FORTSCHRITT-· BERICHTE

124 Realisierung des Meßsystems
Realisierung des Meßsystems
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Frequenzvervielfachung mit VCO und Teiler
Mit einer Modifikation kann die Schaltung dennoch realisiert werden. Indem
Gleichung 3.41 in Gleichung 3.42 eingesetzt wird, wird erhalten:
~----~ Regler
Der Festfrequenzoszillator soll nun durch einen VCO ersetzt werden; fosz wird durch fvco
ersetzt. Dann muß folgende Gleichung erfüllt werden:
n
fvco1 - fvco2 • n+l
fvco1
~ 10-6 .
Diese Gleichung wird erfüllbar, wenn der VCO in einem Bereich gleich
± l/n ~ ± 1/1000 = ± 1 %0 gezogen werden kann.
Nach welchen Kriterien muß die VCO-Frequenz eingestellt werden
(3.46)
In Bild 3.43 wird der Ringzähler mit einem digitalen Wort geladen, das dem Zählerstand
des Hauptzählers dividiert durch eine Potenz von zwei entspricht. Diese Division läßt sich
einfach durch Rechtsverschieben der Dualzahl durchführen. Das Ergebnis dieser Division
ist nicht ganzzahlig, sondern weist Nachkommastellen auf. Da hier jedoch ganzzahlig
dividiert wird, würden diese Nachkommastellen zunächst nicht berücksichtigt werden und
zu einem Fehler führen. Diese zunächst unberücksichtigte Information wird nun für die
Ansteuerung des VCO genutzt. In der Schaltung nach Bild 3.44 sind die zusätzlich notwendigen
Funktionsteile eingezeichnet.
Die Grundstruktur ist ähnlich wie in Bild 3.43. Das Eingangssignal gelangt wieder zuerst
in eine Ablaufsteuerung. Neben verschiedenen Steuersignalen wird wiederum ein Torsignal
für den nachgeschalteten Zähler erzeugt. Zähler und Ringzähler liegen am gleichen
Takt. Der Ringzähler bzw. Teiler wird mit den führenden Bits des Zählers geladen. Dies
entspricht einer ganzzahligen Division durch eine Potenz von zwei. Für den Ringzähler
sind 12 Bit Wortbreite ausreichend.
Der minimale Fehler wird dann erreicht, wenn die bei der Division nach rechts verschobenen
- also bislang unberücksichtigten Bits - Null sind. Dies kann erreicht werden, indem
diese Bits zur Ansteuerung eines VCO verwendet werden. Dieser wird solange verstimmt,
bis tatsächlich alle unteren Bits Null sind. Die VCO-Frequenz ist dann exakt ein
Vielfaches der Eingangsfrequenz.
Dazu werden die unteren Bits auf einen Digital/ Analog-Umsetzer gegeben, der über einen
Regler den VCO verstimmt. Damit die Regelung vorzeichenrichtig arbeitet, wird nicht
nur Bit 0 .. 12, sondern auch Bit 13 auf den D/A-Umsetzer gegeben. Da ein gewisses
Phasen- und Frequenzrauschen unvermeidlich ist, kann man sich Bit O und 1 sparen und
nur Bit 2 .. 13 an den D/A-Umsetzer anlegen.
Beispiel:
Die Eingangsfrequenz betrage f=300 Hz. Es sollen 32 Abtastimpulsen pro Periode erzeugt
werden. Besitzt der VCO einen Ziehbereich von 1 %0, so berechnet sich hieraus die
Frequenz des VCO fvco zu 9,6 MHz. Ein um den Faktor 1000 geringerer Wert, als im
vorausgegangenen Abschnitt.
Als VCO wurde ein einfacher CMOS-Quarzoszillator aufgebaut, bei dem die Betriebsspannung
verändert wird. Damit ist ein ausreichender Zieh~ereich möglich.