FI116760B - Kiteen sovittaminen generoimaan värähtelysignaali - Google Patents

Description

11

Kiteen sovittaminen generoimaan värähtelysignaali

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on menetelmä kiteen sovittamiseksi maan värähtelysignaali piirille, missä menetelmässä kuormitetaan ki 5 pasianssilla siten, että kide alkaa värähdellä halutulla taajuudella r sipiirin kanssa.

Edelleen keksinnön kohteena on värähtelypiiri, jossa oi kondensaattorit kuormittamassa kidettä siten, että kide värähtelee taajuudella kiteen yhteyteen kytketyn resonanssipiirin kanssa.

10 Vielä keksinnön kohteena on matkaviestin, jossa on väre joka on sovitettu tuottamaan matkaviestimen tarvitsema värähtelysig loin värähtelypiirissä on kide ja kondensaattorit kuormittamassa kid< että kide värähtelee halutulla taajuudella kiteen yhteyteen kytketyn r sipiirin kanssa.

15 Värähtelysignaali vertailu- ja kellotaajuuksien muodostarr kaansaadaan kiteen avulla kuormittamalla kidettä kapasitiivisesti. Kui kee navoissaan oikean kapasitiivisen kuorman, alkaa kide värähdellä taajuudella. Kiteen kanssa rinnan kytketään resonanssipiiri, jolloin ky; sonanssipiiri on tyypillisesti integroitu värähtelypiiri. Tällöin siis kk 20 kuormittavat kondensaattorit sovitetaan integroidun piirin ulkopuolelle

Etenkin radiotaajuuskäytössä käytettävillä kiteillä ei tyypil kapasiteettia jakaa signaalia usealle piirille. Edelleen kide on hyvin h pasitiivisen kuorman vaihtelulle, jolloin kiteen värähtelytaajuus muuttu ti. Radiotaajuuksilla värähtelijän kohina- ja värinävaatimukset ovat r * . 25 täin tiukkoja. Niinpä tyypillisesti jokaiselle piirille sovitetaan oma kk maan värähtelysignaali. Periaatteessa kiteen rinnalle kytketyn reson« : lisäksi värähtelysignaali voitaisiin ottaa kiteen terminaalista puskur ..‘.f mutta puskuri aiheuttaa impedanssin, mikä näkyy kiteen navoissa.

aiheuttama impedanssimuutos taas muuttaa kiteen värähtelytaajuu 30 saalta pienentää värähtelyn amplitudia. Pahimmassa tapauksesi

* · kuorma muuttuu niin Dalion. että resonaattoriDiiri ei ala värähdellä olU

2 kellopiiri. Edelleen keilopiirien synkronointi samaan taajuuteen on v nimutkaista ja hankalaa.

Julkaisussa US 2003/0163751 muodostetaan oskillaattoi signaali ja pyritään johtamaan kellosignaali eri kohteisiin siten, että s 5 ve ja vääristymä on mahdollisimman pieni. Ratkaisuksi on esitetty, e tään pienihäviöistä siirtolinjaa yhdessä hitaasti nousevan kellosigna; sa. Järjestelystä aiheutuu kuitenkin varsin monimutkainen rakenne ji teutus on kaiken kaikkiaan hankala, kallis ja epävarma.

Keksinnön lyhyt selostus 10 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menet* kide saadaan generoimaan värähtelysignaali kahdelle tai useamma sekä vastaavat värähtelypiiri ja matkaviestin.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista si teen ainakin yhteen terminaaliin tehdään jännitteenjakajalla kapasitii 15 nitteenjako ja syötetään kiteen värähtelysignaali jännitteenjakajalta te riin.

Edelleen keksinnön mukaiselle värähtelypiirille on tunm se, että kiteen ainakin yhdessä terminaalissa on kytkettynä ainakin I densaattoria sarjaan siten, että kondensaattorit muodostavat kap 20 jännitteenjakajan ja että kondensaattorien väliin on kytketty puskuri rähtelysignaaiin syöttämiseksi toiselle piirille.

Vielä keksinnön mukaiselle matkaviestimelle on tunnusor ;v: että kiteen ainakin yhdessä terminaalissa on kytkettynä ainakin kaks saattona sarjaan siten, että kondensaattorit muodostavat kapasitiivis « > » * . 25 teenjakajan ja että kondensaattorien väliin on kytketty puskuri kiteen signaalin syöttämiseksi toiselle piirille.

i Keksinnön olennainen ajatus on, että kidettä kuormitetas tanssilla, jolloin se alkaa värähdellä halutulla taajuudella. Kide kytkel nanssipiiriin syöttämään värähtelytaajuus kyseiseen piiriin. Kiteen a 30 seen terminaaliin tehdään kapasitiivinen jännitteenjako ja jännitteer • * kiteen sianaali svötetään toiseen oiiriin. Tällöin värähtelvsianaalin rv 4 3 tämään kahteen tai useampaan piiriin, pystytään kokonaisratkaisu s tamaan aikaisempaa vähemmän kiteitä käyttämällä. Tästä taas aih< että piirilevypinta-alaa säästetään ja lisäksi kokonaisratkaisu tulee r naltaan edullisemmaksi. Kide on myös tyypillisesti potentiaalinen hä 5 joten keksinnön mukaisella ratkaisulla häiriöiden syntyminen saads pienemmäksi. Kaiken kaikkiaan ratkaisu on yksinkertainen ja helppo sekä toimintavarma.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, jc 10 Kuvio 1 esittää kaaviota tekniikan tason mukaisesta ratka rähtelysignaalin muodostamiseksi,

Kuvio 2 esittää kaaviota eräästä toisesta tekniikan tason m ratkaisusta värähtelysignaalin muodostamiseksi,

Kuvio 3 esittää kaaviota eräästä kolmannesta ratkaisusta i 15 signaalin muodostamiseksi,

Kuvio 4 esittää kuvion 3 mukaisen ratkaisun erästä suoriti yksityiskohtaisemmin esitettynä,

Kuvio 5 esittää kaaviota eräästä neljännestä ratkaisusta 1 signaalin muodostamiseksi ja 20 Kuvio 6 esittää kaaviota eräästä viidennestä ratkaisusta 1 signaalin muodostamiseksi.

' Keksinnön yksityiskohtainen selostus M Kuviossa 1 on esitetty kide 1. Resonanssitaajuudella kitee • · · *·* \ nen vastinpiiri on induktanssi. Kiteen 1 terminaaleihin on kytketty koi : 25 torit Cj ja C2. Silloin kun kondensaattorien C, ja C2 kapasitanssi on · keaksi, näkee kide 1 siis oikean kapasitanssikuorman navoissaan ja *:* kaa värähdellä halutulla resonanssitaajuudella. Kiteen 1 rinnalle oi • »t* .···. kuviossa 1 yksinkertaistettuna ja katkoviivalla havainnollistettuna es 2. Piiri 2 on edullisesti integroitu resonanssipiiri. Tällöin piiri 2 muod . . 30 dessä kiteen 1 kanssa oskillaattorin siten, että integroidun piirin ulkop 4 ovat suuruudeltaan 20 pF. Kiteen terminaalin ja maan välinen resis tässä tapauksessa suuruusluokaltaan niin pieni, että se voidaan tark jättää huomiotta.

Kuviossa 2 on esitetty ratkaisu, missä yritetään muodostas 5 värähtelysignaali myös toiselle piirille. Värähtelysignaali on saatavia terminaalista 3. Kiteen terminaaliin 3 kytketään puskuri kiteen 1 tuotl rähtelysignaalin johtamiseksi toiseen piiriin. Selvyyden vuoksi ei kuvi< esitetty täsmällisemmin puskurin rakennetta eikä sitä piiriä, mihin pus rähtelysig naali johdetaan, vaan puskuria ja toista piiriä kuvataan yl· 10 sesti ainoastaan puskurin aiheuttamalla impedanssilla R^.

Kiteen terminaalin 3 ja maan välinen kapasitanssi C3s ku pauksessa voidaan laskea kaavan 1 avulla, ja kiteen terminaalin 3 ja linen resistanssi R3s voidaan laskea kaavan 2 avulla.

'ife 121 jolloin ω = 2π/ ja 20 f = taajuus.

« m v.: Kaavoja 1 ja 2 käytetään siis muuttamaan kuvion 2 konde : C2 ja vastuksen R^ rinnankytkentä muunnoskaavoilla ekvivalent ·:·*: kytkennäksi. C3j ja R3s siis kuvaavat kiteen navasta katsottua sarjaai : .·. 25 kondensaattoria ja vastusta siten, että kyseinen sarjakytkentä on ei ‘*V todelliselle kytkennälle.

ΊΙΙ Mikäli kondensaattorin C2 arvo on 20 pF ja puskurin aihei *·*·* pedanssi R^ 25 kQ sekä taajuus f = 12MHz, on kiteen terminaalin välinen kapasitanssi C3j= 20,6 pF. Kiteen terminaalin 3 ja maan väli] • A A ____ -«-fc M _ _ A «V »!··» il l*l J ui i I ai 5 c'-%k m

Kuvion 2 tapauksessa siis kiteen 1 näkemä kapasitiivinen on c, = 10,15 pF. Tämä aiheuttaa sen, että kiteen 1 värähtelytaajuus i 5 siitä, mikä se on kuvion 1 tapauksessa. Kiteen 1 taajuuden muuttumin! taa olla liiallista siten, että värähtelysignaalia hyödyntävät laitteet eiv halutulla tavalla. Toisaalta puskurin resistiivinen kuorma aiheuttaa koi pienentää värähtelyn amplitudia. Pahimmassa tapauksessa voi käydä r kide 1 ei ala värähtelemään ollenkaan.

10 Kuviossa 3 on esitetty ratkaisu, mikä eroaa kuvion 2 mul ratkaisusta siten, että kuvion 2 kondensaattori C2 on korvattu kahdella kytketyllä kondensaattorilla C3 ja C4. Tässä tapauksessa siis esimer pF:n kondensaattori C2 korvataan kahdella sarjaan kytketyllä kondenss C3 ja C4, joiden kummankin suuruus on 40 pF eli 2 C2 = C3 = C4. Kit 15 minaaliin 3 on siis muodostettu kahden kondensaattorin avulla kapas jännitteenjakaja. Puskuri on kytketty jännitteenjakajaan kondensaattorit C4 väliin kohtaan 4.

Mikäli eri komponenttien arvot ovat kuvion 3 mukaisessa ra sakin vastaavanlaiset, eli esimerkiksi puskurin aiheuttama impedans 20 on 25 kO, saadaan laskettua pisteen 4 ja maan välinen kapasitanssi i van 4 mukaisesti.

:¾ Ή1*^] w * : 25 Tällöin siis pisteen 4 ja maan välinen kapasitanssi C4s = ' **Y Terminaalin 3 ja maan välinen kokonaiskapasitanssi C3i taas on tallo pF. Kiteen 3 näkemä kapasitiivinen kuorma taas on 10,02 pF. Niinpä * * *···' näkemä kapasitiivinen kuorma on lähes yhtä suuri kuin kuvion 1 tapa kiteen 1 näkemä kapasitiivinen kuorma. Niinpä kuvion 3 mukaisessa • · » on eacea l/itoon 1 toaiiinc ai nlannaicocti milliin wailflfa kitaan 1 vhtavtaar 6 '-irfel 151

Kaavojen 4 ja 5 avulla lasketaan siis vastaavasti kuin kaa’ 2 avulla muunnos kondensaattorin ja vastuksen ekvivalentiksi sarjak si.

5 Tällöin siis R4s = 172 Ω. Kokonaisresistanssi kiteen ten ja maan välillä taas on samaa suuruusluokkaa, koska kondensaattor kutus resistanssin suuruuteen on vähäinen. Niinpä siis värähtelyn a vaikuttava puskurin aiheuttama kuorma on kuvion 3 tapauksessa tavasti pienempi kuin kuvion 2 tapauksessa.

10 Edellä mainitussa esimerkissä puskurin on siis oletettu ai täysin resistiivisen kuorman. Puskurin topologiasta riippuen sen a kuorma voi luonnollisesti olla myös kapasitiivista. Puskurin aiheuttai pedanssista riippuen pystytään kuitenkin kaikissa tapauksissa edellä periaatteita soveltaen laskemaan kiteen napojen näkemän impedan: 15 tos. Kuvion 3 ratkaisusta kuitenkin huomataan, että puskurin impeda kutus kiteen napojen näkemään impedanssiin ei ole läheskään niin kuvion 2 tapauksessa. Aktiivisen puskurin impedanssitila voi vaihe merkiksi jännitteettömänä puskurin impedanssi voi olla erilainen kuin na. Kyseinen impedanssin vaihtelu ei siis kuitenkaan huomattavasi 20 vaikuta kiteen napojen näkemään impedanssiin.

Kapasitanssien C3 ja C4 ei välttämättä tarvitse olla yhtä si : V: pasitanssien C3 ja C4 keskinäisellä suuruudella pystytään vaikutta hen, miten paljon puskurin impedanssi vaikuttaa kiteen napojen näke pedanssiin. Mikäli kondensaattorin C4 arvoa muutetaan suuremmat- t * . 25 taavasti kondensaattorin C3 arvoa pienemmäksi, pienenee puskuriin värähtelyn amplitudi, mutta kide 1 näkee pienemmän muutoksen ka sissa. Mikäli taas puskuriin syötettävän värähtelyn amplitudin täytyy c suuri, valitaan kondensaattori C3 suuremmaksi ja kondensaattori C vasti pienemmäksi, mikäli tällöin ei aiheuteta liian suurta haittaa kitec : 30 den muutoksen kautta. Niinpä kondensaattoreiden C3 ja C4 avulla ··· * , | , J| . | , 7

Kuviossa 4 esitetty ratkaisu vastaa kuvion 3 mukaista r mutta kuviossa 4 on puskuri 5 esitetty yksityiskohtaisemmin. Havainr sen vuoksi on puskuri 5 kuviossa 4 ympäröity katkoviivalla. Puskuri 5 logialtaan olla esimerkiksi kuviossa 4 esitetty MOS-invertteri tai miki 5 muu sinänsä tunnettu puskuri. Puskurin 5 topologiasta riippuu, millä 1 vaikuttaa kiteen napojen näkemään impedanssiin. Esimerkiksi MO lisäisi kapasitiivista kuormaa, kun taas bipolaariaste lisäisi myös re kuormaa.

Kuviossa 4 on edelleen esitetty ulostulopinni 6, josta refei 10 juus saadaan syötettyä esimerkiksi toiseen integroituun piiriin 7.

Kuviossa 5 on esitetty suoritusmuoto, missä kiteen 1 ensir terminaaliin 3 on muodostettu jännitteenjakaja vastaavalla tavalla kuir suoritusmuodossa. Kuvion 5 suoritusmuodossa myös kiteen toiseen 1 liin 8 on muodostettu kapasitiivinen jännitteenjakaja vastaavalla tavall 15 5 mukaisella ratkaisulla pystytään syöttämään värähtelytaajuus kolme riin. Luonnollisesti tämä edellyttää sitä, että kide 1 täyttää kaikkien k piirin vaatimukset. Kondensaattorit Cs ja C6 voivat olla samansuuri kondensaattorit C3 ja C4, mutta kondensaattorien arvot voivat toki < siakin. Samoin puskurit voivat olla joko samanlaisia tai erilaisia, jollo 20 den aiheuttamat impedanssit ja RhHffir2 ovat vastaavanlaisesti manlaisia tai erilaisia.

Kuviossa 6 on esitetty ratkaisu, missä kiteen ensi :V: terminaalin 3 jännitteenäkö on muodostettu käyttäen kolmea konder C7, C8 ja C9. Tällä ratkaisulla pystytään kiteen ensimmäisen terrr 25 yhteyteen sovittamaan kaksi puskuria ja Äta#sr2. Kiteen tois . naalin 8 yhteydessä on esitetty vastaavanlainen jännitteenjako kuin :·;β: yhteydessä, jolloin kiteen toisen terminaalin 8 yhteyteen on sovitettu kuri Kuvion 6 tapauksessa siis värähtelysignaali pystytään sy neljään eri piiriin. Mikäli piirien vaatimukset signaalille ovat sopivat 30 puskurien aiheuttama impedanssimuutos kiteen 1 navoista nähtynä e : suuri, pystytään siis kyseisen tyyppisellä ratkaisulla värähtel ··· svöttämään ions neljään tai vieläkin usea Irmaankin Hiiriin.

8 vaatimusten puitteissa. Niinpä kapasitiivinen jännitteenäkö voida; myös muillakin kuin oheisissa kuvioissa esitetyillä tavoilla.

9 9 9 9 9 9 9 9 • 9 999 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 999 9 9 9 99 9 99 99 999 9 9 9 9 99 9 • 9 9 9 9 9 9 9 999 9 9 9 9

Claims (11)

1. Menetelmä kiteen sovittamiseksi generoimaan värähte piirille, missä menetelmässä kuormitetaan kidettä (1) kapasitanssilla j kide (1) alkaa värähdellä halutulla taajuudella resonanssipiirin (2; 5 tunnettu siitä, että kiteen (1) ainakin yhteen terminaaliin (3) tehdä teenjakajalla kapasitiivinen jännitteenjako ja syötetään kiteen (1) vär naali jännitteenjakajalta toiseen piiriin (7).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnel että tehdään kapasitiivinen jännitteenjako kiteen molempiin terminal 10 8).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u siitä, että syötetään kiteen (1) värähtelysignaali jännitteenjakajalta use le.

4. Värähtelypiiri, jossa on kide (1), kondensaattorit (C,- < 15 mittamassa kidettä (1) siten, että kide (1) värähtelee halutulla taaju teen (1) yhteyteen kytketyn resonanssipiirin (2) kanssa, tunnettu kiteen (1) ainakin yhdessä terminaalissa (3) on kytkettynä ainakin V densaattoria (C3, C4) sarjaan siten, että kondensaattorit (C3, C4) mu kapasitiivisen jännitteenjakajan ja että kondensaattorien (C3, C4) väl 20 ketty puskuri (5) kiteen (1) värähtelysignaalin syöttämiseksi toiselle p

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen värähtelypiiri, tunne että kiteen molempiin terminaaleihin (3, 8) on kytketty ainakin kaks :V: saattona (C3- C9) sarjaan muodostamaan kapasitiivinen jännittee kondensaattorien väliin on kytketty puskuri (5) siten, että kide (1) or 25 syöttämään värähtelysignaali ainakin kolmelle piirille. . a% 6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen värähtelypiiri, t u **’Y siitä, että kiteen ainakin yhdessä terminaalissa on kytketty ainakin k< ···: densaattoria sarjaan, jolloin kiteen yhdestä terminaalista (3,8) on syö • « · kiteen värähtelysignaali ainakin kahdelle eri piirille.

7. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen värähtelypiiri, t u : siitä, että kiteen ainakin yhteen terminaaliin (3, 8) on kytketty aim • m o ennaifiAati fiAmAn.ciiKirtii.ct9 knnHAnQaatfnrio / Γ7 — C*_ \ (2) kanssa, tunnettu siitä, että kiteen (1) ainakin yhdessä termin; on kytkettynä ainakin kaksi kondensaattoria (C3, C4) sarjaan siten, densaattorit (C3, C4) muodostavat kapasitiivisen jännitteenjakajan ja densaattorien (C3, C4) väliin on kytketty puskuri (5) kiteen (1) värähti 5 Iin syöttämiseksi toiselle piirille (7).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen matkaviestin, tunne että kiteen molempiin terminaaleihin (3, 8) on kytketty ainakin kaks saattoria (C3- CJ sarjaan muodostamaan kapasitiivinen jännittee kondensaattorien väliin on kytketty puskuri (5) siten, että kide (1) or 10 syöttämään värähtelysignaali ainakin kolmelle piirille.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen matkaviestin, 11 t u siitä, että kiteen ainakin yhdessä terminaalissa on kytketty aina kondensaattoria sarjaan, jolloin kiteen yhdestä terminaalista (3, 8) on vissä kiteen värähtelysignaali ainakin kahdelle eri piirille.

11. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen matkaviestin, 11 t u siitä, että kiteen ainakin yhteen terminaaliin (3, 8) on kytketty a in; olennaisesti samansuuruista kondensaattoria (C3- C6). * m • · · • « i • « »»» • * » • » » # • ♦ i ♦ » · · • * · ··« · ·*« ···» • · · • * • · * * * • · • · Φ • m · • · · · Λ Λ m *