DE3026715C2

DE3026715C2 -

Info

Publication number: DE3026715C2
Application number: DE3026715A
Authority: DE
Inventors: Jacob De Eindhoven Nl Boer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1988-04-07
Also published as: JPS644373B2; GB2054298B; US4358736A; NL7905540A; JPS5617518A; DE3026715A1; FR2461957A1; GB2054298A; FR2461957B1; CA1152581A

Description

Die Erfindung betrifft eine Phasenvergleichsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Phasenvergleichsschaltung ist im wesentlichen bekannt aus dem Buch von U. Tietze und Ch. Schenk "Halbleiter schaltungstechnik", Springer-Verlag 1978, insbesondere Seite 686 sowie aus der DE-OS 22 62 337. In der letzteren Druckschrift ist auch die Erzeugung eines Sägezahnsignals synchron mit den Impulsen der ersten Impulsfolge bekannt.

Ein nach einem Impuls aus der zweiten Impulsfolge jeweils auf tretender Impuls aus der ersten Impulsfolge tastet das Ausgangs signal des Sägezahngenerators ab, und der gewonnene Abtastwert ist ein Maß für die Phasendifferenz zwischen beiden Impulsen. Um auch die Phasendifferenz mit voreilenden Impulsen aus der ersten Impulsfolge (negative Phase) bestimmen zu können, werden die Impulse der ersten Impulsfolge um eine Dauer entsprechend der Hälfte der Periodendauer der zweiten Impulsfolge verzögert der ersten Abtastschaltung zugeführt. Bei einer Phasendifferenz gleich 0 entspricht dann der von der ersten Abtastschaltung gewon nene Abtastwert dem Wert des vom Sägezahngenerators erzeugten Sägezahns auf der Hälfte der Periodendauer dieses Sägezahns.

Die einer derartigen Phasenvergleichsschaltung anhaftenden Nach teile bestehen darin, daß die Genauigkeit der Phasendetektion von Phasendifferenzen um Null herum durch die gegenseitige Gleich heit der erwähnten Verzögerung und der Halbperiode des Sägezahns bestimmt wird und daß bei der Verwendung einer festen Verzögerung die Phasenvergleichsschaltung nur für eine einzige bestimmte Frequenz der Impulsfolgen geeignet ist, weil Abweichungen in dieser Frequenz einen Verlauf des erwähnten Werts der gewon nenen Abtastwerte bei einer Phasendifferenz gleich Null zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Phasenvergleichsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine gute Genauigkeit der Phasendetektion bei kleinen Phasenabweichungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Da bei einer Phasendifferenz gleich Null beide Abtastschaltungen gleichzeitig eine gleiche Probe nehmen, ist die Differenz zwischen diesen Abtastwerten gleich Null. Dieser Nullwert wird vom Verlauf der Amplitude des Sägezahns nicht beeinflußt. Eine Änderung der Amplitude des Sägezahns beeinflußt nur verhältnismäßig den Fehler in der Phasenvergleichung, weil dieser Fehler der Phasendifferenz proportional ist.

Zum Aufrechterhalten eines maximalen Bereichs des Phasenvergleichs in beiden Richtungen (positive und negative Phasendifferenz) und auch zur Verwirklichung der Kopplung der Phase des Sägezahnsignals mit der Phase der zweiten Impulsfolge ist die erfindungsgemäße Phasenvergleichsschaltung entsprechend dem Anspruch 2 ausgestal tet. Hierdurch kann erreicht werden, daß die Impulse der zweiten Impulsfolge nahezu auf der Hälfte der Periode des Sägezahns auf treten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Phasenvergleichsschaltung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Phasenvergleichsschaltung, und

Fig. 3 einige Signalformen zur Erläuterung der Wirkung der Schaltung nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist die obengenannte, bekannte Phasenvergleichsschaltung dargestellt. Sie hat einen ersten Eingang 1 und einen zweiten Eingang 2 zum Empfang einer ersten (V _A) bzw. zweiten (V _B) Impulsfolge. In einem Motor regelsystem kann beispielsweise die Impulsfolge V _B eine Referenzimpulsfolge und die Impulsfolge V _A eine von einem Tachogenerator herrührende Impulsfolge sein. Der Eingang 2 ist mit einem Sägezahngenerator 3 verbunden, der beim Auf treten eines Impulses am Eingang 2 jeweils rückgestellt wird. Der Eingang 1 ist über ein Verzögerungsnetz 6, das eine Verzögerung gleich der Hälfte der Nennperiodendauer des Sägezahns V _S am Ausgang des Sägezahngenerators 3 be wirkt, mit dem Steuereingang eines (elektronischen) Schal ters 4 verbunden, der beim Auftreten eines Impulses einen Abtastkondensator 5 jeweils mit dem Ausgang des Sägezahn generators 3 verbindet. Die Spannung am Kondensator 5 kann an einem Ausgang 7 abgegriffen werden.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist wie folgt. Ein am Eingang 2 auftretender Impuls aus der Impulsfolge V _B startet die Erzeugung eines Sägezahns. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt durch das Auftreten eines Impulses aus der Impulsfolge V _A der Schalter 4 kurz zeitig geschlossen wird, wird die Spannung am Kondensator 5 und somit am Ausgang 7 gleich dem Wert des Säge zahns zu diesem Zeitpunkt. Dieser Wert ist der Zeit differenz zwischen dem Startzeitpunkt dieses Sägezahns und dem Abtastzeitpunkt des Sägezahns linear proportional. Diese Zeitdifferenz weniger der Verzögerung des Netzes 6 ist der Phasendifferenz zwischen den Impulsfolgen V _A und V _B proportional, wobei bei einer Phasendifferenz gleich Null der Wert des Sägezahns auf der Hälfte der Perioden dauer abgetastet wird, falls dabei die Verzögerung des Netzes 6 der Hälfte der Periodendauer entspricht.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Phasenvergleichsschaltung dargestellt. Im Gegensatz zum Vorgang bei der Schaltung nach Fig. 1 steuert nicht die Impulsfolge V _B den Sägezahngenerator 3, sondern ein Oszillator 11. Es ist dabei auch möglich, einen selbstschwingenden Sägezahngenerator zu verwenden. Weiter enthält die Schaltung in Fig. 2 im Vergleich zu der nach Fig. 1 eine zweite Abtastschaltung mit einem Abtastkonden sator 9 und einem Schalter 8 zwischen diesem Kondensator 9 und dem Sägezahngenerator 3. Dieser Schalter 8 wird bei einem Impuls der Impulsfolge V _B jeweils kurz zeitig geschlossen. Die beiden Abtastkondensatoren 5 und 9 sind über einen Differenzverstärker 10 mit dem Ausgang 7 verbunden.

Zur Erläuterung der Wirkung der Phasenver gleichsschaltung nach Fig. 2 sind in Fig. 3 der Verlauf der Ausgangsspannung V _S des Sägezahngenerators 3 als Funk tion der Zeit, ein Beispiel der Impulsfolge V _A am Eingang 1 und ein Beispiel der Impulsfolge V _B am Eingang 2 darge stellt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt t ₁ startet eine Pe riode des Sägezahns V _S. Zum Zeitpunkt t ₂ tritt ein Impuls im Signal V _B am Eingang 2 auf und der Kondensator 9 lädt sich auf die Spannung V ₀ auf, die zu diesem Zeitpunkt der Sägezahn V _S hat. Zum Zeitpunkt t ₃ tritt ein Impuls im Si gnal V _A am Eingang 1 auf, und der Kondensator 5 lädt sich auf die Spannung V ₁ auf, die der Sägezahn V _S zu diesem Zeitpunkt t ₃ hat. Die Spannung am Ausgang 7 ist dadurch gleich A (V ₀ - V ₁), worin A der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 10 ist. Diese Spannung ist ein Maß für die Differenz t ₃ - t ₂ und somit für die Phasendifferenz zwi schen den beiden Impulsfolgen V _A und V _B. Die Schaltung detektiert weiter noch Phasendifferenzen in der anderen Richtung, wie in der Fig. 3 veranschaulicht, in der zum Zeitpunkt t ₄ ein Impuls in der Impulsfolge V _A und danach zum Zeitpunkt t ₄ ein Impuls in der Impulsfolge V _B auf tritt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 ist zum Zeitpunkt t ₅ gleich A (V ₀ - V ₂).

Die Amplitude des Sägezahns beeinflußt die Phasendetektion nur relativ. Bei einer Phasendifferenz gleich Null laden sich die beiden Kondensatoren 5 und 9 auf die gleiche Spannung auf und beträgt die Ausgangs spannung des Verstärkers 10 also Null Volt ungeachtet der Amplitude des Sägezahns V _S.

Die Schaltung ist auch gegenüber einem Ausfall von Impulsen aus den Impulsfolgen V _A und V _B relativ unemp findlich, weil der zugeordnete Abtastkondensator 5 bzw. 9 dabei die zuletzt gemessene Spannung beibehält.

Zu den Zeitpunkten t ₂, t ₅ und t ₆ ist das Auf treten von Impulsen aus der Impulsfolge V _B stets bei der hal ben Periode des Sägezahns V _S gewählt. Wenn dies nicht der Fall ist, wie zu den Zeitpunkten t ₇ und t ₈ dargestellt, wird der Bereich, in dem die Phasendifferenz mit Impulsen aus der Impulsfolge V _A fehlerfrei bestimmt werden kann, nach einer der beiden Richtungen (positiv oder negativ) verkleinert. Um dies zu verhindern, ist der Oszillator 11 ein spannungsgesteuerter Oszillator, der in stabilisieren dem Sinne über einen Verstärker 12 mit der Spannung am Kondensator 9 gesteuert wird. Steigt die Spannung am Kon densator 9 an, was dadurch verursacht wird, daß die Im pulse aus der Impulsfolge V _B nach der ersten Hälfte der Periodendauer des Sägezahns V _S auftreten, so sinkt die Steuerspannung zum Oszillator 11 und damit die Wiederholungs frequenz des Sägezahns V _S und vergrößert sich die Perioden dauer des Sägezahns. Bei einem Abfall der Spannung am Kon densator 9 erfolgt das Umgekehrte. Auf diese Weise wird der Sägezahngenerator 3 so gesteuert, daß sich die Mitten der Perioden des Sägezahns V _S mit den Impulsen der Impuls folge V _B decken. Hierdurch läuft auch die Wiederholungs frequenz des Sägezahns V _S mit der Wiederholungsfrequenz der Impulsfolge V _B mit. Eine alternative Möglichkeit be steht darin, den Sägezahngenerator 3 vom Eingang 2 aus jeweils mit verzögerten Impulsen aus der Impulsfolge V _B zu starten, wodurch die Phase des Sägezahngenerators eben falls in gewissem Sinne mit der Phase der Impulsfolge V _B gekoppelt ist.

Claims

1. Phasenvergleichsschaltung mit einem ersten Eingang (1) zum Empfangen einer ersten Impulsfolge (V _A), mit einem zweiten Eingang (2) zum Empfangen einer zweiten Impulsfolge (V _B), mit einem Sägezahngenerator (3), mit einer ersten Abtastschaltung (4, 5) zum Abtasten des Sägezahnsignals (V _S) an einem Ausgang des Sägezahngenerators bei einem Impuls der ersten Impulsfolge und mit Mitteln zum Koppeln der Phase des Sägezahnsignals mit der Phase der zweiten Impulsfolge, gekennzeichnet durch eine zweite Abtastschaltung (8, 9) zum Abtasten des Sägezahnsignals (V _S) am Ausgang des Sägezahn generators (3) bei einem Impuls der zweiten Impulsfolge (V _B) und durch eine Schaltung (10) zur Differenzbestimmung zwischen den von der ersten (4, 5) und von der zweiten (8, 9) Abtast schaltung gewonnenen Abtastwerten.

2. Phasenvergleichsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der zweiten Abtastschaltung (8, 9) die Frequenz des Sägezahnsignals (V _S) des Sägezahngenerators (3) zum Verriegeln der Phase dieses Sägezahnsignals mit der Phase der zweiten Impulsfolge (V _B) steuert.