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Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzsynthesierer mit mindestens
einem Oszillator, dessen Frequenz durch ein Abstimmsignal geregelt wird und der ein
Abstimmfrequenzsignal erzeugt, und mit Mitteln zum Erzeugen eines
Bezugsfrequenzsignals, mit einem Phasendetektor, der das Abstimmfrequenzsignal und
das Bezugsfrequenzsignal erhält, mit einer Phasenverriegelungsschleife, die an ihrem
Eingang vom Phasendetektor erzeugte Signale erhält und am Ausgang das genannte
Abstimmsignal liefert, und mit einer Abstimmanzeigeeinrichtung, die eine Toleranz der
Phasendifferenz zwischen dem Abstimmfrequenzsignal und dem Bezugsfrequenzsignal
angibt.
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Ein derartiger Frequenzsynthesierer ist aus dem Patent US-A-4473805
(RCA Corp.) bekannt. Darin wird das Abstimmfrequenzsignal nach Frequenzteilung
erhalten und der Phasendetektor weist ebenfalls die Phasenverriegelungsschleife auf.
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Die Abstimmanzeigeeinrichtung ist derart ausgebildet, daß ein Alarm
gegeben wird, wenn eine Phasenverriegelung verloren geht. Die Einrichtung weist ein
EXKLUSIV-ODER-Gatter auf, das an einem Eingang das um eine erste als Funktion
der Tastverhältnisse der Signale regelbare Verzögerung verzögerte Bezugssignal, und an
einem anderen Eingang das Abstimmfrequenzsignal erhält.
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Das Ausgangssignal des EXKLUSIV-ODER-Gatters wird einerseits, nach
einer zweiten regelbaren Verzögerung, dem Eingang eines UND-Gatters zugeführt und
andererseits unmittelbar dem anderen Eingang dieses Gatters. Die zweite regelbare
Verzögerung ermöglicht die Wahl einer Toleranz der Phasendifferenz, außerhalb
derselben der Alarm wirksam wird.
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Diese Abstimmanzeigeeinrichtung hat den Nachteil, daß sie von
Tastverhältnissen von Signalen abhängig ist, was eine spezifische Regelung der ersten
Verzögerung für die anderen Tastverhältnisse und die anderen Betriebsfrequenzen
erfordert (siehe ebenfalls die US-A423293).
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Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen Synthesierer mit
einer Abstimmanzeigeeinrichtung zu schaffen, die arbeiten kann, wie die
Tastverhältnisse der empfangenen Signale auch sein mögen, und in einem größeren
Frequenzbereich, ohne daß irgendeine Regelung abhängig von diesen Parametern
erforderlich ist, und die integrierbar ist, d. h. daß keine äußeren Elemente erforderlich
sind.
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Zum Erfüllen dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße
Frequenzsynthesierer das Kennzeichen auf, daß der Phasendetektor derart betrieben
wird, daß an seinem Ausgang ein erstes und ein zweites Phasensignal erzeugt wird,
wobei diese Signale gegenüber der Phase zwischen dem Abstimmfrequenzsignal und
dem Bezugsfrequenzsignal vor- bzw. nacheilen, wobei die Phasenverriegelungsschleife
das genannte erste und zweite Phasensignal erhält, und daß die Abstimmanzeige eine
erste logische Schaltung aufweist, die an ihrem Ausgang ein erstes logisches Signal
erzeugt, das aus dem logischen Produkt des ersten phasenverzögerten Signals mit einer
Phasenverzögerung entsprechend einer von einer ersten Verzögerungsschaltung
gegebenen Zeit und des ersten Phasensignals gebildet ist, sowie eine zweite logische
Schaltung, die an ihrem Ausgang ein zweites logisches Signal erzeugt, das aus dem
logischen Produkt des zweiten phasenverzögerten Signals mit einer Phasenverzögerung
entsprechend derselben von einer zweiten Verzögerungsschaltung gegebenen Zeit und
des zweiten Phasensignals gebildet ist, und eine dritte logische Schaltung, die an ihrem
Ausgang ein drittes logisches Signal liefert, das durch logische Addierung des ersten
und des zweiten logischen Signals gebildet ist, und ein Register, das das genannte
Bezugsfrequenzsignal und das genannte dritte logische Signal erhält und am Ausgang ein
Abstimmanzeigesignal liefert, wobei dieses Register derart betrieben wird, daß der
Pegel des Abstimmanzeigesignals nur dann mit einer Abstimmung übereinstimmt, wenn
das dritte logische Signal einen Pegel hat, der während mindestens zweier
aufeinanderfolgender Perioden der Bezugsfrequenz eine stabile Abstimmung angibt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Phasendetektor eine
erste und eine zweite D-Typ-Detektions-Flip-Flop-Schaltung auf, die an ihrem
Dateneingang einen hohen logischen Pegel erhalten und die an ihrem Taktimpulseingang
das Abstimmfrequenzsignal bzw. das Bezugsfrequenzsignal erhalten, wobei der
nichtinvertierende Ausgang der ersten und der zweiten Detektions-Flip-Flop-Schaltung das
erste bzw. das zweite Phasensignal liefert, und wobei der Null-Rückstelleingang der
ersten und der zweiten Detektions-Flip-Flop-Schaltung das logische Produkt des ersten
und des zweiten Phasensignals erhält.
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Das Register kann einen Frequenzteiler aufweisen, dessen
Taktimpulseingang den invertierten Wert des Bezugsfrequenzsignals erhält und ein
Taktimpulssignal erzeugt, das eine Unterresonanzfrequenz der Bezugsfrequenz ist und
dem Taktimpulseingang (CD) einer D-Typ-Abstimmzuweisungs-Flip-Flop-Schaltung
zugeführt wird, deren Dateneingang einen niedrigen logischen Pegel erhält, deren
Pegelsetzeingang das dritte logische Signal erhält, und daß er eine erste D-Typ-
Abstimmbestätigungs-Flip-Flop-Schaltung aufweist, deren Nullrückstelleingang das
Signal des nicht-invertierenden Ausgangs der Abstimmzuweisungs-Flip-Flop-Schaltung
erhält und deren Dateneingang das Signal des invertierenden Ausgangs der
Abstimmzuweisungs-Flip-Flop-Schaltung erhält, deren Taktimpulseingang das genannte
Taktimpulssignal erhält.
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Nach einer vorteilhaften Abwandlung ist das Register ein Schieberegister
mit n Abstimmbestätigungs-Flip-Flop-Schaltungen, (n = eine ganze Zahl größer als 1),
die durch das Signal des nicht-invertierenden Ausgangs der Abstimmzuweisungs-Flip-
Flop-Schaltung auf Null rückgestellt werden und an ihrem Taktimpulseingang das
genannte Taktimpulssignal erhalten, wobei der Dateneingang der p.
Abstimmbestätigungs-Flip-Flop-Schaltung das Signal des nicht-invertierenden Ausgangs
der (p-1). Abstimmbestätigungs-Flip-Flop-Schaltung erhält, und wobei der
nichtinvertierende Ausgang der n. Abstimmbestätigungs-Flip-Flop-Schaltung das genannte
Abstimmsignal liefert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Frequenzsynthesierers,
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Fig. 2a und 2b eine Ausführungsform des Phasendetektors und der
Phasenverriegelungsschleife eines erfindungsgemäßen Synthesierers und ein
Zeitdiagramm der charakteristischen Signale,
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Fig. 3a und 3b eine Ausführungsform der Abstimmanzeigeeinrichtung
eines erfindungsgemäßen Synthesierers und die Zeitdiagramme der charakteristischen
Signale.
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Nach Fig. 1 weist der erfindungsgemäße Synthesierer einen
spannungsgesteuerten Oszillator 1 auf, dessen Ausgangssignalfrequenz durch einen
programmierbaren Teiler 2 aufgeteilt wird, dessen Ausgangssignal ein
Abstimmfrequenzsignal FT liefert, das dem einen Eingang eines Phasendetektors 4
zugeführt wird, dessen anderer Eingang ein von einem Frequenzgenerator 3 erzeugtes
Bezugsfrequenzsignal FR erhält, wobei dieser Generator beispielsweise einen
Bezugsoszillator und einen Frequenzteiler mit einem festen Teilungsfaktor aufweist. Der
programmierbare Frequenzteiler 2 hat zur Aufgabe, die Abstimmung des Synthesierers
in einem weiten Frequenzbereich zur Anwendung in einem Fernseh- oder
Rundfunkapparat zu ermöglichen, ggf. entsprechend mehreren Frequenzbereichen. Im
letzteren Fall kann der Frequenzsynthesierer mehrere spannungsgesteuerte Oszillatoren
aufweisen, zwischen denen eine Umschaltung für die verschiedenen Frequenzbereiche
durchgeführt wird.
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Der Phasendetektor 4 liefert an seinem Ausgang zwei Signale mit
voreilender PS1 bzw. nacheilender PS2 Phase zwischen dem Abstimmfrequenzsignal FT
und dem Bezugssignal FR. Diese Signale PS1 und PS2 werden in einer
Phasenverriegelungsschleife mit einem Ladungsvorverstärker 5 und einem
Rückkopplungsverstärker 6 benutzt, der an seinem Ausgang ein Abstimmsignal TS
liefert, dessen Spannung den Wert der veränderlichen Oszillatorfrequenz 1 bestimmt.
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Eine Abstimmanzeigeeinrichtung 7 erhält an ihren Eingängen die zwei
Phasensignale PS1 und PS2 und liefert am Ausgang ein Abstimmanzeigesignal IS.
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Nach den Fig. 2a und 2b wird das Abstimmfrequenzsignal FT dem
Taktimpulseingang CP einer D-Typ-Detektions-Flip-Flop-Schaltung 21 zugeführt und
das Bezugsfrequenzsignal wird dem Taktimpulseingang CP einer D-Typ-Detektions-
Flip-Flop-Schaltung 22 zugeführt. Die nicht-invertierenden Ausgänge Q der Flip-Flop-
Schaltungen 21 und 22 liefern die Signale PS1 bzw. PS2. Ein UND-Gatter 23 erhält an
seinen Eingängen die Signale PS1 und PS2 und sein Ausgang ist mit den Null-
Rückstelleingängen R der Flip-Flop-Schaltungen 21 und 22 verbunden. Dieser
Schaltkreis (21, 22, 23) bildet einen Phasendetektor mit Speicher. Die Signale PS1 und
PS2 werden dazu benutzt, entweder die eine oder die andere der zwei steuerbaren
Stromquellen I&sub1; und I&sub2; derselben Stromstärke und mit entgegengesetzter Wirkung (einen
Ladungsvorverstarker 5 bildend) zu steuern zum Liefern einen Stromes I = (I&sub1;-I&sub2; an
dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 26, der von einem Kondensator C negativ
rückgekoppelt ist, wobei auf diese Weise ein Ladungsverstarker 6 gebildet wird, und
wobei an seinem Ausgang das Abstimmsignal TS geliefert wird. Die Zeitdiagramme der
Signale FR, FT und I sind in Fig. 2b dargestellt. Wenn FT vor FR liegt, hat das Signal I
einen Wert I&sub1; während eines Zeitintervalls entsprechend der Phasenabweichung. Wenn
dagegen FT hinter FR liegt, hat das Signal I einen Wert -I&sub1; = -I&sub2; während eines
Zeitintervalls entsprechend der Phasenabweichung. Auf diese Weise neigt die
Phasenverriegelungsschleife zu einer Phasenabweichung Null, folglich zu einer
Übereinstimmung zwischen FT und FR sowohl was die Frequenz als die Phase
anbelangt.
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Nach den Fig. 3a und 3b wird das Abstimmanzeigesignal IS aus den
Signalen PS1 und PS2 erhalten, die eine Phasenvoreilung bzw. eine Phasennacheilung
zwischen FT und FR darstellen. Das Signal PS1 wird einem Eingang eines UND-Gatters
33 sowie dem Eingang einer Verzögerungsschaltung 31 zugeführt, deren Ausgangssignal
dem anderen Eingang des UND-Gatters 33 zugeführt wird. Das Signal PS2 wird einem
Eingang eines UND-Gatters 34 und dem Eingang einer Verzögerungsschaltung 32
zugeführt, deren Ausgangssignal dem anderen Eingang des UND-Gatters 34 zugeführt
wird. Die Ausgangssignale der UND-Gatter 33 und 34 werden den Eingängen eines
ODER-Gatters 35 zugeführt, dessen Ausgang ein Signal S&sub3; liefert, das repräsentativ ist
für den augenblicklichen Phasenzustand des Synthesierers gegenüber einer akzeptierten,
durch die vorzugsweise identische Verzögerungen der Verzögerungsschaltungen 31 und
32 verursachten Phasenabweichung. Eine Verzögerungsschaltung kann beispielsweise
durch eine gerade Anzahl reihengeschalteter invertierender Verstärker mit einem
Verstarkungsfaktor eins gebildet werden.
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Es sei bemerkt, daß eine logische Schaltung, die zwei UND-Gattern
zugeordnet ist, deren Ausgangssignale einem ODER-Gatter zugeführt werden, bereits
wirksam gewesen ist zum Erhalten einer Abstimmanzeige, wobei in diesem Fall eine
Anzeigeeinrichtung den Verlust bzw. das Fehlen einer Verriegelung angibt. Diese
Schaltungsanordnung ist der Gegenstand einer Veröffentlichung in Electronic Design 13
(8 November 1965) Seiten 53-4.
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Nach diesem Stand der Technik erhält eines der UND-Gatter eine
Bezugsfrequenz und das Signal vom invertierenden Ausgang einer Phasen-Detektions-
Flip-Flop-Schaltung, die an dem Null-Rückstelleingang die Bezugsfrequenz und an dem
Stelleingang ein zu synchronisierendes Signal erhält. Das andere UND-Gatter erhält das
zu synchronisierende Signal und das Signal vom nicht-invertierenden Ausgang der
genannten Flip-Flop-Schaltung. An dem Ausgang wird jeweils, wenn eine Verschiebung
gleich einem Zyklus zwischen dem Signal und der Bezugsfrequenz auftritt, ein Impuls
erhalten. Eine derartige Schaltungsanordnung ist daher selbstverständlich ungeeignet
zum Schaffen einer Detektion entsprechend einer Toleranz der Phasendifferenz.
Andererseits beschreibt das Dokument PATENT ABSTRACTS OF
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JAPAN, Heft 10, Nr. 113 (E-399) [2170], vom 26. April 1986, Seite 7E399; W-A-60
247330 (Mitsubishi Denki K.K.), 07-12-1985, eine Falschabstimmungsanzeigeschaltung
mit einem Phasendetektor, der eine logische Schaltung steuert, deren Ausgang mit dem
Eingang eines Registers verbunden ist, das ebenfalls ein Bezugsfrequenzsignal erhält.
Die Struktur der logischen Schaltung ist auf jeden Fall anders als die der logischen
Schaltung (71) der Abstimmanzeigeschaltung nach Anspruch 1 und wie in Fig. 3a
dargestellt.
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In Fig. 3a wird das Signal S&sub3; dem Stelleingang S einer D-Typ-
Abstimmzuweisungs-Flip-Flop-Schaltung 74 zugeführt, deren Dateneingang D ein Signal
mit dem logischen Pegel (0) erhält und deren Taktimpulseingang CP das Signal des
invertierenden Ausgangs einer D-Typ-Halbierer-Flip-Flop-Schaltung 73 erhält, deren
Taktimpulseingang CP den invertierten Wert R des Bezugsfrequenzsignals erhält. Das
Signal des invertierenden Ausgangs der Flip-Flop-Schaltung 73 wird zu dem
Dateneingang D zurückgekoppelt. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a kann das
Register eine oder mehrere D-Typ-Abstimmbestätigungs-Flip-Flop-Schaltungen 75, 76,
77 und 78 aufweisen, wobei es sich um ein Schieberegister mit vier Flip-Flop-
Schaltungen handelt entsprechend einer Abstimmbestätigung während acht
aufeinanderfolgender Zyklen der Bezugsfrequenz, wie untenstehend näher erläutert
wird.
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Die Flip-Flop-Schaltung 75 erhält am Dateneingang D das Signal des
invertierenden Ausgangs der Flip-Flop-Schaltung 74 während die nicht-invertierenden
Ausgänge der Flip-Flop-Schaltungen 75, 76, 77 mit den Dateneingängen D der Flip-
Flop-Schaltungen 67, 77 bzw. 78 verbunden sind. Das Signal des invertierenden
Ausgangs der Flip-Flop-Schaltung 73 wird dem Taktimpulseingang CP der Flip-Flop-
Schaltungen 75 bis 78 zugeführt. Der nicht-invertierende Ausgang Q der Flip-Flop-
Schaltung 74 wird mit dem Nullrückstelleingang R der Flip-Flop-Schaltungen 75 bis 78
verbunden.
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Folglich dürfte es aus den in Fig. 3b dargestellten Zeitdiagrammen
einleuchten, daß die Signale Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3; und Q&sub4; an den nicht-invertierenden Ausgängen
Q der Flip-Flop-Schaltungen 75, 76 bzw. 78 einer Abstimmbestätigung während 2, 4, 6
und 8 Zyklen entsprechen. Daraus ergibt sich, daß wenn eine einzige Bestätigung
während nur zwei Zyklen ausreicht, nur die Flip-Flop-Schaltung 75 beibehalten werden
muß und das Signal Q&sub1; als Abstimmanzeige benutzt werden soll. Noch allgemeiner läßt
sich sagen, daß wenn statt der Flip-Flop-Schaltung 73 ein Frequenzteiler in einem
Verhältnis n benutzt wird, die Ausgangssignale Q&sub1;, Q&sub2;, Q&sub3; und Q&sub4; dann einer
Bestätigung der Abstimmung während n, 2n, 3, und 4n Zyklen entsprechen.
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Solange die Phasenschleife nicht verriegelt ist, haben einige der Impulse
PS1 oder PS2 eine Dauer, die länger ist als die durch die Verzögerungsschaltungen 31
und 32 verursachte Verzögerung. Sobald ein derartiger Impuls erscheint, ist das Signal
während einer Zeitperiode, die der Differenz zwischen den Impulsen PS1 oder PS2 und
der Dauer der Verzögerung entspricht, auf einem hohen Pegel. Das Signal des
nichtinvertierenden Ausgangs Q der Flip-Flop-Schaltung 74 wird dann auf den niedrigen
Pegel eingestellt, was dazu führt, daß die Flip-Flop-Schaltungen 75 bis 78 auf Null
rückgestellt werden.
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Wenn die Phasenschleife verriegelt oder fast verriegelt ist, d. h. sobald die
Phasenabweichung zwischen FT und FR kleiner bleibt als die durch die
Verzögerungsschaltungen 31 und 32 bestimmte Toleranz, bleibt das Signal S&sub3; auf dem
niedrigen Pegel, was dazu führt, daß das Signal des nicht invertierenden Ausgangs Q
der Flip-Flop-Schaltung 74 auf den Pegel 0 eingestellt wird, sobald am Eingang CP ein
Taktimpulsübergang erscheint (da der Eingang D der FlipFlop-Schaltung 74 ständig ein
O-Pegelsignal erhält). Der Eingang D der Flip-Flop-Schaltung 75 erhält einen hohen
Pegel (1) vom invertierenden Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 74. In dem
betreffenden Beispiel erreicht Q&sub4; den Pegel 1 am Ende der acht Zyklen bei der
Bezugsfrequenz unter der Bedingung aber, daß die Schleife während dieser
Zeitintervalle nach wie vor verriegelt oder fast verriegelt ist.
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Ein Abstimmanzeigesignal nach der Erfindung ist insbesondere in dem
Ausmaß interessant, in dem es die Möglichkeit bietet, die wirkliche Dauer der
Verriegelung der Phasenschleife, vermehrt um nur die sehr kurzen Dauer, die
notwendig ist für die Abstimmbestätigung, zu berücksichtigen, und zwar derart, daß
vermieden wird zu berücksichtigen, daß die Signale zufälligerweise gleichzeitig
Auftreten.
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Beim Ändern der Abstimmfrequenz eines Fernsehempfängers ermöglicht
die Abstimmanzeigeeinrichtung nach der Erfindung es, zu bestimmen, zu welchen
Zeitpunkt die Abstimmung als erzielt betrachtet werden kann, ohne daß eine
vorbestimmte Zeit gewartet werden muß.
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Während eines automatischen Sendersuchlaufs, beispielsweise in einem
Autoradio, in dem der stärkste Sender eines Rundfunkprogramms gesucht werden muß,
vermeidet die Abstimmanzeigeeinrichtung die Notwendigkeit eine vorbestimmte Periode
zu warten unter der Annahme, daß, mit vorbestimmten Frequenzen Abstimmungen auf
nahe und ferne zu wählende Sender übereinstimmen.