DE3214748A1 - Oscillator circuit - Google Patents

Oscillator circuit

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DE3214748A1 DE19823214748 DE3214748A DE3214748A1 DE 3214748 A1 DE3214748 A1 DE 3214748A1 DE 19823214748 DE19823214748 DE 19823214748 DE 3214748 A DE3214748 A DE 3214748A DE 3214748 A1 DE3214748 A1 DE 3214748A1
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Abstract

An oscillator circuit having a reference frequency source (10) and a PLL control loop (25) is proposed in which the inherent noise of the voltage-controlled oscillator (19) and the fluctuation in the output voltage (fO) of the oscillator are to be prevented. For this purpose, a frequency (fA) is derived from the output frequency (fO), which acts as reference frequency for a second voltage-controlled oscillator (29). The second voltage-controlled oscillator belongs to a second PLL control loop (26) which only handles the long-time stability of the derived frequency. The second voltage-controlled oscillator produces the short-time stability of the first voltage-controlled oscillator via a frequency-dependent transfer network (36,37). <IMAGE>

Description

##

32U74832U748

EK/PLI Scht/LiEK / PLI Scht / Li

19. 4. 1982April 19, 1982

ROBERT BOSCH GMBH, 7OQO Stuttgart 1 Oszillatorschaltung Stand der TechnikROBERT BOSCH GMBH, 7OQO Stuttgart 1 Oscillator circuit State of the art

Die Erfindung geht von einer Oszillatorschaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.The invention is based on an oscillator circuit according to the preamble of the main claim.

Es sind schon Oszillatorschaltungen mit PLL(Phase-lockedloop)-Regclschleife bekannt (H. Geschwinde, Einführung in die PLL-Technik, 1978, Vieweg-Verlag). Dabei bildet das Eigenrauschen des spannungsgesteuerten Oszillators der PLL-Regelschleife ein Problem. Insbesondere bei Oszillatoren im UHF-Bereich sind die Rauschanforderungen nur mit dem Einsatz sehr teurer, technologisch hochwertiger Bauelemente zu erreichen. Eine Übernahme des Rauschverhaltens des Referenzquarzes ist aufgrund des engen Kanalrasters, der damit verbundenen tiefen Referenzfrequenzen und r'er hierdurch bedingten PLL-Tiefpasse niedriger Grenzfrequenzen nur im unteren Frequenzbereich bis zu einigen hundert Hertz möglich.There are already oscillator circuits with a PLL (phase-locked loop) control loop known (H. Geschwinde, Introduction to PLL technology, 1978, Vieweg-Verlag). This forms the Self-noise of the voltage-controlled oscillator of the PLL control loop is a problem. Especially with oscillators In the UHF range, the noise requirements are only met with the use of very expensive, technologically high-quality components to reach. An adoption of the noise behavior of the reference crystal is due to the narrow channel grid, the associated low reference frequencies and the resulting PLL low-pass filters with low cut-off frequencies only possible in the lower frequency range up to a few hundred Hertz.

Das Rauschproblem verschärft sich, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator über einen größeren Frequenzbereich von zum Beispiel etwa 100 MHz durchgestimmt werden soll. Durch die hierfür erforderliche Ankopplung der Kapazitätsdiode an den Oszillatorkreis wird das hohe Eigenrauschen, welches solche Dioden aufweisen, in hohem Maße in den Kreis transformiert, so daß eine zusätzliche Verschlechterung des Rauschverhaltens des Oszillators entsteht.The noise problem is exacerbated when the voltage controlled Oscillator should be tuned over a larger frequency range of, for example, about 100 MHz. Due to the coupling of the capacitance diode to the oscillator circuit, which is necessary for this, the high inherent noise, which such diodes have, transformed to a large extent in the circuit, so that an additional deterioration of the Noise behavior of the oscillator arises.

;v s ' BAD ORIGINAL ; v s ' BAD ORIGINAL

18/82 -X- 18/82 -X-

Ein weiteres Problem stellt die hohe Empfindlichkeit des Oszillators gegenüber mechanischen Einflüssen dar (Mikrophonie). Gerade aber beim Mobilfunk ist es wichtig, daß selbst bei starken Erschütterungen keinerlei Frequenzänderung auftritt.Another problem is the high sensitivity of the Oscillator against mechanical influences (microphony). But it is particularly important for mobile communications that no frequency change occurs even with strong vibrations.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß das Rauschproblem bei spannungsgesteuerten Oszillatoren in PLL-Regelschaltungen weitgehend gelöst v/ird, indem der Oszillator im tiefen Frequenzbereich (bis ca. 200 Hz) das Rauschverhalten einer ersten Referenzfrequenzquelle, das ist die Bezugsfrequenzquelle, und in dem darüberliegendenThe oscillator circuit according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that the noise problem with voltage-controlled oscillators in PLL control circuits largely solved by the oscillator in the low frequency range (up to approx. 200 Hz) the Noise behavior of a first reference frequency source, that is the reference frequency source, and in the one above it

kHz
Bereich (bis ca. 100 ) das Rauschverhalten einer zweiten Referenzfrequenzquelle, das ist der zweite spannungsgesteuerte Oszillator, übernimmt. kHz
Range (up to approx. 100) the noise behavior of a second reference frequency source, that is, the second voltage-controlled oscillator, takes over.

nachtr&glloh geändertnachtr & glloh changed

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Oszillatorschaltung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Oszillator-Schaltung, bei der die abgeleitete Frequenz mittels eines Frequenzteilers von der Ausgangsfrequenz abgeleitet ist. Mit dem Frequenzteiler kann die Ausgangsfrequenz in eine Ebene hinuntergeteilt werden, in v/elcher spannungsgesteuerte Oszillatoren einfach und rauschar:;; realisiert worden können.The measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the im Main claim specified oscillator circuit possible. An oscillator circuit according to the invention is particularly advantageous, in which the derived frequency is derived from the output frequency by means of a frequency divider. With the frequency divider, the output frequency can be divided down into one level, into various voltage-controlled ones Oscillators simple and noisy: ;; can be realized.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand einer Figur dargestellt und in der nachfol-j·. nden Beschreibung näher erläutert. Die oir.zi'ie Fiuur zeigt ein Blockschaltbild einer erfinauiurs^e:1 ''i'.lev. Oszillatorschaltung.An embodiment of the invention is shown in the drawing using a figure and in the following. explained in more detail in the description. The oir.zi'ie Fiuur shows a block diagram of an inventor ^ e: 1 ''i'.lev. Oscillator circuit.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

" 3 " CO" 3 " CO

32U7A832U7A8

18/82 - 3T - 18/82 - 3T -

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

In der einzigen Figur bezeichnet 10 eine Bezugsfrequenzquelle, das ist zum Beispiel ein Quarzoszillator, einer erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung. Die Bezugsfrequenzquelle ist über einen ersten Frequenzteiler 11 , der ein festes Teilerverhältnis 1/N aufweist, mit einem ersten Eingang 12 einer ersten Phasenvergleichsschaltung 13 verbunden. Ein Ausgang 14 der ersten Phasenvergleichsschaltung steht über ein erstes Tiefpaßfilter 15 mit einem ersten Eingang einer Summierschaltung 17 in Verbindung, deren Ausgang mit einem Steuereingang 18 eines ersten spannungsgesteuerten Oszillators 19 verbunden ist. Von dem Ausgang des Oszillators 19 führt eine erste Verbindung an einen Ausgang 20 der Oszillatorschaltung sowie eine zweite Verbindung über einen zv/eiten Frequenzteiler 21 mit einem festen Teilerverhältnis 1/M und einen in Reihe dazu liegenden dritten Frequenzteiler 22 mit einem steuerbaren Teilerverhältnis 1/η an einen zweiten Eingang 23 der ersten Phasenvergleichsschaltung 1 3 .In the single figure, 10 denotes a reference frequency source, that is, for example, a crystal oscillator, one oscillator circuit according to the invention. The reference frequency source is via a first frequency divider 11, which is a having a fixed division ratio 1 / N, connected to a first input 12 of a first phase comparison circuit 13. An output 14 of the first phase comparison circuit is available via a first low-pass filter 15 with a first input a summing circuit 17 in connection, the output of which with a control input 18 of a first voltage-controlled oscillator 19 is connected. From the output of the oscillator 19 leads a first connection to an output 20 of the oscillator circuit and a second connection via a Second frequency divider 21 with a fixed division ratio 1 / M and a third frequency divider 22 in series with a controllable division ratio 1 / η a second input 23 of the first phase comparison circuit 1 3.

Die Baueinheiten 13, 15, 19, 21 und 22 bilden zusammen eine erste PLL-Regelschleife 25.The structural units 13, 15, 19, 21 and 22 together form a first PLL control loop 25.

Eine zweite PLL-Regelschleife 26 weist eine zweite Phasenvergleichsschaltung 27, ein zweites Tiefpaßfilter 28 und einen zweiten spannungsgesteuerten Oszillator 29 auf. Im einzelnen führt eine Verbindung von einem Schaltungspunkt zwischen den beiden Frequenzteilern 21 und 22 über einen Frequenzteiler 31, der ein festes Teilerverhältnis 1/L aufweist, ar einen ersten Eingang 32 der zweiten Phasenvergleichsschaltung 27, deren Ausgang 33 über das zweite Tiefpaßfilter 28 mit einem Steuereingang 34 des zweiten spannungsnesteuerten Oszillators 29 verbunden ist. Der Ausgang des zv/ei ten spannungsgesteuerten Oszillators ist mit einem zweitenA second PLL control loop 26 has a second phase comparison circuit 27, a second low-pass filter 28 and a second voltage-controlled oscillator 29. in the individual leads a connection from a node between the two frequency dividers 21 and 22 via a Frequency divider 31, which has a fixed division ratio 1 / L, ar a first input 32 of the second phase comparison circuit 27, the output 33 of which via the second low-pass filter 28 with a control input 34 of the second voltage-controlled Oscillator 29 is connected. The output of the second voltage controlled oscillator is connected to a second

- 4 COPY - 4 COPY

18/82 - k - 18/82 - k -

Eingang 35 der zweiten Phasenvergleichsschaltung 27 verbünde Von dem Ausgang 33 der zweiten Phasenvergleichsschaltung füh eine Verbindung über ein drittes Tiefpaßfilter 36 und ein da in Reihe liegendes Hochpaßfilter 37 zu einem zweiten Eingang der Summierschaltung 17.Connect input 35 of the second phase comparison circuit 27 A connection leads from the output 33 of the second phase comparison circuit via a third low-pass filter 36 and a da high-pass filter 37 lying in series with a second input of summing circuit 17.

Die Tiefpaßfilter 15, 28 und 36 sind beispielsweise RC-Glied< aus einem Längswiderstand 3 9 und einer Querkapazität 40. Das Hochpaßfilter 37 ist vorzugsweise ebenfalls ein RC-Glied, da: eine Längskapazität 41 und einen Querwiderstand 4 2 aufweist.The low-pass filters 15, 28 and 36 are, for example, RC elements from a series resistance 3 9 and a transverse capacitance 40. The high-pass filter 37 is preferably also an RC element, since: has a series capacitance 41 and a transverse resistance 4 2.

Im folgenden wird die Funktion der vorstehend beschriebenen Schaltung erläutert.The function of the circuit described above is explained below.

Wäre das erste Tiefpaßfilter 15 angenommenerweise unmittclba: mit dem Steuereingang 18 des ersten spannungsgesteuerten Oszillators 19 verbunden, so läge eine bekannte PLL-Oszillat< schaltung vor, die die eingangs genannten Nachteile auf v/eistIf the first low-pass filter 15 were supposed to be immediately: connected to the control input 18 of the first voltage-controlled oscillator 19, then a known PLL oscillate would be < circuit before which the disadvantages mentioned above on v / eist

Da die erste Referenzfrequenz f 1 üblicherweise klein ist, zi Beispiel f 1 = 10 kHz, um nach entsprechender Umschaltung de: Teilververhältnisses des dritten Frequenzteilers 22 ein fein« Frequenzraster am Ausgang 20 zu erhalten, und da die erste Grenzfrequenz f_., des ersten Tiefpaßfilters 15 wie üblich niedrig angesetzt ist, zum Beispiel < 200 Hz, werden nur die Langzeitschwankungen bis ca. 200 Hz der Oszillatorfrequenz f des ersten spannungsgesteuerten Oszillators . 19 ausgeregelt. Oberhalb des Rauschausregelbereichs wirkt das L'igenrauschen t ersten spannungsgesteuerten Oszillators.Since the first reference frequency f 1 is usually small, for example f 1 = 10 kHz, in order to obtain a fine frequency raster at the output 20 after a corresponding switchover of the partial ratio of the third frequency divider 22, and the first cut-off frequency f_., Of the first low-pass filter 15 is set as low as usual, for example <200 Hz, only the long-term fluctuations up to approx. 200 Hz in the oscillator frequency f of the first voltage-controlled oscillator will be. 19 settled. The inherent noise t first voltage-controlled oscillator acts above the noise control range.

Um auch diesen Frequenzbereich auszureceln, wird von der Ausgangsfrequenz fn des ersten spannungsgesteuer ten Oszillators über die Frequenzteiler 21 und 31 eine Frequenz -. von zum Beispiel 1 MHz abgeleitet, die als Referenzfrequenz für den zweiten spannungsgesteuerten Oszillator 29 client. Damit übcr-To auszureceln this frequency range, from the output frequency f n of the first voltage controlled th oscillator via the frequency divider 21 and 31, a frequency -. derived from, for example, 1 MHz, which is used as the reference frequency for the second voltage-controlled oscillator 29 client. So over-

BAD ORIGINAL _ A BAD ORIGINAL _ A

1 η/;·;j - Ί1, - 1 η /; ·; j - Ί 1 , -

nimmt die zweite PLL-Regelschleife 26, deren zweites Tiefpaßfilter 28 eine zweite Grenz frequenz f _ von annähernd gleich f . hat, die Langzeitstabilität der Ausgangs frequenz fj. des ersten spannungsgesteuerten Oszillators bzw. die Langseitstabilität der Bezugsfrequenzquelle 10. über das dritte Tiefpaßfilter 36 am Ausgang 33 der zweiten Phasenvergleichsschaltung 27 mit sehr hoher Grenzfrequenz f _ (ca. 100 kHz) wird eine weitere Steuerspannung gewonnen, welche über die Summierschaltung 17 der ersten, von der Bezugsfrequenzquelle 10 abgeleiteten Steuerspannung U-. hinzuaddiert wird und über welche dem ersten Oszillator 19 das Rauschverhalten des zweiten Oszillators 29 oberhalb des Regelbereichs der Bezugsfrequenzquelle 10 aufgeprägt wird.takes the second PLL control loop 26, its second low-pass filter 28 a second cut-off frequency f _ of approximately equal to f. has, the long-term stability of the output frequency fj. of first voltage-controlled oscillator or the long-term stability of the reference frequency source 10 via the third low-pass filter 36 at the output 33 of the second phase comparison circuit 27 with a very high cutoff frequency f _ (approx. 100 kHz) another control voltage obtained, which via the summing circuit 17 of the first control voltage U- derived from the reference frequency source 10. is added and about which the first oscillator 19, the noise behavior of the second oscillator 29 above the control range of the reference frequency source 10 is impressed.

Die erste Referenzfrequenzquelle (= Bezugsfrequenzquelle 10) regelt den ersten Oszillator 19 also im tiefen Frequenzbereic: von ca. 0 -bis 200 Hz; die zweite Referenzfrequenzquelle (= zweiter Oszillator 29) regelt den ersten Oszillator von ca._200 Hz bis 100 kHz. Hierzu ist noch ein Hochpaßfilter 37 in der Steuerleitung der zweiten Referenzfrequenzquelle erforderlich, das den Regelbereich zu tiefen Frequenzen hin (< -200 Hz) begrenzt.The first reference frequency source (= reference frequency source 10) regulates the first oscillator 19 in the low frequency range: from approx. 0 to 200 Hz; the second reference frequency source (= second oscillator 29) controls the first oscillator from about 200 Hz to 100 kHz. For this purpose there is also a high-pass filter 37 required in the control line of the second reference frequency source, that limits the control range to low frequencies (<-200 Hz).

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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Claims (9)

32H74832H748 EK/PLI Scht/LiEK / PLI Scht / Li 19. 4. 19 82April 19, 19 82 ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 AnsprücheROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Expectations Oszillatorschaltung mit einer Bezugsfrequenzquelle (10) und einer PLL(Phase-locked-loopJ-Regelschleife, die eine erste Phasenvergleichsschaltung (13) enthält, deren erster Eingang (12) mit der Bezugsfrequenzquelle und deren Ausgang (14) über ein erstes Tiefpaßfilter (15) mit einer ersten Grenzfrequenz (f^.) mit dem Eingang (18) eines ersten spannungsgesteuerten Oszillators (19) verbunden ist, dessen Ausgang über einen Frequenzteiler (21, 22) mit dem zweiten Eingang (23) der ersten Phasenvergleichsschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Ausgangsfrequenz (fo) des ersten spannungsgesteuerten Oszillators (19) abgeleitete Frequenz (f ) als Referenzfrequenz für einen zweiten spannungsgesteuerten Oszillator (29) wirkt, der zu einer zweiten PLL-Regelschleife (26) gehört, die nur die Langzeitstabilität der abgeleiteten Frequenz übernimmt, und daß der erste spannungsgesteuerte Oszillator die Kurzzeitstabilität des zweiten spannungsgesteuerten Oszillators übernimmt.Oscillator circuit with a reference frequency source (10) and a PLL (phase-locked loop control loop, which contains a first phase comparison circuit (13), the first input (12) of which is connected to the reference frequency source and the output (14) via a first low-pass filter (15) with a first cut-off frequency (f ^.) is connected to the input (18) of a first voltage-controlled oscillator (19), the output of which is connected to the second input (23) of the first phase comparison circuit via a frequency divider (21, 22), characterized that a frequency (f) derived from the output frequency (f o ) of the first voltage-controlled oscillator (19) acts as a reference frequency for a second voltage-controlled oscillator (29) belonging to a second PLL control loop (26) which only provides long-term stability the derived frequency takes over, and that the first voltage-controlled oscillator takes over the short-term stability of the second voltage-controlled oscillator. 2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die abgeleitete Frequenz (fa) mittels eines Frequenzteilors (31) von der Ausgangsfrequenz (f,.) abgeleitet ist.2. Oscillator circuit according to claim 1, characterized in that the derived frequency (f a) is derived from the output frequency (f ,. ) by means of a frequency divider (31). 3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zweite PLL-Regeischleife (26) eine zweite Phasenvergleichsschaltung (27), ein zweites Tiefpaßfilter (28) und den zweiten spannungsgesteuerten Oszillator (29) umfaßt3. Oscillator circuit according to claim 1, characterized in that the second PLL control loop (26) has a second phase comparison circuit (27), a second low-pass filter (28) and the second voltage-controlled oscillator (29) - 2 BAD ORIGINAL- 2 ORIGINAL BATHROOMS 18/82 - 2 -18/82 - 2 - 4. Oszillatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Tiefpaßfilter (28) eine zweite Grenzfrequenz (f_o) aufweist, die etv/a der ersten Grenzfrequenz (f„,) entspricht. 4. Oscillator circuit according to claim 3, characterized in that the second low-pass filter (28) has a second cut-off frequency (f_ o ) which corresponds to etv / a of the first cut-off frequency (f ",). 5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (33) der zweiten Phasenvergleichsschaltung (27) über eine Reihenschaltung aus einem dritten Tiefpaßfilter (36) und einem dazu in Reihe liegenden Hochpaßfilter (37) mit dem Steuereingang (18) des ersten spannungsgesteuerten Oszillators (19) in Verbindung steht.5. Oscillator circuit according to claim 1 or one of the following, characterized in that the output (33) of the second Phase comparison circuit (27) via a series connection of a third low-pass filter (36) and one in series with it lying high-pass filter (37) with the control input (18) of the first voltage controlled oscillator (19) is in connection. 6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Tiefpaßfilter (15) mit einem ersten Eingang (16) einer Summierschaltung (17) verbunden ist, deren zv/eiter Eingang (38) mit dem Hochpaßfilter (37) und deren Ausgang mit dem Steuereingang (18) des ersten spannungsgesteuerten Oszillators (19) verbunden ist.6. oscillator circuit according to claim 1 or 5, characterized in that that the first low-pass filter (15) is connected to a first input (16) of a summing circuit (17), its second input (38) with the high-pass filter (37) and its output with the control input (18) of the first voltage controlled oscillator (19) is connected. 7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Tiefpaßfilter (36) eine dritte Grenzfrequenz (f 3) aufweist, die erheblich größer als die erste Grenzfrequenz (f~i) des ersten Tiefpaßfilters (15) ist.7. Oscillator circuit according to claim 5, characterized in that the third low-pass filter (36) has a third cut-off frequency (f 3 ) which is considerably greater than the first cut-off frequency (f ~ i) of the first low-pass filter (15). Is IIs I 8. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (37) eine Grenzfrequenz (fr4) aufweist, die etwa gleich der zweiten Grenzfrequenz (f„o) ist.8. Oscillator circuit according to claim 5, characterized in that the high-pass filter (37) has a cut-off frequency (f r4 ) which is approximately equal to the second cut-off frequency (f " o ). G/G/ 9. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bezugsfrequenzquellc (10) und dem ersten Eingang (12) der ersten Phasenvergleichsschaltung (13) ein Frequenzteiler (11) vorgesehen ist, der ein festes Teilerverhu; tnis (!/:.') aufweist.9. Oscillator circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the reference frequency source c (10) and the first input (12) of the first phase comparison circuit (13) a frequency divider (11) is provided which has a fixed divider; tnis (! / :. '). BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0193273A2 (en) * 1985-02-06 1986-09-03 Plessey Overseas Limited Improvements in or relating to synthesisers

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