DE69228671T2 - Spannungsgesteuertes Teil - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung mit einem spannungsgesteuerten, nichtlinearen Bauteil, das durch Anlegen einer Vorspannung in einen linearen Abschnitt seiner Ansprechcharakteristik voreingestellt wird. Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bei einem spannungsgesteuerten Oszillator anwendbar.
• Wenn ein Bauteil eine Größe mit nichtlinearer Abhängigkeit von einer anderen Größe aufweist, bildet dies bei vielen Schaltungsanwendungen einen Nachteil, der auf irgendeine Art kompensiert oder minimiert werden muss. Als Beispiel eines derartigen Bauteils wird im folgenden eine Kapazitätsdiode erörtert, die Teil des Frequenzsynthesizers in einem Funktelefon ist und eine typische Charakteristikkurve aufweist, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.
• Fig. 1 zeigt die Kapazitätsänderung 1 einer Kapazitätsdiode als Funktion der angelegten Spannung. Eine Kapazitätsdiode bildet die Kapazität im Resonator eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO). Der Kapazitätswert wird durch eine Gleichspannung gesteuert, wodurch die Frequenz des Resonators in Beziehung zur Kapazität variiert. Die Kapazität einer Kapazitätsdiode hat nichtlineare Abhängigkeit von der steuernden Gleichspannung, was eine Abweichungsschwankung zwischen verschiedenen Kanälen in einem Funktelefon verursacht. Es werden allgemein mindestens zwei Verfahren zum Kompensieren dieser Nichtlinearität verwendet.
• Das erste Kompensationsverfahren kann verwendet werden, wenn eine ausreichend hohe Batteriespannung, über 9 V, in der Vorrichtung wie einem Mobiltelefon verfügbar ist. Dann kann diese Batteriespannung so genutzt werden, dass das nichtlineare Bauteil dazu veranlasst wird, in seinem eher linearen Bereich, d. h. im Bereich über 3 V gemäß der Charakteristik von Fig. 1, zu arbeiten.
• Ein anderes in weitem Umfang verwendetes Kompensationsverfahren wird als programmierbare Korrektur bezeichnet, die bei Funktelefonen vorherrscht, insbesondere bei Vorrichtungen wie Handtelefonen mit niedriger Batterie spannung unter 7,2 V. Dann muss das nichtlineare Bauteil im nichtlinearen Bereich der Kapazität/Spannung-Charakteristik arbeiten. Dann sorgt die Komponente für eine Abweichungsschwankung zwischen verschiedenen Kanälen im Funktelefon. Es ist wohlbekannt, eine programmierbare Korrektur dieser Abweichungsschwankung zu verwenden, da die Schwankung in jedem Kanal bekannt ist. Die Kurve 2 in Fig. 2 zeigt die Abweichungsschwankung für die Kanäle in einem Funktelefon als Funktion der Steuerspannung Vohj. Der Korrekturwert der Abweichung ist als Prozentsatz angegeben, wobei die Schwankung in Beziehung hierzu dargestellt ist. Durch eine programmierbare Korrektur ist es möglich, den Bereich der Steuerspannung nach unten zu erweitern, wodurch ein kleinerer VCO-Faktor erzielt wird.
• Eine Alternative zur Verwendung einer programmierbaren Korrektur besteht in einer Erhöhung der Steuerspannung über 3,0 V im untersten Kanal, wodurch die Steuerspannung des VCO von 3 V bis zur geregelten Versorgungsspannung variieren kann. Dann existiert das Problem einer kleinen Differenz zwischen der Steuerspannung im untersten Kanal und der geregelten Versorgungsspannung des Synthesizers, die typischerweise 6 V beträgt. Das gesamte Frequenzband des Oszillators muss mit der Spannungsdifferenz erzeugt werden, so dass das Verfahren einen großen VCO-Faktor, über 10 MHz/V, und große Genauigkeit bei der Herstellung benötigt, so dass die Kanalband-Steuerspannungen zwischen 3,0 V und der geregelten Versorgungsspannung eingestellt werden können. Dies erfordert eine Toleranz von mindestens 0,5 V zwischen der Steuerspannung und der geregelten Versorgungsspannung.
• So sind die Nachteile der bekannten Kompensationsverfahren das Erfordernis der Verwendung eines großen VCO-Faktors, wodurch Phasenstörsignale und eine gestörte Versorgungsspannung Mängel verursachen, sowie das Erfordernis großer Genauigkeit bei der Herstellung. Es existiert auch der Nachteil einer langen Einschwingzeit des Synthesizers vom Zustand mit ausgeschalteter Spannung bis zum gewünschten Kanal.
• Gemäß der Erfindung ist folgendes geschaffen: ein Spannungssynthesizer zum Erzeugen von Sende- und/oder Empfangsfrequenzen in einem Funktelefon, mit einem spannungsgesteuerten Oszillator mit einer spannungsgesteuerten Kapazitätsdiode mit einer Ansprechcharakteristik mit einem im wesentlichen linearen Teil und einem nichtlinearen Teil, einer Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung und einer Steuerspannung aus einem vorbestimmten Bereich, deren Größe eine Änderung der Kapazität der Diode und der Frequenz des Oszillators des Spannungssynthesizers des Funktelefons bewirkt, an jeweili ge Anschlüsse der Kapazitätsdiode, wobei die Vorspannung eine Polarität aufweist, die entgegengesetzt zur Polarität der Spannung mit dem minimalen Wert innerhalb des Bereichs von Steuerspannungen ist, so dass die Kapazitätsdiode in den linearen Teil der Ansprechcharakteristik für den Bereich von Steuerspannungen vorgespannt wird.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Kapazität/Spannung-Charakteristik einer nichtlinearen Komponente in der Spannungsebene "verschoben" werden kann. So kann bei einer bevorzugten Ausführungsform das Anlegen einer Vorspannung so realisiert werden, dass einem Anschluss des Bauteils eine negative Gleichspannung zugeführt wird. Mathematisch bedeutet dies, dass der Ursprung von Fig. 1 um ein gewünschtes Ausmaß nach rechts in der Spannungsebene verschoben wird. Diese Verschiebung entspricht der genannten negativen Gleichspannung. Dann kann der andere Anschluss mit einer niedrigeren Spannung als ohne das Anlegen der Vorspannung versorgt werden, wobei dennoch derselbe Kapazitätswert erzielt wird. So ist es möglich, im linearen Bereich der Kurve zu arbeiten.
• Nun wird eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt die Änderung der Kapazität eines nichtlinearen Bauteils als Funktion der angelegten Spannung bei einer bekannten Vorrichtung;
• Fig. 2 zeigt die Abweichungsschwankung für Übertragungskanäle in einem Funktelefon als Funktion der Steuerspannung, wenn der Synthesizer ein Bauteil mit der Charakteristik von Fig. 1 verwendet;
• Fig. 3 zeigt die Änderung der Kapazität eines nichtlinearen Bauteils als Funktion der angelegten Spannung in eine elektronischen Schaltung gemäß der Erfindung;
• Fig. 4 zeigt die Abweichungsschwankung unter Verwendung einer Kompensation gemäß der Erfindung; und
• Fig. 5 ist die Anordnung einer Grundschaltung eines spannungsgesteuerten Oszillators gemäß der Erfindung.
• Die Fig. 1 und 2 wurden oben in Verbindung mit der Beschreibung des Stands der Technik beschrieben.
• Wenn irgendein Block eines Funktelefons eine negative Spannung geeignete Größe liefern kann, wird die Kapazitätsdiode der Resonatorschaltung im Synthesizer durch diese Spannung vorgespannt. Fig. 3 zeigt, als Kurve 3, die Kapazität des Bauteils als Funktion der Steuerspannung (Kathodenspannung), wenn der Anode der Diode eine Vorspannung von ungefähr -3 V zugeführt wird. Nun ist der Ursprung in Fig. 1 um ein Ausmaß nach rechts verschoben, das der Vorspannung entspricht, wodurch die neue Charakteristikkurve dergestalt ist, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Da die Kapazität nur durch die Spannung an der Diode beeinflusst ist, ist es möglich, dasselbe Ergebnis mit niedriger Kathodenspannung zu erzielen, wie es unter Verwendung einer hohen Kathodenspannung erzielt würde, wenn die Anode nahe am Massepotential der Schaltung liegt. Das Ergebnis ist ein Betrieb im eher linearen Teil der Charakteristik.
• Die Abweichungsschwankung zwischen verschiedenen Kanälen, wie sie durch das spannungsgesteuerte, nichtlineare Bauteil im Synthesizer des Senders verursacht wird, wird unter Verwendung einer Vorspannung gemäß der Erfindung verringert, da die Resonanzfrequenz des Resonators im VCO nun auf lineare Weise abhängig von der Steuerspannung variiert. Fig. 4 skizziert die Abweichungsschwankung 4 als Funktion der Steuerspannung unter Verwendung einer Vorspannung von ungefähr -3 V.
• Fig. 5 zeigt eine elektronische Schaltung in Form eines spannungsgesteuerten Oszillators, der Teil der Synthesizerschaltung in einem Funktelefon ist und der mehrere Bauteile einschließlich eines spannungsgesteuerten Bauteils mit einer Ansprechcharakteristik mit einem im wesentlichen linearen Teil und einem nichtlinearen Teil umfasst. Das nichtlineare Bauteil ist eine Kapazitätsdiode CD. Die Schaltung zeichnet sich durch eine Einrichtung 5 zum Anlegen einer Vorspannung an das nichtlineare Bauteil aus, um das Bauteil in den linearen Teil der Ansprechcharakteristik voreinzustellen.
• Gemäß der Erfindung repräsentiert der durch die gestrichelten Linien gekennzeichnete Block A irgendeine bekannte VCO-Schaltung. Diese verfügt über eine Versorgungsspannung VB, und sie umfasst einen Transistorverstärker 1 und einen Resonatorschaltkreis mit einer Induktivität, z. B. einer Streifenleitung W, und einer Kapazität, die durch die Resonatorkapazität CR, die Kapazitätsdiode CD, die Kopplungskapazität C1 und die Kapazität gegen die Masse des Verstärkers 1 gebildet ist. Der VCO weist die Ausgangsfrequenz f auf. Diese Ausgangsfrequenz kann dadurch gesteuert werden, dass der Kathode der Kapazitätsdiode über die Induktivität L&sub2; eine Gleichspannung VTXC zugeführt wird, deren Stärke die Kapazität der Kapazitätsdiode CD und damit die Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises und die Ausgangsfrequenz f des VCO bestimmt. Die Ausgangsfrequenz f kann unmittelbar moduliert werden, so dass ein Modulationssignal MOD über den Entkopplungskondensator C&sub2; und die Induktivität L&sub1; an einem Punkt P an die Anode der Kapazitätsdiode geliefert wird. Die an der Kapazitätsdiode anliegende Spannung ändert sich mit dem Signal MOD, und dadurch wird das Ausgangssignal des VCO frequenzmoduliert. Das vorstehend Beschriebene ist eine bekannte Schaltung, und das Prinzip ist dem Fachmann wohlbekannt.
• Die Kapazität der Kapazitätsdiode CD wird entsprechend der Kurve in Fig. 1 bestimmt, und da das Potential am Punkt P im wesentlichen dem Massepotential der Schaltung entspricht, bewirkt dies die bereits angegebenen Nachteile. Entsprechend der Erfindung wird so vorgegangen, dass der Punkt P mit einer negativen Spannung geeigneter Größe versorgt wird. Dann verschiebt sich die Charakteristik entsprechend Fig. 3, und es ist möglich, viel niedrigere Werte der Steuerspannung VTXC zu verwenden, um die gewünschte Frequenz f zu erhalten.
• Die Einrichtung zum Anlegen einer Versorgungsspannung umfasst Einrichtungen 2 und 6 zum Kontrollieren der Stärke und der Polarität der Vorspannung.
• Die negative Spannung Vbias kann an jedem geeigneten Punkt im Funktelefon erhalten werden, wenn eine negative Spannung geeigneter Größe verfügbar ist. In der Schaltung der Figur ist die Spannung von -3 V genutzt, die für die Anzeige des Telefons verwendet wird. Diese Spannung wird durch die Oszillatorschaltung 3 aus der Versorgungsspannung VL erzeugt. Der Oszillator erzeugt eine Rechteckwelle mit positivem Spitzenwert, der beinahe der Versorgungsspannung VL entspricht, und einem negativen Spitzenwert, der beinahe -VL entspricht. Diese Rechteckwelle lädt den Kondensator CK während des positiven Halbzyklus. Während des negativen Halbzyklus wird die Spannung des Kondensators CK über die untere Diode des Diodenpaars 2 entladen. Die Entladespannung ist negativ, und der Stabilisierungskondensator CL hält die negative Spannung auf der Entladeleitung.
• Die gewünschte negative Spannung wird durch Spannungsteiler-Widerstände R2 und R3 ausgewählt und als Vorspannung am Punkt P an die Kapazitätsdiode CD geliefert, wodurch es möglich ist, niedrigere Spannungen VTXC zu verwenden. Die großen Kondensatoren C&sub4; und C&sub5; stabilisieren die Vorspannung am Punkt P.
• Wenn eine Batteriespannung unter 7,2 V verwendet wird, macht das Anlegen einer Vorspannung an das spannungsgesteuerte, nichtlineare Bauteil Steuerspannungen gerade über 0,5 V möglich, ohne dass eine programmierbare Korrektur der Abweichungsschwankung erforderlich ist. Dann ist es auch möglich, den VCO-Faktor zu verringern, wodurch Mängel vermieden werden, die durch eine großen Faktor verursacht werden. Gleichzeitig kann die Genauigkeit verringert werden, die bei der Herstellung zum Einstellen der Steuerspannungen erforderlich ist.
• Die Einschwingzeit des Synthesizers vom Zustand mit ausgeschalteter Spannung bis zum gewünschten Kanal ist ebenfalls verkürzt, da der Integrierer auf ein niedrigeres Potential geladen werden kann. Nun ist es z. B. möglich, die VCO-Steuerspannung VTXC zu verringern, die dazu erforderlich ist, den Übertragungskanal mit der niedrigsten Frequenz von 3 V auf 0,5 V zu bilden. Dann liegt die Frequenz des VCO im Zustand mit ausgeschalteter Spannung viel näher an der gewünschten Frequenz. Um den gewünschten Kanal zu erhalten, muss die VCO-Steuerspannung von 0 V auf nur 0,5 V erhöht werden.
• Vorstehend ist beschrieben, wie die Vorspannung aus der Spannung der Anzeige des Telefons erzeugt wird, jedoch kann sie aus der negativen Spannung eines beliebigen anderen Blocks im Telefon erzeugt werden. Wenn eine negative Spannung nicht unmittelbar erhalten werden kann, ist es auch möglich, eine gesonderte Schaltung speziell zum Erzeugen der Vorspannung zu konzipieren. Das Beispiel beschreibt eines nichtlineares Bauteil, das eine Kapazitätsdiode des VCO-Resonatorschaltkreises ist. Die Erfindung ist auch nicht auf eine Synthesizerschaltung beschränkt, sondern sie ist bei jeder Schaltung anwendbar, bei der es erwünscht ist, im linearen Bereich eines nichtlinearen Bauteils zu arbeiten. Die Erfindung schafft Vorteile insbesondere hinsichtlich einer Erhöhung der Geschwindigkeit des Synthesizers wie auch hinsichtlich einfacher Modifizierungen der Software, mit der es möglich ist, eine Abweichungskorrektur zu vermeiden, die Speicherkapazität erfordert.

Claims (9)

1. Spannungssynthesizer zum Erzeugen von Sende- und/oder Empfangsfrequenzen in einem Funktelefon, mit einem spannungsgesteuerten Oszillator mit einer spannungsgesteuerten Kapazitätsdiode mit einer Ansprechcharakteristik mit einem im wesentlichen linearen Teil und einem nichtlinearen Teil, einer Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung und einer Steuerspannung aus einem vorbestimmten Bereich, deren Größe eine Änderung der Kapazität der Diode und der Frequenz des Oszillators des Spannungssynthesizers des Funktelefons bewirkt, an jeweilige Anschlüsse der Kapazitätsdiode, wobei die Vorspannung eine Polarität aufweist, die entgegengesetzt zur Polarität der Spannung mit dem minimalen Wert innerhalb des Bereichs von Steuerspannungen ist, so dass die Kapazitätsdiode in den linearen Teil der Ansprechcharakteristik für den Bereich von Steuerspannungen vorgespannt wird.

2. Spannungssynthesizer nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung zusätzlich eine Spannungsquelle für andere Bauteile der Schaltung bildet.

3. Spannungssynthesizer nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung ausschließlich vorhanden ist, um eine Vorspannung für das nichtlineare Bauteil zu erzeugen.

4. Spannungssynthesizer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung eine Einrichtung zum Kontrollieren der Größe und der Polarität der Vorspannung umfasst.

5. Spannungssynthesizer nach Anspruch 4, bei dem die Steuerungseinrichtung einen Spannungsteiler mit mehreren Widerständen umfasst, die so angeschlossen sind, dass die Größe der an die Kapazitätsdiode angelegten Vorspannung von der Größe der Widerstände abhängt.

6. Spannungssynthesizer nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem die Steuerungseinrichtung mehrere Kondensatoren aufweist, von denen jeder mit einem der jeweiligen Widerstände verbunden ist, um das Ausgangssignal der Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung gegenüber zufälligen Spannungsschwankungen zu stabilisieren.

7. Spannungssynthesizer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steuernde Gleichspannung eine positive Spannung ist und die Vorspannung eine negative Spannung ist.

8. Funktelefon mit einem Spannungssynthesizer nach einem der vorstehenden Ansprüche.

9. Funktelefon nach Anspruch 8, bei dem die Vorspannung durch eine Versorgungsspannung für eine Anzeige des Funktelefons geliefert wird.