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Feld der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf Kristallreferenzoszillatoren zum Einsatz für Navigationsanwendungen.
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Hintergrund der Erfindung
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Stabile Frequenzreferenzen sind für bestimmte Anwendungen erforderlich, so etwa für Satelliten-Positionierungssysteme und für Notsignalfunkfeuer. In beiden Fällen besteht ein Erfordernis für eine mit mäßig absoluter Genauigkeit (typischerweise einige Einheiten bezogen auf eine Million) bekannte Frequenz, die eine Kurzzeitstabilität aufweist, welche ein Erfassen bei Anwesenheit von Störsignalen oder Rauschen zulässt.
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Die Bedingungen, unter denen gefordert wird, dass das System das Signal abtastet, variieren entsprechend der Anwendung. Bei Konsumenten-Navigationssystemen wird gegenwärtig lediglich ein Einsatz unter moderaten klimatischen Bedingungen erwartet; kritische Anwendungen erfordern es, auch betreibbar zu sein, wenn die Signale gedämpft sind, beispielsweise infolge von Regen, und zukünftige Volumen-Anwendungen werden wahrscheinlich noch größere Anforderungen stellen. Dies führt zu einem Erfordernis nach einer synchronen Integration des Eingangssignals über relativ lange Zeiträume und zu dem Einsatz einer entsprechend stabilen Frequenzreferenz.
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So erfordern beispielsweise heutige kommerzielle Systeme die Detektion eines 1500 MHz-Eingangssignals bei einer maximalen Integrationszeit von 0,2 Sekunden mit einer Zeitsteuerungsstabilität, welche dazu geeignet ist, eine Empfindlichkeit zu erzielen, welche 1 dB von der theoretischen Grenze entfernt liegt. Dies entspricht einer Allan-Frequenzdifferenz bzw. Allan-Varianz (zwischen den ersten und zweiten Hälften der zu detektierenden Periode) von ungefähr 2 ppb (parts per billion), wobei der Effekt einer gleichförmigen Abweichung etwas weniger gravierend ist. Die Allan-Abweichung für derartige Systeme sollte daher um 1,2 ppb liegen.
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Längere Integrationszeiten würden umgekehrt geringere Varianzen erfordern, so etwa eine Abweichung und eine Allan-Varianz in der Größenordnung von 1E-11/Sekunde bzw. 1E-10. Es kommt hinzu, dass derartige längere Detektionsperioden hinsichtlich der Erfordernisse der Benutzer für eine korrekte Detektion relevant werden, was bedeutet, dass das Auftreten von Frequenzsprüngen, die groß genug sind, um die Messungen zu stören (d. h. größer sind als ungefähr die Hälfte der zulässigen Allan-Differenz), nur extrem selten sein darf. Diese Erfordernisse liegen außerhalb gegenwärtig verfügbarer Fähigkeiten von kompakten und mit geringem Leistungsverbrauch betreibbaren Frequenzreferenzen.
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Bei für Navigationssysteme üblicherweise eingesetzten Frequenzreferenzen werden typischerweise AT- oder SC-geschnittene Kristalle eingesetzt. Der gewünschte Schwingungsmodus derartiger Kristalle ist eine Welle, welche sich zwischen den großen Oberflächen der Kristallplatte ausbreitet. Diese Mode weist typischerweise eine frequenzabhängige Temperaturcharakteristik auf, welche nahe der dritten Ordnung liegt. Ausgehend von einer derartigen einfachen Charakteristik würde es prinzipiell möglich sein, ausgehend von einem festen Abstimmungsgesetz eine Abstimmung dahingehend vorzunehmen, dass die Frequenz ungeachtet einer variierenden Temperatur konstant gehalten wird.
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Unglücklicherweise führt die große Dimension der Platte längs der jeweiligen Oberfläche dazu, dass dort noch andere Vibrationsmoden (”plate modes”) bei Frequenzen auftreten, welche nahe der Betriebsfrequenz und ihrer Obertöne liegen. Da diese anderen Moden Temperaturkoeffizienten aufweisen, die sich von demjenigen der beabsichtigten Mode unterscheiden, ist es schwierig, bei allen Arbeitstemperaturen eine Wechselwirkung mit der beabsichtigten Mode zu vermeiden.
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Eine derartige Wechselwirkung hat zwei Effekte: Der bestbekannte Effekt besteht in einer Verzerrung der Frequenztemperaturcharakteristik des Oszillators, welche oft mit einer Reduktion in der Oszillationsamplitude einhergeht, wobei diese Reduktion zu einem im üblichen Sprachgebrauch mit ”activity dip” bezeichneten Aktivitätseinbruch führt. Zur Illustration ist in 1 eine Charakteristik dritter Ordnung, welche typisch für einen Oszillator mit einem AT-Kristall ist, dargestellt. Ein Aktivitätseinbruch tritt für diesen Oszillator im Bereich um etwa 40°C auf, wobei dabei eine bedeutsame Abweichung von der erwarteten Frequenzcharakteristik dritter Ordnung auftritt. Es sei bemerkt, dass die Terminologie ”activity-dip” auch für ähnliche Effekte bei einer Modenkopplung bei anderen Resonatortypen benutzt wird, wie etwa bei dielektrischen Resonatoren.
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Weniger bekannt, jedoch möglicherweise jedoch sogar störender für Navigations- und Notsignalanwendungen, sind schnelle und nicht-systematische Ausgangsfrequenzwechsel in der Nachbarschaft der Aktivitätseinbrüche. Eine bedeutsame Quelle derartiger ”Frequenzstufen” (”frequency steps”) besteht darin, dass eine Kopplung mit der Umgebung über Plattenmoden erfolgt, und zwar, weil diese Moden sich über die ganze Kristallplatte erstrecken und daher Wechselwirkungen mit sämtlichen Halterungseinrichtungen auftreten können. Dies kann zur Folge haben, dass jede Entspannung des Package oder auch jede Anbringungsspannung zur Folge haben kann, dass die Frequenz der Plattenmoden modifiziert wird, was natürlich zu einer Modifizierung der Ausgangsfrequenz des Oszillators führt.
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Es ist daher wünschenswert, einen Arbeitsbereich zu finden, bei dem nur eine kleine Interaktion zwischen der beabsichtigten Betriebsmode und den gekoppelten Moden auftritt. Im Prinzip kann dies dadurch erreicht werden, dass der Kopplungskoeffizient hinsichtlich der ungewünschten Moden minimiert wird und/oder dadurch, dass Sorge getragen wird, dass der Verlust der unerwünschten Mode hoch ist (anders ausgedrückt, dass ein niedriges Q aufrechterhalten wird), und/oder dadurch, dass sichergestellt wird, dass eine Koinzidenz zwischen der Resonanzfrequenz der unerwünschten Mode und der Oszillationsfrequenz lediglich hinreichend weit außerhalb des Betriebstemperaturbereichs auftritt.
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Um einige der vorstehend beschriebenen Probleme zu lindern, sind Ofen-stabilisierte Kristalloszillatoren (auch ”ofen-gesteuerte-Kristall-Oszillatoren” oder auch OCXO genannt) sowie temperaturkompensierte Kristall-Oszillatoren (sog. ”TCXO”) vorgeschlagen worden, beispielsweise in der Veröffentlichung ”Crystal Oscillator Design and Temperature Compensation” von Marvin E Frerking (Van Nostrand Reinhold, 1978). Was OCXO-Lösungen angeht, sind weder die Dimensionen noch die Energieerfordernisse mit ultra-tragbaren Ausrüstungen vereinbar. Die vorstehend beschriebenen Probleme bei Temperaturüberschreitungen bedeuten, dass bei bestimmten Temperaturen selbst die besten Resonator-Ausgestaltungen den oben genannten Systemerfordernissen nicht Rechnung tragen können; ein Ergebnis, das noch problematischer wird, wenn die Kristallgrößen immer kleiner werden.
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Eine mögliche Lösung für energieverbrauchsarme Systeme besteht in der Verwendung mehrerer kompensierter Oszillatoren. Im einfachsten Fall werden alle diese Oszillatoren in ähnlicher Weise kompensiert, und die mittlere bzw. durchschnittliche Frequenz der Ausgänge wird als Referenz verwendet.
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Vorteilhafterweise werden stattdessen die Korrelationen innerhalb der jeweiligen Gruppe gemessen und die Ausgangsdaten von jedem Oszillator ausgemustert, dessen Frequenz zeitweise nicht adäquat mit der Frequenz bzw. den Frequenzen der verbleibenden Oszillatoren der Gruppe korreliert ist. Die Ausgangsdaten werden dann wiederhergestellt, wenn diese zuverlässig sind (Proc. European Frequency and Time Forum 2004, Seiten 570 bis 575). Eine derartige Anordnung erfordert jedoch ein Minimum von drei quasi kontinuierlich arbeitenden Oszillatoren.
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In
US 6 545 550 A beschreibt Frerking eine Oszillatoranordnung, bei von der Kenntnis des Übertemperaturverhaltens mehrerer Resonatoren zur Kompensation bestimmter Faktoren – einschließlich, aber nicht ausschließlich beschränkt auf die augenblickliche Temperatur – Gebrauch gemacht wird. Insbesondere befasst sich Frerking mit Effekten, die mit der mechanischen Beanspruchung in Zusammenhang stehen, welche durch eine Relaxierung der Elektroden und deren Befestigung verursacht werden können. Zusätzlich beschreibt er die Möglichkeit, ausreichend viele Resonatoren dahingehend einzusetzen, dass die Frequenzdaten eines individuellen Resonators bei Temperaturen vernachlässigt werden können, bei denen das Verhalten vorher als suboptimal kalibriert wurde. Die von Frerking beschriebenen Anordnungen sind jedoch sehr spezifisch, dahingehend, dass sie wenigstens einen gegenseitigen Vergleich von zwei Oszillationsfrequenzen mit einer weiteren während der Benutzung erfordern.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Im Hinblick auf ein angestrebtes Abschwächen der vorgenannten Probleme sieht die vorliegende Erfindung in Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt eine resonatorgesteuerte Oszillatoranordnung vor, welche einen resonatorgesteuerten Oszillator, dessen Betriebsfrequenz einstellbar ist, sowie einen Steuerkreis zum Einstellen der Betriebsfrequenz des Oszillators aufweist, wobei der Steuerkreis dahingehend ausgebildet ist, die Betriebsfrequenz in Abhängigkeit von vorherrschenden Umweltbedingungen einzustellen, und wobei der Steuerkreis einen Steuereingang zum Einleiten eines Setup- bzw. Einstellvorgangs aufweist, mit dem die Betriebsfrequenz des Oszillators auf einen Wert eingestellt oder auf einem Wert aufrechterhalten wird, der sich entfernt von jeder Resonanzfrequenz einer gekoppelten Mode befindet, welche einen Aktivitätseinbruch (”activity dip”) zur Folge hätte.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer resonatorgesteuerten Oszillatoranordnung vorgesehen, welche einen resonatorgesteuerten Oszillator, dessen Betriebsfrequenz anpassbar ist, und einen Steuerkreis zum Einstellen der Betriebsfrequenz des Oszillators aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte eines Aufbringens eines Initiierungssignals auf einen Eingang der Steuereinheit, bevor eine kritische Periode beginnt, während derer die Ausgangsfrequenz des Oszillators stabil gehalten werden muss, eines Auswählens eines Betriebsfrequenzwertes durch die Steuereinheit, welcher entfernt bzw. weit entfernt ist von jeglicher Resonanzfrequenz einer gekoppelten Mode, welche einen Aktivitätseinbruch unter den vorhandenen Umweltbedingungen verursachen würde, und eines Einstellens oder eines Aufrechterhaltens der Betriebsfrequenz des Oszillators auf den ausgewählten Wert für die Dauer der kritischen Periode.
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Die unterschiedlichen Betriebsfrequenzen des Oszillators können mit unterschiedlichen Obertonfrequenzen des Resonators korrespondieren, oder sie können mit unterschiedlichen Schwingungsarten oder unharmonischen Resonanzen korrespondieren. Alternativ kann eine einzige Resonanzmode eingestellt werden, um unterschiedliche Oszillationsfrequenzen hervorzubringen, welche entsprechend der Betriebstemperatur ausgewählt werden. Es ist klar, dass auch auf mehrfache Oszillationsfrequenzen zugegriffen werden kann unter Verwendung einer Kombination dieser Verfahren.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Steuerkreis dahingehend ausgebildet, ein Ausgangssignal abzugeben, welches indikativ für den Wert ist, auf welchen die Betriebsfrequenz des Oszillators gesetzt worden ist.
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Die Abstimmung der Betriebsfrequenz des Oszillators entfernt bzw. weit entfernt von der Resonanzfrequenz des Aktivitätseinbruchs kann in passender Weise mittels einer zugeschalteten Kapazität oder zugeschalteter Kapazitäten erfolgen.
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Wenigstens einer der zugeschalteten Kondensatoren kann zusätzlich als temperatur-kompensierender Kondensator dienen.
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Vorzugsweise weist der Steuerkreis einen eine Messung umweltabhängiger Parameter berücksichtigenden Eingang auf, und der Einstellvorgang nutzt die Umgebungsdaten und einen Tabellenspeicher, um die Betriebsfrequenz des Oszillators festzulegen.
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Der gemessene Umgebungsparameter ist im Allgemeinen die augenblickliche bzw. instantane Temperatur, weil dies der kritischste Parameter ist; aber es können auch andere Umgebungsparameter in Betracht gezogen werden, welche die Betriebsfrequenz des Oszillators beeinflussen. Diese Umgebungsparameter können jeweils deren augenblickliche Werte sein, oder es kann die kurz vorausgehende Historie der Vorrichtung in Betracht gezogen werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Oszillatorsignal aus dem resonatorgesteuerten Oszillator über einen Eingang dem Steuerkreis zugeführt, und der Einstellvorgang nutzt Parameter des Oszillationssignals bei einer Mehrzahl von Betriebsfrequenzen, um das Auftreten eines Aktivitätseinbruchs zu erkennen. Das Auftreten eines Aktivitätseinbruchs kann von dem Steuerkreis aus der Amplitude des Oszillationssignals zu der Frequenzanpassungseinstellung bestimmt werden, oder dann, wenn die Ausgangsamplitude stabilisiert ist, durch die Response des Amplitudenstabilisationssignals für Oszillatoren.
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Es ist möglich, die Temperatur des Oszillators während einer Messperiode zu stabilisieren; alternativ kann der Steuerkreis jedoch dahingehend wirksam sein, dass der Oszillator in Abhängigkeit eines von Umweltbedingungen abhängigen Signals abgestimmt wird, derart, dass die Betriebsfrequenz während einer Messperiode auf einem konstanten Wert gehalten wird; eine weitere Alternative besteht darin, es der Frequenz zu erlauben, zu variieren und dem Benutzer Daten zuzuleiten, welche Hinweise auf die Abweichung der Betriebsfrequenz von ihrem Wert unter einigen bekannten Bedingungen enthalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 – wie vorstehend beschrieben –, eine typische Frequenz-/Temperaturcharakteristik eines Quarz-AT-Kristalls mit einem Aktivitätseinbruch zentriert um 40°C
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2 die Änderung der Temperatur des Aktivitätseinbruchs mit der Betriebsfrequenz des Oszillators;
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3 lediglich Abschnitte der Graphen in 2, welche durch einen Aktivitätseinbruch jeglicher Art relativ unbeeinflusst sind,
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4 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der gespeicherte Daten und Temperaturmesswerte genutzt werden, um das Einstellen der Betriebsfrequenz zu bestimmen;
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5 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der eine Messung der Oszillationsamplitude über den Abstimmbereich erfolgt, um diejenigen Daten bereitzustellen, welche das Einstellen der Betriebsfrequenz bestimmen, und
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6 ein Blockdiagramm einer Anordnung gemäß der Erfindung, wobei die Veränderung der Oszillationsfrequenz über den Abstimmbereich genutzt wird, um Daten bereitzustellen, welche das Einstellen der Betriebsfrequenz bestimmen.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung(en)
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Die bevorzugte Ausführungsform nutzt eine Einzel-Mode (bzw. einen Einzel-Modus), welche bzw. welcher zwischen unterschiedlichen Arbeitsbedingungen abgestimmt wird. Dies beruht auf der Beobachtung, dass das Abstimmen einer individuellen Resonanz auf eine unterschiedliche Frequenz die Temperatur verschiebt, bei der ein Aktivitätsabfall die am meisten schädlichen Auswirkungen hat. Es gibt zwei Anreize, ein unterschiedliches Abstimmen einer Einzel-Mode zu nutzen: Erstens, dass die Veränderung der Struktur der Mode kleiner sein kann als bei einem Abstimmen zwischen unterschiedlichen Moden; und zweitens, dass man das systematische Verhalten der Abstimmungstemperaturabhängigkeit von Aktivitätseinbrüchen dazu nutzen kann, die Komplexität der Lösung zu minimieren – das mittels Letzterem überwundene Problem liegt darin, dass die Aktivitätseinbrüche unterschiedlicher Moden im Wesentlichen unkorreliert verlaufen. Für AT-Quarz-Kristalle liegen die Moden, die die größten Probleme bereiten, bei Temperaturkoeffizienten in der Region von 20 bis 30 ppm/°C. 2 zeigt einen Fall, bei dem eine Abstimmung (Tuning) der gewünschten Resonanzfrequenz um 400 ppm die Temperatur des Aktivitätseinbruchs um 20°C verschiebt.
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Bei der Erfindung wird vorteilhaft von dem Umstand Gebrauch gemacht, dass in Navigationssystemen und Notsignalfunkfeuern die tatsächliche Ausgangsfrequenz des Oszillators gewöhnlich nicht kritisch ist (vorausgesetzt, dass sie mit passender Genauigkeit bekannt ist), und eine extreme Stabilität nur für begrenzte Zeitperioden erforderlich ist, oder auch nur für sog. ”kritische Perioden”, wobei es möglich ist, dass der Oszillator kurz vor Beginn der jeweiligen kritischen Periode eingestellt wird.
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Es besteht daher die Möglichkeit, den Oszillator bei einem Start einer jeden kritischen Periode auf eine Frequenz abzustimmen, welche von der Resonanzfrequenz kritischer unerwünschter Moden relativ entfernt ist. Dies erlaubt die Verwendung eines Resonators, der eine unerwünschte Mode aufweist, deren Resonanzfrequenz durch den Resonanzfrequenzbereich der gewünschten Mode innerhalb des geforderten Operationsbereiches des Oszillators hindurchgeht.
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3 zeigt mögliche Startfrequenzen versus Temperatur, durch welche die Auswirkungen des Aktivitätseinbruchs der 1 und 2 reduziert werden. Im Vergleich dazu, dass ein Betrieb im Zentrum des Aktivitätseinbruchs zugelassen wird, führt dies zu einer Reduktion der negativen Auswirkungen um den Faktor 14 – d. h. sowohl unter Berücksichtigung des Temperaturgradienten als auch unter Berücksichtigung der Empfindlichkeit gegenüber Frequenzstufen in der ungewünschten Resonanz.
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Es ist ersichtlich, dass eine der dargestellten beiden Eingabemöglichkeiten über einen großen Temperaturbereich genutzt werden kann. Diese bestehende Freiheit kann genutzt werden, um andere Aktivitätseinbrüche zu vermeiden, falls diese auftreten sollten; ansonsten kann die Auswahl weitgehend beliebig erfolgen oder durch andere Faktoren bestimmt werden. Es kann sein, dass es unzureichend ist, lediglich ein Paar von Änderungen elektrischer Größen vorzunehmen, wenn vielfache Aktivitätseinbrüche mit unterschiedlichen Charakteristika auftreten; in diesem Fall dürfte es geeignet erscheinen, eine Vielzahl von Änderungen elektrischer Größen vorzunehmen.
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Eine derartige Abstimmanordnung erfordert es, dass die geeignete Einstellung bei der Startzeit bekannt ist. Dies kann im Prinzip dadurch erreicht werden, dass die Aktivität des Oszillators über den Abstimmbereich unmittelbar vor der Einstellung kalibriert wird. Abhängig von der geforderten Ansprechempfindlichkeit auf Aktivitätsvariationen könnte dies jedoch eine beträchtliche Erhöhung der Anlaufdauer zur Folge haben. Alternativ könnte der Frequenzeffekt etwas schneller ermittelt werden, falls ein Oszillator mit einer geeigneten Stabilität verfügbar ist. Üblicher ist es jedoch, dass der Oszillator ohnehin aus anderen Gründen vorkalibriert wird, wobei die Kalibrierdaten langfristig in einem Speicher gehalten werden können.
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4 zeigt ein Systemdiagramm eines Systems, bei dem eine Vorkalibration vorausgesetzt wird und welches wie folgt arbeitet:
Kurz vor einer kritischen Periode, während derer ein Vorhandensein einer stabilen Frequenz erforderlich ist, wird ein Signal einem Steuereingang zugeleitet, der einen Einstellvorgang einleitet. Dieses Verfahren nutzt Temperaturdaten, um in etwa die Temperaturgrößenordnung vorherzusagen, welche während des Betriebes auftreten werden. Diese werden zusammen mit den in dem Speicher gespeicherten Daten verwendet, um den Oszillator auf eine Frequenz-Anpassungs-Einstellung abzustimmen, welche über den erwarteten Temperaturbereich entfernt bzw. weit entfernt ist von der Zentrumsfrequenz bekannter, möglicherweise störender Aktivitätseinbrüche. Zur Vermeidung von Zweifeln sollten die eingesetzten Temperaturdaten auf einer einzigen Temperaturmessung beruhen, oder es kann aber auch ein historischer Verlauf bekannt sein, aufgrund dessen sich wahrscheinliche Entwicklungstendenzen während der Betriebsperiode ergeben.
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Der Oszillator kann dauernd auf einer Frequenz gehalten werden, bei der Aktivitätseinbrüche dadurch vermieden werden, dass einem Operationsparameter, wie beispielsweise der Temperatur, nachgefolgt wird. Dies würde jedoch erforderlich machen, dass die Frequenz des Oszillators über die Zeit geändert wird, sei es abrupt oder kontinuierlich. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es wesentlich, sicherzustellen, dass während der kritischen Periode keine Anpassung der Frequenz erfolgt, selbst dann, wenn die Auswahl der Oszillatorfrequenz vor der Initiierung eines ”Startup”-Vorgangs und nicht danach erfolgt. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass zwischen der Einleitung eines Setup-Vorganges und der kritischen Periode, während derer die Messung erfolgt, ein kürzerer Zeitraum erforderlich ist.
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Die 5 und 6 zeigen Systeme, bei denen die optimale Betriebsfrequenz von dem Steuerkreis dadurch bestimmt wird, dass das Verhalten des Oszillators bei verschiedenen Betriebsfrequenzen analysiert wird. In der Anordnung gemäß 5 ermittelt der Steuerkreis einen Aktivitätseinbruch, während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 die Anomalien in der Ausgangsfrequenz des Referenzoszillators analysiert werden.
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Was die in 4 dargestellte Anordnung angeht, so leitet ein dem Steuereingang zugeführtes Signal einen Einstellvorgang (Setupvorgang) ein. Während des Setupvorgangs wird ein gewisser Anteil der Frequenz-Anpassungsgrößenordnung des Oszillators gescannt, und Messungen des Oszillatorausgangs bestimmen solche Frequenz-Anpassungs-Einstellungen, bei denen der Oszillator relativ frei von Aktivitätseinbrüchen ist.
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Wenn einmal der Oszillatorkreis auf eine geeignete Betriebsbedingung eingestellt ist, können die Auswirkungen einer zugehörigen intrinsischen Frequenz-Temperaturabweichung auf verschiedenen Wegen minimiert werden.
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Für die kritischsten Anwendungen ist es höchst vorteilhaft, die Kristall-Temperaturabweichungen während der Messperiode zu minimieren; dies könnte dadurch erfolgen, dass ein vorhergehendes Aufheizen des Systems auf eine Temperatur leicht oberhalb der Umgebungstemperatur erfolgt; wenn es jedoch so ist, dass der Temperaturbereich wesentlich kleiner ist als der ”worst case”, kann es jedoch wirksamer sein, die Temperatur auf ihrem Startwert aufrecht zu erhalten, indem ein Heiz-Kühler, beispielsweise basierend auf dem Peltier-Effekt, eingesetzt wird.
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Alternativ kann die Recktanz des Oszillatorkreises kontinuierlich dahingehend abgestimmt werden, dass eine stabile Frequenz aufrecht erhalten wird, in einer Weise, die ähnlich ist, wie es bei einem konventionellen temperaturkompensierten Kristalloszillator der Fall ist. Eventuell kann der begrenzte Temperaturbereich für jede Periode genutzt werden, um den Kompensations-Schaltkreis zu vereinfachen und/oder die Leistung zu verbessern – natürlich erfordert dies zusätzlichen Speicherplatz oder eine digitale Vorberechnung.
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Eine zusätzliche Möglichkeit besteht darin, den Hauptteil der Frequenz-Temperaturabhängigkeitsveränderung dadurch zu kompensieren, dass Kondensatoren mit bekannter Veränderung bei sich ändernder Temperatur eingesetzt werden. Eine Kapazitätswertänderung kann dadurch erreicht werden, dass der Kondensatorwert oder das Vorhandensein von Kondensatoren ”abgeschaltet” wird. Ein schaltbarer Kondensator kann als temperaturkompensierender Kondensator ausgebildet sein.
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Der Einsatz von temperaturkompensierenden Kondensatoren bietet im Prinzip zwei mögliche Vorteile: Zum ersten ist dieser Teil der Kompensation nicht störsignal- bzw. rauschempfindlich, während üblicherweise eine Halbleiter-Temperatur-Erfassung von Rauscheffekten begleitet wird; zum zweiten kann der Kondensator dort angeordnet werden, wo seine Temperatur am besten derjenigen des Kristalls folgt. Ein solcher ”Folge”-Vorteil ist potentiell auch bei der temperaturstabilisierten Anordnung, wie vorstehend beschrieben, vorhanden.
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Ein zusätzliches Verfahren, welches selbstverständlich mit jeder der oben beschriebenen Techniken kombiniert werden kann, würde darin bestehen, erwartete Frequenz-Daten in einen geeigneten Rechner in dem Navigationssystem einzugeben. Die Daten könnten dann entweder dazu eingesetzt werden, eine stabile Frequenz aufzubauen oder ein nach-mischungsberechnungsbasiertes (post-mixingcalculaton-based) Korrektursystem zu unterstützen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Proc. European Frequency and Time Forum 2004, Seiten 570 bis 575 [0013]
