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Verfahren und Schaltungsancrdnunz zum Erkennen
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von diskreten Frequenzen
Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Erkennen von diskreten Frequenzen in einem Eingangssignal, sowie weiterhin
ein Verfahren zum Erkennen von diskreten Frequenzen in einem Eingangssignal unter
Verwendung einer phasensynchronisierten Regelschleife. Die vorliegende Erfindung
betrifft weiterhin Schaltungsanordnungen zur Durchführung derartiger Verfahren.
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Es ist bereits bekannt, phasensynchronisierte Regelschleifen, abgekürzt
als PLL-Schaltungen bezeichnet, zur Erkennung von bestimmten, diskreten Frequenzen
in einem Signal heranzuziehen. Aus der auf denselben Erfinder wie die vorliegende
Erfindung zurückgehenden DE-OS 24 13 603 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
bekannt, bei der zum Erkennen von diskreten Frequenzen in einem Signal statt des
üblicherweise verwendeten Tiefpasses und des spannungsgesteuerten Oszlllators ein
im Tcllcrverhältnis spannungsgesteuert variierbarer Frequenzteiler verwendet wird.
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Verfahren und Schaltungsanordnungen der genannten Art werden beispielsweise
auf dem gebiet des Verkehi--sfunks zur Erkennung der Bereichsfrequenz in einem Eingangssignal
herangezogen.
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Die Steuerung des phasengesteuerten Oszillators oder die Programmierung
des variierbaren bzw. programmierbaren Frequenzteilers kann zur Bereichswahl vom
Bedienungsteil aus erfolgen, so daß die Schaltungsanoldnung dann in dei üblichen
Weise ~m83 de PLL-S';stem prüft, oh ein Sianal mit der aewSblirpn Bereichsfrequenz
im Eingangssignal enthalten ist.
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Zur Einstellung der zu erkennenden Bereichsfrequenz muß ein Bereichswahlschalter
vom Bedienungsteil aus betätigt werden, so daß ein manueller Eingriff erforderlich
ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren
und
Schaltungsanordnungen anzugeben bzw. zu schaffen, bei denen die Bereichsumschaltung
ohne Bereichswahlschalter möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene
Verfahren gelöst. Es wird zunächst eine Periodendauermessung durchgeführt. Mit der
ermittelten Periodendauermessung wird dann der spannungsgesteuerte Schaltungsteil
ezw. die Programmierung des programmierbaren r-requenzteilers in der PLL-Schaltung
gesteuert. Wenn dieses Verfahren zur Erkennung von Bereichs frequenzen auf dem Gebiet
des Verkehrsfunks verwendet wird, sind der PLL-Schaltung in der üblichen Weise ein
Phasenvergleicher, eine Integrierstufe und ein Schwellwertschal'er nachgeschaltet.
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Als spannungsgesteuerter Schaltungsteil kann ein spannungsgesteuerter
Oszillator oder ein im Teilerverhältnis spannungsaeseellerter variierbarer Frequenzteiler
verwendet werden.
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Verzugsweise wird die Zeit zwischen jeweils gleichen Signalflanken
zur Ermittlung der Periodendauer herangezogen. Um ein richtiges Ergebnis der Periodendauermessung
noch schneller, beispielsweise innerhalb von 1 bis 1,5 Perioden bei nicht gestörtem
Eingangssignal zu erhalten, werden die Signalflanken bzw. die Zwischenräume zwischen
de Schwingungsrichtungen ausgewertet.
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Eine Änderung der Programmierung bzw. der Ansteuerung des spannungsgesteuerten
Oszillators bzw. des programmierbaren Frequenzteilers kann vorteilhafterweise bei
Annäherung der Integratorinformation an die Schaltschwelle davon abhängig gemacht
werden, daß mehrere Male hintereinander, beispielsweise mindestens dreimal, die
gleiche Periodendauer vorliegt.
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Auf diese Weise ist eine noch sicherere Erkennung der Frequenz möglich.
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Eine sehr vorteilhafte Lösung der gestellten Aufgabe ist weiterhin
mit dem in Anspruch 6 angegebenen Verfahren möglich.
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Das Eingangssignal wird dem Vorwärts-/Rückwärts-Eingang eines beidseitig
eine Überlauf sperre aufweisenden Integrationszählers, dem eine Hystereseschaltung
nachgeschaltet ist, bereitgestellt. Der beidseitig eine Überlaufsperre aufweisende
Zähler mit der nachgeschalteten Hysteresestufe stellt einen digitalen Tiefpaß dar,
der das Eingangssignal von kurzzeitigen Pegelsprüngen und Störungen befreit. Diese
erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht es, nur die Periodendauermessung zur Erkennung
einer diskreten Frequenz im Eingangssignal zu benutzen, so daß auf die eigentliche
PLL-Schaltung verzichtct werden kann.
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rwähnt, kann die Ansteuerung gesteuerten Schaltungsteils in der PLL-Schaltung
bzw. die Erkennung einer bestimmten Frequenz im Eingangs signal ganz allgemein davon
abhängig gemacht werden, daß dieselbe Periodendauer mehrmals hintereinander festgestellt
wird. Dazu ist ein erheblicher Aufwand an Speichern erforderlich.
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Gemäß der in Fig. 9 angegebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schaltung kann den SchaltungsauFwand dafüt wesentlich T0-0infacht werden, wenn ein
Z-Zähler verwendet wird, der zählt, wie oft das Periodendauermeßergebnis mit dem
Speicher- bzw. Zählerinhalt eines Speichers bzw. Zählers übereinstimmt. Die Erkennungsschwelle
kann dann bei einer bestimmten Zahl des Z-Zählers gewählt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine konkrete Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltung im Zusammenhang mit der Bereichsfrequenzerkennung
auf dem Gebiet des Verkehrsfunks, und Fig. 2 vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Schaltung sowie Schaltungsmaßnahmen, um unter Heranziehung der Periodendauermessung
die PLL-Schaltung entbehrlich zu machen.
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Fig. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem Verfahren
und einer Schaltung zur Bereichserkennung auf dem Gebiet des Verkehrsfunks. Die
Schaltungsstufen 1, 2 3, 6, 8, 9, 10 der Fig. 1 entsprechen den mit denselben Bezuyszeichen
versehenen Schaltungsstuf£n bzw. -elementen von Fig. 2 der DE-OS 24 13 603 desselben
Anmelders. Der im Teilerverhältnis spannungsgesteuert variierbare Frequenzteiler
1, 2, 3 und der Phasenvergleicher 6 bilden zusammen mit der Rückkoppelschieite zwischen
dem Ausgang des Phasenvergleichers 6 und dem Eingang des Frequenzteilers 1, 2, 3
eine PLL-Schaltung. Am anderen Eingang des Frequenzteilers 1, 2, 3 bzw. an der ersten
Frequenzteilerstufe 1 dieses Frequenzteilers 1, 2, 3 liegt die Sendefrequenz von
57 kflz als Pilottrequenz an. Die Funktionsweise der PLL-Schaltung und dei Integrierstufe
9, 10 von Fig. 1 ist der DE-OS 24 13 603 im einzelnen zu entnehmen und soll daher
hier nicht nochmals wiederholt werden.
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Bei der bekannten Schaltungsanordnung gem. Fig. 2 der DE-OS 24 13
603 wird ein Bereichswahlschalter 14, 15 zur manuellen Einstellung des Empfangsbereichs
verwendet. Dieser Bereichswahlschalter 14, 15, der von Hand betätigt werden muß,
soll mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung
umgangen
werden, so daß die Schaltungsanordnung ohne Bereichswahlschalter auskommt.
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Zu diesem Zwecke wird das Ausgangssignal der ersten Frequenzteilerstufe
1, die eine Frequenzteilung von 24 + 0; + 1 durchführt, einer Frequenzteilerstufe
20 bereitgestellt.
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Das frequenzmäßig durch vier geteilte Ausgangssignal der Frequenzteilerstufe
20 gelangt an die Eingänge von zwei Zählern 21 und 22. Am Rücksetzeingang des Zählers
21 liegt das Bereichskennsignal an, von dem ermittelt werden soll, ob es eine bestimmte
Bereichskennfrequenz enthält. Die Flanken dieses Bereichskennsignals bewirken die
Rücksetzung des Zählers 21, so daß dadurch die Periode des Bereichskennsignals festgestellt
wird. Um eine schnellere Periodendauermessung vorzunehmen, gelangt das Bereichskennsignal
bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform über ein Invertierglied 23 an den
Rücksetzeingang des zweiten Zählers 22, der dieselbe Periedenmessung wie der Zähler
21, jedoch bei der anderen Polarität der Signal flanken des Bereichskennsignals
durchführt. Durch die Verwenduiiy der beiden Zähler 21 und 22 kann man die Zeit
zwischen jeweils gleichen Signalflanken bei beiden Polaritäten der Signalflanken
auswerten, so daß sehr schnell ein richtiges Meßergebnis erhalten wird. Mit diesen
beiden Zählern kann das richtige Eigebnis Bei Periodenda@eimessung bereits innerhalb
von 1 bic 1,5 Perioden vorliegen, wenn das Eereich0kenn0ianal nicht gestört ist.
Wenn es auf eine schnelle Ermittlung der Periodendauer nicht ankommt, so kann selbstverständlich
auf den Zähler 22 und das Invertierglied 23 verzichtet werden.
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Das Ausgangssignal der Zähler 21 und 22, d.h. das Signal, das der
Zeit zwischen jeweils gleichen Signalflanken einmal für die positive Signalflanken
und einmal für die negativen
Signalflanken entspricht, gelangt
an einen Speicher 24, der jeweils das Maximum der beiden einlaufenden Zählerstände
der Zähler 21 und 22 speichert. Am Eingang des Speichers 24 liegt weiterhin das
Bereichskennsignal an. Das Ausgangssignal des Speichers 24, d.h. das Ergebnis der
Periodendauermessung bzw. das Signal, das der Periodendauer des Bereichskennsignals
entspricht, gelangt an eine Teilergrößenstufe 26, die in Abhängigkeit von der ermittelten
Periodendauer des Bereichskennsignals der Frequenzteilerstufe 2 des im Teiler veränderlichen
bzw. programmierbaren Frequenzteilers 1, 2, 3 die entsprechende Teilergröße L, beispielsweise
11, 13, 15, 17, 21, 25 bereitstellt. Um eine zuverlässige, nicht zufällige Ansteuerung
des programmierten Frequenzteilers zu erreichen, kann der Ansteuerung des programmierbaren
Frequenzteilers bei Annäherung der Integratorinformation an die Schaltschwelle davon
abhängig gemacht werden, daß die Periodendauermessung mehrmals nacheinander, beispielsweise
mindestens ichen Ergebnis geführt hat. Dafür ist ei weiterer mit Vergleichern ausgestatteter
Speicher 25 vorgesehen, der vom Speicher 24 bzw. von den Zählern 21 und 22 die Periodenzählsignale
sowie das Bereichskennsignal zugeführt erhält, und der der Teilergrößenstufe 26
ein Steuersignal bereitstellt, wenn bei der Periodendauermessung eine bestimmte
Anzahl hintereinander das gleiche Ergebnis ermittelt wurde.
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Einer Steuerstufe 27 wird das Bereichskennsignal, das Ausgangssiqnal
der Inteqrierstufe 9, 10 sowie das Ausgangssignal einer Bereichskennanzeige 28 bereitgestellt.
Das Ausgangssignal der Steuerstufe 27 gelangt ebenfalls an die Teilergrößenstufe
26. In der üblichen Weise ist die Integrierstufe 9, 10 mit einem Schwellwertschalter
29 verbunden, der seinerseits mit der Bereichskennanzeigestufe 28 in
Verbindung
steht, der weiterhin ein Ausgangssignal der Teilergrößenstufe 26 zur Anzeige zugeleitet
wird.
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Wenn statt des im Teilerverhältnis spannungsgesteuert variierbaren
Frequenzteilers ein Tiefpaß und ein spannungsgesteuerter Oszillator verwendet wird,
wie dies bei den herkömmlichen PLL-Schaltungen der Fall ist, wird entsprechend die
Anzahl der Taktimpulse, die vom Pilotsignal abgeleitet werden, innerhalb einer Periode
des elngangsslgnals, im vorliegenden Falle des Bereichskennsignals mittels des Zählers
festgestellt.
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Fig. 2 zeigt weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten und vorteilhafte
Ausführungsformen gem. der vorliegenden Erfindung.
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Das Pioltsignal von 57 KHz wird einem Frequenzteiler 31, der beispielsweise
eine Frequenzteilung von 1:12 vornimmt, bereitgestellt. Das Ausgangssignal dieses
Frequenzteilers 31 wird in einem weiteren Frequenzteiler 32 einer Frequenzteilung
vori 1:4 unterzogen und gelangt dann an einen Zähler 33, der dem Zähler 21 von Fig.
1 entspricht. Das Eingangssignal, beispielsweise das Bereichskennsignal wird dem
Vorwärts-/ Rückwärts-Eingang eines Zählers 34 bereitgestellt, der mit dem Bereichskennsignal
gesteuert wird. Das dem Takteingang dieses Zähleis @4 Dereitgestellte Taktsignal
ist Beispiels Weise das Ausgangssignal (9eq Frequenzteilers 31 mit einer Frequenz
von etwa 5 kHz. Der Zähler 34 besitzt weiterhin eine Überlauf sperre. Dem Vorwärts-/Rückwärts-Zähler
34 ist eine Hystereseschaltung 35 nachgeschaltet. Eine derartige Hystereseschaltung
ist beispielsweise in der DE-OS 24 49 341 beschrieben. Durch die Verwendung des
Aufwärts-/Abwärts-Zählers 34 mit Uberlaufsperre und der nachgeschalteten Hystereseschaltung
35 liegt ein digitaler Tiefpaß vor, der
nicht auf kurzzeitige Störungen
oder Pegel sprünge des Eingangssignals anspricht. Das Ausgangssignal der Hystereseschaltung
35 ist daher von auftretenden Störungen im Bereichskennsignal befreit und gelangt
an den Eingang eines Flankendetektors 36, der ein Flankenfeststellsignal dem Setz-
bzw. Rücksetzeingang des Zählers 33 bereitstellt, der in der entsprechenden Weise
wie der Zähler 21 in Fig. 1 die Anzahl der Taktimpulse während einer Periode des
Bereichskennsignals zahit und dadurch die Periodendauer des kennsignals ermittelt.
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Ebenso wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform können
zwei Zähler 33 verwendet werden, um die Zeit zwischen den Signalflanken in beiden
Schwingungsrichtungen zu ermitteln und auszuwerten, so daß ein richtiges Ergebnis
der Periodendauermessung sehr schnell, beispielsweise bereits nach 1 bis 1,5 Perioden
vorliegt.
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Aufgrund der Tatsache, daß ein digitalen Tiefpaß mit dem Nto--wä^ts-/Ruck-*TartsZähler
34 mit Überlaufsperre, sowie der dem Zähler nachgeschalteten Hystereseschaltung
35 geschaffen werden kann, ist es erfindungsgemäß also möglich, auf das PLL-System
ganz zu verzichten und lediglich die Periodendauermessung zur Frequenzerkennung
heranzuziehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorlieqenden Erfindung
kann die mehrfache Abspeicherung der Information der Periodendauermessung auf folgende
Weise vermieden werden: Das Ausgangssignal des Flankendetektors 36 dient als Taktsignal
für einen Z-Zähler 40. Das Ausgangssignal des Zählers 33 wird einem Umcodierer 37
bereitgestellt, dessen Ausgangssignal in einer Vergleicherstufe 38 mit dem Inhalt
eines weiteren Speichers oder Zählers 39 verglichen wird. Das
Ausgangssignal
der Vergleicherstufe 38 gelangt an den Aufwärts-Zähleingang des Z-Zählers 40 und
den Eingang eines D-Flip-Flops 41, der ebenso wie der Z-Zähler 40 vom Ausgangssignal
des Flankendetektors 36 getaktet wird.
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Immer dann, wenn das Ausgangssignal des Umcodierers 37 mit dem Inhalt
des Speichers 39 übereinstim.mt, wird der Z-Zähler weitergezählt und stellt damit
fest, wie oft das Meßergebnis der Periodendauermessung, d.h. die Periodendauer des
Frequenzsignals mit dem im Speicher 39 gespeicherten Niet, beispielsweise einer
vorgegebenen Bereichskennfrequenz übereinstimmt. Der Zählerstand des Z-Zählers 40
wird weiter einer Steuerstufe zugeleitet, die unter anderem die Aufgabe hat, zu
bewirken, daß bei Z = 0 das Meßergebnis der Periodendauermessung in den Speicher
39 gebracht wird.
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Ddzu ist der Umcodierer 37 über eine direkte Leitung mit dem Speicher
39 verbunden. Wenn die Vergleicherstufe 38 festtellt, daß die von ihr verglichenen
We gleich sind, wird z herabgezählt. Die Erkennungsschwelle kann beispielsweise
bei z = 3 oder 4 gewählt werden. Die Steuerstufe 42 steht weiterhin mit einer Anzeigeeinrichtung
43 in Verbindung. Mit einer Handsteuerung 44 können Werte in den Speicher 39 eingegeben
werden und es kann Einfluß auf die Steuerstufe 42 genommen werden. Um eine frequenzunabnangige
Erkennungszeit zu erzieien, sollte das ausgangssignal dcs D Fllp Flop lntcgriert
wordon.
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L e e r s e i t e