3/C1)*(Δosc/ΔW1)*(1/(2f)) (5)
• Das Verhältnis C3/C1 ist konstant. Werden außerdem die Kondensatoren C1 und C3 in derselben integrierten Schaltung integriert, so hat dieses Verhältnis eine viel engere Toleranz als die Kapazitäten C1 und C3 selbst. Die Bezugsspannungen Vref1 und Vref2 und die Bezugsspannungen Vref1' und Vref2' werden derart gewählt, daß das Verhältnis von Δosc/ΔW1, d.h. (Vref1 - Vref 2)/(Vref1' - Vref2'), konstant ist, unabhängig von den Schwankungen der einzelnen Bezugsspannungen. Weil die Frequenz f des Taktgenerators auch konstant ist, folgt hieraus, daß die Zeit Δtosc und folglich die Nennfrequenz des Oszillators 3 völlig bestimmt ist und nahezu unabhängig von den Streuungen in den Elementen, Temperaturschwankungen oder Alterung. Es sei bemerkt, daß die kapazität des Kondensators C2 oben stehend nicht von Bedeutung ist. Die Kondensatoren C1, C2 und C3 müssen groß genug gewählt werden um das zugeführte Signal zu glätten, aber gleichzeitig klein genug um nicht zu träge auf bleibende Änderungen zu reagieren. Dadurch, daß für diese Kondensatoren Werte gewählt werden in der Größenordnung von 50 pF, werden diese Anforderungen erfüllt und können die Kondensatoren zugleich in der integrierten Schaltung integriert werden.
• Das Regelsignal am Ausgang 0 kann auch in anderen Teilen der Bildwiedergabeanordnung verwendet werden, beispielsweise für eine Schaltungsanordnung um anzugeben, daß es ein Horizontal- oder Vertikal-Synchronsignal gibt. Eine derartige Schaltungsanordnung 6 dient für Signalerkennung. Bekommt die Schaltungsanordnung 6 in Fig. 2 beispielsweise das Horizontal-Synchronsignal Sy zugeführt, so wird ein Signal erzeugt mit der Horizontal-Frequenz. Streuungen in diesem Signal werden durch das 10 Sigbnal am Ausgang 0 auf ähnliche Weise wie die Streuungen in dem des Oszillators 3 ausgeglichen.

Claims (9)

1. Oszillatorschaltung (3,5) mit einem Oszillator (3) mit einem frequenzbestimmenden Element (C3) und einer Steuerschaltung (5) mit einem ähnlichen hilfsfrequenzbestimmenden Element (C1), mit einem Eingang (I) zum Erhalten eines Taktsignal und mit einer Steuerschleife (S1, SW2, AMP, D, C2, A), die auf ein Signal an dem genannten hilfsfrequenzbestimmenden Element (C1) und auf das Taktsignal reagiert, zum Einstellen der Oszillatorfrequenz des genannten Oszillators (3) mittels eines Steuersignals in der genannten Regelschleife (S1, SW2, AMP, D, C2, A), dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschleife eine regelbare DC-Quelle (S1) aufweist, die mit dem genannten hilfsfrequenzbestimmenden Element (C1) gekoppelt ist über einen Schalter (SW2), der auf das genannte Taktsignal reagiert und Mittel (AMP, D, C2, A) zur Regelung der regelbaren DC-Quelle in Antwort auf die Größe des genannten Signals an dem genannten hilfsfrequenzbestimmenden Element (C1).

2. Oszillatorschaltung (3,5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (3) ein Relaxationsoszillator ist, in dem das genannte frequenzbestimmende Element ein erster Kondensator (C3) ist, der mit einer ersten Stromquelle gekoppelt ist zum Laden und Entladen des ersten Kondensators (C3), und daß das hilfsfrequenzbestimmende Element (C1) ein zweiter Kondensator (C1) ist, wobei die regelbare DC- Quelle eine zweite Stromquelle (S1) ist.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (C3) und der zweite Kondensator (C1) in derselben integrierten Schaltung integriert sind.

4. Oszillatorschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennwichnet, daß parallel zu dem genannten hilfsfrequenzbestimmenden Element (C1) eine Reihenschaltung aus einer ersten Bezugsspannungsquelle (Vref1) und einem Hilfsschalter (SW1) vorgesehen ist, der gegenüber dem genannten Schalter (SW2) umgekehrt auf das genannte Taktsignal reagiert, und daß die genannten Mittel eine Gleichrichterschaltung (AMP, D, C2) aufweisen mit einem ersten Eingang (-), der mit dem hilfsfrequenzbestimmenden Element (C1) gekoppelt ist und einen zweiten Eingang (+), der mit einer zweiten Bezugsspannungsquelle (Vref2) gekoppelt ist.

5. Synchronschaltung (1,2,3,5), dadurch gekennzeichnet, daß diese Schaltungsanordnung einen Phasendetektor (I), ein Schleifenfilter (2) und eine Oszillatorschaltung (3,5) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.

6. Bildwiedergabeanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Oszillatorschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist und einen Taktgenerator (4) zum Liefern des Taktsignal zum Eingang (I) der Regelschaltung (5).

7. Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (4) einen mit einem Hilfsträgeroszillator gekoppelten Frequenzteiler aufweist.

8. Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß der Oszillator (3) ein Horizontal-Oszillator zur Horizontal-Ablenkung ist.

9. Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Signalerkennungsschaltung aufweist mit einem Eingang zum Erhalten des genannten Regelsignals von der genannten Regelschaltung (5).