DE3730107A1 - Oszillatorschaltung mit oberflaechenwellenfilter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Oszillator­ schaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patent­ anspruches 1.

Oszillatorschaltungen benötigen im allgemeinen ein schmal­ bandiges Filter als frequenzbestimmendes Element in der Rück­ kopplungsschleife. Im Frequenzbereich von 50 MHz bis 1 GHz können hierfür Oberflächenwellenfilter eingesetzt werden, und zwar entweder als Resonatorfilter oder als sog. Verzögerungs­ leitung. Mit letzteren läßt sich der Einsatzbereich bereits heute schon bis zu 3 GHz erstrecken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte und/ oder vereinfachte Oszillatorschaltung anzugeben, die ein Ober­ flächenwellenfilter als frequenzbestimmendes Element enthält.

Diese Aufgabe wird mit einer Oszillatorschaltung mit den Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Ein Drei-Wandler-Filter ist nicht auf die Anzahl von drei Wandlern beschränkt. Es können zu den drei die Grundidee der Erfindung betreffenden Wandlern noch zusätzliche Wandler hinzugefügt sein.

Für die erfindungsgemäße Lösung nach Patentanspruch 1 wird ein Drei-Wandler-Filter, ausgeführt als Oberflächenwellenfilter, verwendet. Von besonderem Vorteil ist es, für die Erfindung eine Oberflächenwellen-Filteranordnung nach der älteren Patentan­ meldung P 37 09 692.3 (VPA 87 P 1181) zu verwenden. Eine solche Filteranordnung hat den Vorzug nur höchstens geringes kapa­ zitives und/oder induktives Übersprechen zu haben, so daß mit einer solchen Filteranordnung der älteren Anmeldung eine Oszillatorschaltung mit besonders großer Frequenzreinheit zu erhalten ist.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zu den Figuren und insbesondere zu den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Oszillatorschaltung.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Oszillatorschaltung mit einem Drei-Wandler-Filter in Oberflächenwellen-Bauart.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte weitere Ausgestaltung einer er­ findungsgemäßen Oszillatorschaltung, und zwar mit einer Oberflächenwellen-Filteranordnung nach der obengenann­ ten älteren Patentanmeldung.

Fig. 4 zeigt eine noch weitere Ausführungsform.

Fig. 5 zeigt eine besondere Ausgestaltung des Filters.

In Fig. 1 ist mit 1 ein herkömmliches Oberflächenwellenfilter bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 2 ist auf einen Verstärker hingewiesen. Das Element 3 dient zur Leistungsauskopplung und mit 4 ist ein Bandpaß oder Tiefpaß zur Unterdrückung der höheren Harmonischen und auch eventuell nicht harmonischer Signale bezeichnet.

Weitere normalerweise vorgesehene Anpassungselemente sind der Einfachheit halber hier nicht dargestellt. Die Leistungsaus­ kopplung erfolgt entweder mit einem 3-dB-Koppler (z.B. einem Wilkinson-Teiler), der unter Umständen eine weitere Verstärkung des Ausgangssignals überflüssig macht. Es kann auch eine ge­ ringere, z.B. kapazitive Leistungsentnahme vorgesehen sein, wobei das Ausgangssignal nachverstärkt werden muß.

Die Fig. 2 zeigt wieder mit 2 bezeichnet den Verstärker bzw. die Verstärkerstufe. Mit 11 ist ein erfindungsgemäß vorgesehe­ nes Drei-Wandler-Filter bezeichnet. In diesem Filter sind die drei Oberflächenwellenwandler 12, 13 und 14 enthalten, die für die Ausbreitung der akustischen Wellen in diesem Filter 11 in einer Linie angeordnet sind. Die akustische Wechselwirkung zwi­ schen den Wandlern 12 und 13 schließt den Rückkopplungsweg des eigentlichen Oszillatorkreises. Es besteht aber auch akustische Wechselwirkung zwischen dem Wandler 13 und dem Wandler 14 in der Weise, daß von dem Wandler 13 akustische Energie in den Wandler 14 übergeht, und zwar mit genau der Oszillatorfrequenz. Der Wandler 14 ist der Ausgang der erfindungsgemäßen Oszillator­ schaltung nach Fig. 2.

Die Frequenzselektivität einer Oberflächenwellen-Anordnung bzw. eines Oberflächenwellenwandlers 12, 13, 14 beruht auf seinem Aufbau. Ein solcher Wandler besteht bekanntermaßen aus inter­ digitalen Fingerstrukturen, deren Fingeranordnung frequenz­ bestimmend ist. Mit Lambda/2 großen Finger(mitten-)abständen erhält man eine akustische Oberflächenwelle mit eben dieser Wellenlänge Lambda, wenn die Finger alternierend mit den Sammelelektroden verbunden sind. Eine Oberflächenwelle dieser Wellenlänge erhält man auch dann, wenn man eine mit Gruppen­ einteilung verbunden gewählte Fingerperiodizität vorsieht, wie dies in der DE-OS 36 29 418 vom Erfinder der vorliegenden Er­ findung angegeben ist.

Ein solcher Wandler nach der DE-OS 36 29 418 hat den Vorzug, wenigstens weitgehend reflexionsfrei zu sein. Dies bedeutet, daß ein so ausgeführter Wandler und dementsprechend das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Filter keine mehreren Resonanzstellen hat, auf deren Frequenzen die erfindungs­ gemäße Oszillatorschaltung dann wahlweise, insbesondere aber auch umspringend, schwingen könnte.

Eine weitere Möglichkeit, reflexionsfreie Wandler bei einem erfindungsgemäß eingesetzten Drei-Wandler-Filter zu verwenden, ist, Split-Finger-Wandler an sich bekannter Art zu verwenden.

Das Vorhandensein des Filters 11 erübrigt die Verwendung be­ sonderer Auskoppelnetzwerke und nachfolgenden Tief- bzw. Band­ passes. Diese Funktionen erfüllt der dritte Wandler 14.

Fig. 3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Er­ findung, für die eine Oberflächenwellen-Filteranordnung 21 be­ nutzt wird, die in der obengenannten älteren Patentanmeldung schon beschrieben ist. Es handelt sich dabei um eine Filter­ anordnung mit wiederum wenigstens drei Wandlern 22, 23, 24, die jedoch in der Filteranordnung so angeordnet sind bzw. in Bezug zueinander so ausgebildet sind, daß eine solche Oberflächen­ wellen-Filteranordnung kein oder nur noch sehr geringes Über­ sprechen kapazititver und/oder induktiver Art besitzt. Gerade dieses Übersprechen im Rückkopplungskreis ist nämlich ein Schwachpunkt in Oszillatorschaltungen, was zu nicht frequenz­ reinen Oszillator-Ausgangsspannungen führt.

Bezüglich der Einzelheiten einer Oberflächenwellen-Filter­ anordnung der älteren Anmeldung sei auf diese Anmeldung hin­ gewiesen. Es handelt sich dabei um eine Oberflächenwellen- Filteranordnung mit mindestens drei Wandlerstrukturen in longitudinaler Anordnung zueinander. Die eine Wandlerstruktur 22 ist dort als Eingangswandler geschaltet und zwei weitere Wandlerstrukturen 23, 24 sind Ausgangswandler. Es liegt dort zwischen dieser einen Wandlerstruktur und diesen zwei weiteren Wandlerstrukturen, bezogen auf das Eingangssignal und das Ausgangssignal, eine Energieverzweigung in gleich große Energieanteile auf zwei akustische Teilwege vor, wobei in jedem dieser Teilwege eine der weiteren Wandlerstrukturen vor­ liegt. Außerdem ist dort eine Wiederzusammenführung der Aus­ gänge 23′, 24′ dieser zwei Teilwege vorgesehen. Um das Ziel der Vermeidung des Übersprechens zu erreichen, sind bei einer Filteranordnung der älteren Anmeldung die beiden Teilwege der­ gestalt, daß die akustisch übertragenen Ausgangssignale der beiden Ausgangswandler bei der Mittenfrequenz des Filters gegenphasig zueinander sind. Es ist entweder hierfür vorgesehen, daß der akustische Weg zwischen dem einen Wandler 22 und jeweils dem Wandler 23 bzw. 24 verschieden groß ist, und zwar möglichst genau um ein ungradzahliges Vielfaches der Hälfte der akustischen Wellenlänge in dieser Filteranordnung 21. Für diese Ausführungsform sind die Wandler 22, 23 und 24 hinsichtlich der Phase gleich aufgebaut. Die zweite, in Fig. 3 dargestellte Möglichkeit ist, den Abstand zwischen dem Wandler 22 und dem Wandler 23 einerseits und dem Wandler 24 anderer­ seits gleich groß (oder um nur ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge Lambda unterschiedlich) zu machen und dafür zur Erzielung des erforderlichen Phasenunterschieds den Wandler 24 gegenüber dem Wandler 23 so auszugestalten, daß die akustisch übertragenen Ausgangswandler des Wandlers 24 gegenphasig zu denen des Wandlers 23 sind.

Die elektromagnetisch übertragenen Übersprechsignale bleiben davon im wesentlichen unberührt und liegen an den beiden Aus­ gängen mit gleicher Phase an.

Entsprechend der älteren Anmeldung enthält die erfindungsgemäße Oszillatorschaltung nach Fig. 3 den aus den beiden Ver­ stärkerstufen 25 und 26 bestehenden Differenzverstärker 27 (mit phasenentgegengesetzten Eingängen), der hier die beiden zugänglichen Ausgänge 28 und 29 hat. Mit 30 ist die Stromein­ speisung bezeichnet.

Phasengleiches Übersprechen, das auf die Basisanschlüsse der Transistoren 25 und 26 gelangt, wird in dem Differenzverstärker 27 eliminiert. Die über die elektrischen Verbindungen 31 und 32 an die Transistoren 25 und 26 gelangenden, akustisch in den Wandlern 23 und 24 erzeugten Signale werden aber aufgrund ihres Phasenunterschiedes (gemäß der Erfindung der älteren Anmeldung) im Verstärker 27 addiert. Am Ausgang 33 ist eine solche Oszillatorspannung zu erhalten, die allein durch die Frequenz der Filteranordnung 21 bestimmt ist und die keine Störfrequen­ zen enthält, die durch Übersprechen, d.h. durch Übergehen der Frequenzselektion der Filteranordnung 21 im Oszillatorschwing­ kreis entstehen könnte.

Eine Oszillatorschaltung nach der Fig. 3 zeigt geringeres Rauschen.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat eine vorteilhafterweise nur sehr geringe Rückwirkung vom Oszillatorausgang auf den Oszillatorkreis selbst.

Der Differenzverstärker 27 kann auch anders als in der Fig. 3 angedeutet aufgebaut sein. Anstelle von Bipolartransistoren in Emitterschaltung können auch Schaltungen mit Feldeffekttran­ sistoren vorgesehen sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig. 4. Im Prinzip stellt die Ausführungsform nach Fig. 4 eine Kombination der Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 dar. In der Fig. 4 verwendete Bezugszeichen, die mit bereits be­ schriebenen Bezugszeichen der anderen Ausführungsformen gleich sind, haben die gleiche Bedeutung. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist ein Filter 121 mit insgesamt vier Wandlern ver­ wendet, von denen die Wandler 122, 123 und 124 im wesentlichen den Wandlern 22, 23 und 24 entsprechen. Der Wandler 222 ist hier ein Ausgangswandler, nämlich ebenso wie der Wandler 122. Bei dieser Ausführungsform sind die Wandler 123 und 124 Ein­ gangswandler. Die Schaltung der Wandler geht an sich aus der Fig. 4 genügend klar hervor. Die Wandler 122, 123 und 124 sind Bestandteil des Rückkopplungsweges der Oszillatorschaltung nach Fig. 4. Gas Ausgangssignal wird durch die akustische Ober­ flächenwelle im Wandler 222 erzeugt und ist am Anschluß 133 verfügbar.

Fig. 5 zeigt eine weiter ausgestaltete Ausführungsform 500 eines anstelle der Filter 11, 21, 121 zu verwendenden Filters. Die Wandler 502, 503, 504 können die Wandler 12, 13 und 14 bzw. die Wandler 22, 23 und 24 ersetzen. Mit 510 und 511 sind zwei an sich bekannte Reflektorstrukturen bezeichnet. Ein Wandler 500 hat eine (gegenüber einem Wandler 11 oder einem Wandler 21) im Regelfall erhöhte Güte (und kann auch entsprechend schmal­ bandiger sein).

Je nach Anwendungsfall kann vorgesehen sein, daß die Wandler 12 bis 14, 22 bis 24, 122 bis 124 bzw. 125 solche Wandler sind, die im vorgegebenen Durchlaßbereich des Filters reflexionsfrei sind. Solche Wandler sind Split-Finger-Wandler oder Wandler nach der DE-OS 36 29 814. In dieser DE-OS ist ein solcher Wandler beschrieben, bei dem die interdigital angeordneten Fingerelektroden als Gruppen mit einer vorgegeben gleich großen Anzahl von mindestens vier aufeinanderfolgenden Finger­ elektroden ausgebildet sind, die untereinander alternierend mit den Sammelschienen verbunden sind, und jeweils aufeinander­ folgende Gruppen in dem Wandler derart zueinander angeordnet sind, daß diese benachbarten Gruppen zueinander gegenphasig wirksam sind.

Zur Erzielung höherer Güte eines für die Erfindung ver­ wendeten Filters können für die im Filter außenständigen Wandler 12 und 14 bzw. 23 und 24 die akustische Oberflächenwelle re­ flektierende Wandler vorgesehen sein. Es sind dies z.B. Wandler nach der EP-A2-01 76 786 (VPA 84 P 8 076) oder nach der US-PS 45 16 093.

Claims (10)

1. Oszillatorschaltung mit Oberflächenwellenfilter (11, 21) als frequenzbestimmendes Element, gekennzeichnet dadurch, daß das Filter ein Drei-Wandler-Filter (11, 21) ist, dessen Wandler (12, 13, 14; 22, 23, 24) als ein Eingangswandler und zwei Ausgangswandler wirksam sind.

2. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwei (12, 13) der Wandler des Filters (11) im Rückkopplungs­ kreis des Oszillators liegen und der dritte Wandler (14) der Ausgang der Oszillatorschaltung ist (Fig. 2).

3. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das gesamte Oberflächenwellenfilter (21) im Rückkopplungs­ kreis des Oszillators mit Differenzverstärker (27) liegt, wobei der eine Eingang (25) des Differenzverstärkers mit dem einen Ausgangswandler (23) und der andere Eingang (26) des Differenz­ verstärkers mit dem anderen Ausgangswandler (24) des Filters (21) verbunden ist, wobei der eine Ausgang (28) des Differenz­ verstärkers (27) zum eigentlichen Rückkopplungskreis gehört und der andere Ausgang (29) des Differenzverstärkers (27) der Ausgang der Oszillatorschaltung ist. (Fig. 3).

4. Oszillatorschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das gesamte Oberflächenwellenfilter (121) im Rückkopplungs­ kreis des Oszillators mit Differenzverstärker (27) liegt, wobei die Eingänge des Differenzverstärkers (27) mit dem einen Wandler (122) des Filters (121) und die beiden Ausgänge (28, 29) des Differentialverstärkers mit den beiden anderen Wandlern (123, 124) der Drei-Wandler-Anordnung des Filters (121) verbunden sind und daß ein zusätzlicher Ausgangswandler (222) vorgesehen ist, dessen Ausgang (133) der Ausgang der Oszillatorschaltung (Fig. 4) ist.

5. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß im vorgegebenen Durchlaßbereich des Filters (11, 21, 121) reflexionsfrei wirksame Wandler vorgesehen sind.

6. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die reflexionsfreien Wandler Split-Finger-Wandler sind.

7. Oszillatorschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die reflexionsfreien Wandler solche Wandler sind, bei denen die interdigital angeordneten Fingerelektroden als Gruppen mit einer vorgegeben gleich großen Anzahl von mindestens vier aufeinanderfolgenden Fingerelektroden ausgebildet sind, die untereinander alternierend mit den Sammelschienen verbunden sind, und jeweils aufeinanderfolgende Gruppen in dem Wandler derart zueinander angeordnet sind, daß diese benachbarten Gruppen zueinander gegenphasig wirksam sind.

8. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die im Filter (11, 21) außenständig angeordneten Wandler (12, 14, 23, 24) die akustische Welle reflektierende Wandler sind.

9. Oszillatorschaltung nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß diese reflektierenden Wandler Unidirektionalwandler sind.

10. Oszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß das Drei-Wandler-Filter (Fig. 5) zusätzlich wenigstens eine Reflektorstruktur (510, 511) aufweist, die auf die Schwing­ frequenz der Oszillatorschaltung abgestimmt ist.