DE69326742T2

DE69326742T2 - Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE69326742T2
Application number: DE69326742T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Miyazaki
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2013-12-07
Also published as: CA2110756A1; EP0601515A1; DE69326742D1; JPH06177645A; KR940015958A; JP2626432B2; AU5219593A; KR960016733B1; AU671316B2; EP0601515B1; CA2110756C; US5654678A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung, die auf vielfältige Arten elektronischer Vorrichtungen als eine Taktquelle anwendbar ist, und insbesondere eine Oszillatorschaltung der Art, die einen Quarzoszillator verwendet und keinen zufälligen Abfall des Oszillationspegels und kein zufälliges Ende der Oszillation aufweist.
Eine herkömmliche Oszillatorschaltung, insbesondere eine, die einen Quarzoszillator verwendet, oszilliert nur kontinuierlich, wenn der Widerstand Rx des Oszillators relativ zur Frequenz und der negative Widerstand -Ro der Schaltung einer Beziehung -Ro > Rx genügen. Die Oszillation wird stabilisiert, wenn der Oszillationspegel steigt, bis Rx = -Ro gilt.
Jedoch ist das Problem bei der herkömmlichen Schaltung, daß der Oszillationspegel ebenfalls fällt, wenn der negative Widerstand -Ro der Schaltung zum Beispiel aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur sinkt. Wenn der negative Widerstand -Ro der Schaltung ferner auf unterhalb des Widerstands Rx des Oszillators fällt, hört die Schaltung praktisch auf zu oszillieren.
US-A-4 193 046 offenbart einen piezoelektrischen Oszillator mit automatischer Verstärkungsregelung, wobei die Rückkopplung auf eine Oszillatorschaltung und nicht eine Resonanzschaltung mit einem Quarzoszillator angewendet wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oszillatorschaltung zur Verfügung zu stellen, deren Oszillationspegel ungeachtet der Temperatur und anderen Umgebungsbedingungen nicht fällt oder die nicht aufhört zu oszillieren.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen deutlicher; es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild, das eine herkömmliche Oszillatorschaltung zeigt;
Fig. 2 eine Ersatzschaltung, die einen Quarzoszillator und in der herkömmlichen Schaltung enthaltene Kondensatoren darstellt;
Fig. 3A ein Diagramm, das die Impedanzcharakteristik des Quarzoszillators anzeigt;
Fig. 3B ein Diagramm, das die Impedanzcharakteristik einer herkömmlichen Oszillatorschaltung zeigt;
Fig. 3C ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Oszillationspegel und dem negativen Widerstand darstellt;
Fig. 4 ein Diagramm, das Änderungen des negativen Widerstands anzeigt;
Fig. 5 ein Schaltbild, das eine Oszillatorschaltung darstellt, die eine Ausführungsform der Vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 6 ein Diagramm, das eine für eine in der Ausführungsform enthaltene Varaktordiode spezifische Charakteristik anzeigt.
Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, wird ein kurzer Bezug auf eine in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Oszillatorschaltung genommen. Wie gezeigt, hat die Oszillatorschaltung einen Quarzoszillator X&sub1;, einen Transistor Tr&sub1;, Widerstände R&sub1;, R&sub2; und R&sub3;, Kondensatoren C&sub1;, C&sub2; und C&sub3; und einen Ausgangsanschluß OUT. Der Widerstand R&sub1; legt den Betriebsstrom der Schaltung fest, während die Widerstände R&sub2; und R&sub3; die Vorspannung des Transistors Tr&sub1; festlegen. Der Kondensator C&sub3; wird verwendet, um den Kollektor des Transistors Tr&sub1; mit Erde zu verbinden. Die Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; und der Quarzoszillator X&sub1; bilden in Verbindung miteinander einen Rückkopplungsabschnitt, wie durch eine Ersatzschaltung in Fig. 2 gezeigt. Die Voraussetzung für die Oszillatorschaltung ist, daß der Oszillator X&sub1; mit einer induktiven Blindwiderstandscharakteristik versehen ist, d. h. bei einer Frequenz oszillieren kann und eine induktive Blindwiderstandscharakteristik zeigt.
Bezug nehmend auf Fig. 3A-3C werden die Impedanzcharakteristik des Oszillators X&sub1; und die der Oszillatorschaltung beschrieben. Die Impedanzcharakteristiken werden jeweils an einem in Fig. 1 gezeigten Punkt A gemessen. Insbesondere zeigt Fig. 3A die Impedanzcharakteristik des Oszillators X&sub1; an. Wie gezeigt, neigt der Widerstand Rx des Oszillators X&sub1; dazu, zuzunehmen, wenn die Frequenz eine Resonanzfrequenz Fo überschreitet. Andererseits wird die Impedanzcharakteristik der Oszillatorschaltung (negativer Widerstand -Ro und Blindwiderstand Xc), wie in Fig. 3B gezeigt, durch den Transistor Tr&sub1; und die Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; bestimmt; im allgemeinen ändert sich die Impedanz relativ zur Frequenz wenig. Fig. 3C zeigt eine Beziehung zwischen dem Oszillationspegel Po der Oszillatorschaltung und dem negativen Widerstand -Ro an. Wie gezeigt, neigt der negative Widerstand -Ro dazu, mit der Zunahme des Oszillationspegels Po abzunehmen.
Die Voraussetzung, daß die herkömmliche Oszillatorschaltung oszilliert, ist wie folgt. Die Oszillation beginnt bei einer Frequenz, bei der der kapazitive Blindwiderstand Xc der Oszillatorschaltung und der induktive Blindwiderstand Xe des Quarzoszillators X&sub1; im Betrag übereinstimmen (Punkt B, Fig. 3A). Wenn der Widerstand Rx des Oszillators X&sub1;, wie bei der oben erwähnten Frequenz gemessen, kleiner als der Betrag des negativen Widerstands -Ro der Schaltung ist, geht die Oszillation weiter. Wenn der Oszillationspegel auf einen steigt, bei dem Rx = -Ro gilt, wird die Oszillation stabilisiert.
Jedoch hat die herkömmliche Oszillatorschaltung den Nachteil, daß, wie in Fig. 4 gezeigt, der Oszillationspegel fällt, wenn der negative Widerstand der Schaltung zum Beispiel aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur fällt. Überdies hört die Schaltung praktisch auf zu oszillieren, wenn ihr negativer Widerstand unter den Widerstand des Quarzoszillators X&sub1; fällt.
Bezug nehmend auf Fig. 5 ist eine Oszillatorschaltung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, gezeigt. Wie gezeigt, hat die Oszillatorschaltung eine Resonanzschaltung 10, die aufweist: einen Quarzoszillator X&sub1;, einen aktiven Schaltkreis 12 zum Steuern des Oszillators X&sub1; mit einen Ausgangsanschluß OUT und eine mit der Resonanzschaltung 10 verbundene einstellbare Impedanzschaltung 14, eine mit dem Ausgangsanschluß OUT verbundene Ausgangspegel- Erkennungsschaltung 16 und eine Impedanzsteuerungsschaltung 18 zum Steuern der Impedanzschaltung ansprechend auf einen durch die Erkennungsschaltung 16 erkannten Pegel. Insbesondere, wenn der Ausgangspegel, wie durch die Erkennungsschaltung 16 erkannt, fällt, steuert die Impedanzsteuerungsschaltung 18 die einstellbare Impedanzschaltung 14 derart, daß der Ersatzwiderstand des Oszillators X&sub1; erniedrigt wird. Die Impedanzschaltung 14 ist, wie später im Detail beschrieben wird, durch eine mit dem Oszillator X&sub1; in Reihe geschaltete Varaktordiode implementiert. Ein Transistor Tr&sub1;, Kondensatoren C&sub1; - C&sub3; und Widerstände R&sub1; - R&sub3;, die auch in Fig. 5 gezeigt sind, werden nicht speziell beschrieben, da sie mit entsprechenden Bestandteilen der herkömmlichen Schaltung identisch sind.
Die Impedanzschaltung 14 zum Bewirken, daß der Blindwiderstand des Oszillators X&sub1; sich ändert, besteht aus einer Varaktordiode V&sub1; und einem Widerstand R&sub7;, der eine Vorspannung speist. Die Varaktordiode V&sub1; hat einen kapazitiven Blindwiderstand Xv. Wie in Fig. 6 gezeigt, nimmt der kapazitive Blindwiderstand Xv der Diode V&sub1; mit zunehmender Vorspannung zu. In diesem Sinn arbeiten die Varaktordiode V&sub1; und der Oszillator X&sub1; als eine Resonanzschaltung zur Änderung der Impedanz zusammen.
Die für den Ausgangspegel der Oszillatorschaltung empfindliche Erkennungsschaltung 16 besteht aus einem lose gekoppelten Kondensator C&sub4; und einem Kondensator C&sub5;, einer Diode V&sub2; und einem Widerstand R&sub4;, die in Verbindung miteinander eine herkömmliche Hochfrequenz-Erkennungsschaltung bilden. Das Oszillatorausgangssignal wird durch den Kondensator C&sub4; lose gekoppelt und dann von der Erkennungsschaltung, d. h. der Diode V&sub2;, dem Widerstand R&sub4;, und dem Kondensator C&sub5;, erkannt. Das durch eine derartige Erkennungsschaltung erkannte Signal ist eine Gleichspannung; die Spannung ist hoch, wenn der Ausgangspegel hoch ist oder niedrig, wenn der Ausgangspegel niedrig ist.
Die sich ergebende Ausgabe der Erkennungsschaltung 16 wird an einen in der Impedanzsteuerungsschaltung 18 enthaltenen Operationsverstärker OP1 angelegt. Die Impedanzsteuerungsschaltung 18 ist als ein herkömmlicher Gleichphasenverstärker mit dem Operationsverstärker OP1 und den Widerständen R&sub5; und R&sub6; implementiert. Die Steuerungsschaltung 18 verarbeitet die Ausgabe der Erkennungsschaltung 16 und liefert das Ergebnis der Verarbeitung dann über den Widerstand R&sub7; an die Varaktordiode V&sub1;.
Es wird angenommen, daß cer negative Widerstand -Ro der Oszillatorschaltung zum Beispiel aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur gesunken ist, was bewirkt, daß der Ausgangspegel der Schaltung fällt. Dann wird die Vorspannung der Varaktordiode V&sub1; und daher der kapazitive Blindwiderstand Xv der Diode V&sub1; erniedrigt. Als Folge erhöht sich der induktive Blindwiderstand des Oszillators X&sub1; seinerseits, um die Oszillationsfrequenz zu erniedrigen. Dies liegt daran, daß die Impedanz der Oszillatorschaltung konstant ist. Da der Widerstand der Resonanzschaltung 10, d. h. der Widerstand des Oszillators X&sub1;, mit abnehmender Frequenz abnimmt, wird ferner trotz dem Abfall des negativen Widerstands -Ro des Oszillatorschaltkreises verhindert, daß der Oszillationspegel fällt.
Zusammengefaßt wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Oszillatorschaltung zur Verfügung stellt, deren Oszillationspegel ungeachtet der Umgebungsbedingungen, z. B. Umgebungstemperatur, nicht abfällt oder deren Oszillation nicht aufhört.
Vielfältige Veränderungen werden für Fachleute nach Erhalt der Erklärungen der vorliegenden Offenbarung möglich, ohne ihren Schutzbereich zu verlassen.

Claims

1. Oszillatorschaltung, die aufweist:

a) eine Resonanzschaltung (10), die einen Quarzoszillator (X&sub1;) enthält;

b) einen aktiven Schaltkreis (12) zum Steuern des Quarzoszillators (X&sub1;);

c) eine Erkennungsschaltung (16) zum Erkennen eines Ausgangspegels des aktiven Schaltkreises;

gekennzeichnet durch:

d) eine mit der Resonanzschaltung (10) verbundene einstellbare Impedanzschaltung (14) zum Ändern eines Blindwiderstands des Quarzoszillators; und

e) eine Impedanzsteuerungsschaltung (18) zum Steuern der einstellbaren Impedanzschaltung (14) ansprechend auf einen durch die Erkennungsschaltung (16) erkannten Ausgangspegel.

2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Impedanzsteuerungsschaltung (18) die einstellbare Impedanzschaltung (14), wenn der durch die Erkennungsschaltung erkannte Ausgangspegel fällt, derart steuert, daß ein Ersatzwiderstand des Quarzoszillators abnimmt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die einstellbare Impedanzschaltung (14) eine mit dem Quarzoszillator (X&sub1;) in Reihe geschaltete Varaktordiode (V&sub1;) aufweist.