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Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung, wie im Oberbegriff von
Anspruch 1 dargelegt.
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Eine solche Oszillatorschaltung ist aus JP 55-8160 bekannt.
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Die Oszillationsstufe wird vorteilhaft verwendet, um sowohl das
Oszillationssignal als auch die erste Gleichstromvorspannung zum Ansteuern der Ausgangsstufe
zu erzeugen. Wie beispielsweise in JP 55-8160 umfaßt die Oszillationsstufe gewöhnlich
eine Rückkopplungsschleife, die die Steuerelektrode eines Transistors ähnlich der des
ersten Transistors enthält. Die Steuerspannung dieses Transistors wird verwendet, um
sowohl die erste Gleichstromvorspannung als auch das Oszillationssignal in Form des
Eingangssignals der Ausgangsstufe zuzuführen.
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Im allgemeinen wird das von der Oszillationsstufe erzeugte
Oszillationssignal nicht binär, sondern beispielsweise sinusförmig sein, wenn die Steuerelektrode
des Transistors in der Oszillationsstufe ihr Signal über ein frequenzselektives Netz wie
in JP 55-8160 empfängt. Außerdem wird das Oszillationssignal eine Amplitude haben,
die von teilweise unkontrollierbaren Faktoren abhängen kann, wie IC-Prozeßparametern
oder Umgebungstemperatur.
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Die Aufgabe der Ausgangsstufe ist, aus dem Oszillationssignal ein nahezu
binäres Ausgangssignal abzuleiten. Im Betrieb wird die Ausgangsstufe die
Ausgangsspannung vom ersten Pegel, der nahe der Speisespannung an der ersten Speiseklemme
ist, auf den zweiten Pegel steuern, der nahe der Speisespannung an der zweiten
Speiseklemme ist, und zurück.
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Eine wichtige Eigenschaft des Ausgangssignals ist sein Tastverhältnis,
d. h. der Zeitanteil, in dem es sich auf dem ersten Pegel befindet. Für viele
Anwendungen sollte das Tastverhältnis fest bei 50% liegen. Das Tastverhältnis wird jedoch durch
die relativen Lagen der ersten Gleichstromvorspannung und des Schaltpegels beeinflußt.
Wenn beispielsweise die erste Gleichstromvorspannung in bezug auf den Schaltpegel
erniedrigt wird, wird ein sinusförmiges Eingangssignal für eine kürzere Zeit oberhalb
des Schaltpegels liegen, was ein kleineres Tastverhältnis bewirkt.
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Das Problem, sowohl eine Gleichstromvorspannung als auch ein
Oszillationssignal aus der Oszillationsstufe zu verschaffen, ist somit, daß Nichtlinearitäten in
dem Transistor in der Rückkopplungsschleife normalerweise bewirken, daß die
Amplitude des Oszillationssignals den ersten in der Oszillationsstufe erzeugten
Gleichstromvorspannungspegel beeinflußt. Daher hat die bekannte Oszillatorschaltung den Nachteil,
daß das Tastverhältnis von der Amplitude beeinflußt wird. Da die genaue Amplitude des
Oszillationssignals von teilweise unkontrollierbaren Faktoren abhängt, bedeutet das, daß
das Tastverhältnis auch teilweise unkontrolliert ist.
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GB-A-2 084 421 zeigt eine Oszillatorschaltung ohne Ausgangsstufe, mit
einer Vorspannungsschaltung, die die Oszillationsstufe im Klasse-C-Betrieb hält, wobei
zwei komplementäre Transistoren in der Oszillationsstufe abwechselnd lineare
Verstärkung verschaffen. Dieses Dokument beschreibt nicht, wie ein binäres Signal generiert
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oszillatorschaltung zu
verschaffen, in der das Tastverhältnis zu 50% gemacht ist, nahezu unabhängig von der
Amplitude des Oszillationssignals.
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Die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Oszillatorschaltung Vorspannung erzeugende Mittel zum Generieren einer zweiten
Gleichstromvorspannung an einer Steuerelektrode des zweiten Transistors umfaßt, um in
Abhängigkeit von der Amplitude den Eingangsschaltpegel auf den mittleren Pegel des
Eingangssignals einzustellen. Indem die zweite Gleichstromvorspannung ebenfalls von
der Amplitude abhängig gemacht wird, wird der Schaltpegel selbst von der Amplitude
abhängig gemacht. Insbesondere wird der Schaltpegel auf einen Pegel eingestellt, der
ein Tastverhältnis von 50% liefert, d. h. auf den mittleren Pegel (der üblicherweise der
Pegel ist, der den Bereich von Eingangssignalwerten in eine obere und eine untere
Hälfte unterteilt, die von dem Eingangssignal gleich häufig aufgesucht werden). Somit
wird die Auswirkung der Amplitudenabhängigkeit auf das Tastverhältnis von der ersten
Gleichstromvorspannung kompensiert.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oszillatorschaltung, in der
die Oszillationsstufe eine Teilschaltung umfaßt, die die erste Gleichstromvorspannung
und ihre Abhängigkeit von der Amplitude bestimmt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
zum Generieren der zweiten Gleichstromvorspannung die Vorspannung erzeugenden
Mittel eine komplementäre Schaltung umfassen, die zu der Teilschaltung komplementär
ist, wobei der Kondensator zum Verschaffen äquivalenter Signale in der Teilschaltung
und der komplementären Schaltung angeordnet ist. Somit wird der Teil der
Oszillationsstufe, der für die Abhängigkeit von der Amplitude verantwortlich ist, d. h. die
Teilschaltung, in einer komplementären Version in den Vorspannung erzeugenden Mitteln
kopiert. Die die tatsächliche Oszillation verursachenden Komponenten werden nicht
kopiert. Die Wechselstromkopplung sorgt dafür, daß in der Oszillationsstufe und der
komplementären Schaltung äquivalente Signale auftreten, wodurch die komplementäre
Schaltung somit eine äquivalente Amplitudenabhängigkeit in der zweiten
Gleichstromvorspannung bewirkt. Die Auswirkungen der Amplitudenabhängigkeit der ersten und
zweiten Gleichstromvorspannung auf den Schaltpegel sollten größenmäßig gleich und
einander entgegengesetzt sein. Der Effekt sollte nur in dem Sinne äquivalent sein, daß
es nicht notwendig ist, daß die Amplitudenabhängigkeit der ersten und zweiten
Gleichstromvorspannung selbst gleich ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Oszillatorschaltung umfaßt die
Oszillationsstufe eine erste Rückkopplungsschleife, die eine Steuerelektrode und einen
Hauptstromkanal eines dritten Transistors enthält, dessen Steuerelektrode mit dem
Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt ist. Es ist vorteilhaft, sowohl die erste
Gleichstromvorspannung als auch das Oszillationssignal unter Verwendung der ersten
Rückkopplungsschleife zu verschaffen. Insbesondere ist es das nichtlineare Verhalten eines dritten
Transistors in dieser ersten Rückkopplungsschleife, das für die Abhängigkeit von der
Amplitude verantwortlich ist. Gemäß der Erfindung ist diese Ausführungsform daher
dadurch gekennzeichnet, daß die komplementäre Schaltung eine zweite
Rückkopplungsschleife umfaßt, die eine Steuerelektrode und einen Hauptstromkanal eines vierten
Transistors enthält, dessen Steuerelektrode mit der Steuerelektrode des zweiten Transistors
gekoppelt ist. Insbesondere wird daher der dritte Transistor - wie der vierte Transistor -
in die Vorspannung erzeugenden Mittel kopiert. Die Wechselstromkopplung sorgt dafür,
der dritte und der vierte Transistor äquivalente Wechselstromsignale empfangen. Auf
diese Weise bewirken sie die gleiche Amplitudenabhängigkeit.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Oszillatorschaltung nach dem Stand der Technik;
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Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Oszillatorschaltung;
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Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Oszillatorschaltung.
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Fig. 1 zeigt eine bekannte Oszillatorschaltung mit einer Oszillationsstufe
1 und einer Ausgangsstufe 2.
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Die Oszillationsstufe ist ein Pierce-Oszillator mit einem verstärkenden
Element (in diesem Fall ein NMOS-Transistor 4), das Teil einer Rückkopplungsschleife
ist, die auch ein Rückkopplungsnetzwerk 3 mit einem piezoelektrischen Kristall umfaßt.
Der NMOS-Transistor 4 ist auch mit einem Widerstandselement 5 verbunden
(beispielsweise einem Widerstand oder dem Kanal eines Transistors, dessen Steuergate auf einem
festen Potential liegt), auch in einer Rückkopplungskonfiguration.
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Die Ausgangsstufe 2 ist zwischen zwei Stromversorgungsleitungen 6a, 6b
angeordnet und umfaßt die Reihenschaltung aus einem NMOS-Transistor 8 und einem
PMOS-Transistor 9. Der Ausgang der Ausgangsstufe ist ein Knotenpunkt 10 zwischen
dem NMOS-Transistor 8 und dem PMOS-Transistor 9.
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Das Gate des NMOS-Transistors 4 der Oszillationsstufe 1 ist mit dem
Gate (Anschluß) 7 des NMOS-Transistors 8 verbunden, welches Gate (Anschluß) der
Eingang der Ausgangsstufe 2 ist. Das Gate des NMOS-Transistors 4 der
Oszillationsstufe 1 ist über einen Kondensator 12 mit dem Gate (Anschluß) 11 des PMOS-
Transistors 9 gekoppelt.
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Die Schaltung umfaßt eine als Reihenschaltung aus einem
Widerstandselement 16a und einem als Diode geschalteten PMOS-Transistor 16 ausgeführte
Referenzschaltung 15. Das Gate dieses Transistors ist mit dem Gate eines PMOS-Transistors
17 in einer Stromspiegelkonfiguration mit dem "Dioden"-Transistor 16 verbunden. Das
Gate des "Dioden"-Transistors ist über ein Widerstandselement 18 mit dem Gate 11 des
PMOS-Transistors 9 der Ausgangsstufe gekoppelt.
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Im Betrieb erzeugt die Oszillationsstufe 1 ein Oszillationssignal mit einer
im wesentlichen durch das Rückkopplungsnetzwerk 3 bestimmten Frequenz. Die
Ausgangsstufe 2 wird zum Umsetzen der Oszillationsspannung in eine im wesentlichen
binäre Ausgangsspannung verwendet. Dies soll folgendermaßen erläutert werden.
Bekanntlich hängt der Drain-Source-Strom nur schwach von der Drain-Source-Spannung
ab, wenn die Drain-Source-Spannung eines PMOS- oder NMOS-Transistors oberhalb
eines Sättigungspegels liegt. In diesem Fall wird der Drain-Source-Strom hauptsächlich
durch die Gate-Source-Spannung bestimmt.
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In der Ausgangsstufe 2 empfangen die PMOS- und die
NMOS-Transistoren verschiedenartige Gate-Spannungen; in den meisten Fällen würden diese zu
verschiedenartigen Drain-Source-Strömen führen, wenn die Drain-Source-Spannungen der
beiden Transistoren beide über dem Sättigungspegel lägen. Da jedoch die beiden
Transistoren in Reihe geschaltet sind, müssen sie den gleichen Strom ziehen. Somit muß die
Drain-Source-Spannung eines der Ausgangstransistoren 8, 9, insbesondere des
Transistors, der anderenfalls den größten Strom ziehen würde, unterhalb seines
Sättigungspegels liegen. Daher wird die Spannung am Ausgang 10 immer zwischen Extremwerten
gesteuert, bei denen abwechselnd einer der Transistoren 8, 9 eine
Drain-Source-Spannung unterhalb des Sättigungspegels hat.
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Schalten zwischen den Extremwerten erfolgt, wenn die Gate-Spannungen
solche Werte haben, daß die Drain-Source-Ströme gleich sind, wenn die Drain-Source-
Spannungen beider Transistoren 8, 9 oberhalb des Sättigungspegels liegen. Dies soll als
Schaltbedingung bezeichnet werden. Wenn die Gate-Source-Spannung des
PMOS-Transistors 9 fest ist, wird die Spannung am Ausgangsknotenpunkt 10 umschalten, wenn die
Spannung am Gate (Anschluß) 7 einen Schaltpegel erreicht, der die Schaltbedingung
bewirkt.
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Der Zeitanteil, in dem sich die Spannung am Ausgangsknotenpunkt auf
einem der Extremwerte befindet, wird als Tastverhältnis des Ausgangssignals
bezeichnet. Es ist wünschenswert, daß dieses Tastverhältnis fest ist und nahe 50% liegt. Bei
sehr niedrigen Amplituden des Oszillationssignals wird dies erreicht, indem dafür
gesorgt wird, daß die Gate-Spannungen der Ausgangstransistoren 8, 9 bei nicht
vorhandenem Oszillationssignal so gesetzt werden, daß die Schaltbedingung erfüllt ist.
Folglich wird die Spannung am Gate 7 des NMOS-Ausgangstransistors 8
bei nicht vorhandenem Oszillationssignal auf dem Schaltpegel liegen. Wenn sich das
Oszillationssignal symmetrisch um diesen Pegel herum bewegt, führt das zu einem
Ausgangssignal mit einem Tastverhältnis von 50%.
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Das Oszillationssignal wird jedoch die mittlere Gleichstromvorspannung
am Gate (Anschluß) 7 des Ausgangs-NMOS-Transistors stören. Eine einfache
Illustration hierfür, die als nicht einschränkendes Beispiel gemeint ist, wird weiter unten
gegeben. Ein einfaches Modell für den Drain-Source-Strom des Transistors 4 in der
Oszillationsstufe wird geschrieben als:
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IDS = β(VGS - VT)²
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Der mittlere Drain-Source-Strom Iav des Transistors 4 in der Oszillationsstufe wird
durch die Stromreferenz bestimmt. Der Mittelwert des rechten Gliedes der obigen
Gleichung muß diesem Mittelwert entsprechen:
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Iav/β = (VDC - VT)² + σ²osc
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wobei VDC der Mittelwert der Spannung am Eingang 7, der auch das Gate des
Transistors in der Oszillationsstufe ist, ist, d. h. dessen Gleichstromvorspannung, und σosc
dessen Standardabweichung, d. h. die Amplitude des Oszillationssignals. Da das linke
Glied dieser Gleichung und VT fest sind, muß die Gleichstromvorspannung VDC von
der Amplitude σosc abhängen. Gleichzeitig ist in der Schaltung gemäß Fig. 1 die
Gleichstromvorspannung des PMOS-Transistors in der Ausgangsstufe unabhängig von
der Amplitude. Die Referenzschaltung 15 kann nicht auf das Oszillationssignal
ansprechen, weil dieses Signal durch das Widerstandselement 18 aus der Referenzschaltung 15
heraus gehalten wird (oder höchstens nur in einer sehr abgeschwächten Form mit ihr
gekoppelt ist).
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Daher wird das Tastverhältnis von der Amplitude des Oszillationssignals
abhängen: Schalten wird nur bei der Phase des Oszillationssignals beeinflußt, bei der ihr
Momentanwert die amplitudenabhängige Gleichstromvorspannung am Eingang
(Anschluß) Klemme 7 ausgleicht.
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Gemäß der Erfindung wird die Gleichstromvorspannung am Gate des
PMOS-Transistors 9 der Ausgangsstufe (als zweite Gleichstromvorspannung bezeichnet,
im Gegensatz zur Gleichstromvorspannung am Gate (Anschluß) des NMOS-Transistors,
die im weiteren als erste Gleichstromvorspannung bezeichnet werden soll) eingestellt,
um die Amplitudenabhängigkeit in der ersten Gleichstromvorspannung zu kompensieren.
Wie oben angedeutet, brauchen diese Amplitudenabhängigkeiten nicht gleich zu sein;
wichtig ist, daß in den Drain-Source-Strömen; die auftreten, wenn beide Transistoren 8,
9 eine Drain-Source-Spannung oberhalb des Sättigungspegels haben, gleiche
Amplitudenabhängigkeiten vorliegen.
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Eine Möglichkeit, die zweite Gleichstromvorspannung einzustellen, ist die
Verwendung einer Rückkopplungsschleife, die die Abweichung von einem 50%
-Tastverhältnis mißt und eine zu dieser Abweichung proportionale Spannung zum Gate des
PMOS-Ausgangstransistors rückkoppelt. Eine einfachere Konstruktion nutzt jedoch eine
Vorkopplungsanordnung.
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Dies wird in Fig. 2 dargestellt. Hier umfaßt die Oszillattirschaltung
Vorspannung erzeugende Mittel 20. Eine Wechselstromkopplung 21 ist zwischen der
Oszillationsstufe 1 und den Vorspannung erzeugenden Mitteln 20 angeordnet. Diese
Kopplung liefert das Oszillationssignal an die Vorspannung erzeugenden Mittel, die die
zweite Gleichstromvorspannung für das Gate (Anschluß) 11 des PMOS-Transistors
erzeugen.
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Die Schaltungen sind so angeordnet, daß bei nicht vorhandenem
Oszillationssignal die Ausgangsstufe auf dem Schaltpegel liegt. Dabei handelt es sich um eine
einfache anfängliche Gleichstromeinstellung, die erfordert, daß die Ausgangstransistoren
8, 9 gleiche Ströme ziehen, wenn ihre Drain-Source-Spannungen beide oberhalb des
Sättigungspegels liegen. Das Rückkopplungsnetzwerk 3 läßt nur eine einzelne
Harmonische der Oszillation zum Gate (Anschluß) 7 durch. Also wird das Oszillationssignal
inhärent symmetrische Form haben.
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Die Vorspannung erzeugenden Mittel 20 sind so angeordnet, daß sie die
zweite Gleichstromvorspannung in Abhängigkeit von der über die
Wechselstromkopplung 21 erhaltenen Amplitude erzeugen. Diese Abhängigkeit hat zur Aufgabe, den
Schaltpegel der Ausgangsstufe 2 zu verschieben, wodurch die Auswirkung der
Amplitudenabhängigkeit der ersten Gleichstromvorspannung auf das Tastverhältnis kompensiert
wird.
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Eine einfache Möglichkeit, diese Kompensation zu verschaffen, ist, dafür
zu sorgen, daß der die Amplitudenabhängigkeit der ersten Gleichstromvorspannung
bewirkende Mechanismus in die Vorspannung erzeugenden Mittel kopiert wird. Der
Gedanke dabei ist, daß bei Verwendung von Komponenten mit den gleichen
Nichtlinearitäten wie die Oszillationsstufe und Versorgung dieser Komponenten mit den gleichen
Signalen wie die Oszillationsstufe eine Amplitudenabhängigkeit für die zweite
Gleichstromvorspannung erhalten werden kann, die äquivalent der Amplitudenabhängigkeit der
ersten Gleichstromvorspannung ist.
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Also sind in den Vorspannung erzeugenden Mitteln 20 komplementäre
Kopien von zumindest denjenigen Teilen der Oszillationsstufe 1 enthalten, die für die
Amplitudenabhängigkeit der ersten Gleichstromvorspannung bestimmend sind. Natürlich
ist es nicht notwendig oder wünschenswert, die gesamte Oszillationsstufe zu kopieren.
Insbesondere brauchen die Vorspannung erzeugenden Mittel nicht ihr eigenes
Oszillationssignal zu generieren, weil das Oszillationssignal über die Wechselstromkopplung an
die Kopien geliefert wird. Im Prinzip kann die Wechselstromkopplung, die einen
Kondensator verwendet, vorgesehen werden. Wenn in den Vorspannung erzeugenden
Mitteln mehrere verschiedene Oszillationssignale benötigt werden, kann die
Wechselstromkopplung mehrere Kondensatoren haben.
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Ein Beispiel für das Kopierprinzip wird in Fig. 3 gezeigt. Hier umfaßt
die Oszillationsstufe, die ähnlich der von Fig. 1 ist, eine Rückkopplungsschleife, die
einen NMOS-Transistor 4 und ein zwischen dessen Drain und Gate gekoppeltes
Widerstandselement 5 enthält. Diese Rückkopplungsschleife, und insbesondere die
Nichtlinearität des Transistors, bestimmt die Amplitudenabhängigkeit der ersten
Gleichstromvorspannung. Der Drain-Source-Kanal wird von einer Stromquelle 30 geliefert.
Entsprechend wird eine komplementäre Kopie der ausschlaggebenden Komponenten in den
Vorspannung erzeugenden Mitteln verschafft: sie umfassen eine weitere
Rückkopplungsschleife mit einem Transistor 32 und einem zwischen dessen Drain und Gate
geschalteten Widerstandselement 33. Der Drain-Source Kanal des Transistor wird von einer
Stromquelle 31 geliefert.
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Die Wechselstromkopplung ist auch vorgesehen, welche Kopplung einen
Kondensator 34 verwendet, der dafür sorgen soll, daß nahezu äquivalente
Wechselstromsignale an Elektroden des Transistors 4 in der Oszillationsstufe und ihrer
komplementären Kopie 32 in den Vorspannung erzeugenden Mitteln 20 vorliegen. Die
Wechselstromsignale an den Elektroden werden äquivalente Wechselströme durch den
Kanal des Transistors 4 und dessen komplementäre Kopie 32 bewirken.
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Die Wechselstromkopplung 34 ist auch direkt mit dem Gate des PMOS-
Transistors 9 in der Ausgangsstufe 2 gekoppelt. Folglich wird die Ausgangsstufe auch
empfindlicher auf das Oszillationssignal reagieren, was für bei niedriger Spannung
betriebene Oszillatoren wichtig ist. Dies erhöht auch die Geschwindigkeit des Übergangs
zwischen dem ersten und zweiten Ausgangspegel. Die Verbesserung des
Tastverhältnisses allein würde erhalten, wenn beispielsweise ein weiteres Widerstandselement
zwischen der Wechselstromkopplung und einerseits dem Gate des komplementären
Kopiertransistors 32 und andererseits dem PMOS-Ausgangstransistor 9 angeordnet wäre. In
diesem Fall würde das weitere Widerstandselement verhindern, daß das
Oszillationssignal das Gate des PMOS-Ausgangstransistors 9 erreicht.
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Das Widerstandselement 5, das ein Teil des die Amplitudenabhängigkeit
bewirkenden Mechanismus ist, wird auch als Widerstandselement 33 kopiert. Die
wesentliche Funktion dieses Widerstandselements 33 ist nur, eine
Gleichstromrückkopplung zwischen Source und Gate zu verschaffen. Die Widerstandselemente 5, 33 werden
so groß gewählt, daß sie keinen wahrnehmbaren Wechselstrom ziehen. Somit ist es
nicht notwendig, den genauen Wert des Widerstandselements zu kopieren: es genügt,
wenn sowohl das Widerstandselement 5 als auch seine Kopie 33 groß genug sind, um zu
verhindern, daß ein wahrnehmbarer Wechselstrom fließt.
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Es sei bemerkt, daß die Oszillationsstufe 1 in Kombination mit dem
NMOS-Ausgangstransistor 8 einen ersten Stromspiegel bildet. Das Vorspannung
erzeugende Mittel 20 bildet in Kombination mit dem PMOS-Ausgangstransistor 9 einen
zweiten Stromspiegel. Die Stromquellen 31 und 30 an den Eingangszweigen dieser Spiegel
sind so dimensioniert, daß sie bei nicht vorhandenem Oszillationssignal identische
Ausgangsströme in der Ausgangsstufe erzeugen, wenn die Drain-Source-Spannungen
oberhalb des Sättigungspegels liegen. Um hierfür zu sorgen, können sich die Stromquellen
beispielsweise auf eine gemeinsame Stromreferenz beziehen (entweder über
Stromspiegel oder durch Eingangszweige über ein Stromreferenzelement in Reihe zu schalten).
Bei nicht vorhandenem Oszillationssignal wird die Eingangsklemme (Anschluß) 7 der
Ausgangsstufe 2 auf dem Schaltpegel liegen, wie durch die Tatsache angedeutet wird,
daß die Ausgangszweige identische Ströme führen.
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Das Vorhandensein eines Oszillationssignals in dem Oszillator bewirkt,
daß sich die erste Gleichstromvorspannung verschiebt, wodurch der erste Stromspiegel
eine andere Gleichstromeinstellung erhält. In Kombination mit der Nichtlinearität des
komplementären Kopiertransistors 32 sorgt die Wechselstromkopplung 34 dafür, daß die
Gleichstromeinstellung des zweiten Stromspiegels auch verschoben wird. Insbesondere
die Ausgangsströme sowohl des ersten als auch des zweiten Stromspiegels, die auftreten
würden, wenn die Drain-Source-Spannung beider Ausgangstransistoren oberhalb des
Sättigungspegels läge, müssen um den gleichen Betrag verschoben werden. Natürlich
werden die Beziehungen zwischen dem Ausgangsstrom und den an den Gates liegenden
Spannungen für die Gleichstromvorspannung im allgemeinen für die Transistoren 8, 9
der Ausgangsstufe verschieden sein. Diese Beziehungen können beispielsweise von den
physikalischen Eigenschaften der betreffenden Transistoren und ihrer anfänglichen
Gleichstromeinstellung abhängen. Daher werden die. Amplitudenabhängigkeiten der
ersten und zweiten Gleichstromvorspannung, obwohl sie äquivalent sind, im allgemeinen
unterschiedlich sein; sie sollten nur in dem Sinne äquivalent sein, daß sie zu gleichen
Änderungen im Ausgangsstrom führen.
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Aus dem Vorstehenden wird deutlich sein, daß die Auswirkung der
Amplitude des Oszillationssignals auf das Tastverhältnis des Ausgangssignals durch
Einstellen der zweiten Gleichstromvorspannung am Gate des PMOS-Transistors 9 in der
Ausgangsstufe beseitigt werden kann. Dies kann realisiert werden, indem Vorspannung
erzeugende Mittel 20 mit dem Oszillationssignal versehen werden und diese Mittel
angeordnet werden, um auf die Amplitude des Oszillationssignals in einer Weise
anzusprechen, die der Weise, in der die Oszillationsstufe 1 die erste
Gleichstromvorspannung in Abhängigkeit von der Amplitude verschiebt, äquivalent ist. Insbesondere kann
dies erreicht werden, indem die Vorspannung erzeugenden Mittel mit einer
(komplementären) Kopie zumindest derjenigen Komponenten der Oszillationsstufe versehen
werden, die die Amplitudenabhängigkeit bestimmen.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen und in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsformen. Die Erfindung kann beispielsweise auch
verwendet werden, wenn PMOS- und NMOS-Transistoren vertauscht werden. Die
Erfindung ist keinesfalls auf MOS-Transistoren beschränkt: Bipolartransistoren können
ebensogut verwendet werden. Obwohl eine Pierce-Oszillatoranordnung mit einem
piezo
elektrischen Kristall beschrieben worden ist, wird deutlich sein, daß alternativ auch
Oszillatoren mit anderen bekannten Rückkopplungsausführungen oder beispielsweise mit
einer Induktivität statt eines Kristalls in der Oszillationsstufe verwendet werden können.
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In gleicher Weise können die in der Kombination
Oszillationsstufe/Ausgang und der Kombination Vorspannung erzeugendes Mittel/Ausgang verwendeten
Stromspiegelanordnungen durch eine andere bekannte Stromspiegelanordnung ersetzt
werden. Beispiele sind Stromspiegel mit Source-Folgern (zum Koppeln des
Eingangszweiges mit den Gates der Transistoren), Darlingtons, kaskodierte Stromspiegel usw.
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Die Ausgangsstufe beschränkt sich nicht auf die in der Zeichnung gezeigte
einfache Struktur. Beispielsweise kann sie Teil bekannter Logikgatterstrukturen sein,
wobei andere Transistoren verwendet werden, deren Kanäle in Reihe mit oder parallel
zu den Transistoren der Ausgangsstufe liegen.