DE10335835B4

DE10335835B4 - Phasenregelkreis und Verfahren zum Einstellen eines Signals in einem Phasenregelkreis

Info

Publication number: DE10335835B4
Application number: DE2003135835
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Pretl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: DE10335835A1

Abstract

Phasenregelkreis, umfassend:
– einen spannungsgesteuerten Oszillator (11) mit einem Steuereingang (111) zur Zuführung eines Steuersignals und mit einem Ausgang (112) zur Bereitstellung eines Signals;
– eine Phasendetektorschaltung (16), die einen Referenzeingang (161), einen Rückführungseingang (162) und einen Ausgang (163) umfasst und die zur Abgabe eines Signals abhängig von einer Phasendifferenz eines am Referenzeingang (161) und am Rückführungseingang (162) zugeführten Signals ausgebildet ist, wobei der Rückführungseingang (162) der Phasendetektorschaltung (16) mit dem Ausgang (112) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) unter Bildung eines Rückführungspfades gekoppelt ist und der Ausgang (163) der Phasendetektorschaltung (16) mit dem Steuereingang (111) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) gekoppelt ist;
– eine Ladungspumpenschaltung (12) mit einem Eingang (121) und einem Ausgang (122), die zur Umsetzung eines eingangsseitig angelegten Signals in ein Steuersignal am Ausgang (122) ausgebildet ist;
– ein Schleifenfilter (15), welches eingangsseitig mit dem Ausgang (122) der Ladungspumpenschaltung und ausgangsseitig mit dem Steuereingang (111) des...

Description

Die Erfindung betrifft einen Phasenregelkreis nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Einstellen eines Signals mit einer Frequenz in einem Phasenregelkreis, in dem ein spannungsgesteuerter Oszillator des Phasenregelkreises zumindest zwei sich teilweise überlappende, wählbare Frequenzbänder aufweist.

Ein gattungsgemäßer Phasenregelkreis ist beispielsweise in dem Dokument EP 1 189 351 A2 angegeben.

Andere Ausführungsformen für Phasenregelkreise mit spannungsgesteuerten Oszillatoren finden sich beispielsweise in dem Dokument EP 1 115 206 A2 , in dem Dokument DE 694 18 192 T2 und in dem Dokument US 5,942,949 .

Phasenregelkreise werden zur Erzeugung eines Ausgangssignals verwendet, das eine stabile Frequenz aufweist und phasenstarr an ein Referenzsignal gekoppelt ist. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird dabei über einen Rückkopplungspfad einer Phasendetektorschaltung zugeführt, die die Phasendifferenz zwischen dem rückgeführten Signal und einem Referenzsignal ermittelt und daraus ein Steuersignal generiert. Dieses Steuersignal wird dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators des Phasenregelkreises zugeführt. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators ändert sich so lange, bis die Phasenabweichung zwischen dem Referenzsignal und dem Rückführungssignal verschwindet. Beide Signale sind dann phasenstarr miteinander gekoppelt.

Moderne Sende- und Empfangseinrichtungen decken einen großen Frequenzbereich ab und benötigen daher Phasenregelkreise mitspannungsgesteuerten Oszillatoren, die in einem weiten Frequenzbereich einstellbar sind. Um gleichzeitig eine ausreichend gute, phasenstarre Kopplung zwischen dem Ausgangssignal und dem Referenzsignal zu gewährleisten, ist es notwendig, den Einstellbereich der Steuerspannung des Oszillators möglichst gering zu wählen. Durch den geringen Einstellbereich ist ein annähernd proportionales Verhalten von Steuerspannung zu Ausgangsfrequenz erreichbar, das bei größerem Einstellbereich zunehmend gestört wird.

Ein großer Abstimmbereich der Ausgangsfrequenz bei gleichzeitig kleinem Einstellbereich der Steuerspannung wird durch Ausbildung des spannungsgesteuerten Oszillators mit mehreren wählbaren, sich überlappenden Frequenzbändern erreicht. Die Ausgangsfrequenzen eines solchen Oszillators im Vergleich zur Steuerspannung sind in 7 gezeigt.

Der Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz dargestellt ist, weist acht wählbare Frequenzbänder auf, wobei sich zwei aufeinander folgende Frequenzbänder gegenseitig überlappen. Jede Frequenz des Oszillators zwischen den Frequenzen f_L und f_H ist durch Wahl eines der acht Frequenzbänder und Einstellung einer Steuerspannung innerhalb des Einstellbereichs zwischen den Grenzspannungen V_L und V_H möglich.

Soll eine bestimmte Frequenz des Ausgangssignals des Phasenregelkreises eingestellt werden, wobei das zu wählende Frequenzband des spannungsgesteuerten Oszillators nicht bekannt ist, so wird eine konstante Spannung an den Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators angelegt und ein Frequenzband ausgewählt. Die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators wird ermittelt und mit Hilfe einer Schaltungslogik entschieden, ob die so ermittelte Frequenz in der Nähe der Zielfrequenz liegt. Ist dies der Fall, so wurde das richtige Frequenzband getroffen und die Phasenregelung des Phasenregelkreises wird aktiviert. Die Regelung regelt die Frequenz des Ausgangssignals auf die gewünschte Frequenz.

Ist der Frequenzabstand zwischen ermittelter und gewünschter Frequenz zu hoch, wurde das falsche Band ausgewählt und der Vorgang wird mit einem neu gewählten Frequenzband wiederholt. Die Anzahl der Wechsel der Frequenzbänder wird dabei mit geeigneten Maßnahmen reduziert, um ein möglichst schnelles Einschwingen des Phasenregelkreises auf die gewünschte Frequenz zu erreichen.

Ein Ausschnitt aus der 7 zeigt die 6. In ihr sind die Frequenzbänder 21, 20 und 22 zu sehen. Ein Ausgangssignal am Phasenregelkreis mit der Frequenz f wird durch Wahl des Frequenzbandes 20 und Einstellen der Steuerspannung V_T am Steuereingang des Oszillators eingestellt. Bei der Wahl des Frequenzbandes 20 kann jede Ausgangsfrequenz zwischen den Grenzen f_D und f_U mittels einer Steuerspannung zwischen 0,8 Volt und 1,43 Volt eingestellt werden. Bei einzustellenden Frequenzen ober- oder unterhalb dieser Grenzfrequenzen muß ein anderes Frequenzband gewählt werden.

Der gesamte Einstellbereich des spannungsgesteuerten Oszillators beträgt 0,4 Volt bis 2,1 Volt. Der Bereich zwischen der unteren einstellbaren Grenze von 0,4 Volt und der unteren Grenze des Einstellbereichs von 0,8 Volt sowie der oberen Grenze des Einstellbereichs von 1,43 Volt und der oberen Grenze des einstellbaren Bereichs von 2,1 Volt sind als Reserve vorgesehen. Diese dienen dazu, eine Temperaturdrift im spannungsgesteuerten Oszillator, die zu einer Frequenzverschiebung der Frequenzbänder führt, auszugleichen. Die Temperaturdrift des spannungsgesteuerten Oszillators, die aufgrund verschiedener Unreinheiten und Temperaturabhängigkeiten der einzelnen Bauteile entsteht, führt zu einer deutlichen Reduzierung des Einstellbereichs zwischen 0,8 Volt und 1,43 Volt gegenüber dem einstellbaren Bereich von 0,4 Volt bis 2,1 Volt. Bei einem großen Ausgangsfrequenzbereich des Phasenregelkreises werden daher zusätzliche Bauelemente zur Erzeugung weiterer Frequenzbereiche im spannungsgesteuerten Oszillator benötigt, was zusätzlich Kosten verursacht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Phasenregelkreis so weiterzubilden, dass der Einstellbereich des spannungsgesteuerten Oszillators gegenüber dem einstell baren Bereich deutlich vergrößert ist. Weiterhin ist es Aufgabe, ein Verfahren zum Einstellen eines Signals mit einer Frequenz in einem Phasenregelkreis vorzusehen, das zu einem großen Einstellbereich des spannungsgesteuerten Oszillators führt.

Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 7 gelöst.

Ein Phasenregelkreis umfaßt einen spannungsgesteuerten Oszillator mit einem Steuereingang zur Zuführung eines Steuersignals und mit einem Ausgang zur Bereitstellung eines Signals. Eine Ladungspumpenschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang ist ausgangsseitig mit dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators gekoppelt und zur Umsetzung eines eingangsseitig angelegten Signals in ein Steuersignal am Ausgang ausgebildet. Der Phasenregelkreis umfaßt eine Schalteinrichtung, die zumindest zwei einnehmbare Schaltzustände, zumindest zwei Eingänge sowie einen Ausgang aufweist. Der Ausgang der Schalteinrichtung ist mit dem Eingang der Ladungspumpenschaltung verbunden. In einem ersten der zumindest zwei Schaltzustände ist ein erster der zumindest zwei Eingänge der Schalteinrichtung auf den Ausgang der Schalteinrichtung geschaltet. In einem zweiten der zumindest zwei Schaltzustände ist ein zweiter, der zumindest zwei Eingänge der Schalteinrichtung auf den Ausgang der Schalteinrichtung geschaltet. Der Phasenregelkreis umfaßt ferner eine Phasendetektorschaltung, die einen Referenzeingang, einen Rückführungseingang und einen Ausgang umfaßt und die zur Abgabe eines Signals abhängig von der Phasendifferenz eines am Referenzeingang und am Rückführungseingang zugeführten Signals ausgebildet ist. Der Rückführungseingang der Phasendetektorschaltung ist mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators unter Bil dung eines Rückführungspfades gekoppelt und der Ausgang der Phasendetektorschaltung ist mit einem ersten der zumindest zwei Eingänge der Schalteinrichtung gekoppelt. Der Phasenregelkreis umfaßt ferner eine Schaltung, die zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals ausgebildet ist und einen Ausgang aufweist, der mit einem zweiten der zumindest zwei Eingänge der Schalteinrichtung gekoppelt ist.

In diesem Phasenregelkreis wird ein temperaturabhängiges Signal erzeugt und über die Schalteinrichtung und der Ladungspumpenschaltung dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators zugeführt. Das temperaturabhängige Signal wird zur Ermittlung des richtigen Frequenzbandes verwendet und kompensiert die Temperaturabhängigkeit des spannungsgesteuerten Oszillators und damit die Frequenzverschiebung zu höheren bzw. niedrigeren Frequenzen der Frequenzbänder des spannungsgesteuerten Oszillators. Dadurch wird das automatisch richtige Frequenzband ausgewählt.

In einem Verfahren zum Einstellen eines Signals mit einer Frequenz in einem Phasenregelkreis, in dem ein spannungsgesteuerter Oszillator des Phasenregelkreises zumindest zwei sich teilweise überlappende, wählbare Frequenzbänder aufweist, wird in einem ersten Schritt ein erstes der zumindest zwei Frequenzbänder des spannungsgesteuerten Oszillators ausgewählt. In einem zweiten Schritt wird ein von einem temperaturabhängigen Signal abgeleitetes Steuersignal an einen Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators gelegt und die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators ermittelt. In einem dritten Schritt wird eine Entscheidung getroffen, ob der Abstand der ermittelten Frequenz des Ausgangssignals zu der Frequenz des einzustellenden Signals einen Schwellwert unterschreitet. Bei Unterschreiten des Schwellwertes wird ein von dem Ausgangssignal einer Phasendetektorschaltung des Phasenregelkreises abgeleitetes Steuersignal an den Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators gelegt, bei Überschreiten des Schwellwertes wird ein zweites der zumindest zwei Frequenzbänder ausgewählt und der zweite und dritte Schritt wiederholt.

Das temperaturabhängige Steuersignal erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, die verschieden von der Frequenz eines Ausgangssignals ist, das durch ein temperaturunabhängiges Steuersignal erzeugt wurde. Gleichzeitig verschieben sich die durch die temperaturabhängigen Bauteile bestimmten Fre quenzbänder zu höheren bzw. niedrigeren Frequenzen hin. Dieser Effekt wird durch das temperaturabhängige angelegte Steuersignal kompensiert. Dadurch wird das richtige Frequenzband ausgewählt und eine Einstellreserve der Steuerspannung kann reduziert werden.

Alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst ein von einem temperaturabhängigen Signal abgeleitetes Steuersignal an einen Steuerausgang des spannungsgesteuerten Oszillators gelegt werden und dann ein erstes der zumindest zwei Frequenzbänder des spannungsgesteuerten Oszillators ausgewählt werden. Wird bei dem Entscheidungsschritt ein Überschreiten des Schwellwertes registriert wird ein neues Frequenzband des spannungsgesteuerten Oszillators ausgewählt.

Das an den Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators gelegte, abgeleitete Steuersignal wird in einer Ladungspumpenschaltung und in einem mit der Ladungspumpenschaltung verbundenen Schleifenfilter erzeugt. Es ist besonders vorteilhaft, das Verfahren in einem erfindungsgemäßen Phasenregelkreis zu verwenden.

In einer Weiterbildung des Phasenregelkreises umfaßt die ein temperaturabhängiges Signal erzeugende Schaltung einen temperaturabhängigen Widerstand. Alternativ dazu kann die ein temperaturabhängiges Signal erzeugende Schaltung eine Bandabstands-Referenzschaltung umfassen und zur Bereitstellung eines von einer temperaturabhängigen proportionalen Signals ausgebildet sein. Mit diesen Ausführungsformen stellt die ein temperaturabhängiges Signal erzeugende Schaltung eine Spannungsquelle dar, an dessen Ausgang ein temperaturabhängiges Signal abgreifbar ist. Sinnvollerweise ist die Schaltung zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals ausgebildet, das von einer Temperatur des spannungsgesteuerten Oszillators abhängig ist. Dadurch wird eine Temperaturänderung des spannungsgesteuerten Oszillators über das erzeugte Signal verarbeitet. Eine Temperaturdrift kann einfach kompensiert werden.

Es ist ferner zweckmäßig, die ein temperaturabhängiges Signal erzeugende Schaltung so auszubilden, daß sie ein temperaturunabhängiges Teilsignal erzeugt, wobei das am Ausgang der Schaltung abgreifbare Signal aus dem temperaturunabhängigen Teilsignal und dem temperaturabhängigen Teilsignal gebildet wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip ist der Ausgang der Ladungspumpenschaltung über ein Schleifenfilter mit dem Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators verbunden. Dadurch wird das Signal am Ausgang der Ladungspumpenschaltung integriert und höherwertige, nicht gewünschte Frequenzanteile im Steuersignal unterdrückt.

Gegenstand der Unteransprüche enthalten weitere zweckmäßige Ausgestaltungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Phasenregelkreis,
2 eine erste Ausgestaltung der ein temperaturabhängiges Signal erzeugenden Schaltung,
3 eine zweite Ausgestaltung der ein temperaturabhängiges Signal erzeugenden Schaltung,
4 den Einstellbereich des Steuersignals des spannungsgesteuerten Oszillators bei verschiedenen Temperaturen,
5, 6 Diagramme zur Erläuterung des Verfahrens,
7 ein Diagramm mit Frequenzbändern eines bekannten Phasenregelkreises.
1 zeigt einen Phasenregelkreis mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 11, der einen Eingang 111 sowie einen Ausgang 112 aufweist. Der Ausgang 112 des spannungsgesteuerten Oszillators bildet gleichzeitig den Ausgang 2 des Phasenregelkreises. Der Phasenregelkreis enthält ferner eine Phasendetektorschaltung 16 mit einem Referenzeingang 161 zur Durchführung eines Referenzsignals und einem Rückführungseingang 162 sowie einem Ausgang 163. Der Rückführungseingang 162 der Phasendetektorschaltung 16 ist mit dem Ausgang 112 des spannungsgesteuerten Oszillators 11 verbunden und bildet einen Rückführungspfad des Phasenregelkreises. Die Phasendetektorschaltung 16 ermittelt die Phasendifferenz zweier an den Eingängen 161 und 162 angelegter Signale und gibt am Ausgang 163 ein von der Phasendifferenz abhängiges Signal aus.
Der Ausgang 163 der Phasendetektorschaltung 16 ist mit einem ersten Eingang einer Schalteinrichtung 14 verbunden. Ein zweiter Eingang der Schalteinrichtung 16 ist mit einem Ausgang einer Schaltung 13 verbunden, die weiterhin einen Versorgungsanschluß aufweist. Die Schaltung 13 ist zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Spannungssignals ausgebildet.
Die Schalteinrichtung 14 weist zwei mögliche Schaltzustände auf und schaltet in einem ersten Schaltzustand den Ausgang 163 der Phasendetektorschaltung 16 auf einen Eingang 121 einer Ladungspumpenschaltung 12. Der zweite Schaltzustand schaltet den Ausgang der Schaltung 13 auf den Eingang 121 der Ladungspumpenschaltung 12. Die Ladungspumpenschaltung 12 enthält einen Differenzverstärker 123 mit einem invertierenden Eingang "-" und einem nicht invertierenden Eingang "+" sowie einem Ausgang. Der nicht invertierende Eingang des Differenzverstärkers 123 bildet den Eingang 121 der Ladungspumpenschaltung 12. Der Ausgang des Differenzverstärkers 123 ist mit dem invertierenden Eingang "-" verbunden und bildet gleichzeitig den Ausgang 122 der Ladungspumpenschaltung 12. Die Ladungspumpenschaltung 12 erzeugt abhängig von einem Ein gangssignal ein Steuersignal an ihrem Ausgang 122 und führt dieses einem Schleifenfilter 15 zu.
Der Schleifenfilter 15 wandelt das Stromsteuersignal der Ladungspumpenschaltung 12 in ein Spannungssteuersignal um und führt dies dem Eingang 111 des spannungsgesteuerten Oszillators 11 zu. Dazu enthält das Schleifenfilter 15 eine Spule 151, die zwischen Eingang und Ausgang des Schleifenfilters geschaltet ist. Die beiden Anschlüsse der Spule 151 sind mit einem ersten Anschluß zweier Kondensatoren 152 verbunden, deren jeweiliger zweiter Anschluß mit dem Massepotential gekoppelt ist. Weiterhin ist der Eingang des Schleifenfilters mit einem Anschluß eines Kondensators 153 gekoppelt, dessen anderer Anschluß mit einer Spule verbunden ist und der andere Anschluß der Spule mit dem Massepotential gekoppelt ist.
Die Arbeitsweise des Phasenregelkreises und die Einstellung eines Ausgangssignals mit einer Frequenz f am Ausgang 2 des Phasenregelkreises soll anhand der 5 und 6 erläutert werden.
In 5 sind drei wählbare Frequenzbänder 21, 20 und 22 des spannungsgesteuerten Oszillators 11 des Phasenregelkreises zu sehen. Die gewünschte Ausgangsfrequenz ist f, die durch das Frequenzband 20 und einer am Steuereingang 111 des spannungsgesteuerten Oszillators 11 angelegten Steuerspannung V_T eingestellt wird. Der Einstellbereich der Steuerspannung liegt zwischen 0,8 Volt und 1,43 Volt, der gesamte einstellbare Bereich der Steuerspannung ist von 0,4 Volt bis 2,1 Volt gegeben.
Während des Einstellvorgangs wird als erstes ein Frequenzband beispielsweise das Band 21 selektiert. Dann wird eine konstante Steuerspannung 1,43 Volt eingestellt, was bei dem selektierten Frequenzband zu einer Ausgangsfrequenz f' am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators führt. Die Ausgangsfrequenz f' wird ermittelt und in einer Logik ermittelt ob das richtige Frequenzband gewählt wurde. Als Kriterium dient der Verlauf der Frequenzbänder bei kleineren Spannungen als die eingestellte Spannung von 1,43 Volt. Es wird ermittelt, ob der Regelkreis innerhalb eines Bereiches von 0,6 Volt kleiner als der eingestellte Spannungspunkt von 1,43 Volt die gewünschte Frequenz erreichen kann. Ist das der Fall wurde das richtige Frequenzband ausgewählt.
Im vorliegenden Beispiel ist die Ausgangsfrequenz f' zu weit von der gewünschten Frequenz f entfernt, als daß eine Regelung mit der Phasendetektorschaltung des Phasenregelkreises das Ausgangssignal mit der gewünschten Frequenz liefern könnte. Daher wird ein neues Frequenzband selektiert, und wiederum die konstante Steuerspannung von 1,43 Volt eingestellt. Dann wird erneut die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators ermittelt und eine Entscheidung getroffen. Wurde das Frequenzband 20 gewählt, so beträgt die Ausgangsfrequenz des Signals am spannungsgesteuerten Oszillator f_U. Diese Ausgangsfrequenz liegt in der Nähe der gewünschten Frequenz f im Bereich 203.
Die Schalteinrichtung 14 wird umgeschaltet und der Ausgang 163 der Phasendetektorschaltung 16 auf den Eingang 121 der Ladungspumpenschaltung 12 gelegt. Damit wird der Phasenregelkreis aktiviert und die Phasenregelung reduziert die Steuerspannung bis zur Spannung V_T und erzeugt somit am Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators und des Phasenregelkreises ein Signal mit der gewünschten Ausgangsfrequenz f.
Bei einer Temperaturänderung der Bauteile des spannungsgesteuerten Oszillators ändern sich die einzelnen Frequenzbänder. Dies ist in 6 gezeigt. Bei einer Erhöhung der Temperatur verschieben sich alle Frequenzbänder zu kleineren Ausgangsfrequenzen. So verschiebt sich das Frequenzband 20 zu kleineren Frequenzen und es entsteht das Frequenzband 202, das Frequenzband 21 wird zum Frequenzband 212 und das Band 22 zum Frequenzband 222. Um diese Temperaturdrift zu kompensie ren, erhöht der Phasenregelkreis die Steuerspannung V_T auf die Steuerspannung V'_T und erzeugt so ein Signal mit gleicher Ausgangsfrequenz f.
Bei dieser hohen Temperatur soll nun erneut ein Ausgangssignal mit der Frequenz f eingestellt werden. Dazu schaltet die Schalteinrichtung 14 die Schaltung 13 auf die Ladungspumpenschaltung 12. Eine positive Entscheidung hinsichtlich des gewählten Frequenzbandes soll auch hier wieder erfolgen, wenn die Differenz der ermittelten Frequenz von der gewünschten Frequenz einer Steuerspannungsdifferenz kleiner als 0,6 Volt entspricht. Die Schaltung 13 legt nun ein temperaturabhängiges Spannungssignal an den Eingang 121 der Ladungspumpenschaltung 12 an.
Dieses Spannungssignal ist größer als die 1,43 Volt und beträgt beispielsweise 2,1 Volt. Bei der Wahl des Frequenzbandes 212 führt dies erneut zu einer Ausgangsfrequenz, die zu groß ist. Eine Differenz zwischen der ermittelten Frequenz und der gewünschten Frequenz kann durch die Regelung des Phasenregelkreises nicht innerhalb eines Bereiches von 0,6 Volt kompensiert werden. Es wird daher ein neues Frequenzband gewählt und der Vorgang wiederholt, solange bis das Frequenzband 202 ausgewählt wurde. Das temperaturabhängige Signal von 2,1 Volt erzeugt bei diesem gewählten Frequenzband wieder eine Ausgangsfrequenz f_U, die nahe an der gewünschten Frequenz f liegt. Es erfolgt somit eine positive Entscheidung und die Schalteinrichtung 14 schaltet erneut den Ausgang 163 der Phasendetektorschaltung 16 auf den Eingang der Ladungspumpenschaltung 12 und aktiviert damit den Phasenregelkreis. Wieder wurde das richtige Frequenzband 202 ausgewählt und der Regelkreis kann eine weitere Temperaturdrift kompensieren. Insbesondere ist er in der Lage, eine Temperaturdrift zu kleineren Temperaturen hin zu kompensieren, die zu einer Verschiebung der Frequenzbänder zu höheren Frequenzen führt.
Würde bei einem Phasenregelkreis diese Art kein temperaturabhängiges Signal auf den Steuereingang 121 der Ladungspumpenschaltung 12 gelegt, sondern weiterhin das konstante Signal 1,43 Volt, gibt es auch bei dem gewählten Frequenzband 212 eine positive Entscheidung. Die gewünschte Frequenz f liegt nämlich auch in diesem Frequenzband 212 innerhalb der maximalen Einstellspannung von 0,6 Volt, falls die temperaturunabhängige Spannung von 1,43 Volt am Steuereingang des Oszillators angelegt wurde. Die durch den Phasenregelkreis einzustellende Steuerspannung beträgt 0,8 Volt, also die untere Grenze des Einstellbereichs.
Wird jedoch dieses Frequenzband ausgewählt, so kann bei einer Temperaturerniedrigung, was zu einer Verschiebung des Frequenzbandes zu höheren Frequenzen hin führt, diese Temperaturdrift kaum noch ausgeglichen werden. Die Temperaturdrift führt bei gleicher Steuerspannung zu einer Frequenzerhöhung. Der Regelkreis kompensiert diese, in dem er die Steuerspannung erniedrigt. Da der Regelkreis jedoch bereits bei sehr niedriger Steuerspannung an der unteren Grenze des einstellbaren Bereichs arbeitet, führt dies zu einem Fehler in der Ausgangsfrequenz des Regelkreises, da die Temperaturdrift nicht mehr kompensiert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Schaltung 13, die ein temperaturabhängiges Signal erzeugt, wird daher die Wahl eines falschen Frequenzbandes vermieden. Gleichzeitig wird der Einstellbereich optimal ausgenutzt. Somit wird das temperaturunabhängige Signal so erzeugt, daß es die Temperaturdrift des spannungsgesteuerten Oszillators oder anderer Bauteile des Phasenregelkreises kompensiert. Im Ausführungsfall wird die Spannung bei einer Temperaturerhöhung ebenfalls erhöht, bis die Frequenzverschiebung der Bänder ausgeglichen ist.
Dies zeigt ebenfalls die 4 für die Einstellung auf ein Ausgangssignal bei niedrigen Temperaturen, bei Raumtemperatur sowie bei hohen Temperaturen. Die Spannung V_M ist die maximale einstellbare Spannung von 2,1 Volt, die Spannung V_L die minimal einstellbare von 0,4 Volt. In der Teilfigur A, bei der eine Einstellung bei minus 30° Celsius durchgeführt wurde, ist das temperaturabhängige Signal V_G geringer als das konstante Spannungssignal V_K von 1,43 Volt. Nach der Wahl des richtigen Frequenzbandes regelt sich der Phasenregelkreis mit der Steuerspannung V_T auf die gewünschte Ausgangsfrequenz. Durch die Wahl des Frequenzbandes mittels eines temperaturabhängigen Signals wurde die Spannungsdifferenz zwischen temperaturunabhängigem Signal V_K und temperaturabhängigem Signal V_P als zusätzlicher Bereich gewonnen, um vor allem Temperaturerhöhungen kompensieren zu können.
Teilfigur B zeigt die Frequenzeinstellung bei Raumtemperatur. Durch das temperaturabhängige Signal V_G, das in diesem Fall gleich dem temperaturunabhängigen Signal V_K ist, wurde ein anderes Frequenzband als das der Teilfigur A eingestellt. Dadurch verändert sich auch die Einstellspannung V_T. In Teilfigur C wurde ein drittes Frequenzband ausgewählt und die Spannungsdifferenz zwischen V_P und V_K gleicht die Verschiebung zu höheren Frequenzen des gewählten Frequenzbandes bei einer Temperaturreduzierung aus. Da die Kalibrierung mit einem temperaturabhängigen Signal durchgeführt wird, ist die Bereitstellung einer zusätzlichen Einstellreserve der Steuerspannung unnötig, da beispielsweise der Bereich von 0,4 Volt bis 0,8 Volt für die Kompensation einer Temperaturerniedrigung nicht benötigt wird, denn ein kalter Regelkreis wird sich erwärmen, aber kaum weiter abkühlen.
Eine Ausführungsform der Schaltung 13, die ein temperaturabhängiges Signal erzeugt, zeigt 2. Die Schaltung 13 enthält dabei in einfacher Weise zwei Ohm'sche Widerstände 133 und 132. Die beiden Widerstände sind in Reihe geschaltet. Ein Anschluß des Widerstandes 133 führt zu einem Versorgungspotential, ein Anschluß des Widerstandes 132 ist mit dem Massepotential verbunden. Ein Abgriff zwischen den beiden Widerständen bildet den Ausgang 131 der Schaltung 13. Der Widerstand 133 ist dabei als temperaturabhängiger NTC- oder PTC- Widerstand ausgebildet, der Widerstand 132 ist temperaturunabhängig und beispielsweise aus dem Material Konstantan ausgebildet. Damit ergibt sich eine Spannung zwischen dem Ausgang 131 und dem Massepotential aus dem Verhältnis des Wertes des temperaturunabhängigen Widerstandes 132 und der Summe aus den Werten des temperaturunabhängigen Widerstandes 132 und des temperaturabhängigen Widerstandes 133, multipliziert mit der Versorgungsspannung. Durch geeignete Wahl des Temperaturkoeffizienten des temperaturabhängigen Widerstandes 133 läßt sich die Temperaturdrift in den Bauteilen des spannungsgesteuerten Oszillators kompensieren. Sinnvoll kann dabei der Widerstand 133 in der Nähe des spannungsgesteuerten Oszillators angebracht sein, so daß beide die gleiche Temperatur besitzen.
In einer anderen Ausführungsform weist die Schaltung 13 eine Bandabstandsreferenzschaltung auf, so daß an dem Ausgang 131 der Schaltung 13 ein zur absoluten Temperatur proportionales Signal abgreifbar ist. Die Bandabstandsreferenzschaltung weist zwei Widerstände 134 auf, die mit jeweils einem Anschluß mit einem Versorgungspotential verbunden sind. Der jeweils andere Anschluß führt zu einem invertierenden Eingang bzw. einem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 135 und zu einem Kollektoranschluß eines Transistors 136 bzw. 137. Der Ausgang des Differenzverstärkers 135 ist mit den beiden Basisanschlüssen der Transistoren verbunden. Der Emitteranschluß des Transistors 136 ist mit einem Widerstand 138 verbunden, dessen anderer Anschluß mit dem Ausgang 131 der Schaltung 13 sowie dem Emitteranschluß des Transistors 137 gekoppelt ist. Ein zweiter Widerstand 139 ist mit einem Anschluß mit dem Massepotential verbunden und mit dem anderen Anschluß mit dem Emitter des Transistors 137.
Das temperaturabhängige Ausgangssignal am Ausgang 131 ergibt sich über die Differenz der Basis-Emitterspannungen der Transistoren 136 und 137. Diese Spannungsdifferenz ist abhängig von dem natürlichen Logarithmus des Flächenverhältnisses der beiden Transistoren 136 und 137, da durch beide Transistoren jeweils der gleiche Kollektorstrom IC fließt. Die über den Widerstand abfallende Differenzspannung ΔU_BE wird durch Wahl des wertes des Widerstandes 139 geeignet verstärkt, so daß über den Widerstand 139 eine temperaturabhängige Spannung U_temp abfällt. Diese ist ebenfalls am Ausgang 131 abgreifbar und direkt proportional zur absoluten Temperatur.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Anordnung wird bei einer Einstellung einer Ausgangsfrequenz automatisch der richtige Frequenzbereich ausgewählt. Dadurch vergrößert sich der Einstellbereich der Steuerspannung, denn die Reserve, die aufgrund der Temperaturdrift der Bauteile des spannungsgesteuerten Oszillators vorgesehen ist, kann verringert werden. Umgekehrt läßt sich bei gleichem Einstellbereich der einstellbare Bereich des spannungsgesteuerten Oszillators reduzieren. Dies führt zu einer deutlich einfacheren und rauschärmeren Ausbildung der Ladungspumpenschaltung, wodurch das Phasenrauschen des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators zusätzlich reduziert wird.

1: Phasenregelkreis
2: Ausgang des Phasenregelkreises
11: spannungsgesteuerter Oszillator
12: Ladungspumpenschaltung
13: Schaltung
14: Schalteinrichtung
15: Schleifenfilter
16: Phasendetektor
20, 21, 22: Frequenzbänder
111: Steuereingang
112: Signalausgang
121: Steuereingang
122: Steuerausgang
123: Differenzverstärker
131: Signalausgang
132, 133, 134, 138, 139: Widerstände
135: Differenzverstärker
136, 137: Bipolartransistoren
151: Spule
152, 153: Kondensatoren
161: Referenzeingang
162: Rückführungseingang
163: Steuersignalausgang
202, 212, 222: Frequenzbänder
201, 213: Frequenzpunkte
f, f_D f_U, f': Frequenzen
V_T: Einstellspannung
V_P: temperaturabhängige Spannung
V_K: temperaturunabhängige Spannung
V_H, V_L: Spannungen
IC: Kollektorströme
ΔU_BE: Basis-Emitterspannungsdifferenz
U_temp: Temperaturspannung

Claims

Phasenregelkreis, umfassend: – einen spannungsgesteuerten Oszillator (11) mit einem Steuereingang (111) zur Zuführung eines Steuersignals und mit einem Ausgang (112) zur Bereitstellung eines Signals; – eine Phasendetektorschaltung (16), die einen Referenzeingang (161), einen Rückführungseingang (162) und einen Ausgang (163) umfasst und die zur Abgabe eines Signals abhängig von einer Phasendifferenz eines am Referenzeingang (161) und am Rückführungseingang (162) zugeführten Signals ausgebildet ist, wobei der Rückführungseingang (162) der Phasendetektorschaltung (16) mit dem Ausgang (112) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) unter Bildung eines Rückführungspfades gekoppelt ist und der Ausgang (163) der Phasendetektorschaltung (16) mit dem Steuereingang (111) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) gekoppelt ist; – eine Ladungspumpenschaltung (12) mit einem Eingang (121) und einem Ausgang (122), die zur Umsetzung eines eingangsseitig angelegten Signals in ein Steuersignal am Ausgang (122) ausgebildet ist; – ein Schleifenfilter (15), welches eingangsseitig mit dem Ausgang (122) der Ladungspumpenschaltung und ausgangsseitig mit dem Steuereingang (111) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) verbunden ist; gekennzeichnet durch – eine Schalteinrichtung (14), die zumindest zwei einnehmbare Schaltzustände, zwei Eingänge und einen Ausgang aufweist, der mit dem Eingang (121) der Ladungspumpenschaltung (12) verbunden ist, wobei in einem ersten der zumindest zwei Schaltzustände ein erster Eingang der Schalteinrichtung (14) auf den Ausgang der Schalteinrichtung (14) geschaltet ist und in einem zweiten der zumindest zwei Schaltzustände ein zweiter Eingang der Schalteinrichtung (14) auf den Ausgang der Schalteinrichtung (14) geschaltet ist und wobei der erste Eingang der Schalteinrichtung (14) mit dem Ausgang (163) der Phasendetektorschaltung (16) verbunden ist; – eine Schaltung (13), die zur Erzeugung eines temperaturabhängigen Signals ausgebildet ist und einen Ausgang (131) aufweist, der mit dem zweiten Eingang der Schalteinrichtung (14) gekoppelt ist.
Phasenregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein temperaturabhängiges Signal erzeugende Schaltung (13) einen temperaturabhängigen Widerstand (132) umfasst.
Phasenregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein temperaturabhängiges Signal erzeugende Schaltung (13) eine Bandabstands-Referenzschaltung umfasst und zur Bereitstellung eines von einer Temperatur abhängigen proportionalen Signals ausgebildet ist.
Phasenregelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungspumpenschaltung (12) einen Differenzverstärker (123) mit einem ersten (–) und einem zweiten (+) Eingang und einen mit dem ersten Eingang (–) verbundenen Ausgang aufweist, bei dem der Ausgang mit dem Steuereingang (111) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) gekoppelt ist und der zweite Eingang (+) mittels eines Schalter (14) mit der Schaltung (13) schaltbar gekoppelt ist.
Phasenregelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (13) eine Anordnung zur Bereitstellung eines temperaturunabhängigen Signals umfasst, die mit dem Ausgang der Schaltung (13) verbunden ist.
Phasenregelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Schaltung (13) erzeugte temperaturabhängige Signal von einer Temperatur des spannungsgesteuerten Oszillators abgeleitet ist.
Verfahren zum Einstellen eines Signals mit einer Frequenz in einem Phasenregelkreis, in dem ein spannungsgesteuerter Oszillator (11) des Phasenregelkreises zumindest zwei sich teilweise überlappende, wählbare Frequenzbänder (20, 21) aufweist, indem: a) ein erstes (21) der zumindest zwei Frequenzbänder (20, 21) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) ausgewählt wird; b) ein temperaturabhängiges Signal an eine Ladungspumpenschaltung angelegt wird, die ein Stellsignal erzeugt, welches nach einer Filterung durch ein Schleifenfilter an einen Steuereingang (111) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) angelegt wird; c) die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators (11) ermittelt wird; d) eine Entscheidung getroffen wird, ob der Abstand der ermittelten Frequenz des Ausgangssignals zu der Frequenz (f) des einzustellenden Signals einen Schwellwert unterschreitet; wobei bei Unterschreiten des Schwellwertes ein von dem Ausgangssignal einer Phasendetektorschaltung (16) des Phasenregelkreises abgeleitetes Steuersignal an den Steuereingang (111) des spannungsgesteuerten Oszillators (11) gelegt wird, oder bei Überschreitung des Schwellwertes ein zweites der zumindest zwei Frequenzbänder ausgewählt wird und die Schritte b) bis d) wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Signal so abgeleitet wird, daß eine durch eine Temperaturänderung hervorgerufene Frequenzverschiebung der zumindest zwei wählbaren Frequenzbänder kompensiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Signal von einer Temperatur des spannungsgesteuerten Oszillators abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt b) vor dem Schritt a) ausgeführt wird.