DE4029214C1 - Clock generator for video signal measuring device - has frequency divider based upon counter and EPROM that stores frequency values - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taktgenerator für Videosig­ nal-Meßgeräte laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Für Videosignal-Meßgeräte, beispielsweise den Videoana­ lysator UVF der Firma Rohde & Schwarz, sind Taktgenera­ toren erforderlich, die mit dem Synchronimpuls des Video­ signales in der Frequenz und Phase synchronisierbar sind, da für die auszuführenden Messungen am Videosignal ein zu dem Videosignal synchrones Steuerimpuls-Programm im Meßgerät erzeugt werden muß. Als Taktgeneratoren werden bisher hierfür phasensynchronisierte Oszillatoren (PLL) benutzt. Die Phasenregelschleife solcher phasengeregelten Oszillatoren erfordert eine relativ aufwendige Dimensio­ nierung, zwischen Phasenvergleicher und spannungsge­ steuertem Oszillator muß ein speziell bemessener Tiefpaß angeordnet werden, der ein schnellstmögliches Einschwingen ohne Überschwingen erlaubt, auch die Schleifenverstärkung muß speziell dimensioniert werden. Diese bekannten pha­ sengeregelten Oszillatoren neigen zu Eigenschwingungen, die auch bei ausreichender Dämpfung immer einen gewissen Eigenjitter im Taktsignal erzeugen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen im Aufbau einfachen Taktgenerator für Videosignal-Meßgeräte zu schaffen, bei dem der Eigenjitter vernachlässigbar klein gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Taktgenerator laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kenn­ zeichnende Merkmale gelöst.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gemäß einer Weiter­ bildung der Erfindung erwiesen, einen solchen erfindungs­ gemäßen Taktgenerator anstelle eines freischwingenden Oszillators bei einer Anordnung zum Erzeugen eines zu einem Videosignal synchronen Steuerimpuls-Programmes für Videosignal-Meßgeräte nach Patentanmeldung P 40 13 179 anzuwenden. Durch diese Kombination werden die vorteilhaften Eigenschaften der Anordnung nach dem älteren Patent, nämlich das schnelle Einrasten bei ver­ rauschten Videosignalen und auch die Möglichkeit einer Korrektur bei plötzlichen Sprüngen der Phase des Syn­ chronimpulses, wie sie beim Kopfwechsel von Videoband­ maschinen auftreten können, mit den Vorteilen einer mit dem Videosignal synchronisierten und trotzdem nahezu jitterfreien Taktimpulsfolge des erfindungsgemäßen Takt­ generators vereinigt und so eine Anordnung zum Erzeugen eines Steuerimpuls-Programmes für Videosignal-Meßgeräte geschaffen, die allen bekannten Anordnungen dieser Art trotz einfachen Aufbaus funktionsmäßig überlegen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Taktgenerators, dessen Ausgangsfrequenz f zur Erzeugung eines zu einem Videosignal synchronen Steuerimpuls-Pro­ grammes für Videosignal-Meßgeräte benutzt wird. Der Takt­ generator besteht aus einem üblichen spannungssteuerbaren Oszillator O sowie einem Phasenvergleicher P, dem ein­ gangsseitig beispielsweise über einen zusätzlichen Fre­ quenzteiler T einerseits das Ausgangssignal des Oszilla­ tors O und andererseits die aus dem Videosignal über eine Trennschaltung ST abgeleitete H-Synchronimpulsfre­ quenz als Referenzsignal f_r zugeführt wird. Bei den heute üblichen Videosignalen beträgt der Abstand zwischen der abfallenden Flanke des H-Impulses beispielsweise 64 µs, was einer Synchronimpulsfrequenz von 16 kHz entspricht. Für die Ableitung beliebiger Steuerimpulsprogramme für das Videosignal-Meßgerät hat es sich beispielsweise als vorteilhaft erwiesen, den Oszillator O auf einer wesent­ lich höheren Frequenz von beispielsweise f=27 MHz zu betreiben, diese hohe Ausgangsfrequenz wird über den Frequenzteiler T auf die der Synchronimpulsfrequenz f_r entsprechende Frequenz f′=16 kHz heruntergeteilt. Der Frequenzteiler T kann auch so realisiert werden, daß mit f=27 MHz ein Zähler mit Speicher (RAM oder EPROM) betrieben wird, wie im folgenden anhand von Fig. 3 beschrieben ist. Die heruntergeteilte Frequenz f′ wird dann aus dem EPROM ausgelesen.

Die Phasenvergleichsschaltung P besteht nur aus einem D-Flip-Flop, dessen Takteingang der generierte Taktimpuls f′ und dessen Dateneingang der dem invertierten H-Syn­ chronimpuls entsprechende Referenzimpuls fr zugeführt werden. Mit der steigenden Flanke des Taktimpulses speichert das Flip-Flop den momentanen logischen Pegel des Referenzimpulses fr für die Dauer einer Zeile. Kommt die steigende Flanke von fr früher als die von f′, so speichert das Flip-Flop H-Pegel, kommt sie später, so speichert es L-Pegel. Der Ausgang des Flip-Flops P steuert direkt die frequenzbestimmende Kapazitätsdiode des Oszil­ lators O und schaltet sie digital zwischen zwei Werten hin und her. Da bei H-Pegel f′ nacheilt, muß f′ dann auf den höheren Frequenzwert geschaltet werden.

Im Phasenvergleicher wird nur das Vorzeichen der Phasen­ abweichung zwischen f_r und f′ ausgewertet, der Phasen­ vergleicher P vergleicht einmal pro Referenzsignalperiode die Phase des Referenzsignals f_r mit der Phase des dem Taktsignal f entsprechenden Signals f′. Wenn die Phase von f′ voreilt, gibt der Phasenvergleicher P an seinem Ausgang den festen logischen Pegel L von beispielsweise 0 Volt ab und dadurch wird der mit seiner Sollfrequenz auf beispielsweise 27 MHz abgestimmte Oszillator O auf einem um einen vorbestimmten festen Frequenzbetrag von beispielsweise 1 kHz niedrigeren Frequenzwert gesteuert. Wenn dagegen die Phase von f′ gegenüber der Phase des Referenzsignals f_r nacheilt, gibt der Phasenvergleicher P den festen logischen Pegel H von beispielsweise +5 Volt ab und dadurch wird der Oszillator O auf einen gegenüber seinem Sollwert von 27 MHz um beispielsweise 1 kHz höheren Frequenzwert gesteuert. Der Oszillator O kann also nur auf zwei genau möglichst symmetrisch zu seiner Sollfrequenz festliegenden Frequenzwerten schwingen, die nur um einen geringen Betrag gegenüber dem Sollwert verschieden sind. Nach Fig. 2 ist bei vor­ eilender Phase (logischer Steuerpegel L = niedrigere Oszillatorfrequenz f_L) die Periode des Taktsignals f größer und die Flanke dieses Signals verschiebt sich damit in Richtung nacheilende Phase. Eilt beim nächsten Phasenvergleich der nächstfolgenden Signalperiode die Phase von f′ immer noch gegenüber f_r vor, wiederholt sich dieser Vorgang, bis schließlich die Phase von f′ gegenüber f_r nacheilt, der Phasenvergleicher P damit H-Steuerpegel liefert und der Oszillator O damit auf die höhere Frequenz f_H geschaltet wird, so daß die Phase des Taktsignales F in Richtung auf voreilende Phase ver­ schoben wird. Durch dieses ständige Umschalten der Takt­ frequenz f um den Sollwert wird dieser zwar nie exakt erreicht, die Sollfrequenz ergibt sich jedoch aus dem Mittelwert dieser abwechselnd eingenommenen Schaltzustän­ de. Diese geringfügigen systematischen Frequenzabwei­ chungen können durch den Frequenzteiler T vernachlässigbar klein gehalten werden, es überwiegt der Vorteil, daß große und kleine Phasenabweichungen zwischen f′ und f_r jeweils immer feste vorbestimmte Reaktionen des Oszilla­ tors 1 bewirken, ein einzelner Störimpuls, der scheinbar einen sehr großen Phasenfehler bewirkt, erzeugt damit keine übertrieben starke Reaktion des Phasenregelkreises und damit auch keine entsprechend große Änderung der Taktfrequenz, sondern auch bei solchen Störimpulsen bleibt die Taktfrequenz im Rahmen ihrer vorgegebenen Grenzen. Die Taktfrequenz f ist damit sehr störsicher und nahezu jitterfrei, auch der schaltungstechnische Aufwand ist verglichen mit einem herkömmlichen phasengeregelten Oszillator sehr gering.

Um bei größeren Phasensprüngen ein möglichst schnelles Wiedereinrasten des Taktgenerators zu erreichen hat es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als vorteil­ haft erwiesen, hierfür eine Anordnung nach Patentanmeldung P 40 13 179.3 anzuwenden.

Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild einer Anordnung zum Erzeugen eines zu einem Videosignal synchronen Steuer­ impuls-Programmes für Videosignal-Meßgeräte mit einem Zähler 1, der durch einen Taktgenerator 2 gesteuert ist und der über eine Torschaltung 4 mit dem H-Synchronimpuls des Videosignals rücksetzbar ist. Der H-Synchronimpuls wird über eine Trennschaltung 5 aus dem Videosignal abge­ trennt und der Torschaltung 4 zugeführt. Die Torschaltung 4 ist über Steuerimpulse aus dem Speicher 3 steuerbar, der Torschaltung 4 ist außerdem eine Auswertlogik 6 vor­ geschaltet. Der Speicher 3 (EPROM oder RAM) ist über den Zähler 1 gesteuert, im Speicher 3 ist die Lage und die Reihenfolge von Steuerimpulsen abgespeichert, in denen beispielsweise ein Videoanalysator zum Messen der Horizontalparameter eines Videosignals angesteuert ist, wie er in "Neues von Rohde & Schwarz", Heft 126, Sommer 1989, S. 20 bis 22 beschrieben ist.

Der Taktgenerator 2 ist kein freilaufender Oszillator, sondern gemäß der Erfindung nach Fig. 1 ausgebildet und mit dem Videosignal synchronisiert, dazu wird dem Takt­ generator 2 zusätzlich noch die Synchronimpulsfrequenz aus dem Synchrontrenner 5 zugeführt.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Tor­ schaltung 4 aus fünf Toren (z. B. Und-Schaltungen) 20, 21, 22, 23 und 24, denen eingangsseitig der H-Synchron­ impuls zugeführt ist und die außerdem aus dem Speicher 3 mit den Steuerimpulsen S1, S2, S3 und S4 ansteuerbar sind, d. h. das Tor 20 ist im Zeitbereich t1 offen, das Tor 21 ist während der Zeit t2 vor und nach dieser Zeit t1 offen, das Tor 22 während der Zeit t3 und das Tor 23 während der Zeit t4 jeweils vor und nach dem Zeitbe­ reich t1. Der Zeitbereich t1 wird bestimmt durch die Soll-Lage des Synchronimpulses des Videosignals, d. h. die abfallende Flanke des Synchronimpulses des Videosig­ nals liegt in der Mitte des Soll-Zeitbereiches t1. Die Größe der Zeit t1 beträgt vorzugsweise drei Zählertakt­ perioden (im gewählten Ausführungsbeispiel also 750 ns), so daß das Zeitfenster sowohl eine Taktperiode in vor­ eilender als auch in nacheilender Richtung offen ist und so der Jitter des Synchronimpulses mit berücksichtigt ist.

Die Auswertlogik 6 besteht aus vier Toren (z. B. wiederum UND-Schaltungen) 10, 11, 12 und 13, denen wiederum ein­ gangsseitig die H-Synchronimpulse aus der Trennschaltung 5 zugeführt sind und die ebenfalls aus dem Speicher 3 mit den Steuerimpulsen S1, S2, S3 und S4 angesteuert sind. Kommt ein Synchronimpuls während der Dauer eines dieser Steuerimpulse S1 bis S4, so wird sein Vorkommen von einem der vier nachfolgenden Zwischenspeicher 15, 16, 17 oder 18 gespeichert. In der Zeilenmitte werden die so ermittelten Daten von drei nachfolgenden Speichern 26, 27 und 28 übernommen, damit sie beim nächsten H-Synchronimpuls noch zur Verfügung stehen. Die Zwischen­ speicher 15 bis 18 werden gleichzeitig gelöscht, damit die Lage des nächsten Synchronimpulses gespeichert werden kann. Sind durch Störimpulse mehrere H-Synchronimpulse gespeichert worden, so wählt eine zwischengeschaltete Vorrangschaltung 19 denjenigen Synchronimpuls aus, dessen zeitliche Lage der Sollposition am nächsten war, denn dies war wahrscheinlich der richtige H-Synchronimpuls. Nur seine Lage wird dann in den Speichern 26 bis 28 abge­ speichert. Die Ausgangsdaten dieser Speicher 26 bis 28 öffnen dann eines der Tore 21 bis 23 der Torschaltung 4, die das Starten des Zählers 1 durch den H-Synchron­ impuls ermöglichen. Auf diese Weise wird das Starten des Zählers 1 zu einem von der Sollposition abweichenden Zeitpunkt genau eine Zeile nach dem ersten Auftreten einer Abweichung ermöglicht. Wenn z. B. zweiunddreißig Zeilen lang kein gültiger Startimpuls ST aufgetreten ist, was von einem zusätzlichen Zähler 7 überwacht wird, so liegt vermutlich kein Videosignal an und es wird dann ein zusätzliches Tor 24 geöffnet, daß den ersten H-Impuls eines neu angelegten Signals ohne jede Fensterung durch­ läßt, um ein schnelles Einrasten zu ermöglichen.

Die Anordnung ermöglicht es also, daß bei einem unge­ störten Videosignal mit einem davon abgeleiteten exakten Synchronimpuls, der exakt innerhalb des Soll-Zeitfensters t1 liegt, über das Tor 20 ein Startimpuls ST1 zum Rück­ stelleingang des Zählers 1 durchgeschaltet wird, der Zähler 1 also immer exakt synchron mit dem Synchronimpuls des Videosignals gestartet wird. Wenn dagegen der Syn­ chronimpuls nicht in dem durch die Norm vorgegebenen Soll-Zeitbereich S1 liegt, sondern mehr oder weniger weit davon ab, also in einem der Zeitfenster S2, S3 oder S4, so wird eines der anderen Tore 21, 22 oder 23 geöffnet und dadurch zeitlich vom Sollwert ST1 abliegende Start­ impulse ST2, ST3 oder ST4 erzeugt, mit denen dann der Zähler 1 gestartet wird, wenn auch noch beim nächsten Synchronimpuls der gleiche abliegende Startimpuls ST2, ST3 oder ST4 erzeugt wird. Damit ist gewährleistet, daß auch von gestörten Videosignalen einwandfreie Impulspro­ gramme, beispielsweise für Videoanalysatoren abgeleitet werden können.

Die Anordnung kann noch dadurch verbessert werden, daß im Speicher 3 jeweils mehrere Torsysteme gespeichert werden, wobei jedes Torsystem jeweils aus einer Gruppe von unterschiedlich breiten Zeitfenstern t1 bis t4 be­ steht. Durch Auswahl eines für den jeweiligen Anwendungs­ zweck geeigneten Torsystems läßt sich erreichen, daß der Zeitbereich jeweils nur so groß ist, wie der tatsäch­ lich vorhandene Jitter des Synchronimpulses. Damit wird vermieden, daß auch falsche H-Impulse wie Rauschen einen falschen Zählerstart auslösen. Die Auswahl des jeweils günstigsten Torsystems trifft hierbei eine spezielle Torbreitensteuerung nach Fig. 5. Die Umschaltung der Torsysteme erfolgt durch Umschalten von zwei Adressen-Bits des Speichers 3. Die zwei Bits, die das jeweilige Tor­ system und damit die Torbreite auswählen, werden über einen Aufwärts-Abwärts-Zähler 30 erzeugt, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über einen 16-VBLD-Takt angesteuert ist, der also damit immer erst alle sechzehn Vollbilder eines Videosignals seinen Zustand ändern kann. Dieser als Auswählschaltung dienende Zähler 30 zählt aufwärts, wenn Startimpulse ST3 bis ST5 auftreten, die also relativ weit von der Soll-Lage ST1 entfernt sind. Beim Aufwärtszählen des Zählers 30 wird in dem Speicher 3 damit ein Torsystem ausgewählt, dessen Steuerimpulse S1 bis S4 eine größere Fensterbreite t1 bis t4 besitzt. Wenn nur exakte Startimpulse ST1 im engsten Fenster S1 auftreten, zählt der Zähler 30 abwärts, nimmt also eine Zählstellung ein, in welchem aus dem Speicher 3 ein Tor­ system ausgewählt wird, dessen Fenster S1 bis S4 die engste Breite besitzt. Kommen dagegen auch Startimpulse ST2 im zweitengsten Zeitfenster S2 aber keine Impulse St3 bis St5 vor, so behält der Zähler 30 seinen Zustand bei. Gesteuert wird der Zähler durch zwei Speicher 31 und 32, denen über Gatter 33 und 34 jeweils die Steuer­ impulse ST2 bis ST5 bzw. ST3 bis ST5 zugeführt sind. Der Speicher 31 registriert also alle aufgetretenen Startimpulse ST2 bis ST5 während der Speicher 32 nur die weiter entfernten Startimpulse ST3 bis ST5 regi­ striert. Wenn der Speicher 31 irgendeinen erzeugten Startimpuls registriert, so sperrt er gleichzeitig auch über das Tor 35 den Abwärtszählimpuls für den Zähler 30. Der Zähler 30 kann dann nur noch aufwärtszählen oder im selben Zustand bleiben. Der Zähler 30 zählt jedoch aufwärts, wenn der Speicher 32 einen weiter abgelegenen Startimpuls ST3 bis ST5 registriert und damit über das Tor 36 den Aufwärtszählimpuls für den Zähler 30 freigibt. Andernfalls bleibt der Zähler 30 im gleichen Zustand. Abwärts zählt er nur, wenn weder der Speicher 31 noch der Speicher 32 einen Startimpuls registrieren. Auf diese Weise wird über den jeweiligen Zählerstand des Zählers 30 im Speicher 3 jeweils ein Torsystem gemäß Fig. 4 für die Steuerung der Tore 20 bis 24 und 10 bis 13 ausgewählt, das die im Moment optimalste Zeitfensterbreite t1 bis t4 besitzt.

Claims (5)

1. Taktgenerator für Videosignal-Meßgeräte, der mit den Synchronimpulsen des Videosignals synchronisierbar ist, mit einem phasengeregelten Oszillator, in dessen Phasenvergleicher die Oszillatorfrequenz mit der Synchronimpulsfrequenz des Videosignals verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenvergleicher (P) so ausgebildet ist, daß er bei in der Phase gegenüber der Synchronimpulsfre­ quenz (f_r) nacheilender Oszillatorfrequenz (f) stets einen ersten festen Steuerpegel (H-Potential = +5 Volt) an den spannungssteuerbaren Oszillator (O) liefert und den Oszillator damit auf einen gegenüber der Soll­ frequenz um einen festen Betrag höheren Frequenzwert schaltet während er bei in der Phase gegenüber der Synchronimpulsfrequenz voreilender Oszillatorfrequenz stets einen zweiten festen Steuerpegel (L = 0 Volt) an den spannungssteuerbaren Oszillator (O) liefert und den Oszillator damit auf einen gegenüber der Sollfrequenz um einen festen Betrag niedrigeren Frequenzwert schaltet.

2. Taktgenerator nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch seine Verwendung bei einer Anordnung zum Erzeugen eines zu einem Videosignal synchronen Steuerimpulsprogrammes für Videosig­ nal-Meßgeräte, bei welcher er einen Zähler steuert, der über eine Torschaltung mit dem Synchronimpuls des Videosignals gestartet wird und durch den aus einem Speicher das dort abgespeicherte Steuerimpuls­ programm auslesbar ist.

3. Taktgenerator nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einen Zähler steuert, der seinerseits über eine Torschaltung mit dem Synchronimpuls des Videosignals gestartet wird und durch den aus einem Speicher das dort abgespei­ cherte Steuerimpulsprogramm für ein Videosignal-Meß­ gerät auslesbar ist, wobei die Torschaltung über Steuerimpulse aus dem Speicher so gesteuert ist, daß ein den Synchronimpuls zum Zähler durchschaltendes Tor jeweils nur in dem durch die Norm vorgegebenen Soll-Zeitbereich des Synchronimpulses offen ist.

4. Taktgenerator nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Torschaltung neben dem im Sollzeitbereich offenen ersten Tor noch min­ destens ein weiteres zeitlich vor bzw. nach diesem Sollzeitbereich in einem begrenzten Zeitfenster offenes Tor aufweist und über eine diesen Toren zugeordnete Auswertlogik dann, wenn durch das erste Tor im Soll­ zeitbereich kein Synchronimpuls, sondern nur in einem der benachbarten Zeitfenster ein Synchronimpuls fest­ gestellt wird, beim Auftreten eines erneuten Synchron­ impulses im gleichen Zeitfenster dieser Synchronimpuls zum Starten des Zählers freigegeben wird.

5. Taktgenerator nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Breite der Zeit­ fenster in Abhängigkeit von der Lage der Zähler-Start­ impulse in Bezug auf den Soll-Zeitbereich über eine Steuerschaltung einstellbar ist.