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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Kristalloszillatoren
und im speziellen auf einen temperaturkompensierten Kristalloszillator, der
eine Kompensationsschaltung aufweist, welche die Ausgabefrequenz
des Kristalloszillators über
einen gewünschten
Temperaturbereich stabilisiert.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Kristalloszillatoren
werden üblicherweise
in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, bei denen eine stabile
Ausgabefrequenz erforderlich ist. Die Ausgabefrequenz variiert allerdings
als Funktion der Umgebungstemperatur des Oszillators. 1 zeigt eine
graphische Darstellung der Frequenz eines typischen nicht kompensierten
Quarzkristalls im AT-Schnitt über
der Umgebungstemperatur. Wie dargestellt weist die Kurve 6 eine
im wesentlichen kubische Kurvenform auf, die sich durch drei Temperaturteilbereiche
charakterisieren lässt.
Im Niedertemperaturteilbereich (–35°C bis etwa +10°C) weist
die Kurve einen linearen Abschnitt mit positiver Steigung auf und
einen nichtlinearen Abschnitt, in dem sich das Vorzeichen der Steigung
der Kurve umkehrt. Im Mitteltemperaturteilbereich (+10°C bis +50°C) weist
die Kurve einen linearen Abschnitt mit negativer Steigung auf. Im
Hochtemperaturteilbereich (+50°C
bis +90°C)
weist die Kurve einen linearen Abschnitt mit positiver Steigung
auf und einen nichtlinearen Abschnitt, in dem sich das Vorzeichen
der Steigung der Kurve umkehrt. Der Wendepunkt 8 liegt
im Mitteltemperaturteilbereich bei etwa +28°C.
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Eine
Reihe von Verfahren zur Kompensation dieser Frequenzvariation des
Kristalls umfassen die Verwendung einer analogen Schaltung. Bei
einem dieser analogen Kompensationsverfahren wird ein Widerstands-Thermistor-Netzwerk
verwendet. Für Anwendungen
in Temperaturbereichen, die sich in die nichtlinearen Bereiche der
AT-Schnitt-Kristall-Kurve
erstrecken, sind mindestens drei Thermistoren zur Kompensation jedes
Temperaturteilbereichs erforderlich. Die Festwiderstände im Netzwerk werden
abgeglichen oder geändert,
um die Ausgabespannung des Netzwerks durch Einstellen mit den Charakteristika
der Kristallkurve abzustimmen.
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Mit
diesem Verfahren kann eine Frequenzstabilität in der Größenordnung von +1,0 ppm (parts per
million) über
einen Temperaturbereich von –40°C bis +85°C erreicht
werden. Um diese Frequenzstabilität zu erreichen, ist die Verwendung
von engtolerierten Präzisionswiderständen erforderlich,
die für
jeden Oszillator eigens berechnet sind. Außerdem müssen auch die Thermistoren
so ausgewählt
sein, dass deren Steigungen und Verhältnisse mit dem verwendeten
Kristall abgestimmt sind. Die Berechnungen und Messungen, die für die Auswahl
dieser Komponenten notwendig sind, führen zu einem zeitintensiven Vorgang
iterativen Prüfens,
des Auswechselns der Komponenten und erneuten Prüfens der Oszillatoren, bis
sie so abgestimmt (massaged) sind, um den Anforderungen genügen.
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Einige
Versuche, den Abstimmprozess durch Trimmen der Widerstände und
Auswählen
eines passenden Kristalls zu automatisieren, waren bei bestimmten
Anwendungen mit mäßigen Stabilitäten erfolgreich,
eine vollständige
Automatisierung hat sich jedoch als sehr schwierig erwiesen.
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Bei
einem weiteren analogen Verfahren werden Thermistor-Kondensator-Netzwerke
in ähnlicher Weise
eingesetzt wie die Widerstands-Thermistor-Netzwerke, indem der effektive
Blindwiderstand von einem oder mehreren Festkondensatoren angepasst
wird, wenn sich die Temperatur verändert. Dieses Verfahren ist
sehr kostengünstig
und wurde für Verbraucheranwendungen
hergestellt, die mäßige Stabilitäten von ±2,5 ppm
innerhalb eines engeren Temperaturbereichs erfordern. Für Anwendungen, die
den Betrieb in einem größeren Temperaturbereich
erfordern, ist eine genauere Auswahlzuordnung der Komponenten notwendig,
die zunehmend schwieriger wird aufgrund des Unvermögens, die Steigungen
der Kristalle mit den Einschränkungen bei
den Komponenteneigenschaften, Toleranzen und Stabilitäten in Einklang
zu bringen.
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Bei
einem weiteren analogen Verfahren werden Vervielfacher verwendet,
die eine Spannung vervielfachen, die sich linear proportional zur
Temperatur verhält
und die dann einen quadratischen und kubischen Term generiert. Diese
Signale werden dann entsprechend skaliert und addiert, wodurch sich
ein Polynom dritter Ordnung ergibt, das auf die zu kompensierende
Kristallkurve abgestimmt ist. Für
dieses Verfahren müssen
auch eine Reihe von Widerständen
ausgewählt
oder abgeglichen werden, was anschließende Korrekturen erforderlich
macht, wodurch ein oder mehrere Widerstände ausgetauscht oder modifiziert
werden müssen.
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Ein
digitales Kompensationsverfahren schließt die Verwendung von Verweistabellen
ein. Die Frequenz-Differential-Kristallkurve innerhalb eines ausgewählten Temperaturbereichs wird
in einer Verweistabelle gespeichert. Die binären Daten, die in jedem Speicherplatz
der Verweistabelle gespeichert sind, enthalten einen Kompensationswert,
der jedem Temperaturinkrement entspricht. Die Ausgabe eines linearen
Temperatursensors wird über
dem Betriebstemperaturbereich durch einen Analog-Digital-Wandler
(A/D-Wandler) digitalisiert. Die Ausgabe des A/D-Wandlers steuert
die Verweistabelle an, die im permanenten ROM gespeichert ist. Der
ausgewählte binäre Kompensationswert,
welcher der Umgebungstemperatur des Oszillators entspricht, wird
mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers (D/A-Wandlers), der zum
Einstellen der Frequenz des Kristalloszillators dient, umgewandelt.
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Die
endgültige
Stabilität,
die sich mit Hilfe dieses Ansatzes erreichen lässt, wird durch die Auflösung der
A/D- und D/A-Konverter bestimmt. Stabilitäten, die besser sind als die
Hysterese und die Wiederholbarkeit eines Kristalls im AT-Schnitt
(etwa 0,05 ppm) können
mit geeignetem Systementwurf über
einigen Temperaturbereichen erreicht werden.
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Alle
digitalen Kompensationssysteme weisen jedoch einen gewissen Grad
an Quantisierungsrauschen auf, das durch die einzelnen Schritte
des Konversionsvorgangs verursacht wird. Dies wird sichtbar als
einzelner Sprung in der Ausgabefrequenz, wenn die Kompensation aktualisiert
wird. Dieser Effekt kann minimiert werden durch die Erhöhung der
Auflösung
der Wandler und durch Filtern der Ausgabe, doch es ist sehr schwierig,
ihn auf Werte unterhalb der Toleranzgrenze einiger Systeme zu reduzieren.
Störrauschen,
das durch Durchführen
und Koppeln von digitalen Schaltelementen verursacht wird, kann
auch ein erhebliches Problem darstellen.
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Bei
einem weiteren digitalen Kompensationsverfahren wurde ein Mikrocomputer
verwendet. Dadurch wurde die erforderliche Menge an nicht flüchtigem
programmierbarem Speicher erheblich reduziert, da Interpolations-
oder Kurvenanpassungsprogramme viel weniger gespeicherte Daten notwendig
machten. Erfolge wurden bei der Implementierung der anwenderspezifischen
integrierten Schaltung (ASIC) erzielt, doch aufgrund verschiedener
Aspekte sind diese Oszillatoren nicht weit verbreitet.
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Die
jüngsten
Ansätze
zur Mikrocomputer-Kompensation verwenden Kristall-Selbsttemperatur-Messverfahren
für höchste Genauigkeit
und Wiederholbarkeit. Bei diesem Verfahren wird der Kristall gleichzeitig
in der Grundschwingung und in der Schwingung des dritten Obertons
betrieben. Üblicherweise
erfolgt dies mit einem Kristall im SC-Schnitt, doch es ist auch
mit Kristallen im AT-Schnitt möglich.
Die ersichtliche Winkelverschiebung zwischen den Moden erzeugt ein
Signal, das sich sehr exakt proportional zur Temperatur verhält, wenn der
Unterschied zwischen der dritten Oberschwingungsfrequenz und der
Grundschwingung multipliziert mit drei (3) betrachtet wird. Da die
Frequenz dieser Oszillatoren nicht eingestellt oder abgestimmt werden
kann, ohne die Eichung des Thermometersignals zu beeinträchtigen,
müssen
externe Mittel zur Generierung der stabilen Ausgabefrequenz verwendet
werden.
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Mit
dieser Art von mikrocomputergesteuertem TCXO (temperaturkompensiertem
Kristalloszillator) unter Einsatz des Kristall-Selbsttemperatur-Messverfahrens
wurde unter allen kompensierten Oszillatoren die beste Stabilität erreicht.
Es wurde von Gesamtstabilitäten
besser als 0,05 ppm bei –55°C bis +85°C berichtet.
Aufgrund ihrer Komplexität
sind diese Oszillatoren jedoch relativ kostspielig, und sie weisen
immer noch manche systemimmanente Rauschprobleme der digitalen Kompensationssysteme
auf.
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US-Patent
Seriennr. 5,041,799 (Pirez) offenbart ein weiteres digitales Kompensationssystem,
bei dem ein digitales „Wort" aus mehreren Eingabeparametern,
die sich auf eine bestimmte Kristallklasse beziehen, generiert wird,
wobei das Wort bestimmte Ansprechcharakteristika des Kristalls repräsentiert.
Dieses Wort wird dann in einer Kompensationsschaltung verwendet,
welche die Werte der Steuersignale in bezug auf den jeweiligen Nieder-,
Mittel- und Hochtemperaturteilbereich der Temperatur-Frequenz-Ansprechcharakteristik
des Kristalls einstellt, in Verbindung mit einem Umgebungstemperatur-Signal, um so ein
Summensteuersignal zur Ausführung
der Kompensation zu generieren. Zu den spezifischen Ansprechcharakteristika
gehört
der Wendepunkt der charakteristischen kubischen Kurve des Kristalls.
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Dementsprechend
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines
kostengünstigen
Kristalloszillators mit einer hochstabilen Ausgabefrequenz über einen
gewünschten
Temperaturbereich.
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Ein
weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines Kristalloszillators,
bei dem die Abstimmung der Ausgabefrequenz einfach eingestellt werden
kann.
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Ein
weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines temperaturkompensierten
Kristalloszillators, der kein Trimmen oder Auswählen eines geeigneten Komponentenwerts
erforderlich macht.
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Die
genannten und weitere Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden
noch deutlicher erkennbar in der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den dazugehörigen
Zeichnungen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Temperaturkompensationsschaltung
zur Einstellung der Ausgabefrequenz eines spannungsgesteuerten Kristalloszillators
bereitgestellt, der über
einen vorgegebenen Temperaturbereich betreibbar ist, welcher einen
Hochtemperaturteilbereich, einen Mitteltemperaturteilbereich und
einen Niedertemperaturteilbereich umfasst, wobei der Oszillator
einen Kristall mit einer Resonanzfrequenz aufweist, die über die
Temperaturteilbereiche als Funktion der Temperatur gemäß einer
charakteristischen kubischen Kurve variiert, wobei die Temperaturkompensationsschaltung
umfasst:
erste, zweite und dritte Kompensationsmittel zur entsprechenden
Generierung erster, zweiter und dritter Steuersignale in Abhängigkeit
der Spannungen von entsprechenden ersten, zweiten und dritten Spannungsquellen
und der Umgebungstemperatur des Kristalloszillators, wobei die ersten,
zweiten und dritten Steuersignale im wesentlichen umgekehrt proportional
zu den jeweiligen Abschnitten der Kurve des Kristalls über die
jeweiligen Temperaturteilbereiche sind; und
die ersten, zweiten
und dritten Kompensationsmittel (18 bis 20), die
jeweils erste, zweite und dritte Mittel (32, 42, 50)
umfassen, welche die jeweiligen Spannungen der ersten, zweiten und
dritten Spannungsquellen (28 bis 30) empfangen,
um einstellbar und unabhängig
eine vierte, fünfte
und sechste Spannung bereitzustellen, um die jeweiligen ersten,
zweiten und dritten Steuersignale (24 bis 26)
einzustellen, um den spannungsgesteuerten Kristalloszillator abzustimmen,
dadurch gekennzeichnet, dass:
jedes der ersten, zweiten und
dritten Mittel einen Spannungsteiler mit einem Thermistor und einem
Widerstand aufweist, die in Reihe mit der jeweiligen Spannungsquelle
geschaltet sind; und
Summierungsmittel zum Zusammenfassen der
ersten, zweiten und dritten Steuersignale zur Generierung eines
Summensteuersignals zur Abstimmung des spannungsgesteuerten Kristalloszillators,
wodurch die Ausgabefrequenz des Oszillators im wesentlichen stabil über die
entsprechenden Temperaturteilbereiche ist.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Einstellung eines spannungsgesteuerten Kristalloszillators bereitgestellt,
der über
einen vorgegebenen Temperaturbereich betreibbar ist, welcher einen
Hochtemperaturteilbereich, einen Mitteltemperaturteilbereich und einen
Niedertemperaturteilbereich umfasst, wobei der Oszillator einen
Kristall mit einer Resonanzfrequenz aufweist, die über die
Temperaturteilbereiche als Funktion der Temperatur gemäß einer
charakteristischen kubischen Kurve variiert, wobei das Verfahren
die Schritte umfasst:
Generieren erster, zweiter und dritter
Steuersignale in Abhängigkeit
von Spannungen entsprechender erster, zweiter und dritter Spannungsquellen
und der Umgebungstemperatur des Kristalloszillators, wobei die Steuersignale
im wesentlichen umgekehrt proportional zu entsprechenden Abschnitten
der charakteristischen Kurve über
die jeweiligen Temperaturteilbereiche sind;
Bereitstellen der
Steuersignale an den Kristalloszillator; und
unabhängiges Einstellen
der Spannungen der Spannungsquellen zum Abstimmen des Kristalloszillators zum
Bereitstellen einer im wesentlichen stabilen Ausgabefrequenz über die
Temperaturteilbereiche, dadurch gekennzeichnet, dass:
der Schritt
des Einstellens der Spannungen der jeweiligen Spannungsquellen den
Erhalt der Steuersignale aus entsprechenden Spannungsteilern umfasst,
die mit den jeweiligen Spannungsquellen in Reihe geschaltet sind,
wobei jeder Spannungsteiler einen Thermistor und einen Widerstand
aufweist; und
Zusammenfassen der ersten, zweiten und dritten Steuersignale
zum Generieren eines Summensteuersignals zur Abstimmung des spannungsgesteuerten
Kristalloszillators, wodurch die Ausgabefrequenz des Oszillators
im wesentlichen stabil über
die entsprechenden Temperaturteilbereiche ist.
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Vorzugsweise
umfasst der Spannungsteiler des zweiten Kompensationsmittels einen
Widerstand und einen Thermistor, die in Reihe geschaltet von der zweiten
Spannungsquelle mit der Erde verbunden sind, wobei der Widerstand
einen mit der Erde verbundenen Anschluss aufweist. Die Spannungsteiler des
ersten und dritten Kompensationsmittels umfassen vorzugsweise einen
Widerstand und einen Thermistor, die in Reihe geschaltet von der
ersten bzw. dritten Spannungsquelle mit der Erde verbunden sind,
wobei der Thermistor in beiden Fällen
einen mit der Erde verbundenen Anschluss aufweist.
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Die
Erfindung bietet ferner in einem dritten Aspekt die Kombination
aus einer Temperaturkompensationsschaltung gemäß den vorangehenden Absätzen und
einem spannungsgesteuerten Kristalloszillator, der einen Kristall
mit einer Resonanzfrequenz aufweist, die über die Temperaturteilbereiche
variiert, sowie Spannungsabstimmungsmittel zum Variieren der Frequenz
des Kristalloszillators.
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In
jedem Aspekt der Erfindung generiert die Temperaturkompensationsschaltung
ein Summensteuersignal zur Abstimmung des Kristalloszillators, um
für eine
im wesentlichen stabile Ausgabefrequenz über den gesamten Temperaturbereich
zu sorgen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine graphische Darstellung der kubischen Kurve der Frequenz eines
nicht kompensierten Kristalls im AT-Schnitt, die über die
Temperatur variiert.
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2 ist
ein Schaltplan des temperaturkompensierten Kristalloszillators mit
einer Temperaturkompensationsschaltung, der die bevorzugte Ausführung dieser
Erfindung verkörpert.
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3 ist
ein Schaltplan, der eine alternative Ausführung eines temperaturkompensierten
Kristalloszillators der vorliegenden Erfindung darstellt.
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4 ist
eine Draufsicht des temperaturkompensierten Kristalloszillators
aus 3.
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5 ist
eine Draufsicht einer gemeinsamen Leiterplatte, die eine Vielzahl
der temperaturkompensierten Kristalloszillatoren aus 3 aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
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2 veranschaulicht
einen temperaturkompensierten Kristalloszillator (TCXO) 10,
der die vorliegende Erfindung verkörpert, die eine Kompensationsschaltung 14 und
einen spannungsgesteuerten Kristalloszillator (VCXO) 16 umfasst.
Die Kompensationsschaltung generiert ein Spannungssteuersignal bei 17,
das an den spannungsgesteuerten Kristalloszillator gesendet wird,
um die Frequenzvariationen des Kristalls über einen Betriebstemperaturbereich
wie in 1 dargestellt zu kompensieren. Der spannungsgesteuerte
Oszillator 16 ist Stand der Technik und wird daher nicht
im Detail erläutert.
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Die
Kompensationsschaltung 14 umfasst drei Netzwerke 18, 19, 20 zur
Kompensation der Frequenzvariation des Kristalls 22 über den
Nieder-, Mittel- und Hochtemperaturteilbereich.
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Das
Niedertemperaturnetzwerk 18 kompensiert in erster Linie
die Frequenzvariation innerhalb des Niedertemperaturteilbereichs
(etwa –35°C bis +10°C). Das Mitteltemperaturnetzwerk 19 kompensiert
in erster Linie die Frequenzvariation innerhalb des Mitteltemperaturteilbereichs
(etwa +10°C
bis +50°C).
Das Hochtemperaturnetzwerk 20 kompensiert in erster Linie
die Frequenzvariation innerhalb des Hochtemperaturteilbereichs (etwa
+50°C bis +90°C). Die Ausgabespannungen
bei 24–26 der
einzelnen Netzwerke 18–20 sind
umgekehrt proportional zur Frequenz des Kristalls in jedem zugehörigen Temperaturteilbereich
der Kristallkurve. Zum Beispiel weisen die Ausgabespannungen bei 24 bzw. 26 eine negative
Steigung auf, die sich umgekehrt proportional zur Steigung der Frequenzänderung
des Kristalls im Hoch- bzw. Niedertemperaturteilbereich der Kristallkurve
aus 1 verhält.
Die Ausgabespannung bei 25 weist eine positive Steigung
auf, die sich umgekehrt proportional zur Steigung der Frequenz im Mitteltemperaturteilbereich
der Kristallkurve verhält. Die
Kombination dieser drei Signale 24–26 im geeigneten
Verhältnis
wird daher die charakteristische Drift des Kristalls über dem
Temperaturbereich kompensieren.
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Drei
unabhängig
einstellbare Spannungsquellen 28, 29, 30 befinden
sich am Niedertemperatur-Kompensationsnetzwerk 18, am Mitteltemperatur-Kompensationsnetzwerk 19 bzw.
am Hochtemperatur-Kompensationsnetzwerk 20. Im Gegensatz zum
bisherigen Stand der Technik wird jede der Spannungsquellen 28–30 unabhängig eingestellt,
um die jeweiligen Ausgabespannungen bei 24–26 abzustimmen,
so dass das Summensteuersignal die Frequenzänderung des Kristalls über dem
gesamten Temperaturbereich kompensiert. Diese Fähigkeit, die Spannungen der
Ausgabequellen 28–30 unabhängig einzustellen,
ermöglicht
ein problemloses Abstimmen der Kompensationsnetzwerke 18–20 auf
den einzelnen Kristall, ohne dass die Kompensationsnetzwerke mit
engtolerierten Widerständen
genau eingestellt werden müssen.
Bei diesem Abstimmungsverfahren der Netzwerke 18–20 ist
außerdem kein
Abgleichen der Widerstände
oder iteratives Auswechseln der Widerstände erforderlich, um die gewünschte Kompensationsspannung
und das Abstimmen des Kristalls wie bereits beschrieben zu erreichen.
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Die
Niedertemperatur-Spannungsquelle 28 ist mit einem Spannungsteiler 32 verbunden,
der einen Widerstand 34 und einen Thermistor 36 umfasst. Der
Thermistor 36 ist mit dem unteren Bein des Spannungsteilers 32 verbunden,
und der Anschluss 38 des Thermistors ist mit der Erde 40 verbunden. Der
Thermistor 36 weist einen negativen Temperaturkoeffizienten
auf, und daher sinkt sein Widerstand mit steigender Umgebungstemperatur.
Folglich nimmt die Spannung an der Verzweigungsstelle 56 mit
steigender Temperatur ab. Die Mitteltemperatur-Spannungsquelle 29 ist mit
einem Spannungsteiler 42 verbunden, der einen Widerstand 44 und
einen Thermistor 46 umfasst, welcher einen negativen Temperaturkoeffizienten
aufweist. Der Thermistor 46 ist mit dem oberen Bein und
der Widerstand 44 mit dem unteren Bein des Spannungsteilers 42 verbunden,
wobei der Anschluss 48 des Widerstands mit der Erde 40 verbunden
ist. Folglich nimmt die Spannung an der Verzweigungsstelle 57 mit
steigender Umgebungstemperatur zu. Die Hochtemperatur-Spannungsquelle 30 ist
mit einem Spannungsteiler 50 verbunden, der einen Widerstand 52 und
einen Thermistor 54 umfasst, welcher ebenfalls einen negativen
Temperaturkoeffizienten aufweist. Der Thermistor 54 ist
mit dem unteren Bein des Spannungsteilers 50 verbunden,
und der Anschluss 55 des Thermistors ist mit der Erde 40 verbunden.
Folglich nimmt die Spannung an der Verzweigungsstelle 58 mit
steigender Umgebungstemperatur ab.
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Die
Verzweigungsstellen 56–58 der
Spannungsteiler 32, 42, 50 sind mit einem
jeweiligen Spannungsfolger 60, 62 bzw. 64 verbunden,
welcher zum Puffern der bedämpften
Signale dient, damit jegliche Wechselwirkung zwischen den Kompensationsnetzwerken 18–20 ausgeschlossen
werden kann. Die Ausgabespannung jedes Spannungsfolgers 60, 62 bzw. 64 läuft durch
die jeweiligen Widerstände 68–70 und
wird an der Verzweigungsstelle 66 summiert. Der Widerstand 72 ist
mit der Verzweigungsstelle 66 und mit der Erde 40 verbunden.
Die Summenspannung wird an einen Spannungsfolger 74 geführt, um
für zusätzliches
Abpuffern vom Oszillator 16 zu sorgen. Die Ausgabespannung
des Spannungsfolgers 74 wird durch den Verstärkerabschnitt 76 verstärkt und
ausgeglichen. Die Ausgabespannung des Spannungsfolgers 74 wird
durch den Widerstand 80 zum invertierenden Eingang des
Verstärkers 78 geführt. Der
Widerstand 82 ist zwischen den Ausgang und den invertierenden
Eingang des Verstärkers 78 geschaltet.
Eine Offsetspannung 84 ist mit dem nicht-invertierenden
Eingang des Verstärkers 78 verbunden.
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Das
resultierende Summenspannungssteuersignal bei 17 der Kompensationsschaltung 14 ist umgekehrt
proportional zur Kristallkurve aus 1 und es
dient der Einstellung der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 16,
um die Frequenzvariation des Kristalls über einem gewünschten
Temperaturbereich zu kompensieren.
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In 3 wird
eine Ausführung
der vorliegenden Erfindung mit Hilfe einer anwenderspezifischen integrierten
Schaltung (ASIC) 90 implementiert. Die Bezugszeichen der
Komponenten, die mit denen der Ausführung in 2 übereinstimmen,
sind die gleichen. Wie dargestellt, werden die Spannungsquellen 28–30 für jedes
der Kompensationsnetzwerke 18–20 durch den Mikrocomputer 92 eingestellt,
der nur während
der Kalibrierung eingesetzt wird. Der Mikrocomputer 92 liefert
mit Hilfe einer seriellen Verbindung ein Taktsignal bei Anschlussstelle 93 und
ein Datensignal bei Anschlussstelle 94 zum jeweiligen Schieberegister 96 und
Speichermittel 98 auf dem ASIC 90, die unabhängig ein
digitales Signal generieren, das die gewünschte Spannung zum Abstimmen
des jeweiligen Kompensationsnetzwerks 18–20 repräsentiert, wie
bereits beschrieben. Jedes digitale Signal wird anschließend in
ein analoges Signal umgewandelt mit Hilfe von Digital-Analog-Wandlern
(DACs) 100, welche die Nieder-, Mittel- und Hochtemperatur-Spannungen
der Spannungsquellen 28–30 (s. 2)
repräsentieren.
Jedes Schieberegister 96 und Speichermittel 98 wird
durch ein digitales Signal an den Anschlussstellen 101, 102, 103, 104, 105 aktiviert,
so dass die entsprechenden Daten während der Kalibrierung in die
jeweiligen Schieberegister geladen werden können.
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Ebenso
werden die Offsetspannung 84, die an den Verstärker 78 geliefert
wird, und die Bezugsspannung 106 durch den Mikrocomputer 92 auf
gleiche Art und Weise generiert wie die Kompensationsspannungen 28–30.
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Das
Spannungssteuersignal bei 21 der Kompensationsschaltung 14 wird
an ein Schaltmittel 108 geleitet, das den Invertierverstärker 110 in
Reihe mit der Kompensationsschaltung 14 schalten kann,
um die Polarität
der Ausgabespannung der Kompensationsschaltung 14 zu schalten.
Das Ausgabespannungssignal wird dann durch einen Widerstand 112 an
eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung 16 geleitet.
Die spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung, die einen Kristall 22 und
einen Varactor 114 zur Steuerung der Resonanzfrequenz des
Oszillators aufweist, ist Stand der Technik. Das Ausgabesignal des
Oszillators 16 bei 116 ist mit einem Kondensator 119 verbunden,
um die Gleichstromkomponente des Ausgabesignals zu entfernen. Der
Ausgang des Oszillators 16 kann mit dem einen Eingang 118 eines NAND-Glieds 120 verbunden
werden, und der andere Eingang 121 dient der Deaktivierung
des Ausgangs des Oszillators 16, indem der Eingang 121 nach
Low gezogen wird.
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Der
ASIC 90 umfasst die Komponenten, die alle Oszillatoren 10 jener
Art aufweisen, die diese Erfindung verkörpert, und die Komponenten,
die entsprechend der Frequenz und der Art des Kristalls variieren,
wie die Spannungsteiler 32, 42, 50 und
der Kristall 22, befinden sich auf der an den ASIC 90 angrenzenden
Leiterplatte 124, wie in 4 dargestellt. Diese
Konfiguration ermöglicht,
dass ein einzelner ASIC für
alle Oszillatoren unabhängig
von seiner Frequenz verwendet werden kann. Außerdem können unter Verwendung des ASIC 90 die
Oszillatoren 10 zu geringeren Kosten hergestellt werden. 5 zeigt eine
Vielzahl von Oszillatoren mit einem ASIC, die auf einer gemeinsamen
Leiterplatte 126 aufgebaut und geprüft werden können, bevor sie davon abgetrennt
werden. Die gemeinsame Leiterplatte 126 umfasst ein Anschlussstück 128 mit
Anschlüssen 130, die
mit einem jeweiligen ASIC verbunden sind.
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Die
gemeinsame Leiterplatte ist mit einem Versuchsstand (nicht dargestellt)
verbunden, in dem jeder ASIC geprüft wird.
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Die
Erfindung wurde zwar in bezug auf ein Ausführungsbeispiel dargestellt
und beschrieben, doch es sollte unter Fachleuten selbstverständlich sein,
dass die vorangehenden und verschiedene andere Veränderungen,
Weglassungen und Hinzufügungen
in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich
der Erfindung zu verlassen.