DE19723942A1

DE19723942A1 - Hochgeschwindigkeitsringoszillator

Info

Publication number: DE19723942A1
Application number: DE19723942A
Authority: DE
Inventors: Nikolay Tchamov; Petri Jarske
Original assignee: Micronas Oy
Current assignee: Micronas Oy
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1997-12-18
Also published as: FR2749720B1; GB2314222A; FI962419A0; FI100750B; FI962419A; FR2749720A1; GB9711329D0; US5936475A; JPH1093398A; GB2314222B

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Schwingkreise, d. h. Oszil latoren, und besonders auf Ringoszillatoren.

Strom- und spannungsgesteuerte Oszillatoren (ICO und VCO) sind wichtige Komponenten in Sender- und Empfängerstrukturen. Wenn auf An wendungen in tragbaren, drahtlosen Datenübertragungssystemen gezielt wird, sind Hauptforderungen an VCO/ICO wie folgt: Betriebsfrequenzbereich von 1 bis 20 GHz, sehr niedriges Phasengeräusch sowie Betriebsspannung und Lei stungsverbrauch so niedrig wie möglich. Je nach Struktur kann ein Daten übertragungsgerät mehrere VCO/ICOs enthalten, die zu verschiedenen Zwecken, beispielsweise für Frequenzkonversion, Synthetisierung, Modulation, usw. erforderlich sind. Deren Leistungsfähigkeit beeinflußt stark die Lei stungsfähigkeit der ganzen Datenübertragungseinheit. Anderseits ist der Be darf, diese Oszillatoren für Siliziumtechnologien zu implementieren, mit vielen Problemen verbunden.

Während der letzten Jahre haben sich viele Forschungsarbeiten darauf konzentriert, optimale Lösungen zu finden. Als Kern der VCO/ICOs werden hauptsächlich zwei Oszillatortypen verwendet: Sinusoszillatoren und Relaxationsoszillatoren. Sinusoszillatoren erzeugen gewöhnlich die besten Parameter, was hohe Frequenz und niedriges Phasengeräusch betrifft, aber sie sind meistens nur mit GaAS-Technologien leicht implementierbar. Ein Übergang zu Bipolar-, CMOS- oder BiCMOS-Technologien verursacht viele Probleme hauptsächlich wegen eines sehr leitenden Substrats. Anderseits fordert die Geschwindigkeit solcher zur Verfügung stehenden Technologien zur Zeit die Forscher auf, weil heute Transientfrequenzen von 10 bis 40 GHz erreicht werden, welche früher als ein Frequenzbereich betrachtet wurden, der nur von GaAS-basierten Materialien gedeckt werden konnte. Die Geschwin digkeit der siliziumbasierten Technologien reicht schon für Mobilfunkverkehr im Frequenzbereich von 1 bis 20 GHz aus, den die meisten Mobilgeräte und drahtlose LANs anwenden. Dazu ist ein treibender Faktor bei Planung tragba rer Geräte seit immer eine starke Forderung, mit einer so niedrigen Betriebs spannung wie möglich zu arbeiten und so wenig Leistung wie möglich zu ver brauchen.

Bei Oszillatoren vom LC-Typ werden aktive Schaltungskomponen ten außerhalb des nichtlinearen Betriebsbereichs gehalten, während bei Re laxationsoszillatoren ein sinusförmiges Signal eine Folge der Unfähigkeit der Impulsschaltung ist, bei sehr hohen Frequenzen schnell genug zu schalten.

Wegen des Betriebs im nichtlinearen Bereich kommen im Aus gangssignal viele hochenergetische Spektralkomponenten vor. In dieser Wei se ist es durch Entwicklung von Oszillatoren des LC-Typs möglich, ein sehr "reines" Spektrum zustandezubringen. Während die Relaxationstypen nur eine Bezugskapazität erfordern, verlangen die LC-Typen, außer der Contour- Kapazität, auch eine Induktanz mit einem vernünftig hohen Q-Faktor. Dies verursacht technologische Schwierigkeiten.

Ringoszillatoren sind eine Unterklasse der Relaxationsoszillatoren. Ein Ringoszillator besteht aus mehreren (typisch wenigstens drei) differentia len Verzögerungsstufen in Kaskade, wie Stufen A1, A2, A3 und A4 in Fig. 1. In Kaskade ist der nichtinvertierte Ausgang eines Verzögerungsglieds jeder Stufe A1 bis A3 mit dem nichtinvertierenden Eingang der nächsten Stufe ge koppelt und der invertierte Ausgang mit dem invertierenden Eingang. Die Aus gänge der letzten Stufe sind in derselben Weise wie in den übrigen Stufen mit den Eingängen der ersten Stufe gekoppelt oder, wie in Fig. 1, der invertierte Ausgang der letzten Stufe A4 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang der er sten Stufe A1 gekoppelt und der nichtinvertierte Ausgang entsprechend mit dem invertierenden Eingang. Im Ringoszillator beträgt eine Schwingungsperi ode zweimal die Anzahl der Verzögerungen (Stufen).

Die Verzögerungsstufen eines Ringoszillators sind gewöhnlich Dif ferentialverstärker, die als ein Differentialpaar verwirklicht sind, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Die Kollektoren von NPN-Transistoren Q1 und Q2 sind über Wi derstände Rc mit einem ersten Potential einer Betriebsspannungsquelle ge koppelt. Die Emitter von Q1 und Q2 sind ihrerseits über eine Stromquelle 21 und einen Widerstand Re mit einem zweiten Betriebsspannungspotential ge koppelt. Die Basis von Q1 und Q2 bilden die Eingänge der Stufe und die Kol lektoren bilden die Ausgänge der Stufe. Gewöhnlich werden die Differenti alstufen über Kopplungspuffer, wie Emitterfolger, miteinander gekoppelt. Weiter werden die Ausgänge einer Differentialstufe zu aktiven Mischern 11, 12 und 13 gebracht, um miteinander und mit den Ausgängen der übrigen Stufen so gemischt zu werden, daß ein gewünschter Quadraturausgang aus dem Ringoszillator gebildet wird. Ringoszillatoren werden z. B. in den folgenden Do kumenten beschrieben:

[1] B. Razavi und J. Sung, "A 6 GHz 60 mW BiCMOS Phase- Locked Loop", lEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 29, No. 12, December 1994, Seiten 1560 bis 1565;
[2] "High-speed voltage-controlled oscillator with quadrature out puts", Electronic Letters, 14th February 1991, Vol. 27, No. 4, Seite 309.

Spannungs- und stromgesteuerte Ringoszillatoren mit Quadratur ausgängen (Phasendifferenz von 90 Grad zwischen den Ausgängen) sind sehr wichtige Bauelemente in vielen Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Solche Anwendungen sind u. a. phasensynchronisierte Schleifen (PLL, Phase- Locked Loops), binäre phasenumtastete (BPSK, Binary-Phase-Shift-Keyed) Demodulatoren, Diskriminatoren, Taktrückgewinnungsschaltungen für drahtlo se und optische Empfänger.

Der vorrangig zu zielende Parameter ist die höchste mögliche Fre quenz. Bis jetzt ist beinahe f_MAX (die höchste, von dem Herstellungsprozeß von Transistoren gesetzte Frequenz) durch Anwendung von Oszillatoren von kon zentriertem ("lumped") Resonatortyp erreicht worden, welche sogar mit einem Herstellungsprozeß von Galliumarsenidtyp (GaAs) schwer zu verwirklichen sind. Andersartige Lösungen weisen, obwohl sie schnell sind, gewisse Schwierigkeiten auf, dem Wert f_MAX des Herstellungsprozesses nahezukom men.

Eine Voraussetzung für die Verwirklichung eines spannungs- oder stromgesteuerten Ringoszillators ist, daß die Schaltung mit einer geeigneten Regelung ergänzt wird. Gewöhnlich verändert die Frequenzregelung entweder die Gleichstromvorspannung bestimmter Komponenten oder alternativ die Be zugsströme, die auf die Zeitsteuerung der Relaxation und die dadurch er zeugte Frequenz einwirken.

Andere Forderungen an Oszillatoren sind u. a. geringer Leistungs verbrauch und niedrige Betriebsspannung, besonders in tragbaren Elektronik geräten mit Batteriestromversorgung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochgeschwindigkeitsringoszillator zu schaffen.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, einen Ringoszil lator mit geringem Leistungsverbrauch und/oder niedriger Betriebsspannung zu schaffen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringoszillator, der eine Kaska denschaltung von zwei oder mehreren Verzögerungsstufen aufweist, wobei jede Verzögerungsstufe ein Differentialpaar einer ersten und zweiten Verstär kerkomponente aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß je des Differentialpaar aufweist:
eine erste induktive Komponente, über die eine erste Hauptelektro de der ersten Verstärkerkomponente mit einem ersten Betriebsspannungspo tential gekoppelt ist,
eine zweite induktive Komponente, über die eine erste Hauptelek trode der zweiten Verstärkerkomponente mit dem ersten Betriebsspannungs potential gekoppelt ist, und
eine Serienschaltung einer dritten induktiven Komponente und einer Stromquelle zwischen zusammengeschalteten, zweiten Hauptelektroden der ersten und zweiten Verstärkerkomponente und einem zweiten Betriebsspan nungspotential.

Im Ringoszillator gemäß der vorliegenden Erfindung werden induk tive Komponenten statt ohmscher Widerstände an zwei wichtigen Stellen in jedem Differentialpaar verwendet. Genauer gesagt sind die Kollektorwider stände und der Emitterwiderstand eines traditionellen Ringoszillators in allen Stufen durch induktive Komponenten ersetzt. Das Resultat ist eine sehr einfa che Schaltung mit ausgezeichneten Eigenschaften.

Das Resultat ist tatsächlich ein Ring von Resonanzverstärkerstufen, der infolge des niedrigen Q-Faktors der induktiven Komponenten eine ausrei chende Bandbreite für die Forderungen der spannungs- oder stromgesteuer ten Oszillatoren hat, aber der sich von den traditionellen Ringoszillatoren durch viel geringeres Phasengeräusch und ein Spektrum unterscheidet, das an das für Sinusoszillatoren typische Spektrum erinnert.

Wenn der erfindungsgemäße Ringoszillator ausführlicher betrachtet wird, bilden die induktiven Komponenten beim Kollektor parallele Resonanz kreise mit ihren eigenen Blindkapazitäten und mit den Kapazitäten der an grenzenden Komponenten, besonders mit den Kapazitäten der Verstärker komponenten (z. B. der Transistoren).

Durch die erfindungsgemäße Annäherungsweise werden wenig stens die folgenden, bemerkenswerten Vorteile erreicht:

1. Die Geschwindigkeit und Verstärkung jeder Stufe ist viel höher. Bei traditionellen Ringoszillatoren basiert die Frequenzregelung auf verzö gernden Gliedern zwischen den Stufen. In der Erfindung kann die Frequenz regelung durch Vorspannung der Verstärkerstufen stattfinden, wobei keine Verzögerungsglieder erforderlich sind, was eine höhere Geschwindigkeit er möglicht.
2. Die Amplitude des Signals ist zweimal höher.
3. Bei traditionellen Ringoszillatoren verwendete Kopplungspuffer zwischen den Stufen sind nicht erforderlich und die Gesamtgeschwindigkeit des Ringoszillators ist maximal.
4. Weil die Verstärker Resonanzverstärker sind, werden Frequen zen, die nicht von Interesse sind (d. h. außerhalb des Resonanzbandes lie gen), kaum verstärkt. Dies gleicht auch das Ausgangssignal näher der Reso nanzsinusform der Schaltung aus.
5. Ohmsche Widerstände in Kollektor- und Emitterverzweigungen sind jetzt viel kleiner und gehören zum Volumenwiderstand der induktiven Komponenten und Verstärkerkomponenten. Deswegen fällt die Gleichstrom spannung viel niedriger als in jedem beliebigen, traditionellen RC-Ringoszillator, weshalb die Stromversorgungsspannung sehr bedeutend ge senkt werden kann, z. B. bis auf 1,2 V. Dank der Resonanzverstärker ist die Verstärkung bei Resonanzfrequenz stark.
6. Dank der induktiven Komponenten in Serie ist die Leistungsfä higkeit von Stromquellen (gewöhnlich Stromspiegeln) für das Gleichtaktunter drückungsverhältnis (CMRR = Common-Mode Rejection Ratio), d. h. für die Gleichtaktunterdrückung, nicht mehr so wichtig. Infolgedessen kann die dar über wirkende Spannung, sowie auch die Betriebsspannung des Ringoszilla tors, minimiert werden.
7. Die Anwendung induktiver Komponenten mit niedrigen Q-Faktoren läßt einen weiten Frequenzregelungsbereich zu, im Gegensatz zu induktiven Komponenten mit hohen Q-Faktoren.
8. Die induktiven Komponenten der Kollektorverzweigungen können als eine Spule verwirklicht werden, die mit einem Abgriff versehen ist. Tradi tionelle, aktive Mischer können durch passive Mischer so ersetzt werden, daß Signale mittels eines Transformators den induktiven Komponenten des Kol lektors entnommen werden. Dioden aktiver Mischer, Schottky-Dioden oder nicht, haben gewöhnlich eine Betriebsfrequenz, die höher ist als die Maximal frequenz f_MAX des Herstellungsprozesses, die z. B. für NPN-Transistoren be stimmt ist. Die Ausgangsamplitude ist kleiner als die Amplitude des Rings, aber die Frequenz höher als f_MAX. Wenn drei Differentialverstärkerstufen ver wendet werden, kann theoretisch eine Frequenz erreicht werden, die dreimal f_MAX des Herstellungsprozesses ist.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe bevorzugter Ausfüh rungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Struktur eines Ringoszillators,

Fig. 2 ein Schaltdiagramm eines Verzögerungsglieds nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 ein Schaltdiagramm eines erfindungsgemäßen, 3-stufigen Ringoszillators,

Fig. 4 ein Schaltdiagramm eines zweiten, erfindungsgemäßen, 3-stufigen Ringoszillators,

Fig. 5 ein Schaltdiagramm eines erfindungsgemäßen, 4-stufigen Ringoszillators.

Die vorliegende Erfindung ist zum Senken von Betriebsspannung und zum Erhöhen von Geschwindigkeit in den meisten Ringoszillatortypen geeignet. Obgleich der in Fig. 2 gezeigte Ringoszillator nach dem Stand der Technik sowie auch die in Fig. 3 und 4 gezeigten, erfindungsgemäßen Ringoszillatoren Bipolartransistoren als Verstärkermittel benutzen, können bei den erfindungsgemäßen Schaltungslösungen im Prinzip nichtlineare Verstär kerkomponenten von jedem beliebigen Typ angewendet werden, wie MOS-, CMOS-, SOI-, HEMT- und HBT-Transistoren, Mikrowellenröhren und Vakuum röhren. Bei diesen Komponenten können die Benennungen der Elektroden variieren. Die Hauptelektroden eines Bipolartransistors sind Kollektor und Emitter und die Steuerelektrode ist Basis. Bei FETs (Feldeffekttransistoren) sind die entsprechenden Elektroden Senke, Quelle und Gitter. Bei Vakuum röhren werden die entsprechenden Elektroden Anode, Kathode und Gitter ge nannt. Somit müssen die Terme Emitter, Kollektor und Basis in diesem Zu sammenhang als allgemeinere Begriffe verstanden werden, die auch die Elektroden der übrigen Verstärkerkomponententypen decken.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Ringoszillator, der drei Dif ferentialverstärkerstufen 31, 32 und 33 aufweist. Die erste Differentialverstär kerstufe 31 weist ein Differentialpaar von Transistoren Q1 und Q2 auf. Der Kollektor des Transistors Q1 ist über eine Spule L1 mit einer 1,2 V Betriebs spannung Vcc gekoppelt, die einer Spannungsquelle 1 entnommen wird. Ent sprechend ist der Kollektor des Transistors Q2 über eine Spule L2 mit Vcc ge koppelt. Die Emitter der Transistoren Q1 und Q2 sind zusammengeschaltet und über eine Serienschaltung einer Spule L3 und eines MOS-Transistors M1 mit einem Potential 0 V gekoppelt.

Die Kollektoren von Transistoren Q3 und Q4 der Differentialverstär kerstufe 32 sind über Spulen L4 bzw. L5 mit der Betriebsspannung Vcc ge koppelt. Die Emitter der Transistoren Q3 und Q4 sind zusammengeschaltet und über eine Serienschaltung einer Spule L6 und eines MOS-Transistors M2 mit dem Potential 0 V gekoppelt. Die Kollektoren von Transistoren Q5 und Q6 sind über Spulen L7 bzw. L8 mit der Betriebsspannung Vcc gekoppelt. Die Emitter der Transistoren Q5 und Q6 sind zusammengeschaltet und über eine Spule L9 und einen MOS-Transistor M3 mit dem Potential 0 V gekoppelt.

Die Verstärkerstufen 31, 32 und 33 sind, wie folgt, zu einem Ring kaskadengeschaltet. Die Basiselektrode des Transistors Q1 ist mit dem Kol lektor des Transistors Q5 gekoppelt. Die Basiselektrode des Transistors Q2 ist mit dem Kollektor des Transistors Q6 gekoppelt. Die Basis des Transistors Q3 ist mit dem Kollektor des Transistors Q1 gekoppelt. Die Basis des Transistors Q4 ist mit dem Kollektor des Transistors Q2 gekoppelt. Die Basis des Transi stors Q5 ist mit dem Kollektor des Transistors Q3 gekoppelt. Die Basis des Transistors Q6 ist mit dem Kollektor des Transistors Q4 gekoppelt. Die MOS-Transistoren M1, M2 und M3 bilden zusammen mit einem vierten MOS-Transistor M4 einen Stromspiegel, der mit I_control gesteuert wird.

Wie früher festgestellt wurde, sind im erfindungsgemäßen Ringos zillator die Kollektorwiderstände der Differentialpaare durch die Spulen L1, L2, L4, L5, L7 und L8 ersetzt. Entsprechend sind die Emitterwiderstände der tradi tionellen Oszillatoren durch die Spulen L3, L6 und L9 ersetzt. Anwendung von Spulen senkt die Betriebsspannung Vcc, weil über diese in der Praxis gar kein Gleichstromspannungsverlust entsteht. Somit sind die bei den Kollektoren der Transistoren Q1 bis Q6 vorkommenden Potentiale praktisch Vcc. Die Emitter potentiale der Transistoren Q1 bis Q6 bestehen aus über den 0 V+MOS-Transistoren M1 bis M3 vorkommenden Spannungsverlusten. Daraus folgt, daß die Betriebsspannung Vcc sogar auf 1,2 V gesenkt werden kann, wäh rend die Betriebsspannung der traditionellen Oszillatoren von der Größenord nung 2 V ist. Alternativ kann mit derselben Betriebsspannung eine zweimal höhere Amplitude als bei traditionellen Oszillatoren erreicht werden.

Weil die Verstärkerstufen 31, 32 und 33 eigentlich Resonanzver stärker sind, verstärken sie Frequenzen außerhalb des Signalbandes, wie Rauschen, nicht wesentlich.

Die MOS-Transistoren M1, M2, M3 bilden einen Stromspiegel zu sammen mit dem Transistor M4, der zwischen den Gitterelektroden der Tran sistoren M1, M2 und M3 und dem Potential 0 V geschaltet ist. Außerdem sind die Basis der Transistoren M1 bis M4 zusammengeschaltet und mit der Fre quenzregelungsspannung I_control gekoppelt. Diese Steuerspannung verändert den durch die Transistoren M1, M2 und M3 fließenden Strom und dadurch auch den durch die Transistoren Q1 bis Q6 fließenden Strom. Die Ströme durch die Transistoren Q1 bis Q6 sind je nachdem gewählt, was für die Maxi malfrequenz f_T des angewendeten Herstellungsprozesses nötig ist. Der Her stellungsprozeß kann z. B. der BiCMOS-Prozeß sein. Bei diesem Stromwert Ic oder in der Nähe davon ist die Transientfrequenz f_T nahezu konstant, was auf den typisch ebenen Maximalpunkt der Funktion F_T(Ic) zurückzuführen ist. Wenn der Strom durch einen der Transistoren Q1 bis Q6 sich ändert, wirkt er gewöhnlich auf elektromagnetische Prozesse in den Spulen L1 bis L8 ein und verändert somit die Geschwindigkeit des ganzen Ringoszillators.

In der Ausführungsform der Fig. 3 können die Ausgänge von den Kollektoren der Transistoren Q1 bis Q6 zum Beispiel direkt zu traditionellen Mischern gebracht werden.

Fig. 4 zeigt einen zweiten, dreistufigen, erfindungsgemäßen Ringoszillator. Die Verstärkerstufen sind mit Bezugszeichen 41, 42 und 43 bezeichnet. Sonst ist die Schaltung der Fig. 4 der Schaltung der Fig. 3 we sentlich ähnlich. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Spulen L1 und L2 in Fig. 4 nur durch eine Spule mit einem Abgriff verwirklicht sind. Die eine Endelektrode der Spule L1 ist mit dem Kollektor von Q1 gekoppelt und die andere Endelektrode mit dem Kollektor von Q2. Der Abgriff ist mit der Be triebsspannung Vcc gekoppelt. Entsprechend bestehen die Spulen L4, L5 so wie L7 und L8 aus Spulen mit einem Abgriff.

Die Verstärkerstufe 41 ist dazu mit einer Spule L10 versehen, die transformatorgekoppelt ist, um ein Signal von den Spulen L1 und L2 zu emp fangen und diese Signale zum Erzeugen von Ausgangssignalen bei deren eigenen Klemmen zu summieren. L1, L2 und L10 sind vorzugsweise Windun gen desselben Transformators. Somit fungieren L1, L2 und L10 als passive Mischer. Entsprechend weist die Verstärkerstufe 42 eine Spule L11 auf, die mit den Spulen L4 und L5 transformatorgekoppelt ist. Weiter weist die Ver stärkerstufe 43 eine Spule L12 auf, die mit den Spulen L7 und L8 transforma torgekoppelt ist.

Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen, vierstufigen Ringoszillator. Verstärkerstufen 51, 52 und 53 sind den Verstärkerstufen 41, 42 und 43 der Fig. 4 exakt ähnlich. Die Verstärkerstufe 54 weist ein Differentialtransistor paar Q7 und Q8 mit Kollektor-Induktanzen L13 und L14 auf, die durch eine Spule mit einem Abgriff verwirklicht sind. Eine Spule L16 ist zum Schaffen eines passiven Mischers mit den Spulen L13 und L14 transformatorgekoppelt. Die Emitter der Transistoren Q7 und Q8 sind zusammengeschaltet und über eine Serienschaltung einer Spule L15 und eines MOS-Transistors M5 mit dem Potential 0 V gekoppelt. In Fig. 5 ist die Kaskadenschaltung der Verstärker stufen 51 bis 54 etwas anders, damit Quadraturausgangssignale erzeugt wer den können. Genauer gesagt ist die letzte Verstärkerstufe 54 mit der ersten Verstärkerstufe 51 gekoppelt, und zwar in umgekehrter Weise im Vergleich zu der Schaltung zwischen den übrigen Stufen. Genauer gesagt ist der Kollektor des Transistors Q7 mit der Basis des Transistors Q2 gekoppelt und der Kol lektor des Transistors Q8 mit der Basis des Transistors Q1.

Zur Analyse des erfindungsgemäßen Ringoszillators ist die 0,8 µm BiCMOS-Technologie angewendet worden, in der bipolare NPN-Transistoren die maximale Transientfrequenz F_TMAX = 14 GHz haben. Der durch die Transi storen fließende Strom ist in der Weise gewählt worden, daß er diese Transi entfrequenz F_T erzeugt, wobei der Strom mit dieser Technologie etwa 800 µA ist. Die MOS-Transistoren M1, M2, M3, M4 und M5 der Stromspiegel haben W = 1,2 µm und W/L = 100. Die Form des Signals ist zwischen rechteckig und sinusförmig und der typischen Form bei den bekannten Ringoszillatoren sehr ähnlich. Das Spektrum des Signals hat sehr bemerkenswerte hohe Harmoni sche, die im Fall der Fig. 3 und 4 zur Erzeugung eines Frequenzausgangs 3_*f_RING oder sogar 4_*f_RING durch Verwendung passiver Schaltungen beim Mi schen benutzt werden können, wie oben festgestellt wurde. Der erreichte Re gelbereich ist etwa 100 MHz/mA. Der erfindungsgemäße Oszillator kann zum Beispiel 3_*9 GHz und 4_*9 GHz bei einer Amplitude von 800 mV erzeugen und verbraucht nur 5,4 mW bzw. 6,2 mW von der 1,2 V Betriebsspannung.

Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung ist besonders für mo derne, phasensynchronisierte Schleifen (PLL) der Datenübertragungs- und Mikroprozessoranwendungen geeignet.

Die Zeichnungen und die anschließende Beschreibung sind nur zur Veranschaulichung der Erfindung beabsichtigt. Die Einzelheiten der Erfindung können im Umfang und Wesen der beigefügten Patentansprüche variieren.

Claims

1. Ringoszillator, der eine Kaskadenschaltung von zwei oder meh reren Verzögerungsstufen (31 bis 33; 41 bis 43; 51 bis 53) aufweist, wobei jede Verzögerungsstufe ein Differentialpaar einer ersten (Q1, Q3, Q5, Q7) und zweiten Verstärkerkomponente (Q2, Q4, Q6, Q8) aufweist, dadurch ge kennzeichnet, daß jedes Differentialpaar aufweist:
eine erste induktive Komponente (L1, L4, L7, L13) , über die eine erste Hauptelektrode der ersten Verstärkerkomponente (Q1, Q3, Q5, Q7) mit einem ersten Betriebsspannungspotential gekoppelt ist,
eine zweite induktive Komponente (L2, L5, L8, L14), über die eine erste Hauptelektrode der zweiten Verstärkerkomponente mit dem ersten Be triebsspannungspotential gekoppelt ist, und
eine Serienschaltung einer dritten induktiven Komponente (L3, L4, L9, L15) und einer Stromquelle zwischen zusammengeschalteten, zweiten Hauptelektroden der ersten und zweiten Verstärkerkomponente und einem zweiten Betriebsspannungspotential.

2. Ringoszillator nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste, zweite und dritte induktive Komponente Spulen sind.

3. Ringoszillator nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste, zweite und dritte induktive Komponente auf ei nem Chip integrierte Spulen sind.

4. Ringoszillator nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste und zweite induktive Komponente jedes Differentialpaars durch eine Spule mit einem Abgriff verwirklicht ist.

5. Ringoszillator nach Patentanspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spule eine erste Anschlußklemme, die mit der ersten Hauptelektrode der ersten Verstärkerkomponente (Q1, Q3, Q5, Q7) gekoppelt ist, eine zweite Anschlußklemme, die mit der ersten Hauptelektrode der zwei ten Verstärkerkomponente (Q2, Q4, Q6, Q8) gekoppelt ist, und einen Abgriff aufweist, der mit dem erwähnten, einen Betriebsspannungspotential funktio nell gekoppelt ist, und daß der Spulenteil, der zwischen der ersten Klemme und dem Abgriff liegt, die erwähnte erste, induktive Komponente bildet, und daß der Spulenteil, der zwischen der zweiten Klemme und dem Abgriff liegt, die erwähnte zweite, induktive Komponente bildet.

6. Ringoszillator nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Differentialpaar eine vierte Induktanz (LI10, LI11, L12, L15) aufweist, die eine Transformatorkopplung mit der er wähnten ersten und zweiten Induktanz bildet, während die erwähnte Trans formatorkopplung als passiver Mischer fungiert, um die Ausgänge des Diffe rentialpaars miteinander zu mischen, so daß ein Mischausgang zwischen den Endklemmen der vierten Induktanz erhältlich ist.

7. Ringoszillator nach Patentanspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste, zweite und dritte Induktanz Windungen des Transformators sind.

8. Ringoszillator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Verstärkerkom ponente NPN-Bipolartransistoren sind, deren erste Hauptelektrode Kollektor, zweite Hauptelektrode Emitter und Steuerelektrode Basis ist, und daß die Steuerelektroden der Verstärkerkomponenten die Eingänge einer Verzöge rungsstufe bilden.

9. Ringoszillator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaskade wenigstens drei Verzö gerungsstufen aufweist, wobei die letzte mit der ersten rückgekoppelt ist, und daß die erste Hauptelektrode der ersten Verstärkerkomponente (Q1, Q3, Q5, Q7) und entsprechend der zweiten Verstärkerkomponente jedes Differential paars mit der Steuerelektrode der ersten Verstärkerkomponente und entspre chend der zweiten Verstärkerkomponente des nächsten Differentialpaars ge koppelt ist.

10. Ringoszillator nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaskade wenigstens drei Verzögerungs stufen aufweist, und daß die erste Hauptelektrode der ersten Verstärkerkom ponente (Q7) und entsprechend der zweiten Verstärkerkomponente (Q8) des letzten Differentialpaars (54) mit der Steuerelektrode der zweiten Verstärker komponente (Q2) und entsprechend der ersten Verstärkerkomponente (Q1) des ersten Differentialpaars (51) gekoppelt ist, und daß die erste Hauptelek trode der ersten Verstärkerkomponente und entsprechend der zweiten Ver stärkerkomponente jedes anderen Differentialpaars mit der Steuerelektrode der ersten Verstärkerkomponente und entsprechend der zweiten Verstärker komponente des nächsten Differentialpaars gekoppelt ist.