DE19626102A1 - Analoge Oszillatorschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft analoge Oszillator­ schaltungen und insbesondere analoge Oszillatorschaltungen, welche bei niedrigen Frequenzen mit einem kleinen Kondensa­ tor und einer verringerten Empfindlichkeit gegenüber Rau­ schen arbeiten können.

Fig. 3 zeigt einen herkömmlichen analogen RC-Oszilla­ tor, der einen Kondensator C1, erste und zweite Widerstände R1 bzw. R2, einen Komparator COMP und einen Schalter S1 aufweist. Wenn die Spannung über dem Kondensator C1 niedri­ ger als eine Vorspannung Vbias1 ist, befindet sich das Aus­ gangssignal des Komparators COMP an einem logisch niedrigen Pegel und der Schalter S1 ist offen. Der Kondensator C1 wird von einem Strom aufgeladen, der von einer Spannungs­ quelle Vcc durch den Widerstand R1 fließt. Wenn die Span­ nung über dem Kondensator C1 Vbias1 überschreitet, schaltet das Ausgangssignal des Komparators COMP zu einem logisch hohen Pegel, welcher den Schalter S1 schließt. Der Konden­ sator C1 wird dann durch den Widerstand R2 entladen. Wenn die Kondensatorspannung zurück zu unter Vbias1 abfällt, öffnet der Komparator COMP den Schalter S1, wodurch ein neuer Zyklus beginnt.

Ein Problem der Schaltung in Fig. 3 besteht darin, daß sie empfindlich gegenüber Rauschen ist. Ein weiteres Pro­ blem besteht darin, daß, wenn sie auf einer integrierten Schaltung verwirklicht wird, der Oszillator nicht bei nied­ rigen Frequenzen arbeiten kann, da der Widerstand R1 und/oder der Kondensator C1 große Werte aufweisen müssen. Bei einer typischen Niederfrequenzanwendung, zum Beispiel einer Frequenz in der Größenordnung von 50 Kilohertz (kHz), muß der Kondensator C1 eine größere Kapazität als 500 Pico­ farad (pF) aufweisen, womit er eine übermäßige Chipfläche einnimmt.

Fig. 4 zeigt eine weitere herkömmliche analoge RC-Os­ zillatorschaltung. Diese Schaltung ist zu der Schaltung in Fig. 3 ähnlich, aber der Widerstand R1 ist durch eine erste Stromquelle I1 ersetzt, welche den Kondensator C1 auflädt, wenn der Schalter S1 geschlossen ist, und der Widerstand R2 ist durch eine zweite Stromquelle I2 ersetzt, welche den Kondensator C1 entlädt, wenn der Schalter S1 geschlossen ist. Der Kondensator C1 wird von einem Strom entladen, wel­ cher die Differenz der Ströme ist, die durch die Stromquel­ len I1 und I2 fließen. Die Stromquellen I1 und I2 sind ty­ pischerweise mit Bipolartransistoren verwirklicht.

Wenn die Stromquellen I1 und I2 mit relativ hohen Strö­ men betrieben werden, ist die Schaltung in Fig. 4 im allge­ meinen weniger empfindlich gegenüber Rauschen als die Schaltung in Fig. 3. Wenn große Ströme verwendet werden, muß jedoch der Kondensator immer noch übermäßig groß ge­ macht werden, damit die Schaltung bei niedrigen Frequenzen arbeitet. Wenn niedrigere Strompegel in einem Versuch ver­ wendet werden, die Größe des Kondensators C1 zu verringern, wird die Schaltung empfindlicher gegenüber Rauschen. Die Bipolartransistoren, die verwendet werden, um die Strom­ quellen I1 und I2 zu verwirklichen, leiden ebenso an einer schlechten Stromverstärkung und einer Instabilität bei niedrigen Strompegeln.

Demgemäß verbleibt ein Bedarf nach einer Oszillator­ schaltung, die die zuvor beschriebenen Probleme überwinden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, einen analogen Oszillator bei niedrigen Frequenzen mit einer verringerten Rauschempfindlichkeit zu betreiben und einen analogen Oszillator zu schaffen, welcher ohne Verwendung einer übermäßigen Chipfläche auf einer inte­ grierten Schaltung verwirklicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrich­ tung nach Anspruch 1 oder 13 und ein Verfahren nach An­ spruch 17 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Oszillatorschaltung auf: einen Kondensator; eine erste Stromquelle, die an den Kondensator angeschlossen ist, wobei die erste Stromquelle einen ersten Strom er­ zeugt, um den Kondensator aufzuladen; eine zweite Strom­ quelle, die an den Kondensator angeschlossen ist, wobei die zweite Stromquelle einen zweiten Strom erzeugt, um den Kon­ densator zu entladen; einen Komparator, der an den Konden­ sator und die zweite Stromquelle angeschlossen ist, um die zweite Stromquelle als Reaktion auf die Kondensatorspannung zu steuern; und eine dritte Stromquelle, die an den Konden­ sator angeschlossen ist, um einen Abschnitt bzw. einen Teil des ersten Stroms weg von dem Kondensator nebenzuschließen.

An die zweite Stromquelle kann ein Schalter angeschlos­ sen sein, um die zweite Stromquelle zu steuern, und eine Temperaturkompensationsschaltung kann an die Stromquellen angeschlossen sein. Die zweiten und dritten Stromquellen können Stromspiegelschaltungen beinhalten.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Oszillatorschaltung geschaffen, die aufweist: ei­ nen Kondensator; eine Einrichtung zum Erzeugen eines Stroms, um den Kondensator aufzuladen, wodurch ein Konden­ satorspannungssignal erzeugt wird; eine Einrichtung zum Vergleichen des Kondensatorspannungssignals mit einem Vor­ spannungssignal; eine Einrichtung zum Entladen des Konden­ sators; und eine Einrichtung zum Nebenschließen eines Ab­ schnitts des Stroms weg von dem Kondensator.

Die Einrichtung zum Erzeugen eines Stroms kann eine er­ ste Stromquelle beinhalten, die Einrichtung zum Entladen des Kondensators kann eine zweite Stromquelle beinhalten und die Einrichtung zum Nebenschließen eines Abschnitts des Stroms kann eine dritte Stromquelle beinhalten. Die Ein­ richtung zum Entladen des Kondensators kann weiterhin einen Schalter zum Steuern der zweiten Stromquelle beinhalten.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Oszillationssignals geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines Stroms; Aufladen eines Kondensators mit dem Strom, wodurch ein Kondensatorspannungssignal erzeugt wird; Ver­ gleichen des Kondensatorspannungssignals mit einem Vorspan­ nungssignal; Entladen des Kondensators; und Nebenschließen eines Abschnitts des Stroms weg von dem Kondensator.

Die Entladung des Kondensators kann ein Erzeugen eines zweiten Stroms, wenn die Differenz zwischen dem Kondensa­ torspannungssignal und dem Vorspannungssignal einen ersten Wert erreicht, und dann ein Stoppen eines Erzeugens des zweiten Stroms beinhalten, wenn die Differenz zwischen dem Kondensatorspannungssignal und dem Vorspannungssignal einen zweiten Wert erreicht.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ermöglicht, daß die Stromquellen mit hohen Strömen betrieben werden, während ein Kondensator mit einem kleinen Differenzstrom aufgeladen wird. Somit ist ein Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung weniger empfindlich gegen­ über Rauschen.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Kondensator, der verwendet wird, um die vor­ liegende Erfindung zu verwirklichen, klein verbleiben kann und deshalb weniger Chipfläche verwendet.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Bipolartransistoren, die verwendet werden, um einen Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung zu ver­ wirklichen, mit hohen Strömen arbeiten können, wodurch eine Stabilität, eine Rauschunempfindlichkeit und eine Stromver­ stärkung verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels einer analogen Oszillatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer analogen Oszillator­ schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer analogen Oszil­ latorschaltung im Stand der Technik; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer analogen Os­ zillatorschaltung im Stand der Technik, welche Stromquellen verwendet.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels der vorliegenden Erfindung.

Das Ausführungsbeispiel einer analogen Oszillatorschal­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 ge­ zeigt. Es wird eine Beschreibung aller Komponenten gegeben, der eine Beschreibung der Funktionsweise der Schaltung folgt.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist typischerweise auf einer integrierten Schaltung verwirklicht und beinhaltet einen Kondensator C1, welcher einen Anschluß, der an einen gemeinsamen Versor­ gungsanschluß GND angeschlossen ist, und einen anderen An­ schluß aufweist, der an einen Summierknoten V01 angeschlos­ sen ist. Eine erste Stromquelle I1 zum Aufladen des Konden­ sators C1 ist zwischen dem Summierknoten V01 und einem Spannungsversorgungsanschluß Vcc angeschlossen. Eine zweite Stromquelle I2 zum Entladen des Kondensators C1 weist einen Anschluß, der an den Summierknoten V01 angeschlossen ist, und einen anderen Anschluß auf, der durch einen einpoligen Einstellungsschalter (SPST) S1 an den gemeinsamen Versor­ gungsanschluß GND angeschlossen ist. Eine dritte Strom­ quelle I3 zum Nebenschließen eines Stroms weg von dem Kon­ densator C1 ist zwischen dem Summierknoten V01 und dem ge­ meinsamen Versorgungsanschluß GND angeschlossen. Die Strom­ quellen I1, I2 und I3 sind typischerweise mit Bipolartran­ sistoren verwirklicht.

Ein Komparator bzw. Vergleicher COMP weist einen ersten Eingangsanschluß, der an den Summierknoten V01 angeschlos­ sen ist, einen zweiten Eingangsanschluß, der ein Vorspan­ nungssignal Vbias1 aufnimmt und einen Ausgangsanschluß auf, der an den Schalter S1 angeschlossen ist, um den Schalter S1 zu steuern. Der Ausgangsanschluß des Komparators COMP bildet ebenso den Ausgangsanschluß V02 der Oszillatorschal­ tung aus. Der Komparator COMP kann eine Schmitttrigger­ schaltung sein, die eine Hysterese aufweist.

Eine Temperaturkompensationsschaltung 10 kann an die Stromquellen I1, I2 und I3 angeschlossen sein, um bei Ände­ rungen der Temperatur stabile Ströme aufrechtzuerhalten.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung wird nun betrachtet. Die erste Strom­ quelle I1 erzeugt einen ersten Strom i1, welcher in den Summierknoten V01 fließt. Die dritte Stromquelle I3 erzeugt einen dritten Strom i3, welcher einen Abschnitt des Stroms i1 weg von dem Kondensator C1 nebenschließt. Wenn die Span­ nung an dem Summierknoten V01 niedriger als der Spannungs­ pegel des Vorspannungssignals Vbias1 ist, befindet sich der Ausgangsanschluß des Komparators COMP an einem logisch niedrigen Pegel und der Schalter S1 ist offen. Somit lie­ fert die Stromquelle I2 keinen Strom zu dem Summierknoten V01 und der Kondensator C1 wird durch einen Aufladestrom, welcher gleich i1 - i3 ist aufgeladen.

Wenn sich der Kondensator C1 auflädt, fährt das Konden­ satorspannungssignal an dem Summierknoten V01 fort, anzu­ steigen, bis es die Spannung des Vorspannungssignals Vbias1 erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt der Komparatorausgang zu einem logisch hohen Pegel schaltet, wodurch der Schalter S1 geschlossen wird. Wenn sich der Schalter S1 schließt, erzeugt die Stromquelle I2 einen Strom i2, welcher mit den anderen Strömen an dem Summierknoten V01 summiert wird. Die dritte Stromquelle I3 fährt fort, einen Abschnitt des Stroms i1 zu dem gemeinsamen Versorgungsanschluß GND neben­ zuschließen, und der Kondensator C1 entlädt sich dann mit einem Entladestrom, welcher gleich i1 - i2 - i3 ist. Wenn die Kondensatorspannung unter den Vorspannungspegel Vbias1 abfällt, schaltet der Komparatorausgang zu einem logisch niedrigen Pegel zurück, wodurch der Schalter S1 geöffnet wird. Wenn der Komparator CONP als ein Schmitttrigger ver­ wirklicht ist, fällt die Kondensatorspannung auf einen zweiten Pegel ab, der niedriger als der Vorspannungspegel Vbias1 ist, bevor der Komparator COMP den Schalter S1 aus­ schaltet. Wenn sich der Schalter S1 öffnet, stoppt die zweite Stromquelle I2 ein Erzeugen eines Stroms und ein neuer Aufladezyklus beginnt.

Ein Vorteil der vorliegenden Schaltung besteht darin, daß sie ermöglicht, daß die Stromquellen mit hohen Strömen arbeiten, während der Kondensator C1 mit dem kleinen Diffe­ renzstrom i1 - i3 aufgeladen wird. Somit ist die Schaltung weniger empfindlich gegenüber Rauschen, wobei außerdem der Kondensator C1 aufgrund des kleinen Werts des Aufladestroms klein verbleiben kann. Der Kondensator C1 verwendet deshalb wenig Chipfläche. Weiterhin ermöglicht diese Schaltung ebenso, daß die Bipolartransistoren, die verwendet werden, um die Stromquellen I1, I2 und I3 zu verwirklichen, mit ho­ hen Strömen arbeiten, was eine Stabilität, eine Rauschun­ empfindlichkeit und eine Stromverstärkung verbessert.

Wenn eine Oszillationsfrequenz von 50 kHz ausgewählt wird und Vbias1 auf 1.5 Volt (V) eingestellt wird, kann der Kondensator C1 in der Schaltung in Fig. 1 eine Kapazität von 60 pF aufweisen, der Aufladestrom kann ungefähr 6.4 Mi­ kroampere (µA) betragen und der Entladestrom kann ungefähr 15 µA betragen. Diese Auflade- und Entladeströme können durch eine erste Stromquelle I1, welche 100 µA erzeugt, ei­ ne zweite Stromquelle I2, welche 21.4 µA erzeugt, und eine dritte Stromquelle I3 realisiert werden, welche 93.6 µA er­ zeugt. Somit ist der Strom durch die Stromquellen I1, I2 und I3 hoch genug, um die Stabilität der Bipolartransisto­ ren aufrechtzuerhalten und die Empfindlichkeit der Schal­ tung gegenüber Rauschen zu verringern, während die Größe des Kondensators C1, der benötigt wird, um den Oszillator auf einer integrierten Schaltung zu verwirklichen, immer noch verringert wird.

Um einen stabilen Betrieb beim Vorhandensein von Tempe­ raturänderungen aufrechtzuerhalten, kann eine Temperatur­ kompensationsschaltung 10 verwendet werden, um einen kon­ stanten Strom der Stromquellen I1, I2 und I3 aufrechtzuer­ halten. Die Temperaturkompensationsschaltung 10 arbeitet durch ein Anpassen des positiven Temperaturkoeffizienten eines Widerstands mit dem negativen Temperaturkoeffizienten der Basis-Emitter-Spannung eines Bipolartransistors.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer analogen Os­ zillatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Es wird eine Beschreibung aller Komponenten gegeben, der eine Beschreibung der Funktionsweise der Schaltung folgt.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 2 gezeigt ist, wird typischerweise auf einer integrierten Schaltung verwirklicht und beinhaltet einen Kondensator C1, welcher einen Anschluß, der an einen gemeinsamen Versor­ gungsanschluß GND angeschlossen ist und einen anderen An­ schluß aufweist, der an einen Summierknoten V01 angeschlos­ sen ist.

Ein NPN-Referenztransistor Q6 weist einen Emitter auf, der an einen Spannungsversorgungsanschluß Vcc angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors Q6 ist an einen Aus­ gangsanschluß einer Temperaturkompensationsschaltung 10 an­ geschlossen, welche einen Referenzstrom erzeugt, der von der Temperatur unabhängig ist. Die Basis des Transistors Q6 ist an den Kollektor des Transistors Q6 angeschlossen, um einen Referenzknoten auszubilden.

Ein erster PNP-Stromquellentransistor I1 ist zwischen dem Spannungsversorgungsanschluß Vcc und einem Summierkno­ ten V01 angeschlossen und bildet eine erste Stromquelle zum Aufladen des Kondensators C1 aus. Der Emitter des Transi­ stors I1 ist an den Spannungsversorgungsanschluß Vcc ange­ schlossen, der Kollektor des Transistors I1 ist an den Sum­ mierknoten V01 angeschlossen und die Basis des Transistors I1 ist an den Referenzknoten angeschlossen.

Ein zweiter PNP-Stromquellentransistor I2 ist zwischen dem Spannungsversorgungsanschluß Vcc und durch eine erste Stromspiegelschaltung 20 dem Summierknoten V01 angeschlos­ sen, wodurch eine zweite Stromquelle zum Entladen des Kon­ densators C1 ausgebildet ist. Der Emitter des Transistors I2 ist an den Spannungsversorgungsanschluß Vcc angeschlos­ sen und die Basis des Transistors I2 ist an den Referenz­ knoten angeschlossen. Die Stromspiegelschaltung 20 beinhal­ tet erste und zweite NPN-Stromspiegeltransistoren Q1 bzw. Q2, die mit den durch Widerstände R1 bzw. R2 an den gemein­ samen Versorgungsanschluß GND angeschlossenen Emittern der Transistoren Q1 bzw. Q2 als ein Stromspiegel ausgestaltet sind. Die Basen der Transistoren Q1 bzw. Q2 sind miteinan­ der verbunden und die Basis und der Kollektor des Transi­ stors Q1 sind miteinander verbunden. Der Kollektor des Transistors Q1 ist an den Kollektor des Transistors I2 an­ geschlossen und der Kollektor des Transistors Q2 ist an den Summierknoten V01 angeschlossen.

Ein dritter PNP-Stromquellentransistor I3 ist zwischen dem Spannungsversorgungsanschluß Vcc und durch eine zweite Stromspiegelschaltung 30 dem Summierknoten V01 angeschlos­ sen, wodurch eine dritte Stromquelle zum Nebenschließen ei­ nes Stroms von der ersten Stromquelle I1 ausgebildet ist. Der Emitter des Transistors I3 ist an den Spannungsversor­ gungsanschluß Vcc angeschlossen und die Basis des Transi­ stors I3 ist an den Referenzknoten angeschlossen. Die zwei­ te Stromspiegelschaltung 30 beinhaltet erste und zweite NPN-Stromspiegeltransistoren Q3 bzw. Q4, die mit den durch Widerstände R3 bzw. R4 an den gemeinsamen Versorgungsspan­ nungsanschluß GND angeschlossenen Emittern der Transistoren Q3 bzw. Q4 als ein Stromspiegel ausgestaltet ist. Die Basen der Transistoren Q3 bzw. Q4 sind miteinander verbunden und die Basis und der Kollektor des Transistors Q3 sind mitein­ ander verbunden. Der Kollektor des Transistors Q3 ist an den Kollektor des Transistors I3 angeschlossen und der Kol­ lektor des Transistors Q4 ist an den Summierknoten V01 an­ geschlossen.

Die Stromquellentransistoren I1, I2 und I3 bilden Stromspiegel mit dem Transistor Q6, womit die Transistoren I1, I2 und I3 Ströme i1, i2 bzw. i3 erzeugen, welche zu dem Referenzstrom proportional sind, der von der Temperaturkom­ pensationsschaltung 10 erzeugt wird. Der zweite Stromspie­ geltransistor Q2 erzeugt einen zweiten Strom iq2, welcher zu dem Strom i2 proportional ist, und der vierte Stromspie­ geltransistor Q4 erzeugt einen dritten Strom iq4, welcher zu dem Strom i3 proportional ist. Durch zweckmäßige Auswahl von Emitterflächen und Widerstandswerten kann iq2 gleich i2 gemacht werden und kann iq4 gleich i3 gemacht werden.

Ein Komparator COMP weist einen ersten Eingangsan­ schluß, der an den Summierknoten V01 angeschlossen ist, ei­ nen zweiten Eingangsanschluß, der das Vorspannungssignal Vbias1 aufnimmt, und einen Ausgangsanschluß auf, der an die Basis eines PNP-Schalttransistors Q5 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors Q5 ist an den Kollektor des Transi­ stors I2 angeschlossen und der Kollektor des Transistors Q5 ist an den gemeinsamen Versorgungsanschluß GND angeschlos­ sen. Der Ausgangsanschluß des Komparators COMP bildet eben­ so den Ausgangsanschluß V02 der Oszillatorschaltung aus. Der Komparator COMP kann eine Schmitttriggerschaltung sein, die eine Hysterese aufweist.

Die Funktionsweise des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird nun betrachtet. Der erste Stromquellentransistor I1 erzeugt einen ersten Strom i1, welcher in den Summierknoten V01 fließt. Der dritte Strom­ quellentransistor I3 erzeugt einen dritten Strom i3, wel­ cher in die zweite Stromspiegelschaltung 30 fließt. Die zweite Stromspiegelschaltung 30 erzeugt den Strom iq4, wel­ cher in den Kollektor des Transistors Q4 fließt und einen Abschnitt des Stroms i2 weg von dem Kondensator C1 neben­ schließt. Wenn die Spannung an dem Summierknoten V01 nied­ riger als der Spannungspegel des Vorspannungssignals Vbias1 ist, befindet sich der Ausgangsanschluß des Komparators COMP an einem logisch niedrigen Pegel, welcher den Transi­ stor Q5 einschaltet, wodurch der Strom i2 zu dem gemeinsa­ men Versorgungsanschluß GND abgeleitet wird. Somit liefert der Stromspiegel 20 keinen Strom zu dem Summierknoten V01 und der Kondensator C1 wird von einem Aufladestrom aufgela­ den, welcher gleich i1 - iq4 ist. Wenn der Stromspiegel 30 ausgeglichen ist, beträgt der Aufladestrom i1 - i3.

Wenn sich der Kondensator C1 auflädt, fährt das Konden­ satorspannungssignal an dem Summierknoten V01 fort, anzu­ steigen, bis es die Spannung des Vorspannungssignals Vbias1 erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt der Komparatorausgang zu einem logisch hohen Pegel schaltet, wodurch der Transi­ stor Q5 ausgeschaltet wird. Wenn der Transistor Q5 ausge­ schaltet ist, fließt der Strom i2 in die erste Stromspie­ gelschaltung 20. Die erste Stromspiegelschaltung 20 erzeugt den Strom iq2, welcher in den Kollektor des Transistors Q2 fließt und mit den anderen Strömen an dem Summierknoten V01 summiert wird. Der zweite Stromspiegel 30 fährt fort, einen Abschnitt des Stroms i1 zu dem gemeinsamen Versorgungsan­ schluß GND nebenzuschließen, und wenn der Strom iq2 größer als i1 - iq4 ist, wird dann der Kondensator C1 mit einem Entladestrom entladen, welcher gleich i1 - iq2 - iq4 ist. Wenn beide Stromspiegel 20 bzw. 30 ausgeglichen sind, be­ trägt der Entladestrom i1 - i2 - i3.

Wenn die Kondensatorspannung unter den Vorspannungspe­ gel Vbias1 abfällt, schaltet der Komparatorausgang zu einem logisch niedrigen Pegel zurück, wodurch der Schalttransi­ stor Q5 eingeschaltet wird. Wenn der Komparator COMP als ein Schmitttrigger verwirklicht ist, fällt die Kondensator­ spannung auf einen zweiten Pegel ab, der niedriger als der Vorspannungspegel Vbias1 ist, bevor der Komparator COMP den Transistor Q5 einschaltet. Wenn der Transistor Q5 einge­ schaltet ist, stoppt der erste Stromspiegel 20 ein Erzeugen eines Stroms und ein neuer Aufladezyklus beginnt.

Um einen stabilen Betrieb beim Vorhandensein von Tempe­ raturänderungen aufrechtzuerhalten, hält die Temperaturkom­ pensationsschaltung 10 einen konstanten Referenzstrom des Transistors Q6 aufrecht. Die Temperaturkompensationsschal­ tung 10 arbeitet durch ein Anpassen des positiven Tempera­ turkoeffizienten eines Widerstands mit dem negativen Tempe­ raturkoeffizienten der Basis-Emitter-Spannung eines Bipo­ lartransistors.

Ein Vorteil der vorliegenden Schaltung besteht darin, daß sie ermöglicht, daß die Stromquellen mit hohen Strömen arbeiten, während der Kondensator C1 mit dem kleinen Diffe­ renzstrom i1 - iq4 aufgeladen wird. Somit ist die Schaltung weniger empfindlich gegenüber Rauschen, wobei außerdem der Kondensator C1 aufgrund des niedrigen Werts des Auflade­ stroms klein verbleiben kann. Der Kondensator C1 verwendet deshalb wenig Schaltungsfläche. Weiterhin ermöglicht diese Schaltung ebenso, daß die Bipolartransistoren in den Strom­ quellen mit hohen Strömen arbeiten, was eine Stabilität, eine Rauschunempfindlichkeit und die Stromverstärkung ver­ bessert.

Ein in der vorhergehenden Beschreibung offenbarter ana­ loger Oszillator für eine integrierte Schaltung arbeitet bei einer niedrigen Frequenz mit verringerter Empfindlich­ keit gegenüber Rauschen und kann mit einem Kondensator ver­ wirklicht werden, der einen kleinen Raum eines Chips ein­ nimmt. Der Oszillator lädt einen Kondensator durch ein Er­ zeugen eines Stroms mit einer Aufladestromquelle auf und schließt dann mit einer Nebenschlußstromquelle einen Ab­ schnitt des Stroms weg von dem Kondensator neben. Die Stromquellen sind mit Bipolartransistoren verwirklicht, welche mit einem hohen Strom betrieben werden, um eine Emp­ findlichkeit gegenüber Rauschen zu verringern. Der Konden­ sator wird durch einen kleinen Differenzstrom langsam auf­ geladen, welcher gleich der Differenz zwischen dem Strom von der Aufladestromquelle und dem Strom von der Neben­ schlußstromquelle ist. Ein Schmitttriggerkomparator ver­ gleicht die Kondensatorspannung mit einer Referenzspannung und steuert eine Entladestromquelle, welche den Kondensator entlädt. Die Stromquellen beinhalten Stromspiegel und sind temperaturkompensiert.

Claims (21)

1. Oszillatorschaltung, die aufweist:
einen Kondensator (C1);
eine erste Stromquelle (I1), die an den Kondensator (C1) angeschlossen ist, wobei die erste Stromquelle einen ersten Strom (i1) erzeugt, um den Kondensator (C1) aufzu­ laden;
eine zweite Stromquelle (I2), die an den Kondensator (C1) angeschlossen ist, wobei die zweite Stromquelle einen zweiten Strom (i2) erzeugt, um den Kondensator (C1) zu entladen;
einen Komparator (COMP), der an den Kondensator (C1) und die zweite Stromquelle (I2) angeschlossen ist, um die zweite Stromquelle (I2) als Reaktion auf die Kondensa­ torspannung zu steuern; und
eine dritte Stromquelle (I3), die an den Kondensator (C1) angeschlossen ist, um einen Abschnitt des ersten Stroms (i1) weg von dem Kondensator (C1) nebenzuschließen.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin einen Schalter (S1) beinhal­ tet, der an die zweite Stromquelle (I2) angeschlossen ist, um die zweite Stromquelle (I2) zu steuern.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin eine Temperaturkompensa­ tionsschaltung (10) beinhaltet, die an die Stromquellen (I1 bis I3) angeschlossen ist.

4. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Stromquelle (I2) eine Strom­ spiegelschaltung beinhaltet.

5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dritte Stromquelle (I3) eine Stromspie­ gelschaltung (30) beinhaltet.

6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin beinhaltet:
einen ersten Versorgungsanschluß (GND);
einen zweiten Versorgungsanschluß (Vcc);
einen Referenzknoten; und
einen Summierknoten (V01),
wobei der Kondensator (C1) einen ersten Anschluß, der an den ersten Versorgungsanschluß (GND) angeschlossen ist, und einen zweiten Anschluß beinhaltet, der an den Sum­ mierknoten (V01) angeschlossen ist.

7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß:
die erste Stromquelle einen ersten Stromquellentran­ sistor (I1) beinhaltet, der einen Emitter, der an den zweiten Versorgungsanschluß (Vcc) angeschlossen ist, ei­ ne Basis, die an den Referenzknoten angeschlossen ist, und einen Kollektor aufweist, der an den Summierknoten (V01) angeschlossen ist;
die zweite Stromquelle einen zweiten Stromquellentran­ sistor (I2) beinhaltet, der einen Emitter, der an den zweiten Versorgungsanschluß (Vcc) angeschlossen ist, ei­ ne Basis, die an den Referenzknoten angeschlossen ist, und einen Kollektor aufweist, der an den Summierknoten (V01) angeschlossen ist; und
die dritte Stromquelle einen dritten Stromquellentran­ sistor beinhaltet, der einen Emitter, der an den zwei­ ten Versorgungsanschluß angeschlossen ist, eine Basis, die an den Referenzknoten angeschlossen ist, und einen Kollektor aufweist, der an den Summierknoten ange­ schlossen ist.

8. Oszillatorschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Komparator (COMP) einen ersten Ein­ gangsanschluß, der an den Summierknoten (V01) ange­ schlossen ist, einen zweiten Eingangsanschluß, der ein Vorspannungssignal (Vbias1) aufnimmt, und einen Ausgangs­ anschluß (V02) beinhaltet, der an die zweite Stromquelle (I2) angeschlossen ist.

9. Oszillatorschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin einen Schalttransistor (Q5) beinhaltet, der einen Kollektor, der an den ersten Ver­ sorgungsanschluß (GND) angeschlossen ist, einen Emit­ ter, der an den Kollektor des zweiten Stromquellentran­ sistors (I2) angeschlossen ist, und eine Basis aufweist, die an den Ausgangsanschluß (V02) des Komparators (COMP) angeschlossen ist.

10. Oszillatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin beinhaltet:
eine Temperaturkompensationsschaltung (10), die einen Eingangsanschluß aufweist; und
einen Referenztransistor (Q6), der einen Emitter, der an den zweiten Versorgungsanschluß (Vcc) angeschlossen ist, einen Kollektor, der an den Ausgangsanschluß der Tempe­ raturkompensationsschaltung (10) und den Referenzknoten angeschlossen ist, und eine Basis aufweist, die an den Referenzknoten angeschlossen ist.

11. Oszillatorschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Stromquelle (I2) weiterhin be­ inhaltet:

einen ersten Stromspiegeltransistor (Q1), der einen Emitter und eine Basis aufweist;
einen zweiten Stromspiegeltransistor (Q2), der einen Emitter, eine Basis und einen Kollektor aufweist;
einen ersten Widerstand (R1); und
einen zweiten Widerstand (R2);
wobei der Kollektor des ersten Stromspiegeltransistors (Q1) an den Kollektor des zweiten Stromquellentran­ sistors (I2) angeschlossen ist, der Emitter des ersten Stromspiegeltransistors (Q1) durch den ersten Widerstand (R1) an den ersten Versorgungsanschluß (GND) angeschlos­ sen ist und der Kollektor und die Basis des ersten Stromspiegeltransistors (Q1) miteinander verbunden sind; und
wobei der Kollektor des zweiten Stromspiegeltransistors (Q2) an den Summierknoten (V01) angeschlossen ist, der Emitter des zweiten Stromspiegeltransistors (Q2) durch den zweiten Widerstand (R2) an den ersten Versorgungsan­ schluß (GND) angeschlossen ist und die Basis des zwei­ ten Stromspiegeltransistors (Q2) an die Basis des ersten Stromspiegeltransistors (Q1) angeschlossen ist.

12. Oszillatorschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dritte Stromquelle (I3) weiterhin be­ inhaltet:
einen dritten Stromspiegeltransistor (Q3), der einen Emitter, eine Basis, und einen Kollektor aufweist;
einen vierten Stromspiegeltransistor (Q4), der einen Emitter, eine Basis, und einen Kollektor aufweist;
einen dritten Widerstand (R3); und
einen vierten Widerstand (R4);
wobei der Kollektor des dritten Stromspiegeltransistors (Q3) an den Kollektor des dritten Stromquellentran­ sistors (I3) angeschlossen ist, der Emitter des dritten Stromspiegeltransistors (Q3) durch den dritten Wider­ stand (R3) an den ersten Versorgungsanschluß (GND) ange­ schlossen ist und der Kollektor und die Basis des drit­ ten Stromspiegeltransistors (Q3) miteinander verbunden sind; und
wobei der Kollektor des vierten Stromspiegeltransistors (Q4) an den Summierknoten (V01) angeschlossen ist, der Emitter des vierten Stromspiegeltransistors (Q4) durch den vierten Widerstand (R4) an den ersten Versorgungsan­ schluß (GND) angeschlossen ist und die Basis des vier­ ten Stromspiegeltransistors (Q4) an die Basis des drit­ ten Stromspiegeltransistors (Q3) angeschlossen ist.

13. Oszillatorschaltung, die aufweist:
einen Kondensator (C1);
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Stroms, um den Kon­ densator (C1) zu laden, wodurch ein Kondensatorspan­ nungssignal erzeugt wird;
eine Einrichtung zum Vergleichen des Kondensatorspan­ nungssignals mit einem Vorspannungssignal (Vbias1);
eine Einrichtung zum Entladen des Kondensators (C1);
eine Einrichtung zum Nebenschließen eines Abschnitts des Stroms weg von dem Kondensator (C1).

14. Oszillatorschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß:
die Einrichtung zum Erzeugen eines Stroms eine erste Stromquelle (I1) beinhaltet;
die Einrichtung zum Entladen des Kondensators (C1) eine zweite Stromquelle (I2) beinhaltet; und
die Einrichtung zum Nebenschließen eines Abschnitts des Stroms eine dritte Stromquelle (I3) beinhaltet.

15. Oszillatorschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zum Entladen des Konden­ sators (C1) weiterhin einen Schalter (S1) zum Steuern der zweiten Stromquelle (I2) beinhaltet.

16. Oszillatorschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung (10) zur Temperaturkompensation der Stromquellen (I1 bis I3) bein­ haltet.

17. Verfahren zur Erzeugung eines Oszillationssignals, das die folgenden Schritte aufweist:
Erzeugen eines ersten Stroms (i1);
Nebenschließen eines Abschnitts des ersten Stroms (i1), wodurch ein Aufladestrom erzeugt wird;
Aufladen eines Kondensators (C1) mit dem Aufladestrom, wodurch ein Kondensatorspannungssignal erzeugt wird;
Vergleichen des Kondensatorspannungssignals mit einem Vorspannungssignal (Vbias1); und
Entladen des Kondensators (C1).

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entladens des Kondensators (C1) einen Schritt eines Erzeugens eines zweiten Stroms (i2) bein­ haltet, wenn die Differenz zwischen dem Kondensator­ spannungssignal und dem Vorspannungssignal (Vbias1) einen ersten Wert erreicht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entladens des Kondensators (C1) weiter­ hin den Schritt eines Stoppens des Erzeugens des zwei­ ten Stroms (i2) beinhaltet, wenn die Differenz zwischen dem Kondensatorspannungssignal und dem Vorspannungssi­ gnal (Vbias1) einen zweiten Wert erreicht.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Nebenschließens eines Abschnitts des Stroms ein Erzeugen eines dritten Stroms (i3) beinhal­ tet.