DE19852509A1 - Schaltungsanordnung zur Modulation von PLL-Systemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von phasen- und/oder frequenzmodulierten Signalen, insbesondere zur Datenübertragung von Signalen mit Nyquistcharakteristik.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können Hochfrequenzgeneratoren, insbesondere von Sendern, in der Phase und der Frequenz vorrangig beim Aufmodulieren von Signalen mit cos²- und Gaußimpulsen moduliert werden. Bei diesen Impulsformen ist bekannt, daß sich der Impuls aus einem Frequenzgemisch, beginnend bei tiefen Frequenzen (ca 3 Hz) bis zu hohen Anteilen entsprechend der Datenrate, bestehen. Diese Impulsformen haben den Vorteil einer optimalen Nutzung der Kanalbandbreite, insbesondere bei Datenkommunikationssystemen, und werden daher vorteilhaft als Impulsformen verwendet. Insbesondere bei Mobilgeräten ist eine gemeinsame Nutzung des Equipments für analoge und digitale Nutzung vorteilhaft.

Datenimpulse mit Nyquistcharakter in herkömmliche PLL-Anordnungen einzumodulieren scheitert zumeist daran, daß am Schleifenfilter, welches unerwünschte Spektralanteile aus dem Phasenvergleich zwischen Referenz- und VCO-Signal abtrennen soll, das Frequenzgemisch des Nyquistimpulses spektral zerlegt wird und die unteren Frequenzanteile des Impulses von der PLL-Schaltung fälschlicherweise als unerwünschte Störgröße erkannt und ausgeregelt wird. Die Impulsform wird daher verfälscht und gelangt verzerrt zum Empfänger, so daß eine saubere Dekodierung nicht möglich ist. Als Ausweg aus diesem Dilemma wird häufig über eine Kapazitätsdiode der Steuerquarz des Referenzoszillators der PLL-Anordnung mit moduliert. Dabei werden dem Quarz die tiefen, der VCO-Steuerspannung die hohen Spektralanteile des Impulses aufgeprägt. Dies verschlechtert aber die Temperaturstabilität der PLL-Anordnung und weiterhin ist eine aufwendige Zweipunktmodulationsschaltung nötig.

Andere nach DE 197 54 203 A1 und US-PS 5,557,648 bekannte Verfahren trennen den Regelkreis während der Impulsdauer auf und halten die VCO-Steuersspannung auf einem Sample- und Holdkreis fest und überlagern der VCO-Steuerspannung das Impulsgemisch. Das Gegenregeln unterbleibt dabei, aber die Temperaturstabilität ist auch hierbei unbefriedigend. Insbesondere die Zweipunktmodulation verschlechtert die Temperaturstabilität erheblich, so daß noch zusätzliche Kompensationschaltungen nötig werden (DE 43 17 111 A1). Häufig wird auch versucht, das Modulationspektrum in einen höheren Frequenzbereich zu legen, um die unerwünschten Anteile besser entfernen zu können. Neuerdings kommen auch DDS (Direkt Digitale Synthesizer) zum Einsatz. Nachteilig ist dabei, daß Vorkehrungen gegen unerwünschte Interaktionen beim Umladen der digitalen Steuer- und Datenworte ergriffen werden müssen. Es ist dabei unbedingt erforderlich, daß bei FSK (Frequenz-Shift-Key) der Übergang zwischen den Signalzuständen Mark und Space phasenkontinuierlich erfolgt, weil sich sonst unerwünschte Spektralanteile im ausgesendeten Signal ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung anzugeben mit der das Aufmodulieren tiefer Frequenzen in die PLL-Anordnung, gute Temperaturstabilität und eine effektive Kanalnutzung erreicht wird.

Dabei besteht das Problem, daß bei den meisten PLL-Anwendungen der Phasenvergleich auf derselben Frequenz erfolgt, wie es der Größe des Rasterschrittes entspricht. Das hat beispielsweise bei einer Rasterschrittweite von 12,5 kHz auch eine Phasenvergleichsfrequenz von 12,5 kHz zur Folge. Durch die Multiplikation beim Phasenvergleich entstehen zuerst bei der doppelten Referenzfrequenz die unerwünschten Spektralanteile, die das Schleifenfilter der PLL beseitigen muß. Die 3 dB Grenzfrequenz des Schleifenfilters liegt daher schon sehr tief, meist werden etwa 50 . . . 60 Hz verwendet. Dadurch ergibt sich auch ein relativ langsames Einrasten beim Frequenzwechsel, ein bei Datenübertragung, die ja schnell sein soll, ebenfalls unerwünschtes Verhalten. Die schlechte Temperaturstabilität der herkömmlichen PLL-Anordnung könnte man umgehen, wenn man eine temperaturkonstante Referenzfrequenz benutzen und diese in der Phase oder Frequenz modulieren könnte. Die geringe niedrige Schleifenfrequenz der herkömmlichen PLL-Anordnung verbietet dies aber, da die hohen Spektralanteile des Nyquistimpusles durch die niedrige Grenzfrequenz des Schleifenfilters abgeschnitten werden. Dies ist in EP 193 273 A1 und EP 322 ­ 139 A1 beschrieben. In EP 193 273 ist auf die Möglichkeit hingewiesen, daß zur Verbesserung der spektralen Reinheit der VCO-Frequenz die Phasenvergleichsfrequenz höher als die Rasterschrittweite gewählt wird. Damit läßt sich die Bandbreite des Schleifenfilters vergrößern. Die Folge ist ein besseres Integrationsvermögen und damit eine bessere Signalmittelwertbildung, was einer besseren Rauschunterdrückung und damit der spektralen Reinheit des VCO-Signals gleichkommt.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Fig. 1 erläutert in schematischer Darstellung die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Erfindungsgemäß läßt sich die angegebene Anordnung dazu benutzen, einen auf die Referenzfrequenz aufmodulierten Phasen- oder Frequenzmodulationsprozeß in die PLL-Anordnung hineinzubringen und die PLL-Anordnung als Servosystem zu nutzen, das der Führungsgröße nachläuft und so den Modulationsprozeß auf die VCO-Spannung aufbringt. Damit lassen sich die oben genannten Nachteile weitgehend beseitigen. Es ist lediglich erforderlich, die Phasenvergleichsfrequenz höher zu wählen als die Rasterschrittweite. Die unerwünschten Spektralanteile des Phasenvergleiches verschieben sich in der Frequenz ebenfalls nach oben. Es ist dabei möglich, die 3 dB Grenzfrequenz des Schleifenfilters ebenfalls nach oben zu schieben und den höherfrequenten Spektralanteilen des Nyquistimpulses den ungehinderten Durchtritt durch das Schleifenfilter zu ermöglichen. Diese Eigenschaft haben insbesondere die N-Fractional Synthesizer oder eine aus Einzelkomponenten zusammengesetzte N-Fractinal Anordnung. Es sind bereits geeignete integrierte Schaltungen auf dem Markt, die diese Forderungen in vorzüglicher Weise erfüllen Insbesondere werden die weichen Signalübergänge von der Mark- zur Spacefrequenz damit hervorragend realisiert.

Bezugszeichenliste

1

TXCO temperaturkompensierter Oszillator oder OCXO temperaturstabilisierter Oszillator

2

Modulationseinheit

3

Phasendedektor

4

VCO spannungsgesteuerter Oszillator

5

Tiefpaß, Schleifenfilter

6

Analogmodulator

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von phasen- und/oder frequenzmodulierten Signalen, insbesondere zur Datenübertragung von Signalen mit Nyquistcharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Mittel enthält, mit den ein zu einem Phasendetektor (3) geführtes Referenzsignal aus einem TXCO (1) oder das zum Phasendetektor (3) geführte VCO-Signal aus einem VCO (4) einer PLL-Anordnung in der Phase oder Frequenz moduliert wird und eine PLL-Anordnung enthält, deren Phasenvergleichsfrequenz höher als die Rasterschrittweite der PLL-An­ ordnung ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein Schleifenfilter (5) enthält, weiches das Nutzsignal mit seinem spektralen Inhalt passieren läßt aber die unerwünschten Störfrequenzanteile wirksam unterdrückt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Zwecke der Übertragung analoger Signale eine digitale Modulatoreinheit (2) enthält, mit der die Datensignale das auf der Takt bzw. Referenzfrequenz der digitalen Modulatoreinheit (2) in der Phase oder Frequenz in einem Analogmodulator (6) aufmodulierte Analogsignal durch die digitale Modulatoreinheit (2) mit übertragen wird und damit die gesamte Anordnung für digitale und analoge Signale benutzbar ist.