DE3533104C2 - - Google Patents

Description

Zur Teilung hoher Frequenzen werden heute neben stati­ schen Teilern sogenannte dynamische Frequenzteiler ver­ wendet. Ein dynamischer Frequenzteiler ist beispiels­ weise in der Zeitschrift "Philips technische Rundschau 38", Nr. 2, 1979, Seiten 47 bis 62, insbesondere Seite 59 beschrieben. Dieser dynamische Frequenzteiler weist eine Mischstufe auf, die zur Mischung von Signalen dient, deren Frequenzen sich um den Faktor 2 unterschei­ den.

Unipolare Transistoren sind Transistoren, die - im Ge­ gensatz zu bipolaren Transistoren - nur auf dem Trans­ port einer Ladungsträgersorte (Elektronen oder Löcher) basieren. Hierzu gehören die MESFET-Transistoren und die Junction-FET-Transistoren. Ein MESFET-Transistor ist bekanntlich ein Feldeffekttransistor (FET), bei dem wie bei einem Junction-FET der Querschnitt der Kanal­ zone durch eine Raumladungszone verändert wird. Während bei einem Junction-FET diese Raumladungszone durch ei­ nen pn-Übergang erzeugt und gesteuert wird, wird die Raumladungszone bei einem MESFET-Transistor durch einen Schottky-Kontakt erzeugt. Mit unipolaren Transistoren lassen sich höhere Grenzfrequenzen erzielen als mit Bipolartransistoren, wenn sie auf Verbindungshalblei­ tern wie z.B. GaAs basieren. Außerdem weisen sie eine höhere Strahlungsfestigkeit auf.

Die Erfindung geht von einem dynamischen Frequenzteiler für hohe Frequenzen mit einer Mischstufe aus, die als Gegentaktmodulator ausgeführt ist, und der zwei Lastwi­ derstände nachgeschaltet sind. Ein solcher dynamischer Frequenzteiler ist aus "Philips technische Rundschau 38", Nr. 2, 1979, Seiten 47 bis 62, bekannt. Das in der Zeitschrift "Philips technische Rundschau" angegebene Beispiel eines dynamischen Frequenzteilers mit Gegen­ taktmodulator ist mit Bipolartransistoren aufgebaut und enthält keine Verstärkerstufe. In einem weiteren Bei­ spiel mit Diodenmischer wird ein Verstärker verwendet, der aber nicht als Transimpedanzverstärker ausgeführt ist.

Ausgehend von dem aus dieser Zeitschrift bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen dynamischen Frequenzteiler mit einer als Gegen­ taktmodulator ausgeführten Mischstufe anzugeben, der gegenüber dem bekannten dynamischen Frequenzteiler eine höhere obere Grenzfrequenz bei - für dieses Schaltungs­ konzept - maximal möglichem Frequenzbereich, eine höhe­ re Eingangsempfindlichkeit (d.h. kleine minimale Ein­ gangsspannung) im gesamten Frequenzbereich und einen größeren Dynamikbereich, d. h. größeres zulässiges Ver­ hältnis von maximaler zu minimaler Eingangsspannung bei stabilem Betrieb im gesamten Frequenzbereich (ohne merk­ lichen Phasenjitter und ohne instabile Bereiche) auf­ weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung werden - im Unterschied zum Stand der Technik - sowohl durch Verwendung von Unipo­ lartransistoren (die neben der höheren Grenzfrequenz auch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Strahlun­ gen aufweisen können) als auch durch Einfügung einer Transimpedanzstufe zwischen dem Ausgang des Mischers und einem seiner Eingänge erzielt. Der Transimpedanz­ verstärker erlaubt es, den Frequenzgang der gesamten rückgekoppelten Schleife (aus Mischer und Verstärker) zu optimieren, so daß dieser möglichst weitgehend dem eines idealen Tiefpasses mit hoher Grenzfrequenz ent­ spricht. Das liegt u. a. daran, daß die Transimpedanz­ stufe eine kleine Ein- und Ausgangsimpedanz, der Gegen­ taktmodulator aber eine große Ein- und Ausgangsimpedanz aufweist. Ein solcher Frequenzgang ist Voraussetzung für die oben genannten Vorteile der Erfindung, wie Si­ mulationen und experimentelle Ergebnisse zeigen. Insta­ bile Bereiche zwischen der maximalen und minimalen Be­ triebsfrequenz werden dadurch vermieden, daß der Ver­ stärker eine möglichst geringe Laufzeit hat, was nur durch eine einstufige Ausführung des Frequenzteilers gewährleistet ist.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.

Die Figur zeigt einen Frequenzteiler nach der Erfindung mit einem transistorisierten Doppelgegentaktmodulator und einem Transimpedanzverstärker. Bei Verwendung eines Doppelgegentaktmodulators treten keine Probleme mit der Arbeitspunkteinstellung auf, da diese nicht mehr von der prozeßbedingten Schwankung der Schwellspannung der Transistoren abhängt. Dies liegt daran, daß nun sämtli­ che Signale Differenzsignale sind. Durch einen Transim­ pedanzverstärker lassen sich besonders gute Teilerei­ genschaften erzielen. Ein Transimpedanzverstärker be­ sitzt bis zu hohen Frequenzen eine kleine Ein- und Aus­ gangsimpedanz und eine konstante Übertragungsfunktion, die durch den Quotient aus Ausgangsspannung und Ein­ gangsstrom definiert ist. Ein Teil des Transimpedanz­ verstärkers der Figur bildet eine Differenzstufe. Diese Differenzstufe besteht aus den Transistoren T 4 und T 4′, den Widerständen R 3 und R 4 und der Stromquelle I ₂. Die Transimpedanzstufe wird dadurch realisiert, daß je ein Widerstand (R 5, R 6) zwischen Drain und Gate der Verstär­ kertransistoren (T 4, T 4′) geschaltet wird. Zur Pegel­ verschiebung ist ein Source-Folger (T 6, T 6′) in Reihe zum Gegenkopplungswiderstand (R 5, R 6) geschaltet. Eine weitere Pegelverschiebung kann durch zusätzliche Schott­ ky-Dioden (D 1, D 2) bewirkt werden. Die Transistorstrom­ quellen sind durch Stromquellensymbole dargestellt.

Die Eingangsspannung des Frequenzteilers, dessen Fre­ quenz f geteilt werden soll, liegt zwischen den Gate- Elektroden der Transistoren T 1 und T 1′. Die Gate-Elek­ troden von T 2 und T 2′ sowie von T 3 und T 3′ sind verbun­ den. Zwischen den Verbindungspunkten von T 2 und T 2′ einerseits und T 3 und T 3′ andererseits liegt die zweite Eingangsspannung des Modulators der Frequenz f/2.

Die Ausgangsspannung der Transimpedanzstufe, die an den Lastwiderständen R 3, R 4 liegt, wird über Source-Folger (T 5, T 5′) auf den zweiten Eingang des Modulators gekop­ pelt. Die Source-Folger dienen zur Pegelverschiebung und Impedanzwandlung und erhöhen die obere Grenzfre­ quenz der geschlossenen Schleife. Zur weiteren Pegel­ verschiebung werden Schottky-Dioden (D 1, D 2 bzw. D 1′, D 2′) verwendet.

Claims (6)

1. Dynamischer Frequenzteiler für hohe Frequenzen mit einer Mischstufe, die als Gegentaktmodulator ausgeführt ist, und der zwei Lastwiderstände nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (T 1, T 1′, T 2, T 2′, T 3, T 3′) der Mischstufe Unipolartransistoren sind, daß die an den Lastwiderständen (R 3, R 4) anliegende Spannung als Differenzspannung über zwei Source-Folger (T 5, T 5′) auf Mischereingänge zurückgeführt ist und daß ein Transimpedanzverstärker (T 4, T 4′, R 5, R 6, T 6, T 6′) zwischen den Ausgang der Mischstufe (T 2, T 2′, T 3, T 3′) und die Lastwiderstände (R 3, R 4) geschaltet ist.

2. Dynamischer Frequenzteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Source der Source-Fol­ ger (T 5, T 5′) Schottky-Dioden (D 1, D 2, D 1′, D 2′) ge­ schaltet sind.

3. Dynamischer Frequenzteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegentaktmodulator eine Differenzstufe (T 1, T 1′) sowie zwei Transistorpaare (T 2, T 2′, T 3, T 3′) aufweist, deren Gate-Elektroden mit­ einander verbunden sind, und daß die eine Eingangsspan­ nung des Mischers den Transistoren (T 1, T 1′) der Diffe­ renzstufe und die andere Eingangsspannung des Mischers den Gateverbindungen der beiden Transistorpaare (T 2, T 2′, T 3, T 3′) zugeführt ist.

4. Dynamischer Frequenzteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drain und Gate der Verstärkertransistoren (T 4, T 4′) des Transim­ pedanzverstärkers je ein Widerstand (R 5, R 6) geschaltet ist.

5. Dynamischer Frequenzteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den Gegenkopplungswiderständen der Transimpedanzstufe (R 5, R 6) je ein Source-Folger (T 6, T 6′) geschaltet ist.

6. Dynamischer Frequenzteiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den Source-Folgern (T 6, T 6′) je eine Schottky-Diode geschaltet ist.