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Abgleichstruktur für Frequenzabgleich eines VCO

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017988D
Original Publication Date: 2001-Dec-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 2M

Publishing Venue

Siemens

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Kai Jung: AUTHOR

Abstract

Aufgrund von Fertigungstoleranzen liegt die Schwingfrequenz eines unabgeglichenen VCO nie exakt auf dem gewünschten Wert bzw. im vorgege- benen Frequenzbereich. Um die Frequenz auf den Sollwert einzustellen, ist ein Abgleich des Resonanz- kreises des VCO nach der Bestückung notwendig. Dabei ist eine automatisierte Abgleichmethode wün- schenswert. Die strengen Spezifikationen für VCOs, speziell das Phasenrauschen betreffend, lassen keinen großen Spielraum für Abgleichmöglichkeiten, da die Güte des Resonanzkreises so wenig wie möglich beein- trächtigt werden darf. Die gängige Praktik ist, die Induktivität der im Resonanzkreis befindlichen Spule (aufgrund ihrer hohen Güten kommen hier aus- schließlich Luftspulen oder Mikrostreifenleiter zum Einsatz) zu ändern, wobei zwei Methoden ferti- gungstechnisch angewandt werden. Zum Einen das Verbiegen einer Luftspule, was allerdings nicht ma- schinell erledigt werden kann, und andererseits die “L”-Trimmung einer Mikrosteifenleiter-Spule. Als “L”-Trimmung wird ein ,,L”-förmiger Einschnitt (meist gefräst) direkt in die Mikrostreifenleitung bezeichnet, wodurch die Leitungsbreite an dieser Stelle verringert und damit die Induktivität erhöht wird. Diese Abgleichmöglichkeit bietet beste Voraus- setzungen für einen automatischen Abgleich, jedoch wird hierbei massiv in die Geometrie des Streifenlei- tungsresonators eingegriffen, was eine verhältnismä- ßig starke Verschlechterung der Güte und somit eine Erhöhung des Phasenrauschens zur Folge hat.

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Bauelemente

Es ist jedoch auch denkbar und eleganter, die Ab-gleichstruktur� direkt� auf� der� Oberfläche� einer� FR4Leiterplatte vorzusehen, den MS-Resonator innerhalbdieser Multilayer Platine zu führen und die auf derOberfläche� befindliche� Kupferstruktur� mit entspre-chender� Lasertechnik� oder� mechanisch (Fräsen) zubearbeiten.

Entsprechend kann man auch bei ,,vergrabenen” MS-Resonatoren in einem LTCC Substrat verfahren, wodie konventionellen Methoden zur Beeinflussung desResonators nicht angewandt werden können.

Die Geometrie des MS-Resonators ist für den Ab-gleich von Bedeutung. Erprobt wurden “U”-förmigeResonatoren. Die Abgleichstruktur kann nun im ein-fachsten Fall eine rechteckförmige Fläche von leitfä-higem Material sein, die an bestimmter Stelle überdiesem “U” platziert wird. Die Resonanzfrequenz diesich bei dieser Anordnung einstellt liegt höher als imFall� ohne� Abgleichstruktur.� Das� Ausmaß� der� Fre-quenzänderung ist abhängig von der Größe der Flä-che der Struktur und deren Abstand zum Resonator(Dicke des Substrats). Um die Frequenz auf den ge-wünschten Wert abzugleichen,� kann� nun� entwederausgehend� von� einem� bestimmten� Punkt die Ab-gleichstruktur bzw.� das� Leitermaterial� soweit� abge-tragen� werden,� bis� sich� die� Sollfrequenz� einstellt(Absenken der Frequenz). Es ist aber auch möglich,und wahrscheinlich einfacher zu realisieren, lediglichSchnitte in das Leitermaterial einzubringen um dengleichen Effekt zu erzielen.

Natürlich wird auch bei dieser Methode die Güte desResonators negativ beeinflusst. Dieser Einflussnimmt aber einerseits ab, je mehr Material abgetragenwird bzw. je mehr Einschnitte erfolgen, andererseitshat sich im Versuch gezeigt, dass die Verwendungdes� Abgleichsubstrats� bei� vergleichbaren� Frequenz-änderungen� zu � gleichen� oder besseren Werten imPhasenrauschen� des� VCO� als� bei� Verwendung der“L”-Trimmung führt. Damit ist indirekt die Aussagemöglich, das die Güte des Resonators weniger starkbeeinträchtigt wird.

Als Beispiel dient der MS-Resonator der für die Er-läuterung des Prinzips vereinfacht als “U” dargestelltist.

Das Abgleichsubstrat (Rogers 4350, einseitig metalli-siert), genaugenommen dessen rechteckförmige Me-tallfläche, befindet sich zwischen den beiden geradenLeitungsstücken des Resonators und wird so weit wiemöglich an dessen Bogenstück platziert, jedoch ohnedieses� vollständig� abzudecken.� (siehe� Bild 1). Da-durch wird eine hohe Wirksamkeit (Frequenzvariati-on)� bei� geringer� Beeinflussung (Phasenrauschen)erzielt. Der Abstand zwischen Resonator und Kupfer-fläche, sprich die Dicke des Rogers Substrats, beträgt0,9 mm. Je geringer dieser Abstand desto größer die

Abgleichstruktur für Frequenzab-gleich eines VCO

Idee: Kai Jung, München

Aufgrund von Fertigungstoleranzen liegt dieSchwingfrequenz� eines� unabgeglichenen� VCO� nieexakt auf dem gewünschten Wert bzw. im vorgege-benen Frequenzbereich.� Um� die� Frequenz� auf� denSo...