DE60027681T2

DE60027681T2 - Oszillator

Info

Publication number: DE60027681T2
Application number: DE60027681T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Suwa-shi Takada; Takashi Suwa-shi Endo
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: DE60027681D1; EP1111769A2; EP1111769A3; EP1111769B1; JP2001160714A; US6674334B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Oszillator, der an verschiedene Typen drahtloser Fernbedienungssysteme oder an verschiedene Typen Informationsverarbeitungssysteme angepasst werden kann, und insbesondere einen Oszillator, der einen Oberflächenwellenresonator (surface acoustic wave – SAW-Resonator) verwendet. Die drahtlosen Fernbedienungssysteme können beispielsweise zur drahtlosen Fernbedienung verschiedener Arten elektronischer Ausrüstung verwendet oder an ein System mit codiertem Zutritt zum fernbedienten Öffnen oder Schließen einer Kraftfahrzeug-Türverriegelung angepasst werden.
Die JP-A-11-17747 offenbart einen als Sender für ein System mit Zutrittscodierung verwendeten Oszillator, der als Übertrager dient und einen Frequenzsprungmodulator (frequency-shift keying – FSK-Modulator) verwendet. Als Folge werden die Einstellung einer Frequenz und der Zusammenbau der Bauteile vereinfacht, die Fertigungskosten verringert und ein niedriger Preis realisiert.
Bei diesem Stand der Technik verarbeitet allerdings der FSK-Modulator eine einzige Frequenz. Zur Auslegung eines FSK-Modulators für eine andere Frequenz müssen alle in den Schaltungen fest eingestellten Konstanten entsprechend berichtigt oder überprüft werden. Dies ist umständlich. Außerdem sind das Frequenzband und das Übermittlungsverfahren, die es ermöglichen, dass der Oszillator als Übertrager arbeitet, auf wenige bestimmte beschränkt. Daher ist der Oszillator für einen weiten Anwendungsbereich ungeeignet. Im Herstellungsverfahren dieses bekannten Oszillators ist ein Einstellschritt enthalten, bei dem ein Abgleichmuster verwendet wird. In Massen produzierte Erzeugnisse müssen einzeln eingestellt werden. Dies bringt das Problem mit sich, dass sich die Herstellungskosten erhöhen. Nicht zuletzt basiert dieser Stand der Technik auf der Voraussetzung, dass ein Oszillator die von einem bestimmten Anwender definierten Spezifikationen erfüllen muss. Dadurch ergibt sich das Problem, das sich der Oszillator nicht flexibel und sofort auf Kompatibiltät mit den von verschiedenen Anwendern definierten Spezifikationen umrüsten lässt (Resonanzfrequenz, Übertragungsleistung, Stromverbrauch usw.).
Die US 4,761,616 offenbart einen Oszillator, der gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen Verstärker und einen Oberflächenwellenresonator in einer Rückkopplungsschleife des Verstärkers hat. Der Verstärker hat als Veränderungsmittel für negativen Widerstand zwei Verstärker mit regelbarer Verstärkung oder alternativ eine Kombination aus zwei PIN-Dioden als Spannungsveränderungsmittel und einem nicht einstellbaren Verstärker.
Das Dokument Tanaka H. et al.: "Saw Oscillator Multi-Chip Module for 300 MHZ Low Power Radio" Proceedings of the 1997 IEEE International Frequency Control Symposium, Orlando, FL, May 28–30, 1997 New York, NY: IEEE, US, 28 May 1997, Seiten 836–840, XP000849600 ISBN: 0-7803-3729-8, offenbart einen Oszillator, der einen Oberflächenwellenresonator und eine Oszillationsschaltung mit einem Modulationsmittel enthält, bei dem der Resonator und die Oszillationsschaltung im selben Gehäuse verkapselt sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Oszillator bereitzustellen, der sich flexibel für einen weiten Anwendungsbereich und auf Kompatibiltät mit von verschiedenen Anwendern definierten Spezifikationen umrüsten lässt. Der Oszillator soll von einem Anwender beim Entwurf eines Hochfrequenzgeräts ohne besondere Umstände übernommen werden können. Außerdem soll der Oszillator nur wenig Platz beanspruchen und eine Kostensenkung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Oszillator gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Veränderungsmittel für negativen Widerstand zum Regulieren eines negativen Widerstands, der die Oszillationen der Oszillationsschaltung beeinflusst, und ein Veränderungsmittel für den Oszillationsausgang zum Verändern der Stärke des Ausgangs der Oszillationsschaltung. Folglich können der negative Widerstand und die Stärke eines Oszillationsausgangs unabhängig voneinander auf eine vom Anwender gewünschte Resonanzfrequenz bestmöglich eingestellt werden. Auf diese Weise kann der Oszillator flexibel für einen weiten Anwendungsbereich und auf Kompatibiltät mit verschiedenen Anwenderforderungen umgerüstet werden. Die Oszillationsschaltung, die in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt ist, hat eine in der Oszillationsschleife enthaltene Reaktanzschaltung. Ferner kann die Reaktanz der Reaktanzschaltung von außen nach Wunsch eingestellt werden. Somit kann ein Anwender den negativen Widerstand der Oszillationsschaltung bestmöglich einstellen. Da außerdem die in die Oszillationsschleife einbezogene Reaktanzschaltung in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt ist, kann ein äußerst zuverlässiger Oszillator ausgeführt werden, der unempfindlich gegen Streukapazitäten ist, die von gemäß einem anwenderspezifischen Muster ausgelegten Schaltungselementen eingespeist werden. Ferner kann ein Anwender ohne besondere Umstände ein Hochfrequenzgerät entwerten und wird den Oszillator dabei sehr hilfreich finden.
Die Einbeziehung eines Modulationsmittels gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verleiht dem Oszillator die Leistungsfähigkeit eines Senders. Daher kann Anwendern ein kostengünstiger Oszillator für einen weiten Anwendungsbereich bereitgestellt werden. Wenn außerdem ein Ausgangsanpassungsmittel zum Abstimmen der elektrischen Kennwerte des Oszillators mit denjenigen der Antenne bereitgestellt wird, wird die Leistungsfähigkeit des Senders verbessert. Wenn alternativ zusätzlich zum Modulationsmittel ein Frequenzvervielfachungsmittel einbezogen wird, kann ein in einem breiteren Frequenzband oszillierender Oszillator bereitgestellt werden, der den Bedürfnissen des Anwenders in Bezug auf Konstruktionsspielraum entgegenkommt, kostengünstig ist und an einen weiten Marktbereich angepasst werden kann.
Dadurch, dass alle Bauteile im selben Gehäuse verkapselt werden, kann ein Oszillator oder ein Sender, der nur wenig Platz einnimmt, mit geringem Kostenaufwand realisiert werden. Vom Oberflächenwellenresonator, der Oszillationsschaltung, dem Modulationsmittel, dem Ausgangsanpassungsmittel und dem Frequenzvervielfachungsmittel werden mindestens der Oberflächenwellen resonator, die Oszillationsschaltung und das Modulationsmittel vorzugsweise in eine einzige Schaltung integriert und im selben Gehäuse verkapselt. Die Integration kann eine integrierte Schaltung (integrated circuit – IC) oder eine Hybridschaltung ergeben.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
1 einen Schaltplan der Grundschaltung eines Oszillators.
2 eine Schrägansicht, die ein Beispiel des Oszillators gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Oberflächenwellenresonator und einem Oszillator zeigt, die in einem Gehäuse verkapselt sind.
3 einen Schaltplan, der ein praktisches Beispiel einer in 1 dargestellten Verstärkungsschaltung zeigt.
4 einen erläuternden Schaltplan, der nur den in 1 dargestellten Oberflächenwellenresonator und die Oszillationsschaltung zeigt.
5 eine Ersatzschaltung der in 4 dargestellten Schaltung.
6 das Verhältnis zwischen der Resonanzfrequenz und dem negativen Widerstand der in 4 dargestellten Schaltung.
7 einen Schaltplan der Schaltung eines Oszillators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 einen Schaltplan der Schaltung eines Oszillators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 einen Schaltplan der Schaltung eines Oszillators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 einen Blockschaltplan der Konfiguration eines Oszillators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 einen Blockschaltplan der Konfiguration eines Oszillators gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 einen Blockschaltplan der Konfiguration eines Oszillators gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 einen Blockschaltplan der Konfiguration eines Oszillators gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Bauteile eines Oszillators werden unter Bezugnahme auf den Schaltplan von 1 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt hat der Oszillator einen Oberflächenwellenresonator (SAW-Resonator) 1 und eine in Form einer integrierten Schaltung (IC) ausgeführte Oszillationseinheit 2. Der SAW-Resonator 1 und die Oszillationseinheit 2 sind im selben Paket (Gehäuse) 3 untergebracht, abgedichtet und auf diese Weise als Modul bereitgestellt. Die Oszillationseinheit 2 besteht aus einer Oszillationsschaltung 4, die den SAW-Resonator 1 veranlasst zu oszillieren, und einer Verstärkungsschaltung 5 zum Verstärken eines Ausgangs der Oszillationsschaltung 4.
Der SAW-Resonator 1 hat einen Anschluss, der an Masse liegt, und einen anderen Anschluss, der mit der Basis eines Transistors Q1 der Oszillationsschaltung 4 verbunden ist, was später beschrieben wird.
Die Oszillationsschaltung 4 ist als eine Colpitts-Oszillationsschaltung mit dem Transistor Q1 ausgeführt. Genauer gesagt, ist zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors Q1 ein Vorspannungswiderstand R1 geschaltet. Zwischen die Basis und den Emitter des Transistors Q1 ist ein Kondensator CL1 für die Oszillation geschaltet. Zwischen den Emitter des Transistors Q1 und einen Masseanschluss ist ein Kondensator CL2 für die Oszillation geschaltet. Der Kollektor des Transistors Q1 ist mit dem Anschluss 6 einer Spannungsversorgung verbunden. Zwischen dem Emitter des Transistors Q1 und einem Masseanschluss 7 ist eine Stromquelle 8 angeschlossen.
Die Oszillationsschaltung 4 hat ein Veränderungsmittel für negativen Widerstand zum Verändern eines negativen Widerstands, der die Oszillationen beeinflusst. Das Veränderungsmittel für negativen Widerstand umfasst einen Einstellanschluss 9, mit dem ein durch die Stromquelle 8 fließender Strom von außen reguliert wird. Mit einem Widerstand R3, der einen gewünschten Widerstand zwischen dem Einstellanschluss 9 und einem Masseanschluss ermöglicht, kann der negative Widerstand nach Wunsch eingestellt werden.
Wie in 1 dargestellt ist, sind der Eingangsanschluss der Verstärkungsschaltung 5 mit dem Emitter des Transistors Q1 und ihr Ausgangsanschluss mit einem Ausgangsanschluss 11 verbunden. Über den Spannungsversorgungsanschluss 6 wird eine Spannung an die Verstärkungsschaltung 5 angelegt.
Nunmehr werden die tatsächlichen Schaltungselemente der Verstärkungsschaltung 5 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Verstärkungsschaltung 5 ist eine Schaltung mit offenem Kollektor, die einen Transistor Q2 hat. Wie dargestellt ist, ist zwischen die Basis des Transistors Q2 und eine Spannungsversorgung Vcc ein Vorspannungswiderstand R5 geschaltet. Zwischen die Basis des Transistors Q2 und einen Masseanschluss ist ein Vorspannungswiderstand R6 geschaltet. Zwischen dem Emitter des Transistors Q2 und einem Masseanschluss ist eine Stromquelle 12 angeschlossen. An die Basis des Transistors Q2 wird über einen Kopplungskondensator C3 ein Eingangssignal angelegt und über den Kollektor des Transistors Q2 wird ein Ausgangssignal geführt.
Die Verstärkungsschaltung 5 hat ein Veränderungsmittel für die Ausgangsstärke zum Verändern der Stärke eines Ausgangs der Oszillationsschaltung 4. Das Veränderungsmittel für die Ausgangsstärke umfasst einen Einstellanschluss 10, mit dem ein durch die Stromquelle 12, die in der Verstärkungsschaltung 5 enthalten ist, fließender Strom von außen reguliert wird. Ein Widerstand R4 mit einem Widerstandswert, der einen Ausgang mit einer gewünschten Stärke ermöglicht, ist zwischen dem Einstellanschluss 10 und einen Masseanschluss geschaltet, womit die Ausgangsstärke eingestellt (verändert) werden kann.
Der Spannungsversorgungsanschluss 6, der Masseanschluss 7, die Einstellanschlüsse 9 und 10 und der Ausgangsanschluss 11 liegen an der Außenseite des Gehäuses 3 teilweise frei.
Im Folgenden wird anhand eines Beispiels die Wirkungsweise des Oszillators mit den obigen Bauteilen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wenn an den Spannungsversorgungsanschluss 6 eine Versorgungsspannung Vcc angelegt wird, beginnt die Oszillationsschaltung 4 zu oszillieren. Ein Ausgang der Oszillationsschaltung 4 wird von der Verstärkungsschaltung 5 verstärkt und am Ausgangsanschluss 11 bereitgestellt. Um die Verstärkungsschaltung 5 für die Verstärkung des Ausgang bis zu einer gewünschten Stärke auszulegen, ist der Widerstand R4, dessen Widerstandswert die gewünschte Ausgangsstärke ermöglicht, zwischen den Einstellanschluss 10 und den Masseanschluss geschaltet.
Nunmehr werden unter Bezugnahme auf 4 die Vorgänge beschrieben, die ablaufen, wenn die Oszillationsschaltung 4 im stabilen Zustand arbeitet. Die in 4 dargestellte Schaltung enthält nur den SAW-Resonator 1 und die in 1 dargestellte Oszillationsschaltung 4. Die Schaltung ist im Wesentlichen identisch mit dem entsprechenden Abschnitt der in 1 dargestellten Schaltung. Die Unterschiede der in 4 dargestellten Schaltung bestehen jedoch darin, dass ein der Stromquelle 8 entsprechender Widerstand RE zwischen den Emitter des Transistors Q1 und den Masseanschluss geschaltet ist und ein Wechselspannungsüberbrückungskondensator C4 und ein Kopplungskondensator C5 hinzugefügt worden sind.
5 zeigt eine Ersatzschaltung der stabil oszillierenden Oszillationsschaltung 4.
In 5 bezeichnen Xe eine vom SAW-Resonator 1 gebildete Ersatzreaktanz, Re einen vom SAW-Resonator 1 gebildeten Ersatzwiderstand, X eine von der Oszillationsschaltung gebildete Reaktanz (Lastkapazität) und -R einen von der Oszillationsschaltung gebildeten negativen Widerstand.
Wenn die Oszillationsschaltung 4 im stabilen Zustand oszilliert, wird das Verhältnis zwischen der Reaktanz Xe des SAW-Resonators 1 und der Reaktanz X der Oszillationsschaltung durch die Gleichung (1) ausgedrückt. Das Verhältnis zwischen dem Ersatzwiderstand Re des SAW-Resonators und dem negativen Widerstand | –R | der Oszillationsschaltung wird durch die Gleichung (2) ausgedrückt. Xe = –X (1) Re = | –R | (2)
Die Gleichung (1) wird als Phasenbedingung und die Gleichung (2) als Verstärkungsbedingung bezeichnet. Zur Stabilisierung der Oszillationen der Oszillationsschaltung (4) muss deren negativer Widerstand | –R | eine durch den folgenden Ausdruck (3) ausgedrückte Bedingung erfüllen. | –R | > Re (3)
Es ist bekannt, dass der negative Widerstand | –R | drei- bis fünfmal größer als der Ersatzwiderstand Re des SAW-Resonators sein muss. Der negative Widerstand | –R | wird durch folgende Gleichung ausgedrückt. | –R | = –[gm/(ω2 × CL1 × CL2)] (4)wobei gm eine Steilheit des Oszillationstransistors Q1 und ω eine Winkelresonanzfrequenz bezeichnen (ω = 2πf, wobei feine Resonanzfrequenz bezeichnet). Ferner bezeichnen CL1 und CL2 die Kapazitäten der Kondensatoren CL1 und CL2.
Die Gleichung (4) zeigt, dass der negative Widerstand | –R | umgekehrt proportional zum Quadrat der Resonanzfrequenz f ist. Der negative Widerstand und die Resonanzfrequenz stehen in dem in 6 dargestellten Verhältnis.
Wie aus 6 zu ersehen ist, wird der negative Widerstand | –R | bei größer werdender Resonanzfrequenz f kleiner, da er sich umgekehrt proportional zum Quadrat der Resonanzfrequenz verhält. Um einen großen negativen Widerstand | –R | wie aus der Gleichung (4) ersichtlich ist, sicherzustellen, sind die Steilheit gm des Transistors Q1 und die Lastkapazitäten der Kondensatoren CL1 und CL2, die die Oszillationen beeinflussen, einzustellen (zu verändern).
Wie in 1 dargestellt ist im Oszillator der Widerstand R3 zwischen den Einstellanschluss 9 und den Masseanschluss geschaltet, so dass ein durch die Stromquelle 8 fließender Strom reguliert werden kann. Auf diese Weise kann die Steilheit gm des Transistors Q1 eingestellt werden. Somit kann der von der Oszillationsschaltung 4 gebildete negative Widerstand | –R | eingestellt werden.
Der Gedanke, die Lastkapazitäten der Kondensatoren CL1 und CL2 einzustellen, ist in den folgenden Ausführungsformen, die später beschrieben werden, realisiert. Die Einstellung wird daher später beschrieben.
Wie oben beschrieben worden ist, besteht in dem bis jetzt erläuterten Oszillator die Oszillationsein heit 2 aus der Oszillationsschaltung 4 und der Verstärkungsschaltung 5. Die Widerstände R3 und R4 sind an der Außenseite des Gehäuses angeordnet und die Stromquellen 8 und 12 werden unabhängig voneinander geregelt. Somit werden der negative Widerstand und die Stärke eines Oszillationsausgangs in Bezug auf eine anwenderspezifische Resonanzfrequenz optimiert. Der Oszillator kann einem weiten Anwendungsbereich flexibel angepasst und mit unterschiedlichen Anwenderwünschen kompatibel gemacht werden.
Nunmehr wird ein Oszillator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Wie in 7 dargestellt ist der Oszillator gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Veränderungsmittel für negativen Widerstand ausgestattet, das zur Einstellung der Scheinkapazität eines Kondensators CL2, die die Oszillationen einer Oszillationsschaltung 4 beeinflusst, und damit zur Regulierung eines negativen Widerstands dient, der die Oszillationen beeinflusst. Das Veränderungsmittel für negativen Widerstand ist in der Weise aufgebaut, dass ein mit einem Knotenpunkt zwischen eine Kondensator CL1 und einen Kondensator CL geschalteter Einstellanschluss 14 an der Außenseite eines Gehäuses 3 teilweise freiliegt und ein außenliegender Kondensator CL3 zwischen den Einstellanschluss 14 und einen Masseanschluss geschaltet ist. Übrigens sind die anderen Bauteile des Oszillators gemäß der ersten Ausführungsform identisch mit denen des in 1 dargestellten Oszillators. Die identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung der Bauteile entfällt.
Wenn bei der ersten Ausführungsform mit den obigen Bauteilen ein Anwender die Scheinkapazität des Kondensators CL2 (die effektive Kapazität zwischen den Knotenpunkten, mit denen der Kondensator CL2 verbunden ist) verändern will, um den negativen Widerstand einzustellen, wird der Kondensator CL3 wie in 7 gezeigt zwischen den Einstellanschluss 14 und den Masseanschluss geschaltet. Folglich wird die Kapazität des Kondensators CL2 mit der Kapazität des Kondensators CL3 kombiniert und somit vergrößert. Auf diese Weise kann der negative Widerstand | –R | der Oszillationsschaltung 4 eingestellt werden (siehe Gleichung (4)).
Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Einstellanschluss 14 zusätzlich zu den in der Oszillationsschaltung der 1 verwendeten Einstellanschlüssen 9 und 10 enthalten. Im Vergleich zur letzteren kann der negative Widerstand | –R | der Oszillationsschaltung 4 genauer eingestellt werden. Im übrigen können dieselben Vorteile wie mit der Oszillationsschaltung der 1 erzielt werden.
Nunmehr wird ein Oszillator gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Wie in 8 dargestellt ist der Oszillator gemäß der zweiten Ausführungsform mit einem Veränderungsmittel für negativen Widerstand ausgestattet, das zur Einstellung der Scheinkapazität eines Kondensators CL2, die die Oszillationen einer Oszillationsschaltung 4 beeinflusst, und damit zur Regulierung eines negativen Widerstands dient, der die Oszillationen beeinflusst. Das Veränderungsmittel für negativen Widerstand ist in der Weise aufgebaut, dass ein Spannungsregelanschluss 30 an der Außenseite eines Gehäuses 3 teilweise freiliegt, ein Kapazitätsregelelement (Varicap) CLV über einen Gleichspannungs-Sperrkondensator CB zwischen Masse und einen Knotenpunkt zwischen einem Kondensator CL1 und dem Kondensator CL2 geschaltet ist und ein Knotenpunkt zwischen dem Gleichspannungs-Sperrkondensator CB und dem Kapazitätsregelelement CLV über einen Schutzwiderstand RV mit dem Spannungsregelanschluss 30 verbunden ist.
Die anderen Bauteile des Oszillators gemäß der zweiten Ausführungsform sind übrigens identisch mit denen des in 1 dargestellten Oszillators. Die identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf eine Beschreibung der Bauteile wird verzichtet.
Bei der zweiten Ausführungsform mit den obigen Bauteilen kann die Kapazität des Kapazitätsregelelements CLV in Abhängigkeit von einer am Spannungsregelanschluss 30 anliegenden Spannung VC frei eingestellt werden. Die Kapazität des Kondensators CL2 wird mit derjenigen des Kapazitätsregelelements CLV kombiniert, so dass die zusammengesetzte Kapazität (CLV + CL2) bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann der negative Widerstand | –R | der Oszillationsschaltung 4 eingestellt werden (siehe Gleichung (4)).
Wie oben erwähnt worden ist, ist gemäß der zweiten Ausführungsform der Spannungsregelanschluss 30 zusätzlich zu den in der Oszillationsschaltung der 1 verwendeten Einstellanschlüssen 9 und 10 enthalten. Im Vergleich zur letzteren kann der negative Widerstand | R | der Oszillationsschaltung 4 genauer eingestellt werden. Außerdem können dieselben Vorteile wie mit der Oszillationsschaltung der 1 erzielt werden.
Nunmehr wird ein Oszillator gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Wie in 9 dargestellt ist der Oszillator gemäß der dritten Ausführungsform mit einem Veränderungsmittel für negativen Widerstand ausgestattet, das zur Einstellung der Scheinkapazität eines Kondensators CL2, die die Oszillationen einer Oszillationsschaltung 4 beeinflusst, und damit zur Regulierung eines negativen Widerstands dient, der die Oszillationen beeinflusst. Das Veränderungsmittel für negativen Widerstand ist in der Weise aufgebaut, dass ein Einstellanschluss 15 an der Außenseite eines Gehäuses 3 teilweise freiliegt, ein Kondensator CL4 zwischen dem Einstellanschluss 15 und einem Knotenpunkt zwischen einen Kondensator CL1 und den Kondensator CL2 geschaltet ist und der Kondensator CL4 wahlweise parallel zu dem Kondensator CL2 geschaltet oder getrennt wird, je nachdem, ob der Einstellanschluss 15 an Masse liegt oder nicht.
Übrigens sind die anderen Bauteile des Oszillators gemäß der dritten Ausführungsform identisch mit denen des in 1 dargestellten Oszillators. Die identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung der Bauteile entfällt.
Wenn bei der dritten Ausführungsform mit den obigen Bauteilen ein Anwender die Scheinkapazität des Kondensators CL2 einstellen will, um den negativen Widerstand einzustellen, braucht er nur den Einstellanschluss 15 wie in 9 dargestellt an Masse zu legen. Damit wird die Kapazität des Kondensators CL2 mit der des Kondensators CL4 kombiniert und die Gesamtkapazität so erhöht. Auf diese Weise wird der negative Widerstand | –R | der Oszillationsschaltung 4 eingestellt (siehe Gleichung 4)).
Gemäß der dritten Ausführungsform ist der Einstellanschluss 15 zusätzlich zu den in der Oszillationsschaltung der 1 verwendeten Einstellanschlüssen 9 und 10 enthalten. Im Vergleich zur letzteren kann der negative Widerstand | –R | der Oszillationsschaltung 4 genauer eingestellt werden. Außerdem können dieselben Vorteile wie mit der Oszillationsschaltung der 1 erzielt werden.
Nunmehr wird ein Oszillator gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Der Oszillator gemäß der vierten Ausführungsform enthält wie in 10 dargestellt eine Amplitudensprungmodulationsschaltung (amplitude-shift keying – ASK-Modulator) 17, die als Modulationsmittel zum Modulieren eines Oszillationsausgangs einer in einer Oszillationseinheit 2 enthaltenen Oszillationsschaltung 4 dient. Außerdem ist ein Modulationsanschluss 18, über den ein binäres (1 oder 0) Modulationssignal von außen eingegeben wird, teilweise freiliegend an der Außenseite eines Gehäuses 3 angebracht.
Die ASK-Modulationsschaltung 17 enthält ein Schaltelement 19, das zwischen einem Spannungsversorgungsanschluss 6 und einem Spannungsversorgungsknotenpunkt der Oszillationsschaltung 4 angeordnet ist. Das Schaltelement 19 wird gemäß einem über den Modulationsanschluss 18 eingegebenen Modulationssignal geöffnet oder geschlossen. Durch das Schließen bzw. Öffnen wird das Anlegen einer Spannung Vcc zum Modulationsanschluss 18 freigegeben bzw. gesperrt. Das Schaltelement 19 ist z. B. mit einem Transistor ausgeführt. Das Modulationssignal wird an die Basis des Transistors angelegt, wodurch der Transistor durchgesteuert bzw. gesperrt wird. Dadurch ist eine Steuerung des Durchgangs bzw. der Sperre der Spannung Vcc zur Oszillationsschaltung 4 möglich.
Übrigens sind die anderen Bauteile des Oszillators gemäß der vierten Ausführungsform identisch mit denen des in 7 dargestellten Oszillators. Die identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung der Bauteile entfällt.
Gemäß der vierten Ausführungsform ist die ASK-Modulationsschaltung 17 zum Modulieren eines Oszillationsausgangs unter Verwendung eines von außen empfangenen Modulationssignals als Modulationsmittel enthalten. Der Oszillator besitzt daher die Fähigkeit eines Senders. Somit kann Anwendern ein kostengünstiges Oszillatormodul für einen weiten Anwendungsbereich bereitgestellt werden.
Nunmehr wird ein Oszillator gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Der Oszillator gemäß der fünften Ausführungsform enthält wie in 11 dargestellt eine Frequenz sprungmodulationsschaltung (FSK) 20, die als Modulationsmittel zum Modulieren eines Oszillationsausgangs einer in einer Oszillationseinheit 2 enthaltenen Oszillationsschaltung 4 dient. Außerdem enthält der Oszillator einen Modulationsanschluss 18, über den ein binäres (1 oder 0) Modulationssignal von außen eingegeben wird.
Die FSK-Modulationsschaltung 20 ist mit einer Kapazitätsregelschaltung wie einem Varicap (Kapazitätsregelelement) VC ausgeführt. Eine vom Varicap VC erzeugte Reaktanz wird in Abhängigkeit des von außen über den Modulationsanschluss 18 eingegebenen Modulationssignals verändert. Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz der Oszillationsschaltung 4 verändert.
Übrigens sind die anderen Bauteile des Oszillators gemäß der fünften Ausführungsform identisch mit denen des in 7 dargestellten Oszillators gemäß der ersten Ausführungsform. Die identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung der Bauteile entfällt.
Gemäß der fünften Ausführungsform ist die FSK-Modulationsschaltung 20 zum Modulieren eines Oszillationsausgangs unter Verwendung eines von außen eingehenden Modulationssignals als Modulationsmittel enthalten, um den Oszillator mit der Fähigkeit eines Senders zu versehen. Somit kann Anwendern ein kostengünstiges Oszillatormodul für einen weiten Anwendungsbereich bereitgestellt werden.
Nunmehr wird ein Oszillator gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Der Oszillator gemäß der sechsten Ausführungsform enthält als Modulationsmittel eine ASK-Modulationsschaltung 17 oder eine FSK-Modulationsschaltung 20. Außerdem ist eine Ausgangsanpassungsschaltung 21 zum Anpassen der elektrischen Kennwerte des Oszillators an diejenigen einer nicht dargestellten Antenne zwischen einer in einer Oszillationseinheit 2 enthaltenen Verstärkungsschaltung 5 und einem Ausgangsanschluss 11 zwischengeschaltet.
In dem in 12 dargestellten Beispiel besteht die Ausgangsanpassungsschaltung 21 aus einer Ausgangsanpassungsspule Lm und einem Ausgangsanpassungskondensator Cm. Eine von der Spule Lm erzeugte Induktivität und eine vom Kondensator Cm erzeugte Kapazität werden auf Werte eingestellt, die eine wirksame Übertragung eines Ausgangs einer Verstärkungsschaltung 5 zu einer Antenne erlauben. In der Praxis ist die Schaltung in der Weise ausgeführt, dass je ein Anschluss der Ausgangsanpassungsspule Lm und des Ausgangsanpassungskondensators Cm mit einem Ausgangsanschluss der Verstärkungsschaltung 5 verbunden ist, der andere Anschluss der Ausgangsanpassungsspule Lm mit einem Spannungsversorgungsanschluss 6 verbunden ist und der andere Anschluss des Ausgangsanpassungskondensators Cm mit dem Ausgangsanschluss 11 verbunden ist.
Übrigens sind die anderen Bauteile des Oszillators gemäß der sechsten Ausführungsform identisch mit denen des in 10 bzw. 11 dargestellten Oszillators gemäß der vierten bzw. fünften Ausführungsform. Die identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung der Bauteile entfällt.
Gemäß der sechsten Ausführungsform ist die Ausgangsanpassungsschaltung 21 zum Anpassen der elektrischen Kennwerte des Oszillators an diejenigen einer Antenne zusätzlich zum Modulationsmittel wie der Modulationsschaltung 17 bzw. 20 enthalten. Die Leistungsfähigkeit eines Senders wird dadurch noch weiter verbessert. Ferner sind diese Bauteile im selben Gehäuse verkapselt. Gemäß der sechsten Ausführung kann ein Sender, der nur wenig Platz einnimmt und zu vergleichsweise niedrigen Kosten hergestellt werden kann, dank weniger an der Außenseite des Gehäuses ausgeführter Bauteile verwirklicht werden.
Nunmehr wird ein Oszillator gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
Wie in 13 dargestellt enthält der Oszillator gemäß der siebten Ausführungsform als Modulationsmittel eine ASK-Modulationsschaltung 17 oder eine FSK-Modulationsschaltung 20. Außerdem ist eine Frequenzvervielfachungsschaltung 22 als Frequenzvervielfachungsmittel zum Vervielfachen der Frequenz eines Ausgangs einer Oszillationseinheit 2 zwischen einer Oszillationseinheit 2 und einem Ausgangsanschluss 11 zwischengeschaltet. Die Frequenzvervielfachungsschaltung 22 wählt eine Harmonische, d. h. eine Frequenz, die ein ganzzahliges Vielfaches (z. B. 2 oder 3) der Grundfrequenz eines von der Oszillationseinheit 2 bereitgestellten Ausgangssignals ist, und gibt sie aus.
Übrigens sind die anderen Bauteile des Oszillators gemäß der siebten Ausführungsform identisch mit denen des in 10 bzw. 11 dargestellten Oszillators gemäß der vierten bzw. fünften Ausführungsform. Die identischen Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung der Bauteile entfällt.
Gemäß der siebten Ausführungsform ist die Frequenzvervielfachungsschaltung 22 zum Vervielfachen der Frequenz eines Ausgangs der Oszillationseinheit 2 zusätzlich zum Modulationsmittel wie der Modulationsschaltung 17 bzw. 20 enthalten. Dadurch oszilliert ein Oszillator in einem breiten Frequenzband und kommt somit einem Anwender bei seinen Konstruktionswünschen entgegen.
Wie bisher beschrieben worden ist, sind gemäß Anspruch 1 bis 4 ein Veränderungsmittel für negativen Widerstand und ein Veränderungsmittel für den Oszillationsausgang enthalten. Das Veränderungsmittel für negativen Widerstand verändert einen negativen Widerstand, der die Oszillationen einer Oszillationsschaltung beeinflusst, und das Veränderungsmittel für den Oszillationsausgang verändert die Stärke eines Ausgangs der Oszillationsschaltung. Daher können ein negativer Widerstand und die Stärke eines Oszillationsausgangs in Bezug auf eine anwenderspezifische Resonanzfrequenz optimiert werden. Somit kann der Oszillator auf flexible Weise nachgerüstet werden, um in einem weiten Anwendungsbereich verwendbar und mit unterschiedlichen Anwenderwünschen kompatibel zu werden.
Gemäß Anspruch 4 hat eine Oszillationsschaltung eine Reaktanzschaltung, die in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt ist und in eine Oszillationsschleife einbezogen ist. Eine von der Reaktanzschaltung erzeugte Reaktanz kann von außen nach Wunsch eingestellt werden. Somit kann ein Anwender den negativen Widerstand der Oszillationsschaltung bestmöglich einstellen. Da außerdem die in der Oszillationsschleife enthaltene Reaktanzschaltung in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt ist, kann ein äußerst zuverlässiger Oszillator ausgeführt werden, der unempfindlich gegen Streukapazitäten ist, die von gemäß einem anwenderspezifischen Muster ausgelegten Schaltungselementen eingespeist werden. Ferner kann ein Anwender ohne besondere Umstände ein Hochfrequenzgerät entwerfen. Der Oszillator wird sich dabei als sehr nützlich erweisen.
Gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6 wird auf Grund der Einbeziehung eines Modulationsmittels ein Oszillator mit der Leistungsfähigkeit eines Senders bereitgestellt. Daher kann Anwendern ein kostengünstiger Oszillator für einen weiten Anwendungsbereich zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß Anspruch 7 wird zusätzlich zu einem Modulationsmittel ein Ausgangsanpassungsmittel zum Anpassen der elektrischen Kennwerte eines Oszillators an diejenigen einer Antenne einbezogen. Die Leistungsfähigkeit eines Senders wird dadurch weiter gesteigert.
Gemäß Anspruch 8 wird zusätzlich zu einem Modulationsmittel ein Frequenzvervielfachungsmittel einbezogen. Dadurch oszilliert ein Oszillator in einem breiteren Frequenzband und kommt damit einem Anwender bei seinen Konstruktionswünschen entgegen. Er ermöglicht eine Kostensenkung und kann einem weiten Marktbereich angepasst werden.
Gemäß Anspruch 9 sind alle Bauteile im selben Gehäuse verkapselt. Dadurch kann ein Oszillator oder ein Sender verwirklicht werden, bei dem Platz und Kosten eingespart werden.
Gemäß Anspruch 10 werden vorbestimmte Bauteile in eine einzige Schaltung integriert und alle Bauteile werden im selben Gehäuse verkapselt. Dadurch kann ein Oszillator oder ein Sender verwirklicht werden, bei dem Platz und Kosten eingespart werden.

Claims

Oszillator mit einem Oberflächenwellenresonator (1) und einer Oszillationsschaltung (4), um den Resonator (1) zum Oszillieren zu veranlassen, aufweisend: ein Veränderungsmittel für negativen Widerstand (8, R3; 14, CL3; 7; 15, CL4) zum Verändern eines negativen Widerstands, der die Oszillationen der Oszillationsschaltung (4) beeinflusst; gekennzeichnet durch ein Veränderungsmittel für den Oszillationsausgang (10, R4) zum Verändern der Stärke des Ausgangs der Oszillationsschaltung (4); wobei die Oszillationsschaltung (4) eine in eine Oszillationsschleife einbezogene Reaktanzschaltung (CL2) hat und in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt ist und die Reaktanz der Reaktanzschaltung (CL2) durch ein Steuerungsmittel (R3, CL3, Vc), das von außen mit der integrierten Schaltung verbunden ist, nach Wunsch eingestellt werden kann.
Oszillator gemäß Anspruch 1, worin das Steuerungsmittel (R3, CL3, Vc) angepasst ist, um die Reaktanz der Reaktanzschaltung (CL2) und einen durch die Oszillationsschaltung (4) fließenden Strom unabhängig von der Veränderung der Stärke des Ausgangs der Oszillationsschaltung (4) einzustellen.
Oszillator gemäß Anspruch 2, bei dem die Reaktanzschaltung als integrales Teil ein veränderliches kapazitives Element (CLV) enthält.
Oszillator gemäß Anspruch 1, bei dem der Resonator (1) und die Oszillationsschaltung (4) im selben Gehäuse (3) gekapselt sind.
Oszillator gemäß Anspruch 1 bis 4, bei dem die Oszillationsschaltung (4) ein Modulationsmittel (17; 20) zum Modulieren des Oszillationsausgangs der Oszillationsschaltung (4) gemäß einem Modulationssignal enthält.
Oszillator gemäß Anspruch 4 und 5, bei dem das Modulationsmittel (17; 20) ebenfalls im Gehäuse (3) verkapselt ist.
Oszillator gemäß Anspruch 4 und 5, bei dem das Modulationsmittel (17; 20) ebenfalls im Gehäuse (3) verkapselt ist und der Resonator (1), die Oszillationsschaltung (4) und das Modulationsmittel in eine einzige Schaltung integriert sind.
Oszillator gemäß einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, bei dem das Modulationsmittel (17; 20) zumindestens eine der ASK-Modulation und der FSK-Modulation anwendet.
Oszillator gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Oszillationsschaltung (4) in ihrer Ausgangsstufe ein Ausgangsanpassungsmittel (21) zum Anpassen der Impedanz der Oszillationsschaltung (4) an diejenige einer äußeren Einheit enthält.
Oszillator gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Oszillationsschaltung (4) in ihrer Ausgangsstufe ein Frequenzvervielfachungsmittel (22) zum Vervielfachen der Frequenz der Oszillationsausgabe enthält.