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Querverweis auf zugehörige und ebenfalls anhängige Anmeldungen
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Diese Anmeldung nimmt den Anmeldetag der provisorischen US Patentanmeldung (engl.: U. S. Provisional Patent Application) mit Anmeldenummer 61/251,976, eingereicht am 15. Oktober 2009, und mit dem Titel „Voltage controlled SAW Oscillator with Phase Shifter” (zu deutsch: „Spannungsgesteuerter Oberflächenwellenoszillator mit Phasenschieber”) in Anspruch, deren gesamte Offenbarung sowie die darin genannten Bezugnahmen durch Bezugnahme explizit hierin mit aufgenommen wird.
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung ist im Allgemeinen auf einen Oszillator gerichtet und insbesondere auf einen spannungsgesteuerten (akustischen) Oberflächenwellenoszillator (engl.: surface acoustic wave oscillator) mit einem Phasenschieber (engl.: Phase shifter) gerichtet.
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Hintergrund der Erfindung
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Oszillatoren, wie bspw. spannungsgesteuerte Oberflächenwellenoszillatoren werden bei einer Vielzahl von elektronischen Einrichtungen verwendet und zeichnen sich dadurch aus, dass die Oszillatorfrequenz mit einer äußeren Spannung verändert werden kann. Obwohl die heutzutage verfügbaren Oberflächenwellenoszillatoren sich als zufriedenstellend herausgestellt haben, besteht weiterhin der Bedarf nach kleinerer Größe, niedrigeren Kosten und Oszillatoren, einschließlich Oberflächenwellenoszillatoren, mit höher Leistung.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf einen Oszillator gerichtet, der einen Filter und einen Phasenschieber enthält, der ein Mittel zum Einstellen von sowohl einer positiven als auch einer negativen Phasenverschiebung und zum Zentrieren der Frequenz des Oszillators aufweist.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung ist bei einem Ausführungsbeispiel der Oszillator ein spannungsgesteuerter Oberflächenwellenoszillator (engl.: voltage controlled surface acoustic wave oscillator) mit einem Oberflächenwellenfilter und das Mittel zum Einstellen von sowohl positiver als auch negativer Phasenverschiebung umfasst einen Phasenschieber mit wenigstens einem Tiefpassschaltungsabschnitt und wenigstens einem Hochpassschaltungsabschnitt. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Phasenschieber einen Tiefpassschaltungsabschnitt auf, der in Reihe zwischen zwei Hochpassschaltungsabschnitten gekoppelt ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Tiefpassschaltungsabschnitt des Phasenschiebers auch wenigstens ein Paar von Induktivitäten in Reihe auf und einen Varactor/variablen Kondensator zwischen dem Paar von Induktivitäten. Der Hochpassschaltungsabschnitt des Phasenschiebers weist ein Paar von Varactoren/variablen Kondensatoren in Reihe auf und eine Induktivität zwischen dem Paar von Varactoren/variablen Kondensatoren.
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Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindungen gehen leichter aus der folgenden detaillierten Beschreibung den bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, den beigefügten Zeichnungen und den angehängten Patentansprüchen hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Diese und andere Merkmale der Erfindung können am besten durch die folgende Beschreibung der beigefügten Figuren wie folgt verstanden werden:
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1 ist ein Blockdiagramm eines spannungsgesteuerten Oberflächenwellenoszillators, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung mit einschließt;
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2 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Schaltung des spannungsgesteuerten Phasenschiebers des spannungsgesteuerten Oberflächenwellenoszillators der vorliegenden Erfindung;
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3 ist ein Graph des Phasenverschiebungswinkels gegen die Steuerspannungs-(Vt)-Leistung des spannungsgesteuerten Oberflächenwellenoszillators der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist eine normalisierte Darstellung des Graphen von 3.
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Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Während die Erfindung für Ausführungsbeispiele in vielen verschiedenen Formen empfänglich ist, offenbaren diese Unterlagen und die beigefügten Figuren nur ein Ausführungsbeispiel eines Oszillators und insbesondere einen spannungsgesteuerten Oberflächenwellen-(SAW, engl.: surface acoustic wave)-Oszillator in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
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1 ist ein Blockdiagramm eines spannungsgesteuerten Oberflächenwellen-(SAW)-Oszillators 10, welcher die folgenden Elemente umfasst: ein Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter) 12; eine Schaltungsleitung 13, welche den Ausgang des SAW-Filters 12 mit dem Eingang eines spannungsgesteuerten Phasenschiebers 14 koppelt; eine Schaltungsleitung 15, welche den Ausgang des Phasenschiebers 14 mit dem Eingang eines Verstärkers 16 koppelt; eine Schaltungsleitung 17, welche den Ausgang des Verstärkers 16 mit dem Eingang eines Ausgangspuffers 18 koppelt; eine Schaltungsleitung 19, welche mit der Schaltungsleitung 17 gekoppelt ist, und den Ausgang des Verstärkers 16 mit dem Eingang des SAW-Filters 12 koppelt; und eine Schaltungsleitung 21, welche den Ausgang des Puffers 18 mit einem Frequenzsignalausgang 20 koppelt.
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Obwohl es hierin nicht gezeigt oder im Detail beschrieben ist, sollte verstanden werden, dass ein oder mehrere der oben identifizierten Oszillatorelemente entweder einem diskreten oder einem integrierten Schaltungstyp entsprechen können und dass sie angepasst sind, auf einer geeigneten Leiterplatte oder einem Substrat angebracht zu werden, das ungefähr eine Abmessung von 5 mm in der Breite mit 7 mm in der Länge oder 9 mm in der Breite mit 14 mm in der Länge hat. Darüber hinaus, und obwohl es nicht hierin gezeigt oder im Detail beschrieben ist, sollte verstanden werden, dass eine Sinuswelle-auf-Logikebene Umsetzerschaltung wirksam mit dem spannungsgesteuerten Oberflächenwellenoszillator 10 verbunden sein kann und insbesondere zwischen dem Puffer 18 und dem Ausgang 20 zum Erzeugen eines digitalen logischen Ausgabesignals verbunden sein kann.
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Der SAW-Filter 12, der Phasenschieber 14 und der Verstärker 16 definieren in Kombination die Frequenzsignalerzeugungs-Rückkopplungsschaltung (auch Feedbackschaltung genannt) oder den Schleifenbereich des spannungsgesteuerten SAW-Oszillators 10. Der Phasenschieber 14 definiert den Oszillatorsignal-Phasenveränderungs/verschiebungs/einstellungs-Abschnitt oder die Schaltung des spannungsgesteuerten SAW-Oszillators 10. Die Größe der Phasenverschiebung hängt teilweise von dem Wert der Steuerspannung (Vt) ab, welch an dem Phasenschieber 14 über die Schaltungsleitung 23, die in 1 dargestellt ist, angelegt wird.
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Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Phasenschieber 14 der vorliegenden Erfindung ein Mehrstufen-Phasenauswahl/misch/verschiebe/einstell-Mittel oder Schaltung, das bzw. die einen allgemeinen zentral angeordneten Tiefpass-Negativphasenverschiebungs-Schaltungsabschnitt oder -Stufe 22 aufweist und ein Paar von Hochpass-Positivphasenverschiebungsabschnitten oder -Stufen 24 und 26, die in Reihe mit entsprechenden gegenüberliegenden Enden des Tiefpassschaltungsabschnitts 22 gekoppelt sind. Folglich ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Tiefpassschaltungsabschnitt 22 in Reihe zwischen und mit den zwei Hochpassschaltungsabschnitten 24 und 26 gekoppelt, wie es weiter unten detaillierter beschrieben wird.
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Die Tiefpassschaltung 22 weist ein Paar von Induktivitäten 28 und 30 auf, die in Reihe an einer Schaltungsleitung 32 gekoppelt sind, und einen Varactor/variablen Kondensator 34, der parallel zu und zwischen den Induktivitäten 28 und 30 gekoppelt ist und an einer Schaltungsleitung 36 angeordnet ist, welche an einem Ende mit der Schaltungsleitung 32 an einem Punkt 36 daran gekoppelt ist, der zwischen den inneren Enden der Induktivitäten 28 und 30 angeordnet ist, und welche an einem gegenüberliegenden Ende mit der Erde 38 gekoppelt ist.
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Jeder der Hochpassschaltungen 24 und 26 weist ein Paar von Varactoren/variablen Kondensatoren 40 und 42 auf, die in Reihe an einer Schaltungsleitung 44 gekoppelt sind, und eine Induktivität 46, die parallel zu den Varactoren/variablen Kondensatoren 40 und 42 gekoppelt ist und an einer Schaltungsleitung 48 angeordnet ist, welche an einem Ende mit der Schaltungsleitung 44 an einem Punkt 50 gekoppelt ist, der zwischen den Anodenenden der Varactoren/variablen Kondensatoren 40 und 42 angeordnet ist, und an einem gegenüberliegenden Ende mit der Erde 52 gekoppelt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 ist die Schaltungsleitung 44 der Hochpassschaltung 24 in Reihe mit einem Ende der Schaltungsleitung 32 der Tiefpassschaltung 22 gekoppelt, wodurch die Kathode des Varactors/variablen Kondensators der Hochpassschaltung 24 in Reihe mit einem Ende der Induktivität 28 der Tiefpassschaltung 22 gekoppelt ist. Wie auch in 2 gezeigt ist, ist die Schaltungsleitung 44 der Hochpassschaltung 26 in Reihe mit einem gegenüberliegenden Ende der Schaltungsleitung 32 der Tiefpassschaltung 22 gekoppelt, wodurch die Kathode des Varactors/variablen Kondensators 40 der Hochpassschaltung 26 in Reihe mit einem Ende der Induktivität 30 der Tiefpassschaltung 22 gekoppelt ist.
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Wie weiter in 2 gezeigt ist, umfasst der Phasenschieber 14 zusätzlich einen Signaleingang 60 an dem Ende der Schaltungsleitung 44 der Hochpassschaltung 24 gegenüberliegend dem Ende der Schaltungsleitung 44, die mit der Tiefpassschaltung 22 gekoppelt ist, und einen Signalausgang 62 an dem Ende der Schaltungsleitung 44 der Hochpassschaltung 26 gegenüberliegend dem Ende der Schaltungsleitung 44, die mit der Tiefpassschaltung 22 gekoppelt ist. Der Signaleingang ist mit der Kathode des Varactors/variablen Kondensators 40 der Hochpassschaltung 24 gekoppelt. Der Signalausgang 62 ist mit der Kathode des Varactors/variablen Kondensators 42 der Hochpassschaltung 26 gekoppelt.
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Der Phasenschieber 14 umfasst weiterhin eine Steuerspannungseingabeschaltung 70 (2) auf, die eine Schaltungsleitung 72 und drei parallele Widerstände 74, 76 und 78 aufweist.
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Ein Ende des Widerstands 74 ist gekoppelt mit und erstreckt sich von einem Ende der Schaltungsleitung 72, während das andere Ende des Widerstands 74 mit der Schaltungsleitung 44 der Hochpassschaltung 24 an einem Punkt 80 an der Schaltungsleitung 44 gekoppelt ist, der zwischen dem Eingang 60 des Phasenschiebers 14 und der Kathode des Varactors/variablen Kondensators 40 der Hochpassschaltung 24 angeordnet ist.
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Ein Ende des Widerstands 78 ist gekoppelt mit und erstreckt sich von einem gegenüberliegenden Ende der Schaltungsleitung 72, während das andere Ende des Widerstands 78 mit der Schaltungsleitung 44 der Hochpassschaltung 26 an einem Punkt 82 an der Schaltungsleitung 44 gekoppelt ist, der zwischen dem Ausgang 62 des Phasenschiebers 14 und der Kathode des Varactors/variablen Kondensators 42 der Hochpassschaltung 26 angeordnet ist.
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Ein Ende des Widerstands 76 ist gekoppelt mit und erstreckt sich von der Mitte der Schaltungsleitung 72, während das andere Ende des Widerstands 76 mit der Schaltungsleitung 32 der Tiefpassschaltung 22 an dem Punkt 36 gekoppelt ist, der an der Schaltungsleitung 32 zwischen den inneren Enden des Paares von Induktivitäten 28 und 30 der Tiefpassschaltung 22 angeordnet ist. Der Widerstand 76 ist zwischen und parallel zu den Widerständen 74 und 78 angeordnet.
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Ein Punkt 86 an der Schaltungsleitung 72 definiert den Eingang für die Steuerspannung Vt in den Phasenschieber 14. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel definiert der Punkt 86 auch den Punkt, an dem der Wiederstand 76 mit der Schaltungsleitung 72 gekoppelt ist.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stellt die Verwendung eines Phasenschiebers 14 in einem SAW-Oszillator, welcher eine oder mehrere Tiefpassschaltungen 22 in Kombination mit einer oder mehreren Hochpassschaltungen 24 und 26, wie oben beschrieben, kombiniert und verwendet, den Vorteil bereit, dass es möglich ist, die Phasenverschiebung bei einer bestimmten Steuerspannung Vt zu wählen, d. h. dies ermöglicht die negative Phasenverschiebung von einer oder mehreren der Tiefpassschaltungen 22 und die positive Phasenverschiebung von einer oder mehreren der Hochpassschaltungen 24 und 26 zu wählen, zu mischen und zusammen einzustellen, um die zentrale Frequenz auf die geeignete Abstimmspannung zu bringen, wodurch der Bedarf beseitigt wird, eine statische oder feste Phase über entweder eine Übertragungsleitung, Induktivitäten oder Kondensatoren mit festem Wert hinzuzufügen, um die Frequenz zu zentrieren.
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Die Kombination, das Mischen und die Einstellung der negativen und positiven Phasenverschiebungen entsprechend von den Tiefpass- bzw. Hochpassschaltungen 22, 24 und 26 in dem Phasenschieber 14, wie beschrieben, führt folglich vorteilhafterweise zu einem SAW-Oszillator, welcher eine mehr lineare Phasenverschiebung gegen Steuerspannungs-(Vt)-Leistung und Beziehung an den Tag legt, im Gegensatz zu SAW-Oszillatoren, welche nur entweder die Hochpassabschnitte in Reihe oder die Tiefpassabschnitte in Reihe kombinieren, d. h. entsprechenden Kombinationen, welche zu einer Vergrößerung der nicht-Linearität führen und das Hinzufügen einer statischen oder festen Phase benötigen, um die zentrale Frequenz auf die geeignete Abstimmspannung zu bringen.
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3 zeigt den tatsächlichen Phasenverschiebungswinkel des spannungsgesteuerten SAW-Oszillators 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine Version des Graphen/Ausdrucks (Plots) von 3, welche normalisiert wurde, um den Phasensprung (engl.: Phase wrap) zu entfernen und die verbesserte Linearität genauer darzustellen. 4 zeigt insbesondere, dass der Phasenverschiebungswinkel des spannungsgesteuerten SAW-Oszillators 10 vorteilhafterweise nahe bei null bei eine Steuer-/Abstimmspannung (Vt) von ungefähr 1,8 V liegt.
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Während die Erfindung unter einer bestimmten Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel eines Oszillators und insbesondere auf einen spannungsgesteuerten SAW-Oszillator gelehrt wurde, sollte verstanden werden, dass ein Fachmann erkennen wird, dass Änderungen bei der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindung, wie er in den angehängten Patentansprüchen festgelegt ist, abzuweichen. Das beschriebene Ausführungsbeispiel soll in jeder Hinsicht nur als eine Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels und als nicht beschränkend betrachtet werden.
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Folglich sollte zum Beispiel verstanden werden, dass die Erfindung das Ausführungsbeispiel mit einschließt, bei dem der Phasenschieber wenigstens eine Hochpassschaltung in Reihe mit und zwischen einem Paar von Tiefpassschaltungen aufweist. Bei einem weiteren Beispiel sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht nur bei einem spannungsgesteuerten SAW-Oszillator anwendbar ist, sondern auch bei vielen anderen Arten von SAW-Oszillatoren mit einem SAW-Filter, wie bspw. einem Frequenzumsetzer oder jeder beliebigen andere Art eines Oszillators mit irgendeiner anderen Art von Filter, wie bspw. einem Kristallfilter, einem LC-Filter oder einem Keramikfilter.
