NL8902900A - Spanningsgestuurde oscillator. - Google Patents

Spanningsgestuurde oscillator. Download PDF

Info

Publication number
NL8902900A
NL8902900A NL8902900A NL8902900A NL8902900A NL 8902900 A NL8902900 A NL 8902900A NL 8902900 A NL8902900 A NL 8902900A NL 8902900 A NL8902900 A NL 8902900A NL 8902900 A NL8902900 A NL 8902900A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
network
voltage
reactive
input
multiplier
Prior art date
Application number
NL8902900A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Catena Microelect Bv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Catena Microelect Bv filed Critical Catena Microelect Bv
Priority to NL8902900A priority Critical patent/NL8902900A/nl
Priority to ES90203080T priority patent/ES2056369T3/es
Priority to US07/616,400 priority patent/US5126697A/en
Priority to EP90203080A priority patent/EP0434109B1/en
Priority to AT90203080T priority patent/ATE108960T1/de
Priority to DE69010870T priority patent/DE69010870T2/de
Priority to JP2320568A priority patent/JP2622426B2/ja
Publication of NL8902900A publication Critical patent/NL8902900A/nl

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/36Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/366Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device and comprising means for varying the frequency by a variable voltage or current
    • H03B5/368Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device and comprising means for varying the frequency by a variable voltage or current the means being voltage variable capacitance diodes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1209Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier having two current paths operating in a differential manner and a current source or degeneration circuit in common to both paths, e.g. a long-tailed pair.
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1231Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more bipolar transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/1271Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the frequency being controlled by a control current, i.e. current controlled oscillators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/003Circuit elements of oscillators
    • H03B2200/0036Circuit elements of oscillators including an emitter or source coupled transistor pair or a long tail pair
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/003Circuit elements of oscillators
    • H03B2200/004Circuit elements of oscillators including a variable capacitance, e.g. a varicap, a varactor or a variable capacitance of a diode or transistor
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2201/00Aspects of oscillators relating to varying the frequency of the oscillations
    • H03B2201/02Varying the frequency of the oscillations by electronic means
    • H03B2201/0208Varying the frequency of the oscillations by electronic means the means being an element with a variable capacitance, e.g. capacitance diode

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

Spanningsgestuurde oscillator.
De uitvinding heeft betrekking op een spanningsgestuurde oscillator voorzien van een resonant netwerk, een versterker en een reactief netwerk, alle opgenomen in een oscillatorlus, waarbij het reactieve netwerk één of meer reactieve elementen heeft waarvan de waarden afhangen van een aan een stuuringang toegevoerd stuursignaal, zodat de oscillatorfrequentie met dit stuursignaal kan worden geregeld. Een dergelijke spanningsgestuurde oscillator is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 8800119.
Door bij een dergelijke spanningsgestuurde oscillator, die doorgaans als VCO of, in het geval dat het resonante netwerk een kwartskristal is, als VCXO wordt aangeduid, aan de stuuringang een temperatuurafhankelijk signaal aan te bieden kan ook het temperatuur-verloop van de oscillatorfrequentie worden gecompenseerd. Dergelijke oscillatoren zijn als TCO of, in het geval het resonante netwerk een kwartskristal is, als TCXO (temperatuurgecompenseerde kristal-oscillator) bekend.
Het tot het reactieve netwerk behorende variabele reactieve element of variabele reactantie, bijvoorbeeld gevormd door een capaciteitsdiode, kan al dan niet in combinatie met andere reactieve elementen zijn opgenomen in serie met of parallel aan het resonante netwerk, maar kan ook op een andere plaats in de oscillatorlus zijn opgenomen. Het element behoeft niet noodzakelijkerwijs passief te zijn en ook andere actieve reactantieschakelingen komen in aanmerking. In het laatste geval kan de stuurbaarheid worden verkregen door variatie van bijvoorbeeld een versterkingsfactor of een weerstand. De uitvoering zal altijd dusdanig moeten zijn dat de frequentie, waarvoor het imaginaire deel van de rondgaande versterking Ar. in de oscillatorlus gelijk aan nul wordt, kan worden beïnvloed door de waarde van het regelbare reactieve element. Alleen voor deze waarde van het imaginaire deel kan immers aan de eerste oscillatievoorwaarde van Barkhausen, d.i. Im{Ar.}=0, worden voldaan.
De waarden van de reactieve elementen in het reactieve netwerk zijn in het algemeen niet nauwkeurig bekend, afhankelijk van de temperatuur en niet-lineair. Om in de rustsituatie, d.i. bij afwezigheid van stuursignaal, de oscillatorfrequentie nauwkeurig door het resonante netwerk te laten bepalen is het noodzakelijk dat het door de oscillator-versterker en de reactieve elementen van het reactieve netwerk geïntroduceerde imaginaire deel van de lusversterking gelijk aan nul wordt gemaakt. Zoals gebruikelijk gebeurt dit door middel van een afregeling van de elementwaarden van de reactieve elementen in het reactieve netwerk. Deze elementwaarden zijn echter afhankelijk van de temperatuur en hun temperatuurcoëfficiënten zijn aan spreiding onderhevig. Bovendien is het verband tussen elementwaarde en stuursignaal in het algemeen niet lineair en is deze niet-lineariteit eveneens aan spreiding onderhevig.
Om de oscillatorfrequentie op goed gedefinieerde wijze te kunnen sturen, bijvoorbeeld om een lineair verband tusssen stuursignaal en frequentieverandering te realiseren, zoals gewenst in VC(X)0's of om het tempera-tuurverloop van de oscillatorfrequentie te compenseren, zoals gewenst in TC(X)O's, moeten eerst metingen worden verricht om de verbanden tussen stuursignaal en frequentie, c.q. tussen temperatuur en frequentie, te bepalen. Pas wanneer deze verbanden, die wegens de elementspreiding voor iedere oscillator afzonderlijk moeten worden gemeten, bekend zijn, kunnen zodanige correctienetwerken worden ontworpen dat de gewenste lineariteit c.q. temperatuuronafhankelijkheid wordt verkregen. Deze procedures zijn tijdrovend en dus duur.
Bij de uit bovengenoemde octrooiaanvrage bekende spannings-gestuurde oscillator worden de invloed van onnauwkeurigheid, afhankelijkheid van temperatuur en niet-lineariteit van de reactieve elementen voor een goed deel geëlimineerd. Daartoe is het genoemde reactieve netwerk in de oscillator, dat in dit geval een fasedraaiend netwerk is, voorzien van een aparte regellus met een fasedetector die zodanig ontworpen is dat de gevoeligheid van de oscillator nauwkeurig en constant is ook bij verandering van temperatuur. Hiertoe wordt middels de fasedetector aan het fasedraaiende netwerk een fasedraaiing opgedrukt die recht evenredig is met het stuursignaal. Hierdoor wordt de oscillatorfrequentie, en het verloop daarvan met de spanning of stroom van het stuursignaal, geheel bepaald door het resonante netwerk.
Een probleem hierbij echter is dat de kwaliteitsfactor van het resonante netwerk een rol speelt in dit verloop en tevens dat dit verloop niet-lineair is. Daarom is bij de realisatie van een nauwkeurige spanningsgestuurde of temperatuurgecompenseerde (kristal)oscillator volgens dit principe een nauwkeurige beheersing van de kwaliteitsfactor bij de vervaardiging van het resonante netwerk vereist. De beheersing van de reproduceerbaarheid van deze kwaliteitsfactor is in het algemeen buitengewoon moeilijk.
Afhankelijk van de uitvoering van het fasedraaiende netwerk uit deze bekende spanningsgestuurde oscillator kan zich een tweede probleem voordoen. Door wijziging van de fasedraaiing kan het reële deel van de klein-signaal lusversterking sterk variëren. Voor oscillatie moet het reële deel van de rondgaande versterking volgens de tweede voorwaarde van Barkhausen altijd groter zijn dan één. De in de oscillatorlus opgenomen versterker moet dus zodanig zijn ontworpen dat voor alle vereiste fasedraaiingen aan deze tweede voorwaarde wordt voldaan. Het is in de praktijk bekend dat de daarvoor benodigde grote lusversterking ten koste gaat van de korte-termijn stabiliteit.
De uitvinding beoogt deze nadelen en problemen te ondervangen. Dit wordt bij een spanningsgestuurde oscillator van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding aldus bereikt, dat tussen het resonante netwerk en het reactieve netwerk een regellus is aangebracht waarmee het verschil tussen een maat voor het imaginaire deel van de impedantie of admittantie van het resonante netwerk en het als referentiegrootheid fungerende stuursignaal wordt bepaald, met welk verschil het imaginaire deel van de impedantie of admittantie van het reactieve netwerk wordt geregeld.
Bij een voordelige uitvoering volgens de uitvinding is in de regellus een afleidschakeling aangebracht voor het afleiden van de genoemde maat, en een verschilversterker aan de ene ingang waarvan het uitgangssignaal van de afleidschakeling en aan de, als stuuringang fungerende, andere ingang het stuursignaal wordt toegevoerd.
Bij deze uitvoering volgens de uitvinding wordt, in tegenstelling tot de methode bij de bekende spanningsgestuurde oscillator, niet de fase in het fasedraaiende netwerk gemeten en gestuurd door middel van een regellus, maar wordt het imaginaire deel van de impedantie of admittantie van het resonante netwerk door middel van een essentieel anders ingerichte regellus met behulp van het stuursignaal of referentiegrootheid gestuurd. Deze methode heeft het voordeel dat de relatie tussen stuursignaal en frequentieverandering bij zeer goede benadering lineair kan worden gemaakt en de gevoeligheid alleen afhangt van één bij de vervaardiging beter te beheersen parameter van het resonante netwerk.
De uitvinding zal aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin: figuur 1 een voorbeeld toont van een door een LCR-seriekring gevormd resonant netwerk; figuur 2 een voorbeeld toont van een tot de oscillatorlus behorende versterker met een door de bijbehorende terugkoppeling teweeggebrachte negatieve reële weerstand aan de ingang, waarop het resonante netwerk wordt aangesloten; figuur 3 een verdere uitvoeringsvorm toont van de in figuur 2 aangegeven versterker; figuur 4 een voorbeeld toont van een serieschakeling van een serie resonant netwerk en een regelbaar reactief element; figuur 5 een uitvoeringsvorm toont van de spanningsgestuurde oscillator volgens de uitvinding; en figuur 6 een voorbeeld toont van een automatische versterkings-regellus ten gebruike in de spanningsgestuurde oscillator volgens de uitvinding.
Ter illustratie van de oscillator volgens de uitvinding wordt eerst een voorbeeld gegeven voor het geval dat het resonante netwerk wordt gevormd door een LCR seriekring volgens figuur 1. In de oscillatorlus is voorts een versterker Ai opgenomen die van zodanige terugkoppelingen is voorzien dat de poort waarop het resonante netwerk wordt aangesloten een negatieve reële weerstand vertegenwoordigt. Deze basisconfiguratie voor een oscillator met een serie resonant netwerk is uit de literatuur (1) bekend en gegeven in figuur 2. Terwille van de eenvoud wordt verondersteld dat de versterker Ai zich als een ideale nullor gedraagt. De ingangsweerstand aan de resonator poort wordt dan gegeven door
Figure NL8902900AD00051
Door een van de weerstanden te vervangen door een niet-lineaire weerstand wordt de voor een stabiele oscillatoramplitude noodzakelijke begrenzing verkregen. In het voorbeeld wordt dit bereikt door volgens figuur 3 een begrenzende verschilversterkerconfiguratie in plaats van R3 toe te passen. De aan de LCR resonator Zr opgedrukte spanning is nu bij benadering blokvormig en heeft een top-top waarde gelijk aan I0R3. Door de filterende werking van het resonante netwerk is de stroom in dit netwerk vrijwel sinusvormig en daardoor ook de uitgangsspanning. De grootte van de uitgangsspanning wordt voornamelijk bepaald door de serieweerstand van de kring en de grootte van Rn. De Barkhausen voorwaarden voor de oscillatie kunnen in dit geval worden genoteerd als:
Im{Zjr} = 0 R $ R; waarin R*u de klein-signaal waarde van de ingangsweerstand voorstelt en Im{Zr} gegeven wordt door:
Im{Zr} = (10L - 1/u>C)
De oscillatorfrequentie u?0 volgt uit de eerste voorwaarde als δ 02 MO. “·-
De regelbaarheid van de frequentie wordt in dit voorbeeld op de bekende wijze bereikt door een reactieve regelbare component of reactief netwerk Za in serie met de resonator Z*. op te nemen volgens figuur 4.
Een representatief voorbeeld van zo'n component is de capaciteitsdiode. Indien deze diode kan worden gemodelleerd als een spanningsgestuurde capaciteit leidt deze serieschakeling tot dezelfde voorwaarde voor R; de voorwaarde voor Imiz*·} leidt echter nu tot (iUL - 1/u?c) = 1 /«Ca. Met andere woorden, om aan de eerste Barkhausen voorwaarde te voldoen moet het imaginaire deel van de resonatorimpedantie even groet zijn als het imaginaire deel van het reactieve serie-element doch een tegengesteld teken hebben. Zowel het imaginaire deel van de resonatorimpedantie als het imaginaire deel van het reactieve serie-element zijn daarom een maat voor de frequentieverandering.
In figuur 5 is nu een op dit principe gebaseerd uitvoeringsvoor-beeld volgens de uitvinding aangegeven. In dit voorbeeld omvat de oscillatorlus zoals gebruikelijk een resonant netwerk Zr, een versterker A,, en een reactief netwerk Za. Voor de meting van één van beide genoemde imaginaire delen veronderstellen we in dit voorbeeld voorlopig dat de stroom door de serieschakeling van de resonator en het reactieve netwerk constant is. Indien we de stroom noteren als i = ï.sin(idt), dan kan de spanning over de resonator Z*. geschreven worden als ur = ï. | Ζ*.| .sin(u>t + if).
Door de spanning of de stroom in de fasedraaier P een fasedraaiing van π/2 te laten ondergaan en daarna de beide grootheden in een afleidschakeling B met elkaar te vermenigvuldigen verkrijgen we een grootheid yi gegeven door
Figure NL8902900AD00061
Door middel van een laagdoorlatend filter F kan de frequentiecomponent op 2Wworden verwijderd en resteert een signaal
Figure NL8902900AD00062
Omdat i constant is verondersteld is y2 dus een maat voor het imaginaire deel van de resonatorimpedantie Zr.
In een verschilversterker A2 wordt vervolgens het verschil tussen de grootheid y2 en het uitwendige stuursignaal van de oscillator of referentiegrootheid xret versterkt. Opgemerkt zij dat y2 en de referentiegrootheid zowel de dimensie spanning als stroom kunnen hebben, afhankelijk van de uitvoering van de versterker, de vermenigvuldiger en het laagdoorlaatfilter. Het uitgangssignaal y3 van de versterker wordt gebruikt om de waarde van de een of meer reactieve elementen in het reactieve netwerk ΖΛ te beïnvloeden. Is de waarde van de versterking voldoende groot, dan nadert bij een eindig uitgangssignaal van de versterker (stuursignaal van het reactieve element) het verschil tussen ys en de referentiegrootheid tot nul.
Uit het voorgaande wordt duidelijk dat bij toepassing van deze regellus volgens de uitvinding het imaginaire deel van de resonator-impedantie nauwkeurig wordt bepaald door de referentiegrootheid volgens
Im{ZE} = Xref/i2·
Indien xcaf gelijk aan nul wordt gemaakt, wordt ook Imtz*.} gelijk aan nul en is de oscillatorfrequentie nauwkeurig gelijk aan de resonan-tiefrequentie van de resonator. In het huidige voorbeeld betekent dit dat de capaciteit van het bestuurde reactieve element oneindig groot zou moeten worden. Uiteraard is dit een onpraktische situatie. Door echter in dit voorbeeld een zelfinductie in serie met dit element op te nemen kan het imaginaire deel van de reactieve impedantie wel naar nul worden geregeld. De enige voorwaarde om dit te bereiken is dat bij de vereiste waarde van het reactieve element de versterker nog in zijn normale actieve gebied werkt. De onnauwkeurigheid, niet-lineariteit en temperatuurafhankelijkheid van de reactieve elementen in het stuurbare reactieve netwerk spelen hierbij in het geheel geen rol.
Het imaginaire deel van de resonatorimpedantie is door het toepassen van de regellus volgens de uitvinding recht evenredig met de grootheid xr>f· Bij een nauwkeurig bekend verband tussen dit imaginaire deel en de frequentie kan dus een nauwkeurige VCO worden gerealiseerd. Bij toepassing van de resonator volgens het voorbeeld wordt dit verband tussen frequentie en imaginair deel gegeven door
Im{Zr·} = (COL - 1/UC).
In de omgeving van de resonantiefrequentie <4- = 1/VÏC wordt de afgeleide van het imaginaire deel naar Gï gegeven door
Figure NL8902900AD00071
Indien de waarde van L in het reproductieproces goed kan worden beheerst is ook de gevoeligheid van de VCO in de omgeving van cJ*. goed bekend. Voor niet te grote frequentieverandering ten opzichte van «r is bovendien het verband tussen het imaginaire deel en co bij goede benadering lineair. Dit betekent dat ook het verband tussen xref en (O lineair is en dat zonder compensatienetwerken te hoeven toepassen bijvoorbeeld lineaire frequentiemodulatie met een kleine frequentiezwaai kan worden verkregen. Voor het behoud van linear!teit bij een grotere zwaai is de toepassing van een niet-lineariteitscompensatie wel noodzakelijk, doch de regellus volgens de uitvinding heeft ook hier het voordeel dat de aard van de te compenseren niet-lineariteit nauwkeurig bekend is. Het nauwkeurig bekende verband tussen xre< en de oscillator-frequentie biedt voorts de mogelijkheid nauwkeurig het verloop van de oscillatorfrequentie met de temperatuur te compenseren. Hiertoe dient slechts het verloop van de resonantiefrequentie van het resonante netwerk met de temperatuur bekend te zijn. Om een compensatie te bereiken, wordt xref via een geschikt gekozen netwerk afgeleid van een met behulp van een temperatuursensor opgewekt signaal. Aldus ontstaat een nauwkeurige TC(X)0. Het behoeft geen nader betoog dat de tempera-tuurcompensatie kan worden toegepast in combinatie met de eerder genoemde frequentiemodulatie.
Het bovengegeven voorbeeld is slechts bedoeld als een illustratie van de regellus volgens de uitvinding. De regellus is echter geenszins beperkt tot de in het voorbeeld toegepaste specifieke uitvoeringsvormen van de verschillende basisfuncties zoals serie resonant netwerk, het reactieve netwerk, de versterkerconfiguratie, etc. Alle serie en parallel resonante netwerken, en tevens resonatoren die als zodanig kunnen worden gemodelleerd, kunnen als uitgangspunt dienen voor het ontwerp van een oscillator volgens de uitvinding. Het zal duidelijk zijn dat op grond van dualiteit in het geval van parallel resonante netwerken het imaginaire deel van de admittantie moet worden bestuurd om eenzelfde effect te verkrijgen als bij een serie resonant netwerk en dat, waar bij serie resonante netwerken over de spanning, respectievelijk stroom wordt gesproken, dezelfde overwegingen gelden voor stroom, respectievelijk spanning bij parallel resonante netwerken. Kenmerkend voor de uitvinding is steeds dat het imaginaire deel van de resonatorimpedantie of admittantie wordt bestuurd door via een regellus het imaginaire deel van de impedantie of admittantie van een reactief netwerk in de oscillator-lus te besturen en dat in die regellus het verschil van het uitwendige stuursignaal of referentiegrootheid en een maat voor het imaginaire deel van de resonatorimpedantie (of admittantie) of van de impedantie (of admittantie) van het reactieve netwerk wordt versterkt om het stuursignaal voor het reactieve netwerk te vormen.
In het volgende zal ter nadere verduidelijking van de uitvinding worden ingegaan op mogelijke uitvoeringen van specifieke basisfuncties en op mogelijk benodigde extra voorzieningen.
In de uitvoeringsvorm van figuur 5 werd uitgegaan van een serie LCR-resonant netwerk Z*. en een verliesvrij verondersteld stuurbaar reactief netwerk Z&. in dit geval wordt het reële deel van de serie-impedantie van beide netwerken geheel en uitsluitend bepaald door de serieweerstand R van het resonante netwerk. Voor het verkrijgen of afleiden van een maat voor het imaginaire deel van de impedantie van een van beide netwerken is een bepaling van een stroom-spanning relatie noodzakelijk. Deze bepaling, zoals in de afleidschakeling B in fig. 5, kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, in het voorbeeld is er van uitgegaan dat de stroom door de serieschakeling van beide netwerken constant is. Dit uitgangspunt is niet praktisch. Behalve de in het voorbeeld toegepaste vermenigvuldiging kan een maat voor het imaginaire deel uiteraard ook door middel van een deling van een spanning en een stroom worden verkregen. Dit leidt echter niet tot een praktisch eenvoudig te implementeren oplossing. Het constant houden van de stroom of - bij het meten van het imaginaire deel van een admittantie - van een spanning leidt wel tot goed implementeerbare oplossingen. In het algemeen zal echter om deze constantheid te bereiken een aparte voorziening moeten worden getroffen. Zowel compensatietechnieken als terugkoppeltechnieken komen hiervoor in aanmerking. Indien er van uit gegaan wordt dat bijvoorbeeld in een serie resonant netwerk het reële deel van de totale impedantie verandert met de frequentie zowel als met de temperatuur en tevens niet nauwkeurig bekend is, is het toepassen van een terugkoppeltechniek het meest effectief. Ten behoeve van het toepassen van deze terugkoppeling dient een nauwkeurige maat Am voor de stroom door het resonante netwerk te worden verkregen. Het verschil tussen deze maat Am en een referentiegrootheid vre£ wordt versterkt en de stroom door de resonator wordt geregeld met het versterkte signaal. Bij grote versterking wordt het verschil tussen de meetgrootheid en de referentiegrootheid (Am - vref) dan zeer klein en indien de referentiegrootheid vr«f constant en nauwkeurig bekend is, is ook de stroom door de resonator constant en nauwkeurig bekend. Dergelijke regellussen, die een stroom door een impedantie constant houden, maar die uiteraard ook kunnen worden gebruikt om de spanning over een admittantie constant te houden, zijn in de praktijk bekend en worden dikwijls aangeduid als automatische versterkingsregelingen.
In het eerder gegeven voorbeeld van een oscillator volgens de uitvinding kan een dergelijke regeling op eenvoudige wijze worden geïmplementeerd zoals aangegeven in figuur 6. Aan de uitgang van de oscillatorversterker Ai is bijvoorbeeld een signaal beschikbaar dat, indien R-, een nauwkeurige weerstand is, een nauwkeurige maat is voor de stroom. Met behulp van een nauwkeurige amplitudedetector D kan deze wisselspanning in een gelijkspaning worden omgezet. In een versterker A3 met grote versterking wordt het verschil tussen deze gelijkspanning en een referentiespanning vref versterkt en door het uitgangssignaal van deze versterker wordt de stroombron Ia van de begrenzende verschilversterker geregeld.
In het voorbeeld wordt een maat voor het imaginaire deel van de impedantie van het resonante netwerk of van de impedantie van het reactieve netwerk verkregen met behulp van een vermenigvuldigschakeling. Deze schakeling kan zowel een zogenaamde analoge vermenigvuldiger als een zogenaamde schakelende vermenigvuldiger zijn. In het eerste geval wordt het uitgangssignaal evenredig met ï2, zoals in het voorbeeld. In het tweede geval wordt een evenredigheid met i verkregen. De schakelende vermenigvuldiger heeft het voordeel dat het signaal dat aan de ingang, waaraan het in voorbeeld een maat voor de stroom Am wordt toegevoerd, in amplitude begrensd mag zijn. Dit leidt tot een eenvoudige realisatie van het Tt/2 fasedraaiend netwerk. Indien de aan de resonatorstroom gerelateerde grootheid reeds begrensd is, kan de π/2 fasedraaiing worden gerealiseerd door een eenvoudige integrator-schakeling. Het op deze wijze verkregen driehoeksignaal kan dan door opnieuw begrenzen als ingangssignaal voor het schakelende kanaal van de schakelende vermenigvuldigschakeling worden gebruikt. De genoemde implementatiemogelijkheden maken de oscillatorschakeling volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt voor monolitische integratie en daardoor voor goedkope massaproduktie.
(1) "The design of high performance negative feedback oscillators", 1989, Delft University of Technology, van C.A.M. Boon.

Claims (7)

1. Spanningsgestuurde oscillator voorzien van een resonant netwerk, een versterker en een reactief netwerk, alle opgenomen in een oscillatorlus, waarbij het reactieve netwerk één of meer reactieve elementen heeft waarvan de waarden afhangen van een aan een stuuringang toegevoerd stuursignaal, zodat de oscillatorfrequentie met dit stuursignaal kan worden geregeld, met het kenmerk, dat tussen het resonante netwerk en het reactieve netwerk een regellus is aangebracht waarmee het verschil tussen een maat voor het imaginaire deel van de impedantie of admittantie van het resonante netwerk en het als referentiegrootheid fungerende stuursignaal wordt bepaald, met welk verschil het imaginaire deel van de impedantie of admittantie van het reactieve netwerk wordt geregeld.
2. Spanningsgestuurde oscillator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de regellus bevat een afleidschakeling voor het afleiden van de genoemde maat, en een verschilversterker aan de ene ingang waarvan het uitgangssignaal van de afleidschakeling en aan de, als stuuringang fungerende, andere ingang het stuursignaal wordt toegevoerd.
3. Spanningsgestuurde oscillator volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de afleidschakeling een vermenigvuldiger is met een in serie met de ene ingang daarvan opgenomen π/2 fasedraaier, waarmede een over π/2 fasegedraaide maat voor de stroom door, respectievelijk spanning over het resonante netwerk wordt vermenigvuldigd met de spanning over, respectievelijk stroom door dat netwerk, en dat tussen de uitgang van de vermenigvuldiger en de ene ingang van de verschilversterker een laagdoorlaatfilter is opgenomen.
4. Spanningsgestuurde oscillator volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de afleidschakeling een vermenigvuldiger is met een in serie met de ene ingang daarvan opgenomen π/2 fasedraaier, waarmede de over π/2 fasegedraaide spanning over, respectievelijk stroom door het resonante netwerk wordt vermenigvuldigd met een maat voor de stroom door, respectievelijk spanning over dat netwerk, en dat tussen de uitgang van de vermenigvuldiger en de ene ingang van de verschilversterker een laagdoorlaatfilter is opgenomen.
5. Spanningsgestuurde oscillator volgens conclusie 3 en 4, met het kenmerk, waarin de vermenigvuldiger een analoge vermenigvuldiger is.
6. Spanningsgestuurde oscillator volgens conclusie 3 en 4, met het kenmerk, dat de vermenigvuldiger een schakelende vermenigvuldiger is.
7. Spanningsgestuurde oscillator volgens een der voorgaande conclusies, waarin het resonante netwerk een serie- of parallelresonant karakter heeft, met het kenmerk, dat een automatische versterkingsregellus is aangebracht om de stroom door de impedantie of de spanning over de admittantie van het resonante netwerk constant te houden.
NL8902900A 1989-11-23 1989-11-23 Spanningsgestuurde oscillator. NL8902900A (nl)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8902900A NL8902900A (nl) 1989-11-23 1989-11-23 Spanningsgestuurde oscillator.
ES90203080T ES2056369T3 (es) 1989-11-23 1990-11-21 Oscilador controlado en tension.
US07/616,400 US5126697A (en) 1989-11-23 1990-11-21 Voltage controlled oscillator with a resonant network and a reactive network, having a control loop between the networks
EP90203080A EP0434109B1 (en) 1989-11-23 1990-11-21 Voltage-controlled oscillator
AT90203080T ATE108960T1 (de) 1989-11-23 1990-11-21 Spannungsgesteuerter oszillator.
DE69010870T DE69010870T2 (de) 1989-11-23 1990-11-21 Spannungsgesteuerter Oszillator.
JP2320568A JP2622426B2 (ja) 1989-11-23 1990-11-22 電圧制御発振器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8902900 1989-11-23
NL8902900A NL8902900A (nl) 1989-11-23 1989-11-23 Spanningsgestuurde oscillator.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8902900A true NL8902900A (nl) 1991-06-17

Family

ID=19855683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8902900A NL8902900A (nl) 1989-11-23 1989-11-23 Spanningsgestuurde oscillator.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5126697A (nl)
EP (1) EP0434109B1 (nl)
JP (1) JP2622426B2 (nl)
AT (1) ATE108960T1 (nl)
DE (1) DE69010870T2 (nl)
ES (1) ES2056369T3 (nl)
NL (1) NL8902900A (nl)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5534826A (en) * 1994-10-24 1996-07-09 At&T Corp. Oscillator with increased reliability start up
US5663690A (en) * 1996-03-06 1997-09-02 Motorola, Inc. Constant high Q voltage controlled oscillator
US5731744A (en) * 1996-05-28 1998-03-24 Brooktree Corporation Voltage controlled oscillator
US5850163A (en) * 1997-03-31 1998-12-15 Sun Microsystems, Inc. Active inductor oscillator with wide frequency range
US5834983A (en) * 1997-09-30 1998-11-10 Hewlett-Packard Company Wideband oscillator with automatic bias control
US6137375A (en) * 1999-05-28 2000-10-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Loss control loop circuit for controlling the output voltage of a voltage-controlled oscillator
JP2012156946A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Yokogawa Electric Corp 発振回路およびそれを用いた振動式センサ
US8552808B2 (en) * 2011-06-02 2013-10-08 Tektronix, Inc. Apparatus and method for oscillator resonator power control
US10411659B2 (en) * 2018-01-25 2019-09-10 Cree, Inc. RF power amplifier with frequency selective impedance matching network

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2331195A1 (fr) * 1975-11-07 1977-06-03 Cepe Oscillateur a large bande a commande electrique de frequence
FR2487523A1 (fr) * 1980-07-22 1982-01-29 Alsthom Cgee Dispositif de mesure de la puissance reactive monophasee d'un reseau electrique
JPS57204736U (nl) * 1981-06-19 1982-12-27
US4518930A (en) * 1982-07-30 1985-05-21 Rockwell International Corporation Negative resistance circuit for VCO
JPS6063471A (ja) * 1983-09-17 1985-04-11 Tdk Corp 共振インピ−ダンス測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0434109B1 (en) 1994-07-20
US5126697A (en) 1992-06-30
JP2622426B2 (ja) 1997-06-18
EP0434109A1 (en) 1991-06-26
DE69010870D1 (de) 1994-08-25
ES2056369T3 (es) 1994-10-01
ATE108960T1 (de) 1994-08-15
JPH03254507A (ja) 1991-11-13
DE69010870T2 (de) 1995-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7724001B2 (en) Capacitance sensing circuit
US8127603B2 (en) Physical quantity sensor
US20020041217A1 (en) Precision oscillator circuits and methods with switched capacitor frequency control and frequency-setting resistor
NL8902900A (nl) Spanningsgestuurde oscillator.
EP2342818A1 (en) A system and a method for generating an error voltage
US6938462B2 (en) Device for measuring viscosity and/or density
US4775830A (en) Method of and arrangement for measuring low capacitances
US5856762A (en) Phase-locked loop with course providing damping and natural frequency independence
US4916412A (en) Voltage-controlled oscillator using a phase control loop for establishing an accurate idling frequency and temperature stabilized control sensitivity
JP2020204612A (ja) オフセット補償を備えた容量性糸センサ装置
US3978399A (en) Integrating fluxmeter with input current compensation to cancel drift
US4243949A (en) Frequency stabilization technique for microstrip oscillators
US4748852A (en) Transmitter with an improved span adjustment
FR2615672A1 (fr) Oscillateur a resonateur piezo-electrique compense en temperature, a haute purete spectrale et commandable en frequence
JPH0435302A (ja) 電圧制御発振器
CN106788404A (zh) 一种锁相环路频率合成器自动校准电路及方法
JPH04279803A (ja) 測定装置のための動作設定方法
KR930009428B1 (ko) 교류신호 발생장치
Van der Walt A Wien-bridge oscillator with high-amplitude stability
EP0803048B1 (en) Method for electronic compensation of electrical disturbance signals and use thereof
JPH0425771A (ja) 容量検出回路
JPH054633U (ja) Pll回路
JPS61224706A (ja) 電圧制御発振器
JP2534162Y2 (ja) 力率調整装置
SU769419A1 (ru) Кондуктометр