DE4006464A1 - Frequenzgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzgenerator.

Gemäß der Erfindung wird ein Frequenzgenerator mit "gebrochenzah­ ligem N" vorgeschlagen, und zwar mit einem steuerbaren Oszillator, der ei­ nen Steuereingang aufweist und eine variable Ausgangsfrequenz erzeugt, eine Variablenteilereinrichtung, die einen variablen Teilungsfaktor aufweist und in einer phasenstarren Schleife geschaltet ist, um die variable Ausgangs­ frequenz zu empfangen und zu teilen, einer Phasendetektoreinrichtung in der Schleife zum Empfangen der geteilten Frequenz und einer Bezugsfrequenz zum Vergleichen von deren Phasen zum Erzeugen eines phasenabhängigen Fehlersig­ nals, die mit dem Steuereingang des steuerbaren Oszillators zu dessen Ein­ stellung im Sinne eines Minimierens des Fehlersignals verbunden ist, eine Einrichtung zum periodischen Variieren des Teilungsfaktors der Teilungsein­ richtung, wobei ihr Mittelwert ganzzahlige und fraktionale Komponenten auf­ weist und derart ist, daß die Ausgangsfrequenz einen gewünschten Wert be­ sitzt, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Zitterkorrektursignals für ver­ setzendes Zittern in dem phasenabhängigen Fehlersignal und wie durch die periodische Änderung des Teilungsfaktors darin erzeugt, und einer Detek­ tionseinrichtung zum Feststellen irgendeines Zitterns in dem phasenabhängi­ gen Fehlersignal und zum Einstellen des Zitterkorrektursignals so, daß ein derartiges Zittern reduziert oder eliminiert wird.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Frequenzgenerator mit "fraktiona­ lem N" vorgeschlagen, und zwar mit einem steuerbaren Oszillator zum Erzeu­ gen einer variablen Ausgangsfrequenz, einer variablen Teilereinrichtung, die einen variablen Teilungsfaktor aufweist und in einer phasenstarren Schleife angeordnet ist, um die variable Ausgangsfrequenz zu empfangen und zu teilen, einer Phasendetektoreinrichtung in der Schleife, die geschaltet ist, um die geteilte Frequenz und eine Bezugsfrequenz zu empfangen und de­ ren Phasen zu vergleichen, um ein phasenabhängiges Fehlersignal zum Ein­ stellen des steuerbaren Oszillators zum Minimieren des Fehlersignals zu vergleichen, eine Einrichtung zum periodischen Variieren des Teilungsfak­ tors der Teilungseinrichtung, wobei sein Mittelwert ganzzahlige und frak­ tionale Komponenten hat und derart ist, daß die Ausgangsfrequenz einen ge­ wünschten Wert besitzt, wobei diese Mittel einen ersten Akkumulator umfas­ sen, der einen Eingang entsprechend dem fraktionalen Teil empfängt, der für den Teilungsfaktor der Teilungseinrichtung erforderlich ist, und zum wie­ derholten Addieren dieses Eingangs zu den Inhalten des Akkumulators in ei­ ner Rate abhängig von der Bezugsfrequenz, um einen Überlauf oder ein Trä­ gersignal zum Bewirken einer periodischen Änderung des Teilungsfaktors der Teilungseinrichtung zu bewirken, sowie einen zweiten Akkumulator, der ge­ schaltet ist, um die Inhalte des ersten Akkumulators zu empfangen und wie­ derholt dessen Inhalte zu den eigenen Inhalten in einer Rate abhängig von der Referenzfrequenz zu summieren, um einen Überlauf oder Trägersignale zu erzeugen, die wiederholte und temporäre Phasenverschiebungen der geteilten Frequenz in Bezug auf die Bezugsfrequenz vornehmen, um den Effekt auf das phasenabhängige Fehlersignal, den die Phasendifferenzen, die durch die Pha­ sendetektoreinrichtung entdeckt wurden, auf diese Verschiebung andererseits haben würden, zu versetzen, und eine Zitterkorrektureinrichtung ansprechend auf die Inhalte des zweiten Akkumulators zum Ableiten eines differenzierten Analogsignals als Zitterkorrektursignal für versetzendes Zittern in dem phasenabhängigen Fehlersignal und wie darin durch die periodische Änderung des Teilungsfaktors erzeugt, wobei die Zitterkorrektureinrichtung eine Differenziereinrichtung umfaßt, die aufeinanderfolgende Differenzsignale erzeugt, die die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Werten des Akku­ mulators repräsentieren, um einen differenzierten Ausgang zu erzeugen, wo­ bei ein Digital/Analog-Wandler zum Erzeugen einer Analogdarstellung des Ausgangs der Differenziereinrichtung als Zitterkorrektursignal vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Frequenzgenerator vorgeschlagen mit einem steuerbaren Oszillator, der eine variable Ausgangsfrequenz er­ zeugt, einer variablen Teilungseinrichtung, die einen variablen Teilungs­ faktor aufweist und in einer phasenstarren Schleife angeordnet ist, um die variable Ausgangsfrequenz zu empfangen und zu teilen, einer Phasendetektor­ einrichtung in der Schleife, um die geteilte Frequenz und eine Bezugsfre­ quenz zu empfangen und ihre Phasen miteinander zu vergleichen, um ein pha­ senabhängiges Fehlersignal zum Einstellen des steuerbaren Oszillators zum Minimieren des Fehlersignals zu erzeugen, einer Zweitor-Frequenzmodula­ tionseinrichtung ansprechend auf ein Frequenzmodulationssignal und umfas­ send einen In -Band-Schaltkreis und einen Vollbandschaltkreis, wobei der In -Band-Schaltkreis eine Integriereinrichtung umfaßt, die auf das Fre­ quenzmodulationssignal zum Erzeugen eines entsprechenden Phasensignals an­ spricht, das algebraisch zu dem phasenabhängigen Fehlersignal addiert wird, während der Vollbandschaltkreis das Frequenzmodulationssignal direkt zu dem Oszillator gibt, um die Ausgangsfrequenz des letzteren einzustellen, wobei eine Kalibriereinrichtung, die in Abwesenheit eines Frequenzmodulationssig­ nals zum Feststellen eines Drifts in der Ausgangsfrequenz infolge eines ge­ störten Eingangs zu der Integriereinrichtung anspricht, zum Erzeugen eines Korrektursignals zum Reduzieren oder Eliminieren eines derartigen Drifts vorgesehen ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Be­ schreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltkreisdiagramm eines Frequenzgenerators.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm entsprechend einem Teil desjenigen von Fig. 1 mit Modifikationen.

Der dargestellte Frequenzgenerator umfaßt einen spannungsge­ steuerten Oszillator 10, der eine Ausgangsfrequenz Fo an einem Anschluß 12 über eine Leitung 14 erzeugt. Die Frequenz des Oszillators 10 wird über ei­ ne phasenstarre Schleife 16 gesteuert. Der Ausgang des Oszillators 10 ge­ langt über eine Leitung 18 zu einem Teiler 20, dessen Ausgangsfrequenz Fd über eine Leitung 22 auf einen Eingang eines Phasendetektors 26 gegeben wird. Der zweite Eingang des Phasendetektors 26 empfängt ein Signal mit ei­ ner Frequenz Fr auf einer Leitung 30. Das letztere Signal wird von einem Eingangssignal mit einer Frequenz Fi erzeugt, das auf einer Leitung 32 emp­ fangen und in einem festen Teiler 34 geteilt wird.

In bekannter Weise erzeugt der Phasendetektor 26 ein Steuersignal auf einer Leitung 36, das von der Phasendifferenz zwischen den beiden Ein­ gängen Fd und Fr abhängt. Dieses Steuersignal wird über einen Summierer 38 und einen Filter 40 auf den Oszillator 10 über eine Leitung 42 gegeben und verstellt die Frequenz Fo des Oszillators 10 in einer solchen Richtung, daß die Größe des Steuersignals auf der Leitung 36 gegen Null geht (wenn das Steuersignal Null erreicht, sind die Frequenzen Fd und Fr gleich).

Wenn der Teilungsfaktor des Teilers 20 N ist, folgt, wenn die Schleife 16 starr ist,

Fd = Fr (1)

da jedoch

Fd = Fo/N (2)

so daß

Fo = N · Fr (3)

In einem praktischen Beispiel sei Fi beispielsweise 10 MHz und der feste Teilungsfaktor des Teilers 34 sei 100. Dann ist Fr = 100 kHz. Wenn N beispielsweise zwischen 500 und 1000 veränderlich ist, folgt, daß Fo zwi­ schen 50 und 100 MHz veränderlich ist.

Wenn N nur in ganzzahligen Schritten veränderlich ist, würde fol­ gen, daß die kleinste Änderungsstufe bezüglich Fo gleich der Bezugsfrequenz Fr (100 kHz in diesem Beispiel) ist. Um sehr viel kleinere Änderungsstufen bezüglich Fo zu erzeugen (Stufen von 1 Hz beispielsweise) enthält der Schaltkreis nachfolgend beschriebene Mittel zum Ändern von N in gebrochenen Schritten, um einen "gebrochenzahligen" Frequenzgenerator zu erzeugen.

Dies wird erreicht, indem für Fo arrangiert wird, daß es etwas größer als N.Fd ist, so daß der Wert des Steuersignals auf der Leitung 36 progressiv ansteigt. Wenn Fo in Phase über Fr um einen kompletten Zyklus fortgeschritten ist, ist der Teilungsfaktor N um eine Einheit erhöht, um so einen kompletten Zyklus von Fo zu entfernen. Dies bringt die Phasendiffe­ renz zwischen Fr und Fd zurück zu Null. Der Vorgang wiederholt sich dann und hat den Effekt, daß N ermöglicht wird, ganzzahlige und fraktionale Tei­ le aufzuweisen, so daß ermöglicht wird, daß sich Fo um weniger als den Wert von Fr ändert.

Um die erforderlichen periodischen Einheitsänderungen im Tei­ lungsfaktor N zu erzeugen, umfaßt das System einen ersten Akkumulator 44, der auf einem Kanal 46 ein Signal empfängt, das den fraktionalen Wert des gewünschten Wertes für N repräsentiert, wobei der ganzzahlige Wert dem Tei­ ler 20 über einen Kanal 48 zugeführt wird. Der Akkumulator 44 wird durch die Bezugsfrequenz Fr über eine Leitung 50 getaktet und läuft daher perio­ disch zu Zeitpunkten, die von dem fraktionalen Wert von N abhängig sind, über. Jeder Überlauf liefert ein Signal auf einer Leitung 51 an den Teiler 20 und bewirkt eine Änderung um eine Einheit in dem Teilungsfaktor N für den vorstehend beschriebenen Zweck, so daß Fo und Fr in Phase gebracht und sichergestellt wird, daß der Mittelwert von Fo gleich N × Fr ist, wobei N nun ganzzahlige und fraktionale Teile aufweist.

Der beschriebene Vorgang würde den Effekt haben, daß dem Signal auf der Leitung 36 eine Sägezahnwellenform oder Zittern verliehen und daher eine unakzeptable Modulation von Fo erzeugt wird. Um dies zu vermeiden oder zu reduzieren, ist ein zweiter Akkumulator 52 vorgesehen, der ebenfalls bei der Bezugsfrequenz über die Leitung 50 getaktet wird und in Ansprache auf jedes derartiges Taktsignal den Inhalt des Akkumulators 44 aufnimmt und diesen zu seinem eigenen laufenden Inhalt hinzuaddiert. Der Übertragungs­ ausgang des Akkumulators 52 ist über eine Leitung 54 und einen Verzöge­ rungskreis 56 mit dem Teiler 20 verbunden und dient dazu, N auf (N+1) wäh­ rend eines Zyklus von Fr zu erhöhen und es auf (N-1) während des nächsten derartigen Zyklus zu erniedrigen. Daher bewirkt der Akkumulator 52 keine Nettoänderung bezüglich N, reduziert jedoch beträchtlich das Zittern im Steuersignal auf der Leitung 36. Um eine weitere Reduktion des Zitterns zu erhalten, wird der Ausgang des Akkumulators 52 in Analogform in einem Digi­ tal/Analog-Wandler 57 konvertiert und in einem Differenzierkreis 58 diffe­ renziert und das resultierende Zitterkorrektursignal in einem Summierer 59 mit dem Ausgang des Phasendetektors 26 auf der Leitung 36 summiert. Die Größe des erforderlichen Zitterkorrektursignals variiert mit dem Teilungs­ faktor N und wird daher in Abhängigkeit vom Wert von Fd über die Leitung 60 eingestellt.

Die Akkumulatoren 44 und 52 können miteinander verbunden sein, um durch das Signal Fd anstatt durch das Signal Fr getaktet zu werden.

Für eine weitergehende Beschreibung der Schaltkreisanordnung zum Einstellen des effektiven Teilungsverhältnisses des Teilers 20 in fraktio­ nalen Schritten wird auf die britische Patentanmeldung 20 26 268 Bezug genom­ men.

Der Schaltkreis von Fig. 1 umfaßt Mittel zum Erzeugen einer Fre­ quenzmodulation. Das Frequenzmoduliersignal Fm auf einer Leitung 61 pas­ siert einen Umschalter 62 zu einem In -Band-Schaltkreisweg 64 und einen Vollbandkreis 66. Der In-Band-Schaltkreis umfaßt einen Integrator 68, von dem für die Zwecke der vorliegenden Diskussion angenommen wird, daß er ei­ nen unendlichen Bereich habe, und der das Signal Fm integriert und ein Aus­ gangssignal Pm auf der Leitung 70 erzeugt, das auf den zweiten Eingang des Summierers 38 gegeben wird. Der Vollbandkreis 66 umfaßt einen Verarbei­ tungsblock 72, der das Signal Fm mit einem zweiten Steuereingang des Oszil­ lators 10 koppelt.

Wenn die durch ein Signal Fm geforderte Frequenzmodulation eine Frequenz außerhalb der Bandbreite der phasenstarren Schleife 16 umfaßt, kann die erforderliche Modulation durch Modulieren der Ausgangsfrequenz Fo des Oszillators 10 direkt mittels des Signals auf der Leitung 74 und des Vollbandkreises vorgenommen werden. Da die geforderte Frequenzmodulation außerhalb der Bandbreite der phasenstarren Schleife 16 liegt, wird die re­ sultierende Modulation von Fo durch die Schleife unbeeinträchtigt sein. Wenn die geforderte Frequenzmodulation jedoch innerhalb der Bandbreite der phasenstarren Schleife 16 liegt, kann sie nicht durch einfache Modulation der Frequenz des Oszillators 10 erhalten werden. Anders ausgedrückt, wenn die Frequenzmodulation, repräsentiert durch das Signal Fm, in der Bandbreite der phasenstarren Schleife 16 liegt, würde ein Modulationssignal auf der Leitung 74 zum Oszillator 10 durch den Vollbandkreis erzeugt von selbst keinen nutzvollen Effekt haben. Die resultierende Frequenzabweichung des Oszillators 10 würde als Fehler bezüglich des korrekten Wertes von Fo, wie durch die laufenden Werte für Fr und N repräsentiert, interpretiert werden und die Schleife würde daher ein Steuersignal auf der Leitung 36 erzeugen, die die Ausgangsfreqeuenz Fo des Oszillators 10 ändern würde, um die Fre­ quenzmodulation zu beseitigen. Um daher eine Frequenzmodulation innerhalb der Bandbreite der phasenstarren Schleife 16 (In-Band-Modulation) zu erhal­ ten, wird der In-Band-Schaltkreis 64 verwendet. Das Signal Fm wird an einen Eingang eines Integrators 68 gegeben. Der integrierte Ausgang repräsentiert daher die Phase und das entsprechende Signal Pm wird algebraisch zu einem Steuersignal addiert, das vom Phasendetektor 26 stammt. Da der Integrator 68 einen infiniten Bereich haben soll, kann eine Gleichstromfrequenzmodula­ tion erzeugt werden.

Entsprechend einem Merkmal der Erfindung führt der Vollband­ kreis auch das In-Band-Signal, das heißt, der Vollbandkreis umfaßt kein Filtern zum Blockieren von Niederfrequenzsignalen. Daher entspricht das Modulationssignal auf der Leitung 74 zum Oszillator 10 dem am Summierer 38 anliegenden Signal Pm, obwohl natürlich das Signal auf der Leitung 74 in Frequenztermen ist, während das Signal Pm das korrespondierende Phasensignal repräsentiert. In Ansprache auf das auf der Leitung 74 empfangene Signal wird die Ausgangsfrequenz des Oszillators 10 entspre­ chend moduliert. Da sich die Modulation im betrachteten Fall innerhalb der Bandbreite der phasenstarren Schleife 16 befindet, wird sie durch die Schleife geführt und erzeugt eine entsprechende Änderung im Steuer­ signal am Ausgang des Phasendetektors 26, das dazu neigt, die Modula­ tion bezüglich Fo zu beseitigen. Jedoch wird diese Änderung im Wert des Steuersignals vom Phasendetektor 26 selbst durch das Signal Pm besei­ tigt. Daher ergibt sich, daß die Modulation bezüglich Fo, wie sie durch das Signal auf der Leitung 74 erzeugt wird, beibehalten wird.

Mit anderen Worten, jede Frequenzmodulation wird tatsächlich durch das Signal auf der Leitung 74, wie es durch den Vollbandkreis 66 erzeugt wird, durchgeführt - da heißt, selbst wenn die geforderte Fre­ quenzmodulation innerhalb der Bandbreite der phasenstarren Schleife 16 liegt; im letzteren Fall wird der Annuliervorgang in der phasenstarren Schleife 16, der das Signal auf der Leitung 74 daran hindern würde, diese Frequenzmodulation vorzunehmen, durch das Signal Pm, das von dem In-Band-Kreis 64 erzeugt wird, verhindert.

Der Schaltkreis umfaßt einen Zähler 80, der über eine Leitung 82 angeschlossen ist, um den Wert der Ausgangsfrequenz Fo zu überwa­ chen. Der Zähler 80 wird durch eine Taktfrequenz getaktet, die auf ei­ ner Leitung 84 empfangen wird und vom Ausgang des Bezugsignalteilers 34 stammt. Auf diese Weise führt der Zähler 80 genaue Messungen des Wertes von Fo durch und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal auf einer Leitung 86, die zu einer Steuereinheit 88 führt. Die Steuereinheit 88 empfängt ferner einen Eingang auf einem Kanal 90, der den laufend ge­ forderten Wert von Fo repräsentiert. Eine Differenz zwischen dem tat­ sächlichen und gewünschten Wert von Fo erzeugt ein resultierendes Kor­ rektursignal auf einer Leitung 92, die zu dem Integrator 68 für einen nachstehend erläuterten Zweck führt.

Der Schaltkreis umfaßt ferner einen kohärenten Detektor oder Frequenzkomparator 94. Dieser empfängt eine Anzahl von Eingängen. Ein Eingang wird über eine Leitung 96 empfangen und repräsentiert das Steuersignal am Ausgang des Filters 40. Ein anderer Eingang stammt von dem Differenzierkreis 59 über eine Leitung 98 und empfängt ein Signal, das den Wert des Zitterkorrektursignals am Ausgang des Differenzier­ kreises 60 repräsentiert. Ein dritter Eingang auf einer Leitung 100 führt ein Signal entsprechend dem Signal Pm. Der Kohärenzdetektor wird durch einen Steuerkanal 102 gesteuert und erzeugt Ausgänge auf Leitun­ gen 104 und 106. Die Leitung 104 ist mit der Verarbeitungseinheit 72 in dem Vollbandkreis 66 verbunden. Die Leitung 106 ist mit dem Phasende­ tektor 26 über einen Digitalt/Analog-Konverter 57 und einen Differenz­ ierkreis 58 verbunden.

Der Betrieb des Schaltkreises wird durch eine Hauptsteuerein­ heit 110, die ein Mikroprozessor sein kann, gesteuert. Der Mikroprozes­ sor erzeugt das Steuersignal auf der Leitung 90 für die Steuereinheit 88 und das Steuersignal auf dem Kanal 102 für den Kohärenzdetektor 94. Zusätzlich besitzt er einen Ausgangskanal 112, der den Schalter 62 und ferner den Betrieb einer Kalibriereinheit 114 steuert, die an den zwei­ ten Eingang des Schalters 62 angeschlossen ist. Zum Erzeugen der Aus­ gangsfrequenz des Oszillators 10 treibt der Mikroprozessor die Kanäle 46 und 48 zum Steuern des Akkumulators 44 und des Teilers 20.

Der Betrieb des Schaltkreises wird nachstehend im einzelnen erläutert. Er wird über ein Schaltpult 120 gesteuert, über das ein Ope­ rator den Wert der zu erzeugenden Frequenz und den Wert irgendeiner ge­ forderten Frequenzmodulation eingibt und mit der bestimmte Kalibrier­ programme eingesetzt werden können.

Die Hauptoperation wurde bereits beschrieben. Wenn eine beson­ dere Ausgangsfrequenz Fo erzeugt werden soll, wird diese durch den Ope­ rator unter Verwendung des Steuerpults 120 eingestellt. Geeignete Sig­ nale werden zu dem Mikroprozessor 90 über den Kanal 122 gegeben und letzterer gibt entsprechende Steuersignale auf den Kanälen 46 und 48 ab, um so den Teiler 20 auf den korrekten Anfangswert einzustellen und das Zählen des Akkumulators 44 in der vorstehend beschriebenen Weise in Gang zu setzen. Daher steuert auf diese Weise die Schleife 16 den Os­ zillator 10, um die gewünschte Ausgangsfrequenz Fo zu erzeugen.

Während eines Kalibriervorganges, der manuell durch den Opera­ tor unter Verwendung des Steuerpults 120 oder automatisch durch den Mi­ kroprozessor selbst initiiert werden kann, können verschiedene Kali­ brierprogramme stattfinden, wie nun beschrieben wird.

Das erste Kalibrierprogramm, das beschrieben wird, soll dazu dienen, Versetzungs- oder Drifteffekte am Eingang des Integrators 68 zu eliminieren.

Wie bereits erläutert wurde, dient der Integrator 68 dazu, auf das Frequenzmodulationseingangssignal auf der Leitung 60 durch Erzeugen eines entsprechenden Phasensignals Pm anzusprechen. Wie jedoch bereits festgestellt wurde, wird der Integrator 68 als einer betrachtet, der einen infiniten Bereich hat (und daher eine Gleichstrommodulation erzeugen kann). Wenn irgendein störender Offset am Eingang des Integra­ tors 68 vorhanden ist, wird dies bewirken, daß der Ausgang des Integra­ tors 68 kontinuierlich ansteigt, selbst wenn das Signal Fm gleich Null ist, wodurch folglich ein falsches Signal Pm simuliert wird. Dies wird zu einem Offset im Wert Fo führen. Um dies festzustellen und zu korri­ gieren, schaltet der Mikroprozessor 90 den Schalter 62 in die Kali­ brierposition, das heißt in die der dargestellten entgegengesetzte Schaltposition. Gleichzeitig wird die Kalibriereinheit 114 eingestellt, um einen Nullausgang zu erzeugen. Diese Funktionen werden durch Signale auf dem Kanal 112 ausgeführt. Daher wird der einzige Eingang am Inte­ grator 68 irgendein störender Offset, der vorhanden ist, sein. Durch den Kanal 90 liefert der Mikroprozessor 110 nun an den Frequenzkompara­ tor 88 ein Signal, das den korrekten Wert von Fo repräsentiert, das heißt, den Wert, der durch den Operator am Steuerpult 120 eingegeben wurde. Der Zähler 80 zählt dann den tatsächlichen Wert des Signals Fo und gibt diesen an den Frequenzkomparator 88 über die Leitung 86 ab. Wenn irgendein Fehler zwischen dem tatsächlichen und dem gewünschten Wert existiert, der durch einen störenden Offset am Eingang des Inte­ grators 68 erzeugt wird, erzeugt der Komparator 88 ein entsprechendes Korrektursignal auf der Leitung 92, das dem Integrator 68 zugeführt wird und den Offset kompensiert, um das Signal Fo auf den korrekten Wert zurückzuführen.

Das zweite Kalibrierprogramm betrifft das Prüfen des korrekten Arbeitens des In-Band-Kreises 64 und des Vollbandkreises 66. Wie be­ reits erläutert wurde, ist es für einen korrekten Betrieb notwendig, daß ein Steuersignal, das vom Phasendetektor 26 in Ansprache auf die Frequenzmodulation bezüglich Fo durch das Signal auf der Leitung 74 be­ wirkt wird, exakt durch das In-Band-Signal Pm ausgeschaltet wird. Wenn ein exaktes Ausschalten nicht erreicht wird, findet eine inkorrekte Frequenzmodulation statt. Das erforderliche Kalibrierprogramm wird durch den Kohärenzdetektor 94 unter Steuerung durch den Mikroprozessor über Signale auf dem Kanal 102 durchgeführt. Während dieses Kalibrier­ programms vergleicht der Kohärenzdetektor 94 die auf den Leitungen 96 und 100 empfangenen Signale. Wenn eine korrekte Frequenzmodulation stattfindet, sollte auf der Leitung 96 kein Signal sein, das mit dem Signal auf der Leitung 100 kohärent ist. Das Signal auf der Leitung 100 ist das Signal Pm und, wenn eine korrekte Ausschaltung durch das Signal Pm in dem Summierer 38 erreicht wird, wird das letztere Signal exakt dem Signal, das durch die Schleife als Ergebnis der direkten Modulation der Oszillatorfrequenz durch das Signal auf der Leitung 74 läuft, ent­ sprechen und durch dieses ausgeschaltet. Wenn der Kohärenzdetektor 94 irgendein Signal auf der Leitung 96 entdeckt, das mit dem Signal auf der Leitung 100 kohärent ist, wird ein resultierendes Korrektursignal auf der Leitung 104 erzeugt und dieses stellt den Prozessorkreis 22 in dem Vollbandkreis 64 derart ein, daß das Vollbandsignal auf der Leitung 74 verstellt wird, bis das Fehlersignal auf der Leitung 96 eliminiert und die korrekte Frequenzmodulation erreicht wird.

Das dritte Kalibrierprogramm befaßt sich mit dem korrekten Be­ trieb der Zitterkorrektur, die durch das Signal vorgenommen wird, das durch den Digital/Analog-Konverter 57 und den Differenzierkreis 58 er­ zeugt wird. Wie bereits erläutert, soll das Zitterkorrektursignal dazu dienen, ein Restzittern am Ausgang des Phasendetektors 26 auszuschal­ ten, das nach dem partiellen Zitterausschaltvorgang verbleibt, das von dem Akkumulator 52 ausgeführt wird. Das dritte Kalibrierprogramm wird auch durch den Kohärenzdetektor 94 durchgeführt.

Der Kohärenzdetektor 94 wird durch Signale auf dem Kanal 102 in das dritte Kalibrierprogramm geschaltet und prüft das Signal auf der Leitung 96 bezüglich Kohärenz mit dem Signal auf der Leitung 98. Das Signal auf der Leitung 98 repräsentiert das Zitterkorrektursignal. Wenn die Leitung 96 irgendein Signal kohärent mit diesem führt, zeigt dies an, daß die Zitterkorrektur noch nicht vollständig erreicht ist. Ein geeignetes Korrektursignal steht daher als Ausgang auf der Leitung 106 an und wird an den Phasendetektor 26 (über den Digital/Analog-Wandler 57 und den Differenziator 58) gegeben, um so das Zittern zu kompensie­ ren und endgültig zu eliminieren.

Fig. 2 zeigt ausschnittweise den Schaltkreis von Fig. 1 mit einigen Änderungen. Der Differenzierkreis 60, der mit dem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 57 verbunden ist, um das Zitterkorrektursignal zu erzeugen, ist hier weggelassen. Statt dessen ist ein Subtrahierkreis 130 mit dem Ausgang des Akkumulators 52 verbunden und stellt die Diffe­ renz zwischen aufeinanderfolgenden Digitalsignalen fest, wobei der Differenzausgang dann auf den Digital/Analog-Wandler 57 gegeben wird. Der Subtrahierkreis 130 erfüllt daher die Funktion des Differenzier­ kreises 58 von Fig. 1. Jedoch kann die in Fig. 1 gezeigte Anordnung statt dessen verwendet werden.

Zusätzlich umfaßt die Schleife einen variablen Verzögerungs­ kreis 132. Das Zitterkorrektursignal vom Digital/Analog-Wandler 57 wird auf den variablen Verzögerungskreis 132 anstatt auf den Ausgang des Phasenkomparators 26 (wie in Fig. 1) gegeben. Anders ausgedrückt, die Zitterkorrektur wird durch Phasenverschiebung eines der beiden Eingänge des Phasenkomparators 26 anstatt durch Einstellen der Größe des Phasen­ differenzsignals, erzeugt durch den Phasendetektor, erhalten. In dem Schaltkreis von Fig. 2 wird das Korrektursignal auf der Leitung 106 von dem Kohärenzdetektor 94 daher auf den variablen Verzögerungskreis 132 anstatt auf den Digital/Analog-Wandler 57 gegeben und stellt daher die Verzögerung entsprechend ein.

Ein weiterer Eingang wird auf den variablen Verzögerungskreis 132 über die Leitung 134 gegeben. Diese variiert den Betrag der Verzö­ gerung in Abhängigkeit von dem Teilungsverhältnis des Teilers 20, um ein korrektes Entsprechen entsprechend den Änderungen des Wertes des Signals Fd zu liefern. Das Signal auf der Leitung 134 nimmt daher die Stelle des Signals auf der Leitung 60 im Schaltkreis von Fig. 1 ein.

Der Schaltkreis von Fig. 2 umfaßt einen weiteren Steuereingang auf einer Leitung 136 vom Mikroprozessor 110. Der Zweck dieses Steuer­ eingangs ist es, den Akkumulator 52 und den Subtrahierkreis 130 während Perioden, wenn kein fraktionaler Wert von N erforderlich ist, außer Be­ trieb zu setzen. Ohne dieses Außerbetriebsetzen würde der Akkumulator 52 kontinuierlich überlaufen und unnötige Teilerwertänderungen (N+1/N-1) erzeugen, was zu einem Phasenzittern am Oszillator 10 führt;, dies deshalb, weil das Ausschalten des Zitterns, das am Ausgang des Di­ gital/Analog-Konverters 57 geliefert wird, niemals perfekt sein kann.

Statt dessen kann die Eingangsleitung 46 auf Null gesetzt wer­ den und man würde den gleichen Effekt erreichen, außer daß die Phasen­ kontinuität verloren gehen würde.

Claims (18)

1. Frequenzgenerator für "fraktionales N", umfassend einen steuerbaren Oszillator (10), der einen Steuereingang aufweist und eine variable Ausgangsfrequenz (Fo) erzeugt, und einen variablen Teiler (20), der einen variablen Teilungsfaktor (N) aufweist und in einer pha­ senstarren Schleife (16) angeordnet ist, um die variable Ausgangsfre­ quenz (Fo) zu empfangen und zu teilen und die geteilte Frequenz (Fd) zu einem Phasendetektor (26) zum Phasenvergleich mit einer Bezugsfrequenz (Fr) zu geben und ein phasenabhängiges Fehlersignal zum Einstellen des steuerbaren Oszillators (10) zum Minimalisieren des Fehlersignals zu erzeugen, eine Einrichtung (49, 52) zum periodischen Ändern des Tei­ lungsfaktors (N) des Teilers (20), wobei sein Mittelwert ganzzahlige und fraktionale Komponenten aufweist und derart ist, daß die Ausgangs­ frequenz einen gewünschten Wert besitzt, und eine Einrichtung (52, 57, 58) zum Erzeugen eines Zitterkorrektursignals zum Versetzen des Zit­ terns in dem phasenabhängigen Fehlersignal und wie es hierin durch die periodische Änderung des Teilungsfaktors erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine Detektionseinrichtung (94) zum Feststellen eines derartigen Zitterns in dem phasenabhängigen Fehlersignal und zum Einstellen des Zitterkorrektursignals im Sinne eines Reduzierens oder Eliminierens des Zitterns.

2. Frequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung einen Kohärenzdetektor (94) umfaßt, der geschaltet ist, um das phasenabhängige Fehlersignal und das Zitterkor­ rektursignal (oder davon abhängige Signale) zu empfangen und in Bezug auf irgendeine Komponente des phasenabhängigen Fehlersignals zu unter­ suchen, die kohärent mit dem Zitterkorrektursignal ist und einen ent­ sprechenden Ausgang zu erzeugen, sowie eine Einrichtung (106) umfaßt, die auf diesen Ausgang anspricht, um den Wert des Zitterkorrektursig­ nals entsprechend einzustellen.

3. Frequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine in jeder Änderungsperiode des Teilungsfaktors arbei­ tende Einrichtung zum Bewirken wiederholter oder temporärer Shifts in der Phase der geteilten Frequenz in Bezug auf die Bezugsfrequenz vorge­ sehen ist, um den Effekt auf das phasenabhängige Fehlersignal, das die durch die Phasendetektoreinrichtung entdeckte Phasendifferenz auf die Verschiebung andererseits haben würde, zu versetzen.

4. Frequenzgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum periodischen Variieren des Teilungsfaktors des Teilers (20) einen ersten Akkumulator (44), der einen Eingang entspre­ chend dem fraktionalen Teil, gefordert für den Teilungsfaktor des Tei­ lers (20), und zum wiederholten Addieren dieses Eingangs zu den Inhal­ ten des Akkumulators (44) in einer Rate abhängig von der Bezugsfrequenz (Fr) zum Erzeugen eines Überlaufs oder Trägersignals zum Bewirken der periodischen Änderung des Teilungsfaktors des Teilers (20) und einen zweiten Akkumulator (52) zum Empfangen der Inhalte des ersten Akkumula­ tors (44) und wiederholten Aufsummieren dieser Inhalte mit den eigenen Inhalten in einer Rate abhängig von der Bezugsfrequenz (Fr) umfaßt, um einen Überlauf oder Trägersignale zu erzeugen, von denen jeder einen der wiederholten und temporären Verschiebungen in der Phase der geteil­ ten Frequenz ausführt, wobei die Zitterkorrektureinrichtung eine Ein­ richtung (57) auf die Inhalte des zweiten Akkumulators (52) anspre­ chend, um ein differenziertes Analogsignal als Zitterkorrektursignal abzuleiten.

5. Frequenzgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zitterkorrektureinrichtung eine Subtrahiereinrichtung (130) um­ faßt, die aufeinanderfolgende Differenzsignale, die die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Werten des zweiten Akkumulators (52) re­ präsentieren, erzeugt, um einen differenzierten Ausgang zu erzeugen und einen Digital/Analog-Wandler (57) zum Erzeugen einer Analogdarstellung des Ausgangs der Subtrahiereinrichtung (130) als Zitterkorrektursignal aufweist.

6. Frequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (136) zum Außerbetriebsetzen des zweiten Akkumulators (52) und der Zitterkorrektureinrichtung (57) vorgesehen ist, wenn der Teilungsfaktor des Teilers (20) nur einen ganzzahligen Teil aufweist.

7. Frequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Frequenzmoduliereinrichtung auf ein Fre­ quenzmodulationssignal (Fm) ansprechend, um ein erstes (74) und ein zweites (70) Frequenzmodulationssteuersignal zu erzeugen, vorgesehen ist, wobei das erste Signal (74) an den Oszillator (10) zum Modulieren der Ausgangsfrequenz (Fo) des letzteren und das zweite Signal (70) als ein entsprechendes phasenabhängiges Signal in der Schleifenbandbreite in Assoziation mit dem phasenfehlerabhängigen Signal anlegbar ist, und daß die Wege für beide Phasenmodulationssteuersignale (70, 74) gleich­ stromansprechend und gleichstromgekoppelt sind, wobei Änderungen des ersten Frequenzmodulationssignals (74) innerhalb der Bandbreite der Schleife und daher über die Schleife rückgekoppelt durch entsprechende Änderungen des zweiten Frequenzmodulationssignals (70) im wesentlichen ausgeschaltet werden.

8. Frequenzgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalibriereinrichtung (94) zum Entdecken der Anwesenheit von Signaländerungen entsprechend den Änderungen des zweiten Frequenzmodu­ lationssignals (70) relativ zum ersten Frequenzmodulationssignal (74) in der Schleife und am Steuereingang des Oszillators (10) vorgesehen ist, die in Ansprache auf eine derartige Feststellung ein Frequenzmodu­ lationskorrektursignal (104) zum Minimieren einer derart entdeckten Än­ derung erzeugt.

9. Frequenzgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriereinrichtung einen Kohärenzdetektor (94) umfaßt, der das Signal des Steuereingangs des Oszillators (10) und ein Signal ent­ sprechend dem zweiten Frequenzmodulationssignal (70) empfängt und auf Kohärenz hierzwischen prüft.

10. Frequenzgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Frequenzmodulationskorrektursignal (104) mit einer Ein­ richtung (72) zum Einstellen des ersten Frequenzmodulationssignals (74) verbunden ist.

11. Frequenzgenerator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ge­ kennzeichnet durch einen Integrator (68), der das Frequenzmodulations­ signal (Fm) empfängt und dieses integriert, um das zweite Frequenzmodu­ lationssignal (70) zu erzeugen, eine Frequenzmeßeinrichtung (80, 88) zum Messen des tatsächlichen Wertes der Ausgangsfrequenz des Oszilla­ tors (10) und zum Vergleichen des tatsächlichen Wertes mit dem ge­ wünschten Wert hiervon und eine Frequenzkorrektureinrichtung (92) an­ sprechend auf eine durch die Meßeinrichtung (80, 88) entdeckte Diffe­ renz zum Erzeugen eines Steuersignals (92) zum Einstellen des Integra­ tors (68) zum Eliminieren der Differenz.

12. Frequenzgenerator nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (62) zum Verhindern des Anlegens eines Frequenzmodula­ tionssignals an den Eingang des Integrators (68) während des Messens der Ausgangsfrequenz des Oszillators (10) durch die Frequenzmeßeinrich­ tung (80, 88).

13. Frequenzgenerator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenzmeßeinrichtung einen Zähler (80) umfaßt.

14. Frequenzgenerator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zähler (80) durch oder in Abhängigkeit von der Bezugsfre­ quenz (Fr) getaktet wird.

15. Frequenzgenerator mit einem steuerbaren Oszillator (10) zum Erzeugen einer variablen Ausgangsfrequenz (Fo) und einem variablen Teiler (20), der einen variablen Teilungsfaktor (N) hat und in einer phasenstarren Schleife (16) angeordnet ist, um die variable Ausgangs­ frequenz (Fo) zu empfangen und zu teilen und die geteilte Frequenz auf einen Phasendetektor (26) zum Phasenvergleich mit einer Bezugsfrequenz (Fr) zu geben und ein phasenabhängiges Fehlersignal zum Einstellen des steuerbaren Oszillators (10) im Sinne eines Minimierens des Fehlersig­ nals zu erzeugen, einer Zweitor-Frequenzmodulationseinrichtung (68, 72), die auf ein Frequenzmodulationssignal (Fm) anspricht und einen In-Band-Kreis und einen Vollbandkreis umfaßt, wobei der In-Band-Kreis einen Integrator (68) ansprechend auf das Frequenzmodulationssignal (Fm) zum Erzeugen eines entsprechenden Phasensignals umfaßt, daß alge­ braisch zu dem phasenabhängigen Fehlersignal addiert wird, wobei der Vollbandkreis (72) das Frequenzmodulationssignal (Fm) direkt zu dem Os­ zillator (10) zum Einstellen der Ausgangsfrequenz hiervon gibt, gekenn­ zeichnet durch eine Kalibriereinrichtung (80, 88), die in Abwesenheit eines Frequenzmodulationssignals (Fm) einen Drift in der Ausgangsfre­ quenz (Fo) bewirkt durch einen Störeingang am Integrator (68) entdeckt und ein Korrektursignal (92) zum Reduzieren oder Eliminieren eines der­ artigen Drifts erzeugt.

16. Frequenzgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kalibriereinrichtung einen Frequenzzähler (80), getaktet durch oder in Abhängigkeit von der Bezugsfrequenz (Fr) zum Messen des tatsächlichen Wertes der Ausgangsfrequenz (Fo), und einen Komparator (88) zum Vergleichen des gemessenen Wertes der Ausgangsfrequenz (Fo) mit dem gewünschten Wert hiervon und zum Erzeugen des entsprechenden Korrektursignals und einer Einrichtung (92) zum Eingeben dieses Korrek­ tursignals an den Integrator (68) zum entsprechenden Einstellen des letzteren umfaßt.

17. Frequenzgenerator für "fraktionales N", mit einem steuer­ baren Oszillator (10), der eine variable Ausgangsfrequenz (Fo) erzeugt, und einem variablen Teiler (20), der einen variablen Teilungsfaktor (N) hat und in einer phasenstarren Schleife (16) angeordnet ist, um die va­ riable Ausgangsfrequenz zu empfangen und zu teilen und die geteilte Frequenz an einen Phasendetektor (26) zum Phasenvergleich mit einer Be­ zugsfrequenz (Fr) zu geben, um ein phasenabhängiges Fehlersignal zum Einstellen des steuerbaren Oszillators (10) im Sinne eines Minimierens des Fehlersignals zu erzeugen, eine Einrichtung (44) zum periodischen Variieren des Teilungsfaktors (N) des Teilers (20), wobei sein Mittel­ wert ganzzahlige und fraktionale Komponenten besitzt und derart ist, daß die Ausgangsfrequenz (Fo) einen gewünschten Wert aufweist, wobei die Einrichtung (44) einen ersten Akkumulator (44) umfaßt, der einen Eingang entsprechend dem fraktionalen Teil für den Teilungsfaktor (N) des Teilers (20) aufweist und wiederholt diesen Eingang zu den Inhalten des Akkumulators (44) in einer Rate abhängig von der Bezugsfrequenz (Fr) addiert, um einen Überlauf oder ein Trägersignal zum Bewirken ei­ ner priodischen Änderung des Teilungsfaktors (N) des Teilers (20) zu erzeugen, einen zweiten Akkumulator (52), der die Inhalte des ersten Akkumulators (44) empfängt und wiederholt dessen Inhalte zu den eigenen Inhalten in einer Rate abhängig von der Bezugsfrequenz (Fr) addiert, um einen Überlauf oder Trägersignale zu erzeugen, die wiederholte und tem­ poräre Verschiebungen in der Phase der geteilten Frequenz in Bezug auf die Bezugsfrequenz (Fr) durchführen, um den Effekt auf das phasenabhän­ gige Fehlersignal zu versetzen, den die Phasendifferenzen, festgestellt durch den Phasendetektor (26) bis zu dieser Verschiebung, andererseits haben würde, und einer Zitterkorrektureinrichtung (57, 130), die auf die Inhalte des zweiten Akkumulators (52) anspricht, um ein Zitterkor­ rektursignal, ein differenziertes Analogsignal zum Versetzen des Zit­ terns in dem phasenabhängigen Fehlersignal und wie durch die periodi­ sche Änderung des Teilungsfaktors (N) darin erzeugt abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Zitterkorrektureinrichtung eine Subtrahierein­ richtung (130) umfaßt, die aufeinanderfolgende Differenzsignale, die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Werten des zweiten Akkumula­ tors (52) repräsentieren, erzeugt, um einen differenzierten Ausgang zu erzeugen, sowie einen Digital/Analog-Wandler (57) zum Erzeugen einer Analogdarstellung des Ausgangs der Subtrahiereinrichtung (130) als Zit­ terkorrektursignal umfaßt.

18. Frequenzgenerator nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (136) zum Außerbetriebsetzen des zweiten Akkumulators (52) und der Zitterkorrektureinrichtung (130), wenn der Teilungsfaktor (N) des Teilers (20) nur einen ganzzahligen Teil aufweist.