DE2636150C2 - Verfahren und Anordnung zur phasengenauen Synchronisation von Grundgeneratoren - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur phasengenauen Synchronisation von GrundgeneratorenInfo
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- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
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- H03L7/087—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal using at least two phase detectors or a frequency and phase detector in the loop
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur phasengenauen Synchronisation von Grundgeneratoren in trägerfrequenten
Nachrichtenübertragungssystemen auf eine in Weitverkehrsnetzen übertragene Normalfrequenz
mittels digitaler phasengenauer Frequenznachstellung zur Grobeinstellung und mit einer analogen
Frequenznachstellung zur Feineinstellung.
Die hohen Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit der Grundgeneratoren in TF-Breitbandsystemen
gaben den Anstoß, im Weitverkehrsnetz der Deutschen Bundespost Einrichtungen zur automatischen Frequenzkontrolle
einzuführen, mit dem Ziel, die nach CClTT vorgeschriebene Genauigkeit der Trägerfrequenzen
mit erhöhter Zuverlässigkeit möglichst wartungsfrei sicherzustellen. Zu diesem Zweck wurde
bereits für 12-MHz-Grundgeneratoren in den Steuerfrequenzversorgungen
eine digitale Frequenznachsteuereinrichtung entwickelt, wie sie in dor deutschen
Patentschrift 15 91 465 beschrieben ist. Durch die Digitalisierung der Frequenzkorrektur bleibt bei dieser
Anordnung bei der ein zweikanaliger Phasendiskriminator verwendet wird, itets ein Restfehler übrig, der ein
Pendeln der Frequenz um den Sollwert bewirkt.
In der DE-OS 14 41 S12 wird eine Phasenregelung beschrieben, die eine digitale Grobregelung und eine
anlöge Feinregelung enthält. Im Grobregelteil werden von der zu regelnden Oszillatorfrequenz über einen
Frequenzteiler Impulse abgeleitet, die mit den Impulsen einer Referenzfrequenz verglichen werden. Über eine
Vergleichsschaltung wird fortwährend die Anzahl der Impulse verglichen und ein überzähligst Impuls der höheren
Frequenz als Steuerimpuls auf einen entsprechenden Eingang eines Stellmotors gegeben, über den die
Frequenz des Oszillators nachgeregelt wird.
Außerdem ist eine Feinregelung mit einer Phasenvergleichsschaltung
vorgesehen, die eine der Phasendifferenz der herabgeteilten Oszillatorimpulse und der Referenz.impuise
entsprechende Spannung abgibt. Wenn die gewünschte Osziüatorfrequenz über die Grobregelung
nahe hergestellt ist, kemmen für längere Zeit keine wei-'eren
Steuerimpulse. Jetzt wird die Feinregelung freigegeben, die den Frequenzrestfehler über einen veränderbaren
Blindwiderstand ausregelt.
Die Feinregelung spricht bei diesem Verfahren erst verzögert an. Zur Realisierung dieses Verfahrens ist eine
aufwendige Schaltung mit einem Stellmotor nötig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein digitales Verfahren zur Synchronisation von Grundgeneratoren mit Hilfe
einer Normalfrequenz angegeben und eine Einrichtung zur schnellen, phasengenauen Frequenznachsteuerung
zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung derart verfahren, daß zur Grobeinstellung eine
digitale Phasenregelschleife gebildet wird, die pro Schwebungsperiode zwischen Normalfrequenz und Refcrepzfrequenz
des mitzuziehenden Oszillators nur einen digitalen St^lischritt zur Krequenzkorrcktur abgibt
und daß zusätzlich eine analoge Phasenregelschleife vorgesehen ist. deren Zichbercieh etwa dem doppelten
Regelschritt des digitalen Regelkreises entspricht und
daß die Mitte des analogen Regelbereichs in der Mitte
zwischen den beiden einer Schwebungsperiode zugehörigen Ansprechpunkten des digitaler, Regelkreises liegt
und daß bei Überschreiten des analogen Regelbereichs ein weiterer Regelschritt durch den digitalen Regelkreis
ausgelöst wird, der ein Zurückkehren der Phase der Referenzfrequenz des mitzuziehenden Oszillators etwa
in die Mitte des St.ellbereichs der analogen Phasenregelung
bewirkt, und daß die so gebildete Regelgröße gespeichert wird.
Außerdem wird noch so verfahren, daß zusätzlich zur digitalen Speicherung eine Speicherung der analogen
Regelgröße vorgesehen iit, die den Mittelwert der analogen Regelgröße innerhalb eines vorgesehenen
Zeitraums vor Ausfall der Normalfrequenz speichert
Die Frequenznachsteuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist derart ausgebildet, daß die
Normalfrequenz //v beiden Kanälen eines zweikanaligen
Phasendiskriminators direkt und die vom nachzuziehenden Oszillator abgeleitete Vergleichsh'equenz /» dem
einen Kanal des Phasendiskriminators ebenfaVs direkt und dem anderen Kanal um 90° phasenverschoben
zugeführt ist, daß die Ausgänge der beiden Kanäle des Phasendiskriminators über Schwellwertdetektoren an
einen Vor-Rückwärts-Zähler geführt sind, daß der Zähler ausgangsseitig über einen Digital-Analogwandler
und eine Addierstufe auf eine Zieheinrichtung des Oszillators einwirkt, daß am Ausgang des anderen
Kanals des Phasendiskriminators ein Spannungsbegrenzer liegt, der ausgangsseitig über einen Tiefpaß mit der
Addierstufe verbunden ist.
Ein Vorteil des neuen Nachsteuerverfahrens liegt darin, daß ein Pendeln der Phase zwischen den
Schaltpunkten und damit ein andauernder Frequenzfehler in der Größenordnung eines Stellschrittes vermieden
wird und daß bei geeigneter Dimensionierung Schlupfverluste nicht mehr auftreten. Dadurch ergibt sich
grundsätzlich die Möglichkeit, auch Netzknoten des noch aufzubauenden digitalen Datennetzes und des
PCM-Fernsprechnetzes über das Trägerfrequenznetz zu synchronisieren.
Der Zusatzaufwand zu dem einfachen digitalen Regelkreis ist äußerst gering.
Ein weiterer Vorteil für das Nachsteuerverfahren ist, daß die Freqjenzkorrektur gespeichert wird, so daß bei
Ausfall des die Normalfrequenz übertragenden Freqiienzvergleichspilotes,
die zuletzt am Grundgenerator eingestellte Frequenz erhalten bleibt, ohne daß aufwendige
Speicher und Digitai-Analog-Wandler mit hoher Bit-Zahl verwendet werden müssen. Die erzielbare
Regelzeitkonjtante ist sehr groß, wodurch eine extreme Unempfindlichkeit des nachgesteuerten Grundgenerators
gegenüber Amplituden- und Phasenstörungen des Frequenzvergleichspiloten erreicht wird. Die hohe
Kurzzeitstabilität der Grundgeneratorfrequenz und der von ihr abgeleiteten Trägerfrequenzen bleibt daher
auch im nachgesteuerten Betrieb weitgehend erhalten.
Als Schwellwertdetektoren lassen sich vorteilhaft Schmitt-Trigger verwenden.
Schaltet man in den einen Kanal des Rhasendiskriminators
für das Betragskriterium einen Frequenzteiler ein, so läßt sich die Zeitkonstante der Regelung um den
Teilungsfaktor erhöhen.
Als Tiefpaß kann man vorteilhaft einen /?C-Tiefpaß
verwenden, der als Kondensatorspeicher ausgebildet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß bei Ausfall der Normalfrequenz der Kondensatorspeicher vom analogen
Regelteil abgetrennt ist.
Ferner kann von Vorteil sein, daß die Rege'kennlinb
des analogen Regelteils trapezförmig ist
Anhand des Bockschaltbildes nach Fig. 1 und der
Diagramme nach den F i g. 2 bis 4 wird die Erfindung näher erläutert
Das Prinzip des Nachsteuerverfahrens veranschaulicht der Blockstromlauf nach Fig. 1. Von dem
nachzusteuernden Oszillator 11 wird über einen synchronen Frequenzwandler 14 eine interne Referenzfrequenz
(R abgeleitet Ihre Phase wird in einem
digitalen Phasendiskriminator 1 mit der Phase der Normalfrequenz fN verglichen. In den Nachsteuereinrichtungen
für die TF-Grundgeneratoren erfolgt der Phasenvergleich bei /« =- /* = 300 kHz.
Der digitale Phasendiskriminator 1 hat zwei Kanäle 2, 3. In jedem dieser Kanäle wird eine Schwebung von /«
und //v gebildet Dreht man die Phase z. B. von /« in
einem der beiden Kanäle um 90° gegenüber dem anderen, dann sind auch die Schwebr^en A und B in
den beiden Kanälen um 90° phasenverschoben. Das Vorzeichen der Phasenverschiebung kehrt sich bei
Wechsel des Vorzeichens der Frequenzdifferenz von /« und (n ebenfalls um. Man kann daher einen der beiden
Kanäle dazu benützen, den Betrag der Phasendifferenz vori Fr und /jv zu messen und aus dem anderen das
zugehörige Vorzeichen gewinnen.
Für jede n-te Schwebungsperiode liefert der Betrag-Kanal
einen Impuls. Dieser Impuls «ehaltet einen
elektronischen Zähler 8 vorzeichenrichtig um einen Schritt auf- oder abwärts. Ein Digitai-Analog-Wandler 9
erzeugt eine dem Zählerstand entsprechende Gleichspannung (Gleichstrom), die einer als Frequenzstellglied
vorgesehenen Varaktordiode im Oszillator zugeführt wird. Der Zählerstand ist daher ein Maß für die erfolgte
Frequenzkorrektur. Er bleibt bei einem Ausfall der Normalfrequenz beliebig lange erhalten. Unterbrechungen
in der Normalfrequenzübertragung haben also keinen Einfluß auf die Kurzzeitfrequenzstabilität des
Oszillators 11. Hierin liegt der wesentliche Vorteil des digit· !en Verfahrens.
Liegt eine Frequenzdifferenz zwischen /« und Fn vor,
dann werden in den Zähler so lange Impulse in einer Richtung eingezählt, bis die Frequenzkorrektur am
Oszillator den Frequenzfehler ausgeregelt hat Als Folge der Digitalisierung der Frequenzkorrektur muß
jedoch im allgemeinen ein Restfehler < 1 Schritt verbleiben. Er führt dazu, daß im eingeschwungenen
Zustand die Frequenz des Oszillators um ihren Sollwert pendelt Die Häufigkeit der dann abwechselnd positiven
und negativen Korrekturschritte hängt ab von der Zeitkonstante der Regelung und beträgt im Mittel einen
Schritt ><i 2TSekunden. wenn Tdie Regelzeitkonstante
bedeutet.
Dem Pendeln der Frequenz entspricht auch ein Pendeln der Phase bzw. der Phasenlaufzeit zwischen der
Normalfrequenz fy und der Vergleichsfrequenz /«. Es
beträgt ca. 1 Periode der Vergleichsfrequenz. Schaltet man in den Betrag-Kanal des Phasendiskriminators
einen Frequenzteiler 6, dann erhöht sich die Zeitkonstante der Regelung um den Teilungsfaktor und die
Phasenschwankung entsprechnd. Ein derartiger Frequenzteiler 6 bietet die Möglichkeit, die Häufigkeit der
Korrekturschritte an die Frequenzinstabilität des Oszillators anzupassen, da man bestrebt sein wir, die
Kurzzeitfrequenzstabilität des Oszillators durch zu häufige Pendelschritte nicht unnötig zu verschlechtern.
Für die Nachsteuerung von Präzisionsoszillatoren liegt hierin eier Nachteil, daß die Zeitkonstante des
digitalen Regelkreises an die schlechtesten Oszillatoren der Serie angepaßt werden muß, und somit die besten
Oszillatoren häufiger geschaltet werden als notwendig. Wie später gezeigt wird, werden die Korrekturschriue
im digitalen Regelkreis mit einer bestimmten Häufigkeit auch zu einem Phasenschlupf führen, so daß der
Restfehler der Frequenz des nachgesteuerten Generators auch über lange Zeiträume nicht zu Null wird. Bei
der Nachsteuereinrichtung für die 12-MHz-Grundgeperatoren liegt dieser mittlere Frequenzfehler bei ca.
2 · 10~10, also etwa eine Größenordnung unter der
Schrittgröße.
Durch Weglassen des in diesen Regelkreis eingefügten Frequenzteilers 1 : 16 könnte der mittlere Frequenzfehler auf ca. 1,2 · 10"" reduziert werden. Allerdings
erhöht sich dann die mittlere Häufigkeit der (Pendel)· Schritte von 1 Schritt in 11 Stunden auf 1 Schritt in 0,7
Stunden.
Die hier geschilderten Nachteile des digitalen Regelkreises lassen sich vermeiden, wenn man zusatzlieh einen analogen Regelkreis einführt, dessen Ziehbereich etwa ± 1 Schritt des digitalen Regelkreises
entspricht. Durch den außerordentlich kleinen Ziehbereich des analogen Regelkreises ist die Verkopplung des
Grundgenerators 11 mit der zugeführten Normalfrequenz sehr gering. Die hohe Kurzzeit-Frequenzstabilität des Grundgenerators Il bleibt daher erhalten.
Der analoge Regelkreis ist in Fig. 1 ebenfalls eingezeichnet Die dreieckförmige Schwebungsspannung am Punkt β des Vorzeichen-Zweiges im digitalen jo
Phasendiskriminator 1 wird trapezförmig begrenzt und über einen ÄC-Tiefpaß 13 der Ausgangsspannung des
Digital-Analog-Wandlers 9 hinzuaddiert. Die analoge Regelgröße bewirkt, daß der im digitalen Regelkreis
verbleibende Restfehler bis auf Null ausgeregelt wird, js Bei Ausfall der Normalfrequenz nimmt die analoge
Regelspannung ihren Mittelwert ein. Der Frequenzfehler kann also maximal einen Stellschritt betragen.
Dieser Restfehler läßt sich in einfacher Weise verkleinern, wenn man die analoge Regelspannung bei
Ausfall der Normalfrequenz in einem Analogspeicher festhält Am einfachsten gelingt die Realisierung mit
einem Kondensatorspeicher. Die Anforderungen an diesen Speicher sind nicht hoch, da ein Fehler ja nur
bezogen auf den kleinen analogen Regelbereich, also bezogen auf zwei Stellschritte eingeht
Bei der Nachsteuereinrichtung für die 60-M Hz-Grundgeneratoren beträgt der analoge Regelbereich
maximal ± I0-». Im Versuch ließen sich Speicherverluste 0,5% pro Sf:nde unschwer realisieren. Das
entspricht einer Frequenzdrift von maximal 5 · 10- n
pro Stunde.
In Fig.2 ist der Verlauf der Schiebungen im
Phasendiskriminator und ihre relative Phasenlage dargestellt. Im Betrag-Kanal 2 des digitalen Phasendiskriminators 1 wird die dreieckförmige Schwebung A
gebildet im Vorzeichen-Kanal die um 90° verschobene Schwebung B. Auf der Abszisse ist die Schwebungsphase Φ = 2λ (fft—fajt aufgetragen. /«>
fnbedeutet daher in F i g. 2 ein Fortschreiten auf der Abszis?e von links nach
rechts, fn<fN ein Fortschreiten von rechts nach links.
Die Schwebungsspannung A steuert einen Schmitt-Trigger 5, der pro Schwebungsperiode einen Korrekturimpuls an den digitalen Zähler abgibt (^n=I). Ist //?>
/^, wird dieser Schmitt-Trigger 5 in den Schaltpunkten VJ
(i— ... -2,-1,0,1,2 ...) in die »Vorbereitungslage«
gekippt und in den zugehörigen Schaitpunkten 5, wieder in die »Ruhelage« zurückkehren und dabei jeweils einen
Korrekturimpuls in den Zähler einzählen. Ist //?</«,
dann erfolgt die Vorbereitung in den Punkten Kund das
Schaben in den Punkten S,.
Da die Punkte S1 jeweils mit negativen und die Punkte
S1 jeweils mit positiven Halbwellen der Schwebung B
zusammenfallen, kann diese benutzt werden, um den Zählvorgang jeweils »abwärts« oder »aufwärts« zu
steuern.
Ausgehend von einem bestimmten Anfangsfehler der Frequenz werden in einer Richtung so viele Schwebungsperioden durchlaufen, als Korrekturschritte erforderlich sind, um den Frequenzfehler auszuregeln.
Nehmen wir an, der letzte Korrekturschritt sein im Punkt So erfolgt und habe den vorher noch positiven
Restfehler der Frequenz überkompensiert, so daß nunmehr ein negativer Restfehler vorhanden sei. Die
Phaseder Schwebung wird dann von Punkt So über V0
nach So wandern. Der! erfolg: wieder eine Korrektür i.-positiver Richtung usw. Die Phase pendelt also zwischen
den Punkten 5b und So hin und her.
Die Pendelschritte werden so lange andauern, bis beispielsweise durch positive Frequenzdrift des Oszillators 11 der Frequenzfehler am Punkt So so groß
geworden ist, daß er gerade noch korrigiert werden kann. Der sehr geringe negative Frequenzfehler nach
der Korrektur wurd nun durch die anhaltende positive Drift der Dszillatorfrequenz kompensiert, noch bevor
der Schaltpunkt .So erreicht wird. Die Schwebungsrichtung kehrt um. _ _
Erfolgt die Richtungsumkehr im Bereich (V0, So), ist
der Schmitt-Trigger 5 bereits wieder in die Vorbereitungslage gekippt und im Punkt 5b erfolgt ein erneuter
Korrekturschritt. Erfolgt die Richtungsumkehr im Bereich (1ISb, VO) so kann der Schmitt-Trigger S erst
wieder im Punkt V\ in die Vorbereitungslage kippen und die Frequenzkorrektur kann erst im Punkt S\ geschehen.
Es tritt ein Schlupfverlust von einer Periode der Normalfrequenz auf. Ist in den Betrag-Kanal des
Phasendiskriminators ein Frequenzteiler I : η eingeschaltet, pendelt die Phase innerhalb η Perioden der
Schwebung und ein Phasenschlupf kann bis zu η Perioden betragen.
Der Zusammenhang zwischen der Phasendifferenz Δφ und der Phasenlaufzeitdifferenz Δτ von (r und fs
ergibt sich zu
_:
2-τ/λ,·
Um zu verhindern, daß Phasenjitter auf Jer
Normalfrequenz zur Auslösung falscher Korrekturschritte führt, muß zwischen den Schaltpotentialen V
und S eine Hysteresis vorgesehen werden. Man wird bestrebt sein, diese Hysteresis so groß wie möglich zu
machen, um maximale Störunterdrückung zu erreichen.
In F i g. 2 entspricht die Hysteresis einem Drittel der Schwebungsperiode, d. h. 120° (Abstand V0, S0 bzw. V0,
So). Phasenjitter der Normalfrequenz mit einem Hub kleiner ±60° kann daher den Abstand von Vorbereitungs- und Schaltpunkt nicht mehr überstreichen und
demnach auch nicht zu fälschlicher Auslösung von Korrekturschritten führen. Schnelles Phasenjitter wird
durch ein Tiefpaßfilter am Ausgang des Phasendiskriminators unterdrückt und kann auch über den Wert ±60°
hinausgehen, ohne den Nachsteuervorgang zu stören.
Aus der Schwebungsspannung B des Vorzeichenkanals gewinnt man durch Begrenzen die Regelspannung
C Die Begrenzung ist so eingestellt, daß der steile
Verlauf innerhalb der Vorbereitungspunkte (V* Vy liegt.
Es ist darauf zu achten, daß das Vorzeichen der Neigung dem stabilen Ast der analogen Regelkennlinie entspricht, ansonsten muß die Phase der Schwebung Cum
180° gedreht werden.
Am Pnde eines Einschwingvorganges der digitalen Regelung verursacht der letzte Korrekturschritl z. B. im
Punkt 5b eine Umkehr der Schwebungsrichtung, bei einem maximalen Restfehler der Frequenz von 1 Schritt.
Da der analoge Regelbereich zwei Korrekturschritte beträgt, wird der Oszillator im linearen Teil der
Schwebung C(Bereich Vo, V0) gefangen.
Durch Frequenzdrift des Oszillators wandert nunmehr der Arbeitspunkt bis zu einem Ejidpunkt des
analogen Regelbereiches (V3 bzw. Vo). Erst bei Forlbestehen der Frequenzdrift entsteht ein kleiner
Frequenzfehler, der die Phase bis zum Punkt S0 bzw. S0
driften läßt. Unter der Voraussetzung, daß die Kurzzeitstabilität des Oszillators und der Normalfrequenz bei einer Phasendrift von Vo nach Sa (bzw. Vonach
5ö) einen Frequenzfehler-^--<
1 Schritt garantiert, muß
der Korrekturschritt im Punkt S0 (bzw. S0) immer
ausreichen, die Phase in den Ziehbereich der analogen Regelung zurückzuführen. Phasenschlupf kann demnach nicht auftreten.
In Fig.3 ist das Einschwingverhalten einer rein
digitalen Nachsteuereinrichtung (strichlierte Kurve) und der nruen Nachsteuereinrichtung mit digitalem und
analogem Regelkreis (durchgezogene Kurve) dargestellt, -j- /" bezeichnet die auf die Schrittgröße
bezogene Frequenzablage, t/Tdie auf die Zeitkonstante
des digitalen Regelkreises bezogene Zeit. Als stetige Näherung ergibt sich jeweils ein exponentieller
Kürvcfivcfiäüi, der die Zciikonstante wie foigi definiert:
Digitale Regelung: T=-
Digital-Analoge-Regelung: T0 Λ = (I+,»)-^-
ro: Phasenlaufzeit pro Schwebungsperiode (333 us bei
Frequenzteiler im Betrag-Kanal),
«: Schrittgröße,
α: Bereich des linearen Astes der Schwebung im
analogen Phasendiskriminator, bezogen auf die
In der gewählten Darstellung wird die Sollfrequenz
zum Zeitpunkt Null erreicht Wenn man die Frequenzinstabilität des nachgesteuerten Generators außer Betracht läßt, wird ab diesem Zeitpunkt bei nur digitaler
Regelung die Frequenz um den Sollwert pendeln.
Beim kombinierten Regelkreis erfolgt nach dem Fangen des Oszillators etwa zum Zeitpunkt 1 die
vollständige Ausregelung des Frequenzfehlers. Obwohl
die Zeitkonstante des digital-analogen Regelkreises größer ist als die des rein digitalen, wird die Sollfrcquenz
schneller erreicht Dem Regelvorgang ist eine trapezförmige Schwebung überlagert, die auf das-Durchpumpen des analogen Regelkreises im nicht gefangenen
Zustand zurückzufahren ist
Die Eigenschaften des nachgesteuerten Grundgenerators lassen sich durch den Frequenz- und den
Phasenlaufzeitfehler in Abhängigkeit von der Meßzeit beschreiben. Die erreichbare Genauigkeit hängt ab von
der Frequenzstabilität der Normalfrequenz und des
In F i g. 4 iül: der Zusammenhang zwischen Frequenzinstabilität und Phasenlaufzeitfehler für den 60-MHz-
dargestellt. Die wannenförniige Kurve der relativen
Frequenzabweichung des Oszillators wird links durch einen mit der Meßzeit proportional fallenden Ast
begrenzt, der im wesentlichen auf additives weißes
Rauschen zurückzuführen ist. Der mittlere, etwa
horizontal verlaufende Teil ist vocwiegend auf multiplikatives Rauschen und Temperatureinflüsse zurückzuführen und der rechte, mit der Meßzeit proportional
steigende Asi: entspricht dem Alterungsverlauf. Aus der
Kurve für die Frequenzinstabilität gewinnt man die
Kurve für die Phasenlaufzeit durch Multiplikation mit der Meßzeit, entsprechend der Beziehung
Für einen Phasenvergleich bei 300 kHz beträgt die Phasenlaufzeii: zwischen den Endpunkten des linearen
Regelbereiches (V„ VJ und den Schaltpunkten (S, SJ
etwa ein Drittel der Schwebungsperiode, also 1,1 μς;
(siehe Fig.2|. Wenn also der Oszillator den linearen
Regelbereich verläßt, muß er bis zum Erreichen des nächstgelegenen Schaltpunktes 1,1 μβ Phasenlaufzeit
überwinden. Das ist nur möglich, wenn in dieser Zeit ein gewisser Frequenzfehler vorhanden ist. Aus dem
Diagramm nach Fig.4 ist zu ersehen, daß 1,1 μ5
Phasenlaufzeitdifferenz einem mittleren Frequenzfehler <10-'° entsprechen. Wählt man die Schrittgröße
it" 5 · 10-l0 (Punkt 5Jl so hat man genügend Sicherheit, daß spontane Frequenzdrift des Oszillators ohne
Schlupf korrigiert wird. Geht man mit der Schrittgröße unter die durch die af/f-Kxirve bestimmte Grenze, so
muß mit Schlti pf gerechnet werden.
Die untere Grenze für den Phasenlaufzeitfehler zwischen Frequenzvergleichspilot (fN) und Oszillator
frequenz ist durch das Jitter des Frequenzvergleichspi-
lots (0T-Pilot) bestimmt. Es muß kleiner sein, als der
Abstand zwischen V; 5, bzw. Vh 3» im vorgenannten Fall
also kleiner als 1,1 μβ, damit es nicht zur störenden
Auslösung von Regelschriiten führt.
Im Netz der DBP ist z. B. das maximale Phasenlaufzeitjitter durch Wahltonstörungen am Frequenzverglcichspilot 60 kHz bedingt. Es kann nach Pflichtenheft
maximal 0,6 us Spitze—Spitze betragen. Diese Phasenlaufzeitschwankung ist als zlr-Pilot in F i g. 4 ebenfalls
so eingetragen und bestimmt die schraffierte Grenze a für
den Arbeitspunkt 5 der Regelung. Sie entspricht der Dimensionierung mit minimaler Phasenlaufzeitdifferenz
zwischen Oszillator und Frequenzvergleichspilot bzw. kürzester Regelzeitkonstante.
Die untere, schraffierte Grenze b bestimmt die kleinstmögliche Schrittgröße und der rechte, ansteigende Ast c die maximal zulässige Zeitkonstante,
entsprechend der größtmöglichen Unterdrückung von Kurzzeitstörungen des Frequenzvergleichspilotes.
Um möglichst hohe Kurzzeitfrequenzstabilität im Weitverkehrsirietz zu verwirklichen, ist anzustreben, die
Normalfrequenz möglichst nicht mehr mit dem Frequenzvergleichspilot 6OkHz, sondern mit den
Piloten 30OkHz (12-MHz-System) bzw. 420OkHz
(60-MHz-System) zu übertragen. Dadurch wird sich der der Sicherheitsabstand zur linken Grenze a des
zulässigen Aribeitspunktbereiches der Regelung entsprechend vergrößern.
Claims (8)
1. Verfahren zur phasengenauen Synchronisation von Grundgeneratoren in trägerfrequenten Nachrichtenübertragungssystemen
auf eine in Weitverkehrsnetzen übertragene Normalfrequenz mittels digitaler phasengenauer Frequenznachstellung zur
Grobeinstellung und mit einer analogen Frequenznachstellung zur Feineinstellung, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Grobeinstellung eine digitale Phasenregelschleife gebildet wird, die pro
Schwebungsperiode zwischen Normalfrequenz und Referenzfrequenz des mitzuziehenden Oszillators
nur einen digitalen Stellschritt zur Frequenzkorrektur abgibt und daß zusätzlich eine analoge Phasenregeischleife
vorgesehen ist deren Ziehbereich etwa dem doppelten Regelschritt des digitalen Regelkreises
entspricht und daß die Mitte des analogen Regelbereichs in der Mitte zwischen den beiden, einer
Schwebungsperiode zugehörigen Ansprechpunkten des digitalen Regelkreises liegt und daß bei Oberschreiten
des analogen Regelbereichs ein weiterer Regelschritt durch den digitalen Regelkreis ausgelöst
wird, der ein Zurückkehren der Phase der Referenzfrequenz des mitzuziehenden Oszillators etwa
in die Mitte des Stellbereichs der analogen Phasenregelung bewirkt und daß die so gebildete Regelgröße
gespeichert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur digitalen Speicherung
eine Speicherung der analogen Regelgröße vorgesehen ist, die den iVfittelwert der analogen Regelgröße
innerhalb eines vorgesehenen Zeitraumes vor Ausfall der Normalfrequenz speichert.
3. Frequenznachsteuereini ichti; g zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Normalfrequenz /)v beiden Kanälen (2,3) eines zweikanaligen
Phasendiskriminators (1) direkt und die vom nachzuziehenden Oszillator abgeleitete Vergleichsfrequenz
(r dem einen Kanal (2) des Phasendiskriminators (1) ebenfalls direkt und dem anderen
Ksnal (3) um 90° phasenverschoben zugeführt ist, daß die Ausgänge der beiden Kanäle (2, 3) des Phasendiskriminators
(1) über Schwellwertdetektoren (5, 7) an einen Vor-Rückwärts-Zähler (8) geführt
sind, daß der Zähler (8) ausgangsseitig über einen Digital-Analogwandler (9) und eine Addierstufe (10)
auf eine Zieheinrichtung des Oszillators (11) einwirkt, daß am Ausgang des anderen Kanals (3) des
Phasendiskriminators ein Spannungsbegrenzer (12) liegt, der ausgangsseitig über einen Tiefpaß (13) mit
der Addierstufe verbunden ist.
4. Frequenznachsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertdetektoren
(5,7) Schmitt-Trigger sind.
5. Frequenznachsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Schwellwertdetektor (5) in dem einen Kanal (2) des digitalen Phasendiskriminators (1) ein Frequenzteiler
(6) nachgeschaltet ist. &o
6. Frequenznachsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Tiefpaß (13) ein /?C-Tiefpaß ist, der als Kondensatorspeicher ausgebildet ist.
7. Frequenznachsteuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Normalfrequenz
der Kondensatorspeicher vom analogen Regelteil abgetrennt ist.
8. Frequenznachsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelkennlinie des analogen Regelteils trapezförmig ist
Priority Applications (11)
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|---|---|---|---|
| DE19762636150 DE2636150C2 (de) | 1976-08-11 | 1976-08-11 | Verfahren und Anordnung zur phasengenauen Synchronisation von Grundgeneratoren |
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