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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen spannungsgesteuerten
Oszillator.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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Ein
herkömmlicher
Frequenzsynthesizer, der von einem spannungsgesteuerten Oszillator
Gebrauch macht, beinhaltet einen Referenzoszillator 1, einen
Frequenzteiler 5 zum Teilen einer Frequenz durch M (f0/M),
so dass eine Schwingungsfrequenz f0 eines spannungsgesteuerten Oszillators 4 gleich einer
Schwingungsfrequenz fr des Referenzoszillators 1 ist, einen
Phasenkomparator 2 zum Vergleichen der Ausgangsphase des
Referenzoszillators 1 mit der Ausgangsphase des Frequenzteilers 5 zum Detektieren
einer Phasendifferenz, sowie ein Tiefpassfilter 3 zum Entfernen
von unnötigen
harmonischen Wellenkomponenten bzw. Oberwellenkomponenten, die in
dem Ausgangssignal des Phasenkomparators 2 enthalten sind,
wie dies in 5 dargestellt ist.
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Bei
einem derartigen Aufbau wird eine Rückkopplungsfunktion ausgeführt, damit
die Phasendifferenz zwischen fr und f0/M stets Null wird, und die Ausgangsphase
des spannungsgesteuerten Oszillators 4 ist mit der Ausgangsphase
des Referenzoszillators 1 synchronisiert, um dadurch eine
Schwingung mit hoher Stabilität
nach Maßgabe
der Phasengenauigkeit des Referenzoszillators 1 zu erzielen.
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Bei
dem herkömmlichen
Beispiel werden die harmonischen Wellenkomponenten (2f0, 3f0, ...)
einer hohen Ordnung sowie eine Grundwellenkomponente f0 gleichzeitig
von dem spannungsgesteuerten Oszillator 4 abgegeben. Daher
wählt ein
Bandpassfilter 6 die Grundwelle, und ein Multiplizierer 7 multipliziert das
Ausgangssignal des Bandpassfilters 6 mit N, um dadurch
eine gewünschte
Schwinungsfrequenz N × fo
zu erzielen (s. z.B. die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 10-126262
(5).
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Bei
dem herkömmlichen
Aufbau gibt der spannungsgesteuerte Oszillator die Grundwelle und die
harmonische Welle nur an seinem einen Ausgangsanschluss ab und schwingt
mit einer Frequenz, die niedriger ist als eine vorbestimmte Frequenz. Auch
erzeugt der Multiplizierer ein Schwingungssignal mit einer gewünschten
Frequenz unter Verwendung der von dem spannungsgesteuerten Oszillator abgegebenen
Grundwelle. Aus diesem Grund sind das Bandpassfilter und der Multiplizierer
erforderlich. Als Ergebnis hiervon wird der Aufbau des Frequenzsynthesizers
kompliziert, und eine Miniaturisierung von diesem lässt sich
somit nicht erzielen.
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In
der
GB 925 395 A ist
ein kristall-gesteuerter Oszillator unter Verwendung von Flächentransistoren
beschrieben, wobei der Oszillator eine Schaltung vorsieht, die unter
Verwendung von Flächentransistoren
zum Abgeben von relativ hoher Leistung in der Lage ist. Ferner ist
eine derartige Schaltung in einfacher Weise für den Betrieb über einen
großen, breiten
Bereich von Frequenzen adaptierbar und verwendet einen Kristall
in ihrem optimalen oberen Betriebsbereich. Der Oszillator weist
einen oszillierenden Transistor und Induktivitätselemente auf, die zwischen
einem Ausgangsanschluss des oszillierenden Transistors und einem
Masseanschluss in Reihe geschaltet sind. Ein oszillierendes Signal
wird mit einer Harmonischen der grundlegenden Oszillatorfrequenz von
dem Verzweigungspunkt zwischen den Induktivitätselementen abgegeben.
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Die
US 5 263 197 A ist
auf einen Oszillator mit zwei Anschlüssen für einen zweistufigen Empfänger mit
direkter Umwandlung gerichtet, der einen ersten Mischer, einen zweiten
Mischer und eine Einzelstufe aufweist, wobei der Oszillator mit
zwei Anschlüssen
frequenzmäßig kohärente Signale
sowohl für
den ersten als auch für
den zweiten Mischer schafft. Zu diesem Zweck hat der Oszillator
eine Verstärkungsvorrichtung,
wie z.B. einen Transistor, der mit drei Resonanzkreisen verbunden
ist. Von dem einen Anschluss der Verstärkungsvorrichtung wird ein oszillierendes
Signal mit einer Grundfrequenz ausgegeben, wäh rend von einem anderen Anschluss
der Verstärkungsvorrichtung
eine harmonische Frequenz ausgegeben wird.
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Die
EP 1 056 192 A2 ist
auf einen Funk-Empfänger
gerichtet, insbesondere auf einen Empfänger zur Verwendung bei Anwendungen
mit fester Frequenz, sowie auf einen Frequenzgenerator, der bei einem
solchen Funk-Empfänger
verwendbar ist. Der Frequenzgenerator weist einen Einzeltransistor-Oszillator
auf, der derart ausgebildet ist, dass ein Signal mit einer Grundfrequenz
an dem ersten Ausgangsanschluss des Transistors erscheint. Ein reaktives Schaltungselement
ist mit dem Transistor derart verbunden, dass ein Signal mit einer
zweiten Frequenz an einem zweiten Ausgangsanschluss des gleichen Transistors
erscheint, wobei es sich bei der zweiten Frequenz um ein Mehrfaches
der Grundfrequenz handelt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung eines
spannungsgesteuerten Oszillators, der in der Lage ist, den Aufbau
eines Frequenzsynthesizers zu vereinfachen.
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Zum
Erreichen des vorstehend geschilderten Ziels schafft die vorliegende
Erfindung eines spannungsgesteuerten Oszillator, wie er im Anspruch
1 beansprucht ist. Bevorzugte Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein spannungsgesteuerter
Oszillator Folgendes auf: einen oszillierenden Transistor; und ein
erstes und zweites Induktivitätselement,
welche in Reihe geschaltet sind und zwischen einem Ausgangsanschluss
des oszillierenden Transistors und einem Hochfrequenz-Massepunkt
vorgesehen sind, wobei oszillierende Signale von dem Ausgangsanschluss
des oszillierenden Transistors bzw. einem Verbindungsknoten zwischen
dem ersten Induktivitätselement
und dem zweiten Induktivitäts-Element ausgegeben
werden. Somit kann der Ausgangsanschluss des oszillierenden Transistors
eine Grundwelle mit einem hohen Pegel ausgeben, und der Verbindungsknoten
zwischen den beiden Induktivitätselemente
kann eine harmonische Welle unter Unterdrückung der Grundwelle ausgeben.
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Auf
diese Weise kann der spannungsgesteuerte Oszillator in stabiler
Weise mit der Grundwelle schwingen, und die harmonische Welle kann
als gewünschtes
oszillierendes Signal verwendet werden.
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Ferner
ist ein Pufferverstärker
zur Verstärkung
des oszillierenden Signals vorgesehen, und der Verbindungsknoten
zwischen dem ersten Induktivitätselement
und dem zweiten Induktivitätselement
ist mit einem Eingangsanschluss des Pufferverstärkers gekoppelt. Auf diese
Weise kann der Pegel der gewünschten
Oberwelle erhöht
werden.
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Ferner
ist der Hochfrequenz-Massepunkt ein Energieversorgungsanschluss,
und der Ausgangsanschluss des oszillierenden Transistors ist ein
Kollektor. Eine Energieversorgungsspannung wird von dem Energieversorgungsanschluss
an den Kollektor des oszillierenden Transistors über das erste und zweite Induktivitätselement
angelegt. Auf diese Weise lässt
sich ein spannungsgesteuerter Oszillator vom Kollektor-Masse-Typ
schaffen.
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Weiterhin
weist der Pufferverstärker
einen verstärkenden
Transistor auf, dessen Emitter mit Masse verbunden ist, und ein
Kollektor des verstärkenden
Transistors ist mit einer Spannung von dem Emitter des oszillierenden
Transistors beaufschlagt. Auf diese Weise kann die harmonische Welle
ohne Erhöhung
des Stromverbrauchs verstärkt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist das erste
Induktivitätselement
an der Seite des Hochfrequenz-Massepunkts vorgesehen, und das zweite
Induktivitätselement
ist an der Seite des Ausgangsanschlusses des oszillierenden Transistors
vorgesehen. Ein Parallel-Resonanzkreis ist gebildet, indem ein erstes
kapazitives Element mit dem ersten Induktivitätselement parallel verbunden
wird, und die Parallel-Resonanzschaltung schwingt mit der Frequenz
einer spezifischen harmonischen Welle, die in dem ersten oszillierenden
Signal enthalten ist. Auf diese Weise kann lediglich eine spezifische
harmonische Welle in effizienter Weise ausgegeben werden.
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Ferner
sind gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung das erste Induktivitätselement
an der Seite des Hochfrequenz-Massepunkts vorgesehen und das zweite
Induktivitätselement
an der Seite des Ausgangsanschlusses des oszillierenden Transistors
vorgesehen. Ein zweites kapazitives Element ist parallel zu dem
zweiten Induktivitätselement
geschaltet. Auf diese Weise kann der Pegel der an dem zweiten Ausgangsanschluss
abgegebenen harmonischen Welle erhöht werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Schaltbild eines Frequenzsynthesizers, der einen spannungsgesteuerten
Oszillator gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet;
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2 ein
Schaltbild unter Darstellung des Aufbaus des spannungsgesteuerten
Oszillators gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Schaltbild unter Darstellung des Aufbaus des spannungsgesteuerten
Oszillators gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 ein
Schaltbild unter Darstellung des Aufbaus des spannungsgesteuerten
Oszillators gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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5 ein
Schaltbild eines herkömmlichen Frequenzsynthesizers.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Ein
Frequenzsynthesizer, der von einem spannungsgesteuerten Oszillator
gemäß der vorliegenden
Erfindung Gebrauch macht, wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert. Als
erstes besitzt der Frequenzsynthesizer einen Referenzoszillator 1,
einen Frequenzteiler 5 zum Teilen einer Frequenz durch
M (f0/M), so dass eine grundlegende Schwingungsfrequenz f0 eines
spannungsgesteuerten Oszillators 8 gleich einer Schwingungsfrequenz
fr des Referenzoszillators 1 ist, einen Phasenkomparator 2 zum
Vergleichen der Ausgangsphase des Referenzoszillators 1 mit
der Ausgangsphase des Frequenzteilers 5 zum Detektieren
einer dazwischen vorhandenen Differenz, sowie ein Tiefpassfilter 3 zum
Entfernen von unnötigen
harmonischen Wellenkomponenten, die in dem Ausgangssignal des Phasenkomparators 2 enthalten
sind.
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Bei
einem derartigen Aufbau wird eine Rückkopplungsfunktion in einer
derartigen Weise ausgeführt,
dass die Phasendifferenz zwischen den Frequenzen fr und f0/M stets
Null wird, und die Ausgangsphase der Grundwelle von dem spannungsgesteuerten
Oszillator 8 wird mit der Ausgangsphase des Referenzoszillators 1 synchronisiert,
um dadurch eine Schwingung mit hoher Stabilität nach Maßgabe der Phasengenauigkeit
des Referenzoszillators 1 zu erzielen.
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Wie
in 2 gezeigt ist, weist der spannungsgesteuerte Oszillator 8 einen
oszillierenden Transistor 8a, einen Resonanzkreis 8b,
der mit einer Basis des oszillierenden Transistors 8a verbunden ist,
sowie zwei in Reihe geschaltete Induktivitätselemente 8c und 8d auf,
die zwischen einem einen Ausgangsanschluss bildenden Kollektor des
oszillierenden Transistors 8a und einem Energieversorgungsanschluss
Vcc vorgesehen sind, bei dem es sich um einen Hochfrequenz-Massepunkt
handelt. Das erste Induktivitätselement 8c ist
an der Seite des Energieversorgungsanschlusses Vcc vorgesehen, und
das zweite Induktivitätselement 8d ist
an der Seite des Kollektors vorgesehen. Ferner wird der Kollektor
zu einem ersten Ausgangsanschluss, und ein Verbindungsknoten der
beiden Induktivitätselemente 8c und 8d wird
zu einem zweiten Ausgangsanschluss. Somit ist der erste Ausgangsanschluss
mit dem Frequenzteiler 5 verbunden. Auch sind die Induktivitätswerte
der beiden in Reihe geschalteten Induktivitätselemente 8c und 8d derart
gewählt,
dass der oszillierende Transistor 8a bei dem Kollektor-Masse-Typ schwingen
kann.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Aufbau beinhaltet das oszillierende
Signal, das von dem Kollektor abgegeben wird, der den ersten Ausgangsanschluss
bildet, die harmonische Welle zusätzlich zu der Grundwelle. Gegenüber dem
Pegel der Grundwellenkomponente wird jedoch der Pegel der harmonischen
Wellenkomponente mit steigender Ordnung der harmonischen Welle allmählich geringer.
Außerdem
beinhaltet das oszillierende Signal, das von dem Verbindungsknoten
der beiden Induktivitätselemente 8c und 8d abgegeben
wird, bei dem es sich um den zweiten Ausgangsanschluss handelt,
ebenfalls die harmonische Welle zusätzlich zu der Grundwellenkomponente,
jedoch ist die Impe danz des ersten Induktivitätselements 8c gegenüber der
Grundwelle vermindert und gegenüber
der harmonischen Welle erhöht.
Daher wird die Abgabe der Grundwellenkomponente von dem zweiten
Ausgangsanschluss unterdrückt,
und somit lässt
sich die harmonische Wellenkomponente in effizienter Weise erzielen.
Durch angemessenes Vorgeben des Verhältnisses zwischen den Induktivitätswerten
des ersten Induktivitätselements 8c und
des zweiten Induktivitätselements 8d kann
somit der Pegel der harmonischen Welle einer Ziel-Ordnung gegenüber den
anderen angehoben werden.
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Auf
diese Weise schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator 8 in
stabiler Weise mit einer niedrigeren Frequenz als der gewünschten
Frequenz, und somit kann die von dem spannungsgesteuerten Oszillator
abgegebene harmonische Welle als gewünschtes oszillierendes Signal
verwendet werden.
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Wie
ferner in 3 gezeigt ist, lässt sich
bei Ausbildung eines Parallel-Resonanzkreises durch paralleles Verbinden
eines ersten kapazitiven Elements 8e mit dem ersten Induktivitätselement 8c sowie
bei gleicher Resonanzfrequenz mit der Frequenz der die gewünschte Ordnung
aufweisenden harmonischen Wellenkomponente ausschließlich die
harmonische Wellenkomponente in effizienter Weise erzielen. Durch
paralleles Verbinden eines zweiten kapazitiven Elements 8f mit
dem zweiten Induktivitätselement 8d kann
ferner der Pegel der von dem zweiten Ausgangsanschluss abgegebenen
harmonischen Welle erhöht
werden.
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In 4 ist
ein Pufferverstärker 9 zum
Verstärken
der harmonischen Wellenkomponente vorgesehen, wobei ein Emitter
eines verstärkenden
Transistors 9a mit Masse verbunden ist und ein Kollektor von
diesem mit dem Emitter des oszillierenden Transistors 8a über ein
Induktivitätselement 9b verbunden
ist, um die harmonische Welle zu verhindern. Auf diese Weise kann
ein üblicher
Kollektorstrom abgegeben werden. Auch wird die verstärkte harmonische Wellenkomponente
von dem Kollektor abgegeben.