DE2626290A1

DE2626290A1 - Schaltung zum steuern der frequenz eines oszillators

Info

Publication number: DE2626290A1
Application number: DE19762626290
Authority: DE
Inventors: Bertil Dipl Ing Lyberg
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1976-12-30
Also published as: NO137106C; FI761745A; NO762096L; US4048581A; IT1062762B; ES448938A1; SE384956B; BR7603853A; NO137106B; DK268876A; FI62606C; FI62606B

Description

28 145

Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm / Schweden

Schaltung zum Steuern der Frequenz eines Oszillators

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Steuern der Frequenz eines Oszillators, insbesondere eines Oszillators in einem Trägerfrequenzsystem und im einzelnen eine Schaltung zum Steuern der Frequenz eines Oszillators mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, welcher von einer von der Analogseite eines Digital-Analog-Umsetzers über ein Tiefpassfilter kommenden Steuerspannung abgestimmt wird, wobei die Digitalseite des Umsetzers mit einer Zählschaltung verbunden ist.

In Trägerfrequenz-Nachrichtenverbindungssystemen ist ein bekanntes Problem die Synchronisierung des Hauptoszillators, von welchem die verschiedenen Trägerfrequenzen abgeleitet werden. Bei der großen Anzahl von Kanälen, welche in modernen Trägerfrequenzsystemen verwendet werden, ist es erforderlich, daß die verschiedenen Haupt-

609853/0741

oszillatoren in einem solchen System Frequenzen erzeugen, welche innerhalb sehr enger Grenzen übereinstimmen. Die übliche Art, Synchronismus sicherzustellen, besteht darin, phasenstarre oder in der Phase gesperrte Oszillatoren zu verwenden, bei denen die Hauptoszillatoren von einer Steuerspannung gesteuert werden, welche mit Hilfe eines Phasenvergleichs zwischen der Oszillatorspannung und einer Bezugsspannung abgeleitet worden ist. Sobald sich die Phase ändert, wird so eine Nachstellung der Oszillatorfrequenz erfolgen.

Durch die schwedische Patentanmeldung 75077^5-^ ist es bekannt geworden, die Steuerspannung Schritt um Schritt dadurch zu ändern, daß die Steuerspannung, sobald sie einen bestimmten Pegel überschreitet, einen Vorwärts/Rückwärtszähler schaltet. Die Zählerstellung wird dekodiert und bestimmt die Steuerspannung, welche dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird. Selbst wenn die Frequenzdifferenz zwischen der Bezugsspannung und der Oszillatorspannung sehr klein ist, wird der quantisierte Frequenzsprung mehrmals pro Stunde auftreten. Es läßt sich erkennen, daß dies selbst dann auftritt, wenn die Forderungen bezüglich der Frequenzstabilität erfüllt sind. Jede derartige Änderung führt zu Übergangsproblemen.

In allen Systemen, in welchen eine Bezugsspannung eine Anzahl von Oszillatoren mit Hilfe einer Phasensperrung steuert, ergibt sich eine fast konstante Phasenbeziehung zwischen den verschiedenen Oszillatoren in einem Trägerfrequenznetzwerk. Dies hat zur Folge, daß entlang bestimmten Wegen oder Verbindungen ungünstige Störungshäufungen auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden, was dadurch erreicht wird, daß die Frequenz nur dann verstellt wird, wenn sie die für das System erforderliche Stabilitätsgrenze überschreitet. Auf diese Weise werden unnötige Frequenz-

- 3 609853/07Λ1

2676290

Verstellungen des Oszillators und sich hieraus ergebende Frequenzänderungen vermieden. Weiter erhä mB^ in dem Netzwerk zufällige Phasenbedingungen, da die Regelspciruitüig nicht phasenabhängig ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst Lst eir^r Steuerschaltung für die Oszillatorfrequenz, deren Merk^-Te sich aus dem Anspruch 1 ergeben. Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Schaltung geht aus Anspruch 2 hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines
Oszillators mit Frequenzsteuerung.

In der in der Zeichnung dargestellten Schaltung ist der Steuereingang eines spannungsgesteuerten Oszillators 10 mit einem Digital-Analog-Umsetzer 21 über ein Tiefpassfilter 22 verbunden. Der Ausgang des Oszillators ist, wahlweise über einen Frequenzteiler 25* mit einem Eingang 26 eines Frequenzdetektors oder Frequenzkomparators 11 verbunden, dessen zweiter Eingang mit einer Bezugsfrequenz fl
einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist. Der Frequenzkomparator 11 ist zweckmäßig von der Art, wie er in der veröffentlichten
schwedischen Patentanmeldung 7500955-7 beschrieben ist und gibt
eine Ausgangsspannung ab, welche proportional der Frequenzabweichung zwischen der Bezugsspannung und der Oszillatorspannung oder einem Bruchteil hiervon ist. Der Ausgang des Frequenzkomparators 11 ist mit drei amplitudenabtastenden Schaltungen verbunden, von welchen zwei, nämlich Schwellenwertschaltungen 12 und 14· ein Ausgangssignal abgeben, wenn die Ausgangsspannung des Frequenzkomparators 11 positive oder negative Schwellenwerte überschreitet, welche kennzeichnen, daß die Frequenzabweichung nicht mehr geduldet werden
kann. Auf ähnliche Weise erfaßt die dritte Schaltung, nämlich eine Schaltung 13, ob das Ausgangssignal des Frequenzkomparators 11 po-

609853/0741

sitiv oder negativ ist. Die Ausgänge der Schwellenwertschaltungen 12 und 14 sind über eine ODER-Schaltung 15 verbunden, deren Ausgang mit einem Eingang einer UND-Schaltung 17 verbunden ist. Der zweite Eingang der UND-Schaltung 17 ist mit einer Taktimpulsquelle 20 verbunden. Der Ausgang der UND-Schaltung ist mit dem·Triggereingang einer bistabilen Flip-Flop-Schaltung 18 verbunden. Der komplementäre Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 18 ist mit dem Aktivierungseingang E eines Vorwärts/Rückwärts-Zählers 19 verbunden. Der Ausgang der Nulldurchgangsschaltung oder Schaltung 13 ist einerseits mit einem Eingang Ui) des Zählers I9 zum Steuern dessen Schrittrichtung und andererseits mit einer Differenzierschaltung 16 verbunden, welche im Ausgang einen Vollwellengleichrichter aufweist. Jedes Mal wenn die Nulldurchgangsschaltung eine Vorzeichenänderung anzeigt, Brhäit man daher einen Impuls, welcher dem auf Null stellenden Eingang der Flip-Flop-Schaltung 18 unabhängig von der Richtung, in welcher sich das Vorzeichen ändert zugeführt wird. Der Takteingang Cl des Zählers I9 ist mit dem Taktimpulsgenerator oder der Taktimpulsquelle 20 verbunden.

Die Ausgänge der verschiedenen Stufen des Zählers 19 sind mit den Eingängen des Digital-Analog-Umsetzers 21 verbunden, dessen Analogausgang mit dem spannungsgesteuerten Steuereingang des Oszillators 10 über das Tiefpassfilter 22 verbunden ist.

Unter der Annahme, daß der Zähler I9 in einem Anfangszustand auf Null gesetzt ist und daß die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 21 innerhalb' des steuerbaren Bereichs des spannungsgesteuerten Oszillators 10 liegt, arbeitet die Vorrichtung auf folgende Weise. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 10, von welcher jetzt angenommen wird, daß sie auf ihrem niedrigsten Grenzwert liegt, wird in dem Frequenzteiler 25 geteilt und in dem Frequenzkomparator 11 mit der Bezugsfrequenz fl verglichen. Unter der Annahme, daß die Oszillatorfrequenz relativ zu der Bezugsfre-

- 5 -609853/0741

quenz zu niedrig ist, erzeugt der Frequenzkomparator 11 eirie negative Spannung, welche außerhalb der Toleranzgrenze -V für die zulässige Frequenzabweichung ist. Der Ausgang der Schaltung 15 und so der Eingang U/D des Zählers 19 erhält einen niedrigen Pegel und der Zähler wird auf Vorwärts zählen gesetzt. Der Ausgang der Schwellenwertschaltung 14 erhält einen hohen Pegel und die UND-Schaltung 17 wird geöffnet, wodurch während des nächsten Taktimpulses ein Impuls durchgeht und bewirkt, daß die Flip-Flop-Schaltung 18 gesetzt wird. Der komplementäre Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 18 und in diesem Zusammenhang der Eingang E des Zählers 19 erhält einen niedrigen Pegel und der Zähler wird aktiviert. Die Taktimpulse von der Taktimpulsquelle 20 bewirken nun, daß der Zähler vorwärts zählt. Während der Inhalt des Zählers nun zunimmt, wird die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 21 und so die Steuerspannung des Oszillators allmählich vergrößert. Wenn die Frequenzdifferenz zwischen den Eingangssignalen des Frequenzkomparators 11 durch Null, geht, erhält man von der Schaltung 13 einen Spannungssprung, welcher nach Bildung der Ableitung in der Differenzierschaltung 16 einen Nullstellimpuls für die Flip-Flop-Schaltung 18 gibt. Der Zähler 19 hält an, wenn/der Aktivierungseingang E einen hohen Pegel erhält, und die Steuerspannung des Oszillators 10 bleibt auf dem V/ert, welcher der Anhaltestellung des Zählers entspricht.

Das System wird in dieser Position bleiben, solange der Oszillator 10 stabil ist. Wenn andererseits die Frequenz in der einen oder anderen Richtung beispielsweise in Folge einer Temperaturänderung so wegdriftet, daß die Toleranzgrenze überschritten wird, führt eine der Schwellenwertschaltungen 12 und 14 wiederum zum Öffnen der UND-Schaltung 17 und der Zähler 19 wird erneut aktiviert. Die Taktimpulse schalten den Zähler in der Richtung weiter, welche durch die Ausgangsspannung der Schaltung IJ bestimmt ist, bis die Frequenzabweichung korrigiert worden ist.

609853/0741

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Zum Beispiel kann der Zähler durch einen Speicher und eine getrennte Rechenschaltung ersetzt werden, welche für jeden Taktimpuls eine Einheit zu dem Inhalt des Speichers addiert oder von diesem abzieht, solange die Schaltung durch die Schwellenwertschaltungen aktiviert ist.

- 7 609853/0741

Claims

Patentansprüche

1. / Schaltung zum Steuern der Frequenz eines Oszillators mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, welcher von einer von der Analogseite eines Digital-Analog-Umsetzers über ein Tiefpassfilter kommenden Steuerspannung abgestimmt wird, wobei die Digitalseite des Umsetzers mit einer Zählschaltung verbunden ist, gekennzeichnet durch einen mit dem Oszillator (10) verbundenen und mit einer Bezugsfrequenz (fl) beaufschlagten Frequenzkomparator (11), dessen Fehlersignal über eine Schwellenwertschaltung (12, l^, 14) zum Steuern der Aktivierung und der Schrittrichtung der Zählschaltung gebracht wird, so daß die Zählschaltung, wenn das Fehlersignal einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, von den Impulsen einer Taktimpulsquelle zum Weiterschalten in einer solchen Richtung gebracht wird, daß das Fehlersignal verringert wird und das Weiterschalten aufhört, wenn das Fehlersignal durch Null geht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß die Schwellenwertschaltung Pegelabtastschaltungen (12, 14) enthält zum Erfassen, wann das Fehlersignal größer oder kleiner als ein bestimmter Schwellenwert ist, und zum Triggern einer die Zähleraktivierung steuernden Flip-Flop-Schaltung (18) und eine Schaltung (IJ) enthält zum Erfassen des Vorzeichens des Fehlersignals zum Setzen der Zählrichtung des Zählers (19) und zum Setzen der Flip-Flop-Schaltung auf Null, wenn sich das Vorzeichen des Fehlersignals ändert.

609853/0741

Leerseite