SE503069C2 - Förfarande och anordning för att fasvrida en signal - Google Patents

Description

(_ 'iï 10 15 20 25 30 Cl.) u: C» G\' QD möjligt att väsentligt utöka möjligheterna att välja frekvens.

Ett annat sätt att öka flexibiliteten vid inställningen av frekvens beskrivs i det svenska patentet SE850l803. Enligt den i patentet beskrivna anordningen fasvrids periodvis referenssignalen innan den jämförs med den styrda oscilla- torns utsignal. Genom att välja olika värden på fasvrid- ningens storlek kan man i princip ställa in vilken frekvens som helst som är högre än referenssignalens.

Anordningen enligt det svenska patentet ger således goda möjligheter till frekvensinställning. I vissa tillämpningar är det emellertid önskvärt att också kunna ställa in signalens fasläge. Detta är emellertid inte möjligt med den i det svenska patentet beskrivna anordningen och är inte heller möjligt i de ovan nämnda anordningarna där frekven- sen ställs in genom val av olika delningstal.

REDoGöRBLsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att tillhandahålla ett förfarande och en anordning för att fasvrida utsignalen från oscillatoranordning av den typ som beskrivs i det svenska patentet SE850l803, det vill säga en anordning i 'vilken utsignalen kan faslåsas till icke- heltalsmultiplar av en referenssignal med hjälp av en faslåst loop. Genom uppfinningen är det möjligt att uppnå en bestämd och väldefinierad fasvridning av signalen.

Nämnda ändamål uppnås genom ett förfarande och en anordning vilket den fasändringen av referenssignalen, förutsättning för att icke-heltalsmultiplar av oscillatora- vid periodiskt upprepade som i den kända anordningen är en nordningens utsignal skall kunna faslåsas till referenssig- nalen, under viss tid inhiberas. Genom denna åtgärd kommer 10 15 20 25 30 5Ü3 069 de tidpunkter då utsignalen före jämförelsen samplas att förskjutas, varvid en felsignal uppkommer. Felsignalen styr den faslåsta loopen så att utsignalens fasläge efter en viss insvängningstid antar det nya värdet. Då förändringen av fasläget är bestämt av hur' många av de periodiskt upprepade fasändringarna som inhiberats och till vilken multipel av referenssignalens frekvens som utsignalen är låst till, uppnås en hög noggrannhet.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen kan in- svängningstid minskas. Detta uppnås genom att i samband med inhiberingen av de periodiska fasändringarna fasvrida oscillatoranordningens utsignal med ett bestämt värde, i huvudsakxnotsvarande den önskade fasförändringen. Därigenom kommer vid samplingen av utsignalen i stort sett ingen felsignal att uppkomma vilket innebär en snabb och noggrann inställning av utsignalens nya fasläge.

FIGURBESKRIVNING Figur l visar ett blockschema över en känd anordning för frekvensgenerering; visar i ett tidsdiagram vissa signalers utseende Figur 2 i den kända anordningen; Figur 3 visar ett blockschema över en anordning enligt uppfinningen; Figur 4 visar i ett tidsdiagram vissa signalers utseende i anordningen enligt uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM För att underlätta förståelsen av uppfinningen skall inledningsvis en känd oscillatoranordning för generering av ett godtyckligt antal olika frekvenser beskrivas i an- slutning till figur l och 2. 10 15 20 25 30 503 069 Anordningen omfattar en referensoscillator l vars utsignal la via en styrbar första fasvridande anordning (fasvridare) 2 är ansluten till en pulsalstrande anordning 3. Denna anordning alstrar en puls 3a varje gång som den fasvridna referensoscillatorsignalen 2a antar ett visst tillstånd.

Exempelvis kan detta tillstånd vara då signalens amplitud passerar värdet noll vid övergång från negativt till positivt värde.

Den alstrade pulsen bestämmer samplingstidpunkten för en samplings-hållkrets 4 till vilken också utgångssignalen Sa från en spänningsstyrd oscillator 5 (VCO) är ansluten.

Utgångssignalen är även kopplad till anordningens utgångs- anslutning 12. Den spänningsstyrda oscillatorns frekvens bestäms grovt av en styrsignal från en frekvensstyrande anordning 6. Denna styrsignal kan exempelvis utgöras av en likspänning eller digitala ord som anger den önskade frekvensen.

Om fasvridningen i den första fasvridaren 2 inledningsvis antages vara konstant lika med noll, kommer den hittills beskrivna anordningen att fungera på följande sätt. Från den pulsalstrande anordningen 13 kommer pulserna 3a att avges med samma frekvens som referensoscillatorsignalen och vid tidpunkter då denna signals amplitud år lika med noll.

Vid dessa tidpunkter kommer VCO:ns utsignal att samplas i samplings-hållkretsen 4. Sker samplingen.då utsignalen inte är lika med noll kommer hållkretsen att avge en "fel"- signal. Denna felsignal får påverka VCO:ns frekvens varvid denna ändras i beroende av felsignalens tecken. Frekvensen ändras därvid så att fasläget för någon av utsignalens nollgenomgångaröverensstämmerxmuisamplingstidpunkten,det vill säga den samplade signalens värde är lika med 0. Den av samplings-hållkretsen 4, VCO:n S och återföringen 7 bildade loopen kommer således att faslåsa VCO:ns utsignal till referensoscillatorns utsignal. Frekvensen för VCO:ns 10 15 20 25 30 ch LJ 04 CD U\ \O utsignal kan därvid vara lika med referensoscillatorfrek- vensen eller vara en heltalsmultipel av denna.

Genom att periodiskt ändra fasvridningen i den första fasvridaren 2 från exempelvis 0 kommer tiden mellan samplingspulserna att förändras. Det blir därigenonlmöjligt att faslåsa VCO:ns utsignal även om dess frekvens inte är en heltalsmultipel av referensoscillatorns.

Styrningen av fasvridaren 2 sker i det visade exemplet genom att referensoscillatorsignalerxi den med referensnum- ret 8 försedda signalomvandlande anordningen omvandlas till en fyrkantsignal 8a. Fyrkantsignalen tillförs en räknare 9 som räknar fyrkantsignalens negativa flanker. Det högsta värde räknaren 9 kan anta innan den återställes till 0 bestäms av en styrenhet 10. I exemplet enligt figur 2 är det högsta värdet satt så att räknaren endast kan anta två olika värden.

Räknarens aktuella värde överförs till en fasstyrande anordning ll. Ett nytt värde kommer således att överföras till den fasstyrande anordningen ll för varje räknad negativ flank av fyrkantsignalen.

Den fasstyrande anordningen ll är så anpassad att, då värdet till den fasstyrande anordningen ökar med l, den styr fasvridaren 2 så att dess fasvridning ökar med Am. Am är vald så att den motsvarar den fasskillnad hos VCO:ns utsignal som under en period av referenssignalen uppkommer i förhållande till denna beroende på att frekvensen för VCO:ns utsignal inte är en heltalsmultipel av referenssig- nalens frekvens. Då räknaren 9 når sitt högsta värde kommer således fasvridningen att vara (360°-AW)/N, där N är förhållandet mellan frekvensen för 'VCO:ns utsignal och referenssignalens frekvens. Därefter nollställs räknaren 10 15 20 25 30 (ïï (f) LH (TT) (ï;\ I U) varvid fasvridningen blir lika med 0 och en ny räknecykel påbörjas.

Anpassningen av den fasstyrande anordningen 11 sker med hjälp av styrenheten 10.

Det är således möjligt att genom kombination av val av “grovfrekvens" med hjälp av den frekvensstyrande anord- ningen 6 och, genom styrenheten 10, det tal till vilket räknaren 9 skall räkna och AW, ställa in VCO:n till i stort sett godtycklig frekvens.

I den .beskrivna anordningen har fasvridaren 2 varit placerad.mellan referensoscillatorn loch den pulsalstrande anordningen 3. Alternativt kan fasvridaren vara placerad i återföringen 7. I denna utföringsform kommer tidsavståndet mellan samplingspulserna att vara konstant och i stället varieras fasen för den återförda utsignalen från VCO:n. En fackman verksam inom teknikområdet inser lätt att denna utföringsform är ekvivalent med den tidigare beskrivna.

Enligt det förfarande som utgör en del av uppfinningen är det möjligt att noggrant ändra fasläget för den av anord- ningen genererade signalen med ett bestämt och väldefinie- rat värde. Förfarande innebär att räknaren 9 vid vissa tidpunkter inhiberas så att en eller flera av de nedåt- gående flankerna på signalen från fyrkantgeneratorn 8 ej varvid räknarens räknecykel förlängs. Eftersom att räknas, kommer förskjutas samplingstidpunkterna därigenom uppstår en felsignal som genom den faslåsta loopen kommer att styra utsignalen mot ett nytt fasläge. Enligt en för- delaktig komplettering av förfarandet kan emellertid största delen genom att felsignalen till kompenseras utsignalen från den spänningsstyrda oscillatorn fasvrids med det önskade fasvridningsvärdet. Eventuella kvarvarande fasvridningsfel kommer att korrigeras genom den faslåsta 10 15 20 25 30 loopens normala funktion. Genom förfarande erhålles således en mycket snabb och noggrann fasvridning av oscillatorut- signalen.

Ett exempel på metodens tillämpning skall i det följande beskrivas i anslutning till figur 3 och 4. Flertalet av de i dessa figurer förekommande anordningarna och signalerna är identiska med de tidigare i figur 1 och 2 beskrivna och har i dessa fall åsatts samma referensnummer.

Skillnaden mellan anordningen enligt figur 1 och den i figur 3 visade är att styrenheten 10 fått en kompletterande funktion och därför betecknas med 15 och att en andra fasvridande anordning (fasvridare) 13 för fasvridning av utsignalen från den spänningsstyrda oscillatorn 5 införts.

Den andra fasvridaren 13 styrs via en anpassningsenhet 14 av styrenheten 15.

Anordningens funktion överensstämmer till stor del med den tidigare beskrivna anordningen. I det följande kommer därför huvudsakligen den avvikande funktionen att be- skrivas.

Styrenheten 15 styr såsom tidigare räknaren 9 och bestämmer således det tal till vilket räknaren skall räkna. Dessutom kan styrenheten inhibera räknaren. Därigenom kommer en eller flera nedåtgående flanker på signalen 8a från fyrkantgeneratorn 8 att överhoppas vid räkningen. Detta resulterar i en tidsförskjutning av räknarens 9 räknecykel.

Styrsignalen från digital-analogomvandlaren 11 till den första fasvridaren 2 'tidsförskjuts i. motsvarande grad, vilket innebär att någon ändring av referenssignalens fasvridning inte skett under den tid räknaren (9) varit inhiberad. När räknaren 9 åter startar kommer fasläget mellan de båda insignalerna till samplings-hållkreten 4 att vara sådant att en relativt stor felsignal erhålles och en Ch (f. 10 15 20 25 30 w l CN CU (IV \O korrektion av den_ spänningsstyrda oscillatorns fasläge påbörjas. Beroende på bandbredden i det lågpassfilter som ingår i den faslåsta loopen (ej visat) avklingar felsigna- lens amplitud som funktion av nya korrigeringstidpunkter till dess att den spänningsstyrda oscillatorn 5 intar ett konstant nytt fasläge relativt det gamla fasläget. Skillna- den mellan det nya och gamla fasläget bestäms av hur många pulser i räknaren 9 som inhiberas och till vilken delmul- tipel av referenssignalen som den spänningsstyrda oscilla- torn är faslåst till. Om delmultipeln exempelvis är l/4 inhibering av räknaren att motsvara en 90°. kommer varje fasvridning på 360°/4 = För att minska avklingningstiden hos den relativt stora felsignal som bildas då ett nytt fasläge skall aktiveras kan emellertid den andra fasvridaren 13 utnyttjas. Styren- heten 15 kan således exempelvis kan utföras av en digital-analogomvandlare, (@) Därigenom via anpassningsenheten 14, som styra den andra fasvridaren till ett värde som i huvudsak motsvarar den önskade fasvridningen. kompenseras för det nya fasläget så att den tidigare förhållandevis stora felsignalen istället blir relativt med följd att fasläget hos den spänningsstyrda oscillatorn minskar. Den liten, inställningstiden till det nya faslåsta loopen kommer således endast att behöva korrigera för smärre, ej förutsedda avvikelser.

I figur 4 visas vissa signalers principiella utseende i ett exempel där den andra fasvridaren 13 utnyttjas. Också i detta fall antas räknarens 9 högsta värde vara valt så att räknaren endast kan anta två olika värden. De fyra översta signalerna i figuren (la, 8a, 2a och 3a) motsvarar ut- signalerna från referensoscillatorn 1, den signalomvand- lande anordningen 8, den första fasvridaren 2 respektive den pulsalstrande anordningen 3. Det bör i sammanhanget 10 15 20 25 30 (H t) \N (D (h \O påpekas att den vid signalen 2a angivna fasvridningen Ao påverkar den frekvens som erhålles från anordningen.

Signalen l3a representerar den från den andra fasvridaren erhållna signalen och signalen l4a representerar styrsigna- len till den andra fasvridaren. Styrsignalen ändrar vid tidpunkten t,sitt värde från 0° till šfi Under tidsintervallet T antas räknaren 9 vara inhiberad vilket i exemplet innebär att en nedåtgående flank på fyrkantsignalen (vid tidpunkten tz) ej kommer att räknas.

Detta innebär i sin tur att den första fasvridaren 2 inte kommer att ändra sin fasvridning vid tidpunkten tz. Näst- följande puls från den pulsalstrande anordningen 3 kommer därför att tidsmässigt hamna "fel" vilket skulle resultera i en felsignal från samplings-hållkretsen 4. Som beskrivits ovan undviks detta emellertid genom att styrenheten 15 vid tidpunkten tländrar den andra fasvridarens fasvridning (se signalen l4a i figur 4) till Q. Q är därvid avpassad så att utsignalen från den spänningsstyrda oscillatorn 5 efter fasvridningen får ett fasläge som innebär att felsignalen vid samplingen vid tidpunkten t, fortfarande i huvudsak är O.

I exemplet i figur 4 där en nedåtgående pulsflank över- hoppats under inhiberingen av räknaren och där VCO:ns frekvens är låst till 4,5 gånger referensfrekvensen, fasvrids vid tidpunkten t,VCO:ns, och därmed hela oscilla- toranordningens, utsignal l80° relativt det tidigare fasläget.

Genom att under lämplig tid inhibera räknaren 9 kan således en väldefinierad fasvridning av oscillatorns signal erhållas. Antalet möjliga faslägen bestäms av delmultipeln, och önskat fasläge kan väljas godtyckligt bland dessa. En frekvensgenerator enligt det beskrivna utförandet kan i 10 princip tillhandahålla ett godtyckligt antal mycket väldefinierade faslägen hos den genererade signalen och blir dessutom förhållandevis enkel och billig.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan nämnda utförings- formerna utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (7)

lO 15 20 25 30 f fl LD .pl CD Ü'\ UD PATENTKRAV

1. Förfarande för att ändra en genererad signals fasläge ett bestämt värde i en anordning för frekvensgenerering i vilken den genererade signalens frekvens är faslåst till en referenssignal varvid den genererade signalen, vars frekvens kan utgöra icke-heltalsmultiplar av referenssigna- lens frekvens, kan faslåsas till referenssignalen genom att referenssignalens fasläge för varje period ändras med ett värde som bestämmer den genererade signalens frekvens, kännetecknat därav, att ändringen av den genererade signalens fasläge sker genom att nämnda ändring av refe- renssignalens fasläge ej utförs under minst en period av referenssignalen.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att i samband med att ändring av referenssignalens fasläge ej utförs, ändras den genererade signalens fasläge innan den faslåses till referenssignalen.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att den genererade signalens fasläge ändras med ett värde som i huvudsak motsvarar det bestämda värdet.

4. Anordning för att ändra en genererad signals fasläge ett bestämt värde (Q) i en anordning för frekvensgenerering i vilken den genererade signalens (l3a) frekvens är faslâst till en referenssignal (la) varvid den genererade signalen, vars frekvens kan utgöra icke-heltalsmultiplar av referens- signalens frekvens, kan faslåsas till referenssignalen genom att referenssignalens fasläge, med hjälp av en första fasvridande anordning (2), för varje period ändras med ett (TI 10 15 (13 04 fr.) (_:1\ \D< värde (Ap) som bestämmer den genererade signalens frekvens, kännetecknad därav, att signalens fasläge sker genom att den första fasvridande anordningen (2) styrs så att någon ändring av dess fasvrid- ändringen av den genererade ning inte utförs under minst en period av referenssignalen.

5. Anordning enligt patentkrav 4, kännetecknad därav, att i samband med att ändring av referenssignalens fasläge ej utförs, ändras den genererade signalens fasläge genom inverkan-av en andra fasvridande anordning (13) innan den faslåses till referenssignalen.

6. Anordning enligt patentkrav 5, kännetecknad därav, att den genererade signalens fasläge ändras i den andra fasvridande anordningen (13) med ett värde som i huvudsak motsvarar det bestämda värdet (Q).

7. Anordning enligt något av patentkrav 4-6, kännetecknat därav, att ändringen av fasvridningen i den första fasvri- dande anordningen (2) sker synkront med referenssignalens frekvens.