DE4415169A1

DE4415169A1 - Phasenregelkreis

Info

Publication number: DE4415169A1
Application number: DE19944415169
Authority: DE
Inventors: Ronalf Dipl Ing Kramer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 1995-11-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Phasenregelkreis enthaltend einen Phasenvergleicher, dem ein Referenztaktsignal und ein weiteres Eingangssignal zugeführt werden; ein Schleifenfil ter, das eingangsseitig mit einem Ausgang des Phasenverglei chers verbunden ist und ausgangsseitig ein Steuersignal er zeugt; einen steuerbaren Oszillator, dem das Steuersignal zugeführt wird und durch den ein Ausgangssignal erzeugt wird, das als weiteres Eingangssignal des Phasenvergleichers dient.

Phasenregelkreise sind allgemein bekannt. In einem Phasenre gelkreis wird die Phasenlage des Ausgangstaktes eines steuer baren Oszillators solange nachgeregelt, bis der Ausgangstakt phasensynchron zu einem Referenztakt ist. Hierbei dient ein Phasendetektor zum Feststellen der Phasendifferenz zwischen Ausgangstakt und Referenztakt und ein Schleifenfilter, das zwischen Phasendetektor und Steuereingang des steuerbaren Oszillators geschaltet ist, zur Dämpfung der Schwingneigung des Regelkreises. Als steuerbarer Oszillator wird üblicher weise ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet.

Ein steuerbarer Oszillator weist eine Mittenfrequenz f₀ auf, von der die Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit vom zugeführten Steuersignal entsprechend abweicht. Die ideale Kennlinie eines spannungsgesteuerten Oszillators lautet dann f(U) = S·U + f₀, wobei U die Steuerspannung ist, f₀ die Mittenfrequenz, S ein Proportionalitätsfaktor (Steilheit) und f(U) die Ausgangsfrequenz des Oszillators. Die Mittenfrequenz f₀ ist im allgemeinen in hohem Maße abhängig von den Parametern der verwendeten Bauelemente. Herstellungstechnisch bedingte Streuungen und Toleranzen der Bauelementeparameter führen zu einem relativ breiten Schwankungsbereich verschiedener Exem plare von spannungsgesteuerten Oszillatoren eines Typs.

Demzufolge ist eine relativ große Steilheit notwendig, um einen breiten ausgangsseitigen Frequenzbereich aussteuern zu können. Eine große Steilheit hingegen bewirkt, daß die Ausgangstaktfrequenz auch auf geringe Signalveränderungen, die beispielsweise durch Schwankungen der Referenztaktfre quenz oder Temperatureinflüsse gegeben sein können, mit relativ hohen Ausschlägen reagiert. Die Ausgangstaktfrequenz wird demnach leicht schwanken und einen sogenannten Takt jitter aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Phasenregel kreis mit geringer Ausgangstaktschwankung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der steuerbare Oszillator ein Oszillator mit einstellbarer Mit tenfrequenz ist, daß das Steuersignal einem Regler zugeführt wird, durch den in Abhängigkeit von einem dem Regler zuge führten Sollwert ein weiteres Steuersignal erzeugt wird, und daß durch das weitere Steuersignal die Mittenfrequenz des steuerbaren Oszillators gesteuert wird.

Beim erfindungsgemäßen Phasenregelkreis kann die Mittenfre quenz des gesteuerten Oszillators auf eine Sollfrequenz aus geregelt werden. Dadurch ist es möglich, die Steilheit des Oszillators niedriger als bisher zu wählen, um den gleichen Frequenzbereich ausgangsseitig abdecken zu können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur ange gebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Der Phasenre gelkreis weist einen Phasendetektor 1 auf, in dem die Phasen lage des Ausgangssignals F mit der Phasenlage eines Referenz taktes F_R verglichen wird. Der Phasendetektor erzeugt aus gangsseitig ein Stellsignal, mit dem ein entsprechender Steuereingang 5 eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 6 gesteuert wird. Zwischen Phasendetektor und VCO ist ein Schleifenfilter 4 geschaltet. Durch das Schleifenfilter 4, z. B. ein Tiefpaß, wird der Regelkreis bedämpft. Das Referenz signal F_R wird von einem Referenzoszillator erzeugt. Dies kann beispielsweise ein digitaler Oszillator (Digital-Time-Oszil lator) sein. Dieser kann wiederum eine von der Anwen dungsschaltung abhängige oder eine eingeprägte Frequenz auf weisen. Die Frequenz f des Ausgangssignals F wird in der Praxis bis auf einen konstanten Wert auf die Frequenz f_R des Referenzsignals F_R ausgeregelt.

Erfindungsgemäß wird die den Oszillator 6 am Steuereingang 5 steuernde Steuerspannung U einem Regler 8 zugeführt, der in Abhängigkeit von einem Sollwert S ein Korrektursignal K er zeugt, durch das die Mittenfrequenz f₀ des Oszillators 6 ver ändert wird. Daraufhin regelt der Phasenregelkreis nach. Durch die Einstellung des Sollwertes S kann nun die Mitten frequenz f₀ derart nachgeregelt werden, daß mit der gegebe nen, vorzugsweise geringeren Steilheit der gewünschte Fre quenzbereich des Ausgangssignals F abgedeckt werden kann. In digitaler Ausführung wird die Steuerspannung U mittels eines AD-Wandlers 9 digitalisiert.

Ein in der Mittenfrequenz einstellbarer spannungsgesteuerter Oszillator 6 ist z. B. aus der europäischen Offenlegungs schrift EP 0 416 145 bekannt.

Zur Kalibrierung des Phasenregelkreises wird folgendes ausge führt. Dem digitalen Oszillator 7 wird ein Inkrement I2 zuge führt. Damit ist die Frequenz f_R des Ausgangssignals F_R des digitalen Oszillators 7 bekannt. Das Ausgangssignal F des Phasenregelkreises rastet nun auf das Referenzsignal ein. Die Steuerspannung U des spannungsgesteuerten Oszillators 6 wird mittels eines AD-Wandlers 9 gemessen und dem Regler 8 als digitaler Istwert zugeführt. Der Regler 8 ist als Subtrak tionsglied ausgeführt. Er bildet die Differenz aus dem vom AD-Wandler 9 gelieferten Istwert und dem eingestellten Sollwert S. Der vom Regler 8 gebildete Differenzwert K ändert die Mittenfrequenz f₀ des Oszillators 6 und somit zunächst die Frequenz f dessen Ausgangssignals F. Der Phasenregelkreis regelt aber nach, so daß sich die Steuerspannung U ändert. Der Regelvorgang wird mehrmals wiederholt, wobei jeweils abgewartet werden muß, bis der Phasenregelkreis wieder ein rastet. Schließlich wird für die Mittenfrequenz f₀ des Oszillators 6 eine derartige Einstellung erreicht, daß die Steuerspannung U den Sollwert S erreicht. Die Einstellung der Mittenfrequenz f₀ bleibt nun für den weiteren Betrieb des Phasenregelkreises fest eingestellt.

Es hat sich gezeigt, daß für den AD-Wandler 9 eine Bitbreite von nur 4 Bit ausreichend ist. In entsprechender Weise ist der Subtrahierer 8 mit einer Wortbreite von 4 Bit ausgeführt. Der zusätzliche schaltungstechnische Aufwand für die erfin dungsgemäße Realisierung gegenüber einem Phasenregelkreis nach dem Stand der Technik ist demnach gering.

Claims

1. Phasenregelkreis enthaltend:

- einen Phasenvergleicher (1), dem ein Referenztaktsignal (F_R) und ein weiteres Eingangssignal (F) zugeführt werden;
- ein Schleifenfilter (4), das eingangsseitig mit einem Aus gang des Phasenvergleichers (1) verbunden ist und ausgangs seitig ein Steuersignal (U) erzeugt;
- einen steuerbaren Oszillator (6), dem das Steuersignal (U) zugeführt wird und durch den ein Ausgangssignal (F) erzeugt wird, das als weiteres Eingangssignal des Phasenverglei chers (1) dient,

dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Oszillator (6) ein Oszillator mit einstellba rer Mittenfrequenz (f₀) ist, daß das Steuersignal (U) einem Regler (8) zugeführt wird, durch den in Abhängigkeit von einem dem Regler zugeführten Sollwert (S) ein weiteres Steu ersignal (K) erzeugt wird, und daß durch das weitere Steuer signal (K) die Mittenfrequenz (f₀) des steuerbaren Oszilla tors (6) gesteuert wird.

2. Phasenregelkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch digitale Ausführung, bei der das Steuersignal (U) über einen Analog-Digital-Wandler (9) dem Regler (8) zugeführt wird und der Sollwert (S) des Reglers (8) als digitales Signal zugeführt wird.

3. Phasenregelkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (F_R) durch einen digitalen Oszillator (7) erzeugt wird, dessen Ausgangsfrequenz einstellbar ist.

4. Phasenregelkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalen Oszillator (7) eingangsseitig mindestens zwei Inkrementierungswerte zur Einstellung seiner Ausgangsfrequenz wahlweise zugeführt werden können.