WO2001071917A2 - Method and arrangement for the initialisation of a phase- or frequency-locked loop - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a method for the initialisation of a phase- or frequency-locked loop (2), whereby a particularly secure and simple method for the switching on or off of a phase- or frequency-locked loop is achieved. Said method comprises a first frequency range, an initialisation frequency (fi), within the first frequency range and a control voltage (Uvco) for supplying the locked loop, which is limited such that frequency (fvco), generated by the frequency- or phase-locked loop remains within the first frequency range.

Description

Verfahren und Anordnung zur Initialisierung eines Phasenoder FrequenzregelkreisesMethod and arrangement for initializing a phase or frequency control loop
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Initialisierung eines Phasen- oder Frequenzregelkreises (auch kurz PLL (= Phase Locked Loop) oder FLL (= Frequency Locked Loop) genannt) . . ■ The invention relates to a method and an arrangement for initializing a phase or frequency control loop (also called PLL (= phase locked loop) or FLL (= frequency locked loop)). , ■
Zur Minimierung des Stromverbrauchs * in modernen elektronischen oder nachrichtentechnischen Geräten (Sensoren, Funkgeräten) werden deren Baugruppen bedarfsgerecht wechselseitig ein- oder ausgeschaltet. Phasen- oder Frequenzregel- kreise sind Standardbaugruppen von derartigen Geräten und dienen zur Frequenz- oder Phasensynchronisation eines steuerbaren Oszillators mit einer von außen zugeführter Frequenz (= Referenzfrequenz) . Ein Phasen- oder Frequenzregelkreis umfaßt üblicherweise einen spannungsgesteuerten Oszillator (kurz VCO (=Voltage Controlled Oscillator) genannt) , einen Frequenz- oder Pha- senkomparator mit ggf. vorgeschalteten Frequenzteilern, einen Frequenzgenerator oder Referßnzoszillätor und ein passives oder aktives Schleifen'filter.To minimize power consumption * in modern electronic or communications technology devices (sensors, radio devices), their assemblies are alternately switched on or off as required. Phase or frequency control loops are standard assemblies of such devices and are used for frequency or phase synchronization of a controllable oscillator with a frequency supplied from outside (= reference frequency). A phase or frequency-locked loop usually comprises a voltage controlled oscillator (briefly VCO (= Voltage Controlled Oscillator) called), a frequency or phase senkomparator possibly with upstream frequency dividers, a frequency generator or Refer ß nzoszillätor and a passive or active Schleifen'filter.
Mit Ausnahme des passiven Schleifenfilters sind alle Ko - ponenten des Phasen- oder Frequenzregelkreises aktiv und benötigen daher Stromversorgungen, welche zur Optimierung des Stromverbrauchs nach Bedarf an- oder ausgeschaltet werden. Frequenz- oder Phasenkomparator und ggf. vorgeschalteter Frequenzteiler sind in der Regel als digitale Schaltun- gen ausgeführt und üblicherweise auf einem einzigen Baustein realisiert. Eine mittels des Phasen- oder Frequenzregelkreises erzeugte Frequenz (auch VCO-Frequenz genannt) kann entweder durch Änderung der Frequenz des Referenzoszillators (=Referenzfrequenz) oder Änderung der Teilerfak- toren des Frequenzteilers in einem vorgegebenen Frequenzbereich im eingeschalteten Zustand eingestellt werden.With the exception of the passive loop filter, all components of the phase or frequency control loop are active and therefore require power supplies which can be switched on or off as required to optimize power consumption. Frequency or phase comparators and, if applicable, upstream frequency dividers are generally designed as digital circuits and are usually implemented on a single component. A frequency generated by means of the phase or frequency control loop (also called VCO frequency) can be set either by changing the frequency of the reference oscillator (= reference frequency) or by changing the divider factors of the frequency divider in a predetermined frequency range when switched on.
Der Frequenzbereich des Phasen- oder Frequenzregelkreises ist dabei maßgeblich bestimmt durch den spannungsgesteuer- ten Oszillator (kurz VCO genannt) . Der Frequenzbereich des spannungsgesteuerten Oszillators muß mindestens so groß wie der vorgegebene Arbeitsbereich des Phasen- oder Frequenzregelkreises sein. Praktisch muß er aufgrund von Bauteiltoleranzen, Streuungen, Drifteffekten, inbesondere aufgrund von Temperaturschwankungen, deutlich größer als der Arbeitsbereich ausgelegt werden. Die im Betrieb üblicherweise auftretenden Einschwingvorgänge des eingeschalteten Phasen- oder Frequenzregelkreises beim Andern eines Teilerfaktors oder einer Referenzfrequenz können durch Simulationen und Berechnungen analysiert und den Anforderungen entsprechend dimensioniert werden. Der zeitliche Verlauf der erzeugten -Frequenz '(^VCO-Frequenz) des Phasen- oder Frequenzregelkreises beim Ein- oder Ausschalten einer oder aller Komponenten kann jedoch nach derzeitigem Stand der Technik nicht analysiert werden. Übli- cherweise kommt es aber während des Ein- oder Ausschaltens dazu, daß die erzeugte VCO-Frequenz den vorgegebenen Arbeitsbereich kurzzeitig unter- oder überschreitet. Diese Frequenzen können zu kurzzeitigem Funktionsstörungen oder zeitweiligen Zulassungsverletzungen führen.The frequency range of the phase or frequency control loop is largely determined by the voltage-controlled oscillator (VCO for short). The frequency range of the voltage-controlled oscillator must be at least as large as the specified working range of the phase or frequency control loop. In practice, due to component tolerances, scatter, drift effects, especially due to temperature fluctuations, it must be designed to be significantly larger than the working area. The settling processes usually occurring during operation of the switched-on phase or frequency control loop when changing a divider factor or a reference frequency can be analyzed by means of simulations and calculations and dimensioned according to the requirements. However, the time course of the generated 'frequency' (^ VCO frequency) of the phase or frequency control loop when switching on or off one or all components cannot be analyzed according to the current state of the art. Usually, however, when switching on or off, the VCO frequency generated briefly falls short of or exceeds the specified working range. These frequencies can lead to brief malfunctions or temporary admission violations.
Zur Vermeidung derartiger Effekte wird beispielsweise der spannungsgesteuerte Oszillator entsprechend abgeglichen. Diese Maßnahme ist besonders aufwendig und kostenintensiv sowie problematisch im Temperaturverhalten. Alternativ wird das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators durch Abschalten von ggf. vorhandenen Bufferstufen während des Ein- oder Ausschaltens in seiner Amplitude begrenzt. Diese Maßnahme ist nicht ausreichend.To avoid such effects, the voltage-controlled oscillator is adjusted accordingly, for example. This measure is particularly complex and cost-intensive and problematic in terms of temperature behavior. Alternatively, the output signal of the voltage-controlled oscillator is limited in its amplitude by switching off any buffer stages that may be present during switching on or off. This measure is not sufficient.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Initialisierung eines Phasen- oder Frequenzregelkreises anzugeben, welches ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Ein- und Ausschaltverhalten aufweist.The invention is therefore based on the object of specifying a method for initializing a phase or frequency control loop which has an improved switch-on and switch-off behavior compared to the prior art.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Initialisierung eines Phasen- oder Frequenzregelkreises mit einem ersten vorgebbaren Frequenzbereich, bei dem eine Initialisierungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzbereichs vorgegeben wird und eine zur Speisung des Phasen- oder Frequenzregelkreises vorgesehene Steuerspannung derart begrenzt wird, daß eine am .Phasenoder Frequenzregelkreis erzeugte Frequenz innerhalb des er- sten Frequenzbereiches gehalten wird.The first-mentioned object is achieved according to the invention by a method for initializing a phase or frequency control loop with a first predeterminable frequency range, in which an initialization frequency within the the first frequency range is specified and a control voltage provided to supply the phase or frequency control loop is limited such that a frequency generated at the phase or frequency control loop is kept within the first frequency range.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß beim Ein- oder Ausschalten eines Phasen- oder Frequenzregelkreises, insbesondere eines zugehörigen spannungsgesteuerten Oszillators, Frequenzen außerhalb eines definierten Frequenzbereichs insbesondere dann nicht auftreten sollten, wenn der Arbeitsbereich oder der Frequenzbereich des geregelten spannungsgesteuerten Oszillators deutlich größer als der definierte Frequenzbereich ist. Durch die Kombination der Begrenzung der Steuerspannung während der Initialisierung und der Vorgabe einer I'nitialisierun'gsfrequenz, welche bevorzugtermaßen i oberen Arbeitsbereich des spannungsgesteuerten Oszillators liegt, ist. gewährleistet, daß die erzeugte Frequenz weder den tolerierten ersten Frequenzbe- reich unter- noch überschreitet. Dabei wird mittels der Begrenzung der Steuerspannung ein Überschreiten des ersten Frequenzbereichs verhindert. Durch die Vorgabe einer den Arbeitsbereich des spannungsgesteuerten Oszillators berücksichtigenden Initialisierungsfrequenz wird ein Unterschrei- ten des ersten Frequenzbereichs sicher vermieden.The invention is based on the consideration that when a phase or frequency control loop, in particular an associated voltage-controlled oscillator, is switched on or off, frequencies outside a defined frequency range should not occur in particular if the working range or the frequency range of the regulated voltage-controlled oscillator is significantly larger than the defined frequency range. Through the combination of the limitation of the control voltage during the initialization and the specification of an “ initialization frequency ” , which is preferably in the upper working range of the voltage-controlled oscillator . ensures that the frequency generated neither falls below nor exceeds the tolerated first frequency range. Limiting the control voltage prevents the first frequency range from being exceeded. By specifying an initialization frequency that takes into account the working range of the voltage-controlled oscillator, falling below the first frequency range is reliably avoided.
Vorzugsweise wird die Initialisierungsfrequenz möglichst im oberen Frequenzbereich, insbesondere oberhalb der Mittenfrequenz des Frequenzbereichs, des Phasen- oder Frequenzre- gelkreises liegen. Zur Begrenzung der Steuerspannung wird zweckmäßigerweise mittels eines Schaltsignals eine Filterspannung eingestellt. Dabei wird die Filterspannung derart gewählt, daß die Steuerspannung innerhalb des Arbeitsbereichs des spannungsgesteuerten Oszillators gehalten wird.The initialization frequency is preferably in the upper frequency range, in particular above the center frequency of the frequency range, of the phase or frequency control loop. To limit the control voltage, a filter voltage is expediently set by means of a switching signal. The filter voltage becomes like this chosen so that the control voltage is kept within the working range of the voltage controlled oscillator.
Vorteilhafterweise wird die Steuerspannung in Abhängigkeit von der FilterSpannung stufenweise begrenzt. Bevorzugtermaßen wird in Abhängigkeit von dem- Grad dfer1 Begrenzung der Steuerspannung die erzeugte Frequenz in einem weiteren Frequenzbereich gehalten. Hierdurch ist die Einhaltung des im Betrieb des spannungsgesteuerten Oszillators variierenden Arbeits- oder Frequenzbereichs durch entsprechende stufenweise Anpassung der Filterspannung, welche eine stufenweise Begrenzung der Steuerspannung bewirkt, besonders sicher in allen Betriebsphasen ermöglicht. Somit sind Frequenzen, welche den Arbeitsbereich über- oder unterschreiten, in al- len Betriebsphasen, insbesondere beim Ein- oder Ausschalten, des Phasen- oder Frequenzregelkreises sicher vermieden.The control voltage is advantageously limited in stages depending on the filter voltage. Preferred dimensions depending on DEM degree dfer 1 limiting the control voltage, the frequency generated is held in a wider frequency range. In this way, compliance with the working or frequency range which varies during operation of the voltage-controlled oscillator is made possible in a particularly reliable manner in all operating phases by appropriate step-by-step adaptation of the filter voltage, which causes a step-by-step limitation of the control voltage. Frequencies that exceed or fall short of the working range are thus reliably avoided in all operating phases, in particular when the phase or frequency control loop is switched on or off.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur Initialisierung eines Phasen- oder Frequenzregelkreises mit einem ersten vorgebbaren Frequenzbereich umfassend einen Frequenzgenerator, einen Vergleicher, ein Schleifenfilter und einen mittels einer Steuerspannung gesteuerten Oszillator, wobei mittels des Frequenzgenera- tors eine vorgebbare Initalisierungsfrequenz innerhalb des ersten Frequenzbereichs einstellbar ist und mittels eines Begrenzer die zur Speisung des Phasen- oder Frequenzregelkreises vorgesehene Steuerspannung derart begrenzbar ist, daß eine am Phasen- oder Frequenzregelkreis erzeugte Fre- quenz innerhalb des ersten Frequenzbereiches gehalten wird.The second object is achieved according to the invention by an arrangement for initializing a phase or frequency control loop with a first predeterminable frequency range comprising a frequency generator, a comparator, a loop filter and an oscillator controlled by means of a control voltage, with a predefinable initialization frequency within the first by means of the frequency generator Frequency range is adjustable and by means of a limiter the control voltage provided for supplying the phase or frequency control loop can be limited in such a way that a frequency generated on the phase or frequency control loop is kept within the first frequency range.
Zur Einstellung einer Filterspannung am Schleifenfilter ist der Begrenzer zweckmäßigerweise mit dem Schleifenfilter verbunden. Durch die Einstellung der Filterspannung am Schleifenfilter ist eine besonders einfache schaltungstechnische Ausführung für den Begrenzer gegeben. Bevorzugt ist als Begrenzer eine Klemmschaltung zur Einstellung verschie- dener FilterSpannungen vorgesehen ist. Dabei sind mittels eines Schaltsignals oder eines Schalters verschiedene dem Schleifenfilter zuführbare Filterspannungen einstellbar. Der Wert der jeweils einstellbaren Filterspannung richtet sich nach dem Grad der Begrenzung der Steuerspannung des Phasen- oder Frequenzregelkreises, insbesondere des spannungsgesteuerten Oszillators. Alternativ sind vorzugsweise als Begrenzer ein Operationsverstärker mit zugehörigem Spannungsteiler und ein als Schaltelement ausgeführter Transistor vorgesehen.The limiter is expediently used with the loop filter to set a filter voltage on the loop filter connected. Setting the filter voltage on the loop filter provides a particularly simple circuit design for the limiter. A clamping circuit for setting different filter voltages is preferably provided as a limiter. Various filter voltages that can be supplied to the loop filter can be set by means of a switching signal or a switch. The value of the filter voltage that can be set depends on the degree of limitation of the control voltage of the phase or frequency control loop, in particular of the voltage-controlled oscillator. Alternatively, an operational amplifier with associated voltage divider and a transistor designed as a switching element are preferably provided as limiters.
Bevorzugtermaßen ist für den Phasen- oder Frequenzregelkreis als Schleifenfilter ein aktives Filter, insbesondere ein Operationsverstärker, vorgesehen. Das Schleifenfilter dient der Unterdrückung des hochfrequenten Anteils des Re- ferenzsignals und ist daher bevorzugt als ein Tiefpaß ausgeführt.An active filter, in particular an operational amplifier, is preferably provided for the phase or frequency control loop as a loop filter. The loop filter serves to suppress the high-frequency component of the reference signal and is therefore preferably designed as a low-pass filter.
Die beschriebene Anordnung eignet sich bevorzugtermaßen für den Einsatz in einer Radareinheit mit einem Arbeitsbereich oberhalb von 24 "GHz. Insbesondere eignet sich' die Anordnung zur Verwendung in einem mittels einer Radareinheit ausgeführten berührungslosen Sensor zur Füllstandsmessung mit großer Sendebandbreite.The arrangement described is preferably masses for use in a radar unit with a working range above 24 "GHz. In particular, suitable 'the assembly for use in a program executed by means of a radar unit contactless sensor for level measurement with high transmission bandwidth.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Kombination von Vorgabe einer möglichst hohen Initialisierungsfrequenz und Begrenzung der Steuerspannung des Phasen- oder Frequenzregelkreises die erzeugte Frequenz die Grenzen eines vorgegebenen Frequenzbereichs nicht über- oder unterschreitet. Somit ist ein besonders sicherer und schaltungstechnisch einfacher Phasenoder Frequenzregelkreis ermöglicht.The advantages achieved by the invention are, in particular, that the combination of setting the highest possible initialization frequency and limiting the control voltage of the phase or frequency control loop generated frequency does not exceed or fall below the limits of a predetermined frequency range. This enables a particularly safe phase or frequency control loop that is simple in terms of circuitry.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to a drawing. In it show:
FIG 1 schematisch eine Anordnung mit einem Phasen- oder Frequenzregelkreis und einem adaptiven Begrenzer, und FIG 2 schematisch einen Begrenzer gemäß Figur 1.1 schematically shows an arrangement with a phase or frequency control loop and an adaptive limiter, and FIG. 2 schematically shows a limiter according to FIG. 1.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Die Figur 1 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Phasen- oder Frequenzregelkreis 2 (im weiteren kurz Regelkreis 2 ge- . nannt) . Der Regelkreis 2 umfaßt einen Frequenzgenerator 4, nachfolgend einen Vergleicher 6 und ein Schleifenfilter 8, welches mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 10 verbunden ist. Als Vergleicher 6 ist beispielsweise ein Phasen- oder Frequenzkomparator vorgesehen. Ausgangsseitig mündet der Oszillator 10 in nicht näher dargestellte HF- Komponenten 12, z.B. in eine Antenne, und über einen Rückkopplungszweig 14 in den Vergleicher 6.FIG. 1 shows an arrangement 1 with a phase or frequency control loop 2 (hereinafter also referred to as control loop 2). The control circuit 2 comprises a frequency generator 4, hereinafter a comparator 6 and a loop filter 8, which is connected to a voltage-controlled oscillator 10. For example, a phase or frequency comparator is provided as comparator 6. On the output side, the oscillator 10 opens into RF components 12, not shown, e.g. into an antenna, and via a feedback branch 14 into the comparator 6.
Je nach Art und Ausführung des Regelkreises 2 kann zusätzlich zwischen dem Frequenzgenerator 4 und dem Vergleicher 6 sowie im Rückkopplungszweig 14 zwischen dem Oszillator 10 und dem Vergleicher 6 jeweils ein einstellbarer Frequenzteiler 16 vorgesehen sein. Bei der Initialisierung des Regelkreises 2 wird diesem mittels des Frequenzgenerator 4 eine Initialisierungsfrequenz fi innerhalb eines ersten Frequenzbereiches vorgegeben. Darüber hinaus wird eine zur Speisung des Regelkreises 2 vorgesehene Steuerspannung Uvco derart begrenzt, daß die am Regelkreis 2 erzeugte Frequenz fyco innerhalb des ersten Frequenzbereiches gehalten wird. Dazu wird die am Ausgang des Schleifenfilters 8 anliegende Steuerspannung Uvco mittels einer Filterspannung UF begrenzt. Zur Einstellung der Filterspannung UF ist an das als aktives Filter ausgeführten Schleifenfilters 8 ein Begrenzer 18 angeordnet.Depending on the type and design of the control circuit 2, an adjustable frequency divider 16 can additionally be provided between the frequency generator 4 and the comparator 6 and in the feedback branch 14 between the oscillator 10 and the comparator 6. When the control circuit 2 is initialized, an initialization frequency fi within a first frequency range is predetermined for it by means of the frequency generator 4. In addition, a control voltage Uvco provided to supply the control circuit 2 is limited in such a way that the frequency fyco generated on the control circuit 2 is kept within the first frequency range. For this purpose, the control voltage Uvco present at the output of the loop filter 8 is limited by means of a filter voltage U F. To set the filter voltage U F , a limiter 18 is arranged on the loop filter 8, which is designed as an active filter.
Der Begrenzer 18 umfaßt eine Klemmschaltung 20 mit einem Schalter 22, der je nach Stellung am Schleifenfilter 8 als Filterspannung UF den Wert Ul oder U2 mittels zugehöriger Spannungsquellen 24 bzw. 26 einstellt. Dazu wird der Schalter 22 mittels eines digitalen Schaltsignals S umgeschaltet. Beispielsweise ist im Fall des Schaltsignals S=0 der Wert Ul als Versorgungs- oder Filterspannung UF einge- stellt. Im Fall des Schaltsignals S=l wird der Wert U2 eingestellt.The limiter 18 comprises a clamping circuit 20 with a switch 22 which, depending on the position on the loop filter 8, sets the value U1 or U2 as the filter voltage U F by means of associated voltage sources 24 or 26. For this purpose, the switch 22 is switched over by means of a digital switching signal S. For example, in the case of the switching signal S = 0, the value Ul is set as the supply or filter voltage U F. In the case of the switching signal S = 1, the value U2 is set.
Je nach Schaltzustand des Schaltsignals S wird am Ausgang des Schleifenfilters 8 die zur Speisung des Oszillators 10 vorgesehene Steuerspannung Uvco entsprechend eingestellt.Depending on the switching state of the switching signal S, the control voltage Uvco provided for supplying the oscillator 10 is set accordingly at the output of the loop filter 8.
Insbesondere wird die Steuerspannung UVco anhand der betreffenden Filterspannung UF, die mit einer die Funktion des Schleifenfilters 8 charakterisierenden Konstante K verknüpft wird, auf die Werte Uvcou-κ) oder UVCO -K) begrenzt.In particular, the control voltage U V co is limited to the values Uvcou-κ) or UVCO -K) using the relevant filter voltage U F , which is linked to a constant K characterizing the function of the loop filter 8.
Mit anderen Worten: Der Begrenzer 18 ist derart dimensioniert, daß einerseits im Schaltzustand S=0 die mittels der Filterspannung UF mit dem Wert Ul eingestellte maximale Ausgangspannung des Schleifenfilters 8 - die Steuerspannung Uvcou-K) ~ am spannungsgesteuerten Oszillator 10 zu einer Frequenz fvcoi an dessen Ausgang führt, die unter allen Betriebsbedingungen und über alle Toleranzen im Ein- oder Ausschaltvorgang innerhalb der vorgegebenen Grenzen des ersten Frequenzbereichs (auch Betriebsbereichs genannt) des Regelkreises 2 liegt. Andererseits führt im Schaltzustand S=l die mittels der Filterspannung UF mit dem Wert U2 eingestellte maximale Ausgangsspannung des Schleifenfilters 8 (= die Steuerspannung UVco(2-κ)) am Ausgang des OszillatorsIn other words: the limiter 18 is dimensioned such that on the one hand in the switching state S = 0 the maximum set by means of the filter voltage U F with the value Ul Output voltage of the loop filter 8 - the control voltage Uvcou- K ) ~ on the voltage-controlled oscillator 10 leads to a frequency fvcoi at its output, which under all operating conditions and over all tolerances in the switching on or off process within the predetermined limits of the first frequency range (also called operating range) of control loop 2. On the other hand, in the switching state S = 1, the maximum output voltage of the loop filter 8 (= the control voltage U V co (2-κ)) set by means of the filter voltage U F with the value U2 leads to the output of the oscillator
10 zu einer weiteren Frequenz fvco2, die über alle Betriebsbedingungen und Toleranzen zu mindestens der maximal erforderlichen Betriebsfrequenz in einem zweiten Frequenzbereich führt. Dabei sind bei der Definition des zweiten Frequenz- bereichs und damit bei der Vorgabe des Wertes U2 der Filterspannung . U das Frequeήzverhalten beeinflussende Größen, z.B. Temperaturschwankungen, Drifteffekte, des Regelkreises 2 berücksichtigt.10 to a further frequency fvco2, which leads to at least the maximum required operating frequency in a second frequency range over all operating conditions and tolerances. The definition of the second frequency range and thus the specification of the value U2 of the filter voltage. U variables influencing the frequency behavior, e.g. Temperature fluctuations, drift effects, the control circuit 2 are taken into account.
Die Komponenten - Frequenzgenerator 4, ggf. Frequenzteiler 16, Vergleicher 6 (=Phasen-/Frequenzdetektor) - des Regelkreises 2 werden für einen aktiven Betrieb im Einschaltenvorgang wie' folgt initialisiert: Der Begrenzer 18 ist im Zustand S=0, d.h. der Wert der Steuerspannung Uvco am Aus- gang des Schleifenfilters 8 wird auf den Wert Uvco(i-κ) begrenzt. Die Frequenzteiler 16 und/oder die Referenzfrequenz oder Initialisierungsfrequenz fi für den Regelkreis 2 werden dabei zunächst so eingestellt, daß die dieser Einstellung entsprechende VCO-Frequenz fvcoi im ersten Frequenzbe- reich liegt, welcher für das elektronische Gerät vorgesehen ist. Bei einer erneuten Aktivierung des spannungsgesteuerten Oszillators 10 wird nach einer vorangegangenen Ausschaltsequenz die nachfolgend beschriebenen Einschaltsequenz durchgeführt. Die Frequenzteiler 16 und/oder der Frequenzgenera- tor 4 werden zunächst so eingestellt, daß mittels der dabei eingestellten Referenzfrequenz oder Iniitialisierungsfre- quenz fA die aus dieser Einstellung resultierende und am Oszillator 10 erzeugte Frequenz fVcoι (auch Sendefrequenz genannt) im für den Regelkreis 2 vorgesehenen ersten Fre- quenzbereich liegt. Danach wird der Oszillator 10 mit den übrigen Komponenten des Regelkreises 2 eingeschaltet. Mit einer vorgebbaren, vom verwendeten Oszillator 10 abhängigen Verzögerung wird der Begrenzer 18 in den Zustand S=l geschaltet, wodurch die Filterspannung U den Wert U2 annimmt und daraus resultierend die Versorgungs- oder Steuerspannung Uvco auf den Wert Uvco(2-κι begrenzt wird. Dies erfolgt durch Anlegen der Filterspannung U an das Schleifenfilter 8, insbesondere an einen Operationsverstärker im Schleifenfilter 8. In diesem Zustand ist, nach Einschwingen des Re- gelkreises 2 der Normalbetrieb wie ohne Begrenzer 18 erreicht. Die Frequenz fVco2 des Oszillators 10 kann nun gemäß der für den Betrieb erforderlichen Anforderungen eingestellt werden.The components - frequency generator 4, if necessary, frequency divider 16, comparator 6 (= phase / frequency detector) - of the control circuit 2 are initialized for an active operation in the switching operation as' follows: The limiter 18 is in state S = 0, the value that is, the Control voltage Uvco at the output of loop filter 8 is limited to the value Uvco (i-κ). The frequency divider 16 and / or the reference frequency or initialization frequency fi for the control circuit 2 are initially set so that the VCO frequency fvcoi corresponding to this setting is in the first frequency range which is provided for the electronic device. When the voltage-controlled oscillator 10 is reactivated, the switch-on sequence described below is carried out after a previous switch-off sequence. The frequency divider 16 and / or the frequency generator 4 are initially set so that the frequency f V co (resulting from this setting) and generated at the oscillator 10 (also called the transmission frequency) is generated by the reference frequency or initialization frequency f A Control circuit 2 provided the first frequency range. Then the oscillator 10 is switched on with the other components of the control circuit 2. The limiter 18 is switched to the state S = 1 with a predefinable delay which is dependent on the oscillator 10 used, as a result of which the filter voltage U assumes the value U2 and, as a result, the supply or control voltage Uvco is limited to the value Uvco (2-κι). This is done by applying the filter voltage U to the loop filter 8, in particular to an operational amplifier in the loop filter 8. In this state, after the control circuit 2 has settled, normal operation is achieved as without a limiter 18. The frequency f V co 2 of the oscillator 10 can can now be set according to the requirements for operation.
Die genaue Lage der Frequenz fvco2 muß entsprechend dem dynamischen Verhalten des Regelkreises so gewählt werden, daß die beim Erhöhen der Versorgungs- oder Filterspannung UF eines Verstärkers im Schleifenfilter 8 auf den Wert UVco(2-κ) auftretenden Einschwingvorgänge der Regel- oder Steuerspan- nung Uvco innerhalb des für den Betrieb vorgesehenen weiteren Frequenzbereichs liegen. Während der Ausschaltsequenz wird zunächst der Regelkreis 2 so eingestellt, daß die Frequenz fVCoι eingestellt ist. Danach wird- ie Klemmschaltung 20 in den Zustand S=0 gebracht und so die Versorgungs- oder Filterspannung UF für das ak- tive Schleifenfilter 8 auf den Wert Ul eingestellt. Danach wird der Oszillator 10 abgeschaltet. Bei geeigneter Auslegung des Vergleichers 6 (*=Phäsen-/Frequenz-Detektor) und des Regelkreises 2 läuft dann die Steuerspannung bis zum Wert Uvcoα-) hoch und verbleibt dort, bis zur Einschaltse- quenz, die bereits oben beschrieben ist.The exact position of the frequency fvco2 must be chosen in accordance with the dynamic behavior of the control loop so that the transients of the control or when the supply or filter voltage U F of an amplifier in the loop filter 8 increases to the value U V co (2-κ) Control voltage Uvco are within the further frequency range intended for operation. During the switch-off sequence, the control circuit 2 is first set so that the frequency f VC oι is set. Thereafter, the clamping circuit 20 is brought into the state S = 0, and the supply or filter voltage U F for the active loop filter 8 is set to the value U1. Then the oscillator 10 is switched off. With a suitable design of the comparator 6 ( * = phase / frequency detector) and the control circuit 2, the control voltage then rises up to the value Uvcoα-) and remains there until the switch-on sequence, which has already been described above.
Figur 2 zeigt eine alternative vorteilhafte Ausführung der Klemmschaltung 20. Die Klemmschaltung 20 umfaßt einen Operationsverstärker 30, der eingangsseitig mit einem drei Wi- derstände Rl, R2, R3 umfassenden Spannungsteiler 32 und und einem Transistor 34, insbesondere einem Mosfet-Transistor, als elektronisches Schaltelement beschaltet ist. Der Transistor 34 wird mittels eines invertierenden Gatters 36 mit dem Schaltsignal S gespeist. Im Zustand S=0, d. h. während des Ein- oder Ausschaltvorgangs, wird der Widerstand R3 durch den Transistor 34 (auch Mosfet-Schalter genannt) überbrückt und am Ausgang 38 des Operationsvestärkers 30 ergibt sich die zur Versorgung des Schleifenfilters 8 vorgesehene Filterspannung UF mit dem Wert Ul gemäß der Bezie- hung UF = R2/(R1+R2) * ÜB, mit ÜB = am Spannungsteiler angelegte Betriebsspannung. Im Zustand S=l, welcher zeitverzögert im Einschaltvorgang des spannungsgesteuerten Oszillators 10 gesetzt wird, ergibt sich am Ausgang 38 des Operationsverstärkers 30 die Filterspannung UF mit dem Wert U2 gemäß der Beziehung UF = (R3+R2)/ (R1+R2+R3) * ÜB für den Normalbetrieb des Regelkreises 2. Eine Anordnung 1 mit einem derartig wie oben beschrieben ausgeführten Phasen- oder Frequenzregelkreis 2 eignet sich insbesondere zum Einsatz mit digitalen Synthesizern (kurz DDS=Direct Digital Synthesizer genannt) als Referenzgenera- tor, in einem Radar, insbesondere bei einer Frequenz von 25 GHz, oder als Sensor für eine Füllstandsmessung. Figure 2 shows an alternative advantageous embodiment of the clamping circuit 20. The clamping circuit 20 comprises an operational amplifier 30, the input side with a voltage divider 32 comprising three resistors R1, R2, R3 and and a transistor 34, in particular a Mosfet transistor, as an electronic switching element is connected. The transistor 34 is fed with the switching signal S by means of an inverting gate 36. In state S = 0, ie during the switch-on or switch-off process, the resistor R3 is bridged by the transistor 34 (also called Mosfet switch) and the filter voltage U F provided for supplying the loop filter 8 is obtained at the output 38 of the operational amplifier 30 the value Ul according to the relation U F = R2 / (R1 + R2) * ÜB, with ÜB = operating voltage applied to the voltage divider. In state S = 1, which is set with a time delay when the voltage-controlled oscillator 10 is switched on, the filter voltage U F with the value U2 results at the output 38 of the operational amplifier 30 according to the relationship U F = (R3 + R2) / (R1 + R2 + R3) * ÜB for normal operation of control loop 2. An arrangement 1 with a phase or frequency control loop 2 designed as described above is particularly suitable for use with digital synthesizers (abbreviated to DDS = Direct Digital Synthesizer) as a reference generator, in a radar, in particular at a frequency of 25 GHz, or as a sensor for a level measurement.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Initialisierung, eines Phasen- oder Frequenzregelkreises (2) mit einem ersten vorgebbaren Frequenzbereich, bei dem eine Initialisierungsfrequenz (fi) innerhalb des ersten Frequenzbereichs vorgegeben wird und eine zur Speisung des Regelkreises (2) vorgesehene Steuerspannung (Uvco) derart begrenzt wird, daß eine am Phasenoder Frequenzregelkreis (2) erzeugte Frequenz (fvco) innerhalb des ersten Frequenzbereiches gehalten wird.1. A method for initializing a phase or frequency control loop (2) with a first predeterminable frequency range, in which an initialization frequency (fi) is specified within the first frequency range and a control voltage (Uvco) provided for supplying the control loop (2) is limited in this way that a frequency (fvco) generated at the phase or frequency control loop (2) is kept within the first frequency range.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mittels eines Schalt- Signals (S) eine Filterspannung (UF) zur Begrenzung der2. The method according to claim 1, in which by means of a switching signal (S) a filter voltage (U F ) for limiting the
Steuerspannung (Uvco) eingestellt wird.Control voltage (Uvco) is set.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuerspannung (Uvco) in Abhängigkeit von der Filterspannung (UF) stufenweise begrenzt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the control voltage (Uvco) is limited in stages depending on the filter voltage (U F ).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in Abhängigkeit von dem Grad der Begrenzung der Steuerspannung (Uvco) die erzeugte Frequenz (fvco) in einem weiteren Frequenzbereich gehalten wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which, depending on the degree of limitation of the control voltage (Uvco), the generated frequency (fvco) is kept in a further frequency range.
5. Anordnung (1) zur Initialisierung eines,. Phasen- oder5. Arrangement (1) for initializing a. Live or
Frequenzregelkreises (2)* mit, einem ersten vorgebbaren Frequenzbereich umfassend einen Frequenzgenerator (4), einen Vergleicher (6), ein Schleifenfilter (8) und einen mittels einer Steuerspannung (UVCo) gesteuerten Oszillator (10), wo- bei mittels des Frequenzgenerators (4) eine vorgebbare Initalisierungsfrequenz (fi) innerhalb des ersten Frequenzbereichs einstellbar ist und mittels eines Begrenzer (18) die zur Speisung des Phasen- oder Frequenzregelkreises (2) vorgesehene SteuerSpannung (Uvco) derart begrenzbar ist, daß eine am Phasen- oder Frequenzregelkreis (2) erzeugte Frequenz (fvco) innerhalb des ersten Frequenzbereiches gehalten wird.Frequency control loop (2) * with, a first predeterminable frequency range comprising a frequency generator (4), a comparator (6), a loop filter (8) and an oscillator (10) controlled by means of a control voltage (U VC o), whereby by means of the Frequency generator (4) a predeterminable initialization frequency (fi) can be set within the first frequency range and by means of a limiter (18) the control voltage (Uvco) provided for feeding the phase or frequency control loop (2) can be limited in such a way that one on the phase or frequency control loop (2) generated frequency (fvco) is kept within the first frequency range.
6. Anordnung nach Anspruch 5, bei der der Begrenzer (18) zur Einstellung einer Filterspannung (UF) am Schleifenfil- ter (8) mit diesem verbunden ist.6. Arrangement according to claim 5, in which the limiter (18) for setting a filter voltage (U F ) on the loop filter (8) is connected to the latter.
7. Anordnung nach Anspruch 6, bei der als Begrenzer (18) eine Klemmschaltung (20) zur Einstellung verschiedener Filterspannungen (UF) vorgesehen ist .7. Arrangement according to claim 6, in which a clamping circuit (20) for setting different filter voltages (U F ) is provided as the limiter (18).
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 1, bei der als Begrenzer (18) ein Operationsverstärker (30) mit zugehörigem Spannungsteiler (32) und ein als Schaltelement ausgeführter Transistor (34) vorgesehen sind.8. Arrangement according to one of claims 5 to 1, in which an operational amplifier (30) with associated voltage divider (32) and a transistor (34) designed as a switching element are provided as limiters (18).
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der als Schleifenfilter (8) ein aktives Filter, insbesondere ein Operationsverstärker, vorgesehen ist. 9. Arrangement according to one of claims 5 to 8, in which an active filter, in particular an operational amplifier, is provided as the loop filter (8).
10. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 in einer Radareinheit.10. Use of the arrangement according to one of claims 5 to 9 in a radar unit.
11. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 für einen berührungslosen Sensor zur Füllstandsmes- sung. 11. Use of the arrangement according to one of claims 5 to 9 for a non-contact sensor for level measurement.
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