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WO1999056395A1 - Method for regulating an oscillator and regulating system - Google Patents

Method for regulating an oscillator and regulating system Download PDF

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Publication number
WO1999056395A1
WO1999056395A1 PCT/DE1999/000794 DE9900794W WO9956395A1 WO 1999056395 A1 WO1999056395 A1 WO 1999056395A1 DE 9900794 W DE9900794 W DE 9900794W WO 9956395 A1 WO9956395 A1 WO 9956395A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
dependent values
oscillator
information
frequency
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/000794
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Djermester
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO1999056395A1 publication Critical patent/WO1999056395A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03JTUNING RESONANT CIRCUITS; SELECTING RESONANT CIRCUITS
    • H03J7/00Automatic frequency control; Automatic scanning over a band of frequencies
    • H03J7/02Automatic frequency control
    • H03J7/026Means preventing a wrong working of the automatic frequency correction in case of fading or bad signal/noise ratio
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L1/00Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
    • H03L1/02Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
    • H03L1/022Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature
    • H03L1/026Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature by using a memory for digitally storing correction values
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08Details of the phase-locked loop
    • H03L7/14Details of the phase-locked loop for assuring constant frequency when supply or correction voltages fail or are interrupted
    • H03L7/146Details of the phase-locked loop for assuring constant frequency when supply or correction voltages fail or are interrupted by using digital means for generating the oscillator control signal

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an oscillator, in particular the frequency of a voltage sensors ⁇ controlled oscillator and a control system with which the Tem ⁇ peratur can be compensated oscillators.
  • Quartz oscillators are used in many electronic devices, in particular radio devices and mobile radio terminals. The frequency of a quartz oscillator also depends on its temperature.
  • AFC automatic frequency control
  • temperature-dependent resistors were inserted into the oscillator circuit in previous methods, which were adapted in such a way that they compensated for the temperature behavior of the oscillator.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a control system which make it possible to reliably control the frequency of an oscillator in a simple manner even over long periods of time.
  • the invention is based on the idea of determining and storing information about the temperature dependency of the oscillator frequency during reliable operation of the control loop, in which the oscillator is integrated, and of using this information during phases in which the control loop does not function reliably to control the oscillator frequency.
  • the invention makes it possible to use an unmeasured, unselected and uncompensated quartz with a pronounced temperature dependence, which is very inexpensive.
  • Figure 1 is a schematic representation of a radio
  • Figure 2 is a schematic representation of a simple control system
  • Figure 3 is a flow diagram of a method for controlling the oscillator frequency 4
  • Figure 4 is a schematic representation of a advises in a Funkge ⁇ integrated control system
  • FIG. 1 shows a radio apparatus FG, consists of a control unit MMI, a controller STE and a proces ⁇ processing device VE, a power supply device SVE, a high-frequency part RF consisting of a Empfangsein ⁇ direction EE, a transmitting device SE and a Frequenzsyn- theziser SYN and an antenna device ANT.
  • the individual elements of the radio device FG are also connected to one another by conductor tracks, wires, cables or bus systems.
  • the control device STE essentially consists of a software-controlled microcontroller and the processing device VE consists of a digital signal processor, both of which have write and read access to memory modules SPE.
  • the control device STE controls and controls all essential elements and functions of the radio device FG.
  • the analog audio signals and the analog signals from the high-frequency part HF are converted into digital signals by analog / digital converters and processed by the digital signal processor. After processing, the digital signals are converted back into analog audio signals and analog signals to be supplied to the high-frequency part HF by digital / analog converters. For this purpose, modulation or demodulation is carried out, if necessary.
  • the program data In the volatile or non-volatile memory blocks SPE, the program data, the information for controlling the radio FG and the communication process, device information and information generated during the operation of the radio FG are stored.
  • the high-frequency part HF consists of a transmitting device SE, with a modulator and an amplifier and a receiving device EE with a demodulator and also one 5 amplifiers.
  • the transmitting device SE and the Empfangseinrich ⁇ tung EE is supplied to the frequency of a voltage controlled oscillator VCO via the synthesizer SYN. Even the Sy ⁇ stemtakt based on the frequency of this voltage-controlled oscillator VCO.
  • FIG. 2 shows a control system RS, comprising a Rege ⁇ l sensible R, a voltage controlled oscillator VCO, a control unit STE, a temperature sensor T, and memory means SPE.
  • the temperature sensor T can also be integrated in the oscillator or in the quartz.
  • FIG. 3 A method for regulating the frequency of a voltage-controlled oscillator by means of a control system RS described in FIG. 2 is described in FIG. 3 using a flowchart.
  • a differential frequency error-dependent value diff_df for example the difference between a reference frequency fref and an actual frequency fist, is determined (get diff_df) by the control device R, for example a subtracting element, and transmitted to the control device STE
  • ⁇ Kunststoffliche threshold criteria For the existence of reliable operation of the control loop or reliable differential frequency error 6-dependent values diff df are for example the following under ⁇ etzliche threshold criteria defined: Number of he ⁇ diff_df values determined, size of the values diff_df, diff_df dispersion of the values quality by the processing part of a radio apparatus detected information, or Kombina ⁇ functions of these or other criteria.
  • the control device STE calculates the differential frequency error dependent values diff_df by integrating the temperature dependent frequency errors in the form of a frequency error dependent value df: calc df.
  • Information about the frequency error-dependent value df and the associated temperature-dependent value t is written into the memory module SPE: write (df; t).
  • the information can either be pairs of values or the coefficients of a polynomial, by means of which the temperature dependence of the oscillator frequency or the error of the oscillator frequency is approximated. The temperature dependence of the oscillator frequency is thus determined during the operation of the control system RS.
  • control device STE reads the frequency error-dependent value df assigned to the current temperature-dependent value t from the memory module SPE: read (df (t) ).
  • a control error-compensating, ie also frequency error-dependent control signal for example a voltage value determined v (df)
  • v a voltage value determined v (df)
  • the oscillator frequency fist (v) is set in accordance with this manipulated variable v and compared in the control device R with a reference frequency fref cf. (f is; fref) and in response the dif- 7 ferentielle frequency-error-dependent control error he diff_df ⁇ averages.
  • the differential frequency-error-dependent value is diff_df and the associated temperature-dependent value t continuously the controller STE supplied and by means of an algorithm, the temperature dependence of the Oszilallatorfrequenz ermit ⁇ telt.
  • the stored information about the temperature dependence of the oscillator frequency generates a frequency error-dependent value v corresponding to the current temperature and supplies it to the voltage-controlled oscillator VCO.
  • FIG. 4 shows a control system RS integrated in a radio, which at least partially consists of components which are also used in the radio FG for other purposes.
  • the signals transmitted by a base station of a mobile radio system via the radio interface on a carrier frequency are received via an antenna ANT and fed to a mixer MIX.
  • a mixer MIX By means of the voltage-controlled Os zillator VCO output frequency fist which ⁇ after a Fre quenzvervielfachung by a PLL (Phase Locked Loop) just ⁇ if the mixing member MIX is supplied to the Hochfre be ⁇ downmixed frequency signals, and, after filtering, amplification and analog / digital conversion the digita ⁇ len signal processor DSP fed.
  • diff_df determined by means of the Ba ⁇ sisstation transmitted frequency correction information (for example, frequency correction bursts in the GSM system) differential frequency-error-dependent values and transmitted to the controller STE.
  • information about the reliability rel of these differential frequency error-dependent values diff_df are also determined in the digital signal processor DSP and transmitted to the control device STE.
  • frequency error-compensating digital frequency error-dependent control signals dig_sig are output, converted into analog voltage values v by low-pass filters TP, and these are used to control the voltage-controlled oscillator VCO.
  • the temperature-dependent value t is assigned a digital frequency error-dependent value df, dig sig in the SPE memory module. 9 orders, which is converted into an analog voltage signal v;
  • the temperature-dependent value t is assigned a digital frequency error-dependent value df in the memory module SPE, which is converted into another digital signal dig_sig and then into an analog voltage signal v;
  • the temperature-dependent value t is assigned a digital signal dig_sig or an analog signal v in the memory chip SPE.
  • the diff_df values are considered reliable if the radio is not moved.
  • a movement of the radio device FG can either be determined by sensors or by large fluctuations in the reception level of the signal received by the current base station.

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

The invention is aimed at detecting the dependence of oscillation frequency on temperature during perfect operation of the automatic frequency corrector (AFC), storing information relevant thereto and using said information in phases in which the automatic frequency corrector (AFC) is not working perfectly with the purpose of adjusting the frequency of an oscillator.

Description

1 Beschreibung 1 description
Verfahren zur Regelung eines Oszillators und RegelsystemProcess for controlling an oscillator and control system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Oszillators, insbesondere der Frequenz eines spannungsge¬ steuerten Oszillators und ein Regelsystem, mit denen das Tem¬ peraturverhalten von Oszillatoren kompensiert werden kann.The invention relates to a method for controlling an oscillator, in particular the frequency of a voltage sensors ¬ controlled oscillator and a control system with which the Tem ¬ peraturverhalten can be compensated oscillators.
In vielen elektronischen Geräten, insbesondere Funkgeräten und Mobilfunkendgeräten, finden Quarzoszillatoren Anwendung. Die Frequenz eines Quarzoszillators hängt dabei auch von seiner Temperatur ab.Quartz oscillators are used in many electronic devices, in particular radio devices and mobile radio terminals. The frequency of a quartz oscillator also depends on its temperature.
Da ein störungsfreier Betrieb eines mittels eines Quarzoszillators betriebenen Gerätes eine hohe Frequenzgenauigkeit erfordert, wird bei der Ansteuerung des Oszillators in der Regel eine automatische Frequenzkontrolle (AFC) durchgeführt. Dabei gibt ein spannungsgesteuerter Oszillator ein Signal mit einer bestimmten Frequenz zu einer Frequenzvergleichseinrichtung ab. Diese Frequenzvergleichseinrichtung vergleicht diese Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators mit einer Referenzfrequenz und gibt ein digitales Nachführsignal aus, das die in der Frequenzvergleichseinrichtung ermittelte Frequenz- differenz wiedergibt. Dieses digitale Nachführsignal wird in ein analoges Nachführsignal umgesetzt und dem Oszillator zur Regelung seiner Frequenz zugeführt, wodurch die Regelschleife geschlossen ist.Since trouble-free operation of a device operated by means of a quartz oscillator requires high frequency accuracy, automatic frequency control (AFC) is generally carried out when the oscillator is controlled. A voltage-controlled oscillator emits a signal with a specific frequency to a frequency comparison device. This frequency comparison device compares this frequency of the voltage-controlled oscillator with a reference frequency and outputs a digital tracking signal which reproduces the frequency difference determined in the frequency comparison device. This digital tracking signal is converted into an analog tracking signal and fed to the oscillator for regulating its frequency, as a result of which the control loop is closed.
Insbesondere bei Funkgeräten können aber Situationen entstehen, beispielsweise bei der Fahrt durch einen Tunnel oder kurz nach dem Einschalten des Funkgerätes, in denen nicht genügend verläßliche Nachführsignale ermittelt werden können, und dadurch die Regelschleife die Frequenz des Oszillators nicht zufriedenstellend regeln kann. 2However, situations can arise in particular in the case of radio devices, for example when driving through a tunnel or shortly after the radio device is switched on, in which not enough reliable tracking signals can be determined, and as a result the control loop cannot regulate the frequency of the oscillator satisfactorily. 2
Diese Problematik wird durch die starke Temperaturabhängig¬ keit der Oszillatorfrequenz noch verschärft.This problem is exacerbated by the strong temperature dependent ¬ ness of the oscillator frequency.
Um eine zuverlässige Regelung dennoch zu gewährleisten, wur- den bei bisherigen Verfahren temperaturabhängige Widerstände in die Oszillatorschaltung eingefügt, die so angepaßt waren, daß sie das Temperaturverhalten des Oszillators kompensierten.In order to still ensure reliable control, temperature-dependent resistors were inserted into the oscillator circuit in previous methods, which were adapted in such a way that they compensated for the temperature behavior of the oscillator.
Eine weitere Möglichkeit bestand darin, jeden Oszillator bei der Herstellung zu vermessen und Informationen über die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz in einem integrierten Speicher abzuspeichern. Dies ist allerdings sehr aufwendig und hat außerdem den Nachteil, daß die mit der Al- terung des Oszillators verbundene Änderung der Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz und die Temperaturabhäng- keit der Oszillatorschaltung selbst nicht berücksichtigt werden kann.Another possibility was to measure each oscillator during manufacture and to store information about the temperature dependence of the oscillator frequency in an integrated memory. However, this is very complex and also has the disadvantage that the change in the temperature dependence of the oscillator frequency associated with the aging of the oscillator and the temperature dependence of the oscillator circuit itself cannot be taken into account.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Regelsystem anzugeben, die es ermöglichen die Frequenz eines Oszillators auf einfache Weise auch über lange Zeiträume hinweg zuverlässig zu regeln.The invention is therefore based on the object of specifying a method and a control system which make it possible to reliably control the frequency of an oscillator in a simple manner even over long periods of time.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit Merkmalen nach Anspruch 1 und ein Regelsystem mit Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a method with features according to claim 1 and a control system with features according to claim 5. Further training results from the subclaims.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, während eines zuver- lässigen Betriebs der Regelschleife, in der der Oszillator integriert ist, Informationen über die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz zu ermitteln und abzuspeichern, und diese Informationen während Phasen, in denen die Regelschleife nicht zuverlässig funktioniert, zu verwenden, um die Os- zillatorfrequenz zu regeln. 3 Insbesondere während des einwandfreien Betriebes der automa¬ tischen Frequenzkorrektur (AFC) wird die Abhängigkeit der Os¬ zillatorfrequenz von der Temperatur ermittelt, Informationen darüber abgespeichertund diese Informationen in Phasen, in denen die automatische Frequenzkorrektur (AFC) nicht einwand¬ frei arbeitet, benützt, um die Oszillatorfrequenz einzustel¬ len.The invention is based on the idea of determining and storing information about the temperature dependency of the oscillator frequency during reliable operation of the control loop, in which the oscillator is integrated, and of using this information during phases in which the control loop does not function reliably to control the oscillator frequency. 3 In particular, during the proper operation of the automatic ¬ tables frequency correction (AFC) is the dependence of the Os ¬ zillatorfrequenz on the temperature determined, information about ¬ free working abgespeichertund this information in phases in which the automatic frequency correction (AFC) is not correct, uses, the oscillator frequency einzustel ¬ len.
Dadurch wird erreicht, daß insbesondere bei der Verwendung von Komponenten, die zum Betrieb eines elektronischen Gerätes bzw. eines Funkgerätes eh schon benötigt werden, mit geringem Aufwand die Oszillatorfrequenz zuverlässig geregelt werden kann, auch wenn sich diese Temperaturabhängigkeit im Lauf der Zeit ändert. Durch die Erfindung ist es möglich, einen unver- messenen, unselektierten und unkompensierten Quarz mit ausgeprägter Temperaturabhängigkeit zu verwenden, der sehr kostengünstig ist.This ensures that the oscillator frequency can be reliably controlled with little effort, especially when using components that are already required to operate an electronic device or a radio, even if this temperature dependence changes over time. The invention makes it possible to use an unmeasured, unselected and uncompensated quartz with a pronounced temperature dependence, which is very inexpensive.
Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, Elemente eines Funk- gerätes, die für andere Zwecke schon vorhanden sind, zu verwenden, um Informationen, wie Meßwerte oder Verläßlichkeitswerte zu generieren, die zur Ausführung der Erfindung verwendet werden.Further developments of the invention provide to use elements of a radio, which are already available for other purposes, in order to generate information, such as measured values or reliability values, which are used to implement the invention.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben, zu deren Erläuterung die nachstehend aufgelisteten Figuren dienen:The invention is described in more detail below with the aid of preferred exemplary embodiments, the figures listed below serving to explain them:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines FunkgerätesFigure 1 is a schematic representation of a radio
Figur 2 eine schematische Darstellung eines einfachen RegelsystemsFigure 2 is a schematic representation of a simple control system
Figur 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Regelung der Oszillatorfrequenz 4 Figur 4 eine schematische Darstellung eines in einem Funkge¬ rät integrierten RegelsystemsFigure 3 is a flow diagram of a method for controlling the oscillator frequency 4 Figure 4 is a schematic representation of a advises in a Funkge ¬ integrated control system
Figur 1 zeigt ein Funkgerät FG, bestehend aus einer Bedien- einheit MMI, einer Steuereinrichtung STE und einer Verarbei¬ tungseinrichtung VE, einer Stromversorgungseinrichtung SVE, einem Hochfrequenzteil HF bestehend aus einer Empfangsein¬ richtung EE, einer Sendeeinrichtung SE und einem Frequenzsyn- theziser SYN und einer Antenneneinrichtung ANT. Die einzelnen Elemente des Funkgerätes FG sind auch durch Leiterbahnen, Drähte, Kabel oder Bussysteme miteinander verbunden.Figure 1 shows a radio apparatus FG, consists of a control unit MMI, a controller STE and a proces ¬ processing device VE, a power supply device SVE, a high-frequency part RF consisting of a Empfangsein ¬ direction EE, a transmitting device SE and a Frequenzsyn- theziser SYN and an antenna device ANT. The individual elements of the radio device FG are also connected to one another by conductor tracks, wires, cables or bus systems.
Die Steuereinrichtung STE besteht im wesentlichen aus einem softwaregesteuerten Mikrocontroler und die Verarbeitungsein- richtung VE aus einem digitalen Signalprozessor, wobei beide schreibend und lesend auf Speicherbausteine SPE zugreifen können. Die Steuereinrichtung STE steuert und kontrolliert alle wesentlichen Elemente und Funktionen des Funkgerätes FG.The control device STE essentially consists of a software-controlled microcontroller and the processing device VE consists of a digital signal processor, both of which have write and read access to memory modules SPE. The control device STE controls and controls all essential elements and functions of the radio device FG.
Durch Analog/Digitalwandler werden die analogen Audiosignale und die analogen vom Hochfrequenzteil HF stammenden Signale in digitale Signale verwandelt und vom digitalen Signalprozessor verarbeitet. Nach der Verarbeitung werden die digitalen Signale durch Digital/Analogwandler wieder in analoge Au- diosignale und analoge dem Hochfrequenzteil HF zuzuführende Signale gewandelt. Dazu wird gegebenenfalls eine Modulation bzw. Demodulation durchgeführt.The analog audio signals and the analog signals from the high-frequency part HF are converted into digital signals by analog / digital converters and processed by the digital signal processor. After processing, the digital signals are converted back into analog audio signals and analog signals to be supplied to the high-frequency part HF by digital / analog converters. For this purpose, modulation or demodulation is carried out, if necessary.
In den flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicherbausteinen SPE sind die Programmdaten, die zur Steuerung des Funkgerätes FG und des Kommunikationsablaufs, Geräteinformationen, und während des Betriebs des Funkgerätes FG anfallende Informationen gespeichert.In the volatile or non-volatile memory blocks SPE, the program data, the information for controlling the radio FG and the communication process, device information and information generated during the operation of the radio FG are stored.
Der Hochfrequenzteil HF besteht aus einer Sendeeinrichtung SE, mit einem Modulator und einem Verstärker und einer Empfangseinrichtung EE mit einem Demodulator und ebenfalls einem 5 Verstärker. Der Sendeeinrichtung SE und der Empfangseinrich¬ tung EE wird über den Syntheziser SYN die Frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators VCO zugeführt. Auch der Sy¬ stemtakt basiert auf der Frequenz dieses spannungsgesteuerten Oszillators VCO.The high-frequency part HF consists of a transmitting device SE, with a modulator and an amplifier and a receiving device EE with a demodulator and also one 5 amplifiers. The transmitting device SE and the Empfangseinrich ¬ tung EE is supplied to the frequency of a voltage controlled oscillator VCO via the synthesizer SYN. Even the Sy ¬ stemtakt based on the frequency of this voltage-controlled oscillator VCO.
Figur 2 zeigt ein Regelsystem RS, bestehend aus einer Rege¬ leinrichtung R, einem spannungsgesteuerten Oszillator VCO, einer Steuereinrichtung STE, einem Temperatursensor T und Speichermitteln SPE. Der Temperatursensor T kann auch im Oszillator oder im Quarz integriert sein.Figure 2 shows a control system RS, comprising a Rege ¬ leinrichtung R, a voltage controlled oscillator VCO, a control unit STE, a temperature sensor T, and memory means SPE. The temperature sensor T can also be integrated in the oscillator or in the quartz.
In Figur 3 ist anhand eines Flußdiagramms ein Verfahren zur Regelung der Frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators mittels eines in Figur 2 beschriebenen Regelsystems RS beschrieben.A method for regulating the frequency of a voltage-controlled oscillator by means of a control system RS described in FIG. 2 is described in FIG. 3 using a flowchart.
Zunächst wird -durch die Regeleinrichtung R, beispielsweise einem Subtrahierglied ein differentieller frequenzfehlerab- hängiger Wert diff_df beispielsweise die Differenz zwischen einer Referenzfrequenz fref und einer Istfrequenz fist ermittelt (get diff_df) und zur Steuereinrichtung STE übermitteltFirst, a differential frequency error-dependent value diff_df, for example the difference between a reference frequency fref and an actual frequency fist, is determined (get diff_df) by the control device R, for example a subtracting element, and transmitted to the control device STE
Dann wird durch einen Temperatursensor T ein temperaturabhän- giger Wert t wie beispielsweise die Temperatur oder ein der Temperatur entsprechender Spannungswert ermittelt: get t. Dieser Wert t wird nach einer eventuellen Analog / Digitalwandlung zur Steuereinrichtung STE übermittelt. Dort wird überprüft, ob es sich bei den differentiellen frequenzfeh- lerabhängigen Werten diff_df um verläßliche Werte handelt: diff_df = rel?. Dies kann anhand der Werte selbst oder durch zusätzliche, beispielsweise von einem Funkgerät FG gelieferte Informationen anhand eines Schwellwertverfahrens durchgeführt werden.Then a temperature-dependent value t such as the temperature or a voltage value corresponding to the temperature is determined by a temperature sensor T: get t. After a possible analog / digital conversion, this value t is transmitted to the control device STE. There it is checked whether the differential frequency error-dependent values diff_df are reliable values: diff_df = rel ?. This can be carried out on the basis of the values themselves or by means of additional information, for example supplied by a radio device FG, using a threshold value method.
Für das Vorliegen eines verläßlichen Betriebes der Regelschleife bzw. verläßlicher differentieller frequenzfehlerab- 6 hängiger Werte diff df sind beispielsweise folgende unter¬ schiedliche Schwellwert-Kriterien definierbar: Anzahl der er¬ mittelten Werte diff_df, Größe der Werte diff_df, Streuung der Werte diff_df, Qualität der durch den Verarbeitungsteil eines Funkgerätes detektierten Informationen, oder Kombina¬ tionen dieser oder anderer Kriterien.For the existence of reliable operation of the control loop or reliable differential frequency error 6-dependent values diff df are for example the following under ¬ schiedliche threshold criteria defined: Number of he ¬ diff_df values determined, size of the values diff_df, diff_df dispersion of the values quality by the processing part of a radio apparatus detected information, or Kombina ¬ functions of these or other criteria.
Handelt es sich bei den Werten diff_df um verläßliche Werte J, d.h. die Regelung der Oszillatorfrequenz funtioniert sto- rungsfrei, so wird in der Steuereinrichtung STE aus den dif- ferentiellen frequenzfehlerabhängigen Werten diff_df durch eine Integration der temperaturabhängige Frequenzfehler in Form eines frequenzfehlerabhängigen Wertes df berechnet: calc df. Informationen über den frequenzfehlerabhängigen Wert df und den zugeordneten temperaturabhängigen Wert t werden in den Speicherbaustein SPE geschrieben: write (df;t). Bei den Informationen kann es sich entweder um Wertepaare oder um die Koeffizienten eines Polynoms handeln, mittels dessen die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz bzw. des Fehlers der Oszillatorfrequenz approximiert wird. Die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz wird also während des Betriebs des Regelsystems RS ermittelt.If the values diff_df are reliable values J, i.e. the control of the oscillator frequency works without problems, the control device STE calculates the differential frequency error dependent values diff_df by integrating the temperature dependent frequency errors in the form of a frequency error dependent value df: calc df. Information about the frequency error-dependent value df and the associated temperature-dependent value t is written into the memory module SPE: write (df; t). The information can either be pairs of values or the coefficients of a polynomial, by means of which the temperature dependence of the oscillator frequency or the error of the oscillator frequency is approximated. The temperature dependence of the oscillator frequency is thus determined during the operation of the control system RS.
Stellt sich heraus, daß es sich bei den Werten diff_df nicht um verläßliche oder um zu wenige Werte handelt N, so wird von der Steuereinrichtung STE der dem aktuellen temperaturabhängigen Wert t zugeordnete frequenzfehlerabhängige Wert df aus dem Speicherbaustein SPE gelesen: read (df(t)).If it turns out that the values diff_df are not reliable or too few values N, the control device STE reads the frequency error-dependent value df assigned to the current temperature-dependent value t from the memory module SPE: read (df (t) ).
Anschließend wird in Abhängigkeit von dem frequenzfehlerabhängigen Wert df als Stellgröße ein frequenzfehlerkompensie- rendes, also auch frequenzfehlerabhängiges Steuersignal, beispielsweise ein Spannungswert ermittelt v (df) und dem spannungsgesteuerten Oszillator VCO zugeführt. Die Oszillatorfre- quenz fist (v) wird gemäß dieser Stellgröße v eingestellt und in der Regeleinrichtung R mit einer Referenzfrequenz fref verglichen vgl(f ist; fref) und als Reaktion darauf der dif- 7 ferentielle frequenzfehlerabhängige Regelfehler diff_df er¬ mittelt .Then, depending on the frequency error-dependent value df, a control error-compensating, ie also frequency error-dependent control signal, for example a voltage value determined v (df), is fed as a manipulated variable and fed to the voltage-controlled oscillator VCO. The oscillator frequency fist (v) is set in accordance with this manipulated variable v and compared in the control device R with a reference frequency fref cf. (f is; fref) and in response the dif- 7 ferentielle frequency-error-dependent control error he diff_df ¬ averages.
In Betriebsphasen, in denen die automatische Frequenzkorrek- tur (AFC) zufriedenstellend arbeitet und die Oszillatorfre¬ quenz mit der Referenzfrequenz übereinstimmt, wird also der differentielle frequenzfehlerabhängige Wert diff_df und der zugeordnete temperaturabhängige Wert t kontinuierlich der Steuereinrichtung STE zugeführt und mittels eines Algorithmus die Temperaturabhängigkeit der Oszilallatorfrequenz ermit¬ telt.In operating phases in which the automatic frequency correction (AFC) is working satisfactorily and the Oszillatorfre acid sequence with the reference frequency coincide, that is, the differential frequency-error-dependent value is diff_df and the associated temperature-dependent value t continuously the controller STE supplied and by means of an algorithm, the temperature dependence of the Oszilallatorfrequenz ermit ¬ telt.
Beim Ausbleiben verläßlicher Werte diff_df und beim Start des Regelsystems wird mittels der abgespeicherten Informationen über die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz ein der aktuellen Temperatur entsprechender frequenzfehlerabhän- giger Wert v generiert und dem spannungsgesteuerten Oszillator VCO zugeführt.If there are no reliable values diff_df and when the control system is started, the stored information about the temperature dependence of the oscillator frequency generates a frequency error-dependent value v corresponding to the current temperature and supplies it to the voltage-controlled oscillator VCO.
Die mit der Alterung des Quarzes verbundene Änderung der Oszillatorfrequenz wird mit diesem Verfahren ebenso kompensiert, wie die Einflüsse der Oszillatorschaltung selbst, da die Temperaturkennlinie ständig neu ermittelt wird. Jeder absolute und relative Fehler bei der Messung und Verarbeitung der Temperatur sind bei diesem Verfahren belanglos, da bei der Ermittlung und der Verwendung der Temperaturkennlinie dieselben Komponenten verwendet werden und sich eventuelle Fehler gegenseitig kompensieren.The change in the oscillator frequency associated with the aging of the quartz crystal is compensated with this method, as are the influences of the oscillator circuit itself, since the temperature characteristic curve is continuously determined anew. Any absolute and relative errors in the measurement and processing of the temperature are irrelevant with this method, since the same components are used in the determination and use of the temperature characteristic and any errors compensate each other.
Figur 4 zeigt ein in ein Funkgerät integriertes Regelsystem RS, das zumindest teilweise aus Komponenten besteht, die in dem Funkgerät FG auch zu anderen Zwecken verwendet werden.FIG. 4 shows a control system RS integrated in a radio, which at least partially consists of components which are also used in the radio FG for other purposes.
Über eine Antenne ANT werden die von einer Basisstation eines Mobilfunksystems über die Funkschnittstelle auf einer Trägerfrequenz übermittelten Signale empfangen und einem Mischglied MIX zugeführt. Mittels der von dem spannungsgesteuerten Os- zillator VCO ausgegebenen Frequenz fist, die nach einer Fre¬ quenzvervielfachung durch eine PLL (Phase Locked Loop) eben¬ falls dem Mischglied MIX zugeführt wird, werden die Hochfre¬ quenzsignale heruntergemischt, und nach einer Filterung, ei- ner Verstärkung und einer Analog/Digitalwandlung dem digita¬ len Signalprozessor DSP zugeführt.The signals transmitted by a base station of a mobile radio system via the radio interface on a carrier frequency are received via an antenna ANT and fed to a mixer MIX. By means of the voltage-controlled Os zillator VCO output frequency fist which ¬ after a Fre quenzvervielfachung by a PLL (Phase Locked Loop) just ¬ if the mixing member MIX is supplied to the Hochfre be ¬ downmixed frequency signals, and, after filtering, amplification and analog / digital conversion the digita ¬ len signal processor DSP fed.
Im digitalen Signalprozessor DSP werden mittels von der Ba¬ sisstation übertragener Frequenzkorrekturinformationen (beispielsweise frequency correction bursts im GSM-System) differentielle frequenzfehlerabhängige Werte diff_df ermittelt und an die Steuereinrichtung STE übermittelt. Außerdem werden in dem digitalen Signalprozessor DSP auch Informationen über die Verläßlichkeit rel dieser differentiellen fre- quenzfehlerabhängigen Werte diff_df ermittelt und an die Steuereinrichtung STE übermittelt.In the digital signal processor DSP are diff_df determined by means of the Ba ¬ sisstation transmitted frequency correction information (for example, frequency correction bursts in the GSM system) differential frequency-error-dependent values and transmitted to the controller STE. In addition, information about the reliability rel of these differential frequency error-dependent values diff_df are also determined in the digital signal processor DSP and transmitted to the control device STE.
Nach einer Berechnung der frequenzfehlerabhängigen Werte df und einem Schreiben bzw. Lesen von Informationen über fre- quenzfehlerabhängige Werte df und/oder den zugeordneten temperaturabhängigen Werten t aus bzw. in Speicherbausteine SPE, die auch in der Steuereinrichtung STE integriert sein können, das analog zum oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden kann, werden von der Steuereinrichtuntg STE frequenzfeh- lerkompensierende digitale frequenzfehlerabhängige Steuersignale dig_sig ausgegeben, durch Tiefpaßfilter TP in analoge Spannungswerte v umgewandelt und diese zur Ansteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators VCO verwendet.After a calculation of the frequency error-dependent values df and a writing or reading of information about frequency error-dependent values df and / or the assigned temperature-dependent values t from or in memory modules SPE, which can also be integrated in the control device STE, the same as above The method described can be carried out by the control device STE, frequency error-compensating digital frequency error-dependent control signals dig_sig are output, converted into analog voltage values v by low-pass filters TP, and these are used to control the voltage-controlled oscillator VCO.
Für die Ermittlung eines der aktuellen Temperatur entsprechenden frequenzfehlerabhängigen und frequenzfehlerkompensie- renden Signales dig_sig, v gibt es auch folgende Ausführungsvarianten:There are also the following design variants for determining a frequency error-dependent and frequency error-compensating signal dig_sig, v corresponding to the current temperature:
• dem temperaturabhängigen Wert t ist im Speicherbaustein SPE ein digitaler frequenzfehlerabhängiger Wert df, dig sig zuge- 9 ordnet, der in ein analoges Spannungssignal v umgewandelt wird;• The temperature-dependent value t is assigned a digital frequency error-dependent value df, dig sig in the SPE memory module. 9 orders, which is converted into an analog voltage signal v;
• dem temperaturabhängigen Wert t ist im Speicherbaustein SPE ein digitaler frequenzfehlerabhängiger Wert df zugeordnet, der in ein anderes digitales Signal dig_sig und dann in ein analoges Spannungssignal v umgewandelt wird;• The temperature-dependent value t is assigned a digital frequency error-dependent value df in the memory module SPE, which is converted into another digital signal dig_sig and then into an analog voltage signal v;
• dem temperaturabhängigen Wert t ist im Speicherbaustein SPE ein digitales Signal dig_sig bzw. ein analoges Signal v zugeordnet .• The temperature-dependent value t is assigned a digital signal dig_sig or an analog signal v in the memory chip SPE.
Bei einer Ausführungsvariante der Erfindung gelten die Werte diff_df dann als verläßlich, wenn das Funkgerät nicht bewegt wird. Eine Bewegung des Funkgerätes FG kann entweder durch Sensoren festgestellt werden oder durch große Schwankungen des Empfangspegels des von der aktuellen Basisstation empfangenen Signales.In an embodiment of the invention, the diff_df values are considered reliable if the radio is not moved. A movement of the radio device FG can either be determined by sensors or by large fluctuations in the reception level of the signal received by the current base station.
Für die Ermittlung und Speicherung der Informationen über die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorfrequenz bzw. der fre- quenzfehlerabhängigen Werte df sind unterschiedliche mathematische Verfahren auf der Basis von Ausgleichspolynomen, Spli- ne-Interpolation, Newtonsches Interpolationspolynom oder an- derer Verfahren möglich. Various mathematical methods based on compensating polynomials, spline interpolation, Newtonian interpolation polynomial or other methods are possible for determining and storing the information about the temperature dependence of the oscillator frequency or the frequency error-dependent values df.

Claims

10 Patentansprüche 10 claims
1. Verfahren zur Regelung eines Oszillators (VCO), bei dem a) wahrend einer ersten Phase eines verlaßlichen Betriebes der Regelschleife (R, STE), m die der Oszillator (VCO) inte¬ griert ist, Informationen über die Temperaturabhangigkeit der Oszillatorfrequenz ermittelt und abgespeichert werden, und b) wahrend einer zweiten Phase eines nicht verläßlichen Be¬ triebes der Regelschleife (R,STE) diese Informationen verwen- det werden, um die Oszillatorfrequenz zu regeln.1. A method for controlling an oscillator (VCO), in which a) during a first phase of rely union operation of the control loop (R, STE) m, that of the oscillator (VCO) inte ¬ is grated, information determined from the temperature dependence of the oscillator frequency and be stored, and b) during a second phase of a non-reliable be ¬ drive of the control loop (R, STE), this information is det verwen- to control the oscillator frequency.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem a) wahrend einer ersten Phase mittels einer Regeleinrichtung (R) verläßliche differentielle frequenzfehlerabhängige Werte (dιff_df) ermittelt werden und daraus frequenzfehlerabhängige Werte (df) berechnet werden, b) mittels eines Temperatursensors (T) diesen frequenzfeh- lerabhangigen Werten (df) entsprechende temperaturabhangige Werte (t) ermittelt werden, c) frequenzfehlerkompensierende Steuerinformationen2. The method of claim 1, in which a) during a first phase by means of a control device (R) reliable differential frequency error-dependent values (dιff_df) are determined and frequency error-dependent values (df) are calculated therefrom, b) by means of a temperature sensor (T) this frequency error - Temperature-dependent values (t) corresponding to the sensor-dependent values (df) are determined, c) control information compensating for frequency errors
(dιg__sιg,v) ermittelt werden, die zur Regelung eines Oszillators (VCO) verwendet werden d) Informationen über die Zuordnung temperaturabhangiger Werte (t) zu frequenzfehlerabhängigen Werten (df) bzw. Steuenn- formationen (dιg_sιg,v) ermittelt und abgespeichert werden, e) wahrend einer zweiten Phase mittels der Regeleinrichtung (R) keine verläßlichen differentiellen frequenzfehlerabhängigen Werte (dιff_df) ermittelt werden, f) durch einen Temperatursensor (T) aktuelle temperaturabhan- gige Werte (t) ermittelt werden, und g) mittels der abgespeicherten Informationen über die Zuordnung temperaturabhangiger Werte (t) zu frequenzfehlerabhängigen Werten (df) bzw. Steuerinformationen (dιg_sιg,v) direkt bzw. indirekt aktuelle Steuerinformationen (dιg_sιg,v) ermit- telt werden, die zur Regelung eines Oszillators (VCO) verwen¬ det werden. 11(dιg__sιg, v) are determined, which are used to control an oscillator (VCO) d) information about the assignment of temperature-dependent values (t) to frequency error-dependent values (df) or control information (dιg_sιg, v) is determined and stored, e) no reliable differential frequency error-dependent values (dιff_df) are determined during a second phase by means of the control device (R), f) current temperature-dependent values (t) are determined by a temperature sensor (T), and g) by means of the stored information about assigning variable-temperature values (t) to frequency-error-dependent values (df) and control information (dιg_sιg, v) directly or indirectly current control information (dιg_sιg, v) are ermit- telt which are used to control an oscillator (VCO) utilization ¬ det. 11
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein m einem Funkgerat (FG) integrierter Temperatursensor (T) verwendet wird, der auch für andere Zwecke verwendet wird.3. The method according to any one of the preceding claims, in which a m a radio (FG) integrated temperature sensor (T) is used, which is also used for other purposes.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Informationen darüber, ob durch die Regeleinrichtung (R) er¬ laßliche frequenzfehlerabhangige Werte (df) ermittelt werden oder nicht durch die digitale Steuer-und/oder Verarbeitungs¬ einrichtung (STE, VE) eines Funkgerätes (FG) ermittelt werden.4. The method as claimed in one of the preceding claims, in which information about whether the control device (R) er ¬ allowable frequency error-dependent values (df) are determined or not by the digital control and / or processing device (STE, VE) Radio (FG) can be determined.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Informationen über die Zuordnung frequenzfehlerabhangiger Werte (df) zu temperaturabhangigen Werten (t) abgespeichert werden, die wahrend des statischen Betriebes des Funkgerätes (FG) ermittelt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, in which information about the assignment of frequency error-dependent values (df) to temperature-dependent values (t) is stored, which are determined during the static operation of the radio (FG).
6. Regelsystem für einen Oszillator (VCO) mit a) einer Regeleinrichtung (R) , die wahrend einer ersten Phase verläßliche differentielle frequenzfehlerabhangige Werte (dιff_df) ermittelt und wahrend einer zweiten Phase keine verläßlichen differentiellen frequenzfehlerabhängigen Werte (dιff_df) ermittelt, b) einer Steuereinrichtung (STE) , die aus den differentiellen frequenzfehlerabhangigen Werten (dιff_df) frequenzfehlerab- hangige Werte (df) berechnet und frequenzfehlerkompensierende Steuerinformationen (dιg_sιg,v) ermittelt, die zur Regelung eines Oszillators (VCO) verwendet werden, c) einem Temperatursensor (T) , der wahrend der ersten Phase diesen frequenzfehlerabhängigen Werten (df) entsprechende temperaturabhangige Werte (t) ermittelt und wahrend einer zweiten Phase aktuelle temperaturabhangige Werte (t) ermittelt, d) einem Speichermittel (SPE) , m das wahrend einer ersten Phase Informationen über die Zuordnung temperaturabhangiger Werte (t) zu frequenzfehlerabhängigen Werten (df) bzw. Steue- nnformationen (dιg_sιg,v) geschrieben werden, und aus dem wahrend einer zweiten Phase Informationen über die Zuordnung 12 temperaturabhängiger Werte (t) zu frequenzfehlerabhängigen Werten (df) bzw. Steuerinformationen (dig_sig,v) gelesen wer¬ den, mittels derer aktuelle Steuerinformationen (dig_sig,v) ermittelt werden, die zur Regelung eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) verwendet werden.6. Control system for an oscillator (VCO) with a) a control device (R) that determines reliable differential frequency error-dependent values (dιff_df) during a first phase and no reliable differential frequency error-dependent values (dιff_df) during a second phase, b) a control device (STE), which calculates frequency error-dependent values (df) from the differential frequency error-dependent values (dιff_df) and determines control information (dιg_sιg, v) which compensates for frequency errors and which is used to control an oscillator (VCO), c) a temperature sensor (T), the temperature-dependent values (t) corresponding to these frequency error-dependent values (df) during the first phase and current temperature-dependent values (t) determined during a second phase, d) a storage means (SPE), m the information on the assignment of temperature-dependent assignments during a first phase Values (t) related to frequency error values (df) or control information (dιg_sιg, v) are written, and information about the assignment during a second phase 12 a temperature-dependent values (t) to frequency-error-dependent values (df) and control information (dig_sig, v) read who are ¬, determines the means of which current control information (dig_sig, v) that are used to control a voltage controlled oscillator (VCO).
7. Regelsystem für einen Oszillator nach Anspruch 6, bei dem ein in einem Funkgerät (FG) integrierter Temperatursensor (T) verwendet wird, der auch für andere Zwecke verwendet wird.7. Control system for an oscillator according to claim 6, in which a temperature sensor (T) integrated in a radio (FG) is used, which is also used for other purposes.
8. Regelsystem für einen Oszillator nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei dem8. Control system for an oscillator according to one of claims 6 to 7, in which
Informationen darüber, ob durch die Regeleinrichtung (R) verläßliche frequenzfehlerabhangige Werte (df) ermittelt werden oder nicht, durch die digitale Steuer-und/oder Verarbeitungseinrichtung (STE, VE) eines Funkgerätes (FG) ermittelt werden.Information about whether or not reliable frequency error-dependent values (df) are determined by the control device (R) is determined by the digital control and / or processing device (STE, VE) of a radio device (FG).
9. Regelsystem für einen Oszillator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem Informationen über die Zuordnung frequenz- fehlerabhängiger Werte (df) zu temperaturabhängigen Werten9. Control system for an oscillator according to one of claims 6 to 8, in which information about the assignment of frequency error-dependent values (df) to temperature-dependent values
(t) abgespeichert werden, die während des statischen Betriebes des Funkgerätes (FG) ermittelt werden.(t) are stored, which are determined during the static operation of the radio (FG).
10. Regelsystem für einen Oszillator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, das in einem Funkgerät (FG) integriert ist. 10. Control system for an oscillator according to one of claims 6 to 9, which is integrated in a radio (FG).
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AU762146B2 (en) * 1998-05-28 2003-06-19 Nec Corporation Method and system for demodulating receive signal including pilot signal

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US5659884A (en) * 1995-02-10 1997-08-19 Matsushita Communication Industrial Corp. Of America System with automatic compensation for aging and temperature of a crystal oscillator

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