DE3687446T2 - Symmetrischer oszillator. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Oszillatoren und im Speziellen symmetrische LC Oszillatoren.
• Dem Stand der Technik entsprechende symmetrische LC Oszillatoren sind Fachleuten weithin bekannt, wobei die Mittenfrequenz der Schwingung durch einen LC Oszillatorschwingkreis festgelegt wird. Systeme, die solche Oszillatoren verwenden, sind häufig anzutreffen und gehören zum Stand der Technik. Zum Beispiel benutzen FM-Empfänger und Fernsehmodulatoren symmetrische LC Oszillatoren als Empfangsoszillatoren. Der MC1732, eine von Motorola Inc. hergestellte integrierte Schaltung, ist ein Beispiel für einen Fernsehvideomodulatorschaltkreis, der einen symmetrischen LC Oszillator verwendet, um ein Videoausgangssignal zu erzeugen. In diesem Fall sind die LC Komponenten von außen an die internen Oszillatorbauteile gekoppelt. Der Oszillator steuert einen symmetrischen Vervielfacher an, der als Mischer oder Modulator verwendet wird. Ein Vorteil solcher symmetrischer Systeme ist, daß das Oszillatorsignal vom Vervielfacherausgang entfernt ist.
• Typischerweise besteht der Oszillator aus einem Paar Transistoren, deren Emitter gemeinsam an eine Konstantstromquelle angeschlossen sind. Die Basiselektroden der beiden Transistoren sind über Kreuz mit dem Kollektor des jeweils gegenüberliegenden Transistors verbunden. Die Kollektoren sind jeweils an eine Referenzspannungsquelle gekoppelt. Der LC Schwingkreis ist über die Kollektoren der beiden Transistoren angekoppelt. Der Ausgang des Oszillators wird differentiell über die Basen der beiden Transistoren abgegriffen. Ein symmetrischer Vervielfacher bestehend aus einem Paar Transistoren, deren Emitter gemeinsam an eine Stromquelle angeschlossen sind, wird von dem Oszillator angesteuert, wobei der differentielle Ausgang des letzteren über die Basiselektroden der beiden Transistoren des Vervielfachers verbunden ist.
• Ein Oszillator, wie er oben beschrieben ist, ist in US-A-3963996 gezeigt. Obwohl derartige, dem Stand der Technik entsprechende, symmetrische LC Oszillatoren gut funktionieren, haben sie einen gravierenden Nachteil. Jede Signalspannung, die an den gemeinsam verbundenen Emittern des Oszillators auftritt, erscheint an den gemeinsam verbundenen Emittern der Transistoren des symmetrischen Vervielfachers. Dieses Signal wird dann in einen Gleichtaktstrom umgewandelt, der durch die beiden Transistoren fließt. Auf diese Weise erzeugt das Oszillatorsignal, das über dem Schwingkreis im herkömmlichen Oszillator entsteht, wobei gleichgroße Kollektorwiderstände angenommen werden, an den Emittern sowohl der Oszillatortransistoren als auch der Vervielfachertransistoren ein vollweggleichgerichtetes Signal mit der zweifachen Oszillatorfrequenz. Dieses Gleichtaktsignal ist äußerst unerwünscht, da es im Ausgangssignal des Modulators Verzerrungen erzeugen kann und die Mischverstärkung des Systemes verringern kann.
• Daher besteht die Notwendigkeit für einen verbesserten symmetrischen LC Oszillator, der Gleichtaktsignalprobleme, die mit einigen herkömmlichen Oszillatoren verbunden sind, beseitigt oder stark einschränkt.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung versucht dementsprechend einen Oszillator vorzustellen, bei dem das obige Problem abgemildert ist. Gemäß der Erfindung wird ein symmetrischer Oszillator vorgestellt, mit einer Vorrichtung zum Festlegen der Frequenz, die zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß angeschlossen ist, ferner mit:
• einem ersten und einem zweiten Transistor, jeder mit einer ersten, einer zweiten und einer Steuerelektrode, wobei besagte erste Elektroden miteinander verbunden sind und die besagte Steuerelektrode des besagten ersten Transistors sowohl an den ersten Anschluß als auch an besagte zweite Elektrode des besagten zweiten Transistors gekoppelt ist, besagte Steuerelektrode des besagten zweiten Transistors ist sowohl an den zweiten Anschluß als auch an besagte zweite Elektrode des ersten Transistors gekoppelt, besagte Steuerelektroden des ersten bzw. zweiten Transistors bilden den ersten bzw. zweiten Ausgang des symmetrischen Oszillators;
• einem Stromversorgungsschaltkreis, angekoppelt an den ersten und zweiten Anschluß zur Versorgung der entsprechenden unabhängigen Betriebsströme für besagten ersten und zweiten Transistor; und
• einer Spannungsreferenz, um eine vorbestimmte und feste Spannung an besagten ersten Elektroden des besagten ersten und zweiten Transistors zur Verfügung zu stellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm des Oszillators der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 2 ist ein ausführliches schematisches Diagramm der bevorzugten Ausführung der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung
• In Fig. 1 ist der symmetrische Oszillator 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt, der dazu geeignet ist in Form eines integrierten Schaltkreises hergestellt zu werden. Oszillator 10 enthält ein Paar NPN Transistoren 12 und 14, deren Emitter oder erste Elektroden gemeinsam mit einer festen Spannungsreferenz 16 verbunden sind, so daß sich die Emitterspannung nicht ändert und gleich einer vorbestimmten Spannung ist, die gleich VREF ist. Die Basis- oder Steuerelektroden der beiden Transistoren sind über Kreuz mit dem Kollektor oder der zweiten Elektrode des gegenüberliegenden Transistors verbunden. Die Querverbindung der beiden Transitoren sorgt, wie allgemein bekannt ist, für eine positive Rückkopplung, um die Oszillation aufrechtzuerhalten. In der bevorzugten Ausführung sind die Kollektoren der beiden Transistoren mit dem Stromleiter 22 des Netzteiles über die jeweiligen Widerstände 18 und 20 gekoppelt. Es ist jedoch klar, daß die Widerstände 18 und 20 ersetzt werden können; zum Beispiel durch stromspeisende Transistoren, so daß eine Quelle für den Betriebsstrom für die Transistoren 12 und 14 zur Verfügung gestellt wird. Ein LC Oszillatorschwingkreis 24 ist zwischen den Kollektoren der Transistoren 12 und 14 über die Anschlüsse 26 und 28 angeschlossen. Falls Oszillator 10 in Form eines integrierten Schaltkreises hergestellt wird, wird der Oszillatorschwingkreis 24 bestehend aus einer diskreten Spule und einem Kondensator von außen an die Bauteile der integrierten Schaltung angeschlossen. Der Ausgang des Oszillators 10 wird differentiell an den Ausgängen 30 und 32 abgegriffen.
• Das allgemeine Funktionsprinzip des Oszillators 10 ist allgemein bekannt, insofern als er bei der Parallelresonanzfrequenz des Oszillatorschwingkreises 24 betrieben wird. Der symmetrische oder differentielle Ausgang des Oszillators 10 wird dazu benutzt den symmetrischen Differentialverstärker 34 zu schalten. Dieser bildet einen Teil eines Gegentaktmodulators, wie er oben in Bezug auf die MC1372 Videomodulatorschaltung beschrieben wurde.
• Der Differentialverstärker 34 beinhaltet die Transistoren 36 und 38 deren entsprechende Basen mit dem Ausgang des Oszillators 10 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 36 und 38 sind differentiell mit der Stromquelle 40 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 36 und 38 sind mit den Knoten 42 und 44 verbunden, die den Vervielfacherteil (nicht gezeigt) des Gegentaktmodulators ansteuern, der den Verstärker 34 einschließt.
• Oszillator 10 der vorliegenden Erfindung beseitigt, wie im Folgenden beschrieben, das Gleichtaktsignal. Die Spannungsreferenz 16 hält an den miteinander verbundenen Emittern der Transistoren 12 und 14 die feste Spannung VREF aufrecht, so daß, obwohl das Oszillatorsignal die Spannungen an den Basen dieser Transistoren ändert, die Emitter auf VREF bleiben. Auf diese Weise bleibt die Höhe der Spannung, die an den Emittern der Transistoren 36 und 38 anliegt, auf einem festen Wert und das Gleichtaktsignalproblem, das mit den obenerwähnten herkömmlichen Systemen einhergeht, ist beseitigt.
• In der nun angesprochenen Fig. 2 ist der Oszillator 10 im Detail gezeigt ist. Die Stromquellen 18 und 20 können mit stromspeisenden PNP Transistoren realisiert werden, wie es in der Fachwelt allgemein üblich ist. Die dargestellte Referenzspannungsquelle 16 besteht aus einer Stromquelle 46, die zwischen der Netzteilstromleitung 22 und der Anode der Diodenvorrichtung 48 angekoppelt ist. Es ist klar, daß die Stromquelle 46 auch mit einem stromspeisenden PNP Transistor realisiert werden kann. Diodenvorrichtung 48, die aus einer mit einem Transistor verbundenen Diode gebildet werden kann, ist mit ihrer Kathode mit dem Kollektor des Transistors 50 verbunden, dessen Emitter durch eine zweite Netzteilstromleitung zum Erdreferenzpotential zurückgeführt wird. Ein Paar in Serie verbundener Widerstände 52 und 54 ist parallel zur Diodenvorrichtung 48 geschalten, wobei der Verbindungspunkt zwischen beiden mit der Basis des Transistors 50 verbunden ist. Diodenvorrichtung 48 und die Widerstände 52 und 54 bilden eine Spannungsreferenzmethode zur Festlegung des Spannungswertes VREF wie im Folgenden beschrieben wird.
• Beim Betrieb liefert die Stromquelle 46 einen Strom zur Diodenvorrichtung 48, der auch durch den Transistor 50 fließt. Aus diesem Grund entsteht eine Spannung über der Diodenvorrichtung 48 und den in Serie verbundenen Widerständen 52 und 54. Wenn die Diodenvorrichtung 48 aus einem mit einer Diode verbundenen Transistor gebildet wird, ist der Spannungsabfall über der Diodenvorrichtung 48 gleich VBE, der Basis-Emitterspannung eines normalen NPN Transistors. Die Spannung, die am Verbindungspunkt der beiden Widerstände auftritt, kann durch das Teilverhältnis der Widerstandswerte vorbestimmt werden. Wenn zum Beispiel die Widerstandswerte gleich sind, ist der Spannungsabfall an jedem gleich VBE/2. So stellt der Transistor 50 am Verbindungspunkt der Widerstände 52 und 54 eine Spannung von VBE ein, welche, gemäß dem Spannungsabfall von VBE/2 über dem Widerstand 54, die Spannung am Kollektor des Transistors auf einen festen Wert von VBE/2 festlegt. Es ist klar, daß die Emitter der Transistoren 12 und 14 bei jenen Systemen, die es nicht erforderlich machen, daß der Oszillator bei einer festen Spannung über dem Erdpotential des Systemes arbeitet, auf das Erdreferenzpotential gelegt werden können. Die Versorgung der Emitter der beiden Transistoren des Oszillators mit einer niederohmigen festen Spannungsreferenz ist der neuartige Aspekt, der den Oszillator 10 von vorherigen Systemen unterscheidet und Gleichtaktsignaleinspeisungsprobleme, die damit verbunden sind, beseitigt.
• Obwohl der gezeigte Oszillator 10 ein Stromquellenpaar 18 und 20 enthält, ist es klar, daß selbst wenn nur eine der Stromquellen benutzt wird, die Ansteuerung der Transistoren 12 und 14 noch immer differentiell ist. So könnte zum Beispiel die einzelne Stromquelle 18 ohne die Stromquelle 20 benutzt werden und umgekehrt. Außerdem erkennt man, daß Emitterfolger-Transistoren benutzt werden könnten zum Puffern zwischen dem Kollektor eines jeden der beiden Transistoren 12 und 14 und der entsprechenden Basis des gegenüberliegenden Transistors, mit dem der Kollektor des einen Transistors querverbunden ist. Deshalb wäre zum Beispiel solch ein Puffertransistor mit seinem Emitter mit der Basis von Transistor 12 verbunden, mit seiner Basis mit dem Kollektor von Transistor 14 verbunden und mit seinem Kollektor mit der Netzanschlußschiene 22 verbunden. Ähnlich wäre der Basis-Emitterpfad eines zweiter Puffertransistor zwischen dem Kollektor von Transistor 12 und der Basis von Transistor 14 angeschlossen und sein Kollektor mit der Schiene 22 verbunden.
• Ein wesentlicher Aspekt des Oszillators 10 ist, daß wenn, wie oben erwähnt, der Oszillator innerhalb eines integrierten Schaltkreises gebildet wird, die Vorspannungsströme durch die Transistoren 12 und 14 von außen durch das Einstellen von V+ geändert werden können, was dazu führt, daß die Mittenfrequenz der Schwingung verschoben wird. Symmetrische LC Oszillatoren nach dem Stand der Technik ähnlich dem Oszillator 10 würden einen zusätzlichen externen Anschlußpin benötigen, der mit der Stromquelle verbunden ist, welche mit den Emittern der beiden Oszillatortransistoren verbunden ist, um den Strom der Stromquelle zu steuern. In vielen integrierten Schaltungen ist es unter Umständen nicht möglich solch einen zusätzlichen externen Anschlußpin zu schaffen.
• Was hier beschrieben wurde, ist daher ein neuartiger symmetrischer LC Oszillator, der verwendet wird Gegentaktmodulatoren anzusteuern, und, bei dem Gleichtaktsignaleinspeisungsprobleme beseitigt worden sind.

Claims (6)

1. Ein symmetrischer Oszillator mit Mitteln zur Frequenzeinstellung (24), die zwischen einem erstem (26) und zweitem (28) Anschluß liegen, ferner mit:

einem ersten (12) und zweiten (14) Transistor, von denen jeder eine erste, zweite und Steuerelektrode besitzt, wobei besagte erste Elektroden miteinander verbunden sind, besagte Steuerelektrode des besagten ersten Transistors ist sowohl an den ersten Anschluß als auch an besagte zweite Elektrode des besagten zweiten Transistors gekoppelt, besagte Steuerelektrode des besagten zweiten Transistors ist sowohl an den zweiten Anschluß als auch an besagte zweite Elektrode des besagten ersten Transistors gekoppelt, besagte Steuerelektroden des besagten ersten bzw. zweiten Transistors bilden den ersten und zweiten Ausgang des symmetrischen Oszillators;

einer Stromversorgungsschaltung (18, 20), gekoppelt an den ersten und zweiten Anschluß, zur Versorgung der entsprechenden unabhängigen Betriebsströme für besagten ersten und zweiter) Transistor; und

einer Spannungsreferenz (16) zur Versorgung einer vorbestimmten und festen Spannung an besagten miteinander verbundenen ersten Elektroden des besagten ersten und zweiten Transistors.

2. Der Oszillator nach Anspruch 1, worin besagte Stromversorgungsschaltung folgendes beinhaltet:

eine erste Stromquelle (18) zur Stromversorgung an einem ihrer Ausgänge, welcher an den ersten Anschluß angeschlossen ist; und

eine zweite Stromquelle (20) zur Stromversorgung an einem ihrer Ausgänge, welcher an den zweiten Anschluß angeschlossen ist.

3. Der Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, worin besagte Spannungsreferenz folgendes beinhaltet:

eine dritte Stromquelle (46) zur Stromversorgung an einem Ausgang;

einen dritten Transistor (50), der eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode besitzt, wobei besagte erste Elektrode angepaßt ist, um ein Erdreferenzpotential zu erhalten; und

eine Schaltung zur Festlegung einer Spannung (48, 52, 54), die verbunden ist mit besagtem Ausgang der besagten dritten Stromquelle (46) und besagter zweiter Elektrode und Steuerelektrode des besagten dritten Transistors (50) zur Schaffung besagter fester Spannung an der zweiten Elektrode des besagten dritten Transistors.

4. Der Oszillator nach Anspruch 3, worin besagte Schaltung zur Festlegung einer Spannung folgendes beinhaltet:

eine Diode (48) gekoppelt zwischen besagtem Ausgang der besagten dritten Stromquelle (46) und besagter zweiter Elektrode des besagten dritten Transistors (50); und

einen ersten (52) und zweiten (54) in Serie verbundenen Widerstand gekoppelt zwischen besagtem Ausgang der besagten dritten Stromquelle und besagter zweiter Elektrode des besagten dritten Transistors, wobei besagte Steuerelektrode des besagten dritten Transistors mit dem Verbindungspunkt des besagten ersten und zweiten Widerstandes verbunden ist.

5. Der Oszillator nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4 integriert auf einem Halbleiterbaustein.

6. Ein Gegentaktmodulator, der einen ersten (30) und zweiten (32) Eingang hat und einen Oszillator (10) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche beinhaltet, zur Erzeugung eines differentiellen Oszillatorsignals am ersten und zweiten Eingang.