DE2851175C2

DE2851175C2 - Schaltung zur Frequenzsynthese

Info

Publication number: DE2851175C2
Application number: DE2851175A
Authority: DE
Inventors: Joël Paris Remy
Original assignee: ADRET-ELECTRONIQUE 78190 TRAPPES FR
Current assignee: ADRET-ELECTRONIQUE 78190 TRAPPES FR
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-11-27
Publication date: 1983-06-09
Also published as: FR2412981A1; US4225830A; GB2014003B; FR2412981B1; DE2851175A1; GB2014003A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Frequenzsynthese gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I. Eine derartige Schaltung, wie sie im wesentlichen aus der FR- PS 13 83 227 bekannt ist, erlaubt das schrittweise Durchfahren eines wesentlich breiteren Frequenzspektrums als es mit einem einzigen Kreis praktisch erreichbar ist, und dies mit guter Auflösung und zufriedenstellender Spektralreinheit Sie kann daher insbesondere zum Aufbau von Frequenzgeneratoren Anwendung finden, die ein programmierbares Wobbein oder eine sonstige programmierbare oder handgesteuerte Frequenzänderung zulassen. Indessen weisen bekannte Schaltungen dieser Art zwei wichtige Mangel auf.

Der eine besteht darin, daß der Oszillator des ersten phasenstarren Schaltkreises mit jedem Schritt des Oszillators des zweiten phasenstarren Schaltkreises normalerweise plötzlich zu seinem Anfangswert zuriick kehrt. Weil es praktisch unmöglich ist, zwischen beiden Vorgängen eine absolute Synchronisation zu erreichen, und die Zeiten des Zusammenwirkens der beiden Oszillatoren nicht identisch sind, entsteht damit

wahrend des Übergangs von einem groöen Schritt zum nächsten eine Unregelmäßigkeit, die sich in einem beträchtlichen Anstieg der Ausgangsfrequenz einer solchen Schaltung auswirken kann.

Der zweite Mangel stellt sich ein, wenn man den Einfluß des ersten verringern möchte, indem man Schaltkreise mit kurzen Ansprechzeiten verwendet. Dann nämlich ist der Frequenzsprung während des Übergangs zwar geringer, jedoch noch schärfer, und da die Übertragung 'über einen Schaltkreis mit begrenzter to Durchlaßbandbreite erfolgt (was bei Anwesenheit von Filtern stets der Fall ist), entsteht hieraus eine gedämpfte Schwingung mit einer der Frequenz des Sprungs entsprechenden Frequenz. Mit anderen Worten: das Ausgangssignal des Frequenzsynthetisierers ist amplitudenmoduliert, was außerordentlich störend ist.

Der Erfindung liegi von daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mangel, d. h. beträchtliche Frequenzsprünge des Ausgangssignals bei jedem Frequenzschritt des zweiten Schaltkreises zu vermeiden, ohne dafür Amplitudenmodulationen in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Te·.! des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelciL

Anstelle eines beträchtlichen Frequenzsprunges mit jedem großen Schritt ändert sich die Frequenz des ersten phasenstarren Schaltkreises damit nur in kleinen Schritten. Will man eine beständig ansteigende Ausgangsfrequenz erzielen, so wird in demjenigen Teilbereich, in welchem die Frequenz des ersten Schaltkreises zunimmt, der zweite Schaltkreis so gesteuert, daß er eine geringere als die Ausgangsfrequenz liefert, während der dritte Schaltkreis die Summe der beiden anderen Frequenzen bildet In denjenigen Teilbereichen der Ausgangsfrequenz, in welchen die Frequenz aus dem ersten Schaltkreis abnimmt, muß diese letztere naturgemäß von der Frequenz des zweiten Schaltkreises abgezogen werden; um dennoch eine anwachsende Ausgangsfrequenz zu erhalten, und deshalb muß die Frequenz des zweiten Schaltkreises in diesem Teilbereich größer sein als die Ausgangsfrequenz.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung an.

Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt ein Blockschaltbild der betreffenden Schaltung.

Hiernach erhält ein erster phasenstarrer Schaltkreis einen spannungsgesteuerten Oszillator O₁, der eine Frequent F₁ hervorbringt, gefolgt von einem programmierbaren Frequenzteiler D\ mit einem Teilungsverhältnis N\, an den wiederum sich ein Phasenvergleicher M\ anschließt. Dieser letztere erhält außerdem eine Bezugsfrequenz p. Sein Ausgangssignal steuert die Frequenz des» Oszillators O\.

Ein zweiter phasenstarrer Schaltkreis enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator O₂, der eine Frequenz F₂ erzeugt. Daran schließt sich ein programmierbarer Frequenzteiler D₂ mit dem Teilungsverhältnis N₂ an, worauf ein Phasenvergleicher M₂ folgt. Diesem wird des weiteren eine Bezugsfrequenz P zugeführt, und sein Ausgangssignal steuert die Frequenz des Oszillators O₂.

Ein dritter phasenstarrer Schaltkreis enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator O₃, der die Ausgangsfrequenz F₃ hervorbringt. Auf diesen folgt ein Mischer Ma, der des weiteren die Ausgangsfrequenz des Oszillators O₁ zugeführt erhält. Das Ausgangssignal des Mischers Mi, gelangt über ein Bandfilter FL\ zu einem Phasenvergleicher Mj, dem des weiteren die Frequenz des Oszillators O\ zugefül¹ η wird und dessen Ausgangssignnldie Frequenz des Oszillators O₃ steuert

Die so weit beschriebene Anordnung ist, wie gesagt, prinzipiell bekannt Dabei setzt sich die Ausgangsfrequenz F3 wie folgt zusammen:

F₁ = F₂ ± F)

Um beispielsweise einen Frequenzbereich von 100—200MHz mit Schritten von 1 KHz abzudecken, nimmt man nun aber als Oszillator O\ einen solchen mit einer variablen Frequenz zwischen 20 und 25 MHz in Schritten entsprechend einer Frequenz ρ von 1 KHz und als Oszillator O2 einen solchen mit einer variablen Frequenz zwischen 80 und 220 MHz in Schritten entsprechend einer Frequenz P von 10 MHz mit folgendem Programm:
Für die Zunahme von Fz von 100 bis 105 MHz:

F₂ = 80 MHz;

Fi wächst von 20 bis 25 MHz; F₃ = F_{2 +} Fi

Für die Zunahme von Avon 105 bis 11 υ MHz:

F₂ = 130 MHz;

Fi nimmt ab von 25 bis 20 MHz; F₃ = F₂- F,

Für die Zunahme von F₃ von 110 bis 115 MHz:

F₂ = 90 MHz;

Fi wächst von 20 bis 25 MHz; F₃ = F₂+ F,

Für die Zunahme von F₃ von 195 bis 200 M Hz:

F₂ = 220 MHz;

Fi nimmt ab von 25 bis 20 MHz; F₃ = F₂- F,

Dieses Programm bildet die Basis der Erfindung. Die Mitte! zu seiner Realisierung bestehen aus einem logischen Schaltkreis CL, der das Teüungsverhältnis /V₁ des Frequenzteilers D\ in der Weise steuert, daß es nacheinander den Änderungen von Fi von 20 nach 25 MHz und von 25 nach 20 MHz Rechnung trägt, und das Teüungsverhältnis W₂ des Frequenzteilers D₂ derart, daß dieser nacheinander die Frequenzen F₂ = 80 MHz, 130 MHz₁ 90 MHz, 140 MHz usw. bis 220 MHz hervorbringt, also Frequenzen, die abwechselnd kleiner bzw. größer sind als die Ausgangsfrequenz F₃ in dem betreffenden Teilbertich. Auf diese Weise kann man eine zwischen 100 und 200 MHz gleichmäßig anwachsende Frequenz F₃ erzielen, ohne daß die Frequenz Fi mit jeder Änderung der Frequenz F₂ plötzlich auf ihren Minimalwert zurückfallen muß, d. h. ohne gro3e Sprünge in der Frequenz F\.

Die Frequenz F₂ erfährt eine Änderung mit jeder Änderung des Sinnes, in dem sich die Frequenz Fi ändert, in Gestalt eines positiven oder negativen Sprunges. Dieser Sprung bewirkt eine automatische Umkehrung des Vorzeichens der algebraischen Summe der Frequenzen Fi und F₂ in dem dritten phasenstarren Schaltkreis: Das Filter FL₁ überträgt in dem betrachteten Beispiel das Frequenzband von 20 bis 25 MHz. 1st F₃ = 105 MHz und F, = 80 MHz, so wird durch das Filter die Differenz F₃ — F₂ übertragen. Daraus folgt, da die Frequenzen an den Eingängen des Vergleichers M₃

gleich sind,

F₁-F,- F₁
und damit

F₃ = F₂+ Fu

Erfährt Fi einen Sprung auf 13OMHz, während Fj noch 105 MHz ist, so wird durch das Filier offensichtlich die Differenz F_} — Fj übertragen. Daraus folgt

F, = F₃- F₁
und damit

F, = F₂- F₁.

Zweckmäßigerweise ist zwischen den Vergleicher Mi und den Oszillator O₁, wie gezeigt, ein Unterbrecher / geschaltet, der nur jeweils dann kurz öffnet, wenn die Frequenz F₂ einen Sprung erfährt, während er geschlossen ist, sobald die Frequenz F₂ ihren neuen Wert erreicht hat. Ein parallel zu dem Steuereingang des Oszillators Oi geschalteter Kondensator Cspeichert einen dem vorausgehenden Wert von Ft entsprechenden Spannungswert. Damit behält während des Übergangs von F₂ die Frequenz Fj ihren vorherigen Wert, so daß keine plötzliche Änderung entsteht, aus der sich eine Amplitudenmodulation ergeben könnte, wie dies bei der eingangs erörterten herkömmlichen Frequenzsyntheseschaltung der Fall ist.

Da die hier beschriebene Schaltung jede Möglichkeit parasitärer Modulationen vermeidet, kann der den Oszillator Oi enthaltende zweite phiisenslarre Schaltkreis sehr rasch ansprechen. Der den Oszillator O₁ > enthaltende erste Schaltkreis sollte eine der gewünschten Frequenzänderungen am Ausgang der Schaltung angemessene Ansprechzeit besitzen. Beispielsweise kann diese Ansprechzeit 100 ms betragen, während diejenige des zweiten Schaltkreises itii der Größenord-Ui nung von 100 ns liegt. Infolgedessen erfährt während der sehr kurzen Unterbrechung durch den Unterbrecher /die Frequenz Fi praktisch keine Unterbrechung. Die praktische Ausführung des logischen Schaltkreises CL welcher die Frequenzteiler D\ und D₂ sowie den ι» Unterbrecher /steuert, bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten. Beispielsweise kann der logische Schaltkreis einen Vorwärts-Rückwärns-Zähler in Verbindung mit einem Taktgenerator enthalten, der an den Frequenzteiler D\ Codezahlen entsprechend dem An- >n wachsen bzw. Abnehmen der Frequenz Fi liefert, ferner einen Speicher, der passende Codezahlen für den Frequenzteiler D₂ zur Erzeugung diskreter Werte der Frequenz F₂ liefert entsprechend der vorausgehend beschriebenen Gesetzmäßigkeit, sowie einen Koinzi- 2'i denzschaltkreis, der in vorbestimmten Zeitintervallen den Unterbrecher / in Form eines elektronischen Unterbrechers steuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltung *ur Frequenzsynthese mit

A) mindestens einem Weine Frequenzschritte erzeugenden ersten phasenstarren Schaltkreis, enthaltend,

Aa) einen ersten spannungsgesteuerten Oszillator (Oi) mit einem Ausgang und einem Steuereingang,

Ab) einen ersten programmierbaren Frequenzteiler (Di) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des ersten Oszillators (O\) verbunden ist, und einem Ausgang sowie

Ac) einen ersten Phasenvergleicher (Mi) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des ersten Frequenzteilers (Di) verbunden ist, einem zweiten Eingang, an dem eine erste Bezugsfrequenz (p) anliegt, und einem Ausgang, der mit dem Steuereingang des ersten Oszillators (Oi) verbunden ist,

B) einem größere Frequenzsehriue erzeugenden zweiten phasenstarren Schaltkreis, enthaltend Ba) einen zweiten spannungsgesteuerten Oszillator (Oi) mit einem Ausgang und einem Steuereingang,

Bb) einen zweiten programmierbaren Frequenzteiler (D₂) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des zweiten Oszillators (Oi) verbunden ist, und einem Ausgang sowie

Bc) einen zweiten Phasenvergleicher (Mi) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des zweiten F^requenzteilers (Di) verbunden Lst, einem zweiten Eingang, an dem eine zweite Bezugsfrequenz (P) anliegt, die größer ist ais die erste, und einem Ausgang, der mit dem Steuereingang des zweiten Oszillators (O₂) verbunden ist,

C) einem dritten phasenstarren Schaltkreis, enthaltend

Ca) einen dritten spannungsgesteuerten Oszillator (Oz) mit einem Ausgang und einem Steuereingang,

Cb) einen Mischer (Ma) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des dritten Oszillators (Os) verbunden ist, mit einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des zweiten Oszillators (O₂) verbunden ist, und mit einem Ausgang,

Cc) einen dritten Phasenvergleicher (Ms) mit einem ersten Eingang, der mit dum Ausgang des Mischers (Mi) verbunden ist, mit einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des ersten Oszillators (Oi) verbunden ist, und mit einem Ausgang sowie

Cd) Schaltungsmittel zur Verbindung des Ausgangs des dritten Phasenvergleichers (M₃) mit dem Steuereingang des dritten Oszillators (Os) derart, daß der dritte Oszillator die algebraische Summe der Frequenzen aus dem ersten und dem zweiten Oszillator (Oi bzw. Oi) erzeugt, und

D) Mitteln zum Programmieren des ersten und des zweiten Frequenzteilers derart, daß am Ausgang des dritten Oszillators die gewünschte zu synthetisierende Frequenz (Fs) entsteht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Programmieren der Frequenzteiler (Du Di) aus einem logischen Schaltkreis (CL) bestehen, durch den das Teilungsverhältnis des ersten Frequenztej lers (Dt) so programmiert wird, daß über einen fortlaufenden Bereich zunehmender Werte der im dritten Oszillator (O₃) synthetisierten Frequenz (Fi) die dem ersten phasenstarren Schaltkreis (O\, D\ Mi) entstammende Frequenz (Fi) in einer bestimmten Anzahl kleiner Schritte abwechselnd zu- und abnimmt in einer solchen Weise, daß sie Maxima und Minima durchläuft, während das Teilungsverhältnis des zweiten Frequenzteilers (Di) so programmiert wird, daß die dem zweiten phasenstarren Schaltkreis (O2, Dz, Mi) entstammende Frequenz (Fi) während der Zunahme der dem ersten phasenstarren Schaltkreis enstammenden Frequenz (F₁) jeweils einen geringeren Wert als die zu synthetisierende Frequenz (Fs) annimmt, v:ohingegen sie während der Abnahme der dem ersten phasenstarren Schaltkreis entstammenden Frequenz (Fj) jeweils einen größeren Wert als die zu synthetisierende Frequenz (F3) annimmt
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schaltmittel (I) zur Unterbrechung der Funktion des dritten phasenstarren Schaltkreises (Os, Ma, FLi, Ms) und Mittel (C) zur Aufrechterhaltung der zuletzt synthetisierten Frequenz (Fs) während des Obergangs zwischen zwei aufeinanderfolgenden Frequenzschritten des zweiten phasen starren Schaltkreises (O2, Di, Mi).
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmitte! zur Unterbrechung der Funktion des dritten phasenstarren Schaltkrei ses (Os, Ma, FLt, Mj) aus einem von dem logischen Schaltkreis (CL) gesteuerten Unterbrecher (I) und die Mittel zur Aufrechterhaltung der zuletzt synthetisierten Frequenz (Fs) aus einem dem Steuereingang des dritten Oszillators (O)) parallel geschalteten Kondensator (Qbestehen.