DE69718741T2 - Integrierter Oszillator und einen solchen Oszillator verwendendes Funktelefon - Google Patents
Integrierter Oszillator und einen solchen Oszillator verwendendes FunktelefonInfo
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- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
- Transceivers (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft einen Oszillator zum Abgeben eines Ausgangssignals mit einer je nach der sogenannten Regelspannung variablen Frequenz, bestehend aus:
- - einem passiven Teil mit zwei Ausgangsklemmen, an denen das Ausgangssignal entnommen wird, und einer Eingangsklemme für den Erhalt einer Regelspannung, und mit zwei in Serie geschalteten variablen Kapazitäten, die so einen kapazitiven Zweig bilden, dessen Enden an die Ansgangsklemmen gekoppelt sind, und wobei ein Knoten zwischen den variablen Kapazitäten die Eingangsklemme bildet und die Ausgangsklemmen über zwei Induktanzen gleichen nominalen Werts mit einer ersten Versorgungsklemme verbunden sind,
- - einem aktiven Teil mit einem ersten und einem zweiten Transistor mit jeweils einer sogenannten Polarisierungsklemme, einer sogenannten Bezugsklemme und einer sogenannten Ausgangsklemme, wobei die Ausgangsklemmen des ersten und zweiten Transistors mit den Ausgangsklemmen des passiven Teils verbunden sind, die Bezugsklemmen der besagten Transistoren über eine Stromquelle mit einer zweiten Versorgungsklemme verbunden sind, und die Polarisierungsklemmen des ersten und zweiten Transistors respektive mit den Ausgangsklemmen des zweiten und ersten Transistors über zwei sogenannte Kopplungskapazitäten gleichen nominalen Werts verbunden sind.
- Ein solcher Oszillator ist aus dem Artikel "A Monolithic GaAs IC for Heterodyne Generation of RF Signals" von Hrn. Rory L. VAN TUYL bekannt, veröffentlicht in IEEE Transactions on Electron Devices, Band. ED-28, Nr. 2. Die in diesem Oszillator vorhandenen Transistoren sind aus Galliumarsenid gefertigt, was ihnen einen Schnelligkeitsvorteil verleiht. Diese Transistoren erzeugen allerdings ein beträchtliches Niederfrequenzrauschen, was ein erheblicher Nachteil bei Funktelefonanwendungen ist, wo die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators verwendet wird, um ein Funksignal aus einem bestimmten Frequenzbereich auszuwählen. Das vom Oszillator erzeugte Signal muss somit eine große spektrale Reinheit aufweisen, was mit Transistoren aus Galliumarsenid nicht erreicht werden kann.
- Aus dem Dokument EP 0 660 504 ist auch ein Oszillator zur Abgabe eines Ausgangssignals bekannt, dessen Frequenz je nach einer Regelspannung variabel ist, mit dem Ziel, das von den die Oszillatorstufe bildenden Transistoren erzeugte Niederfrequenzrauschen abzuschwächen.
- Eine größere spektrale Reinheit kann mit der Verwendung von bipolaren Transistoren erreicht werden, die entsprechend der Einleitung als Differenzialpaar geschaltet sind. Ein solcher Oszillator erhält, wenn er in einem Mobiltelefon, z. B. vom Typ GSM verwendet wird, eine komplex geregelte Versorgungsspannung auf Grundlage der an den Klemmen eines in dem besagten Telefon enthaltenen Akkus vorhandenen Spannung. Diese Regelspannung unterliegt naturgemäß Niederfrequenzvariationen, die auf den passiven Teil des Oszillators übergehen und die spektrale Reinheit beeinträchtigen können, die er erzeugt.
- Zielsetzung der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben, indem ein Oszillator vorgestellt wird, dessen aktiver Teil aus bipolaren Transistoren gefertigt ist und in dem die Empfindlichkeit des passiven Teils gegenüber Variationen der Versorgungsspannung stark abgeschwächt ist.
- Tatsächlich ist gemäß der Erfindung ein Oszillator des in der Einleitung beschriebenen Typs dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Transistor bipolare Transistoren sind, deren Basen, Kollektoren und Emitter respektive die Polarisierungs-, Ausgangs- und Bezugsklemmen bilden, und der passive Teil zwei Hochpassfilter aufweist, die jeweils zwischen eine der Ausgangsklemmen und eine der variablen Kapazitäten eingefügt sind, um den Oszillator gegen Niederfrequenzvariationen der Versorgungsspannung zu isolieren.
- Die Verwendung von Hochpassfiltern bewirkt, den aktiven Teil des Oszillators gegen Niederfrequenzvariationen der Versorgungsspannung zu isolieren.
- In einer vorteilhaften Durchführungsform der Erfindung ist ein Oszillator gemäß der vorangehenden Beschreibung dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hochpassfilter aus einer sogenannten Filterungskapazität, die zwischen einer der Ausgangsklemmen und einer der variablen Kapazitäten angeordnet ist, und aus einem Widerstand gebildet wird, der zwischen der zweiten Versorgungsklemme und dem zwischen der besagten variablen Kapazität und der Filterungskapazität liegenden Knoten angeordnet ist.
- Diese einfache Struktur der Hochpassfilter ermöglicht einen guten Schutz des aktiven Teils gegen die Niederfrequenzsignale, und erfordert zudem nur wenig Platz, um gebaut zu werden.
- Die Stromquelle des Differenzialpaars kann ebenfalls eine Niederfrequenz- Rauschquelle bilden. Eine besondere Durchführungsform der Erfindung weist demnach einen wie weiter oben beschriebenen Oszillator auf, dadurch gekennzeichnet, dass die die Bezugsklemmen des ersten und zweiten Transistors mit der zweiten Versorgungsklemme verbindende Stromquelle ein Widerstand ist.
- Neben dem vorteilhaft einfachen Bau, der eine Flächeneinsparung bewirkt, hat diese widerstandsbedingte Stromquelle den weiteren Vorteil, weniger Niederfrequenzrauschen als die Polarisierungsschaltung einer Transistorstromquelle zu erzeugen.
- Für die meisten tragbaren Anwendungen ist es wünschenswert, den Raumbedarf elektronischer Schaltungen zu verkleinern, um das Gewicht und die Größe der sie enthaltenden Geräte zu verringern. Eine vorteilhafte Durchführungsform der Erfindung ermöglicht die Verkleinerung des Oszillators auf eine einzige integrierte Schaltung, umgeben von einem Anschlussgehäuse. Ein solcher Oszillator ist dadurch gekennzeichnet, dass der aktive und der passive Teil auf einer selben integrierten Schaltung gebaut sind, in ein Gehäuse eingebracht, das eine erste und eine zweite Steckverbindung aufweist, die die ersten und zweiten Versorgungsklemmen und die Steckverbindungen bilden, die mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen der integrierten Schaltung verbunden sind, wobei die Induktanzen aus den elektrischen Kabeln gebildet werden, die die Ausgangsklemmen des passiven Teils mit der ersten Steckverbindung des Gehäuses verbinden.
- Hier wird die Selbstinduktanz der Kabel, die die elektrischen Verbindungen zwischen den Steckverbindungen des Gehäuses und den Klemmen der integrierten Schaltung herstellen, genutzt. So kann vermieden werden, Induktanzen hinzuzufügen, die zu dem den Oszillator umgebenden Gehäuse extern sind, was den Einbau des Oszillators in das ihn verwendende Gerät erleichtert. Die Entwicklung und der Bau des besagten Geräts werden somit vereinfacht, was die Gesamtkosten senkt.
- Somit ist ein solcher Oszillator wie weiter oben dargelegt besonders für die Verwendung in tragbaren Anwendungen geeignet. Die Erfindung betrifft demnach zugleich ein Funktelefon, das zum Senden und Empfangen von Funksignalen in einem bestimmten Frequenzbereich konzipiert ist, wobei das Gerät ein Antennen- und Filtersystem aufweist, das den Empfang eines Signals ermöglicht, dessen Frequenz innerhalb des besagten Frequenzbereichs ausgewählt wird, in dem Gerät ausgehend von der auszuwählenden Frequenz eine Frequenzumformung auf eine Zwischenfrequenz mit einem Mischer vorgenommen wird, der einerseits das ausgewählte Funksignal, und andererseits ein Signal erhält, das vom Ausgang des lokalen Oszillators kommt, wie weiter oben beschrieben, wobei die Frequenz des Signals von einem Steuermodul gemessen wird, das eine sogenannte Regelspannung an den Ausgang liefert, die das Regeln der Frequenz des Ausgangssignals des lokalen Oszillators ermöglicht, damit diese gleich der Differenz zwischen der auszuwählenden Frequenz und der Zwischenfrequenz ist.
- Die Erfindung wird besser anhand der folgenden Beschreibung einiger Durchführungsformen verstanden, die als nicht erschöpfende Beispiele hinsichtlich der beigefügten Zeichnungen gegeben werden, von denen:
- - Fig. 1 ein elektrisches Teilschema eines Oszillators nach der Erfindung ist,
- - Fig. 2 eine sehr schematische Darstellung einer vorteilhaften Durchführungsform nach der Erfindung ist,
- - Fig. 3 ein Teil-Funktionsschema eines Funktelefonapparats ist, das einen Oszillator nach der Erfindung verwendet.
- Fig. 1 zeigt schematisch einen Oszillator OSC zum Liefern eines Ausgangssignals LO, dessen Frequenz entsprechend einer sogenannten Regelspannung Vtun variabel ist. Der Oszillator OSC enthält einen passiven Teil, der zwei Ausgangsklemmen S1 und S2 aufweist, an denen das Ausgangssignal LO entnommen wird, und eine Eingangsklemme für den Erhalt der Regelspannung Vtun. Der passive Teil enthält zwei variable, in Serie angeordnete Kapazitäten Cs, die so einen kapazitiven Zweig bilden, dessen Enden die Ausgangsklemmen S1 und S2 bilden. Diese Kapazitäten sind hier in der Form von umgekehrt polarisierten Schottky-Dioden angefertigt. Der Zwischenknoten zwischen den variablen Kapazitäten Cs ist über einen Widerstand R mit der Eingangsklemme verbunden, und die Ausgangsklemmen S1 und S2 sind über zwei Induktanzen Lext gleichen nominalen Werts mit einer ersten Versorgungsklemme Vcc verbunden. Der Oszillator OSC enthält außerdem einen aktiven Teil, der einen ersten und einen zweiten bipolaren Transistor T1 und T2 mit jeweils einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor aufweist. Die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors T1 und T2 sind mit den Ausgangsklemmen S1 und S2 des passiven Teils verbunden. Die Emitter der besagten Transistoren T1 und T2 sind über eine Stromquelle, die hier aus einem Widerstand REE gebildet wird, mit einer zweiten Versorgungsquelle GND verbunden. Die Basen des ersten und zweiten Transistors T1 und T2 sind über zwei Kopplungskapazitäten Cfb gleichen nominalen Werts respektive mit den Kollektoren des zweiten und ersten Transistors T2 und T1 verbunden. Die Basen des Transistors T1 und T2 erhalten über einen Basiswiderstand Rb eine Polarisierungsspannung Vbase. Diese Spannung Vbase kann z. B. mit einer Teilerbrücke von der Spannung der ersten Versorgungsklemme VCC abgeleitet werden. Der passive Teil weist zwei Hochpassfilter auf, die jeweils zwischen eine der Ausgangsklemmen S1 oder S2 und eine der variablen Kapazitäten Cs eingefügt sind. Jeder Hochpassfilter wird aus einer Filterungskapazität Cm gebildet, angeordnet zwischen einer der Ausgangsklemmen S1 oder S2 und einer der variablen Kapazitäten Cs und einem Widerstand Rm, zwischen der zweiten Versorgungsklemme GND und dem Knoten angeordnet, der zwischen der besagten variablen Kapazität Cs und der Filterungskapazität Cm liegt.
- Eine solche Struktur macht eine vollständige Integration des Oszillators in das Gehäuse einer integrierten Schaltung möglich. Denn die gesamte hiervor beschriebene Struktur ist in eine selbe integrierte Schaltung integrierbar, bis auf die Induktanzen Lext zur Verbindung der Ausgangsklemmen S1 und S2 des passiven Teils mit der ersten Versorgungsklemme VCC, die extern zur Schaltung gebaut werden müssen.
- Fig. 2 zeigt sehr schematisch eine vorteilhafte Durchführungsform der Erfindung, in der der aktive und passive Teil des Oszillators OSC innerhalb derselben integrierten Schaltung CHP erstellt sind, in das Gehäuse BO eingebracht, das eine erste und eine zweite Steckverbindung zur Bildung der ersten und zweiten Versorgungsklemme VCC und GND aufweist. Die Induktanzen Lext werden aus elektrischen Kabeln zur Verbindung der Ausgangsklemmen S1 und S2 des passiven Teils mit der ersten Steckverbindung VCC des Gehäuses BO gebildet. Um eine möglichst perfekte Gegenphasigkeit zwischen den Signalen, die an den Klemmen S1 und S2 vorhanden sind, zu erhalten, werden die verschiedenen, den aktiven und passiven Teil des Oszillators bildenden Elemente vorzugsweise angeordnet, um sich möglichst genau an die Symmetrie des elektrischen Schemas der Fig. 1 zu halten.
- Die vollständige Integration des Oszillators OSC in ein einziges Gehäuse ermöglicht es, das Hinzufügen von Induktanzen zu vermeiden, die zum Gehäuse extern sind, was die Struktur des ihn verwendenden Geräts vereinfacht, seinen Raumbedarf verringert und die Gesamtkosten senkt.
- Ein solcher Oszillator ist deshalb besonders gut zur Verwendung in tragbaren Geräten geeignet. Fig. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung. Sie zeigt den Teil eines Funktelefonapparats, wie ein Mobiltelefon vom Typ GSM zum Senden und Empfangen von Funksignalen in einem bestimmten Frequenzbereich konzipiert. Dieses Gerät weist ein Antennen- und Filtersystem AF auf, das den Empfang eines Signals ermöglicht, dessen Frequenz RF innerhalb des besagten Frequenzbereichs ausgewählt wird. Eine Frequenzumformung anhand der auszuwählenden Frequenz RF auf eine Zwischenfrequenz IF wird in diesem Gerät mit einem Mischer MX vorgenommen, der einerseits das ausgewählte Funksignal, und andererseits ein Signal LO erhält, das vom Ausgang eines lokalen Oszillators OSC kommt, wie weiter oben beschrieben. Die Frequenz des Signals LO wird von einem Steuermodul cm gemessen, das eine sogenannte Regelspannung Vtun an den Ausgang liefert, die das Regeln der Frequenz des Ausgangssignals LO des lokalen Oszillators OSC ermöglicht, damit diese gleich der Differenz zwischen der auszuwählenden Frequenz RF und der Zwischenfrequenz IF ist.
- Die vollständige Integration eines Oszillators OSC nach der Erfindung und die große spektrale Reinheit des von ihm abgegebenen Signals ermöglicht es, der GSM- Norm zu entsprechen, die den Rauschhöchstpegel am Oszillatorausgang festlegt, und dies bei sehr geringem Raumbedarf.
Claims (5)
1. Oszillator zum Abgeben eines Ausgangssignals mit einer je nach der
sogenannten Regelspannung variablen Frequenz, bestehend aus:
- einem passiven Teil mit zwei Ausgangsklemmen (S1, S2), an denen das
Ausgangssignal entnommen wird, und einer Eingangsklemme (Vtun) für den Erhalt einer
Regelspannung, und mit zwei in Serie geschalteten variablen Kapazitäten (Cs, Cs), die so
einen kapazitiven Zweig bilden, dessen Enden an die Ansgangsklemmen (S1, S2) gekoppelt
sind, und wobei ein Knoten zwischen den variablen Kapazitäten die Eingangsklemme
bildet und die Ausgangsklemmen über zwei Induktanzen (Lext, Lext) gleichen nominalen
Werts mit einer ersten Versorgungsklemme (VCC) verbunden sind,
- einem aktiven Teil mit einem ersten Transistor (T 1) und einem zweiten
Transistor (T2) mit jeweils einer sogenannten Polarisierungsklemme, einer sogenannten
Bezugsklemme und einer sogenannten Ausgangsklemme, wobei die Ausgangsklemmen des ersten
und zweiten Transistors mit den Ausgangsklemmen (S1, S2) des passiven Teils verbunden
sind, die Bezugsklemmen der besagten Transistoren über eine Stromquelle mit einer
zweiten Versorgungsklemme (GND) verbunden sind, und die Polarisierungsklemmen des ersten
und zweiten Transistors respektive mit den Ausgangsklemmen des zweiten und ersten
Transistors über zwei sogenannte Kopplungskapazitäten (Cfb, Cfb) gleichen nominalen
Werts verbunden sind,
Oszillator dadurch gekennzeichneter, dass der erste und zweite Transistor
(T1, T2) bipolare Transistoren sind, deren Basen, Kollektoren und Emitter respektive die
Polarisierungs-, Ausgangs- und Bezugsklemmen bilden, und der passive Teil zwei
Hochpassfilter aufweist, die jeweils zwischen eine der Ausgangsklemmen und eine der variablen
Kapazitäten eingefügt sind, um den Oszillator gegen Niederfrequenzvariationen der
Versorgungsspannung zu isolieren.
2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneter, dass jeder
Hochpassfilter aus einer sogenannten Filterungskapazität (Cm), die zwischen einer der
Ausgangsklemmen und einer der variablen Kapazitäten angeordnet ist, und aus einem Widerstand
(Rm) gebildet wird, der zwischen der zweiten Versorgungsklemme (GND) und dem
zwischen der besagten variablen Kapazität und der Filterungskapazität (Cm) liegenden
Knoten angeordnet ist.
3. Oszillator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die die Bezugsklemmen des ersten und zweiten Transistors (T1, T2) mit der zweiten
Versorgungsklemme verbindende Stromquelle ein Widerstand (REE) ist.
4. Oszillator nach einem geliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der aktive und der passive Teil auf einer selben integrierten Schaltung
(CHP) gebaut sind, in ein Gehäuse eingebracht (BO), das eine erste und eine zweite
Steckverbindung aufweist, die die ersten und zweiten Versorgungsklemmen (VCC, GND) und
die Steckverbindungen bilden, die mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen der
integrierten Schaltung verbunden sind, wobei die Induktanzen (Lext, Lext) aus den elektrischen
Kabeln gebildet werden, die die Ausgangsklemmen (S1, S2) des passiven Teils mit der
ersten Steckverbindung des Gehäuses verbinden.
5. Funktelefonapparat, das zum Senden und Empfangen von Funksignalen in
einem bestimmten Frequenzbereich konzipiert ist, wobei das Gerät ein Antennen- und
Filtersystem (AF) aufweist, das den Empfang eines Signals ermöglicht, dessen Frequenz (RF)
innerhalb des besagten Frequenzbereichs ausgewählt wird, in dem Gerät ausgehend von der
auszuwählenden Frequenz eine Frequenzumformung auf eine Zwischenfrequenz (IF) mit
einem Mischer (MX) vorgenommen wird, der einerseits das ausgewählte Funksignal, und
andererseits ein Signal (LO) erhält, das vom Ausgang des lokalen Oszillators (OSC)
kommt, wie weiter oben beschrieben, wobei die Frequenz des Signals von einem
Steuermodul (cm) gemessen wird, das eine sogenannte Regelspannung (Vtun) an den Ausgang
(LO) liefert, die das Regeln der Frequenz des Ausgangssignals des lokalen Oszillators
ermöglicht, damit diese gleich der Differenz zwischen der auszuwählenden Frequenz (RF)
und der Zwischenfrequenz (IF) ist Funktelefonapparat dadurch gekennzeichnet, dass der
lokale Oszillator (OSC) jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4 entspricht.
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