DE1516769A1

DE1516769A1 - Verfahren zum Frequenz- und Phasenabgleich eines Oszillators auf eine Sollfrequenz

Info

Publication number: DE1516769A1
Application number: DE19661516769
Authority: DE
Inventors: Hardouin Lucien Jacques; Ribour Jean Louis
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1965-06-30
Filing date: 1966-06-28
Publication date: 1969-06-19
Also published as: GB1111355A; US3375461A; NO124186B; BE683316A; DE1516769B2; BR6680880D0; FR1452109A; NL6608938A

Description

Die Priorität der Anmeldung PV 22 949 in Frankreich vom 30.Juni 1965 wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf nachstimmbare, frequenzstabilisierte Oszillatoren, wie sie beispielsweise in Nachrichten-Übertragungsanlagen mit sehr hoher Frequenz "Verwendung finden. Sie bezieht sich insbesondere auf solche Oszillatoren, bei denen die Nachstellgeschwindigkeit des nachstimmbaren Oszillators von der augenblicklichen Frequenzeinstellung gesteuert wird, d.h. von seiner Frequenzdifferenz zu einer sehr frequenzstabilen Vergleichsfrequenz. Zuerst wird bei verhältnismäßig großen Abweichungen von der Vergleichsfrequenz automatisch die Frequenz mittels einer Vergleichsanordnung nachgeregelt; wenn die Frequenzen angenähert übereinstimmen, wird mittels eines Phasenkomparator noch die Phase in Übereinstimmung gebracht.

Bei bekannten Nachstimmanordnungen dieser Art wird der Übergang von der Frequenznachstimmung zur Phasenkorrektur durcx Umschaltmittel bewirkt, wobei die Frequenznachstimmung mit Analoggrößen erfolgt.

Die Fachstimmanordnung nach der Erfindung findet Anwendung bei solchen Systemen, bei denen eine Frequenzteilung mittels Ringzählketten vorgenommen wird, und bei denen zunächst eine grobe Frequenznachstimmung, danach eine Feinnachstimmung nach der Phase stattfindet, wobei der Übergang ron. der Frequenz- zur Phasennachs timmung mit sehr einfachen Mitteln digital und mittels logischer Schaltungen erfolgt.

27.6.1966 Ktz/AS

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ISE/Reg. 3412 -2-"

Charakteristisch ist, daß die Frequenznachstimmung, beginnend bei der oberen Frequenzgrenze, in Stufen erfolgt, und zwar gesteuert durch Ausgangsimpulse eines Frequenzteilers für die nachzustimmende Frequenz eines Hauptoszillators, solange wie die als Frequenzteiler arbeitende Ringzählkette ihren Zählzyklus schneller ausführt als es die für die Frequenzteilung vorgesehene Ringzählkette für eine Bezugsfrequenz tut; die Ringzählkette für die Teilung der Bezugs-' frequenz wird nämlich jedesmal vor Beendigung ihres Zählzyklus auf Hull zurückgestellt, und kann daher einen Ausgangsimpuls nicht abgeben. Die Frequenznachstimmung durch die oben erwähnten Impulse wird ihrerseits gesteuert durch die Ausgangsimpulse des Teilers für die Bezugsfrequenz und zwar derart, daß die Ringzählkette durch

r diese Impulse, wenn sie vor den Impulsen der dem Hauptoszillator zugeordneten Ringzählkette eintreffen, blockiert wird; das wird immer dann eintreten, wenn die Frequenznachstimmung beendet ist, d.h. wenn der Hauptoszillator unter die Frequenz des Bezugsoszillators gesunken ist. In diesem Falle kann die dem Bezugsoszillator zugeordnete Ringzählkette ihren Zählzyklus früher beenden als die dem Hauptoszillator zugeordnete; es entsteht also ein Ausgangsimpuls an dieser Ringzählkette, und es tritt der direkt an den Ausgängen der Ringzählketten liegende Phasenkomparator in Tätigkeit, der bislang infolge des Fehlens von Ausgangsimpulsen an der der Bezugsfrequenz zugeordneten Ringzählkette während der Zeit der Frequenznachstimmung außer Betrieb war.

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Die Frequenznachstimmung des Hauptoszillators wird/an sich bekannter Weise mittels eines ImpulsZählers vorgenommen, in den die Teilerimpulse der dem Hauptoszillator zugeordneten Ringzählkette eingezählt und zur Kachstimmung der Frequenz jeweils um eine Stufe nach kleineren Frequenzen hin verwendet werden.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert, von denen Fig.1 eine graphische Darstellung der Frequenznachstimmung und

Fig.2 ein Blockschaltbild der Wachstimmanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Frequenz- und Phasennachstimmung darstellt.

Die für derartige Aufgaben verwendeten Oszillaotren können auf verschiedenen Frequenzen zwischen einer oberen und einer unteren

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Grenze, die melir oder weniger auseinanderliegen können,schwingen. Die Frequenz wird bestimmt durch eine Einstelleinrichtung, die mittelbar die Fachstimmspannung für das dem Hauptoszillator zugeordnete Regelglied liefert; die so eingestellte.Frequenz wird durch Vergleich mit einer Bezugsfrequenz stabilisiert, die von einer quarzgenauen Pilotfrequenz abgeleitet ist. Verglichen werden also eine vom HauptOszillator durch Frequenzteilung abgeleitete feste Vergleichsfrequenz mit der von der Pilotfrequenz durch Frequenzteilung abgeleiteten Bezugsfrequenz; der Frequenzteiler für die Pilotfrequenz ist eine Ringaählkette mit festem Teilerverhältnis. Die Vergleichsfrequenz wird aus der Frequenz des Hauptoszillators ebenfalls durch Frequenzteilung gewonnen; der Frequenzteiler ist wiederum eine Ringzählkette, jedoch mit variablem Teilerverhältnis, deren Zählzyklus mittels der Einstelleinrichtung festgelegt wird. Die Frequenz des Hauptoszillators wird durch die Einstelleinrichtung nicht unmittelbar beeinflußt; vielmehr wird sie automatisch durch ein äegelglied eingestellt, das selbst von der Vergleichsanordnung gesteuert wird. Wenn der Hauptoszillator auf einer im Abstimmbereich liegenden Frequenz scnwingt, arbeitet die Vergleichsanordnung zunächst als Frequenzvergleicher und die Vergleicnsfrequenz wird bis zur Gleichheit mit der Bezugsfrequenz abgeglichen.Da das Teilerverhältnis des variablen Frequenzteilers mittels der Einstelleinrichtung festgelegt ist, schwingt der Hauptoszillator nun mit der eingestellten Frequenz weiter, bis scnließlicli die Vergleicheanordnung als Phasenkomparator arbeitet. Die Arbeitsweise der Vergleichsanordnung als Phasenkomparator scnlieiBt aucti eine Frequenznachstellung mit ein, allerdings in einem serir engen Bereicn.

Die Möglichkeiten der Ausgestaltung von oszillatoren der ±iier verwendeten Art hinsiciitlicii der Veränderung des Abstimmbereiches und der Regelglieder sind bekannt una in den französischen Patentschriften 1 321 475 und 1 396 537 beschrieben.

Ein Schema der Frequenznachstellung ( Frequenz f über der Zeit t aufgetragen) ist in ^i₀.1 graphiscn dargestellt. Die Parallel zur Zeit-

achse verlaufende Gerade 1 stellt die Bezugsfrequenz f dar, die sciiräg verlaufende "Linie 2 die variable Vergleichsfrequenz f ', sie beginnt bei einem oberen Frequenzwert, der der höchsten einstellbaren

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Frequenz des Hauptoszillators entspricht und der sich aus dem Teilerverhältnis des dem Hauptoszillator zugeordneten variablen Frequenzteilers ergibt, und verläuft zu niedrigeren Frequenzen hin. Diese Linie ist zwar als Gerade gezeichnet, sie kann aber in der Praxis auch gekrümmt sein je nachdem, wie groß der Abstand der die Regelorgane des Hauptoszillatorä mittelbar ( über Impulszähler und Digital-Analog-Wandler) betätigenden Impulse ist. (Der stufenweise Frequenzverlauf ist der Einfachheit wegen nicht dargestellt).

Die Bezugsfrequenz bilden die Ausgangsimpulse der dem Pilotoszillator zugeordneten Ringzählkette, die Vergleichsfrequenz wird dargestellt durch die Ausgangsimpulse der dem Hauptoszillator zugeordneten Ringzählkette. Anfang beendet die dem Hauptoszillator zu-" geordnete Ringzählkette den Zählzyklus schneller als es die dem Pilotoszillator zugeordnete tut. Jedesmal, wenn ein Zählzyklus n_c ^! beendet ist, liefert die dem Hauptoszillator zugeordnete Ringzählkette einen Impuls I₀ ¹. Zu dieser Zeit hat die dem Pilotoszillator zugeordnete Ringzählkette, die zur gleichen Zeit angelaufen ist wie erstere,nur einen Zählerstand η erreicht, der nicht die Endstellung ist. Der Impuls I ', der den nächsten Zählzyklus auslöst,wird auch dazu benutzt, um die dem Pilotoszillator zugeordnete Ringzählkette auf Null zurückzustellen, die daraufhin einen neuen Zäiilzyklus beginnt, ohne einen ihrer Endstellung entsprechenden Ausgangsimpuls abgegeben zu haben. Auf diese Weise liefert während der ganzen Zeit der Frequenznachstimmung nur die dem Hauptoszillator zugeordnete

, Zählkette Ausgangsimpulse I ·; diese werden dem die Regelglieder c

des Hauptoszillators steuernden Zähler eingegeben, wodurch die Frequenz des HauptOszillators nach jedem Zählzyklus um eine Stufe erniedrigt wird. Da die Zählzyklen für eine gegebene Einstellung nummerisch immer gleich sind, werden während des Absinkens der Frequenz die Impulse I ' mit der Zeit immer seltener.

Wenn die Yergleichsfrequenz schließlich kleiner als die Bezugsfrequenz geworden ist, vollendet die dem Pilotoszillator zugeordnete Ringzählkette (Bezugsfrequenz) ihren Zählzyklus früher als die andere Ringzählkette,was durch die Gerade 3(Fig.1)angedeutet ist.Zu diesem Zeitpunkt hat .die dem Hautposzillator zugeordnete Ringzählkette erst einen Zählerstand n_c' erreicht.Der Impuls I wird dazu benutzt,

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um die Wirkung der laufend weiter erzeugten Impulse I₀ ¹ auf den die Frequenznachstimmung steuernden Zähler und auf die dem Pilotoszillator zugeordnete Ringzähle*kette zu verhindern. So "bleibt die !Frequenz des Hauptoszillators auf dem erreichten Wert stehen, während die dem Pilotoszillator zugeordnete Ringzählkette ihren Zählzyklus fortsetzen kann, ohne durch die Impulse I₀ ¹ auf Hull zurückgestellt zu werden.

Das Fehlen von Impulsen I_n während der Dauer der Frequenznach-Stimmung ermöglicht es, daß der Phasenkomparator während dieser Zeit, also dauernd mit den Ausgängen der beiden Ringzählketten verbunden ist; irgendwelche Schalter in den leitungen sind daher überflüssig, weil der Phasenkomparator sowieso erst dann in Tätigkeit treten kann, wenn Impulse I vorhanden sind.

Eine Schaltungsanordnung zum beschriebenen Frequenz- und Phasenabgleich ist in Fig.2 als Blockschaltbild dargestellt. Der Hauptoszillator 4 liefert an seinem einen Ausgang 5 die gewünschte Frequenz. Ein zweiter Ausgang 6 liefert die gleiche Frequenz oder eine andere,im ganzzahligen Verhältnis zu dieser stehenden Frequenz, die einem Frequenzteiler 7 eingegeben wird. Das Teilerverhältnis kann mittels der Einstelleinrichtung 8 gewählt werden.Der Frequenzteiler ist eine Ringzählkette; der nummerische Wert des Zählzyklus entspricht der gewählten Einstellung. Die zyklische Arbeitsweise ist durch die Verbindung 9 versinnbildlicht. Nach Beendigung eines jeden Zählzyklus liefert der Frequenzteiler 7 an seinem Ausgang 10 einen Impuls I '. Der Ausgang 10 ist einerseits mit dem Eingang des Phasenkomparators 11, andererseits mit dem einen Eingang einer Torschaltung 12 verbunden; die Torschaltung 12 wird von einem Sperreingang gesteuert. Wenn am Sperreingang kein Signal anliegt, gehen die Impulse I ' durch die Torschaltung 12 hindurch und gelangen einerseits an den Zähler 13, in dem sie gezählt werden, andererseits über eine ODER-Schaltung 15 an den als Ringzählkette ausgebildeten Frequenzteiler 14, um diesen jeweils auf NuIl zurückzustellen.

An den Eingang 17 des Frequenzteilers Η ist die Frequenz des Pilotoszillators 16 angelegt, während sein Ausgang 18 (Impuls I_Q) einerseits mit dem zweiten Eingang des Phasenkomparators 11, andererseits mit dem Sperreingang der Torschaltung 12 verbunden ist. Die

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zyklische Arbeitsweise des Frequenzteilers 14 (Ringzählkette) ist durch die Verbindung 19 versinnbildlicht. Wie oben bereits erwähnt, wird während der Frequenznachstimmung der Zählzyklus des Frequenzteilers 14 durch Impulse I_n ¹ unterbrochen; werden aber Impulse I_n erzeugt, so wird durch diese die Torschaltung 12 gesperrt, und der Phasenkomparator 11 tritt in Tätigkeit. Dieser liefert ein Ausgangssignal, das über die Verbindung 20 dem Hauptoszillator zum Phasenabgleich zugeleitet wird.

Zur Frequenznachstimmung übernimmt der Zähler 13 die Impulse I_n * seine Ausgangsimpulse werden einem Digital-Analog-Wandler 21 eingegeben, der sie in für die Nachstimmung geeignete Analogwerte, z.B. Spannungswerte umformt, die über eine Leitung 22 geeigneten Nachstimmorganaides Hauptoszillators 4 zugeführt werden.

Die Einstellvorrichtung 8 hat auch einen Ausgang 23, an dem jedes Hai, wenn das Teilerverhältnis für den Frequenzteiler 7 geändert wird, ein Signal ansteht, das einerseits einem Eingang 24 des Zählers 13 zu seiner Rückstellung auf Null, andererseits dem zweiten Eingang der ODER-Schaltung 15 zur Rückstellung des Frequenzteilers 14 auf Hull eingegeben wird, über eine im Blockschaltbild, Fig.2, nicht eingezeichnete Verbindung zum Frequenzteiler 7 kann dieser ebenfalls auf Null zurückgestellt werden.

Variable Frequenzteiler der hier verwendeten Art und Anordnungen zur Umwandlung der Frequenz des Hauptoszillators (4) in eine solche für den Frequenzteiler (7) geeignete sind in einer älteren Anmeldung (AZ: St 23 815 VIIIa/21a1) beschrieben.

1 Patentanspruch

1 Bl.Zeichng. mit 2.Figuren

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zum Abgleich eines einstellbaren Hauptoszillators auf eine wählbare Frequenz in einem vorgegebenen Bereich durch Vergleich mit einer Pilotfrequenz, bei dem mittels einer als Frequenzteiler arbeitenden Ringzählkette eine Nachstellspannung zur schrittweisen Nachstellung des Hauptoszillators, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilerverhältnis der dem Hauptoszillator zugeordneten Ringzählkette (7) wählbar ist (Einstelleinrichtung 8), daß dem Oszillator (16) für die Pilotfrequenz eine zweite, als Frequenzteiler mit festem Teilerverhältnis arbeitende Ringzählkette (14) zugeordnet wird, daß beide Ringzählketten ( 7;H) durch einen, bei Erreichen des eingestellten Endwertes der ersten Ringzählkette (7) abgegebenen Impuls (I_n ¹) auf Null zurückgestellt werden und gleichzeitig mit der Zählung der Wellenzüge des Haupt-(4) und Pilotoszillators beginnen, daß durch den Rückstellimpuls jeweils solange die Nachstimmspannung verändert wird, bis die zweite Ringzählkette (17) gleichzeitig ihren Endwert erreicht und einen Ausgangsimpuls (I.) abgibt, durch den ein Phasenkomparator (11) freigegeben wird, durch dessen Ausgangsspannung dann die weitere Feinabstimmung des Hauptoszillators (4) erfolgt.

abgeleitet wird

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Ktz/AS

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