182299. lajstromszámú szabadalom • Ejárás és kapcsolási berenezés mintavételezett fázisszinkronizáló rendszer optimális hurokerősítésének automatikus beállítására
1 182299 A találmány tárgya eljárás nagyfrekvenciás jelek mintavételezéses leképezésénél alkalmazott fázisszinkronizáló rendszerek optimális hurokerősítésének automatikus beállítására, amely biztosítja a leképzett jel alakhűségét és csökkenti fázisszinkronizált mintavételező rendszerek leképzési imbolygását (jitter). Nagyfrekvenciás jelek méréstechnikájában elteijedten alkalmazzák a mintavételezés módszerét. Ezen módszernél a nagyfrekvenciás jelből rövid időtartamig mintákat vesznek. A minták feldolgozásának, időbeli összerendelésének függvényében koherens, vagy inkoherens mintavételezésről beszélhetünk. A nagyfrekvenciás jelek alakjellemzőjének vizsgálatánál a koherens leképzési módszert alkalmazzák. Koherens leképzésnél a nagyfrekvenciás jelből vett mintákat időben helyes sorrendben rakjuk össze és ennek eredményeképpen alakul ki a leképzett jel. Az ilyen mintavételező rendszerek elvi működése az irodalomból ismeretes. A koherens leképzésnek lényegében két módszere ismeretes. Egyik módszernél a mintavételezés helyes időpontban való végrehajtásához a leképzendő nagyfrekvenciás jel fix fázishelyzetéhez rendelt indító (szinkronizáló) jel szükséges. Ezen indítójelhez képest megfelelő időeltolással végrehajtott mintavételezés biztosítja a koherens leképzést. Ezt a módszert alkalmazzák a mintavételező (sampling) oszcilloszkópokban pl. a Hewlett—Packard gyártmánya Model 1810 A, Model 1811 A stb., a Tektronix gyártmányú Model 150 oszcilloszkóp, a Philips Model PM 3400 sampling oszcilloszkóp stb. Ezen módszernél az indítójelet a leképzendő nagyfrekvenciásjelből képzik, úgy, hogy a nagyfrekvenciás jel egy részét az ún. szinkronjel kicsatoló egység segítségével használják fel az indító jel generálásához. A megoldás hátránya, hogy a leképzendő nagyfrekvenciás jelet át kell vezetni a szinkronjel kicsatoló egységen. Ez bonyolult nagyfrekvenciás illesztéseket igényel, ugyanakkor torzítja a leképzendő nagyfrekvenciás jelet. A másik ismert módszernél a koherens leképzés biztosításához egy fázisszinkronizáló visszacsatolt rendszert alkalmaznak. Ennél a módszernél a leképzendő nagyfrekvenciás jelből mintákat vesznek és a minták burkolóját összehasonlítják a rendszerbe beillesztett referencia jellel. Az összehasonlítás eredményeként egy szabályozó jelet képeznek, amellyel a mintavételezést vezérlő oszcillátor frekvenciáját vezérlik úgy, hogy a vett minták burkolójának alapfrekvenciája megegyezzen a rendszerbe beillesztett referencia jel frekvenciájával. Miután a rendszer ily módon szinkron helyzetbe került a mintavételezést vezérlő oszcillátor frekvenciáját a leképzett nagyfrekvenciás jel és a rendszerbe beépített referencia jel relatív fázisszögével arányos villamos jellel szabályozzák. Attól foggően, hogy a rendszerbe milyen referencia frekvenciát alkalmaznak, a leképzett nagyfrekvenciás jel burkolója lehet periodikus, vagy időben konstans. Ez utóbbi esetben a referencia jel egyen feszültség, amely azt jelenti, hogy a visszacsatolt rendszer biztosítja, hogy a mintavételezés a leképzendő nagyfrekvenciás jelnek ugyanazon pillanatértékeinél jöjjön létre. Ez a módszer lényegében a nagyfrekvenciás jel mindig azonos fázishelyzetéhez rendel egy-egy impulzust, amely felhasználható szinkronizálás céljára. Ha ezen szinkronizáló jelhez viszonyítva egy második mintát veszünk, amelynek időpontjait szabályozott módon változtatjuk, akkor a nagyfrekvenciás jel periódusának tetszőleges részét tudjuk időarányosan leképezni. Ez utóbbi módszert nevezik kettőzött önszinkronizáló mintavételezésnek. A fázisszinkronizáló rendszernek közös hibája, hogy a szinkronállapot a visszacsatolt rendszer hurokerősítésének viszonylag széles tartományában létrejön. A leképzett jel alakja és imbolygása (jitter) nagymértékben függ a tényleges hurokerősítéstől. Ennek következtében igen jelentős amplitúdó és fázis szögmérési hiba jön létre, és az egyes esetekben automatikus mérőrendszerekben (pl. kristályok rezonancia vizsgálata) kiértékelhetetlen eredményeket szolgáltat. Kimutatható, hogy van egy olyan hurokerősités érték, amelynél a leképzés alakhűség és imbolygás (jitter) szempontjából optimális. Célul tűztük ki, hogy találmányunkkal olyan eljárást és az eljárás foganatosítására alkalmas kapcsolási elrendezést alakítsunk ki, amelynek segítségével a fenti hátrányokat kiküszöböljük és a fázisszinkronizáló hurok hurokerősítését a leképzendő nagyfrekvenciás jel frekvenciájától függő, mindenkori optimális hurok-erősítésre szabályozzuk. A találmány szerinti eljárás lényege, hogy egy másodlagos hurokerősítés szabályozást alkalmazzunk úgy, hogy a fázis szinkronizáló hurok szabályozójeléből az optimális hurok erősítéstől való eltéréssel arányos hibajelet képezünk, amelyet integrálás és erősítés után a fázisszinkronizáló hurokban elhelyezett villamos jellel változtatható erősítésű hurok erősítő erősítésvezérlésére használunk fel. Az erősítés vezérlés a fázisszinkronizáló hurkon keresztül befolyásolja a hurok szabályozó jelét és a hibajelet minimumra igyekszik beállítani, amely egybeesik az optimális hurokerősítéssel. Ennek az eljárásnak foganatosítására olyan kapcsolási elrendezést alakítottunk ki, amelynél önmagukban ismert kapcsolási elemekkel építjük fel a teljes fázisszinkronizáló hurok optimális hurokerősítést beállító mellékvisszacsatolást. A találmány tárgyát az eljárás foganatosítására alkalmas példakénti kapcsolási elrendezés alapján ismertetjük részletesebben. Az 1. ábra egy ismert fázisszinkronizált mintavételező rendszer kapcsolási tömbvázlatát ismerteti, amelynél a nagyfrekvenciásjelet egy helyi oszcillátor referencia frekvenciájára képezzük le. A 2. ábra egy másik ismert fázisszinkronizált — kettőzött üzemmódú — mintavételező rendszer kapcsolási tömbvázlatát ismerteti, amely az egyik üzemmódjában szinkronizáló jelet állít elő. A 3. ábra a fázisszinkronizált rendszer hurokerősítésének függvényében ábrázolja a szabályozó feszültséget. A 4. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés példakénti kialakítását mutatja. Az 1. ábra 1 bemenetére érkezik a mérendő jel, amely egyben a 2 mintavételező áramkör bemenetét is képezi. A mintavételezést egy visszacsatolt fázisszabályozó áramkör vezérli úgy, hogy a leképzendő (mérendő) nagyfrekvenciás jel alakhű másának frekvenciája a mérendő jel frekvenciájától függetlenül a 8 helyi oszcillátor frekvenciájával egyezzen meg. A fázisszabályozó áramkör 5 fázisdetektor, 8 helyi oszcillátor 6 hurokszűrő a 3 hurokerősítő és 7 feszültségvezéreit oszcillátor egységekből áll. Bemenő jelét a mintavételező rendszer 4 kimenete adja, míg kimenő jele — a 7 feszültségvezérelt oszcillátor kimenő jele — a mintavételezést vezérli. Mivel a mintavételezett alacsonyfrekvenciás jel frekvenciája mindig a 8 helyi oszcillátor frekvenciájával egyezik meg, ezért a valóságos időalap a leképzendő jel frekvenciájának függvényében változik, egy leképzett perióduson belül a mintavételek időbeli eloszlása egyenletes. Ezt a mintavételezési rendszert egyenletes időosztásúnak nevezzük. Az egyenletes időosztású mintavételezést olyan periodikus jelek leképzésénél lehet előnyösen alkalmazni, ahol egy-egy periódus időn belül nincs a leképzendő nagyfrekvenciás jelben ugrásszerű változás. Előnyösen alkalmazhatók szinuszos jellegű nagyfrekvenciás jelek leképzésénél és a szükséges mérések 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
