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Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung gemäß dem unabhängigen Anspruch.
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Stand der Technik
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 018 899 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung von Digitalsignalen beschrieben. Die Schaltungsanordnung setzt ein Hochfrequenz-Digitalsignal in ein Niederfrequenz-Digitalsignal um. Vorgesehen ist ein Exklusiv-ODER-Gatter, an dessen Eingängen das Hochfrequenz-Digitalsignal und ein digitales Oszillatorsignal geschaltet sind, wobei am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters ein Signalgemisch auftritt, welches das Niederfrequenz-Digitalsignal enthält. Die beschriebene Schaltung wird in einem Positionssensor verwendet, bei dem das von einem Positionssensor bereitgestellte Ausgangssignal, welches dem Hochfrequenz-Digitalsignal entspricht, in ein dem Messwert entsprechendes Niederfrequenz-Digitalsignal umgesetzt wird, aus welchem eine Position eines Objekts relativ zu einer stationären Sensoreinheit ermittelt wird.
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Der Positionssensor enthält einen LC-Schwingkreis mit einer Spule und einem Kondensator. Der LC-Schwingkreis ist Teil in einer Oszillatorschaltung, welche einen Komparator als aktives elektronisches Bauelement enthält. Die an einem Eingang des Komparators liegende Spannung des LC-Schwingkreises wird über einen am Ausgang des Komparators angeschlossenen Widerstand auf den LC-Schwingkreis zurückgeführt, sodass eine positive Spannungs-Rückkopplung, entsprechend einer Spannungs-Mitkopplung vorliegt, die für das Aufrechterhalten einer Schwingung erforderlich ist.
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In der Offenlegungsschrift
EP 1 617 562 A2 ist eine Oszillatorschaltung für einen Positionssensor beschrieben. Die Oszillatorschaltung enthält einen LC-Schwingkreis und einen Operationsverstärker. Ein erster Anschluss des LC-Schwingkreises ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers rückgekoppelt, sodass wieder eine Spannungs-Mitkopplung vorliegt, die für das Aufrechterhalten einer Schwingung erforderlich ist. In einem Ausführungsbeispiel ist in dem Mitkopplungszweig vom Ausgang des Komparators auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers eine Stromquelle geschaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oszillatorschaltung anzugeben, die einfach anschwingt, stabil weiterschwingt und kostengünstig mit einfachen und wenigen Bauelementen realisierbar ist
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung enthält einen LC-Schwingkreis, dessen erster Anschluss an eine virtuelle Masse geschaltet ist, einen Komparator, dessen erster Eingang an dem zweiten Anschluss des LC-Schwingkreises geschaltet ist und dessen zweiter Eingang an die virtuelle Masse geschaltet ist, eine Stromquelle, welche einen Mitkopplungs-Strom bereitstellt, die zwischen dem Ausgang des Komparators und dem zweiten Anschluss des LC-Schwingkreises geschaltet ist.
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Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung sieht weiterhin einen Phasenschiebervor, der zwischen dem zweiten Anschluss des LC-Schwingkreises und dem ersten Anschluss des Komparators geschaltet ist.
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Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung weist eine hohe Effizienz sowie eine hohe Stabilität auf.
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Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung ermöglicht die Verwendung von Spulen im LC-Schwingkreis, welche eine vergleichsweise kleine Induktivität aufweisen. Darüber hinaus können die Spulen eine vergleichsweise geringe Güte aufweisen. Dieser Vorteil wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Phasenschieber der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung eine stabile Schwingung des LC-Schwingkreises mit einer vergleichsweise hohen Amplitude ermöglicht.
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Der erfindungsgemäße Oszillator arbeitet in dem Sinn pulsweise, dass mittels des Komparators und der Stromquelle in den Schwingkreis phasenrichtig Stromstöße eingepumpt werden.
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Insbesondere kann die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung aufgrund ihres einfachen Aufbaus kostengünstig realisiert werden.
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Aufgrund der geringen Anzahl von Bauelementen benötigt die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung nur wenig Platz auf einer Schaltungsplatine.
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Der erfindungsgemäße Oszillator ermöglicht den Einsatz von Low-Power-Komparatoren bei vergleichsweise hohen Schaltfrequenzen, ohne dass spezielle und damit teure Komparatoren mit hoher Grenzfrequenzen benötigt würden. Dieser Vorteil wird wieder insbesondere dadurch erreicht, dass der Phasenschieber der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung eine stabile Schwingung des LC-Schwingkreises mit einer vergleichsweise hohen Amplitude ermöglicht. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die in preiswerten Microcontrollern enthaltenen Komparatoren in der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung einzusetzen.
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Der erfindungsgemäße Oszillator kann in sämtlichen Anordnungen vorteilhaft eingesetzt werden, die einen Oszillator vorsehen. Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung ist bei einem Positionssensor gegeben, der zumindest einen LC-Schwingkreis enthält. Hier macht sich die Strom-Mitkopplung dadurch positiv bemerkbar, dass höhere Ströme im LC-Schwingkreis auftreten. Der Vorteil wirkt sich insbesondere bei induktiven Positionssensoren aus, welche transformatorische Sensoren enthalten.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung sind Gegenstände jeweils von abhängigen Ansprüchen.
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Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung sieht vor, dass zur Stromversorgung der Oszillatorschaltung eine Betriebsspannungsquelle vorgesehen ist, welche zwischen ihren Anschlüssen eine Betriebsspannung bereitstellt, wobei einer der Anschlüsse das Bezugspotential festlegt. Der wesentliche Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass lediglich eine einzige Betriebsspannung benötigt wird, sodass kein weiteres Potential bereitgestellt werden muss.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung sieht vor, dass der Phasenschieber ein elektrisch gesteuertes Bauelement enthält, welches die Veränderung der Phasenverschiebung des Phasenschiebers ermöglicht.
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Das elektrisch gesteuerte Bauelement ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ein digitales Potentiometer.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Phasenschieber eine voreilende Phasenverschiebung vorgibt und dass der erste Eingang des Komparators der invertierende Eingang und der zweite Eingang des Komparators der nicht-invertierende Eingang ist.
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Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass der Phasenschieber eine nacheilende Phasenverschiebung vorgibt und dass der erste Eingang des Komparators der nicht-invertierende Eingang und der zweite Eingang des Komparators der invertierende Eingang ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Phasenschieber als RC-Tiefpass realisiert werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Phasenschieber als ein CR-Hochpass realisiert ist und dass der Widerstand des CR-Hochpass an der virtuellen Masse angeschlossen ist.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung dieser Weiterbildung liegt insbesondere darin, dass der digitale Teil des elektrisch gesteuerten Bauelementes am Bezugspotential angeschlossen werden kann, sodass das elektrisch gesteuerte Bauelement mit einem Phasenschieber-Ansteuersignal angesteuert werden kann, welches auf das Bezugspotential bezogen ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stromquelle als gesteuerte Stromquelle realisiert ist, welche den Mitkopplungs-Strom in Abhängigkeit von einem Stromquellen-Steuersignal bereitstellt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung diese Ausgestaltung sieht vor, dass zur Steuerung der Stromquelle ein Strom-Festlegungs-Widerstand vorgesehen ist, der mit dem Ausgang des Komparators verbunden ist. Der Mitkopplungs-Strom kann dann in einfacher Weise durch gezielte Auswahl des Werts des Widerstands festgelegt werden.
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Eine vorteilhafte alternative Ausgestaltung sieht vor, dass zur Steuerung der Stromquelle mit einem Stromquellen-Steuersignal ein elektrisch steuerbares Bauelement vorgesehen ist, das mit dem Ausgang des Komparators verbunden ist. Das elektrisch steuerbare Bauelement wird vorzugsweise als Transistor realisiert.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung sieht vor, dass die Stromquelle als Stromspiegel mit zwei Transistoren realisiert ist, die im eingangs genannten Stand der Technik näher beschrieben ist. Der Stromspiegel wird vorzugsweise mit dem Stromquellen-Steuersignal gesteuert, um den Mitkopplungs-Strom einstellen zu können.
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Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Oszillatorschaltung einen Mikrocontroller enthält, in welchem der Komparator enthalten ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung einen Microcontroller enthält, in welchem der Komparator enthalten ist. Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung ist bei einem Positionssensor gegeben, welcher die Position eines beweglichen Objekts relativ zu einer stationären Sensoreinheit misst.
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Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung ist bei einem Positionssensor gegeben. Der Positionssensor misst beispielsweise die Position eines beweglichen Objekts relativ zu einer stationären Sensoreinheit. Der Phasenschieber der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung ermöglicht eine stabile Schwingung des LC-Schwingkreises mit einer vergleichsweise hohen Schwingkreis-Spannung. Die Spulen der LC-Schwingkreise können kleine Induktivitäten und darüber hinaus auch eine geringe Güte aufweisen, sodass geeignete Bauformen von Spulen verwendet werden können, die gegebenenfalls ungünstigere elektrische Kenngrößen aufweisen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung,
- 2 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung, bei welcher ein Phasenschieber als CR-Hochpass realisiert ist,
- 3 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung, bei welcher ein Phasenschieber als RC-Tiefpass realisiert ist,
- 4 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung, in welcher ein Phasenschieber ein elektrisch gesteuertes Bauelement zur Veränderung der Phasenverschiebung enthält,
- 5 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung, welche ein elektrisch gesteuertes Bauelement zur Festlegung eines Mitkopplungs-Stroms enthält,
- 6 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung, bei welcher eine Stromquelle als Stromspiegel mit zwei Transistoren realisiert ist,
- 7 zeigt einen funktionalen Zusammenhang zwischen einer Phasenverschiebung und einer an einem LC-Schwingkreis der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung auftretenden Schwingkreis-Spannung und
- 8 zeigt ein Blockschaltbild eines Positionssensors, in welchem die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung eingesetzt ist.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC, welche einen LC-Schwingkreis LC mit einer Spule L und einem Kondensator C enthält. Ein erster Anschluss LC1 des LC-Schwingkreises LC ist an ein Potential geschaltet, das im Folgenden als virtuelle Masse VGND bezeichnet wird. Ein zweiter Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC ist mit einem Phasenschieber PHS verbunden, der zwischen dem zweiten Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC und einem ersten Eingang CMP1 eines Komparators CMP geschaltet ist. Der zweite Eingang CMP2 des Komparators CMP ist an die virtuelle Masse VGND gelegt. Der Ausgang OUT des Komparators CMP ist über eine Stromquelle IQ mit dem zweiten Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC verbunden. Die Stromquelle IQ speist in den zweiten Eingang LC2 des LC-Schwingkreises LC einen Mitkopplungs-Strom LCI ein.
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Zwischen der Stromquelle IQ und dem Ausgang OUT des Komparators CMP kann ein Strom-Festlegungs-Widerstand IQR geschaltet sein, welcher ein Stromquellen-Steuersignal IQS für die Stromquelle IQ bereitstellt. Der Strom-Festlegungs-Widerstand IQR kann auch entfallen und ist daher strichliniert eingetragen. Das Stromquellen-Steuersignal IQS wird in diesem Fall direkt vom Ausgang OUT des Komparators CMP bereitgestellt.
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Zur Spannungsversorgung des Komparators CMP ist eine nicht näher gezeigte Spannungsquelle vorgesehen. Die Spannungsquelle stellt eine Betriebsspannung U+ bereit und legt ein Bezugspotenzial GND fest.
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Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung OSC arbeitet folgendermaßen:
- Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung OSC soll zuverlässig anschwingen und auf einer vorgegebenen Frequenz stabil und zuverlässig weiterschwingen, die durch den LC-Schwingkreis LC vorgegeben ist, welcher die Spule L sowie den Kondensator C enthält. Weitere Komponenten des LC-Schwingkreises LC, insbesondere parasitäre Induktivitäten, parasitäre Kapazitäten sowie Verlustwiderstände werden nicht berücksichtigt.
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Zum Starten einer Schwingung und insbesondere zum Aufrechterhalten einer stabilen Schwingung des LC-Schwingkreises LC ist ein aktives verstärkendes Element erforderlich, um die Schwingkreisverluste ausgleichen zu können. Bei der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC soll das aktive Element der Komparator CMP sein.
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Am ersten Eingang CMP1 des Komparators CMP liegt eine Spannung an, die ein Maß für die Schwingkreis-Spannung ist, welche am zweiten Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC auftritt. Der Komparator CMP vergleicht die am ersten Eingang CMP1 auftretende Spannung mit dem Potential der virtuellen Masse VGND.
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Anstelle einer üblicherweise vorgesehenen Spannungs-Rückkopplung sieht die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung OSC eine Strom-Mitkopplung vor, bei welcher die Stromquelle IQ in den zweiten Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC den Mitkopplungs-Strom LCI einspeist.
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Die Stromquelle IQ ist vorzugsweise als eine von einem Stromquellen-Steuersignal IQS gesteuerte Stromquelle IQ realisiert, wobei eine Spannungs- oder Stromsteuerung vorgesehen sein kann. Die gesteuerte Stromquelle IQ legt den Mitkopplungs-Strom LCI in Abhängigkeit vom Stromquellen-Steuersignal IQS fest.
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Rein prinzipiell könnte der Ausgang OUT des Komparators CMP direkt mit der Stromquelle IQ verbunden sein, so dass der Ausgangsstrom, welcher der Komparator CMP an seinem Ausgang OUT bereitstellen kann, den Mitkopplungs-Strom LCI bestimmt. Daher ist der Strom-Festlegungs-Widerstand IQR in 1 strichliniert eingetragen.
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Vorzugsweise ist jedoch der Strom-Festlegungs-Widerstand IQR vorhanden, um einen definierten Strom vorgeben zu können. In Verbindung mit der Ausgangsspannung des Komparators CMP legt der Strom-Festlegungs-Widerstand IQR das Stromquellen-Steuersignal IQS fest. Da die Ausgangsspannung am Ausgang OUT des Komparators CMP von der Betriebsspannung des Komparators CMP und der Ausgangsstufe des Komparators CMP festgelegt ist, kann durch eine gezielte Auswahl des Werts des Widerstands IQR das Stromquellen-Steuersignal IQS und somit der Mitkopplungs-Strom LCI eingestellt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC sind zunächst die parasitären Phasenverschiebungen insbesondere des Komparators CMP aber auch die der Stromquelle IQ zu berücksichtigen.
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Erfindungsgemäß ist der Phasenschieber PHS in der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC vorgesehen, der zwischen dem zweiten Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC und dem ersten Eingang CMP1 des Komparators CMP geschaltet ist.
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Bei der Festlegung der durch den Phasenschieber vorgegebenen Phasenverschiebung der Schwingkreis-Spannung gegenüber dem ersten Eingang CMP1 des Komparators CMP können die Phasenverschiebungen der einzelnen Komponenten der Oszillatorschaltung OSC, wie beispielsweise die Phasenverschiebung des Komparators CMP und die Phasenverschiebung der Stromquelle IQ mitberücksichtigt werden. Insbesondere ist bei der Festlegung der Phasenverschiebung zu berücksichtigen, dass anstelle der üblicherweise verwendeten Spannungs-Mitkopplung in der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC eine Strom-Mitkopplung vorgesehen ist.
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Die Phasenverschiebung des Phasenschiebers PHS muss insbesondere die Tatsache berücksichtigen, dass im LC-Schwingkreis LC eine Phasenverschiebung zwischen dem Strom und der Spannung von 90 Grad auftritt, wobei aufgrund des vorgesehenen Mitkopplungs-Stroms LCI die Phasenlage des Stroms im Schwingkreis LC relevant ist.
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Der Mitkopplungs-Strom LCI muss daher phasenrichtig in den zweiten Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC eingespeist werden, um eine Schwingung entstehen zu lassen und eine stabile Schwingung aufrechtzuerhalten.
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Die Strom-Mitkopplung aufgrund des Mitkopplungs-Stroms LCI ermöglicht es, vergleichsweise niederinduktive Spulen im LC-Schwingkreis LC einsetzen zu können, die darüber hinaus auch eine geringe Güte aufweisen können. Dennoch wird mit der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC eine vergleichsweise hohe Schwingkreis-Spannung erzielt.
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Es ist nicht erforderlich, dass die Phasenverschiebung des Phasenschiebers PHS, ohne die Berücksichtigung von parasitären Phasenverschiebungen, genau +90 Grad beziehungsweise -90 Grad beträgt.
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Neben der Berücksichtigung von parasitären Phasenverschiebungen in der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC kann durch eine gezielte Vorgabe der Phasenverschiebung des Phasenschiebers PHS Einfluss auf den Betrag der Höhe der Schwingkreis-Spannung genommen werden.
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Die Schaltfrequenz des Komparators CMP ist durch seine frequenzabhängige O-pen-Loop-Gain begrenzt. Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung OSC ermöglicht durch eine gezielte Auswahl der Phasenverschiebung des Phasenschiebers PHS, die vorzugsweise experimentell ermittelt wird, eine Festlegung des Schaltpunkts des Komparators CMP innerhalb weiter Grenzen. Die Einstellung einer vergleichsweise hohen Schwingkreis-Spannung ermöglicht es, vergleichsweise hohe Frequenzen des LC Schwingkreises LC vorgeben zu können, obwohl der Komparator CMP eine vergleichsweise niedrige Grenzfrequenz aufweist, da der Komparator nicht so hoch verstärken muss. Aufgrund des herstellerseitig vorgegebenen Verstärkungs-Bandbreite-Produkts des Komparators CMP kann daher eine vergleichsweise höhere Schwingkreis-Frequenz vorgesehen werden.
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2 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC, bei welcher der Phasenschieber PHS als CR-Hochpass realisiert ist, der einen Hochpass-Kondensator CHP und einen Hochpass-Widerstand RHP enthält. Der Vorteil der Ausgestaltung des Phasenschiebers PHS als CR-Hochpass weist den großen Vorteil auf, dass der Hochpass-Widerstand RHP an die virtuelle Masse VGND gelegt werden kann.
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Der als CR-Hochpass realisierte Phasenschieber PHS führt zu einer vorauseilenden Phase, die bei der Grenzfrequenz des CR-Hochpasses bei -90 Grad liegt. Der Mitkopplungs-Strom LCI wird bei dieser Ausgestaltung phasenrichtig eingespeist, wenn der erste Eingang CMP1 des Komparators CMP der invertierte Eingang des Komparators CMP ist.
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Eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC ist in 3 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Phasenschieber als RC-Tiefpass realisiert, der einen Tiefpass-Widerstand RTP und einen Tiefpass-Widerstand CTP enthält. Bei dieser Ausgestaltung muss zur Aufrechterhaltung der Phasenbedingung der erste Eingang CMP1 des Komparators CMP der nicht-invertierende Eingang des Komparators CMP sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC enthält der Phasenschieber PHS ein elektrisch steuerbares Bauelement PHSDIG, das mit einem Phasenschieber-Ansteuersignal PHSCTRL zur Veränderung der Phasenverschiebung angesteuert wird. Ein Schaltbild dieser Ausgestaltung ist in 4 gezeigt.
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Das gesteuerte Bauelement PHSDIG ist vorzugsweise ein digitales Potentiometer, bei welchem der Widerstand RHP mit dem Phasenschieber-Ansteuersignal PHSCTRL verändert wird. In 4 ist zusätzlich die Ausgestaltung gezeigt, bei welcher zur Bereitstellung des Phasenschieber-Ansteuersignals PHSCTRL ein Microcontroller µC vorgesehen ist.
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Das in 5 gezeigte Schaltbild der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC zeigt eine Ausgestaltung, bei welcher zur Steuerung der Stromquelle IQ anstelle des fest vorgegebenen Strom-Festlegungs-Widerstands IQR ein elektrisch gesteuertes Bauelement IQTR vorgesehen ist, das mit dem Ausgang OUT des Komparators CMP verbunden ist.
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Das elektrisch gesteuerte Bauelement IQTR ist vorzugsweise ein Transistor, wobei im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ein Bipolartransistor gezeigt ist. Zur zusätzlichen Stromfestlegung des Transistors ist ein Widerstand IQRA in Serie mit dem Transistor geschaltet, wobei der Widerstand IQRA mit dem Ausgang OUT des Komparators CMP verbunden ist.
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Das elektrisch gesteuerte Bauelement IQTR wird von einem Stromquellen-Ansteuersignal IQAN angesteuert, das gemäß einer Ausgestaltung vom Mikrocontroller µC bereitstellt wird. Der Microcontroller µC enthält vorzugsweise einen Digital/Analog-Wandler, das Stromquellen-Ansteuersignal IQAN analog bereitstellt.
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6 zeigt weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Mikrocontroller µC den Komparator integriert enthält, der in 6 strichliniert innerhalb des Microcontrollers µC eingetragen und mit CMPi bezeichnet ist. Damit ist eine besonders kostengünstige Realisierung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC möglich. Insbesondere kann aufgrund der vergleichsweisen geringen Anforderung an die Grenzfrequenz des Komparators CMP ein preisgünstiger Microcontroller µC eingesetzt werden.
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6 zeigt als weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC die Realisierung der Stromquelle IQ als Stromspiegel.
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel geht von demjenigen Stromspiegel aus, der gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik mit zwei Transistoren IQSPTR1, IQSPTR2, im Ausführungsbeispiel mit zwei Bipolartransistoren, realisiert ist.
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Der erste Transistor IQSPTR1 des Stromspiegels ist mit dem Ausgang OUT des Komparators CMP verbunden. Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel soll der Stromspiegel mit dem elektrisch gesteuerten Bauelement IQTR angesteuert werden. Das elektrisch gesteuerte Bauelement IQTR prägt mit dem Stromquellen-Steuersignal IQS einen Strom in den ersten Transistor IQSPTR1 des Stromspiegels ein, der diesen Strom als Mitkopplungs-Strom LCI aus dem zweiten Transistor IQSPTR2 des Stromspiegels ausgibt.
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7 zeigt einen funktionalen Zusammenhang zwischen einer mittels des Phasenschiebers PHS vorgegebenen Phasenverschiebung PH und der Schwingkreis-Spannung ULC am zweiten Anschluss LC2 des LC-Schwingkreises LC. Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass als Phasenschieber PHS ein Phasenschieber PHS mit voreilender Phase vorgesehen ist, wobei der Phasenschieber PHS beispielhaft auf eine Phasenverschiebung PH von ungefähr -10 Grad bis ungefähr - 90 Grad eingestellt werden soll.
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Bei vorgegebenen Werten der Spule L, einer Induktivität von beispielsweise 2 µH, und des Kondensators C, einer Kapazität von beispielsweise 2 nF, wurde die in 7 erhaltene effektive Schwingkreis-Spannung ULC im Bereich von ungefähr 100 mV bis 300 mV bei einer Frequenz von ungefähr 2 MHz gemessen.
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Der erfindungsgemäße Phasenschieber PHS in der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC ermöglicht daher die Einstellungen der Schwingkreis-Spannung LCU in einem weiten Bereich, sodass ein sicheres Anschwingen des LC-Schwingkreises LC und eine stabile Schwingung bei gleichzeitig einer einfach auszuwertenden Schwingkreis-Spannung LCU erreicht werden können.
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8 zeigt eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC in einem Positionssensor 10. Im gezeigten Ausführungsbeispiel soll der Positionssensor 10 die Position eines beweglichen Objekts 12 in Bezug zu einer stationären Sensoreinheit 14 erfassen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die stationäre Sensoreinheit 14 einen oder mehrere LC-Schwingkreise LC und gegebenenfalls eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltungen OSC enthält. Eine Ausgestaltung kann vorsehen, dass die stationäre Sensoreinheit 14 nur einen oder mehreren mehrere LC-Schwingkreise LC enthält und die weiteren elektronischen Komponenten der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC außerhalb der stationären Sensoreinheit 14 angeordnet sind.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung OSC, die mit der bevorzugten Verwendung in einem Positionssensor 10 erzielt werden, wurden bereits vorstehend erläutert. Ein wesentlicher Vorteil liegt in einem vergleichsweise weiten Auswahlbereich der mechanischen und elektrischen Kenngrößen der Spule (L) des LC-Schwingkreises (LC) wie beispielsweise Bauform, Induktivität und Güte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012018899 A1 [0002]
- EP 1617562 A2 [0004]
