DE3825664C2 - - Google Patents

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DE3825664C2
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Description

Die Erfindung geht aus von einem Phasenregelkreis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Phasenregelkreis ist in Fig. 1 dargestellt. Das Ausgangssignal eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 1 wird in der Rückführung mittels eines Teilers 31 durch den Faktor N geteilt, mittels eines Mischers 33 mit einem Mischersignal fm auf die Vergleichsfrequenz f REF abgemischt, im Phasendetektor 5 mit dem Referenzsignal phasenmäßig verglichen und über ein Schleifenfilter F(s) 7 verrastet. Gemäß der DE-OS 35 39 493 ist es bei großem Abstimmbereich des VCO vorteilhaft, im Schleifenfilterzweig eine Summation der vom Phasendetektor gelieferten Spannung mit einer über beispielsweise einen D/A-Wandler erzeugten Spannung zur Voreinstellung des VCO vorzunehmen, um Frequenzumschaltungen bei variablem Teilungsfaktor N oder bei variabler Referenzfrequenz f REF schnell zu ermöglichen. Eine Voreinstellung ist sogar erforderlich, wenn beispielsweise das in der Rückführung angegebene Mischersignal fM variabel ist und mehrdeutige Mischfrequenzen entstehen können, die durch das anschließende Filter nicht unterdrückt werden können.
Ein VCO zeichnet sich durch eine von der Charakteristik der eingesetzten Kapazitätsdioden abhängigen Nichtlinearität aus, die darin besteht, daß die Steilheit (Kv) im unteren Frequenzbereich größer als im oberen ist. Der Unterschied der Steilheiten im unteren und oberen Frequenzbereich wird umso größer, je größer der Abstimmbereich ist. Außerdem bewirken parasitäre Reaktanzen bei höheren Frequenzen (beispielsweise ab einigen 100 MHz) zusätzliche Abweichungen von einer linearen Kennlinie. Diese unterschiedlichen Steilheiten der VCO-Kennlinie führen dazu, daß die Schleifen­ verstärkung (Kp · Kv) über den gesamten VCO-Bereich nicht konstant ist. Das hat zur Folge, daß die Stabilität des Regelkreises und das Einschwingverhalten nicht optimiert werden können. Insbesondere ist diese Eigenschaft sehr nachteilig, wenn das Phasenrauschen über den gesamten VCO-Bereich konstant niedrig gehalten werden soll.
In der MICROWAVES & RF vom August 1986 ist im Artikel "Control and automate PLL phase-detector gain" eine Lösung dieses Problems angegeben worden. Zur Kompensation der die Schleifenverstärkung verändernden nichtlinearen VCO-Kennlinie wird hier vorgeschlagen, einen in seiner Übertragungsfunktion steuerbaren Phasendetektor einzusetzen, der das Steuersignal über die jeweils eingestellte Frequenzinformation erhält. Im gleichen Maße, wie sich die Steilheit der VCO-Kennlinie in Abhängigkeit von der Frequenz verändert, wird die Verstärkung des Phasendetektors entgegengesetzt eingestellt, so daß das Produkt Kp · Kv abschnittsweise konstant bleibt. Diese Einrichtung erfordert jedoch, daß die VCO-Steilheit schrittweise gemessen, die davon abgeleiteten Kompensationssignale für den Phasendetektor gespeichert und diese Werte schließlich mit der Frequenzinformation aus einem Speicher ausgelesen werden müssen.
In dem Aufsatz "Horizontal-Synchronisierung in Fernsehempfängern mit erweitertem Fangbereich" von W. Bruch, Telefunken-Zeitung, Juni 1961, Heft 132, Seiten 102-113 wird ein Phasenregelkreis für die Horizontal-Synchronisierung in Fernsehempfängern beschrieben. Darin wird zur Vergrößerung des Fangbereichs des Phasenregelkreises vorgeschlagen, dessen Regelsteilheit zu steuern bzw. zwischen zwei Werten umzuschalten. Im gefangenen Zustand des Regelkreises wird die Regelsteilheit optimal gehalten, während sie außerhalb des gefangenen Zustandes auf einen wesentlich größeren Wert umgeschaltet wird. Die Umschaltung der Regelsteilheit erfolgt durch Anlegen einer Regelspannung an eine als Verstärker im Regelkreis dienende Regelröhre.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Phasenregelkreis der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die VCO-Steilheit nicht ausgemessen und entsprechende Signalwerte für die Kompensation nicht gespeichert werden müssen, sondern bei dem die Kompensation automatisch erfolgt. Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Phasen­ regelkreises. Dabei wird das von einem frequenz- und phasen­ empfindlichen Phasendetektor 5 gelieferte Signal in eine phasen­ abhängige Spannung (UAPC) und eine frequenzabhängige Spannung (UAFC) aufgespalten. Im frequenzabhängigen Zweig befindet sich ein Integrator 11, dessen Ausgangssignal mittels eines Addierers 9 zu einer mit einem D/A-Wandler 17 erzeugten, externen, frequenzlinearen Steuerspannung (UD/A) addiert wird. Die Summenspannung ergibt die frequenzabhängige Regelspannung UAFC. Im eingeschwungenen Zustand der Regelschleife (bei Phasenänderungen des Referenzsignals < 2 π) ist die frequenz­ abhängige Regelspannung UAFC konstant, und die Phasenänderungen werden über die phasenabhängige Regelspannung UAPC ausgeregelt.
In diesem Zustand liefert der Integrator 11 eine Spannung UJ, die ein Maß für die Abweichung der VCO-Kennlinie von einer idealen, linearen Kennlinie ist. Bei Bildung der Differenz aus der linearen Voreinstellspannung UD/A und der frequenzabhängigen Regelspannung UAFC mittels eines Differenzbildners 13 ergibt sich eine Spannung, die nach Bildung des Betrages mittels eines Betragsbildners (15) zur Steuerung des Phasendetektors 5 verwendet werden kann (UK). Da durch die Bildung der Summenspannung aus Integrator- (UI) und Voreinstellspannung (UD/A) und anschließender Differenzbildung dieser Spannung mit der Voreinstellspannung die letzte wieder entfällt, kann in einer weiteren Ausgestaltung der Schaltung (gestrichelt gezeichnet) das Integratorsignal direkt verwendet werden.

Claims (5)

1. Phasenregelkreis zum Erzeugen eines auf eine Referenzfrequenz bezogenen, phasenstabilen Oszillatorsignals, mit einem Phasendetektor (5), einem Schleifenfilter (7), einem spannungsgesteuerten Oszillator (1) (VCO) und einer Rückführung, wobei der Phasendetektor (5) das Referenzsignal und über die Rückführung das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators (1) erhält, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Phasendetektors (5) an das Schleifenfilter (7) angelegt wird, das eine phasenabhängige Regelspannung (UAPC) an den Oszillator (1) liefert, und an einen Integrator (11) angelegt wird, der eine frequenzabhängige Regelspannung (UAFC) an den Oszillator (1) liefert, und daß die Übertragungsfunktion des Phasendetektors (5) derart steuerbar ist, daß die durch die nichtlineare Kennlinie des Oszillators (1) hervorgerufene Nichtlinearität des Regelkreises automatisch kompensiert wird, indem die Ausgangsspannung des Integrators (11) als Kompensationsspannung für den Phasendetektor (5) verwendet wird.
2. Phasenregelkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Betragsbildner (15), der aus der Ausgangsspannung des Integrators (11) die Kompensationsspannung erzeugt.
3. Phasenregelkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Integrator (11) und dem Oszillator (1) ein Addierer (9) angeordnet ist, der eine externe zur eingestellten Frequenz lineare Voreinstellspannung (UD/A) zu der Ausgangsspannung des Integrators (11) addiert.
4. Phasenregelkreis nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Differenzbildner (13), der die Kompensationsspannung bildet aus der Differenz der externen, linearen Voreinstellspannung (UD/A) und der Ausgangsspannung des Addierers (9).
5. Phasenregelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführung (3) ein Frequenzteiler (31) und/oder ein Mischer (33) angeordnet ist.
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