DE3924860C2 - Anordnung zur Erzeugung eines analogen Steuersignals für einen Mikrowellenoszillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung eines analogen Steuersignals für einen Mikrowellenoszillators nach dem Oberbegriff des Patenantspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der US 4646035 beschrieben. Die Betriebstemperatur des Oszillators wird mittels eines Senors überwacht und das di­ gitalisierte Sensorsignal wird zusammen mit einem digitalen Ausganssignal einer Steuereinheit auf die Adresseingänge eines Hauptspeichers geführt, welcher die Digitalwerte der Steuerspannungen für den Oszillator enthält, die für die Ansteurung des Oszillators einer Digital-Ananlog-Wandlung unterzogen werden. Die Anordnung erlaubt die Erzeugung von Steuerspannungen mit Kompensation von Kennlinien- Nichtlinearitäten und Temperaturschwankungen, wobei aber durch die am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers vorhandenen Störungen noch Filterungen vorzuneh­ men sind, die ihrerseits wieder temperaturabhängige Eigenschaften zeigen, die gleichfalls wieder kompensiert werden müssen.

Aus den Kongreßunterlagen von D. Williams "A Highly Linearised mm-Wave Volta­ ge Controlled Oszillator for FMCW Radar Applications", MIOP'88, Seite 4A/3-5 ist ein digitaler Funktionsgenerator mit digitalisierter Temperaturkompensation bekannt.

Der digitale Funktionsgenerator wird extern von einer ana­ logen Steuerspannung, die beispielsweise sägezahnförmigen Verlauf hat, angesteuert. Diese Steuerspannung wird über einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert. Ein Datenaus­ gangsbus dieses Analog-Digital-Wandlers liegt an einem Da­ teneingangsbus eines Multiplexers. An einem Adressbus die­ ses Multiplexers liegt ein Datenausgangsbus eines zweiten Analog-Digital-Wandlers an, dessen Eingangssignal von ei­ nem analogen Temperatursensor herrührt. Zusätzlich ist der Datenausgangsbus dieses Analog-Digital-Wandlers mit einem Adressbus eines Demultiplexer verbunden.

Der Datenausgangsbus des Multiplexers ist mit dem Daten­ eingangsbus einer Speicherbaugruppe verbunden. Der Daten­ ausgangsbus dieser Speicherbaugruppe ist mit dem Datenein­ gangsbus des Demultiplexers verbunden. Der Datenausgangs­ bus des Demultiplexers ist an einen Digital-Analog-Wandler angeschlossen, dessen Ausgang einen spannungsabhängigen Oszillator (Voltage-Controll-Oszillator, VCO) ansteuert.

Die externe sägezahnförmige Steuerspannung wird über den Analog-Digital-Wandler digitalisiert und im Multiplexver­ fahren auf verschiedene Speicherzellen der Speicherbau­ gruppe geschaltet. Die aus dieser Speicherbaugruppe ausge­ lesenen Werte, werden über den Demultiplexer und einen in Serie geschalteten Digital-Analog-Wandler wieder in ana­ loge Signale umgewandelt, die den VCO ansteuern.

Der Multiplexer und der Demultiplexer werden zusätzlich durch die digitalisierten Meßwerte des Temperatursensors gesteuert.

Die Auswahl der jeweiligen Speicherzellen der Speicherbaugruppe erfolgt einerseits mittels der digitalisierten Steuerspannung anderseits mittels der digitalisierten Meßwerte des analogen Temperatursensors. In der Speicherbaugruppe ist, im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Anordnung, eine Kennlinie des Modulators abgespeichert.

Die bekannte Anordnung benötigt auf ihrer Hochfrequenzseite den genannten zusätz­ lichen Oszillator, der die sägezahnförmige Steuerspannung erzeugt.

Hierdurch werden ein zusätzlicher Mischer und diverse Koppelelemente auf dieser Hochfrequenzseite erforderlich. Hieraus ergibt sich ein erheblicher elektrischer Mehr­ aufwand, der eine gewichtige Zunahme des Schaltungsvolumens nach sich zieht.

Desweiteren weist die bekannte Anordnung nur eine mögliche Korrekturmaßnahme einer analogen Spannung auf.

Der Erfinder liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, beispielsweise Millimeterwellenbaugruppen in einem Temperaturbereich von ca. -45°C bis +70°C ohne Funktionseinschränkung zu betreiben. Die gefundene Lösung sollte leicht herstellbar, preiswert und materialsparend implementiert sein.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Patentanspruch 1 beschrieben. In den Unteranspruch ist eine vorteilhafte Aus- und Weiterbildung sowie bevorzugte Anwendung der Erfindung aufgeführt.

Es sei an dieser Stelle expliziert darauf hingewiesen, ob­ wohl es dem Fachmann bekannt ist, daß bei der direkten Verbindung zweier digitaler Baugruppen der Datenausgangs­ bus der einen Baugruppe der Dateneingangsbus der anderen Baugruppe ist. Analog verhält es sich mit den Adressbussen digitaler Baugruppen, wobei diese Adressbusse auch Steuer­ leitungscharakter aufweisen können.

Der erfindungsgemäße Lösungsweg besteht darin, daß an ei­ nem Dateneingangsbus eines zweiten Speichers (Hauptspei­ cher, zum Beispiel ein ROM) ein erster Speicher (Zwischen­ speicher, zum Beispiel ein Latch) angeschlossen ist. An einem Adressbus dieses zweiten Speichers ist eine Steuer­ baugruppe angeschlossen. An einem Datenausgangsbus dessel­ ben zweiten Speichers ist ein erster und/oder sind weitere Digital-Analog-Wandler und hierzu parallel ein zweiter Di­ gital-Analog-Wandler angeschlossen. An einem Eingangsbus des ersten Speichers ist ein Analog-Digital-Wandler und an seinem Eingang vorzugsweise ein Temperatursensor ange­ schlossen. An jeweils einen Eingang einer Ver­ knüpfungsstelle (Summationspunkt) ist vorzugsweise der er­ ste Digital-Analog-Wandler und ein Integrator angeschlos­ sen. Der zweite Digital-Analog-Wandler ist seinerseits di­ rekt mit dem Integrator verbunden.

Die Steuerbaugruppe ist mittels mehrerer Adressbusse mit vorzugsweise allen Baugruppen, vorzugsweise außer mit einem Verstärker der am Ausgang der Verknüpfungsstelle angekoppelt ist, verbunden.

Sind die weiteren Digital-Analog-Wandler ausgebildet, de­ ren Dateneingangsbusse parallel zum Dateneingangsbus des ersten Digital-Analog-Wandlers angeordnet sind, so können über deren jeweiligen Ausgang weitere Analogsignale (zum Beispiel in Form weiterer Arbeitspunkte) abgegriffen wer­ den.

Diese Analogsignale sind beispielsweise zur Steuerung der Verstärkung eines Systemes (z. B. eines Modulators) ver­ wendbar, insofern Steuereingänge in dem System vorgesehen sind. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich den Tem­ peraturgang beispielsweise jenes Verstärkers zu kompensie­ ren.

Alternativ hierzu können die Ausgangssignale zur Steuerung von fremdabgestimmten Oszillatoren verwendet werden.

Mithin ist es möglich, an die Erfindung beispielsweise einen VCO anzuschließen und ihn in dem gewünschten Tempe­ raturbereich funktionssicher zu betreiben.

Da in der erfindungsgemäßen Anordnung sowie in ihren vor­ teilhaften Weiterbildungen - im Gesatz zum Stand der Tech­ nik - die Kennlinie in dem Integrator erzeugt wird, der mittelbar durch den zweiten Speicher gesteuert wird, wer­ den im wesentlichen digitale Störgrößen (z. B. der Sy­ stemtakt) maßgeblich unterdrückt.

Wird mittels der vorteilhaften Weiterbildung wie oben ge­ nannt die Verstärkung des Systems gesteuert, so ist eine konstante Verstärkung und/oder ein konstantes Ausgangssi­ gnal am Verstärkerausgang einstellbar. Hierbei ist das Problem des Temperaturganges des Verstärkers irrelevant, da temperaturabhängige Sendeleistungsschwankungen heraus­ gefiltert werden. Analoges gilt bei dem Einsatz der ge­ nannten Anordnung sowie ihrer Weiterbildungen in Transcei­ vern (Sender/Empfänger).

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die gefundene Lö­ sung leicht herstellbar, preiswerter und materialsparender durch Vereinfachung des Schaltungsaufwandes als äquiva­ lente Lösungen ausfällt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Schaltplan einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 einen mittels der Erfindung erzeugbaren möglichen Signalverlauf;

Fig. 3 den Schaltplan einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die erfindungsgemäße Anordnung sowie ihre vorteilhafte Weiterbildung zur Erzeugung eines Modulationssignales und zur Arbeitspunkteinstellung nach den jeweiligen Fig. 1 bis 3 bestehen aus dem zweiten Speicher 32, an dessen Dateneingangsbus 72, der erste Speicher 31 angeschlossen ist. An den Adressbus 73 desselben zweiten Speichers 32, ist die Steuerbaugruppe 2 angeschlossen. An den Datenaus­ gangsbus 76 des zweiten Speichers 32 ist der erste Digi­ tal-Analog-Wandler 41 und der zweite Digital-Analog-Wand­ ler 42 angeschlossen.

Erwähnt sei an dieser Stelle, daß in der erfindungsgemäßen Weiterbildung nach Fig. 3 an den Datenausgangsbus 76 des zweiten Speichers 32 nicht nur der erste Digital-Analog- Wandler 41 ausgebildet ist, sondern zu diesem Wandler wei­ tere Digital-Analog-Wandler eingangsseitig parallel ge­ schaltet sind.

Die Digital-Analog-Wandler nach Fig. 1 und 3 sind jeweils eingangsseitig parallel geschaltet und arbeiten im Zeit­ multiplexbetrieb. An den Dateneingangsbus 70 des ersten Speichers 31, ist der Analog-Digital-Wandler 1 und an des­ sen Eingang, der Temperatursensor 10 angeschlossen. An den jeweiligen Eingang der Verknüpfungsstelle 8 ist der erste Digital-Analog-Wandler 41 und ein Integrator 5 ange­ schlossen. Der zweite Digital-Analog-Wandler 42 ist direkt elektrisch mit dem Integrator 5 verbunden. Die Steuerbau­ gruppe 2 ist über Adressbusse (die wie Steuerleitungen wirken können) mit den Nummern 73, 74, 75, 77 bis 79 mit den zugehörigen Baugruppen elektrisch verbunden. An einen Ausgang 81 der Verknüpfungsstelle 8 ist der Eingang eines Verstärkers 6 geschaltet. An dem Ausgang 130 dieses Ver­ stärkers 6 ist das resultierende Signal z. B. zur Steuerung eines VCOs verfügbar.

Die gesamte Schaltung arbeitet in Zeitmultiplexverfahren, wobei sie mittels der Steuerbaugruppe 2 gesteuert wird. Die Steuerbaugruppe 2 ist über Steuerleitungen 120, 121 und 122 extern ansteuerbar. Der erste Speicher 31 und/oder der zweite Speicher 32 besitzen Speicherwirkung bezie­ hungsweise Sample and Hold-Eigenschaften.

In der Steuerbaugruppe 2 wird nach Anliegen eines externen Startimpulses an der Steuerleitung 121 ein Zähler der Steuerbaugruppe 2 aktiviert, der die Zeitachse innerhalb einer beliebigen Modulationsperiode 90 bildet. Aus diesem Zähler wird der Adressenzustand ausgekoppelt und dem zwei­ ten Speicher 32 über den Adressbus 73 übermittelt. Gleich­ zeitig liegt an diesem Speicher 32 auf seinem Datenein­ gangsbus 72 der in der vorangegangenen Pause ermittelte Temperaturwert des Sensors 10 in digitalisierter Form an. Beide digitalen Werten selektieren nun eine Speicherzelle des zweiten Speichers 32, wodurch dessen Speicherzellenin­ halt auf den Datenausgangsbus 76 gelegt wird und somit den beiden Digital-Analog-Wandlern 41 und 42, beispielsweise zur Abspeicherung bereit steht (gelatchte Wandler).

Die Steuerungbaugruppe 2 stellt sicher, daß während der Modulationsphase 92 vorzugsweise ein Zählerstand größer Null und während der Pausenzeit 91 ein Zählerstand gleich Null vorhanden ist. Alternativ hierzu kann der Zähler in der Pausenzeit 91 weiterbetrieben werden um Steuerfunktio­ nen z. B. Speichern von Daten auszuführen. Das Zurücksetzen über Steuerleitung 75 des Integrators 5, erfolgt hierbei durch Abfragen des zugehörigen Zählerstandes.

Auf diese Weise kann im Zeitmultiplexverfahren aus dem zweiten Speicher 32 während der Pause 31 der Arbeitspunkt für den VCO ausgelesen und dem ersten Digital-Analog-Wand­ ler 41 zugeordnet werden. Alternativ hierzu werden nach­ einander die Daten für die Digital-Analog-Wandler 41 und 42 ausgelesen.

Während der Modulationsphase 92 wird anschließend das Steuersignal für den Integrators 5 aus dem zweiten Spei­ cher 32 ausgelesen und in dem zweiten Digital-Analog-Wand­ ler 42 gewandelt. Der das Modulationssignal erzeugende Integrator 5 wird aus der Steuerbaugruppe 2 zusätzlich geschaltet, um nach der Modulationsphase 92 ein schnelles Rücksetzen zu erreichen. Dies geschieht durch einen im In­ tegrator 5 implementierten Schalter, der die Kapazität des Integrators 5 zu Beginn der Pause 91 entlädt und eine La­ dung während der Pause 21 verhindert.

Das Modulationssignal und die Spannung, die den Arbeits­ punkt des VCOs einstellt, werden nachfolgend addiert und dem Verstärker 6 zugeführt, der den VCO (bei dem es sich beispielsweise um einen Gunn-Oszillator handelt) treibt.

Die Messung der Temperatur und die zugehörige Wandlung er­ folgt während der Modulationsperiode 90. Es ist dabei sichergestellt, daß sich der Meßwert auf dem Dateneingangsbus 72 während der Modulationsphase 92 nicht ändert. Dies erreicht man mittels des ersten Speichers 31, der einen digitalisierten Temperaturmeßwert bei Bedarf zu Beginn der Pause 91 übernimmt, so daß daraus eine Arbeits­ punktmodifikation abgeleitet werden kann.

Da nach einer Arbeitspunktänderung des VCOs sich die Os­ zillatorfrequenz dieses VCOs ändert, kann das jetzt gemes­ sene Signal nicht zu einer Nachintegration herangezogen werden, da eine nennenswerte Phasenänderung stattgefunden hat. Daher ist es erforderlich, die Steuerbaugruppe 2 über ihre Steuerleitung 120 zusätzlich beispielsweise mittels eines nichtgezeigten Prozessors, der die Änderung des digitalisierten Temperaturmeßwertes registriert, zu steu­ ern. Dabei gibt dieser Prozessor jeweils einen Impuls zur Arbeitspunkteinstellung oder zur Arbeitspunktkorrektur an die Steuerbaugruppe 2 ab, wodurch der digitalisierte Temperaturwert nicht in den ersten Speicher 31 übernommen wird. Wahlweise kann jene Aufgabe auch direkt in der Steuerbaugruppe 2 durchgeführt werden.

Mittels der Steuerleitung 121 wird die gesamte Anordnung vorzugsweise gestartet. Am Ende der Modulationsperiode 9 setzt sich, unter Berücksichtigung der Datenübernahmen während der Pausenzeit 91, die Anordnung zurück und ver­ bleibt bis zu einem Neustart über Steuerleitung 121 in ei­ nem stabilen Zustand.

Wie man an Fig. 2 erkennt, bietet es sich an, die Arbeits­ punkteinstellung während einer Pause 91 der Modulationspe­ riode 90 zu übertragen und das eigentliche Modulationssi­ gnal in der Restzeit zu übermitteln. Das bedeutet für die Erfindung, daß sie vorzugsweise im Zeitmultiplex arbeitet.

Die erfindungsgemäße Weiterbildung nach Fig. 3 weist prin­ zipiell den selben Aufbau wie die erfindungsgemäße Anord­ nung nach Fig. 1 auf. Sie unterscheidet sich per se von dieser dadurch, daß an dem Datenausgangsbus 76 der erste Digital-Analog-Wandler 41 eingangsseitig parallel zu wei­ teren Digital-Analog-Wandlern 411 geschaltet ist. Bei die­ sen weiteren Digital-Analog-Wandlern 411 handelt es sich um einen oder mehrere Wandler beispielsweise vom Typ des ersten Digital-Analog-Wandlers 41. Gesteuert werden die weiteren Digital-Analog-Wander 411 über den Adressbus 78, der entsprechend viele Leitungen aufweist. Die Ausgänge 131 der weiteren Digital-Analog-Wandler 411 können zur Ab­ stimmung eines fremdabgestimmten Oszillators verwendet werden, dessen Arbeitspunkt beispielsweise am Ausgang 130 des Verstärkers 6 abgreifbar ist. Alternativ hierzu können die analogen Signale der weiteren Digital-Analog-Wandler 411 zweckmäßigerweise zur Steuerung der Verstärkung des oben genannten Systemes verwendet werden. Hierzu ist es erforderlich, daß der entsprechende Verstärkerzweig (zum Beispiel des genannten Modulators) Steuereingänge auf­ weist. Dabei kann das genannte System aus der Serienschal­ tung eines Verstärkers, eines Modulators und eines weite­ ren Verstärkers bestehen.

Mithin ergibt sich auf diese Art und Weise die vorteil­ hafte Möglichkeit, den Temperaturgang eines Verstärker­ zweiges und/oder eines Verstärkers zu kompensieren.

Der Funktionsablauf in dieser erfindungsgemäßen Weiterbil­ dung verläuft im wesentlichen Analog zu jenem nach Fig. 1, unter Berücksichtigung der Ausbildung der weiteren Digi­ tal-Analog-Wandler 141.

Durch die Ausbildung der Erfindung gemäß obiger Beschrei­ bung, stellen sich die im Lösungsgedanken bereits genann­ ten Vorteile ein.

Claims (2)

1. Anordnung zur Erzeugung eines analogen Steuersignals für einen Mikrowellen­ oszillator unter Berücksichtigung der durch einen Temperatursensor gemessenen Temperatur des Oszillators, wobei das Temperatursensorsignal digitalisiert und zusätzlich zu einem Adressignal einer Steuerbaugruppe in der Adressierung eines Hauptspeichers berücksichtigt ist, in welchem digitale Werte zur Erzeugung eines Steuersignals abgelegt sind, und wobei das analoge Steuersignal durch Digital- Analog-Wandlung aus den Ausgangswerten des Hauptspeichers (32) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das analoge Steuersignal aus einem in einem ersten Digital-Analog-Wandler (41) erzeugten Arbeitspunktsignal und einem veränderbaren Modulationssignal eines Integrators (5) zusammengesetzt ist,
• - daß die Steuerbaugruppe (2) eine Modulationsperiode (90) in eine Pausenzeit (91) und eine Modulationsphase (92) unterteilt,
• - daß in der Modulationsphase (92) der Integrator (5) aus den in einem zweiten Digital- Analog-Wandler (42) digital-analog-gewandelten Ausgangswerten des Hauptspeichers (32) das analoge Modulationssignal erzeugt,
• - daß ein Zwischenspeicher (31) für das digitalisierte Temperatursensorsignal vor­ handen ist, und
• - daß die Steuerbaugruppe (2) in einer Pausenzeit (91) eine Übernahme eines neuen digitalisierten Temperatursensorsignals aus dem Zwischenspeicher (31), die Einstellung eines daraus resultierenden veränderten Arbeitspunktsignals in dem ersten Digital-Analog-Wandler (41) sowie die Rücksetzung des Integrators (5) veranlaßt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere Digital-Analog-Wandler, die zu dem ersten Digital-Analog-Wandler eingangsseitig parallel geschaltet sind.