DD227577A1 - Oszillatorschaltung mit steuerbarer frequenz - Google Patents

Abstract

Ozillatorschaltung mit steuerbarer Frequenz, die in VFO- und PLO-Schaltungen in Platten- und Magnetband-Steuergeraeten eingesetzt werden kann. Ziel ist es, einen hoeheren Frequenzbereich zu ueberstreichen. Aufgabe ist es, ECL-Grundgatter und einen Kondensator so zu verschalten, dass bei fester Konstantstromquelle stabile Schwingungen oder bei Steuerung der Stromquelle Schwingungen in einem grossen Frequenzbereich erreicht werden. Geloest wird dieses, indem ein RS-Flipflop aus OR/NOR-Gattern realisiert wird und der Kondensator zwischen die beiden wahren Ausgaenge geschaltet ist, wobei der Kondensator ueber Konstantstromquellen umgeladen wird. Die Spannung wird dabei an beiden Seiten des Kondensators von zwei weiteren ECL-Gattern ausgewertet und von diesen die sich im Rhythmus der Frequenzaenderung erzeugten RS-Signale auf das RS-Flipflop geschaltet. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung

Oszillatorschaltung mit steuerbarer Frequenz

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung mit steuerbarer Frequenz

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bisher bekannte astabile Multivibratoren in Stromschalttechnik sind entweder diskret aufgebaut oder sie existieren als komplette integrierte Schaltungen bzw. als einfacher über ein. Verzögerungsglied rückgekoppelter Inverter.

Beispielsweise ist in der DD-PS 104 884 ein spannungsgesteuerter Oszillator beschrieben, bei dem ein Kondensator mit einer zur Steuerspannung proportionalen Stromstärke zwischen zwei bestimmten Eckwerten umgeladen wird. Dieser Oszillator wird durch diskrete Bauelemente, die u. a. einen Differentialverstärker und eine Konstantstromquelle realisieren, aufgebaut. Solche diskrete Anordnungen haben den Nachteil eines erhöhten Platzbedarfs. Sie weisen einen relativ hohen Streubereich der einzelnen Bauelementeparameter auf, so daß oft ausgemessene Bauelemente zum Einsatz kommen müssen und somit ein einheitliches technologisches Realisierungskonzept nicht eingehalten werden kann. Spannungsgesteuerte Oszillatoren in dem Frequenzbereich der ECL-Technik stehen als integrierte Schaltkreise häufig nicht zur Verfügung, und einfache rückgekoppelte Inverter bereiten als VCOs größere Schwierigkeiten, da z. B. steuerbare frequenzbestimmende Bauelemente, wie Kapazitäts-

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dioden den regelbaren Frequenzbereich einengen bzw. weit über die ECL-Betriebsspannungen hinausgehende Steuerspannungen erfordern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Einfachheit der Realisierung mit den Vorzügen einer ausgereiften Schaltkreistechnik, wie der ECL-Schaltkreisserie, zu kombinieren, wobei die Vorteile der IC-Technik, wie geringer Platzbedarf und weitgehende Kompensation von Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen, voll genutzt werden, so daß letztlich ein höherer Frequenzbereich überstrichen werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ECL-Grundgatter mit einem Kondensator in solch einer Weise zusammenzuschalten, daß ein Oszillator entsteht, der entweder bei fester Konstantstromquelle stabile Schwingungen einer wählbaren Frequenz über einen großen Bereich oder bei Steuerung der Konstantstromquelle Schwingungen in einem großen -Frequenzbereich bei gleichzeitig großer Frequenzvariation gestattet.

Das Wesen der Erfindung ist darin zu sehen, daß zwei ECL-Gatter mit negiertem und nichtnegiertem Ausgang über ihre negierten Ausgänge kreuzweise rückgekoppelt werden und damit ein RS-Grund-Flipflop bilden und zwischen die beiden wahren Ausgänge ein Kondensator geschaltet wird,- der wechselseitig über Konstantstromquellen umgeladen wird. Die Spannung wird

. dabei an beiden Seiten des Kondensators von zwei weiteren ECL-Gattern ausgewertet. Dabei werden die sich im Rhythmus der Frequenz ändernden RS-Signale erzeugt, die das Grundgatter-Flipflop jeweils umschalten. Die Kapazität des Kondensators, die Höhe der Spannung, zu der er entladen wird, und die Größe des eingestellten Konstantstromes bestimmen die Oszillatorfrequenz. Die Höhe der Kondensatorspannung, bei der die Entladung abgebrochen wird, hängt von dem Eingangs-Low-Pegel der ECL-Gatter ab.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich dadurch, daß keine ausgemessenen Bauelemente eingesetzt werden müssen und ein einheitliches Leiterplattenkonzept zum Einsatz kommen kann. Weiterhin kann in einem sehr großen Frequenzbereich bei großer Stabilität gearbeitet werden, und zum anderen läßt sich die Schaltung für bestimmte Anwendungsfälle auch als Flipflop einsetzen.

Die Schaltung eignet sich aufgrund ihrer Eigenschaften besonders für digitale PLL-Anwendungen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Schaltung des spannungsgesteuerten Oszillators/ Fig. 2 die zeitlichen Abläufe.

In Fig. 1 ist die Gesamtschaltung dargestellt. Zur Realisierung einer RS-Flipflop-Grundschaltung werden zwei OR/NOR-Gatter I₁ 2 eingesetzt. Die NOR-Ausgänge dieser Gatter 1, 2, die über Arbeitswiderstände 3, 4 an der Betriebsspannung 1)2 liegen, sind jeweils auf den ersten Eingang des anderen Gatters rückgeführt. Ein zweiter Eingang jedes dieser Gatter 1, 2 stellt den Rücksetz- bzw. Setzeingang eR, eS dar, wobei sie ebenfalls über Widerstände 5/ 6 auf dem Potential der Betriebsspannung U2 liegen. Dritte Eingänge el, e2 sind bei den beiden Gattern 1, 2 für Steuerzwecke vorgesehen. Die OR-Ausgänge der Gatter 1, 2 liegen an den Konstantstromquellen 9, 10, wobei sie gleichzeitig auf den ersten Eingängen zweier NOR-Gatter 7, 8 liegen. Zwischen die OR-Ausgänge der ersten Gatter 1, 2 ist ein Kondensator 11 geschaltet. Die zweiten Eingänge der NOR-Gatter 7, 8 bilden einen dritten Steuereingang e.3y und der Ausgang des ersten NOR-Gatters 7 ist auf den Rücksetzeingang eR und der Ausgang des zweiten NOR-Gatters 8 auf den Setzeingang eS geschaltet. Wenn diese beiden Eingänge eR und eS Low-Potential führen, verharrt das Flipflop 1, 2 in

seinem einmal eingenommenen Zustand. Da beide Eingänge eR und eS zugleich kein High-Potential führen dürfen, ist dieser Fall durch die Funktion der Schaltung ausgeschlossen. Bei der Eingangsbelegung Rücksetzeingang eR = High und Setzeingang eS = Low schaltet das Flipflop 1, 2 so, daß es am NOR-Ausgang des ersten Gatters 1 Low-Potential und am NOR-Ausgang des zweiten Gatters 2 High-Potential führt, wobei die OR-Ausgänge das entgegengesetzte Potential einnehmen.

Bei der komplementären Eingangsbelegung schaltet das Flipflop 1, 2 um.

Zur Erläuterung des dynamischen Verhaltens dienen die in Fig. 2 dargestellten zeitlichen Abläufe. Zuerst sei folgende Ausgangslage angenommen: der OR-Ausgang des ersten OR/NOR-Gatters 1 schaltet gerade auf High-Potential und der OR-Ausgang des zweiten OR/NOR-Gatters 2 gerade auf Low-Potential. Vor dem Umschaltmoment lag gerade die umgekehrte Polarität an, so daß auch über dem Kondensator 11 die Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgangs-High-Pegel und dem Eingangs-Low-Pegel der ECL-Gatter lag. Im Moment des Utnschaltens kann sich die Spannung über dem Kondensator 11 nicht sprunghaft ändern. Es wird deswegen auch die Spannung am OR-Ausgang des zweiten Gatters 2 mit zu positiven Werten gezogen. Da diese Spannung wesentlich über dem Low-Ausgangspegel eines ECL-Schaltkreises liegt, ist der OR-Ausgang des zweiten Gatters 2 praktisch nichtleitend/ d. h. der Kondensator 11 kann sich nur über die Konstantstromquelle 10 entladen. Dieses geschieht in Abhängigkeit von der Größe des Kondensators 11 und des Konstantstroms wesentlich langsamer als das übliche Umschalten eines ECL-Gatters. Die Spannung am OR-Ausgang des zweiten Gatters 2 sinkt also nur langsam ab und erreicht schließlich den Low-Eingangspegel UIL des zweiten NOR-Gatters 8, wobei vorausgesetzt wird, daß der dritte Steuereingang e3 auf Low liegt (Fig. 2b). In diesem Moment schaltet das zweite NOR-Gatter 8, d. h. der Setzeingang eS geht auf High-Potential, und damit schaltet auch das zweite OR/NOR-Gatter 2 um.

An seinem OR-Ausgang entsteht High-Potential. Der gleichzeitig entstehende Low-Pegel am NOR-Ausgang, der zum ersten OR/NOR-Gatter 1 rückgekoppelt wird, schaltet das erste OR/NOR-Gatter 1 um, da am Rücksetzeingang eR ebenfalls Low-Potential liegt. Das am NOR-Ausgang des ersten OR/NOR-Gatters 1 entstehende High-Signal wird zum zweiten OR/NOR-Gatter 2 rückgekoppelt und hält den gerade eingestellten Zustand stabil. Es wiederholt sich nun der gleiche Vorgang auf der anderen Seite des Flipflop 1, 2. Für eine sichere Funktion der Schaltung tritt noch ein Laufzeitproblem auf. Mit dem Umschalten des OR-Ausgangs des zweiten OR/NOR-Gatters 2 auf High-Pegel schaltet auch das zweite NOR-Gatter 8 wieder auf Low-Pegel (Fig. 2c). Die vom ersten OR/NOR-Gatter 1 kommende L/H-Flanke muß deswegen eher am zweiten OR/NOR-Gatter 2 sein als die vom zweiten NOR-Gatter 8 kommende H/L-Flanke (tLZ > 0). Die Laufzeit der beiden OR/NOR-Gatter 1, 2 muß deshalb kürzer sein als die Laufzeit über die zweiten OR/NOR- und NOR-Gatter 2/8 bzw. die ersten OR/NOR- und NOR-Gatter 1, 7. Man erreicht das einfach, indem man die Laufzeit über die NOR-Gatter 7, 8 vergrößert. Dazu gibt es drei Möglichkeiten:

a) Widerstand 5 und 6 ^Widerstand 3 und 4,

b) es wird eine zusätzliche Kapazität von den Ausgängen der NOR-Gatter 7, 8 nach Masse geschaltet,

c) Reihenschaltung von nichtnegierenden Gattern mit den NOR-Gattern 7, 8.

Hierbei haben die ersten beiden Maßnahmen den Vorteil, daß sie im wesentlichen nur eine Verflachung der H/L-Flanke am Ausgang der NOR-Gatter 7, 8 bewirken und damit nur zu einer geringfügigen Beeinträchtigung der erreichbaren Höchstfrequenz führen. Die Verwendung von ECL-Gattern bietet weiterhin eine elegante Möglichkeit, verschiedene Steuermöglichkeiten vorzusehen. Durch Anlegen eines High-Pegels an d.en dritten Steuereingang e3 läßt sich das Oszillieren unterdrücken/ denn der Setz- und Rücksetzeingang eS, eR liegen dann auf Low-Pegel und sind damit unwirksam. In diesem Fall läßt sich über die Steuereingänge el und e2 ein beliebiger Flipflop-Zustand einstellen.

Somit hat man mit diesen drei Steuereingängen el ... e3 die Möglichkeit/ auf einfache Weise einen Start-Stop-Oszillator zu realisieren. Der Oszillator kann in einer beliebigen, aber bestimmten Lage angehalten und ebenfalls aus einer definierten Lage gestartet werden. Durch die Verwendung steuerbarer Konstantstromquellen 9, 10, z. B. Stromspiegelschaltungen, kann man über die Steuerspannung UST in weiten Bereichen die Oszillatorfrequenz variieren. Da bei Konstantstromquellen die Ladung des Kondensators bis auf einen geringen Bereich im Umschaltmoment linear erfolgt, besteht auch nahezu Linearität zwischen der Steuerspannung und der Frequenzänderung.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   Oszillatorschaltung mit steuerbarer Frequenz, welche ein RS-Flipflop und einen Kondensator aufweist, wobei das RS-Flipflop durch ECL-Gatter realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden wahren Ausgänge der das RS-Flipflop bildenden OR/NOR-Gatter (1, 2) der Kondensator (11) geschaltet ist, der wechselseitig durch Konstantstromquellen (9, 10) umgeladen wird, daß die wahren Ausgänge des RS-Flipflop auf zwei weitere NOR-Gatter (7, 8) in ECL-Technik geschaltet sind, deren zweite Eingänge miteinander verbunden einen Steuereingang (e3) darstellen, wobei die Ausgänge dieser NOR-Gatter (7, 8) den Setz- und Rücksetzeingang (eS, eR) des RS-Flipflop darstellen.

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