DE1027257B - Schaltungsanordnung zum Phasen- und/oder Frequenzvergleich zweier Signale - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen. zum Vergleich der Phasen oder Frequenzen zweier Signale, beispielsweise zur Synchronisierung dieser Signale. Die Forderung nach der Synchronisierung von zwei Signalen tritt häufig in, der Fernsehteehnik, insbesondere bei den sogenannten Schwungradsynchronisierungsschaltungen und. bei Synchrondetektorschaltungen zur Gleichrichtung der Farbsignale in Farbfernsehempfängern auf. Zur Erzielung einer solchen Synchronisierung sind bereits Phasenvergleichsschaltungen in einer Rückkopplungsschaltung vorgeschlagen worden, doch haben, solche Phasenvergleichsschaltungen den Nachteil, daß, wenn die Frequenz des örtlichen Oszillators beim ersten Einschalten des Empfängers oder beim Übergang von einem Sender auf einen anderen von der der empfangenen Signale abweicht, der örtliche Oszillator nur sehr langsam mit den empfangenen. Signalen in Synchronismus kommt, wenn, dieser Zustand überhaupt erreicht wird.

Es ist auch ein abgestimmter Diskriminator bekannt, der eine sowohl von Frequenz- als auch von Phasenabweichungen der zu vergleichenden Signale abhängige Regelgleichspannung liefert, indem einem Schaltungspunkt eines der Signale und einem anderen Schaltungspunkt beide Signale zugeführt werden. Bei dieser bekannten, Schaltung ist es aber erforderlich, daß der Diskriminator genau auf die Steuerfrequenz abgestimmt sein muß.

Die Erfindung besteht darin, daß jedes Signal beiden Schaltungspunkten mit annähernd gleicher Amplitude und solcher Polarität zugeführt wird, daß das eine Signal zu beiden, Schaltungspunkten mit gleicher und das andere Signal mit entgegengesetzter Polarität gelangt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Signale entgegengesetzter Polarität der Mittelanzapfung einer Spule und die Signale gleicher Polarität einem Ende einer mit der Spule induktiv gekoppelten, weiteren Spule zugeführt, deren anderes linde geerdet ist. 4c

Durch eine solche Schaltung ergibt sich, wie die folgende Beschreibung zeigt, daß der örtliche Oszillator sehr schnell in Synchronismus kommt, wenn die Signale in der Frequenz odler der Phase differieren. Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem sogenannten, Foster-Seeiey-Diskriminator zur Synchronisierung zweier Signale; in den

Fig. 2 bis 11 sind Vektordiagramme dargestellt, die zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 dienen.

In Fig. 1 bezeichnet das Rechteck 1 einen Oszillator S chaltungs anordnung

zum Phasen- und/oder Frequenzvergleich

zweier Signale

Anmelder:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 29. September 1955

und 21. September 1956

William ElHs Ingham, London,
ist als Erfinder genannt worden

irgendeines bekannten Typs, beispielsweise einen Sinusoszillator. Die von diesem Oszillator 1 erzeugtem Signale sind mit Es bezeichnet und werden in, einem Verstärker 3 verstärkt. Ein anderes als Bezugsschwingung angenommenes sinusförmiges Signal Er, mit dem die Signale Es in Frequenz und Phase synchronisiert werden sollen, wird über Eingangsklemmen, 2 einem Verstärker 4 zugeführt. Beide Verstärker 3 und 4 haben je zwei Ausgänge. Die mit Vps bezeichneten Auegangssignale des Verstärkers 3 haben gleiche Polarität, während die mit Vpr bezeichneten Ausgangssignale des Verstärkers 4 entgegengesetzte Polarität haben. Diese Ausgangssignaile werden einem Diskriminator zugeführt, dessen Primärinduktivität 5 mit einer Sekundärinduktivität 6 relativ lose magnetisch gekoppelt ist. Die Induktivität 6 ist durch, eine Kapazität 7 auf eine vorbestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt, die beispielsweise gleich der Frequenz des Bezugssignals Er ist. Die Enden der Induktivität 6 sind mit den Anoden zweier Dioden 8 und 9 verbunden, die sowohl Kristallgleichrichter als auch Röhrengleichrichter sein können. Die Kathoden dieser Gleichrichter 8 und 9 sind miteinander über Widerstände 10 und 11 verbunden, denen Kapazitäten 12 und 13 einer relativ kleinen Impedanz bei der Bezugsfrequenz Er parallel geschaltet sind. Wie in der Zeichnung gezeigt, sind die Ausgangssignale des Ver-

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stärkers 3 mit den, Ausgangssigiialen des Verstärkers 4 in der Primärinduktivität 5 kombiniert, so daß die Ströme in dieser Induktivität der Summe beider Signale, also Vps + Vpr, entsprechen. Die zweiten Ausgänge der Verstärker 3 und 4 sind mit der Mittelanzapfung der Induktivität 6 verbunden, so> daß im Gegentakt an den Enden der Induktivität 6 eine Spannung auftritt, die der Differenz Vps—Vpr entspricht. Weiterhin ist die Mittelanzapfung der Indukkeine Spannung, die die Frequenz oder Phase des Oszillators 1 nachregeln, könnte.

In Fig. 3 ist die Lage dargestellt, wenn die Signale Es und Er ebenfalls in Phase und Frequenz übereinstimmen, wenn jedoch ihre Frequenz verschieden von der Resonanzfrequenz der Schaltung 6, 7 ist. In diesem Fall sind bekanntlich bei Verwendung eines Foster-Seeley-Diskriminators die Vektoren Vos und Vor nicht mehr um 90° phasenverschoben gegenüber

tivität 6 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände io den an der Mittelanzapfung der Schaltung 6, 7 zuge-

10 und 11 für gleich- und niederfrequente Ströme durch, eine Drossel 14 verbunden, wobei der Verbindungspunkt der Widerstände 10 und 11 geerdet ist. Die Spannungen, die an den Widerständen 10 und 11 entstehen, werden einem Differenzier- und Glättungsnetzwerk 15 zugeführt, dessen Ausgangsspannung der geglätteten Differenzspannung der beiden angelegten Spannungen entspricht. Die Ausgangsspannung der Schaltung 15 wird einer Phasen- und Frequenzregelschaltung 16 zugeführt, die beispielsweise eine Reaktanzröhre im Abstimmkreis des Oszillators 1 bildet. Da solche Anordnungen bereits bekannt sind, ist diese Schaltung lediglich in Blockform dargestellt. Desgleichen kann die Schaltung 15 eine bekannte Anordnung sein, und ist deshalb ebenfalls in Blockform gezeichnet.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der oben beschriebenen Schaltung ist es zweckmäßig, die in dem Diskriminator durch die Signale Vps und Vpr erzeugten Spannungen getrennt zu betrachten. Die Verstärker 3 und 4 sind so bemessen, daß die Signale Vps und Vpr gleich groß sind,_vso daß diese Signale in dem Diskriminator ebenfalls gleich große Spannungen Vos und Vor an dem abgestimmten Sekundärkreis 6, 7 des führten Spannungen.. In Fig. 3 ist der Phasenwinkel zwischen Vos und Vps auf der einen Seite und Vor und Vpr auf der anderen Seite mit α bzw. β bezeichnet. Für den Fall, daß Es und Er die gleiche Frequenz haben, sind α und/? ebenfalls gleich. Die Komponenten von Vl und V2 bezüglich des Signals Es sind nun nicht mehr länger gleich, wie durch einen Vergleich von, VIs und V2s gesehen werden kann. Das gleiche gilt für die Komponenten VIr und V2r des Vektordiagramms R, doch sind die beiden resultierenden Vektoren Vl und V2 immer noch gleich. Aus diesem Grunde ergibt sich wiederum keine Ausgangsspannung an der Schaltung 15, die die Frequenz aus Phasen des Oszillators 1 ändern könnte.

Fig. 4 zeigt die Lage, wenn die Frequenzen der Signale Es und: Er gleich sind wie in Fig. 3, wenn jedoch die Signale Es und Er einen Phasenunterschied Φ haben:. Die Komponenten VIs und FIr der Spannung Vl haben dieselbe Größe wie in Fig. 3.

Das gleiche gilt für die Komponenten V2s und V2r. Das Vektordiagramm S ist jedoch bezüglich des Diagramms R um einen Winkel Φ gedreht. Entsprechend ist Vl als die Vektorsumme von VIs und VIr von kleinerer Amplitude als in Fig. 3. Umge-

Diskriminators bewirken. Dieser ist durch die Kopp- 35 kehrt ist V2 als die Vektorsumme von V2s und V2r lung mit der Induktivität 5 bezüglich dieser Span- von größerer Amplitude als in Fig. 3. Durch die

nungen symmetrisch. Die Spannungen an den Gleichrichtern 8 und 9 sind jeweils als Vl und V2 bezeichnet, wobei die Spannung Vl die Vektorsumme der SpannungenV2Vos, ¹IzVOr₁ Vps und —Vpr ist, während ähnlich, die Spannung V 2 die Vektorsumme von -¹IiVoS, -¹IzVOr, Vps und —Vpr ist. Die Schaltung ist so bemessen, daß Vos und Vor doppelt so groß sind wie Vps und Vpr.

Wirkung der Gleichrichter 8 und 9 wird nun eine Regelspannung durch die Schaltung 15 erzeugt, welche die Differenz zwischen den Amplituden, V 2 und Vl darstellt. Diese Regelspannung ändert über die Reaktanzröhre 16 die Phase dies Oszillators 1, bis die erwünschte Phasengleiichheit zwischen den Signalen Es und Er wiederhergestellt ist. Hierzu wird bemerkt, daß in Fig. 4 die Winkel α und β noch immer gleich

In Fig. 2 ist die Wirkungsweise der Schaltung nach 45 sind, da die Signale Es und Er die gleiche Frequenz

Fig. 1 für den Fall dargestellt, daß die Signale Es und Er die gleiche Frequenz und Phase haben und ihre Frequenz mit der Resonanzfrequenz der Schaltung 6,7 übereinstimmt. Der Anteil des Signals £i an Vl behaben.

In den Fig. S bis 9 ist die Lage dargestellt, wenn die Signale Es und Er verschiedene Frequenz haben. Es wird angenommen, daß die Frequenz fr des

steht in der Vektorsumme von Vps und ¹IiVoS. Der 50 Signals Er höher ist als die Resonanzfrequenz fd der

entsprechende Anteil dieses Signals an. V2 wird durch die Vektorsumme VpS-¹ItVoS gebildet. Weiterhin ist die Spannung Vos gegenüber der Spannung Vps infolge der Kopplung zwischen den Induktivitäten 5 und 6 um 90° phasenverschoben. Das Vektordiagramm der Spannungen in der Diskriminatorschaltung bezüglich des Signals Es bildet die obere Hälfte der Fig. 2 und wird im folgenden als das Vektordiagramm JT bezeichnet. Das Signal Er bewirkt ein ähnliches Vektordiagramm R, welches die untere Hälfte der Fig. 2 bildet und im folgenden durch das Bezugszeichen r gekennzeichnet wird. Hierzu wird noch bemerkt, daß die Vektoren Vps und Vpr entgegengesetzt gerichtet sind. Die Spannung V1 ist die Vektorsumme von VIs und VIr (nämlich der Vektorsumme der Es und Er entsprechenden Komponenten). Ähnlich ist die Spannung V 2 die Vektorsumme von V2sM.uA.V2r, wobei diese Vektorsummen gemäß Fig. 2 natürlich gleich sind. Aus diesem Schaltung 6, 7 und daß fd wiederum höher ist als die Frequenz fs des Signals Es, daß also fr—fd kleiner ist als fd—fs, wie in Fig. 5 dargestellt. Das ist der komplizierteste Fall, der auftreten kann, und es ist selbstverständlich, daß die folgenden Ausführungen bei entsprechender Vereinfachung auch auf die Fälle angewandt werden können, in denen der Diskriminator abgestimmt ist, so> daß fr gleich fd ist.

In den Fig. 6 a und 6 b sind die Vektordiagramme .S^- und R für das Frequenzverhältnis gemäß Fig. 5 dargestellt. Weil fs kleiner ist als fd, ist der Vektor Vos voreilend bezüglich der Phasenquadraturlage, während, weil fr größer ist als fd, der Vektor Vor bezüglich der Phasenquadraturlage nacheilend ist. Weiterhin ist der Betrag des Voreilens von Vos größer als der des Nacheilens von Vor, weil die Differenz zwischen fs und; fd größer ist als zwischen fd und fr. Die Vektordiagramme 5" und R sind in der Figur getrennt gezeichnet, weil die Frequenzen fs

Grunde ergibt sich am Ausgang der Schaltung 15 70 und fr verschieden sind, wodurch ein Diagramm um

Claims (5)

1. 5 6

   den Winkel Ω gegenüber dem anderen Diagramm ge- aber gleicher Frequenz sein, die Ausgangsspannung

   dreht ist, wobei 2 πΩ der Differenz fr —fs entspricht. des Diskriminators Null bleibt, da das durch den Dis-

   Die Spannung Vl am Widerstand; 10 ist die Vektor- kriminator erzeugte unsymmetrische Signal sich

   summe von Vlsund VIr. Wie in Fig.7a dargestellt, gegenseitig auslöscht. Ganz gleich:, ob die zugeführten

   ist FIr größer als VIs, und es wird daher zweck- 5 Signale die gleiche Frequenz wie der abgestimmte

   mäßigerweise angenommen, daß sich VIs gegenüber Kreis 6, 7 haben oder nicht, wirkt der Diskriminator

   FIr dreht. Die Spitze des Vektors Vl beschreibt da- als Frequenzdiskriminator, wenn die Frequenz von Es

   her einen Kreis 17, wobei die Schwankungsfrequenz von der Frequenz von Er verschieden ist, und erzeugt

   von Vl gleich der Schwebungsfrequenz von fr eine Regelspannung von einer Größe und Polarität,

   und fs ist. . ίο die von dem betreffenden Frequenzunterschied ab-

   Ähnlich ist die Spannung V 2 am Widerstandll hängig ist. Diese Spannung kann — wie dargestellt — die Vektorsumme von V2s und VIr, wobei jedoch geglättet werden, da dieFrequenzdiskrimination nicht V2s größer ist als VIr, so- daß zweckmäßigerweise mehr von der Erzeugung der Mischfrequenz der V2r gegenüber VZs als drehend angenommen wird. beiden Signale abhängt, wie wenn bekannte Phaser-Die Spitze, des Vektors V2 beschreibt dabei einen 15 cliskriminatoren in üblichen, Rückkopplungsschaltun-Kreis 18 und schwankt dabei mit der Schwebungs- gen verwendet werden.

   frequenz von fr und fs. Nach der Glättung ist der Zum Vergleich, der resultierenden Spannung Fl

   Mittelwert von V2 annähernd V2s, während der und V2 kann eine große Anzahl von verschiedenen

   Mittelwert von Fl annähernd FIr ist, wie aus den Schaltungen verwendet werden.

   Fig. 7 a und 7 b gesehen werden kann;. Da, V2 größer 20 Die obige Beschreibung setzt voraus, daß die zugeist als Vl, wird daher die Frequenz dies Oszillators führten Signale die Form von sinusförmigen Schwinerhöht und nähert sich, dem Wert von fd. gungen haben, doch kann die Schaltung auch mit Si-

   Wenn diese Regelung bei einem Punkt angelangt gnalen anderer Schwingungsformen verwendet werist, bei dem, wie in Fig. 8 dargestellt, fr—fd gleich den, indem die Selektivität der Schaltung zum Fern- fd—fs ist, sind die Neigungen von Vos und Vor 25 halten unerwünschter Frequenzen entsprechend begegenüber Vps und Vpr gleich und entgegengesetzt. messen wird. Weiterhin können die beiden Signale In diesem Fall ist FIr gleich FIi und, F2r gleich dem Diskriminator auf andere Art und Weise züge- V2 s. Die Ortskurvendarstellung der Vektoren; Fl führt werden, indem beispieleweise die Primärspan- und F2 hat dann die Form gemäß Fig. 9a und 9b. nungen mit gleicher Polarität und die Sekundär-Es ist klar, daß der Mittelwert von F 2 auch, in diesem 30 spannungen mit entgegengesetzter Polarität zugeführt FaJl größer ist als der Mittelwert von Fl, so daß der werden. Die beiden Signale Er und Es, die in einer Synchronisiervorgang (Einfangen) in dem richtigen Polarität kombiniert sind, werden dann, der Schal-Sinn, fortgesetzt wird. tung 6, 7 zugeführt, die als Blindschaltung Phasenver-

   Wenn fr—fd größer ist als fd—fs, wie in Fig. 11 Schiebungen entsprechend der Frequenz der angelegten dargestellt, so' wird F2r größer als V2s, und Fl.? 35 Signale erzeugt, wobei die Signale .Er und Es im wird größer als FIr, so daß die Ortskurven für die Gegentakt den Enden der Blindschaltung mit unterVektoren Fl und F2 die Form nach Fig. 10 a und schiedlicher Polarität zugeführt wird, so daß, wenn die 10 b annehmen. In dies am Fall ist FIr als drehend Frequenzen der Signale Er und Es gleich sind, die um FI.? und V2s als drehend um F2r angenommen, Regelspannung nicht geändert wird, selbst wenn diese um zu. zeigen, daß die mittleren Werte von Fl und 40 Frequenz von der der Blindschaltung verschieden; ist. F2 angenähert VIs bzw. F2r entsprechen. Da F2 Dabei wird die unsymmetrische Wirkung des einen größer ist als Fl, hat die Ausgangsspannung der Signals in Hinsicht auf das andere Signal, z.B. Er, Schaltung 15 eine Richtung, die die Erhöhung der kompensiert.

   Frequenz fs weiter durchführt. Dabei wird FIj Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Schwungweiter erhöht, bis es gleich F2r geworden ist. Da 45 radsynchronisierungsschaltungen oder Synehrondetek- Es und Er dem gleichen Diskriminator zugeführt toren, sondern kann ebenfalls für Synchronisierzwecke werden, geschieht das nur dann, wenn fs und fr im in Einseitenbandempfängem oder zur Synchronisie-Normalfall im gleichen Sinne sind, d. h. wenn fs rung von Impulsgeneratoren mit der Netzfrequenz gleich fr ist. Daher wird die Frequenzregelung nicht verwendet werden.

   weiter fortgesetzt, weil sonst, wenn fs weiter erhöht 50 Die Schaltung 15 kann sowohl vor als auch nach

   werden würde, FIj größer werden, würde als F2r einer Differenzierung zur Glättung der an. den Wider-

   und die Richtung der Regelung dann umgekehrt ständen 10 und. 11 entsprechenden Spannungen ver-

   werden kann. wendet, werden. Auch kann die Schaltung 15 weg-

   Während der letzten Schritte des Fangbereiches, gelassen werden, wenn die Gleichrichter 8 und 9 als

   wenn die Schwebungsfrequenz nicht vollständig ge- 55 Spitzengleichrichter vorgesehen sind,
   glättet wird und innerhalb der Rauschbandbreite der

   Schaltung liegt, bewirkt die Phasensteuerung, wie in Patentansprüche:

   Fig. 4 dargestellt, ebenfalls eine starke Regeilspan- 1. Schaltungsanordnung zum Vergleich der

   nung, welche das »Einfangen« unterstützt. Schließlich Phase und/oder Frequenz zweier Signale mittels

   wird der Endzustand erreicht, wenn fs gleich fr ist, so 60 eines frequenzabhängigen Diskriminators, dem an

   daß die Regelspannung Null ist, und bei dem ein aus- zwei Schaltungspunkten das erste und an einem

   reichender Phasenfehler zur Erzeugung der erforder- dieser Schaltungspunkte das zweite Signal zuge-

   lichen Regelspannung vorhanden ist, um fs von seinem führt wird, insbesondere zur Synchronisierung

   eigenen Wert auf fr zu ändern. Dieser Phasenfehler eines örtlichen Oszillators mit Synchronzeichen,

   kann durch Bemessung einer ausreichenden Ver- 65 dadurch gekennzeichnet, daß jedes Signal beiden

   Stärkung in der Regelschleife vernacblässigbar klein Schaltungspunkten mit annähernd, gleicher Ampli-

   gemacht werden. tude und solcher Polarität zugeführt wird, daß das

   Ein wesentliches Merkmal dieser Schaltung besteht eine Signal zu beiden, Schaltungspunkten mit

   darin, daß, sollte die Frequenz der angelegten" Signale gleicher und das andere Signal mit entgegen-

   von der Resonanzfrequenz des Kreises 6, 7 differieren, 70 gesetzter Polarität gelangt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator eine mit einer Mittelanzapfung versehene Induktivität enthält, der die Signale entgegengesetzter Polarität zwischen der Mittelanzapfung und Erde und der die Signale gleicher Polarität zwischen den beiden Endpunkten zugeführt werden.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale gleicher Polarität der Induktivität über eine magnetische Kopplung zugeführt werden.
4. In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 807 826.
5. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen