FI100753B - Oskillaattoripiiri - Google Patents

Oskillaattoripiiri Download PDF

Info

Publication number
FI100753B
FI100753B FI961984A FI961984A FI100753B FI 100753 B FI100753 B FI 100753B FI 961984 A FI961984 A FI 961984A FI 961984 A FI961984 A FI 961984A FI 100753 B FI100753 B FI 100753B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
main electrode
amplifier
amplifier component
component
electrode
Prior art date
Application number
FI961984A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI961984A0 (fi
FI961984A (fi
Inventor
Nikolay Tchamov
Petri Jarske
Original Assignee
Nikolay Tchamov
Petri Jarske
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikolay Tchamov, Petri Jarske filed Critical Nikolay Tchamov
Priority to FI961984A priority Critical patent/FI100753B/fi
Publication of FI961984A0 publication Critical patent/FI961984A0/fi
Priority to DE19719440A priority patent/DE19719440C2/de
Priority to GB9709237A priority patent/GB2313006B/en
Priority to FR9705735A priority patent/FR2748615B1/fr
Priority to US08/853,934 priority patent/US5825256A/en
Publication of FI961984A publication Critical patent/FI961984A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI100753B publication Critical patent/FI100753B/fi

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/26Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/28Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback
    • H03K3/281Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator
    • H03K3/282Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator astable
    • H03K3/2821Emitters connected to one another by using a capacitor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

100753
Oskillaattoripiiri
Keksinnön kohteena ovat yleisesti värähtelypiirit eli oskillaattorit, ja erityisesti multivibraattoreihin 5 perustuvat oskillaattorit.
Virta- ja jänniteohjatut oskillaattorit (ICO ja VCO) ovat tärkeitä komponentteja lähettimien ja vastaanottimien rakenteissa. Päävaatimukset VCO/ICO:lle, kun tähdätään sovelluksiin kannettavissa langattomissa 10 tietoliikennejärjestelmissä, ovat: 1-20 GHz toimintataa- juusalue, hyvin alhainen vaihekohina, sekä mahdollisimman alhainen käyttöjännite ja tehonkulutus. Rakenteesta riippuen tietoliikennelaite voi sisältää useita VCO/ICO:ita, joita tarvitaan eri tarkoituksiin, esimer-15 kiksi taajuuskonversio, syntesointi, modulointi, jne.
Niiden suorituskyky vaikuttaa voimakkaasti koko tieto-liikenneyksikön suorituskykyyn. Toisaalta tarve implementoida nämä oskillaattorit piiteknologioille kohtaa useita ongelmia.
20 Viimeisten vuosien aikana monet tutkimustyöt on keskittyneet löytämään optimaalisia ratkaisuja. VCO/ICO:iden ytimenä käytetään pääasiallisesti kahta oskillaattorityyppiä: sinioskillaattorit ja relaksaatio-oskillaattorit. Sinioskillaattorit tuottavat tavallises-·:**: 25 ti parhaat parametrit mitä tulee korkeaan taajuuteen ja : alhaiseen vaihekohinaan, mutta ne ovat helposti imple- • · c .*:* mentoitavissa enimmäkseen vain GaAS-teknologioilla.
Siirtyminen Bipolaari-, CMOS-, tai BiCMOS-teknologioihin l·' aiheuttaa monia ongelmia pääasiallisesti hyvin johtavan • · · . *... 30 substraatin vuoksi. Toisaalta tällaisten käytettävissä • · · • · · *. olevien teknologioiden nopeus on haastamassa tutkijat, koska se nykyisin saavuttaa 10-40 GHz tran-sienttitaajuudet, jota aikaisemmin pidettiin taajuusalu-eena, joka voitaisiin kattaa vain GaAS-pohjaisilla mate- • « · ! . 35 riaaleilla. Piipohjaisten teknologioiden nopeus on jo • · · 100753 2 riittävä matkaviestintietoliikenteeseen taajuusalueella 1-20 Ghz, jota useimmat matkaviestimet ja langattomat LANit käyttävät. Lisäksi yksi ohjaava tekijä kannettavien laitteiden suunnittelussa on aina ollut voimakas vaa-5 timus toimia niin alhaisella käyttöjännitteellä kuin mahdollista ja kuluttaa hyvin vähän tehoa.
LC-tyyppisissä oskillaattoreissa aktiiviset pii-rikomponentit pidetään poissa epälineaariselta toiminta-alueelta, kun taas relaksaatio-oskillaattoreissa si-10 nimäinen signaali on tulosta pulssipiirin kyvyttömyydestä kytkeä riittävän nopeasti hyvin suurilla taajuuksilla .
Värähtelypiirejä eli oskillaattoreita voidaan toteuttaa monilla eri piirirakenteilla. Eräs näistä on 15 astabiili (vapaasti käyvä) multivibraattori. Kuviossa 1 on esitetty eräs perinteinen emitterikytketty multivib-raattoripiiri, jota on käytetty jänniteohjattujen oskillaattorien (VCO) toteuttamiseen. Piiri käsittää kaksi transistoria Q1 ja Q2, joiden välille on aikaansaatu 20 positiivinen takaisinkytkentä ristiinkytkemällä kukin transistorin kanta toisen transistorin kollektorille. Positiivinen takaisinkytkentä sekä vastusten RC1 ja RC2 ja kapasitanssin C muodostamat sarjaresonanssipiirit Rcl-C ja Rc2-C aikaansaavat sen, että multivibraattorin ♦ *:**: 25 ulostulo jatkuvasti värähtelee kahden tilan välillä, kun : värähtely on kerran Hipaistu käyntiin. Värähtelytaajuus • · · ;*·*; määräytyy RC-sar j aresonanssipiirien komponenttien ar- * voista.
;·. Seuraavassa tarkastellaan lähemmin multivibraat- • · · 30 torin toimintaa. Oletetaan aluksi, että Q1 ja Q3 ovat • · · pois päältä (johtamaton tila). Ql:n ollessa pois päältä :t ovat Ql:n kollektori sekä Q2:n kanta suurinpiirtein käyttöjännitepotentiaalissa. Tällöin on Q2 päällä (joh-,···. tava tila), ja sen emitterivirta on 11+12. Samoin on
• I I
^ . 35 puskuritransistori Q4 on päällä syöttäen kantavirtaa 100753 3 Q2:lle. Q2:n johtaessa virta II kulkee Q2:n emitteriltä kapasitanssin C kautta Ql:n emitterille. Tällöin virta Il varaa/purkaa kapasitanssin C varausta, jolloin Ql:n emitteripotentiaali putoaa tietyllä nopeudella, kunnes 5 Q1 alkaa johtaa Ql:n kantaemitterijännitteen ylittäessä n. 0.6V. Kun Q1 alkaa johtaa, sen kollektorijännite alkaa pudota, minkä seurauksena puskuritransistori Q3 alkaa sulkeutua. Q4:n kautta syntyvän positiivisen takaisinkytkennän vuoksi myös Q2:n kantajännite putoaa ja 10 Q2 sulkeutuu. Q2: n sulkeutuminen aiheuttaa Q2: n kollek-torijännitteen kasvamisen, mikä nopeuttaa Q3 avautumista. Q3:n avautuminen kasvattaa, positiivisen takaisinkytkennän kautta, Ql:n kantavirtaa. Suurempi kantavirta purkaa nopeammin Q1: n kantapiirin loiskapasitanssit ja 15 sitä kautta nopeuttaa Ql:n avautumista. Q2:n ollessa pois päältä ja Ql:n päällä, virta 12 kulkee Ql:n emitteriltä kapasitanssin C kautta Q2:n emitterille, jossa emitterijännite alkaa pudota kunnes aiheuttaa jälleen Q2: n avautumisen ja, Q3:n kautta, Ql:n sulkeutumisen.
20 Tällaisen multivibraattoripiirin nopeus (maksimi- resonanssitaajuus) riippuu ensisijaisesti transistorei-den Q1 ja Q2 ominaisuuksista. Eräs tunnettu tapa nostaa multivibraattoripiirin nopeutta on toteuttaa positiivinen takaisinkytkentä toisen transistorin kollektorilta *ί**ί 25 toisen transistorin kannalle puskuritransistorin kautta.
: Tämä mahdollistaa suuremman kantavirran, joka puolestaan • · · :*** purkaa nopeammin transistorin kantapiirin loiska- pasitanssit ja näin nopeuttaa transistorin kytkeytymistä ;·. tilasta toiseen.
• · · 30 Pienin mahdollinen käyttöjännite Vcc on vähintään • · · *. 1,1 V, kuten oletetaan, että virtalähteet 3 ja 4 ovat ideaalisia, ts. niissä ei synny jännitehäviötä. Kun ideaaliset virtalähteet korvataan jollakin käytännön piiri-rakenteella, kuten MOS-transistorien muodostamilla vir- . 35 tapeileillä, Vcc kasvaa. MOS-virtapeilit tarvitsevat • « 100753 4 ylitseen noin 0,7 V tasajännitteen, jolloin lopullinen Vcc on vähintään noin 1,8 V. MOS-transistoreiden tilare-sistanssi (volume resistance) on pääosin syynä korkeaan nielu-lähdejännitteeseen Vds, kun transistorit ovat 5 päällä. Jos mennään takaisin piirin toimintaperiaatteeseen, todetaan, että virtatiet ovat joko Ql-C-virta-peili4 tai Q2-C-virtapeili3 ja että virtapeilit tuottavat stabiilin virran referenssikondensaattorin C läpi, mikä on pääsyy tyypilliseen alhaiseen vaihekohinaan. Kun 10 nyt etsitään uutta tapaa kasvattaa nopeutta, referenssi-kondensaattoria ei voida enää pienentää paljon enempää, koska siitä tulee loiskapasitanssien suuruusluokkaa, minkä seurauksena piirin hallittu suunnittelu ei ole mahdollista.
15 Nykyisin on kuitenkin tarve yhä suurempiin no peuksiin samalla kun käyttöjännite haluttaisiin saada mahdollisimman alhaiseksi, erityisesti elektroniikka-laitteissa, joissa käytetään akkuteholähteitä.
Jännite- tai virtaohjatun oskillaattorin toteut-20 taminen multivibraattoripiirin avulla vaatii sopivan säätöratkaisun lisäämistä piiriin. Tällaisen säädön tulisi olla mahdollisimman yksinkertainen.
Kuvion 1 piirissä pulssiamplitudi määräytyy virtojen 11+12 summasta kerrottuna vastaavan jakson (cycle) *:**: 25 kollektorivastuksen Rcl tai Rc2 arvolla. Pulssin levey- : den määrää sen virran arvo, joka II tai 12 syöttää re- • t · ;’!*·. ferenssikondensaattorin C kautta sen uudelleenvarausjak- sojen aikana. Täten taajuudensäätöä varten täytyy muut- ;·. taa joko referenssikondensaattorin C kapasitanssia tai • · · *... 30 sen läpi kulkevaa virtaa.
• · · * • · *
Kapasitanssin muuttaminen voidaan tehdä, jos re- t T · ferenssikondensaattorina C käytetään varaktoria. Ongel-mana on kuitenkin, että varaktoriteknologiat eivät ole yleensä yhteensopivia esimerkiksi BiCMOS-teknologioiden . 35 kanssa. BiCMOS-teknologiassa voidaan käyttää sen sijaan 100753 5 PN-liitosta. Mutta tällöin kuvio 1 piirissä kondensaattori työskentelee jatkuvasti vaihtaen jännitteen polariteettia. Tässä tapauksessa kahden varaktorin sarjaankytkentä, vastakkaisesti toisiin nähden, voi olla jonkin-5 lainen ratkaisu, mutta toisen diodin myötäsuuntaisen jännitealueen toiminnasta, esiintyy tiettyjä epälineaarisuuksia ja multivibraattorin vaihekohina saattaisi olla niin korkea, ettei sitä voida hyväksyä.
Toinen vaihtoehto on muuttaa virtaa ja sen seulo rauksena kondensaattorin uudelleenvarauksen nopeutta.
Tämä on hyvin tehokas tapa säätää värähtelyjen taajuutta, mutta pääasiallisin epäkohta on sen suora vaikutus pulssien amplitudiin.
Esillä olevan keksinnön eräänä päämääränä on uusi 15 jännite- tai virtaohjattu oskillaattoripiiri, jolla on suurempi nopeus tekniikan tason piireihin verrattuna.
Esillä olevan keksinnön toisena päämääränä on uusi jännite- tai virtaohjattu oskillaattoripiiri, jolla on alhaisempi käyttöjännite tekniikan tason piireihin 20 verrattuna.
Esillä olevan keksinnön vielä eräänä päämääränä on uusi jännite- tai virtaohjattu oskillaattoripiiri, jossa on yksinkertainen taajuudensäätö.
Keksinnön kohteena on oskillaattori, joka käsit- 25 tää • · . .·. käyttöjännitelähteen, • · t ensimmäisen epälineaarisen vahvistinkomponentin, • · · * joka käsittää ensimmäisen ja toisen pääelektrodin sekä ohjauselektrodin, • · • ** 30 toisen epälineaarisen vahvistinkomponentin, joka • ♦ » : käsittää ensimmäisen ja toisen pääelektrodin sekä oh- jauselektrodin, toisen vahvistinkomponentin ensimmäisen pääelektrodin ollessa kytketty ohjaamaan ensimmäisen vahvistinkomponentin ohjauselektrodia, ja vastaavasti ' 35 ensimmäisen vahvistinkomponentin ensimmäisen pääelekt-
• < I
100753 6 rodin ollessa kytketty ohjaamaan toisen vahvistinkom-ponentin ohjauselektrodia, kapasitiivisen komponentin, joka on kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin ja 5 toisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin väliin, ensimmäisen ja toisen vastuksen, joiden kautta ensimmäisen vahvistinkomponentin ensimmäinen pääelektro-di ja vastaavasti toisen vahvistinkomponentin ensimmäinen pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen ensim-10 mäiseen potentiaaliin. Oskillaattorille on tunnusomaista, että se käsittää kolmannen vahvistinkomponentin, jonka ensimmäinen pääelektrodi on kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin toiselle pääelektrodille, 15 neljännen vahvistinkomponentin, jonka ensimmäinen pääelektrodi on kytketty toisen vahvistinkomponentin toiselle pääelektrodille, ensimmäisen säädettävän virtalähteen, jonka ensimmäinen napa on kytketty kolmannen ja neljännen vah-20 vistinkomponentin toisille pääelektrodeille ja toinen napa on kytketty jännitelähteen toiseen potentiaaliin, mainitun oskillaattorin taajuuden ollessa säädettävissä ensimmäisen virtalähteen virtaa Icon säätämällä, : viidennen vahvistinkomponentin, jonka ensimmäinen 25 pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen ensimmäi- • · seen potentiaaliin ja ohjauselektrodi on kytketty ensim- • · · ”! mäisen vahvistinkomponentin toiselle pääelektrodille tai « · « **’ ’ ohjauselektrodille, kuudennen vahvistinkomponentin, jonka ensimmäinen • · i ’·· 30 pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen ensimmäi- • · · : seen potentiaaliin ja ohjauselektrodi on kytketty toisen .···. vahvistinkomponentin toiselle pääelektrodille tai oh- jauselektrodille, kolmannen ja neljännen vahvistinkomponentin ohjauselektrodien ollessa ristiinkytketty vii- • · · ·.· · 35 dennen ja vastaavasti kuudennen vahvistinkomponentin • · · 100753 7 toiselle pääelektrodille, välineet kompensointivirran johtamiseksi ensimmäisen vastuksen ja vastaavasti toisen vastuksen kautta ja käyttöjännitelähteen siten, että kunkin vastuksen 5 läpi kulkeva virta on oleellisesti vakio ja virrasta
Icon riippumaton.
Keksinnön mukainen relaksaatio-oskillaattori perustuu uuteen multivibraattorirakenteeseen. Multivi-braattori on varustettu kolmannella ja neljännellä vah-10 vistinkomponentilla, jotka toimivat aktiivisina pull- down-komponentteina. Pull-down-vahvistinkomponentit on ristiinkytketty viidennen ja kuudennen puskuritransisto-rin kautta siten, että ne ovat vuorotellen johtavassa ja johtamattomassa tilassa ensimmäisen ja toisen vahvistin-15 komponentin tilan mukaan pakko-ohjattuina. Kun toinen vahvistinkomponentti on johtamattomassa tilassa ja ensimmäinen vahvistinkomponentti on johtavassa tilassa, ensimmäisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin ja toisen käyttöjännitepotentiaalin väliin kytketty kolmas 20 pull-down-vahvistinkomponentti on johtamattomassa tilas sa. Toisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin ja toisen käyttöjännitepotentiaalin väliin kytketty neljäs pull-down-vahvistinkomponentti on johtavassa tilassa vetäen (pull-down) toisen pääelektrodin toiseen käyttöjän-"**! 25 nitepotentiaaliin. Tällöin piirissä kulkee vain yksi : virtatie ensimmäisen vahvistinkomponentin, kapasitiivi- * · · sen komponentin ja neljännen vahvistinkomponentin kaut- ta. Vastaavasti, kun ensimmäinen vahvistinkomponentti on ;·. johtamattomassa tilassa ja toinen vahvistinkomponentti • · · \..e 30 johtavassa tilassa, neljäs pull-down-vahvistinkomponent- • · · ti on johtamattomassa tilassa ja kolmas pull-down-vah- vistinkomponentti johtavassa tilassa. Tällöin piirissä ’“ kulkee vain yksi virtatie toisen vahvistinkomponentin, kapasitiivisen komponentin ja kolmannen pull-down-vah-; 35 vistinkomponentin kautta. Tässä "kaksoisristikytketyssä" 100753 8 multivibraattoripiirissä saavutetaan pull-down-tekniikan avulla saavutetaan kaksi kertaa suurempi ulostulosignaalin amplitudi samalla käyttöjännitteellä, kun verrataan tekniikan tason multivibraattoripiireihin. Lisäksi pull-5 down-tekniikka kasvattaa huomattavasti multivbraattorin nopeutta.
Keksinnön mukaisessa oskillaattorissa johdetaan säätövirta aktiivisesti alasvedettyjen pull-down-vahvis-tinkomponenttien ja ensimmäisen virtalähteen kautta.
10 Säätövirran muuttaminen muuttaa oskillaattorin ulostulo- taajuutta. Jotta oskillaattorin ulostulosignaalin amplitudi saataisiin säätövirrasta riippumattomaksi, ylimääräinen kompensointivirta johdetaan ensimmäisen ja toisen vahvistinkomponentin ja käyttöjännitelähteen ensimmäisen 15 potentiaalin väliin kytkettyjen vastusten kautta. Kompensointi virtaa säädetään edullisesti samalla tavoin mutta eri suuntaan kuin säätövirtaa siten, että virta vastusten kautta on vakio. Tämä kompensointivirta aikaansaadaan seitsemännellä ja kahdeksannella vahvistin-20 komponentilla, jotka on kytketty ensimmäisen ja vastaavasti toisen vahvistinkomponentin toiselta pääelektro-dilta toisen virtalähteen kautta maahan. Seitsemäs ja kahdeksas vahvistinkomponentti on kytketty pakko-ohja-V : tusti seuraamaan neljännen ja vastaavasti kolmannen vah- *Σ**ί 25 vistinkomponentin tiloja.
: Edullisesti myös viidennellä ja kuudennella pus- ·**; kurivahvistinvälineellä on vastaavat pull-down-vahvis- tinkomponentit, jotka on ristiinkytketty pakko-ohjatusti ;·. seuraamaan kolmannen ja neljännen pull-down-transistorin • · · 30 tiloja. Tämä parantaa oskillaattorin nopeutta sekä pa- • · · *. rantaa logiikkatasoja.
Keksintöä selitetään seuraavassa viitaten ohei-seen piirrokseen, jossa kuviot 1 on tekniikan tason mukaisen multivi- • · « ! . 35 braattorin kytkentäkaavio, • < 100753 9 kuvio 2 on keksinnön mukaisen oskillaattorin kytkentäkaavio, kuvio 3 on säädettävän virtalähteen kytkentäkaavio .
5 Esillä oleva keksintö soveltuu käyttöjännitteen alentamiseen, nopeuden lisäämiseen ja taajuudensäädön toteuttamiseen oskillaattoreissa, jotka perustuvat ns. emitterikytkettyihin multivibraattoripiireihin. Vaikka kuviossa 21 esitetyssä oskillaattorissa on käytetty vah-10 vistineliminä bipolaaritransistoreita, keksinnön mukai sissa piiriratkaisuissa voidaan käyttää periaatteessa minkä tahansa tyyppisiä epälineaarisia vahvistinkom-ponentteja, kuten MOS-, CMOS-, SOI-, HEMT- ja HBT-tran-sistorit, mikroaaltoputket sekä tyhjiöputket. Näissä 15 komponenteissa elektrodien nimityksen saattavat vaihdel la. Bipolaaritransistorin pääelektrodit ovat kollektori ja emitteri ja ohjauselektrodi on kanta. FET-transisto-reissa vastaavat elektrodit ovat nielu, lähde ja hila.
Tyhjiöputkissa vastaavia elektrodeja nimitetään yleensä 20 anodi, katodi ja hila. Täten myös termi emitterikytketty multivibraattori täytyy ymmärtää tässä yhteydessä ylei-sempänä käsitteenä, joka kattaa mm. termit katodikytket-ty tai lähdekytketty multivibraattori.
Kuviossa 2 on esitetty keksinnön ensisijaisen *:**: 25 suoritusmuodon mukainen oskillaattori, joka perustuu : emitterikytkettyyn multivibraattoripiirin. Tarkastellaan • € « ensin varsinaisen multivibraattoripiirin rakennetta.
Multivibraattoripiiri käsittää kuusi NPN-bipolaa- ;*4 ritransistoria Ql, Q2, Q3, Q4, Q5 ja Q6. Transistorin Q1 • ·· *... 30 kollektorielektrodi on kytketty vastuksen Rcl kautta • ♦ · ·. käyttöjännitteeseen Vcc, ja emitteri on kytketty tran- sistorin Q3 kollektorille. Transistorin Q2 kollektori on ·;··; kytketty vastuksen Rc2 kautta käyttöjännitteeseen Vcc ja s]·' emitteri transistorin Q4 kollektorille. Transistoreiden • · · ! . 35 Q3 ja Q4 emitterit on kytketty yhteen ja virtalähteen 22 • · · • * · 100753 10 kautta käyttöjännitepotentiaaliin 0V. Transistoreiden Q1 ja Q2 emittereiden väliin on kytketty kondensaattori C. Transistoreiden Q1 ja Q2 välille on aikaansaatu positiivinen takaisinkytkentä ristiinkytkemällä Ql:n kanta Q2:n 5 kollektorille, ja Q2:n kanta Ql:n kollektorille. Vastaavasti transistoreiden Q3 ja Q4 välille on aikaansaatu positiivinen takaisinkytkentä kytkemällä signaalit transistoreiden Q1 ja Q2 kannoilta puskuritransistoreiden Q5 ja vastaavasti Q6 kautta pull-down-transistoreiden Q4 ja 10 vastaavasti Q3 kannoille. Puskuritransistoreiden Q5 ja Q6 ansiosta transistoreiden Q3 ja Q4 kantavirrat saadaan suuremmiksi, mikä nopeuttaa kantaelektrodien loiska-pasitanssien purkautumista ja sitä kautta transistoreiden Q3, Q4 kytkentänopeutta. Tarkemmin sanottuna Q5:n 15 kollektori on kytketty käyttöjännitteeseen Vcc, kanta on kytketty Ql:n kannalle ja emitteri on kytketty Q4:n kannalle. Vastaavasti Q6:n kollektori on kytketty käyttö-jännitteeseen Vcc, kanta on kytketty Q2:n kannalle ja emitteri on kytketty Q3:n kannalle. Lisäksi Q5:n emitte-20 rin ja käyttöjännitteen 0V väliin on kytketty sarjaan pull-down-transistori Ml, joka on MOS-transistori. Vastaavasti Q6:n emitterin ja käyttöjännitteen OV väliin on kytketty sarjaan pull-down-transistori M2, joka on MOS- : i transistori. Ml ja M2 on ristiinkytketty pakko-ohjatusti ·;··: 25 seuraamaan pull-down-transistorien Q3 ja vastaavasti Q4 • :*; tiloja. Tarkemmin sanottuna, Ml:n kanta on kytketty Q3:n
• M
kannalle ja M2:n kanta on kytketty Q4:n kannalle.
Positiiviset takaisinkytkennät sekä vastusten Rcl,Rc2 ja kondensaattorin C muodostamat sarjaresonans- • · · 30 sipiirit Rcl-C ja Rc2-C aikaansaavat sen, että multivi- • · · • · · *. braattorin ulostulo (esim. Q2:n emitteri) värähtelee • ( i kahden tilan välillä, kun värähtely on kerran Hipaistu käyntiin. Piirin resonanssitaajuus asetetaan komponent-tien Rcl, Rc2 ja C arvoilla.
• · I
! , 35 Keksinnön mukaisessa multivibraattoripiirissä 100753 11 pull-down -transistorit Q3 ja Q4 korvaavat virtalähteet perinteisessä multivibraattoripiirissä, joka on esitetty kuvioissa 1 ja 2. Transistoreiden Q3 ja Q4 ristiinkyt-kennän vuoksi ne ovat vuorotellen päällä ja pois päältä 5 transistoreiden Q1 ja Q2 tilojen pakko-ohjaamina. Oletetaan esimerkiksi, että transistori Q1 on päällä ja transistori Q2 on pois päältä. Tällöin transistorin Ql emit-teri syöttää transistorin Q4 kannalle kantavirran, jonka seurauksena transistori Q4 johtaa. Johtavassa tilassa 10 transistori Q4 vetää Q2:n emitterijännitteen potentiaaliin 0 V lähes ilman jännitehäviötä. Tämän seurauksena transistori Q3, jonka kanta on kytketty Q2:n emitteril-le, on pois päältä. Tällöin Q3:n läpi ei kulje virtaa. Multivibraattoripiirissä on nyt vain yksi virtatie, ni-15 mittäin Rcl-Ql-C-Q4. Transistori Q3, joka ei johda, erottaa kondensaattorin C toisen navan täysin potentiaalista 0V. Transistori Q4, joka on päällä, kytkee kondensaattorin C toisen navan potentiaaliin OV lähes ilman jännitehäviötä, kun virtalähde 22 oletetaan ideaalisek-20 si. Vastaavasti toisessa värähtelytilassa Ql on pois päältä, Q2 on päällä, Q3 on päällä ja Q4 on pois päältä. Tällöin multivibraattoripiirissä on vain yksi virtatie, nimittäin Rc2-Q2-C-Q3. Q4, joka ei ole päällä, erottaa kondensaattorin C toisen navan täysin potentiaalista OV.
·:**: 25 Transistori Q3, joka on päällä, vetää kondensaattorin C
: toisen navan potentiaaliin OV lähes ilman jännitehä- ··· viötä, kun virtalähde 22 oletetaan ideaaliseksi. Näin kondensaattorin yli saadaan mahdollisimman suuri osa käyttöjännitteestä. Täten, koska ristiinkytkettyj en • ·« *... 30 pull-down -transistoreiden Q3 ja Q4 ansiosta vältetään • · · *. virtalähteiden aiheuttamat jännitehäviöt perinteisissä • t * ϊ(ιιί multivibraattoripiireissä, keksinnön mukainen kaksois- :··: ristiinkytketty pull-down -tekniikalla toteutettu multi- .j.t vibraattoripiiri tuottaa kaksi kertaa suuremman ulostu- • · · i . 35 losignaalin amplitudin samalla käyttöjännitteellä ver- « « *
· I
100753 12 rattuna kuvioiden 1 ja 2 perinteisiin piireihin.
Käytännössä virtalähde 22 muodostuu kuitenkin esim. virtapeilistä, jota ohjataan jännitteellä. Tällöin virtapeilin yli syntyy jännitehäviö, jolloin tarvitaan 5 hieman korkeampi käyttöjännite, esim. noin 2,2V.
Virtalähteen 22 kautta kulkevaa virtaa II säätämällä voidaan säätää oskillaattorin taajuutta. Jos virtalähde 22 muodostuu virtapeilistä, jota ohjataan jännitteellä, saadaan jänniteohjattu oskillaattori VCO. Jos 10 virtalähde 22 toteutetaan piiriratkaisulla, jota ohjataan virralla, saadaan virtaohjattu oskillaattori. Nämä erilaiset virtalähteen 22 toteutukset ovat alan ammattimiehelle ilmeisiä.
Oskillaattorin värähtelee kahden tilan välillä.
15 Ensimmäisessä tilassa säätövirta II kulkee reittiä Rcl- Q1-C-Q4 virtalähteelle 22. Toisessa tilassa säätövirta
Il kulkee reittiä Rc2-Q2-C-Q3 virtalähteelle 22. Säätö- virta kulkee siten myös kollektorivastusten Rcl ja Rc2 kautta ja vaikuttaa oskillaattorin ulostulosignaalin 20 amplitudiin. Toisin sanoen signaaliamplitudi muuttuu, kun säätövirtaa II ja taajuutta muutetaan.
Keksinnön mukaisessa oskillaattorissa oskillaat- \V torin ulostulosignaalin amplitudi on saatu säätövirrasta V ' Il riippumattomaksi siten, että johdetaan ylimääräinen ·;··: 25 kompensointivirta 12 vastusten Rcl ja Rc2 kautta. Kom- : pensointi virtaa 12 säädetään edullisesti samalla tavoin • · · mutta eri suuntaan kuin säätövirtaa II siten, että virta • · i r vastusten Rcl ja Rc2 kautta on vakio. Kuvion 2 esimer- .. kissä säätövirta Il=Icon ja 12=1,75mÄ-Icon. Tätä varten • ·· 30 oskillaattoripiiri käsittää transistorit Q7 ja Q8, jotka • · · • · · *. on kytketty Ql:n ja vastaavasti Q2:n emitteriltä toisen * » » virtalähteen 21 kautta käyttöjännitepotentiaaliin 0V. Q7 ja Q8 on kytketty pakko-ohjatusti seuraamaan Q4:n ja (.i vastaavasti Q3:n tiloja. Tarkemmin sanottuna Q7:n koi-
« I
! 35 lektori on kytketty Ql:n emitterille, kanta on kytketty « 100753 13 Q4:n kannalle ja emitteri on kytketty virtalähteen 21 ensimmäiseen napaan. Vastaavasti Q8:n kollektori on kytketty Q2:n emitterille, kanta on kytketty Q3:n kannalle ja emitteri on kytketty virtalähteen 21 ensimmäiseen 5 napaan. Virtalähteen toinen napa on kytketty käyttöjän-nitepotentiaaliin OV.
Oskillaattorin ensimmäisessä värähtelytilassa säätövirta II kulkee reittiä Rcl-Ql-C-Q4 virtalähteelle 22. Q7 on päällä samanaikaisesti Q4:n kanssa, joten kom- 10 pensointivirta 12 kulkee reittiä Rcl-Ql-Q7 virtalähteelle 21. Täten vastuksen Rcl kautta kulkee vakiovirta 11+12 riippumatta Il:n arvosta. Vastaava tilanne on myös toisessa värähtelytilassa vastuksen Rc2 kautta kulkevan virran suhteen.
15 Kuviossa 3 esitetty yksi tapa toteuttaa VCO kuvi on 2 piiristä on syöttää virrat II ja Icom virtapeileillä M7 ja M8, joita ohjataan differentiaalivahvistimella M2-M3-M4-M5. Differentiaalivahvistinta ohjataan säätö-jännitteellä VCOcontrol.
20 Kuvion 2 piiriä on analysoitu käyttäen 0,8 pm Bi- CMOS-teknologiaa, jossa bipolaarisilla NPN-transisto- reilla transienttitaajuus FT = 14 GHz. Transistoreiden ,,; läpi kulkeva virta on valittu olemaan sellainen, joka V ' aikaansaa tämän transienttitaajuuden FT, jolloin virta on *:*·: 25 tällä teknologialla noin 850 μΑ, kun kollektori-emitte- : rijännite Vce on noin 0,8 V. Tämän vuoksi virtalähde 22, joka määrää transistoreiden Q1 ja Q3 sekä vastaavasti transistoreiden Q2 ja Q4 läpi kulkevat virrat, on ;·# Icon=l,7 nA, kun värähtelyn halutaan tapahtuvan suurim- • · · *... 30 maila mahdollisella taajuudella, joka tässä tapauksessa • * · ·, on noin 1,4 GHz. Tällöin 12=1,75mA-Icon. Oskillaattorin !(<i säätökyky voi olla 320 MHz/mA, mikä ylittää monikertai- ':". sesti tällaisten piirien vaatimukset. Vaihekohina on alhainen, mikä johtuu siitä, että kondensaattorin C li- ! . 35 neaarinen uudelleenvarausprosessi säilyy myös suurella < « * « » · • « 100753 14
nopeudella. Piirillä voidaan saavuttaa hyvin korkeita taajuuksia. Esimerkiksi kun kondensaattori C=0,35pF, pulssijakso on 500ps (2 GHz) . Amplitudi on noin 550 mV
ja tehonkulutus vähemmän kuin 5,1 mW käyttöjännitteestä 5 2,2 V. Myös signaalin pulssimuoto on erittäin hyvä.
Oskillaattori voidaan toteuttaa myös puhtaasti bipolaaritekniikalla.
Alhainen vaihekohina tekee oskillaattoripiirin sopivaksi myös suuri-nopeuksisten vaihelukittujen silmu-10 koiden (PLL) rakentamiseen erilaisiin sovelluksiin tie toliikenteessä ja mikroprosessoreissa.
Piirrokset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten 15 puitteissa ja hengessä.
• · • · · • · · • »· • · • · » • · « · • · · • •t • · · • · · • I I · I I '
I I I
I I I
I I I I I I I < I «

Claims (5)

100753 15
1. Oskillaattori, joka käsittää käyttöjännitelähteen (1), 5 ensimmäisen epälineaarisen vahvistinkomponentin (Ql), joka käsittää ensimmäisen ja toisen pääelektrodin sekä ohjauselektrodin, toisen epälineaarisen vahvistinkomponentin (Q2), joka käsittää ensimmäisen ja toisen pääelektrodin sekä 10 ohjauselektrodin, toisen vahvistinkomponentin (Q2)ensimmäisen pääelektrodin ollessa kytketty ohjaamaan ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) ohjauselektrodia, ja vastaavasti ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) ensimmäisen pääelektrodin ollessa kytketty ohjaamaan toisen 15 vahvistinkomponentin (Q2) ohjauselektrodia, kapasitiivisen komponentin (Cl), joka on kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) toisen pääelektrodin ja toisen vahvistinkomponentin (Q2) toisen pääelektrodin väliin, 20 ensimmäisen ja toisen vastuksen (Rcl,Rc2), joiden kautta ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) ensimmäinen pääelektrodi ja vastaavasti toisen vahvistinkomponentin (Q2) ensimmäinen pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen (1) ensimmäiseen potentiaaliin, tunnettu 25 siitä, että piiri käsittää • · · V · kolmannen vahvistinkomponentin (Q3), jonka en- simmäinen pääelektrodi on kytketty ensimmäisen vahvis- : tinkomponentin (Ql) toiselle pääelektrodille, ·*·*: neljännen vahvistinkomponentin (Q4), jonka ensim- 30 mäinen pääelektrodi on kytketty toisen vahvistinkom- ;·. ponentin (Q2) toiselle pääelektrodille, • · · *... ensimmäisen säädettävän virtalähteen (22) , jonka • · « \ ensimmäinen napa on kytketty kolmannen ja neljännen vah- « · · vistinkomponentin (Q3,Q4) toisille pääelektrodeille ja ·;··: 35 toinen napa on kytketty jännitelähteen (1) toiseen po- • * * « « I 100753 16 tentiaaliin, mainitun oskillaattorin taajuuden ollessa säädettävissä ensimmäisen virtalähteen virtaa Icon säätämällä, viidennen vahvistinkomponentin (Q5), jonka ensim-5 mäinen pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen ensimmäiseen potentiaaliin ja ohjauselektrodi on kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) toiselle pää-elektrodille tai ohjauselektrodille, kuudennen vahvistinkomponentin (Q6), jonka ensim-10 mäinen pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen ensimmäiseen potentiaaliin ja ohjauselektrodi on kytketty toisen vahvistinkomponentin (Q2) toiselle pääelektro-dille tai ohjauselektrodille, kolmannen ja neljännen vahvistinkomponentin (Q3,Q4) ohjauselektrodien ollessa 15 ristiinkytketty viidennen (Q5) ja vastaavasti kuudennen (Q6) vahvistinkomponentin toiselle pääelektrodille, välineet (Q7,Q8,21)kompensointivirran johtamiseksi ensimmäisen vastuksen (Rcl) ja vastaavasti toisen vastuksen (Rc2) kautta siten, että kunkin vastuksen läpi 20 kulkeva virta on oleellisesti vakio ja virrasta Icon -riippumaton.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen oskillaattori, tunnettu siitä, että mainitut välineet käsittävät \.\m 25 seitsemännen vahvistinkomponentin (Q7), jonka • · · ' . ensimmäinen pääelektrodi on kytketty ensimmäisen vahvis tinkomponentin (Ql) toiselle pääelektrodille ja oh- • « · *“·' jauselektrodi on kytketty viidennen vahvistinkomponentin *.1 1 (Q5) toiselle pääelektrodille, 30 kahdeksannen vahvistinkomponentin (Q8), jonka • · • ’·· ensimmäinen pääelektrodi on kytketty toisen vahvistin- komponentin (Q2) toiselle pääelektrodille ja ohjauselektrodi on kytketty kuudennen vahvistinkomponentin (Q6) toiselle pääelektrodille, 35 toisen säädettävän virtalähteen (21), jonka en- « 17 100753 simmäinen napa on kytketty seitsemännen ja kahdeksannen vahvistinkomponentin (Q7,Q8) toisille pääelektrodeille ja toinen napa on kytketty jännitelähteen (1) toiseen potentiaaliin.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen oskillaattori, tunnettu siitä, että ensimmäisen virtalähteen säätö on sellainen, että toisen virtalähteen virta 12= Ix-Icon, missä Ix on ennalta määrätty vakiovirta.
4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen oskil- 10 laattori, tunnettu siitä, että se käsittää yhdeksännen vahvistinkomponentin (Ml), joka on kytketty viidennen vahvistinkomponentin (Q5) toisen pää-elektrodin ja jännitelähteen (1) toisen potentiaalin väliin ja jonka ohjauselektrodi on kytketty kolmannen 15 vahvistinkomponentin (Q3) ohjauselektrodille, kymmenennen vahvistinkomponentin (M2), joka on kytketty kuudennen vahvistinkomponentin (Q6) toisen pää-elektrodin ja jännitelähteen (1) toisen potentiaalin väliin ja jonka ohjauselektrodi on kytketty neljännen 20 vahvistinkomponentin (Q4) ohjauselektrodille.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen multivibraatto-ripiiri, tunnettu siitä, että ensimmäinen, toinen, kolmas, neljäs, viides, kuudes, seitsemäs ja kahdeksas vahvistinkomponentti ovat bipolaaritransistorei- 25 ta, ja että yhdeksäs ja kymmenes vahvistinkomponentti • · · ‘ , ovat MOS-transistoreita. • · • « · • · l • · · • · · • · · • · · 1 • · · · • · • · · 18 100753
FI961984A 1996-05-08 1996-05-09 Oskillaattoripiiri FI100753B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI961984A FI100753B (fi) 1996-05-09 1996-05-09 Oskillaattoripiiri
DE19719440A DE19719440C2 (de) 1996-05-09 1997-05-07 Oszillatorschaltung
GB9709237A GB2313006B (en) 1996-05-09 1997-05-08 Oscillator circuit
FR9705735A FR2748615B1 (fr) 1996-05-09 1997-05-09 Circuit oscillateur
US08/853,934 US5825256A (en) 1996-05-08 1997-05-09 Emitter coupled multivibrator circuit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI961984 1996-05-09
FI961984A FI100753B (fi) 1996-05-09 1996-05-09 Oskillaattoripiiri

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI961984A0 FI961984A0 (fi) 1996-05-09
FI961984A FI961984A (fi) 1997-11-10
FI100753B true FI100753B (fi) 1998-02-13

Family

ID=8545996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI961984A FI100753B (fi) 1996-05-08 1996-05-09 Oskillaattoripiiri

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5825256A (fi)
DE (1) DE19719440C2 (fi)
FI (1) FI100753B (fi)
FR (1) FR2748615B1 (fi)
GB (1) GB2313006B (fi)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5892400A (en) * 1995-12-15 1999-04-06 Anadigics, Inc. Amplifier using a single polarity power supply and including depletion mode FET and negative voltage generator
FI100628B (fi) * 1996-05-09 1998-01-15 Nikolay Tchamov Multivibraattoripiiri
US6452448B1 (en) * 2000-07-14 2002-09-17 International Business Machines Corporation Family of analog amplifier and comparator circuits with body voltage control
US6404296B1 (en) * 2000-12-04 2002-06-11 Triquint Semiconductor, Inc. Amplitude-leveled wide-range source-coupled oscillator
US6556060B1 (en) 2002-06-06 2003-04-29 Analog Devices, Inc. Latch structures and systems with enhanced speed and reduced current drain
CN1275390C (zh) * 2002-06-06 2006-09-13 模拟设备股份有限公司 用于npn正反馈器件限流的有npn控制器件结构的双极互补金属氧化物半导体锁存器
EP4066765A1 (de) 2021-03-31 2022-10-05 Erbe Elektromedizin GmbH Aktives elektrochirurgisches instrument
EP4066766B1 (de) 2021-03-31 2023-09-06 Erbe Elektromedizin GmbH Elektromedizinischer leistungsgenerator

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3582809A (en) * 1968-09-06 1971-06-01 Signetics Corp Phased locked loop with voltage controlled oscillator
US3665343A (en) * 1970-11-09 1972-05-23 Motorola Inc Voltage controlled multivibrator
NL7115805A (fi) * 1971-11-17 1973-05-21
JPS5224370B2 (fi) * 1972-12-22 1977-06-30
JPS5636613B2 (fi) * 1974-01-29 1981-08-25

Also Published As

Publication number Publication date
FR2748615B1 (fr) 2000-12-08
DE19719440C2 (de) 2002-01-17
US5825256A (en) 1998-10-20
GB2313006A (en) 1997-11-12
GB9709237D0 (en) 1997-06-25
GB2313006B (en) 2000-09-06
FI961984A0 (fi) 1996-05-09
DE19719440A1 (de) 1997-11-13
FI961984A (fi) 1997-11-10
FR2748615A1 (fr) 1997-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Razavi A 2-GHz 1.6-mW phase-locked loop
US6016082A (en) Low phase noise LC oscillator for microprocessor clock distribution
KR100818241B1 (ko) 쿼드러쳐 전압 제어 발진기
KR100767319B1 (ko) 고주파 발진기
KR19990025790A (ko) 다중궤환 루프 링발진기 및 그 지연셀
JP2011528870A (ja) 低ノイズ高効率バイアス生成回路及び方法
US20030231036A1 (en) Low power voltage to current converter
JP2002208819A (ja) 発振回路
Juarez-Hernandez et al. A novel CMOS charge-pump circuit with positive feedback for PLL applications
US7902930B2 (en) Colpitts quadrature voltage controlled oscillator
FI100753B (fi) Oskillaattoripiiri
FI100754B (fi) Oskillaattoripiiri
US7061338B2 (en) Average controlled (AC) resonator driver
WO2018010180A1 (zh) 一种振荡器
FI100755B (fi) Oskillaattoripiiri
JPH07176996A (ja) 電流制御発振器
CN113395042B (zh) 一种高频低功耗低抖动压控振荡器
FI103232B (fi) Oskillaattoripiiri
JP2011130518A (ja) チャージポンプ回路
US5990718A (en) Multivibrator circuit
EP0957584B1 (en) Phase locked loop circuit and control method thereof
US6734742B2 (en) Voltage controlled oscillator capable of linear operation at very low frequencies
Kim et al. A 1-V fully integrated CMOS frequency synthesizer for 5-GHz WLAN
FI100628B (fi) Multivibraattoripiiri
Cheung et al. A 1.8/spl sim/3.2-GHz fully differential GaAs MESFET PLL

Legal Events

Date Code Title Description
GB Transfer or assigment of application

Owner name: TCHAMOV, NIKOLAY

MA Patent expired