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Dokumentenidentifikation DE69811374T2 18.12.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1006661
Titel Hochfrequenztaktgenerator unter Verwendung eines Referenztaktgenerators
Anmelder Asulab S.A., Marin, CH
Erfinder Casagrande, Arnaud, 2523 Lignières, CH
Vertreter Sparing . Röhl . Henseler, 40237 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69811374
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 27.11.1998
EP-Aktenzeichen 981224439
EP-Offenlegungsdatum 07.06.2000
EP date of grant 12.02.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.2003
IPC-Hauptklasse H03L 7/107

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Hochfrequenztaktgeneratoren.

Hochfrequenztaktgeneratoren werden immer häufiger in elektrischen Schaltungen verwendet. Für die Beschreibung eines solchen Generators wird auch der Begriff des "Synthezisers" verwendet.

Es gibt im betreffenden Stand der Technik zahlreiche Hochfrequenztaktgeneratoren. Das Dokument EP 0 595 377 beschreibt zwei Typen der Synthese einer Hochfrequenz: die sogenannte "direkte" und die sogenannte "indirekte" Synthese.

Es wird angemerkt, daß die vorliegende Beschreibung nur die Generatoren betrifft, die der "indirekten" Synthese zuzuordnen sind.

Fig. 1 der vorliegenden Darstellung zeigt einen Hochfrequenzgenerator 20, der eine "indirekte" Synthese der Art, wie sie in diesem Dokument beschrieben ist, verwirklicht.

Der Generator 20 umfaßt, in Reihe geschaltet, einen spannungsgesteuerten Oszillator O, der ein Signal Vout liefern kann, das eine Frequenz aufweist, die in einem im voraus festgelegten Frequenzbereich enthalten ist, einen Vorteiler P, zwei programmierbare Teiler N und M, einen Phasen- und Frequenzkomparator H und einen Referenzoszillator R, der aus einem Kristall (Quarz) gebildet ist. Außerdem umfaßt der Generator 20 einen Regelkreis zur Phasenregelung, der zwischen den Komparator H und den Oszillator O geschaltet ist, wobei dieser Regelkreis einen Verstärker A und ein Filter F umfaßt. Der Regelkreis ist so beschaffen, daß die Frequenz des Signals Vout im wesentlichen konstant und gleich einer angestrebten Nennfrequenz ist. Es wird angemerkt, daß die Teiler N und M in geeigneter Weise programmiert sind, sodaß die Frequenz des Signals Vout (die gleich (R/M)·N·P) ist) der angestrebten Nennfrequenz entspricht.

Ein Problem, das bei einem solchen Generator angetroffen wird, besteht darin, daß sich insbesondere aufgrund der Instabilität des Referenzoszillators oder auch unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur die tatsächliche Frequenz des Signals Vout wesentlich von der Nennfrequenz unterscheidet. Daraus folgt, daß die Abweichung zwischen der tatsächlichen Frequenz und der Nennfrequenz größer als die für die Anwendung des Generators geforderte Frequenzpräzision wird, was Anwendungen, die eine hohe Frequenzpräzision verlangen, abträglich sein kann.

Zur Veranschaulichung: Ein solcher Generator kann Bestandteil eines Telekommunikationssystems sein, das einen schmalbandigen Übertragungskanal verwendet, beispielsweise in Mobiltelephonen oder in tragbaren Funkfrequenzvorrichtungen. In diesen Fällen ist es notwendig, über einen Generator zu verfügen, der ein Signal liefert, dessen Trägerfrequenz mit einer hohen Präzision bestimmt ist, so daß die Datenübertragung über einem schmalen Frequenzbereich erfolgt. Typisch sollte im Rahmen einer derartigen Anwendung die Frequenzpräzision des Generators in der Größenordnung von wenigen ppm (10&supmin;&sup6;) sein.

Eine Lösung des obenerwähnten Problems besteht darin, einen Kristall (Quarz) zu verwenden, der eine äußerst stabile und konstante Niederfrequenz liefert. Gewöhnlich wird ein Quarz des Typs "AT" verwendet, dessen Frequenzpräzision in der Größenordnung von 2 bis 10 ppm liegt. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 2 eine Kurve 22, welche die Temperaturabhängigkeit der von einem derartigen AT-Quarz gelieferten Trägerfrequenz fR darstellt. Wie Fig. 2 zeigt, bewirkt eine Temperaturänderung ΔT an dem AT-Quarz eine Frequenzänderung ΔfR, die einer Funktion des Typs Polynom dritten Grades mit einem linearen und einem kubischen Term folgt. Demnach kann in einem Temperaturbereich, der zwischen 10 und 50ºC enthalten ist, der AT-Quarz eine Frequenz fR, die im wesentlichen gleich 15 MHz ist, mit einer Präzision in der Größenordnung von 3 kHz liefern (was der obenerwähnten Präzision von 2 bis 10 ppm entspricht).

Ein Nachteil der Verwendung eines solchen AT-Quarzes besteht darin, daß dieser letztere teuer ist und bei hohen Frequenzen gespeist werden muß, was einen hohen Verbrauch an elektrischer Leistung zur Folge hat.

In dem Fall, in dem der Generator Bestandteil eines Zeitmeßsystems ist, das eine Zeitbasis umfaßt, die aus einem CT-Quarz gebildet ist, besteht ein Nachteil der Verwendung eines AT-Quarzes darin, daß das so ausgestattete Zeitmeßsystem zwei Quarze umfaßt, für welche die Lieferung von Niederfrequenzsignalen letzten Endes redundant ist. In diesem Fall wäre es vorzuziehen, den CT-Quarz der Zeitbasis zu verwenden, um den Referenzoszillator des Generators zu bilden, was erlauben würde, die Anzahl der Komponenten des Generators, mit dem ein solches System ausgestattet ist, zu verringern.

Die Verwendung des CT-Quarzes eines Zeitmeßsystems für die Bildung des Referenzoszillators eines Hochfrequenztaktgenerators weist jedoch den Nachteil auf, daß die Verwendung der sehr niedrigen Frequenz dieses Quarzes ein erhöhtes Phasenrauschen über dem Frequenzspektrum des spannungsgesteuerten Oszillators nach sich zieht.

Ein weiterer Nachteil einer solchen Verwendung des CT-Quarzes besteht darin, daß die Frequenzpräzision dieses Quarzes in der Größenordnung von 60 ppm ((10&supmin;&sup6;) liegt, was sich darin zeigt, daß sich die Frequenz über einen Temperaturbereich von 60ºC, der um 25ºC zentriert ist, um 30 kHz verändert, was einer Veränderung entspricht, die zehnmal größer als die eben erwähnte Präzision eines AT-Quarzes (2 bis 10 ppm) ist. Dies ist in dem Fall von Nachteil, in dem der Hochfrequenztaktgenerator verwendet wird, um Daten an einen Übertragungskanal zu übertragen, wie schon weiter oben erwähnt worden ist.

Auf dem Gebiet der Telekommunikation kann auf das amerikanische Patent US 5 384 551 verwiesen werden, das einen Hochfrequenztaktgenerator beschreibt, der schnell verriegelt werden kann und ein schwaches Phasenrauschen aufweist. Dieser Generator umfaßt einen ersten Referenzoszillator, der ein Referenzsignal liefert, und einen zweiten, spannungsgesteuerten Oszillator, der das Hochfrequenzsignal liefert Dieser Generator umfaßt außerdem einen Phasen- und Frequenzkomparator, um das Referenzsignal mit einem Signal zu vergleichen, das aus einem Frequenzteiler für das Hochfrequenzsignal kommt. Der Komparator liefert in einem Regelkreis zwei Steuersignale an ein Filter, damit dieses letztere eine Steuerspannung an den spannungsgesteuerten Oszillator abgibt. In dem Regelkreis empfangen Mittel zur Lieferung eines Zustandssignals ein Zustandssignal des Komparators in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen, die miteinander verglichen werden. Wenn die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen größer als ein festgelegter Schwellenwert ist, wird eine zum Filter komplementäre Schaltung eingeschaltet, um ein schnelles Verriegeln des Regelkreises zu ermöglichen.

Ein Nachteil eines derartigen Generators besteht darin, daß er kein Zeitmeßsystem ausrüsten kann, denn der Referenzoszillator, der insbesondere einen Quarz umfaßt, liefert ein Hochfrequenz-Referenzsignal, das über dem MHz-Bereich liegt, was ein Nachteil ist. Aufgrund dieser Tatsache arbeiten sowohl der Komparator als auch das Filter mit einer Hochfrequenz, wodurch es nicht möglich ist, den Leistungsverbrauch zu verringern.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen Hochfrequenztaktgenerator zu sorgen, der dafür vorgesehen ist, ein Zeitmeßsystem auszurüsten, das eine Zeitbasis umfaßt, die aus einem Quarz vom CT-Typ gebildet ist, wobei dieser Generator die obenerwähnten Nachteile behebt und ein solcher Generator insbesondere ein Signal mit einer Frequenzpräzision liefern kann, die besser als 30 kHz ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen Hochfrequenztaktgenerator zu sorgen, der einen spannungsgesteuerten Oszillator und einen Regelkreis umfaßt und ein Signal mit einer Frequenzpräzision liefern kann, die besser als 30 kHz ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen Hochfrequenztaktgenerator zu sorgen, der einen spannungsgesteuerten Oszillator und einen Regelkreis zur Phasenregelung umfaßt, wobei dieser Generator so beschaffen ist, daß er auf der Nennfrequenz ein schnelles Verriegeln des Regelkreises ermöglicht.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen solchen Generator zu sorgen, der den Nachteil, daß die Verwendung der sehr niedrigen Frequenz des CT-Quarzes ein erhöhtes Phasenrauschen über dem Frequenzspektrum des spannungsgesteuerten Oszillators zur Folge hat, aufhebt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen Hochfrequenztaktgenerator zu sorgen, der ein Hochfrequenzsignal liefern kann, wobei diese Lieferung temperaturunabflängig ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden. Erfindung, besteht darin, für einen solchen Generator zu sorgen, der ein Signal mit einer Frequenzpräzision liefern kann, die besser als 4 kHz ist.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, für einen Hochfrequenztaktgenerator zu sorgen, der den üblichen Anforderungen der Indu¬ strie hinsichtlich des Raumbedarfs und der Kosten genügt.

Diese und weitere Ziele werden durch den Hochfrequenztaktgenerator gemäß Anspruch 1 erreicht.

Die Erfindung hat folglich einen solchen Generator zum Gegenstand, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Referenzquarz von dem Quarz des Zeitmeßsystems gebildet ist, was zum Vorteil hat, daß die teure Verwendung eines für die Synthese der zweiten Frequenz geeigneten Quarzes vom AT-Typ vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil der Bildung des Referenzquarzes aus dem Uhrenquarz besteht darin, daß die redundante Abgabe zweier Niederfrequenzsignale in einem Zeitmeßsystem, wovon eines von der Zeitbasis und das andere von dem Hauptoszillator geliefert wird, vermieden wird, was den üblichen Anforderungen der Industrie hinsichtlich der Kosten des Raumbedarfs und der Rationalisierung entspricht.

Ein weiterer Vorteil der Bildung des Referenzquarzes aus dem Uhrenquarz besteht in der Verringerung der Anzahl der Komponenten des Generators und folglich des Verbrauchs an elektrischer Leistung, was eine Antwort auf das ständige Streben der Industrie nach einer Verringerung des Verbrauchs an elektrischer Leistung darstellt.

Der Generator ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das Filter so ausgestaltet ist, daß es ein Zustandssignal des Regelkreises empfangen kann und in Reaktion darauf so beschaffen ist, daß es die Konfiguration eines Filters mit schmalem (bzw. breitem) Durchlaßband aufweist, wenn der Regelkreis verriegelt (bzw. nicht verriegelt) ist. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß sie eine schnelle Verriegelung des Regelkreises auf der Nennfrequenz ermöglicht. Es wird daran erinnert, daß nämlich je breiter (bzw. schmaler) das Durchlaßband des Filters ist, desto kürzer (bzw. länger) die Verriegelungszeit des Regelkreises ist.

Ein weiterer Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die Verwendung der sehr niedrigen Frequenz des Uhrenquarzes kein Phasenrauschen über dem Frequenzspektrum des sekundären Oszillators nach sich zieht. Es ist in der Tat festzustellen, daß sich die Bandbreite des Filters auf die spektrale Reinheit des sekundären Oszillators auswirkt, da das Phasenrauschen des Uhrenquarzes über der zweiten Frequenz verstärkt wird. Hingegen ist bei einem schmalen Durchlaßband des Filters die Reproduktion des Rauschens über der Trägerfrequenz reduziert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt der Generator außerdem eine Vorrichtung zur thermischen Kompensation, die einen Temperaturfühler, der in der Nähe des Referenzquarzes angeordnet ist, damit er einen Meßwert der Temperatur liefert, und einen ersten Speicher umfaßt, der eine Tabelle für die Zuordnung der Temperaturwerte zu den Werten des ersten Teilungsfaktors enthalten, den Meßwert empfangen und in Reaktion darauf dem ersten Teiler den Wert des ersten Teilungsfaktor liefern kann, der nach der Zuordnungstabelle dem Temperaturwert entspricht, der dem Meßwert am nächsten ist. Ein Vorteil einer derartigen thermischen Kompensationsvorrichtung besteht darin, daß die Lieferung der zweiten Frequenz temperaturunabhängig ist.

Eine Veränderung von 1 am Teilungsfaktor N äußert sich nämlich in einer Veränderung um 4 kHz (d. h. der dem Komparator gelieferten Frequenz f4) beim Vergleich der Frequenz f3.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind der Komparator, das Filter, der sekundäre Oszillator, der erste Teiler und die Mittel, die das Zustandssignal liefern, monolithisch auf einem Halbleitersubstrat verwirklicht. Ein Vorteil einer solchen Ausführung besteht darin, daß der Generator mittels einer Fertigungslinie produziert werden kann, wie sie im allgemeinen in der Halbleiterindustrie verwendet wird.

Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher beim Lesen der ausführlichen Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die lediglich als Beispiel gegeben sind, in Verbindung mit den beigefügten Figuren, wovon

- die schon erwähnte Fig. 1 einen herkömmlichen Hochfrequenztaktgenerator zeigt;

- die schon erwähnte Fig. 2 eine Kurve zeigt, die den Zusammenhang zwischen einer Temperatur und einer Frequenzänderung für einen AT-Quarz veranschaulicht;

- Fig. 3 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Hochfrequenztaktgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

- Fig. 4 ein Filter des Generators von Fig. 3 genauer zeigt;

- Fig. 5 Steuermittel des Filters von Fig. 4 genauer zeigt;

- Fig. 6 eine Kurve zeigt, die den Zusammenhang zwischen einem Effektivwert des Stroms und einer Frequenzdifferenz veranschaulicht;

- Fig. 7 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Hochfrequenztaktgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

- Fig. 8 eine Kurve zeigt, die den Zusammenhang zwischen einer Temperatur und einer Frequenzänderung für einen CT-Quarz veranschaulicht;

- Fig. 9 vier Zeitdiagramme zeigt, die der Funktionsweise des Generators von Fig. 3 zugeordnet sind, und

- Fig. 10 fünf Zeitdiagramme zeigt, die der Funktionsweise des Generators von Fig. 7 zugeordnet sind.

Fig. 3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Hochfrequenztaktgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung, der mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet ist.

Der Generator 50 ist dafür bestimmt, ein (in Fig. 3 nicht gezeigtes) Zeitmeßsystem auszurüsten, das einen Quarz 51a umfaßt, der als Zeitbasis verwendet wird, wobei dieser Quarz ein Signal X1 einer Niederfrequenz f1 liefern kann. Typisch wird der Quarz 51a verwirklicht, indem ein Quarz vom CT-Typ verwendet wird, der geeignet ist, eine Trägerfrequenz (d. h. eine Frequenz f1) zu liefern, die gleich 32 768 Hz ist, wobei ein derartiger Quarz im Uhrenbau als "Uhrenquarz" bezeichnet wird.

Der Generator 50 ist so beschaffen, daß er aus dem Signal X1 ein Signal X2 mit einer höheren Frequenz f2 liefert, die im wesentlichen einer im voraus festgelegten Nennfrequenz f0 (beispielsweise 434 MHz) gleich ist. Es wird angemerkt, daß in der weiteren Beschreibung der Ausdruck "im wesentlichen gleich" mit zwei unterschiedlichen Begriffen im Zusammenhang steht: der Präzision der Frequenz und der Auflösung. Beispielsweise sei die (als Δf/f bezeichnete) Frequenzpräzision des Generators 50 gleich 0,25 ppm gewählt. Folglich ist die Frequenz f2 im Bereich zwischen f0 (1 - Δf/f) und f0 (1 + Δf/f) enthalten, wodurch ein Frequenzbereich definiert ist, in dem die Frequenz f2 als "im wesentlichen gleich" der Nennfrequenz f0 bezeichnet wird. Die Auflösung des Generators 30 ist weiter unten beschrieben.

Wie Fig. 3 zeigt, umfaßt der Generator, in Reihe geschaltet, einen spannungsgesteuerten oder sekundären Oszillator 56, der das Signal X2 liefern kann, das die Frequenz f2 hat, die in dem im voraus festgelegten Frequenzbereich enthalten ist, einen Vorteiler 60, einen Frequenzkomparator 52 und einen Referenz- oder Hauptoszillator 51. Der Generator 50 umfaßt außerdem einen Regelkreis zur Phasenregelung, der zwischen den Komparator 52 und den Oszillator 56 geschaltet ist, wobei dieser Regelkreis ein Filter 54 und Mittel 58 zum Liefern des Zustands des Regelkreises umfaßt.

Der Oszillator 56 ist so beschaffen, daß er eine Steuerspannung U entgegennimmt, die von dem Filter 54 geliefert wird, und in Reaktion darauf das Signal X2 mit der Frequenz f2 liefert, wobei dieses letztere veränderlich ist und von der Steuerspannung U abhängt, wie weiter unten beschrieben ist. Dazu umfaßt der Oszillator 56 eine Steueranschlußklemme 561, um die Steuerspannung U entgegenzunehmen, und eine Ausgangsklemme 562, um das Signal X2 mit der Frequenz f2 abzugeben.

Vorzugsweise ist der Oszillator 56 unter Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators verwirklicht, der im allgemeinen als "VCO" (nach dem aus dem Englischen stammenden Akronym für "Voltage Controlled Oscillator") bezeichnet wird, etwa desjenigen, der von Murata unter der Produktbezeichnung MQE744-430 vertrieben wird. Es wird daran erinnert, daß die Frequenz eines von einem derartigen Oszillator gelieferten Signals durch eine veränderliche Gleichspannung gesteuert wird, die an einem Element anliegt, das die Resonanzfrequenz des Schwingkreises des Oszillators verändert, indem es wie ein einstellbarer Kondensator mit unverzögerter Regelung wirkt (lokal lineares Verhalten des Oszillators VCO). Es wird angemerkt, daß diese veränderliche Gleichspannung in Fig. 3 der Steuerspannung U entspricht.

Der Teiler 60 ist so beschaffen, daß er ein Signal X3 mit einer Niederfrequenz f3 liefert, derart, daß die Frequenz f3 gleich der Frequenz f2 geteilt durch einen im voraus festgelegten Teilungsfaktor N ist. Dazu umfaßt der Teiler 60 eine Eingangsklemme 601, die mit der Klemme 562 des Oszillators 56 verbunden ist, um das Signal X2 entgegenzunehmen, und eine Ausgangsklemme 602, die mit dem Komparator 52 verbunden ist, um das Signal X3 abzugeben.

Typisch wird der Teiler 60 bevorzugt verwirklicht, indem ein Vorteiler mit zwei Modulen gebildet wird, die mit einer sehr hohen Frequenz arbeiten, wobei dieser Vorteiler an sich bekannt ist. Es wird angemerkt, daß der Nennwert N0 des Teilungsfaktors N durch die Frequenzen f0 und f1 festgelegt und für eine gegebene Temperatur To (beispielsweise 25ºC) konstant ist. Beispielsweise ist in dem Fall, in dem die Frequenzen f1 und f0 gleich 32 kHz bzw. 434 MHz sind, der Wert N0 in der Größenordnung von 13 562.

Der Komparator 52 ist so beschaffen, daß er die Frequenz f3 mit der Frequenz f1 vergleicht und im Ergebnis dieses Vergleichs zwei Steuersignale DOWN und UP liefert. Der Komparator 52 kann ferner so beschaffen sein, daß dann, wenn die Frequenz f3 wesentlich höher als die Frequenz f1 ist, die Signale DOWN und UP einem hohen Pegel "1" bzw. einem niedrigen Pegel "0" gleich sind und daß dann, wenn die Frequenz f3 wesentlich niedriger als die Frequenz f1 ist, die Signale DOWN und UP dem Pegel "0" bzw. dem Pegel "1" gleich sind (die Ausdrücke "wesentlich niedriger" und "wesentlich höher" sind weiter unten definiert). Dazu umfaßt der Komparator 52 eine Eingangsklemme 521, die mit dem Referenzoszillator 51 verbunden ist, um das Signal X1 entgegenzunehmen, und eine zweite Eingangsklemme 5222, die an die Klemme 602 des Teilers 60 angeschlossen ist, um das Signal X3 entgegenzunehmen. Der Komparator 52 umfaßt außerdem zwei Ausgangsklemmen 523 und 524, um das Steuersignal DOWN bzw. das Steuersignal UP zu liefern.

Es ist (insbesondere anhand der Fig. 9 und 10) festzustellen, daß die Signale DOWN und UP nicht gleichzeitig auf dem Pegel "0" sind und folglich Wandlungsspitzen (im Englischen "glitch" genannt) enthalten, die in der Lage sind, ein Phasenrauschen herbeizuführen.

Vorzugsweise wird der Komparator 52 verwirklicht, indem ein im entsprechenden Fachgebiet bekannter Phasen- und Frequenzkomparator verwendet wird, der insbesondere in dem Werk "Modern Communication Circuits" von J. Smith, Editions Mac Graw-Hill, ISBN 0-07-066-544-3, S. 308, beschrieben ist.

Der Referenzoszillator 51 ist so beschaffen, daß er den Quarz 51a des Zeitmeßsystems enthält, der das Signal X1 mit der Frequenz f1 liefert. Dazu umfaßt der Referenzoszillator 51 eine (in Fig. 3 nicht gezeigte) Anschlußklemme, um den Quarz 51a elektrisch zu versorgen, und eine Ausgangsklemme 511, die an die Klemme 521 des Komparators 52 angeschlossen ist, um das Signal X1 abzugeben.

Vorzugsweise ist die Verwirklichung des Referenzoszillators 51 aus dem Quarz 51a an sich bekannt und insbesondere in den Dokumenten CH 640 693 und CH 631 047 beschrieben.

Der Fachmann wird feststellen, daß sich eine Veränderung des Teilungsfaktors N um 1 in einer Veränderung um 32 kHz (was dem Wert der Frequenz f1 entspricht, die als Sollwert an den Komparator 52 geliefert wird) beim Vergleich der Frequenz f3 auswirkt, wodurch die Auflösung des Generators 50 bestimmt ist.

Die Mittel 58 zum Liefern des Zustandssignals sind so beschaffen, daß sie ein Zustandssignal (LCK genannt) abgeben, das den Zustand des Regelkreises beinhaltet. Dieser Regelkreis kann nämlich zwei verschiedene Zustände annehmen. Ein sogenannter "Verriegelungszustand" entspricht der Tatsache, daß die Hochfrequenz f2 "im wesentlichen gleich" der Nennfrequenz f0 ist (was gleichbedeutend mit der Tatsache ist, daß die Frequenz f3 "im wesentlichen gleich" der Frequenz f1 ist). Und ein sogenannter "Entriegelungszustand" entspricht der Tatsache, daß die Hochfrequenz f2 nicht "im wesentlichen gleich" der Nennfrequenz f0 ist (was gleichbedeutend mit der Tatsache ist, daß die Frequenz f3 nicht "im wesentlichen gleich" der Frequenz f1 ist).

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Mittel 58, die das Zustandssignal liefern, so beschaffen, daß sie die Signale X1 und X3 aufnehmen und als Antwort das Zustandssignal LCK derart liefern, daß die Frequenzdifferenz f3 - f1 kleiner (bzw. größer) als der Wert f1·Δf/f ist, wobei das Zustandssignal LCK gleich "1" (bzw. "0") ist. Dazu umfassen die Mittel 58, die das Zustandssignal liefern, zwei Eingangsklemmen 581 und 582, die mit der Ausgangsklemme 511 des Referenzoszillators 51 bzw. mit der Klemme 602 des Teilers 60 verbunden sind, um das Signal X1 bzw. das Signal X3 entgegenzunehmen, und eine Ausgangsklemme 583, die an das Filter 54 angeschlossen ist, um das Zustandssignal LCK zu liefern.

Es wird angemerkt, daß die Frequenz f3 im Bereich zwischen f1 (1 - Δf/f) und f1 (1 + Δf/f) enthalten ist, wodurch ein Frequenzbereich definiert ist, in dem die Frequenz f3 als "im wesentlichen gleich" der Sollfrequenz f1 bezeichnet wird. Mit anderen Worten: Der Ausdruck "im wesentlichen gleich" hat für niedrige Frequenzen wie für hohe Frequenzen die gleiche Bedeutung.

Es wird angemerkt, daß der Frequenzkomparator 52, der Teiler 60 und die Mittel 48, die das Zustandssignal liefern, aus einem Bauelement gebildet sein können, das von Fujitsu unter der Produktbezeichnung MB15A16 vertrieben wird.

Das Filter 54 ist so beschaffen, daß es das Zustandssignal LCK und die Steuersignale DOWN und UP empfängt, diese Signale verarbeitet und als Antwort die kontinuierliche Steuerspannung U liefert, derart, daß das Filter 54 ein schmales (bzw. breites) Durchlaßband hat, wenn der Regelkreis verriegelt (bzw. nicht verriegelt) ist. Im vorliegenden Fall ist das Durchlaßband des Filters 54 schmal (bzw. breit), wenn das Zustandssignal LCK gleich "1" (bzw. gleich "0") ist. Dazu umfaßt das Filter 54 zwei Eingangsklemmen 541 und 542, die jeweils mit den Klemmen 523 und 524 des Komparators 52 verbunden sind, um das Signal DOWN bzw. UP entgegenzunehmen, und eine Eingangsklemme 543, die an die Mittel 58, die das Zustandssignal liefern, angeschlossen ist, um das Zustandssignal LCK zu empfangen. Das Filter 54 umfaßt außerdem eine Ausgangsklemme 544, die an die Klemme 561 des Oszillators 56 angeschlossen ist, um die Steuerspannung U zu liefern.

Anhand der Fig. 4 bis 6 wird nun das Filter 54 genauer beschrieben. Es wird angemerkt, daß die Elemente des Filters 54, die im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Wie Fig. 4 zeigt, umfaßt das Filter 54 ein Tiefpaßfilter 62 und Steuermittel 64, die einen Steuerstrom I derart liefern können, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 62 von dem Steuerstrom I abhängt.

Die Steuermittel 64 sind so beschaffen, daß sie das Zustandssignal LCK und die Steuersignale DOWN und UP aufnehmen und als Antwort darauf den Steuerstrom I liefern. Dazu umfassen die Steuermittel 64 drei Eingangsanschlüsse 641 bis 643, die jeweils mit den Anschlüssen 541 bis 543 des Filters 54 verbunden sind, um die Steuersignale DOWN und UP bzw. das Zustandssignal LCK entgegenzunehmen, und einen Ausgangsanschluß 644, der mit dem Tiefpaßfilter 62 verbunden ist, um den Steuerstrom I zu liefern.

Wie in Fig. 5 genauer gezeigt ist, umfassen die Steuermittel 64 zwei Stromquellen 66 und 67, drei Schalter 68 bis 70 und drei Stromspiegel 71 bis 73.

Die Stromquelle 66 ist so beschaffen, daß sie einen Strom i abgibt. Dazu umfaßt die Stromquelle 66 eine Abgabeklemme 661, die mit dem Schalter 68 verbunden ist, um den Strom i zu liefern, und eine Masseklemme 662, die an die Masse des Systems angeschlossen ist. Die Stromquelle 67 ist so beschaffen, daß sie einen Strom 10i liefert. Dazu umfaßt die Stromquelle 67 eine Abgabeklemme 671, die mit dem Schalter 68 verbunden ist, um den Strom 10i zu liefern, und eine Masseklemme 672, die mit der Masse des Systems verbunden ist. Typisch wird jede der Stromquellen 66 und 67 vorzugsweise aus einer herkömmlichen Referenzquelle gebildet, die temperaturunempfindlich ist.

Der Schalter 68 umfaßt eine Eingangsklemme 681, die mit dem Stromspiegel 71 verbunden ist, eine Steueranschlußklemme 682, die mit der Klemme 643 der Steuermittel 64 verbunden ist, um das Zustandssignal LCK zu erhalten, und zwei Ausgangsklemmen 683 und 684, die an die Klemme 661 der Quelle 66 bzw. an die Klemme 671 der Quelle 67 angeschlossen sind. Der Schalter 68 ist so beschaffen, daß er die Klemme 681 mit der Klemme 683 (bzw. mit der Klemme 684) verbindet, wenn das Zustandssignal LCK gleich "1" (bzw. gleich "0") ist. Typisch ist der Schalter 68 bevorzugt aus zwei gegenphasig gesteuerten Transistoren verwirklicht.

Der Stromspiegel 71 umfaßt eine Eingangsklemme 711, die mit der Klemme 681 des Schalters 68 verbunden ist, um den Strom i (bzw. den Strom 10i) zu liefern, und eine Ausgangsklemme 712, um einen Strom I1 zu liefern. Der Stromspiegel 71 ist so beschaffen, daß der Strom I1 eine Kopie des Stroms i (bzw. des Stroms 10i) ist. Typisch wird der Stromspiegel 71 bevorzugt aus zwei Transistoren T1 und T2 vom P-Kanal-MOS-Typ gebildet, wobei vorausgesetzt wird, daß die Anordnung dieser Transistoren an sich bekannt ist.

Der Stromspiegel 72 umfaßt eine mit der Klemme 712 des Stromspiegels 71 verbundene Klemme 721, um den Strom I1 zu liefern, und eine Ausgangsklemme 722, um den Strom I2 zu liefern. Der Stromspiegel 72 ist so beschaffen, daß der Strom I2 eine Kopie des Stroms I1 ist. Typisch wird der Stromspiegel 72 bevorzugt aus dem Transistor T2 und einem Transistor T3 vom P-Kanal-MOS-Typ gebildet, wobei vorausgesetzt wird, daß die Anordnung dieser Transistoren an sich bekannt ist.

Der Stromspiegel 73 umfaßt eine mit der Anschlußklemme 712 des Stromspiegels 71 verbundene Anschlußklemme 731, um den Strom I1 zu empfangen, und eine Ausgangsklemme 732, um einen Strom I3 zu empfangen. Der Stromspiegel 73 ist so beschaffen, daß der Strom I3 eine Kopie des Stroms I1 ist. Typisch wird der Stromspiegel 73 bevorzugt aus zwei Transistoren T4 und T5 vom N-Kanal-MOS-Typ gebildet, wobei vorausgesetzt wird, daß die Anordnung dieser Transistoren an sich bekannt ist.

Der Schalter 69 umfaßt eine Eingangsklemme 691, die mit der Klemme 732 des, Stromspiegels 73 verbunden ist, um das Signal 13 entgegenzunehmen, eine Steueranschlußklemme 692, die mit der Anschlußklemme 641 der Steuermittel 64 verbunden ist, um das Steuersignal DOWN entgegenzunehmen, und eine Ausgangsklemme 693, die mit der Klemme 644 der Steuermittel 64 verbunden ist, um den Strom I liefern zu können. Der Schalter 69 ist so angeordnet, daß er die Klemme 691 mit der Klemme 693 verbindet (bzw. nicht verbindet), wenn das Steuersignal DOWN gleich "1" (bzw. gleich "0") ist. Typisch wird der Schalter 69 bevorzugt aus einem Transistor vom N-Kanal-MOS-Typ verwirklicht.

Der Schalter 70 umfaßt eine Eingangsklemme 701, die an die Klemme 722 des Stromspiegels 72 angeschlossen ist, um das Signal 12 entgegenzunehmen, eine Steueranschlußklemme 702, die an die Klemme 642 der Steuermittel 64 angeschlossen ist, um das Steuersignal UP entgegenzunehmen, und eine Ausgangsklemme 703, die an die Klemme 644 der Steuermittel 64 angeschlossen ist, um den Strom I aufnehmen zu können. Der Schalter 70 ist so angeordnet, daß er die Klemme 701 mit der Klemme 703 verbindet (bzw. nicht verbindet), wenn das Steuersignal UP gleich "1" (bzw. gleich "0") ist. Typisch wird der Schalter 70 bevorzugt aus einem Transistor vorn P-Kanal-MOS-Typ verwirklicht.

Es ist anzumerken, daß der Steuerstrom I einem Stromfluß entspricht, dessen Amplitude ("10i" oder "i") vom Wert des Zustandssignals abhängt und dessen Stromflußrichtung von den Werten der Steuersignale DOWN und UP abhängt (die Vorzeichen "+" und "-" repräsentieren ein Schicken des Stroms I von den Mitteln 64 in Richtung des Filters 62 bzw. vom Filter 62 in Richtung der Mittel 64). Außerdem wird angemerkt, daß der Steuerstrom 1 die Lieferung der Steuerspannung U in Form einer Gleichspannung ohne Phasenrauschen bewirkt.

Das Tiefpaßfilter 62 ist so beschaffen, daß es den Steuerstrom I aufnimmt, eine Grenzfrequenz besitzt, die für den Steuerstrom I repräsentativ ist und als Reaktion die Steuerspannung U abgibt. Dazu umfaßt das Tiefpaßfilter 62 eine Klemme 621, die mit den Steuermitteln 64 verbunden ist, um den Steuerstrom I aufzunehmen, und eine Klemme 622, die mit der Ausgangsklemme 544 des Filters 54 verbunden ist, um die Spannung U zu liefern.

Typisch wird das Tiefpaßfilter 62 aus zwei Kondensatoren C1 und C2 sowie einem Widerstand R1 verwirklicht. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Kondensator C2 zwischen die Klemme 621 und die Masse des Systems geschaltet und der Kondensator C1 ist in Reihe mit dem Widerstand R1 zwischen die Klemme 621 und die Masse des Systems geschaltet.

Nun wird kurz die Funktionsweise des Filters 54 in Verbindung mit dem Komparator 52 anhand der Fig. 6 beschrieben, die eine Kurve 61 zeigt, welche den Zusammenhang zwischen dem Effektivwert leff des Steuerstroms I und der Frequenzdifferenz f3 - f1 zeigt. Es ist zu beachten, daß die Kurve 61 in einem logarithmischen Maßstab dargestellt ist und fünf Abschnitte umfaßt, die fünf Frequenzbereichen "A" bis "E" entsprechen, die weiter unten beschrieben sind.

Wenn die Frequenzdifferenz f3 - f1 kleiner als -f1·Δf/f ist (Bereich "A"), dann ist der Wert leff gleich +10i. Genauso ist dann, wenn die Frequenzdifferenz f3 - f1 größer als +f1·Δf/f ist (Bereich "B"), der Wert leff gleich -10i. Es ist zu beachten, daß die Bereiche "A" und "B" dem Fall entsprechen, in dem der Regelkreis nicht verriegelt ist.

Wenn die Frequenzdifferenz f3 - f1 im Bereich zwischen -f1·Δf/f und +f1·Δf/f enthalten ist, dann geht der Wert leff kontinuierlich von +10i auf -10i über. Es wird angemerkt, daß der Komparator 52 in der Hauptsache einen Frequenzvergleich über den Bereichen "C" und "E" sowie einen Phasenvergleich über dem Bereich "D" liefert, was in einem starken bzw. in einem schwachen Anstieg zum Ausdruck kommt. Außerdem wird angemerkt, daß die Bereiche "C" bis "E" dem Fall entsprechen, in dem die Frequenz f3 "im wesentlichen gleich" der Frequenz f1 ist, d. h. dem Fall, in dem der Regelkreis verriegelt ist.

Um eine Verbesserung zu erzielen, kann der Hochfrequenztaktgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung zur thermischen Kompensation versehen werden.

Es wird daran erinnert, daß sich nämlich die tatsächliche Frequenz f1, die von dem Quarz 51a des Referenzoszillators 51 ausgegeben wird, zeitlich und auch unter dem Einfluß von Veränderungen der Umgebungstemperatur verändert. Beispielsweise kann für einen Zeitmeßsystem-Oszillator, dessen Quarz bei einer Temperatur To von 25ºC mit seiner Nennfrequenz schwingt, der Fehler dieser Frequenz in einem Temperaturbereich von -10 bis +50ºC 60 ppm erreichen.

Für die thermische Kompensation einer Zeitbasis, wie etwa derjenigen des Zeitmeßsystems, das mit dem Generator gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, sind im betreffenden Stand der Technik mehrere Kompensationsschaltungen vorgeschlagen worden, insbesondere in dem Patent US 4 761 771 oder in dem Patent CH 650 122.

Nun wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Generators gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 7 beschrieben, die einen Generator 76 zeigt, der eine thermische Kompensation der von dem Oszillator 56 abgegebenen Frequenz f2 durchführen kann. Die Elemente des Generators 76, die jenen des Generators 50 von Fig. 3 völlig gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet worden.

Wie Fig. 7 zeigt, umfaßt der Generator 76 außerdem einen Speicher 77 und einen Temperaturfühler 78.

Der Fühler 78 ist so beschaffen, daß er die Umgebungstemperatur (d. h. diejenige des Quarzes 51a und der verschiedenen Bauelemente des Generators 76) mißt und einen Meßwert T dieser Temperatur liefert. Dazu ist der Fühler 78 in der Nähe des Quarzes 51 angeordnet und umfaßt eine Ausgangsklemme 781, die mit dem Speicher 77 verbunden ist, um den Meßwert T zu liefern.

Typisch wird der Temperaturfühler bevorzugt verwirklicht, indem ein sogenannter NTC-Widerstand (nach dem englischen Akronym für "Negative Temperature Coefficient") verwendet wird.

Der Speicher 77 ist so beschaffen, daß er eine Zuordnungstabelle zwischen den Hauptwerten Ti der Umgebungstemperatur und den Werten Ni des Teilungsfaktors N enthält. Dazu umfaßt der Speicher 77 eine Eingangsklemme 771, die an die Klemme 781 des Fühlers 78 angeschlossen ist, um den Meßwert T entgegenzunehmen, und eine Ausgangsklemme 772, die mit einer Steueranschlußklemme 603 des Teilers 60 verbunden ist, um an diesen letzteren den Wert Ni zu liefern, der nach der Zuordnungstabelle dem Wert Ti entspricht, der dem Meßwert T am nächsten kommt.

Typisch wird der Speicher 77 bevorzugt unter Verwendung eines Speichers vom Typ EEPROM, der an sich bekannt ist, verwirklicht. Die Zuordnungstabelle ist an die Regelung auf die Frequenz f0 gleich 434 MHz angepaßt, und es wird vorausgesetzt, daß sie aus einer Kalibrierung des Quarzes 51a bekannt ist. Eine derartige Kalibrierung besteht darin, aus den an drei verschiedenen Temperaturwerten ausgeführten Messungen die Parameterkoeffizienten einer dem Quarz 51a eigenen Parabel zu bestimmen. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 8 eine Kurve 23, welche die Temperaturabhängigkeit der von dem Quarz 51a gelieferten Frequenz f1 darstellt. Wie Fig. 8 zeigt, bewirkt eine Temperaturänderung ΔT an dem CT-Quarz eine Veränderung der Frequenz Δf1 nach einer Funktion quadratischen Typs. Es wird angemerkt, daß die Kurve 23 ermöglicht, die Frequenzwerte f1i des Quarzes 51a zu bestimmen, die den Werten Ti entsprechen, und daß die Werte Ni, die in der Zuordnungstabelle enthalten sind, gleich (N0·f1/f1i) sind.

Der Fachmann wird feststellen, daß eine solche Charakteristik des Quarzes 51 ermöglicht, eine Kalibrierung in bezug auf die Temperatur und die Frequenz dieses Quarzes zu liefern, d. h. die Position des Scheitels der parabelförmigen Kurve 23 zu bestimmen. Die Position dieses Scheitels kann sich nämlich bei gleichem Typ von einem Quarz zum anderen derart unterscheiden, daß die entsprechende Präzision der Frequenz im Bereich zwischen 0 und 60 ppm enthalten ist. Folglich verwirklicht der Generator 76, der eine thermische Kompensation verwirklicht, außerdem eine Frequenzkalibrierung.

Um eine Verbesserung zu erzielen, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, kann der Generator 76, einen zwischen den Referenzoszillator 51 und den Komparator 52 geschalteten Teiler 79 umfassen, der so beschaffen ist, daß er an diesen letzteren ein Signal X4 mit einer Frequenz f4 (beispielsweise 4 kHz) abgibt, die gleich der Frequenz f1 (d. h. 32 kHz) dividiert durch einen Teilungsfaktor N2 (beispielsweise 8) ist. Dazu umfaßt der Teiler 79 eine Eingangsklemme 791, die mit der Klemme 511 des Referenzoszillators 51 verbunden ist, und eine Ausgangsklemme 792, die an die Klemme 521 des Komparators 52 angeschlossen ist. Typisch wird der Teiler 79 vorzugsweise verwirklicht, indem eine an sich bekannte Teilerschaltung verwendet wird.

Der Fachmann wird feststellen, daß ein Vorteil der Ausführung des Teilers 59 darin besteht, daß er die Frequenz f4 (d. h. einen Sollwert, der kleiner als die Frequenz f1 ist) liefert, wodurch dem Generator 76 eine verbesserte Auflösung verliehen wird. Eine Änderung des Teilungsfaktors N um 1 äußert sich nämlich in einer Änderung um 4 kHz (d. h. der Frequenz f4, die dem Komparator 52 zugeführt wird) beim Vergleich der Frequenz f3.

Nun wird die Funktionsweise des Generators 50 anhand der Fig. 9, die vier Zeitdiagramme 81 bis 84 zeigt, sowie die Funktionsweise des Generators 76 anhand der Fig. 10, die fünf Zeitdiagramme 91 bis 95 zeigt, beschrieben.

Es wird angemerkt, daß Fig. 9 die Regelung der Frequenz f2 auf die Nennfrequenz f0 ohne Berücksichtigung einer Temperaturänderung zeigt, während Fig. 10 die Regelung der Frequenz f2 auf die Nennfrequenz f0 nach einer Temperaturänderung zeigt.

Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß die Zeitdiagramme 81 bis 84 der Frequenz f2 bzw. den Signalen LCK, DOWN und UP zugeordnet sind.

Es wird das zwischen einem Anfangszeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t1 enthaltene Zeitintervall betrachtet, in dem die Frequenz f2 niedriger als f0·(1 - Δf/f) ist. Daraus folgt, daß die Frequenz f3 niedriger als f1·(1 - Δf/f) ist. Anders ausgedrückt: Der Regelkreis ist nicht verriegelt, und dieser Zustand entspricht dem Fall "A" der Fig. 6. Folglich ist das Zustandssignal LCK gleich "0", das Steuersignal DOWN ist gleich "0", und das Steuersignal UP ist gleich "1". Das hat zur Folge, daß der Wert leff gleich +10i ist und die Frequenz f2, die von dem Referenzoszillator 51 geliefert wird, in der Tendenz in Richtung des Nennwertes zunimmt.

Es wird das zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 enthaltene Zeitintervall betrachtet, in dem die Frequenz f2 höher als f0·(1 - Δf/f), jedoch niedriger als f0·(1 + Δf/f) ist. Das hat zur Folge, daß die Frequenz f3 höher als f1·(1 - Δf/f), jedoch niedriger als f1·(1 + Δf/f) ist. Anders ausgedrückt: Der Regelkreis ist verriegelt, und dieser Zustand entspricht dem Fall "C" bis "E" der Fig. 6 (es ist zu beachten, daß das zwischen den Zeitpunkten t11 und t13 enthaltene Zeitintervall dem Fall "D" der Fig. 6 entspricht). Demnach ist das Zustandssignal LCK gleich "1", das Steuersignal DOWN ist gleich "0", und das Steuersignal UP ist gleich "1". Daraus ergibt sich, daß die Frequenz f2 im wesentlichen der Nennfrequenz f0 gleich ist.

Es wird das zwischen dem Zeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3 enthaltene Zeitintervall betrachtet, in dem die Frequenz f2 höher als f0·(1 + Δf/f) ist. Dies hat zur Folge, daß die Frequenz f3 höher als f1·(1 + Δf/f) ist. Anders ausgedrückt: Der Regelkreis ist nicht verriegelt, und dieser Zustand entspricht dem Fall "B" der Fig. 6. Demnach ist das Zustandssignal LCK gleich "0", das Steuersignal DOWN ist gleich "1", und das Steuersignal UP ist gleich "0". Daraus folgt, daß der Wert leff gleich +10i ist und die Frequenz f2, die von dem Referenzoszillator 51 geliefert wird, in der Tendenz in Richtung des Nennwertes f0 abnimmt.

Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß die Zeitdiagramme 91 bis 95 der Umgebungstemperatur T, dem Teilungsfaktor N bzw. den Signalen UP, DOWN und LCK zugeordnet sind. In der weiteren Beschreibung wird angenommen, daß der Regelkreis verriegelt ist, d. h. daß vom Generator 76 der Verriegelungszustand aufrechterhalten wird. Folglich sind die Signale UP und DOWN gleich "0" (und enthalten Wandlungsspitzen), und das Zustandssignal LCK ist gleich 1.

Es wird ein Anfangszeitpunkt t4 betrachtet, zu dem die Temperatur T gleich 25ºC ist. Nach der Hypothese ist zum Zeitpunkt t4 die Frequenz f2 im wesentlichen der Nennfrequenz f0 gleich, und der Teilungsfaktor N ist dem Nennwert N0 gleich. Anders ausgedrückt: Die Werte f1, N0 und f0 sind durch folgende Relation miteinander verknüpft: N0·f1 = f0.

Angenommen, die Temperatur T beginnt ab dem Zeitpunkt t4 anzusteigen und erreicht zum Zeitpunkt t45 den Wert Ti. Dann folgt nach der Kurve 23 der Fig. 8, daß die von dem Quarz 51a gelieferte Frequenz f1 niedriger zu werden beginnt, d. h. einem Wert f1i gleich ist, der niedriger als die Frequenz f1 (jedoch gemäß der Hypothese höher als f1·(1 - Δf/f)) ist. Daraus folgt außerdem, daß der Fühler 78 den Temperaturwert Ti an den Speicher 77 liefert. In Reaktion darauf liefert der Speicher 77 dem Teiler 60 den Wert Ni, der dem Wert Ti zugeordnet ist, d. h. Ni = N0·f1/f1i. Folglich wird die Frequenz f3 gleich f1i, da N0·f1 = f0 ist. Und der Komparator 52 empfängt folglich die Signale X1 und X3, deren Frequenzen jeweils gleich f1i betragen. Daraus ergibt sich, daß die Frequenz f2 im wesentlichen der Nennfrequenz f0 gleich ist.

In dem Zeitintervall, das zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 enthalten ist, steigt die Temperatur T an, und die Situation ist ähnlich derjenigen zum Zeitpunkt t4, so daß die Frequenz f2 weiterhin der Nennfrequenz f0 gleich bleibt.

In dem Zeitintervall, das zwischen dem Zeitpunkt t5 und einem Zeitpunkt t6 enthalten ist, sinkt die Temperatur T. Daraus ergibt sich nach der Kurve 23 der Fig. 8, daß die von dem Quarz 51a gelieferte Frequenz höher zu werden beginnt. Die Situation ist spiegelgleich zu derjenigen zum Zeitpunkt t4, so daß die Frequenz f2 weiterhin im wesentlichen gleich der Nennfrequenz f0 bleibt.

Für den Fachmann ist selbstverständlich, daß die oben gegebene ausführliche Darstellung verschiedene Veränderungen erfahren kann, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann, wobei auf Fig. 3 Bezug genommen wird, der Teiler 60 mit einem Speicher versehen werden, der mehrere Werte für Teilungsfaktoren N enthält, die mehreren Werten der Nennfrequenz f0 entsprechen, so daß der so ausgestattete Generator 50 mit mehreren Übertragungskanälen verwendet werden kann.


Anspruch[de]

1. Hochfrequenztaktgenerator (50; 76) für ein Uhrsystem, das einen Kristall (51a) als Zeitbasis verwendet,

wobei dieser Generator umfaßt:

- einen ersten Oszillator (51) zum Liefern eines ersten Signals (X1) mit einer ersten Frequenz (f1);

- einen zweiten Oszillator (56) zum Empfangen einer Steuerspannung (U) und zum Liefern eines zweiten Signals (X2) mit einer hohen Frequenz oder zweiten Frequenz (f2) in Reaktion darauf;

- einen ersten Teiler (60) zum Empfangen des zweiten Signals und Liefern eines dritten Signals (X3) mit einer niedrigen Frequenz oder dritten Frequenz (f3), die gleich der zweiten, durch einen ersten Divisionsfaktor (N) geteilten Frequenz ist;

- einen Frequenzkomparator (52) zum Vergleichen der dritten Frequenz und der ersten Frequenz und, in Reaktion darauf, Liefern von ersten und zweiten Steuersignalen (DOWN, UP);

- einen Regelkreis mit einem Filter (54) zum Empfangen der Steuersignale und, in Reaktion darauf, Liefern der Steuerspannung zum Bewirken des Erzeugens der zweiten Frequenz bei einer Nennfrequenz (f0);

- ein Mittel zum Liefern eines Zustandssignals (58), um dem Filter (54) als Funktion der ersten und dritten Frequenz ein Zustandssignal (LCK) bereitzustellen, das den Zustand des Regelkreises enthält, wobei der Filter ein Steuermittel (64) zum Empfangen des Zustandssignals (LCK) und, in Reaktion darauf, zum Liefern eines Steuerstroms (I) derart umfaßt, daß der Filter ein schmales bzw. breites Durchlaßband aufweist, während der Regelkreis verriegelt bzw. nicht verriegelt ist,

wobei dieser Generator ferner dadurch bestimmt ist, daß:

- das erste Signal ein Signal mit niedriger Frequenz ist, und daß:

- der erste Oszillator den gleichen Uhrkristall umfaßt, der zum Liefern des ersten Signals mit niedriger Frequenz geeignet ist wie derjenige der Zeitbasis des Uhrsystems.

2. Generator (50; 76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (64) derart ausgestaltet ist, daß der Steuerstrom (I) eine Stärke aufweist, die vom Zustandssignal (LCK) abhängig ist, sowie eine Stromflußrichtung, die vom ersten und zweiten Steuersignal (DOWN, UP) abhängt und dadurch, daß das Filter (54) derart ausgestaltet ist, daß die Grenzfrequenz vom Steuerstrom (I) abhängt.

3. Generator (50; 76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Liefern eines Zustandssignals (58) derart ausgestaltet ist, daß das Zustandssignal (LCK) auf einem hohen Pegel ("1") bzw. auf einem niedrigen Pegel ("0") ist, wenn die Frequenzdifferenz (f3 - f1) zwischen der dritten und der ersten Frequenz kleiner bzw. größer als ein vorgegebener Wert (f1·Δf/f)) ist.

4. Generator (50; 76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der Frequenzkomparator (52) derart ausgestaltet ist, daß das erste und zweite Steuersignal (DOWN, UP) auf einem hohen Pegel ("1") bzw. auf einem niedrigen Pegel ("0") sind, wenn die dritte Frequenz (f3) im wesentlichen höher ist als die erste Frequenz (f1); und umgekehrt, wenn die dritte Frequenz (f3) im wesentlichen niedriger ist als die erste Frequenz (f1); und daß

- das Filter (54) so ausgestaltet ist, daß der Effektivwert (leff) des Steuerstroms (I) gleich einem ersten erhöhten positiven Wert (+10i) ist, wenn das erste und das zweite Steuersignal (DOWN, UP) gleich dem hohen Pegel ("1") bzw. dem niedrigen Pegel ("0") sind; und gleich einem zweiten negativen erhöhten Wert (-10i) ist, wenn das erste und zweite Steuersignal gleich dem niedrigen Pegel ("0") bzw. dem hohen Pegel ("1") sind.

5. Generator (50; 76) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (54) einen ersten Kondensator (C2), einen zweiten Kondensator (C1) und einen Widerstand (R1) umfaßt, die zum Bilden eines Tiefpaßfilters (62) ausgestaltet sind.

6. Generator (76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine thermische Kompensationsvorrichtung (77, 78) umfaßt, die:

- einen Temperaturfühler (78), der in der Nähe des Kristalles (51) angeordnet ist, um einen Temperaturmeßwert (T) zu erzeugen; und

- einen ersten Speicher (77) umfaßt, der eine Zuordnungstabelle zwischen den Temperaturwerten (Ti) und den Werten des ersten Divisionsfaktors (Ni) aufweisen, den Meßwert (T) empfangen und in Reaktion darauf dem ersten Teiler (60) den Wert des ersten Divisionsfaktors (Ni) liefern kann, der entsprechend der Zuordnungstabelle dem Temperaturwert (Ti) entspricht, der dem Meßwert (T) am nächsten ist.

7. Generator (76) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnungstabelle an die Nennfrequenz (f0) angepaßt und aus einer Kalibrierung des Kristalls (51a) bekannt ist.

8. Generator (76) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen zweiten Teiler (79) umfaßt, der zwischen den ersten Oszillator (51) und den Komparator (52) geschaltet ist, und ein viertes Signal (X4) mit einer niedrigen Frequenz oder vierten Frequenz (f4) derart liefern kann, daß diese vierte gleich der ersten Frequenz dividiert durch einen zweiten Divisionsfaktor (N2) ist.

9. Generator (50; 76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Divisionsfaktor (N) von der Nennfrequenz (f0) und der Temperatur abhängt.

10. Generator (50; 76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zweiten Speicher aufweist, der eine Vielzahl von Werten erster Divisionsfaktoren enthält, die einer Vielzahl von Nennfrequenzwerten und einem vorgegebenen Temperaturwert entsprechen, derart, daß der Generator (50, 76) mit einer Vielzahl von Übertragungskanälen verwendbar ist, die entsprechend der Vielzahl der Nennfrequenzwerte zugeordnet sind.

11. Generator (50; 76) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall (51a) vom Typ CT ist, und das die erste Frequenz (f1) gleich 32768 Hz beträgt.







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