NL8401629A

NL8401629A - Elektrische schakeling met een faseregelkring.

Info

Publication number: NL8401629A
Application number: NL8401629A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1985-12-16
Also published as: DE3575827D1; EP0164785B1; JPH0628337B2; EP0164785A1; JPS60256227A; US4689577A

Description

. ' * * PHN 11 .044 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Elektrische schakeling net een faseregelkring.

De uitvinding heeft betrekking pp een faseregelkring, die ten minste een spanningsgestuurde oscillator en een fasecoirparator bevat, waarbij een uitgang van de oscillator althans indirect net een klokingang van de faseconparator is verbonden voor het eraan toevoeren 5 van door de oscillator opgewekte klokpulsen, waarbij de faseconparator van een verdere ingang is voorzien voor het ontvangen van ingangs-pulsen, uit welke klokpulsen en ingangspulsen door de fasecoirparator een stuursignaal voor de spanningsgestuurde oscillator wordt gevormd zodanig dat het stuursignaal een konstante spanning is bij juiste 10 afsterrming van de spanningsgestuurde oscillator.

Een dergelijke elektrische schakeling is bekend uit de Engelse octrooiaanvrage nr. GB-A 20.89.601 die op 23 juni 1982 is gepubliceerd.

De getoonde elektrische schakeling heeft de eigenschap, dat deze bij het in fase zijn van het kloksignaal en een te ontvangen data signaal 15 een rimpelloze gelijkspanning aflevert. Voor het verkrijgen van deze gunstige eigenschap is een relatief omvangrijke digitale schakeling nodig, die verscheidene D-flip-flops, exclusief -of poorten etc. bevat, hetgeen van nadeel is.

Het is het doel van de uitvinding cm in een schakeling met 20 een faseregelkring te voorzien, die een rimpelloze regelspanning afgeeft bij het in fase zijn van het klok- en het datasignaal.

De schakeling net een faseregelkring volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat de faseconparator een D-type flip-flop, een pulsvertragend element en een exclusief -of poort bevat, welk 25 pulsvertragend element een vertragingstijd van nagenoeg een halve klok-periode heeft, waarbij een eerste respectievelijk tweede ingang van de exclusief -of poort op de uitgang van het pulsvertragend element respectievelijk van de D-flip-flop zijn aangesloten, waarbij verder de klokpulsen aan de klokingang van de D-flip-flop en de ingangspulsen 30 zowel aan het pulsvertragende element als aan de D-ingang van die D-flip-flop worden toegevoerd, waarbij de uitgang van de exclusief -of poort net een ingang van een combinatorisch netwerk is verbonden, dat aan een verdere ingang de klokpulsen ontvangt voor het vormen van een eerste en 84 0 1 6 29 Λ PHN 11.044 2 een tweede uitgangssignaal, waarvan de logische waarden bij het in fase zijn van de klokpulsen en ingangspulsen tegengesteld zijn en bij het voorijlen respectievelijk naijlen van de klokpulsen ten opzichte van de ingangspunten beide pulsgewijs eenzelfde eerste respectievelijk 5 tweede logische waarde hebben. Bij een dergelijke schakeling is met eenvoudige middelen, zoals een pulsvertragend element (niet klokgestuurd!) een D-flip-flop, een exclusief -of poort en een combinatorisch netwerk, in een fasecomparator voorzien, die bij in fase zijn van de klokpulsen en de ingangspulsen (die niet persé regelmatig periodiek hoeven te zijn) 10 een gelijkspanning levert en die bij het uitfase zijn gedurende de op een volgende klokperioden stapsgewijze verandert.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een schakeling volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat het combinatorische netwerk een inverterende EN-poort, een verdere EN-poort en een inverterende poort 15 bevat, waarbij een eerste ingang van belde EN-poorten met de uitgang van de exclusief -of poort is verbonden, een tweede ingang van de invertererde EN-poort respectievelijk van de EN-poort de klokpulsen direct respectievelijk via de inverterende poort ontvangt, waarbij op de uitgangen van de EN-poorten het eerste en tweede uitgangssignaal beschikbaar is.

20 Een aldus uitgevoerde fasecomparator is zeer eenvoudig uitgevoerd en voldoet volledig aan de gestelde eisen.

Een verdere uitvoeringsvorm van een schakeling volgens de uitvinding, waarbij de ingangspulsen een regelmatig periodiek signaal vormen, heeft het kenmerk, dat de fasecomparator een D-flip-flop 25 en een exclusief -of poort bevat, waarbij de klokpulsen aan de klokingang van de D-flip-flop worden toegevoerd, waarvan de uitgang voor het geïnverteerde uitgangssignaal Q is verbonden met de D-ingang en de uitgang voor het uitgangssignaal Q is verbonden met een eerste ingang van de exclusief -of poort, waarvan een verdere ingang de ingangspulsen ont-30 vangt, waarbij op de uitgang van de exclusief-of poort respectievelijk op de ingang voor de klokpulsen een eerste respectievelijk een tweede uitgangssignaal beschikbaar zijn waarvan de logische waarden bij het in fase zijn van de klokpulsen en ingangspulsen tegengesteld zijn en bij het voor ijlen respectievelijk naijlen van de klokpulsen ten opzichte 35 van de ingangspulsen beide pulsgewijs eenzelfde eerste respectievelijk tweede logische waarde hebben.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven voorbeelden, in welke tekening : 8401629 EHN 11.044 3 ' figuur 1a en b een uitvoeringsvorm van een schakeling volgens de uitvinding en bijbehorend pulsdiagram weergeven, figuur 2a en b een verdere uitvoeringsvorm van een schakeling met bijbehorend pulsdiagram volgens de uitvinding weergegeven, 5 figuur 3a en b een voorkeursuitvoeringsvorm van een schakeling met bijbehorend pulsdiagram volgens de uitvinding tonen en figuur 4 een detail van een verdere uitvoeringsvorm van een schakeling volgens de uitvinding weergeeft.

In figuur 1a is een eerste uitvoeringsvorm van schakeling 1_ 10 met een fasecanparator _10 volgens de uitvinding weergegeven, waarbij de schakeling een (¾) zich bekende spanningsgestuurde oscillator VCO en een frequentiedeler N bevat, die de door de oscillator VCO opgewekte oscillatorpulsen ontvangt en daaruit klokpulsen CK met een lagere frequentie opwekt, die aan een kldkpulsingang van fasecomparator worden 15 toegevoerd. De comparator 10, bevat een D-type flip-flop 11, die de klokpulsen CK ontvangt en waarvan de geïnverteerde uitgang Q met de D-ingang is verbonden cm aldus een pulsreeks CK' met een pulsfrequentie qp te wekken, die de helft van de pulsfrequentie van de klokpulsen CK bedraagt. De klokpulsen CK en de daarvan afgeleide pulsreeks CK' zijn in 20 figuur 1b weergegeven. De uitgang Q van de D-flip-flop 11 is verbonden met een ingang van de exclusief -of poort 12, waarvan de tweede ingang ingangspulsen Vr ontvangt, die een regelmatig periodiek signaal vormen. Met de ingangsimpulsen wordt de oscillator VCO op de gewenste frequentie en in de gewenste fase gebracht en gehouden. Het uitgangs-25 signaal ü van de exclusief -of poort 12 is in figuur 1b voor twee situaties als functie van de tijd t weergegeven. Voor het tijdstip t^ ijlt de oscillator VCO voor (de pulsen CK zijn"te vroeg")en na het tijdstip t^ ijlt de oscillator VCO na (de pulsen CK zijn "te laat"). Het signaal ü voor het tijdstip t = t^ is een "0" niveau, waarop positieve 30 pieken "1" zijn gesuperponeerd. Na het tijdstip t = t^ heeft het signaal ü een "1" niveau, waarop negatieve pieken zijn gesuperponeerd. De pulsfrequentie van het signaal U is tweemaal zo hoog als de pulsfrequentie van de ingangspulsen Vr. Er is nu een rimpelloze regelspanning te genereren (bij het in fase zijn van de oscillator VCO) door bij het sig-35 naai U het signaal CK op te tellen. In het gegeven voorbeeld is dit uitgevoerd door de twee signalen U en CK via (bij voorkeur gelijke) weerstanden R11 en R12 naar een knooppunt S1 te voeren. Het signaal S, dat daardoor verkregen wordt is in figuur 1b (evenals de signalen Vr en ü) 8401629 ΡΗΝ 11.044 4 weergegeven. Het gevolg van het sanenvoegen van de signalen U en CK is dat alleen frequentie- en fasefouten een rimpel qp de regelspanning kunnen veroorzaken. (IJlt de oscillator VCO voor, dan bestaat het signaal S uit de superpositie van een d.c. signaalniveau halverwege het logische 5 "0” en ”1" niveau en van een aantal negatieve pulsen Pn, die eenzelfde pulsfrequentie hebben als die van de klokpulsen CK en die een logisch "0” niveau hebben. IJlt de oscillator VCO na dan bestaat het signaal S uit het genoemde d.c. signaalniveau, waarop positieve pulsen P^ met een logisch "1" niveau en met eenzelfde pulsfrequentie als de klokpulsen 10 CK zijn gesuperponeerd.) Het zal duidelijk zijn dat de breedte van de pulsen Pr en P^ afhangt van de grootte van het faseverschil tussen de ingangspulsen Vr en de door oscillator VCO en deler N gegenereerde klokpulsen CK. Zoals gebruikelijk kan op het knooppunt S1 een cordensator 13 worden aangesloten, waardoor op het knooppunt S1 een gemiddelde spanning 15 uit de in figuur 1 getekende spanning S wordt gevormd voor het sturen van de oscillator VCO.

De in figuur 1a weergegeven schakeling J[_ werkt slechts naar behoren, indien de daaraan toegevoerde ingangsimpulsen Vr een regelmatig periodiek signaal vonten. Zijn de ingangs impulsen niet regelmatig 20 periodiek dan is een fasecatparator 2, die in figuur 2a is weergegeven, in een schakeling volgens de uitvinding toe te passen of modificaties ervan zoals verderop zal warden toegelicht. De in figuur 2a weergegeven faseconparator 2 bevat een pulsvertragend element 22, een D-type flipflop 21, een eerste en een tweede exclusief -of poort 23 en 24, een 25 inverterende poort 25 en twee (gelijke) weerstanden R21 en R22. Ingangs-impulsen A (zie figuur 2b) worden aan de D-ingang van de D-type flipflop 21 en aan het pulsvertragend element 22 toegevoerd. De vertraging van het signaal A in element 22 is nagenoeg de helft van de periode van de klokpuls CK, die aan de klokingang van D flip-flop 21 wordt 30 toegevoerd. Het uitgangssignaal B van het element 22 en het uitgangssignaal C van de D flip-flop 21 worden aan de eerste exclusief -of poort 23 toegevoerd, die daaruit een signaal I vormt (zie figuur 2b).

Het signaal I wordt evenals het kloksignaal CK aan een combinatorisch netwerk toegevoerd, dat de exclusief -of poort 24 en de inverterende 35 poort 25 bevat. Het kloksignaal CK wordt aan beide poorten 24 en 25 toegevoerd, waarbij het signaal I alleen aan de exclusief-of poort 24 wordt toegevoerd. De door de poorten 24 en 25 opgewekte signalen H en CK (zie figuur 2b) vormen het eerste en het tweede uitgangssignaal van 8401629 PHN 11.044 5 het combinatorisch netwerk. Het eerste en tweede uitgangssignaal H en CK worden via de twee weerstanden R21 en R22 naar een knooppunt S toegevoerd, waarmee een stuursignaal S2 (figuur 2b) voor de spanningsgestuurde oscillator VCD (niet in figuur 2a weergegeven) wordt opgewekt. Het 5 stuursignaal S2 bestaat bij het in fase zijn van de kick- en ingangspulsen weer uit een gelijk spanning, die halverwege het logische "0" en het logische "1" niveau ligt. Met de verhouding van de weerstandswaarden van R21 en R22 is het gelijk spanningsniveau van S2 in te stellen.

IJlt de oscillator voor (in figuur 2b is dat voor tijdstip dan ont-10 staan op het gelijkspanningsniveau van het signaal S2 "negatieve" pulsen (logisch "0" niveau). Uit de oscillator na (in figuur 2b is dat na het tijdstip t^) dan ontstaan "positieve" pulsen (logisch "1" niveau) cp het gelijkspanningssignaal S2. De breedte van de negatieve of positieve pulsen wordt door het faseverschil tussen de ingangspulsen 15 A en de klokpulsen CK bepaald.

Zoals met een gebroken lijn aangegeven kan gebonifkeli jkerwij s een condensator 26 op het knooppunt S worden aangesloten, zodat over de condensator 26 een tijdsgemiddelde van het signaal S2 ontstaat, waarmee de genoemde spanningsgestuurde oscillator wordt gestuurd.

20 In figuur 3a is een voorkeursuitvoeringsvorm van een fasecomparator 3 voor een schakeling volgens de uitvinding weergegeven.

De aan de fasecomparator 3. toe te voeren ingangspulsen A hoeven niet noodzakelijkerwijs een regelmatig, periodiek signaal te vamen. De fasecomparator _3 bevat een D-type flip-flcp 31, een puls vertragend 25 element 32, een exclusief -of poort 33 en een combinatorisch netwerk, dat op zich een EN-poort 34, een inverterende EN-poort 35 en een inverterende poort 36 cmvat. De D flip-flop 31, het vertragend element 32 en de exclusief -of poort 33 zijn identiek aan de in figuur 2a toegepaste componenten, evenals de daaraan toegevoerde klok- en ingangspulsen 30 CK en A, zodat het uitgangssignaal I van exclusief -of poort 33 (zie figuur 3b) hetzelfde is als het signaal I uit figuur 2a en 2b. Eet signaal I wordt aan beide EN-poorten 34 en 35 toegevoerd en de klokpulsen CK worden direkt aan de inverterende EN-poort 35 en via de inverterende poort 36 aan de EN-poort 34 toegevoerd. De EN-poorten vrekken daaruit een eerste 35 en een tweede uitgangssignaal K en L op (zie figuur 3b), die via twee (gelijke) weerstanden R31 en R32 naar een knooppunt S worden gevoerd en een stuursignaal S3 opwekken. Opgemerkt dient te worden, dat het eerste uitgangssignaal K konstant een logisch hoog ("1") niveau heeft als de 8401629 PHN 11,044 6 t . ** ^ oscillator (niet weergegeven) naijlt (na tijdstip ty figuur 3b) en negatieve pulsen (logisch laag "0" niveau) toont als de oscillator voor ij It (in figuur 3b voor tijdstip t^). Verder heeft het tweede uitgangssignaal L konstant een logisch laag ("0") niveau, als de oscillator 5 voorijlt (voor het tijdstip t^ in figuur 3b) en als de oscillator naijlt (na t^) dan heeft het tweede uitgangssignaal positieve pulsen (logisch laag "1" niveau). Het stuursignaal S3 (de halve son van de uitgangssignalen K en L), dat op het knooppunt wordt opgewekt, is hetzelfde als het stuursignaal S2 (zie figuur 2a en 2b). Uiteraard wordt ook 10 hier net behulp van een condensator 37 een tijdgemiddelde van het stuursignaal S3 opgewekt, waarmee de oscillator wordt gestuurd.

In figuur 4 is een uitvoeringsvorm van een in de fasecornparator van figuur 3 toe te passen combinatorisch netwerk £ weergegeven. Het netwerk 4 ontvangt de signalen V en CK (zie figuur 3a en b) en bevat drie 15 inverterende poorten 44, 45 en 46. De klokpulsen CK worden zowel aan de inverterende EN-poort 44 als aan de inverterende OF-poort 45 toegevoerd. Het signaal I wordt rechtstreeks aan de inverterende EN-poort 44 en via de inverterende poort 46 aan de inverterende OF-poort toegevoerd. De poorten 44 en 45 wekken uit de aangeboden signalen I en CK 20 een eerste en een tweede uitgangssignaal K en L op, die identiek zijn aan de uitgangssignaal K en L in figuur 3a en b. De signalen K en L in figuur 4 zouden dus op dezelfde manier als in figuur 3a is weergegeven tot een stuursignaal kunnen worden samengevoegd. In figuur 4 is een variant gegeven, waarbij de in de signalen K en L voorkomende ("nega-25 tieve" respectievelijk "positieve") pulsen schakelaars 42 respectievelijk 43 sturen. Via de schakelaar 42 óf schakelaar 43 wordt een condensator 47 opgeladen óf ontladen door een door de stroombron 48 óf stroombron 49 geleverde respectievelijk opgenoren stroom i. Het stuursignaal S4, dat over de condensator 47 wordt opgebouwd, is weer het tijdgemiddelde 3Q signaal van het stuursignaal S3 dat in figuur 3b is weergegeven.

35 8401629

Claims

1. Electrische schakeling net een f aseregelkring, die ten minste een spanningsgestuurde oscillator en een faseconparator bevat, waarbij een uitgang van de oscillator althans indirekt met een klokingang van de faseconparator is verbonden voor het eraan toevoeren van door de oscilla-5 tor opgewekte klokpulsen, waarbij de faseconparator van een verdere ingang is voorzien voor het ontvangen van ingangspulsen, uit welke klokpulsen en ingangspulsen door de faseconparator een stuursignaal voor de spanningsgestuurde oscillator wordt gevormd zodanig dat het stuursignaal een konstante spanning is bij juiste afstemming van de spanningsgestuurde 10 oscillator, met het kenmerk, dat de faseconparator een D-type flip-flop, een pulsvertragend element en een exclusief -of poort bevat, welk puls-vertragend element een vertragingstijd van nagenoeg een halve klokperiode heeft, waarbij een eerste respectievelijk tweede ingang van de exclusief -of poort cp de uitgang van het pulsvertragend element respectievelijk 15 van de D flip-flcp zijn aangesloten, waarbij verder de klokpulsen aan de klokingang van de D flip-flop en de ingangspulsen zowel aan het pulsvertragend element als aan de D-ingang van de D flip-flop worden toegevoerd, waarbij de uitgang van de exclusief -of poort met een ingang van een combinatorisch netwerk is verbonden, dat aan een verdere ingang 20 de klokpulsen ontvangt voor het vormen van een eerste en een tweede uitgangssignaal, waarvan de logische waarden bij het in fase zijn van de klokpulsen en ingangspulsen tegengesteld zijn en bij het voorijlen respectievelijk naijlen van de klokpulsen ten opzichte van de ingangspulsen beide pulsgewijs eenzelfde eerste respectievelijk tweede logische 25 waarde hebben.

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het combinatorisch netwerk een tweede exclusief -of poort en een inverterende poort bevat, waarbij een ingang van de tweede exclusief -of poort met de uitgang van de eerst genoemde exclusief -of poort is verbonden en een 30 verdere ingang van de tweede exclusief -of poort de klokpulsen ontvangt, die eveneens aan de inverterende poort worden toegevoerd, waarbij qp de uitgangen van de exclusief -of poort en de inverterende poort het eerste en het tweede uitgangssignaal beschikbaar is.

3. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het com-35 binatorische netwerk een inverterende EN-poort, een verdere EN-poort en een inverterende poort bevat, waarbij een eerste ingang van beide EN-poorten met de uitgang van de exclusief -of poort is verbonden, een tweede ingang van de inverterende EN-poort respectievelijk van de EN- 8401629 3 EHN 11.044 8 poort de klokpulsen direkt respectievelijk via de inverterende poort ontvangt, waarbij qp de uitgangen van de EN-poorten het eerste en tweede uitgangssignaal beschikbaar is.

4. Schakeling volgens conclusie 1, net het kennerk, dat het 5 combinatorisch netwerk een inverterende EN-poort, een inverterende OF-poort en een inverterende poort bevat, waarbij de uitgang van de exclusief -of poort rechtstreeks respectievelijk via de inverterende poort is verbonden met de inverterende EN-poort respectievelijk inverterende OF-poort, waarbij de verdere ingangen van de inverterende EN- of OF-10 poorten de klokpulsen ontvangen waarbij op de uitgangen van de inverterende EN- of OF-poort het eerste en tweede uitgangssignaal beschikbaar is.

5. Schakeling met een faseregelkring, die ten minste een spanningsgestuurde oscillator en een fasecomparator bevat, waarbij een uitgang van de oscillator althans indirekt met een klokingang van de 15 fasecomparator is verbonden voor het eraan toevoeren van door de oscillator opgewekte klokpulsen, waarbij de fasecomparator van een verdere ingang is voorzien voor het ontvangen van ingangspulsen, uit welke klokpulsen en ingangspulsen door de fasecomparator een stuursignaal voor de spanningsgestuurde oscillator wordt gevormd zodanig dat het stuursignaal 20 een konstante spanning is bij juiste afstemming van de spanningsgestuurde oscillator, waarbij de ingangspulsen een regelmatig periodiek signaal vormen, met het kenmerk, dat de fasecomparator een D-flip-flop en een exclusief -of poort bevat, waarbij de klokpulsen aan de klokingang van de D-flip-flop worden toegevoerd, waarvan de uitgang voor het ge-25 inverteerde uitgangssignaal Q is verbonden met de D-ingang en de uitgang van het uitgangssignaal Q is verbonden met een eerste ingang van de exclusief -of poort, waarvan een verdere ingang de ingangspulsen ontvangt, waarbij qp de uitgang van de exclusief -of poort respectievelijk op de ingang voor de klokpulsen een eerste respectievelijk een tweede 30 uitgangssignaal beschikbaar zijn, waarvan de logische waarden bij het in fase zijn van de klokpulsen en ingangspulsen tegengesteld zijn en bij het voor ijlen respectievelijk naijlen van de klokpulsen ten opzichte van de ingangspulsen beide pulsgewijs eenzelfde eerste respectievelijk tweede logische waarde hebben. 35

6* Schakeling volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de twee uitgangssignalen via twee weerstanden naar een knooppunt worden gevoerd, waarop het stuursignaal beschikbaar komt.

7. Schakeling volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat 8401629 PHN 11.044 9 net het eerste respectievelijk tweede uitgangssignaal een eerste en een tweede stroombron wordt gestuurd voor het opladen respectievelijk ontladen van een condensator, waarop de stuur spanning beschikbaar kant. 5 10 15 20 25 30 35 8401629