FI100755B - Oskillaattoripiiri - Google Patents

Description

100755

Oskillaattoripiiri

Keksinnön kohteena ovat yleisesti värähtelypiirit eli oskillaattorit, ja erityisesti multivibraattoreihin 5 perustuvat säädettävät 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 implementoitavissa enimmäkseen vain GaAS-teknologioilla. Siirtyminen Bipolaari-, CMOS-, tai BiCMOS-teknologioihin 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 taajuusalueena, joka voitaisiin kattaa vain GaAS-pohjaisilla mate-35 riaaleilla. Piipohjaisten teknologioiden nopeus on jo 100755 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 kytkemällä kukin transistorin kollektori puskuritransistorin Q3,Q4 kautta ohjaamaan toisen transistorin kantaa. Ql:n ja Q2:n kollekto-rit on kytketty vastuksien Rcl ja vastaavasti Rc2 kautta käyttöjännitelähteen 1 yhteen potentiaaliin, ja emitte-25 rit on kytketty virtalähteiden 3 ja vastaavasti 4 kautta käyttöjännitelähteen alempaan potentiaaliin. Vastaavasti puskuritransistorien Q3 ja Q4 emitterit on kytketty virtalähteiden 5 ja 6 kautta alempaan potentiaaliin. Lisäksi Ql:n ja Q2:n emittereiden väliin on kytketty refe-• 30 renssikondensaattori C. Positiivinen takaisinkytkentä sekä vastusten RC1 ja RC2 ja kapasitanssin C muodostamat sarjaresonanssipiirit Rcl-C ja Rc2-C aikaansaavat sen, että multivibraattorin ulostulo jatkuvasti värähtelee kahden tilan välillä, kun värähtely on kerran liipaistu 35 käyntiin. Värähtelytaajuus määräytyy RC-sarjaresonanssi- 100755 3 piirien komponenttien arvoista. Värähtelytaajuutta voidaan säätää muuttamalla jotakin näistä komponenttiar-voista, tyypillisesti kapasitanssia C.

Seuraavassa tarkastellaan lähemmin multivibraat-5 torin toimintaa. Oletetaan aluksi, että Q1 ja Q3 ovat pois päältä (johtamaton tila). Ql:n ollessa pois päältä ovat Ql:n kollektori sekä Q2:n kanta suurinpiirtein käyttöjännitepotentiaalissa. Tällöin on Q2 päällä (johtava tila), ja sen emitterivirta on 11+12. Samoin on 10 puskuritransistori Q4 on päällä syöttäen kantavirtaa 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 15 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 20 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 Ql:n kantapiirin loiskapasitanssit ja 25 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.

30 Tällaisen multivibraattoripiirin nopeus (maksimi- resonanssitaajuus) riippuu ensisijaisesti transistorei-den Q1 ja Q2 ominaisuuksista. Puskuritransistorit Q3 ja Q4 nostavat multivibraattoripiirin nopeutta, koska ne mahdollistavat suuremman kantavirran, joka puolestaan 35 purkaa nopeammin transistorien Q1 ja Q2 kantapiirin 100755 4 loiskapasitanssit ja näin nopeuttaa transistorin kytkeytymistä tilasta toiseen.

Pienin mahdollinen käyttöjännite Vcc saavutetaan, kun oletetaan, että virtalähteet 3 ja 4 ovat ideaalisia, 5 ts. niissä ei synny jännitehäviötä. Kun ideaaliset virtalähteet korvataan jollakin käytännön piirirakenteella, kuten virtapeileillä, Vcc kasvaa. Jos mennään takaisin piirin toimintaperiaatteeseen, todetaan, että virtatiet ovat joko Ql-C-virtapeili4 tai Q2-C-virtapeili3 ja että 10 virtapeilit tuottavat stabiilin virran referenssikonden-saattorin C läpi, mikä on pääsyy tyypilliseen alhaiseen vaihekohinaan. Kun nyt etsitään uutta tapaa kasvattaa nopeutta, referenssikondensaattoria ei voida enää pienentää paljon enempää, koska siitä tulee loiska-15 pasitanssien suuruusluokkaa, minkä seurauksena piirin hallittu suunnittelu ei ole mahdollista.

Nykyisin on kuitenkin tarve yhä suurempiin nopeuksiin samalla kun käyttöjännite haluttaisiin saada mahdollisimman alhaiseksi, erityisesti elektroniikka-20 laitteissa, joissa käytetään akkuteholähteitä.

Jännite- tai virtaohjatun oskillaattorin toteuttaminen multivibraattoripiirin avulla vaatii sopivan säätöratkaisun lisäämistä piiriin. Tällaisen säädön tulisi olla mahdollisimman yksinkertainen.

25 Kuvion 1 piirissä pulssiamplitudi määräytyy vir tojen 11+12 summasta kerrottuna vastaavan jakson (cycle) kollektorivastuksen Rcl tai Rc2 arvolla. Pulssin leveyden määrää sen virran arvo, joka II tai 12 syöttää re-ferenssikondensaattorin C kautta sen uudelleenvarausjak-* 30 sojen aikana. Täten taajuudensäätöä varten täytyy muut taa joko referenssikondensaattorin C kapasitanssia tai sen läpi kulkevaa virtaa.

Kapasitanssin muuttaminen voidaan tehdä, jos re-ferenssikondensaattorina C käytetään varaktoria. Ongel-35 mana on kuitenkin, että varaktoriteknologiat eivät ole 100755 5 yleensä yhteensopivia esimerkiksi BiCMOS-teknologioiden kanssa. BiCMOS-teknologiassa voidaan käyttää sen sijaan PN-liitosta. Mutta tällöin kuvio 1 piirissä kondensaattori työskentelee jatkuvasti vaihtaen jännitteen polari-5 teettia. Tässä tapauksessa kahden varaktorin sarjaankyt kentä, vastakkaisesti toisiin nähden, voi olla jonkinlainen ratkaisu, mutta toisen diodin myötäsuuntaisen jännitealueen toiminnasta, esiintyy tiettyjä epälineaa-risuuksia ja multivibraattorin vaihekohina saattaisi 10 olla niin korkea, ettei sitä voida hyväksyä.

Toinen vaihtoehto on muuttaa virtaa ja sen seurauksena kondensaattorin uudelleenvarauksen nopeutta.

Tämä on hyvin tehokas tapa säätää värähtelyjen taajuutta, mutta pääasiallisin epäkohta on sen suora vaikutus 15 pulssien amplitudiin.

Esillä olevan keksinnön eräänä päämääränä on uusi jännite- tai virtaohjattu oskillaattoripiiri, jolla on yksinkertainen taajuudensäätö, suurempi nopeus sekä pienempi käyttöjännite ja tehonkulutus kuin tekniikan tason 20 piireillä.

Keksinnön kohteena on oskillaattoripiiri, joka käsittää käyttöjännitelähteen, ensimmäisen epälineaarisen vahvistinvälineen, 25 joka käsittää ensimmäisen ja toisen pääelektrodin sekä ohjauselektrodin, toisen epälineaarisen vahvistinkomponentin, joka käsittää ensimmäisen ja toisen pääelektrodin sekä ohjauselektrodin, • 30 kolmannen vahvistinkomponentin, jonka pääelekt- rodit on kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin oh-jauselektrodille ja käyttöjännitelähteen ensimmäiseen potentiaaliin ja jonka ohjauselektrodi on toiminnallisesti kytketty toisen vahvistinkomponentin ensimmäiselle 35 pääelektrodille niin, että aikaansaadaan positiivinen 100755 6 takaisinkytkentä, neljännen vahvistinkomponentin, jonka pääelekt-rodit on kytketty toisen vahvistinkomponentin oh-jauselektrodille ja käyttöjännitelähteen ensimmäiseen 5 potentiaaliin ja jonka ohjauselektrodi on toiminnallisesti kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin ensimmäiselle pääelektrodille niin, että aikaansaadaan positiivinen takaisinkytkentä, ka*pasitiivisen komponentin, joka on kytketty en-10 simmäisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin ja toisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin väliin, ensimmäisen ja toisen vastuksen, joiden kautta ensimmäisen vahvistinkomponentin ensimmäinen pääelektro-di ja vastaavasti toisen vahvistinkomponentin ensimmäi-15 nen pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen ensimmäiseen potentiaaliin. Oskillaattorille on tunnusomaista, että se käsittää ensimmäisen säädettävän virtalähteen, joka on kytketty sarjaan ensimmäisen vahvistinkomponentin toisen 20 pääelektrodin ja käyttöjännitelähteen toisen potentiaalin väliin, toisen säädettävän virtalähteen, joka on kytketty sarjaan toisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin ja käyttöjännitelähteen toisen potentiaalin väliin, mai-25 nitun ensimmäisen ja toisen virtalähteen virtojen II ja 12 määrätessä oskillaattorin taajuuden, välineet kompensointivirran johtamiseksi ensimmäisen vastuksen ja vastaavasti toisen vastuksen kautta siten, että kunkin vastuksen läpi kulkeva virta on 30 oleellisesti vakio ja virroista II ja 12 riippumaton.

Keksinnön mukainen relaksaatio-oskillaattori perustuu multivibraattorirakenteeseen, joka käsittää ensimmäisen ja toisen vahvistinkomponentin, jotka on ristiinkytketty kolmannen ja neljännen puskurivahvistinkom-35 ponentin kautta positiivisen takaisinkytkennän aikaan- 100755 7 saamiseksi. Taajuudensäätö tehdään säätämällä referens-sikondensaattorin kautta kulkevaa virtaa. Jotta oskillaattorin ulostulosignaalin amplitudi saataisiin säätö-virrasta riippumattomaksi, johdetaan vastusten, jotka on 5 kytketty ensimmäisen ja toisen vahvistinkomponentin ja käyttöjännitelähteen ensimmäisen potentiaalin väliin, kautta ylimääräinen kompensointivirta. Kompensointivir-taa säädetään edullisesti samalla tavoin mutta eri suuntaan kuin säätövirtaa siten, että virta vastusten kautta 10 on vakio. Toisin sanoen kompensointivirta kompensoi sää-tövirtojen muutoksia. Tämä kompensointivirta aikaansaadaan viidennellä ja kuudennella vahvistinkomponentilla, jotka on kytketty ensimmäisen ja vastaavasti toisen vahvistinkomponentin ensimmäiseltä pääelektrodilta kompen-15 sointivirtalähteen kautta maahan. Viides ja kuudes vah-vistinkomponentti on kytketty pakko-ohjatusti seuraamaan ensimmäisen ja vastaavasti toisen vahvistinkomponentin tiloja.

Edullisesti kolmannella ja neljännellä puskuri-20 vahvistinvälineellä voi olla vastaavat pull-down -vah-vistinkomponentit, jotka on ristiinkytketty pakko-ohjatusti seuraamaan toisen ja vastaavasti ensimmäisen vahvistinkomponentin tiloja. Tämä kasvattaa merkittävästi nopeutta sekä kolmannen ja neljännen vahvistinkomponen-25 tin muodostamien emitteriseuraajien tehokkuutta, ja ai kaansaa suuremman amplitudin ja alhaisemman ulostulore-sistanssin samasta pienjännitteisestä teholähteestä tekniikan tason ratkaisuihin verrattuna.

Keksintöä selitetään seuraavassa viitaten ohei-30 seen piirrokseen, jossa kuvio 1 on tekniikan tason mukaisen multivibraat-torin kytkentäkaavio, ja kuvio 2 on keksinnön mukaisen oskillaattorin kytkentäkaavio, ja 35 kuvio 3 on säädettävän virtalähteen kytkentäkaa- 100755 8 vio.

Esillä oleva keksintö soveltuu käyttöjännitteen alentamiseen, nopeuden lisäämiseen ja taajuudensäädön toteuttamiseen oskillaattoreissa, jotka perustuvat ns.

5 emitterikytkettyihin multivibraattoripiireihin. Vaikka kuviossa 21 esitetyssä oskillaattorissa on käytetty vah-vistineliminä bipolaaritransistoreita, keksinnön mukaisissa piiriratkaisuissa voidaan käyttää periaatteessa minkä tahansa tyyppisiä epälineaarisia vahvistinkom-10 ponentteja, kuten MOS-, CMOS-, SOI-, HEMT- ja HBT-tran-sistorit, mikroaaltoputket sekä tyhjiöputket. Näissä komponenteissa elektrodien nimityksen saattavat vaihdella. Bipolaaritransistorin pääelektrodit ovat kollektori ja emitteri ja ohjauselektrodi on kanta. FET-transisto-15 reissä vastaavat elektrodit ovat nielu, lähde ja hila.

Tyhjiöputkissa vastaavia elektrodeja nimitetään yleensä anodi, katodi ja hila. Täten myös termi emitterikytketty multivibraattori täytyy ymmärtää tässä yhteydessä ylei-sempänä käsitteenä, joka kattaa mm. termit katodikytket-20 ty tai lähdekytketty multivibraattori.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukainen oskillaattori, joka perustuu emitterikytkettyyn multivibraattoripiirin.

Oskillaattori käsittää kuusi NPN-bipolaaritran-25 sistoria Ql, Q2, Q3, Q4, Q5 ja Q6. Transistorin Q1 kol- lektorielektrodi on kytketty vastuksen Rcl kautta käyttöjännitteeseen Vcc ja emitteri virtalähteen 11 kautta käyttöjännitepotentiaaliin 0V. Transistorin Q2 kollektori on kytketty vastuksen Rc2 kautta käyttöjännitteeseen 30 Vcc ja emitteri virtalähteen 12 kautta käyttöjännitepo tentiaaliin OV. Transistoreiden Ql ja Q2 emittereiden väliin on kytketty kondensaattori C. Transistoreiden Ql ja Q2 välille on aikaansaatu positiivinen takaisinkytkentä kytkemällä Q2:n kollektori puskuritransistorin Q3 35 kautta Ql:n kannalle, ja Ql:n kollektori puskuritransis- 100755 9 torin Q4 kautta Q2:n kannalle.

Tarkemmin sanottuna, Q3:n kanta on kytketty Q2:n kollektorille ja kollektori käyttöjännitteeseen Vcc.

Q3:n emitteri on kytketty transistorin Q1 kannalle.

5 Vastaavasti Q4:n kanta on kytketty Ql:n kollek torille kollektori käyttöjännitteeseen Vcc. Q4:n emitteri on kytketty transistorin Q1 kannalle.

Puskuritransistoreiden Q3 ja Q4 ansiosta transis-toreiden Q1 ja Q2 kantavirrat saadaan suuremmiksi, mikä 10 nopeuttaa kantaelektrodien loiskapasitanssien purkautumista ja sitä kautta transistoreiden kytkentänopeutta.

Lisäksi Q3:n emitterin ja käyttöjännitteen 0V väliin on kytketty sarjaan pull-down -transistori Ml, joka on MOS-transistori. Vastaavasti Q4:n emitterin ja 15 käyttöjännitteen OV väliin on kytketty sarjaan pull-down -transistori M2, joka on MOS-transistori. Ml ja M2 on ristiinkytketty pakko-ohjatusti seuraamaan transistorien Q2 ja vastaavasti Q1 tiloja. Tarkemmin sanottuna, Ml:n kanta on kytketty Q2:n kannalle ja M2:n kanta on kytket-20 ty Ql:n kannalle. Tämä lisää piirin nopeutta ja parantaa ulostulosignaalin muotoa symmetrisissä ulostuloissa Vouti ja Vout2.

Positiiviset takaisinkytkennät sekä vastusten Rcl,Rc2 ja kondensaattorin C muodostamat sarjaresonans-25 sipiirit Rcl-C ja Rc2-C aikaansaavat sen, että multivi-braattorin ulostulo Vouti-Vout2 värähtelee kahden tilan välillä, kun värähtely on kerran Hipaistu käyntiin. Piirin resonanssitaajuus asetetaan komponenttien Rcl,

Rc2 ja C arvoilla.

30 Kuten aikaisemmin kuvion 1 yhteydessä selitet tiin, pulssiamplitudi määräytyy virtojen 11+12 summasta kerrottuna vastaavan jakson (cycle) kollektorivastuksen Rcl tai Rc2 arvolla. Pulssin leveyden määrää sen virran arvo, joka II tai 12 syöttää referenssikondensaattorin C 35 kautta sen uudelleenvarausjaksojen aikana. Täten taajuu- 100755 10 densäätö voidaan toteuttaa referenssikondensaattorin C läpi kulkevaa virtaa. Kuviossa 2 esitetyssä keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa, taajuudensäätö tapahtuu säätämällä säädettävien virtalähteiden 11 ja 12 virtoja 5 II ja 12.

Tämä on tehokas tapa säätää taajuutta, mutta pääasiallisin epäkohta on sen suora vaikutus pulssien amplitudiin. Jotta oskillaattorin ulostulosignaalin amplitudi saataisiin säätövirrasta riippumattomaksi, keksin-10 nön mukaisesti johdetaan Rcl:n ja Rc2:n kautta ylimääräinen kompensointivirta loom. Kompensointivirtaa Icom säädetään edullisesti samalla tavoin mutta eri suuntaan kuin säätövirtoja II ja 12 siten, että virta vastusten Rcl ja Rc2 kautta on vakio, samalla kun virta konden-15 saattorin C kautta muuttuu. Toisin sanoen kompensointi-virta Icom kompensoi säätövirtojen II ja 12 muutoksia.

Kuvion 2 suoritusmuodossa tämä kompensointivirta Icom aikaansaadaan transistoreilla Q5 ja Q6 , jotka on kytketty Ql:n ja Q2: n kollektorilta kompensointivirta-20 lähteen 22 kautta maahan. Q5 ja Q6 on kytketty pakko-oh-jatusti seuraamaan Ql:n ja vastaavasti Q2:n tiloja.

Virtojen II ja 12 arvo voi olla erilainen, jos pulssileveyden ja tauon välillä tarvitaan ero. Yleensä valitaan 11=12 siten, että virta on avalanche-prosessin 25 maksimitransienttinopeuden alueella. Tämä voi olla esimerkiksi virta, jolla saavutetaan käytettävien transis-toreiden transienttitaajuus fT.

Tarkemmin sanottuna transistorin Q5 kollektori on kytketty Ql:n kollektorille ja kanta Ql:n kannalle.

30 Transistorin Q6 kollektori on kytketty Q2:n kollektorille ja kanta Q2:n kannalle. Transistoreiden Q5 ja Q6 emitterit on kytketty yhteen ja virtalähteen 22 kautta käyttöjännitepotentiaaliin 0V.

Ideaalisessa virtalähteessä 11, 12 tai 22 ei syn-35 ny jännitehäviöitä. Reaalinen virtalähde 11, 12 tai 22 100755 11 muodostuu kuitenkin esim. virtapeilistä, jota ohjataan jännitteellä. Tällöin virtapeilin yli syntyy jännitehäviö, jolloin tarvitaan hieman korkeampi käyttöjännite.

Täten kuvion 2 piiri tarvitsee toimintaa varten 5 vähintään 2,2 V (=1.8V+0.4V) käyttöjännitteen, missä jännitteen virtalähteiden 11, 12 ja 22 yli oletetaan olevan noin 0,4 V, kun virtojen II ja 12 tuottamiseen käytetään MOS-transistoreita.

Jos virtalähde 11, 12 tai 22 muodostuu virtapei-10 listä, jota ohjataan jännitteellä, saadaan jänniteohjat-tu oskillaattori VCO. Kuviossa 3 esitetty yksi tapa toteuttaa VCO kuvion 2 piiristä on syöttää virrat II, 12 ja Icom virtapeileillä M6-M7 ja M8, joita ohjataan differentiaalivahvistimella M2-M3-M4-M5. Differentiaalivah-15 vistinta ohjataan säätöjännitteellä VCOcontrol. Jos virtalähde 11, 12 tai 22 toteutetaan piiriratkaisulla, jota ohjataan virralla, saadaan virtaohjattu oskillaattori.

Nämä erilaiset virtalähteen toteutukset ovat alan ammattimiehelle ilmeisiä.

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 aikaansaa tämän transienttitaajuuden FTMAX, jolloin virta 25 on tällä teknologialla noin 800 pA. MOS-transistoreilla Ml ja M2 W=l,2um ja W/L=100. Suurin värähtelytaajuus noin 1,1 GHz saavutetaan kondensaattorin C minimiarvolla 0.5pF. Amplitudi on noin 0,4V ja tehonkulutus vain 5,6mW 2,2,V käyttöjännitteestä. Piirin säätökyky on 750MHz/mA.

30 Referenssikondensaattorin C yli olevan signaalin muoto säilyy emitterikytketyille multivibraattoreille tyypillisinä, mikä on pääsyy hyvin alhaiselle vaihekohinalle. Oskillaattori kykenee toimimaan myös matalilla taajuuksilla, joilla voidaan helpommin käyttää suuria ulkopuo-35 lisiä kondensaattoreita C.

100755 12

Keksintö voidaan toteuttaa myös puhtaasti Bipo-laaritekniikalla.

Keksinnön mukainen oskillaattoripiiri on erityisen sopiva nykyaikaisiin vaihelukittuihin silmukoihin 5 (PLL) tietoliikenne- ja mikroprosessorisovellutuksissa.

Piirrokset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa ja hengessä.

Claims (6)

100755 13

1. Oskillaattoripiiri, 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, kolmannen vahvistinkomponentin (Q3), jonka pää-elektrodit on kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) ohjauselektrodille ja käyttöjännitelähteen (1) ensimmäiseen potentiaaliin ja jonka ohjauselektrodi on 15 toiminnallisesti kytketty toisen vahvistinkomponentin (Q2) ensimmäiselle pääelektrodille niin, että aikaansaadaan positiivinen takaisinkytkentä, neljännen vahvistinkomponentin (Q4), jonka pää-elektrodit on kytketty toisen vahvistinkomponentin (Q2) 20 ohjauselektrodille ja käyttöjännitelähteen (1) ensimmäi seen potentiaaliin ja jonka ohjauselektrodi on toiminnallisesti kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) ensimmäiselle pääelektrodille niin, että aikaansaadaan positiivinen takaisinkytkentä, 25 kapasitiivisen komponentin (C), joka on kytketty ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) toisen pääelektrodin ja toisen vahvistinkomponentin (Q2) toisen pääelektrodin väliin, ensimmäisen ja toisen vastuksen (Rcl,Rc2), joiden 30 kautta ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) ensimmäinen pääelektrodi ja vastaavasti toisen vahvistinkomponentin (Q2) ensimmäinen pääelektrodi on kytketty käyttöjännitelähteen (1) ensimmäiseen potentiaaliin, tunnettu siitä, että piiri käsittää 35 ensimmäisen säädettävän virtalähteen (11), joka 100755 14 on kytketty sarjaan ensimmäisen vahvistinkomponentin (Ql) toisen pääelektrodin ja käyttöjännitelähteen toisen potentiaalin väliin, toisen säädettävän virtalähteen (12), joka on 5 kytketty sarjaan toisen vahvistinkomponentin toisen pääelektrodin ja käyttöjännitelähteen toisen potentiaalin väliin, mainitun ensimmäisen ja toisen virtalähteen virtojen Il ja 12 määrätessä oskillaattorin taajuuden, välineet (Q3,Q4,22) kompensointivirran johtami-10 seksi ensimmäisen vastuksen (Rcl) ja vastaavasti toisen vastuksen (Rc2) kautta siten, että kunkin vastuksen läpi kulkeva virta on oleellisesti vakio ja virroista II ja 12 riippumaton.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen oskillaatto-15 ripiiri, tunnettu siitä, että mainitut välineet käsittävät viidennen vahvistinkomponentin (Q5), jonka ensimmäinen pääelektrodi on kytketty ensimmäisen vahvistin-komponentin (Ql) toiselle pääelektrodille ja ohjauselek-20 trodi on toiminnallisesti kytketty kolmannen vahvistin-komponentin (Q3) toiselle pääelektrodille, kuudennen vahvistinkomponentin (Q6), jonka ensimmäinen pääelektrodi on kytketty toisen vahvistinkom-. ponentin (Q2) toiselle pääelektrodille ja ohjauselektro- 25 di on toiminnallisesti kytketty neljännen vahvistinkomponentin (Q4) toiselle pääelektrodille, kolmannen säädettävän virtalähteen, jonka ensimmäinen napa on kytketty viidennen ja kuudennen vahvistinkomponentin (Q5,Q6) toisille pääelektrodeille ja toi-30 nen napa on kytketty jännitelähteen (1) toiseen potentiaaliin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen oskillaattori-piiri, tunnettu siitä, että kolmannen virtalähteen (22) säätö on sellainen, että kompensointivirran ja 35 virtojen II ja 12 summa on oleellisesti vakio. 100755 15

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen oskil-laattoripiiri, tunnettu siitä, että se käsittää seitsemännen vahvistinkomponentin (Ml), joka on kytketty kolmannen vahvistinkomponentin (Q3) toisen pää-5 elektrodin ja jännitelähteen (1) toisen potentiaalin väliin ja jonka ohjauselektrodi on kytketty viidennen vahvistinkomponentin (Q5) ohjauselektrodille, kahdeksannen vahvistinkomponentin (M2), joka on kytketty neljännen vahvistinkomponentin (Q4) toisen pää- 10 elektrodin ja jännitelähteen (1) toisen potentiaalin väliin ja jonka ohjauselektrodi on kytketty kuudennen -vahvistinkomponentin (Q6) ohjauselektrodille.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen oskillaattori-piiri, tunnettu siitä, että ensimmäinen, toinen, 15 kolmas, neljäs, viides ja kuudes vahvistinkomponentti ovat bipolaaritransistoreita, ja että seitsemäs ja kahdeksas vahvistinkomponentti ovat MOS-transistoreita.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen os-killaattoripiiri, tunnettu siitä, että kaikki 20 vahvistinkomponentit ovat bipolaaritransistoreita. 16 100755