NO177207B - Faselåst slöyfe med variabel båndbredde - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en faselåst sløyfe med variabel båndbredde, omfattende en styrt oscillator for generering av et signal med variabel frekvens, en fasesammenligningsinnretning, en filterkrets som innbefatter i det minste et motstandselement og et kondensatorelement, en styrbar første og andre strømgener-eringsinnretning, idet hver av disse er innrettet til å generere en positiv eller en negativ pulset strøm som reaksjon på utgangssignalene fra fasesammenligningsinnretningen, og av hvilke den første strømgenererende innretning har en utgang som er forbundet med et første punkt i filterkretsen og den andre strømgenererende innretning har en utgang som er forbundet med et andre punkt i filterkretsen, og hvilken sløyfe ytterligere innbefatter en styreinnretning for styring av strømmenes amplituder .

KJENT TEKNIKK

I tilfelle av en faselåst sløyfe vil den hastighet ved hvilken frekvensendringene og frekvenskorreksjoner kan utføres, være avhengig av sløyfens båndbredde. På sin side er dette avhengig av, blant mange ting, det filter som er inkludert i sløyfen, idet hensikten med dette filter er å lavpassfiltrere en styrespenning som er formet for å styre oscillatorfrekvensen. Det er nødven-dig å lavpassfiltrere styrespenningen for å unngå spenningsripler og resulterende uønskede variasjoner i frekvens hos oscillatorens utgangssignal. I praksis vil imidlertid filtrering av styrespenningen innebære at den hastighet ved hvilken de ønskede endringer i frekvens av oscillatorsignalet kan utføres, er for lav for visse anvendelser. F.eks. kan filteret omfatte en motstand som er koblet i serie med en kondensator. Motstanden blir normalt betegnet dempningsmotstand fordi formålet er å neddempe tendensen hos sløyfen til å overstyre og under-styre på en oscillatorisk måte som respons på transiente endringer. Idet man forbedrer sløyfestabiliteten, vil imidlertid dempningsmotstanden begrense den hasighet ved hvilken spenningsendringene og derved frekvensendringene kan utføres. En fremgangsmåte for å muliggjøre frekvensendringer på en rask måte, eller for å muliggjøre store fasefeil, blir raskt korrigert, innebærer økning av sløyfebåndbredden når slike endringer skal utføres, og deretter reduksjon av båndbredden til en standard bånd-breddeverdi.

Det å øke sløyfebåndbredden når det kreves raske endringer i frekvens, er en velkjent teknikk, men den velkjente vanskelighet ved denne fremgangsmåte går ut på å unngå å bevirke en transient feil eller "glitch" når sløyfebånd-bredden blir koblet tilbake til sin opprinnelige verdi etter at sløyfen har normalisert seg.

En fremgangsmåte til å fremskaffe "glitch"-frie sløyfe-båndbreddeendringer ved bruk av to ladningspumper som styres alternerende, er omtalt i US 4,167,711. I henhold til denne kjente teknikk består sløyfefilteret av to motstander og en kondensator som er koblet i serie. En første ladningspumpe med to strømgeneratorer har en utgang som er forbundet med kondensatoren for filteret gjennom to motstander. Utgangen fra en andre ladningspumpe med strømgeneratorer er tilkoblet filterkondensatoren gjennom bare en av motstandene. Ladningspumpene er styrt på en slik måte at når det ønskes en lav sløyfe-båndbredde, blir amplituden for strømmene fra den andre ladningspumpe lik null, det vil si bare den første ladningspumpe er da aktiv. Ved ønske om en høy sløyfe-båndbredde er omstendighetene motsatt, det vil si bare den andre ladningspumpe er da aktiv.

Sløyfebåndbredden kan varieres noe, ved variasjon av amplituden av strømmen fra den første eller andre ladningspumpe . Dette forklarer man ved det forhold at båndbredden for sløyfen er avhengig av den strøm som strømmer gjennom filterkondensatoren. Den såkalte dempningsfaktor for sløyfen får en optimal verdi for en gitt lav sløyfe-båndbredde og en gitt høy sløyfebåndbredde på grunn av det forhold at dempningsfaktoren er avhengig av produktet av den aktuelle strømstyrke og også av motstanden i den motstand som strømmen går gjennom. Følgelig er det mulig å variere sløyfebåndbredden noe omkring en henholdsvis lav og en høy verdi, uten i betydelig grad å forstyrre eller forringe dempningsfaktoren.

REDEGJØRELSE FOR OPPFINNELSEN

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en faselåst sløyfe av den innledningsvis angitte art, hvor båndbredden kan varieres kontinuerlig uten å forringe sløyfestabiliteten. Dette oppnås ved økning av amplituden for strømmene fra både den første og andre strøm-genererende innretning når sløyfebåndbredden økes. På denne måte vil begge innretningene være aktive, i det minste når man ønsker en høyere sløyfebåndbredde enn den laveste båndbredde som benyttes. Amplitudene for strømmene fra de to strømgenererende innretninger blir redusert når man ønsker å minske båndbredden. På denne måte er det mulig å styre båndbredden og dempningsfaktoren uavhengig av hverandre, noe som muliggjør at båndbredden kan varieres kontinuerlig mellom en lav og en høy verdi, samtidig som dempningsfaktoren bibeholdes.

Det skal forstås at det er fordelaktig å ha separate organer til å variere dempningsfaktoren til forskjell fra organene som brukes til å variere sløyfebåndbredden når sløyfekarakteristikkene skal varieres av grunner som er forskjellige enn det å oppnå raske frekvensendringer.

De karakteristiske trekk ved oppfinnelsen fremgår av de vedføyde patentkrav.

KORT OMTALE AV TEGNINGSFIGURENE

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i ytterligere detalj under henvisning til de vedføyde tegningsfigurer. Figur 1 er et blokkskjema over en kjent faselåst sløyfe med en styrt oscillator. Figur 2 anskueliggjør i ytterligere detalj en tidligere kjent innretning som er innlemmet i sløyfen vist på figur 1 og virker slik at den fremskaffer en filtrert oscillatorstyrespenning. Figurene 3 og 4 viser hver for seg to eksemplifiserende utførelsesformer for innretninger som har til funksjon å fremskaffe en filtrert oscillatorstyrespenning, og som er innrettet til å muliggjøre at sløyfebåndbredden kan varieres i henhold til oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV UTFØRELSESFORMER

Figur 1 er et eksempel på et skjematisk blokkdiagram som anskueliggjør en kjent faselåst sløyfe. Henvisningstall 14 definerer en styrt oscillator, f.eks. en såkalt VCO oscillator (voltage controlled oscillator). Frekvensen på oscillatorutgangssignalet blir dividert i en frekvensdeler 15, og et signal med dividert frekvens påtrykkes en fasesammenligningsinnretning 12. Et referansesignal påtrykkes en frekvensdeler 11, som i likhet med fre-kvensdeleren 15 er forbundet med fasesammenligningsinnretningen 12. Frekvensene i oscillatorsignalet og referansesignalet blir dividert på en kjent måte, i av-hengighet av den ønskede frekvens for oscillatorsignalet.

Fasesammenligningsinnretningen 12 produserer pulsede signaler på to utganger, som er forbundet med en innretning 13 som har til oppgave å fremskaffe en filtrert styrespenning, som påtrykkes oscillatoren 14.

De to signaler som påtrykkes fasesammenligningsinnretningen 12, omfatter kort-puls-tog. Når pulsene i de to pulstog opptrer samtidig, blir det fremskaffet korte pulser på de to utganger. Når pulsene ikke opptrer samtidig, blir korte pulser produsert på en av utgangene, mens på den andre av utgangene blir det produsert pulser som har en bredde proporsjonal med tidsdifferansen mellom pulsene i det ene pulstog og pulsene i det andre pulstog. Når tidsdifferansen mellom pulsene i det ene pulstog endrer seg kontinuerlig, sammenlignet med pulsene i det andre pulstog, det vil si når pulsfrekvensene er inn-byrdes forskjellige, blir det fremskaffet korte pulser på den ene utgang, og pulser med en suksessiv økende puls-bredde blir produsert på den andre utgang. Når puls-bredden har nådd en maksimal verdi, begynner en ny sekvens med suksessivt økende pulsbredder for nevnte pulser. Hvilke av utgangene som skal fremskaffe korte pulser, og hvilke av utgangene som skal produsere lange pulser, blir bestemt av hvorvidt pulsene i pulstoget som er avledet fra referansesignalet, ankommer før eller etter pulsene i det pulstog som er avledet fra oscillatorsignalet .

Figur 2 viser et eksempel på kjent teknikk, anvendt i forbindelse med innretningen 13, hvis funksjon er å fremskaffe en filtrert oscillatorstyrespenning. Innretningen omfatter to strømgeneratorer 21, 22 og et filter som består av en motstand 23 forbundet i serie med en kondensator 24. I praksis vil imidlertid innretningen 13 kunne innbefatte flere filterkretser enn filtrene 23, 24. Disse ytterligere kretser kan være plassert både til venstre og til høyre for det viste filter.

Når strømgeneratoren 21 blir påvirket, blir en positiv strøm levert til filteret, og når strømgeneratoren 22 er påvirket, blir en negativ strøm levert til nevnte filter. Følgelig vil spenningen over kondensatoren 24 øke når strømgeneratoren 21 blir påvirket, og avta når strøm-generatoren 22 blir påvirket. Fasesammenligningsinnretningen 12 på figur 1 har til hensikt å virke på en slik måte at strømgeneratoren 21 blir påvirket når pulsene i pulstoget som er avledet fra referansesignalet, ankommer før pulsene i det pulstog som er avledet fra oscillatorsignalet. Dette resulterer i en økning i frekvensen hos oscillatorsignalet. I andre tilfeller blir strømgeneratoren 22 påvirket, slik at frekvensen for oscillatorsignalet avtar.

Som et resultat av den ovenfor omtalte filtrering av oscillatorstyresignalet er det ikke altid mulig å utføre frekvensendringer og fasekorrigeringer raskt nok, slik det er nevnt ovenfor.

Figur 3 anskueliggjør en første eksemplifiserende ut-førelsesform for en innretning for fremskaffelse av en filtrert styrespenning for overføring til oscillatoren, idet denne innretning er konstruert på en måte som vil muliggjøre at sløyfebåndbredden kan varieres i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Innretningen innbefatter to strømgeneratorer 21, 22 og et filter 23, 24 som faller sammen med tilsvarende enheter på figur 2, men med den forskjell at strømgeneratorene kan styres for således å muliggjøre at amplituden av strømmene også kan styres. Den illustrerte innretning innbefatter også et andre par av strømgeneratorer 25, 26. Disse generatorer er forbundet med forbindelsespunktet mellom motstanden 23 og kondensatoren 24, det vil si til et punkt i filteret som er forskjellig fra det punkt som strømgeneratorene 21, 22 er tilkoblet. Strømgeneratorene 24, 26 kan også styres, for således å muliggjøre at amplituden for strømmene kan varieres. Amplitudene for strømmene fra strømgeneratorene 21, 22 og 25, 26 blir styrt fra en styreinnretning 27 i par, uavhengig av hverandre, hvilket fremgår av nevnte figur. Det vil også ses av denne figur at stømgeneratoren 25 blir påvirket av det samme pulstog som strømgenerator 21. Strømgeneratorene 22 og 26 blir også aktivisert eller påvirket ved et og samme pulstog.

Fordi det annet par av strømgeneratorer 25 og 26 bevirker at strøm flyter bare gjennom kondensatoren og ikke gjennom motstanden, er det mulig å bestemme graden av strøm som flyter gjennom kondensatoren uavhengig av mengden eller størrelsen av den strøm som flyter gjennom motstanden, og derfor å lade eller utlade kondensatoren ved hastigheter som ikke er begrenset av motstanden.

Under disse tidsperioder hvor det er ønsket en lav sløyfebåndbredde, kan det være passende å innstille til null amplituden for de strømmer som er avledet fra strøm-generatorene 25 og 26 for det andre par, det vil si ikke å bruke disse strømgeneratorer. Under disse tidsperioder vil innretningen vist på figur 3, i prinsippet virke på samme måte som den kjente innretning vist på figur 2. Imidlertid, fordi amplitudene kan styres, er det mulig å tillate at de strømmer som kan avledes fra strømgene-ratorene 21, 22 kan være svakere enn det som kan passe i tilfellet av innretningen vist på figur 2.

Med den innretning som er vist på figur 3 er det mulig å bestemme sløyfebåndbredden og dempningsfaktoren uavhengig av hverandre. Det er derfor mulig å variere sløyfebånd-bredden samtidig som man bibeholder dempningsfaktoren og bibeholder sløyfestabilitet, nemlig å variere strøm-styrken for strømgeneratorene på en passende måte. Man antar nå at strømmene, det første par av strømgeneratorer 21, 22, har en lav verdi 10 i det normale tilfelle, og at strømmene fra det andre par 25, 26 har en nullverdi. Når man ønsker en høy sløyfebåndbredde, f.eks. under frekvensendringer, vil strømmene fra det første par av strøm-generatorer bli passende endret fra den lave verdi 10 til en høyere verdi 11, ved hjelp av styresignaler fra styreinnretningen 27, mens strømmer fra det annet par av strømgeneratorer blir endret fra null til en verdi 12 som er fortrinnsvis høyere enn 11. Det kan ses at båndbredden blir øket med en faktor på N når strømmen IN oppnår verdien N x 10, og strømmen 12 oppnår verdien N x (N-1) x 10. Den tid det tar for å utføre en frekvensendring, blir redusert med en faktor på N på denne måte.

Strømmene blir ført tilbake til sine normale verdier ved hjelp av styresignaler fra styreinnretningen 27, når det på nytt er ønskelig med en lav sløyfebåndbredde. I forbindelse med en frekvensendring vil dette f.eks. inntre når den fasefeil som detekteres i fasesammenligningsinnretningen 12, ligger under en gitt verdi, eller rett og slett når en gitt tidsperiode er medgått etter begynnel-sen av frekvensendringer.

Det kan tidvis være passende å variere sløyfebåndbredden suksessivt. Slik det er omtalt ovenfor, blir båndbredden og dempningsfaktoren styrt uavhengig av hverandre, med hjelp av samtidige strømmer fra de to par av strømgenera-torer. Båndbredden blir i den sammenheng bestemt ved hjelp av den kombinerte strøm gjennom kondensatoren, og dempningsfaktoren blir bestemt ved hjelp av strømmen gjennom motstanden. Sistnevnte er avledet ene og alene fra strømgeneratorene 21, 22.

Figur 4 viser en andre eksemplifiserende utførelsesform for innretningen for fremskaffelse av den filtrerte styrespenning som påtrykkes oscillatoren og danner del av anordningen ifølge oppfinnelsen. I henhold til denne utførelsesform omfatter innretningen tre par av strøm-generatorer 31 - 36 og et mer komplekst filter enn beskrevet og anskueliggjort tidligere. Filteret omfatter tre motstander 37 - 39 og tre kondensatorer 40 - 42. Hver av kondensatorene har sin egen terminal forbundet med jord, og hver av de tre par av strømgeneratorer er forbundet med en respektiv andre terminal på kondensatorene. De tre øvre strømgeneratorer 31, 33, 35 blir påvirket av det samme signal, og de tre nedre kondensatorer 32, 34, 36 blir også påvirket av et eneste signal, enn skjønt ikke vist på figuren. Det foreligger også i dette tilfelle en styreinnretning som svarer til styreinnretningen 27 på utførelsesformen ifølge figur 3, og som virker på den måte at den styrer amplituden av de strømmer som fremskaffes av strømgeneratorene. Dette er heller ikke vist på nevnte figur.

Ved et normalt tilfelle, det vil si når det ønskes en lav sløyfebåndbredde, vil bare f.eks. strømgeneratorene 35, 36 eller strømgeneratorene 33, 34 bli brukt. Dersom man ønsker en høy båndbredde, blir to eller alle tre par av strømgeneratorer benyttet. Strømgeneratorene 31, 32 vil spesielt skaffe en rask spenningsendring av styrespenningen som fremskaffes av filterkretsen. Andre muligheter kan imidlertid tenkes. Båndbredden kan også varieres kontinuerlig i dette tilfelle mellom en lav og en høy verdi med en bibeholdt dempningsfaktor, ved at forskjellige par av strømgeneratorer er aktive på samme tid. Det er også tenkelig å tillate at ytterligere strømgeneratorer, f.eks. 25 og 26 på figur 3, også kan generere strømmer når det er ønsket lave sløyfebånd-bredder. Amplituden på disse strømmer bør dermed være meget lavere enn når det er ønsket høye båndbredder.

Dersom sløyfebåndbredden skal endres suksessivt, blir amplitudene for de forskjellige strømpulser endret, f.eks. i en flerhet av trinn, med et trinn for hver strømpuls. Hver slik amplitudeendring blir fortrinnsvis utført i intervallet mellom to strømpulser, noe som derved muliggjør at uønskede spenningsvariasjoner i oscillatorstyresignalet kan unngås.

Det skal forstås at det er også tenkelig å erstatte, på en passende måte, hver av strømgeneratorparene med en eneste strømgenerator som kan bevirkes til enten å levere en positiv eller en negativ strøm til et forhåndsbestemt punkt ved hjelp av styresignaler.

Hver strømgenerator kan også bli erstattet med en spen-ningskilde med en flerhet av motstander som påvirkes på en passende måte ved hjelp av styresignaler. Det kan også tenkes at man bruker tre eller flere par av strøm-generatorer uten å tilkoble alle generatorpar til forskjellige punkter i filterkretsen. I det minste to av nevnte par må imidlertid være tilkoblet forskjellige punkter.

Videre kan det tenkes at fasesammenligningsinnretningen fremskaffer pulser på en måte som er forskjellig fra det som er omtalt ovenfor.

Claims (3)

1. Faselåst sløyfe med variabel båndbredde, omfattende en styrt oscillator (14) for generering av et signal med variabel frekvens, en fasesammenligningsinnretning (12), en filterkrets (13) som innbefatter i det minste et motstandselement (23, 37 - 39) og et kondensatorelement (24, 40 - 42), en styrbar første (21 - 22, 35 - 36) og andre (25 - 26, 31 - 32) strømgenererende innretning, idet hver av disse er konstruert til å generere en positiv eller negativ pulset strøm som reaksjon på utgangssignaler fra fasesammenligningsinnretningen (12), og av hvilke den første strømgenererende innretning har en utgang som er forbundet med et første punkt i filterkretsen, og den andre strømgeneratorinnretning har en utgang som er forbundet med et andre punkt i filterkretsen, og hvilken sløyfe ytterligere innbefatter en styreinnretning (27) for styring av strømmenes amplituder, karakterisert ved at styreinnretningen (27) er konstruert slik at amplitudene av strømmene fra hver av de strømgenererende innretninger (21 - 22, 25 - 26, 31 - 36) blir endret i en første retning, f.eks. øket, når det ønskes en endring av sløyfebåndbredden i en retning, f.eks. en økning, og blir endret i en annen retning, f.eks. redusert, når det ønskes en endring i sløyfebåndbredden i den andre retning, f.eks. en reduksjon, hvilket derved muliggjør at sløyfebåndbredden kan varieres kontinuerlig samtidig som en ønsket dempningsfaktor bibeholdes.

2. Sløyfe som angitt i krav 1, karakterisert ved at dét andre punkt er et tilkoblingspunkt mellom et motstandselement (23, 37) og et kondensatorelement (24, 42), og at det første punkt utgjør en annen terminal på motstandselementet enn nevnte tilkoblingspunkt.

3. Søyfe som angitt i krav 2, karakterisert ved at styreinnretningen (27) er slik konstruert at amplituden av strømmen fra den andre strømgenererende innretning (25 - 26, 31 - 32) er null når det er ønsket en lav sløyfebåndbredde.