FI109159B - Menetelmä integroidun piirin analogisten osien säätämiseksi - Google Patents

Description

5 109159

Menetelmä integroidun piirin analogisten osien säätämiseksi - Förfarande för justering av analoga delar i en integrerad krets

Keksintö koskee menetelmää integroidun piirin analogisten osien säätämiseksi.

'One-chip' -televisiovastaanottimien valmistamiseksi integ-10 roiduissa piireissä olevat analogiset osat, esim. suodattimet, on välttämättä säädettävä komponenttien toleranssien ja valmistushajonnan vuoksi. Julkaisusta Y.P. Tsividis, 'MOW Analog IC Design - New Ideas, Trends and Obstacles', ESSCIRC'86, Delft Conference Proceedings, tunnetaan integ-15 roidun piirin referenssielementin säätäminen, joka piiri- teknisesti on rakenteeltaan samantapainen kuin integroidun piirin muut säädettävät elementit, ja siten mitan saaminen muiden säädettävien elementtien ainakin likimaiselle säädölle. Tämän referenssielementin säätäminen merkitsee kui-20 tenkin lisäkustannusta. Lisäksi tällä ei oteta huomioon integroidun piirin komponenttitoleransseja.

Keksinnön tehtävänä on integroidun piirin analogisten osien säätäminen pienin kustannuksin ja suurella tarkkuudella.

25 ; : Tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksessa 1 esitetyin ; tunnusmerkein. Keksinnön edullisia muunnelmia on esitetty : epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

• · · 30 Muodostetaan integroidun piirin referenssiosa, joka myös on : olemassa tunnetuissa televisiovastaanottimissa ja joka on säädettävä, piiriteknisesti samalla tavalla kuin piirin • · · muut säädettävät analogiset osat. Tämä referenssiosa on t » esimerkiksi vaakataajuus-oskillaattori ja piirin muut ana-:ti,· 35 logiset osat ovat esim. analogiset suodattimet, FM-demodu- laattorit ja korjain.

2 109159

Piirin nämä osat voidaan säätää esim. virralla. Säädetty virta vaakataajuus-oskillaattoria varten on tällöin mittana piirin analogisten osien vastaavalle säätövirralle.

5 Piirin analogisten osien hienosäätöä varten säädön on muu tettava virtaa vain vähän, ja siltä vaaditaan vain hyvin rajallinen toiminta-alue. Tällä säätötavalla esim. kohinalla ja komponenttien toleransseilla edullisesti on vain vähäinen vaikutus. Säätöpiirin 'osumisen' kanssa ei esiinny 10 ongelmia. Edullisesti piirin näiden osien integroimisella voidaan tunnettuihin televisiovastaanottimiin verrattuna jättää pois kalliit keraamiset suodattimet ja LC-piirit.

Seuraavassa selitetään keksinnön suoritusesimerkkiä piirus-15 tusten avulla. Niissä: kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen moninormisen tele-visiorungon lohkokaavion; 20 kuvio 2 esittää moninormiseen televisiorunkoon sisältyvän signaaliprosessorin lohkokaavion; kuvio 3 esittää biguad-perussuodatinkennon; 25 kuvio 4 esittää gm-vahvistimen, tyyppiä 1; , kuvio 5 esittää gm-vahvistimen, tyyppiä 2; kuvio 6 esittää keksinnön mukaisen säätöpuun.

30 .·, : Kuvio 1 esittää televisiovastaanottimen lohkokaavion. Yksi- *;·] köt vastaavat periaatteessa nykyisten televisiovastaanotti mien yksiköitä. PIF tarkoittaa kuva-välitaajuusosaa, SIF ·,·,· tarkoittaa ääni-välitaajuusosaa. Keksinnön mukaisessa tele- 35 vision rungossa kuitenkin pistekatkoviivamerkinnän sisäpuo- lella olevat yksiköt ja niissä olevat säädettävät analogi- 3 109159 set piirin osat sisältyvät yhteen ainoaan integroituun piiriin ('one chip').

Kuviossa 2 on esitetty integroidun piirin yksityiskohtainen 5 lohkokaavio piirin säädettävillä eri osilla. Nämä piirin osat on merkitty 20 (vaakataajuus-oskillaattori), 211 -214 (vt-suodatin), 221 - 224, 231 - 234 (suodatin ääntä varten), 24 (krominanssi-kellosuodatin) ja 25 (krominanssi-loukku).

10

Kuvio 3 esittää integroidussa piirissä useamman kerran käytettyä biquad-perussuodatinkennoa ja siihen kuuluvan siirtofunktion Vout. Seuraava taulukko esittää näiden pe-russuodatinkennojen eri suodatinominaisuudet tuloliitäntö-15 jen Va, Vb ja Vc kytkennöistä riippuen.

Alipäästö: Vb ja Vc maassa, Va:ssa tulosignaali

Ylipäästö: Va ja Vb maassa, Vc:ssä tulosignaali

Kaistanpäästö: Va ja Vc maassa, Vb:ssä tulosignaali 20 Loukku: Vb maassa, Va:ssa ja

Vc:ssä tulosignaali

Kuvion 3 biquad-perussuodatinkenno sisältää kaksi gm-vah-•·’ vistinta (transkonduktanssi-vahvistinta), joilla on kuvion 25 4 ja kuvion 5 mukainen kytkentä. Tyypin 1 gm-vahvistimet ’ : voivat käsitellä suurempia taajuuksia kuin tyypin 2 gm-vah vistimet. Käsiteltävien signaaliamplitudien kasvattamiseksi j tyypin 1 gm-vahvistimilla on kuvion 4 emitter ien kanssa sarjaan kulloinkin kytketty kaksi diodia. Toisen kytkennän 30 avulla kuvion 5 tyypin 2 gm-vahvistin voi käsitellä vielä .·. : suurempia signaaliamplitudeja ja sillä on pienempi lämpöti- ,·;·[ lariippuvuus, mutta se vaatii kuitenkin hieman suuremmat komponenttikustannukset. Kuvion 2 mukaisessa integroidussa i » ·.·.·* piirissä käytetään kumpaakin gm-vahvistintyyppiä.

35

Kapasitanssin CO arvoa vastaten voidaan nyt kuvion 3 mukai-sen biquad-perussuodatinkennon keskitaajuutta yksinkertai 4 109159 sesti säätää edullisesti virran Ie tai virtojen Ie ja II avulla kuvioissa 3-5 esitettyjen yhtälöiden mukaisesti.

Vt on tunnettu lämpötilajännite ja sen arvo on 26 mV/K.

5 Kuvion 6 säätöpuu esittää vaakataajuus-oskillaattorin 60.

Se on piirin referenssiosana. Sen taajuus voidaan helposti mitata ja säätää 5-bittisen D/A-muuntimen 601 avulla alle +1 % virheellä. D/A-muunnin 601 voidaan säätää ohjelmallisesti televisiotuotannossa, jolloin säätö talletetaan muis-10 tiin.

Tämän D/A-muuntimen ympärillä esiintyvien suurien jännite-piikkien johdosta muistin sisältö voi muuttua ei-toivotulla tavalla. Jos tällöin vaakataajuus tulisi liian pieneksi, 15 voisivat vaakapoikkeutus-pääteaste ja hakkuri-verkkolaite tuhoutua. Tämän takia D/A-muuntimelle 601 suoritetaan pariteettitarkistus. Jos tämä tarkistus tuottaa virhetuloksen, säädetään kytkimellä 602 maksimaalinen ohjausvirta. Tällöin vaakataajuus kasvaa ja piirien tuhoutuminen vältetään.

20

Kun vaakataajuus-oskillaattori 60 on säädetty, saadaan ohjausvirta Ie referenssivirrasta Iref = Vref/Rext. Valmis-tustoleranssien johdosta esim. kondensaattoreilla on integroidussa piirissä todellinen arvo Cactual verrattuna ase-: 25 tusarvoon Cnominal. Siten ohjausvirta Ie säädetään ka- ; · pasitiivisesti ('capacitor adjusted'), ja sillä on esim.

arvo Ie = Iref * Cactual/Cnominal. Cactual mitataan käytän-nössä epäsuorasti vaakataajuus-oskillaattorin 60 taajuus-mittauksen avulla.

30 ; Vaakataajuus-oskillaattorin lähtötaajuus riippuu tosin » » » oleellisesti ohjausvirrasta Ie, mutta se riippuu esim. myös * * vain vähän lämpötilajännitteestä ja huipusta-huippuun-läh-töjännitteestä Vpp. Siten tämä taajuus on noin Ic/Cactual * : : 35 (1 + 9 * Vt/Vpp) ja näin ollen on vielä tehtävä ohjausvir- ralla Ie säädettyjen piirin analogisten osien määrätty ! hienosäätö.

5 109159 Tämän johdosta integroidussa piirissä on piirin eri osia varten viisi säätösilmukkaa, joissa ohjausvirtaan Ie yhdistetään korjausvirta (Icon) summauspisteissä 616, 626, 636, 646 ja 676.

5

Analogiset suodattimet 621 - 623 ja FM-demodulaattori 624 tuottavat ensimmäisen äänikanavan, analogiset suodattimet 631 - 633 ja FM-demodulaattori 634 tuottavat toisen äänikanavan. Kummankin äänikanavan hienosäädön kriteerinä on 10 tasajännitteen poikkeama FM-demodulaattoreiden 624 ja vastaavasti 634 lähdössä. Lähtöjännitteet suodatetaan alipääs-tösuodattimilla 625 ja vastaavasti 635, joiden rajataajuus on 10 Hz. Tällä tavalla saadut tasajänniteosuudet muodostavat kulloinkin korjausvirran Icon.

15 Ääniloukkujen 611 - 612 ja korjaimen 613 hienosäätö kuva-välitaajuusosassa sekä esivalintasuodattimen 614 hienosäätö ääni-valitaajuusosassa suoritetaan lisänä olevan referens-si-biquad-suodattimen 617 avulla, joka on järjestetty 20 PLL-silmukkaan. Vaihelukittu PLL-silmukka sisältää refe- renssioskillaattorin 615 ja ohjelmoitavan l:n -jakajan 618. Tällöin referenssi-biquad-suodattimen 617 rajataajuus on asetettu ääniloukkujen 611 - 612, korjaimen 613 ja esiva-*’ lintasuodattimen 614 taajuuteen sovitetusti, niin että ' 25 saadaan hyvä yhteissovitus.

Koska ääniloukkuja 611 - 612, korjainta 613 ja esivalin- ! tasuodatinta 614 varten suurien käsiteltävien tajauuksien johdosta käytetään tyypin 1 gm-vahvistimia, suoritetaan 30 ohjausvirralle Ie piirissä 619 vielä lämpötilasta riippuva : korjaus.

* · »

Krominanssi-kellosuodattimen 64 hienosäädössä saa esiintyvä vain enintään +0,4 % suuruinen virhe. Lisäksi krominanssi— ‘ » 35 kellosuodattimen 64 hyvyysluvun on noustava arvoon kuusi- toista. Tätä varten käytetään erilaista hienosäätömenetel- t mää. Juovan pystysuuntaisen palautuksen aikana (kehys) tämä » 6 109159 suodatin kytketään säätötilaan. Kideoskillaattori 641 PAL-värikantoaallon taajuudella 4,43 MHz kytketään suodatti-meen, ja vaihevertailijassa 642 verrataan suodattimen tuloja lähtövaiheita. Jos vaihe-ero on nolla, on krominanssi-5 kellosuodattimen 64 keskitaajuus yhtä suuri kuin PAL-väri- kantoaallon taajuus. Vaihevertailija 642 liittyy näytteenotto- ja pitopiiriin 643. Koska vaaditaan pieniä vuotovir-toja, näytteenotto- ja pitopiirissä 643 on operaatiovahvistin NMOS-tuloin (ei esitetty). Siihen liittyy integraatio tori 644, joka muodostaa korjausvirran ohjausvirtaa le varten. Lisäksi mittauksen aikana korjauspiirillä 645 syötetään pieni korjauskerroin noin 2,3 %, koska krominanssi-kellosuodattimen 64 asetus-keskitaajuus (4,328 Mhz) poikkeaa jonkin verran PAL-kantoaallon taajuudesta (4,43 MHz).

15 Värikantoaallon loukun 65 säätäminen ei ole niin ratkaise vaa. Käytetään samaa ohjausvirtaa kuin krominanssi-kel-losuodatinta 64 varten.

Ohjausvirran korjausarvo pystytahdistuksen erotinta 671, 20 Fii2-silmukkapiiriä 672 ja hakkuri-virtalähteen pulssile- veysmodulaattoria 673 varten saadaan toisesta PLL-silmukas-ta referenssi-integraattorin 674 avulla.

i :

Kuvattu säätömenetelmä automaattisella hienosäädöllä sovel-25 tuu bipolaari- ja BICMOS-tekniikalla toteutettuja integroi-: tuja piirejä varten. Lisänä olevalla hienosäädöllä eli minoidaan edullisesti myös piirin osien lämpötilariippu-.: vuus.

»

Claims (10)

1. Menetelmä integroidun piirin (kuvio 2, kuvio 6) analogisten osien säätämiseksi piirin osien komponenttien oh- 5 jausvirralla (Ie) ja piirin useiden osien yhteisellä kar- keasäädöllä, jolloin ohjausvirran suuruutta vastaava arvo (Iref) talletetaan integroituun piiriin tai laitteeseen, joka sisältää tämän integroidun piirin, tunnettu siitä, että vaadittava ohjausvirta saadaan säätämällä integroidun 10 piirin referenssiosaa (60), ja että integroidun piirin käytön aikana suoritetaan automaattisesti integroidun piirin toisen osan tai muiden osien (621-624, 631-634, 614-613, 671-674, 64, 65) lisähienosäätö integroituun piiriin sisältyvien säätöpiirien avulla, jotka kulloinkin 15 yhdistävät ohjausvirtaan (Ie) korjaus-ohjausvirran (Icon).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että piirin referenssiosa (60) säädetään ohjausvirralla (Ie) . 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että piirin referenssiosana käytetään vaaka-taajuus-oskillaattoria (60). .^25

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mene- *:·· telmä, tunnettu siitä, että piirin referenssiosan (60) sää- j ; täminen tapahtuu laitteen valmistuksen yhteydessä, johon laitteeseen integroitu piiri sisältyy. !..S0

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen mene- • · · ‘ telmä, tunnettu siitä, että ohjausvirran (Ie) asettamiseksi käytetään D/A-muunninta (601), jolloin ohjausvirta saa kiinteän arvon, jos jatkuvalla pariteettitarkistuksella ’...· ilmaistaan ohjausvirran muistiin talletetun arvon ei-toi- ·;.·35 vottu muutos. * » » » ·

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mene- 8 109159 telmä, tunnettu siitä, että säätäminen ohjausvirralla (Ie) tai vastaavasti korjaus-ohjausvirralla (Icon) on sovitettu BICMOS- tai bipolaariteknologian komponenteille.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ohjausvirralla säädetyn FM-de-modulaattorin (624, 634) lähtöjännitteen alipäästösuodatet-tua osuutta ja/tai ohjausvirralla säädettävällä referenssi-suodattimella (615) varustetun PLL-silmukan lähtösignaalia 10 ja/tai ohjausvirralla säädettävällä referenssi-integraatto- rilla (674) varustetun säätösilmukan lähtösignaalia ja/tai vaihekomparaattorilla (642), integraattorilla (644) ja ohjausvirralla säädettävällä kellokäyrä-suodattimella (64) varustetun säätösilmukan lähtösignaalia käytetään mittana 15 korjaus-ohjausvirralle (Icon), jolloin kellokäyrä-suodatti- men (64) tuloon jaksollisesti liitetään ensimmäisen ajanjakson aikana mittaussignaali (641) ja toisen ajanjakson aikana tunnettu, suodatettava signaali, ja jolloin kor-jaus-ohjausvirta (Icon) siten saadaan ensimmäisen ajanjak-20 son aikana ja se säilyttää arvonsa toisen ajanjakson aika na.

7 109159

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjausvirtaa lisäksi muutetaan ensimmäisen ja •.‘.25 toisen ajanjakson aikana kahdella eri kertoimella (645), jollon erityisesti ensimmäinen ajanjakso on kuvantoisto-! :*: laitteen pystysuuntainen palautusaika.

* · • · : 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-8 mukainen ,·:·30 menetelmä, tunnettu siitä, että ohjausvirtaa (Ie) lisäksi lämpötilakompensoidaan (619) yhtä tai useampaa piirin osaa . varten.

' ·;·’ 10. Integroitu piiri televisiosignaalin käsittelylaitetta ·;··|Β5 varten, joka sisältää vaakataajuus-oskillaattorin (60), ·:·· kuva-välitaajuisen suodattimen (611-613), äänivälitaajuisen suodattimen (614), referenssioskillaattorin (615), suodat- j 9 109159 timia (621-623) ja FM-demodulaattorin (624) ensimmäistä äänikanavaa varten, suodattimia (631-633) ja FM-demodulaattorin (634) toista äänikanavaa varten, kellokäyräsuodatti-men (64), krominanssiloukun (65), referenssi-integraattorin 5 (674), pystytahdistuserottimen (671), Fii2-silmukkapiirin (672) ja pulssileveysmodulaattorin (673) hakkurivirtaläh-dettä varten, tunnettu siitä, että integroitu piiri säädetään jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukaisella menetelmällä.