DE4031289A1

DE4031289A1 - Oszillator

Info

Publication number: DE4031289A1
Application number: DE4031289A
Authority: DE
Inventors: Werner Liebel
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1992-04-09

Description

Oszillatorschaltungen werden zur Takterzeugung in Digi tal- und Analogschaltungen, beispielsweise in der Kom munikationstechnik eingesetzt. Gemäß dem Blockschalt bild der Fig. 1 wird die Oszillatorfrequenz f_osc mit tels eines Schwingkreises 1 erzeugt und über einen rückgekoppelten Verstärker 2 am Schaltungsausgang A ausgegeben; die Bezugsziffer 3 bezeichnet ein Rückkopp lungsglied mit dem Rückkopplungsfaktor k. Mit Hilfe der Abstimmspannung U_ab läßt sich die fest vorgegebene Os zillatorfrequenz während des Betriebs des Oszillators in einem gewissen Bereich verstimmen.

Vor der Inbetriebnahme des Oszillators kann zum Ab gleich der Oszillatorfrequenz - bzw. um die gewünschte Frequenz des Oszillators einzustellen - bei abstimmba ren Schwingkreisen durch einen Trimmer-Kondensator oder eine Trimmer-Spule die Kapazität oder Induktivität des Schwingkreises geändert werden. Bei einem anderen Ver fahren wird iterativ die Frequenz am Schaltungsausgang gemessen und die Bauteile des Schwingkreises so lange ausgetauscht, bis die gewünschte Oszillatorfrequenz er reicht ist.

Diese umständlichen manuellen Verfahren zum Abgleich bzw. zum Einstellen der Oszillatorfrequenz sind jedoch mit einen großen zeitlichen Aufwand und demzufolge mit hohen Kosten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Oszil lator anzugeben, der einfach, kostengünstig und präzise eingestellt bzw. abgeglichen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mindestens ein Schwingkreis-Kondensator der Oszillator schaltung ist gemäß der Erfindung als Flächenkondensa tor in Dickschichttechnik oder Dünnfilmtechnik - als sogenannter "Single-Layer-Chip"-Kondensator - ausgebil det; bei einem derartigen Kondensator ist das Dielek trikum zwischen zwei metallischen Schichten angeordnet. Beim Abgleichvorgang wird der Kapazitätswert dieses Kondensators durch irreversible Bearbeitung der metal lischen Oberfläche variiert, indem beispielsweise durch Anbringen von Abgleichschnitten eine Serien-Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren vorge nommen wird oder indem ein Teil der Metallfläche abge tragen wird.

Der Abgleichvorgang kann - beispielsweise durch Schnei den oder Schleifen - automatisiert mit Hilfe einer Ma schine oder eines Lasers durchgeführt werden. Während des Abgleichvorgangs wird eine feste Abstimmspannung am Schwingkreis angelegt, die Oszillatorfrequenz gemessen und der Kapazitätswert des Flächenkondensators durch Bearbeitung der Metallfläche so lange geändert, bis die gewünschte Oszillatorfrequenz am Schaltungsausgang an liegt.

Da der Abgleichvorgang nicht manuell sondern maschinell durchgeführt wird, kann eine hohe Abgleichgenauigkeit erreicht werden; der Kapazitätswert des Abgleich-Kon densators und somit auch die Oszillatorfrequenz der Os zillatorschaltung sind genau einstellbar, die HF-Ei genschaften der Oszillatorschaltung können verbessert werden. Da das Abgleichverfahren automatisierbar ist, kann die zum Abgleich benötigte Zeit reduziert werden, was zu Kosteneinsparungen führt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert werden; in der Fig. 1 ist dabei das Blockschaltbild eines Oszillators und in der Fig. 2 das entsprechende Layout dargestellt, wobei die Fig. 2a die Vorderseite und die Fig. 2b die Rück seite der Schaltungsplatine zeigt.

Die Schaltungsplatine 4 besitzt beispielsweise die Maße 17 mm×10 mm; es sind vier externe Anschlußpins P₁, P₇, P₈ und P₁₄ vorgesehen, die den Anschluß der Abstimmspannung U_ab, den Masseanschluß GND, den Schaltungsausgang A und den Anschluß der Versorgungs spannung U_Batt bilden. Vorder- und Rückseite der Schal tungsplatine 4 sind über mehrere Durchkontaktierungen 5 miteinander verbunden.

Der Schwingkreis 1 des Oszillators enthält die Konden satoren C₂, C₃, die Diode D₁ und die parallel geschal teten Bauelemente C₄ und L₁, die zur Frequenzeinstel lung des Schwingkreises 1 dienen. Mindestens ein Kon densator des Schwingkreises - beispielsweise der Kon densator C₄ - ist als Flächenkondensator bzw. "Single-Layer-Chip-Kondensator" in Dickschichttechnik ausgebildet; bei diesem Kondensator ist auf ein tempe raturstabiles Keramikmaterial mit hoher relativer Di elektrizitätskonstanten auf beiden Oberflächenseiten metallische Dickschichtpaste aufgebracht. Um die Oszil latorfrequenz innerhalb eines großen Bereichs ändern zu können, sollte der Kondensator C₄ eine möglichst große Kapazität aufweisen.

Die Verstärkerstufe 2 enthält die beiden Transisto ren T₁ und T₂, wobei der Auskoppel-Transistor T₁ als Trennstufe den SchaItungsausgang A vom Schwingkreis 1 abtrennt. Die Widerstände R₂ bis R₅ und R₇ dienen zur Arbeitspunkteinstellung der beiden Transistoren T₁ und T₂, die Kondensatoren C₅, C₈ und C₉ als Sieb-/Abblockkondensatoren zur HF-Blockung bzw. zum Sieben der Versorgungsspannung.

Als Rückkoppelelemente des Rückkoppelglieds 3 mit dem Rückkoppelfaktor k werden die Kondensatoren C₆ und C₇ sowie der Widerstand R₃ eingesetzt, wobei der Kondensa tor C₆ zum Transistor T₂ des Verstärkers 2 und der Kon densator C₇ zum Schwingkreis 1 rückkoppelt.

Der Widerstand R₁ und der Kondensator C₁ dienen als Vorwiderstand bzw. Siebkondensator zum Einstellen einer bestimmten Abstimmspannung U_ab am Anschlußpin P₁. Die Diode D₁ ist als Kapazitätsdiode ausgebildet, so daß sich bei Anlegen einer Abstimmspannung U_ab deren Kapa zität und damit auch die - nach dem Abgleichvorgang fest eingestellte - Oszillatorfrequenz während des Be triebs des Oszillators in einem gewissen Rahmen elek tronisch verstimmen läßt.

Zum Abgleich der Oszillatorfrequenz wird die gesamte Schaltung in einen Prüfadapter gesteckt und während des Betriebes der Oszillator auf die Sollfrequenz abgegli chen; während die Frequenz f_osc am Schaltungsausgang A kontinuierlich gemessen wird, wird dazu - beispiels weise durch einen Laserstrahl - die metallische Ober fläche des "Single-Layer-Chip"-Kondensators C₄ abgetra gen oder in die Oberfläche Schnitte - beispielsweise nach einer vorgegebenen Abgleichkurve - gesetzt. Wenn die vorgesehene Soll-Frequenz erreicht ist, wird der Laser abgeschaltet; eine separate Endmessung der Oszillatorschaltung ist nicht mehr erforderlich.

Bei einem Oszillator mit einer Frequenz von 400 MHz - dies wird beispielsweise bei einem Wert von 3 pF für C₄ und 1,2 µH für L₁ erreicht - ist beispielsweise ein Abgleich auf ± 100 kHz erreichbar; dies entspricht einer relativen Genauigkeit von 0,025%.

Einsetzen lassen sich die Oszillatoren beispielsweise in der Kommunikationstechnik, beispielsweise im Sprech funkverkehr.

Claims

1. Oszillator, der einen Schwingkreis (1), ein Verstär kerelement (2), sowie Rückkoppelelemente (3) aufweist, und an dessen Ausgang (A) eine Oszillatorfre quenz (f_osc) ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein kapazitives, frequenzbestimmendes Element des Schwingkreises (1) als Flächenkondensa tor (C₄) in Dickschichttechnik oder Dünnfilmtechnik ausgebildet ist, und daß der Flächenkondensator als Ab gleichelement zum Abgleich der Oszillatorfrequenz (f_osc) vorgesehen ist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenkondensator (C₄) aus zwei metallischen Schichten besteht, zwischen denen sich ein dielektri sches Material befindet.

3. Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten aus metallischen Dick schichtpasten oder einer Dünnfilmmetallisierung beste hen.

4. Oszillator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Dielektrikum aus einem temperatursta bilen Keramikmaterial mit hoher relativer Dielektrizi tätskonstante besteht.

5. Verfahren zum Abgleich eines Oszillators nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Oszillatorfrequenz (f_osc) die metallische Oberfläche des Flächenkondensators (C₄) irreversibel bearbeitet und damit dessen Kapazitätswert geändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Oberfläche des Flächenkondensa tors (C₄) teilweise abgetragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die metallische Oberfläche Schnitte gesetzt wer den.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der metallischen Oberfläche mittels einer maschinellen Vorrichtung auto matisiert erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der metallischen Oberfläche mittels eines Lasers erfolgt.