DE2751021A1

DE2751021A1 - Anordnung zum synchronisieren von oszillatorsignalen

Info

Publication number: DE2751021A1
Application number: DE19772751021
Authority: DE
Inventors: Felix Aschwanden
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-11-15
Publication date: 1978-05-24
Also published as: IT1087050B; US4092672A; JPS5362450A; NL7712506A; FR2371090A1; DE2751021B2; FR2371090B1; JPS5915219B2; DE2751021C3; CA1088636A

Description

Brit.Ser.No: 4-754-6-76

Piled: November 15, 1976 «_ SerNo: 776711 Ef

U.S. Ser.No.: 776,711 nEf 57L ΐ

977 ?1 £ ?**

Filed: March 11, 1977 «?1 £ ?** ⁸J⁰*,

¹ , DIpI.-Ing. Wolfgang Heueier

3 8 München 86, Postfach 860668

RCA Corporation
New York, N.Y., V.St.v.A.

Anordnung zum Synchronisieren von Oszillatorsignalen

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Synchronisieren von Oszillatoren, und zwar insbesondere mit Hilfe eines Bezugssignals, dessen Frequenz sich wesentlich von der Betriebsfrequenz des Oszillators unterscheidet.

Es gibt zahlreiche Anlagen mit sogenanntem Haupt- oder Steueroszillator, von dessen Ausgangsfrequenz mehrere Sekundärfrequenzen abgeleitet werden. Ein Beispiel hierfür sind Pernsehsysterne, worin ein auf relativ hoher Frequenz schwingender Hauptoszillator mit Frequenzteilern gekoppelt ist, um die Horizontal- oder Zeilensynchronsignale und die Vertikal- oder Bildsynchronsignale zu erzeugen, die alle in Frequenz und Phase mit dem Hauptoszillator synchronisiert sind. Solche Hauptoszillatoren zur Bereitstellung eines Bezugssignals sind gewöhnlich thermostatstabilisiert oder temperaturkompensiert und arbeiten dann mit optimaler Genauigkeit auf einer diskreten Frequenz mit einem begrenzten Justierbereich in der Größenordnung von + 5ppm (Teile je Million).

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In der Praxis können ein oder mehrere flauptoszillatoren über einen Synchronisierungsmechanismus innerhalb eines Systems kombiniert sein, wozu die Oszillatoren in Phase und Freouenz miteinander synchronisiert werden müssen. Diese Arbeitsweise bezeichnet man als "Genlock"-Betrieb (von engl.: "generator locking"). Bei Genlock-Betrieb nimmt nan ein externes Signal, im allgemeinen ein Signal mit niedriger Frequenz wie z.B. die Horizontalfrequenz in einem Fernsehsystem, das von einem die Rolle des System-Bezugsgebers spielenden Hauptoszillator abgeleitet wird, um die anderen Hauptoszillatoren mit dem System-Bezugsgeber zu synchronisieren. Ein Phasendetektor in der Regelschleife Jedes Hauptoszillators vergleicht die vom betreffenden Hauptoszillator abgeleitete entsprechende Sekundärfrequenz, z.B. das horizontalfreauente Signal, mit dem horizontalfreauenten externen System-Bezugssignal. Eine Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen des Phasendetektors bringt diesen Detektor zur Abgabe eines Fehlersignals, das auf einen Steuereingang des lokalen Hauptoszillators gekoppelt wird, um dessen Ausgangssignal in Phase mit dem externen Bezugssignal zu bringen, so daß der lokale Hauptoszillator mit dem System synchronisiert wird. Falls die Phasendifferenz zwischen der lokalen und der System-Bezugsfrequenz relativ groß ist, kann unter Umständen eine beträchtliche Zeit vergehen (z.B. bis zu 60 Sekunden), bevor alle Sekundärfrequenzen synchronisiert sind. Dieser Zeitverzug ist dadurch bedingt, daß die Ausgangsfrequenz des Hauptoszillators in relativ hohem Maße heruntergeteilt werden muß, um die niedrigere Sekundärfreauenz zu erzeugen, und daß der Stellbereich des Hauptoszillators normalerweise begrenzt ist.

Bekannte Maßnahmen zur Verkürzung der für die Synchronisierung eines lokalen Hauptoszillators benötigten Zeit erfordern im allgemeinen die Verwendung von zwei oder mehr externen Bezugssignalen. So wird z.B. in einem bekannten System ein erstes Bezugssignal mit einer bei oder nahe der Ausgangsfrequenz des lokalen Hauptoszillators liegenden Frequenz dazu verwendet, den lokalen Hauptoszillator zu korrigieren, während ein zweites Be-

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zugssignal einer niedrigeren Sekundärfrequenz dazu herangezogen wird, die für die Ableitung der niedrigeren Sekundärfrequenz dienende Frequenzteilerschaltung zurückzustellen. Der beträchtliche Frequenzunterschied zwischen den beiden (oder mehreren) externen Bezug3signalen kann jedoch zu einer wesentlichen Zeit- und FhasenverSetzung des Ausgangssignals der niedrigeren Sekundärfrequenz führen, je nachdem, welchen Zählerstand die Freauenzteilerschaltung zum Zeitpunkt der versuchten Rücksetzung hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Anordnung vorgesehen, die mittels eines einzigen externen Bezugssignals eine Oszillatorschaltung synchronisieren kann, welche zwei oder mehr Ausgangssignale mit wesentlich unterschiedlicher Frequenz liefert. Die erfindungsgemäße Anordnung erhält eine ein erstes Ausgangssignal erzeugende Oszillatorschaltung, an die eine Freauenzteilerschaltung angeschlossen ist, um von diesem ersten Ausgangssignal ein zweites Ausgangssignal abzuleiten. Ein Phasendetektor empfängt das zweite Ausgangssignal und ein im wesentlichen mit der gleichen Frequenz wie dieses Signal schwingendes externes Bezugssignal und entwickelt daraus ein Phasensteuersignal, welches die Phasendifferenz zwischen dem zweiten Ausn;angssignal und dem externen Bezugssignal anzeigt. Eine Kopplungseinrichtung führt das Phasensteuersignal dem Oszillator zu, um das zweite Ausgangssignal phasengleich mit dem externen Bezugssignal zu machen. Eine mit der Frequenzteilerschaltung gekoppelte erste Steuereinrichtung spricht auf das externe Bezugssignal an, um die Teilerschaltung beim Anlegen des externen Bezugssignals an die Oszillatorschaltung zurückzusetzen. Eine mit der Teilerschaltung gekoppelte zweite Steuereinrichtung sorgt dafür, daß die Teilerschaltung aktiviert wird, sobald das erste Ausgangssignal von der Teilerschaltung nach dem Anlegen des externen Bezugssignals erscheint.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt in Blockform eine erfindungsgernäße Schaltungsanordnung für einen Hauptoszillator;

Figuren 2a bis 2f

zeigen Wellenformen zur Veranschaulichung des Betriebs der Anordnung nach Fig. 1.

In der Anordnung nach Fig. 1 ist ein spannungsgesteuerter Hauptoszillator (spannungsgesteuerter Kristalloszillator) 10 vorgesehen, der unter Steuerung durch eine zwischen einem Potential V und einem Bezugspotential (Masse) eingerichtete Vorspannung 8 auf einer diskreten Frequenz schwingt. Der Ausgang des Hauptoszillators ist mit einer Ausgangsklemme (Oszillatorausgang)und mit dem Eingang einer Teilerschaltung 12 verbunden. Die Teilerschaltung 12 ist in an sich bekannter Weise ausgelegt, um die Ausgangsfrequenz des Hauptoszillators 10 durch eine gewünschte Zahl η zu teilen, die von der für den Hauptoszillator 10 gewählten diskreten Frequenz und der gewünschten niedrigeren Sekundärfrequenz abhängt. In einem typischen Ausführungsbeispiel, das für die SECAM-Fernsehnorm ausgelegt ist, schwingt der Hauptoszillator 10 auf einer Frequenz von 4406250 Hz, wobei η gleich 282 und die niedrige Sekundärfrequenz gleich 15625 Hz (die gewünschte Horizontal- oder Zeilenfreouenz) ist. Der Ausgang der Teilerschaltung 12 ist mit dem einen Eingang eines Phasendetektors 14 gekoppelt und außerdem über einen Schalter So mit einer Ausgangsklemme 30 verbunden, wo das Ausgangssignal der Teilerschaltung als lokaler Horizontal-Zeitbezug (Wellenform 2f) entnommen werden kann. In der Genlock-Betriebsart wird ein Genlock-Steuersignal auf einen Eingang 31 eines UND-Gliedes 22 gekoppelt. V/enn das externe Horizontalsignal, auf das die Synchronisierung erfolgen soll, auf die Klemme 33 gegeben wird, dann wird ein dazu in Relation stehendes Steuersignal auf die andere Eingangsklemme 52 des UND-Gliedes 22 gekoppelt. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 22 in Form eines Pegelsprungs (bei t^, in der Wellenform 2a) ist ein Umschalt-Steuersignal, das die (lediglich schematisch dargestellten) Schalter S^. und Sp in die Position EXT

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bringt und außerdem einen monostabilen Multivibrator 20 triggert (t^ in der Wellenform 2b). Das Ausgangssignal des Multivibrators 20 wird auf den Setzeingang eines Setz/Rücksetz-Flipflops 18 gekoppelt. Das Signal vom Q-Ausgang des Flipflops 18 (t^-t,- in Fig. 2c) wird auf den Rücksetzeingang der Teilerschaltung 12 gegeben, um die Teilerschaltung auf einen Zählerstand 0 zurückzustellen und damit die Erzeugung des Horizontal-Zeitbezugssignals von der Teilerschaltung 12 zu unterbrechen (t^-t,- in der Wellenform 2d).

Das an der Klemme 33 zugeführte externe Synchronbezugssignal (Wellenform 2f) wird auf den anderen Eingang des Phasendetektors 14 gegeben und außerdem über den Schalter S~ an die Klemme 30 geliefert. Wie oben beschrieben erzeugt der Phasendetektor 14 ein Steuersignal, das die Phasendifferenz zwischen dem intern erzeugten Signal (d.h. dem Ausgangssignal der Teilerschaltung 12) und dem von außen zugeführten externen Bezugssignal anzeigt. Da jedoch der Steuereingang des Hauptoszillators 10 jetzt mittels des Schalters S^. über ein Tiefpaßfilter 16 mit dem Ausgang des Phasendetektors 14 in Verbindung steht und die Teilerschaltung durch das ihrem Rücksetzeingang vom Ausgang des Flipflops 18 zugeführte Steuersignal auf dem Zählwert 0 gehalten wird, empfängt der eine Eingang des Phasendetektors den Wert 0, und die Folge ist eine Undefinierte Steuerspannung am Steuereingang des Hauptoszillators. Mit dem Auftreten des unmittelbar nächsten externen Ilorizontal-Zeitimpulses (te in Fig. 2e)_t der an der Ausgangsklemme 30 erscheint, wird das Flipflop 18 zurückgesetzt, worauf sein Q-Ausgang niedrig wird (t,- in Fig. 2c) und die Teiler schaltung wiederum äctiviert wird· Wenn die Teilerschaltung ihren vorgegebenen Zählerstand erreicht hat, gibt sie ihren Ausgangsimpuls ab (tn in Fig. 2d), der dem offenen Eingang des Phasendetektors 14 zugeführt wird· Da das Maß der Frequenzänderung des Hauptoszillators 10 nur gering ist, liegt dieser erste Ausgangsimpuls zeitlich ziemlich dicht an der Kette der externen Horizontal-Zeitimpulse, die den Zählbetrieb in der Teilerschaltung 12 ausgelöst hat. Der Phasendetektor 14 empfängt als die beiden zu vergleichen-

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den Signale nun einen externen Impuls (tg in Fig. 2e) und einen Ausgangsimpuls der Teilerschaltung (tr, in Fig. 2d). Die Lage des Teiler-Ausgangsimpulses beim Zeitpunkt tn in der Wellenform 2d zeigt an, daß der Hauptoszillator 10 während des Fehlens eines vom Fhasendetektor 14 kommenden Steuersignals zu langsam gelaufen ist. Der Phasendetektor 14- bildet aus seinen beiden eben genannten Eingangssignalen ein Steuersignal für den Steuereingang des Hauptoszillators 10, das den Oszillator 10 beschleunigt. Der unmittelbar nächste Ausgangsimpuls von der Teilerschaltung 12 (to in Fig. 2d) erscheint im dargestellten Fall zu früh, aber wiederum sehr dicht am richtigen externen Horizontal-Zeitimpuls (tq in Fig. 2e). Der Phasendetektor macht wiederum den Phasenvergleich, und der nächste externe Horizontal-Zeitimpuls zum Zeitpunkt t._Q in Fig. 2e zeigt, daß Teiler-Ausgangssignal (Wellenform 2d) zum Zeitpunkt t.„ und das an der Klemme 30 erscheinende Ausgangssignal (Wellenform 2f) zum Zeitpunkt t^Q alle synchron sind. Die benötigte Zeit für die volle Synchronisierung des Ausgangssignals des Hauptoszillators und des Signals der sekundären Frequenz hat also nur so kurz wie 2 bis 3 Zählzyklen der Teilerschaltung 12 gedauert, d.h. die zur Phasensynchronisierung erforderliche Zeit ist auf ein Minimum reduziert worden, und die durch die sehr unterschiedlichen Frequenzen angesteuerten externen Schaltungen haben kaum oder keinerlei Störung erfahren.

Die Erfindung wurde vorstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das sich auf die Synchronisierung der Horizontalfrequenz mit einem an der Klemme 33 zugeführten externen Horizontalsignal bezieht. Das erfindungsgemäße System ist jedoch in der Lage, die Ausgangssignale des Oszillators 10 und die an der Klemme 30 erhaltenen Ausgangssignale mit jedem beliebigen extern zugeführten Signal zu synchronisieren. So kann das beschriebene Prinzip zum Beispiel auch mit Vorteil angewandt werden, um Ausgangssignale, die der Horizontalfrequenz und der Vertikalfrequenz entsprechen, mit einem extern zugeführten vertikalfrequenten Signal zu synchronisieren.

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Claims

Patentansprüche

Λ.j Anordnung zum Synchronisieren einer Oszillatorschaltung, die zwei oder mehr Ausgangssignale mit sich wesentlich unterscheidenden Freouenzen liefert, auf ein einziges externes Bezugssignal, gekennzeichnet durch: einen Oszillator (10) zur Erzeugung eines ersten Ausgangssi prnals;

eine mit dem Oszillator gekoppelte Teilerschaltung (12), die von diesem ersten Ausgangssignal ein zweites Ausgangssignal ableitet;

eine Quelle für ein externes Bezugssignal (33)» das im wesentlichen die gleiche Frequenz wie das zweite Ausgangssignal hat;

einen auf das zweite Ausgangssignal und das externe Bezugssignal ansprechenden Phasendetektor (14-) zur Gewinnung eines Phasensteuersignals, das die Phasendifferenz zwischen dem zweiten Ausgangssignal und dem externen Bezugssignal anzeigt;

eine Kopplungseinrichtung (16), die das Phasensteuersignal in solchem Sinne auf den Oszillator koppelt, daß das zweite Ausgangssignal in Phasengleichheit mit dem externen Bezugssignal gebracht wird;

eine mit der Teilerschaltung gekoppelte Steuereinrichtung (18, 20), die auf ein Synchronisiersteuersignal anspricht, um die Teilerschaltung beim Anlegen des Synchronisiersteuersignals an die Steuereinrichtung zurückzusetzen, und die auf das nach dem Anlegen des Synchronisiersteuersignals als erstes erscheinende externe Bezugssignal anspricht, um die Teilerschaltung zu aktivieren.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einem monostabilen Multivibrator (20)

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ORfGMNAL INSPECTED

und einem Setz/Rücksetz-Flipflop (18) besteht.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Oszillator (10) die horizontalfrequenten und die vertikalfreouenten Signale für ein Fernsehsystem erzeugt und daß das erste /Vusgangssignal eine dem horizontelfreouentcn oignal entsprechende Frenuenz hat und daß das zweite Ausgangssignal eine dem vertikal!renuenten oignal entsprechende Freemen ζ hat.

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