DE60314101T2

DE60314101T2 - Oszillator und pll-schaltung damit

Info

Publication number: DE60314101T2
Application number: DE60314101T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Katakura; Yoshihiro Komatsu; Kenji Hiromoto; Tsuyoshi Kousaka; Li Fai Ben
Original assignee: Sony Electronics Inc
Current assignee: Sony Electronics Inc
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: KR20040091662A; WO2003073600A1; CN1650511A; CN100492878C; EP1485989A4; US6798300B2; US20030218511A1; JP2009055626A; DE60314101D1; EP1485989A1; JP2005518744A; AU2003223201A1; KR100984238B1; EP1485989B8; EP1485989B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Variabelfrequenz-Oszillator, der beispielsweise in einer Phasensynchronisierungs-Schaltung benutzt wird, und eine PLL-(Phase Locked Loop-)Schaltung, die denselben benutzt.
1 zeigt eine Ansicht eines Beispiels für die allgemeine Konfiguration eines Laserstrahl-Druckers.
In dem Laserstrahl-Drucker I ist normalerweise ein Rasterausgabe-Abtastverfahren angenommen. Ein Laserstrahl L aus einer Laserquelle 2 wird über einen vorbestimmten Bereich abgetastet und durch einen Polygonspiegel 3, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, auf eine photosensitive Trommel 4 konvergiert. Dies belichtet einen Ladungsteil der photosensitiven Trommel, um ein elektrostatisches latentes Bild auf der photosensitiven Trommel 4 aufzuzeichnen, das dann auf Papier ausgedruckt wird.
2 zeigt eine schematische Ansicht des Wegs eines Laserstrahls, wenn er durch den Polygonspiegel reflektiert und den Umkreis abtastet. In 2 gibt eine durchgehende Linie, die durch A gezeigt ist, die Übertragung eines Bildes in eine Ebene an, während eine Kurve, die durch B gezeigt ist, einen Konstantgeschwindigkeits-Abtastweg angibt.
In dem Laserstrahl-Drucker 1 werden, wenn der Laserstrahl LO, wie er vorliegt, abgetastet und auf die Ebene, d. h. die photosensitive Trommel 4, durch einen Polygonspiegel 3, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, konvergiert wird, da die Drehgeschwindigkeit des Polygonspiegels konstant ist, die Abtastgeschwindigkeit des Strahls, der auf die photosensitive Trommel 4 trifft, und ein Frequenzverhältnis zum Steuern von Punkten, die ein Pixel in einer Zeile bilden, nicht konstant, und es wird auf dem Ausdruck eine Verzerrung verursacht.
Um eine Verzerrung zu verhindern, ist der Laserstrahl-Drucker 1 gemäß 1 unter Benutzung einer fθ-Linse 5 usw. in einem optischen Weg von dem Polygonspiegel 3 bis zu der photosensitiven Trommel 4 und unter Benutzung dieses optischen Systems konfiguriert, um das Frequenzverhältnis zum Steuern der Abtastgeschwindigkeit und der Punkte des Strahls, der auf die photosensitive Trommel 4 konvergiert ist, konstant zu machen.
Ein Laserstrahl-Drucker, der die zuvor angegebene Konfiguration aufweist, erfordert indessen über die Genauigkeit einer Korrektur durch ein optisches System, das eine fθ-Linse benutzt, hinaus eine Feineinstelung des Laserstrahls. Dies wird durch genaue Steuerung zur Feineinstellung der Taktfrequenz in einer PLL-Schaltung erreicht, die einen Takt erzeugt.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Konfiguration einer allgemeinen PLL-Schaltung, die beispielsweise in einem Taktsteuersystem der Laserquelle 2 des Laserstrahl-Druckers 1 gemäß 1 benutzt wird. Außerdem zeigt 4A ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Referenzsignals, das der PLL-Schaltung eingegeben wird, während 4B ein Impuls/Zeit-Diagramm eines AusgangstaktSignals der PLL-Schaltung zeigt.
Die PLL-Schaltung 6 enthält, wie dies in 3 gezeigt ist, eine Negativ-Rückkopplungsschaltung, die einen Phasendetektor PD (Phase Detector) 61, ein Schleifenfilter LPF (Loop Filter) 62, einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO (Voltage-Controlled Oscillator) 63 und einen programmierbaren Zähler PC (Programmable Counter) 64 umfasst.
Der Phasendetektor 61 vergleicht Phasen eines Referenzsignals Sr und eines geteilten Signals S_dv des programmierbaren Zählers 64 und gibt ein Signal S61 in Übereinstimmung mit der Differenz an das Schleifenfilter 62 aus.
Das Schleifenfilter 62 erzeugt eine Steuerspannung V_c des VCO 63 in Übereinstimmung mit dem Signal S61 aus dem Phasendetektor 61 und gibt sie an den VCO 63 aus.
Der VCO 63 schwingt mit einer Frequenz in Übereinstimmung mit einer Steuerspannung Vc aus dem Schleifenfilter 62, erzeugt ein Taktsignal CLK_op, das eine Frequenz f_op hat, und gibt es an die Laserquelle und den programmierbaren Zähler 64 aus.
Der programmierbare Zähler 64 dividiert die Frequenz f_op des Ausgangs-Taktsignals CLK_op des VCO 63 exakt durch N (hierbei ist N = 24) und gibt ein geteiltes Signal S_dv, das eine Frequenz f_op/N hat, an den Phasendetektor 61 aus.
In einer PLL-Schaltung 6, die eine Konfiguration hat, wie sie in 4A u. 4B gezeigt ist, wird, da eine Frequenz f_r des Referenzsignals S_r festgelegt ist, ein Aus gangstakt CLK_op in Synchronisierung mit dem Referenzsignal S_r mit einer konstanten Frequenz f_op, wie sie durch die Gleichung f_op = NF_r berechnet ist, erzeugt und der Laserquelle 2 zugeführt.
Selbst ein Laserstrahl-Drucker 1, der die zuvor angegebene PLL-Schaltung 6 benutzt, kann jedoch nicht eine Positionsabweichung des optischen Systems verhindern, wie sie in 5 gezeigt ist.
Insbesondere werden beim Farbdrucken die gleichen Positionen für die verschiedenen Farben durch Laserstrahlen abgetastet, so dass Fehler bei der Korrekturgenauigkeit des optischen Systems direkt als Farbabweichungen auftreten.
Die Druckschrift US-Patent-Application US-A-5,872,486 offenbart ein Schema zum Ändern der Mittelfrequenz eines Oszillators zwischen zwei sog. Geräusch-("bang/bang"-)Frequenzan. Die Änderung der Geräusch-Frequenz erfolgt konstant proportional zu der Ausgangsfreqenz des Oszillators.
Die Druckschrift US-Patent-Application US-B-6,229,400 offenbart einen Frequenzoszillator, der dazu bestimmt ist, intended to vary ein Frequenzausgangssignal zu verändern, um die Energie einer EMI (Electromagnetic Interference) über einen Frequenzbereich zu verteilen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Oszillator, der eine Modulationsfunktion hat, die in der Lage ist, die Frequenz zusätzlich zu einem Steuersignal zu steuern, und eine PLL-Schaltung zu schaffen, die denselben benutzt.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, ist gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Oszillator zum Schwingen mit einer Frequenz auf der Grundlage eines Steuersignals gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Vorzugsweise wird eine Modulationsrate eines Modulationsmittels durch ein Verhältnis einer Oszillationsfrequenz zu einem Modulationssignalwert gesteuert.
Ferner wird der Modulationssignalwert vorzugsweise digital eingegeben.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Oszillator des Ringtyps vorgesehen, der eine Vielzahl von Verzögerungsstufen enthält, die hinsichtlich eines Verzögerungswerts durch einen Inverter oder Pufferspeicher und ein Steuersignal gesteuert werden, in Kaskade miteiander verbunden sind und eine geschlossene Schleife mit einer invertierten Phase bilden, die ein Modulationsmitttel zum Modulieren einer Oszillationsfrequenz durch Hinzufügen eines Modulationssignals zu dem Steuersignal in einem Teil der Vielzahl der Verzögerungsstufen umfasst.
Vorzugsweise wird die Modulationsrate des Modulationsmittels durch das Verhältnis einer Oszillationsfrequenz zu dem Modulationssignalwert gesteuert.
Ferner macht der Modulationssignalwert vorzugsweise einen Steuersignalwert 1/n aus und wird überdies derart gewichtet, dass er einen variablen Bereich von m Bits hat.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine PLL-Schaltung vorgesehen, die einen Phasendetektor zum Vergleichen der Phasen eines Rückkopplungssignals eines Ausgangssignals und eines Referenzsignals und Ausgeben eines Signals, das eine Phasendifferenz angibt, ein Schleifenfilter zum Empfangen eines Ausgangssignals des Phasendetektors und Ausgeben eines Steuersignals zum Aufheben der Phasendifferenz und einen Oszillator zum Schwingen mit einer Frequenz auf der Grundlage eines Steuersignals aus dem Schleifenfilter umfasst, wobei der Oszillator ein Modulationsmittel zum Modulieren einer Frequenz durch Hinzufügen eines Modulationssignals zu dem Steuersignal umfasst.
In dem Oszillator wird vorzugsweise ein zweites Steuersignal durch ein Steuersignal des Schleifenfilters gesteuert, und die Frequenz wird durch das zweite Steuersignal gesteuert.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine PLL-Schaltung vorgesehen, die einen Phasendetektor zum Vergleichen der Phasen eines Rückkopplungssignals eines Ausgangssignals und eines Referenzsignals und Ausgeben eines Signals, das eine Phasendifferenz angibt, ein Schleifenfilter zum Empfangen eines Ausgangssignals des Phasendetektors und Ausgeben eines Steuersignals zum Aufheben der Phasendifferenz und einen Oszillator zum Schwingen mit einer Frequenz auf der Grundlage eines Steuersignals aus dem Schleifenfilter umfasst, wobei der Oszillator einen Ringtyp bildet, der eine Vielzahl von Verzögerungsstufen enthält, die hinsichtlich eines Verzögerungswerts durch einen Inverter oder Pufferspeicher und ein Steuersignal gesteuert werden, in Kaskade miteinander verbunden sind, eine geschlossene Schleife mit einer invertierten Phase bilden und ein Modulationsmittel zum Modulieren einer Oszillationsfrequenz durch hinzufügen eines Modulationssignals zu dem Steuersignal in einem Teil der Vielzahl der Verzögerungsstufen umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Multiplikationstakt, der mit einem Referenzsynchronisierungssignal synchronisiert und durch die PLL-Schaltung gewonnen ist, nicht hinsichtlich der Frequenz in seinem Synchronisierungssignal moduliert.
Beispielsweise moduliert der Oszillator in der PLL-Schaltung die Frequenz mit z. B. einer Modnlationsrate, die als ein digitaler Wert gegeben ist, schwingt mit einer modulierten Frequenz, die einer Steuerspannung V_c eines Schleifenfilters entspricht, und erzeugr dadurch ein Taktsignal, das eine modulierte Frequenz hat. Das Taktsignal wird einer Lichtquelle eines Rasterausgabe-Abtastsystems zugeführt.
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die im folgenden anhand der vorliegenden Figuren gegebenen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich.
1 zeigt eine Ansicht eines Beispiels für die allgemeine Konfiguration eines Laserstrahl-Druckers.
2 zeigt ein schematische Ansicht des Wegs eines Laserstrahls, der durch einen Polygonspiegel reflektiert wird und einen Umkreis in dem Laserstrahl-Drucker abtastet.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Konfiguration einer allgemeinen PLL-Schaltung, die in einem Taktsteuersystem einer Laserquelle des Laserstrahl-Druckers gemäß 1 benutzt wird.
4A zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Referenzsignals, das der PLL-Schaltung gemäß 3 eingegeben wird.
4B zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Ausgangssignals der PLL-Schaltung.
5 zeigt ein Ansicht zum Erklären einer Positionsabweichung eines optischen Systems in einem Laserstrahl-Drucker.
6 zeigt eine schematische Ansicht der grundlegenden Konfiguration eines Rasterausgabe-Abtastsystems eines Laserstrahl-Druckers, der eine PLL-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt.
7 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Konfiguration einer PLL-Schaltung gemä dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
8 zeigt eine Ansicht eines Ring-Oszillators als allgemeiner Typ eines Variabelfrequenz-Oszillators.
9 zeigt eine Ansicht zum Erklären der Konfiguration eines spannungsgesteuerten Oszillators, der dafür konfiguriert ist, einen Strom gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuführen.
10 zeigt ein Ansicht zum Erklären der Konfiguration eines spannungsgesteuerten Oszillators, der dafür konfiguriert ist, einen gewichteten Strom gemäß der vorliegenden Erfindung zuzuführen.
11A zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Referenzsignals, das einer PLL-Schaltung eingegeben wird.
11B zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Ausgangstaktsignals CLK_cp der PLL-Schaltung gemäß 3, die keine Modulationsfunktion hat.
11C zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Ausgangstaktsignals CLK_cpm, wenn es durch die PLL-Schaltung gemäß 7 moduliert ist.
11D zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines digitalen Signals DGT zur Modulation des spannungsgesteuerten Oszillators.
12 zeigt eine schematische Ansicht des Wegs eines Laserstrahls, der durch einen Polygonspiegel reflektiert wird und einen Umkreis in dem Laserstrahl-Drucker gemäß 6 abtastet.
13 zeigt ein Blockschaltbild eines anderen Beispiels für die Konfiguration einer PLL-Schaltung, die eine Modulationsfunktion hat.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die vorliegenden Figuren erklärt.
6 zeigt eine schematische Ansicht der grundlegenden Konfiguration eines Rasterausgabe-Abtastsystems eines Laserstrahl-Druckers, der eine PLL-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt.
Ein Laserstrahl-Drucker 100 des Rasterausgabe-Abtastsystems umfasst, wie in 6 gezeigt, eine Laserquelle 101, eine Kollimatorlinse 102, eine zylindrische Linse 103, einen Polygonspiegel 104, eine fθ-Linse 105, ein optisches Reflexionssystem 106, eine photosensitive Trommel 107 und eine Taktzuführungsschaltung 108.
Die Laserquelle 101 strahlt einen Laserstrahl LO, der einer vorbestimmten Modulationsoparation in Synchronisierung mit einem später zu erklärenden frequenzmodulierten Taktsignal CLK_opm, das von der Taktzuführungsschaltung 108 zugeführt wird, unterzogen ist, zu der Kollimatorlinse 102 aus.
Die Kollimatorlinse 102 setzt den modulierten Laserstrahl, der von der Laserquelle 101 ausgestrahlt wird, in paralleles Licht um und strahlt es zu der zylindrischen Linse 103 aus.
Die zylindrische Linse 103 fokussiert den Laserstrahl, der durch die Kollimatorlinse 102 in paralleles Licht umgesetzt ist, auf eine Lichtreflexionsfläche des Polygonspiegele 104.
Der Polygonspiegel 104 dreht sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und umfasst eine Vielzahl von Lichtreflexionsflächen zum Reflektieren des Laserstrahls von der zylindrischen Linse 103 in eine entgegengesetzte Richtung einer eingerichteten Position der photosensitiven Trommel 107.
Die fθ-Linse 105 führt eine Korrektur durch, so dass das Frequenzverhältnis zum Steuern der Abtastgeschwindigkeit und der Punkte eines Strahls, der durch den Polygonspiegel 104 reflektiert ist, einen vorbestimmten optischen Weg verfolgt und auf die phatosensitive Trommel 107 konvergiert wird, konstant wird und der Strahl zu dem optischen Reflexionssystem 106 ausgestrahlt wird. Das optische Reflexionssystem 106 reglektiert den Laserstrahl, der von der fθ-Linse 105 ausgestrahlt wird, eine Vielzahl von Malen und fokussiert ihn über einen vorbestimmten Bereich der photosensitiven Trommel 107.
Der genannte Laserstrahl-Drucker 100 wendet ein Raster-Abtastverfahren an, tastet den Laserstrahl LO aus der Laserquelle 101 durch den Polygonspiegel 104, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, und die fθ-Linse 105 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ab und fokussiert ihn auf die photosensitive Trommel 107, um ein latentes elektrostatisches Bild über das optische Reflexionssystem 106 auf der photosensitiven Trommel 10 aufzuzeichnen. Folglich belichtet er einen geladenen Teil der photosensitiven Trommel 107, um ein latentes elektrostatisches Bild auf der photosensitiven Trommel 107 aufzuzeichnen, das dann auf Papier ausgedruckt wird.
Die Taktzuführungsschaltung 108 weist eine PLL-Schaltung auf. Die PLL-Schaltung enthält einen Variabelfrequenz-Oszillator zum Steuern einer Frequenz durch ein Steuersignal und hat eine Modulationsfunktion, die in der Lage ist, die Frequenz zusätzlich zu dem Steuersignal zu steuern. Diese Modulationsfunktion wird durch das Verhältnis der Oszillationsfrequenz in bezug auf den Steuersignalwert gesteuert. Die Schaltung erzeugt ein Taktsignal CLK_opm, das dieser Modulationsoperation unterzogen wird, und führt es der Laserquelle 101 zu.
7 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Konfiguration einer PLL-Schaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Eine PIL Schaltung 108A umfasst, wie in 7 gezeigt, eine Negativ-Rückkopplungsschaltung, die einen Phasendetektor (PD) 1081, ein Schleifenfilter (LPF) 1082, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 1083, der eine Frequenz-Modulationsfunktion hat, und einen programmierbsren Zähler (PC) 1084 enthält.
Der Phasendetektor 1081 vergleicht die Phasen eines Referenzsignals S_r und eines Divisionssignals S_dv von dem programmierbsren Zähler 1084 und gibt ein Signal S1081 in Übereinstimmung mit der Differenz zu dem Schleifenfilter 1092 aus.
Das Schleifenfilter 1082 erzeugt eine Steuerspannung V_c des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 1083 in Übereinstimmung mit dem Signal S1081 und gibt sie an den spannungsgesteuerten Oszillator 1083 aus.
Der VCO 1083 enthält einen Digital/Analog-Wandler (DAC) 1085, schwingt durch Modulieren einer Frequenz in Übereinstimmung mit der Steuerspannung V_c des Schleifenfilters 1082 unter Benutzung einer Modulationsrate, die als ein analoger Wert aus dem DAC 1085 gegeben ist, um ein Taktsignal CLK_opm zu erzeugen, das eine Frequenz f_opm hat, und gibt es an die Laserquelle 101 und den programmierbaren Zähler 1084 aus.
Der programmierbare Zähler 1084 dividiert die Frequenz f_opm des ausgegebenen modulierten Taktsignals CLK_opm des VCO 1083 exakt durch N (hierbei ist N = 24) und gibt ein Divisionssignal S_dv, das eine Frequenz f_opm/N hat, an den Phasendetektor 1081 aus.
Als nächstes wird ein VCO, der ein Ausführungsbeispiel für den Variabelfrequenz-Oszillator gemäß der vorliegenden Erfindung ist, in weiteren Einzelheiten erklärt.
Als allgemeiner Variabelfrequenz-Oszillator wird ein Ring-Oszillator vorgeschlagen, der in 8 gezeigt ist.
Der Ring-Oszillator 200 umfasst, wie in 8 gezeigt, eine Vielzahl von (drei in 8) Invertern INV201 bis INv203, die in Kaskade in einem Ring miteiander verbunden sind, und Stromquellen I201 bis I203.
Eine Oszillationsfreqaenz des Ring-Oszillators 200 wird durch drei Parameter Va, C1 u. I_c bestimmt, die eine Ausgangssignalamplitude Va der Inverter, eine Lastkapazität C1, die auf ein Ausgangssignal der Inverter wirkt, und ein Steuerstrom I_c sind.
Die Frequenz f_op eines Ausgangstakts CLK_op wird durch die Anzahl von Inverterstufen bestimmt. Es besteht jedoch eine Beziehung, die durch die im folgenden angegebene Formel (1) gegeben ist: fop = Ic/C1Va (1)
Dieser Variabelfrequenz-Oszillator wird als stromgesteuerter Oszillator (ICO) bezeichnet, wenn der Steuerstrom I_c als direktes Eingangssignal empfangen wird, während er als spannungsgesteuerter Oszillatar (VCO) bezeichnet wird, wenn die Steuerspannung V_c als Eingangssignal empfangen und I_c gesteuert wird. Beispielsweise steuert in einem VCO die Steuerspannung V_c eine Ausgangssignal-Frequenz f_op.
Es sei der Fall betrachtet, in dem unabhängig von dem Steuerstrom I_c, der durch die Steuerspannung V_c bestimmt wird, wie dies in 9 gezeigt ist, ein zusätzlicher Strom ΔI aus einer Stromquelle I204, der proportional zu ΔI_c ist, über einen Schalter (SW) 201 hinzugefügt wird, wobei ein Steuerstrom, der in den VCO 200A fließt, I_c ist und ein moduliertes Taltsignal CLK_opm, das ausgegeben wird und eine Frequenz f_opm hat, gewonnen wird.
In diesem Fall werden auf die gleiche Weise, wie zuvor erklärt, die Frequenz und C, V u. I_c die gleichen Werte wie diejenigen in der zuvor genannten Formel (1), so dass sie die folgende proportionale Beziehung auf der Grundlage von Formel (1) haben: Ic:(IIc + ΔI)αfop:fopm + Δf (2)
Wie zuvor erklärt wird es durch Addieren des festgelegten Stroms ΔI zu dem Steuerstrom I_c möglich, die Frequenz des Ausgangstakts CLK_opm als ganzes verglichen mit CLK_op im Falle gemäß 8 anzuheben oder abzusenken.
Der VCO 200A gemäß 9 kann als der VCO 1003 des vorliegenden Ausführungsbeispiels benutzt werden.
In diesem Fall wird der Ausgangstakt CLK_opm bei einem konstanten Frequenzverhältnis erhöht oder erniedrigt.
Wenn der zusätzliche Strom ΔI als positiver oder negativer Wert gewonnen werden kann, kann er zum Anheben bzw. Absenken der Frequenz benutzt werden.
Zur weiteren Verbesserung der Steuerbarleit kann der VCO 1083 (200B) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich zum Addieren des festgelegten Stroms ΔI zu dem Steuerstrom I_c wie in 10 gezeigt als DAC (Digital/Aanalog Converter) konfiguriert sein, der den Steuerstrom I_c durch n dividiert (n kann irgendeine Zahl sein), zusätzliche Ströme wichtet, um einen variablen m-Bit-Bereich (1/2, 1/4, 1/8, ... 1/2ⁿ) zu erhalten, und die zusätzlichen Ströme durch Schalter SW202 bis SW205 schaltet.
In 10 bezeichnen I205 eine Stromquelle eines zusätzlichen Stroms I_c/2n, I206 eine Stromquelle eines zusätzlichen Stroms I_c/4n, I207 eine Stromquelle eines zusätzlichen Stroms I_c/8n ... bzw. I208 eine Stromquelle eines zusätzlichen Stroms I_c/mn.
In dem VCO 200B ist ein zusätzlicher Strom für einen digitalen m-Bit-Eingabekode d, der dem DAC 1085 eingegeben wird, durch die folgende Formel gegeben, und es kann ein maximaler Strom ΔI I_cn addiert werden. ΔI = Jc·d/n2n (3)
Wenn die Modulationsrate α = (Δf_opm – Δf_op)/Δf_op der Frequenz definiert wird, hängt die Modulationsrate α der Frequenz nicht von der Oszillationsfrequenz f_op des Ausgangstaktsignals ab und hält die untenstehende Beziehung aufrecht: α = kd (4)
Hierbei ist k ein Koeffizient zum Bestimmen einer Modulationsrate für den Eingabekode d. Dieser wird durch eine proportionale Beziehung zum Gewinnen einer Oszillationsfrequenz f_op bestimmt, die aus der Beziehung der zuvor genannten Formel (1) und einem Stromverhältnis n ermittelt ist.
Wie zuvor erklärt ist die kennzeichnende Charakteristik des VCO 1083 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass die Modulationsrate der Frequenzmodulation durch einen digitalen Kode d ausgedrückt werden kann, der dem DAC eingegeben wird.
Wenn ein Modulationsmuster beim Synchronisieren mit einem Referenzsignal vorbereitet wird, kann eine PLL-Schaltung erreicht werden, die mit dem Referenzsignal synchronisiert wird und Frequenzmodulations-Charakteristika hat.
Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit gemäß 2 ändert, ändert sich der Zyklus des Synchronisierungssignals. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ändert sich jedoch die Modulation des VCO nicht in Übereinstimmung mit der Oszillationsfrequenz, sondern mit deren Verhältnis, so dass es nicht erforderlich ist, ein Modnlationsmuster separat vorzubereiten, das der Taktfrequenz entspricht.
Als Ergebnis kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Frequenz durch Konfigurieren einer PLL-Schaltung 108A wie in 7 gezeigt unter Benutzung eines VCO moduliert wird, der einen Frequenzmodulations-DAC gemäß 10 hat, dann wenn ein digitales Signal DGT zur Modulation eingegeben wird, das mit dem Referenzsignal Sr durch Ändern des digitalen Kodes zur Modulation innerhalb einer zyklischen Periode des Referenzsignals synchronisiert wird, ein stabiler Verriegelungszustand in der PLL-Anordnung ungeachtet des durchschnittlichen Werts von Steuerkodes erreicht werden.
11A zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Referenzsignals Sr, das einer PLI-Schaltung zugeführt wird, 11B zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Ausgangstakts CLK_op der PLL-Schaltung, die keine Modulationsfunktion gemäß 3 hat, 11C zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines Ausgangstakts CLK_opm, der durch die PLL-Schaltung gemäß 7 moduliert ist, und 11D zeigt ein Impuls/Zeit-Diagramm eines digitalen Signals DGT zur Modulation des VCO.
11A u. 11B zeigen nämlich die Beziehung eines Referenzsignals S_r und eines Synchronisierungstakts, dic sich ergibt, wenn eine PLL-Schaltung unter Benutzung eines normalen VCO konfiguriert ist.
Außerdem zeigen 11A, 11C u. 11D die Beziehung eines Referenzsignals S_r, eines digitalen Eingangssignals und eines modulierten Ausgangstakts CLK_opm, die sich ergibt, wenn ein digitales Signal DGT zur Modulation des VCO unter Benutzung eines VCO 200B eingegeben wird, der einen Modulations-DAC hat, wie er in 10 gezeigt ist.
Auf jeden Fall beträgt die Gesamtanzahl bei den Synchronisierungstakten in dem Referenzsignal 24. Dies ist identisch mit dem Wert des programmierbaren Zählers (PC)
N = 24.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ändert, wie in 11D gezeigt, das digitale Signal DGT zur Modulation des VCO die Frequenz in drei Stufen in 8 Taktintervallen in einer Synchronisierungsperiode des Referenzsignals S_r.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Abtast-Periodee speziell in drei Perioden unterteilt, wobei der größte erste digitale Wert d0 der ersten Periode t1 (vom Beginn bis zum Ablauf des Abtastens zu einer vorbestimmten Zeit) zugeteilr ist, ein kleinster zweiter digitaler Wert d1 der zweiten Periode t2 (ungefähr die mittlere Periode der Abtast-Periode), die sich von der ersten Periode t1 forsetzt, zugeteilt ist. und ein mittlerer Wert d2 der ersten und zweiten digitalen Werte der dritten Periode t3 (bis zum Ende der Abtast-Periode), die sich von der zweiten Periode t2 fortsetzt, zugeteilt ist.
Der Modulationagrad (Modulationsrate} in dem VCO 1083 wird größer, wenn der Wert des gegebenen digitalen Modulationssignals DGT grßer wird, wie aus 11C ersichtlich ist.
Der VCO 1083 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in der Lage, die Oszillationsfrequenz in Synchronisierung mit einem Referenzsignal zu modulieren.
Es sei angemerkt, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Signal, das durch Dividieren eines Multiplikationstakts, der in Synchronisierung mit einem Referenzsignal, das durch die PLL-Schaltung gewonnen ist, moduliert ist, durch ein Vielfaches gewonnen ist, infolge der PLL-Operation vollständig mit dem Referenzsignal synchronisiert wird.
Als nächstes wird die Operation der zuvor beschriebenen Konfiguration unter Bezugnahme auf 11A, 11C, 11D u. 12 erklärt.
Es sei angemerkt, dass 12 eine schematische Ansicht des Wegs eines Laserstrahl zeigt, der mittels eines Polygonspiegels reflektiert und in einem Umkreis in dem Laserstrahl-Drucker gemäß 6 abgetastet wird.
Zunächst wird der größte erste digitale Wert d0 während der ersten Periode t1 als ein digitales Modulationssignal DGT dem DAC 1085 des VOC 1083 der PLL-Schaltung 108A eingegeben, welche die Taktzuführungsschaltung 108 bildet.
In der PLL-Schaltung 108A werden die Phasen des Referenzsignals S_r und eines Divisionssignals S_dv aus dem programmierbaren Zähler 1004 durch den Phasendetektor 1081 verglichen, und es wird ein Signal 1081 in Übereinstimmung mit der Differenz an das Schleifenfilter 1082 ausgegeben.
In dem Schleifenfilter 1082 wird eine Steuerspannung V_c des VCO 1083 in Übereinstimmung mit dem Signal S1081 aus dem Phasendetektor 1081 erzeugt und wird an den VCO 1083 ausgegeben.
In dem VCO 1083 wird die Frequenz unter Benutzung einer Modulationsrate moduliert, die als analoger Wert aus dem DAC 1085 gegeben ist, und der VCO startet seine Schwingung mit einer Modulationsfrequenz f0 in Übereinstimmung mit der Steuerspannung V_c aus dem Schleifenfilter 1082, wie dies in 11C gezeigt ist. Dann wird ein Taktsignal CLK_opm erzeugt, das die Frequenz f0 (f_op) hat, und wird an die Laserquelle 101 und den programmierbaren Zähler 1084 ausgegeben.
Außerdem wird in dem programmierbaren Zähler 1084 die Frequenz f_opm des ausgegebenen Modulation-Taktsignals CLK_opm des VCO 1083 exakt durch N geteilt, und es wird ein Divisionssignal S_dv an den Phasendetektor 1081 ausgegeben, das eine Frequenz f_opm/N hat.
In der Laserquelle 101, die das Taktsignal CLK_opm empfängt, das eine modulierte Frequenz f0 hat, wird ein Laserstrahl LO einer vorbestimmten Modulationsoperation in Synchronisierung mit dem Taktsignal CLK_opm unterzogen und ausgestrahlt. Der Laserstrahl LO aus der Laserquelle 101 wird, wie in 6 gezeigt, durch die Kollimatorlinse 102 in paralleles Licht umgesetzt, dann auf die zylindrische Linse 103 konvergiert und auf eine Lichtrefelexionsfläche des Polygonspiegels 104 fokussiert.
Durch den Polygonspiegel 104 wird der Laserstrahl von der zylindrischen Linse 103 an ihrer Lichtreflexionsfläche 1041 in entgegengesetzter Richtung zu der eingerichteten Position der photosensitive Trommel 107 reflektiert. Als Ergebnis wird der Laserstrahl LO aus der Laserquelle 101 in einem vorbestimmten Bereich durch den Polygonspiegel 104, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, und die fθ-Linse 105 abgetastet und über das optische Reflexionssystem 106 auf einen vorbestimmtem Bereich von einem Endteil aus auf die pbotossnaitive Trommel 107 abestrahlt.
In diesem Fall wird der Laserstrahl über den Bereich abgetastet, der wie in 12 gezeigt durch T1 angegeben ist.
Als nächstes wird der kleinste zweite digitale Wert d1 während der zweiten Periode t2 des DAC 1085 des VCO 1083 der PLL-Schaltung 108A, welche die Taktzuführungsschaltung 108 bildet als ein digitales Modulationsignal DGT eingegeben.
In dem VCO 1083 der PLL-Schaltung wird die Frequenz mit einer Modulationsrate moduliert, die als analoger Wert von dem DAC 1085 gegeben ist, und, wie in 11C gezeigt, startet der VCO die Schwingung mit einer niedrigeren Modulationsfrequenz f1 als f0, die der Steuerspannung V_c aus dem Schleifenfilter 1082 entspricht. Dann wird ein Taktsignal CLK_opm, das die niedrige Frequenz f1 (f_opm) hat, erzeugt und an die Laserquelle 101 und den programmierbaren Zähler 1084 ausgegeben.
In der Laserquelle 101, die das Taktsignal CLK_opm empfängt, das eine modulierte Frequenz f1 hat, wird ein Laserstrahl LO einer vorbestimmten Modulationsoperation in Synchronisierung mit dem Taktsignal CLK_opm unterzogen und ausgestrahlt. Der Laserstrahl LO aus der Laserquelle 101 wird durch die Kollimatorlinse 102 in paralleles Licht umgesetzt, durch die zylindrische Linse 103 konvergiert und auf die Lichtreflexionsfläche des Polygonspiegels 104 fokussiert.
Mit dem Polygonspiegel 104 wird der Laserstrahl von der zylindrischen Linse 103 an der Lichtreflexionsfläche 1041 in eine entgegengesetzte Richtung der eingerichteten Position der photosensitiven Trommel 107 reflektiert. Als Ergebnis wird der Laserstrahl LO aus der Laserquelle 101 durch den Polygonspiegel, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, und die fθ-Linse 105 in einem vorbestimmten Bereich 104 abgetastet und über das optische Reflexionssystem 106 auf einen angenähert zentralen Bereich auf der photosensitiven Trommel 107 abgestrahlt.
In diesem Fall wird der Laserstrahl über einen in 12 gezeigten Bereich abgetastet, der durch T2 angegeben ist.
Als nächstes wird während der dritten Periode t3 dem DAC 1085 des VCO 1093 der PLL-Schaltung 108A, welche die Taktzuführungsschaltung 108 bildet, ein mittlerer dritter digitaler Wert d2 als ein digitales Modulationsignal DGT eingegeben.
In dem VOC 1083 der PLL-Schaltung wird die Frequenz mit einer Modulationsrate moduliert, die als analoger Wert von dem DAC 1085 gegeben ist, und, wie in 11C gezeigt, startet der VCO seine Schwingung mit einer höheren Modulationsfrequenz f2 als f1, die einer Steuerspannung V_c aus dem Schleifenfilter 1082 entspricht. Dann wird ein Taktsignal CLK_opm erzeugt, das die Frequenz f2 (f_opm) hat, und an die Laserquelle 101 und den programmierbaren Zähler 1084 ausgegeben.
In der Laserquelle 101, die das Taktsignal CLK_opm empfängt, das die modulierte Frequenz f2 hat, wird ein Laserstrahl LO einer vorbestimmten Modulationsoperation in Synchronisierung mit dem Taktsignal CLK_opm unterzogen und ausgestrahlt. Der Laserstrahl LO aus der Laserquelle 101 wird durch die Kollimatorlinse 102 in paralleles Licht umgesetzt, durch die zylindrische Linse 103 konvergiert und auf die Lichtreflexionsfläche des Polygonspiegels 104 fokussiert.
Durch den Polygonspiegel 104 wird der Laserstrahl von der zylindrischen Linse 103 an der Lichtreflexionsfläche 1041 in einer entgegengesetzten Richtung der eingerichteten Position der photosensitiven Trommel 107 reflektiert. Als Ergebnis wird der Laserstrahl LO aus der Laserquelle 101 durch den Polygonspiegel 104, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, und die fθ-Linse 105 in einem vorbestimmten Bereich abgetastet und über das optische Reflexionssystem 106 auf den Rest des anderen Endteils auf der photosensitiven Trommel 107 abgestrahlt.
In diesem Fall wird der Laserstrahl über einen in 12 gezeigten Bereich abgetastet, der durch T3 angegeben ist.
Wie zuvor erklärt kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Konfigurieren einer PLL-Schaltung unter Benutzung des VCO 1083, der einen DAC 1085 enthält, ein Variabelfrequenz-Oszillator, der in der Lage ist, einen Taktzyklus digital zu modulieren, das Starten der Schwingung nach dem Modulieren der Frequenz mit einer Modulationsrate, die als analoger Wert von dem DAC 1085 in Übereinstimmung mit einer Steuerspannung V_c aus dem Schleifenfilter 1082 gegeben ist, sowie das Erzeugen eines Taktsignals CLK_opm der Frequenz f_opm und das Zuführen desselben zu der Laserquelle 101 durchzuführen, leicht konfiguriert werden, und die Frequenzmodulation in der Synchronisierungsperiode kann leicht durchgeführt werden, während die PLL-Synchronisierung aufrechterhalten wird.
Überdies ist, da der VCO durch Spannung gesteuert wird, die ein analoger Wert ist, ein DAC zur digitalen Steuerung durch Software von außen erforderlich. Der DAC ist jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in den VCO eingebaut. Der Modulationsbetrag kann daher als ein digitaler Wert gehandhabt werden. Es ist auch möglich, den DAC mit einer Modulationsfunktion und einer Oszillationsfrequenz-Proportionalfunktion auszustatten.
Es sei angemerkt, dass es im Hinblick auf das vorliegende Ausführungsbeispiel, während ein Laserstrahl-Drucker als Beispiel erklärt wurde, ersichtlich ist, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diesen beschränkt ist und bei irgendwelchen Anwendungen benutzt werden kann, die eine Frequenzmodulation erfordern. Als Gebauchsgegenstände, die kein Laserstrahl-Drucker sind, könnten beispielsweise ein digitales Kopiergerät, ein Videogerät, in dem eine Elektronenkanone horizontal abgetastet wird, ein Flüssigkristall-Projektor usw. erwähnt werden.
Außerdem wurde das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel derart konfiguriert, dass die Oszillationsfrequenz des VCO durch Steuern des Modulationsgrads über den DAC durch einen digitalen Wert moduliert wird. Es kann jedoch auch in anderer Art und Weise konfiguriert sein.
Um die Oszillationsfrequenz in der Synchronisierungsperiode der PLL-Schaltung 108B durch eine andere Konfiguration zu modulieren, ist es z. B., wie in 13 gezeigt, möglich, einen neuartigen Eingabeweg zum Hinzufügen eines Steuerspannungssignals SV_c zur Modulation und eine Schaltung 1086 zum Erzeugen des zusätzlichen Signals für ein Eingabesystem für die Steuerspannung V_c des VCO 1083 vorzusehen.
Es sei angemerkt, dass bei der PLL-Schaltung 108B, da der absolute Wert der Änderung der Steuerspannung V_c der absolute Wert der Änderung der Oszillationsfrequenz wird, sich je höher die Oszillationsfrequenz des VCO 1083 ist, desto kleiner die Änderung zeigt, während umgekehrt je niedriger die Oszillationsfrequenz ist, desto größer sich die Änderung zeigt.
Als Ergebnis ist es, um das Verhältnis konstant zu halten, vorzuziehen, eine Schaltung zum Steuern der Spannungsänderung in Übereinstimmung mit der Steuerspannung V_c zu schaffen
Es sei angemerkt, dass die zuvor erklärten Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern und nicht, um die vorliegende Erfindung einzuschränken.
Demgemäß enthalten Elemente, die in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbart sind, alle Ausbildungsmodifikationen und Äquivalente, die zu dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung gehören.

Claims

Oszillator zum Schwingen mit einer Frequenz (fopm) auf der Grundlage eines Steuersignals (Vc), der umfasst: – ein Modulationsmittel (1085) zum Modulieren der Frequenz (fopm) durch Hinzufügen eines Modulationssignals (Ic) zu dem Steuersignal, wobei das Modulationssignal (Ic) einen Wert des Steuersignals (Vc) zu inkrementierten zusätzlichen Signalwerten moduliert, wobei eine Vielzahl von Stromquellen die inkrementierten Signalwerte bereitstellen, jede Stromquelle einen verschieden gewichteten Strom bereitstellt und jeder gewichtete Strom einer aus einem Satz von Werten m ist, wodurch jeder Wert proportional zu 1/2^x ist, wobei x eine ganze Zahl zwischen 1 und m ist und m eine Anzahl von Bits in einem binären m-Bit-Wort (DGT) repräsentiert, und – eine Vielzahl von Schaltern, die durch das binäre m-Bit-Wort gesteuert werden, wobei jeder Schalter angeordnet ist, um eine der Vielzahl der verschieden gewichteten Stromquellen zu schalten, um den inkrementierten zusätzlichen Signalwert in Übereinstimmung mit einem Wert einer entsprechenden binären Ziffer des m-Bit-Worts bereitzustellen.
Oszillator nach Anspruch 1, wobei das Modulationsmittel (1085) eine Modulationsrate durch ein Verhältnis einer Schwingfrequenz zu einem Modulations-Signalwert steuert.
Oszillator nach Anspruch 2, wobei der Wert des Modulationssignals (Ic) gemäß dem Wert des binären m-Bit-Worts digital ist.
Oszillator nach Anspruch 1, wobei der Oszillator einen Ring-Oszillator (200) bildet, der eine Vielzahl von Verzögerungsstufen (INV201, INV202, INV203) enthält, die bezüglich des Verzögerungswerts durch einen Inverter oder Pufferspeicher und das Steuersignal gesteuert werden, in Kaskade verbunden sind und eine geschlossene Schleife durch eine invertierte Phase bilden, und wobei der Oszillator das Modulationsmittel (1083) zum Modulieren einer Schwingfrequenz durch Hinzufügen des Modulationssignals zu dem Steuersignal teilweise aus der Vielzahl von Verzögerungsstufen (INV201, INV202, INV203) umfasst.
Oszillator nach Anspruch 4, wobei das Modulationsmittel (1085) die Modulationsrate durch ein Verhältnis einer Schwingfrequenz zu einem Modulations-Signalwert steuert.
PLL-Schaltung, die umfasst: – den Oszillator nach Anspruch 1, – einen Phasendetektor (1081) zum Vergleichen einer Phase eines Rückkopplungssignals eines Ausgangssignals und eines Referenzsignals und Ausgeben eines Signals, das eine Phasendifferenz angibt, und – ein Schleifenfilter (1082) zum Empfangen eines Ausgangssignals des Phasendetektors und Ausgeben eines Steuersignals zum Aufheben der Phasendifferenz.
PLL-Schaltung nach Anspruch 6, wobei eine Modulationsrate des Modulationsmittels (1085) durch ein Verhältnis einer Schwingfrequenz zu einem Modulationssignalwert gesteuert wird.
PLL-Schaltung nach Anspruch 7, wobei der Modulationssignalwert gemäß dem Wert des binären m-Bit-Worts digital ist.
PLL-Schaltung nach Anspruch 6, wobei in dem Oszillator ein zweites Steuersignal durch ein Steuersignal des Schleifenfilters (1081) gesteuert wird und die Frequenz durch das zweite Steuersignal gesteuert wird.
PLL-Schaltung nach Anspruch 6, wobei der Oszillator einen Ring-Oszillator (200) bildet, der eine Vielzahl von Verzögerungsstufen (INV201, INV202, INV203) enthält, die bezüglich des Verzögerungswerts durch einen Inverter oder Pufferspeicher und das Steuersignal gesteuert werden, in Kaskade verbunden sind und eine geschlossene Schleife durch eine invertierte Phase bilden, und wobei der Oszillator das Modulationsmittel (1083) zum Modulieren einer Schwingfrequenz durch Hinzufügen des Moduliationssignals zu dem Steuersignal teilweise aus der Vielzahl von Verzögerungsstufen (INV201, INV202, INV203) umfasst.
PLL-Schaltung nach Anspruch 10, wobei das Modulationsmittel die Modulationsrate durch ein Verhältnis einer Schwingfrequenz zu dem Modulationssignalwert steuert.
PLL-Schaltung nach Anspruch 10, wobei in dem Oszillator ein zweites Steuersignal durch ein Steuersignal des Schleifenfilters gesteuert wird und die Frequenz durch das zweite Steuersignal gesteuert wird.