DE3730107A1 - OSCILLATOR CIRCUIT WITH SURFACE WAVE FILTER - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Oszillator schaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patent anspruches 1.The present invention relates to an oscillator circuit with the features of the preamble of the patent claim 1.
Oszillatorschaltungen benötigen im allgemeinen ein schmal bandiges Filter als frequenzbestimmendes Element in der Rück kopplungsschleife. Im Frequenzbereich von 50 MHz bis 1 GHz können hierfür Oberflächenwellenfilter eingesetzt werden, und zwar entweder als Resonatorfilter oder als sog. Verzögerungs leitung. Mit letzteren läßt sich der Einsatzbereich bereits heute schon bis zu 3 GHz erstrecken.Oscillator circuits generally need a narrow banded filter as frequency-determining element in the back coupling loop. In the frequency range from 50 MHz to 1 GHz surface wave filters can be used for this, and either as a resonator filter or as a so-called delay management. The area of application can already be used with the latter extend up to 3 GHz today.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte und/ oder vereinfachte Oszillatorschaltung anzugeben, die ein Ober flächenwellenfilter als frequenzbestimmendes Element enthält.The object of the present invention is to provide an improved and / or to specify a simplified oscillator circuit which is an upper Surface wave filter contains as a frequency determining element.
Diese Aufgabe wird mit einer Oszillatorschaltung mit den Merk malen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Ein Drei-Wandler-Filter ist nicht auf die Anzahl von drei Wandlern beschränkt. Es können zu den drei die Grundidee der Erfindung betreffenden Wandlern noch zusätzliche Wandler hinzugefügt sein.This task is done with an oscillator circuit with the Merk paint the patent claim 1 and further refinements and further developments of the invention result from the subclaims forth. A three-converter filter is not on the number of limited to three converters. It can be the basic idea for the three transducers related to the invention additional transducers be added.
Für die erfindungsgemäße Lösung nach Patentanspruch 1 wird ein Drei-Wandler-Filter, ausgeführt als Oberflächenwellenfilter, verwendet. Von besonderem Vorteil ist es, für die Erfindung eine Oberflächenwellen-Filteranordnung nach der älteren Patentan meldung P 37 09 692.3 (VPA 87 P 1181) zu verwenden. Eine solche Filteranordnung hat den Vorzug nur höchstens geringes kapa zitives und/oder induktives Übersprechen zu haben, so daß mit einer solchen Filteranordnung der älteren Anmeldung eine Oszillatorschaltung mit besonders großer Frequenzreinheit zu erhalten ist.For the inventive solution according to claim 1 is a Three-converter filter, designed as a surface wave filter, used. It is particularly advantageous for the invention Surface wave filter arrangement according to the older patent message P 37 09 692.3 (VPA 87 P 1181). Such The filter arrangement has the preference only a small kapa to have citive and / or inductive crosstalk, so that with such a filter arrangement of the earlier application Oscillator circuit with a particularly high frequency purity is preserved.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zu den Figuren und insbesondere zu den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.Further explanations of the invention are given in the following Description of the figures and in particular those in the Illustrated embodiments of the invention forth.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Oszillatorschaltung. Fig. 1 shows a known oscillator circuit.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Oszillatorschaltung mit einem Drei-Wandler-Filter in Oberflächenwellen-Bauart. Fig. 2 shows an oscillator circuit according to the invention with a three-converter filter in surface wave design.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte weitere Ausgestaltung einer er findungsgemäßen Oszillatorschaltung, und zwar mit einer Oberflächenwellen-Filteranordnung nach der obengenann ten älteren Patentanmeldung. Fig. 3 shows a preferred further embodiment of an oscillator circuit according to the invention, with a surface wave filter arrangement according to the above-mentioned older patent application.
Fig. 4 zeigt eine noch weitere Ausführungsform. Fig. 4 shows a still further embodiment.
Fig. 5 zeigt eine besondere Ausgestaltung des Filters. Fig. 5 shows a particular embodiment of the filter.
In Fig. 1 ist mit 1 ein herkömmliches Oberflächenwellenfilter bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 2 ist auf einen Verstärker hingewiesen. Das Element 3 dient zur Leistungsauskopplung und mit 4 ist ein Bandpaß oder Tiefpaß zur Unterdrückung der höheren Harmonischen und auch eventuell nicht harmonischer Signale bezeichnet.In Fig. 1, 1 denotes a conventional surface acoustic wave filter. Reference number 2 indicates an amplifier. Element 3 is used for decoupling power and 4 denotes a bandpass or low-pass filter for suppressing the higher harmonics and possibly non-harmonic signals.
Weitere normalerweise vorgesehene Anpassungselemente sind der Einfachheit halber hier nicht dargestellt. Die Leistungsaus kopplung erfolgt entweder mit einem 3-dB-Koppler (z.B. einem Wilkinson-Teiler), der unter Umständen eine weitere Verstärkung des Ausgangssignals überflüssig macht. Es kann auch eine ge ringere, z.B. kapazitive Leistungsentnahme vorgesehen sein, wobei das Ausgangssignal nachverstärkt werden muß.Other customization elements normally provided are Not shown here for the sake of simplicity. The power output Coupling takes place either with a 3 dB coupler (e.g. a Wilkinson divider), who may need further reinforcement of the output signal. It can also be a ge less, e.g. capacitive power consumption can be provided, the output signal must be amplified.
Die Fig. 2 zeigt wieder mit 2 bezeichnet den Verstärker bzw. die Verstärkerstufe. Mit 11 ist ein erfindungsgemäß vorgesehe nes Drei-Wandler-Filter bezeichnet. In diesem Filter sind die drei Oberflächenwellenwandler 12, 13 und 14 enthalten, die für die Ausbreitung der akustischen Wellen in diesem Filter 11 in einer Linie angeordnet sind. Die akustische Wechselwirkung zwi schen den Wandlern 12 und 13 schließt den Rückkopplungsweg des eigentlichen Oszillatorkreises. Es besteht aber auch akustische Wechselwirkung zwischen dem Wandler 13 und dem Wandler 14 in der Weise, daß von dem Wandler 13 akustische Energie in den Wandler 14 übergeht, und zwar mit genau der Oszillatorfrequenz. Der Wandler 14 ist der Ausgang der erfindungsgemäßen Oszillator schaltung nach Fig. 2. Fig. 2 shows again 2 designates the amplifier or the amplifier stage. At 11 , a three-converter filter provided according to the invention is designated. This filter contains the three surface wave converters 12 , 13 and 14 , which are arranged in a line for the propagation of the acoustic waves in this filter 11 . The acoustic interaction between the transducers 12 and 13 closes the feedback path of the actual oscillator circuit. But there is also an acoustic interaction between the transducer 13 and the transducer 14 in such a way that acoustic energy is transferred from the transducer 13 to the transducer 14 , with exactly the oscillator frequency. The converter 14 is the output of the oscillator circuit according to the invention according to FIG. 2.
Die Frequenzselektivität einer Oberflächenwellen-Anordnung bzw. eines Oberflächenwellenwandlers 12, 13, 14 beruht auf seinem Aufbau. Ein solcher Wandler besteht bekanntermaßen aus inter digitalen Fingerstrukturen, deren Fingeranordnung frequenz bestimmend ist. Mit Lambda/2 großen Finger(mitten-)abständen erhält man eine akustische Oberflächenwelle mit eben dieser Wellenlänge Lambda, wenn die Finger alternierend mit den Sammelelektroden verbunden sind. Eine Oberflächenwelle dieser Wellenlänge erhält man auch dann, wenn man eine mit Gruppen einteilung verbunden gewählte Fingerperiodizität vorsieht, wie dies in der DE-OS 36 29 418 vom Erfinder der vorliegenden Er findung angegeben ist.The frequency selectivity of a surface wave arrangement or a surface wave converter 12 , 13 , 14 is based on its structure. As is known, such a transducer consists of inter-digital finger structures, the finger arrangement of which determines the frequency. With lambda / 2 large fingers (center) distances, an acoustic surface wave with exactly this wavelength lambda is obtained if the fingers are connected alternately to the collecting electrodes. A surface wave of this wavelength is obtained even if one provides a grouping of selected finger periodicity, as specified in DE-OS 36 29 418 by the inventor of the present invention.
Ein solcher Wandler nach der DE-OS 36 29 418 hat den Vorzug, wenigstens weitgehend reflexionsfrei zu sein. Dies bedeutet, daß ein so ausgeführter Wandler und dementsprechend das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Filter keine mehreren Resonanzstellen hat, auf deren Frequenzen die erfindungs gemäße Oszillatorschaltung dann wahlweise, insbesondere aber auch umspringend, schwingen könnte.Such a converter according to DE-OS 36 29 418 has the advantage to be at least largely reflection-free. This means, that a so designed converter and accordingly that at Filters used no multiple in the present invention Has resonance points on the frequencies of the Invention appropriate oscillator circuit then optional, but in particular also jumping around, could swing.
Eine weitere Möglichkeit, reflexionsfreie Wandler bei einem erfindungsgemäß eingesetzten Drei-Wandler-Filter zu verwenden, ist, Split-Finger-Wandler an sich bekannter Art zu verwenden.Another way to get reflection free converters at one to use three-converter filter used according to the invention, is to use split-finger transducers in a manner known per se.
Das Vorhandensein des Filters 11 erübrigt die Verwendung be sonderer Auskoppelnetzwerke und nachfolgenden Tief- bzw. Band passes. Diese Funktionen erfüllt der dritte Wandler 14.The presence of the filter 11 makes the use of special decoupling networks and subsequent low or band passes unnecessary. The third converter 14 fulfills these functions.
Fig. 3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Er findung, für die eine Oberflächenwellen-Filteranordnung 21 be nutzt wird, die in der obengenannten älteren Patentanmeldung schon beschrieben ist. Es handelt sich dabei um eine Filter anordnung mit wiederum wenigstens drei Wandlern 22, 23, 24, die jedoch in der Filteranordnung so angeordnet sind bzw. in Bezug zueinander so ausgebildet sind, daß eine solche Oberflächen wellen-Filteranordnung kein oder nur noch sehr geringes Über sprechen kapazititver und/oder induktiver Art besitzt. Gerade dieses Übersprechen im Rückkopplungskreis ist nämlich ein Schwachpunkt in Oszillatorschaltungen, was zu nicht frequenz reinen Oszillator-Ausgangsspannungen führt. Fig. 3 shows a particularly preferred embodiment of the invention, for which a surface acoustic wave filter arrangement 21 is used, which is already described in the above-mentioned earlier patent application. It is a filter arrangement with in turn at least three transducers 22 , 23 , 24 , which, however, are arranged in the filter arrangement or are designed in relation to one another in such a way that such a surface wave filter arrangement has no or only a very slight excess speak capacitive and / or inductive type. This crosstalk in the feedback loop is a weak point in oscillator circuits, which leads to oscillator output voltages that are not frequency-pure.
Bezüglich der Einzelheiten einer Oberflächenwellen-Filter anordnung der älteren Anmeldung sei auf diese Anmeldung hin gewiesen. Es handelt sich dabei um eine Oberflächenwellen- Filteranordnung mit mindestens drei Wandlerstrukturen in longitudinaler Anordnung zueinander. Die eine Wandlerstruktur 22 ist dort als Eingangswandler geschaltet und zwei weitere Wandlerstrukturen 23, 24 sind Ausgangswandler. Es liegt dort zwischen dieser einen Wandlerstruktur und diesen zwei weiteren Wandlerstrukturen, bezogen auf das Eingangssignal und das Ausgangssignal, eine Energieverzweigung in gleich große Energieanteile auf zwei akustische Teilwege vor, wobei in jedem dieser Teilwege eine der weiteren Wandlerstrukturen vor liegt. Außerdem ist dort eine Wiederzusammenführung der Aus gänge 23′, 24′ dieser zwei Teilwege vorgesehen. Um das Ziel der Vermeidung des Übersprechens zu erreichen, sind bei einer Filteranordnung der älteren Anmeldung die beiden Teilwege der gestalt, daß die akustisch übertragenen Ausgangssignale der beiden Ausgangswandler bei der Mittenfrequenz des Filters gegenphasig zueinander sind. Es ist entweder hierfür vorgesehen, daß der akustische Weg zwischen dem einen Wandler 22 und jeweils dem Wandler 23 bzw. 24 verschieden groß ist, und zwar möglichst genau um ein ungradzahliges Vielfaches der Hälfte der akustischen Wellenlänge in dieser Filteranordnung 21. Für diese Ausführungsform sind die Wandler 22, 23 und 24 hinsichtlich der Phase gleich aufgebaut. Die zweite, in Fig. 3 dargestellte Möglichkeit ist, den Abstand zwischen dem Wandler 22 und dem Wandler 23 einerseits und dem Wandler 24 anderer seits gleich groß (oder um nur ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge Lambda unterschiedlich) zu machen und dafür zur Erzielung des erforderlichen Phasenunterschieds den Wandler 24 gegenüber dem Wandler 23 so auszugestalten, daß die akustisch übertragenen Ausgangswandler des Wandlers 24 gegenphasig zu denen des Wandlers 23 sind.Regarding the details of a surface acoustic wave filter arrangement of the earlier application, reference is made to this application. It is a surface wave filter arrangement with at least three transducer structures in a longitudinal arrangement with respect to one another. One converter structure 22 is connected there as an input converter and two further converter structures 23 , 24 are output converters. There is between this one transducer structure and these two further transducer structures, based on the input signal and the output signal, an energy branching into equally large portions of energy on two acoustic partial paths, one of the further transducer structures being present in each of these partial paths. In addition, there is a re-merging of the gears 23 ', 24 ' of these two partial routes. In order to achieve the goal of avoiding crosstalk, the two partial paths in a filter arrangement of the earlier application are such that the acoustically transmitted output signals of the two output transducers are in phase opposition to one another at the center frequency of the filter. It is either provided that the acoustic path between the one transducer 22 and the transducer 23 or 24 is of different sizes, and as precisely as possible by an odd multiple of half the acoustic wavelength in this filter arrangement 21 . For this embodiment, the converters 22 , 23 and 24 have the same phase structure. The second possibility shown in FIG. 3 is to make the distance between the converter 22 and the converter 23 on the one hand and the converter 24 on the other hand the same size (or only different by an integral multiple of the wavelength lambda) and to achieve the required phase difference to design the transducer 24 relative to the transducer 23 such that the acoustically transmitted output transducers of the transducer 24 are in phase opposition to those of the transducer 23 .
Die elektromagnetisch übertragenen Übersprechsignale bleiben davon im wesentlichen unberührt und liegen an den beiden Aus gängen mit gleicher Phase an.The electromagnetic crosstalk signals remain of which essentially unaffected and are due to the two off started with the same phase.
Entsprechend der älteren Anmeldung enthält die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung nach Fig. 3 den aus den beiden Ver stärkerstufen 25 und 26 bestehenden Differenzverstärker 27 (mit phasenentgegengesetzten Eingängen), der hier die beiden zugänglichen Ausgänge 28 und 29 hat. Mit 30 ist die Stromein speisung bezeichnet.According to the older application, the oscillator circuit according to the invention according to FIG. 3 contains the differential amplifier 27 consisting of the two amplification stages 25 and 26 (with opposite phase inputs), which here has the two accessible outputs 28 and 29 . With 30 the Stromein supply is designated.
Phasengleiches Übersprechen, das auf die Basisanschlüsse der Transistoren 25 und 26 gelangt, wird in dem Differenzverstärker 27 eliminiert. Die über die elektrischen Verbindungen 31 und 32 an die Transistoren 25 und 26 gelangenden, akustisch in den Wandlern 23 und 24 erzeugten Signale werden aber aufgrund ihres Phasenunterschiedes (gemäß der Erfindung der älteren Anmeldung) im Verstärker 27 addiert. Am Ausgang 33 ist eine solche Oszillatorspannung zu erhalten, die allein durch die Frequenz der Filteranordnung 21 bestimmt ist und die keine Störfrequen zen enthält, die durch Übersprechen, d.h. durch Übergehen der Frequenzselektion der Filteranordnung 21 im Oszillatorschwing kreis entstehen könnte.In-phase crosstalk that reaches the base connections of transistors 25 and 26 is eliminated in differential amplifier 27 . The signals reaching the transistors 25 and 26 via the electrical connections 31 and 32 and acoustically generated in the transducers 23 and 24 are added in the amplifier 27 due to their phase difference (according to the invention of the earlier application). At the output 33 such an oscillator voltage is obtained which is determined solely by the frequency of the filter arrangement 21 and which does not contain interference frequencies which could arise from crosstalk, that is to say by overriding the frequency selection of the filter arrangement 21 in the oscillator circuit.
Eine Oszillatorschaltung nach der Fig. 3 zeigt geringeres Rauschen.An oscillator circuit according to FIG. 3 shows less noise.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat eine vorteilhafterweise nur sehr geringe Rückwirkung vom Oszillatorausgang auf den Oszillatorkreis selbst. The embodiment according to FIG. 2 advantageously has only very little reaction from the oscillator output to the oscillator circuit itself.
Der Differenzverstärker 27 kann auch anders als in der Fig. 3 angedeutet aufgebaut sein. Anstelle von Bipolartransistoren in Emitterschaltung können auch Schaltungen mit Feldeffekttran sistoren vorgesehen sein.The differential amplifier 27 can also be constructed differently than indicated in FIG. 3. Instead of bipolar transistors in the emitter circuit, circuits with field effect transistors can also be provided.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig. 4. Im Prinzip stellt die Ausführungsform nach Fig. 4 eine Kombination der Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 dar. In der Fig. 4 verwendete Bezugszeichen, die mit bereits be schriebenen Bezugszeichen der anderen Ausführungsformen gleich sind, haben die gleiche Bedeutung. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist ein Filter 121 mit insgesamt vier Wandlern ver wendet, von denen die Wandler 122, 123 und 124 im wesentlichen den Wandlern 22, 23 und 24 entsprechen. Der Wandler 222 ist hier ein Ausgangswandler, nämlich ebenso wie der Wandler 122. Bei dieser Ausführungsform sind die Wandler 123 und 124 Ein gangswandler. Die Schaltung der Wandler geht an sich aus der Fig. 4 genügend klar hervor. Die Wandler 122, 123 und 124 sind Bestandteil des Rückkopplungsweges der Oszillatorschaltung nach Fig. 4. Gas Ausgangssignal wird durch die akustische Ober flächenwelle im Wandler 222 erzeugt und ist am Anschluß 133 verfügbar.A further advantageous embodiment of the invention is shown in FIG. 4. In principle, the embodiment according to FIG. 4 represents a combination of the embodiments according to FIGS. 2 and 3. Reference numerals used in FIG. 4, with reference characters already described for the other embodiments are the same, have the same meaning. In the embodiment of FIG. 4, a filter 121 is used with a total of four transducers, of which the transducers 122 , 123 and 124 correspond essentially to the transducers 22 , 23 and 24 . The converter 222 is an output converter here, namely just like the converter 122 . In this embodiment, the converters 123 and 124 are an input converter. The circuit of the transducer itself is sufficiently clear from FIG. 4. The transducers 122 , 123 and 124 are part of the feedback path of the oscillator circuit according to FIG. 4. Gas output signal is generated by the acoustic surface wave in the transducer 222 and is available at the connection 133 .
Fig. 5 zeigt eine weiter ausgestaltete Ausführungsform 500 eines anstelle der Filter 11, 21, 121 zu verwendenden Filters. Die Wandler 502, 503, 504 können die Wandler 12, 13 und 14 bzw. die Wandler 22, 23 und 24 ersetzen. Mit 510 und 511 sind zwei an sich bekannte Reflektorstrukturen bezeichnet. Ein Wandler 500 hat eine (gegenüber einem Wandler 11 oder einem Wandler 21) im Regelfall erhöhte Güte (und kann auch entsprechend schmal bandiger sein). FIG. 5 shows a further embodiment 500 of a filter to be used instead of the filters 11 , 21 , 121 . The transducers 502 , 503 , 504 can replace the transducers 12 , 13 and 14 or the transducers 22 , 23 and 24 . 510 and 511 are two known reflector structures. A converter 500 has a higher quality (compared to a converter 11 or a converter 21 ) as a rule (and can also be correspondingly narrow-banded).
Je nach Anwendungsfall kann vorgesehen sein, daß die Wandler 12 bis 14, 22 bis 24, 122 bis 124 bzw. 125 solche Wandler sind, die im vorgegebenen Durchlaßbereich des Filters reflexionsfrei sind. Solche Wandler sind Split-Finger-Wandler oder Wandler nach der DE-OS 36 29 814. In dieser DE-OS ist ein solcher Wandler beschrieben, bei dem die interdigital angeordneten Fingerelektroden als Gruppen mit einer vorgegeben gleich großen Anzahl von mindestens vier aufeinanderfolgenden Finger elektroden ausgebildet sind, die untereinander alternierend mit den Sammelschienen verbunden sind, und jeweils aufeinander folgende Gruppen in dem Wandler derart zueinander angeordnet sind, daß diese benachbarten Gruppen zueinander gegenphasig wirksam sind.Depending on the application, it can be provided that the transducers 12 to 14 , 22 to 24 , 122 to 124 or 125 are transducers which are reflection-free in the predetermined passband of the filter. Such transducers are split-finger transducers or transducers according to DE-OS 36 29 814. In this DE-OS, such a transducer is described in which the interdigitally arranged finger electrodes as groups with a predetermined number of at least four consecutive fingers electrodes are formed, which are connected to one another alternately with the busbars, and successive groups are arranged in the converter in such a way that these neighboring groups are in phase opposition to one another.
Zur Erzielung höherer Güte eines für die Erfindung ver wendeten Filters können für die im Filter außenständigen Wandler 12 und 14 bzw. 23 und 24 die akustische Oberflächenwelle re flektierende Wandler vorgesehen sein. Es sind dies z.B. Wandler nach der EP-A2-01 76 786 (VPA 84 P 8 076) oder nach der US-PS 45 16 093.To achieve higher quality of a filter used for the invention ver, the surface acoustic wave re reflecting transducer can be provided for the transducers external in the filter 12 and 14 or 23 and 24 . These are, for example, transducers according to EP-A2-01 76 786 (VPA 84 P 8 076) or according to US-PS 45 16 093.
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1988
- 1988-09-08 WO PCT/DE1988/000555 patent/WO1989002673A1/en unknown
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WO1989002673A1 (en) | 1989-03-23 |
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