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Dokumentenidentifikation DE60125137T2 20.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001215812
Titel Elektronische Schaltung mit Versorgung über steuerbare Stromquellen
Anmelder Nokia Corp., Espoo, FI
Erfinder Midtgaard, Jacob, 3480 Fredensborg, DK
Vertreter Becker, Kurig, Straus, 80336 München
DE-Aktenzeichen 60125137
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.12.2001
EP-Aktenzeichen 013102546
EP-Offenlegungsdatum 19.06.2002
EP date of grant 13.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse H03B 5/36(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltung, die erste und zweite Energieversorgungsanschlüsse aufweist, für das Liefern unterschiedlicher Spannungen und einen Zufuhrstrompfad zwischen diesen Anschlüssen, der eine erste Stromquelle zwischen einem Transistor und diesem ersten Anschluss umfasst und in Serie mit dem gesteuerten Strompfad des Transistors verbunden ist, und eine zweite Stromquelle zwischen dem Transistor und dem zweiten Anschluss und in Serie mit dem gesteuerten Strompfad des Transistors verbunden ist.

Die Schaltung der Erfindung ist für die Verwendung in Differenzkristalloszillatoren und ähnlichen Schaltungen geeignet.

Differenzkristalloszillatoren, die mit Leistung über Widerstände oder Induktoren versorgt werden, sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt.

Ein Pierce-Oszillator ist in der US-A-5912594 offenbart. Der offenbarte Oszillator weist ein Vorspannelement des Stromquellentyps, das als eine Emitterimpedanz verwendet wird, auf. Gemäß diesem Patent stellt das Vorspannelement eine hohe Impedanz, idealerweise eine Leerlaufimpedanz, für hochfrequente Ströme dar.

Es ist auch wohl bekannt, Stromquellen zu verwenden, die zwischen den Drain- oder Kollektoranschlüssen von Transistoren und einer Energieversorgungsleitung verbunden sind. Beispiele solcher Schaltungen sind in der US-A-4360789 und der US-A-4208639 offenbart. Auch ein Strompfad zwischen Versorgungsleitungen durch einen Transistor und Stromquellen auf jeder Seite des Transistors ist in der US-A-5347237 offenbart.

Eine Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch die erste Stromquelle, die einen Steueranschluss aufweist, ein Vorspannmittel, das eine Rückkoppelungsschleife umfasst, das ein Steuersignal an den Steueranschluss in Abhängigkeit von der Gleichspannung an einem Knoten zwischen dem Transistor und der ersten Stromquelle anlegt, um die Gleichspannung der ersten Stromquelle, die einen Steueranschluss aufweist, zu steuern, einen weiteren, im wesentlichen identischen oder spiegelbildlichen Zufuhrstrompfad zwischen den Anschlüssen, umfassend: eine dritte Stromquelle zwischen einem weiteren Transistor und dem ersten Anschluss und in Serie mit dem gesteuerten Strompfad des weiteren Transistors verbunden, und eine vierte Stromquelle zwischen dem weiteren Transistor und dem zweiten Anschluss und in Serie mit dem gesteuerten Strompfad des weiteren Transistors verbunden, und wobei die dritte Stromquelle einen Steueranschluss aufweist und dieses Steuersignal auch an den Steueranschluss der dritten Stromquelle angelegt wird, um so die Gleichspannung an einem Knoten zwischen der dritten Stromquelle und dem weiteren Transistor zu steuern.

Die Schaltung kann eine HF-Schaltung sein.

Vorzugsweise besitzt die zweite Stromquelle einen Steueranschluss für das Empfangen eines externen Steuersignals.

Vorzugsweise weisen die zweiten und vierten Stromquellen Steueranschlüsse auf, die verbunden sind, um ein gemeinsames externes Steuersignal, wie ein AVR-Signal zu empfangen.

Die vorliegende Erfindung kann in einem Oszillator eingeschlossen sein, vorzugsweise einer symmetrischen Basisschaltung/Gateschaltungs-Modus-Pierce-Oszillatorschaltung. Vorzugsweise ist der Oszillator ein Kristalloszillator. Noch besser wird im Fall eines Kristalloszillators, bei dem es zwei Stromzufuhrpfade gibt, ein Vorspannungsausgleichmittel für das Ausgleichen der Gleichspannungen an den Knoten eingeschlossen. Das Vorspannungsausgleichmittel umfasst fünfte und sechste Stromquellen, die parallel mit den jeweils einen der ersten und zweiten Stromquellen verbunden sind, und einen Differenzverstärker, der differentielle Ausgänge besitzt, wobei die Knoten mit den jeweiligen Eingängen des Differenzverstärkers verbunden sind, und wobei die Ausgänge des Differenzverstärkers mit Steueranschlüssen von jeweils einer von den fünften und sechsten Stromquellen verbunden sind, so dass sie dazu neigen, die Differenz zwischen den Gleichspannungen an den Knoten zu minimieren.

In einer Oszillatorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die eine oder jede Stromquelle einen FET, vorzugsweise einen MOSFET, und diese Steueranschlüsse umfassen Gates der jeweiligen FETs.

Unten wird die Erfindung detaillierter mittels Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt schematisch einen Differenzkristalloszillator mit einer Energieversorgung über ein Stromerzeugungsmittel, der die vorliegende Erfindung nicht verkörpert aber für das Verstehen der Erfindung nützlich ist;

2 zeigt die rechte Hälfte des Differenzoszillators der 1;

3 zeigt die Schaltung der 1, modifiziert gemäß der vorliegenden Erfindung;

4A zeigt die Details des Stromerzeugungsmittels 42 in 3; und

4B zeigt die Details des Stromerzeugungsmittels 53 in 3.

Dieselben Bezugszeichen bezeichnen dieselben oder ähnliche Elemente in allen Figuren.

In 1 ist ein Differenzmodusoszillator 1 gezeigt. Wie aus 1 deutlich wird, ist die Schaltung in Bezug auf eine vertikalen Zentrallinie A-A symmetrisch.

Speisestrom wird von einem Energieversorgungsanschluss 2 (positiv, Vcc) über Stromerzeugungsmittel 34, die eine hohe Kleinsignal- und Großsignalimpedanz aufweisen, an die Kollektoranschlüsse 89 von zwei Transistoren 1011 geführt, wobei zwei Ausgangsanschlüsse 56 ebenfalls mit den Kollektoranschlüssen 89 verbunden sind. Vorzugsweise werden die Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen über geeignete Pufferschaltungen abgenommen, wobei es sich hier vorzugsweise um Differenzpufferschaltungen handelt.

Im Betrieb werden die zwei Ausgänge 56 mit entgegengesetzter Phase arbeiten, und somit wird die Spannung über dem Kristall 7, der zwischen den Kollektoranschlüssen 89 verbunden ist, eine Wechselspannung mit idealerweise keiner Gleichspannungskomponente sein.

Die Basisanschlüsse der zwei Transistoren 1011 sind am Knoten 12 miteinander verbunden, wobei dieser durch einen Gleichvorspannungsgenerator 13 vorgespannt ist. Der Knoten 12 stellt einen virtuellen Erdanschluss durch die Symmetrie der Oszillatorschaltung dar; der Gleichspannungsgenerator kann gemäß der Erfindung eine niedrige Impedanz bei niedrigen Frequenzen aufweisen, um somit den Knoten 12 weiter als virtuellen Erdanschluss zu qualifizieren.

Bei höheren Frequenzen kann der Gleichspannungsgenerator 13 gemäß der Erfindung eine wesentlich höhere Impedanz aufweisen, und somit dazu neigen, die Oszillatorschaltung vom masseinduzierten Rauschen zu isolieren.

Eine Rückkoppelung erfolgt von den Kollektoranschlüssen 89 zu den Emitteranschlüssen 1920 der Transistoren 1011 über kapazitive Spannungsteiler, die durch Kondensatoren 16, 14 beziehungsweise 17, 15 gebildet werden. In dieser Hinsicht stellt der Knoten 24 zwischen den Kondensatoren 1415 ebenfalls einen virtuellen Erdanschluss dar, wobei durch den symmetrischen Betrieb der Oszillatorschaltung 1 die zwei Kondensatoren 1415 gleiche Werte aufweisen, und die zwei Kondensatoren 1617 gleiche Werte aufweisen.

Der Speisestrom wird von den Emitteranschlüssen 1920 der zwei Transistoren 1011 über die Stromerzeugungsmittel 2122, die hohe Kleinsignal- und Großsignalimpedanzen aufweisen, zu einem negativen Anschluss oder Erdanschluss 23 zurück geführt. Da jeder Knoten oder Anschluss entlang der Symmetrielinie A-A in der Praxis einen virtuellen Erdanschluss darstellt, kann die Oszillatorschaltung 1 entlang dieser Linie A-A in zwei Unterschaltungen aufgeteilt werden. Die rechte Unterschaltung 30 ist in 2 gezeigt.

Die virtuellen Erdanschlüsse entlang der Symmetrielinie A-A sind: der Vcc-Anschluss 2, ein imaginärer "zentraler Abgriffsanschluss" 31 des Kristalls 7; der Basisanschluss 12, der Knoten 24 zwischen den Kondensatoren 1415, und der Erdanschluss 23. In 2 sind die virtuellen Erdanschlüsse 31, 12 und 24 gezeigt, wie sie mittels gestrichelter Linien mit der Erde 32 verbunden sind.

Man sieht nun leicht aus der 2, dass die rechte Unterschaltung 30 einen Pierce-Typ-Oszillator mit gemeinsamer Basis darstellt. Somit kann die Schaltung 1 in 1 als ein Differenzmodusoszillator (oder symmetrischer Oszillator) des Pierce-Typs mit gemeinsamer Basis bezeichnet werden.

Die Verwendung von symmetrischen Schaltungen wird bei HF-Anwendungen im allgemeinen bevorzugt, hauptsächlich um eine unerwünschte Strahlung zu reduzieren, aber auch um beispielsweise Schleifenströme in Erdschleifen zu reduzieren. Im allgemeinen wird ein möglichst hoher Grad von Symmetrie in symmetrischen HF-Schaltungen aus denselben Gründen bevorzugt, und insbesondere, um eine unerwünschte Strahlung zu reduzieren.

Die Verwendung symmetrischer HF-Schaltungen wird auch in batteriegespeisten Geräten, wie beispielsweise einem Mobiltelefon, bevorzugt, da sie die Handhabung eines höheren HF-Leistungspegels in einer Schaltung, die durch eine gegebene Batteriespannung mit Energie versorgt wird, erlaubt.

Weiterhin ist die Verwendung symmetrischer Schaltungen in integrierten Schaltungen vorteilhaft, wobei diese am häufigsten auf monolithischen Halbleitersubstraten ausgebildet sind. Das Substrat ist somit mehr oder weniger leitend, was es ermöglicht, dass sich Streusignale durch die Schaltung ausbreiten, was im Fall von HF-Signalen für das Funktionieren der Schaltung schädlicher als im Fall von Gleichspannungsschaltungen oder Logikschaltungen sein kann. Die Verwendung symmetrischer Schaltungen auf dem Halbleiterchip wird dazu neigen, diesen Effekt zu minimieren, da die symmetrischen Signale dazu neigen, Streuströme lokal in der Schaltung oder in einer Unterschaltung zu absorbieren oder auszugleichen.

Somit wird die Oszillatorschaltung der 1 für die Verwendung in beispielsweise einem Mobiltelefon geeignet sein, bei dem Schaltungen hauptsächlich auf Halbleiterchips integriert sind, und bei denen es von überragender Bedeutung ist, hohe HF-Leistungspegel aus der niedrigen Batteriespannung zu erhalten und unerwünschte HF-Strahlung zu vermeiden.

Die Verwendung von Stromerzeugungsmitteln 34 und 2122 gemäß der Erfindung isoliert den Oszillator durch die hohen Impedanzen der Stromerzeugungsmittel 34 und 2122 von Vcc und den Erdanschlüssen 2, 23.

Dadurch werden Rauschen, Interferenz und symmetrische Störungen auf den Versorgungs- und Erdleitungen effektiv gedämpft, bevor sie die Oszillatorschaltung erreichen, und zwar zu einem weit größeren Grad als bei Differenzschaltungen des Stands der Technik.

In einer Schaltung, die durch eine niedrige Spannung mit Energie versorgt wird, sagen wir in einem tragbaren batteriegespeisten Gerät, wie beispielsweise einem Mobiltelefon, werden oft Widerstände, die typischerweise einen Widerstandswert im Bereich von 2 kOhm aufweisen, statt den Stromerzeugungsmitteln 34, 2122 der Erfindung verwendet.

Die Stromerzeugungsmittel 34 und 2122, die Ausgangsimpedanzen im Bereich von 100 kOhm aufweisen, werden mit einer ziemlich niedrigen Bauteilzahl leicht verwirklicht. Gemäß der Erfindung wird dies eine wesentlich bessere Isolierung und niedrigere Gleichspannungs- und Wechselspannungsverluste durch das Einführen solch hoher Impedanzen zwischen der Schaltung und den Energieversorgungsanschlüssen liefern. Die niedrigeren Wechselspannungsverluste werden wiederum einen reduzierten Leistungsverbrauch als auch reduziertes Rauschen liefern.

Zusätzlich kann eine Schaltung, die durch solche Stromerzeugungsmittel versorgt wird, mit sehr niedrigen Versorgungsspannungen betrieben werden, da die notwendigen Spannungsabfälle über den Stromerzeugungsmitteln ziemlich niedrig sind, wobei die Stromerzeugungsmittel dennoch eine zufriedenstellende Leistung liefern.

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in 3 ist in der Tat für eine Versorgungsspannung Vcc von 2,7 V ausgelegt, und Ausführungsformen gemäß der Erfindung für 1,8 bis 2,2 V sind leicht erzielbar.

Eine vorgesehene Verwendung der Schaltung in 3 würde ein Hauptoszillator, beispielsweise in einem Mobiltelefon sein. Die Hauptoszillationsfrequenz würde vorzugsweise eine Größe von 10–100 MHz aufweisen, und weitere Frequenzen, die im Mobiltelefon benötigt werden, werden vorzugsweise aus der Hauptfrequenz abgeleitet.

Gemäß der Erfindung sind die Stromerzeugungsmittel für jede der Hälften einer symmetrischen Oszillatorschaltung getrennt. Dies ist die Situation, die in den Zeichnungen dargestellt ist, wo das Stromerzeugungsmittel 3 getrennt vom Stromerzeugungsmittel 4 ist, und das Stromerzeugungsmittel 21 getrennt vom Stromerzeugungsmittel 22 ist.

In einer Oszillatorschaltung 40 in 3 wurde eine Steuerschaltung gemäß der Erfindung zur Schaltung der 1 hinzugefügt. Diese Schaltung umfasst erste, zweite und dritte Steuerschaltungen in der in 3 gezeigten Ausführungsform.

Eine erste Steuerschaltung umfasst zwei Widerstände 4849, eine Spannungsquelle 45, einen Differenzverstärker 44 und zwei steuerbare Stromgeneratoren 4647, um die Stromerzeugungsmittel 34 (1) zu bilden.

In der ersten Steuerschaltung bauen die zwei Widerstände 4849 eine Spannung auf ihrem gemeinsamen Knoten 50 auf, wobei die Spannung der Gleichtaktspannung der Kollektoranschlüsse 89 entspricht. Die Differenz zwischen dieser Gleichtaktspannung des Kollektoranschlusses und einer voreingestellten Referenzvorspannung, die vom Spannungsgenerator 45 geliefert wird, wird durch den Differenzverstärker 44 verstärkt, wobei dessen Ausgang mit Steuereingangsanschlüssen der Stromgeneratoren 4647 verbunden ist.

Somit führt von der Gleichtaktspannung auf den Anschlüssen 89 eine geschlossene Schleife zum negativen Eingang des Verstärkers 44, durch den Verstärker 44 und über die Steuereingänge der Stromgeneratoren 4647 zu den Anschlüssen 8, 9 und von dort über die Widerstände 4849 zum Knoten 50, der das Potential der Gleichtaktspannung aufweist. Die erste Steuerschaltung bildet somit eine Servoschleife für das Steuern der Gleichtaktspannung auf den Kollektoranschlüssen 89.

Durch das Vorsehen einer gewissen Spannung auf dem positiven Eingang des Verstärkers 44 vom Spannungsgenerator 45 oder durch andere Mittel kann man somit eine entsprechende Gleichtaktspannung auf den Kollektoranschlüssen 89 erzielen.

Die Spannungen, die den gezeigten Generatoren 13 und 45 entsprechen, können von einer gemeinsamen Quelle abgeleitet werden, um somit die Anzahl der erforderlichen Verbindungen von der Energieversorgung zur Oszillatorschaltung um eine zu reduzieren, und um somit das Risiko des Einführens eines Schwunds und von Rauschen von der Energieversorgung in die Oszillatorschaltung zu reduzieren.

Da der Verstärker 44 leicht mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz, beispielsweise durch die Verwendung einer internen Rückkopplung, hergestellt werden kann, können die Widerstände 4849 in praktischen Grenzen so groß wie gewünscht gemacht werden, wobei die Funktion der Oszillatorschaltung 40 nicht beeinträchtigt wird und auch keine signifikanten Wechselspannungs- oder Gleichspannungsverluste verursacht werden.

Eine zweite Steuerschaltung umfasst einen Steuereingang 52, und zwei steuerbare Stromgeneratoren 5354, um die Stromerzeugungsmittel 2122 (1) zu bilden.

Durch das Anlegen einer Steuerspannung an den Steuereingangsanschluss 52 können die zwei Stromgeneratoren 5354 gesteuert werden, um einen gewünschten Gleichtaktstrom an die Emitteranschlüsse 1920 der Oszillatorschaltung 40 zu liefern (oder einen gewünschten Gleichtaktstrom von diesen zu ziehen).

Dies wird den Betriebsgleichstrom der Transistoren und dadurch ihre Verstärkung hFE als auch ihre Arbeitspunkte steuern.

Somit kann ein gewünschter Arbeitspunkt der Transistoren gewählt werden, an dem die Schaltung unter den gewünschten linearen Bedingungen arbeitet. Tests haben gezeigt, dass Betriebszustände erreicht werden können, die einen linearen Betrieb der Oszillatorschaltung 40 unter einer normalen Oszillation ermöglichen.

Dies ergibt den Vorteil, dass die Kopplung des Gleichtaktrauschens und der Störungen mit der differentiellen Oszillation und das Falten von niederfrequentem Rauschen zur Oszillationsfrequenz durch das Minimieren der Nichtlinearitäten reduziert wird. Auch der Stromverbrauch wird minimiert, was sowohl das Rauschen als auch den Leistungsverbrauch reduziert.

Zusätzlich kann die Verstärkung hFE der Transistoren eingestellt oder gesteuert werden, während die Schaltung arbeitet, was somit ein einfaches aber effektives AVR-Mittel liefert.

Gemäß der Erfindung wird eine solche effektives AVR vorzugsweise für das Steuern des Oszillationsmodus des Quarzkristalls 7 verwendet.

Im allgemeinen ist einer der möglichen Oszillationsmoden des Kristalls ein erwünschter Modus. Der Kristall weist jedoch mehrere andere mechanische Oszillationsmoden in der Nachbarschaft der Frequenz des erwünschtes Modus auf, wobei eine Oszillation in diesen Moden das Signal des erwünschten Oszillationsmodus stört oder "kontaminiert". Sogar wenn der Kristall tatsächlich nicht in einem unerwünschten Modus oszilliert, kann ein solcher Modus das Signal des erwünschten Modus stören.

Die unerwünschten Oszillationsmoden erfordern im allgemeinen jedoch eine größere Verstärkung in der Oszillatorschaltung als der erwünschte Modus. Wenn somit die Verstärkung mit einer passenden Genauigkeit, beispielsweise mit den beschriebenen AVR-Mitteln, gesteuert werden kann, so wird es möglich, eine Oszillatorschaltung 40 mit einer Verstärkung zu betreiben, die gerade ausreicht, um den erwünschten Oszillationsmodus aufrecht zu halten, und um somit wirksam zu verhindern, dass die nicht erwünschten Moden die Oszillationswellenform stören.

Daneben wird eine solche effektive Steuerung der Verstärkung des Oszillators vorzugsweise in einer geschlossenen AVR-Schleife verwendet, die die Amplitude des Oszillatorausgangs (oder eines Pufferausgangs) mit einer Referenz vergleicht und die Verstärkung über den Steuereingang 52 steuert, um einen gewünschten Ausgangspegel zu erhalten.

Somit wird eine große Verstärkung beim Hochfahren des Oszillators, wenn die Amplitude niedrig ist, für ein schnelles Starten der Schwingung geliefert und gleichzeitig die Verstärkung auf einen erwähnten gerade ausreichenden Pegel begrenzt, wenn der Oszillator arbeitet.

Somit liefert die Erfindung ein effizientes Mittel für das Unterdrücken falscher Oszillationsmoden in einer symmetrischen Oszillatorschaltung.

Eine dritte Steuerschaltung in der Oszillatorschaltung 40 in 3 umfasst einen Differenzverstärker 41 mit differentiellen Ausgängen, und zwei steuerbare Stromgeneratoren 4243.

Die differentiellen Ausgänge des Differenzverstärkers 41 sind jeweils mit dem Steuereingang der Stromgeneratoren 4243 verbunden. Somit wird eine Änderung des Verstärkerausgangssignals dazu neigen, den Ausgangsstrom eines Stromgenerators zu erhöhen und den Ausgangsstrom des anderen Stromgenerators zu erniedrigen.

Die Stromgeneratoren 4243 sind parallel mit den Stromgeneratoren 4647 verbunden und fügen somit Strom zu den Strömen, die von den Stromgeneratoren 4647 erzeugt werden, hinzu.

Da sich die Spannungsdifferenz an den Eingängen des Differenzverstärkers 41 ändert, wird die dritte Steuerschaltung somit den Kollektorvorspannungsstrom bei einem Transistor erhöhen und den Kollektorvorspannungsstrom beim anderen Transistor in der Oszillatorschaltung 40 reduzieren.

Die Spannungen der Kollektoranschlüsse 89 werden jedoch zu den differentiellen Eingängen des Differenzverstärkers 41 zurück geführt, und somit wird die dritte Steuerschaltung die Differenzspannung der Kollektoranschlüsse 89 auf einen gewünschten Wert stabilisieren. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der gewünschte Wert null Volt.

Die Verwendung der dritten Steuerschaltung gemäß der Erfindung wird eine Fehlanpassung zwischen der linken und rechten Hälfte der Oszillatorschaltung 40 kompensieren, und wird jegliche signifikante Gleichspannung über dem Kristall 7 vermeiden.

Zusätzlich ist diese dritte Steuerschaltung gemäß der Erfindung vorzugsweise ausgelegt, um eine starke Rückkopplung bei niedrigeren Frequenzen zu ergeben. Dies wird den Vorteil liefern, dass das differentielle 1/f-Rauschen signifikant reduziert wird, ohne die Oszillation zu beeinflussen, was wiederum das Risiko reduziert, dass solches 1/f-Rauschen durch verbleibende Nichtlinearitäten in der Oszillatorschaltung auf die Oszillationsfrequenz gefaltet wird.

Statt dass für jeden Kollektorknoten (8) zwei Stromgeneratoren (42, 46) parallel verwendet werden, wobei sie jeweils einen Steuereingang aufweisen, kann ein einzelner Stromgenerator gemäß der Erfindung verwendet werden, wobei er entweder zwei Steuereingänge aufweist oder zwei Steuersignale (beispielsweise 100) von den Verstärkern 41 beziehungsweise 44 besitzt, die in einer geeigneten Addierschaltung addiert werden, bevor sie dem Steuereingang des einzigen Stromgenerators zugeführt werden.

Durch das Implementieren von sechs Stromerzeugungsmitteln 34, 2122 gemäß der Erfindung wurde es somit möglich, die Vorspannungszustände einer Differenzoszillatorschaltung (40) in einer besonders effizienten und ziemlich einfachen Weise zu steuern. Der Gleichtakt und die Differenzpotentiale der Kollektoranschlüsse (wenn die Anschlüsse die größte Spannungsschwankung haben) können unabhängig voneinander gesteuert werden, und der Betriebsgleichstrom der Transistoren (und dadurch ihre Verstärkung (hFE)) kann gesteuert werden, vorzugsweise durch eine AVR-Schaltung, was die Oszillatorschaltung auf einen gewünschten Arbeitspunkt stabilisiert, bei dem die Schaltung bei den gewünschten linearen Zuständen arbeitet.

Gemäß der Erfindung bestehen die Stromgeneratoren 4243, 4647 und 5354, die die Stromerzeugungsmittel 34 und 2122 bilden, vorzugsweise aus einzelnen FETs (Feldeffekttransistoren), wobei sich der Strompfad von der Source zur Drain (oder umgekehrt) erstreckt, und der Steuereingang der Gate-Anschluss ist. Somit wird eine gewisse Steuerspannung des Gate-Anschlusses es ermöglichen, dass ein gewünschter Gleichstrom durch den Source-Drain-Pfad fließt.

Durch diese Maßnahme werden die Stromgeneratoren in einer sehr einfachen und kosteneffektiven Weise, die für die Implementierung in einer integrierten Schaltung sehr geeignet ist, aufgebaut.

Es wird speziell bevorzugt, dass die Stromgeneratoren 4243, 4647 und 5354 jeweils durch einen einzigen MOS-FET (Metalloxidfeldeffekttransistor) gebildet werden, wie das in den 4A und 4B gezeigt ist. Der Source-Anschluss und der Drain-Anschluss eines solchen MOS-FET werden dann die Versorgungsanschlüsse des jeweiligen Stromgenerators bilden, und der Gate-Anschluss des MOF-FET wird den Steuereingangsanschluss des Stromgenerators bilden.

In aktuellen Generatoren dieses Typs können sehr niedrige Arbeitsspannungen erhalten werden, was die Verwendung der Schaltung bei einer niedrigeren Vcc-Spannung als bei Schaltungen des Stands der Technik, die über Widerstände mit Energie versorgt werden, gestattet. Wie oben erwähnt wurde, sind Ausführungsformen der Schaltung gemäß der Erfindung, die für Versorgungsspannungen von 1,8 bis 2,2 V konstruiert sind, erzielbar.

In der Schaltung 40 in 3 sind die zwei Kondensatoren 1415 in 1 durch einen einzigen Kondensator 51 ersetzt worden. Dies wird vorteilhaft sein durch die Tatsache, dass die zwei Kondensatoren 1415 in 1, bei denen jeweils einer ihrer Anschlüsse (im Fall des Knotens 24) mit Erde oder einer virtuellen Erde (oder tatsächlich mit irgend einem anderen Potential) verbunden ist, nicht verwendet werden.

Obwohl die Erfindung oben unter speziellem Bezug auf symmetrische Oszillatorschaltungen beschrieben wurde, hindert nichts daran, die Erfindung in anderen Typen von Schaltungen, bei denen es sich nicht notwendigerweise um symmetrische Schaltungen oder HF-Schaltungen handeln muss, zu verwenden.


Anspruch[de]
Elektronische Schaltung, umfassend:

einen ersten und einen zweiten Energieversorgungsanschluss (2, 23) zum Bereitstellen verschiedener Spannungen; und einen Zufuhrstrompfad zwischen den Anschlüssen (2, 23), und umfassend:

eine erste Stromquelle (46) zwischen einem Transistor (10) und dem ersten Anschluss (2) und in Reihe mit dem gesteuerten Strompfad des Transistors (10) geschaltet, und

eine zweite Stromquelle (53) zwischen dem Transistor (10) und dem zweiten Anschluss (23) und in Reihe mit dem gesteuerten Strompfad des Transistors (10) geschaltet,

gekennzeichnet

dadurch, dass die erste Stromquelle (46) einen Steueranschluss aufweist;

durch ein Vorspannmittel (44, 45), das eine Rückkopplungsschleife umfasst, welche ein Steuersignal an den Steueranschluss anlegt, in Abhängigkeit von der Gleichspannung an einem Knoten (8) zwischen dem Transistor (10) und der ersten Stromquelle (46), um die Gleichspannung zu steuern;

durch einen weiteren im wesentlichen identischen oder spiegelbildlichen Zufuhrstrompfad zwischen den Anschlüssen (2, 23), umfassend:

eine dritte Stromquelle (47) zwischen einem weiteren Transistor (11) und dem ersten Anschluss (2) und in Reihe mit dem gesteuerten Strompfad des weiteren Transistors (11) geschaltet, und

eine vierte Stromquelle (54) zwischen dem weiteren Transistor (11) und dem zweiten Anschluss (23) und in Reihe mit dem gesteuerten Strompfad des weiteren Transistors (11) geschaltet,

und dadurch, dass die dritte Stromquelle (47) einen Steueranschluss aufweist und das Steuersignal auch an den Steueranschluss der dritten Stromquelle (47) angelegt wird, um die Gleichspannung an einem Knoten (9) zwischen der dritten Stromquelle (47) und dem weiteren Transistor (11) zu steuern.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die zweite Stromquelle (53) einen Steueranschluss zum Empfangen eines externen Verstärkungssteuerungssignals aufweist. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die zweite und vierte Stromquelle (53, 54) Steueranschlüsse aufweisen, die verbunden sind, um ein gemeinsames externes Verstärkungssteuerungssignal zu empfangen. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, die in einer Oszillatorschaltung eingeschlossen ist. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1 oder 3, eingeschlossen in einer symmetrischen Basisschaltungs/Gateschaltungs-Modus-Pierce-Kristalloszillator-Schaltung. Elektronische Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die oder jede Stromquelle (42, 43, 46, 47) einen FET umfasst und die Steueranschlüsse Gates der jeweiligen FETs umfassen. Elektronische Schaltung nach Anspruch 6, welche in einer Kristall-Oszillator-Schaltung eingeschlossen ist. Elektronische Schaltung nach Anspruch 5, welche Vorspann-Ausgleichs-Mittel (41, 42, 43) zum Ausgleichen der Gleichspannungen an den Knoten (8, 9) einschließt, umfassend eine fünfte und sechste Stromquelle (42, 43), die parallel mit entsprechenden der ersten und zweiten Stromquellen geschaltet sind, und einen Differenzverstärker (41), der differentielle Ausgänge aufweist, wobei die Knoten (8, 9) mit entsprechenden Eingängen des Differenzverstärkers (41) verbunden sind und die Ausgänge des Differenzverstärkers mit Steueranschlüssen von entsprechenden der fünften und sechsten Stromquellen (42, 43) verbunden sind, um dazu zu neigen, die Differenz zwischen den Gleichspannungen an den Knoten (8, 9) zu minimieren.






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