DE4031289A1 - Oscillator with amplifier, and feedback elements - has flat capacitor as frequency determining and equalising element - Google Patents

Oscillator with amplifier, and feedback elements - has flat capacitor as frequency determining and equalising element

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1221—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising multiple amplification stages connected in cascade

Abstract

The assembly contains an oscillator (1), an amplifier (2), and feedback elements (3). An oscillator frequency (fosc) appears at the circuit output (A). A capacitive, frequency determining, circuit element is formed as a flat surface capacitor, mfd. in thick- or thin-film technique. It forms an equaliser for the oscillator frequency. Pref. the capacitor consists of two metal layers, sandwiching a dielectric material. The layers may be formed thick-layer pastes, or thin-layer films. The dielectric in typically ceramic, temp.-stable with high dielectric constant. The capazcitor surface processing leads to frequency variation. ADVANTAGE - Simple, low-cost, and precise adjustment.

Description

Oszillatorschaltungen werden zur Takterzeugung in Digi­ tal- und Analogschaltungen, beispielsweise in der Kom­ munikationstechnik eingesetzt. Gemäß dem Blockschalt­ bild der Fig. 1 wird die Oszillatorfrequenz fosc mit­ tels eines Schwingkreises 1 erzeugt und über einen rückgekoppelten Verstärker 2 am Schaltungsausgang A ausgegeben; die Bezugsziffer 3 bezeichnet ein Rückkopp­ lungsglied mit dem Rückkopplungsfaktor k. Mit Hilfe der Abstimmspannung Uab läßt sich die fest vorgegebene Os­ zillatorfrequenz während des Betriebs des Oszillators in einem gewissen Bereich verstimmen.Oscillator circuits are used for clock generation in digital tal and analog circuits, for example in communication technology. According to the block diagram of FIG. 1, the oscillator frequency f osc is generated by means of an oscillating circuit 1 and output via a feedback amplifier 2 at the circuit output A; the reference number 3 denotes a feedback member with the feedback factor k. With the help of the tuning voltage U ab , the predetermined oscillator frequency can be detuned in a certain range during the operation of the oscillator.

Vor der Inbetriebnahme des Oszillators kann zum Ab­ gleich der Oszillatorfrequenz - bzw. um die gewünschte Frequenz des Oszillators einzustellen - bei abstimmba­ ren Schwingkreisen durch einen Trimmer-Kondensator oder eine Trimmer-Spule die Kapazität oder Induktivität des Schwingkreises geändert werden. Bei einem anderen Ver­ fahren wird iterativ die Frequenz am Schaltungsausgang gemessen und die Bauteile des Schwingkreises so lange ausgetauscht, bis die gewünschte Oszillatorfrequenz er­ reicht ist.Before starting up the oscillator, you can go to Ab equal to the oscillator frequency - or around the desired one Set the frequency of the oscillator - with tunable ren resonant circuits by a trimmer capacitor or a trimmer coil the capacitance or inductance of the Resonant circuit can be changed. In another ver the frequency at the circuit output will be driven iteratively measured and the components of the resonant circuit so long exchanged until the desired oscillator frequency is enough.

Diese umständlichen manuellen Verfahren zum Abgleich bzw. zum Einstellen der Oszillatorfrequenz sind jedoch mit einen großen zeitlichen Aufwand und demzufolge mit hohen Kosten verbunden.These cumbersome manual matching procedures or to set the oscillator frequency  with a lot of time and therefore with associated with high costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszil­ lator anzugeben, der einfach, kostengünstig und präzise eingestellt bzw. abgeglichen werden kann.The invention has for its object an Oszil lator to specify the simple, inexpensive and precise can be adjusted or adjusted.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features solved in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Mindestens ein Schwingkreis-Kondensator der Oszillator­ schaltung ist gemäß der Erfindung als Flächenkondensa­ tor in Dickschichttechnik oder Dünnfilmtechnik - als sogenannter "Single-Layer-Chip"-Kondensator - ausgebil­ det; bei einem derartigen Kondensator ist das Dielek­ trikum zwischen zwei metallischen Schichten angeordnet. Beim Abgleichvorgang wird der Kapazitätswert dieses Kondensators durch irreversible Bearbeitung der metal­ lischen Oberfläche variiert, indem beispielsweise durch Anbringen von Abgleichschnitten eine Serien-Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren vorge­ nommen wird oder indem ein Teil der Metallfläche abge­ tragen wird.At least one resonant circuit capacitor is the oscillator circuit is according to the invention as a surface condenser gate in thick film technology or thin film technology - as so-called "single-layer chip" capacitor - educated det; with such a capacitor, this is Dielek arranged between two metallic layers. The capacity value becomes this during the adjustment process Capacitor by irreversible machining of the metal surface varies, for example by Make alignment cuts one Series parallel connection of several capacitors pre is taken or by part of the metal surface abge will wear.

Der Abgleichvorgang kann - beispielsweise durch Schnei­ den oder Schleifen - automatisiert mit Hilfe einer Ma­ schine oder eines Lasers durchgeführt werden. Während des Abgleichvorgangs wird eine feste Abstimmspannung am Schwingkreis angelegt, die Oszillatorfrequenz gemessen und der Kapazitätswert des Flächenkondensators durch Bearbeitung der Metallfläche so lange geändert, bis die gewünschte Oszillatorfrequenz am Schaltungsausgang an­ liegt. The adjustment process can - for example by cutting the or loops - automated with the help of a Ma machine or a laser. While the adjustment process is a fixed tuning voltage on Oscillating circuit applied, the oscillator frequency measured and the capacitance value of the area capacitor Processing of the metal surface changed until the desired oscillator frequency at the circuit output lies.  

Da der Abgleichvorgang nicht manuell sondern maschinell durchgeführt wird, kann eine hohe Abgleichgenauigkeit erreicht werden; der Kapazitätswert des Abgleich-Kon­ densators und somit auch die Oszillatorfrequenz der Os­ zillatorschaltung sind genau einstellbar, die HF-Ei­ genschaften der Oszillatorschaltung können verbessert werden. Da das Abgleichverfahren automatisierbar ist, kann die zum Abgleich benötigte Zeit reduziert werden, was zu Kosteneinsparungen führt.Since the adjustment process is not manual but automatic is carried out, high alignment accuracy be achieved; the capacity value of the adjustment con capacitors and thus also the oscillator frequency of the Os zillator circuit are precisely adjustable, the HF egg Properties of the oscillator circuit can be improved will. Since the adjustment process can be automated, the time required for the adjustment can be reduced, which leads to cost savings.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert werden; in der Fig. 1 ist dabei das Blockschaltbild eines Oszillators und in der Fig. 2 das entsprechende Layout dargestellt, wobei die Fig. 2a die Vorderseite und die Fig. 2b die Rück­ seite der Schaltungsplatine zeigt.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment; in Fig. 1 is a block diagram of an oscillator and in Fig. 2, the corresponding layout is shown, wherein Fig. 2a the front and Fig. 2b the rear side of the circuit board displays.

Die Schaltungsplatine 4 besitzt beispielsweise die Maße 17 mm×10 mm; es sind vier externe Anschlußpins P1, P7, P8 und P14 vorgesehen, die den Anschluß der Abstimmspannung Uab, den Masseanschluß GND, den Schaltungsausgang A und den Anschluß der Versorgungs­ spannung UBatt bilden. Vorder- und Rückseite der Schal­ tungsplatine 4 sind über mehrere Durchkontaktierungen 5 miteinander verbunden.The circuit board 4 has, for example, the dimensions 17 mm × 10 mm; there are provided four external connector pins P 1, P 7, P 8 and P 14, the voltage terminal of the tuning voltage U from the ground terminal GND, the circuit output A and the connection of the supply U Batt form. Front and back of the circuit board 4 are connected to each other via a plurality of plated-through holes 5 .

Der Schwingkreis 1 des Oszillators enthält die Konden­ satoren C2, C3, die Diode D1 und die parallel geschal­ teten Bauelemente C4 und L1, die zur Frequenzeinstel­ lung des Schwingkreises 1 dienen. Mindestens ein Kon­ densator des Schwingkreises - beispielsweise der Kon­ densator C4 - ist als Flächenkondensator bzw. "Single-Layer-Chip-Kondensator" in Dickschichttechnik ausgebildet; bei diesem Kondensator ist auf ein tempe­ raturstabiles Keramikmaterial mit hoher relativer Di­ elektrizitätskonstanten auf beiden Oberflächenseiten metallische Dickschichtpaste aufgebracht. Um die Oszil­ latorfrequenz innerhalb eines großen Bereichs ändern zu können, sollte der Kondensator C4 eine möglichst große Kapazität aufweisen.The resonant circuit 1 of the oscillator contains the capacitors C 2 , C 3 , the diode D 1 and the components C 4 and L 1 connected in parallel, which are used for setting the frequency of the resonant circuit 1 . At least one capacitor of the resonant circuit - for example the capacitor C 4 - is designed as a flat capacitor or "single-layer chip capacitor" in thick-film technology; in this capacitor, thick-paste metallic paste is applied to a temperature-stable ceramic material with a high relative dielectric constant on both sides of the surface. In order to be able to change the oscillator frequency within a large range, the capacitor C 4 should have the largest possible capacitance.

Die Verstärkerstufe 2 enthält die beiden Transisto­ ren T1 und T2, wobei der Auskoppel-Transistor T1 als Trennstufe den SchaItungsausgang A vom Schwingkreis 1 abtrennt. Die Widerstände R2 bis R5 und R7 dienen zur Arbeitspunkteinstellung der beiden Transistoren T1 und T2, die Kondensatoren C5, C8 und C9 als Sieb-/Abblockkondensatoren zur HF-Blockung bzw. zum Sieben der Versorgungsspannung.The amplifier stage 2 contains the two transistors T 1 and T 2 , the decoupling transistor T 1 separating the circuit output A from the resonant circuit 1 as an isolating stage. The resistors R 2 to R 5 and R 7 serve to set the operating point of the two transistors T 1 and T 2 , the capacitors C 5 , C 8 and C 9 as filtering / blocking capacitors for RF blocking or for screening the supply voltage.

Als Rückkoppelelemente des Rückkoppelglieds 3 mit dem Rückkoppelfaktor k werden die Kondensatoren C6 und C7 sowie der Widerstand R3 eingesetzt, wobei der Kondensa­ tor C6 zum Transistor T2 des Verstärkers 2 und der Kon­ densator C7 zum Schwingkreis 1 rückkoppelt.The capacitors C 6 and C 7 and the resistance R are used 3 k as feedback elements of the feedback link 3 with the feedback factor, wherein the Kondensa tor C 6 to transistor T 2 feeds back the amplifier 2 and the Kon capacitor C 7 with the resonant circuit. 1

Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 dienen als Vorwiderstand bzw. Siebkondensator zum Einstellen einer bestimmten Abstimmspannung Uab am Anschlußpin P1. Die Diode D1 ist als Kapazitätsdiode ausgebildet, so daß sich bei Anlegen einer Abstimmspannung Uab deren Kapa­ zität und damit auch die - nach dem Abgleichvorgang fest eingestellte - Oszillatorfrequenz während des Be­ triebs des Oszillators in einem gewissen Rahmen elek­ tronisch verstimmen läßt.The resistor R 1 and the capacitor C 1 serve as a series resistor or filter capacitor for setting a specific tuning voltage U ab at the connecting pin P 1 . The diode D 1 is designed as a capacitance diode, so that when a tuning voltage U is applied , its capacitance and thus the oscillator frequency, which is set after the adjustment process, can be electronically detuned to a certain extent during the operation of the oscillator.

Zum Abgleich der Oszillatorfrequenz wird die gesamte Schaltung in einen Prüfadapter gesteckt und während des Betriebes der Oszillator auf die Sollfrequenz abgegli­ chen; während die Frequenz fosc am Schaltungsausgang A kontinuierlich gemessen wird, wird dazu - beispiels­ weise durch einen Laserstrahl - die metallische Ober­ fläche des "Single-Layer-Chip"-Kondensators C4 abgetra­ gen oder in die Oberfläche Schnitte - beispielsweise nach einer vorgegebenen Abgleichkurve - gesetzt. Wenn die vorgesehene Soll-Frequenz erreicht ist, wird der Laser abgeschaltet; eine separate Endmessung der Oszillatorschaltung ist nicht mehr erforderlich.To adjust the oscillator frequency, the entire circuit is plugged into a test adapter and the oscillator is adjusted to the desired frequency during operation; while the frequency f osc is measured continuously at the circuit output A, the metallic surface of the "single-layer chip" capacitor C 4 is removed, for example by a laser beam, or cuts are made in the surface - for example, according to a predetermined adjustment curve - set. When the intended target frequency is reached, the laser is switched off; a separate final measurement of the oscillator circuit is no longer necessary.

Bei einem Oszillator mit einer Frequenz von 400 MHz - dies wird beispielsweise bei einem Wert von 3 pF für C4 und 1,2 µH für L1 erreicht - ist beispielsweise ein Abgleich auf ± 100 kHz erreichbar; dies entspricht einer relativen Genauigkeit von 0,025%.With an oscillator with a frequency of 400 MHz - this is achieved, for example, at a value of 3 pF for C 4 and 1.2 µH for L 1 - an adjustment to ± 100 kHz can be achieved, for example; this corresponds to a relative accuracy of 0.025%.

Einsetzen lassen sich die Oszillatoren beispielsweise in der Kommunikationstechnik, beispielsweise im Sprech­ funkverkehr.The oscillators can be used, for example in communication technology, for example in speech radio communication.

Claims (9)

1. Oszillator, der einen Schwingkreis (1), ein Verstär­ kerelement (2), sowie Rückkoppelelemente (3) aufweist, und an dessen Ausgang (A) eine Oszillatorfre­ quenz (fosc) ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein kapazitives, frequenzbestimmendes Element des Schwingkreises (1) als Flächenkondensa­ tor (C4) in Dickschichttechnik oder Dünnfilmtechnik ausgebildet ist, und daß der Flächenkondensator als Ab­ gleichelement zum Abgleich der Oszillatorfrequenz (fosc) vorgesehen ist.1. Oscillator which has an oscillating circuit ( 1 ), an amplifier element ( 2 ) and feedback elements ( 3 ), and at the output (A) of which an oscillator frequency (f osc ) is output, characterized in that at least one capacitive, Frequency-determining element of the resonant circuit ( 1 ) is designed as a surface capacitor (C 4 ) in thick-film technology or thin-film technology, and in that the surface capacitor is provided as a matching element for comparing the oscillator frequency (f osc ). 2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenkondensator (C4) aus zwei metallischen Schichten besteht, zwischen denen sich ein dielektri­ sches Material befindet.2. Oscillator according to claim 1, characterized in that the surface capacitor (C 4 ) consists of two metallic layers, between which there is a dielectric material. 3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten aus metallischen Dick­ schichtpasten oder einer Dünnfilmmetallisierung beste­ hen.3. Oscillator according to claim 2, characterized in that the metallic layers of metallic thick layer pastes or a thin film metallization best hen. 4. Oszillator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dielektrikum aus einem temperatursta­ bilen Keramikmaterial mit hoher relativer Dielektrizi­ tätskonstante besteht.4. Oscillator according to claim 2 or 3, characterized records that the dielectric from a Temperatursta  cheap ceramic material with high relative dielectric constant exists. 5. Verfahren zum Abgleich eines Oszillators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Oszillatorfrequenz (fosc) die metallische Oberfläche des Flächenkondensators (C4) irreversibel bearbeitet und damit dessen Kapazitätswert geändert wird.5. A method for adjusting an oscillator according to one of claims 1 to 4, characterized in that for varying the oscillator frequency (f osc ), the metallic surface of the surface capacitor (C 4 ) is irreversibly processed and thus its capacitance value is changed. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Oberfläche des Flächenkondensa­ tors (C4) teilweise abgetragen wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the metallic surface of the area capacitor (C 4 ) is partially removed. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die metallische Oberfläche Schnitte gesetzt wer­ den.7. The method according to claim 5, characterized in that cuts are made in the metallic surface the. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der metallischen Oberfläche mittels einer maschinellen Vorrichtung auto­ matisiert erfolgt.8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized characterized that the processing of the metallic Auto surface of a machine matatised. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der metallischen Oberfläche mittels eines Lasers erfolgt.9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized characterized that the processing of the metallic Surface is done by means of a laser.
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