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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Doppelmodus-abstimmbaren digital
gesteuerten Kristall- bzw. Quarzoszillator und ein zugehöriges Betriebsverfahren.
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In
einem funkgestützten
Kommunikationssystem erzeugt ein Frequenzgenerator eine Kanalfrequenz,
die von einem Empfänger
und einem Sender verwendet wird. Der Frequenzgenerator weist einen
phasengekoppelten Regelkreis (Phase-Locked Loop, PLL) auf und erzeugt
eine gewünschte
Kanalfrequenz unter Verwendung einer vorbestimmten Referenzfrequenz.
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Ein
Referenzfrequenz-Oszillator erzeugt die Referenzfrequenz, welche
eine zum stabilen Erzeugen der Kanalfrequenz und für eine stabile
Funkkommunikation benötigte
Genauigkeit besitzt. Der Referenzfrequenz-Oszillator beinhaltet
einen Kristall- oder Quarzresonator mit einem hohen Gütewert.
Der Kristallresonator kann aufgrund verschiedener Faktoren, wie
Temperaturänderung,
anfänglicher
Kristall-Offset, Alterung oder dergleichen einen Frequenzfehler
aufweisen.
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Ein
spannungsgesteuerter temperaturkompensierter Kristalloszillator
(im Folgenden als „VC-TCXO" bezeichnet) kompensiert
den Frequenzfehler des Kristallresonators in direkter und indirekter Weise.
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Der
VC-TCXO weist einen spannungsgesteuerten Oszillator auf, der zum
Schwingen bei einer Resonanzfrequenz des Kristallresonators ausgebildet
ist. Der VC-TCXO steuert den spannungsgesteuerten Oszillator unter
Verwendung einer analogen Schaltungsanordnung und kompensiert den
Frequenzfehler des Kristallresonators in indirekter Weise. Beispielsweise
verwendet der VC-TCXO einen Temperaturkompensations-Schaltkreis
mit ei nem Thermistor und steuert die Kapazität einer Varaktordiode eines
spannungsgesteuerten LC-Oszillators, um so eine Frequenzänderung
des Kristallresonators zu kompensieren.
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Der
VC-TCXO muss als ein eigenständiger, von
einem Transceiver-Chip getrennter Chip implementiert werden. Eine
solche Implementierung bedingt zusätzliche Herstellungskosten
und vergrößert die
zum Aufbau erforderliche Oberfläche.
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In
einigen Produkten wurde anstelle des VC-TCXO ein digital gesteuerter
Kristalloszillator (im Nachfolgenden als „DCXO" bezeichnet) eingesetzt.
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Der
DCXO ist der Referenzfrequenz-Oszillator, der den Frequenzfehler
des Kristallresonators kompensiert und die Referenzfrequenz unter
Verwendung sowohl eines analogen Schaltkreises als auch eines digitalen
Schaltkreises erzeugt.
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Der
DCXO umfasst die Schaltkreise des VC-TCXO mit Ausnahme des Kristallresonators.
Der DCXO und der Transceiver-Chip können als ein Chip implementiert
sein. Im Vergleich mit dem VC-TCXO eignet sich der DCXO für ein drahtloses,
mobiles Kommunikationsgerät,
das Größen- und
Gewichtsbeschränkungen
unterliegt. Der integrierte Chip hat eine reduzierte Aufbauoberfläche und
kann bei verringerten Kosten hergestellt werden.
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Der
DXCO kann eine Doppelmodus-Abstimmtechnik verwenden, um auf diese
Weise einen Abstimmbereich zu vergrößern und die Abstimmgeschwindigkeit
zu erhöhen.
Die Doppelmodus-Abstimmtechnik beinhaltet sowohl eine Grobmodus-Abstimmung
als auch eine Feinmodus-Abstimmung.
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Die
Grobmodus-Abstimmung ist ein Prozess zum Kompensieren einer Veränderung
einer Offset-Frequenz in jedem Kristallresonator und einer Veränderung
einer Lastkapazität,
die von einer Veränderung
des Herstellprozesses abhängen.
Die Grobmodus-Abstimmung wird durchgeführt, indem ein Grobmodus-Signal
ausgewählt
wird, das aus einem digitalen Steuercode gebildet ist, der durch
eine digitale Schnittstelle von einer externen Quelle zugeführt wird.
Der digitale Steuercode kann durch Kalibrierung eines Herstellprozesses
bestimmt und in einer Tabelle oder dergleichen gespeichert werden.
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Die
Feinmodus-Abstimmung ist ein Prozess zum feineren Abstimmen einer
Frequenz, nachdem die Grobmodus-Abstimmung vollständig durchgeführt wurde.
Die Feinmodus-Abstimmung ist außerdem
ein Prozess zum Kompensieren des Frequenzfehlers aufgrund von Alterung
oder Temperaturänderung
des Kristallresonators, sodass er mit hoher Genauigkeit auf einer
Skala unterhalb von parts per million (ppm) durchgeführt wird.
Für die
Feinmodus-Abstimmung empfängt
der digital gesteuerte Kristalloszillator ein Signal zur automatischen
Frequenzsteuerung (Automatic Frequency Control, AFC) von der externen
Quelle, beispielsweise einem Modem-Chip.
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1 ist ein Blockdiagramm
eines digital gesteuerten Doppelmodus-Kristalloszillators.
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Bezug
nehmend auf 1 weist
der Doppelmodus-abstimmbare, digital gesteuerte Kristalloszillator 100 einen
extern bezüglich
des Chips angeordneten Kristallresonator 101, einen auf
dem Chip angeordneten Schwingschaltkreis 111, eine Grobmodus-Abstimmeinheit 112 und
eine Feinmodus-Abstimmeinheit 113 auf.
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Der
Schwingschaltkreis 111 verwendet einen LC-Oszillator, der
eine Schwingungsfrequenz unter Ausnutzung einer LC-Resonanz erzeugt.
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Die
Grobmodus-Abstimmeinheit 112 führt eine Grobmodus-Abstimmung
für den
Schwingschaltkreis 111 durch. Die Grobmodus-Abstimmeinheit 112 empfängt ein
Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE von der externen Quelle und steuert
die Kapazität
eines Schwingkreises durch Steuerung einer in dem Oszillator 111 enthaltenen
Kondensatorbank in Abhängigkeit
von dem empfangenen Abstimmsignal CO_TUNE.
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Die
Feinmodus-Abstimmeinheit 113 führt eine Feinmodus-Abstimmung
für den
Schwingschaltkreis 111 durch. Die Feinmodus-Abstimmeinheit 113 empfängt ein
Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE von der externen Quelle und erzeugt
eine Referenzfrequenz FREF, indem sie den Schwingschaltkreis 111 in
Abhängigkeit
von dem empfangenen Abstimmsignal FI_TUNE steuert. Das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE kann ein von dem Modem-Chip empfangenes AFC-Signal sein.
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Das
Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE und das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE können
aus einem digitalen oder einem analogen Steuersignal gebildet sein.
In dem Fall, dass das Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE und das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE aus einem digitalen Steuercode gebildet sind, können die
Grobmodus-Abstimmeinheit 112 und die Feinmodus-Abstimmeinheit 113 arbeiten,
indem sie den digitalen Steuercode empfangen und die in dem Schwingschaltkreis 111 enthaltene
Kondensatorbank steuern. Alternativ können für den Fall, dass das Grobmodus-Abstimmsignal
CO_TUNE und das Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE aus einem analogen Steuersignal
gebildet sind, die Grobmodus-Abstimmeinheit 112 und
die Feinmodus-Abstimmeinheit 113 arbeiten, indem sie beispielsweise
eine Steuerspannung empfangen und die Kapazität der Varaktordiode verändern.
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Die
Grobmodus-Abstimmung und die Feinmodus-Abstimmung besitzen jeweils
einen Abstimmbereich und eine Abstimmauflösung. Es ist hinsichtlich eines
Feinmodus-Abstimmbereichs wünschenswert,
dass dieser nur ein minimales Einheitsintervall des Grobmodus-Abstimmbereichs
abdeckt. In einer tatsächlichen
Implementierung ist der Feinmodus-Abstimmbereich typischerweise
derart ausgebildet, dass er einen etwa 20 Mal größeren Bereich als das minimale
Einheitsintervall des Grobmodus-Abstimmbereichs abdeckt, da die
Feinmodus-Abstimmung eine Frequenzänderung aufgrund Alterung oder
Temperaturänderung
des Kristallresonators kompensieren muss. Die Feinmodus-Abstimmung vollführt gleichzeitig
die Frequenzabstimmung, da das Grobmodus-Abstimmsignal unverändert erhalten bleibt,
nachdem die Grobmodus-Abstimmung durchgeführt wurde. Da das Grobmodus-Abstimmsignal für die Grobmodus-Abstimmung
für alle
Proben während
eines Kalibriervorgangs denselben Wert besitzt, sollte die Feinmodus-Abstimmung zusätzlich einen probenspezifischen
Unterschied der Kristallresonatoren und eine Veränderung der Lastkapazität kompensieren.
Daher muss ein Feinmodus-Abstimmbereich größer als das minimale Einheitsintervall
des Grobmodus-Abstimmbereichs sein.
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Die
vergrößerte Breite
des Feinmodus-Abstimmbereichs vergrößert in gleicher Weise die
Größe der für die analoge
Feinmodus-Abstimmung benötigten
Varaktordiode und der für
die digitale Feinmodus-Abstimmung benötigten Kondensatorbank. Daher
erhöht
sich die Lastkapazität,
und Kosten für Design
und Anforderungen an einen Herstellungsprozess nehmen ebenfalls
zu.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppelmodusabstimmbaren
digital gesteuerten Kristalloszillator und ein zugehöriges Betriebsverfahren
zur Verfügung
zu stellen, die eine geringe Lastkapazität aufweisen, geringe Anforderungen
an einen Herstellungsprozess stellen und zu einer kostengünstigen
Herstellung des Kristalloszillators führen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch einen Doppelmodus-abstimmbaren digital gesteuerten Kristalloszillator
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben
eines Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillators
mit den Merkmalen des Anspruchs 18.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Doppelmodus-abstimmbarer,
digital gesteuerter Kristalloszillator einen Kristallresonator und
einen Kristallresonator, der im Wesentlichen bei einer vorbestimmten
Resonanzfrequenz resonant schwingt, einen mit dem Kristalloszillator
gekoppelten Schwingschaltkreis, der eine Schwingungsfrequenz auf
der Grundlage der vorbestimmten Resonanzfrequenz zum Ausgeben der Schwingungsfrequenz
erzeugt, eine Grobmodus-Abstimmeinheit, die zum Durchführen eines
Grobmodus-Abstimmvorgangs an der Schwingungsfrequenz ausgebildet
ist, indem sie den Schwingschaltkreis in Abhängigkeit von einem Grobmodus-Abstimmsignal oder
einem gesteuerten Grobmodus-Abstimmsignal steuert,
eine Feinmodus-Abstimmeinheit, die zum Durchführen eines Feinmodus-Abstimmvorgangs
an der Schwingungsfrequenz ausgebildet ist, indem sie den Schwingschaltkreis
in Abhängigkeit
von einem Feinmodus-Abstimmsignal steuert; und eine Abstimm-Steuereinheit,
die zum Steuern des Grobmodus-Abstimmsignals zum Ausgeben des gesteuerten Grobmodus-Abstimmsignals
an die Grobmodus-Abstimmeinheit in Abhängigkeit von dem Feinmodus-Abstimmsignal
ausgebildet ist.
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Die
Abstimm-Steuereinheit kann das Grobmodus-Abstimmsignal abwärts einstellen,
um ein internes Grobmodus-Abstimmsignal an die Grobmodus-Abstimmeinheit auszugeben,
wenn das Feinmodus-Abstimmsignal sich einer unteren Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals
nähert.
Die Abstimm-Steuereinheit
kann das gegenwärtige
Grobmodus-Abstimmsignal aufwärts
einstellen, um das interne Grobmodus-Abstimmsignal an die Grobmodus-Abstimmeinheit auszugeben,
wenn das Feinmodus-Abstimmsignal sich einer oberen Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals
nähert.
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Die
Abstimm-Steuereinheit kann eine Signal-Vergleichseinheit aufweisen,
die dazu ausgebildet ist zu bestimmen, ob das Feinmodus-Abstimmsignal
sich der oberen oder der unteren Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals
nähert,
und eine das Grobmodus-Abstimmsignal auf der Grundlage einer Bestimmung
durch die Signal-Vergleichseinheit steuernde Grobmodus-Abstimmsteuereinheit,
die zum Ausgeben des internen Grobmodus-Signals an die Grobmodus-Abstimmeinheit
ausgebildet ist.
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Die
Abstimm-Steuereinheit kann weiterhin eine Zeitverzögerungs-Steuereinheit
aufweisen, die zum Verzögern
einer Ausgabe des internen Grobmodus-Abstimmsignals um eine vorbestimmte
Zeit ab einem Zeitpunkt der Bestimmung der Signal-Vergleichseinheit
ausgebildet ist.
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Der
Schwingschaltkreis kann einen LC-Oszillator verwenden.
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Der
LC-Oszillator kann eine Grobmodus-veränderbare Kondensatoreinheit
aufweisen, die zum Steuern der Schwingungsfrequenz des LC-Oszillators
nach Maßgabe
der Grobmodus-Abstimmeinheit ausgebildet ist.
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Die
Grobmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit kann eine Kondensatorbank mit einer Mehrzahl
von Kondensatoren und Schaltelementen aufweisen, die in Reihe und
parallel geschaltet sind. In diesem Fall kann das Grobmodus-Abstimmsignal
einen digitalen Steuercode beinhalten, und die Grobmodus-Abstimmeinheit
kann eine Gesamtkapazität der
Kondensatorbank in Abhängigkeit
von dem Grobmodus-Abstimmsignal verändern.
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Die
Grobmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit kann aus wenigstens einer Varaktordiode gebildet
sein. In diesem Fall kann das Grobmodus-Abstimmsignal ein analoges Steuersignal
beinhalten, und die Grobmodus- Abstimmeinheit
kann eine Kapazität
der Varaktordiode in Abhängigkeit
von dem Grobmodus-Abstimmsignal verändern.
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Der
LC-Oszillator kann eine Feinmodus-veränderbare Kondensatoreinheit
aufweisen, die zum Steuern der Schwingungsfrequenz des LC-Oszillators
nach Maßgabe
der Feinmodus-Abstimmeinheit ausgebildet ist.
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Die
Feinmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit kann eine Kondensatorbank mit einer Mehrzahl
von Kondensatoren und Schaltelementen aufweisen, die in Reihe und
parallel geschaltet sind. In diesem Fall kann das Feinmodus-Abstimmsignal
einen digitalen Steuercode beinhalten, und die Feinmodus-Abstimmeinheit
kann eine Gesamtkapazität der
Kondensatorbank in Abhängigkeit
von dem Feinmodus-Abstimmsignal verändern.
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Des
Weiteren kann die Feinmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit aus wenigstens einer Varaktordiode gebildet sein.
In diesem Fall beinhaltet das Feinmodus-Abstimmsignal ein analoges
Steuersignal, und die Feinmodus-Abstimmeinheit
kann eine Kapazität
der Varaktordiode in Abhängigkeit
von dem Feinmodus-Abstimmsignal verändern.
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Der
Doppelmodus-abstimmbare, digital gesteuerte Kristalloszillator ist
mit einem phasengekoppelten Regelkreis verbunden, der zum Erzeugen
einer gewünschten
Kanalfrequenz auf der Grundlage der Schwingungsfrequenz ausgebildet
ist, wobei der Doppelmodus-abstimmbare, digital gesteuerte Kristalloszillator
und der phasengekoppelte Regelkreis einen Frequenzgenerator bilden.
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Ein
Frequenzfehler des Kristallresonators wird im Wesentlichen kompensiert.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum
Betreiben eines Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillators
die Schritte eines resonanten Anregens eines Kristallresonators
bei im Wesentlichen einer vorbestimmten Resonanzfrequenz, eines Erzeugens
einer Schwingungsfrequenz auf der Grundlage der Resonanzfrequenz
mittels eines Schwingschaltkreises zum Ausgeben der Schwingungsfrequenz
als eine Referenzfrequenz, eines Durchführens eines Grobmodus-Abstimmvorgangs an
der Schwingungsfrequenz durch Steuern des Schwingschaltkreises in
Abhängigkeit
von einem Grobmodus-Abstimmsignal,
eines Durchführens
eines Feinmodus-Abstimmvorgangs an der Schwingungsfrequenz durch
Steuern des Schwingschaltkreises in Abhängigkeit von einem Feinmodus-Abstimmsignal
und eines Veränderns
des Grobmodus-Abstimmsignals in Abhängigkeit von dem Feinmodus-Abstimmsignal zum
Ausgeben eines gesteuerten Grobmodus-Abstimmsignals.
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Das
Grobmodus-Abstimmsignal kann abwärts
eingestellt werden, wenn das Feinmodus-Abstimmsignal sich einer
unteren Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals nähert, und das Grobmodus-Abstimmsignal
kann aufwärts
eingestellt werden, wenn das Feinmodus-Abstimmsignal sich einer oberen
Grenze des Grobmodus-Abstimmsignals nähert.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sowie die oben beschriebenen, herkömmlichen Ausführungsformen
sind in den Zeichnungen dargestellt. Hierbei zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm zur Darstellung eines herkömmlichen Doppelmodus-abstimmbaren,
digital gesteuerten Kristalloszillators;
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2 ein
Blockdiagramm zur Darstellung eines Doppelmodusabstimmbaren, digital
gesteuerten Kristalloszillators gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Blockdiagramm zur Darstellung einer Abstimm-Steuereinheit, die in
einem Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillator
gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendet
werden kann;
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4 ein
Blockdiagramm zur Darstellung einer Abstimm-Steuereinheit, die in
einem Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillator
gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann;
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5A und 5B Diagramme
zur Darstellung eines Abstimmbereichs des herkömmlichen Doppelmodus-abstimmbaren,
digital gesteuerten Kristalloszillators beziehungsweise eines Abstimmbereichs
des Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillators
gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein
Blockdiagramm zur Darstellung eines Frequenzgenerators, der einen
Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillator
gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendet.
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2 ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Doppelmodusabstimmbaren,
digital gesteuerten Kristalloszillators gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung.
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Bezug
nehmend auf 2 weist ein Doppelmodus-abstimmbarer,
digital gesteuerter Kristalloszillator 200 einen extern
bezüglich
eines Chips angeordneten Kristallresonator 201, einen auf
dem Chip angeordneten Schwingschaltkreis 211, eine Grobmodus-Abstimmeinheit 212,
eine Feinmodus-Abstimmeinheit 213 und
eine Abstimm-Steuereinheit 220 auf.
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Der
Kristallresonator 201 kann als ein Y-Schnitt-/AT-Cut-Kristallresonator
implementiert sein.
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Der
Schwingschaltkreis 211 ist ein LC-Oszillator, der eine
Schwingungsfrequenz unter Verwendung einer LC-Resonanz erzeugt.
Insbesondere kann ein Pierce-Oszillator als Schwingschaltkreis 211 verwendet
werden. Der Schwingschaltkreis 211 beinhaltet einen Schwingkreis
mit einer Grobmodus-veränderbaren
Abstimmeinheit 214, deren Kapazität durch die Grobmodus-Abstimmeinheit 212 gesteuert
wird, und eine Feinmodus-veränderbare Kondensatoreinheit 215,
deren Kapazität
durch die Feinmodus-Abstimmeinheit 213 gesteuert wird.
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Die
Grobmodus-Abstimmeinheit 212 führt eine Grobmodus-Abstimmung
für den
digital gesteuerten Doppelmodus-Kristalloszillator 200 durch.
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Die
Grobmodus-Abstimmeinheit 212 empfängt ein Grobmodus-Abstimmsignal
CO_TUNE, das aus einem digitalen oder analogen Steuercode gebildet
ist, von einer externen Quelle und steuert die Grobmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit 214, welche einen Teil des Schwingschaltkreises 211 bildet,
in Abhängigkeit
von dem empfangenen Abstimmsignal.
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Für den Fall,
dass das Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE aus einem digitalen Steuercode gebildet
ist, wird die Grobmodus-Abstimmung durchgeführt, indem ein über eine
System-Peripherie-Schnittstelle (System Peripheral Interface, SPI) oder
eine digitale Schnittstelle, wie 12C oder dergleichen,
von einer externen Quelle empfangener digitaler Steuercode ausgewählt wird.
Der digitale Steuercode kann innerhalb eines Herstellprozesses durch einen
Kalibriervorgang bestimmt und in einer Tabelle gespeichert werden.
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Die
Grobmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit 214 kann aus einer Kondensatorbank mit
einer Mehrzahl von Kondensatoren und Schaltelementen gebildet sein,
die in Reihe und parallel geschaltet sind. Die Grobmodusveränderbare
Kondensatoreinheit 214 kann unter Verwendung einer Varaktordiode mit
Eigenschaften eines veränderbaren
Kondensators hergestellt werden. Es liegt für den Fachmann auf der Hand,
dass andere Elemente mit den Eigenschaften des veränderbaren
Kondensators anstelle der Varaktordiode verwendet werden können.
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Für den Fall,
dass die Grobmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit 214 aus der Kondensatorbank gebildet
ist, steuert die Grobmodus-Abstimmeinheit 212 die Gesamtkapazität der Kondensatorbank,
indem sie die Schaltelemente in Abhängigkeit von dem Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE,
das heißt
dem von einer externen Quelle eingegebenen digitalen Steuercode
steuert.
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Die
Kondensatorbank kann eine binäre,
gewichtete Konfiguration besitzen oder alternativ eine parallele
Anordnung von Einheitskondensatoren, die jeweils dieselbe Kapazität besitzen.
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Für den Fall,
dass die Grobmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit 214 unter Verwendung eines veränderbaren
Kondensatorelements hergestellt ist, beispielsweise der Varaktordiode
oder dergleichen, steuert die Grobmodus-Abstimmeinheit 212 die
Gesamtkapazität
von Elementen des veränderbaren
Kondensators auf der Grundlage eines analogen Signals, wie einer
analogen Steuerspannung, als Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE.
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Die
Feinmodus-Abstimmeinheit 213 führt eine Feinmodus-Abstimmung
für den
Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillator 200 durch.
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In
einer im Wesentlichen der Grobmodus-Abstimmeinheit 212 entsprechenden
Weise empfängt
die Feinmodus-Abstimmeinheit 213 ein Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE,
das aus einem digitalen Steuercode oder einem analogen Steuersignal
gebildet ist, und steuert die Feinmodus-veränderbare Kondensatoreinheit 215,
die einen Teil des Schwingschaltkreises 211 darstellt,
in Abhängigkeit von
dem empfangenen Abstimmsignal FI_TUNE. Beispielsweise steuert die
Feinmodus-Abstimmeinheit 213 den Schwingschaltkreis 211 in
Abhängigkeit von
einem AFC-Signal, das von einem Modem-Chip empfangen wurde.
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Die
Feinmodus-veränderbare
Kondensatoreinheit 215, die durch die Feinmodus-Abstimmeinheit 213 gesteuert
wird, kann ähnlich
der durch die Grobmodus-Abstimmeinheit 212 gesteuerten
Grobmodus-veränderbaren
Kondensatoreinheit 214 die Kondensatorbank oder das veränderbare
Kondensatorelement mit den Eigenschaften des veränderbaren Kondensators aufweisen.
Gemäß der Ausgestaltung der
Feinmodus-veränderbaren
Kondensatoreinheit 215 kann das von der externen Quelle
an die Feinmodus-Abstimmeinheit 213 gelieferte
Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE ein digitaler Steuercode oder ein
analoges Steuersignal sein, wobei auf eine detaillierte Erläuterung
derselben verzichtet wird.
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Die
Grobmodus-Abstimmeinheit 212 und die Feinmodus-Abstimmeinheit 213 haben
jeweils Abstimmbereiche und Abstimmauflösungen. Der Abstimmbereich
der Grobmodus-Abstimmeinheit 212 hat im Vergleich mit dem
Abstimmbereich der Feinmodus-Abstimmeinheit 213 einen höheren Wert.
In gleicher Weise hat die Abstimmauflösung der Grobmodus-Abstimmeinheit 212 einen
niedrigeren Wert verglichen mit der Abstimmauflösung der Feinmodus-Abstimmeinheit 213.
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Die
Abstimm-Steuereinheit 220 ist ein Teilelement des digital
gesteuerten Doppelmodus-Kristalloszillators 200 gemäß einer
exemplarischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Abstimm-Steuereinheit 220 steuert
das Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE für die Grobmodus-Abstimmeinheit 212 in
Abhängigkeit
von dem Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE der Feinmodus-Abstimmeinheit 213.
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Die
Abstimm-Steuereinheit 220 empfängt das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE und gibt ein internes Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT aus.
Das interne Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT wird erzeugt, indem
das gegenwärtige
Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE gesteuert wird, sobald das Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE
einen Rand der oberen oder der unteren Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals
FI_TUNE erreicht.
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Ein
Doppelmodus-Abstimmvorgang des Doppelmodus-abstimmbaren, digital
gesteuerten Kristalloszillators 200 implementiert eine
Steuerung des Abstimmbereiches der Feinmodus-Abstimmung durch Wieder-Durchführung der
Grobmodus-Abstimmung innerhalb des Vorgangs der Feinmodus-Abstimmung.
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Die
Abstimm-Steuereinheit 220 kann vielfältige Formen besitzen, die
davon abhängen,
ob das Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE vom Typ eines digi talen Steuercodes
oder eines analogen Steuersignals ist. Im Folgenden werden beispielhafte
Ausgestaltungen der Abstimm-Steuereinheit 220 und deren Betrieb
beschrieben.
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3 ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Abstimm-Steuereinheit 220 des
Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillators 200 gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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Bezug
nehmend auf 3 kann die Abstimm-Steuereinheit 220 eine
Signal-Vergleichseinheit 221 zum
Empfangen des Feinmodus-Abstimmsignals FI_TUNE für die Feinmodus-Abstimmung
von der externen Quelle sowie eine Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 223 zum
Ausgeben des internen Grobmodus-Steuersignals CO_TUNE_INT an die Grobmodus-Steuereinheit 212 aufweisen.
Die Abstimm-Steuereinheit 220 in 3 zeigt
einen Fall, bei dem das Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE aus einem
analogen Steuersignal, wie einem Spannungssignal oder dergleichen,
gebildet sein kann.
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Die
Signal-Vergleichseinheit 221 bestimmt, ob das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE, das von der externen Quelle eingegeben wurde, beispielsweise
ein AFC-Signal von dem Modem-Chip, die obere oder die untere Grenze
des Feinmodus-Abstimmsignals FI_TUNE erreicht oder sich dieser nähert, wobei das
Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE außerhalb des Abstimmbereichs
der Feinmodus-Abstimmung liegt oder nicht. Die Signal-Vergleichseinheit 221 kann
einen Vergleichsschaltkreis 222 beinhalten. Der Vergleichsschaltkreis 222 vergleicht
eine Spannung des Feinmodus-Abstimmsignals
FI_TUNE mit Spannungen VMAX und VMIN, die der oberen beziehungsweise
der unteren Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals FI_TUNE entsprechen.
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Die
Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 223 gibt das interne Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT
aus, welches die Grobmodus-Abstimm einheit 212 in dem Fall
steuert, dass die Signal-Vergleichseinheit 221 bestimmt,
dass das von der externen Quelle eingegebene Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE die obere Grenze VMAX oder die untere Grenze VMIN des Feinmodus-Abstimmsignals
FI_TUNE erreicht.
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Beispielsweise
gibt die Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 223, sobald die
Signal-Vergleichseinheit 221 bestimmt, dass das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE die obere Grenze VMAX des Feinmodus-Abstimmsignals FI_TUNE
erreicht, das interne Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT aus, das
erhalten wird, indem das Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE aufwärts eingestellt
wird, beispielsweise um 1 ppm innerhalb des Grobbereiches. Sobald
die Signal-Vergleichseinheit 221 bestimmt, dass das Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE
die untere Grenze VMIN der Feinmodus-Abstimmeinheit 212 erreicht,
gibt die Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 223 das interne
Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT aus, das erhalten wird, indem
das Grobmodus-Abstimmsignal abwärts
eingestellt wird, beispielsweise um 1 ppm innerhalb des Grobbereiches.
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Die
Abstimm-Steuereinheit 220 kann weiterhin eine Zeitverzögerungs-Steuereinheit 224 aufweisen.
Die Zeitverzögerungs-Steuereinheit 224 erzeugt eine
vorbestimmte Verzögerungszeit,
die für
ein von außen
eingegebenes Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE benötigt wird, beispielsweise das
von dem Modem-Chip rückgekoppelte
AFC-Signal.
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4 ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung der Abstimm-Steuereinheit 220,
die in dem Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillator 200 gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann.
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Bezug
nehmend auf 4 kann die Abstimm-Steuereinheit 220 eine
Signal-Vergleichseinheit 231 zum
Empfangen des Feinmodus-Signals FI_TUNE von der externen Quelle
für die
Feinmodus-Abstimmung sowie eine Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 233 zum
Ausgeben des internen Grobmodus-Abstimmsignals
CO_TUNE_INT an die Grobmodus-Abstimmeinheit 212 aufweisen.
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Die
Abstimm-Steuereinheit 220 gemäß 4 wird im
Wesentlichen genauso betrieben wie die Abstimm-Steuereinheit 220 gemäß 3,
mit der Ausnahme, dass das empfangene Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE
ein digitaler Steuercode ist.
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Die
Signal-Vergleichseinheit 231 bestimmt, ob das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE, das aus dem von der externen Quelle eingegebenen digitalen Steuercode
gebildet ist, beispielsweise dem von dem Modem-Chip eingegebenen
AFC-Signal, die obere oder die untere Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals
FI_TUNE erreicht oder sich dieser nähert, wobei das Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE außerhalb eines
Abstimmbereichs der Feinmodus-Abstimmung liegt oder nicht. Die Signal-Vergleichseinheit 231 weist
eine Logik-Schaltkreiseinheit 232 auf, die dazu ausgebildet
ist zu bestimmen, ob das Feinmodus-Abstimmsignal FI_TUNE ein Maximum
MAX oder ein Minimum MIN erreicht.
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Eine
Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 233 gibt das interne Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT
aus, welches die Grobmodus-Abstimmeinheit 212 in dem Fall
steuert, dass die Signal-Vergleichseinheit 231 bestimmt,
dass das von der externen Quelle eingegebene Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE die obere oder die untere Grenze des Feinmodus-Abstimmsignals FI_TUNE erreicht.
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Beispielsweise
wird dann, wenn die Signal-Vergleichseinheit 231 bestimmt,
dass das von der externen Quelle eingegebene Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE die obere Grenze MAX des Feinmodus-Abstimmsignals FI_TUNE erreicht,
durch die Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 233 das interne
Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT ausgegeben, das erhalten wird,
indem das Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE aufwärts eingestellt wird, beispielsweise
um 1 ppm innerhalb des Grobbereichs. Wenn die Signal-Vergleichseinheit 231 bestimmt,
dass das von einer externen Quelle eingegebene Feinmodus-Abstimmsignal
FI_TUNE die unterste Grenze VMIN des Feinmodus-Abstimmsignals erreicht,
gibt die Grobmodus-Abstimmsteuereinheit 233 das
interne Grobmodus-Abstimmsignal CO_TUNE_INT aus, das erhalten wird,
indem das Grobmodus-Abstimmsignal abwärts verringert wird, beispielsweise
um 1 ppm innerhalb des Grobbereichs.
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Die
Abstimm-Steuereinheit 220 gemäß 4 kann,
im Wesentlichen ähnlich
der Abstimm-Steuereinheit 200 gemäß 3, zusätzlich eine
Zeitverzögerungs-Steuereinheit 234 aufweisen.
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5A und 5B sind
Diagramme zur Darstellung eines Abstimmbereichs des Doppelmodus-abstimmbaren,
digital gesteuerten Kristalloszillators gemäß 1 und eines
Abstimmbereichs des Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillators
gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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Bezug
nehmend auf 5A hat der Doppelmodus-abstimmbare,
digital gesteuerte Kristalloszillator der 1 einen
Grobmodus-Abstimmbereich CO_RANGEa mit einem Intervall von 60 ppm
und einer Grobmodus-Abstimmauflösung von
1 ppm.
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In
dem digital gesteuerten Kristalloszillator gemäß 1 erfolgt
der Grobmodus-Abstimmvorgang innerhalb des Grobmodus-Abstimmbereichs CO_RANGEa
von 60 ppm in Schritten von 1 ppm, und der Abstimmbereich variiert
zwischen +10 und –10
ppm aufgrund von Alterung oder Temperatur änderung eines Kristallresonators,
und ein Intervall eines Feinmodus-Abstimmbereichs FI_RANGEa muss größer als
wenigstens 22 ppm sein, wie in 5A dargestellt.
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Bezug
nehmend auf 5B hat ein Grobmodus-Abstimmbereich
CO_RANGEb des Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillators
gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung einen Grobmodus-Abstimmbereich
CO_RANGEb mit dem Intervall von 60 ppm und der Grobmodus-Abstimmauflösung von
1 ppm.
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Der
Feinmodus-Abstimmbereich FI_RANGEb des Doppelmodus-abstimmbaren,
digital gesteuerten Kristalloszillators gemäß einer exemplarischen Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung hat einen relativ engeren Abstimmbereich
im Vergleich mit dem Abstimmbereich gemäß 5A. Beispielsweise
hat der Feinmodus-Abstimmbereich FI_RANGEb gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung einen Umfang von ungefähr 1 ppm
(+/–).
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6 ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Frequenzgenerators unter
Verwendung des Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillators
gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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Bezug
nehmend auf 6 umfasst ein Frequenzgenerator 400 den
Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillator 200 und
eine phasengekoppelten Regelkreis 410.
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Der
digital gesteuerte Doppelmodus-Kristalloszillator 200 stellt
eine im Wesentlichen stabile Referenzfrequenz FREF für den phasengekoppelten Regelkreis 410 zur
Verfügung.
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Der
phasengekoppelte Regelkreis 410 weist einen Phasendetektor 411,
ein Loop-Filter 413, einen spannungsgesteuerten Oszillator 414 und
einen Frequenzteiler 415 auf. Für den Fachmann wird deutlich, dass
vielfältige
Arten von phasengekoppelten Regelschleifen für den Frequenzgenerator 400 zusammen mit
dem Doppelmodus-abstimmbaren, digital gesteuerten Kristalloszillator 200 eingesetzt
werden können.
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Das
Referenzfrequenzsignal FREF wird an den Phasendetektor 411 des
phasengekoppelten Regelkreises 400 durch den digital gesteuerten
Doppelmodus-Kristalloszillator 200 angelegt. Ein Frequenzsignal
FDIV, das durch Teilen einer Schwingungsfrequenz FVCO des spannungsgesteuerten Oszillators 414 unter
Verwendung eines vorbestimmten, für den Frequenzteiler 415 benötigten Teilerverhältnisses
erzeugt wird, wird an die Phasendetektor-Einheit 411 angelegt.
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Ein
Ergebnis des Vergleichs der Phasen zweier Frequenzsignale FREF,
FDIV in der Phasendetektor-Einheit 411 wird an die Ladungspumpe 412 ausgegeben.
Die Ladungspumpe 412 und das Loop-Filter 413 geben
eine Steuerspannung VCTRL zum Steuern der Schwingungsfrequenz FVCO
des spannungsgesteuerten Oszillators 414 aus, und die Schwingungsfrequenz
FVCO des spannungsgesteuerten Oszillators 414 wird erzeugt.