DE2458678C3

DE2458678C3 - Frequenzgenerator

Info

Publication number: DE2458678C3
Application number: DE19742458678
Authority: DE
Inventors: Andrej Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Leskovar; Karl 8033 Planegg Schlosser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1974-12-11
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DK504675A; DE2458678B2; DE2458678A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzgenerator, dessen Ausgangsfrequenz aus einer Mehrzahl von Einzelfreauen/en unterschiedlicher Wertigkeiten numerisch gebildet wird, bei dem die Einzelfrequenzen jeweils mittels einstellbarer Selektionsstufen aus zugeordneten Gruppen von stabilisieren Frequenzen auswählbar sind und bei dem eine Steuereinrichtung > vorgesehen ist, die bei einer Frequenzänderung mehrere Selektionsstufen zur Abgabe immer größerer (kleinerer) Einzelfrequenzen veranlaßt.

Die unterschiedlichen Wertigkeiten der Einzelfrequenzen ergeben sich beispielsweise dadurch, daß die ίο zugehörigen Gruppen von stabilisierten Frequenzkomponenten jeweils Frequenzbereichen unterschiedlicher Wertigkeit, also z. B. unterschiedlichen Dekaden, angehören, wobei die selektierten Einzelfrequenzen unmittelbar zur gewünschten Ausgangsfrequenz zusammengesetzt werden können oder bei wertmäßiger Übereinstimmung der einander entsprechenden Frequenzkomponenten aller Gruppen oftmals auch in der Weise, daß die jeweils selektierten Einzelfrequenzen noch zusätzlich über Frequenzteiler mit unterschiede >o chen, z. B. dekadisch abgestuften, Teilungsverhälinissen geführt werden.

Bei einem bekannten Frequenzgenerator dieser An (DE-OS 19 64 249) besteht die Steuereinrichtung aus einem mit einer Folge von Zählimpulsen beaufschlagten Impulszähler, dessen nacheinander markierte Ausgänge Stellbefehle an ihnen zugeordnete Steuereingänge der Selektionsstufen abgeben. Zur Erzielung eines Frequenzdurchlaufs in Richtung auf höhere Frequenzen wird dabei zunächst die niedrigstwertige Selektionsstu- τ,ο fe schrittweise auf eine Folge von immer größeren Frequenzkomponenlen eingestellt. Hierauf folgt ein frequenzvergrößernder Stellschritt in der Selektionsstufe nächsthöherer Wertigkeit, dem sich eine weitere Stellschrittfolge in der erstgenannten Selektionsstufe js anschließt, usw. Da jede Stellschrittfolge in einer betrachteten Sclektionsstufe zur Interpolation der Stellschritte in allen höherwertigcn Selektionsstufen dient, werden mit Ausnahme der höchstwertigen Stufe alle Stufen mehrmals durchlaufen. Nachteilig ist jedoch, daß die hierzu erforderlichen, wiederholten Rückstellungen der jeweils interpolierenden Selektionsstufen von den maximalen auf die minimalen seleklierbaren Frequenzkomponenten infolge der dabei auftretenden Einschwingvorgänge ein starkes Störspektrum verursachen, dessen Spannungskomponenten sich der Ausgangsspannung des Frequenzgenerators überlagern.

Aus der DE-AS 10 01 343 ist weiterhin die digitale Einstellung eines Oszillators bekannt, die mittels eines auf den gewünschten Frequenzwert einstellbaren so dreistufigen Zählers vorgenommen wird. Dabei findet jedoch kein quasikontinuierlicher Frequenzänderungsvorgang durch schrittweise Selektion einer Anzahl von Einzelfrequenzen mit numerischer Zusammensetzung zu einer Ausgangsfrequenz statt.

Der Erfindung liegt die Aurgabe zugrunde, einen Frequenzgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der gegenüber bekannten Frequenzgeneratoren geringere Störkomponenten aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die do Selektionsstufen und damit die von diesen abgegebenen Einzelfrequenzen nur in einer Richtung monoton veränderbar sind und das jede im Verlaufe eines Änderungsvorganges einmal auf ihre· maximale (minimale) abzugebende Eirizelfrequenz eingestellte Sclekds tionsstiife innerhalb des restlichen Änderungsvorganges in dieser Einstellung verbleibt.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, d.iß während eines Frequenzdurch-

laufs keine Rückstellungen der .Selektionsstufen erforderlich sind, so daß die der Ausgangsspannung überlagerten Störspannungskomponenten stark reduziert werden. Weiterhin wird eine wenigstens angenähert gleiche Frequenzänderung der Ausgangsspannung pro Stellschritt relativ zu der jewei^ abgegebenen Ausgangsfrequenz erreicht. Da lediglich diese relative Frequenzänderung pro .Stellschritt die Genauigkeit der durchlaufenen Frequenz-Zeit-Funktion bestimmt, führen die Frequenzeinstellvorgänge nach der Erfindung trotz des schnelleren Frequenzdurchlaufs zu keiner Genauigkeitseinbuße gegenüber den in der Frequenz durchlaufenden, bekannten Frequenzgeneratomi der eingangs erwähnten An.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispicle des Krlindungsgedankens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Frequenzgenerators und

Fig. 2 ein Frequenzdiagramm für eine bevorzugte Ausbildung der Schaltung nach Fig. 1.

Der in F i g. 1 dargestellte Frequenzgenerator weist drei an sich bekannte, instellbare Selektionsstufen 1 bis 3 auf, die die Aufgabe haben, aus zugeordneten Gruppen von stabilisierten Frequenzkomponenten /'Ii b Fl,,, F2i bis F2„und F3i bis F3,_; jeweils eine Frequen/koniponente auszuwählen, die dann als Einzelfrequenzen /I, (7 und fi in einer Additionsstufc S /u d^r Ausgangsfrequenz fa=f\ + ^r2+fi zusammengesetzt werden. Anstelle einer Addition ist selbstverständlich auch irgendein anderes numerisches Verfahren zur Bildung der Ausgangsfrequenz fa anwendbar, wobei Jie Einzelfrequen/en f\ bis /3 auch zusatzlich geteilt oder vervielfacht werden können. Die den Selektionsstufen I bis 3 zugeordneten Gruppen von stabilisierten Frequenzkomponenten mögen jeweils Frequenzbereichen unterschiedlicher Wertigkeiten angehören, so daß auch die Einzelfrequenzen f\ bis /"3 die Ausgangslrequenz h mit unterschiedlichen Wertigkeiten beeinflussen. Im folgenden werden dann auch den Selektionsstufen 1 bis 3 die Wertigkeiten der von ihnen selektierten Einzelfrequenzen zugeordnet. Unter der Annahme, daß f\ die kleinste und /3 die größte Wertigkeit aufweist, werden demnach die Selektionsstufen 1 und 3 als die niedrigstwertige und höchstwertige bezeichnet. Sämtliche Einstellungen von f\ sollen zunächst den durch einen einzigen Stellschritt in der Selektionssnife 2 von fa überstreichbaren Frequenzbereich interpolieren, während sämtliche Einstellungen von f\ und f2 einen einzigen Stellschritt in der Selektionsstufe 3 interpolieren sollen.

Ein selbsttätiger Frequenzdurchlauf von fa in Richtung auf höhere Frequenzen wird mittels einer Steuereinrichtung bewirkt, die Vor-Rückwärts-Zähler 4 bis 6, Torschaltungen 4a bis ba, Dekoder 7 bis 9 und 10 bis 12, Inverter 13 bis 15 und einen Zählimpulsgenerator 16 enthält. Dabei sind die Steuereingänge der Zähler 4 bis 6 über die Torschaltungen 4a bis 6a jeweils mit dem Ausgang des Zählimpulsgenerators 16 verbunden. Die Torschaltung 4a, die zunächst als einzige geöffnet ist. läßt die von 16 gelieferten Zählimpulse an den Zähleingang von 4 gelangen. Beim Einzählen derselben werden über die jeweils markierten Zählerausgänge logische Signale an den Dekoder 7 abgegeben, der sie in Stellbefehle für die Selektionsstufe I umformt. Arbeitet der Zähler 1 beispielsweise im BCD-Code, so kann der Dekoder 7 daraus einen l-aus/7-Code ableiten, bei dem je nach dem Zählerstand jeweils eine von η Steuerleitungen 17 mit einem Potential belegt wird, das die Einstellung der Selektionsstufe 1 auf eine individuel! zugeordnete Frequenzkomponente aus der Gruppe F\< bis Fl_n bewirkt. Jeder einzelne Zählschritt in 4 führt demnach zu einem Steüschritt in 1, der die Einzelfreqnenz f\ von einer bestimmten Frequenzkomponente, z. B. FIj. auf die nächstgrößere, z. B. FI₄, weilerschal· tet. Beim Erreichen eines vorgegebenen Zählergebnisses gibt der Dekoder 10 einen hohen logischen Signalpegel ab, der einerseits die Torschaltung 5a für die ankommenden Zählimpulse öffnet und andererseits über einen Inverter 13 die Torschaltung 4a sperrt.

FaNs der Dekoder 10 so eingestellt wird, daß die Signalgabe gerade beim Erreichen der Einstellung von f\ auf die maximale Frequenzkomponente Fl,, erfolgt, bewirkt die vorstehend beschriebene Funktion der Torschaltungen 5a und 4a, daß die weitere Ircquen/-fortschaltung nunmehr von der Selektionsstule 2 übernommen wird, während die Selektionsstufe 1 lur den weiteren Frequenzdurchlauf in der einmal erreichten Maximalstellung verbleibt. Beim Einzahlen der Zähiimpulse in den Zähler 5 wird die Seleklicnsstufe 2 in analoger Weise so beeinflußt, daß Ϊ2, ausgehend um der Nullstellung, schrittweise auf jede der Frequenzkomponenten F2_: bis F2 eingestellt wird. Di<_ Torschaltungen 6j und 5a, die beim Erreichen eines vorgegeber.;n Zählerstandes von 5 über den Dekoder Il und den Inverter 14 beeinflußt werdtn. bewirken dann in entsprechender Weise beim Erreichen von F2 die Übernahme der weiteren Frequenzfortschahung durch die höchstwertige Selektionsstufe 3.

Wesentlich ist hierbei, daß erst nach Beendigung sämtlicher in einer betrachteten Selektionssiufe vorzunehmenden Stellschritte die entsprechenden Stellschntle in der Selektionsstufe mit der nachstgrößeren Wertigkeit beginnen und daß die einmal auf ihre maximale abzugebende Frequenzkomponente eingestellten Selektionsstufen während des weiteren Frequenzdurchlaufs in dieser Einstellung verbleiben.

In einer nachfolgenden Frequenztabelle wird eine Folge von in den einzelnen Selektionsstufen 1 bis 3 nacheinander durchlaufenden Stellschritten unter Beachtung ihrer unterschiedlichen Wertigkeiten für den Fall dargestellt, daß die Frequenzkomponenten dekadisch gegeneinander abgestuft und die Selektionsstufen den einzelnen Dekaden individuell zugeordnet sind:

η	f2	f\	fa	0 ■	r Hz
0	0	0	1 ■	π Hz
0	0	1	2 ■	η Hz
0	0	2	9 ·	π Hz
0	0	9	10 ■	π Hz
0	0	10	20 ·	π Hz
0	1	10	30 ·	π Hz
0	2	10	100 ·	π Hz
0	9	10	200	π Hz
1	9	10	300 ·	π Hz
2	9	10

Wie hieraus ersichtlich ist. isi es zweckmäßig, die maximale selektierbare Freuuen/komnoneme der Se-

lektionsstufe 1, die in F i g. 1 mit F1„bezeichnet ist, so zu wählen, daß sie der niedrigsten von Null verschiedenen I requenzkomponente der zweitniedrigsten Dekade, die in Fig. I mit F2i bezeichnet ist, entspricht. In der vorstehenden Tabelle bedeutet dies, daß Al maximal ·> den Einstellwert »10« annehmen kann, während die übrigen Einzelfrequenzen A2 und /"3 den Einstcllwert »9« nicht überschreiten können. In diesem Fall ergeben sich für die Ausgangsfrequenz fa die aus der rechten Spalte der Tabelle entnehmbaren glatten Zahlenwertc, in die ihrerseits mit einem vorgegebenen Faktor π multipliziert werden können, um die tatsächlichen Frequenzbeträge in Hz anzugeben.

Für den Fall, daß der Frequenzdurchlauf in Richtung auf kleinere Frequenzen erfolgen soll, wären in Fig. ! -,=, folgende Änderungen zu treffen: Zunächst müßte die Zählrichtung der Zähler 4 bis 6 umgekehrt werden, die Ausgangsstellungen dieser Zähler wären jeweils so einzurichten, daß sie den maximalen Frequenzkomponenten F1 „ bis F3„ entsprächen, und die Steuerfunktio- :o nen der Dekoder 10 bis 12 wären so abzuändern, daß beim Erreichen der Frequenzkomponente 0 durch die Selektionsstufe 3 ein Dekodersignal von 12 über einen Inverter 18 die Torschaltung 6a sperrt und über eine Leitung 19 die Torschaltung Sa öffnet. In gleicher Weise jn müßte dann beim Erreichen der Nullstellung in 2 der Dekoder 11 über einen Inverter 20 eine Sperrung der Torschaltung 5a und über eine Leitung 21 eine Öffnung der Torschaltung Aa bewirken.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden einzelnen oder mehreren Selektionsstufen 1 bis 3 jeweils so viele stabilisierte Frequenzen zugeordnet, daß durch deren Selektion die mit den betreffenden Selektionsstufen überstreichbaren Frequenzbereiche derart vergrößert werden, daß sich die durch eine oder is mehrere Selektionsstufen nächsthöherer oder -niedrigerer Wertigkeit überstreichbaren Frequenzbereiche ganz oder teilweise überlappen. Selektionen der zusätzlichen Frequenzkomponenten bieten dann die Möglichkeit, einen mittels anderer Selektionsstufen zu überstreichenden Frequenzbereich wahlweise auch mittels der jeweils betrachteten Selektionsstufe zu durchlaufen.

F i g. 2 zeigt ein Frequenzdiagramm, das diesen Fall verdeutlichen soll. Hierbei sind b Scicklionsstufcn durch ein/eine l'imkte auf der Irequenzachse / angedeutet. Jedem dieser Punkte ist ein /ahlenwert zugeordnet, der die Frequenzänderung pro Stellsehritt innerhalb der jeweiligen Sclektionsstufeii angibt. So weist die niedrigstwertige .Selektionsstufe eine Slellschrittweile von 0.1 Hz auf. die nächste Selektionsstute eine solche von 1 II/ und die höchstwertige Sclcktionsstiifc eine Stellschnilweitc von 10 kHz. Der Hlock A gibt den Slellumfang der niedrigstwertigen .Selektionsstufe an, die Blocke B und C den jeweiligen Stcllumfang der nächsthöheren Selektionsstufen. Wie hieraus hervorgeht, hat jede dieser drei Stufen einen Stellumfang, der den von den zwei nächsten Selektionsstufen höherer Wertigkeit überstreichbaren Frequenzbereich überlappt. Bei den angegebenen Stellschrittwciten entspricht das jeweils einer Gesamtzahl von 1000 auswählbaren Frequenzkomponenten in den drei betrachteten Stufen.

Die sich überlappenden Teilfrequenzbereiche der einzelnen Selektionsstufen können hierbei ganz oder abschnittsweise mit wählbaren Stellschrittfolgcn unterschiedlicher Stellschrittweiten durchlaufen werden. Betrachtet man beispielsweise einen Frequenzdurchlauf von 10 Hz bis 500 Hz. der durch die Strecke S7~in Fi g. 2 angedeutet wird, so ist leicht zu erkennen, daß ein erster Abschnitt von 10 bis 50 Hz mit einer ersten Stellschrittfolgc SF1 in der Selektionsstufc mit der Stellschrittweite 1 Hz durchlaufen werden kann, ein zweiter Abschnitt von 50 bis 100 Hz mit einer Stellschrittfolge SF2 in der Selektionsstufe mit der Stellschrittweite von 0,1 Hz und der restliche Abschnitt von 100 bis 500 Hz mit einer Stellschrittfolge SF3, letztere wieder mit einer Stellschrittweite von 1 Hz. Eine solche Maßnahme isi beispielsweise dann zweckmäßig, wenn der Frequenzgenerator als Meßsender eingesetzt wird und ein Meßobjekt, ζ. B. ein Filter, beaufschlagt, desser Sperrbereiche mit den Stellschrittfolgen 5Fl und SF3 in relativ großen Frequenzschritten durchlaufen werder sollen, während der Durchlaßbereich in kleinerer Frequenzschritten der Sielischrittfolge 5F2 genauer zl untersuchen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Frequenzgenerator, dessen Ausgangsfrequenz aus einer Mehrzahl von Einzelfrequenzen unterschiedlicher Wertigkeiten numerisch gebildet wird, bei dem die Einzelfrequenzen jeweils mittels einstellbarer Selektionsstufen aus zugeordneten Gruppen von stabilisierten Frequenzen auswählbar sind und bei dem eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die bei einer Frequenzänderung mehrere Selektionsstufen zur Abgabe immer größerer (kleinerer) Einzelfrequenzen veranlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsstufen (I, 2, 3) und damit die von diesen abgegebenen Einzelfrequenzen nur in einer Richtung monoton veränderbar sind und daß jede im Verlauf eines Änderungsvorgangs einmal auf ihre maximale (minimale) abzugebende Einzclfrequenz (Fl₁* F2_IS F3„) eingestellte Selektionssiufe (1, 2, 3) innerhalb des restlichen Änderungsvorgangs in dieser Einstellung verbleibt.

2. Frequenzgenerator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß einzelnen oder mehreren Selektionsstufen (1, 2,3) jeweils so viele stabilisierte Frequenzen zugeordnet sind, daß sich die durch eine oder mehrere Selektionsstufen (I₁ 2, 3) benachbarter Wertigkeit überstreichbaren Frequenzbereiche ganz oder teilweise überlappen.

3. Frequenzgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die selektierbaren Einzelfrequenzen (T⁷I, bis Fl,,, F2, bis F2„, F3, bis F3„) dekadisch gegeneinander abgestuft sind und daß je eine der Selektionsstufen (1, 2, 3) den einzelnen Dekaden umerschiedlicher Wertigkeit zugeordnet ist.

4. Frequenzgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale selektierbare Einzelfrequenz (Fi,,) der niedrigsten Dekade (1) einen Wert aufweist, dem die niedrigste von Null verschiedene Einzelfrequenz (F2,) der zweitniedrigsten Dekade '2) entspricht.

5. Frequenzgenerator nach einem der Anspiüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Frequenzänderungsvorgang innerhalb eines mit Hilfe von zwei oder mehreren Selektionsstufen (1,2, 3) überstreichbaren Teilfrequenzbereiches (ST) aus Stellschrittfolgen (SFl, 5F2, SF3) unterschiedlicher Selektionsstufen zusammensetzt.

6. Frequenzgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsstufen (1, 2, 3) über die Ausgänge eines jeweils zugeordneten Zählers (4, 5, 6) ansteuerbar sind, dessen Eingänge über Torschaltungen (4a, 5a, 6a) mit einem Zählimpulsgenerator (16) verbunden sind, und daß die Torschaltungen (4a, 5a, 6a) jeweils einzeln in der Reihenfolge der anzusteuernden Selektionsstufen (1, 2, 3) geöffnet und nach dem Erreichen eines vorgegebenen Zählergebnisses in dem jeweils zugeordneten Zähler (4, 5, 6) wieder geschlossen werden.