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Crystal Oscillator Start-up Accelerator

IP.com Disclosure Number: IPCOM000019678D
Original Publication Date: 2003-Oct-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Oct-25
Document File: 4 page(s) / 478K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Quarzoszillatoren weisen in Abhaengigkeit von der Quete (Kapazitaet C1 bzw. Induktivitaet L1 des Ersatzschaltbildes und Frequenz) eine gewisse Anschwingzeit auf. Die Quete wird durch die Frequenz, durch den L1-Wert (dynamische Induktivitaet des Quarzes im Ersatzschaltbild, die aus fertigungstechnischen Gruenden durch eine hoehere Quarzfrequenz erreicht werden kann) bzw. den C1-Wert (dynamische Kapazitaet des Quarzes im Ersatzschaltbild) bestimmt. Da Quarzoszillatoren z.B. als Referenz fuer eine PLL (Phase Locked Loop, dt.: Phasenregel-Schleife - Abb. 1) verwendet werden, benoetigt die PLL eine von der Anschwingzeit des Quarzoszillators abhaengige Zeit, bis an ihrem Ausgang die korrekte Frequenz „abgegriffen“ werden kann. Die PLL ist eine Regelschaltung zum Ausregeln der Phasendifferenz und Frequenzdifferenz zwischen einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, engl.: Voltage-Controlled Oscillator) und einer Referenzfrequenz. Dabei wird das Ausgangssignal des VCO in einer Schleife ueber einen (Frequenz-)Teiler an den Phasendetektor (PD) zurueckgefuehrt, der dieses Signal mit der Referenzfrequenz (des Quarzoszillators) vergleicht und ein entsprechendes Stromsignal (Strompuls) zur „Aufintegration“ (Mittelung) an das Loop-Filter (LF) ausgibt. Dieses Filter glaettet die Stromsignale, bildet also ueber einen gewissen Zeitraum eine Art Mittelwertsignal und gibt dieses an den VCO aus. Mit Hilfe dieses Steuersignals wird die (selbst generierte) VCO-Frequenz an die Referenzfrequenz des Quarzoszillators bzw. an ein Vielfaches (in Abhaengigkeit des Teilers 1/N) dieser Referenzfrequenz angepasst. Durch den Teiler wird die VCO-Frequenz im Rueckkoppelpfad (Signalrueckfuehrung) auf den N-ten Teil heruntergeteilt. Der 1/N-Teiler bewirkt somit im eingeschwungenen Zustand eine gegenueber der Referenzfrequenz um den Faktor N hoehere VCO-Frequenz (Frequenz des VCO-Ausgangssignales).

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S

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Crystal Oscillator Start-up Accelerator

Idea: Anton Brueckler, AT-Graz; Andreas Dollinger, AT-Graz

Quarzoszillatoren weisen in Abhaengigkeit von der Quete (Kapazitaet C1 bzw. Induktivitaet L1 des Ersatzschaltbildes und Frequenz) eine gewisse Anschwingzeit auf. Die Quete wird durch die Frequenz, durch den L1-Wert (dynamische Induktivitaet des Quarzes im Ersatzschaltbild, die aus fertigungstechnischen Gruenden durch eine hoehere Quarzfrequenz erreicht werden kann) bzw. den C1-Wert (dynamische Kapazitaet des Quarzes im Ersatzschaltbild) bestimmt. Da Quarzoszillatoren z.B. als Referenz fuer eine PLL (Phase Locked Loop, dt.: Phasenregel-Schleife - Abb. 1) verwendet werden, benoetigt die PLL eine von der Anschwingzeit des Quarzoszillators abhaengige Zeit, bis an ihrem Ausgang die korrekte Frequenz "abgegriffen" werden kann. Die PLL ist eine Regelschaltung zum Ausregeln der Phasendifferenz und Frequenzdifferenz zwischen einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, engl.: Voltage-Controlled Oscillator) und einer Referenzfrequenz. Dabei wird das Ausgangssignal des VCO in einer Schleife ueber einen (Frequenz-)Teiler an den Phasendetektor (PD) zurueckgefuehrt, der dieses Signal mit der Referenzfrequenz (des Quarzoszillators) vergleicht und ein entsprechendes Stromsignal (Strompuls) zur "Aufintegration" (Mittelung) an das Loop-Filter (LF) ausgibt. Dieses Filter glaettet die Stromsignale, bildet also ueber einen gewissen Zeitraum eine Art Mittelwertsignal und gibt dieses an den VCO aus. Mit Hilfe dieses Steuersignals wird die (selbst generierte) VCO-Frequenz an die Referenzfrequenz des Quarzoszillators bzw. an ein Vielfaches (in Abhaengigkeit des Teilers 1/N) dieser Referenzfrequenz angepasst. Durch den Teiler wird die VCO- Frequenz im Rueckkoppelpfad (Signalrueckfuehrung) auf den N-ten Teil heruntergeteilt. Der 1/N- Teiler bewirkt somit im eingeschwungenen Zustand eine gegenueber der Referenzfrequenz um den Faktor N hoehere VCO-Frequenz (Frequenz des VCO-Ausgangssignales).

Um moeglichst kurze Anschwingzeiten des Quarzoszillators zu erreichen, musste bisher ein Quarz mit einem moeglichst niedrigen L1-Wert bzw. hohen C1-Wert bzw. einer niedrigen Quete verwendet werden. Dies wiederum bedingt eine hoehere Frequenztoleranz (groessere Ziehbarkeit des Quarzes) und einen hoeheren Stromverbrauch. Bisher war man immer zu einem Kompromiss zwischen Anschwingzeit, Frequenztoleranz und Stromverbrauch des Oszillators gezwungen.

Desweiteren konnten auftretende Anschwingprobleme bedingt durch Widerstandserhoehungen im Quarz bisher nicht vermieden werden. Widerstandserhoehungen resultieren aus der DLD (Drive Level Dependency, dt.: Schwingungsleistungsabhaengigkeit) von Quarzen. DLD bezeichnet die Abhaengigkeit des Widerstandes eines Quarzes von der Schwingungsleistung (Drive Level) bzw. von der Amplitude. In irgendeinem waehrend des Anschwingvorgangs "durchschrittenen" Bereich der Schwingungsleistung (meist b...