DE60007948T2

DE60007948T2 - Oszillator mit einem abstimmbaren Schwingkreis

Info

Publication number: DE60007948T2
Application number: DE60007948T
Authority: DE
Inventors: Alfred Selz
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: CN1300131A; DE19956428A1; JP2001177343A; US6420939B1; EP1111768A2; CN1164022C; EP1111768A3; EP1111768B1; ES2213535T3; JP4511014B2; DE60007948D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oszillator mit einem abstimmbaren Schwingkreis, der ein Abstimmelement, beispielsweise eine Kapazitätsdiode, und einen Schalter zur Erweiterung des Abstimmbereiches enthält. Durch den Schalter ist eines der die Oszillationsfrequenz beeinflussenden Bauelemente, üblicherweise eine Spule, überbrückbar, so dass hierdurch in ein anderes Frequenzband umgeschaltet wird. Schaltungen dieser Art werden insbesondere in Fernsehgeräten zum Empfang der unteren und der oberen VHF-Bänder eingesetzt.
Eine bekannte Schaltung dieser Art wird an Hand der 1 näher erläutert: An eine integrierte Schaltung IC1 ist ein abstimmbarer LC-Schwingkreis mit frequenzbeeinflussenden Bauelementen, Spulen L1 und L2 und Kapazitäten C4 und C5, angeschlossen. Die integrierte Schaltung IC1 ist ein handelsübliches Tuner-IC, wie beispielsweise der Typ TUA 6014 XS der Siemens AG, der außer dem Oszillator noch weitere Schaltungen, wie Mischer und PLL, enthält und sowohl das UHF-Band als auch das VHF-Band verarbeitet. An dieser Schaltung liegt neben diversen Steuerspannungen auch das Hochfrequenzsignal V (VHF) an.
Der LC-Schwingkreis ist als Parallelschwingkreis an der integrierten Schaltung IC1 angeordnet, wobei die zwei Spulen L1 und L2 sowie die zwei Kapazitäten C4 und C5 jeweils in Serie geschaltet sind. Eine der beiden Kapazitäten, C4, ist eine Kapazitätsdiode, deren Kapazität durch eine Abstimmspannung UT variierbar ist. Diese Spannung UT liegt hierbei über zwei relativ hochohmige Widerstände R3 und R4 an der Kapazitätsdiode C4 bzw. dem Schwingkreis an. Über Kondensatoren Ci1–Ci4 ist der Schwingkreis an die integrierte Schaltung IC1 angekoppelt.
Durch einen Schalter SD, üblicherweise eine Pin-Diode, ist eine der beiden Spulen, hier die Spule L2, überbrückbar, wodurch die Oszillationsfrequenz um einen größeren Bereich verschoben werden kann. Ein Durchschalten des Schalters SD verbindet hierbei die Spule L1 mit dem Kondensator C4, so dass in diesem Fall die Induktivität der Spule L2 für die Oszillationsfrequenz keine Rolle spielt. Zum Durchschalten des Schalters SD wird eine Schaltspannung US benötigt, die über einen Widerstand RS1 an dem LC-Schwingkreis anliegt und hinter dem Schalter SD über einen Widerstand RS2 zu Masse G abgeführt wird. Die Kondensatoren C2 und C3, die als hochfrequenzmäßiger Kurzschluß wirken, bewirken eine Entkopplung zwischen der Abstimmspannung UT und der Schaltspannung US und der Kondensator C1 eine Siebung der Schaltspannung US.
Um den Schalter SD in einen niederohmigen Zustand zu bringen, muß je nach Art der Schaltdiode SD ein entsprechender Strom von mehreren Milliampere fließen. Dies führt dazu, dass abhängig von der zur Verfügung stehenden Schaltspannung US, z. B. 0 V und 5 V, die Widerstände RS1 und RS2 im Bereich von einem Kiloohm oder kleiner liegen. Der Oszillator wird hierdurch im Schaltzustand "oberes VHF-Band", bei dem die Schaltdiode SD durchgeschaltet ist, durch die Parallelschaltung der Widerstände RS1 und RS2 asymmetrisch belastet. Im Schaltzustand "unteres VHF-Band", wenn der Schalter SD sperrt, wird die Spule L2 durch die jetzt vorliegende Serienschaltung der Widerstände RS1 und RS2 ohmisch bedämpft. Die Folge ist eine schlechtere Kreisgüte und hiermit eine Verschlechterung der Schwingungseigenschaften, die bis zu einem Schwingungsabriß führen kann. Außerdem sind die Phasenrauscheigenschaften schlechter wegen der schlechteren Kreisgüte. Oszillatoren mit guten Phasenrauscheigenschaften sind jedoch insbesondere bei digitalen Übertragungsverfahren notwendig.
Die relativ niederohmigen Widerstände RS1 und RS2 können nicht hochohmiger gewählt werden, da sonst der Strom durch den Schalter SD zu gering wird. Es wäre möglich, diese Widerstände durch Drosseln zu ersetzen, die im Induktivitätswert deutlich größer sind als die Kreisspuleninduktivität, diese sind jedoch um ein Vielfaches teurer als die Widerstände und besitzen Eigenresonanzstellen, die die Oszillatorschwingeigenschaften ebenfalls negativ beeinflussen können.
Die WO 98/27643 zeigt einen Differentialoszillator, der zwei Transistoren enthält, von denen an jeden eine Spule angeschlossen ist. Die beiden Transistoren und die Spulen sind für eine Bandumschaltung des Oszillators kreuzweise verbunden, wobei der Oszillator Mittel zum Kurzschließen einer Schaltung mit zwei Dioden enthält. Für eine Impedanzanpassung enthält der Differentialoszillator ein zusätzliches Paar von Kapazitätsdioden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Oszillator mit einem mittels Widerständen umschaltbaren Abstimmbereich anzugeben, der eine gute Schwingungszuverlässigkeit und gute Phasenrauscheigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Oszillator mit einem abstimmbaren Schwingkreis gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist einen Schalter zur Erweiterung des Abstimmbereiches auf, der zu zwei die Oszillationsfrequenz des Schwingkreises mitbestimmenden Spulen in Serie geschaltet ist. Über eine weitere Spule, die im Bereich des Schalters an dem Schwingkreis angekoppelt ist, wird eine Schaltspannung für den Schalter zugeführt. Diese dritte Spule ist hierbei an ihrem anderen Ende mit einem Referenzpotential, beispielsweise Masse, gekoppelt, wobei ein Kondensator, der hochfrequenzmäßig als Kurzschluß wirkt, die Schaltspannung von dem Referenzpotential entkoppelt.
Am anderen Ende der Schaltdiode ist ein weiteres Bauelement, vorteilhafterweise eine vierte Spule, die die gleiche Induktivität wie die dritte Spule aufweist, angekoppelt zur Ableitung der Schaltspannung. Die Funktion der Oszillatorschaltung ist hierbei wie folgt: Ist der Schalter geschlossen, so spielen die dritte Spule sowie die weiteren im Zusammenhang mit der Schaltspannung an dem Schalter SD angeschlossenen Bauelemente für die Oszillationsfrequenz keine Rolle. Ist der Schalter geöffnet, so wirkt die dritte, ebenso die vierte Spule als frequenzbeeinflussendes Element für den Schwingkreis. Da hier die Schaltspannung an einen Knoten der Oszillatorschaltung angekoppelt ist, der hochfrequenzmäßig auf Masse liegt, spielt es hierbei keine Rolle, über welchen Widerstand die Schaltspannung angekoppelt ist. Der Schwingkreis wird hierdurch durch den Anschluß der Schaltspannung nicht ohmisch bedämpft.
Die ersten beiden Spulen sind vorteilhafterweise gleichgroß, so dass diese die Oszillationsfrequenz mitbestimmende Kreisspule durch die dritte Spule genau in ihrer Mitte geerdet ist. Hierdurch werden die Güte sowie die Schwingungseigenschaften des Schwingkreises nicht negativ beeinflußt.
Durch diese Anordnung des Schalters kann der Schwingkreis bei Verwendung der vierten Spule streng symmetrisch aufgebaut werden, da die dritte Spule über den Kondensator hochfrequenzmäßig an das Referenzpotential bzw. an Masse angekoppelt ist. Da die dritte und die vierte Spule als Luftspulen ausgebildet werden können, kann die Schaltung sehr kostengünstig aufgebaut werden. Es werden keine teuren Drosseln zu Umschaltzwecken verwendet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand eines in einer weiteren Zeichnung angegebenen Schaltbildes näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Oszillator nach dem Stand der Technik, wie bereits vorangehend beschrieben, und
2 einen Oszillator mit einem abstimmbaren Schwingkreis nach der Erfindung.
Der Schwingkreis der 2 ist wie die Schaltung der 1 ebenfalls an eine integrierte Schaltung IC1, beispielsweise der eingangsseitig erwähnte Tuner-IC, über Kondensatoren Ci1–Ci4 angeschlossen. Dieser Schwingkreis enthält ebenfalls zwei die Resonanzfrequenz mitbestimmende Kapazitäten C4 und C5, wobei das Abstimmelement C4, beispielsweise eine Kapazitätsdiode, zur Abstimmung der Oszillationsfrequenz veränderbar in seiner Kapazität ist.
Zu diesen Kapazitäten C4 und C5 sind parallel zwei Spulen L1a und L1b in Serie geschaltet, die jedoch, im Gegensatz zu der Schaltung der 1, über einen Schalter SD miteinander verbunden sind. Für den Schalter SD ist hierbei über eine dritte Spule L2b die Schaltspannung US zugeführt. Diese Spule L2b ist über einen Kondensator C6 mit einem Referenzpotential G, in diesem Ausführungsbeispiel mit Masse, verbunden und wirkt als frequenzbeeinflussendes Element, wenn der Schalter
SD geöffnet ist. Der Wert des Kondensators C6 ist hierbei derart, dass die dritte Spule L2b hochfrequenzmäßig auf Masse liegt, so dass die Schaltspannung US über einen niederohmigen Widerstand RS1 an die Spule L2b angekoppelt werden kann. Der Kondensator C1 bewirkt hierbei eine Siebung der Schaltspannung US. Der Schalter SD ist insbesondere eine PIN-Diode oder ein ähnliches Bauteil. Die Abstimmspannung UT für das Abstimmelement C4 ist ebenfalls wie in der 1 über dem Widerstand R3 zugeführt, wird hier jedoch über die Spule L2a nach Masse G abgeleitet. Gleiche Bauelemente in den Schaltungen der 1 und 2 sind jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
An dem anderen Ende des Schalters SD ist eine vierte Spule L2a angeschlossen, über die die Schaltspannung US zu Masse G abgeleitet wird, wenn der Schalter SD durchgeschaltet wird. Sperrt der Schalter SD, so schwingt der Schwingkreis über die Spulen L1a, L1b und die Spulen L2a, Masse und L2b, so dass in das untere VHF-Band in diesem Ausführungsbeispiel umgeschaltet werden kann. Die Induktivitäten der beiden Spulen L2a und L2b sind hierbei insbesondere gleichgroß, so dass durch ein Sperren des Schalters SD die Güte und die Schwingungseigenschaften des Oszillators nicht negativ beeinflußt werden, da in einem erdfreien Schwingkreis die Mitte der Kreisspule geerdet werden kann, wie hier der Fall.
Da beide Spulen L2a und L2b hochfrequenzmäßig auf einem Referenzpotential bzw. auf Masse G liegen, wird durch diese Beschaltung der Anschluß der Schaltspannung US sowohl bei durchgeschaltetem Schalter SD als auch bei gesperrtem Schalter SD von dem Schwingkreis nicht gesehen. Hierdurch kann der Widerstand RS1 beliebig niederohmig gewählt werden, um einen gewünschten Strom für die Schaltdiode SD einzustellen. Die Beschaltung des Schwingkreises kann insbesondere streng symmetrisch gewählt werden, da durch den Kondensator C6 die Spule L2b hochfrequenzmäßig auf Masse liegt, so dass die Schaltung gute elektrische Eigenschaften aufweist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Induktivitäten der vier Spulen folgende Verhältnisse auf: L1a = L1b und L2a = L2b.

Claims

Oszillator mit einem abstimmbaren Schwingkreis und einem Schalter (SD) zur Erweiterung des Abstimmbereichs, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Spulen (L1a, L1b) in Reihe mit einem Abstimmelement (C4) liegen, dass beide Spulen (L1a, L1b) über den Schalter (SD) miteinander verbindbar sind und dass eine weitere Spule (L2b) in Reihe mit einer dieser Spulen (L1b) im Bereich des Schalters (SD) liegt, wobei das andere Ende der weiteren Spule (L2b) mit einem Referenzpotential (G) verbunden ist, dass eine Schaltspannung (US) für den Schalter (SD) zwischen der weiteren Spule (L2b) und dem Referenzpotential (G) liegt, und dass die weitere Spule (L2b) über einen Kondensator (C6) mit dem Referenzpotential (G) verbunden ist, um die Schaltspannung (US) von dem Referenzpotential (G) zu trennen.
Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Bauteil, insbesondere eine vierte Spule (L2a), symmetrisch zu der weiteren Spule (L2b) zwischen dem Schwingkreis und dem Referenzpotential (G) angeordnet ist.
Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten der ersten beiden Spulen (L1a, L1b) im wesentlichen gleich groß sind.
Oszillator nach einem der Ansprüche 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator mit den die Oszillationsfrequenz beeinflussenden Bauelementen (L1a, L1b, L2a, L2b, C4, C5) streng symmetrisch aufgebaut ist.
Oszillator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltspannung (US) über einen niederohmigen Widerstand (RS1) an die weitere Spule (L2b) angekoppelt ist.
Oszillator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (SD) eine PIN-Diode, das Abstimmelement (C4) ein abstimmbarer Kondensator oder eine Kapazitätsdiode und das Referenzpotential (G) Masse ist.