SE460004B - Resonanskrets foer extraktion av en klockfrekvensoscillation fraan ett datafloede - Google Patents

Description

460 ,Û04 2. som är avsevärt under “mikrovågs“-längd, och dessa system användes mer och mer; därför måste extraktio- nen av klocksignalen vanligen utföras med hjälp av LC-resonanskretsar innehållande koncentrerade kompo- nenter, om nödvändigt med fördelade induktanser L (spolar i spiralform). Dessa konventionella resonato- rer innebär emellertid åtskilliga nackdelar, bland vilka vi kan nämnda olägenheterna orsakade av låg se- lektivitet beroende på begränsade Q-faktorer hos kom- ponenterna, och av signalutstrålning i luften, huvud- sakligen när de arbetar vid aldrig så höga frekvenser (men fortfarande avsevärt under mikrovâgsfrekvenser), såsom frekvensen använd i ett linjesystem på 565 Mbit/s.

Ett primärt syfte hos föreliggande uppfinning är att åstadkomma en resonanskrets för extraktion av svängnin- gar, som har klockfrekvenser mycket lägre än mikrovå- gor, innefattande cn linjesektion, som har en längd re- ducerad till acceptabla värden.

Ett ytterligare ändamål för uppfinningen är att åstad- komma en resonanskrets, som har en linjesektion med acceptabel längd för extraktion av höga frekvenser (men mycket lägre än mikrovågsfrekvenser), som inte uppvisar nackdelarna hos konventionella resonatorer och speciellt har en hög Q-faktor och därför höga se- lektivitetsegenskaper.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är en resonanskrets av det ovannämnda slaget, d v s med en linjesektion anbringad på ett dielektriskt bär- skikt för att erhålla med hjälp av reducerad längd hos denna linjcsektion inte bara en hög Q-faktor och där- för hög selektivitet utan också en stor prestations- stabílitet vid variationer i den omgivande miljön, i synnerhet i närvaro av temperaturändringar. 460 004 Dessa och andra syften uppnås medelst en resonanskrets av det inledningsvis angivna slaget, vilken resonanskrets känneteck- nas i huvudsak av i den kännetecknande delen av patentkravet l angivna särdrag.

I US,A 4 266 206 återspeglande teknikens ståndpunkt tas visser- ligen in- resp. utsignalen från var sin längsgående kantsida, men detta är ej att anse som det primära vid anslutningssättet, utan tekniken att använda inmatningslinjer (MI, NU), vilka ger bättre resonatorinkörningsförhållande med relativt låga anslut- ningsförluster, vilket är ett i sig eftersträvansvärt ändamål enligt föreliggande uppfinning. Sådant utförande är ej visat i nämnda patentskrift utan däremot en med resonator integrerad le- dande anslutningsplatta, som är bred och skiljer sig från ut- förandet enligt uppfinningen. Eftersom plattan är bred, är im- pedansen mellan plattan och det ledande jordplanet mycket liten.

Följaktligen är hela plattan lagd på jordpotential. Syftet med uppfinningen enligt mothållet är att exakt bestämma resonatorns längd vid en maskningsoperation, och detta ernås genom att ut- forma platta som integrerad med resonatorn. Resonatorns längd och dess anslutning till jordpotential bestämmes härigenom exakt.

Samma prínciplösníng visas i fig. 3, där två ledningsplattor användes. (Se kolumn 3, raderna ll - 30).

Att resonatorns längd bestämmer resonansfrekvensen är visser- ligen känt, och således måste då bärskiktet vara större än re- sonatorns längd, och vid lägre resonansfrekvens måste resona- torns linjära utsträckning bli längre och därmed måste bärskik- tet även vara längre. Enligt föreliggande uppfinning presenteras den lösningen på problemet att hålla små dimensioner hos resona- tor, att vidmakthålla ett kort bärskikt och stor utsträckning av resonatorn genom att optimalt kombinera de i och för sig kända faktorerna med bibehållande av högt Q-värde, dvs bärskiktets dielektricitetskonstant och linjesektionen av resonatorn till värden som experimentellt visat sig ge förutbestämda resonans- frekvenser. 460 004 I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen sträcker sig ban- det längds den längsta längsgående axeln på plattans yttre yta, varvid dess fria ända är nära och parallell med en av de yttre kanterna på nämnda yta, varvid den andra ändan sträcker sig fram till motstående tvärkant, varifrån den fortsätter längs hela plattans tjocklek för att anslutas till den metallisering, som täcker plattans andra huvudyta.

Vid en exceptionellt förmånlig utföringsform av uppfinningen är linjesektionen gjord av parallella sektioner förenade var och en med den andra, varvid avståndet mellan de närmaste sektionerna är sådant, att kopp- ling undvikes och inmatnings- och utmatningskretsar är utformade som remsor.

De olika aspekterna och fördelarna hos uppfinningen kommer att framgå bättre av följande beskrivning av några föredragna och icke-begränsande utföringsfor- mer, som visas för enbart belysande ändamål i de bi- fogade ritningarna, i vilka: Fig. 1 är ett blockdiagram av extraktionssystemet; Fig. 2 är en schematísk, partiell och perspektivisk vy av en resonanskrets enligt uppfinningen; Fig. 3 är även en partiell, schematisk och perspek- tivisk vy, som visar en speciellt gynnsam tillämpning av kretsen visad i Fig. 2 Med hänvisning till det i Fig. l visade schemat, inne- fattar extraktionssystemet i huvudsak: en inmatnings- krets (I) för inmatningsdata (FD), från vilken en sig- nal vid "bit"-frekvens skall extraheras, den egentli- ga resonanskretsen (CR) och en utmatningskrets (U) För den extraherade signalen (SE), vars amplitud företrä- desvis är förstärkt till önskad nivå över värdet hos nedströmsimpedansen (ej visad). Medan inmatnings- (I) och utmatnings(U)kretsarna kan vara av konventionellt slag, är resonanskretsen (CR) enligt uppfinningen 460 004 5 (Fig. 2) sammansatt av ett dielektriskt bärskikt (SQ), på vilket en kortsluten linje (LS) är fastsatt. En- ligt det Första särdraget hos uppfinningen innefattar bärskiktet (SQ) (bestämd av de två huvudytorna vin- kelräta mot det övre lfl och det undre lß ritningspla- net och av Fyra mindre sidoytor ll-ll' och l2-l2') en _elektriskt ledande bandformig linje (LS), som har en längd "l" på den övre huvudytan 10, som sträcker sig från dess Fria ända EA till dess ända EC på kanten bildad av de två ytorna 10 och ll', varvid ändan EC är kortsluten genom sektionen ECC på väggen ll' med ett undre metalliserat skikt ME på den undre huvud- ytan l0'. Inmatningssignalen (FD) tillföras mellan l och 2, där l är ett andra mycket smalt metalliserat 'skikt (MI) anbringat på den övre ytan, på samma sätt tas utmatningssignalen (U) ut Från 3 och 4.

Om man anser, att Q-faktorn hos en resonator gjord av en linje (CR enligt Fig. 2) ökar ideellt enligt en matematisk lag approximativt proportionellt mot kvad- ratroten på Frekvensen, Framgår det, att det är möj- ligt att vid en hög arbetsfrekvens få bättre selek- tionsegenskaper jämfört med dem, som är relaterade till traditionella resonanskretsar. Begränsningarna i förhållande till de teoretiska värdena beror huvudsak- ligen på det sätt, på vilket resonatorn är ansluten till inmatníngs- och utmatningskretsarna, som det van- ligen är fallet i vilken resonanskretstyp som helst.

Den minskade storleken (bredd "w", längd "1") av lin- jesektionen (LS) till acceptabla värden och stabilite- ten hos systemets prestanda uppnås genom ett lyckligt val av bärskiktsmaterial (SQ) som funktion av stabili- teten hos dess dielektricitetskonstant i förhållande till temperaturen och dess mekaniska värmeexpansions- koefficienter.

Om det valda bärskiktet (SQ) karakteriseras av ett 460 004 6 lågt dielektriskt förlustvärde, säkerställes också ett optimalt värde på resonansens Q-Faktor. Valet av bär- skíktsmaterial kommer slutligen att påverka det slags teknik, som användes För anbringande av metalliserin- gen (ME) på nämnda bärskikt. T ex för den speciella tillämpningen av klocksignalextraktionen Från data- Flödet PCM vid 565 Mbit/s har användningen som bär- skikt (SQ) av aluminiumoxid (AL20 6 I' 198 Tg 6 om nämnda material tillåter acceptabel längd av lin- jer (LS), tillfredsställer de inte kravspecifikatio- nerna avseende stabilitet vid temperaturändringar och 3 , 10-4) eller av G10 ("epoxíglas“, = lÜ,l, Er : 4,4, 80 x lfl_4) lämnats ur räkningen, eftersom även selektívitetsnivå. Vi har oväntat funnit, att ett op- timalt resultat uppnås vid användande av en acceptabel längd "l" genom att välja som bärskiktsmaterial (SQ) en amorf kvarts kännetecknad av följande värden: _ relativ die1ektricitetsknnstant= 6; = 3,826 (2s°c) + 3,834 (1oo°c) - dielektricitetsförlustz Tgå = l x 10-A _ värneutvidgningsknefficient= Q' = 0,55 X 1o"6 Enligt ett fördelaktigt särdrag hos uppfinningen, utgö- res metalliseringen (ME) av Ag och den anbringas på kvartsen med hjälp av tjockfilmsteknik. Dimensionerna "w" och "h" på den bandformiga linjen (LS) fastställes huvudsakligen som en Funktion av den Q-faktor, som man ämnar uppnå, när väl en gång Frekvensen hos signalen, som skall filtreras, är given och kompatibiliteten för dimensionerna på kommersiellt tillgängliga kvartsplat- tor har tagits.med i beräkningen. 1 det speciellt intressanta fallet, viä vilket en svängning med en Frekvens fo = 564,992 MHz skall ex- traheras, har vi funnit, att ett lyckat resultat uppnås genom att välja W 10 mm och h = 1,2 mm. 460 004 Indikativt, när f avtar (till 140 Mbit/s motsvarande 140 Mhz), skulle det, för att bibehålla samma Q, t.ex. = 600, vara nöd- vändigt att öka "w" och "h" eller annars får man vara nöjd med ett lägre Q.

Signalens fortplantningshastighet längs linjen (LS), beroende på de fysikaliska egenskaperna av bärskiktet (SQ) och linjens symmetri, framgår av beräkningen: Vp = 0,58 x c, där: c : fortplantníngshastighet i vakuum Därför är längden: l = 78 mm Den beräknade teoretiska Q-faktorn uppgår till: Q = 606 I utföringsformen med högst praktiskt intresse (fig. 3), som tillåter upprätthållandet av högsta möjliga filterselektivitet runt den önskade frekvensen, när resonatorn är ansluten till extraktionssystemet visat i fig. 1, har vi funnit, att det är fördelaktigt att inte ansluta den direkt med inmatings-(I) och utmatnings-(U)kretsar utan att ansluta den till dem genom en inmatningslinje MI (på ytan 10) slutande med en kortslutning mot jord (ME på lÛ'), för att elektriskt sluta inmatningskretsen, och genom utmatningsremsor MU, som också är anbringade på SQ- linjebärskiktet vid sidan om resonatorn, och som fungerar som an- tenner för inmatning av FD-signalen kommande från I och uttagan- det av utmatningssignalen SE från resonatorn ER. På detta sätt garanteras de bästa resonatorinkörningsförhållandena liknande tomgångskörning (utan last). Anslutningsförlusterna uppståendc från denna procedur kompenseras efter behov av den följande utmatningsförstärkaren AU.

Vi ger nedan resultaten av intressanta parametermätningar gjorda på systemet, som effektivt förverkligas enligtschemat visat i fig. 1.

Det använda resonansclemcntet är visat i sin verkliga form l fig.}. 460 004 8 Mätningar vid rumstemperatur (2006) Total systemförstärkning: G = -12 Db Filterinlänkningsdämpning: -26 Db Resonansfrekvens: Fo = 564,992 MHz Bandbredd vid -3 Db: B = (563,952 + 566, 022) MHz Q-Faktor: Q = 270 I nr mätningar vid temperaturer från -1000 till +60°C - Förstärkningsvariationer: É l,l Db - Total variation av resonansfrekvensz Fo = 370 KHz motsvarande 9,5 ppm/OC - Q-faktorvariationer: Q (-1008) Q (+eo°c> 287 258 Som alternativ kan samma resonanskrets uppnås genom att använda som bärskíktmaterial mono~kristal1in kvarts, som har dielektricitetskonstanten: fa = à,§.

Detta innebär en något lägre Fortplantningshastighet ocb därför en linjelängd, som är redueerad med en obe- tydlig del i Förhållande till längden av linjen gjord av amorf kvarts. I detta fall kräver anbringandet av metallíseringen HI och Framför allt ME (i detta fall gjord av koppar) en tunnfilmsteknikanbringning. I praktiken sammanfaller prestandan av denna resonator vid rumstemperatur med den För Föregående Fall; där- emot är stabiliteten av dessa prestanda något lägre I vid temperaturändringar.

Ett resonanselement av samma typ, som beskrivits för tillämpning vid 565 Mbit/s,kan även användas i system, som arbetar vid lägre frekvenser, t ex för extraktion av klocksignaler från dataflöden vid lá0 Mbit/s. T 460 004 9 Resonansen vid dessa Frekvenser skulle kräva en större längd av linjesektionen, i vilket fall som helst kan denna längdökning begränsas inom acceptabla gränser,ge- nom att kompensera den undertryckta linjesektionen med en koncentrerad kapacitet (icke visad) ansluten paral- lellt till nämnda linje,och som har ett lämpligt C-värde.

Prestanden hos detta system, avseende Q-faktor och tem- peraturstabilitet, härrör från linjegeometrin och från egenskaperna hos den använda kondensatorn, och vid an- vändning vid 140 Mbit/s har de visat sig mer til1~ Fredsställande. Återkommande till Fíg. 3 Framgår det klart, att filt- rets ytterdimensioner kan reduceras avsevärt genom att förläna bandet ett utförande i form av en ögla eller krok, t ex i Form av ett G eller liknande, med linje- sektioncr i huvudsak parallella'med varandra och med min. avstånd "li" och “l'i“ utan speciella kopplingar.

Claims (4)

460 G04 l0 PATENTKRAV

1. l. Resonanskrets för extraktion från ett dataflöde (FD)(t.ex. PCH) av en svängning vid klockfrekvens lägre än mikrovågs- Frekvens med en god prestationsnivå med avseende på frekvens- selektivitet och -stabilitet vid ändringar i den omgivande mil- jön, särskilt med avseende på temperaturändringar, varvid en parallellepipedformad platta av viss tjocklek h (l.2 mm) inne- Fattar ett bärskikt (SQ), Då Vilket är anbringat, på en av de yttre huvudytorna (lÛ) av bärskiktet, en bandformad linjesek- tion (LS) och på den andra undre motstående huvudytan (lO') ett metalliserat skikt (ME), företrädesvis Ag- metalliserat, k ä n - n e t e c k n a d d ä r a v, att resonanskretsen bestående av den bandformade linjesektionen (LS) är öppen i en ända (EA), och kortsluten i den andra ändan (EC) med skikt (ME) och har en längd inom ett intervall, som är lämpligt för att ge resonans- frekvenser mellan förutbestämda värden, exempelvis 565 Mbits/s till 140 Mbits/s på ett förhållandevis kort bärskikt av amorf kvarts (SQ), och att huvudbandytan innefattar två konduktiva sektioner, som är vinkelrät mot bandets axel, är förskjutna längs denna axel gentemot varandra och sträcker sig från bandet till en åtskild längsgående kant på nämnda huvudyta, som uppbär dem, varvid inmatningssignalen anbringas på en Första längsgående kant mellan den fria ändan av en av dessa nämnda sektioner och den underliggande metalliseringen, och varvid utmatníngssignalen avledes från den andra motstående längsgående kanten mellan den fria ändan på den andra konduktiva sektionen och den underlig- gande metalliseringen.

2. Resonanskrets enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a v, att bandet (LS) sträcker sig längs den längs- ta längsgående axeln på plattans relativa yttre yta (10), var- vid dess fria ända (EA) befinner sig nära och parallellt med en ytterkant (ll) på nämnda yta, varvid den andra ändan (EC) sträcker sig fram till motstående ytterkant (llf).varifrån den fortsätter (EEC) över hela plattans tjocklek (h), för att anslutas till metalliseringen (ME) på plattans andra huvudyta (lO'). 460 004 11

3. Resonanskrets enligt något av föregående patentkrav, k ä n - n e t e c k n a d d ä r a v, att linjesektionen utgöres av parallella sektioner förenade med varandra, varvid avståndet mellan de närmaste sektionerna är sådant, att koppling undvikas.

4. Resonanskrets enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att~inmatníngs- och utmatningskretsarna är utfor- made som remsor.