DE3025357A1

DE3025357A1 - MONOLITHICALLY INTEGRATED DIGITAL FREQUENCY SYNTHESIS SYSTEM

Info

Publication number: DE3025357A1
Application number: DE19803025357
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7800 Freiburg Klee
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1980-07-04
Filing date: 1980-07-04
Publication date: 1982-01-28
Also published as: GB2079553A; GB2079553B

Description

H. Klee - 2 Fl 1047H. Klee - 2 Fl 1047

1. Juli 1980 Mo/msJuly 1, 1980 Mon / ms

Monolithisch integrierbares digitales Frequenzsynthesesystem .Monolithically integrable digital frequency synthesis system.

Die Erfindung betrifft ein monolithisch integrierbares digitales Frequenzsynthesesystem entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Frequenzsynthesesysteme sind beispielsweise in dem Buch von R. Best "Theorie und Anwendungen des Phase-locked Loops", Aarau/Schweiz 1976, Seiten 81 bis 84 beschrieben. Das Grundprinzip derartiger Frequenzsynthesesysteme beruht darauf, daß ein mit der guten Frequenzkonstanz von Quarzen schwingender Quarzoszillator die Frequenz eines Oszillators von demgegenüber geringerer Frequenzkonstanz, jedoch wesentlich höherer Frequenz nach dem Prinzip der Phasenregelschleifen synchronisiert, wobei an den einzelnen Stufenausgängen von innerhalb der Phasenregelschleife angeordneten Frequenzteilern Ausgangssignale mit den beabsichtigten Frequenzen abgenommen werden können.The invention relates to a monolithically integrable digital frequency synthesis system according to the preamble of claim 1. Such frequency synthesis systems are for example in the book by R. Best "Theory and Applications of the phase-locked loop ", Aarau / Switzerland 1976, pages 81 to 84. The basic principle of such Frequency synthesis systems are based on the fact that a crystal oscillator which oscillates with the good frequency constancy of crystals the frequency of an oscillator with a lower frequency constancy, but significantly higher frequency synchronized according to the principle of phase-locked loops, with at the individual stage outputs from frequency dividers arranged within the phase-locked loop output signals with the intended ones Frequencies can be picked up.

Die Schwingfrequenz des Oszillators geringerer Frequenzkonstanz kann dabei in der Größenordnung von 1 GHz liegen, und Oszillatorschaltungen hierfür sind üblicherweise LC-Oszillatoren. Bei monolithischer Integrierung des Frequenzsynthesesystems bedeutet aber die Verwendung von LC-Oszillatoren, daß wegen der generellen Nichtintegrierbarkeit von Induktivitäten und der nur eingeschränkt partiellen Integrierbarkeit von Kapazitäten das LC-Glied von außen an die integrierte Schaltung über entsprechendeThe oscillation frequency of the oscillator with a lower frequency constancy can be of the order of 1 GHz, and oscillator circuits therefor are usually LC oscillators. With monolithic integration of the frequency synthesis system but the use of LC oscillators means that because of the general non-integrability of inductances and the only limited partial integrability of capacities the LC element from the outside to the integrated circuit via corresponding

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Anschlußelektroden angeschaltet werden muß, deren Anzahl jedoch bekanntlich immer begrenzt ist.Connection electrodes must be connected, the number of which however, as is well known, it is always limited.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den 5 Oszillator geringer Frequenzkonstanz so zu realisieren, daß kein LC-Kreis erforderlich ist. Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Dabei geht die Erfindung von der Feststellung aus, daß handelsübliche, der Vor-Frequenzteilung dienende, in der Technik der emittergekoppelten Logikschaltungen (ECL-Technik) integrierte Frequenzteiler für Eingangsfrequenzen in der Größenordnung von 1 GHz unerwünschte Eigenschwingungen haben, die durch entsprechende Beschaltung zu unterdrücken sind. Der Erfinder hat nun ferner festgestellt, daß die Frequenz dieser Eigenschwingungen strom- und/oder spannungsabhängig ist, wobei insbesondere innerhalb eines gewissen Variationsbereichs eine lineare Spannungs- und/oder Stromabhängigkeit vorliegt. Die Erfindung nutzt nun diesen an sich unerwünschten Effekt innerhalb des erfindungsgemäßen Frequenzsynthesesystems in geschickter Weise zur Lösung der gestellten Aufgabe aus. Dabei können nach Anspruch 2 die Frequenzteilerstufen mindestens teilweise weiterhin zur Frequenzteilung ausgenutzt werden.The invention is therefore based on the object of realizing the oscillator with low frequency constancy in such a way that that no LC circuit is required. This is achieved by the characterizing features of claim 1. Included the invention is based on the finding that commercially available, pre-frequency division used in technology of the emitter-coupled logic circuits (ECL technology) Frequency divider for input frequencies in the order of 1 GHz, unwanted natural oscillations that are to be suppressed by appropriate wiring. The inventor has now also established that the frequency of these natural oscillations is current and / or voltage dependent, in particular within one There is a linear voltage and / or current dependency in a certain range of variation. The invention uses now this actually undesirable effect within the inventive Frequency synthesis system in a skilful way to solve the task at hand. Here you can according to claim 2 the frequency divider stages at least partially continue to be used for frequency division.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing.

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockschaltbilds den Aufbau Fig. 1 shows in a block diagram form the construction of

eines bekannten Frequenzsynthesesystems, und 30a known frequency synthesis system, and 30

Fig. 2 zeigt, teilweise in Form eines Blockschaltbilds, eine mögliche Ausführungsform der Erfindung.Fig. 2 shows, partly in the form of a block diagram, a possible embodiment of the invention.

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Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau eines bekannten digitalen Frequenzsynthesesystems enthält den Quarzoszillator QO mit dem Quarz Q und den frequenzsteuerbaren Oszillator dessen Frequenzkonstanz geringer ist gegenüber der des ¹^ Quarzoszillators und dessen Schwingfrequenz wesentlich höher ist als die des Quarzoszillators. Im allgemeinen beträgt der Frequenzunterschied eine bis drei Größenordnungen. So kann beispielsweise der Quarzoszillator mit einem Farbhilfsträgerquarz für 4,43 MHz ausgerüstet sein, während der Oszillator OS bei ca. 1 GHz schwingt.The structure of a known digital frequency synthesis system shown in Fig. 1 contains the quartz oscillator QO with the quartz Q and the frequency controllable oscillator whose frequency constancy is lower than that of the ¹ ^ quartz oscillator and whose oscillation frequency is significantly higher than that of the quartz oscillator. In general, the frequency difference is one to three orders of magnitude. For example, the crystal oscillator can be equipped with a color subcarrier crystal for 4.43 MHz, while the oscillator OS oscillates at approx. 1 GHz.

Die Frequenz der Oszillatorschwingungen wird in dem festen oder umschaltbaren Vor-Frequenzteiler VT und dem diesem nachgeschalteten Frequenzteiler FT so geteilt, daß sie weitgehend gleich mit der Quarzoszillatorfrequenz wird, so daß das Ausgangssignal des Frequenzteilers FT und das des Quarzoszillators QO mittels der Phasenvergleichsstufe PD vergleichbar werden. Deren Ausgangssignal wird mittels des Tiefpaßfilters TP gefiltert, und die resultierende Gleichspannung bzw. der resultierende Gleichstrom dient zur Steuerung der Frequenz des Oszillators OS. Das Frequenzsynthesesystem nach Fig. 1 stellt somit einen Spezialfall von in der Phase eingerasteten Regelkreisen, kurz Phasenregelkreisen (im Englischen:The frequency of the oscillator oscillations is in the fixed or switchable pre-frequency divider VT and the this downstream frequency divider FT divided so that it is largely equal to the crystal oscillator frequency so that the output signal of the frequency divider FT and that of the crystal oscillator QO by means of the phase comparison stage PD become comparable. Their output signal is filtered by means of the low-pass filter TP, and the The resulting direct voltage or the resulting direct current is used to control the frequency of the oscillator OS. The frequency synthesis system according to FIG. 1 thus represents a special case of locked in phase Control loops, or phase-locked loops for short (in English:

phase-locked loops), dar.phase-locked loops).

In Fig. 2 ist teilweise in Form eines Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Im linken Teil ist der übliche Aufbau von ECL-Frequenzteilern gezeigt. Dem eigentlichen Vor-Frequenzteiler VT geht dabei eine ECL-Verstärkerstufe voraus, und es sind ihm auch entsprechende Ausgangsverstärkerstufen nachgeschaltet. Dem bei üblicher Verwendung als Frequenzteiler dienendenFIG. 2 shows an exemplary embodiment of the invention, partly in the form of a block diagram. In the left Part shows the usual structure of ECL frequency dividers. The actual pre-frequency divider VT is involved an ECL amplifier stage ahead, and it is also followed by corresponding output amplifier stages. The one that is used as a frequency divider in normal use

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Eingang für das Signal mit der zu teilenden Frequenz ist nun entsprechend der Erfindung das über das Tiefpaßfilter TP geführte Ausgangssignal der Phasenvergleichsstufe PD zugeführt, wobei im Ausführungsbeispiel der eine der beiden Differenzverstärkereingänge auf konstantem Potential liegt. Die Ansteuerung des üblicherweise als Frequenzeingang dienenden Eingangs ist dabei so vorzunehmen, daß die Eigenschwingungen gerade nicht, wie eigentlich in den Datenblättern vorgeschrieben, unterdrückt werden.According to the invention, the input for the signal with the frequency to be divided is via the low-pass filter TP-guided output signal of the phase comparison stage PD supplied, with one of the two differential amplifier inputs at constant in the exemplary embodiment Potential lies. The control of the input, which is usually used as a frequency input, is to be carried out in such a way that that the natural vibrations are not suppressed, as actually prescribed in the data sheets will.

Übliche ECL-Frequenzteiler für Eingangsfrequenzen bis in die Größenordnung von 1 GHz sind beispielsweise die integrierten Schaltungen SAA 1073 bzw. 1173 (Intermetall) oder SAB 1048 (Valvo) oder die SP-8000-Serie (Plessey).Common ECL frequency dividers for input frequencies up to In the order of magnitude of 1 GHz, for example, the integrated circuits SAA 1073 or 1173 (Intermetall) or SAB 1048 (Valvo) or the SP-8000 series (Plessey).

In Fig. 2 ist noch der Vorspannungsgenerator U des ECL-Frequenzteiler s gezeigt, der die in den einzelnen Stufen benötigten Gleichvorspannungen erzeugt. Der erwähnte Ausgangsverstärker steuert den Frequenzteiler FT an, wodurch die Regelschleife wiederum geschlossen ist.In Fig. 2 is still the bias generator U of the ECL frequency divider s is shown, which generates the DC bias voltages required in the individual stages. The one mentioned The output amplifier controls the frequency divider FT, which in turn closes the control loop.

Wie in Fig. 1 hat der Frequenzteiler FT nicht nur einen Ausgang für ein mit der Quarzoszillatorfrequenz gleichfrequentes Signal, sondern weitere Ausgänge, an denen Ausgangssignale mit den mittels des Frequenzsynthesesystems zu erzeugenden Frequenzen abgenommen werden können.As in Fig. 1, the frequency divider FT does not have just one Output for a signal with the same frequency as the crystal oscillator frequency, but also other outputs at which Output signals with the means of the frequency synthesis system Frequencies to be generated can be removed.

Die Erfindung kann somit auf einen eigenen LC-Oszillator verzichten, da die an sich unerwünschten Eigenschwingungen der erwähnten ECL-Frequenzteiler ausgenutzt werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die darin enthalte-The invention can thus operate on its own LC oscillator dispense, since the inherently undesirable natural oscillations of the ECL frequency divider mentioned are exploited. It is particularly advantageous that the

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nen Frequenzteilerstufen nach wie vor als Frequenzteiler ausgenutzt werden können. Es entfallen somit insbesondere die von außen zuzuschaltenden Spulen und Kondensatoren und die hierfür erforderlichen Anschlußelektroden. 5NEN frequency divider stages can still be used as frequency divider. In particular, it is thus omitted the coils and capacitors to be switched on from the outside and the connection electrodes required for this. 5

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Claims

H. Klee - 2 Fl 1047

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Claims

Monolithically integrable digital frequency synthesis system with a quartz oscillator (QO) that determines the frequency constancy, with a frequency controllable oscillator (OS) of lower frequency constancy, but significantly (one to three orders of magnitude) higher frequency, with a fixed or switchable circuit downstream of the oscillator (OS) Frequency divider (VT) and subsequent adjustable frequency divider (FT), from which an output signal with the same frequency as the crystal oscillator frequency is fed together with the crystal oscillator output signal to a phase comparison stage (PD) whose output signal controls the oscillator frequency via a low-pass filter (TP), characterized by the following features :

- A frequency-controllable oscillator (OS) is used in which the pre-frequency division is used Technology of emitter-coupled logic circuits (ECL technology) integrated frequency divider for input frequencies in the order of magnitude of 1 GHz, its inherently undesirable natural oscillations, its frequency, current and / or voltage dependent is, is exploited, and

- The output signal of the low-pass filter (TP) is the Usually used as inputs for the oscillator signal inputs of the ECL pre-frequency divider (VT) fed.

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2. Frequency synthesis system according to claim 1, characterized in that that the ECL pre-frequency divider (VT) is at least partially also used as a frequency divider for the Oscillator signal is used.

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