DE19616214A1 - Vorrichtung zum Steuern eines Ausgangssignalwertes einer frequenzmodulierten Erfassungsschaltung unter Verwendung einer PLL - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte FM (frequenzmodulierte)-Erfassungsschaltung, welche einen PLL- Kreis verwendet.

Üblicherweise stellt eine FM-Erfassungsschaltung, wel­ che einen PLL-Kreis verwendet, eine geschlossene Regel­ kreisschaltung dar. Die geschlossene Regelkreisschaltung besitzt einen Phasendetektor, ein Tiefpaßfilter, einen Verstärker, sowie einen spannungsgesteuerten Oszillator.

Diese Schaltung ist derart aufgebaut, daß die Frequenz und Phase eines Eingangssignals mittels eines Phasendetek­ tors verglichen werden, eine Spannung proportional zu einem erhaltenen Vergleichsfehler erzeugt wird und anschließend die Fehlerspannung nach Durchlaufen eines Tiefpaßfilters mittels eines Verstärkers verstärkt wird. Nacheinander wird die verstärkte Fehlerspannung einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt, der die angelegte Spannungsfrequenz ändert, um die Oszillatorfrequenz und die Phasendifferenz des Phasendetektors zu verringern. Die PLL-Schaltung wird zum Steuern von verschiedenen Schaltungen eingesetzt, wie beispielsweise Servomotorschaltungen, FM-Empfängern und lo­ kalen Oszillatoren, die jeweils sehr stabil gegenüber Fre­ quenzänderungen sind.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 eine herkömmliche FM-Erfassungsschaltung 100 beschrieben, welche einen PLL-Kreis verwendet. Zum Anlegen einer Referenzspan­ nung wird eine Referenzspannungseinheit 1 vorgesehen. Ein Phasendetektor 2 erfaßt eine Phasendifferenz zwischen einem frequenzmodulierten Signal und einem Frequenzsignal. Ein Tiefpaßfilter 3 empfängt das Ausgangssignal des Phasende­ tektors 2 und gibt ein Erfassungssignal aus, nachdem nur die niederfrequenten Frequenzanteile hindurchgelassen wur­ den. Ein spannungsgesteuerter Oszillator 4 empfängt das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 3 und modifiziert das Frequenzsignal.

Vorausgesetzt, daß ein Anwender eine Spannungsversor­ gung anlegt, empfängt der Phasendetektor 2 ein FM-Signal und ein Eingangssignal vom spannungsgesteuerten Oszillator. Er vergleicht die Phasen der beiden Signale und erzeugt an­ schließend eine Gleichspannung (DC), die proportional zu einer Phasendifferenz ist. Nacheinander empfängt das Tief­ paßfilter 3 eine Referenzspannung von der Referenzspan­ nungseinheit 1 und die Gleichspannung vom Phasendetektor 2, während es an seinem Ausgang nur die durchgelassenen nie­ derfrequenten Signale eines erfaßten Signals ausgibt.

Als nächstes empfängt der spannungsgesteuerte Oszilla­ tor 4 das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 3 und erzeugt das Oszillatorsignal, welches dem Phasendetektor 2 zuge­ führt wird.

In einem derartigen Regelkreis bzw. einer derartigen rückgekoppelten Schaltung wird der erfaßte Signalwert auf der Grundlage des Verstärkungsfaktors des spannungsgesteu­ erten Oszillators 4 festgelegt. Im allgemeinen ist der Ver­ stärkungsfaktor des spannungsgesteuerten Oszillators 4 in­ direkt proportional zum erfaßten Signalwert. Das heißt, un­ ter der Annahme, daß die Trägerfrequenz und der Modulati­ onsgrad konstant sind, verringert sich der erfaßte Signal­ wert, wenn der Verstärkungsfaktor des spannungsgesteuerten Oszillators angehoben wird, während sich der Wert erhöht, wenn der Verstärkungsfaktor verringert wird.

Die Steuerung des Wertes des erfaßten Signals ist daher schwierig, wenn die dargestellte herkömmliche FM-Erfas­ sungsschaltung in einer integrierten Schaltung verwendet wird, da aufgrund von Produktionstoleranzänderungen es durchaus möglich ist, daß die Werte eines Widerstands und einer Kapazität des spannungsgesteuerten Oszillators verän­ dert werden.

Insbesondere, wenn unter dem Einfluß des Widerstands und der Kapazität des spannungsgesteuerten Oszillators mit der Prozedurtoleranz eine freilaufende Frequenz des span­ nungsgesteuerten Oszillators unterhalb eine vorbestimmte Frequenz fällt, wird der Verstärkungsfaktor des spannungs­ gesteuerten Oszillators unterhalb eines vorbestimmten Ver­ stärkungsfaktors liegen, wodurch der erfaßte Signalwert über einen Durchschnittswert hinausgehoben wird.

Wenn eine freilaufende Frequenz des spannungsgesteuer­ ten Oszillators eine vorbestimmte Frequenz übersteigt, wird der Verstärkungsfaktor des spannungsgesteuerten Oszillators über dem vorbestimmten Verstärkungsfaktor liegen, während der erfaßte Signalwert unterhalb eines Durchschnittswertes liegt.

Demzufolge ist der Einsatz eines PLL-Kreises in der dargestellten herkömmlichen FM-Erfassungsschaltung schwie­ rig, um ein Ausgangssignal mit einem genauen Wert zu erzeu­ gen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die mit der dargestellten herkömmlichen Schaltung einhergehenden vorherstehend beschriebenen Probleme zu beseitigen.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine FM-Erfassungschaltung mit einem PLL-Kreis zu schaffen, die zu jeder Zeit Ausganssignale mit einem konstanten Span­ nungswert ausgeben kann, unabhängig von den aufgrund von Herstellungstoleranzen sich ändernden Werten eines Wider­ stands und einer Kapazität des spannungsgesteuerten Oszil­ lators, indem der Ausgangssignalwert nach dem Erfassen ei­ ner Änderung im Ausgangssignalwert eingestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine FM-Erfas­ sungsschaltung mit einem PLL-Kreis gelöst, welche die Aus­ gangswerte steuert.

Die FM-Erfassungsschaltung besitzt eine Referenzspan­ nungseinheit, einen Phasendetektor, ein Tiefpaßfilter, ei­ nen spannungsgesteuerten Oszillator, eine Erfassungsvor­ richtung für Gleichspannungskomponenten und einen span­ nungsgesteuerten Verstärker. Die Referenzspannungseinheit liefert eine Referenzspannung. Der Phasendetektor erfaßt eine Phasendifferenz zwischen einem frequenzmodulierten Si­ gnal und einem Frequenzsignal, wobei er ein Signal auf der Grundlage der erfaßten Phasendifferenz ausgibt. Das Tief­ paßfilter empfängt das Ausgangssignal des Phasendetektors und gibt nur die Niederfrequenzsignalanteile des erfaßten Signales aus. Der spannungsgesteuerte Oszillator empfängt das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters und gibt seinerseits ein Oszillatorsignal aus. Die Erfassungsvorrichtung für Gleichspannungskomponenten empfängt das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters und erfaßt eine Gleichspannungskomponente. Der spannungsgesteuerte Verstärker empfängt die Referenz­ spannung sowie die Ausgangsspannung der Erfassungsvorrich­ tung für Gleichspannungskomponenten und gibt ihrerseits ei­ nen konstanten Spannungswert aus, indem ein Verstärkungs­ faktor auf der Grundlage der Differenz der beiden Spannun­ gen gesteuert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer herkömmlichen FM-Erfassungsschaltung mit einem PLL-Kreis.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer FM-Erfassungsschaltung mit einem PLL-Kreis.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird nachfolgend ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel be­ schrieben.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird eine FM-Erfassungs­ schaltung 110 mit einem PLL-Kreis verwendet, welche eine Vorrichtung zum Steuern ihrer Ausgangssignalwerte besitzt. Eine Referenzspannungseinheit 21 erzeugt eine Referenzspan­ nung VC1. Zum Erzeugen einer freilaufenden Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 24 eines PLL-Kreises gibt die Referenzspannungseinheit 21 zu jeder Zeit gleichmäßig eine Gleichspannung VC1 an einen spannungsgesteuerten Ver­ stärker 26 ab.

Ein Phasendetektor 22 erfaßt eine Phasendifferenz zwi­ schen einem FM-Signal und einem weiteren Frequenzsignal, und gibt auf der Grundlage der erfaßten Phasendifferenz ein Signal aus. Ein Tiefpaßfilter 23 empfängt die Ausgangssi­ gnale der Referenzspannungseinheit 21 und des Phasendetek­ tors 22 und entfernt eine Trägerkomponente der Eingangssi­ gnale dadurch, daß nur die niederfrequenten Signalanteile hindurchgelassen werden. Ein spannungsgesteuerter Oszilla­ tor 24 empfängt das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 23 und gibt ein Oszillatorsignal aus. Eine Erfassungsvorrich­ tung für Gleichspannungskomponenten empfängt das Ausgangs­ signal des Tiefpaßfilters 23 und erfaßt eine Gleichspan­ nungskomponente. Ein spannungsgesteuerter Verstärker 26 empfängt die Referenzspannung VC1 und die Ausgangsspannung VC2 der Erfassungsvorrichtung für Gleichspannungskomponen­ ten 25 und gibt durch Steuerung seines Verstärkungsfaktors auf der Grundlage der Differenz der beiden Spannungen einen konstanten Spannungswert ab.

Sobald durch einen Benutzer die Spannungsversorgung an­ geschaltet wird, arbeitet die dargestellte FM-Erfassungs­ schaltung. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Vorrich­ tung im freilaufenden Betrieb, wobei der spannungsgesteuer­ te Oszillator bei einer freilaufenden Frequenz oszilliert, die durch die Referenzspannung VC1 der Referenzspannungs­ einheit 21 festgelegt wird. Ferner besitzt der Verstär­ kungsfaktor des spannungsgesteuerten Verstärkers 26 den Wert "1", da die Ausgangsspannung VC2 der Erfassungsvor­ richtung für Gleichspannungskomponenten 25 gleich der Refe­ renzspannung VC1 der Referenzspannungseinheit 21 ist.

Sobald das FM-Signal dem Phasendetektor 22 eingegeben wird, befindet sich die Schaltung im phasenstarren Zustand und der Phasendetektor 22 erfaßt die Trägerfrequenz des FM- Signals.

Fällt die freilaufende Frequenz des spannungsgesteuer­ ten Oszillators 24 unterhalb eine vorbestimmte Frequenz der Widerstand und die Kapazität des spannungsgesteuerten Oszillators 24 können eine erlaubte Abweichung von der Standardeinstellung aufweisen - so sollte die Spannung VC des spannungsgesteuerten Oszillators höher als die anlie­ gende Referenzspannung VC1 sein, damit die Trägerfrequenz erfaßt werden kann. Wenn die freilaufende Frequenz verrin­ gert ist, wird der Verstärkungsfaktor des spannungsgesteu­ erten Oszillators 24 ebenso verringert, während die Aus­ gangsspannung VC des Tiefpaßfilters 23 größer als eine vor­ bestimmte Spannung wird.

Andererseits wird die Ausgangsspannung VC des Tiefpaß­ filters 24 dem spannungsgesteuerten Verstärker 26 über die Erfassungsvorrichtung für Gleichspannungskomponenten 25 zu­ geführt, welche die Frequenz der Gleichspannungskomponenten erfaßt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannungsdifferenz zwischen VC1 und VC2 durch den spannungsgesteuerten Ver­ stärker 26 als ein negativer Wert festgelegt, da die Aus­ gangsspannung VC2 der Erfassungsvorrichtung für Gleichspan­ nungskomponenten 25 höher ist als die Referenzspannung VC1 der Referenzspannungseinheit 21.

Demzufolge verringert der spannungsgesteuerte Verstär­ ker 26 den Verstärkungsfaktor des Spannungseingangs, wobei das resultierende Ausgangssignal nach der Multiplikation des Verstärkungsfaktors mit dem vom Tiefpaßfilter 23 einge­ gebenen Signal multipliziert wurde. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung VC des Tiefpaßfilters 23, welche höher als eine vorbestimmte Spannung ist, auf einen Wert verrin­ gert, der gleich einer vorbestimmten Spannung ist.

Übersteigt die freilaufende Frequenz des spannungsge­ steuerten Oszillators 24 die vorbestimmte Frequenz - der Widerstand und die Kapazität des spannungsgesteuerten Os­ zillators 24 weisen eine erlaubte Abweichung von der Stan­ dardeinstellung auf - so sollte die Spannung VC des span­ nungsgesteuerten Oszillators 24 niedriger als die angelegte Referenzspannung VC1 sein, damit die Trägerfrequenz erfaßt werden kann.

Wird die freilaufende Frequenz angehoben, so wird eben­ so der Verstärkungsfaktor des spannungsgesteuerten Oszilla­ tors 24 angehoben, während die Ausgangsspannung VC des Tiefpaßfilters 23 auf einen Wert unterhalb der vorbestimm­ ten Spannung verringert wird.

Die Gleichspannungskomponente der Ausgangssignalspan­ nung VC des Tiefpaßfilters 23 wird dem spannungsgesteuerten Verstärker 26 über die Erfassungsvorrichtung für Gleich­ spannungskomponenten 25 zugeführt.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Spannungsunterschied zwi­ schen VC1 und VC2 durch den spannungsgesteuerten Verstärker als positiver Wert festgestellt, da die Ausgangssignalspan­ nung VC2 der Erfassungsvorrichtung für Gleichspannungskom­ ponenten 25 geringer ist als die Referenzspannung VC1 der Referenzspannungseinheit 21. Demzufolge erhöht der span­ nungsgesteuerte Verstärker seinen Verstärkungsfaktor. Auf diese Weise wird die vom Tiefpaßfilter 23 ausgegebene Span­ nung VC, welche unterhalb eines vorbestimmten Spannungs­ werts liegt, angehoben, bis sie gleich dem vorbestimmten Spannungswert ist.

In dieser Schaltung steuert der spannungsgesteuerte Verstärker 26 seinen Verstärkungsfaktor auf der Grundlage der Spannungen VC1 und VC2 der Referenzspannungseinheit 21 und der Erfassungsvorrichtung für Gleichspannungskomponen­ ten 25. Genauer gesagt ist der Verstärkungsfaktor des span­ nungsgesteuerten Verstärkers 26 proportional zur Größe der Spannungsänderung zwischen VC1 und VC2, während der Ver­ stärkungsfaktor andererseits "1" ist, wenn die Größe der Spannungsveränderung "0" beträgt. Der Betrag des Verstär­ kungsfaktors des spannungsgesteuerten Verstärkers 26 wird proportional zur Spannungsdifferenz zwischen der Referenz­ spannung VC1 und der Ausgangsspannung VC2 der Erfassungs­ vorrichtung für Gleichspannungskomponenten 25 angehoben, wenn die Referenzspannung VC1 größer ist als die Ausgangs­ spannung VC2 der Gleichspannungskomponenten-Erfassungsvor­ richtung 25. Andererseits wird der Verstärkungsfaktor pro­ portional zur Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspan­ nung VC1 und der Ausgangsspannung VC2 der Gleichspannungs­ komponenten-Erfassungsvorrichtung 25 verringert, wenn die Referenzspannung VC1 geringer als die Ausgangsspannung VC2 der Gleichspannungskomponenten-Erfassungsvorrichtung 25 ist.

Vorzugsweise ändert sich der Verstärkungsfaktor des spannungsgesteuerten Verstärkers 26 derart, daß er gleich der Größe der Spannungsänderung ist, die aus einer erlaub­ ten Abweichung von einer Standardeinstellung des Wider­ stands und der Kapazität des spannungsgesteuerten Oszilla­ tors 24 resultiert. Wenn beispielsweise die erlaubte Abwei­ chung eine Spannungsänderung bis zu maximal 40% hervorruft, so wird der Verstärkungsfaktor des spannungsgesteuerten Os­ zillators um bis zu 40% bezüglich seines normalen Verstär­ kungsfaktors erhöht, wenn die Spannungsdifferenz zwischen VC1 und VC2 positiv ist, während er um bis zu 40% verrin­ gert wird, wenn die Spannungsdifferenz negativ ist.

Demzufolge gibt der spannungsgesteuerte Verstärker 26 einen konstanten Wert aus, da die durch Herstellungsto­ leranzen von Widerstand und Kapazität des spannungsgesteu­ erten Oszillators 24 hervorgerufenen Spannungsänderungen kompensiert werden. Folglich wurde eine verbesserte FM-Er­ fassungsschaltung mit einem PLL-Kreis geschaffen, die durch Erfassen von Spannungsänderungen, die durch Abweichungen im Widerstand und in der Kapazität eines spannungsgesteuerten Oszillators 24 von einer Standardeinstellung hervorgerufen werden, und durch entsprechendes Steuern des Verstärkungs­ faktors des spannungsgesteuerten Verstärkers 26, ihr Aus­ gangssignal derart steuert, daß ein konstanter Spannungs­ wert sehr genau beibehalten wird.

Während sich die vorliegende Erfindung mittels speziel­ ler Vorrichtungen, Aufbauten und Schritten in Verbindung mit einem besonderen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, können weitere Änderung vorgenommen werden, ohne dabei von der Erfindung abzuweichen, wobei auch äquivalente Vorrich­ tungen, Aufbauten und Schritte innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen.

Eine FM-Erfassungsschaltung besitzt einen PLL-Kreis. Eine Referenzspannungseinheit erzeugt eine Referenzspan­ nung. Ein Phasendetektor erfaßt eine Phasendifferenz zwi­ schen einem FM-Signal und einem weiteren Frequenzsignal. Ein Tiefpaßfilter empfängt das Ausgangssignal des Phasende­ tektors und gibt ein erfaßtes Signal aus, wobei nur die Niederfrequenzsignalanteile durchgelassen werden. Eine Gleichspannungskomponenten-Erfassungsvorrichtung empfängt das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters und erfaßt eine Gleichspannungskomponente. Ein spannungsgesteuerter Ver­ stärker empfängt die Referenzspannung und die Ausgangsspan­ nung der Gleichspannungskomponenten-Erfassungsvorrichtung, und gibt einen konstanten Spannungswert durch Steuerung ei­ nes Verstärkungsfaktors auf der Grundlage der Differenz zwischen den beiden empfangenen Spannungen aus.

Claims (7)

1. FM-Erfassungsschaltung mit einem PLL-Kreis bestehend aus:
einer Referenzspannungseinheit (21) zum Erzeugen einer Referenzspannung (VC1);
einem Phasendetektor (22) zum Erfassen einer Phasendif­ ferenz zwischen einem frequenzmodulierten Signal und einem Signal eines spannungsgesteuerten Oszillators (24) und zum Erzeugen eines Fehlersignals;
einem Tiefpaßfilter (23), welches das Fehlersignal emp­ fängt und hochfrequente Signalanteile ausfiltert, wo­ durch man ein gefiltertes Signal (VC) erhält;
eine Gleichspannungskomponenten-Erfassungsvorrichtung (25) zum Erzeugen einer Gleichspannungskomponente (VC2) aus dem gefilterten Signal (VC); und
einem spannungsgesteuerten Verstärker (26), der die Re­ ferenzspannung (VC1), die Gleichspannungskomponente (VC2), sowie das gefilterte Signal (VC) empfängt, und das gefilterte Signal (VC) verstärkt, wobei ein Ver­ stärkungsfaktor des gefilterten Signals auf der Grund­ lage einer Differenz zwischen der Referenzspannung (VC1) und der Gleichspannungskomponente (VC2) gesteuert wird.

2. Schaltung nach Patentanspruch 1, wobei die Gleichspan­ nungskomponenten-Erfassungsvorrichtung (25) ein weite­ res Tiefpaßfilter aufweist.

3. Schaltung nach Patentanspruch 1, wobei der spannungsge­ steuerte Verstärker (26) eine Vorrichtung zum Einstel­ len des Verstärkungsfaktors auf einen Wert proportional zum Betrag der Differenz zwischen der Referenzspannung (VC1) und der Gleichspannungskomponente (VC2) besitzt, wobei der Verstärkungsfaktor auf 1 gesetzt wird, wenn die Differenz 0 beträgt.

4. Schaltung nach Patentanspruch 2, wobei der spannungsge­ steuerte Verstärker (26) eine Vorrichtung zum Einstel­ len des Verstärkungsfaktors auf einen Wert proportional zum Betrag der Differenz zwischen der Referenzspannung (VC1) und der Gleichspannungskomponente (VC2) besitzt, wobei der Verstärkungsfaktor auf 1 gesetzt wird, wenn die Differenz 0 ist.

5. Schaltung nach Patentanspruch 1, wobei der Verstär­ kungsfaktor derart gesteuert wird, daß ein Eingangssi­ gnal zum spannungsgesteuerten Verstärker (26) um einen zur Differenz proportionalen Betrag angehoben wird, wenn die Referenzspannung (VC1) größer ist als die Gleichspannungskomponente (VC2), und daß ein Eingangsi­ gnalwert zum spannungsgesteuerten Verstärker (26) um einen zur Differenz proportionalen Betrag verringert wird, wenn die Referenzspannung (VC1) kleiner ist als die Gleichspannungskomponente (VC2).

6. FM-Erfassungsschaltung mit einem PLL-Kreis bestehend aus:
einem Phasendetektor (21) zum Vergleichen einer Phase eines FM-Eingangssignals mit einem Referenzsignal und zum Erzeugen eines Fehlersignals;
einem Tiefpaßfilter (23) zum Ausfiltern des Fehlersi­ gnals und zum Erzeugen eines Ausgangssignals (VC);
einem Oszillator (24) mit einem Eingang, der das Refe­ renzsignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal erzeugt und bei dem das Referenzsignal auf dem Ausgangssignal basiert;
einem variabel gesteuerten Verstärker (26) zum Empfan­ gen und Verstärken des Ausgangssignals, wodurch man ein verstärkungsfaktorkompensiertes Ausgangssignal erhält, wobei der variabel gesteuerte Verstärker (26) einen am Ausgangssignal anliegenden Verstärkungsfaktor als Funk­ tion eines Wertes eines Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters (23) steuert.

7. Schaltung nach Patentanspruch 6, wobei der Verstär­ kungsfaktor angehoben wird, wenn der Wert der Gleich­ spannungskomponente (VC2) abnimmt, und der Verstär­ kungsfaktor verringert wird, wenn der Wert der Gleich­ spannungskomponente (VC2) ansteigt.