DE3011967C2

DE3011967C2 - Betriebsverfahren für einen Impulsfrequenzteiler mit veränderbarem Teilungsverhältnis und Impulsfrequenzteiler zur Ausübung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3011967C2
Application number: DE19803011967
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Mettler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE3011967A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsverfahren für einen Impulsfrequenzteiler mit veränderbarem Teilungsverhältnis, der einen Pulsraten-Multiplizierer enthält, dem zur Nivellierung von Frequenzsprüngen seiner Ausgangsimpulsfolge ein Flip-Flop-Kettenteiler nachgeschaltet ist.

Bei der Erzeugung von Impulsfolgen durch digitale Teilung eines Signals mit einer Grundfrequenz nach dem Prinzip des Pulsraten-Multiplizierers (binary rate multiplier) entstehen Impulsfolgen mit Lücken, die von ausgeblendeten Impulsen stammen. Dies führt dazu, daß derartige Frequenzteiler in ihrer Ausgangsimpulsfolge einen beträchtlichen Frequenzjitter aufweisen, der die Anwendung dieser Frequenzteiler einschränkt.

Ein sogenannter Pulsraten-Multiplizierer besteht im wesentlichen aus einer Teilerkette, die von einem Signal einer gegebenen Frequenz gespeist wird und die eine Impulsfolge abgibt, deren mittlere Frequenz dem Produkt aus der Frequenz des Eingangssignals und einem über eine Ausblendlogik an die Teilerkette angelegten Binärwert proportional ist. Aus dem streng periodischen Eingangssignal werden nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten einzelne Impulse ausgeblendet. Als Folgefrequenz der Ausgangsimpulse kann deshalb nur eine mittlere Frequenz angegeben werden. Wenn im folgenden von der Frequenz der Ausgangsimpulse die Rede ist, ist deshalb immer ein Frequenzmittelwert gemeint. ,

Wie schon erwähnt, ist die Ausgangsimpulsfolge eines

Pulsraten-Multiplizierers infolge der darin vorgenommenen Ausblendung von Impulsen aus einem periodischen Signal mit einem Frequenzjitter behaftet Die Frequenzsprünge können verkleinert werden, wenn den Teilerstufen des Pulsraten-Multiplizierers ein Flip-Flop-Kettenteiler nachgeschaltet wird. Dieser Teiler teilt die Ausgangsfrequenz entsprechend der Anzahl seiner Stufen weiter herab. Deshalb muß die Frequenz des Eingangssignals entsprechend erhöht werden, wenn die Höhe der Ausgangsfrequenz durch die Aufgabenstellung festgelegt ist Bestimmend für die Länge des Flip-Flop-Kettenteilers ist die höchste zu erzeugende Ausgangsfrequenz. Begrenzt wird die Länge durch den Maximalwert derjenigen Signalfrequenz, die von der zur Verfügung stehenden Schaltkreisfamilie noch verarbeitet werden kann. Es ist deshalb in vielen Fällen nicht möglich, durch Wahl einer entsprechend großen Anzahl von Stufen der nachgeschalteten Flip-Flop-Kette eine befriedigende Minderung des Frequenzjitters für alle Frequenzen der Ausgangsimpuisfolge zu erzielen.

Dem neuen Betriebsverfahren lag die Aufgabe zugrunde, mit einer begrenzten Anzahl von Flip-Flop-Stufen des nachgeschalteten Teilers zumindest für kleinere Ausgangsfrequenzen, bei denen ein Jitter besonders störend wirkt, eine befriedigende Verringerung dieses Jitters zu erreichen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung darin zu sehen, daß im Rahmen eines eingangs beschriebenen Betriebsverfahrens für einen Impulsfrequenzteiler aus dem Pulsraten-Multiplizierer immer dann eine Flip-Flop-Stufe abgeschaltet und dem Flip-Flop-Kettenteiler eine Flip-Flop-Stufe zugeschaltet wird, wenn die gewählte Frequenz der Ausgangsimpulsfolge eine Potenz von zwei unterschreitet.

Werden demnach beim Durchfahren des ganzen Bereiches der Ausgangsfrequenz in beiden Richtungen durch entsprechende Steuerung des Pulsraten-Multiplizierers Teilungsverhältnisse von 2~" überschritten, so steuert dieser Vorgang selbsttätig den Anteil von Stufen des Flip-Flop-Kettenteilers an der gesamten Teilerkette, derartig, daß bei kleiner werdendem Teilungsverhältnis, aiso sinkender Ausgangsfrequenz, sich die Teilung der Eingangsfrequenz in wachsendem Maß auf Stufen des Flip-Flop-Kettenteilers abstützt. Es ist leicht einzusehen, daß der Frequenzjitter dadurch mit sinkender Ausgangsfrequenz erheblich zurückgeht, weil das Teilungsverhältnis dann immer mehr Potenzen von zwei enthält.

Das Abschalten von Stufen des Pulsraten-Multiplizierers erfolgt zweckmäßig mit Hilfe von Gattern einer Ausblendlogik. Dabei bewirken die den Gattern der Ausblendlogik zugeführten Signale für das Abschalten von Stufen des Pulsraten-Multiplizierers gleichzeitig das Zuschalten einer entsprechenden Anzahl von Stufen des Flip-Flop-Kettenteilers.

Es werden sinnvollerweise jeweils diejenigen Stufen des Pulsraten-Multiplizierers abgeschaltet, die für den jeweils vorgegebenen Frequenzwert nicht mehr benötigt werden. Bei sinkenden Frequenzwerten wird also mit anderen Worten der Pulsraten-Multiplizierer bezüglich der Anzahl seiner Stufen von der Seite des Bits höchster Wertigkeit her abgebaut.

Ein Impulsfrequenzteiler zur Ausübung des neuen Verfahrens ist so angelegt, daß an den Ausgang eines bezüglich der Anzahl seiner wirksamen Stufen steuerbaren Pulsraten-Multiplizierers der Eingang eines ebenfalls bezüglich der Anzahl seiner wirksamen Stufen von den auch den Pulsraten-Multiplizierer steuernden

Signalen gesteuerten Flip-Flop-Kettenteilers angeschlossen ist und die Steuerung der Anzahl der wirksamen Stufen für die beiden hintereinandergeschalteten Teiler gegenläufig ist

Die Erfindung wird an zwei Figuren erläutert

Fig. 1 zeigt an vier untereinander gezeichneten Impulsdiagrammen anschaulich die vergleichsmäßigende Wirkung von einem auf den Ausgang eines Pulsraten-Multiplizierers folgenden mehrstufigen Füp-Flop-Kcttenteiler auf das mit einem Frequenzjitter behaftete Ausgangssignal des Pulsraten-Multiplizierers.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden neuen Frequenzteilers als Blockschaltbild dargestellt.

Im oberen Diagramm der F i g. 1 sind zwei Grundperioden Tc eines Ausgangssignal z(t) eines Pulsraten-Multiplizierers dargestellt. Es ist zu sehen, daß jeder erste Impuls der Grundperiode Tc ausgeblendet ist. Dies führt zu einem erheblichen Frequenzjitter. Im zweiten Diagramm ist die Impulsfunktion y\(t), die entsteht, wenn z(t) durch eine Flip-Flop-Stufe noch einmal geteilt wird, ebenfalls in zwei Perioden dargestellt. Die Grundperiode T_s verlängert sich bei jedem Teilungsvorgang. Der Frequenzjitter des Signals yi(t) ist zwar schon gegenüber dem des Signals z(t) verringert, doch ist diese Verringerung kaum sichtbar. Schon erheblich besser ist die vergleichsmäßigende Wirkung eines aus zwei Flip-Flop-Stufen bestehenden Flip-Flop-Kettenteilers, die im dritten Diagramm an einem Impulssignal yi(t) zu erkennen ist. Noch besser wirkt ein aus drei Flip-Flop-Stufen bestehender Flip-Flop-Kettenteiler, wie anschaulich aus dem vierten Diagramm hervorgeht. Dort ist eine Grundperiode Tc eines Impalssignals y^(t) gezeigt. Ohne Zuhilfenahme eines Maßstabes ist kaum noch zu erkennen, daß die Folgefrequenz des Signals vi(t)kleine Sprünge aufweist.

In Fig. 2 enthält Block 1 einen Oszillator für eine Eingangsfrequenz/ö = 2^K · 4· Block 2 symbolisiert einen Pulsraten-Multipüzierer, der eine Ausblendlogik enthält, mit deren Hilfe eine in einem Block 3 erzeugte Zahl M dem Pulsraten-Multiplizierer als zusätzlicher Faktor zu der Eingangsfrequenz aufgegeben werden kann. Das Ausgangssignal z(t) des Pulsraien-Multiplizierers 2 ist an den Eingang eines FUp-FIop-Kettenteilers 4 gelegt. Bitausgänge des Flip-Flop-Kettenteilers liegen an Eingängen eines Multiplizierers 5, an dessen Ausgang ein Impulssignal y(t) entnehmbar ist Steuersignale, die von der Ausblendlogik des Pulsraten-Multiplizierers 2 abgeleitet sind, sind über eine Verbindung 6 an einen Steuereingang des Multiplexers 5 angeschlossen. Ein Steuereingang des Blocks 3, in dem der zusätzliche Faktor Merzeugt wird, ist mit einer Wobbeleinnchtung 7 verbunden, die es gestattet, den Faktor M ganzzahlig zwischen einer oberen und einer unteren Grenze in beiden Richtungen zu verändern. Hinsichtlich der Frequenz f_} der Ausgangsfunktion y(t) gilt dann folgende Beziehung:

wobei L die Anzahl der Stufen des Pulsraten-Multiplizierers und K die Anzahl der Stufen des Flip-Flop-Kettenteilers ist. Wird dabei das Produkt 2^A ·/,, wie bei der Beschreibung der Figur schon erwähnt, als Frequenz/o bezeichnet, so wird aus der obenstehenden Beziehung

/■ =

2^L+K

■/o·

Dabei sind L und K ganzzahlig derart variabel, daß im Rahmen der vorgegebenen Anzahl von Stufen für den Pulsraten-Multipüzierer und den Flip-Flop-Kettenteiler die Summe L + AT-konst ist Die Steuerung der Anzahl der Teilerstufen v/irkt so, daß mit kleiner werdendem M L kleiner und K größer wird. Bei größer werdendem M wirkt die Steuerung umgekehrt.

Ein bekannter Pulsraten-Multiplizierer, also der Inhalt des Blocks 2, ist als integrierter Schakkreis Typ SN 7497 erhältlich.

Hierzu 2 Bkill Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Betriebsverfahren für einen Impulsfrequenzteiler mit veränderbarem Teilungsverhältnis, der einen Pulsraten-Multiplizierer enthält, dem zur Nivellierung von Frequenzsprüngen seiner Ausgangsimpulsfolge ein Flip-Flop-Kettenteiler nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Pulsraten-Multiplizierer (2) immer dann eine Flip-Flop-Stufe abgeschaltet und dem Flip-Flop-Kettenteiler (4) eine Flip-Flop-Stufe zugeschaltet wird, wenn die gewählte Frequenz der Ausgangsimpulsfolge eine Potenz von zwei unterschreitet.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschalten von Stufen des Pulsraten-Multiplizierers (2) mit Hilfe von Gattern einer Ausblendlogik erfolgt.

3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gattern der Ausblendlogik zugeführten Abschaltsignale für Stufen des Pulsraten-Multiplizierers (2) gleichzeitig das Zuschalten von Flip-Flop-Stufen des Flip-Flop-Kettenteilers (4) bewirken.

4. Impulsfrequenzteiler zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang eines bezüglich der Anzahl seiner wirksamen Stufen steuerbaren Pulsraten-Multiplizierers (2) der Eingang eines ebenfalls bezüglich der Anzahl seiner wirksamen Stufen von den auch den Pulsraten-Multiplizierer steuernden Signalen gesteuerten Flip-Flop-Kettenteilers (4) angeschlossen und die Steuerung der Anzahl der wirksamen Stufen für die beiden hintereinandergeschalteten Teiler (2, 4) gegenläufig ist.