SE505090C2 - Förfarande och anordning vid generering av en signal - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 505 090 2 oscillatorns frekvens till heltalsmultiplar av referenssig- nalens frekvens. Detta åstadkommes enklast med en delare i slingan som frekvensdelar utsignalen från den spännings- styrda oscillatorn med ett godtyckligt heltal. Resultatet av delningen matas till en fasjämförare som jämför resulta- tets fas med referensoscillatorns fas för att därigenom skapa en styrsignal till den spänningsstyrda oscillatorn.

Det finns ett stort antal digitala kretsar av typ PLL på marknaden som förutom neddelning och fasdetektorfunktion även innehåller en diskriminatorfunktion som styr VCO:n då fasdetektorns skillnadsfrekvens ligger utanför slingband- bredden. Detta innebär att frekvens-/faslåsning av en VCO kan ske inom ett stort frekvensintervall.

En av nackdelarna med digitala PLL-kretsar är att det genereras fasbrus (jitter) i slingan via de digitala kretsarna. En annan. nackdel är att förstärkningen av fasdetektorsignalen måste vara hög för att kompensera VCO:ns frekvensdelning fram till fasdetektorn. I det fall att neddelningen är 100 kommer ett frekvensfel på 100 Hz att endast bli 1 Hz i fasjämföraren. Skillnaden i frekvens på 11 Hz skall sedan generera en fasdetektorsignal som korrigerar VCO:n 100Hz och kräver därför en förstärkning.

Den nödvändiga förstärkningen förstärker även oönskat brus av olika slag.

En typ av faslåst slinga som påstås eliminera ovan nämnda nackdelar är en samplad faslåst slinga (SPLL - Sampled Phase Locked Loop). I den samplade slingan samplas VCO:ns envelopp direkt i fasdetektorn. VCO:n kan faslåsa till alla multiplar av referensfrekvensen förutsatt att VCO:n styrs så att skillnadsfrekvensen ut från fasdetektorn ligger innanför slingbandbredden. 10 15 20 25 30 505 090 3 Den samplade fasdetektorn har ingen diskriminatordel.

Detta innebär att en för stor skillnad i frekvens mellan en multipel av referensoscillatorns frekvens och VCO:ns frekvens gör att slingan inte kan faslåsa. För att minimera skillnadsfrekvensen och för att kunna ställa in den frekvens man önskar, förinställer man vanligtvis en stöttespänning till VCO:n ur ett ndnne. Minnet måste således innehålla stöttespänningar för alla valbara frekvenser. Spänningarna måste mätas upp individuellt för varje tillverkad oscillatoranordning och dessutom kontinu- erligt uppdateras beroende pâ bland annat VCO:ns tempera- turberoende och åldrande. Vid små frekvenssteg ligger spänningarna tätt och det är då svårt att generera stötte- spänningar med tillräcklig noggrannhet. Fellåsning på grannkanaler eller på spuriouser är vanligt förekommande.

Vid försök att lösa problemen med användning av samplade slingor har man kommit fram till att man kan använda en konventionell faslåst slinga för att se till att den spänningsstyrda oscillatorn svänger med önskad frekvens.

När den önskade frekvensen är uppnådd och den konventionel- la faslåsta slingan har faslåst kopplas kontrollen av den spänningsstyrda oscillatorn över till den samplade slingan.

Denna typ av anordning finns beskriven i det amerikanska patentet US-3,660,78l, men kan anses uppvisa en rad nackdelar. Bland annat måste styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn byggas upp i den samplade slingan när den kopplas in. För att få en acceptabel insvängningstid så måste styrspänningsfiltren vara snabba vilket medför en sämre reglerslinga. 10 15 20 25 30 35 505 090 4 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att ange ett förfarande och en anordning som kan låsa en samplad slinga till en godtycklig multipel av en referensoscillators frekvens.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att ange ett för- farande och en anordning för att kunna få en kort och opti- mal inlåsningstid vid frekvensbyte och optimala fasbrus- prestanda i en faslåst samplad slinga.

Ett ändamål därutöver med uppfinningen är att ange ett förfarande och en anordning för frekvensgenerering som in- nefattar minst två slingor där en av dessa är en samplad faslåst slinga och där någon spänning inte behöver tillfö- ras via den samplade slingans slingfilter när den samplade slingan tar över.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att ange ett förfarande och en anordning för frekvensgenerering som är mindre känslig för variationer, som till exempel tempera- turvariationer, lufttrycksvariationer, luftfuktighetsvaria- tioner och variationer orsakade av åldrande. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att ange ett för- farande och en anordning för frekvensgenerering som är tillverkningsmässigt enkel att kalibrera.

Ovannämnda ändamål uppnås enligt uppfinningen genom en anordning och ett förfarande där en samplad faslåst slinga faslåses med stöttning från en konventionell faslåst slinga (PLL). Stöttningsvärdet från PLL-slingan låses med hjälp av en håll-krets (Sample and Hold circuit - S/H) varefter det låsta stöttningsvärdet summeras ihop med styrsignalen från den samplade slingan för att styra en styrd oscilla- tor, exempelvis en spänningsstyrd.oscillator. Uppfinningen 10 15 20 25 30 35 505 D90 5 innebär att noggrannheten på stöttningsvärdena/stöttespän- ningarna beror av PLL-kretsens upplösning och att in- koppling av den samplade slingan kan ske utan att någon signal/spänning byggs upp i den samplade slingans sling- filter.

Ovannämnda ändamål uppnås enligt uppfinningen även genom en oscillatoranordning som genererar en utsignal med en förutbestämd frekvens åt gången utav ett antal förutbe- stämda frekvenser. Oscillatoranordningen innefattar en första slinga, en andra slinga, en styrd oscillator som lämpligen är en spänningsstyrd oscillator, ett omkopp- lingsmedel, ett mät- och sparorgan, och ett summeringsor- gan. Den första slingan fungerar som en samplad faslåst slinga och skapar en felsignal som en första styrsignal är beroende av. Den andra slingan fungerar som en faslåst slinga och skapar en andra styrsignal. Den spänningsstyrda oscillatorn genererar utsignalen med en frekvens som står i relation till den första eller andra styrsignalen och är en del av den första och den andra slingan. Omkopplings- medlet kopplar den första styrsignalen eller den andra styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn. Mät- och sparorganet 1näter och. behåller under inställnings- skeenden spänningsvärdet av den andra styrsignalen då den andra slingan har faslåst till en förutbestämd frekvens och mät- och sparorganet skapar därigenom en sparad styrsignal.

Summeringsorganet summerar den sparade styrsignalen med felsignalen och skapar därigenom den första styrsignalen.

Oscillatoranordningenkopplarnædelstomkopplingsmedletden andra styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn under inställningsskeenden och kopplar annars den första styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn.

Ovannämnda ändamål uppnås enligt uppfinningen även genonlen oscillatoranordning som genererar en utsignal med en förutbestämd frekvens åt gången utav ett antal förutbe- 10 15 20 25 30 35 505 090 6 stämda frekvenser. Oscillatoranordningen lämpar sig väl för förutbestämda frekvenser som befinner sig inom mikro- vâgsområdet eller högre frekvensområden och likaledes inom lägre frekvensområden. Oscillatoranordning innefattar en första slinga, en andra slinga, en spänningsstyrd oscilla- tor, ett omkopplingsmedel, ett mät- och sparorgan, och ett summeringsorgan.

Den första slingan innefattar en referensoscíllator, en pulsgenerator, en första fasjämförare, och en första signalbehandlingsenhet. Den första slinga fungerar som en samplad faslåst slinga genom att i den första fasjämföraren jämföra utsignalens fas med en första referenssignals fasläge skapad av referensoscillatorn och pulsgeneratorn och därigenom efter en första signalbehandling i den första signalbehandlingsenheten skapa en felsignal som en första styrsignal är beroende av.

Den andra slingan innefattar en frekvensdelare, en andra fasjämförare och en andra signalbehandlingsenhet. Den andra slingan bestämmer genom frekvensdelaren i inställ- ningsskeenden utsignalens frekvens genom att frekvensdela utsignalen i frekvensdelaren och jämföra dess fas i en fasjämförare med en andra referenssignals fasläge skapad av referensoscillatorn och därigenom efter en andra signalbe- handling j. den andra signalbehandlingsenheten skapa en andra styrsignal.

Om utsignalens förutbestämda frekvenser ligger väldigt högt, mikrovågsområdet eller högre, kan det vara lämpligt att oscillatoranordningen innefattar ett frekvenskonver- teringsorgan som frekvenskonverterar utsignalen innan den frekvensdelas i den andra slingan för att utsignalens frekvens skall hamna inom den andra slingans frekvensom- råde. Frekvenskonverteringsorganet innefattar lämpligen 10 15 20 25 30 35 505 090 7 ett frekvensdelarorgan eller ett referensfrekvensorgan och ett blandarorgan.

Lämpligen innefattar den första signalbehandlingsenheten i den första slingan en förstärkare och ett slingfilter. Även den andra signalbehandlingsenheten.i den andra slingan innefattar lämpligen en förstärkare och ett slingfilter.

Slingfiltren bör innehålla en lågpassfunktion vilken kan kompletteras med andra filterfunktioner (bandpass). Det är även fördelaktigt om det slingfiltret i den första signal- behandlingsenheten är långsammare än slingfiltret i den andra signalbehandlingsenheten. Långsammare skall tolkas som smalare bandbredd och därför en längre insvängningstid.

Den spänningsstyrda oscillatorn genererar utsignalerxmed en frekvens som står i relation till den första eller andra styrsignalen och är en del av den första och den andra slingan. Omkopplingsmedlet kopplar den första styrsignalen eller den andra styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn. Mät- och sparorganet mäter och behåller under inställningsskeenden spänningsvärdet av den andra styrsig- nalen då den andra slingan har faslåst till en förutbestämd frekvens och skapar därigenom en sparad styrsignal.

Lämpligen innefattar oscillatoranordningen även.ett.minnes- organ som sparar ett antal av de under inställningsskeende- na uppmätta spänningsvärdena av den andra styrsignalen.

Värdena sparas lämpligen ixninnespositioner som är sortera- de med hänsyn till den utsignalsfrekvens som värdet motsvarar. Den sparade styrsignalen kan även, i denna _utökade version, skapas från lagrade/sparade uppmätta spän- ningsvärden för att därigenom möjliggöra en snabb växling av utsignalens frekvens utan att ett inställningsskeende behöver genomlöpas. 10 15 20 25 30 35 505 090 8 Ytterligare en lämplig variant är att minnesorganet även sorterar de uppmätta spänningsvärdena av den andra styrsig- nalen i minnespositioner med hänsyn till den temperatur som den spänningsstyrda oscillatorn innehar vid tillfället för uppmätningen. Härigenom möjliggörs upprätthållandet av en stabil och noggrann frekvens utan att ett inställingsske- ende behöver genomlöpas vid temperaturvariationer av den spänningsstyrda oscillatorn.

Minnesorganet kan givetvis utföras på många olika sätt.

Ett sätt är att konstruera minnesorganet med hjälp av digitala minnesceller, en analog till digital omvandlare, och en digital till analog omvandlare. Här lagras de uppmätta spänningsvärdena av den andra styrsignalen digitalt i de digitala minnescellerna efter analog till digital omvandling i analog till digital omvandlaren. Vid skapandet av den lagrade styrsignalen från lagrade uppmätta spänningsvärden, digital till analog omvandlas de i minnescellerna lagrade mätvärdena i digital till analog omvandlaren.

Ett annat sätt att konstruera minnesorganet är med hjälp av analoga minnesceller. De uppmätta spänningsvärdena av den andra styrsignalen lagras analogt och vid skapandet av den lagrade styrsignalen från lagrade uppmätta spänningsvärden förses de från de analoga minnescellerna.

Summeringsorganen summerar den sparade styrsignalen med felsignalen för att skapa den första styrsignalen.

Oscillatoranordningenknpplarnædelstomkopplingsmedletden andra styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn under inställningsskeenden och annars kopplar den den första styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn.

Ovannämnda ändamål uppnås enligt föreliggande uppfinning även med ett förfarande för att generera en utsignal med en 10 15 20 25 30 35 505 090 9 förutbestämd frekvens åt gången utav ett antal förutbestäm- da frekvenser med en styrd oscillator som lämpligen kan utgöras av en spänningsstyrd oscillator. Förfarandet är lämpligt även då nämnda förutbestämda frekvenser befinner sig inom mikrovågsområdet eller högre, det vill säga GHz och uppåt i frekvens. Genereringen innefattar ett antal steg. En första slinga inrättas att fungera som en samplad faslåst slinga. I den första slingan skapas en första referenssignal, jämföres utsignalens fas med den första referenssignalens fasläge, och signalbehandlas resultatet av_jämförelsen i en första signalbehandlare som därigenom skapar en felsignal som en första styrsignal är beroende av. Signalbehandlaren innefattar lämpligtvis bland annat ett filter.

En andra slinga inrättas att fungera som en faslåst slinga och i inställningskeenden bestämmes utsignalens frekvens av den andra slingan. I den andra slingan skapas en andra referenssignal, frekvensdelas utsignalen, jämföres den frekvensdelade utsignalens fas med den andra referenssigna- lens fasläge, och signalbehandlas resultatet av jämförelsen i en andra signalbehandlare som därigenom skapar en andra styrsignal. Signalbehandlaren innefattar lämpligtvis bland annat ett filter.

Då båda signalbehandlarna innefattar filter är det för- delaktigt att den första signalbehandlarens filter är långsammare än den andra signalbehandlarens filter.

Långsammare skall tolkas som smalare bandbredd och därför en längre insvängningstid.

Under inställningsskeenderxmätes den andra styrsignalen och då den andra slingan har faslåst sparas mätvärdet för att kunna skickas vidare som en sparad styrsignal. Den sparade styrsignalen summeras med felsignalen och därigenom skapas den första styrsignalen. Utsignalen skapas medelst den 10 15 20 25 30 35 505 Û90 10 spänningsstyrda oscillatorn med en frekvens som står i relation till den första eller den andra styrsignalen. Den andra styrsignalen kopplas till den spänningsstyrda oscillatorn under inställningsskeenden och annars kopplas den första styrsignalen till den spänningsstyrda oscilla- torn.

Vid varje inställningsskeende sparas företrädesvis mätvär- det i enzninnesdel motsvarande den för inställningsskeendet förutbestämda frekvensen i enxninnesenhet varigenom växling av utsignalens frekvens kan ske utan att ett inställnings- skeende inkopplas. Ytterligare kan det ibland vara en fördel att den minnesdel mätvärdet sparas i också motsvarar en temperatur. Det vill säga att mätvärden stoppas in i en matris för frekvens på ena axeln och temperatur på den andra. Givetvis går det att utöka med eller använda sig av andra parametrar som till exempel luftfuktighet, höjd, och lufttryck.

Speciellt då utsignalens frekvens är hög, exempelvis då de förutbestämda frekvenserna befinner sig inom mikrovågsom- rådet eller högre, det vill säga GHz och uppåt i frekvens, kan det vara en fördel att frekvenskonvertera utsignalen innan utsignalen frekvensdelas i den andra slingan. Detta för att utsignalens frekvens skall hamna inom den andra slingans frekvensområde, som då inte behöver vara samma och lika hög som den första slingans frekvensområde.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i förklarande och inte på något vis begränsande syfte, med hänvisning till bifogade figurer, där 10 15 20 25 30 35 505 090 ll Fig. 1 visar ett schematiskt blockschema över en känd oscillatoranordning innefattande en faslåst slinga, Fig. 2 visar ett schematiskt blockschema över en känd oscillatoranordning innefattande en samplad faslåst slinga med minne för stöttespänningar, Fig. 3A visar ett schematiskt blockschema över en ut- föringsform av en oscillatoranordning enligt föreliggande uppfinning, Fig. 3B visar'ett schematiskt blockschema över'ytterliga- re en utföringsfonn av en oscillatoranordning enligt föreliggande uppfinning,~ Fig. 3C visar ett schematiskt blockschema över ytterliga- re en utföringsfonn av en oscillatoranordning enligt föreliggande uppfinning.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER För att underlätta förståelsen av uppfinningen skall inledningsvis en oscillatoranordning med en konventionell faslåst slinga och en oscillatoranordning' med. en kon- ventionell samplad faslåst slinga beskrivas i anslutning till figur 1 och 2. finns en stor mängd olika sätt att styra en oscillator som Först bör det dock nämnas att det till exempel med spänning, ström, eller ljus för att bara nämna några. Det allra vanligaste sättet att styra en oscillator är med en spänning, en spänningsstyrd oscilla- tor, och därför är följande exempel exemplifierade med spänningsstyrda oscillatorer och skall inte ses som en begränsning till enbart denna typ av styrda oscillatorer. 10 15 20 25 30 35 505 090 12 Den mest använda metoden för faslåsning av en signal till en referenssignal visas j. fig. 1. Den konventionella faslåsta slingan (PLL - Phase Locked Loop) består i huvud- sak av en referensoscillator 110, en fasdetektor/jämförare 120, en förstärknings- och filterenhet 130, en spännings- styrd oscillator 140 (VCO - Voltage Controlled Oscillator), och en variabel eller fast frekvensdelare 160. Genom att styra 170 en variabel frekvensdelare 160 och därmed dela utsignalen 150 med ett godtyckligt heltal kan man generera en utsignal med en utfrekvens som är en godtycklig multipel av referensoscillatorns 110 frekvens.

Utsignalen 150 från den spänningsstyrda oscillatorn 140 (VCO) har en frekvens som är en godtycklig, beroende på frekvensdelningen i frekvensdelaren 160, heltalsmultipel högre än referensoscillatorns 110 frekvens. Ifall en icke- heltalsmultipel av.referensoscillatorns 110 frekvens önskas kan man även frekvensdela referensoscillatorns 110 frekvens innan fasdetektorn/jämföraren 120. Utsignalen 150 fre- kvensdelas med frekvensdelaren 160 (/N) ned till en frekvens som borde vara lika med referensoscillatorns 110 frekvens. Referensoscillatorns frekvens jämföres sedan i fasdetektorn 120 med den. neddelade signalens frekvens.

Fasdetektorn 120 genererar en utsignal som efter filtrering och förstärkning 130 styr VCO:n 140. na/faserna inte är lika kommer fasdetektorn 120 att justera Ifall frekvenser- sin. utsignal för att 'VCO:n 140 skall kunna kompensera utsignalens 150 frekvens för denna olikhet. Fasdetektorns utsignal är ett värde som motsvarar frekvensen av VCO:ns utsignal 150 och är således, vanligtvis, skild från noll trots att den faslåsta slingan är faslåst.

Eftersom den konventionella faslåsta slingan (PLL) lider av en del problem och brister såsom fasbrus (jitter) och en nödvändigt hög förstärkning av fasdetektorns utsignal, såsom har nämnts tidigare, används ofta en bättre och något l0 15 20 25 30 35 505 090 13 mer komplicerad faslåst slinga i krävande tillämpningar, nämligen den samplade faslåsta slingan (SPLL - Sampled Phase Locked Loop).

En samplad faslåst. slinga (SPLL), se fig. 2, består .i huvudsak av en referensoscillator 210, en pulsgenerator 215, en fasdetektor 220, en förstärknings- och filterenhet 230, en spänningsstyrd oscillator 240 (VCO), och en minnesanordning som lämpligtvis kan vara ett digitalt minne 262 och en digital/analog omvandlare 264 (D/A-omvandlare).

I den samplade slingan samplas VCO:ns envelopp direkt i fasdetektorn 220 med en snabb puls genererad från referens- VCO:n 240 kan faslåsa till alla multiplar av referensfrekvensen förutsatt oscillatorn 210 och pulsgeneratorn 215. att VCO:n styrs så att skillnadsfrekvensen ut från fas- detektorn ligger innanför loopbandbredden.

Den samplade fasdetektorn har ingen diskriminatordel.

Detta innebär att en för stor skillnadsfrekvens gör att loopen inte faslåser. För att minimera skillnadsfrekvensen kan man förinställa en stöttespänning 266 från ett minne 262 via en D/A-omvandlare 264 till VCO:n 240. Detta minne måste innehålla stöttespänningar för alla valbara frekven- ser. Spänningarna skall mätas upp och kontinuerligt uppdateras och justeras beroende på bland annat VCO:ns temperaturdrifter och åldrande. Vid små frekvenssteg ligger spänningarna tätt och det är då svårt att få tillräcklig noggrannhet. Som nämnts tidigare är därför fellåsning' på grannkanaler' eller på spuriouser 'vanligt förekommande.

Föreliggande uppfinning har som ändamål att övervinna ovanstående problem faslåsta slingor (SPLL) och även samplade faslåsta slingor med mer än en slinga uppvisar. Föreliggande uppfinning 10 15 20 25 30 35 505 090 14 lämpar sig att användas bland annat inom radiokommunika- tionsutrustningar,mobiltelefoni,satellitområdet,radarut- rustningar ochxnikrovågslänkar för bland annat frekvenssyn- tes i både den sändande och mottagande sidan. Uppfinningen fungerar med frekvenser inom mikrovågsområdet, 1 GHz och uppåt, likaväl som inom andra frekvensomrâden. För att tydliggöra systemet enligt föreliggande uppfinning skall några exempel på dess tillämpning i det följande beskrivas i anslutning till figurerna 3a - 3c.

Figur 3a visar ett blockschema över en grundläggande utföringsfor¶\av en oscillatoranordning enligt föreliggande uppfinning. Där framgår den samplade faslåsta slingan som en första slinga som i huvudsak innefattar en referens- oscillator 310, en pulsgenerator 315, en fasdetektor 320, en förstärknings- och filterenhet 330 som bör innehålla minst en lågpassfunktion som kan kompletteras med andra filterfunktioner (bandpass), och en styrd oscillator som företrädesvis är en spänningsstyrd oscillator 340 (VCO).

Dessutom ingår det en andra slinga som innefattar en konventionell faslåst slinga som är representerad av ett stort block (PLL) 372 och en förstärknings- och filterenhet 374 som bör innehålla minst en lågpassfunktion som kan kompletteras med andra filterfunktioner (bandpass). Det stora PLL-blocket 372 innefattar i stort justerbara frekvensdelare som kan styras medelst styrsignaler 370 och en fas-frekvensdiskriminator. Den andra slingan har den spänningsstyrda oscillatorn 340 gemensamt med den första slingan. För att de två slingorna skall bilda kompletta slingor enligt föreliggande uppfinning innefattar denna grundläggande utföringsform av uppfinningen även en mät- och sparkrets 376 (Sample and Hold circuit, S/H), summe- ringsorgan 334 och omkopplingsmedel 336.

Den första slingan, den samplade faslåsta slingan (SPPL- funktionen), fungerar i stort som en konventionell samplad 10 15 20 25 30 35 505 090 15 faslåst slinga. Referensoscillatorn 310 tillsammans med pulsgeneratorn 315 genererar en snabb puls för att kunna sampla utsignalens 350 envelopp i fasdetektorn 320.

Fasdetektorn 320 skapar en felsignal 332 via filter- och förstärkningsenheten 330. Felsignalen 332 styr sedan i princip, ej direkt själv, den spänningsstyrda oscillatorn 340 (VCO:n) via summeringsorganet 334 och omkopplingsmedlet 336 (satt i läge A) för att därmed ge en samplad faslåst slinga. Felsignalen 332 genereras på ett sådant sätt att när den första slingan har faslåst genereras en korrekt utsignal 350.

Den andra slingan (PLL-funktionen) fungerar i stort som en konventionell faslåst slinga. Utsignalen 350 från den spänningsstyrda oscillatorn 340 matas tillbaka till PLL- blocket 372 där utsignalen 350 frekvensdelas medelst någon typ av frekvensdelare innefattad i PLL-blocket 372.

Lämpligtvis är det någon typ av varierbar frekvensdelare som kan styras med styrsignaler 370 för att därmed kunna välja den önskade utsignalens 350 frekvens. I PLL-blocket 372 matas den frekvensneddelade utsignalen sedan in i en konventionell fas-frekvensdiskriminator i PLL-blocket 372 för att där kunna jämföras med en signal från en referenso- scillator 310 som i detta fall lämpligtvis är samma referensoscillator som ingår i den första slingan.

Resultatet av jämförelsen i fas-frekvensdiskriminatorn matas sedan via en filter- och förstärkningsenhet 374 för att bilda en andra styrsignal 337. Den andra styrsignalen 337 styr sedan via omkopplingsmedlet 336 (satt i läge B) den spänningsstyrda oscillatorn 340 (VCO) på ett sådant sätt att när den andra slingan är faslåst bildas en korrekt utsignal 350.

Vid intällningsskeenden är VCO:ns 340 ingång först kopplad via omkopplingsmedel 336, i läge B, till förstärknings- och filterenhet 374 i den andra slingan. PLL-kretsen 372 som 10 15 20 25 30 35 505 090 16 innefattar en konventionell fas-frekvensdiskriminator, faslåser nu VCO:n 340 till referensoscillator 310 som i detta exempel används som referensoscillator även till den andra slingan vilket är att föredra .i de flesta fall.

Efter inlåsning samplas den andra styrsignalen 337 till VCO:n 340 i mät- och sparkretsen (S/H-kretsen) 376 vilket skapar en sparad styrsignal 377 vilken är ansluten till summationskretsen 334. Lämpligtvis används en signal som indikerar faslåst som samplingspuls.

Efter samplingen av den andra styrsignalen slår omkopp- lingsmedlet 336 om till läge A. VCO:n 340 kommer att behålla samma värde på sin styrsignal men nu som en första styrsignal 335 som kommer från summationskretsen 334.

Summationskretsen 334 adderar ihop den sparade styrsignalen 377 från S/H-kretsen 376 med en felsignal 332 som kommer från den första slingan, den samplade faslâsta slingan.

Felsignalen 332 kommer från den samplade fasdetektorn 320 via förstärknings- och filterenheten 330 och bör vara i princip nollställd, det vill säga ingen aktiv felsignal.

Den första slingan är även aktiv under inställningsskeenden och felsignalen 332 försöker att korrigera VCO:ns 340 frekvens trots att den ej är kopplad till VCO:n 340. När den andra slingan har faslåst, och samplat den andra styrsignalen 337, så innebär det att felsignalen 332 ej behöver korrigera VCO:n 340 i det ögonblick som SPLL- funktionen övertar faslåsningen ty felsignalen 332 summeras i summeringsorgan 334 med den sparade styrsignalen för att skapa den första styrsignalen som då styr VCO:n till att generera en utsignal 350 med korrekt frekvens.

Det kan dock finnas fall då felsignalen avviker något ifrån ett önskat idealvärde som till exempel när den elektriska ledningslängden från. referensoscillatorn 310 till PLL- blocket 372 ej är lika den elektriska ledningslängden från referensoscillatorn 310 till pulsgeneratorn 315. Symmetri 10 15 20 25 30 35 505 090 17 i de elektriska ledningslängderna blir allt viktigare desto högre upp i frekvens de ingående delarna arbetar med. I sådana fall då de elektriska ledningslängderna avviker något kommer en fasskillnad mellan den första och den andra slingan att uppstå och vid omkoppling från den andra till den första slingan kommer VCO:n 340 att via den första styrsignalen 335 få justera sitt fasläge.

Inställningsskeenden med PLL-funktionen kan ske enligt be- skrivningen vid varje frekvensväxling och kalibrerings- tillfällen. S/H-kretsen 376 kan också kompletteras med minnesfunktion 378 enligt figur 3B där styrspänningar kan lagras för samtliga aktuella frekvenser. Det senare förfarandet ger en snabb frekvensväxling via kontrollsig- naler 379.

Man kan givetvis tänka sig att minnesfunktionen är för- programmeradxmuistyrspänningar för alla önskvärda frekven- ser men lämpligast är nog att låta inställningsskeenden programmera minnesfunktionen med styrspänningar. Om inställningsskeenden programmerar minnesfunktionen är det lämpligt att låta varje minnesposition i minnesfunktionen på något sätt vara kopplad till en flagga eller liknande som indikerar ifall den aktuella minnespositionen in- nehåller ett giltigt, det vill säga programmerat, värde eller ej. Programmeringen kan ju ske under "drift" och då kan det dröja innan minnesfunktionen innehåller en full- ständig uppsättning styrspänningar/-värden, det kan till och med tänkas att minnesfunktionen aldrig kommer att in- nehålla en fullständig uppsättning.

Genom att låta inställningsskeenden programmera minnes- funktionen fås en automatisk individanpassning då minnes- funktionen lämpligen är nollställd/raderad från början. I praktiken är det omöjligt att tillverka två stycken identiska oscillatoranordningar, varje oscillatoranordning 10 15 20 25 30 35 505 090 18 blir en individ som kräver sina speciella styrspänningar och inställningar. Vid reparation eller utbyte av någon del i oscillatoranordningen eller någon annan åtgärd som kommer att ändra på oscillatoranordningens beteende/- känslighet för' olika styrsignaler' är' det lämpligt att radera minnesfunktionen så att minnesfunktionen via inställningsskeenden programmeras på nytt med nya värden för den åtgärdade oscillatoranordningens beteendelkänslig- het.

Utsätts den spänningsstyrda oscillatorn för temperatur- variationer är det fördelaktigt att förse minnesfunktionen 378 med plats för att lagra värden sorterade inte bara Man får då förse oscillatoranordningen.med någon typ av temperaturgivare för efter frekvens utan även temperatur. att rätt värden både lagras och hämtas ur minnesfunktionen 378. Givetvis kan man även sortera in värden i minnes- funktionen 378 utifrån andra egenskaper såsom omgivnings- egenskaper hos oscillatoranordningen såson\exempelvis luft- fuktighet och lufttryck. Det kan vara lämpligt att med varje värde lagra en tidskod som anger när värdet blev lagrat för att kunna avgöra ifall en uppdatering med ett eller flera intällningsskeenden på grund av oscillatora- nordningens åldrande behöver göras. Komplexiteten och antal olika 'värden. och olika förhållanden (temperatur, luftfuktighet) som lagras i minnesfunktionen 378 får den miljö som oscillatoranordningen är utsatt för/placerad i, snabbhetskrav för frekvensväxling, kostnad, absolut och relativa arbetsfrekvensområden och så vidare bestämma.

Minnesfunktionen 378 kan vara utförd med hjälp av ett digitalt minne som vid lagring av mätvärden matas via en analog till digitalomvandlare och som vid hämtning hämtas via en digital till analogomvandlare. Man kan givetvis tänka sig minnes funktionen utförd på något annat sätt eller till och med, med någon typ av analoga minnen typ CCD 10 15 20 25 30 505 090 19 (Charge Coupled Device) vilket gör analog till digitalom- vandlare och digital till analogomvandlare överflödiga.

Figur 3C visar en utföringsform som använder sig av ett frekvenskonverteringsorgan 371 som frekvenskonverterar VCO:ns 340 utsignal 350 innan den matas in i PLL-blocket 372 i den andra slingan. Frekvenskonverteringen är önskvärd ifall utsignalens 350 frekvens ligger' väldigt högt, till exempel inom.mikrovågsområdet eller högre (1 GHz och uppåt), då det annars ställs ytterst höga krav på PLL- blocket 372 att även klara frekvenser i den storleksord- ningen.

Frekvenskonverteringsorganet 371 kan exempelvis i en ut- föringsform innefatta frekvensdelarorgan som är inrättat att frekvensdela utsignalen 350, eller i en annan ut- föringsform innefatta ett blandarorgan som är inrättat att blanda ner utsignalens 350 frekvens. För att inte tappa utsignalens fasläge är det lämpligt och i de flesta fall nödvändigt att använda en blandarsignal som härör från referensoscillatorn 310 för nedblandningen i blandarorga- net. Beroende på frekvensområde så kan det vara nödvändigt att frekvensmultiplicera referensoscillatorns frekvens för att skapa en blandarsignal med en lämplig frekvens.

Frekvensmultiplikationen kan exempelvis utföras med hjälp av en faslåst slinga, en samplad faslåst slinga, eller olinjära dioder.

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

Claims (26)

10 15 20 25 30 35 505 090 20 PATENTKRAV

1. Förfarande för att generera en utsignal med en förutbe- stämd frekvens åt gången utav ett antal förutbestämda frekvenser med en styrd oscillator, kännetecknat därav, att genereringen innefattar följande steg: - en första slinga inrättas att fungera som en samplad faslåst slinga och där: - en en första referenssignal skapas, utsignalens fas jämföres med den första referens- signalens fasläge, resultatet av jämförelsen signalbehandlas i en första signalbehandlare, en felsignal skapas därav som en första styrsignal är beroende av; andra slinga inrättas att fungera som en faslåst slinga och i inställningskeenden bestämmes utsignalens frekvens av den andra slingan där: en andra referenssignal skapas, utsignalen frekvensdelas, den frekvensdelade utsignalens fas jämföres med den andra referenssignalens fasläge, resultatet av jämförelsen signalbehandlas i en andra signalbehandlare, en andra styrsignal skapas därav; - under inställningsskeenden mätes den andra styrsigna- len och då den andra slingan har faslåst sparas mätvärdet för att kunna skickas vidare som en sparad styrsignal; - den sparade styrsignalen summeras med felsignalen och därigenom skapas den första styrsignalen; 10 15 20 25 30 35 505 090 21 - utsignalen skapas medelst den styrda oscillatorn med en frekvens som står i relation till den första eller den andra styrsignalen; - den andra styrsignalen kopplas till den styrda oscil- latorn under inställningsskeenden och annars kopplas den första styrsignalen till den styrda oscillatorn.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att den styrda oscillatorn är en spänningsstyrd oscillator.

3. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat därav, att signalbehandlingen i den första signalbehand- laren innefattas av en filtrering.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat därav, att signalbehandlingenj.den.andra signalbehandlaren.innefattas av en filtrering.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat därav, att filtreringen;iden första signalbehandlingen är långsammare än filtreringen i den andra signalbehandlingen.

6. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat därav, att nämnda förutbestämda frekvenser befinner sig inom mikrovågsområdet eller högre.

7. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat därav, att vid varje inställningsskeende sparas mätvärdet i en minnesdel motsvarande den för inställningsskeendet förutbestämda frekvensen i en.minnesenhet varigenonlväxling av utsignalens frekvens kan ske utan att ett inställnings- skeende inkopplas.

8. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat därav, att den minnesdel mätvärdet sparas i också motsvarar ytterli- gare minst en parameter. 10 l5 20 25 30 35 505 090 22

9. Förfarande enligt patentkrav 8, kännetecknat därav, att den ytterligare minst en parameter motsvarar åtminstone en temperaturparameter.

10. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat därav, att innan utsignalen frekvensdelas i den andra slingan frekvenskonverteras utsignalen för att utsignalens frekvens skall hamna inom den andra slingans frekvensom- råde.

ll. Oscillatoranordning för att generera en utsignal med en förutbestämd frekvens åt gången utav ett antal förutbe- stämda frekvenser, kännetecknad därav, att nämnda oscilla- toranordning innefattar: - en första slinga som innefattar en referensoscillator, en pulsgenerator, en första fasjämförare, och en första signalbehandlingsenhet vilken första slinga är inrättad att fungera som en samplad faslåst slinga genom att i den första fasjämföraren jämföra utsigna- lens fas med en första referenssignals fasläge skapad av referensoscillatorn och pulsgeneratorn och därige- nom efter en första signalbehandling i den första signalbehandlingsenheten skapa en felsignal som en första styrsignal är beroende av; - en andra slinga som innefattar en frekvensdelare, en andra fasjämförare och en andra signalbehandlingsenhet vilken andra slinga är inrättad att genom frekvens- delaren i. inställningsskeenden bestämma utsignalens frekvens genom att frekvensdela utsignalen i frekvens- delaren och jämföra dess fas i en fasjämförare med en andra referenssignals fasläge skapad av referenso- scillatorn och därigenom efter en andra signalbe- handling i den andra signalbehandlingsenheten skapa en andra styrsignal; - en styrd oscillator som är inrättad att generera utsignalen med en frekvens som står i relation till 10 15 20 25 30 35 505 090 23 den första eller andra styrsignalen och att vara en del av den första och den andra slingan; - omkopplingsmedel som är inrättat att koppla den första styrsignalen eller den andra styrsignalen till den styrda oscillatorn; - mät- och sparorgan inrättat att under inställnings- skeenden mäta och behålla värdet av den andra styrsig- nalen då den andra slingan har faslåst till en förut- bestämd frekvens för att därigenom skapa en sparad styrsignal; - Vsummeringsorgan inrättat att summera den sparade styr- signalen med felsignalen för att därigenom skapa den första styrsignalen; där oscillatoranordningen är inrättad att medelst omkopp- lingsmedlet koppla den andra styrsignalen till den styrda oscillatorn under inställningsskeenden och annars koppla den första styrsignalen till den styrda oscillatorn.

12. Oscillatoranordning enligt patentkrav ll, kännetecknad därav, att den styrda oscillatorn är en spänningsstyrd oscillator.

13. Oscillatoranordning' enligt patentkrav ll eller 12, kännetecknad därav, att nämnda första signalbehandlingsen- het i nämnda första slinga innefattar en första förstärkare och ett första slingfilter.

14. Oscillatoranordning enligt patentkrav 13, kännetecknad därav, att nämnda andra signalbehandlingsenhet i nämnda andra slinga innefattar en andra förstärkare och ett andra slingfilter.

15. Oscillatoranordning enligt patentkrav 14, kännetecknad därav, att nämnda första slingfilter är långsammare än nämnda andra slingfilter. 10 15 20 25 30 35 505 090 24

16. Oscillatoranordning enligt patentkrav 11 eller 12, kännetecknad därav, att nämnda förutbestämda frekvenser befinner sig inom mikrovågsområdet eller högre.

17. Oscillatoranordning enligt patentkrav 11 eller 12, kännetecknad därav, att nämnda oscillatoranordning även in- nefattar minnesorgan inrättat att spara de under inställ- ningsskeenden uppmätta värdena av den andra styrsignalen i minnespositioner som är sorterade med hänsyn till frekvens och att den sparade styrsignalen även kan skapas från lagrade uppmätta värden för att därigenom möjliggöra en snabb växling av utsignalens frekvens utan att ett in- ställningsskeende behöver genomlöpas.

18. Oscillatoranordning enligt patentkrav 17, kännetecknad därav, att minnesorganet även är inrättat att sortera de uppmätta värdena av den andra styrsignalen i minnesposi- tioner sorterade med hänsyn till minst en parameter som den styrda oscillatorn innehar vid tillfället för uppmätningen för att därigenom möjliggöra upprätthållandet av en stabil och noggrann frekvens utan att ett inställningsskeende behöver genomlöpas vid variationer av den styrda oscilla- torn av den eller de parametrar som den andra styrsignalen är sorterad i minnespositioner efter.

19. Oscillatoranordning enligt patentkrav 18, kännetecknad därav, att de parametrar som den styrda oscillatorn innehar vid tillfället för uppmätningen innefattar den temperatur som den styrda oscillatorn innehar för att därigenom möjliggöra upprätthållandet av en stabil och noggrann frekvens utan att ett intällingsskeende behöver genomlöpas vid temperaturvariationer av den styrda oscillatorn.

20. Oscillatoranordning enligt patentkrav 17, kännetecknad därav, att minnesorganet innefattar digitala minnesceller, en analog till digital omvandlare, och en digital till 10 15 20 25 30 35 505 090 25 analog omvandlare, vilket minnesorgan är inrättat att lagra de uppmätta värdena av den andra styrsignalen digitalt i de digitala minnescellerna efter analog till digital om- vandling i analog till digital omvandlaren och att vid skapandet av den sparade styrsignalen från lagrade uppmätta värden, digital till analog omvandlas de .i de digitala minnesenheterna digitalt lagrade mätvärdena.

21. Oscillatoranordning enligt patentkrav 17, kännetecknad därav, att minnesorganet innefattar analoga minnesceller inrättade att lagra de uppmätta värdena av den andra styrsignalen analogt och att vid skapandet av den sparade styrsignalen från lagrade uppmätta värden förses de från de analoga minnescellerna.

22. Oscillatoranordning enligt patentkrav ll eller 12, kännetecknad därav, att nämnda oscillatoranordning in- nefattar frekvenskonverteringsorgan inrättat att frekven- skonvertera utsignalen innan den frekvensdelas i den andra slingan för att utsignalens frekvens skall hamna inom den andra slingans frekvensområde.

23. Oscillatoranordning enligt patentkrav 22, kännetecknad därav, att nämnda frekvenskonverteringsorgan innefattar frekvensdelarorgan som är inrättat att frekvenskonvertera utsignalen innan den frekvensdelas i den andra slingan.

24. Oscillatoranordning enligt patentkrav 22, kännetecknad därav, att nämnda frekvenskonverteringsorgan innefattar blandarorgan som är inrättade att blanda ner utsignalen frekvens innan den frekvensdelas i den andra slingan.

25. Oscillatorsystem för att generera en utsignal med en förutbestämd frekvens åt gången utav ett antal förutbe- stämda frekvenser, kännetecknad därav, att nämnda oscilla- torsystem innefattar: 10 15 20 25 30 35 505 090 26 en första slinga som innefattar en referensoscillator, en pulsgenerator, en första fasjämförare, och en första signalbehandlingsenhet som innefattar en förstärkare och ett första slingfilter vilken första slinga är inrättad att fungera som en samplad faslåst slinga genom att i den första fasjämföraren jämföra nämnda utsignals fas med en första referenssignals fasläge skapad av referensoscillatorn och pulsgenera- torn och därigenom efter en första signalbehandling i den första signalbehandlingsenheten skapa en felsignal som en första styrsignal är beroende av; en andra slinga som innefattar ett frekvenskonver- teringsorgan, en frekvensdelare, en andra fasjämförare och en andra signalbehandlingsenhet som innefattar en andra förstärkare och ett andra slingfilter vilken andra slinga är inrättad att genom frekvenskonver- teringsorganet frekvenskonvertera utsignalen för att utsignalens frekvens skall hamna inom den andra slingans frekvensområde, och att genom frekvensdelaren i inställningsskeenden bestämma utsignalens frekvens genom att frekvensdela den frekvenskonverterade utsignalen i frekvensdelaren och jämföra dess fas i en fasjämförare med en andra referenssignals fasläge skapad av referensoscillatorn och därigenom efter en andra signalbehandling i den andra signalbehandlings- enheten skapa en andra styrsignal; en spänningsstyrd oscillator som är inrättad att generera utsignalen med en frekvens som står i rela- tion till den första eller andra styrsignalen och att vara en del av den första och den andra slingan; omkopplingsmedel som är inrättat att koppla den första styrsignalen eller den andra styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn; mät- och sparorgan inrättat att under inställnings- skeenden mäta och behålla spänningsvärdet av den andra styrsignalen då den andra slingan har faslåst till en 10 15 20 25 30 35 505 090 27 förutbestämd frekvens för att därigenom skapa en sparad styrsignal; - minnesorgan inrättat att spara de under inställnings- skeenden uppmätta spänningsvärdena av den andra styrsignalen i minnespositioner som är åtminstone sor- terade med hänsyn till frekvens och att den sparade styrsignalen även kan skapas från lagrade uppmätta spänningsvärden för att därigenom möjliggöra en snabb växling av utsignalens frekvens utan att ett inställ- ningsskeende behöver genomlöpas; - summeringsorgan inrättat att summera den sparade styr- signalen med felsignalen för att därigenom skapa den första styrsignalen; där oscillatoranordningen är inrättad att medelst omkopp- lingsmedlet koppla den andra styrsignalen till den spän- ningsstyrda oscillatorn under inställningsskeenden och annars koppla den första styrsignalen till den spännings- styrda oscillatorn och. där det första slingfiltret är långsammare än det andra slingfiltret.

26. Oscillatoranordning för att generera en utsignal med en förutbestämd frekvens åt gången utav ett antal förutbe- stämda frekvenser, kännetecknad därav, att nämnda oscilla- toranordning innefattar: - en första slinga vilken är inrättad att fungera som en samplad faslåst slinga och att därigenom skapa en felsignal som en första styrsignal är beroende av; - en andra slinga som inrättad att fungera som en faslåst slinga och skapa en andra styrsignal; - en spänningsstyrd oscillator som är inrättad att generera utsignalen med en frekvens som står i rela- tion till den första eller andra styrsignalen och att vara en del av den första och den andra slingan; - omkopplingsmedel som är inrättat att koppla den första styrsignalen eller den andra styrsignalen till den spänningsstyrda oscillatorn; 10 15 505 090 28 - mät- och sparorgan inrättat att under inställnings- skeenden mäta och behålla spänningsvärdet av den andra styrsignalen då den andra slingan har faslåst till en förutbestämd frekvens för att därigenom skapa en sparad styrsignal; - summeringsorgan inrättat att summera den sparade styr- signalen med felsignalen för att därigenom skapa den första styrsignalen; där oscillatoranordningen är inrättad att medelst omkopp- lingsmedlet koppla den andra styrsignalen till den spän- ningsstyrda oscillatorn under inställningsskeenden och annars koppla den första styrsignalen till den spännings- styrda oscillatorn.