NL8701406A - Relaxatie-oscillator met comparator-flipflopschakeling. - Google Patents

Description

t 9 PHN 12.158 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Relaxatie-oscillator met comparator-flipflopschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een relaxatie-oscillator met een condensator, een oplaad- en een ontlaadschakeling, schakelmiddelen om in een eerste stand de condensator met behulp van de oplaadschakeling op te laden en om in een tweede stand de condensator 5 met behulp van de ontlaadschakeling te ontladen, en met een comparator-flipflopschakeling, welke, zodra de condensatorspanning een eerste waarde heeft bereikt, een stuursignaal afgeeft om de schakelmiddelen vanuit de eerste in de tweede stand te brengen, en welke, zodra de condensatorspanning een tweede waarde heeft bereikt, een stuursignaal 10 afgeeft om de schakelmiddelen vanuit de tweede in de eerste stand te brengen.

Een dergelijke relaxatie-oscillator levert een driehoekspanning over de condensator, waarvan de piek-piekwaarde wordt bepaald door onder meer de genoemde eerste en tweede spanningswaarde, de 15 hysterese van de flipflopschakeling en de aanwezige rondgaande versterking op het schakelmoment.

Relaxatie-oscillatoren van de hier beschreven soort zijn bekend uit IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. SC-18, No. 6, december 1983, pagina's 794-801. In dit artikel zijn, al dan niet 20 expliciet, een aantal mogelijkheden gegeven om het ruisgedrag van de relaxatie-oscillatoren te verbeteren, te weten: het vergroten van de condensatordriehoekspanning, het vergroten van de rondgaande versterking op het schakelmoment, het verminderen van de invloed van de hysterese van de flipflopschakeling en het snel omschakelen van de stroom met een 25 snelle flopflopschakeling.

Het ruisprobleem in relaxatie-oscillatoren kan veelal worden vermeden door ruisarmere typen oscillatoren toe te passen. Gezien echter de voordelen, die een relaxatie-oscillator biedt, zoals een groot afstembaar frequentiegebied en de integreerbaarheid op een IC, is het 30 gewenst het ruisgedrag van de relaxatie-oscillatoren verder te verbeteren.

Het doel van de uitvinding is dan ook een relaxatie- 870 140 6 t r PHN 12.158 2 oscillator te verschaffen, welke een verder verbeterd ruisgedrag vertoont.

Overeenkomstig de uitvinding bezit de relaxatie-oscillator, zoals deze in de aanhef is omschreven, daartoe het kenmerk, 5 dat de comparator-flipflopschakeling is voorzien van bandbreedte beperkende middelen. Deze bandbreedte beperkende middelen zijn bij voorkeur aangebracht in die punten van de comparator-flipflopschakeling, waar het ingangssignaal van deze schakeling versterkt is; zij worden in het bijzonder opgenomen in een collectorketen van de comparator-10 flipflopschakeling.

De uitvinding berust op het hiernavolgende inzicht. Snel omschakelen van de stroom met een snelle flipflopschakeling is op zich niet voldoende om een verder verbeterd ruisgedrag te verkrijgen: ook dient het omschakelen steeds op het goede moment te geschieden.

15 Omschakelen impliceert bemonstering, waardoor de ruis van een zeer groot aantal bovenbanden terugvouwt. Door de ruisbandbreedte te verkleinen met behulp van bandbreedte beperkende middelen en pas daarna de stroom snel om te schakelen, dat wil zeggen pas daarna bemonstering te laten optreden, wordt de ruis van een minder aantal bovenbanden 20 teruggevouwen. Het resultaat is, dat het schakelmoment beter wordt uitgemiddeld.

Het ontwerp van relaxatie-oscillatoren dient gericht te zijn op de volgende vier funkties: in de schakeling dienen de voornoemde eerste en tweede spanningswaarde te worden gedefinieerd; de 25 condensatorspanning dient met deze spanningswaarden te worden vergeleken; de oplaad- en de ontlaadstroom dienen te worden gedefinieerd; en een omschakelen van deze stromen dient te worden uitgevoerd. De eerste twee funkties kunnen tezamen worden gerealiseerd in een afzonderlijke comparator-flipflopschakeling. Wordt deze 30 schakeling in een eenvoudige uitvoering gevormd door een afzonderlijke verschilversterker-comparator (WC), dan worden overeenkomstig de uitvinding de bandbreedte beperkende middelen gevormd door de collectorweerstanden van de beide transistoren van de verschilversterker-comparator (WC) en een de beide collectoren verbindende condensator.

35 Het is echter ook mogelijk alle vier de voornoemde functies met elkaar te verweven, zoals bijvoorbeeld wordt geïllustreerd door de gebalanceerde relaxatie-oscillator in figuur 1 in het voornoemde 8701406 t PHN 12.158 3 tijdschriftartikel. In dat geval zouden de bandbreedte beperkende middelen kunnen worden gevormd door de aldaar aangegeven weerstanden R1 en een tussen de collectoren van de transistoren Q1 en Q2 aan te brengen condensator. Een soortgelijke oplossing zal eveneens mogelijk zijn bij 5 de in figuur 15 in het voornoemde tijdschriftartikel afgeheelde uitvoeringsvorm.

De relaxatie-oscillator kan verder, eveneens overeenkomstig de uitvinding, worden opgenomen in een geïntegreerde schakeling.

10 Voor toepassing van het hier beschreven relaxatie- oscillator principe in een spanningsgestuurde oscillator (VCO) met een groot regelbereik of in de gevallen, dat een lage distorsie gewenst is, kunnen de bandbreedte beperkende middelen regelbaar worden gemaakt en worden gekoppeld aan de oscillatorfrequentie, bijvoorbeeld via de 15 varicapspanning van de condensator of via de laadstroom. Het doel is dan de procentuele bijdrage van de door het filter geïntroduceerde vertraging tot de ruis constant te houden.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarvan: 20 Figuur 1 het principeschema toont van het bekende type relaxatie-oscillator; en

Figuur 2 een uitvoeringsvoorbeeld toont van een relaxatie-oscillator overeenkomstig de uitvinding.

Overeenkomstige delen in de figuren zijn met gelijke 25 verwijzingscijfers aangegeven. Het aan de hand van de tekening te beschrijven uitvoeringsvoorbeeld dient niet als een beperking van de uitvinding te worden beschouwd; dit uitvoeringsvoorbeeld dient slechts ter illustratie van de uitvinding.

De in figuur 1 schematisch afgebeelde relaxatie-30 oscillator omvat een condensator 1, een oplaadschakeling 2, een ontlaadschakeling 3, een schakelaar 4 en een comparator-flipflopschakeling 5. De oplaad- en ontlaadschakeling 2, respectievelijk 3 zijn in figuur 1 aangegeven als stroombronnen, welke een stroom I, respectievelijk 21 trekken. Indien de schakelaar 4 in de (in figuur 1 35 afgebeelde) geopende toestand verkeert, wordt de condensator 1 door de stroombron 2 opgeladen; wordt de schakelaar 4 gesloten, dan wordt door de stroombron 3 behalve de door de stroombron 2 geleverde stroom I

8701406 3 PHN 12.158 4 tevens een ontlaadstroom I van de condensator, in totaal dus een stroom 21, getrokken. De capaciteit C van de condensator 1 is verder zodanig, dat bij het opladen en ontladen een vrijwel lineair spanningsverloop over de condensator aanwezig is, zodat uiteindelijk een vrijwel 5 driehoekig verlopende spanning over de condensator komt te staan.

De comparator-flipflopschakeling 5 is hier opgebouwd uit een tweetal comparatoren 6 en 7 en een flipflop 8. De condensatorspanning Vc wordt toegevoerd aan de beide comparatoren; in de comparator 6 wordt de condensatorspanning Vc vergeleken met een eerste, 10 hogere spanningswaarde Vref.1 en in de comparator 7 met een tweede, lagere spanningswaarde Vref.2. Bereikt de condensatorspanning Vc de waarde Vref.1, dan wordt de flipflop 8 zodanig geschakeld, dat een stuursignaal wordt afgegeven, dat de schakelaar 4 sluit, zodat de condensator 1 wordt ontladen en de condensatorspanning Vc derhalve 15 afneemt. Zodra vervolgens de condensatorspanning Vc de waarde Vref.2 heeft bereikt, dan wordt de flipflop 8 omgeschakeld en geeft deze een stuursignaal af, dat de schakelaar 4 opent, zodat de condensator 1 weer wordt opgeladen en de condensatorspanning Vc derhalve weer toeneemt.

In figuur 2 is de comparator-flipflopschakeling 5 gevormd 20 door een verschilversterker-comparator WC, opgebouwd uit transistoren T1 en T2, een stroombron 9, collectorweerstanden 10 en 11, welke bij voorkeur een gelijke waarde R zullen bezitten, en een condensator 12 met een capaciteit C', welke tezamen met de weerstanden 10 en 11 bandbreedte beperkende middelen, in dit voorbeeld een 25 laagdoorlaatfliter, vormen. De oplaad- en ontlaadschakeling worden tezamen met de schakelmiddelen gevormd door een verschilversterker, die is opgebouwd uit transistor T3 en T4 en stroombronnen 13 en 14, die een stroom I, respectievelijk 21 trekken.

De condensator 1 is hier gekoppeld aan de 30 voedingsspanning V. Zodra de transistor T3 open is en de transistor T4 gesperd, wordt deze condensator met behulp van de stroombron 13 opgeladen en gaat de condensatorspanning Vc omhoog, totdat de (tot dan toe gesperde) transistor T1 open gaat. De collectorspanning van de transistor T1 gaat dan omlaag door de spanningsval over de weerstand 10, 35 terwijl daarmede tevens de basisspanning van de transistoren T2 en T3 omlaag gaat en deze worden gesperd. De collectorspanning van de transistor T2 gaat dan omhoog en daarmede de basisspanning van de 8701406 i Λ PHN 12.158 5 transistor T4, waardoor deze laatste weer open gaat en de condensator 1 weer wordt ontladen. De condensatorspanning Vc gaat daarbij omlaag, totdat de transistor T1 weer wordt gesperd. Aldus neemt de condensatorspanning Vc een driehoekig verloop aan; een hiermede 5 overeenkomend blokvormig spanningsverloop u wordt verkregen aan de collector van de transistor T3, waarop een weerstand 15 is aangesloten.

De weerstanden 10 en 11 en de condensator 12 vormen een laagdoorlaatfilter voor de ruis aan de collectoren van de transistoren T1 en T2, waardoor de spanning aldaar beter gedefinieerd is en daarmede 10 tevens het omschakelen van de transistoren in de relaxatie-oscillator als de condensatorspanning Vc de waarden Vref.1, respectievelijk Vref.2 bereikt.

87 0 HO6

Claims (5)

1. Relaxatie-oscillator met een condensator, een oplaad- en een ontlaadschakeling, schakelmiddelen om in een eerste stand de condensator met behulp van de oplaadschakeling op te laden en om in een tweede stand de condensator met behulp van de ontlaadschakeling te 5 ontladen, en met een comparator-flipflopschakeling, welke, zodra de condensatorspanning een eerste waarde heeft bereikt, een stuursignaal afgeeft om de schakelmiddelen vanuit de eerste in de tweede stand te brengen, en welke, zodra de condensatorspanning een tweede waarde heeft bereikt, een stuursignaal afgeeft om de schakelmiddelen vanuit de tweede 10 in de eerste stand te brengen, met het kenmerk, dat de comparator-flipflopschakeling is voorzien van bandbreedte beperkende middelen.

2. Relaxatie-oscillator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bandbreedte beperkende middelen zijn aangebracht in die punten van de comparator-flipflopschakeling, waar het ingangssignaal van 15 deze schakeling versterkt is.

3. Relaxatie-oscillator volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de bandbreedte beperkende middelen zijn opgenomen in een collectorketen van de comparator-flipflopschakeling.

4. Relaxatie-oscillator volgens conclusie 3, waarbij de 20 comparator-flipflopschakeling is uitgevoerd als een afzonderlijke verschilversterker-comparator (WC), met het kenmerk, dat de bandbreedte beperkende middelen worden gevormd door de collectorweerstanden van de beide transistoren van de verschilversterker-comparator (WC) en een de beide collectoren verbindende condensator. 25

5. Geïntegreerde schakeling, voorzien van een relaxatie- oscillator volgens één der voorgaande conclusies. 87 01 4 0 6