PHASE COMMANDED OSCILLATOR

Abstract: 1. A phase-controlled oscillator having a phase discriminator (1), a loop filter (2) and a voltage-controlled oscillator (3) (PLL-loop) and having a latching arrangement, characterised in that there is provided an integrator (I) whose output voltage is coupled into the PLL-loop by means of a voltage adder (4) inserted between the loop filter (2) and the voltage-controlled oscillator (3), said integrator having two feedback paths to its input, controlled by a control logic (V) and alternately connected from a connection point in front of the voltage adder (4) and a connection point behind the voltage adder (4), each via a respective voltage analyser (II, III), and that the voltage analysers (II, III) consist of circuits which digitally analyse overshooting or undershooting of predetermined voltage values and store the information until the following overshooting of the limit value.

Description: Phasengeregelter Oszillator Die Erfindung bezieht sich auf einen phasengeregelten Oszillator mit einem Phasendiskriminator, einem Schleifenfilter und einem spannungsgesteuerten Oszillator (PLL-Schleife) und mit einer Fangeinrichtung. Ein derartiger Oszillator ist durch die DE-OS 28 12 377 bekannt. Dabei ist am Ausgang des Schleifenfilters ein Schmitt-Trigger angeschaltet, dessen Ausgang Uber einen ohmschen Gegenkopplungswiderstand mit dem Verbindungspunkt des ohmschen Widerstandes und des Kondensators des Schleifenfilters verbunden ist. Bei phasengeregelten Oszillatoren mit Suchoszillatoren, die das Fangen von schmalbandigen PLL-Schleifen in einem breiten Frequenzbereich ermöglichen, kann sich die Suchschwingung bei geschlossener Regelschleife um die Schleifenverstärkung verkleinern oder selbständig abschalten oder von einem Signal abgeschaltet werden, das durch einen zweiten Phasendiskriminator aus der Quadraturkomponente gewonnen wird, wie es beispielsweise bei Schaltungen in dem Buch wPhaselook Techniquesn von F.M. Gardner vorgesehen ist. Bei hohen Vergleichsfrequenzen wird der Schaltungsaus wand für eine Einrastkontrolle mit einem zweiten Phasendiskriminator beachtlich, da an beiden Phasendiskriminatoren definierte Amplituden und Phasenbe ziehungen möglichst auch in einem grossen Frequenzbereich eingestellt werden müssen. Auch die Anw'and7wng der üblichen Suchoszillatorschal- tungen ist problematisch, da zwei gegensätzliche Anforderungen an die Schaltungsankopplung gestellt werden. Zum einen muss nämlich der Suchhub so gross sein, dass auch bei einem Spannungsoffset des Phasendiskriminators der Oszillator einwandfrei über den gewtinschten Bereich gewobbelt wird. Zum anderen aber muss der Suchhub so klein sein, dass bei geschlossener Regelschreife die Wobbelschaltung den Arbeitspunkt des Phasendiskriminators nur wenig verandert. Da der Phasendiskriminatorarbeitspunkt bei PLL-Schaltungen 1. und 2. Ordnung auch ohne Wobbelschaltung durch temperaturabhängige Offsetspannungen des Phasendiskriminators, temperaturabhängige Frequenzschwankungen des Oszillators oder z.B. Änderung der Eingangsfrequenz schon meist grossen Schwankungen unterworfen ist, wird die Dimensionierung der oben angeführten Suchoszillatorschaltungen sehr kritisch. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen phasengeregelten Oszillator eine Lösung anzugeben durch die die vorstehend genannten Schwierigkeiten in einfacher Weise behoben werden. Diese Aufgabe wird bei einem phasengeregelten Oszillator der eingangs beschriebenen Art gemäss der Erfindung in der Weise gelöst, dass ein Integrator vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung über einen zwischen Schleifenfilter und spannungsgesteuerten Oszillator eingeschalteten Spannungssummierer in die PLL-Schleife eingekoppelt wird und der zwei von einer Steuerlogik gesteuerte, wechselweise anschaltbare Rückkopplungswege von einem Anschlusspunkt vor und hinter dem Spannungssummierer über jeweils einen Spannungsauswgtrter zu seinem Eingang aufweist, und dass die Spannungsauswerter aus das Uber- oder Unterschreiten von vorgegebenen Spannungswerten digital auswertenden und die Information bis zur folgenden Grenzüberschreitung speichernden Schaltungen bestehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die konventionelle PLL-Schaltung besteht aus dem Phasendiskriminator 1, dem Schleifenfilter 2 sowie dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 3. In die PLL-Schleife ist zwischen dem Schleifenfilter 2 und dem spannungsgesteuerten Oszillator 3 ein Spannungssummierer 4 eingeschaltet, über den die Ausgangsspannung eines Integrators I (strichliert umrandet) in die PLL-Schleife eingekoppelt wird. Der Integrator I besitzt zwei Rückkopplungswege, die ueber einen elektronischen Schalter IV (strichliert umrandet) anschaltbar sind und an einen Anschlusspunkt A vor dem Spannungssummierer 4 und einen Anschlusspunkt B hinter dem Spannungssummierer 4 führen. In die beiden Rück- kopplungswege ist jeweils ein Spannungsauswerter II bzw. III (strichliert umrandet) eingeschaltet. Der Spannungsauswerter II im Rückkopplungsweg zu dem Anschlusspunkt A vor dem.Spannungssummierer 4 besteht aus einem Schmitt-Trigger 5, der über einen Widerstand Rl auf einen Widerstand R2 rückgekoppelt ist und dessen Ausgang mit dem einen Anschluss (strichlierte Schalterstellung b) des elektronischen Schalter IV verbunden ist. Die im Rückkopplungsweg vom Anschlusspunkt B hinter dem Spannungssummierer 4 liegende Auswerteschaltung III enthält zwei Komparatoren 6, 7,deren zweitem, nicht mit der PLL-Schleife verbundenen Eingang jeweils eine Bezugsspannung U1 bzw. U2 zugeführt wird. Die Ausgänge der Komparatoren 6, 7 sind an ein RS-Flip-Flop 8 angeschlossen, dessen Ausgang Q mit dem einen Anschluss (Schalterstellung a) des elektronischen Schalters IV verbunden ist. Die Verbindung des Integratoreingangs über den elektronischen Schalter IV mit dem Auswerter III für die Spannung hinter dem Spannungssummierer ermöglicht ein einwandfreies Suchen und die mit dem Spannungsauswerter II vor dem Summierer ein Halten des eingerasteten Zustandes der PLL-Schleife. Der Ubergang von einem in den anderen Zustand wird durch selbständige Umschaltung über eine Steuerlogik V (strichliert umrandet) sichergestellt. Diese Steuerlogik, die in einfacher Weise durch einen monostabilen Multivibrator realisiert werden kann, enthalt ein Differenzierglied 10 und ein nachfolgendes Zeitglied 9, das an den elektronischen Schalter IV angeschlossen ist sowie an einen gleichartigen Schalter, der innerhalb des Integrators I zu einem Serienwiderstand R parallelgeschaltet ist. Die Spannungsauswerter II, III sind Schaltungen, die das Über- oder Unterschreiten von vorgegebenen Span nungsgrenzwerten digital auswerten und die Information bis zur folgenden Grenzwertüberschreitung speichern. Nachstehend wird die Funktion der Schaltung näher er läutern. Im¯nicht gefangenen Zustand der PLL-Schleife wird eine Suchschwingung in Sägenzohnform durch Rückkopplung des Integrators T über die beiden Komparatoren 6, 7 das RS Flip-Flop und den elektronischen Schalter IV in Stellung a aufrecht erhalten. Die maximale Ausgangsspannung des Integrators I ist dabei so bemessen, dass für jede mögliche Ausgangsspannung des Schleifenfilters 2 hinter dem Summierpunkt die beiden Grenzspannungen Un und U2 als Schaltspannungen der Komparatoren 6, 7 erreicht werden. Die Frequenz der Suchschwingung ist dabei so zu wshlen, dass sie zum sicheren Einrasten der PLL-Schleife wesentlich kleiner ist als die Schleifenbandbreite. Nach dem Einrasten der PLL-Schleife hleibt die Spannung hinter dem Summierpunkt konstant, d.h. Änderungen der Integratorspannung werden durch die Änderung der Ausgangsspannung des Schleifenfilters kompensiert. Durch diesen Mitzieheffekt erreicht diese Spannung eine von beiden Schaltspannungen des Schmitt Triggers 5 und bringt durch diesen Schaltvorgang über die Steuerlogik V den elektronischen Schalter IV in die andere Schaltstellung b. Die Steuerlogik V,z.B. ein monostabiler Multivibrator, wird bei jedem Schaltvorgang des Schmitt-Triggers 5 des Spannungsauswerters II' geschaltet ("retriggerbares Monoflop"). Auf diese Weise kann sich eine Sägezahnschwingung über den Schmitt-Trigger 5, den Integrator I und die geschlossene PLL-Schleife aufrechterhalten. Für Uberwachungszwecke ist die Verzögerungszeit des Monoflop gerade so zu wählen, dass es durch die Sägezahnschwindung gerade getriggert bleibt (Frequenzüberwachung). Die verbleibende Sägezahnschwingung nach dem Schleifenfilter 2, ein Mass für die Störphasenmodulation, kann durch Wahl einer kleinen Schmitt-Trigger-Rysteresis und zusätzliches Einschalten des durch einen Schalter überbrückbaren Widerstandes R beim Integrator I auf kleine Werte für Amplitude und Frequenz eingestellt werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Schal tung liegt darin, dass der statische Arbeitspunkt des Phasenmodulators nicht mehr von der Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators abhangig ist, sondern nur durch die mit einfachen Massnahmen konstant zu haltenden Schaltpunkte des Schmitt-Triggers bestimmt wird. Beim Ausfall der PLL-Schleife bringt der .Inte- grator die Spannung hinter dem Summierpunkt bis zu einer der Schaltspannungen U1 oder U2, schaltet da durch den elektronischen Schalter IV und den Integra tor I auf kürzeste Integrierzeit um und startet den zuerst beschriebenen Suchvorgang. 7 Patentans.prüche 1 Figur

Claims: Pa-tentanspr;iiche 1. Phasengeregelter Oszillator mit einem Phasendiskriminator, einem Schleifenfilter und einem spannungsgesteuerten Oszillator (PLL,Schleife) und mit einer FangeinrichtUng, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass ein Integrator(I)vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung über einen zwischen Schleifenfilter (2) und spannungsgesteuerten Oszillator (3) eingeschalteten Spannungssummierer (4) in die PLL-Schleife eingekoppelt wird und der zwei von einer Steuerlogik (V) gesteuerte, wechselweise anschaltbare Rückkopplungswege von einem Anschlusspunkt vor und hinter dem Spannungssummierer (4) über jeweils einen Spannungsauswerter (II, III) zu seinem Eingang aufweist, und dass die Spannungsauswerter (II, III) aus das Uberoder Unterschreiten von vorgegebenen Spannungswerten digital auswertenden und die Information bis zur folgenden Grenzwertüberschreitung speichernden Schaltungen bestehen. 2. Oszillator nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der hinter dem Spannungssummierer (4) angeschlossene Spannungsauswerter (III) zum Suchen der Einrastfrequenz zwei Komparatoren (6, 7), deren einem Eingang jeweils eine von zwei Spannungen (U1, U2) mit vorgegebenem Grenzwert zugeführt wird, und ein den Komparatoren nachgeschaltetes RS-Flip Flop(8)enthält, das ausgangsseitig an den einen An schluss (a) des Umschalters (IV) angeschlossen ist. 3. Oszillator nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Ausgangsspannung des Integrators (I) so bemessen ist, dass für jede mögliche Ausgangsspannung des Schleifenfilters (2) hinter dem Summierpunkt (4) die beiden Grenzspannungen (um,, U2) als Schaltspannungen der Komperatoren (6, 7) erreicht werden. 4. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der vor dem Spannungssummierer (4) angeschlossene Spannungsauswerter (II) zum Halten des eingerasteten Zustandes einen Schmitt-Trigger (5) enthält, dessen Ausgang einerseits mit der Steuerlogik (V) und andererseits mit dem anderen Anschluss (b) des Umschalters (IV) verbunden ist. 5. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schmitt-Trigger (5) eine kleine Hysterese aufweist. 6.'0szillator nach Anspruch 5, d a du r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass im Integrator (I) ein -hochohmiger Widerstand (R) in Reihenschaltung angeordnet ist. 7. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Frequenz der Sägezahnform aufweisenden Suchschwingung wesentlich kleiner ist als die Schleifenbandbreite.

Inventors: LEHMANN, UWE, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: H03L7
IPC codes: H03L7