DE10209867A1

DE10209867A1 - Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE10209867A1
Application number: DE10209867A
Authority: DE
Inventors: Christoph Sandner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-10-02
Also published as: US20030174024A1; US7187246B2

Abstract

Bei einem spannungsgesteuerten LC-Oszillator (4) werden die Auswirkungen von Versorgungsspannungsschwankungen erfindungsgemäß dadurch verringert, dass dem LC-Oszillator (4) eine Konstantspannungsquelle (3) zugeordnet ist, die den LC-Oszillator (4) mit einer konstanten Spannung versorgt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der LC-Oszillator (4) zusammen mit anderen Schaltungsteilen in einem Halbleiter integriert ist und auf Versorgungsspannungsleitungen (1, 2) ein starkes Rauschen bzw. starke Störungen auftreten. Die Konstantspannungsquelle (3) wird vorteilhafterweise von einem Operationsverstärker (6) mit nachgeschaltetem Treibertransistor (5) gebildet, wobei der Operationsverstärker mit einer Referenzspannung (7) beaufschlagt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der wenigstens eine steuerbare Kapazität als frequenzbeeinflussendes Element und wenigstens eine der steuerbaren Kapazität zugeordnete Induktivität aufweist.

Eine derartige Oszillatorschaltung ist beispielsweise durch die US 6,281,758 bekannt, in der ein LC-Oszillator mit zwei Kapazitätsdioden beschrieben ist. Der LC-Oszillator wird dabei mit einem Konstantstrom gespeist, der von einer von einem Stromspiegel gebildeten Konstantstromquelle geliefert wird. Trotz der Konstantstromquelle wird die Frequenz des LC- Oszillators stark vom Rauschen beeinflusst, was insbesondere bei einer integrierten Schaltungsanordnung von umliegenden Schaltungsteilen erzeugt wird. Um die Empfindlichkeit des LC- Oszillator gegenüber dem Rauschen zu verringern, ist in der US 6,281,758 beschrieben, den Oszillator differenziell auszuführen. Dies bedeutet nachteiligerweise einen hohen Aufwand der Schaltung und eine Einschränkung der verwendbaren Schaltungsvarianten zum Aufbau eines LC-Oszillators.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Oszillatorschaltung mit einem LC-Oszillator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit geringem Aufwand eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Oszillatorschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird der spannungsgesteuerte LC-Oszillator von einer Konstantspannungsquelle gespeist. Vorteilhafterweise ist die Konstantspannungsquelle in unmittelbarer Nähe zum LC-Oszillator angeordnet. Durch die Verwendung der Konstantspannungsquelle wird die Spannungsversorgung des LC- Oszillators von der Schaltungsumgebung entkoppelt, so dass Störungen der Spannungsversorgung beispielsweise durch umliegende Schaltungsteile sich nicht auf die Frequenz des LC- Oszillators auswirken können.

Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der LC-Oszillator zusammen mit anderen Schaltungsteilen in einem Halbleiterbauelement integriert ist. Die Konstantspannungsquelle kann beispielsweise von einem Treiber mit einem niederohmigen Ausgang gebildet werden, der die Konstantspannung zur Versorgung des spannungsgesteuerten Oszillators liefert, wobei ein Eingang des Treibers mit einer konstanten Referenzspannung beaufschlagt wird. Der Eingang des Treibers ist vorteilhafterweise hochohmig, so dass die Referenzspannung mit geringem Aufwand ohne oder nur mit geringen Schwankungen bereitgestellt werden kann. Dazu können beispielsweise RC-Glieder verwendet werden, die als Tiefpass geschaltet sind, wobei auf Grund des hochohmigen Eingangs des Treibers bereits mit kleinen Kapazitäten eine niedrige Eckfrequenz erreicht werden kann. Vorteilhafterweise wird der Treiber aus einem Operationsverstärker gebildet, der in aller Regel über einen sehr hohen Eingangswiderstand verfügt. Einem Operationsverstärker als Treiber kann in einer vorteilhaften Weiterbildung ein einfacher Leistungsverstärker nachgeschaltet sein, um die Belastbarkeit der Konstantspannungsquelle zu erhöhen. Der Leistungsverstärker kann beispielsweise ein Transistor oder ein Feldeffekttransistor sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der spannungsgesteuerte Oszillator weiterhin eine Konstantstromquelle zum Erzeugen eines durch den spannungsgesteuerten Oszillator fließenden Konstantstroms auf. Auf diese Weise können die Auswirkungen von Schwankungen der Betriebsspannung auf die Frequenz des LC-Oszillators weiter verringert werden. Die Konstantstromquelle kann beispielsweise von einem Stromspiegel aus zwei Transistoren, die vorteilhafterweise Feldeffekttransistoren sind, gebildet werden. Dazu wird ein Strompfad des Stromspiegels mit einem Referenzstrom beaufschlagt, so dass der Stromspiegel einen dem Referenzstrom entsprechenden Konstantstrom in einem zweiten Strompfad erzeugt.

Der LC-Oszillator bzw. der LC-Oszillator mit vorgeschalteter Konstantstromquelle werden vorteilhafterweise unmittelbar von der Konstantspannungsquelle mit einer Konstantspannung beaufschlagt.

Da die Reihenschaltung von Oszillator und Konstantstromquelle von der Konstantspannungsquelle mit einer konstanten Spannung versorgt wird, kann die Konstantstromquelle einen Konstantstrom mit geringeren Schwankungen erzeugen, wodurch der spannungsgesteuerte Oszillator besser von den elektrischen Einflüssen anderer Schaltungsteile entkoppelt wird. Da die Konstantstromquelle bereits mit einer konstanten Spannung versorgt wird, kann weiterhin ein gegebenenfalls nötiger Referenzstrom mit geringem Aufwand mit Hilfe eines Widerstands erzeugt werden, der mit einer von der Konstantspannung der Konstantspannungsquelle abgeleiteten Spannung beaufschlagt wird.

Die wenigstens eine steuerbare Kapazität des LC-Oszillators kann beispielsweise eine Kapazitätsdiode sein, kann jedoch auch ein Feldeffekttransistor sein. Weiterhin kann der spannungsgesteuerte Oszillator stromgesteuert sein und einen Spannungs-Strom-Umsetzer aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Oszillatorschaltung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator und einer schematisch angedeuteten Konstantspannungsquelle gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 2 zeigt den Aufbau der Oszillatorschaltung gemäß Fig. 1 mit schematisch angedeutetem spannungsgesteuertem Oszillator.
In Fig. 1 ist der Schaltungsaufbau einer Oszillatorschaltung mit einem spannungsgesteuerten LC-Oszillator 4 dargestellt, wobei die dargestellte Oszillatorschaltung zusammen mit anderen Schaltungsteilen in einem Halbleiter integriert sind. Die Oszillatorschaltung ist mit zwei Versorgungsspannungsleitungen 1, 2 verbunden, an denen eine Versorgungsspannung anliegt. Auf Grund der Integration der Oszillatorschaltung mit weiteren Schaltungsteilen in einem Halbleiter führen die beiden Versorgungsspannungsleitungen 1, 2 keine saubere Versorgungsspannung, sondern werden von einem starken Rauschen bzw. starken Störungen beaufschlagt, die von den weiteren Schaltungsteilen verursacht sind und auf Grund der Integration im Halbleiter nur schlecht unterdrückt werden können.
Die Oszillatorschaltung weist daher eine Konstantspannungsquelle 3 auf, die zwischen die positive Spannungsversorgungsleitung 1 und den spannungsgesteuerten LC-Oszillator 8-11 geschaltet ist, der wiederum mit der negativen Versorgungsspannungsleitung 2 verbunden ist.
Der spannungsgesteuerte LC-Oszillator wird von zwei NHOS- Transistoren 10, zwei PMOS-Transistoren 9 sowie einer Parallelschaltung einer Induktivität 11 und einer Reihenschaltung zweier spannungsgesteuerter Kapazitäten 8 gebildet. Die spannungsgesteuerten Kapazitäten 8 werden von zwei PMOS- Transistoren gebildet, bei denen jeweils die Source- Anschlüsse und die Drain-Anschlüsse miteinander verbunden sind und die beiden Gate-Anschlüsse mit den Enden der Induktivität 11 verbunden sind. Die zwei PMOS-Transistoren 8 besitzen eine n-Wanne, die mit einer positiven Spannung verbunden ist. Die Kapazität der beiden PMOS-Transistoren 8 wird durch die Spannung an einer Frequenzsteuerleitung 16 gesteuert, die sowohl mit den zusammengeschlossenen Drain- Anschlüssen als auch den zusammengeschlossenen Source- Anschlüssen der beiden PMOS-Transistoren 8 verbunden ist. Der LC-Oszillator 8-11 besitzt zwei komplementäre Ausgangsleitungen 14, 15, die jeweils mit einem der beiden Enden der Parallelschaltung der Induktivität 11 mit der Serienschaltung der beiden Kapazitäten 8 verbunden sind.
Darüber hinaus umfasst die LC-Oszillatorschaltung eine Konstantstromquelle 12, die von einem Stromspiegel mit zwei PMOS-Transistoren gebildet wird. Die Konstantstromquelle 12 ist so eingerichtet, dass sie den spannungsgesteuerten LC- Oszillator 8-11 mit einem Konstantstrom beaufschlagt, der einem in einer Stromsteuerleitung 13 der Konstantstromquelle 12 eingeprägten Referenzstrom entspricht. Der Referenzstrom zur Beaufschlagung der Stromsteuerleitung 13 kann in bekannter Weise mittels einer Konstantstromquelle erzeugt werden.
In Fig. 2 ist detailliert die Konstantspannungsquelle 3 dargestellt, die von einem Treiber gebildet wird, der von einer konstanten Referenzspannung an einer Spannungssteuerleitung 7 beaufschlagt wird. Der Treiber wird von einem Operationsverstärker 6 mit einem Treibertransistor 5 gebildet. Der Treibertransistor 5 ist ein PMOS-Transistor, dessen Gate vom Ausgang des Operationsverstärkers 6 angesteuert wird. Der mit dem LC-Oszillator 4 verbundene Anschluss des Treibertransistors 5 ist an den positiven Eingang des Operationsverstärkers 6 rückgeführt, so dass der LC-Oszillator 4 mit einer Konstantspannung beaufschlagt wird, die der Referenzspannung an der Spannungssteuerleitung 7 entspricht.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer Konstantspannungsquelleversorgung eines spannungsgesteuerten LC-Oszillators ist nicht auf den im Ausführungsbeispiel beschriebenen LC- Oszillator beschränkt. Die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben sich bei allgemein jeder Ausbildung eines spannungsgesteuerten Oszillators mit einer Induktivität mit zugeordneter steuerbarer Kapazität.

Claims

1. Oszillatorschaltung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (8-11), der wenigstens eine steuerbare Kapazität (8) als frequenzbeeinflussendes Element und wenigstens eine der steuerbaren Kapazität (8) zugeordnete Induktivität (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsgesteuerte Oszillator (8-11) mit einer Konstantspannungsquelle (3) zur Versorgung des spannungsgesteuerten Oszillators (8-11) verbunden ist.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung eine Konstantstromquelle (12, 13) zum Erzeugen eines durch den spannungsgesteuerten Oszillator (8-11) fließenden Konstantstroms aufweist.

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle (12, 13) einen Stromspiegel aufweist.

4. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantspannungsquelle (3) einen Treiber (5, 6) mit einem niederohmigen Ausgang, der die Konstantspannung zur Versorgung des spannungsgesteuerten Oszillators (8-11) liefert, und mit einem mit einer Konstantspannung (7) beaufschlagbaren Eingang aufweist.

5. Oszillatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantspannungsquelle (3) einen Operationsverstärker (6) aufweist.

6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantspannungsquelle (3) einen dem Operationsverstärker (6) nachgeschalteten Leistungsverstärker (5) aufweist.

7. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Kapazität ein Feldeffekttransistor (8) ist.

8. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Kapazität eine Kapazitätsdiode ist.

9. Oszillatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung mit weiteren Schaltungsteilen in einem Halbleiter integriert ist.