DE2723766C2 - Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines phasengeregelten insbesondere oberwellensynchronisierten Oszillators - Google Patents

Description

Schaltungen zur digitalen Frequenzeinstellung von phasengeregelten Oszillatoren laut Oberbegriff des Hauptanspruches sind bekannt. Hierbei wird beispielsweise ein Frequenzzähler dazu verwendet, um die Zählzeit zu ermitteln, die zum Auszählen einer einstellbaren Sollschwingungszahl notwendig ist und aus der Abweichung dieser Zählzeit von einer vorgegebenen Sollzählzeit, die erforderlich wäre, wenn der Oszillator die richtige Frequenz abgeben würde, wird schließlich eine analoge Regelspannung abgeleitet, die zur Nachstimmung des Oszillators -verwendet wird (z. B. DTPS 11 59 043, NTZ 1971, Heft 10, S. 545-550). Es ist auch bekannt, den Frequenzzähler zum Zählen der Oszillatorschwingungen lediglich für eine vorgegebene Torzeit freizugeben und das erreichte Zählergebnis (Istwert) mit einem eingegebenen Schwingungszahl-Sollwert zu vergleichen, der bei richtiger Abstimmung des Oszillators der erwähnten vorgegebenen Torzeit zugeordnet wäre. Aus der Differenz zwischen Ist- und Sollwert wird hierbei mittels eines Vor-Rückwärtszählers eine digitale Größe abgeleitet, die in einem Digital-Analog-Wandler in eine entsprechende Regelspannung zum Nachstimmen des Oszillators umgesetzt wird (z.B. DT-OS 2163 971). Diesen bekannten Schaltungen ist der Nachteil gemeinsam, daß der Oszillator nicht frequenzmodulierbar ist, denn die Frequenzmodulalation würde zu einer unerwünschten Verstimmung des Oszillators gegenüber dem vorgegebenen Sollwert führen.

Eine Frequenzmodulation ist bisher nur bei einfachen phasengeregelten Oszillatoren bekannt, bei denen über eine Phasenregelschleife auf Gleichheit zwischen einer konstanten Referenzfrequenz und der Ausgangsfrequenz des Oszillators oder auf ein konstantes Verhältnis zwischen diesen Frequenzen geregelt wird (Brown Boveri Mitteilungen, August 1946, S. 193-197). Die Frequenzmodulation erfolgt hierbei entweder mittelbar über die Phasenregelschleife oder unmittelbar über den Oszillator. Dabei müssen in der Regelschleife zusätzliche Kompensationsmaßnahmen vorgesehen werden, damit die Referenzfrequenz unmoduliert bleibt und die Frequenzmodulation in der Ausgangsfrequenz des ' Oszillators nicht wieder ausgeregelt wird (DE-AS ?3 48 650, DE-OS 2148 885, DE-OS 2133 090 und US-PS 26 62 214). Nach diesem bekannten Prinzip könnte zwar auch ein digital in der Frequenz einstellbarer phasengeregeiter Oszillator der eingangs

ίο erwähnten Art frequenzmoduliert werden, damit würde jedoch noch keine Kompensation der Frequenzmodulation in dem eigentlichen Frequenzeinstellkreis mit dem dort angeordneten Frequenzzähler erreicht werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung aufzuzeigen, mit der auch ein digital in der Frequenz einstellbarer phasengeregelter Oszillator der eingangs erwähnten Art frequenzmodulierbar ist

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Nach der Erfindung erfolgt eine Kompensation der Frequenzmodulation unmittelbar im Frequenzeinstellkreis d°s digital einstellbaren phasengeregelten Oszillators, indem bei der Bestimmung der Sollschwingzahl bzw. der Sollzeit die jeweilige momentane Modulationsfrequenz berücksichtigt wird und so der Einfluß der Frequenzmodulation auf die Istschwingungszahl bzw. Istzählzeit automatisch kompensiert wird. Die Fre-

^J0 quei.zmodulation des Istwertes kann sich also nicht auf die vom Zähler abgeleitete Regelspannung auswirken und der Oszillator wird immer exakt auf den vorgegebenen digitalen Frequenzwert geregelt. Eine erfindungsgemäße Schaltung ist insbesondere für

^r> Hochfrequenzgeneratoren geeignet, die auf ausgewählte Oberwellen der zugeführten Referenzfrequenz synchronisiert werden, bei denen also die Oberwelle digital vorbestimmt wird. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß eine eventuelle Frequenzmodu-

⁴⁽¹ !ation dann ohne Einfluss auf die Regelung bleibt, wenn der übsr den Zähler bestimmte Quotient aus momentaner Istschwingungszahl und Sollschwingungszahl bzw. Istzeit und Sollzeit konstant bleibt. Wenn sich daher beispielsweise die Oszillatorfrequenz infolge der Frequenzmodulation momentan um 1% erhöht, so braucht nur gleichzeitig auch die Sollfrequenz um 1% erhöht zu werden um diesen Quotienten konstant zu halten. Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich nach dem Unteranspruch für solche phasengeregelten Oszillatoren, bei denen in bekannter Weise entweder die Referenzfrequenz oder eine zusätzlich zugemischte Hilfsfrequenz frequenzmoduliert ist, da dann diese Frequenz unmittelbar zur Erzeugung der Sollschwingungszahl bzw. der Sollzeit benutzt werden kann. Bei einem auf Oberwellen synchronisierten Oszillator vervielfacht sich zwar nicht nur diese eingangsseitig angebotene Referenzfrequenz sondern auch deren Frequenzhub, wegen der Quotientenbildung kann jedoch auch in diesem Fall unmittelbar die frequenzmodulierte Referenzfrequenz zum Sollwert-Istwert-Vergleich herangezogen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

^M Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines üblichen oberwellensynchronisierten Oszillators 1, der digital auf einen vorbestimmten Frequenzwert einstellbar ist. Der Oszillator 1 liegt in einer üblichen Phasenregelschleife

mit einer Phasenvergleichsschaltung 2 und einem zwischengeschalteten Tiefpaß 3. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dieser Oszillator 1 über seine Regelschleife frequenzmoduliert, d.h. die über einen Verzerrer 4 zugeführte und damit spektral zerlegte Referenzfrequenz ist frequenzmoduliert Der Oszillator könnte natürlich auch in anderer bekannter Weise frequenzmoduliert sein, beispielsweise durch unmittelbare Frequenzmodulation des Oszillators und eine in seiner Regelschleife angeordnete zusätzliche Mischstufe, über welche zur modulierten Oszillatorfrequenz tine entsprechend entgegengesetzte frequenzmodulierte Hilfsspaniiung in die Regelspannung eingemischt wird, so daß in diesem Fall die eigentliche Referenzfrequenz unmoduliert bleibt. Die digitale Frequenzeinstellung des Oszillators 1 erfolgt nach einer der eingangs erwähnten bekannten Methoden über einen Frequenzzähler 5, mit welchem die Istschwingungszahl bzw. die Istzählzeit (Periodendauer) der Oszillatorausgangsschwingung bestimmt wird. Dieser Istwert wird in einem Mikroprozessor 6 mit einem Sollwert gleicher Art (Sollschwingungszahl bzw. Sollzählzeit oder Sollperiodendauer) verglichen und durch diesen Mikroprozessor wird eine der Differenz zwischen Istwert und Sollwert entsprechende digitale Größe gewonnen, die in einem anschließenden Digital-Ananlog-Wandler 7 in eine Regelspannung umgesetzt wird, mit welcher der Oszillator 1 schließlich nachgeregelt wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel arbeit« der Zähler nach der zweiterwähnten bekannten Einstellmethode, d. h. die Oszillatorschwingungen werden in einer durch die Referenzfrequenz f_r vorgegebenen Zeit im Zähler 5 gezähJt und das erreichte Zählergebnis (Istwert) wird mit dem in den Mikroprozessor 6 eingegebenen Schwiiigungszahl-Sollwert fsoih der bei richtiger Abstimmung des Oszillators dieser vorgegebenen Zählzeit zuzuordnen wäre, verglichen. Gemäß der Erfindung wird diese vorgegebene Meßzeit von der frequenzmodulierten Reierenzfrequenz f_r abgeleitet und es ist damit unmittelbar im

ίο Sollwert gleichzeitig auch die momentane Frequenzverschiebung hervorgerufen durch die Frequenzmodulation berücksichtigt Der im Zähler 5 gebildete Quotient aus momentanem Istwert und momentanem Sollwert ist deshalb unabhängig von der jeweiligen Modulationsfrequenz konstant und der Oszillator 1 wird immer exakt auf die digital vorgegebene Sollfrequenz geregelt. Diese Art der Berücksichtigung der Frequenzmodulation beim Sollwert ist die einfachste, die Erfindung kann in gleicher Weise jedoch auch bei allen anderen oben erwähnten bekannten phasengeregelten Oszillatoren angewendet werden, die entweder in der Phasenregelschleife oder unmittelbar im Oszillator frequenzmoduliert sind. Es ist lediglich erforderlich, die jeweilige momentane Modulationsfrequenz, die im Ausgangssig-

-"' nal eine entsprechende Frequenzverschiebung bedeutet, in entsprechender Weise dem jeweiligen Sollwert so zuzusetzen, daß der Quotient aus Istwert und Sollwert konstant bleibt. Hierfür gibt es die verschiedenartigsten bekannten Maßnahmen zum Zusammensetzen zweier

i» Regelgrößen.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Schaltung zur digitalen Frequenzeinstellung eines phasengeregelten insbesondere oberwellensynchronisierten Oszillators mit einem über eine Referenzfrequenz gesteuerten und die Oszillatorschwingungen zählenden Frequenzzähler, durch den eine Ist-Schwingungszahl oder eine Ist-Zählzeit gewonnen wird, und mit einer Vergleichsschaltung, in welcher dieser Istwert mit einem entsprechenden Sollwert verglichen wird und in welcher eine dem Quotienten aus Istwert und Sollwert entsprechende Regelspannung für den Oszillator gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß für Oszillatoren mit frequenzmodulierten Ausgangsschwingungen der Frequenzzähler (5) durch eine entsprechend frequenzmodulierte Referenzfrequenz (f_r) gesteuert ist, so daß der Quotient aus momentane™ Ist- und Sollwert konstant bleibt

2. Schaltung nach Anspruch 1 für einen phasengeregelten Oszillator, der über seine Phasenregelschleife mittels einer frequenzmodulierten Referenzfrequenz frequenzmoduliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzzähler (5) zur digitalen Frequenzeinstellung ebenfalls von dieser frequenzmodulierten Referenzfrequenz (f_r) gesteuert ist