DE19940896A1

DE19940896A1 - Frequency monitoring unit for external oscillator has numerically controlled oscillator, variable control amplifier set up according to number and staging of required frequency values

Info

Publication number: DE19940896A1
Application number: DE1999140896
Authority: DE
Inventors: Otmar Kuenl; Juergen Foersching; Ehrenhardt Kaupa
Original assignee: SEL Verteidigungssysteme GmbH
Current assignee: Thales Deutschland GmbH
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-01

Abstract

The unit consists essentially of a digital control part, a reference loop and an analogue loop contg. a Phase Locked Loop circuit (PLL). A reference voltage (FR) derived from the output of a numerically controlled oscillator (DDS) is applied to the reference input of the PLL. The numerically controlled oscillator and the variable control amplifier (PLL-RV) in the PLL are set up according to the number and staging of the required frequency values for the external oscillator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Frequenzkontrolleinheit für einen spannungsgesteuer ten, externen Empfängeroszillator.The invention relates to a frequency control unit for a voltage control external receiver oscillator.

Solche Frequenzkontrolleinheiten sind allgemein bekannt und bestehen üblicher weise z. B. aus einem digitalen Steuerungsteil, einer Referenzschleife und aus einer Analogschleife. Die Analogschleife kann beispielsweise als Phase-Locked Loop Schaltung ausgebildet sein. Das vom externen, spannungsgesteuerten Empfängeros zillator der Phase-Locked Loop Schaltung zugeführte Signal wird mit Hilfe eines Trennverstärkers und eines VCO-Teilers zu einer dem Phasendiskriminator ange botenen ersten Vergleichsspannung der Frequenz FV geformt.Such frequency control units are generally known and are more common wise z. B. from a digital control part, a reference loop and one Analog loop. The analog loop can be used, for example, as a phase-locked loop Circuit be formed. That from the external, voltage-controlled receiver zillator of the phase-locked loop circuit is fed with the help of a Isolation amplifier and a VCO divider to one of the phase discriminators offered first reference voltage of the frequency FV.

Aus dem Vergleich der ersten Vergleichsspannung FV und einer zweiten, dem Phasendiskriminator zugeführten Referenzspannung der Frequenz FR entsteht über ein nachgeschaltetes Filter die Regelspannung für den externen, spannungsgesteuer ten Empfängeroszillator.From the comparison of the first comparison voltage FV and a second, the Phase discriminator supplied reference voltage of the frequency FR arises over A downstream filter controls the control voltage for the external, voltage controlled th receiver oscillator.

Für den hier betrachteten Anwendungsfall eines mobilen Funkkommunikations systems müssen entsprechend der geforderten Leistungsfähigkeit des Systems eine Vielzahl von Funkkanälen, d. h. Verbindungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Diese Zahl der Funkkanäle bestimmt mit der Summe ihrer jeweiligen Frequenz bandbreite die Bandbreite der Frequenz u. a. des Empfängeroszillators und natürlich die Zahl der Umschaltmöglichkeiten.For the application of mobile radio communication considered here systems must have a corresponding to the required performance of the system Variety of radio channels, i. H. Connectivity options are available. This number of radio channels determines the sum of their respective frequencies bandwidth the bandwidth of the frequency u. a. of the receiver oscillator and of course the number of switching options.

In bekannten Anordnungen zur Frequenzkontrolle eines solchen Empfängeroszillators sind zur Erzeugung der jeweiligen, d. h. für die geforderten n Frequenzbänder benötigten Vergleichsignale FV 1. . . n und FR 1. . . n eine Mehrzahl von Regel schleifen erforderlich, deren Zusammenwirken das gesamte Frequenzband des externen, spannungsgesteuerten Empfängeroszillators abdeckt.In known arrangements for frequency control of such a receiver oscillator are used to generate the respective, i.e. H. for the required n frequency bands required comparison signals FV 1.. . n and FR 1.. . n a plurality of rule loops required, the interaction of which covers the entire frequency band of the external, voltage-controlled receiver oscillator covers.

Eine solche Mehrzahl von Regelschleifen wird sowohl unter technischen als auch kostenmäßigen Gesichtspunkten als nachteilig angesehen.Such a variety of control loops is both technical and from a cost point of view as disadvantageous.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Frequenzkontrolleinheit für einen spannungsgesteuerten, externen Empfängeroszillator der eingangs ge nannten Art zu schaffen, die einen wesentlich verminderten Schaltungsaufwand erfordert.It is therefore an object of the present invention to provide a frequency control unit for a voltage controlled, external receiver oscillator of the beginning named type to create a significantly reduced circuit effort required.

Erreicht wird dieses Ziel durch die Maßnahmen entsprechend Patentanspruch 1.This goal is achieved by the measures according to claim 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in den Maßnahmen gemäß Patentanspruch 2. Die Vorteile bestehen insbesondere darin, daß einerseits durch die hohe Taktfrequenz solche numerisch gesteuerten Oszillatoren verwendet werden können, die als erprobte Serienprodukte auf dem Markt sind und u. a. die spektrale Reinheit der Ausgangsspannung des spannungsgeregelten Empfängeroszillators in den einzelnen Kanälen durch fehlende Oberwellen der Taktfrequenz in deren Fre quenzband gewährleistet ist, außerdem kann diese Taktfrequenz unter der ange gebenen Bemessung keine Eigenempfangsstelle verursachen. An advantageous embodiment of the invention consists in the measures according to Claim 2. The advantages are in particular that on the one hand by the high clock frequency such numerically controlled oscillators are used can, which are on the market as proven series products and u. a. the spectral Purity of the output voltage of the voltage controlled receiver oscillator in the individual channels due to missing harmonics of the clock frequency in their fre quenzband is guaranteed, in addition, this clock frequency under the ange given dimensioning do not cause a self-receiving point.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 3 gekennzeichnet.A further advantageous embodiment of the invention is characterized by the features of Claim 3 characterized.

Die Vorteile dieser Ausgestaltung liegen insbesondere in dem schnellen Einschwing verhalten des nachfolgenden spannungsgesteuerten, externen Empfängeroszillators (VCO-EOS).The advantages of this configuration are, in particular, the rapid settling behavior of the following voltage-controlled, external receiver oscillator (VCO-EOS).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbei spieles beschrieben.The invention is described below with reference to the game Ausführungsbei shown in Fig. 1.

Die Frequenzkontrolleinheit gemäß Fig. 1 besteht aus der Analogschleife ANS mit der Phase-Locked Loop Schaltung PLL. Am Eingang der Phase-Locked Loop Schal tung PLL befindet sich der Phasendiskriminator Ph-Dis. Einem Eingang des Phasen diskriminators Ph-Dis ist eine Reihenschaltung aus numerisch gesteuertem Oszillator DDS, nachgeschaltetem Filter TPR und einem Teiler DDS-Teiler zugeschaltet. An den anderen Eingang des Phasendiskriminators Ph-Dis ist eine Reihenschaltung aus einem Trennverstärker (VCD-TR) und einstellbarem Teiler (VCO-Teiler) der Phase-Locked Loop Schaltung PLL angeschlossen.The frequency control unit according to Fig. 1 consists of the ANS analog loop with the phase-locked loop circuit PLL. The phase discriminator Ph-Dis is located at the input of the phase-locked loop circuit PLL. An input of the phase discriminator Ph-Dis is connected in series with a numerically controlled oscillator DDS, a downstream filter TPR and a divider DDS divider. A series circuit comprising a signal conditioner (VCD-TR) and an adjustable divider (VCO divider) of the phase-locked loop circuit PLL is connected to the other input of the phase discriminator Ph-Dis.

Der Ausgang des Phasendiskriminators Ph-Dis ist mit der Reihenschaltung aus Puls stufe, Schleifenfilter TPP und einem veränderbaren Regelverstärker PLL-RV ver bunden. Das am Ausgang dieser Reihenschaltung abnehmbare Signal wird dem spannungsgesteuerten, externen Empfängeroszillator VCO-EOS zugeführt.The output of the phase discriminator Ph-Dis is with the series connection of pulse stage, loop filter TPP and a variable control amplifier PLL-RV ver bound. The signal that can be taken off at the output of this series connection is the voltage-controlled, external receiver oscillator VCO-EOS.

Die Referenzschleife RFS liefert die Taktfrequenz für den numerisch gesteuerten Oszillator DDS sowie den Prozessor CPU des Steuerungsteils ST.The reference loop RFS provides the clock frequency for the numerically controlled Oscillator DDS and the processor CPU of the control part ST.

Diese mit einem hochstabilen, spannungsgesteuerten Quarzoszillator VCXO ausgestattete Referenzschleife RFS wird ihrerseits über den Eingang E-Ref mit einer nicht näher beschriebenen, geräteinternen, hochgenauen, zentralen Taktfre quenz synchronisiert.This with a highly stable, voltage-controlled crystal oscillator VCXO equipped reference loop RFS is in turn connected via the input E-Ref an internal, highly accurate, central clock frequency not described in detail sequence synchronized.

Der digitale Steuerungsteil ST hat die Aufgabe, anhand der eingestellten Fre quenzinformation den numerisch gesteuerten Oszillator DDS, den nachgeschal teten Teiler DDS-Teiler und die in der Regelschleife der PLL angeordneten verän derbaren Verstärker PLL-RV und den Teiler VCO-Teiler funktionsgerecht einzu stellen. Auf eine detaillierte Schaltungsdarstellung dieses Steuerungsteils ST kann hier verzichtet werden.The digital control part ST has the task, based on the set Fre quenzinformation the numerically controlled oscillator DDS, the downstream dividers DDS dividers and the ones arranged in the control loop of the PLL are changed derable amplifier PLL-RV and the divider VCO divider functionally put. On a detailed circuit diagram of this control part ST can be omitted here.

In der Analogschleife wird aus der vom externen, spannungsgesteuerten Empfän geroszillator VCO-EOS abgeleiteten Spannung, unter Einschaltung eines Trenn verstärkers VCO-TR und eines nachgeschalteten Teilers VCO-Teiler, eine erste Vergleichsspannung mit der Frequenz FV erzeugt. Durch das an dem Teiler VCO- Teiler angebrachte Pfeilzeichen ist angedeutet, daß dieser Teiler VCO-Teiler auf unterschiedliche Teilerraten einstellbar ist. Das Steuerungssignal erhält der Teiler VCO-Teiler, wie bereits vorstehend gesagt; aus dem Steuerungsteil ST, und zwar in Abhängigkeit vom eingestellten Frequenzkanal des Empfängeroszillators.In the analog loop, the external, voltage-controlled receiver geroszillator VCO-EOS derived voltage, with the inclusion of a disconnect amplifier VCO-TR and a downstream divider VCO divider, a first Reference voltage generated with the frequency FV. By using the divider VCO Arrow sign attached to the divider indicates that this divider has a VCO divider different divider rates can be set. The divider receives the control signal VCO splitter, as already said above; from the control part ST, namely depending on the set frequency channel of the receiver oscillator.

Diese erste Vergleichsspannung FV wird dem Phasendiskriminator Ph-Dis ebenso zugeführt wie eine zweite Vergleichsspannung FR. Die zweite Vergleichsspannung wird von einem numerisch gesteuerten Oszillator DDS erzeugt, dem als Takt frequenz das Ausgangssignal STS der Referenzschleife RFS zugeführt wird. Dieser numerisch gesteuerte Oszillator DDS ist auf in weiten Grenzen veränder bare Frequenzen einstellbar. Zur Einstellung erhält der Oszillator DDS das Steuerungssignal wie schon vorstehend erwähnt aus dem digitalen Steuerungs teil ST, und zwar in entsprechender Weise und Größe wie dies bereits für den einstellbaren Teiler VCO-Teiler angegeben wurde. Zwischen den Ausgang des Oszillators DDS und den Eingang des Phasendiskriminators Ph-Dis sind noch ein Filter TPR und ein Teiler DDS-Teiler geschaltet, deren Spezifikationen weitgehend auf diejenigen des derzeit allgemein erhältlichen Oszillators DDS abgestimmt sind.This first comparison voltage FV becomes the phase discriminator Ph-Dis as well supplied as a second reference voltage FR. The second reference voltage is generated by a numerically controlled oscillator DDS, the clock frequency the output signal STS of the reference loop RFS is supplied. This numerically controlled oscillator DDS can be changed within wide limits adjustable frequencies. The DDS oscillator receives this for setting Control signal as mentioned above from the digital control part ST, in a corresponding manner and size as already for the adjustable divider VCO divider was specified. Between the exit of the Oscillator DDS and the input of the phase discriminator Ph-Dis are still a filter TPR and a divider DDS divider switched their specifications largely to those of the currently generally available DDS oscillator are coordinated.

Das Ausgangssignal des Phasendiskriminators Ph-Dis, das aus dem Vergleich der Vergleichsspannungen FR und FV gewonnen wird, gelangt zu einer Puls stufe (npn-, pnp-Schalter) und zum Schleifenfilter TPP. In einem nachfolgenden, variablen Regelverstärker PLL-RV, dem als Steuersignal ebenfalls (siehe VCO-Teiler, DDS) ein vom gewählten Frequenzbereich des Empfängeroszillators VCO-EOS ab hängiges Signal mit entsprechendem Wert aus dem digitalen Steuerteil zuführbar ist, wird unter Aufrechterhaltung eines annähernd konstanten Regelverhaltens das Steuersignal für den nachfolgenden externen, spannungsgesteuerten Empfänger oszillator gewonnen.The output signal of the phase discriminator Ph-Dis, which from the comparison the comparison voltages FR and FV are obtained, a pulse is reached stage (npn, pnp switch) and to the loop filter TPP. In a subsequent, variable control amplifier PLL-RV, which is also used as a control signal (see VCO divider, DDS) from the selected frequency range of the receiver oscillator VCO-EOS pending signal with the appropriate value can be fed from the digital control part is, while maintaining an almost constant control behavior the control signal for the subsequent external, voltage-controlled receiver won oscillator.

In der Phase-Locked Loop Schaltung PLL kann der veränderbare Regelverstärker PLL-RV auch durch einen einfachen Verstärker ersetzt werden, falls die vorstehend erwähnte einfache Pulsstufe durch eine entsprechend steuerbare Pulsstufe ersetzt wird.The variable control amplifier can be used in the phase-locked loop circuit PLL PLL-RV can also be replaced with a simple amplifier if the above mentioned simple pulse level is replaced by a correspondingly controllable pulse level.

Claims

1. frequency control unit for a voltage-controlled, external receiver oscillator, which essentially consists of a digital control part, a reference loop and an analog loop, characterized in that
that the analog loop contains a phase-locked loop circuit (PLL) in a manner known per se and
that a reference voltage (FR) derived from the output signal of a numerically controlled oscillator (DDS) is present at its reference input (ER) and
that both the numerically controlled oscillator (DDS) with respect to its output frequencies as well
the variable control amplifier (PLL-RV) arranged in the control loop of the phase-locked loop circuit (PLL) and a downstream divider (VCO divider) with regard to their respective gain factors and divider ratios (1 / N) depending on the number and the levels of the required frequency values of the voltage-controlled, external receiver oscillator can be set.

2. frequency control unit according to claim 1, characterized, that this is both the numerically controlled oscillator (DDS) of the analog loop ANS and the digital control part (ST) supplied clock signal (STS) one has a clock frequency that lies outside the useful band (VCO-EOS), is as high as possible but less than the lower limit frequency of the useful band, and that the harmonics of the clock frequency outside the frequencies of the individual Channels are within the useful band (VCO-EOS).

3. frequency control unit according to claim 1, characterized, that the dimensioning of the numerically controlled oscillator (DDS) in series downstream filter (TPR) and to a predetermined level (e.g. 1/3) set divider (DDS divider) are selected so that the phase discrimination nator (Ph-Dis) of the phase-locked loop circuit (PLL) (FV) and reference voltage (FR) as high a frequency as possible, preferably in the range of 1 MHz, and that the variable control amplifier (VCO-RV) of the phase-locked loop circuit (PLL) to a constant one Control behavior is adjustable.