FI96999C - Lämpötilasäädetty kideoskillaattoripiiri - Google Patents

Description

96999 Lämpötilasäädetty kideoskillaattorioiiri

Esillä oleva keksintö kohdistuu lämpötilaohjattuun kideoskillaattoripiiriin, jolla on käyttöä erityisesti, 5 vaikkakaan ei yksinomaan, siirrettävissä radioliikenne-laitteissa, esimerkiksi liikkuvissa ja kannettavissa lä-hetinvastaanottimissa ja henkiiönhakuvastaanottimissa olevissa perusoskillaattori- ja/tai paikallisoskillaatto-ripiireissä.

10 Viime vuosina tapahtuneen kapeiden radiokanavien käyttöönoton yhteydessä on tullut tarve vakaille oskil-laattoripiireille erityisesti siirrettävissä laitteissa, joiden tulee toimia tyypillisesti lämpötila-alueella - 30°C - + 70°C, Kiteitä, erityisesti AT-leikattuja 15 kvartsikiteitä käytetään taajuuden vakavointielementtinä. Ennestään on kuitenkin tunnettua, että AT-leikatut kvartsikiteet ryömivät vasteena lämpötilamuutoksille. Eräs menetelmä ryöminnän aiheuttaman ongelman voittamiseksi on sijoittaa kide lämpötilaohjattuun uuniin. Kyseiset uunit 20 kuluttuvat kuitenkin tehoa, mikä on ei-toivottavaa paris-tokäyttöisille siirrettäville laitteille.

Eräs toinen menetelmä on kehittää korjausjännite, joka syötetään oskillaattoripiirissä olevaan taajuuden vetoelementtiin, kuten varaktoridiodiin.

; 25 Menetelmän eräässä suoritusmuodossa, jossa tuote taan korjaus- tai kompensointi jännite ja joka on esitetty neuvostoliittolaisessa julkaisussa SU 1136299A, on esimerkiksi AT-leikatun kiteen käsittävän oskillaattorin 1ämpötilataajuusominaiskäyrään muodostettu kompensointi-30 signaalialueita. Nämä alueet sijaitsevat abskissalla si-jaitsevan käännepisteen kummallakin puolella, joka piste on merkitty viitteellä t£ julkaisussa SU 1136299A esitetyssä kuviossa. Ensimmäinen alue sijaitsee sijaitsee omi-naiskäyrän maksimin, joka esiintyy lämpötilassa tj (joka 35 on pienempi kuin t2) ja t2:n välissä ja toinen alue si- 2 96999 jaitsee t2tn ja ominaiskäyrän minimin välissä, joka esiintyy lämpötilassa t^ (joka on suurempi kuin t2). kummankin alueen käsittäessä signaalin, eli alueet (t2 - tj) ja (t^ - t2) käsittävät signaalin, joka muuttuu 5 eksponenttifunktion mukaisesti. Kompensointisignaalin aaltomuodon alun ja lopun ensimmäistä aluetta varten määrittävät maksimipiste ja käännepiste ja toista aluetta varten käännepiste ja minimipiste. Kun ominaiskäyrä on kehitetty, sitä siirretään siten, että tietyssä lämpöti-10 lassa maksimipiste vastaa nimellistaajuutta. Julkaisu SU 1136299A ei esitä piiriä, jolla tämä menetelmä toteutetaan .

Jännitteen kehittävä piiri korjausjännitteen tuottamiseksi on esitetty eurooppalaisessa patenttijulkaisus-15 sa EP 0129618. Tämä ennestään tunnettu piiri käsittää lämpötila-anturin, jonka anto on kytketty ohjaustaajuuden vedon ohjauselementtiin potenssisarjafunktiogeneraattorin ja summausvahvistimen kautta. Lämpötila-anturi on sovitettu aikaansaamaan sähköinen anto f(t), joka on lämpö-20 tilan lineaarisesti muuttuva funktio. Summausvahvistin on sovitettu aikaansaamaan potenssisarjafunktiogeneraattorin antojen painotettu summa, joka summa syötetään ohjausele-menttiin. Potenssisarjafunktiogeneraattori on sovitettu kehittämään Tshebyshev-tyyppisten antojen sarja, joista 25 n:s anto on astetta (n-1) oleva f(t):n polynomifunktio. Summausvahvistin summaa potenssisarjafunktiogeneraattorin neljä tai useampaa eri antoa. Potenssisarja voidaan kehittää käyttäen Weierstrass’in teoreemaa, jossa: v(T) = a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2+a3(t-t0)3+ ... Αη(τ-τ0)η 30 missä V(T) on vaadittu kompensointijännite * T on toimintalämpötila

Tq on käännöspisteen lämpötila, ja Aq, Aj, Aj jne. ovat summauskertoimia.

Ennestään on tunnettu myös amerikkalainen patent-35 tijulkaisu US 3821665, jossa esitetään piiri korjausjän-

II

3 96999 nitteen tuottamiseksi kolmen tai useamman termin käsittävän potenssisarjan mukaisesti.

Vaikka lämpötilan peruskompensointi potenssi-sarjafunktion kehittämisen avulla antaa tyydyttäviä tu-5 loksia, on aina tilaa parannuksille.

Esillä olevan keksinnön erään näkökohdan mukaisesti aikaansaadaan menetelmä kideoskillaattoripiirin lämpötilan ohjaamiseksi, joka piiri sisältää kiteen sekä taajuuden vetoelementin, menetelmän käsittäessä kompensoin-10 tijännitteen kehittämisen funktion mukaisesti, joka muo dostuu lineaarisesta termistä, eksponentiaalisesta termistä ja käänteiseksponentiaalisesta termistä, ja kompensointi jännitteen syöttämisen taajuuden vetoelementtiin.

Esillä olevan keksinnön toisen näkökohdan raukai-15 sesti aikaansaadaan lämpötilaohjattu kideoskillaattori- piiri, joka käsittää vahvistinelementin, jossa on kiteen ja taajuuden vetoelementin sisältävä takaisinkytkentätie, sekä lämpötilan kompensointijännitteen kehittävän laitteen, joka on kytketty taajuuden vetoelementtiin, kysei-20 sen kompensointijännitteen kehittävän laitteen syöttäessä jännitteen funktion mukaisesti, joka muodostuu lineaarisesta termistä, eksponentiaalisesta termistä ja käänteiseksponentiaalisesta termistä.

Esillä oleva keksintö perustuu sille havainnolle, 25 että eksponentiaaliset termit ovat epäsymmetrisiä, joten yhdistämällä sopivasti lineaarinen termi, eksponentiaalinen termi ja käänteiseksponentiaalinen termi on mahdollista kehittää haluttu ominaiskäyrä lämpötilaryöminnän kiteen vakavuuteen aiheuttamien vaikutusten kompensoimi-30 seksi. Lisäksi eksponentiaali- ja käänteiseksponentiaali-funktion epäsymmetriaa voidaan hyödyntää, jos haluttu ominaiskäyrä ei itse ole symmetrinen, koska ominaiskäyrän positiiviset ja negatiiviset osat voidaan vaihtaa toisistaan riippumattomasti kerrointekijöitä muuttamalla. Ky-35 seistä hyötyä ei saavuteta helposti käytettäessä potens- 4 96999 sisarjafunktioita, koska ne ovat epäsymmetrisiä ordinaa-tan suhteen ja siksi muutos vaikuttaa ominaiskäyrän sekä positiiviseen että negatiiviseen osaan.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa suoritusmuodos-5 sa funktio on

Vcomp = b*exp(al*(T-TR))+b*exp(-a2*(T-TR))+c*(T-TR) missä on kompensointijännite, TR on vertailujännite Kelvin-asteissa, T on toimintalämpötila Kelvin-asteissa, ja 10 ai, a2, b ja c ovat vakioita.

Laite eksponentiaalisen ja käänteiseksponentiaa-listen termien tuottamiseksi voi sisältää vastaavia eksponentiaalisia vahvistimia ja haluttaessa kompensointi-jännitteen kehittävä laite voi edelleen käsittää laitteen 15 lämpötilan vaikutusten kompensoimiseksi eksponentiaalisissa vahvistimissa.

Esillä olevan keksinnön edelleen erään näkökohdan mukaisesti aikaansaadaan radioliikennelaite, joka sisältää esillä olevan keksinnön edellä mainitun erään toisen 20 näkökohdan mukaisen lärapötilaohjatun kideoskillaattori- p iirin.

Esillä olevaa keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin avulla mukana seuraaviin piirustuksiin viitaten, joissa: 25 Kuvio 1 esittää piirikaaviona esillä olevan kek sinnön mukaista lämpötilaohjattua kideoskillaattoria,

Kuvio 2 esittää AT-leikatun kiteen tiettyjä lämpö-tilaryöminnän ominaiskäyriä,

Kuvio 3 esittää piirikaaviona ja osittain lohko-30 kaaviona lämpötilan kompensointijännitteen kehittävän piirin suoritusmuotoa,

Kuvio 4 esittää esimerkkinä lineaarista, eksponentiaalista ja käänteiseksponentiaalista termiä, jotka on yhdistetty lämpötilan kompensoivan ominaiskäyrän muodos-35 tamiseksi, ja 5 96999

Kuvio 5 esittää lohkopiirikaaviona muunnettua lämpötilan kompensointijännitteen kehityspiiriä, joka pystyy suorittamaan epäsymmetrisiä muutoksia lämpötilan kompensoinnin ominaiskäyrässä.

5 Piirustuksissa on käytetty samoja viitenumerolta vastaavien osien kuvaamiseksi.

Kuvio 1 esittää Colpitt'in oskillaattoria 10, joka käsittää transistorin 12, jossa on ensimmäinen ja toinen 14, 16 kondensaattori kytketty kantaelektrodin ja käyttö-10 jännitelinjan 18 välille. Sarjaan kytkettyjen kondensaattorien 14, 16 liitoskohta 20 on kytketty transistorin 12 emitterielektrodiin. Vastus 22 on kytketty emitterielek-trodin ja käyttöjännitelinjan 18 välille. Kollektorielek-trodi on kytketty toiseen käyttöjännitelinjaan 24. AT-15 leikattu kide 26 ja varaktoridiodi 28 on kytketty sarjaan transistorin 12 kantaelektrodin ja käyttöjännitelinjän 18 välille. Lämpötilan kompensointijännitteen kehittävä piiri 30 on kytketty kiteen 26 ja varaktoridiodin 28 väliseen liitoskohtaan 32. Oskillaattorin anto 34 on kytketty 20 transistorin 12 emitterielektrodiin.

Tämän tyyppisen oskillaattorin toiminta on yleisesti tunnettu, eikä sitä siksi selosteta yksityiskohtaisesti. Oskillaattorin taajuus vakavoidaan kiteellä 26. Kiteen 26 taajuutta voidaan kuitenkin vetää rajoitetussa 25 määrin muuttamalla varaktoridiodin 28 kapasitanssia. Kuvio 2 esittää useina käyrinä kiteen taajuuden ryömintää, A f/f ilmaistuna miljoonasosina, lämpötilan suhteen, ilmaistuna Celcius-asteina. Kyseisen ryöminnän kompensoimiseksi on siksi tarpeen muuttaa varaktoridiodin 28 kapasi-30 tanssia siten, että kiteen taajuutta vedetään vastakkaiseen suuntaan ryömintään nähden. Varaktoridiodin 28 kapasitanssin muuttamiseksi vaadittava jännite kehitetään piirillä 30.

Piiri 30, joka on esitetty yksityiskohtaisemmin 35 kuviossa 3, kehittää kompensointi jännitteen V seuraa- comp 6 96999 van funktion

Vcorap = b*exp(al*(T-TR))-b*exp(-a2*(T-TR))-c*(T-TR) mukaisesti, missä TR edustaa lämpötilaa Kelvin-asteissa kuvioissa 2 esitettyjen käyrien käännepisteessä, joka on 5 noin 30 Celsius-astetta tai 303 Kelvin-astetta, (T-TR) edustaa Kelvin-asteina lämpötilaeroa toi-mintalämpötilojen T ja TR välillä, ja ai, a2, b ja c ovat vakioita, vaikkakin ai ja a2 ovat säädettäviä.

10 Kuvioissa 4 on esitetty esimerkkeinä lineaarinen, eksponentiaalinen ja käänteiseksponentiaalinen käyrä, joita käytetään katkoviivalla esitetyn V :in johtami-seksi. Eksponentiaalinen ja käänteiseksponentiaalinen käyrä ovat epäsymmetrisiä ordinaatan suhteen ja säätämäl-15 lä vakioiden ai, a2 yksilöllistä arvoa on mahdollista muuttaa yhden käyrän muotoa toisen suhteen ja siten pystyä aikaansaamaan parempi V :in ja ryömintäominais- corap käyrän välille sopiva käyrä. Erityisesti, jos toista eksponentiaalista termiä muutetaan, on tarpeen antaa yhtä 20 suuri muutos lineaariselle termille, jos halutaan aikaansaada epäsymmetrinen muutos tai korjaus.

Viitaten kuvioon 3, piiri 30 käsittää muuttimen 36 lämpötilaeroa (T-TR) osoittavan jännitteen johtamiseksi. Tämä signaali syötetään kahteen signaalitiehen. Ensimmäi-25 nen näistä kahdesta signaalitiestä sisältää kertojan 38, jossa (T-TR) kerrotaan vakiolla c ja tulo syötetään sum-mausvahvistimen 40 invertoivaan ottoon.

Toinen signaalitie sisältää piirin 42 lämpötilan eksponentiaalisten vahvistimien 44, 46 aiheuttamien vai-30 kutusten kompensoimiseksi. Koska vahvistin 46 on rakenteeltaan samanlainen kuin vahvistin 44, on sen vastaavia osia merkitty pilkuilla varustetuilla viitenumeroilla. Välittämättä piiristä 42 hetkeksi, syötetään lämpötilaeroa osoittava jännite vastaavasti kertojiin 48, 50. Ker-35 tojassa 48 tämä jännite kerrotaan vakiolla ai ja tulo

II

7 96999 syötetään eksponentiaaliseen vahvistimeen 44. Vahvistin 44 käsittää operaatiovahvistimen 52, jonka takaisinkyt-kentätiellä on myötäsuuntaisesti biasoituna diodi 54 lämpötilasta riippumattoman kiinteän virran suhteen. Operaa-5 tiovahvistimen 52 anto on kytketty diodin 56 avulla sum-mausvahvistimen 40 invertoivaan ottoon. Diodi 56 kehittää eksponentiaalisen funktion.

Kertojassa 50 jännite kerrotaan vakiolla a2 ja tulo syötetään eksponentiaaliseen vahvistimeen 46, joka on 10 samanlaista tyyppiä kuin vahvistin 44 lukuunottamatta sitä, että diodit 54', 56' ovat napaisuudeltaan vastakkaisia diodeihin 54, 56 nähden.

Summausvahvistimen 40 anto käsittää kompensointi-jännitteen Vcomp, joka syötetään varaktoridiodiin 28 15 (kuvio 1) vastuksen 41 kautta.

Palaten piiriin 42, (T-T^):ää edustava jännite syötetään vastuksen 58 avulla operaatiovahvistimeen 60, jonka takaisinkytkentäpiiri muodostuu transkonduktorista 62, joka on rakennettu differentiaalisena transistoripa-20 rina sekä virtapeilinä. Toiminnassa lievevirta I „ on asetettu arvoltaan kiinteäksi ja lämpötilasta riippumattomaksi, jolloin transkonduktori on g = ?q.I t/kT, J 6ra ^ const missä: q on elektronin varaus : 25 k on Boltzmannin vakio T on absoluuttinen lämpötila (K-asteissa), tällä takaisinkytkentäpiirin lämpötilariippuvuudella on vahvistimen 60 vahvistus verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan, eli antojännite on V = (T/T^)xVin, missä 30 Vin on (T-T^):n aikaansaama jännite.

Haluttaessa transkonduktori voi käsittää useamman kuin yhden differantiaalisen parin ja useamman kuin yhden virtapeilin.

Kuvio 5 esittää kuviossa 3 esitetyn piirin muun-35 nosta, jonka avulla vakioita ai ja a2 muuttamalla ekspo- 8 96999 nentiaalista ominaiskäyrää voidaan säätää samalla kun käyrän gradientti kohdassa pysyy vakion c määritte lemänä vakiona. Tämä ominaisuus helpottaa kalibroinnin suorittamista. Kuviossa 5 eksponentiaalista termiä vas-5 taava lineaarinen korjaustermi tuotetaan kertojalla 49, jossa (T-T^):ää edustava jännite kerrotaan vakiolla ai. Muodostunut lineaarinen termi b*(al*(T-T^)) syötetään sumraausvahvistimeen 40 vastuksen 64 kautta.

Käänteiseksponentiaalisen terrain tapauksessa line-10 aarinen korjaus tuotetaan kertomalla (T-T^):ää edustava jännite vakiolla a2 kertojassa 51 ja syöttämällä anto suramausvahvistimeen 40 vastuksen kautta, joka määrittää vakion b.

Piiri 42 (kuvio 3) voi olla kytketty signaalities-15 sä kertojiin 48 - 51.

Esillä olevan esityksen perusteella löytyy myös muita alan ammattimiehelle ilmeisiä muunnoksia. Kyseiset muunnokset voivat käsittää muita osia, jotka ovat ennestään tunnettuja rakenteeltaan, valmistukseltaan ja käyt-20 tönsä suhteen lämpötilaohjatuissa oskillaattoreissa, sekä niiden komponentteja ja joita voidaan käyttää tässä jo selostettujen osien sijaan tai lisäksi. Vaikka patenttivaatimukset on muotoiltu esillä olevassa hakemuksessa tiettyjä osien yhdistelmiä varten, on ymmärrettävä, että * 25 esillä olevan hakemuksen puitteisiin sisältyy myös mikä hyvänsä uusi osa tai osien uusi yhdistelmä, joka on esitetty tässä joko ekspliittisesti tai implisiittisesti tai tai mikä hyvänsä edellisten yleistys, riippumatta siitä liittyykö se samaan keksintöön kuin jokin esillä oleva . 30 vaatimus ja riippumatta siitä, vähentääkö se mitään niis tä ongelmista kuin esillä oleva keksintö. Hakijat ilmoittavat siten, että uudet vaatimukset voidaan muotoilla vastaamaan kyseisiä osia ja/tai osien yhdistelmiä vasteena esillä olevaan hakemukseen tai siitä johdettuun muuhun 35 hakemukseen kohdistuvalle oikeudenkäynnille.

Il

Claims (10)

1. 96999
2. 1. Menetelmä kideoskillaattoripiirin lämpötilan ohjaamiseksi, joka piiri sisältää kiteen sekä taajuuden 5 vetoelementin, joka menetelmä käsittää kompensointijännitteen kehittämisen funktion mukaisesti, tunnet-t u siitä, että mainittu funktio muodostuu lineaarisesta termistä, eksponentiaalisesta termistä ja kään-teiseksponentiaalisesta termistä, ja että kompensointi-10 jännite syötetään taajuuden vetoelementtiin.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että funktio on Vkomp = b*exp[al* (T-TR) ]+b*exp[-a2* (T-TR) ]+c* (T-TR) 15 missä Vkomp on kompensointi jännite TR on vertailujännite Kelvin-asteissa T on toimintalämpötila Kelvin-asteissa ai, a2, b ja c ovat vakioita.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että kompensoidaan lämpötilan vaihtelun vaikutukset eksponentiaalisen ja kään-teiseksponentiaalisen termin kehittäviin välineisiin.
5. 4. Lämpötilaohjattu kideoskillaattoripiiri, joka * 25 käsittää vahvistinelementin, jossa on kiteen ja taajuu den vetoelementin sisältävä takaisinkytkentätie, sekä lämpötilan kompensointijännitteen kehittävän laitteen, joka on kytketty taajuuden vetoelementtiin, kyseisen kompensointijännitteen kehittävän laitteen syöttäessä 30 jännitteen funktion mukaisesti, tunnettu siitä, että mainittu funktio muodostuu lineaarisesta termistä, eksponentiaalisesta termistä ja käänteiseksponentiaali-sesta termistä.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen piiri, t u n -35 n e t t u siitä, että funktio on 96999 VkOBp = b*exp[al* (T-TR) ]+b*exp[-a2*(T-TR) ]+c*(T-TR) missä Vkoinp on kompensointi jännite TR on vertailujännite Kelvin-asteissa 5 T on toimintalämpötila Kelvin-asteissa ai, a2, b ja c ovat vakioita.
7. 6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen piiri, tunnettu siitä, että laite eksponentiaalisen ja käänteiseksponentiaalisen termin tuottamiseksi sisältää 10 vastaavan eksponentiaalisen ja käänteiseksponentiaalisen vahvistimen, ja että lämpötilan kompensointijännitteen kehittävä laite käsittää edelleen laitteen lämpötilan vaikutusten kompensoimiseksi eksponentiaalisessa ja käänteiseksponentiaalisessa vahvistimessa.
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen piiri, jos pa tenttivaatimus 6 on riippuvainen vaatimuksesta 5, tunnettu siitä, että laite lämpötilan vaikutuksen kompensoimiseksi eksponentiaalisessa ja käänteiseksponentiaalisessa vahvistimessa käsittää operaatiovahvistimen, 20 joka on sovitettu (T-TR):n osoittavan jännitteen tuottavan laitteen ja eksponentiaalisen ja käänteiseksponentiaalisen vahvistimen väliseen signaalitiehen, ja että operaatiovahvistimen takaisinkytkentätielle on sovitettu transkonduktori. /25 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen piiri, tun nettu siitä, että transkonduktori käsittää yhden tai useamman differentiaalisen parin ja virtapeilin, ja että lievevirta on asetettu kiinteäksi ja lämpötilasta riippumattomaksi arvoksi.
9. 9. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen piiri, : tunnettu siitä, että se käsittää ensimmäisen ja toisen kertojan (T-TR):ää edustavan jännitteen kertomiseksi vakiolla ai, ensimmäisen kertojan annon ollessa kytketty eksponentiaaliseen vahvistimeen ja toisen ker-35 tojan annon ollessa kytketty summauslaitteeseen funktion II 96999 Vkomp muodostamiseksi, ja kolmannen ja neljännen kertojan (T-TR):ää edustavan jännitteen kertomiseksi vakiolla a2, kolmannen kertojan annon ollessa kytketty käänteiseks-ponentiaaliseen vahvistimeen ja neljännen kertojan annon 5 ollessa kytketty kyseiseen summauslaitteeseen.
10. 10. Radioliikennelaite tunnettu siitä, että se sisältää minkä tahansa patenttivaatimuksen 4-9 mukaisen lämpötilaohjatun kideoskillaattoripiirin. 96999