NL1015386C2 - Fasevergrendelcircuit. - Google Patents

Description

P52352NL00

Titel: Fasevergrendelcircuit

De uitvinding heeft betrekking op een fasevergrendelcircuit omvattend een fase-frequentiecomparator met een eerste ingang voor een referen-tiesignaal en een tweede ingang voor een teruggekoppeld signaal, alsmede (twee) uitgangen voor het verschaffen van een op-signaal of een neer-signaal 5 aan een besturingslaadpompcircuit; welk besturingslaadpompcircuit met de uitgangen van de fase-frequentiecomparator is verbonden en een uitgang heeft die via een lusfilter is verbonden met een van een afstemmiddelen voorziene spanningsgestuurde oscillator, waarvan de uitgang via een fre-quentiedeler is verbonden met de genoemde tweede ingang van de fase-10 frequentiecomparator.

Een dergelijk fasevergrendelcircuit is uit de praktijk bekend. Een soortgelijk circuit is ook beschreven in EP-A-0 945 986.

Een spanningsgestuurde oscillator van goede kwaliteit met een geringe faseruis wordt afgestemd met behulp van een varactor. Een probleem 15 dat zich bij de bekende fasevergrendelcircuits en in het bijzonder bij geïntegreerde fasevergrendelcircuits voordoet is dat in vele toepassingen de voedingsspanning te laag is om het voor de varactor benodigde afstemspan-ningsgebied te realiseren. Bij toepassingen voor bijvoorbeeld pagers, draadloze telefoons, mobiele telefoons etc. wordt dikwijls een batterij van 1,5 V 20 toegepast, terwijl voor een varactor een afstemspanningsgebied van bijvoorbeeld 0,5 - 3 V nodig kan zijn.

Dit probleem is in het verleden opgelost door toepassing van een zogenaamde step-up convertor, die een voedingsspanning kan genereren die hoger is dan de batterijspanning. Een bezwaar van deze oplossing is echter, 25 dat deze een spoel met hoge zelfinductie vereist, die niet op een chip gevormd kan worden. Hierdoor nemen het aantal benodigde componenten en de fabricagekosten van de schakeling toe, evenals het ruimtebeslag en de kans op parasitaire effecten als gevolg van de benodigde verbindingen tussen het circuitgedeelte op de chip en de "off-chip" spoel.

101 53 8 e 2

In plaats van een "step-up" convertor zou ook een laadpompcircuit gebruikt kunnen worden om een spanning te genereren die hoger is dan de batterijspanning. Een voorbeeld van een dergelijke laadpomp is beschreven IEEE JSSC Vol. 33 No. 4, april 1998. Een aan die oplossing klevend pro-5 bleem is dat een dergelijk laadpompcircuit een lagere uitgangsimpedantie dient te hebben dan de al lage uitgangsimpedantie van het laagdoorlaatfil-ter, dat de uitgang van de fase-frequentiecomparator belast.

Behoefte bestaat derhalve aan een fasevergrendelcircuit, dat enerzijds een voldoende groot afstemspanningsbereik voor de spanningsgestuur-10 de oscillator verschaft doch anderzijds geen componenten vereist die niet in geïntegreerde vorm op een chip gemaakt kunnen worden en waarbij bovendien problemen met betrekking tot interne impedantie-aanpassing vermeden worden.

De uitvinding beoogt in de geschetste behoefte te voorzien. Hiertoe 15 wordt volgens de uitvinding een fasevergrendelcircuit van de bovenstaande soort daardoor gekenmerkt dat voor het verschaffen van een afstemspan-ning voor de afstemmiddelen een spanningslaadpompcircuit is voorzien, dat met het besturingslaadpompcircuit is gecombineerd tot een enkel met de uitgang van de fase-frequentiecomparator verbonden laadpompcircuit.

20 In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bijgevoegde tekening.

Fig. 1 toont schematisch een voorbeeld van een bekend fasevergrendelcircuit,· fig. 2 toont schematisch een voorbeeld van een spanningsverhogend 25 laadpompcircuit; fig. 3 toont schematisch een voorbeeld van een gecombineerd laadpompcircuit voor toepassing in een fasevergrendelcircuit volgens de uitvinding; en 101 5386 3 fig. 4 toont schematisch een combinatie van het circuit van fig. 3 met een laagdoorlaatfilter voor toepassing in een fasevergrendelcircuit volgens de uitvinding.

Fig. 1 toont schematisch een voorbeeld van een bekend fasever-5 grendelcircuit 1. Het getoonde fasevergrendelcircuit 1 omvat een fase-frequentiecomparator 2 met twee ingangen 3,4 en twee uitgangen 5,6. De ingang 3 ontvangt in bedrijf een referentiesignaal en de ingang 4 is verbonden met de uitgang 7 van een terugkoppelcircuit 8, dat een frequentiedeler omvat. Het fasevergrendelcircuit wordt op gebruikelijke wijze via voedings-10 aansluitingen"+" en van voedingsspanning Vcc, geleverd door een niet getoonde batterij, voorzien.

De fase-frequentiecomparator vergelijkt de frequentie van de twee ingangssignalen en verschaft afhankelijk van het resultaat van die vergelijking een op- of neersignaal. De uitgangssignalen van de fase-15 frequentiecomparator worden toegevoerd aan de gates G1 resp. G2 van een tweetal MOS transistoren Ml en M2, die tussen de positieve en de negatieve voedingsaansluitingen zijn verbonden, en die gezamenlijk een laadpomp 9 vormen, die een stuursignaal verschaft op een uitgang 10. De uitgang 10 is verbonden met een laagdoorlaatfilter of lusfilter 11, dat in het getoonde 20 voorbeeld een condensator Cl parallel aan een serieschakeling van een condensator C2 en een weerstand R1 omvat. Een op-signaal (uitgang 5) brengt de transistor Ml in de geleidende toestand, zodat het met uitgang 10 van de laadpomp verbonden RC-netwerk met een constante stroom wordt opgeladen, terwijl een neer-signaal (uitgang 6) transistor M2 in de geleidende toe-25 stand brengt waardoor het met de uitgang 10 verbonden RC-netwerk met een constante stroom wordt ontladen.

De uitgang 10 is voorts via het lusfilter 11 verbonden met een varactor 12, die deel uitmaakt van een spanningsgestuurde oscillator (VCO) 13, evenals een spoel L en een condensator C3.

101 5386 4

In het tot nu toe beschreven circuit kan de uitgang 10 van de laad-pomp 9 geen hogere spanning verschaffen dan de voedingsspanning Vcc. De stuurspanning voor de varactor, en derhalve het afstemspanningsbereik voor de VCO 13 wordt derhalve gelimiteerd door de batterijspanning.

5 Veelal is echter behoefte aan een groter afstemspanningsbereik.

Hiertoe wordt in de bekende techniek vaak een zogenaamde step-up convertor (niet getoond) als spanningsverhogend circuit tussen de batterij en de voedingsspanningsaansluitingen van de laadpomp toegepast.

De uitgang 15 van de VCO verschaft het gewenste fasevergrendel-10 de uitgangssignaal en is tevens verbonden met de ingang 16 van de reeds vermelde frequentiedeler 8.

Een bezwaar van een step-up convertor is, dat de spoel met hoge zelfinductie van het spanningsverhogende circuit niet op een chip geïntegreerd kan worden en bovendien relatief omvangrijk is. De spoel vormt 15 derhalve een off-chip component, waarvoor aparte aansluitingen nodig zijn en die extra ruimte in beslag neemt.

Fig. 2 toont schematisch een voorbeeld van een ander type spanningsverhogend circuit 20, dat is uitgevoerd als een op zichzelf bekende spanningslaadpomp. De uitvinding beoogt de toepassing van een dergelijke 20 spanningslaadpomp in een fasevergrendelcircuit. De getoonde spanningslaadpomp kan geheel in geïntegreerde vorm worden geproduceerd en kan bovendien een uitgangsspanning leveren die hoger is dan de spanning van de voedingsbatterij B.

De spanningslaadpomp omvat in feite een met behulp van halfge-25 leider schakelorganen, bijvoorbeeld MOS transistors T21 t/m T25 geschakeld condensatornetwerk, dat in het getoonde voorbeeld condensatoren C21 t/m C25 omvat. Het schakelen geschiedt met behulp van kloksignalen verschaft door klokcircuits 21a en 21b die respectievelijk met de condensatoren C21, C23 respectievelijk C22, C24 zijn verbonden. Condensator C25 is tus- 101 53 86 5 sen de uitgang 22 van de spanningslaadpomp en aarde verbonden. De kloksignalen zijn gewoonlijk dezelfde signalen, die echter in tegenfase zijn.

Fig. 3 toont schematisch een voorbeeld van een spanningslaadpomp 20 van het in fig. 2 getoonde type gecombineerd met de bestu-5 ringslaadpomp 9 van het circuit van fig. 1. De transistoren (of samenstellen van transistoren) M3 en M4 worden bestuurd door de kloksignalen CL en CL samen met het op-signaal van uitgang 5 van fig. 1, met dien verstande dat de kloksignalen (en dus de spanningverhogende werking) slechts optreden als een op-signaal aanwezig is. De transistoren M3 en M4 zijn verge-10 lijkbaar met transistor Ml van fig. 1. Het neer-signaal wordt direct toegevoerd aan de transistor (of het samenstel van transistoren) M5. Het neer-signaal brengt de transistor M 5 in de geleidende toestand, waardoor aan de uitgang 22 een stroom onttrokken wordt. Transistor M5 is vergelijkbaar met transistor M2 van fig. 1.

15 De functie van de in fig. 2 getoonde laatste condensator C25 kan worden overgenomen door de condensatoren) van het lusfilter.

Fig. 4 toont schematisch het spanningslaadpompcircuit 20 van fig. 3 gecombineerd met een lusfilter 23, dat vergelijkbaar is met het lusfilter 11, doch eventueel met aangepaste capaciteitswaarden van de condensato-20 ren C31, C32.

De klokfrequentie kan aanleiding geven tot een stoorfrequentie aan de uitgang van de VCO 13. De klokfrequentie dient derhalve bij voorkeur te worden weggefilterd met behulp van een geschikt RC-filter. Het wegfilteren van de klokfrequentie wordt vereenvoudigd indien een relatief 25 hoge klokfrequentie wordt gebruikt. Dit heeft als extra voordeel dat afmetingen van de condensatoren klein kunnen zijn en dat de werking van het spanningslaadpompcircuit efficiënter wordt. Tussen het laadpompcircuit en de varactor kan dan nog een klein hoogfrequent laagdoorlaatfilter worden geschakeld.

1 01 5388 6

Na het voorgaande liggen diverse modificaties voor de deskundige voor de hand. Zo is de uitvinding ook van toepassing indien een spannings-gestuurde oscillator wordt gebruikt die geen afzonderlijke varactor nodig heeft. Bijvoorbeeld kan gebruik worden gemaakt van een inherent in een 5 transistor aanwezige junctie-capaciteit of een MOS-gate capaciteit of van andere afstemmiddelen. Voorts kan in plaats van een fase-frequentiecomparator met drie uitgangstoestanden (op, uit, neer) ook een fase-frequentiecomparator met meer toestanden, bijvoorbeeld vijf toestanden (sterk op, op, uit, neer, sterk neer) gebruikt worden. Dergelijk modifica-10 ties worden geacht binnen het kader van de bijgevoegde conclusies te vallen.

1 01 5386

Claims (7)

1. Fasevergrendelcircuit omvattend een fase-frequentiecomparator met een eerste ingang voor een referentiesignaal en een tweede ingang voor een teruggekoppeld signaal, alsmede uitgangen voor het verschaffen van een op-signaal of een neer-signaal aan een besturingslaadpompcircuit, welk 5 besturingslaadpompcircuit met de uitgangen van de fase- frequentiecomparator is verbonden en een uitgang heeft, die via een lusfïl-ter is verbonden met een van afstemmiddelen voorziene spanningsgestuur-de oscillator, waarvan de uitgang via een frequentiedeler is verbonden met de genoemde tweede ingang van de fase-frequentiecomparator, welke af-10 stemmiddelen voor het verschaffen van een afstemspanning zijn voorzien van een spanningslaadpompcircuit, dat met het besturingslaadpompcircuit is gecombineerd tot een met de uitgang van de fase-frequentiecomparator verbonden gecombineerd laadpompcircuit, met het kenmerk, dat het gecombineerde laadpompcircuit een tweetal transistororganen omvat, die in 15 bedrijf elk bestuurd worden door een kloksignaal in combinatie met het op-signaal, welke transistororganen afwisselend zijn verbonden met opeenvolgende condensatoren van het laadpompcircuit, en dat een derde transistor-orgaan is voorzien dat tussen de uitgang van het laadpompcircuit en aarde is verbonden en dat in bedrijf door het neer-signaal wordt bestuurd.

2. Fasevergrendelcircuit volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat het laadpompcircuit en het lusfilter zodanig zijn gedimensioneerd, dat tenminste één condensator van het lusfilter tevens functioneert als deel van het laadpompcircuit.

3. Fasevergrendelcircuit volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat 25 de waarden van de condensatoren van het laadpompcircuit zodanig zijn gekozen dat deze condensatoren samen met een met de uitgang van het laad- 1 01 5386 pompcircuit verbonden hoogfrequent laagdoorlaatfilter functioneren als filter voor het wegfilteren van signalen met de klokfrequentie.

4. Fasevergrendelcircuit volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de afstemmiddelen een varactor omvatten.

5. Fasevergrendelcircuit volgens één der conclusies 1 t/m 3 met het kenmerk dat de afstemmiddelen een inherent in een transistor aanwezige capaciteit omvatten.

6. Fasevergrendelcircuit volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de fase-frequentiecomparator tenminste twee uitgangen 10 voor het verschaffen van op-signalen met verschillende sterkte en tenminste twee uitgangen voor het verschaffen van neer-signalen met verschillende sterkte heeft.

7. Laadpompcircuit samengesteld uit een besturingslaadpompcircuit en een spanningslaadpompcircuit met het kenmerk het gecombineerde 15 laadpompcircuit een tweetal transistororganen omvat, die in bedrijf elk bestuurd worden door een kloksignaal in combinatie met het op-signaal, welke transistororganen afwisselend zijn verbonden met opeenvolgende condensatoren van het laadpompcircuit, en dat een derde transistororgaan is voorzien dat tussen de uitgang van het laadpompcircuit en aarde is verbonden 20 en dat in bedrijf door het neer-signaal wordt bestuurd. 1 01 5386