DE2940858C2

DE2940858C2 - Verfahren zum kombinierten Nachregeln der Frequenz und Phase eines plesiochron arbeitenden Oszillators

Info

Publication number: DE2940858C2
Application number: DE19792940858
Authority: DE
Inventors: Jan Dipl.-Ing. 7153 Weissach Settfors
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1979-10-09
Publication date: 1982-09-16
Also published as: DE2940858A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kombinierten Nachregeln der Frequenz und Phase eines Oszillators, der bezüglich eines Referenzsignals plesiochron arbeitet, wobei das Ausgangssignal des Oszillators mit einem Referenzsignal in einem ersten Phasendiskriminator verglichen wird, die Richtung und Größe der Frequenzabweichung ermittelt wird, in einer Auswertelogik Signale gewonnen werden, die einen Frequenzkorrekturzähler steuern, und die Ausgangssignale des Frequenzkorrekturzählers einem Digital-Analogwandler zugeführt werden, dessen Ausgangssignale den Oszillator in seiner Frequenz beeinflussen.

Ein solches Verfahren ist im wesentlichen in der deutschen Patentanmeldung P 28 27 616 vorgeschlagen worden,

Zur Regelung der Frequenz eines Oszillators ist es üblich, die Frequenz mittels eines Phasendiskriminators mit einer Referenzsollfrequenz zu vergleichen. Die Ausgangsspannung des Phasendiskriminators wird dann z. B. in eine Gleichspannung umgewandelt, deren Größe von der Abweichung der beiden Frequenzen voneinander abhängt Diese Gleichspannung wird dann zur Steuerung eines Varaktors im frequenzbestimmenden Teil des Oszillators benutzt

Aus der US-PS 35 88 734 ist eine Phasenr?gelschal-

tung bekannt die zwei Phasendiskriminatoren aufweist Der erste Phasendiskriminator vergleicht das Ausgangssignal des Oszillators mit einem Referenzsignal. Der zweite Phasendiskriminator vergleicht ein vom Ausgangssignal des Oszillators abgeleitetes Signal mit einem zweiten Signal.

Aus »Soviet inventions illustrated«, 1978, Week A 18, Teil R 5, Seiten 4 und 5 ist es bekannt, bei Frequenztunern Phesenzyklen-Zähler einzusetzen.
Aus der DE-OS 21 63 971 ist schließlich bekannt, bei einer digitalen Frequenzeinstellungsschaltung eines Oszillators die Auswertung der auftretenden Korrekturimpulse so vorzunehmen, daß eine Kompensation der unerwünschten Abweichung der Regelgröße erreicht wird Den drei letztgenannten Veröffentlichungen fehlt jeglicher Hinweis zur Ermittlung der Richtung einer Frequenzabweichung. Sie können daher auch keine Anregung geben, wie die Phase bei Vergleichsfrequenzunterbrechungen über mehrere Perioden nachgeregelt werden kann.

■»ο In der DE-OS 26 30 322 wird /tin Verfahren zum Ermitteln der Größe und Richtung der Abweichung einer Istfrequenz von einer SoIIf: equenz angegeben. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Phasenabweichungen, bedingt durch unterschiedliche Änderungsgeschwindigkeiten der die Phasenlage beeinflussenden Größen, wie z. B. unterschiedliche Temperaturanstiegsund -abfallgeschwindigkeiten zu vermindern. Eine aus einer Generatorfrequenz durch Teilung abgeleitete Rahmenfrequenz und eine aus einer Vergleichsfrequenz abgeleitete Hilfsfrequenz werden so miteinander verarbeitet daß die Regelschritte blockiert werden, wenn sich eine als Regelziel definierte Flanke des Rahmenimpulses dem Hilfsvergleichsimpuls nähert Dagegen wird ein Regelschritt bewirkt wenn sich die als Regelziel definierte Flanke des Rahmenimpulses von dem Hilfsvergleichsimpuls entfernt Mit diesem Verfahren ist es aber nicht möglich, die Vieldeutigkeit der Phase, gegeben durch /7x360° bei Vergleichsfrequenzunterbrechung mitzuerfassen, d h. eine Nachregelung der Phase in einem Intervall von 180" erfolgt zwar, aber ein Nachregeln der Phase zum Ausgangswert zurück Über mehrere Perioden ist nicht möglich.

Bei der Übertragung von zeitsynchronen Signalen würden sich bei Anwendung des vorgenannten Verfahrens Laufzeitunterschiede ergeben, die nicht auszuregeln sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das

die Phase auch bei Vergleichsfrequenzunterbrechungen Ober mehrere Perioden naehrsgelt

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhaft ist es, daß das abgeleitete Signal aus dem Ausgangssignal des Oszillators gebildet wird, indem das Ausgangssignal des Oszillators um 90" phasenverschoben wird, nach der Phasenverschiebung differenziert wird und nachfolgend einer monostabilen Stufe zugeführt wird, die einen kurzen Impuls liefert

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird dem ersten Phasendiskriminator. der eine Phasenhysterese aufweist, ein zusätzliches aus dem Ausgangssignal des Oszillators abgeleitetes phasenverschobenes Signal zugeführt, und außerdem wird das Ausgangssignal des ersten Phasendiskriminators einem Speicherelement zugeführt.

Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß die Phaseninformation in Form des Zählerstandes des Phasensaldozählers auch dann erhalten bleibt, wenn das Referenzsignal kurzfristig ausfällt oder Phasensprünge aufweist In diesem Fall beschränkt sicii der Phasenverlust nur auf eine Periode.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 4 enthalten.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen ist es möglich, eine erhöhte Störsicherheit gegen Schwankungen der Phase, um einen festen Bezugspunkt (Jitter) zu erhalten und festzustellen, ob sich das Ausgangssignal des Oszillators gegenüber dem Referenzsignal verändert hat oder nicht

Anhand der F i g. 1,2,3 soll jetzt die Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel in Anlehnung an das Prinzipschaltbild nach Fig. 1,

F i g. 3a bis 3d die prinzipielle Darstellung der Phasen- und Frequenzkorrektur,

F i g. 4 und 5 den zeitlichen Verlauf der wesentlichen EingangssignHe, wie sie an bezeichneten Punkten der F i g. 2 auftreten.

In Fig. 1 wird das Ausgangssignal des Oszillators OSZzusammen mit einem Referenzsignal Ref im ersten Phasendiskriminator Ph 1 verglichen und erzeugt dabei Schwebungsimpulse. Im Richtungsdiskriminator R wird die Schwebi'ngsrichtung ermittelt; dies kann nach dem Prinzip der in der DE-OS 26 30322 beschriebenen Schaltung geschehen. Bei Auftreten eines Schwebungsimpulses wird die Schwebungsrichtung im D-Flip-Flop DF\ gespeichert Im D Flip-Flop DF2, dem das Ausgangssignal des Phasendiskriminators PhI zugeführt wird, tvird festgehalten, welche Phasenlage das Referenzsignal aufweist. Damit wird ein Phasenbezugswert festgehalten, der als Ausgangswert zur Phasennachregelung zur Verfügung steht Hat sich die Phasenlage in bezug auf den vorausgehenden Schwebungsimpuls geändert, kippt das D-Flip-Flop DF2 um und bewirkt, daß der nachfolgende Phasensaldozähler PSZ ein Bit auf- oder abwärts zählt Der Phasensaldozähler PSZ zählt von einer Mittelstellung heraus, wieviele Schwebungsperioden durchlaufen wurden. Ist der Phasensaldozähler z. B. als 4-Bit-Dualzähler ausgebildet so ist seine Mittelstellung, z. B. durch den Obergang einer 7 auf eine 8 im Dezimalsystem, definiert Im Dualsystem bedeutet dies, daß an dem nichtinvertierenden Ausgang des Khasensaldozählers PSZ mit dem höchstwertigen Bit MSB gerade ein Umkippen von einer 0 auf eine I erfolgt. Abhängig vom Inhalt des Phasensaldozählers flSZundderSenwebungsricntungsinformatiof* am Ausgang des D-Flip-Flops DFl sperrt das Exklusiv-ODER-Gatter EX über das invertierende 5 ODER-Gatter NOR die Ausgabe der Korrekturimpulse für den Frequenzkorrekturzähler FKZ, wenn die Richtung der Frequenzabweichung negativ ist, d, h. die Oszillatorfrequenz auf den Phasenbezugswert zuläuft Bei Weglaufen der Oszillatorfrequenz vom Phasenbezugswert wird ein Korrekturimpuls an den Frequenzkorrektuirzähler FKZaIs Stellimpuls SPweitergegeben. Gleichzeitig wird dem Frequenzkorrekturzähler FKZ noch eine Richtungsspannung Rl zugeführt, als Kriterium für Auf- oder Abwärtszählen. Am Ausgang des Frequenzkorrekturzählers FKZ wird die Binärinformation mittels des Digital-Analogwandlers D/A in ein Gleichspannungssignal umgesetzt das zur Steuerung eines Varaktors im frequenzbestimmenden Teil des Oszillators benutzt wird.

In Fig.2 ist ein Schaltungsbeispiel dargestellt, das bezüglich des Prinzipschaltbildes ns^h F i g. 1 einige Modifikationen aufweist Das Au&?angssignal des Oszillators wird vor Zuführen an den Phasendiskriminator Ph 1 um 90° in der Phase <p verschoben. Dieses phasenverschobene Signal wird aufbereitet indem es z. B. differenziert (DFZ) wird und anschließend eine monost&bile Stufe MS ansteuert die an ihrem Ausgang einen kurzen Impuls liefert Das so aufbereitete Signal wird dem Phasendiskriminator Ph 1 zusätzlich zugeführt. Der Phasendiskriminator Phi beinhaltet zv/ei nichtinvertierende ODER-Gatter, denen ein Speicherelement 5£in Form eines RS-Flip-Flops nachgeschaltet ist

Durch diese spezielle Ausführungsform weist der Phasendiskriminator Ph 1 eine Phasenhysterese auf. Deshalb ist es zweckmäßig, den Phasendiskriminator Ph 2 mit der halben Frequenz des Oszillators OSZ arbeiten zu lassen. Die Frequenzteilung des aufbereiteten Signals ertolgt im Anschluß an die monostabile Stufe ■»0 MS.

Da das zusätzlich dem Phasendiskriminator Ph 1 zugeführte Signal aus kurzen Impulsen besteht, gibt der Phasendiskriminator Ph 1 auch dann richtige Ausgangssignale ab, wenn Schwankungen der Phase um einen festen Bezugspunkt (Jitter) auftreten.

Abweichend vom Prinzipschaltbild der F i g. 1 weist die in Fig.2 dargestellte Schaltung noch weitere Baugruppen auf, die gewährleisten, daß die Signale zu den richtigen Zeitpunkten ausgewertet werden. Deshalb sind Verzögerungsglieder eingebaut damit das Signal 8 vor dem Signal 9 erzeugt wird und ebenso 10 vor 11.

Eine prinzipielle Darstellung der Verhältnisse der Phasen- und Frequenzkorrektur zeigt F i g. 3.

Die Geschwindigkeit der Schwebung zwischen Oscillator- und Referenzfrequenz ist als Bektor dargestellt und der Inhalt des Phasensaldozählers PSZ als Lage auf einem Zahlenstrahl angegeben.

In F i g. 3a sind die Störeinflüsse, z. B. Temperaturän-

derungen oder Alterungen, derart daß mehrere

Korrekturimpulse, d's an den Frequenzkorrekturzähler FKZ weitergeleitet wurden, den Frequenzfehler F noch

nicht eliminieren konnten, deshalb ist der Inhalt des

Phasensaldozählers PSZ von 0 verschieden. Der Frequenzkorrekturzähler FKZ zählt in dem angenom-

menen Fall aufwärts f.

In Fig.3b hat sick der Vektor F nach einigen Zählstufen des Frequenzkorrekturzählers FKZ umgekehrt Beim Zurücklaufen der Phase und damit des

Phasensaldozählerinhaltes werden keine Korrekturimpulse für den Frequenzkorrekturzähler FKZabgegeben. Der Frequenzkorrekturzähler FKZbleibt stehen -.

Erst in Fig.3c, wo der Phasensaldozählerinhalt den Nullpunkt passiert hat, gibt der Frequenzkorrekturzähler FKZ wieder Korrekturimpulse, dieses Mal in die andere Richtung als in F i g. 3a ab, er zählt abwärts |.

Wenn in Fig.3d diese Frequenzkorrektur oder andere Einflüsse, z. B. die Temperatur, die Schwebungsrichtungsumkehr bewirkt haben, wird auch in dieser Stellung des Phasensaldozählers PSZ mit der geänderten Richtung des Vektors F eine Änderung des FKZ-Zählerstandes durch Korreklurimpulse unterdrückt. Der Frequenzkorrekturzähler FKZ bleibt stehen -. ¹^

In den Fig.4 und 5 sind in Momentanbildern die zeitlichen Verläufe der wesentlichen Signale für den Phasenvergleich dargestellt. Dabei werden für die Signale die Symbole von Fig. 2 verwendet. Das Ausgangssignal des Oszillators 1 wird durch Phasendrehung um 90° zum Signal 2. Signal 2 trigger! die monostabile Stufe, deren Ausgangssignal 3 in der Frequenz halbiert als Eingangssignal 5 des Phasendiskriminators Ph 2 zur Verfügung steht. Das Referenzsignal 4 bildet den Vergleichsbezugswert für beide Phasendiskriminatoren. Bei Fig.4 wird die Oszillatorfrequenz /o größer als die Referenzfrequenz f_K angenommen. Außerdem sei ein Frequenzfehler F vorhanden, der noch nicht eliminiert werden konnte. Der Frequenzkorrekturzähler FKZ zählt deshalb aufwärts. Bei F i g. 5 ist die Oszillatorfreqtienz f_n größer als die Referenzfrequenz f_K. Der Frequen/fehler F wurde korrigiert, deshalb bleibt der Frequenzkorrekliirzähler FKZstehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kombinierten Nachregeln der Frequenz und Phase eines Oszillators, der bezüglich eines Referenzsignals plesiochron arbeitet, wobei das Ausgangssignal des Oszillators mit dem Referenzsignal in einem ersten Phasendiskriminator verglichen wird, die Richtung und Größe der Frequenzabweichung ermittelt wird, in einer Auswertelogik Signale gewonnen werden, die einen Frequenzkorrekturzähler steuern, und die Ausgangssignale des Frequenzkorrekturzählers einem Digital-Analogwandier zugeführt werden, dessen Ausgangssignale den Oszillator in seiner Frequenz beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daB in einem zweiten Phasendiskriminator (Ph 2) das Referenzsignal (Ref) mit einem vom Ausgangssignal des Oszillators (OSZ) abgeleiteten Signa!" verglichen wird« daß ein in der Auswertelogik enthaltener PhasensaKi jzähler (PSZ) angesteuert wird durch die Ausgangssignale des ersten und zweiten Phasendiskriminators (Phi, Ph2) und durch das aus der Richtung der Frequenzabweichung ermittelte Signal, daß der Phasensaldozähler (PSZ) die Schwebungsperioden jener Schwebung zählt, die beim Vergleich des Referenzsignals (Ref) mit dem Oszillatorsignal auftritt, daß bei jedem Zählvorgang des Phasensaldozählers (PSZ) ein Korrekturimpuls an den Frequenzkorrekturzähler (FKZ) abgegeben wird, wenn die Richtung der Frequenzabweichung positiv ist, dh„ wenn die Oszillatorfrequenzphase von einem Phasenbezugswert wegläuft, und daß ein Korrekturi/npuls unterdrück, wird, wenn die Richtung der Frequenzabweichung negativ ist, dh, wenn die Oszillatorfrequenzphase au. den Phasenbezugswert zuläuft

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeleitete Signal aus dem Ausgangssignal des Oszillators (OSZ) gebildet wird, indem das Ausgangssignal des Oszillators (OSZ) um 90° phasenverschoben wird, nach der Phasenverschiebung differenziert wird und nachfolgend einer monostabilen Stufe (MS) zugeführt wird, die einen kurzen Impuls liefert

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß dem ersten Phasendiskriminator (Ph 1), der eine Phasenhysterese aufweist ein zusätzliches aus dem Ausgangssignal des Oszillators (OSZ) abgeleitetes phasenverschobenes Signal zugeführt wird und daß das Ausgangssignal des ersten Phasendiskriminators (Ph 1) einem Speicherelement (S£;zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem zweiten Phasendiskriminator (Ph 2) angebotene abgeleitete Signal zuvor in der Frequenz halbiert wird.