DE69512142T2

DE69512142T2 - Spannungsgesteuerter Oszillator

Info

Publication number: DE69512142T2
Application number: DE69512142T
Authority: DE
Inventors: Michael B. Anderson; Frank Gasparik
Original assignee: Hyundai Electronics America Inc
Current assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2015-06-23
Also published as: US5477198A; JP3835561B2; DE69512142D1; EP0689288A3; JPH0818445A; EP0689288B1; EP0689288A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine spannungsgeregelte Oszillatorschaltung und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Mittel zum Verbessern der Betriebseigenschaften einer solchen Schaltung sowie eine integrierte Phasenregelkreisschaltung, die einen solchen Oszillator aufweist.
Schnelle Serienverbindungen finden zunehmend Verbreitung und ersetzen größervolumige parallele Steckverbindungen. Die Geschwindigkeiten für diese schnellen Serienverbindungen variieren gemäß unterschiedlichen Industrienormen. Serielle Schnittstellenchips erfordern im allgemeinen den Einsatz eines Phasenregelkreises (PLL), um einen Takt für die Datenübertragung zu erzeugen, und einen weiteren PLL für den Datenempfang.
Schnelle PLL-Schaltungen arbeiten mit schnellen spannungsgeregelten Oszillatoren (VCO). Die Betriebsgeschwindigkeit des VCO bestimmt, mit welchen Frequenzen die seriellen Schnittstellenchips arbeiten. Durch Frequenzteilung und -multiplikation können unterschiedliche Betriebsgeschwindigkeiten erzielt werden. Wenn jedoch eine Betriebsgeschwindigkeit durch Frequenzteilung und -multiplikation nicht erreicht werden kann, dann muß ein zusätzlicher VCO in die Konstruktion eingebaut werden. Der Chip könnte so programmiert werden, daß er mit den unterschiedlichen Betriebsgeschwindigkeiten arbeitet, indem ein entsprechend geeigneter Oszillator gewählt wird.
In Wirklichkeit können jedoch nur wenige der Betriebsgeschwindigkeiten mit Hilfe von Frequenzteilung und -multiplikation erzielt werden. VCO-Bereiche haben eine finite Breite, und der Einbau eines zusätzlichen VCO verkompliziert die Konstruktion und belegt zusätzliche Siliziumfläche. Eine einfachere Lösung bestünde darin, wenn man einen einzigen VCO hätte, der in verschiedenen Frequenzbereichen arbeiten kann. Die Bereitstellung eines einzelnen IC-Chips mit der Fähigkeit, mehrere Betriebsgeschwindigkeiten zu erzielen, wäre ebenfalls von Vorteil.
Der Betriebsbereich eines VCO (d. h. der Bereich möglicher Ausgangsfrequenzen für einen bestimmten Bereich von Eingangsspannungen) ist ein weiterer wichtiger Aspekt, der beim Entwurf einer schnellen PLL- Schaltung zu beachten ist. Eine Möglichkeit, einen VCO auszuführen, ist der Einsatz eines Ringoszillators. Ringoszillatoren können auf der Basis von kaskadierten Verzögerungszellen erhalten werden. Die Anzahl der Verzögerungszellen sowie die Verzögerungszeit der einzelnen Verzögerungszellen bestimmen die Betriebsfrequenz. Die Verzögerungszeit der Verzögerungszelle kann mit Temperatur, Speisespannung und Prozeß variieren, wobei der Betriebsbereich zuweilen weit außerhalb des gewünschten Betriebsniveaus geschoben wird.
In Phasenregelkreisanwendungen werden zuweilen spannungsgeregelte Ringoszillatoren mit stromarmen Wechselrichterverzögerungszellen eingesetzt, wenn integrierte CMOS-Schaltungen entworfen werden. Die Verwendung von Zusatzwechselrichtern parallel zu den stromarmen Wechselrichterverzögerungszellen führt zu einer höheren Betriebsfrequenz. Der Frequenzbereich ist jedoch an seinem unteren Ende durch den Zusatzwechselrichter begrenzt. Es muß ein Kompromiß zwischen der Größe des Zusatzwechselrichters und der Größe des Frequenzbereichs gefunden werden. Zusammengefaßt, durch den Einbau eines Zusatzwechselrichters wird die Geschwindigkeit des Oszillators erhöht, aber der Frequenzbereich des Oszillators begrenzt.
Beim Entwerfen hochfrequenter VCOs können Frequenzabweichungen (vom gewünschten Betriebsniveau) auf Grund von Prozeßvariationen einen niedrigen Ertrag verursachen. Wenn der Frequenzbereich so erweitert werden könnte, daß Überlappungen zwischen Prozeßvariationen erhalten würden, dann könnte ein höherer Ertrag erzielt werden.
Die US-A-5,300,898 offenbart einen spannungsgeregelten Oszillator mit einer Mehrzahl von Verzögerungszellen, die jeweils einen stromarmen Wechselrichter parallel zu einem Zusatzwechselrichter aufweisen, und der auch ein Mittel zum Regeln des Stroms in den Zusatzwechselrichtem und den stromarmen Wechselrichtem aufweist, der jedoch auf nachteilige Weise in bezug auf die Art und Weise begrenzt ist, in der der Strom in den Zusatzwechselrichtern geregelt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Oszillator bereitzustellen, der gegenüber bekannten Oszillatoren Vorteile hat.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein spannungsgeregelter Oszillator bereitgestellt, umfassend eine Mehrzahl von Verzögerungszellen, die jeweils einen stromarmen Wechselrichter parallel zu einem Zusatzwechselrichter beinhalten, Steuermittel, die Eingangsspannungen zum Regeln von Strom in den genannten Zusatzwechselrichtern und den genannten stromarmen Wechselrichtem empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel so angeordnet ist, daß es einen Vormagnetisierungsstrom für die Zusatzwechselrichter erzeugt, der für die genannten Eingangsspannungen zu dem Oszillator unterhalb eines Schwellenwertes konstant bleibt und linear mit Erhöhungen der genannten Eingangsspannungen oberhalb des Schwellenwertes zunimmt, um die Ansprechung des Oszillators durch Ausgleichen von Frequenzflankenabrundungen (Roll-off) in den stromarmen Wechselrichtern zu linearisieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erweitern des Betriebsbereiches eines spannungsgeregelten Oszillators bereitgestellt, der eine Mehrzahl von Verzögerungszellen umfaßt, die jeweils einen stromarmen Wechselrichter parallel zu einem Zusatzwechselrichter aufweisen, gekennzeichnet durch den Schritt des Empfangens von Eingangsspannungen zum Regeln von Strom in jedem genannten Zusatzwechselrichter und stromarmen Wechselrichter durch Erzeugen eines Vormagnetisierungsstroms für die Zusatzwechselrichter, der für die genannten Eingangsspannungen zu dem Oszillator unterhalb eines Schwellenwertes konstant bleibt und linear mit Erhöhungen der genannten Eingangsspannungen oberhalb des Schwellenwertes zunimmt, um die Ansprechung des Oszillators durch Ausgleichen von Frequenzflankenabrundungen in dem stromarmen Wechselrichter zu linearisieren.
Die Erfindung sieht vorteilhafterweise einen VCO mit einem erweiterbaren Bereich vor.
Die vorliegende Erfindung kann auch einen solchen VCO mit Mehrbereichsbetrieb vorsehen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt insbesondere einen linearen VCO mit breitem Bereich. Mit dieser Bauweise kann der Frequenzbereich eines VCO erweitert werden, und er erhält eine Schaltung, um die Reaktion zu linearisieren. Außerdem wird dadurch die Ansprechung des VCO auf Prozeßvariationen reduziert. Auf Grund der Mehrbereichskonstruktionsmerkmale des VCO erhält dieser die Fähigkeit, mit zwei oder mehr Betriebsbereichen zu arbeiten, wodurch die Möglichkeiten für die Herstellung schneller Serienverbindungen mit mehreren Betriebsgeschwindigkeiten verbessert werden. Durch Modifizieren der Ringoszillatorverzögerungszellen kann mehr als eine Betriebsgeschwindigkeit erreicht werden. Durch Hinzufügen von Stromquellen zu den Zusatzwechselrichtern und durch selektives Skalieren dieses Stroms kann der Frequenzbereich der Verzögerungszellen erheblich geändert werden, was zu einem Mehrbereichs-VCO führt.
Die Erfindung wird nachfolgend, jedoch nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine herkömmliche Phasenregelkreisschaltung;
Fig. 2 einen mit Verzögerungszellen konstruierten Ringoszillator;
Fig. 3 einen anderen stromarmen Wechselrichter;
Fig. 4 eine Verzögerungszelle, die einen stromarmen Hauptwechselrichter und einen Zusatzwechselrichter umfaßt;
Fig. 5 eine Verzögerungszelle, die einen stromarmen Hauptwechselrichter und einen stromgeregelten Zusatzwechselrichter aufweist;
Fig. 6 ein realisiertes Schaltschema für die Verzögerungszelle von Fig. 5;
Fig. 7 einen verbesserten stromgeregelten Oszillator (ICO);
Fig. 8 eine Spannungs-Strom-Wandlerschaltung;
Fig. 9 einen Ansprechplot für zwei Spannungs-Strom-Wandler;
Fig. 10 die Frequenzgangkurve für einen verbesserten VCO;
Fig. 11 eine Verzögerungszelle für einen Mehrbereichs-VCO, wobei Zusatzwechselrichter-Stromquellen eine skalierte Stromvormagnetisierung haben;
Fig. 12A-B einen Mehrbereichs-ICO mit einer Mehrzahl von Verzögerungszellen gemäß Fig. 11;
Fig. 13A-B einen Spannungs-Strom-Wandler mit Stromskalierung;
Fig. 14 einen Ansprechplot von Spannungs-Strom-Wandlern mit Stromskalierung; und
Fig. 15 Simulationsergebnisse eines Mehrbereichs-VCO.
Ein Blockdiagramm für einen typischen Phasenregelkreis ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet. Die Eingangsreferenzphase 12 wird bei 18 mit dem Ausgang 14 des VCO 23 verglichen. Die Ladungspumpe 19 regelt die Menge an Ladung auf dem Schleifenfilter 20. Der Ausgang 22 des Schleifenfilters 20 ist eine Spannung, die die Frequenz des Oszillators 23 regelt. Ein VCO 23 besteht typischerweise aus zwei Stufen: einem Spannungs-Strom-(V-I)-Wandler und einem spannungsgeregelten Oszillator (ICO). Die VCO-Ausgangsfrequenz variiert proportional zur Eingangsspannung des V-I-Wandlers.
Der Oszillator 23 enthält typischerweise einen stromgeregelten Oszillator 16, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Der ICO hat eine ungerade Anzahl von Verzögerungszellen. Jede Verzögerungszelle 24 ist eigentlich ein stromgeregelter Wechselrichter. Da eine ungerade Zahl von Verzögerungszellen vorgesehen ist, ändern die Verzögerungszellen ständig ihren Zustand mit einer Geschwindigkeit, die durch die Ausbreitungsverzögerung jeder Zelle bestimmt wird. Durch Variieren des Stroms in der Verzögerungszelle werden die Ausbreitungsverzögerung der einzelnen Zellen und somit die Frequenz des ICO variiert.
Ein detailliertes Schema für eine der Verzögerungszellen von Fig. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Verzögerungszelle ist ein stromarmer Differentialwechselrichter 24. Der verarmte Wechselrichterstrom wird bei 26 und 28 durch einen V-I-Wandler (nicht dargestellt) vormagnetisiert, dessen Ausgang an den Eingängen C1 und C2 gespiegelt wird. Mit zunehmender Eingangsspannung des V-I-Wandlers nimmt der gespiegelte Wechselrichterstrom in der Verzögerungszelle zu, wodurch wiederum die Betriebsgeschwindigkeit des Oszillators zunimmt.
Spezifischer ausgedrückt, die Signale N1 und IN2 sind zwei Wechselrichtereingänge, und die Signale OUT1 und OUT2 sind zwei Wechselrichter-Ausgangssignale des Differentialwechselrichters 24. N-FET- und P-FET-Transistoren 30 und 32 legen ein invertiertes Signal vom Eingang IN1 an den Ausgang OUT1 an. Ebenso legen die N-FET-K d P-FET-Transistoren 34 und 36 ein invertiertes Signal vom Eingang IN2 an den Ausgang OUT2 an. Die Eingänge IN1 und IN2 sind um 180 Grad zueinander phasenverschoben. Ebenso sind die Ausgänge OUT1 und OUT2 um 180 Grad zueinander phasenverschoben. Die Steuereingänge C1 und C2 variieren den Strom durch den Wechselrichter, und somit wird die Ausbreitungsverzögerung der Verzögerungszelle variiert. Dadurch wird wiederum die Frequenz des Oszillators geändert. Insbesondere wirkt P-FET 26 als Stromquelle und wird durch den Eingang C1 geregelt. Ebenso wirkt N-FET 28 als Stromquelle und wird durch den Eingang C2 geregelt. Eine Zunahme des Vormagnetisierungsstroms in der Verzögerungszelle führt zu einem schnelleren Betrieb des Wechselrichters und somit dazu, daß ein VCO mit höherer Frequenz arbeitet.
Durch Einbauen eines Zusatzwechselrichters in den stromarmen Wechselrichter ergibt sich eine robustere Verzögerungszelle. Diese verbesserte Verzögerungszelle ist in Fig. 4 mit 38 bezeichnet. Der Zusatzwechselrichter besteht aus vier FET-Transistoren 40, 42, 44 und 46. Die Zusatzwechselrichtertransistoren erhöhen die Frequenz des Oszillators. Es muß ein Ausgleich zwischen der Stärke des stromarmen Hauptwechselrichters und des Zusatzwechselrichters gefunden werden. Mit zunehmender Stärke des Zusatzwechselrichters wird der Frequenzbereich des VCO zu einer höheren Frequenz verschoben. Bei abnehmender Stärke des Zusatzwechselrichters wird der Frequenzbereich des VCO zu einer niedrigeren Frequenz verschoben. Durch eine geeignete Dimensionierung des Bauelementes kann ein Ausgleich zwischen Frequenz und Linearität erzielt werden. Wenn jedoch ein breiterer Frequenzbereich benötigt wird, dann reicht diese Anordnung nicht aus. Durch den Einbau der Zusatzwechselrichter wird die Geschwindigkeit des Oszillators erhöht, aber der Frequenzbereich begrenzt.
Es wird nachfolgend eine bestimmte Ausgestaltung eines VCO mit erweiterbarem Bereich beschrieben.
Um einen breiteren Betriebsfrequenzbereich zu erzielen, wird eine Mehrzahl von spannungsgeregelten Stromquellen implementiert, um den Strom in den Zusatzwechselrichtem zu begrenzen, wie in Fig. 5 gezeigt wird. Mit dieser Implementation werden drei wünschenswerte Effekte erzielt. Zunächst begrenzen die Stromquellen 50, 52, 54 und 56 den Strom durch die Zusatzwechselrichter und reduzieren somit die Leistungsaufnahme.
Zweitens trägt der reduzierte Strom dazu bei, die Auswirkungen von Prozeßvariationen minimal zu halten. Das heißt, der günstigste Wechselrichter würde, wenn er unmittelbar an Vdd und Vss angeschlossen wird, mehr Strom ziehen als der ungünstigste Wechselrichter, was wiederum die Ausbreitungsverzögerung beeinflußt. Mit der Verwendung einer Stromquelle wird der Strom konstant gehalten. Der konstante Strom in den Zusatzwechselrichtern reduziert die Empfindlichkeit der Verzögerungszelle gegenüber Prozeßvariationen. Bei einem konstanten Strom variiert die Ausbreitungsverzögerung nicht sehr stark, wodurch die Empfindlichkeit gegenüber Prozeßvariationen reduziert wird.
Drittens kann der VCO auf niedrigere Frequenzen geregelt werden. Wenn die Wechselrichterbauelemente beispielsweise so dimensioniert werden, daß die kürzeste Ausbreitungsverzögerung erzielt wird, dann ermöglicht die spannungsgeregelte Fähigkeit der Zusatzschaltungen eine Verarmung des Verzögerungszellenstroms sowohl im stromarmen Hauptwechselrichter als auch im Zusatzwechselrichter. Somit kann eine niedrigere Frequenz erreicht werden. Trotzdem existiert weiterhin eine kurze Ausbreitungsverzögerung für Hochfrequenzbetrieb. Dies führt zu einem VCO mit einem breiten oder erweiterten Betriebsbereich.
Die Schaltungsrealisierung für die Verzögerungszelle 58 von Fig. 5, einschließlich der Bauelemente für die spannungsgeregelten Stromquellen 50, 52, 54 und 56 sowie für die spannungsgeregelten Stromquellen 26 und 28, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Stromquelle 26 wird vom Eingang C1 vormagnetisiert, die Stromquelle 28 vom Eingang C2. Die Stromquellen 50 und 54 werden vom Eingang C3 vormagnetisiert, die Stromquellen 52 und 56 vom Eingang C4.
Ein Schema für den verbesserten stromgeregelten Oszillator 60 ist in Fig. 7 dargestellt. Man beachte die beiden Vormagnetisierungsschaltungen 62 und 64, die zum Ansteuern der in Fig. 7 mit C1, C2, C3 und C4 beschrifteten Eingänge benötigt werden. Die Steuerung dieser Stromspiegel- Vormagnetisierungsschaltungen 62 und 64 wird nachfolgend näher beschrieben.
Die nächste Aufgabe besteht darin zu entscheiden, wie die Zusatzwechselrichter-Stromquellen 50, 52, 54 und 56 der Verzögerungszellen 58 vormagnetisiert werden sollen. Wenn sie auf ähnliche Weise vormagnetisiert werden wie der stromarme Hauptwechselrichter, dann ergibt sich eine nichtlineare Ansprechung. Werden sie konstant gehalten, dann ergibt sich ein kleinerer Frequenzbereich. Um diesen Nachteil zu überwinden, wird mit einem stückweisen linearen Vormagnetisierungskonzept gearbeitet. So wird beispielsweise der Strom der Zusatzwechselrichter bei niedrigeren Frequenzen konstant gehalten, wodurch die nichtlineare Ansprechung am unteren Ende reduziert wird. Bei höheren Frequenzen, bei denen es gewöhnlich zu einer Frequenzflankenabrundung (Roll-off) kommen würde, werden die Zusatzwechselrichter linear erhöht, wodurch der Bereich vergrößert und die Schaltung linearisiert wird.
Um die Spannungsregelung des stromgeregelten Oszillators zu erzielen, werden zwei V-I-Wandler verwendet: einen für den stromarmen Hauptwechselrichter 24 und einen für die Zusatzwechselrichter-Stromquellen 50, 52, 54 und 56. Die Ausgänge dieser beiden V-I-Wandler werden jeweils mit den Stromspiegeln 62 und 64 gekoppelt, die in Fig. 7 dargestellt sind. Der Stromspiegel 62 wird durch die Eingänge BH1 und BL1 gesteuert, der Stromspiegel 64 durch die Eingänge BH2 und BL2. Der bevorzugte V-I-Wandler zum Bereitstellen eines Satzes von BH- und BL-Stromspiegeleingängen ist in Fig. 8 dargestellt. In dem gezeigten Beispiel werden die Ausgänge BH und BL für die Eingänge BH1 und BL1 des Stromspiegels 62 generiert. Es wird ein V-I- Wandlerschaltungsduplikat (nachfolgend als Zusatz-V-1-Wandler bezeichnet) benutzt, um die Stromspiegelungseingänge BH2 und BL2 für den Stromspiegel 64 zu generieren.
Die Stromvormagnetisierung für die Schaltung in Fig. 8 wird von einer typischen Bandabstandsspannungsreferenz abgeleitet, die in der Technik allgemein bekannt ist, und an den Eingängen VBIAS1 und VBIAS2 gespiegelt. Der Eingang VREF wird auf eine statische Gleichspannung von vorzugsweise 2,5 Volt für den Haupt-V-I-Wandler und von 2,9 Volt für den Zusatz-V-I-Wandler gesetzt. Der Eingang VFILTER ist die Schleifenfilterausgangsspannung, wie in Fig. 1 bei 22 angedeutet ist.
Ein Plot der Stromregelungsansprechung sowohl des stromarmen Hauptwechselrichters als auch des Zusatzwechselrichters ist in Fig. 9 dargestellt. Die durchgezogene Kurve 66 ist die V-I-Kurve des stromarmen Hauptwechselrichters. Wie bei 68 gezeigt, werden die Zusatzwechselrichter- Stromquellen für die niedrigeren Frequenzen konstant gehalten. Der Zusatz-V-I- Wandler wird durch Wählen geeigneter Bauelementegrößen mit in der Technik allgemein bekannten Methoden konstruiert, so daß die Zusatzwechselrichter linear bei etwa 2,6 Volt (wie in Fig. 9 durch die punktierte Kurve 68 angedeutet) eingeschaltet werden, um die Ansprechung zu erweitern und zu linearisieren, unmittelbar bevor es in den stromarmen Hauptwechselrichtem sonst zu einer Frequenzflankenabrundung käme (d. h. wo eine Zunahme des Stroms zu einer minimalen Zunahme der Frequenz führen würde).
Die Ansprechung des kompletten VCO, einschließlich der V-I-Wandler und des stromgeregelten Oszillators mit der verbesserten Verzögerungszelle, ist in Fig. 10 dargestellt. Man beachte, daß der Oszillatorbereich etwa 285 MHz (370 MHz-655 MHz) beträgt. Im Vergleich zu einem ähnlichen Ringoszillator, der mit derselben Technologie konstruiert wurde und eine Frequenz von 200 MHz hat, wird eine Vergrößerung des Bereichs von etwa 30% erzielt. Zusammenfassend sei gesagt, diese Ansprechung wird durch den Einbau von Stromquellen in die Zusatzwechselrichter und dadurch erzielt, daß sie auf eine solche Weise gesteuert werden, daß sie die resultierende Ansprechung gegenüber einem breiten Frequenzbereich linearisieren.
Es werden nachfolgend Merkmale beschrieben, die einen Mehrbereichsbetrieb eines die vorliegende Erfindung ausgestaltenden VCO zulassen.
Ein zusätzlicher Betriebsbereich kann durch Skalieren des Stroms in den Zusatzwechselrichter-Stromquellen 50, 52, 54 und 56 erzielt werden. Das heißt, durch Skalieren des Stroms in den Zusatzwechselrichtem kann der Frequenzbereich erheblich geändert werden, so daß ein Mehrbereichsbetrieb erzielt wird. Die eigentliche Verzögerungszellenschaltungsanordnung für diesen Mehrbereichs-VCO ist in Fig. 11 dargestellt. Es gibt vier zusätzliche Bauelemente, die in die zuvor beschriebene Verzögerungszelle gemäß Fig. 6 eingebaut wurden. Die zusätzlichen Bauelemente 80, 82, 84 und 86 sind die vier Stromquellen, die zum Ändern/Skalieren der Zusatzwechselrichter- Vormagnetisierung benötigt werden. In der bevorzugten Ausgestaltung wird jeweils nur ein Paar Stromquellen eingeschaltet: entweder durch Aktivieren der Eingänge C3 und C4 oder durch Aktivieren der Eingänge C5 und C6. Die Stromquellen könnten jedoch auch alle entweder ein- oder ausgeschaltet sein, wodurch der Betriebsfrequenzbereich von Verzögerungszelle/VCO weiter modifiziert wird. Der komplette stromgeregelte Ringoszillator mit Mehrbereichsfähigkeit ist in den Fig. 12A-B dargestellt.
Damit diese Schaltung in Fig. 12A-B ordnungsgemäß arbeiten kann, wird ein zusätzlicher Stromspiegel 66 benötigt. Dieser zusätzliche Stromspiegel 66 erfordert einen weiteren Ausgang vom Zusatz-V-I-Wandler. Die bevorzugte Ausgestaltung für diesen Zusatz-V-I-Wandler mit zusätzlichem Stromspiegel ist in Fig. 13A-B dargestellt. Diese Schaltung arbeitet ähnlich wie die Schaltung in Fig. 8, mit der Ausnahme, daß die Möglichkeit besteht, den geeigneten Stromspiegel mit dem MODE-Eingang zu wählen. Dieser MODE-Eingang des V-I-Wandlers gewährleistet, daß jeweils nur ein Stromspiegel eingeschaltet ist. Der MODE-Eingang ist ein digitaler Eingang, der von einem Benutzer gesteuert werden kann. Das MODE-Eingangssignal könnte von einem beliebigen Typ von Bauelement angesteuert werden, das in der Lage ist, digitale Ausgangssignale zu generieren, wie z. B. eine kundenspezifische Steuerschaltung, ein Microcontroller oder ein anderes programmierbares Bauelement mit Ausgangssignalen.
Der Plot in Fig. 14 illustriert, wie der Strom in den Zusatzwechselrichtem durch die Eingangsspannung moduliert wird. Der größere Strom (wie durch die punktierte Linie angedeutet) ist für die schnellere Ansprechung. Der Strom durch den stromarmen Hauptwechselrichter wird linear gewobbelt, wie oben in bezug auf den Ausgangsstrom 66 in Fig. 9 beschrieben wurde. Wird kein breiter Betriebsbereich benötigt, dann kann der Strom in den Zusatzwechselrichtern über den gesamten Bereich konstant gehalten und dann für verschiedene Betriebsbereiche skaliert werden.
Fig. 15 zeigt die Übertragungskennlinie des Mehrbereichs-Ringoszillators mit der oben beschriebenen verbesserten Verzögerungszelle. Der Plot zeigt die Ausgangsfrequenz gegenüber der Eingangsspannung. Die Ergebnisse illustrieren, wie durch Wählen der unterschiedlichen Stromspiegel zwei verschiedene Betriebsbereiche erzielt werden können. Man beachte die erhebliche Frequenzverschiebung in der Übertragungskennlinie (d. h. die Differenz zwischen der punktierten und der durchgezogenen Linie), wenn der Strom durch die Zusatzwechselrichter auf einen anderen Wert skaliert wird. Die Frequenzverschiebung im mittleren Bereich beträgt etwa 100 MHz. Die Verstärkung jedes Plots ist etwa gleich. Dies ist ein wichtiger Punkt, da die Schleifenstabilität kompromittiert werden könnte, wenn die VCO-Verstärkung erheblich variiert wird.
Es ist einleuchtend, daß die Erfindung nicht auf die Details der oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt ist.

Claims

1. Spannungsgeregelter Oszillator, umfassend eine Mehrzahl von Verzögerungszellen (58), die jeweils einen stromarmen Wechselrichter parallel zu einem Zusatzwechselrichter (40, 42, 44, 46) beinhalten, Steuermittel (50, 52, 541, 56), die Eingangsspannungen zum Regeln von Strom in den genannten Zusatzwechselrichtem (40, 42, 44, 46) und den genannten stromarmen Wechselrichtem empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel so angeordnet ist, daß es einen Vormagnetisierungsstrom für die Zusatzwechselrichter erzeugt, der für die genannten Eingangsspannungen zu dem Oszillator unterhalb eines Schwellenwertes konstant ist und linear mit Erhöhungen der genannten Eingangsspannungen oberhalb des Schwellenwertes zunimmt, um die Ansprechung des Oszillators durch Ausgleichen von Frequenzflankenabrundungen (Roll-off) in den stromarmen Wechselrichtem zu linearisieren.

2. Oszillator nach Anspruch 1, bei dem das genannte Mittel zum Regeln des Stroms die Aufgabe hat, den Strom in jedem Zusatzwechselrichter (40, 42, 44, 46) zu begrenzen.

3. Oszillator nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Mehrzahl von Wandlern mit Spannung-Strom-Regelung.

4. Oszillator nach Anspruch 3, bei dem ein erster Wandler mit Spannung- Strom-Regelung betriebsmäßig mit wenigstens einer aus der Mehrzahl von Verzögerungszellen (58) gekoppelt ist.

5. Oszillator nach Anspruch 3 oder 4, bei dem ein zweiter Wandler mit Spannung-Strom-Regelung betriebsmäßig mit wenigstens einem der Zusatzwechselrichter (40, 42, 44, 46) gekoppelt ist.

6. Phasenregelkreisschaltung, umfassend einen Phasendetektor, eine Ladungspumpe, die betriebsmäßig mit dem Phasendetektor gekoppelt ist, und ein Filter, das betriebsmäßig mit der Ladungspumpe gekoppelt ist, und gekennzeichnet durch einen Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Verfahren zum Erweitern des Betriebsbereiches eines spannungsgeregelten Oszillators, der eine Mehrzahl von Verzögerungszellen umfaßt, die jeweils einen stromarmen Wechselrichter parallel zu einem Zusatzwechselrichter aufweisen, gekennzeichnet durch den Schritt des Empfangens von Eingangsspannungen zum Regeln von Strom in jedem genannten Zusatzwechselrichter (40, 42, 44, 46) und stromarmen Wechselrichter durch Erzeugen eines Vormagnetisierungsstroms für die Zusatzwechselrichter, der für die genannten Eingangsspannungen zu dem Oszillator unterhalb eines Schwellenwertes konstant bleibt und linear mit Erhöhungen der genannten Eingangsspannungen oberhalb des Schwellenwertes zunimmt um die Ansprechung des Oszillators durch Ausgleichen von Frequenzflankenabrundungen in dem stromarmen Wechselrichter zu linearisieren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Strom in dem Zusatzwechselrichter (40, 42, 44, 46) begrenzt wird.