DE19709289A1 - Circuit for avoiding parasitic radio-frequency oscillation modes in oscillator - Google Patents

Circuit for avoiding parasitic radio-frequency oscillation modes in oscillator

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Abstract

The circuit includes the otherwise interfering elements in the oscillator resonant circuit and as a result, operate as useful elements. The connecting pins and/or the bonding wires form the interfering elements and/or the resonant circuit is designed as an LC resonant circuit. The interfering elements connect the integrated amplifier of the oscillator and the external LC resonant circuit of the oscillator. The oscillator LC resonant circuit is constructed so that it is partially integrated and/or partially external via two connects pins and/or the circuit is constructed in a balanced manner. The oscillator LC resonant circuit is a series resonant circuit which is constructed from an integrated capacitance and from an external inductance which are connected via connecting pins, and/or the connecting pins act as inductances which contribute to the total inductance of the series LC resonant circuit. The connecting pins comprise bonding wire, housing and connecting lead on the printed circuit board and are designed as inductance.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Vermeidung von parasitären Schwingmodi in einem Oszillator Schwingkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a circuit for avoidance of parasitic oscillation modes in an oscillator oscillation circuit according to the preamble of claim 1.

Oszillatorenschaltungen sind bekannt. Sie arbeiten mit einem Schwingungserreger, z. B. einem Quarz, oder als Selbsterreger. Bei Selbsterreger reicht das Eigenrauschen der Bauelemente aus um Schwingungen anzuregen. Wenn bei integrierten Schaltungen Oszillatoren eingesetzt werden, können diese durch störende Frequenzen von Nachbarbauteilen beeinflußt werden. Diese Beeinflussung ist nachteilig. Der typische Oszillator besteht aus einem integrierten Verstärker und einem externen Schwingkreis, dazwischen ist ein Teil vom Gehäuse, der unter Umständen einen parasitären Schwingkreis bildet, wodurch dann auch ein parasitärer Schwingmodus hervorgerufen werden kann. Ob der gewünschte Schwingmodus oder der parasitäre sich einstellt hängt von Verstärkungsfaktor und der Phasendrehung in der Oszillatorschleife ab. Wenn man hohe Schwingfrequenzen - zum Beispiel über 1 GHz - erreichen will, verschärft sich das Problem, da Bonddrahtindukivität und Pinskapazität in der Größenordnung der Nutzelemente des externen Schwingkreises liegen und dann stärker einwirken können, daß heißt noch störender als sonst sind.Oscillator circuits are known. You work with one Vibration exciter, e.g. B. a quartz, or as Self-pathogen. The self-noise is sufficient for self-exciters the components out to excite vibrations. If at integrated circuits oscillators are used can be caused by interfering frequencies of neighboring components to be influenced. This influence is disadvantageous. Of the typical oscillator consists of an integrated Amplifier and an external resonant circuit, in between part of the housing that may be parasitic Resonant circuit forms, which then also creates a parasitic Vibration mode can be caused. Whether the one you want Vibration mode or the parasitic sets depends on Gain factor and the phase shift in the Oscillator loop. If you have high vibration frequencies - for Example over 1 GHz - wants to get worse Problem because bond wire inductance and pin capacity in the Magnitude of the useful elements of the external resonant circuit lie and can then have a stronger impact, that is still are more disturbing than usual.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Störeinflüsse zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention is based on the problem of interference to reduce. This object is achieved by the in claim 1 specified features of the invention solved. Beneficial Further developments of the invention are in the subclaims specified.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung geschieht die Verringerung von Störeinflüssen bei einem Schwingkreis in einer integrierten Schaltung dadurch, daß die störenden Elemente mit in den Schwingkreis einbezogen werden. Das Einbeziehen der störenden Elemente geschieht dadurch, daß die Anschlußpins und auch die Verbindungsdrähte zu den externen Einstellmitteln als Kapazität, Induktivität und ohmscher Widerstand aufgefaßt werden. Diese Werte werden in die Schwingkreisberechnung mit aufgenommen, so daß die ansonsten später störend einwirkenden Faktoren schon vorab mit berücksichtigt werden. Dieses hat den großen Vorteil, daß ein besserer Abgleich möglich ist. Auch geschieht dadurch eine Einsparung von sonst benötigten Induktivitäten und Kapazitäten.In the circuit according to the invention that happens Reduction of interference in a resonant circuit in an integrated circuit in that the disturbing Elements are included in the resonant circuit. The Inclusion of the disruptive elements happens in that  the connecting pins and also the connecting wires to the external setting means as capacitance, inductance and ohmic resistance. These values are in the resonant circuit calculation included, so that the otherwise factors that will later disrupt in advance are taken into account. This has the great advantage that a better comparison is possible. Also happens thereby saving inductors that would otherwise be required and capacities.

Eine Kapazitätsdioden mit guten Abstimmöglichkeiten ist nur schwer integrierbar. Man benötigt also mindestens einen Anschlußpin zu dieser externen Kapazitätsdiode. Um die Schaltung robuster gegenüber Störungen zu machen ist die Schaltung vorzugsweise symmetrisch aufzubauen. Es wird dann jedoch ein zusätzlicher Pin benötigt. Durch die Symmetrie auch in den anderen Teilen der Schaltung ist ein gutes Schwingungsverhalten gegeben. Vorteilhafterweise werden emittergekoppelte LC-Oszillatoren eingesetzt.A capacitance diode with good tuning options is only difficult to integrate. So you need at least one Connection pin to this external capacitance diode. To the The circuit is more robust against interference Circuit preferably build symmetrically. Then it will however an additional pin is required. By symmetry also in the other parts of the circuit is a good one Given vibration behavior. Advantageously emitter-coupled LC oscillators used.

Durch externe Mittel, wie z. B. eine Kapazitätdiode kann die Kapazität und somit das Schwingverhalten des Schwingkreises von außen geändert werden. Da die Kapazitätdiode über die Anschlußdrähte und den Pins mit dem Schwingkreis verbunden ist, ist gewährleistet, daß ein geschlossener Schwingkreis gegeben ist indem die ansonsten störenden Elemente integriert sind.By external means such as B. a capacitance diode can Capacity and thus the vibration behavior of the resonant circuit be changed from the outside. Since the capacitance diode has the Connection wires and the pins connected to the resonant circuit is guaranteed that a closed resonant circuit is given by the otherwise disruptive elements are integrated.

In einem Oszillator mit einem externen LC Schwingkreis wird normale Weise der hochfrequente parasitäre Schwingmodus, der vom Gehäuse hervorgerufen wird, durch Widerstände abgeschwächt, so daß nur der gewünschte Schwingmodus auftreten kann. Diese Maßnahme verschlechtert aber die Kreisgüte und im Endeffekt das Phasenrauschen des Oszillators, was bei neuen digitalen Übertagungsmodulationsarten ein kritischer Parameter ist. Der erfindungsgemäße Oszillator ist in dieser Hinsicht besser, da die Abschwächwiderstände entfallen. Dafür soll allerdings nach wie vor die Kapazitätsdiode einen niedrigen parasitären Widerstand (RV) aufweisen. Es ist auch vorteilhaft die internen Kapazitäten (CBE und CEE) sorgfältig zu gestalten, um ihren parasitären Widerstand auch so klein wie möglich zu halten.In an oscillator with an external LC resonant circuit normal way the high frequency parasitic oscillation mode, the is caused by the housing, by resistors weakened so that only the desired vibration mode can occur. This measure worsens the Circle quality and in the end the phase noise of the Oscillator what new digital Transmission modulation types is a critical parameter. The oscillator according to the invention is in this regard better because the attenuation resistors are eliminated. For that should however, the capacitance diode still has a low one  have parasitic resistance (RV). It is also advantageous internal capacities (CBE and CEE) carefully design their parasitic resistance to keep it as small as possible.

Diese Abschwächwiderstände können auch den Frequenzbereich, den der Oszillator abdecken kann, einschränken. Hier wieder soll unser Oszillator mindestens so gut oder besser als herkömmliche LC Oszillatoren sein.These attenuation resistors can also affect the frequency range, that the oscillator can cover. Here again should our oscillator be at least as good or better than conventional LC oscillators.

Ein zuverlässiger Oszillator mit guten hochfrequenten Eigenschaften z. B. hohe Schwingfrequenz und/oder breiter Frequenzbereich ist wünschenswert, da viele neuen vielversprechenden Dienste im GHz Bereich angesiedelt sind, z. B. GSM cellular telephone 0.9/1.8 GHz, DECT cordless telephone 1.8 GHz, ISM bands 0.9/2.4/5.8 GHz (cordless telephone and WLAN), nach wie vor für den Fernsehempfang und vor allem über Satellit 0.95. .2.15 GHz.A reliable oscillator with good high frequency Properties e.g. B. high vibration frequency and / or wider Frequency range is desirable since many new ones promising services are located in the GHz range, e.g. B. GSM cellular telephone 0.9 / 1.8 GHz, DECT cordless telephone 1.8 GHz, ISM bands 0.9 / 2.4 / 5.8 GHz (cordless telephone and WLAN), still for television reception and especially via satellite 0.95. 2.15 GHz.

Da der Schwingkreis nun teilweise integriert ist wird die Anzahl der externen Bauelemente verringert und entsprechend der Platzbedarf im IC auf dem PCB reduziert, was für tragbare Geräte wichtig ist.Since the resonant circuit is now partially integrated, the Number of external components reduced and accordingly the space required in the IC on the PCB reduces what portable devices is important.

Typische vorzugsweise symmetrische Oszillatoren benötigen 4 Anschlußpins. Die erfinderische Schaltung kommt mit 2 Anschlußpins aus, so daß ein kleineres Gehäuse benutzt werden kann, was in hochfrequenten Applikationen vorteilhaft ist.Typical, preferably symmetrical, oscillators require 4 Connection pins. The inventive circuit comes with 2 Connection pins off, so that a smaller housing is used can be what is advantageous in high-frequency applications is.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.The invention is described below with reference to the drawings explained.

Darin zeigen:In it show:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung, Fig. 1 shows a circuit according to the invention,

Fig. 2, 3 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung, und Fig. 2, 3 is an equivalent circuit diagram of the circuit according to the invention, and

Fig. 4 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung. Fig. 4 shows an embodiment of the circuit according to the invention.

Fig. 1 zeigt einen symmetrisch aufgebauten Schwingkreis mit zwei Spannungsquellen U1, U2, zwei Stromquellen S1, S2 und einem Ausgang OUT, welcher beispielsweise einen Mischer oder eine PLL-Schaltung versorgt. Die Transistoren T1, T2 verfügen über Basis und Kollektorwiderstände RB, RC. Die Emitter sind mit den Stromquellen S1, S2 verbunden. Zwischen Basis und Emitter liegt der Kondensator CBE, zwischen den symmetrisch angeordneten Emittern der Transistoren T1, T2 liegt ein Kondensator CEE. Die jeweiligen Basen und Kollektoren der Transistoren T1, T2 sind durch Kondensatoren CCB verbunden. LP stellt die Induktivität der Anschlußdrähte dar. CP stellt die Kapazität der Anschlußpins dar. Der Kondensator CD dient dazu die Induktivität LF und Kapazitätsdiode DC wechselspannungsmäßig zu koppeln. Der Wert der Kapazitätsdiode wird mit einer Gleichspannung eingestellt. Die Kapazitätsdiode DC ist von außen für die Beschaltung an den integrierten Schwingkreis vorgesehen. Sie ist über die Anschlußdrähte LP mit der integrierten Schaltung verbunden. Fig. 1 shows a symmetrically constructed oscillator circuit with two voltage sources U1, U2, two current sources S1, S2 and an output OUT, which, for example, a mixer or a PLL circuit supplied. The transistors T1, T2 have base and collector resistors RB, RC. The emitters are connected to the current sources S1, S2. The capacitor CBE lies between the base and the emitter, and a capacitor CEE lies between the symmetrically arranged emitters of the transistors T1, T2. The respective bases and collectors of the transistors T1, T2 are connected by capacitors CCB. LP represents the inductance of the connecting wires. CP represents the capacitance of the connecting pins. The capacitor CD serves to couple the inductance LF and capacitance diode D C in terms of AC voltage. The value of the capacitance diode is set with a DC voltage. The capacitance diode DC is provided from the outside for the connection to the integrated resonant circuit. It is connected to the integrated circuit via the connecting wires LP.

In der erfindungsgemäßen Schaltung ist der Schwingkreis teilweise integriert in Form von festen Kapazitäten CBE, CEE, CBE und teilweise extern in Form einer variablen Induktivität zur Einstellung der Schwingfrequenz. Diese variable externe Induktivität besteht aus einer festen Induktivität LF in Serie mit einer Kapazitätsdiode DC, die die Frequenzeinstellung ermöglicht. Interne festen Kapazitäten und externe variable Induktivität sind symmetrisch über das Gehäuse und 2 Pins verbunden. Diese werden als Bonddrahtinduktivität 2.Lp und Pinkapazität 2.Cp modeliert. Da diese 2 Elemente nun Bestandteile des Nutzschwingkreises sind können sie keinen parasitären Schwingkreis bilden, was das Entstehen von einem parasitären, hochfrequenten, Schwingmodus ausschließt. Aus der soeben beschriebenen Schaltung ist zu ersehen, daß diese störenden Elemente mit in den Schwingkreis hineinbezogen wurden. Dieses ist vorteilhaft, da so Störeinflüsse berechnungsfähig sind und ein besseres Schwingverhalten gewährleistet ist. In the circuit according to the invention, the resonant circuit is partly integrated in the form of fixed capacitances C BE , C EE , C BE and partly externally in the form of a variable inductance for setting the oscillation frequency. This variable external inductor consists of a fixed inductor L F in series with a capacitance diode D C , which enables frequency adjustment. Internal fixed capacities and external variable inductance are connected symmetrically via the housing and 2 pins. These are modeled as bond wire inductance 2.L p and pink capacitance 2.C p . Since these 2 elements are now components of the useful resonant circuit, they cannot form a parasitic resonant circuit, which excludes the occurrence of a parasitic, high-frequency, oscillating mode. It can be seen from the circuit just described that these disruptive elements have also been incorporated into the resonant circuit. This is advantageous because interference can be calculated and better vibration behavior is guaranteed.

Fig. 2 und 3 zeigen ein Ersatzschaltbild der einzelnen Bauelemente. Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß alle Kapazitäten und Induktivitäten einen Schwingkreis bilden. Gleiche Bauteilbezeichnung weist auf die Rückbeziehung zu Fig. 1 hin. Fig. 3 zeigt, daß die Summe der einzelnen Bauelemente gebildet wurde um wiederum ersatzschaltbildmäßig einen Schwingkreis zu zeigen. Da es sich um ein Ersatzschaltbild handelt, ist keine Spannung eingetragen, es ist jedoch ersichtlich, daß beim Anlegen einer Spannung ein Schwingkreis vorhanden wäre, der mit einer Frequenz, die sich aus der Anzahl der Induktivitäten und Kapazitäten ergeben würde, schwingt. Fig. 2 and 3 show an equivalent circuit diagram of the individual components. From Fig. 2 it can be seen that all capacitors and inductors form a resonant circuit. The same component designation indicates the relationship to FIG. 1. Fig. 3 shows that the sum of the individual components was formed in order to again show a resonant circuit in the equivalent circuit. Since this is an equivalent circuit diagram, no voltage is entered, but it can be seen that when a voltage is applied, an oscillating circuit would be present which oscillates at a frequency that would result from the number of inductors and capacitors.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausbildung des Schwingkreises. Gleiche Bauteilbezeichnung weist auf die Rückbeziehung zu Fig. 1. Die Stromquellen S1 und S2 werden durch einen Widerstandsring gebildet. Es ist in dieser Figur deutlich zu sehen, daß der Schwingkreis sich in der integrierten Schaltung IC befindet und über die Anschlußpins LP, welche eine Induktivität LP und eine Kapazität CP bilden, die zwei Kapazitätsdioden DC und die Induktivität LF beschaltet sind. Die Kapazität CF dient der Kopplung zwischen LF und Kapazitätsdiode CD, deren Wert über eine Gleichspannung eingestellt wird. Die Versorgungsspannung VCC gelangt über einen Transistor T3 an die Kollektorwiderstände. Durch Eigenrauschen der Bauelemente wird der Schwingkreis in Schwingung versetzt. Ein Abgleich kann von außen durch die Kapazitätsdioden DC vorgenommen werden. Da die störenden Elemente, d. h. die Anschlußpins und die Bondwiredrähte mit in den Schwingkreis integriert wurden, werden die ansonsten störenden Einflüsse unterdrückt. Fig. 4 shows a further embodiment of the resonant circuit. The same component designation refers back to FIG. 1. The current sources S1 and S2 are formed by a resistance ring. It can be clearly seen in this figure that the resonant circuit is located in the integrated circuit IC and, via the connection pins LP, which form an inductance LP and a capacitance CP, the two capacitance diodes DC and the inductance LF are connected. The capacitance CF is used for the coupling between the LF and the capacitance diode CD, the value of which is set via a DC voltage. The supply voltage VCC reaches the collector resistors via a transistor T3. The resonant circuit is caused to oscillate by the component's own noise. A matching can be carried out from the outside by means of the capacitance diodes DC. Since the disruptive elements, ie the connection pins and the bond wire wires have been integrated into the resonant circuit, the otherwise disruptive influences are suppressed.

Bei dem Oszillator handelt es sich vorzugsweise um einen Oszillator mit kapazitiver Rückkopplung. Dieser Oszillator ist über zwei Pins symmetrisch aufgebaut und über die Kapazitätsdiode, d. h. über eine Kapazität abgleichbar. Die Spannungsteilung geschieht über die Kapazitäten des Schwingkreises.The oscillator is preferably a Capacitive feedback oscillator. This oscillator is constructed symmetrically over two pins and over the Capacitance diode, d. H. adjustable over a capacity. The Voltage division happens over the capacities of the Resonant circuit.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Vermeidung von parasitären Schwingmodi in einem Oszillator Schwingkreis dadurch gekennzeichnet, daß die störenden Elemente mit in den Schwingkreis einbezogen werden und durch externe Mittel ein Abgleich vorgenommen wird.1. Circuit arrangement for avoiding parasitic oscillation modes in an oscillator oscillating circuit, characterized in that the interfering elements are included in the oscillating circuit and an adjustment is made by external means. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung symmetrisch mit einer kapazitiver Emitter Rückkopplung aufgebaut wird.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the circuit symmetrical with a capacitive emitter Feedback is established. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die externen Mittel zum Frequenzabgleich mit einer variablen Induktivität, die aus einer festen Induktivität in Serie mit einer Kapazitätsdiode besteht, gebildet werden.3. A circuit according to claim 1, characterized in that the external means for frequency comparison with a variable inductance consisting of a fixed There is inductance in series with a capacitance diode, be formed. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußpins und die Bonddrähte die störenden Elemente bilden, welche in dem Schwingkreis integriert werden.4. A circuit according to claim 1, characterized in that the connection pins and the bond wires the annoying Form elements that are integrated in the resonant circuit will. 5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsdiode über zwei Anschlußpins mit dem integrierten Schaltkreis verbunden ist.5. A circuit according to claim 1, characterized in that the capacitance diode via two connection pins with the integrated circuit is connected. 6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kapazitätsdioden zum Abgleich verwendet werden.6. Circuit according to claim 1, characterized in that two capacitance diodes can be used for the adjustment. 7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die externen Mittel nur durch eine Kapazitätsdiode gebildet werden.7. Circuit according to claim 1, characterized in that the external funds only through a capacitance diode be formed. 8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die störenden Elemente aus den Anschlußdrähten und den Anschlußpins gebildet werden. 8. A circuit according to claim 1, characterized in that the disruptive elements from the connecting wires and the Connection pins are formed.   9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis, die störenden Elemente und die externen Mittel symmetrisch aufgebaut werden.9. A circuit according to claim 1, characterized in that the resonant circuit, the disruptive elements and the external means are built symmetrically.
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