DE10107176A1

DE10107176A1 - Verfahren zum Aufbau einer Oszillatorvorrichtung und elektronische Oszillatorvorrichtung...

Info

Publication number: DE10107176A1
Application number: DE2001107176
Authority: DE
Inventors: Imre Hipp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorvorrichtung (2) und ein Verfahren zu ihrem Aufbau. Die Oszillatorvorrichtung (2) weist eine Oszillatorschaltung (4) und eine Abstimmschaltung (3) auf, wobei die Abstimmschaltung (3) ein Kapazitätsbauelement (C1, C2) und ein Induktivitätsbauelement (L1) enthält und mit der Oszillatorschaltung (4) verbunden ist. Das Verfahren sieht vor, ein Kapazitätsbauelement (C1, C2) und/oder Induktivitätsbauelement (L1) der Abstimmschaltung (3) auszuwählen, jeweils eine charakteristische Größe des ausgewählten Bauelements (C1, C2, L1) zu messen und das ausgewählte Bauelement in die Abstimmschaltung (3) einzusetzen, wenn die jeweilige charakteristische Größe innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches liegt. Bei der Oszillatorvorrichtung (2) ist vorgesehen, dass die Bauelemente der Oszillatorschaltung (4) und/oder der Abstimmschaltung (3) so aufeinander abgestimmt sind, um eine Schwingfrequenz zu erreichen, die um einen vorbestimmten Betrag oberhalb oder unterhalb der vorbestimmten Schwingfrequenz liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau einer Oszil latorvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Oszillatorvorrichtung mit einer Oszillatorschaltung und einer Abstimmschaltung nach dem Oberbegriff des Patent anspruches 13, eine Leiterplatte mit einer diskret aufgebau ten Oszillatorschaltung nach Patentanspruch 15 und einer spannungsgesteuerten Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 19.

Bei der Herstellung von hochfrequenten Oszillatoren ist der Abgleich des Oszillators auf eine Schwingfrequenz besonders schwierig. Insbesondere bei einem integrierten Aufbau einer solchen Schaltung ist es nach der Herstellung der Schaltung nur noch durch externe Beschaltung möglich, die Schwing frequenz einzustellen. Eine Einstellung anderer Parameter ist nach der Herstellung nicht mehr möglich. Insbesondere durch die Bauelementschwankungen bei einer integrierten Aufbauweise lassen sich daher die Parameter eines Oszillators nur ungenau festlegen. Insbesondere treten diese Schwierigkeiten bei spannungsabhängigen Oszillatoren zu Tage, bei denen eine Ein stellung der Parameter Mittelfrequenz und Ziehbereich beson dere Maßnahmen erfordert.

Darüber hinaus sind diskret aufgebaute Oszillatorschaltungen besonders anfällig gegenüber elektromagnetischer Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung wirkt insbesondere auf die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Bauteilen des Oszillators, wodurch Parameter wie z. B. die Schwingfrequenz erheblich beeinträchtig werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Oszillator, eine verbesserte Leiterplatte mit einer Oszillatorschaltung und ein verbessertes Verfahren zum Aufbau eines Oszillators zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Aufbau einer Oszillatorvorrichtung nach Anspruch 1, eine Oszillator vorrichtung nach Anspruch 13, die Leiterplatte nach Anspruch 15 und die spannungsgesteuerte Oszillatorvorrichtung nach An spruch 19 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass bei einer Oszillatorvorrichtung, die eine Oszillatorschaltung und eine Abstimmschaltung aufweist, eines oder mehrere Bauelemente der Abstimmschaltung ausgewählt und deren charakteristische Größe vermessen werden. Die Abstimmschaltung weist mindestens ein Kapazitätsbauelement und/oder mindestens ein Induktivitäts bauelement auf. Das ausgewählte Bauelement bzw. die ausge wählten Bauelemente werden nur dann in die Oszillator schaltung eingesetzt, wenn die jeweilige charakteristische Größe innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches bezüg lich des Nennwerts der charakteristischen Größe des ausge wählten Bauelements liegt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein zulässiger Toleranzbereich der jeweiligen charak teristischen Größe eines Bauelements entsprechend ihrem Ein fluss auf einen oder mehrere Parameter der Gesamtschaltung abgestimmt werden kann. Auf diese Weise lässt sich insbe sondere bei einer Stückzahlproduktion des Oszillators die Schwankungsbreite der Parameter der Gesamtschaltung, insbe sondere die Schwingfrequenz des Oszillators, reduzieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Oszillator ganz oder teilweise diskret aufgebaut wird. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die einzelnen Bau elemente zueinander passend ausgewählt werden können, so dass man in engen Toleranzen einen Oszillator mit bestimmten Para metern schaffen kann. Zum anderen ermöglicht der diskrete Aufbau eine größere Belastbarkeit eines Ausgangs des Oszilla tors gegenüber einem integrierten Aufbau.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann weiterhin vorge sehen sein, dass die Abstimmschaltung der Oszillatorvor richtung eine Kapazitätsdiode umfasst. Auf diese Weise er reicht man, dass die Schwingfrequenz der Oszillatorvor richtung spannungsabhängig wird, um so einen spannungsab hängigen Oszillator zu schaffen. Ebenso wie bei den Bau elementen der Abstimmschaltung kann auch die Kapazitätsdiode gemäß ihres Toleranzbereichs um ihren Nennwert ausgewählt werden.

Insbesondere durch die vorherige Vermessung der Kapazitäts diode kann man den ungünstigen Einfluss der üblicherweise relativ hohen Kapazitätsstreuung von Kapazitätsdioden ver ringern, indem nur die entsprechend des vorbestimmten Toleranzbereiches selektierten Kapazitätsdioden in die Oszil latorschaltung eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Ver fahrens kann vorgesehen sein, dass die Bauelemente der Oszil latorvorrichtung so gewählt werden, dass die Schwingfrequenz des Oszillators von einer gewünschten Schwingfrequenz um ei nen bestimmten Betrag abweicht. Der bestimmte Betrag ent spricht dabei vorzugsweise der Hälfte der Abweichung der effektiven charakteristischen Größe des Induktivitätsbau elements, die durch den Einfluss der Einbaulage dieses Bau elements, insbesondere bei einer stehenden HF-Zylinderspule, bewirkt wird. Dadurch erreicht man den Vorteil, dass der Ein fluss der Einbaulage gegenüber der Schwingfrequenz sym metriert wird, d. h. dass die Frequenzabweichung von bei spielsweise ca. 2% aufgrund der unterschiedlichen Einbaulage des Induktivitätsbauelements nach der Symmetrierung nur noch ±1% beträgt. Dies hat den Vorteil, dass beim Einbau des In duktivitätsbauelements in die Schaltung, z. B. bei der Stück zahl-Produktion der Oszillatorvorrichtung, nicht darauf geachtet werden muss, welche Einbaulage, d. h. Polarität, das Induktivitätsbauelement aufweist.

Erfindungsgemäß ist weiterhin eine elektronische Oszillator vorrichtung mit einer Oszillatorschaltung und einer Abstimm schaltung vorgesehen. Die Abstimmschaltung enthält mindestens ein Kapazitätsbauelement und mindestens ein Induktivitätsbau element, die jeweils mit der Oszillatorschaltung verbunden sind. Die Oszillatorschaltung ist dazu bestimmt, mit einer vorbestimmten Schwingfrequenz betrieben zu werden. Die Nenn werte der Bauelemente der Oszillatorschaltung und/oder der Abstimmschaltung sind so gewählt, um eine Schwingfrequenz zu erreichen, die um einen vorbestimmten Betrag oberhalb oder unterhalb der vorbestimmten Schwingfrequenz liegt.

Dadurch kann auf einfache Weise eine Oszillatorvorrichtung mit einer Schwingfrequenz geschaffen werden, die trotz des Einflusses einer unterschiedlichen Einbaulage eines Bau elementes in geringerem Maße von der vorbestimmten Schwing frequenz abweicht, als es bei einer exakten Einstellung der Schwingfrequenz der Oszillatorschaltung der Fall wäre. Beson ders vorteilhaft ist es, wenn der vorbestimmte Betrag etwa dem halben Wert einer Abweichung der Schwingfrequenz der Oszillatorvorrichtung aufgrund einer unterschiedlichen Ein baulage des Induktivitätsbauelementes entspricht. Auf diese Weise wird der Einfluss der Einbaulagen auf die Schwing frequenz symmetriert, wodurch die Abweichung der Schwing frequenz aufgrund unterschiedlicher Einbaulagen im Wesent lichen halbiert wird.

Erfindungsgemäß ist eine Leiterplatte vorgesehen, die eine mit diskreten Bauelementen in einem Schaltungsbereich der Leiterplatte aufgebauten Oszillatorvorrichtung aufweist. Die Leiterplatte umfasst mehrere Metallisierungslagen. Innerhalb der Leiterplatte befindet sich eine Ringstruktur, die auf ei nem definierten Potential liegt. Die Ringstruktur ist in der Leiterplatte so angeordnet, dass sie im wesentlichen den Schaltungsbereich umschließt. Sie erstreckt sich über min destens eine Metallisierungslage innerhalb der Leiterplatte, so dass die Ringstruktur einen etwa zylinderförmigen Raum bereich innerhalb der Leiterplatte definiert, in dem Verbin dungsleitungen der Bauelemente der Oszillatorschaltung ge führt sind.

Dadurch erreicht man den Vorteil, dass die Verbindungslei tungen der Bauelemente der Oszillatorschaltung, die innerhalb der Ringstruktur geführt sind, im wesentlichen vor störender elektromagnetischer Strahlung geschützt sind. Solche elektro magnetische Strahlung kann beispielsweise von benachbarten Schaltungen ausgesendet werden, die ebenfalls mit hoch frequenten Signalen arbeiten. Vorzugsweise ist das definierte Potential der Ringstruktur ein Massepotential.

Innerhalb der Ringstruktur ist eine Metallisierungslage als Potentialinsel ausgeführt, die von dem ersten Potential der Ringstruktur isoliert ist und die mit einem festen Potential mit der Oszillatorschaltung verbunden ist. Auf diese Weise erreicht man ein geschütztes Versorgungsspannungspotential, das von äußeren elektromagnetischen Einflüssen geschützt ist, so dass unerwünschtes Signalübersprechen auf die Versorgungs spannungsleitung möglichst vermieden werden kann.

An einem Ende des durch die Ringstruktur gebildeten zylinder förmigen Raumbereichs befindet sich eine Metallstruktur, die den zylinderförmigen Raumbereich abschließt. Dadurch wird das innere des zylinderförmigen Abschnittes vor Einflüssen von der dem Ende zugewandten Seite der Leiterplatte geschützt.

Erfindungsgemäß ist weiterhin eine spannungsgesteuerte Oszil latorvorrichtung mit einer Oszillatorschaltung und einer Kapazitätsdiode vorgesehen, wobei die Kapazitätsdiode so ge schaltet ist, dass die Schwingfrequenz der Oszillatorvor richtung von einer Eingangsspannung an einem Eingang der Oszillatorschaltung abhängt. Es ist weiterhin eine Eingangsschaltung vorgesehen, die an den Eingang der Oszillatorschal tung angeschlossen ist, wobei die Eingangsschaltung einen Pull-up Widerstand aufweist, der mit einem Anschluss mit dem Eingang und mit einem weiteren Anschluss mit einem höheren Versorgungsspannungspotential verbunden ist. Auf diese Weise kann der Ziehspannungsbereich des spannungsgesteuerten Os zillators, d. h. der Eingangsspannungsbereich, in dem die Ein gangsspannung variiert wird, um die Schwingfrequenz des Oszillators einzustellen, erweitert werden, wenn das Ver sorgungsspannungspotential größer ist als das größtmögliche am Eingang der Oszillatorvorrichtung anliegende Eingangs potential. Durch den Pull-up Widerstand wird erreicht, dass der Eingangsspannungsbereich durch das höhere Versorgungs spannungspotential und das Massepotential gebildet wird. Der Pull-up Widerstand arbeitet dabei vorzugsweise als ein Ar beitswiderstand für eine am Eingang der spannungsgesteuerten Oszillatorvorrichtung angeschlossene Tristate-Treiberstufe, Open-Collector- bzw. Open-Drain-Schaltung einer Steuerschal tung, die je nach gewünschtem Schaltzustand das Versorgungs spannungspotential oder das Massepotential an den Eingang der spannungsgesteuerten Oszillatorvorrichtung anlegt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines spannungsgesteuerten Oszillators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Leiter platte, auf der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung realisiert ist.

Fig. 1 zeigt einen spannungsgesteuerten Oszillator 2 zwischen einer Filterschaltung 1, die ein Steuerspannungssignal an ei nem Eingang E filtert, so dass das gefilterte Steuerspan nungssignal an einem Eingang E' des spannungsgesteuerten Oszillators 2 im Wesentlichen keine Wechselspannungsanteile enthält. Die Filterschaltung 1 kann dazu beispielsweise einen ein- oder mehrstufigen Tiefpassfilter enthalten.

Der spannungsgesteuerte Oszillator 2 weist im Wesentlichen eine Varaktordiode V1 (Kapazitätsdiode), einen Abstimmschalt kreis 3 und einen Collpitts-Oszillator 4 auf. Der Abstimm schaltkreis 3 bildet zusammen mit der Varaktordiode V1 einen Teil eines Schwingkreises, durch den die Schwingfrequenz des spannungsabhängigen Oszillators 2 bestimmt wird. Es ist selbstverständlich, dass nicht notwendigerweise ein Collpitts-Oszillator 4 verwendet werden muss. Der Collpitts- Oszillator zeichnet sich jedoch durch eine besonders günstige Frequenzselektivität und Störunempfindlichkeit aus. So sind allgemein auch andere Oszillatorarten denkbar, wobei jedoch Abstimmschaltkreis 3 und Varaktordiode V1 als Teil des Schwingkreises eingesetzt sein sollten, um die vorgesehenen Einstellungen von z. B. Mittenfrequenz und Drehbereich des Oszillators vornehmen zu können.

Die Varaktordiode V1 ist mit einem ersten Anschluss mit dem Ausgang der Filterschaltung 1 verbunden. Ein zweiter An schluss der Varaktordiode V1 ist mit einem Massepotential V₀ verbunden. Ebenfalls mit dem Ausgang der Filterschaltung 1 ist ein Eingang der Abstimmschaltung 3 verbunden. Die Ab stimmschaltung 3 weist einen Kondensator C1 auf, dessen erster Anschluss mit dem Ausgang der Filterschaltung 1 und dessen zweiter Anschluss mit dem Massepotential V₀ verbunden ist. Ebenfalls mit dem Ausgang der Filterschaltung 1 ist ein zweiter Kondensator C2 verbunden, an dessen zweiten Anschluss eine Spule L1 mit einem ersten Anschluss angeschlossen ist.

Der Collpitts-Oszillator 4 wird durch Kondensatoren C3, C4, einen Transistor T1 und den ersten, zweiten und dritten Widerstand R1, R2, R3 gebildet. Der Transistor T1 ist vor zugsweise ein Bipolar-Transistor. Ein Basiseingang T1B des Transistors T1 ist mit dem zweiten Anschluss der Spule L1 verbunden.

Ebenfalls mit dem zweiten Anschluss der Spule L1 ist ein erster Anschluss eines dritten Kondensators C3 verbunden. Der zweite Anschluss des dritten Kondensators C3 ist mit einem Emitter-Anschluss T1E des Transistors T1, mit einem ersten Anschluss eines dritten Widerstands R3 und mit einem ersten Anschluss eines vierten Kondensators C4 verbunden. Der zweite Anschluss des dritten Widerstands R3 sowie der zweite An schluss des vierten Kondensators C4 ist an das Massepotential V₀ angeschlossen. An einen Kollektor-Anschluss T1C des Tran sistors T1 ist eine Versorgungsspannung Vvers angelegt. Zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss Vvers und dem Ba siseingang des Transistors T1B ist ein erster Widerstand R1 geschaltet und zwischen dem Basisanschluss TIB und dem Masse potential V₀ liegt ein zweiter Widerstand R2, der mit dem ersten Widerstand R1 einen Spannungsteiler bildet, um die Kollektor-Basisspannung einzustellen. Über den dritten Wider stand R3 wird dann entsprechend der Kollektor-Basisspannung der Emitterstrom eingestellt.

Der Ausgang der Oszillatorschaltung entspricht dem Emitter- Anschluss T1E des Transistors T1 und ist mit einer nachge schalteten Verstärkerschaltung 5 verbunden. Am Ausgang A der Verstärkerschaltung 5 liegt eine Schwingung an, deren Fre quenz abhängig von der am Eingang E anliegenden Spannung ge steuert ist. Diese Schwingung kann z. B. als Taktsignal ver wendet werden.

Die Spannungsabhängigkeit des Oszillators 2 wird im Wesent lichen durch die Varaktordiode V1 hervorgerufen, deren Kapa zität sich mit der anliegenden Sperrspannung ändert. Der Schwingkreis des Collpitts-Oszillators 4 wird durch die Varaktordiode V1 mit der dazu parallel geschalteten Kapazität des ersten Kondensators C1, die als Shunt-Kapazität arbeitet, durch die Spule L1 und durch den zweiten, dritten und vierten Kondensator C2, C3, C4 gebildet. Der Transistor T1 ist im Kollektorbetrieb geschaltet, wobei der erste und zweite Widerstand R1, R2 einen Spannungsteiler darstellen, der den Arbeitspunkt des Transistors T1 definiert.

Die Oszillatorschaltung 4 wird vorzugsweise mit einem diskre ten HF-Transistor diskret aufgebaut. Dadurch kann im Schwing kreis eine wesentlich höhere Amplitude erreicht werden als mit einem integrierten Aufbau, was die Robustheit dieser Schaltung gegen Störeinflüsse wesentlich verbessert. Der Transistor T1 ist im Kollektorbetrieb geschaltet, wodurch man durch den Entkopplungseffekt aufgrund der kapazitiven Aus kopplung im Basiskreis hohe Güten, ein sicheres Anschwingen sowie eine gute Immunität gegen eine Parameterstreuung des Transistors erreicht.

Der Emitter-Anschluss T1E des Transistors T1 ist mit einer Verstärkerschaltung verbunden, die das Oszillatorsignal mög lichst lastunabhängig und rückwirkungsfrei auskoppelt. Vor teilhaft wird ein Doppeltransistor eingesetzt, der in in tegrierter Form den Oszillatortransistor T1 und den Ver stärkungstransistor (nicht gezeigt) im Verstärkerschaltkreis zur Verfügung stellt. Dadurch kann die Länge für Ver bindungsleitungen zwischen den Transistoren reduziert werden, wodurch sich Störeinflüsse reduzieren lassen.

Der Eingang der Filterschaltung ist mit einem ersten An schluss eines Pull-up Widerstandes R4 verbunden, der zweite Anschluss des Pull-up Widerstandes R4 ist mit einem hohen Versorgungsspannungspotential VHP verbunden. Ebenfalls mit dem zweiten Anschluss des Pull-up Widerstandes R4 ist ein erster Anschluss eines fünften Kondensators C5 verbunden. Der zweite Anschluss des fünften Kondensators C5 liegt auf dem Massepotential V₀. Das hohe Versorgungsspannungspotential VHP ist vorzugsweise so gewählt, dass der Wert über dem möglichen Potential der Eingangsspannung der Filterschaltung liegt. Der Pull-up Widerstand R4 arbeitet dabei vorzugsweise als ein Arbeitswiderstand für eine am Eingang der spannungsgesteuer ten Oszillatorvorrichtung angeschlossene Tristate-Treiber schaltung, Open-Collector- bzw. Open-Drain-Schaltung einer Phasendetektorschaltung (im Fall, dass die spannungsge steuerte Oszillatorvorrichtung in einer PLL eingesetzt ist), die je nach gewünschtem Schaltzustand das Versorgungs spannungspotential VHP oder das Massepotential V₀ an den Ein gang der spannungsgesteuerten Oszillatorvorrichtung anlegt. Durch den Pull-up Widerstand R4 in Verbindung mit dem verwen deten hohen Versorgungsspannungspotential VHP wird somit der Bereich vergrößert, in dem die Eingangsspannung der Oszilla torschaltung 2 variiert werden kann.

Im unteren Ziehbereich des spannungsgesteuerten Oszillators erhält man eine nicht lineare Ziehsteilheit, die maßgeblich von der niedrigen Sperrspannung an der Varaktordiode V1 her vorgerufen wird. Insbesondere bei Ziehspannungen unter 1 Volt findet eine Kapazitätsverschiebung an der Varaktordiode V1 statt. Aufgrund der relativ großen Sinuspegel an der Varak tordiode V1 entsteht eine hochfrequente Modulation der nie derfrequenten Ziehspannung. Durch die starke Nichtlinearität der Diodencharakteristik bewirkt die untere Hälfte der Sinus schwingung eine größere Kapazitätsverschiebung als die obere. Im Mittel verschiebt sich dadurch der Arbeitspunkt in der Diodencharakteristik nach unten. Um diesen Effekt zu vermei den, wird die Sperrspannung der Kapazitätsdiode erhöht, indem das obere Ziehspannungspotential auf z. B. 5 Volt (VHP) erhöht wird. Dies wird durchgeführt, indem der Eingang E über den Pull-up Widerstand R4 mit dem Versorgungsspannungspotential VHP verbunden ist, welches über der Versorgungsspannung Vvers der Oszillatorvorrichtung 2, z. B. 3,3 Volt, liegt. Auf diese Weise wird der Mindestziehbereich des spannungsgesteuerten Oszillators in Richtung höhere Ziehspannungswerte verlegt. Dadurch kann eine lineare Strecke der Ziehsteilheitskurve be nutzt werden.

Beim Aufbau der Oszillatorschaltung werden insbesondere auf die Varaktordiode V1, der erste und zweite Kondensator C1, C2 und die Spule L1 besondere Anforderungen hinsichtlich deren Toleranzen gestellt, da diese Bauelemente die Mittenfrequenz des spannungsabhängigen Oszillators in besonderem Maße beein flussen können.

In der oben stehenden Tabelle ist der Einfluss des ersten und zweiten Kondensators C1, C2 der Spule L1 des Transistors T1 und der Kapazitätsdiode V1 auf die Schwingungsfrequenz ange geben. Die Summe der Toleranzen bewirkt somit eine maximale Frequenzabweichung von ±4,5%.

Vor dem Einbau der Bauteile wird ein Auswahlverfahren durch geführt. Es werden beispielsweise nur Bauteile für den Einbau ausgewählt, die Toleranzen gegenüber den Sollwerten aufwei sen, wie sie in nachfolgender Tabelle angegeben sind:

Eine Reduzierung der Bauteiltoleranzen des ersten und zweiten Kondensators C1, C2 auf ±1%, der Spule L1 auf ± 2% und der Kapazitätsdiode V1 auf ca. ±3, 3% (bei Arbeitspunkt -1 V und vorselektiert beim jeweiligen Hersteller) bewirkt, dass die maximale Frequenzabweichung nun nur noch ca. ±2% der Mitten frequenz beträgt. Der diskrete Aufbau der Schaltung ermög licht es somit, die Bauteile vor dem Einbau in die Schaltung zu vermessen und entsprechend ihren Abweichungen auszuwählen.

In Fig. 2 ist beispielhaft ein Querschnitt durch eine Lei terplatte Layout-Schaltung einer möglichen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei Hochfrequenz-Oszillatoren muss auf das Layout besonders geachtet werden, da die parasitären Effekte auf der Leiterplatte wie z. B. Signalverkopplungen, parasitäre Kapazitäten von Leitungen und Bauteilepads gegen Potentiallagen oder ähnliches die Schwingfrequenz des Oszil lators 2 drastisch beeinflussen können. Um eine universelle Einsetzbarkeit in diverse Leiterplatten zu ermöglichen, muss das Layout unbedingt festgelegt und jeweils identisch ausge führt werden, um im wesentlichen gleiche Parameter der Oszil latorschaltungen in einer Stückzahlproduktion zu erhalten. Um Störeinkopplungen über die VCO-Steuerspannung zu reduzieren, müssen bei einer zweistufigen Filterschaltung 1 die beiden Stufen getrennt platziert werden. Die erste Stufe muss unmit telbar am Phasendetektor, die zweite im Bereich des VCO pla ziert werden.

Um die Reproduzierbarkeit des spannungsgesteuerten Oszilla tors und die gewünschte Genauigkeit zu gewährleisten, sind für die Leiterplatte und die Bestückung folgende Maßnahmen vorgesehen:

- Die diskret aufgebaute Schaltung befindet sich nur auf ei ner Seite der Leiterplatte.
- Es ist eine Massering-Struktur zum Schutz des Oszillators vor Fremdsignalen aus anderen Lagen vorgesehen.
- Innerhalb der Massering-Struktur ist eine Potentialinsel zur definierten Potentialhaltung vorgesehen.
- Es ist eine mit Masse verbundene Metallisierungslage unterhalb der Massering-Struktur bzw. der Potentialinsel vorgesehen, um die Schaltung von unten zu schirmen.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Leiter platte, um die Maßnahmen zum Schirmen der diskret aufgebauten spannungsgesteuerten Oszillatorschaltung 2 darzustellen. Es ist im Querschnitt eine Leiterplatte 10 mit zehn Leiterbahn lagen A1-A10 gezeigt, die im Bereich der spannungsgesteuer ten Oszillatorschaltung 2 einen Massering 11 vorsieht, der den innerhalb des Masserings 11 liegenden Bereich vor äußeren Störeinflüssen schützt. Eine Potentialinsel 12 ist in der Leiterbahnlage A8 vorgesehen und dient dazu, einen größeren und definierten Abstand der Potentiallage bezogen auf die hochfrequenten Bauteile zu erreichen. Dadurch wird der Layout-Einfluss auf das Verhalten des spannungsgesteuerten Oszillators 2 minimiert und gleichzeitig dafür gesorgt, dass die Toleranzen der Leiterplatte 10 einen geringeren Einfluss auf die Mittenfrequenz haben. Die Kontaktierung der Poten tialinsel 12 erfolgt direkt von einem Potentialpunkt in der hochfrequenten Oszillatorschaltung 2. Die Potentialinsel 12 kann z. B. auch als Masseinsel ausgestaltet sein, die mit ei nem Massepotential der hochfrequenten Oszillatorschaltung verbunden ist. Vorzugsweise beträgt der Abstand der Poten tialinsel 12 zur Oszillatorschaltung 2 mindestens 0,8 mm. Un terhalb der Potentialinsel 12 ist ein Abschirmdeckel 13 in der Leiterbahnlage A9 vorgesehen, der den spannungsgesteuer ten Oszillator 2 von unten schirmt und somit die Führung von Fremdsignalen auf den restlichen Leiterbahnlagen (in diesem Fall Leiterbahnlage A10) in diesem Bereich erlaubt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, Leiterplatten mit ei ner verschiedenen Anzahl von Leiterbahnlagen vorzusehen.

Durch die beschriebenen Maßnahmen lässt sich der Einfluss des Layouts auf die maximale Frequenzabweichung auf ±0,5% und insbesondere der Eigen-Jitteranteil bei der Taktsignaler zeugung auf ca. 100 ps reduzieren.

Beim diskreten Aufbau einer solchen Schaltung stellt man fest, dass die Einbaulage der verwendeten Spule L1 einen re lativ starken Einfluss auf die Mittenfrequenz der Oszilla torvorrichtung aufweist. Beim Aufbau einer solchen Schaltung gemäß dem Layout in Fig. 2A beträgt die Frequenzänderung bei spielsweise 2% der Schwingfrequenz. Um eine möglichst geringe Abweichung von der gewünschten Sollfrequenz des Oszillators 2 zu erreichen, ist es sinnvoll, den Schwingkreis so zu dimen sionieren, dass der Einfluss der Einbaulage der Spule symmetriert wird. Dies hat den Vorteil, dass in der Fertigung die Einbaulage der Spule L1 nicht kontrolliert werden muss. Die Symmetrierung des Einflusses der Einbaulage der Spule L1 wird durchgeführt, indem zunächst die maximale Frequenzabweichung durch die unterschiedlichen Einbaulagen vermessen wird und anschließend der Schwingkreis der Oszillatorschaltung so be messen wird, dass man die Schwingfrequenz auf einen Wert be rechnet, der um einen bestimmten Wert unter- oder oberhalb der Sollschwingfrequenz liegt. Der bestimmte Wert entspricht einem Frequenzunterschied, der etwa der Hälfte des durch die unterschiedlichen Einbaulagen hervorgerufenen Frequenzunter schiedes beträgt. Auf diese Weise erhält man bei der diskret aufgebauten Schaltung entweder eine Abweichung von etwa -1% oder von +1%, je nachdem, in welche Einbaulage die Spule eingebaut worden ist.

Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirk lichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Filterschaltung

2

Spannungsgesteuerter Oszillator

3

Abstimmschaltung

4

Oszillatorschaltung

5

Verstärkerschaltung
C1 erster Kondensator
C2 zweiter Kondensator
C3 dritter Kondensator
C4 vierter Kondensator
C5 fünfter Kondensator
V1 Varaktordiode
L1 Spule
R1 erster Widerstand
R2 zweiter Widerstand
R3 dritter Widerstand
R4 Pull-up Widerstand
T1 Transistor
Vvers Versorgungsspannung
VHP hoher Versorgungsspannungspotential
E Eingang
E' Filterschaltungsausgang
A Ausgang

10

Leiterplatte

11

Massering

12

Potentialinsel

13

Abschirmdeckel
A1-A10 Leiterbahnlagen

Claims

1. Verfahren zum Aufbau einer Oszillatorvorrichtung (2), die eine Oszillatorschaltung (4) und eine Abstimmschaltung (3) aufweist,
wobei die Abstimmschaltung (3) mindestens ein Kapazitätsbau element (C1, C2) und/oder mindestens ein Induktivitätsbau element (L1) enthält und mit der Oszillatorschaltung (4) ver bunden ist,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Auswählen von mindestens einem Kapazitätsbauelement (C1, C2) und/oder Induktivitätsbauelement (L1) der Abstimmschaltung (3);
Messen von jeweils einer charakteristischen Größe des ausge wählten Bauelements (C1, C2, L1) bzw. der ausgewählten Bau elemente (C1, C2, L1);
Einsetzen des ausgewählten Bauelements (C1, C2, L1) bzw. der ausgewählten Bauelemente (C1, C2, L1) in die Abstimmschaltung (3), wenn die charakteristische Größe innerhalb eines vorbe stimmten Toleranzbereiches um den Nennwert der charakteristi schen Größe des ausgewählten Bauelements (C1, C2, L1) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmschaltung (3) der Oszillatorvorrichtung (2) einen Kondensator als ein Kapazitätsbauelement (C1, C2) umfasst.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorvorrichtung (2) ganz oder teilweise diskret aufgebaut wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (4) eine Collpitts- Oszillatorschaltung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (4) ein Kapazitätsbauelement (C3, C4) umfasst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Toleranzbereich kleiner ist als der Nenn-Toleranzbereich des Bauelements.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Toleranzbereich von dem Kapazitätsbauelement (C1, C2) kleiner gleich 1% beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Toleranzbereich des In duktivitätsbauelementes (L1) kleiner gleich 2% beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmschaltung der Oszillatorvorrichtung (2) eine Kapazitätsdiode (V1) umfasst.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapazitätsbauelement (C1) parallel zu der Kapazitätsdiode (V1) geschaltet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Toleranzbereich der Parallelschaltung zwischen der Kapazitätsdiode (V1) und dem Kapazitätsbau element (C1) kleiner gleich 5% beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Auswahl von Bauteilparametern eine Mittenfrequenz der Oszillatorvorrichtung (2) abweichend von einer gewünschten Mittenfrequenz gewählt wird, um den Einfluss der Einbaulage des Induktivitätsbauelementes (L1) auf die Mittenfrequenz zu symmetrieren.

13. Elektronische Oszillatorvorrichtung (2) mit einer Oszillatorschaltung (4) und einer Abstimmschaltung (3),
wobei die Abstimmschaltung (3) mindestens ein Kapazitätsbau element (C1, C2) und mindestens ein Induktivitätsbauelement (L1) enthält und mit der Oszillatorschaltung (4) verbunden ist,
wobei die Oszillatorvorrichtung (2) bestimmt ist, mit einer vorbestimmten Schwingfrequenz betrieben zu werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nennwerte der Bauelemente der Oszillatorschaltung (4) und/oder der Abstimmschaltung (3) so gewählt sind, um eine Schwingfrequenz zu erreichen, die um einen vorbestimmten Betrag von der vorbestimmten Schwingfrequenz abweicht.

14. Oszillatorvorrichtung (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Betrag etwa einer halben Abweichung der Schwingfrequenz der Oszillatorvorrichtung (2) entspricht, wobei die Abweichung der Schwingfrequenz durch unterschiedliche Einbaulagen des Induktivitätsbauelementes (L1) bewirkt wird.

15. Leiterplatte (10) mit einer mit diskreten Bauelementen in einem Schaltungsbereich der Leiterplatte (10) aufgebauten Oszillatorvorrichtung (2), wobei die Leiterplatte (10) mehrere Metallisierungslagen (A1 bis A10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb der Leiterplatte (10) eine Ringstruktur (11) befindet, die auf einem definierten Potential liegt, wobei die Ringstruktur (11) in der Leiterplatte (10) so ange ordnet ist, dass sie im wesentlichen den Schaltungsbereich umschließt und sich über mindestens eine Metallisierungslage (A1 bis A10) innerhalb der Leiterplatte (10) erstreckt, so dass die Ringstruktur (11) einen zylinderförmigen Raumbereich innerhalb der Leiterplatte (10) definiert, in dem Verbin dungsleitungen der Bauelemente der Oszillatorschaltung (2) geführt sind.

16. Leiterplatte (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das definierte Potential ein Massepotential ist.

17. Leiterplatte nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Ringstruktur (11) eine Metallisierungslage als Potentialinsel (12) ausgeführt wird, die von dem ersten Potential der Ringstruktur (11) isoliert ist und die mit einem festen Potential der Oszillatorschaltung (2) verbunden ist.

18. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Ringstruktur (11) gebildete zylinderförmige Raumbereich an einem Ende durch eine Metallstruktur (13) in einer der Metallisierungslagen abge schlossen ist, um den zylinderförmigen Raumbereich vor Stör einflüssen zu schützen.

19. Spannungsgesteuerte Oszillatorvorrichtung (2) mit einer Oszillatorschaltung (4) und einer Kapazitätsdiode (V1), wobei die Kapazitätsdiode (V1) so geschaltet ist, dass die Schwing frequenz der Oszillatorvorrichtung von einer Eingangsspannung an einem Eingang der Oszillatorschaltung (4) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangsschaltung vorgesehen ist, die an den Ein gang der Oszillatorschaltung (4) angeschlossen ist, wobei die Eingangsschaltung einen Pull-up Widerstand R3 aufweist, der mit einem Anschluss mit dem Eingang und mit einem weiteren Anschluss mit einem Versorgungsspannungspotential (VHP) ver bunden ist.

20. Spannungsgesteuerte Oszillatorvorrichtung (2) nach An spruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung einen Kondensator (C5) aufweist, der mit einem Anschluss mit dem Versorgungsspannungspotential (VHP) und mit einem weiteren Anschluss mit einem Massepotential (V₀) verbunden ist.

21. Spannungsgesteuerte Oszillatorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung über eine Filterschaltung (1) mit der Oszillatorvorrichtung (2) verbunden ist.

22. Spannungsgesteuerte Oszillatorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsspannungspotential (VHP) größer ist als ein Potential, das die Eingangsspannung annehmen kann.