ARRANGEMENT FOR THE STABILISATION OF THE FREQUENCY PRODUCED BY A FREQUENCY GENERATOR, IN PARTICULAR BY A QUARTZ GENERATOR

Abstract: 1. Arrangement for the stabilization of the frequency emitted by a frequency generator (VCO), in particular by a quartz generator, having a thermostat arrangement which keeps the frequency-determining elements of this frequency generator at a predetermined temperature, which thermostat arrangement consists of a thermostat housing which receives the frequency-determining elements and of a temperature controller which controls the internal temperature of this thermostat housing, which temperature controller has a heating element (HT) and a temperature sensor constructed as temperature-dependant frequency-change oscillator (TCO), the frequency of which temperature sensor is used for providing a control variable to be fed to the heating element, the frequency-determining elements of the frequency-change oscillator being likewise received in the thermostat housing and the temperature dependency of the frequency generator (VCO) and of the frequency-change oscillator (TCO) being, at least within a predetermined temperature range, varied to such an extent that, at the desired frequency of the frequency generator, a stable operating point of the first control circuit consisting of the frequency generator (VCO), the frequency-change oscillator (TCO) and the heating element (HT) arises, characterized in that the frequency-change oscillator (TCO) is included in a first phase-locked loop (PH2, R2, TCO, FT2), by means of which the frequency of the frequency-change oscillator can be controlled in the course of a calibration procedure by feeding a corresponding tuning variable according to a reference frequency to the stable operating point of the first control circuit.

Description: Anordnung zur Stabilisierung der von einem Frequenzgenerator, insbesondere einem Quarzgenerator, abgegebenen Frequenz Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stabilisierung der von einem Frequenzgenerator, insbesondere einem Quarzgenerator, abgegebenen Frequenz mit einer die frequenzbestimmenden Elemente dieses Frequenz generators auf einer vorgegebenen Temperatur haltenden Thermostatanordnung, welche aus einem die frequenzbestimmenden Elemente aufnehmenden Thermostatgehäuse und einem die Innentemperatur dieses Thermostatgehäuses regelnden, ein Heizelement und einen Temperatur-Sensor aufweisenden Temperaturregler besteht. Solche Anordnungen werden insbesondere für Taktversorgungseinrichtungen synchroner Daten- und Nachrichtennetze benö- tigt. Die dort verwendeten Oszillatoren sollen eine hche Eigengenauigkeit besitzen und sich mit Hilfe von Regelschaltungen auf externe Referenzfrequenzen synchronisieren lassen. Die verlangten Genauigkeitswerte haben esne konstante Umgebungstemperatur für die frequenz bestimmenden Elemente zur Voraussetzung. Es ist üblich, diese konstante Umgebungstemperatur durch Thermostatbetrieb herzustellen. Falls das frequenzbestimmende Element ein Schwingquarz ist, muss die Betriebstemperatur so gewählt sein, dass sie im Bereich des sogenannten Umkehrpunktes des Quarzes liegt bzw. es muss ein Schwingquarz gewählt werden, dessen Umkehrpunkt bei einer Temperatur liegt, die sich mit Rücksicht auf die zu erwartende Umgebungstemperatur durch Regelung leicht konstant halten lässt. Es ist üblich, Schwingquarze und Oszillatorschaltungen innerhalb eines Thermostatgehäuses anzuordnen, dessen Innentemperatur mit Hilfe einer elektrischen Verlustleistungsregelung konstant gehalten wird. Zur Temperaturregelung werden analog arbeitende Regelschaltungen (Proportionalregler) und Temperaturmessfühler (z.B. Kaltleiter, Heissleiter) verwendet, die justiert und an den erwähnten Umkehrpunkt des Quarzes angepasst werden müssen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass auf die manuelle Justierung der Temperaturmessfühler verzichtet werden kann und trotzdem eine gegenüber bekannten Tempera turreoeleinrichiungen gesteigerte Genauig'Keit erzielt werden kann. Gelöst wiro die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgema.ss dadurch, dass der Temperaturregler als Temperatur-Sensor einen temperaturabhängigen Hilfsoszillator aufweist, dessen frequenzbestimmende Elemente ebenfalls in dem Thermostatgehäuse aufgenommen sind und dessen Frequenz nach Massgabe einer Bezugsfrequenz regelbar ist und die Stellgrösse für die dem Thermostatgehäuse zuzuführende Heizleistung bildet. Eine vorgegebene bzw. geforderte Genauigkeit der Temperaturregelung und damit der Frequenzstabilität lässt sich mit der Anordnung gemäss der Erfindung grundsätzlich einfacher erreichen als mit Temperaturmessfühlern, die eine manuelle Justierung erfordern, da bei der Anordnung gemäss der Erfindung die im Thermostatgehäuse wirksame Temperatur nicht an den Temperaturverlauf irgendeines analogen Bauelementes, sondern an eine Bezugsfrequenz gekoppelt ist, die mit grosser Genau igkeit zur Verfügung steht. Mit der Anordnung gemäss der vorvorliegenden Erfindung ist innerhalb einer mehrere Stunden umfassenden Zeitspanne eine Frequenzkonstanz von 10-10 reichbar, während bei herkömmlichen Frequenzgeneratoren ma ximal eine Frequenzkonstanz von 10 9 erzielt werden kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild einen Frequenzgenera tor, bei dem die Erfindung angewandt ist, Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Frequenzgenerators, Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des für die Fre quenzstabilisierung vorgesehenen Heizelementes und der mit diesem verbundenen Vergleicherschaltung, Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbila der in Fig. 2 darge stellten Rücksetzschaltung. In Fig. 1 ist ein Frequenzgenerator dargestellt, der eingangsseitig ein Signal mit einer Referenzfrequenz RF zugeführt erhält. Aus dieser Referenzfrequenz wird mit Hilfe eines Frequenzteilers FT3 eine interne Vergleichsfrequenz fRV gewonnen, die ein Phasendiskriminator PH1 mit einer weiteren, aus der Ausgangsfrequenz des Frequenzgenerators durch Frequenzteilung in einem Frequenzteiler FT1 gewonnenen Vergleichsfrequenz TV vergleicht. Die bei diesem Vergleich ermittelte Phasendifferenz wird in dem Phasendiskriminator digitalisiert und als binäre Zahlengrösse an einen Phasenregler R1 übergeben, der bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem Mikroprozessor gebildet ist. Dieser Phasenregler ermittelt aus der Phasendifferenz eine Stellgrösse, welche sich aus Proportional- und Integralanteil zusammensetzt. Diese Stellgrösse wird in einen Spannungswert umgesetzt, der mit Hilfe einer Varaktordiode, die im Resonanzkreis eines zu einem Quarzoszillator VCO gehörenden Schwingquarzes liegt, die Frequenz des Quarzoszillators steuert. Der gerade erwähnte Schwingquarz, dessen Temperaturabhängigkeit kubisch verläuft, wird dabei im oberen Temperaturumkehrpunkt betrieben. Im Ideal fall ist der Temperaturkoeffizient in diesem Punkt gleich Null. Der Strom durch den Schwingquarz-Resonanzkreis wird dabei auf einen für Präzisionsoszillatoren erforderlichen kleinen Wert geregelt. Um die Temperatur des Schwingquarzes konstant zu halten, ist dieser in einem Thermostatgehäuse TG untergebracht. Da die übrigen Komponenten der Oszillatorschaltung ebenfalls nennenswerte Temperaturkoeffizienten aufweisen, sind auch diese innerhalb des Thermostatgehäuses angeordnet. Der Schwingquarz ist dabei direkt mit dem Gehäuse verbunden, um einen guten thermischen Kontakt zu erreichen. Das Thermostatgehäuse TC besteht aus einem metallischen Gehäuse mit konstanter Innentemperatur. Dieses Gehäuse weist eine gegenüber der Umluft isolierende Ummantelung auf. Diese Ummantelung des Thermostatgehäuses gegenüber der Umluft bewirkt eine Verminderung von Störeinflüssen durch die Um gebung und eine Reduzierung der Betriebsleistung. Das Gehäuse selbst ist dabei aus Metall mit guter thermischer Leitfähigkeit und grosser spezifischer Wärmekapazität hergestellt. Dadurch werden Temperaturunterschiede innerhalb des Gehäuses klein gehalten. Das Thermostatgehäuse TG ist zusammen mit dem Temperaturregler Bestandteil einer Thermostatanordnung. Dieser Temperaturregler weist als Temperatur-Sensor einen temperaturabhängigen Hilfsoszillator TCO auf, dessen temperaturabhängiges Element aus einem Temperatur-Messquarz gebildet ist. Dieser Temperatur-Messquarz ist zusammen mit einem Heiztransistor HT, der ebenfalls Bestandteil des Te,npera- turreglers ist, in dem genannten Thermostatgehäuse angeordnet. Der Temperaturkoeffizient des Temperatur-Messquarzes ist im übrigen annähernd konstant und relativ hoch ge genüber dem Temperaturkoeffizienten eines normalen Schwingquarzes. Damit verläuft die Temperaturabhängigkeit der Frequenz des Hilfsoszillators in einem vorgegebenen Temperaturbereich monoton bzw. annähernd linear. Die aufgrund der Innentemperatur des Thermostatgehäuses sich einstellende Frequenz f2 des Hilfsoszillators TCO wird mit Hilfe eines Frequenzteilers FT2 um einen vorgegebenen Betrag heruntergeteilt (fTV) und in einem Phasendiskriminator PH2 mit einer Normalfrequenz v verglichen. Bei dieser Normal frequenz handelt es sich um die mit Hilfe des Frequenzteilers FT1 um einen vorgegebenen Betrag verminderte Frequenz des Quarzoszillators VCO. Aus der bei diesem Vergleich sich ergebenden Phasendifferenz ermittelt ein Temperaturregler R2 mit Pl-Verhalten den Proportional- und Integralanteil für eine Stellgrösse, die die Leistung des Heiztransistors HT steuert, der sich in dem bereits erwähnten Thermostatgehäuse befindet. In Fig. 2 ist der gerade erläuterte Frequenzgenerator detaillierter dargestellt. Hierbei ist anstelle der in Fig. 1 angegebenen Phasendiskriminatoren PH1 und PH2 lediglich ein einziger Phasenvergleicher PV vorgesehen. Dieser Phasenvergleicher wird im Multiplex-Betrieb ausgenutzt. Hierfür ist der Phasenvergleicher mit den Frequenzteilern FT2 und FT3 eingangsseitig verbunden. Die von diesen Frequenzteilern abgegebenen Frequenzsignale werden abwechselnd dem Takteingang einer Kippstufe FF1 zugeführt. Ein Signaleingang dieser Kippstufe ist mit dem Ausgang des Frequenzteilers FT1 verbunden. Das von diesem Frequenzteiler abgegebene Frequenzsignal wird ausserdem einer weiteren Kippstufe FF2 zugeführt. Am Ausgang der Kippstufe FF1 tritt ein binäres Signal mit einem der Phasendifferenz der Eingangssignale proportionalen Impulsverhältnis auf. Während eines der beiden Zustände dieses binären Signals wird ein mit dem Frequenzsignal fl beaufschlagter Takteingang eines der Kipp stufe FF1 nachgeschalteten Zählers ZLR freigegeben. Am Ende der Messperiode entspricht der Zählerstand dieses Zählers dem Binärwert des quantisierten Phasendifferenzsignals. Eine Unterbrechungsschaltung INT veranlasst einen Mikroprozessor MP, den Zählerstand des Zählers ZLR zu lesen. Die ser Mikroprozessor realisiert sowohl die Funktion des in Fig. 1 dargestellten Phasenreglers Sl als auch die des in Fig. 1 dargestellten Temperaturreglers R2. Die bereits erwähnte Kippstufe FF2, die über einen ihrer Ausgänge mit der Unterbrechungsschaltung INT verbunden ist, steuert über einen weiteren Ausgang den Multiplex-Betrieb aes Phasenvergleichers PV. Diese Kippstufe bewirkt dabei, dass der Phasenvergleicher abwechselnd die von den Frequenzteilern FT2 und FT3 abgegebenen Frequenzsignale übernimmt und dass der Mikroprozessor MP über eine Meldeleitung ein Unterbrechungssignal für die Ubernahme des Zählerstandes des Zänlers ZLR zugeführt erhält. Der Mikroprozessor ist im übrigen mit dem Phasenvergleicher für die Übernahme der Unterbrechungssignale bzw. der von dem Zähler ZLR bereitgestellten Zählerstände über einen aus 16 Einzelleitungen bestehenden Datenbus DB verbunden. Der Mikroprozessor MP realisiert die Funktion des Phasenrealers R1 in der Weise, dass er aus dem ihm von dem Phasenvergleicher PV her zugeführten Zählerstand, der ein Mass für die aufgetretene Phasendifferenz ist, den Proportional- und den Integralanteil ermittelt und die Summe dieser beiden Anteile als Stellgrösse abgibt. Die Koeffizienten, die die Zeitkonstanten des Reglers mit PI-Verhalten bestimmen, sind variabel. Sie werden nach einem adaptiven Verfahren während des Betriebes ermittelt und eingestellt. Hierfür dienen als Kriterium die Phasendifferenz und die Frequenzabweichung, die in Toleranzbereiche eingeteilt sind. Bei Ausfall der Referenzfrequenz RF bleibt der zuletzt errechnete Integralwert gespeichert und wird als Stellgrösse ausgegeben. Falls erforderlich, kompensiert der Mikroprozessor MP auch die nichtlineare Frequenzsteuerkennlinie der bereits genannten Varaktordiode des Quarzoszillators VCO. Als Temperaturregler, der wie der Phasenregler als Pl-Reg- ler ausgelegt ist, ermittelt der Mikroprozessor MP aus dem ihm von dem Phasenvergleicher her zugeführten Phasendiffrenzwert durch Differenzieren die Frequenzdifferenz, die ein Mass für die Temperatur ist. Aus dieser Frequenzdifferenz wird anschliessend der Proportional- und Integralanteil ermittelt und eine entsprechende Stellgrösse für die Regelung der Leistung des Heiztransistors, der in Fig. 2 mit HT bezeichnet ist, ausgegeben. Durch eine gegenüber der Zeitkonstanten der Thermostatanordnung grosse, für das Integralverhalten bestimmende Zeitkonstante wird eine Schwingneigung des Regelkreises verhindert. Der Integralanteil bewirkt, dass der Regelfehler im gesamten Arbeits Temperaturbereich im Mittel Null ist. Der Mikroprozessor erhält für die Ermittlung der Stellgrösse für die Regelung der Leistung des Heiztransistors HT zusätzlich eine Führungsgrösse zugeführt. Der Wert dieser Füh- rungsgrösse entspricht dabei dem Temperatur-Umkehrpunkt des Quarzoszillators VCO und ist in einem nichtflüchtigen Schreib-/Lese-Speicher EEPRDM gespeichert. Der Wert der Führungsgrösse steht demzufolge auch nach einem Stromversorgungsausfall wieder zur Verfügung. Den Temperatur-Umkehrpunkt ermittelt der Mikroprozessor dabei selbsttätig während eines Eichvorganges im Prüffeld. Bei diesem Vorgang wird an den Frequenzteiler FT3 ein Signal mit einer Normalfrequenz angeschaltet und mit dem beschriebenen Vergleicher die Phasendifferenz zwischen dieser Normalfrequenz und der Frequenz des Quarzoszillators VCO gemessen. Daraus ermittelt der Mikroprozessor die Phasendifferenz und deren Ableitung nach der Temperatur. Hierfür wird während des Eichvorganges die Temperatur des Thermostatgehäuses variiert. Auf diese Weise wird der Temperatur-Umkehrpunkt des Schwingquarzes ermittelt, bei dem der Temperaturkoeffizient Null ist. Dieser Temperatur-Umkehrpunkt wird, wie bereits oben erwähnt, in dem nichtflüchtigen Schreib-/Lese Speicher gespeichert. Für die Abgabe der für den Quarzoszillator VCO ermittelten Stellgrösse ist der Mikroprozessor MP über den bereits erwähnten Datenbus DB mit einem Digital-/Analog-Wandler D/Al verbunden. Dieser Digital-/Analog-Wandler gibt eine Analogspannung an die bereits genannte Varaktordiode des Quarzoszillators VCO ab. In Fig. 2 ist die Beschaltung des genannten Quarzoszillators mit der Varaktordiode schematisch dargestellt. Ausserdem ist der zu dem Quarzoszillator gehörende Schwingquarz Q1 angedeutet. Mit dem Mikroprozessor MP ist über den bereits genannten Datenbus ein weiterer Digital-/Analog-Wandler D/A2 verbunden. Dieser Digital-/Analog-Wandler ist mit seinem analogen Ausgang an eine im Resonanzkreis des Hilfsoszillators TCO sich befindende Varaktordiode angeschlossen. Der Resonanzkreis mit dem Temperatur-Messquarz Q2 und der Varaktordiode ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird dem Hilfsoszillator TCO über den gerade genannten Digital-/Analog-Wandler D/A2 während des Betriebes des Frequenzgenerators in periodischen Abständen eine Stellgrösse zugeführt. Die jeweils zugeführte Stellgrösse ist dabei so festgelegt, dass der Hilfsoszillator auf einer lediglich durch die Innentemperatur des Thermostatgehäuses TG vorgegebenen Frequenz schwingt. Mit dieser Frequenz, die ein Mass für die in dem Thermostatgehäuse herrschende Innentemperatur ist, ist gleichzeitig der Arbeitspunkt des Quarzoszillators VCO festgelegt. Dieser Arbeitspunkt soll, wie vorstehend bereits erläutert worden ist, im Temperatur-Umkehrpunkt des Quarzoszillators liegen. In diesem Temperatur-Umkehrpunkt besteht eine feste Beziehung zwischen Temperaturänderung und der Differenz zwischen der von dem Quarzoszillator bereitgestellten Bezugs frequenz und der Frequenz des Hilfsoszillators. Werden während des Betriebes des Frequenzgenerators Unregelmässigkeiten in dieser Beziehung festgestellt, wie es beispielsweise bei einer Verschiebung des Arbeitspunktes aufgrund eines geänderten Schwingungsverhaltens des Hilfsoszillators der Fall sein kann, so wird durch eine entsprechend gewählte Stellgrösse eine Frequenz des Hilfsoszillators eingestellt, die die Verschiebung des Arbeitspunktes kompensiert. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ermittelt der Mikroprozessor MP während eines Eichvorganges, der sich an die Festlegung des Temperatur-Umkehrpunktes des Quarzoszillators VCO anschliesst, eine Abgleichgrösse für den Hilfsoszillator TCO, mit der sich eine dem zuvor ermittelten Temperatur-Umkehrpunkt entsprechende Temperatur in dem Thermostatgehäuse einstellt. Durch diese Abgleichgrösse kann die Frequenz des Hilfsoszillators als Mass für die Innentempera- tur des Thermostatgehäuses in vorgegebenen Grenzen abgegli chen werden. Insbesondere werden durch die ermittelte Abgleichgrösse durch Exemplarstreuungen des verwendeten Tem peratur-Messquarzes sich einstellende Frequenzabweichungen eliminiert. Die während des Eichvorganges ermittelte Abgleichgrösse wird dem Hilfsoszillator dann während des Betriebes des Frequenzgenerators unverändert zugeführt. Damit sind Regelvorgänge zur Einstellung der Frequenz des Hilfsoszillators während des Betriebes des Frequenzgenerators nicht erforderlich. Die Frequenzkonstanz kann zwar unter Umständen bei einer Anderung des Schwingungsverhaltens des Hilfoszillators während des Betriebes des Frequenzgenerators etwas niedriger sein als die des Frequenzgenerator gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel. Die erzielbare Frequenzkonstanz ist aber auf jeden Fall höher als die Fre quenzkonstanz bei herkömmlichen Frequenzgeneratoren. Während des zuletzt genannten Eichvorganges stellt der Mikroprozessor MP den dem Hilfsoszillator TCO nachgeschalteten Frequenzteiler FT2 ein, dessen Teilungsverhältnis variabel ist. Durch diese Einstellung wird erreicht, dass sich am Eingang des in Fig. 2 dargestellten Phasenvergleichers PV eine geeignete Frequenz für den Vergleich mit der durch den Frequenzteiler FT1 um einen vorgegebenen Betrag verminderten Frequenz des Quarzoszillators VCO einstellt. Auch der bereits erwähnte Frequenzteiler FT3 ist als Frequenzteiler mit einem variablen Teilungsverhältnis ausgelegt. Damit ist es möglich, den Frequenzgenerator mit unterschiedlichen Referenzfrequenzen RF zu betreiben. Der Abgleich des Frequenzteilers FT3 erfolgt dabei ebenfalls während des gerade erwähnten Eichvorganges. Die gerade genannten Einstellungen der Frequenzteiler FT2 und FT3 bleiben währeno des Betriebes des Frequenzgenerators erhalten. In Fig. 2 ist noch eine Digital-/Analog-Wandleranordnung dargestellt, die die von dem Mikroprozessor MP errechnete Stellgrösse für die von dem Heiztransistor, in Fig. 2 mit HT bezeichnet, abzugebende Heizleistung zugeführt erhält. Diese Digital-/Analog-Wandleranordnung weist eine Zähleranordnung Z auf, welche mit ihren Setzeingängen für die Einstellung eines Anfangszählerstandes mit den die niederwertigen Bits DO bis D7 führenden Leitungen des aus 16 Einzelleitungen bestehenden Datenbusses DB verbunden ist. Die die höherwertigen Bits D8 bis D15 führenden Leitungen des Datenbusses DB sind an erste Eingänge eines Addierers ADD angeschlossen. Ein weiterer als Überlauf-Eingang dienender Eingang dieses Addierers ist an den Zählerausgang der Zähleranordnung Z angeschlossen. Ausgangsseitig steht dieser Addierer ADD über eine aus acht Leitungen bestehende Leitungsanordnung mit einem Digial-/Analog-Wandler D/A3 in Verbindung. Diesem Digital-/Analog-Wandler ist eine im folgenden noch zu eriäuternde Vergleicherschaltung nachgeschaltet, die die von dem Digital-/Analog-Wandler D/A3 abgegebene analoge Stellgrösse dem in dem Thermostatgehäuse sich befindenden Heiztransistor zuführt. Die Umsetzung der der gerade beschriebenen Digital-/Analog Wandleranordnung zugeführten digitalen Stellgrösse geht nun folgendermassen vor sich. Die Zähleranordnung Z, bei der es sich um einen Rückwärtszähler handeln möge, übernimmt aufgrund eines von dem Mikroprozessor MP in periodischen Abständen wiederholt abgegebenen Steuersignals die acht niederwertigen Bits DO bis D7 der von dem Mikroprozessor abgegebenen Datenbits DO bis D15 als Anfangszählerstand. Die höherwertigen Bits D8 bis D15 werden, wie bereits oben erwähnt, dem Addierer ADD zugeführt. Nach der Einstellung des Anfangszählerstandes erhält die Zähleranordnung Z von einem Taktgenerator Taktsignale T zugeführt, welche einen Zählvorgang bis zum Erreichen eines vorgegebenen Endzählerstandes "0" auslösen. Vor dem Erreichen dieses Endzählerstandes gibt die Zähler anordnung Z an ihrem Ausgang einen logischen Pegel 1 ab. Dieser Pegel, der dem Überlauf-Eingang des Addierers ADD zugeführt wird, bewirkt, dass das niederwertigste Bit der dem Addierer ADD zugeführten Bits D8 bis D15 inkrementiert wird. Damit stellt der Addierer zunächst an seinem Ausgang ein Summensignal bereit, welches die auf den Wert D8 bis D15 aufgerundete digitale Stellgrösse DO bis D15 darstellt. Nach Erreichen des Endzählerstandes "O" bis zur erneuten Einstellung eines Anfangszählerstandes wechselt der logische Pegel am Ausgang der Zähleranordnung Z, d.h. es stellt sich ein logischer Pegel 11011 ein. Dieser Pegel bewirkt ein Dekrementieren des niederwertigsten Bits D8 des von dem Ad dierer ADD abgegebenen Summensignals. Dieses Dekrementieren entspricht damit einem Abrunden der von dem Mikroprozessor MP abgegebenen digitalen Stellgrösse DO bis D15 auf den Wert D8 bis D15. Wie gerade erläutert, ist der Zeitpunkt des Pegelwechsels am- Ausgang der Zähleranordnung Z während eines durch die Abgabe zweier aufeinanderfolgender Steuersignale für die Einstellung des Anfangszählerstandes der Zähler anordnung Z festgelegten Zeitintervalls durch die niederwertigsten Bits der von dem Mikroprozessor jeweils bereitgestellten Bits der digitalen Stellgrösse festgelegt. Die Zähleranordnung Z gibt damit an ihrem Ausgang nach Massgabe der ihr von dem Mikroprozessor her zugeführten Bits eine pulslängenmodulierte Impulsfolge ab, die das erwähnte Summensi gnal am Ausgang des Addierers ADD in der dargestellten Weise beeinflusst. Die ,n zeitlicher Folge von dem Addierer ADD bereitgestellten Summensignale werden mit Hilfe des diesem Addierer nachgeschalteten Digital-/Analog-Wandlers D/A3 in analoge Signale umgesetzt. Der Wert eines solchen analogen Signals ändert sich dabei während eines durch das Auftreten zweier aufeinanderfolgender, von dem Mikroprozessor her abgegebener Steuersignale festgelegten Zeitintervalls. Der Zeitpunkt dieser Änderung ist, wie vorstehend gerade erläutert worden ist, durch den Zeitpunkt des Erreichens des Endzählerstandes der Zähler anordnung Z festgelegt. Entsprechend der zeitlichen Änderung des analogen Signals innerhalb des angegebenen Zeitintervalls gibt der dem Digital-/Analog Wandler D/A3 nachgeschaltete Heiztransistor eine über dieses Zeitintervall gemittelte Heizleistung an das Thermostatgehäuse ab. Bezüglich der erwähnten Zähleranordnung Z sei darauf hingewiesen, dass als Zähler auch ein Vorwärtszähler verwendet werden kann. In diesem Fall ist diesem Zähler jeweils das Komplement der niederwertigen Bits DO bis D7 als Anfangszählerstand zuzuführen. Der Endzählerstand, der ein Wechsel des von der Zähleranordnung Z abgegebenen Pegels bewirkt, ist das Maximum der mit dieser Zähler anordnung erreichbaren Zählerstände. Vor Erreichen dieses Endzählerstandes gibt die Zähleranordnung Z zunächst an ihrem Ausgang einen logischen Pegel "O" ab. Damit ist die von dem Mikroprozessor MP her abgegebene digitale Stellgrösse DO bis D15 auf einen Wert D8 bis D15 abgerundet. Nach Erreichen dieses Endzählerstandes, d.h. des Maximalzählerstandes, gibt dann die Zähleranordnung Z an ihrem Ausgang einen logischen Pegel "1" ab. Dieser logische Pegel bewirkt ein Inkrementieren des niederwertigsten Bits D8 des von dem Addierer ADD abgegebenen Summensignals. Dieses Inkrementieren entspricht damit einem Aufrunden der von dem Mikroprozessor abgegebenen digitalen Stellgrösse DO bis D15 auf den Wert D8 bis D15. Ausgangsseitig ist der in Fig. 2 dargestellte Digitale/ Analog-Wandler D/A3 an einen nichtinvertierenden Eingang eines als Vergleicherschaltung dienenden Operationsverstärkers (Differenzverstärkers) OP angeschlossen. Ein invertierender Eingang dieses Operationsverstärkers erhält von einem Multiplizierer MUL eine dem Produkt aus Heizspannung und Heizstrom entsprechende Vergleichsgrösse zugeführt. Für die Ermittlung dieses Produktes ist der Multiplizierer mit einem seiner Eingänge an den Emitter des Heiztransistors (HT) angeschlossen. Dieser Emitter ist über einen niederohmigen Widerstand R1 gegen Masse geschaltet. Auf diese Weise erhält der Multiplizierer MUL an dem erwähnten Eingang eine dem über den Heiztransistor fliessenden Heizstrom proportionale Grösse zugeführt. Mit einem weiteren Eingang ist der gerade erwähnte Multiplizierer MUL mit einem Abgriff eines zwischen die Heiz spannung Uh und Masse geschalteten Spannungsteilers R1, R2 verbunden. An diesem Abgriff ist damit eine der Heizspannung Uh proportionale Grösse für den Multiplizierer MUL bereitgestellt. An die gerade erwähnte Heizspannung Uh ist der Heiztransistor mit seinem Kollektor angeschlossen. Die Basis dieses Heiztransistors erhält das Ausgangssignal des bereits erwähnten Operationsverstärkers OP zugeführt. Bei diesem Ausgangssignal handelt es sich um ein Stellsignal, welches dem Unterschied zwischen den mit Hilfe des Operationsverstärkers miteinander verglichenen Eingangssignalen entspricht. Wie bereits erläutert, bestenen die Eingangssignale eine seits aus der von dem Mikroprozessor MP bereitgestellten und in aem Digial-/Analog-Wandler D/A3 umgesetzten Stell grosse und andererseits aus dem Ausgangssignal des Multi piizierers MUL. Das Ausgangssignal des Multiplizierers MUL ändert sich bei SchWanKungen der Heizspannung Uh und/oder des durch den Heiztransistor fliessenden Heizstromes. Aufgrund dieses bei derartigen Schwankungen sich ändernden Ausgangssignals gibt der als Vergleicherschaltung dienende Operationsverstärker OP ein gegenüber der von dem Mikroprozessor bereitgestellten Stellgrösse verändertes Stellsignal ab. Dieses Stellsignal ist dabei so festgelegt, oass der Heiztransistor stets die durch die genannte Stellgrösse geforderte Heizleistung abgibt. Das bedeutet, dass bei einer Verringerung des von dem Multiplizierer MUL abgegebenen Ausgangssignals (Produkt aus Heizspannung und Heizstrom) ein gegenüber der von dem Mikroprozessor bereitgestellten Stellgrösse grösseres Stellsignal an die Basis des Heiztransistors abgegeben wird. Bei einer Vergrösserung des Ausgangssignals des Multiplizierers wird dagegen von dem Operationsverstärker OP ein Stellsignal bereitgestellt, welches gegenüber der gegenannten Stellgrösse niedriger ist. In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Heizelementes und der mit diesem verbundenen Vergleicherschaltung dargestellt. Als Heizelement ist hier anstelle eines Heiztransistors ein ohmscher Widerstand Ru vorgesehen, welcher einerseits mit einem Anschluss der Heizspannung Uh und andererseits über einen im Vergleich zu ihm niederohmigen Widerstand Ri mit dem Ausgang des bereits erwähnten Operationsverstärkers OP verbunden ist. Dieser Operationsverstärker ist in Fig. 3 nochmals dargestellt. Der an dem ohmschen Widerstand Ru auftretende Spannungsabfall wird Eingängen eines Spannungssensors Su zugeführt. Dieser Spannungssensor ist aus einem Operationsverstärker (Differenzverstärker) mit einem nichtinvertierenden und einem invertierenden Eingang gebildet. Der an dem gegenüber dem Widerstand Ru niederohmigen Wiser- stand Ri auftretende Spannungsabfall wird Eingängen eines Stromsensors Si zugeführt, bei welchem es sich ebenfalls um einen Operationsverstärker (Differenzverstärker) mit einem nichtinvertierenden und einem invertierenden Eingang handelt. Die Ausgänge des Spannungssensors Su und des Stromsenscrs Si sind für die Abgabe einer der Heizspannung bzw. einer dem Heizstrom entsprechenden Grösse mit den Eingängen des bereits erwähnten, in Fig. 3 nochmals dargestellten Multiplizierers MUL verbunden. Ausgangsseitig ist dieser Multiplizierer in der in Fig. 2 angegebenen Weise an den Operationsverstärker OP angeschlossen. Mit dem Mikroprozessor MP ist über den Datenbus DB schliesslich noch eine Rücksetzschaltung RS verbunden. Diese Rücksetzschaltung versetzt in bestimmten Betriebsfällen, wie z.B. beim Einschalten des Frequenzgenerators, die Frequenzteiler in eine definierte Bezugslage zu einem Vergleichstakt TO. Diese Rücksetzschaltung weist für jeden der Fre quenzteiler FT2 und FT3 eine Schaltungsanordnung auf, wie sie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Diese Schaltungsanordnungen werden jeweils über Ausgabeleitungen des Mikroprozessors aktiviert. Wie in Fig. 4 dargestellt, enthält jede dieser Schaltungsanordnungen zwei Kippstufen, in denen der von dem Mikroprozessor abgegebene Rücksetzbefehl W (WRITE) bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt gespeichert und nach Ausführung automatisch gelöscht wird. In Fig. 4 sind ausserdem die Ausgangssignale der beiden Kippstufen sowie die Vergleichsfrequenz TO und die von dem jeweiligen Frequenzteiler abgegebene Frequenz Tx dargestellt. 17 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Anordnung zur Stabilisierung der von einem Frequenzgenerator (VCO), insbesondere einem Quarzgenerator, abgegebenen Frequenz mit einer die frequenzbestimmenden Elemente dieses Frequenz generators auf einer vorgegebenen Temperatur haltenden Thermostatanordnung, welche aus einem die frequenzbestimmenden Elemente aufnehmenden Thermostatgehäuse und einem die Innentemperatur dieses Thermostatgehäuses regelnden, ein Heizelement und einen Temperatur-Sensor aufweisenden Temperaturregler besteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Temperaturregler als Temperatur-Sensor einen temperaturabhängigen Hilfsoszillator (TCO) aufweist, dessen frequenzbestimmende Elemente ebenfalls in dem Thermostat oehäuse aufgenommen sind und dessen Frequenz nach Massgabe einer Bezugsfrequenz regelbar ist und die Stellgrösse für die dem Thermostatgehäuse zuzuführende Heizleistung bildet 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Frequenz aes Hilfsoszillators (TCO) während eines Eichvorganges durch Zuführen einer entsprechenden Abgleichgrösse nach Massgabe der Bezugs frequenz auf einen festgelegten Wert regelbar ist, dass dieser festgelegte Wert während des Betriebes des Frequenzgenerators allein einer der Änderung der Innentemperatur des Thermostatgehäuses entsprechenden Änderung unterworfen ist und dass die auf die Bezugs frequenz bezogene Änderung des festgelegten Wertes die Stellgrösse für die dem Thermostatgehäuse zuzuführende Heizleistung bildet. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hilfsoszillator (TCO) ein Frequenzteiler (FT2) mit einem variablen Teilungsverhältnis nachgeschaltet und dass während des Eichvorganges durch entsprechende Wahl des Teilungsverhältnisses die Frequenz des Hilfsoszillators auf einen für den Vergleich mit der Bezugs frequenz seeigne- ten Wert abgleichbar ist. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Bezugs frequenz von der Ausgangsfrequenz des Frequenzgenerators (VCO) gebildet ist. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ti 'g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperaturabhängigkeit des Frequenzgenerators (VCO) einerseits und des Hilfsoszillators (TCO) andererseits zumindest innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches derart unterschiedlich ist, dass sich bei der gewünschten Frequenz des Frequenz generators ein stabiler Arbeitspunkt des aus Frequenzgenerator (VCO), Hilfsoszillator (TCO) und dem Heizelement (HT) bestehenden Regelkreises einstellt. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturabhängigkeit der Frequenz des Hilfsoszillators (TCO) im interessierenden Temperaturbereich zumindest annähernd monoton verläuft, insbesondere linear ist. 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturabhängigkeit der Frequenz des Frequenzgenerators (VCO) im interessierenden Temperaturbereich einen Wendepunkt oder einen relativen Extremwert aufweist. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet 1 dass der Frequenzgenerator (VCO) und der Hilfsoszillator (TCO) spannungsgesteuerte Oszillatorschaltungen sowie Phasenregelkreise mit digitalen Phasendiskriminatoren enthalten und dass die zugehörigen Phasenregler von wenigstens einem Mikroprozessor (MP) gebildet sind, die über Digital-/Ana- log-Wandler (D/Al, D/A2) die genannten spannungsgesteuerten Oszillatorschaltungen mit einer Steuerspannung beaufschlagen. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Frequenzgenerator (VCO) und den Hilfsoszillator (TCO) ein gemeinsamer Phasendiskriminator vorgesehen ist, der zwischen den betreffenden Phasenregelkreisen umschaltbar ist. 10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (HT) über einen weiteren Digital-/Analog-Wandler (D/A3) mit dem Mikroprozessor (MP) verbunden ist. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Digital-/Analog-Wandler (D/A3) eine gegen über der vorgegebenen Anzahl von Bits des von dem Mikroprozessor (MP) bereitgestellten Signals geringere Anzahl von Signaleingängen aufweist dass diese Signaleingänge mit dem Ausgang eines ein Summensignal abgebenden Addierers (ADD) verbunden sind, welcher an ersten Eingängen, deren Anzahl der Anzahl der Signaleingänge des Digital-/Analog-Wandlers (D/A3) entspricht, lediglich die höherwertigen Bits der von dem Mikroprozessor (MP) bereitgestellten Bits zugeführt erhält und welcher mit einem weiteren Eingang an eine Steueranordnung (Z) ange schlossen ist, und dass diese Steueranordnung von den niederwertigen Bits der von dem Mikroprozessor bereitgestellten Bits beaufschlagt ist und ein nach Massgabe dieser niederwertigen Bits pulslängenmoduliertes Signal abgibt, welches während der Dauer seines Auftretens das niederwertigste Bit des von dem Addierer abgegebenen Summensignls beeinflusst. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung aus einer taktgesteuerten Zähleranordnung (Z) gebildet ist, welche die niederwertigsten Bits der von dem Mikroprozessor (MP) bereitgestellten Bits für die Einstellung eines Anfangszählerstandes zugeführt erhält und welche zunächst an ihrem Ausgang ein Signal mit einem ersten Binärwert abgibt, während sie bei Erreichen eines vorgegebenen Endzählerstandes bis zur erneuten Einstellung eines Anfangszählerstandes den zweiten Binärwert des Signals abgibt. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, aadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (HT) am Ausgang einer Vergleicherscha-ltung (OP) angeschlossen ist, welche die von dem weiteren Digital-/Analog-Wandler (D/A3) her bereitgestellte Stellgrösse mit einer dem Produkt aus Heizspannung und Heizstrom entsprechenden Grösse vergleicht und ein solches dem Unterschied zwischen den beiden miteinander verglichenen Grössen entsprechendes Stellsignal bereitstellt, dass das Heizelement stets die durch die genannte Stellgrösse geforderte Heizleistung abgibt. 14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleicherschaltung (OP) eine Vers tärker anordnung aufweist, deren einer Eingang mit der die Temperaturrege lung bewirkenden Stellgrösse und deren anderer Eingang mit dem Produkt aus Heizspannung und Heizstrom beaufschlagt ist und dass dem Heizelement (HT) eine dem Heizstrom und der Heizspannung jeweils proportionale Grösse entnehmbar ist, welche ein mit seinem Ausgang an den genannten anderen Eingang der Vergleicherschaltung angeschlossener Multiplizierer (MUL) zugeführt erhält. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (HT) aus einem Transistor gebildet ist, in dessen Kollektorzweig eine der Heizspannung und an dessen Emitteranschluss eine dem Heizstrom proportionale Grösse abnehmbar ist. 16. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (HT) aus einem ohmschen Widerstand (Ru) gebildet ist, dass die an dem Widerstand auftretende Spannung Eingängen eines Spannungssensors (Su) zugeführt ist, an dessen Ausgang eine der Heizspannung proportionale Grösse auftritt, dass mit dem ohmschen Widerstand (Ru) ein weiterer, gegen über diesem niederohmiger Widerstand (Ri) in Reihe geschaltet ist und dass die an den Anschlüssen dieses weiteren Widerstandes auftretende Spannung Eingängen eines Stromsensors (Si) zugeführt ist, an dessen Ausgang eine dem Heizstrom proportionale Grösse auftritt. 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleicherschaltung (OP), der Spannungssensor (Su) und der Stromsensor (Si) jeweils aus einem Differenzverstärker gebildet sind.

Inventors: NIETHAMMER, DIETER, ING. (GRAD)
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: H03L1
IPC codes: G05D23, H03L1