有裝進鎖相環里的晶體振蕩器的時鐘信號再生器的制作方法

專利名稱:有裝進鎖相環里的晶體振蕩器的時鐘信號再生器的制作方法
本發明涉及一種有晶體振蕩器的時鐘信號再生器，該晶體振蕩器能進行頻率控制，且裝進鎖相環里，在該再生器中，振蕩器頻率是借助于至少一個耦合至振蕩器晶體的負載電容來牽引，該晶體振蕩器包括一個連接至負載電容的轉換裝置，用以根據一個被施加于轉換裝置的控制信號將負載電容有效地連接至晶體，該控制信號代表待再生的時鐘信號與已再生的時鐘信號之間的相位偏差。
本發明也涉及一種壓控晶體振蕩器，該壓控晶體振蕩器適用于類似的時鐘信號再生器，以及有類似的時鐘信號再生器的電信終端裝置。
上述類型的頻率控制晶體振蕩器，從美國專利第3，603，893號為公眾所知。
晶體振蕩器的頻率能在一個寬的范圍內牽引是一個優點。當在時鐘再生器中應用時，本地振蕩器能在一個寬的頻率范圍內跟隨將被再生的時鐘信號，這增加了它的實用性。另一方面，在待再生的時鐘信號的給定變化范圍內，有可能應用具有較大頻率制造公差的晶體。這樣做在輸入時鐘信號和額定振蕩器頻率之間可能形成的更大的偏差再用更大的頻率牽引來加以調整。
從上述美國專利中已知的晶體振蕩器，包括一個連接至振蕩器晶體的負載電容(美國專利參考數字37)，以及一個由場效應晶體管(美國專利參考數字36)形成的轉換裝置，轉換裝置用以將此負載電容短接或有效地連接至晶體。藉選擇此電容所希望的、大的電容值，能夠獲得所希望的更大的頻率牽引范圍。
頻率牽引范圍大，在制造晶體振蕩器時就可以省去額定頻率的調諧工序，這個例子可以說明大頻率牽引范圍的優點。
在上述美國專利中的轉換裝置被設計成半導體開關元件的形式。這種開關元件能由其上升時間與振蕩器頻率相比是相同的數量級或較短的快速轉換信號來控制;另一種方法有可能由其上升時間(大大)超過振蕩器頻率的慢速轉換信號來進行轉換控制。
倘使采用快速轉換信號，由于快速轉換在振蕩器信號中就會產生脈沖。如果這些脈沖的極性是與振蕩器信號的瞬時極性相反，這將導致來自振蕩器的時鐘頻率的干擾。這顯然是一個不希望有的影響。這個問題可以用一個同步裝置來解決，使轉換信號和振蕩器信號同步;但是，這樣一種同步裝置形成了增加成本的因素。然而，萬一采用慢速轉換信號，在轉換過程中，開關元件形成振蕩器晶體的一個電阻性負載，其結果會使振蕩器損壞。
本發明的一個目的是提供一種時鐘信號再生器，在這種時鐘信號再生器中不會產生上面所提到的諸問題。
為此，本發明的時鐘信號再生器的特征在于，轉換裝置包括一個半導體開關元件，其空穴存儲時間是大體上等于或長于晶體振蕩器的周期。
具有這樣特征的開關元件，現在能用慢速轉換信號來進行控制。在此轉換過程中，如果開關元件(例如二極管)轉到導通狀態，隨著控制信號和振蕩器信號的代數和出現在二極管的二端，此導通在振蕩器頻率的周期內也將停止。在此短的傳導時間過程中，由于二極管在空穴存儲時間的過程中并不消耗能量，因而振蕩器不消耗能量。
離散振蕩器頻率控制是通過在若干周期內接上第一電容，在接下去的若干周期內接上第二電容來獲得。有效的振蕩器頻率于是將是二個若干周期中的加權平均值。不用說，頻率牽引的最大范圍是在只有一個完全接通或斷開的負載電容下獲得的。
下面將進一步說明，采用這種半導體元件還具有另外的優點，即通過在單個振蕩器周期內一直接通和斷開，也能獲得比例頻率控制。
本發明時鐘信號再生器的有益實施例，另外的特征在于半導體開關元件是由波段轉換開關二極管組成。這種二極管顯示非常低的雜散電容。如果開關二極管與振蕩器晶體的負載電容是并聯連接，總的負載電容將由真實安裝電容和雜散電容的和組成。如果這兩者是相同的數量級，由于雜散電容沒有明確的范圍且對各種各樣的干擾影響敏感，所以振蕩器晶體的負載是范圍不明確的電容。
參照下面的附圖來敘述本發明及其優點，附圖中相同的元件用相同的參考數字來表示，而其中圖1表示帶有壓控振蕩器的鎖相環本質上已知的電路;
圖2是表示振蕩器晶體的頻率牽引和串聯負載電容之間的關系的曲線圖;
圖3表示根據本發明的晶體振蕩器的第一電路;
圖4表示代表振蕩器信號發生過程的曲線圖;
圖5表示根據本發明的晶體振蕩器的第二電路。
根據圖1本質上已知的鎖相環，包括一個依次各為相位比較器4、低通濾波器6、壓控振蕩器8和電路10的級聯電路。外部時鐘信號可加到相位比較器4的輸入端2上。在輸出端12和相位比較器4的另一輸入端之間引有一條連接線14。當振蕩器8是用低頻控制信號激勵時，尤其需要低通濾波器6。除法電路10僅在振蕩器頻率不同于(例如倍于)外部時鐘信號時才需要。
振蕩器8可以設計成晶體振蕩器。如果此振蕩器的晶體是用一串聯電容來作負載，晶體頻率將根據圖2的曲線隨負載電容而變。從這曲線上明顯的可以看到，擴大的頻率牽引范圍需要擴大相當大電容范圍。
振蕩器頻率可以通過加進一個與串聯電容并聯的開關來離散地進行牽引。開關在導通的狀態時，這種情況相當于負載電容無限大，因而晶體頻率低;開關在不導通狀態時，負載電容被有效地轉接到具有一相應高晶體頻率的晶體上。現在有可能依靠這二個頻率，來產生處于這兩者之間的晶體頻率。這可以通過在第一個若干振蕩器循環過程中接通負載電容和在隨后的第二個若干循環過程將負載電容斷開來獲得。有效晶體頻率于是就是在若干循環上諸頻率的加權平均值。
圖3表示根據本發明的晶體振蕩器的一個實施例。晶體振蕩器8包括一個振蕩器電路18，振蕩器電路18連接有一個頻率確定電路20和一個輸出放大器22。
振蕩器電路18包括二個級聯放大器級。第一級包括一個具有例如40仟歐的發射極電阻26和例如2仟歐的集電極電阻28的晶體管24。頻率確定電路20被連接到晶體管24的發射極。第二級包括一個具有發射極電阻32(例如40仟歐)和集電極電阻34(例如2仟歐)的晶體管30。晶體管24的集電極連接到晶體管30的基極，而晶體管30的集電極被連接至晶體管24的基極。補償網路36是連接到晶體管30的發射極，用以補償由于電路雜散電容引起的環增益損失。
補償網路36包括一個電阻38(400歐)和電容40(80微微法)的串聯裝置。于是，此網路在振蕩器頻率為1.824兆赫時的阻抗近似的等于1400歐。此阻抗與電阻32結合，形成晶體管30的總發射極阻抗。二個放大器級的放大率，是由它們的集電極電阻與它們的發射極電阻之比來確定的。由于振蕩要求環增益值為1，因而導致頻率確定電路20的阻抗值最大。
頻率確定電路20包括一個與負載電容44(5微微法)相串聯的晶體42(1.824兆赫)。開關二極管46被并聯連接到電容44，其陽極通過電阻48(200仟歐)和控制輸入端50受激勵。二極管46是波段轉換開關式，它具有超過5微秒的空穴存儲時間和較電容器44的值為小的(雜散)電容，例如小于2微微法。正如眾所周知，二極管在空穴存儲時間內，并不表現電阻特性，所以有該時間間隔期間不發生能量消耗。這就有可能在上升時間大大超過振蕩器周期的某一信號(例如該信號的上升時間為30微秒)下出現振蕩器頻率牽引。
振蕩器電路18的輸出信號是由晶體管24和30的二集電極之間的差信號形成的。輸出放大器22被設計成饋送放大的信號至振蕩器輸出端52的一個差頻信號放大器。
根據圖3的振蕩器8的頻率牽引，可參照圖4來加以說明。圖4的上部表示二極管46兩端的電壓曲線，作為時間的一個函數。只要二極管兩端的電壓低于正向電壓，二極管兩端就有兩個電壓的和，即饋送至端點50的低頻電壓(直流)和通過晶體42施加的高頻電壓(交流)。當這兩個電壓的和成為高于二極管正向電壓時，二極管46變成導通，而這二極管兩端的電壓不再超過正向電壓。
當二極管46變成不導電時，晶體42由電容器44串聯負載。振蕩器現在將顯示相應的較高頻率(例如在時刻t2和t3之間)。在二極管46導電的過程中，負載電容好象是非常大(無限大);振蕩器現在將顯示相應的較低頻率(例如在時刻t1和t2之間)。
通過改變端點50上的直流電壓，上部圖形中的正弦曲線將上升和下降。因此，與閾電壓相交的諸點將移至左面和右面，引起圖形的下部中低頻的份額增加或減少。從而也將使得出的振蕩器周期增加或減少。
圖5表示根據本發明的另一個晶體振蕩器。此晶體振蕩器8包括一個放大器54和一個頻率確定電路56。
放大器54是由一晶體管58和一集電極電阻60(460歐)組成。晶體管58的直流設定是通過在晶體管58集電極和基極之間串聯連接的電阻62和64(各為6.2千歐)來實現。1毫微法的電容66是加在這些電阻的連接點和系統的地之間。有了此電容，高頻信號就可頗為徹底地去耦，不致使放大器54的放大率在高頻時降得太多。
頻率確定電路56是由依次串聯的電容器68(220微微法)、電容器74(6.8微微法)、晶體72(1.824兆赫)和電容器70(220微微法)的串聯裝置組成。晶體管58的集電極連接至晶體72和電容器70的連接點，基極連接至電容器74和電容器68的連接點。開關二極管76與電容器74并聯連接，該開關二極管76通過控制電阻78(200仟歐)和控制輸入端50進行控制。
晶體72的負載電容是由電容68、70和74串聯配置組成，該串聯電路是與晶體72并聯連接。二極管76變成不導電時，負載電容主要由具有最低值的電容器74確定。二極管76導電時，負載電容是由電容器68和70的串聯電路形成，該串聯電路具有比電容器74高很多的電容值。如此，在相應的頻率牽引下，負載電容能在大約6.8微微法和大約110微微法之間加以改變。
權利要求
1.一種有晶體振蕩器的時鐘信號再生器，該晶體振蕩器的頻率能加以控制，且裝進鎖相環里，在該再生器中，振蕩頻率是借助于至少一個耦合至振蕩器晶體的負載電容來牽引，該晶體振蕩器包括一個連接至負載電容的轉換裝置，用以根據一個被施加于轉換裝置的控制信號將負載電容有效地連接至晶體，該控制信號代表待再生的時鐘信號與已再生的時鐘信之間的相位偏差，時鐘信號再生器的特征在于，轉換裝置設計成帶有半導體開關元件，該開關元件的空穴存儲時間大體上等于或長于晶體振蕩器的周期。
2.如權利要求
1所述的時鐘信號再生器，其特征在于，半導體開關元件是由波段轉換開關二極管組成。
3.一種適合應用在如權利要求
1或2所述的時鐘信號再生器中的壓控晶體振蕩器。
4.一種包括如權利要求
1或2所述的時鐘信號再生器的電信系統。
專利摘要
壓控晶體振蕩器的頻率能借助于形成振蕩器晶體的負載電容的壓控變容器二極管以普通的方法進行牽引。為了實現較寬范圍的頻率牽引，負載電容44是以已知的方式交替地接通和斷開。根據本發明如果波段轉換開關二極管46的空穴存儲時間等于或長于振蕩器周期，則此二極管能作為開關元件使用。用二極管上的低頻控制電壓在振蕩器周期內可達到自轉換，從而使比例頻率調諧成為可能。
文檔編號H03B5/36GK87104062SQ87104062
公開日1987年12月16日 申請日期1987年6月3日
發明者安東尼·多爾南巴爾 申請人:菲利浦光燈制造公司