DE10339703B4 - Schaltungsanordnung für einen hochauflösenden digital steuerbaren Schwingkreis - Google Patents

Schaltungsanordnung für einen hochauflösenden digital steuerbaren Schwingkreis Download PDF

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Abstract

Schaltungsanordnung für einen hochauflösenden digital steuerbaren Schwingkreis (1) mit:
(a) einem ersten Metalloxid-Halbleiter-Transistor (27), der einen Source-, Drain-, Gate- und Bulk-Anschluss (3, 4, 14, 6) aufweist, wobei der Source-Anschluss (3) und der Drain-Anschluss (4) zu einem Steueranschluss (5) miteinander verbunden sind und an den Steueranschluss (5) eine Steuerspannung (Vctrl) angelegt ist, an dem Bulk-Anschluss (6) ein vorbestimmtes Potenzial (Vref) gelegt ist und zwischen dem Steueranschluss (5) und dem Gate-Anschluss (14) eine erste steuerbare Kapazität (Cvar) abgreifbar ist;
(b) einer Referenzspannungsquelle (7), die mehrere Referenzspannungen (V0, V1, ... VN) liefert;
(c) einer Dekodierschaltung (11), die in Abhängigkeit von mindestens zwei niederwertigen Bits (12a) eines digitalen Steuerwortes (12) eine der Referenzspannungen (V0, V1, ... VN) als Steuerspannung (Vctrl) an den Steueranschluss (5) schaltet, wobei die Extremwerte der ersten steuerbaren Kapazität (Cmin, Cmax) den Extremwerten der Steuerspannung (Vlow ≤ Vctrl ≤ Vhigh) entsprechen;
(d) einer an den Anschlüssen, an...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor mit veränderbarer Kapazität und insbesondere den Einsatz in einem digital gesteuerten Schwingkreis, der besonders hoch frequenzauflösend ist.
  • Schwingkreise, bei denen das Schwingverhalten durch Änderung einer Steuerspannung eingestellt wird, bezeichnet man voltage controlled oscillators (VCOs). Solche VCOs werden beispielsweise im Mobilfunkbereich oder in digitalen Radio- oder Satellitenempfangsanlagen eingesetzt. Herkömmliche VCO-Schaltungen können aus Kapazitäten und Induktivitäten ausgebildet werden, wobei im einfachsten Fall ein LC-Schwingkreis aus einer Induktivität und einem Kondensator, die zueinander parallel geschaltet sind, gebildet wird. Eine Möglichkeit der Frequenzsteuerung solcher Oszillatorschaltungen mittels einer externen Steuerspannung besteht durch den Einsatz von so genannten Varaktoren, das heißt Kondensatoren, deren Kapazität durch Anlegen einer externen Spannung an einen Steueranschluss variierbar ist. Somit wird in einem derartigen Schwingkreis die Frequenz durch eine Änderung der Steuerspannung, die an dem Varaktor angelegt ist und dessen Kapazität steuert, verändert.
  • Bei digital gesteuerten Oszillatoren (DCO = digitally controlled oscillator) kann diese Steuerspannung aus einem digitalen Steuerwort und einer entsprechenden Dekodierschaltung, beispielsweise einem Digital-Analog-Wandler, gewonnen werden. Aufgrund seiner Auflösung kann das digitale Steuerwort jedoch nur eine endliche Anzahl von Werten entsprechend seiner Wortlänge bzw. Anzahl von Datenbits einnehmen und somit auch die Kapazität des Varaktors nur in einer endlichen Anzahl von diskreten Schritten ändern. Bei Einsatz eines solchen digital gesteuerten Varaktors in einem DCO sind somit auch die Ausgangsfrequenzen diskret und quantisiert. Wenn das Steuerwort N Bits enthält, sind damit 2N verschiedene Kapazitäten bzw. Frequenzen ansteuerbar.
  • In der JP 02141119 A ist beispielsweise ein digital steuerbarer Varaktor beschrieben, bei dem eine Varaktordiode und ein Digital-Analog-Wandler eingesetzt ist. Dem Digital-Analog-Wandler wird dabei ein digitales Steuersignal zugeführt, welches in eine analoge Steuerspannung gewandelt wird, die zur Ansteuerung der Varaktordiode verwendet wird. Bei einer derartigen Ausführung ist eine hohe Auflösung bzw. geringe Diskretisierung nur durch Einsatz eines Digital-Analog-Wandlers mit sehr hoher Bitbreite erreichbar.
  • In vielen Anwendungen ist eine möglichst hohe Auflösung, also ein kleiner Abstand zwischen sukzessive ansteuerbaren Frequenzen, über einen weiten Frequenzbereich bei digitaler Steuerung erwünscht – beispielsweise zum Abgleich eines DCOs an einen weiteren Oszillator mit vorgegebener Frequenz anderer Bauart. Um über einen vorgegebenen, erwünschten Frequenzbereich ΔF eine verbesserte Quantisierung zu erreichen, das heißt, die Frequenzen mittels eines digitalen Steuerwortes bestimmter Bit-Länge in möglichst kleinen Schritten ändern zu können, muss die Anzahl der Steuerbits erhöht werden. Um die Frequenzquantisierung zu verbessern und gleichzeitig denselben Frequenzbereich ΔF abdecken zu können, bedeutet dies, dass dem niedrigstwertigen Bit (LSB = least significant bit) des Steuerwortes kleinere Kapazitäten zugeordnet werden müssen. Die höherwertigen Bits dienen in der Regel zum Ansteuern (oftmals mittels weiterer Kodierschaltungen) von Varaktoranordnungen mit größeren Kapazitäten, die einen Frequenzoffset des Schwingkreises bewirken. Der Frequenzab stand zwischen aufeinander folgenden ansteuerbaren Frequenzen ist jedoch immer durch die (möglichst niedrige) Kapazität des dem LSB zugeordneten Varaktors gegeben.
  • In der GB 2 138 206 A ist zum Beispiel ein einstellbares Kondensatorbauelement auf Basis einer MOS-Halbleiterstruktur beschrieben.
  • Ein Varaktor V herkömmlicher Bauart nach dem Stand der Technik, wie er in der 1 gezeigt ist, kann durch einen MOSFET M realisiert werden, bei dem die Source- und Drain-Anschlüsse S, D zu einem Steueranschluss Ct miteinander verbunden sind und an eine Steuerspannung Vctrl angeschlossen werden. Die Kapazität eines solchen Varaktors setzt sich aus den Überlappungskapazitäten CS, CD, CB zwischen dem Gate-Gebiet g und dem Source-, Drain- und Bulk-Gebiet s, d, b sowie der Kanalkapazität CK zwischen dem Gate-Gebiet g und dem zwischen Source s und Drain d ausgebildeten Kanal K zusammen (z. B. Kapitel 3 in U. Tietze, Ch. Schenk: „Halbleiterschaltungstechnik", 12. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, ISBN 3-540-42849-6). Eine Kondensatorplatte wird durch die Gate-Elektrode g gebildet, die durch eine Oxidschicht Ox von der zweiten Platte getrennt ist, die von dem Substrat Sb inklusive dem Kanal K unter dem Gate g und dem miteinander kurzgeschlossenen Source-Bereich s und Drain-Bereich d gebildet ist. Das Potenzial in Bezug auf das des Bulkmaterials b wird mit der Steuerspannung Vctrl eingestellt. Ein Verändern der an den Steueranschluss Ct angelegten Steuerspannung Vctrl ändert die Kanaleigenschaften und in der Folge auch die Kapazität des Varaktors. Die kleinstmögliche Kapazität eines solchen Varaktors ist durch seine Geometrie, insbesondere der Gate-Länge l, gegeben. In 2a ist eine entsprechende Varaktorschaltung V mit einem p-MOSFET M gezeigt. In diesem Fall wird der Bulk-Anschluss B an die Versorgungsspannung VDD = Vref gelegt, und die steuerbare Kapazität CVAR kann zwischen dem Gate-Anschluss G und dem Steueranschluss Ct angegriffen werden, zwischen denen eine Differenzspannung VG–CT = VG – Vctrl herrscht. Im Falle eines n-MOSFETs wird der Bulk-Anschluss B an Masse gelegt.
  • Beim Einsatz in einem Schwingkreis ändert sich die zwischen Gate G und dem Steueranschluss Ct anliegende Spannung VG–Ct periodisch und führt zu nichtlinearen Kapazitätsänderungen des Varaktors V nach dem Stand der Technik. Diese Eigenschaft zeigt 3, in der die Kapazität CG–Ct, die sich in Abhängigkeit der zwischen dem Gate G und dem Steueranschluss Ct während der Schwingungen periodisch ändernden Spannung VG–Ct für zwei Steuerspannungen Vctrl = Vhigh, Vlow aufgetragen ist. Die effektive Kapazität Ceff des Varaktors V in Bezug auf den Einsatz in einem Schwingkreis ergibt sich aus einer Mittelung der Kapazitäts-Spannungskurve über eine Schwingungsperiode T. Durch Verändern der Steuerspannung Vctrl lässt sich die effektive Kapazität Ceff ändern und somit auch die Frequenz f des entsprechenden Schwingkreises in dem der Varaktor nach dem Stand der Technik gemäß 2 verschaltet ist.
  • Bei herkömmlichen digital gesteuerten Varaktoren, die in DCOs Anwendung finden, ist die Steuerspannung Vctrl in Abhängigkeit von einem Steuerbit SB mit einer Schalteinheit SE entweder auf Vhigh oder Vlow gelegt, wie es in der 4 dargestellt ist. Somit nimmt die effektive Kapazität Ceff nur zwei Extremwerte Cmax und Cmin an wie es die 5 zeigt. Der Kapazitätshub ΔCeff = Cmax – Cmin eines digital gesteuerten Varaktors DSV herkömmlicher Bauart, wie er in 4 dargestellt ist, bestimmt also beim Einsatz in einem VCO die kleinste Quantisierungsstufe Δf für die Frequenz f des Schwingkreises. Dieser Kapazitätshub ΔCeff ist im Wesentlichen von der Länge l des Gates g des in dem Varaktor V eingesetzten MOSFETs M abhängig. Um den Kapazitätshub ΔCeff zu verringern und somit eine bessere Frequenzquantisierung Δf zu erhalten, kann bislang nur die Gate-Länge l des MOSFETs auf die technologisch machbar kleinste Länge lmin die durch den Herstellungsprozess gegeben ist, verringert werden. Nach dem Stand der Technik ist also der kleinste Abstand zwischen zwei ansteuerbaren Frequenzen durch den Kapazitätshub ΔCeff eines Varaktors V – als die kleinstmögliche Differenz zwischen ansteuerbaren Kapazitäten – eines minimal dimensionierten Varaktors gegeben.
  • Um einen Varaktor mit möglichst großem linearen Abstimmbereich und einer Temperaturunabhängigkeit bereitzustellen, wurde in der DE 102 09 517 A1 vorgeschlagen, einen Varaktor aus Transistorpaaren auszubilden. Diesen MOS-Transistoren sind analoge Abstimmspannungen und Bezugssignale eingekoppelt, um eine Arbeitspunkteinstellung zu gewährleisten und die resultierende Kapazität abzustimmen.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen digital steuerbaren Schwingkreis zu schaffen, der einen großen Frequenzumfang hat und hochauflösend zwischen verschiedenen Frequenzen schaltbar ist, d.h. eine enge Frequenzdiskretisierung aufweist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Differenz zwischen ansteuerbaren Kapazitäten geringer als durch die geometrische Randbedingungen vorgegeben, so dass eine optimierte Frequenzquantisierung beim Einsatz in DCOs erreicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor mit veränderbarer Kapazität gelöst.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegen insbesondere darin, dass auf standardisierte MOSFETs mit minimalen Abmessungen zurückgegriffen wird, der effektive Kapazitätshub – also die Differenz zwischen zwei sukzessive ansteuerbaren Kapazitäten – durch Verlängern des digitalen Steuerwortes praktisch beliebig minimiert werden kann und somit DCOs mit sehr kleiner Frequenzquantisierung realisierbar sind.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen der in Anspruch 1 angegebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung einen zweiten MOSFET, dessen Source- und Drain-Anschluss miteinander kurzgeschlossen sind und mit den miteinander kurzgeschlossen Source- und Drain-Anschlüssen des ersten MOSFETs zu dem Steueranschluss verbunden sind, an den die Steuerspannung Vctrl angeschlossen ist. Die Bulk-Anschlüsse der beiden Transistoren sind miteinander verbunden und an ein vorbestimmtes Potenzial gelegt. So ist eine digital steuerbare Kapazität zwischen dem Gate-Anschluss des ersten MOSFETs und dem Gate-Anschluss des zweiten MOSFETS abgreifbar.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Schaltungsanordnung handelt es sich bei den MOSFETs um p-MOSFETs, die Versorgungsspannung VDD ist an die Bulk-Anschlüsse angelegt und die Steuerspannung Vctrl weist Werte auf, die zwischen Masse und der Versorgungsspannung VDD liegen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Varaktorschaltung handelt es sich bei den MOSFETs um n-MOSFETs, die Bulk-Anschlüsse sind an Masse gelegt und die Steuerspannung weist Werte auf, die zwischen Masse und der Versorgungsspannung liegen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Schaltungsanordnung sind die diskreten Werte V0, V1, ... Vn der Steuerspannung Vctrl derart gewählt, dass die entsprechenden effektiven Kapazitäten Ceff des Varaktors äquidistant zwischen den Extremwerten der Kapazität Cmax und Cmin liegen. Dabei ist unter der effektiven Kapazität Ceff die mittlere Kapazität, die durch zeitliche Mittelung der gesteuerten Kapazität über eine Periode einer zwischen den Anschlüssen die zum Abgriff der steuerbaren Kapazität dienen, anliegenden periodischen Spannung (VG–Ct) erhalten wird, zu verstehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Schalter Transistoren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Schaltungsanordnung ist die Schalteinheit ein Digital-Analog-Wandler mit einem digitalen Eingang und einem analogen Ausgang, wobei an dem Eingang das digitale Steuerwort anliegt und der Ausgang die Steuerspannung Vctrl liefert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor in einer VCO-Schaltung eingesetzt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor in einer VCO-Schaltung eingesetzt, die einen Ringoszillator aufweist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das digitale Steuerwort der niedrigstwertige Teil eines übergeordneten digitalen Steuerwortes, das einen DCO steuert.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch einen herkömmlichen als Varaktor geschalteten MOSFET und die auftretenden Kapazitäten;
  • 2a einen als Varaktor geschalteten MOSFET nach dem Stand der Technik;
  • 2b ein Ersatzschaltbild eines als Varaktor geschalteten MOSFET nach dem Stand der Technik;
  • 3 die Kapazität eines in einem Schwingkreis geschalteten Varaktors als Funktion der zwischen Gate- und Steueranschluss anliegenden Spannung während einer Schwingungsperiode für verschiedene Steuerspannungen Vctrl;
  • 4 einen als digital gesteuerten Varaktor geschalteten MOSFET nach dem Stand der Technik;
  • 5 die effektive Kapazität eines steuerbaren Varaktors in Abhängigkeit der Steuerspannung;
  • 6 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor;
  • 7 die Kapazität eines erfindungsgemäßen in einem Schwingkreis geschalteten digital steuerbaren Varaktors als Funktion der zwischen Gate- und Steuer anschluss anliegenden Spannung während einer Schwingungsperiode für verschiedene Steuerspannungen Vctrl;
  • 8 die effektiven Kapazitäten eines digital steuerbaren Varaktors in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Abhängigkeit der Steuerspannung;
  • 9 zwei als Varaktor geschaltete MOSFETs gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung;
  • 10 zeigt einen erfindungsgemäßen digital steuerbaren Schwingkreis besonders hoher Frequenzauflösung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
  • Die 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 1 für einen digital steuerbaren Varaktor 2. Dabei ist ein p-MOSFET derart geschaltet, dass dessen Source-Anschluss 3 und sein Drain-Anschluss 4 miteinander zu dem Steueranschluss 5 verbunden sind. Der p-MOSFET weist einen Bulk-Anschluss 6 auf, der an eine Versorgungsspannung VDD angelegt ist. An den Steueranschluss 5 wird eine Steuerspannung Vctrl gelegt, welche von einer Referenzspannungsquelle 7 geliefert wird, die programmierbar ausgelegt sein kann, und die zwei Anschlüsse 8, 9 aufweist, an die die Referenzspannungen Vlow und Vhigh bzw. Masse und VDD angelegt werden und die ausgangsseitig die Steuerspannungen V0, V1, ... Vn liefert. Die Steuerspannungen V0, V1, V2, ... Vn werden von einer Schalteinheit 10, die einen Dekodierer 11 aufweist, in Abhängigkeit von einem digitalen Steuerwort 12 an den Steueranschluss 5 durchgeschaltet. Die somit digital steuerbare Kapazität der Varaktorschaltung 1 kann zwischen dem Steueran schluss 13 und dem Gate-Anschluss 14 des Varaktors 2 abgegriffen werden.
  • Die 7 zeigt schematisch die zwischen dem Steueranschluss 13 und dem Gate-Anschluss 14 abgreifbare Kapazität CG–Ct in Abhängigkeit einer zwischen den beiden Anschlüssen vorliegenden Spannung VG–Ctfür verschiedene Steuerspannungen V0, V1, ..., Vn sowie einen möglichen zeitlichen Spannungsverlauf bei Einsatz des erfindungsgemäßen digital steuerbaren Varaktors in einem Schwingkreis 1. Die Kapazität CG–Ct hängt stark nichtlinear von der Spannung VG–Ct ab, und man führt die sogenannte effektive Kapazität Ceff, ein, die beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Varaktors in einem Schwingkreis 1 durch zeitliche Mittelung über eine Periode T der zwischen den Anschlüssen 13, 14 zum Abgreifen der steuerbaren Kapazität liegenden Spannung VG–Ct anliegt. Diese effektive Kapazität Ceff ist in 8 in Abhängigkeit der Steuerspannung Vctrl dargestellt. Die effektive Kapazität Ceff kann also durch Wahl der Steuerspannungen Vctrl, die diskrete Spannungswerte zwischen V0 = Vlow und V7 = Vhigh aufweisen kann, in diskreten Schritten geändert werden. Bei einem, wie in 8 gezeigt, drei Bit langen Steuerwort 12 sind damit acht Steuerspannungen V0, V1 ... V7 und acht effektive Kapazitäten Cmin = C0, ... C7 = Cmax steuerbar. Die Nichtlinearität der effektiven Kapazitäten Ceff in Abhängigkeit der Steuerspannung Vctrl kann durch eine bestimmte Auswahl der Steuerspannungen Vctrl = Vi derart ausgeglichen werden, dass die resultierenden effektiven Kapazitätswerte Ci äquidistant zwischen den Extremwerten Cmin und Cmax liegen.
  • Wie bereits eingangs erwähnt, ist bei der Anwendung in einem Oszillatorkreis die Differenz ΔCij zwischen zwei ansteuerbaren effektiven Kapazitäten Ci, Cj relevant, weil zwar die Frequenz eines digital gesteuerten Oszillators von den digital gesteuerten Kapazitäten abhängt, die Frequenzquantisierung Δf jedoch durch den Abstand zwischen aufeinander folgenden ansteuerbaren Frequenzen gegeben ist.
  • In der 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform zur Verschaltung zweier p-MOSFET-Transistoren als Varaktor 2 in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor gezeigt. Dabei ist der Bulk-Anschluss 16 eines ersten MOSFETs 27 mit dem Bulk-Anschluss 15 eines zweiten MOSFETs 26 zu einem gemeinsamen Anschluss 6 miteinander verbunden und an eine vorbestimmte Referenzspannung Vref gelegt. Diese Referenzspannung Vref ist im Falle von p-MOSFETs die Versorgungsspannung VDD. Der Source-Anschluss 20 und Drain-Anschluss 18 des ersten MOSFETs 27 sind miteinander verbunden und an die miteinander verbundenen Source-Anschlüsse 19 und Drain-Anschlüsse 17 des zweiten MOSFETs 26 miteinander zu einem Steueranschluss 5 verbunden, an den die Steuerspannung Vctrl angelegt ist. Der Gate-Anschluss 22 des ersten MOSFETs ist mit einem Anschluss 13 und der Gate-Anschluss 21 des zweiten MOSFETs mit einem zweiten Anschluss 14 verbunden, wobei zwischen den beiden Anschlüssen 13, 14 die steuerbare Kapazität CG–Ct abgegriffen werden kann.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für einen digital steuerbaren Varaktor in einem VCO-Schaltkreis eingesetzt, wodurch die Frequenzen f der VCO-Schaltung digital steuerbar sind. In 10 ist eine erfindungsgemäße DCO-Schaltung gezeigt, bei der die zwei niedrigstwertigen Bits (LSBs) eines digitalen Steuerwortes 12 ein Steuerwort 12a für eine erfindungsgemäße Varaktorschaltung und die höherwertigen Bits (MSBs = most significant bits) ein Steuerwort 12b für eine Varaktoranordnung 24, die eine digital gesteuerte Kapazität nach dem Stand der Technik liefert, bilden. Dabei sind zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einen hochauflösenden, digital gesteuerten Varaktor an den Anschlüssen zum Abgreifen der Kapazität 13, 14 über Widerstände R ein aus Widerständen R und Induktivitäten L gebildeter Induktivitätsschaltkreis 23, eine Varaktoranordnung 24 herkömmlicher Bauart und eine Treiberschaltung 25 parallel geschaltet. Die Varaktoranordnung 24 hat einen Eingang für das digitale Steuerwort 12b und zwei Anschlüsse 26, 27 zum Abgreifen der gesteuerten Kapazität C. Die Treiberschaltung 25 führt dem Schwingkreis Energie zu, damit die Schwingung nicht gedämpft wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 enthält zwei p-MOSFETs 26, 27, die wie eingangs in 9 beschrieben verschaltet sind und die Anschlüsse 13, 14 zum Abgreifen der gesteuerten Kapazität, den gemeinsamen Bulk-Anschluss 6 zum Anschluss an die Versorgungsspannung VDD und den Steueranschluss 5 aufweist. Die Schalteinheit 10 schaltet in Abhängigkeit des Steuerwortes 12a, das in der bevorzugten Ausführungsform zwei Bits aufweist, die Schalter 28, 29, 30, 31, die die an den Widerständen 32, 33, 34 abfallenden Spannungen abgreifen und als Steuerspannung dem Steueranschluss 5 des Varaktors 2 zuführen. Dabei sind die Widerstände 32, 33, 34 seriell zwischen einer Stromquelle 35 und der am Anschluss 9 vorliegenden Versorgungsspannung VDD geschaltet. Durch die Dimensionierung der Widerstände 32, 33, 34 können somit beliebige Steuerspannungen V0, V1, V2, V3 an den Steueranschluss 5 des Varaktors 2 angelegt werden und so beliebige, an den Anschlüssen 13, 14 abgreifbare effektive Kapazitäten Ci, die zwischen Cmin (entsprechend V0) und Cmax (entsprechend V3 = Vhigh = VDD) liegen, angesteuert werden. Die Frequenzen dieses digital gesteuerten Schwingkreises können an den Anschlüssen 36, 37, die parallel zu den Anschlüssen zum Abgreifen der steuerbaren Kapazität 13, 14 angeordnet sind, abgegriffen werden. Dabei bestimmt die Kapazität entsprechend der Varaktoranordnung herkömmlicher Bauart 24 einen Frequenz-Offset und die von den zwei niedrigstwertigen Bits 12a gesteuerte Kapazität des erfindungsgemäßen Varaktors 2 die Frequenzquantisierung.
  • Gegenüber einer Varaktoranordnung nach dem Stand der Technik 24 liefert die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine bessere Frequenzquantisierung, weil in herkömmlichen Schaltungsanordnungen jedes Bit des Steuerwortes 12 jeweils einen Varaktor ansteuert und so der dem niedrigstwertigen Bit zugeordnete Varaktor mit seinem Kapazitätshub ΔC die Fre quenzquantisierung vorgibt. Erfindungsgemäß lässt sich jedoch über die zwei niedrigstwertigen Bits LSBs, die das Steuerwort 12a bilden, ein einzelner Varaktor 12 derart ansteuern, dass zwei zusätzliche Kapazitäten entsprechend V1 und V2 angesteuert werden können und so fünf zusätzliche Schritte zwischen ansteuerbaren Kapazitäten entstehen, die sich aus den Differenzen der gesteuerten effektiven Kapazitäten Cmin = C0, C1, C2, C3 = Cmax entsprechend den Steuerspannungen V0, V1, V2, V3 ergeben. Durch Wahl entsprechender Steuerspannungen bzw. der Widerstände 32, 33, 34 lässt sich so der Abstand Δfij zwischen aufeinander folgenden, ansteuerbaren Frequenzen, die der Differenz zwischen zwei gesteuerten Kapazitäten ΔCij entsprechen, steuern.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. So ist die Erfindung nicht auf den speziellen Aufbau der 10 beschränkt. Insbesondere muss die Erfindung nicht notwendigerweise mit p-MOSFETs realisiert werden, die in der Steuereinheit 10 eingesetzten Schalter 28, 29, 30, 31 können Schalttransistoren sein, die VCO-Schaltung kann ein Ringoszillator sein, die Schalteinheit 10 kann ein Digital-Analog-Wandler sein, bei dem das digitale Steuerwort 12a eingangsseitig angelegt ist und am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers die Steuerspannungen abgegriffen werden.

Claims (10)

  1. Schaltungsanordnung für einen hochauflösenden digital steuerbaren Schwingkreis (1) mit: (a) einem ersten Metalloxid-Halbleiter-Transistor (27), der einen Source-, Drain-, Gate- und Bulk-Anschluss (3, 4, 14, 6) aufweist, wobei der Source-Anschluss (3) und der Drain-Anschluss (4) zu einem Steueranschluss (5) miteinander verbunden sind und an den Steueranschluss (5) eine Steuerspannung (Vctrl) angelegt ist, an dem Bulk-Anschluss (6) ein vorbestimmtes Potenzial (Vref) gelegt ist und zwischen dem Steueranschluss (5) und dem Gate-Anschluss (14) eine erste steuerbare Kapazität (Cvar) abgreifbar ist; (b) einer Referenzspannungsquelle (7), die mehrere Referenzspannungen (V0, V1, ... VN) liefert; (c) einer Dekodierschaltung (11), die in Abhängigkeit von mindestens zwei niederwertigen Bits (12a) eines digitalen Steuerwortes (12) eine der Referenzspannungen (V0, V1, ... VN) als Steuerspannung (Vctrl) an den Steueranschluss (5) schaltet, wobei die Extremwerte der ersten steuerbaren Kapazität (Cmin, Cmax) den Extremwerten der Steuerspannung (Vlow ≤ Vctrl ≤ Vhigh) entsprechen; (d) einer an den Anschlüssen, an denen die erste steuerbare Kapazität abgreifbar ist, parallel geschalteten Varaktoranordnung (24) zum Ankoppeln einer zweiten steuerbaren Kapazität in Abhängigkeit von den höherwertigen Bits (12b) des digitalen Steuerwortes (12), wobei jedes höherwertige Bit (12b) jeweils einen Steueranschluss (Ct) eines Varaktors (DSV) der Varaktoranordnung (24) ansteuert und auf einen der Extremwerte der Steuerspannung (Vlow, Vhigh) legt; und mit (e) einem der Varaktoranordnung (24) parallel geschalteten Induktivitätsschaltkreis (25); wobei die Frequenzen des digital steuerbaren Schwingkreises (1) an den Anschlüssen (13, 14) zum Abgreifen der ersten steuerbaren Kapazität parallel abgreifbar sind.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung einen zweiten Metalloxid-Halbleiter-Transistor (26) aufweist, der zweite Source-, Drain-, Gate- und Bulk-Anschlüsse (19, 17, 21, 15) aufweist, wobei die zweiten Source- und Drain-Anschlüsse (19, 17) des zweiten MOSFETs (26) miteinander kurzgeschlossen sind und mit den ersten miteinander kurzgeschlossenen Source- und Drain-Anschlüssen (20, 18) des ersten MOSFETs (27) zu einem gemeinsamen Steueranschluss (5) verbunden sind und an den die Steuerspannung (Vctrl) angeschlossen ist; der erste Bulk-Anschluss (16) mit dem zweiten Bulk-Anschluss (15) verbunden ist und an das vorbestimmtes Potenzial gelegt ist; und die erste steuerbare Kapazität (Cvar) zwischen dem Gate-Anschluss (22, 14) des ersten MOSFETs (27) und dem Gate-Anschluss (21, 13) des zweiten MOSFETs (26) abgreifbar ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die MOSFETS (26, 27) p-MOSFETS sind, die Bulk-Anschlüsse (15, 16) an die Versorgungsspannung (Vdd) gelegt sind und die Steuerspannung (Vctrl) zwischen Masse und der Versorgungsspannung liegt (0 ≤ Vctrl ≤ Vdd = Vhigh)
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die MOSFETS (26, 27) n-MOSFETS sind, die Bulk-Anschlüsse (15, 16) an Masse gelegt sind und die Steuerspannung (Vctrl) zwischen Masse und der Versorgungsspannung liegt (0 ≤ Vctrl ≤ Vdd = Vhigh)
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Steuerspannungen (Vctrl) so gewählt sind, dass die entsprechenden ersten gesteuerten effektiven Kapazitäten (Ci), die durch zeitliche Mittelung der ersten gesteuerten Kapazität über eine Periode einer zwischen den beiden Anschlüssen (13, 14), an denen die erste steuerbare Kapazität abgreifbar ist, anliegenden periodischen Spannung (VG–Ct), äquidistant zwischen den Extremwerten der Kapazität (Cmin, Cmax) liegen.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (7) in Serie geschaltete Widerstände (32, 33, 34) aufweist, wobei an den Widerständen die Referenzspannungen (Vi) abfallen und die Dekodierschaltung Schalter (28, 29, 30, 31) steuert, die die Referenzspannungen zwischen den Widerständen abgreifen und dem Steueranschluss (5) zuführen.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (28, 29, 30, 31) Transistoren sind.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (7) ein Digital-Analog-Wandler mit einem digitalen Eingang und einem analogen Ausgang ist, wobei an dem Eingang die niederwertigen Bits (12a) des digitalen Steuerwortes (12) anliegen und der Ausgang die Steuerspannungen liefert.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung einen Ringoszillator aufweist.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (7) programmierbar ist.
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