DE10313757A1 - Frequency parameterization method for oscillator output signals using voltage-controlled capacitance, by changing pulse width ratio to equalize oscillator output, and storing required ratio - Google Patents

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Abstract

During functional testing of the oscillator (1), a DC control voltage derived from a pulse-width modulated pulse sequence generated by an independent clock (4) is applied to the variable capacitance. A DC control voltage for equalizing the oscillator output frequency is determined by changing the pulse width ratio. The pulse width ratio is required is stored in a non-volatile memory (41) and retrieved when the oscillator is activated.

Description

Die Erfindung betrifft den Ausgleich von Bauelementetoleranzen für die Einstellung von Oszillatoren auf die von Transmittern, Transceivern oder anderen HF-Baugruppen benötigte Eingangsfrequenz.The The invention relates to the compensation of component tolerances for the setting from oscillators to those from transmitters, transceivers or others RF modules required Input frequency.

Viele HF-Baugruppen sind mit einem festen Teilerverhältnis zur Erzeugung der Endfrequenz ausgestattet. Das hat den Nachteil, dass sich Herstellungstoleranzen der Schaltung selbst sowie des Oszillators und passiver Bauelemente direkt auf die Ausgangsfrequenz auswirken. Das Problem kann zum einen durch den Einsatz von Kompensationsbauelementen wie etwa Kondensatoren während der Serienproduktion gelöst werden, wobei deren Bemessung aufgrund der Stückzahlen jeweils chargenweise erfolgen muss, so dass dennoch ein relativ hoher Ausschussanteil unvermeidbar bleibt. Eine zweite bekannte Methode besteht in der Verwendung von einstellbaren Kompensationsbauelementen wie beispielsweise Trimmern. Doch auch diese Lösungsweise ist sehr aufwendig und insbesondere für schmalbandige Anwendungen wegen ihrer Ungenauigkeit kaum geeignet. Aus der DE 101 04 269 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abgleichen eines an einer Leiterplatte anzubringenden Oszillators bekannt, wonach auf möglichst einfache Art und Weise ein Abgleich des Oszillators während des Bestückungsprozesses der Leiterplatte erfolgt. Die bekannte Lösung besteht darin, dass zunächst die Leiterplatte nahezu vollständig einschließlich einem oder mehreren Oszillatoren bestückt wird, jedoch mit Ausnahme des die Ausgangssequenz des oder der Oszillatoren frequenzbestimmenden Bauteils. Anschließend erfolgt die Inbetriebnahme des oder der Oszillatoren und die vorzugsweise berührungslose Erfassung der Ausgangsfrequenzen) und die davon abhängige Bestimmung des Wertes des frequenzbestimmenden Bauteils. Liegt dieser Wert fest, wird die Leiterplatte mit einem ent sprechend ausgewählten frequenzbestimmenden Bauteil bestückt. Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist der hohe technologische Aufwand, indem entweder zwei Lötvorgänge ausgeführt werden müssen oder das frequenzbestimmende Bauteil anderweitig, etwa durch Klemmen, auf der Leiterplatte zu befestigen ist. Eine bekannte Lösung, die diesen Nachteil beseitigt, ist aus der WO 01/31774 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Anordnung und ein Verfahren zur Veränderung einer Quarzoszillatorfrequenz. Die Veränderung der Kapazität und damit des frequenzbestimmenden Parameters einer Oszillatorschaltung mit einem Quarz erfolgt einmal, indem ein aus parallel geschalteten Kapazitäten bestehendes Feld mittels den Kapazitäten seriell zugeordneten Schaltern durch binäre Auswahl der Kapazitäten auf eine Gesamtkapazität eingestellt wird, und zum zweiten, indem die Gesamtkapazität der Oszillatorschaltung mittels einer dem Quarz vorgeschalteten spannungsgesteuerten Kapazität in Grenzen variiert wird. Die Steuerspannung für die variable Kapazität wird von einem Digital-Analog-Wandler als Teil einer geschlossenen Frequenzregelschleife aus dem Oszillatorausgangssignal erzeugt. Der Nachteil dieser bekannten Lösung besteht insbesondere in dem Umstand, dass die Ausgleichskapazität durch Auswertung des Oszillatorausgangssignals gesteuert wird. Zwar ist so eine relativ genaue Einstellung der Steuerspannung und damit der Oszillatorausgangsfrequenz möglich, allerdings weist eine Regelschleife immer eine Verzögerung der Steuergröße auf, so dass die Verwendung des Oszillatorausgangssignals erst nach Stabilisierung der Regelschleife stattfinden kann.Many RF modules are equipped with a fixed division ratio to generate the final frequency. This has the disadvantage that manufacturing tolerances of the circuit itself and of the oscillator and passive components have a direct effect on the output frequency. The problem can be solved on the one hand by using compensation components such as capacitors during series production, the dimensions of which have to be carried out in batches due to the number of pieces, so that a relatively high reject rate remains unavoidable. A second known method is the use of adjustable compensation components such as trimmers. However, this approach is also very complex and, due to its inaccuracy, hardly suitable for narrowband applications. From the DE 101 04 269 A1 A method and a device for adjusting an oscillator to be attached to a printed circuit board is known, according to which an adjustment of the oscillator takes place in the simplest possible way during the assembly process of the printed circuit board. The known solution consists in that the printed circuit board is initially almost completely equipped, including one or more oscillators, but with the exception of the component which determines the output sequence of the oscillator or oscillators. This is followed by the startup of the oscillator (s) and the preferably non-contact detection of the output frequencies) and the determination of the value of the frequency-determining component as a function thereof. If this value is fixed, the circuit board is equipped with a correspondingly selected frequency-determining component. A disadvantage of this known solution is the high level of technological complexity, in that either two soldering processes have to be carried out or the frequency-determining component has to be attached to the printed circuit board in some other way, for example by clamping. A known solution that eliminates this disadvantage is known from WO 01/31774. This is an arrangement and a method for changing a quartz oscillator frequency. The change in the capacitance and thus the frequency-determining parameter of an oscillator circuit with a quartz takes place once by setting a field consisting of capacitors connected in parallel by means of the capacitors serially assigned switches to a total capacitance by binary selection of the capacitances, and second by the total capacitance of the Oscillator circuit is varied within limits by means of a voltage-controlled capacitance connected upstream of the quartz. The control voltage for the variable capacitance is generated by a digital-to-analog converter as part of a closed frequency control loop from the oscillator output signal. The disadvantage of this known solution is in particular the fact that the compensation capacitance is controlled by evaluating the oscillator output signal. A relatively precise setting of the control voltage and thus the oscillator output frequency is possible in this way, but a control loop always has a delay in the control variable, so that the use of the oscillator output signal can only take place after the control loop has stabilized.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, durch Bauelementetoleranzen hervorgerufene Abweichungen der Ausgangsfrequenz von Oszillatoren verzögerungsfrei auszugleichen.It is therefore the object of the invention, caused by component tolerances Output frequency deviations from oscillators are instantaneous compensate.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Frequenzparametrierung von Oszillatorausgangssignalen mittels einer spannungsgesteuerten veränderbaren Kapazität mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend der Unteransprüche.The Task is solved by a method for frequency parameterization of oscillator output signals by means of a voltage-controlled variable capacity with the Features of the main claim and a circuit arrangement for execution of the method according to the subclaims.

Während der Funktionsprüfung des Oszillators wird an die veränderbare Kapazität eine Steuergleichspannung angelegt, die aus einer von einem unabhängigen Taktgeber erzeugten pulsweitenmodulierten Impulsfolge gewonnen wird. Dabei wird mittels Veränderung des Pulsweitenverhältnisses der Impulsfolge eine den Abgleich der Oszillatorausgangsfrequenz bewirkende Steuergleichspannung bestimmt. Das Pulsweitenverhältnis, das die zum Abgleich der Frequenz des Oszillatorausgangssignals erforderliche Steuergleichspannung widerspiegelt, wird dauerhaft gespeichert. Bei jeder Aktivierung des Oszillators wird der unabhängige Taktgeber gestartet, das gespeicherte Pulsweitenverhältnis aufgerufen und die Ausgangsimpulsfolge des unabhängigen Taktgebers entsprechend geformt, so dass mittels der aus der Impulsfolge abgeleiteten Steuergleichspannung die veränderbare Kapazität verstimmt und damit die Oszillatorausgangsfrequenz abgeglichen wird.During the functional test the oscillator becomes changeable capacity a DC control voltage is applied from an independent clock generator generated pulse width modulated pulse sequence is obtained. there is through change the pulse width ratio the pulse sequence is the adjustment of the oscillator output frequency effective DC control voltage determined. The pulse width ratio that the necessary to adjust the frequency of the oscillator output signal Control DC voltage is permanently saved. Each time the oscillator is activated, the independent clock is activated started, the saved pulse width ratio called and the output pulse train of the independent clock shaped accordingly so that by means of those derived from the pulse train DC control voltage the changeable capacity detuned and thus the oscillator output frequency is adjusted.

Ein Ausgang eines Oszillators ist mit einem Steuerfrequenzeingang einer das Oszillatorausgangssignal verwendenden Schaltung verbunden und eine spannungsgesteuerte veränderbare Kapazität ist dem Oszillator vorgeschaltet. Ein externer Taktgeber ist über Datenleitungen mit einem nichtflüchtigen Speicher verbunden. An den externen Taktgeber ist ausgangsseitig über eine Tiefpassschaltung die spannungsgesteuerte Kapazität angeschlossen. Der nichtflüchtige Speicher ist wenigstens einmal elektrisch beschreibbar ausgebildet. Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der Taktgeber ein Mikrocontroller ist. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung erfährt die Erfindung, indem der nichtflüchtige Spei cher ein Bestandteil des Taktgebers ist. Weitergebildet wird die Erfindung dadurch, dass wenigstens eine Funktionseinheit als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist oder dass wenigstens zwei Funktionseinheiten einen integrierten Schaltkreis bilden.An output of an oscillator is connected to a control frequency input of a circuit using the oscillator output signal and a voltage-controlled variable capacitance is connected upstream of the oscillator. An external clock is connected to a non-volatile memory via data lines. To the external The voltage-controlled capacitance is connected on the output side via a low-pass circuit. The non-volatile memory is designed to be electrically writable at least once. A first advantageous embodiment of the invention is that the clock is a microcontroller. A further advantageous embodiment of the invention is experienced in that the non-volatile memory is part of the clock. The invention is further developed in that at least one functional unit is designed as an integrated circuit or that at least two functional units form an integrated circuit.

Die Lösung nach der Erfindung zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und sichere Wiederholbarkeit bei geringem Aufwand aus. Dadurch ist eine exemplarische Anwendung zum Ausgleich von Bauelementetoleranzen gegeben. Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere für Schmalbandanwendungen geeignet. Die feste Vorgabe der Steuergleichspannung für die veränderbare Kapazität bedingt bei jeder Aktivierung des Oszillators einen stabilen Ausgleich von Bauelementetoleranzen und damit eine konstante Ausgangssignalfrequenz. Die Erfindung kann darüber hinaus durch Implementierung einer geeigneten, dem Fachmann geläufigen Schaltung ergänzt werden, die den Einfluss von Betriebsspannungsänderungen auf die pulsweitenmodulierte Impulsfolge und damit die Steuergleichspannung für die veränderbare Kapazität verhindert.The solution according to the invention is characterized by high accuracy and safe Repeatability with little effort. This is exemplary Use to compensate for component tolerances. The solution according to the invention is especially for Suitable for narrow band applications. The fixed specification of the DC control voltage for the changeable capacity requires stable compensation each time the oscillator is activated component tolerances and thus a constant output signal frequency. The invention can also furthermore by implementing a suitable circuit familiar to the person skilled in the art added be the influence of changes in operating voltage on the pulse width modulated Pulse train and thus the control DC voltage for the variable capacity prevented.

Nachfolgend wird die Erfindung in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt
ein Blockschaltschema einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.The invention is explained in more detail below in the form of a preferred exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention with reference to the drawing. The drawing shows
a block circuit diagram of a circuit arrangement according to the invention.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen durch einen Schwingquarz symbolisierten Oszillator 1, der an einen Transmitter 5 angeschlossen ist. Dem Oszillator 1 vorgeschaltet ist eine spannungsgesteuerte Kapazität 2, deren Steuergleichspannung mittels einer Tiefpassschaltung 3 aus einer pulsweitenmodulierten Impulsfolge gewonnen wird. Die Impulsfolge wird von einem Mikrocontroller 4 erzeugt, wobei das Pulsweitenverhältnis der Impulsfolge in einem nichtflüchtigen Speicher 41, der Bestandteil des Mikrocontrollers 4 ist, zur Verfügung steht. Das Pulsweitenverhältnis der Ausgangsimpulsfolge des Mikrocontrollers 4 bestimmt den Wert der Steuergleichspannung für die spannungsgesteuerte Kapazität 2. Es wird vorteilhaft während der Funktionsprüfung ermittelt und steht damit bei jedem Sende- oder Empfangsvorgang des Transmitters 5 zur Bildung der Ausgangsimpulsfolge des Mikrocontrollers 4 bereit, so dass die zum Ausgleich der Frequenz des Oszillatorausgangssignals aufgrund der Bauelementetoleranzen einzustellende veränderbare Kapazität 2 automatisch und ohne Verzögerung mit der richtigen Steuergleichspannung beaufschlagt wird.The only figure in the drawing shows an oscillator symbolized by a quartz crystal 1 connected to a transmitter 5 connected. The oscillator 1 upstream is a voltage-controlled capacitance 2 whose DC control voltage by means of a low-pass circuit 3 is obtained from a pulse width modulated pulse train. The pulse train is from a microcontroller 4 generated, the pulse width ratio of the pulse train in a non-volatile memory 41 , the component of the microcontroller 4 is available. The pulse width ratio of the output pulse train of the microcontroller 4 determines the value of the DC control voltage for the voltage-controlled capacitance 2 , It is advantageously determined during the functional test and is therefore available for every transmission or reception process of the transmitter 5 to form the output pulse train of the microcontroller 4 ready so that the variable capacitance to be set to compensate for the frequency of the oscillator output signal due to the component tolerances 2 the correct DC control voltage is applied automatically and without delay.

Claims (6)

Verfahren zur Frequenzparametrierung von Oszillatorausgangssignalen mittels einer spannungsgesteuerten veränderbaren Kapazität (2), dadurch gekennzeichnet, dass während der Funktionsprüfung des Oszillators (1) an die veränderbare Kapazität (2) eine Steuergleichspannung angelegt wird, die aus einer von einem unabhängigen Taktgeber (4) erzeugten pulsweitenmodulierten Impulsfolge gewonnen wird, wobei mittels Veränderung des Pulsweitenverhältnisses der Impulsfolge eine den Abgleich der Oszillatorausgangsfrequenz bewirkende Steuergleichspannung bestimmt wird, das Pulsweitenverhältnis, das die zum Abgleich der Frequenz des Oszillatorausgangssignals erforderliche Steuergleichspannung widerspiegelt, dauerhaft gespeichert wird und bei jeder Aktivierung des Oszillators (1) der unabhängige Taktgeber (4) gestartet, das gespeicherte Pulsweitenverhältnis aufgerufen und die Ausgangsimpulsfolge des unabhängigen Taktgebers (4) entsprechend geformt wird, so dass mittels der aus der Impulsfolge abgeleiteten Steuergleichspannung die veränderbare Kapazität (2) verstimmt und damit die Oszillatorausgangsfrequenz abgeglichen wird.Method for frequency parameterization of oscillator output signals using a voltage-controlled variable capacitance ( 2 ), characterized in that during the functional test of the oscillator ( 1 ) to the changeable capacity ( 2 ) a DC control voltage is applied, which is generated by an independent clock generator ( 4 ) pulse-width-modulated pulse sequence is obtained, with a change in the pulse width ratio of the pulse sequence determining a DC control voltage which effects the adjustment of the oscillator output frequency, the pulse width ratio which reflects the control DC voltage required for adjustment of the frequency of the oscillator output signal, is stored permanently and each time the oscillator is activated ( 1 ) the independent clock ( 4 ) started, the saved pulse width ratio called and the output pulse train of the independent clock generator ( 4 ) is shaped accordingly, so that by means of the direct control voltage derived from the pulse sequence, the variable capacitance ( 2 ) detuned and thus the oscillator output frequency is adjusted. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, indem ein Ausgang eines Oszillators (1) mit einem Steuerfrequenzeingang einer das Oszillatorausgangssignal verwendenden Schaltung (5) verbunden und eine spannungsgesteuerte veränderbare Kapazität (2) dem Oszillator (1) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein externer Taktgeber (4) über Datenleitungen mit einem nichtflüchtigen Speicher (41) verbunden ist, an den externen Taktgeber (4) ausgangsseitig über eine Tiefpassschaltung (3) die spannungsgesteuerte Kapazität (2) angeschlossen ist und der nichtflüchtige Speicher (41) wenigstens einmal elektrisch beschreibbar ist.Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 1, in that an output of an oscillator ( 1 ) with a control frequency input of a circuit using the oscillator output signal ( 5 ) connected and a voltage controlled changeable capacity ( 2 ) the oscillator ( 1 ) is connected upstream, characterized in that an external clock ( 4 ) via data lines with a non-volatile memory ( 41 ) is connected to the external clock ( 4 ) on the output side via a low-pass circuit ( 3 ) the voltage controlled capacity ( 2 ) is connected and the non-volatile memory ( 41 ) is electrically writable at least once. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgeber (4) ein Mikrocontroller ist.Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the clock generator ( 4 ) is a microcontroller. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtflüchtige Speicher (41) ein Bestandteil des Taktgebers (4) ist.Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the non-volatile memory ( 41 ) part of the clock ( 4 ) is. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Funktionseinheit als integrierter Schaltkreis ausgebildet ist.Circuit arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized characterized in that at least one functional unit as an integrated Circuit is formed. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Funktionseinheiten einen integrierten Schaltkreis bilden.Circuit arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that at least two functional units form an integrated circuit.
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