专利名称:有装进锁相环里的晶体振荡器的时钟信号再生器的制作方法
本发明涉及一种有晶体振荡器的时钟信号再生器，该晶体振荡器能进行频率控制，且装进锁相环里，在该再生器中，振荡器频率是借助于至少一个耦合至振荡器晶体的负载电容来牵引，该晶体振荡器包括一个连接至负载电容的转换装置，用以根据一个被施加于转换装置的控制信号将负载电容有效地连接至晶体，该控制信号代表待再生的时钟信号与已再生的时钟信号之间的相位偏差。
本发明也涉及一种压控晶体振荡器，该压控晶体振荡器适用于类似的时钟信号再生器，以及有类似的时钟信号再生器的电信终端装置。
上述类型的频率控制晶体振荡器，从美国专利第3，603，893号为公众所知。
晶体振荡器的频率能在一个宽的范围内牵引是一个优点。当在时钟再生器中应用时，本地振荡器能在一个宽的频率范围内跟随将被再生的时钟信号，这增加了它的实用性。另一方面，在待再生的时钟信号的给定变化范围内，有可能应用具有较大频率制造公差的晶体。这样做在输入时钟信号和额定振荡器频率之间可能形成的更大的偏差再用更大的频率牵引来加以调整。
从上述美国专利中已知的晶体振荡器，包括一个连接至振荡器晶体的负载电容(美国专利参考数字37)，以及一个由场效应晶体管(美国专利参考数字36)形成的转换装置，转换装置用以将此负载电容短接或有效地连接至晶体。藉选择此电容所希望的、大的电容值，能够获得所希望的更大的频率牵引范围。
频率牵引范围大，在制造晶体振荡器时就可以省去额定频率的调谐工序，这个例子可以说明大频率牵引范围的优点。
在上述美国专利中的转换装置被设计成半导体开关元件的形式。这种开关元件能由其上升时间与振荡器频率相比是相同的数量级或较短的快速转换信号来控制;另一种方法有可能由其上升时间(大大)超过振荡器频率的慢速转换信号来进行转换控制。
倘使采用快速转换信号，由于快速转换在振荡器信号中就会产生脉冲。如果这些脉冲的极性是与振荡器信号的瞬时极性相反，这将导致来自振荡器的时钟频率的干扰。这显然是一个不希望有的影响。这个问题可以用一个同步装置来解决，使转换信号和振荡器信号同步;但是，这样一种同步装置形成了增加成本的因素。然而，万一采用慢速转换信号，在转换过程中，开关元件形成振荡器晶体的一个电阻性负载，其结果会使振荡器损坏。
本发明的一个目的是提供一种时钟信号再生器，在这种时钟信号再生器中不会产生上面所提到的诸问题。
为此，本发明的时钟信号再生器的特征在于，转换装置包括一个半导体开关元件，其空穴存储时间是大体上等于或长于晶体振荡器的周期。
具有这样特征的开关元件，现在能用慢速转换信号来进行控制。在此转换过程中，如果开关元件(例如二极管)转到导通状态，随着控制信号和振荡器信号的代数和出现在二极管的二端，此导通在振荡器频率的周期内也将停止。在此短的传导时间过程中，由于二极管在空穴存储时间的过程中并不消耗能量，因而振荡器不消耗能量。
离散振荡器频率控制是通过在若干周期内接上第一电容，在接下去的若干周期内接上第二电容来获得。有效的振荡器频率于是将是二个若干周期中的加权平均值。不用说，频率牵引的最大范围是在只有一个完全接通或断开的负载电容下获得的。
下面将进一步说明，采用这种半导体元件还具有另外的优点，即通过在单个振荡器周期内一直接通和断开，也能获得比例频率控制。
本发明时钟信号再生器的有益实施例，另外的特征在于半导体开关元件是由波段转换开关二极管组成。这种二极管显示非常低的杂散电容。如果开关二极管与振荡器晶体的负载电容是并联连接，总的负载电容将由真实安装电容和杂散电容的和组成。如果这两者是相同的数量级，由于杂散电容没有明确的范围且对各种各样的干扰影响敏感，所以振荡器晶体的负载是范围不明确的电容。
参照下面的附图来叙述本发明及其优点，附图中相同的元件用相同的参考数字来表示，而其中图1表示带有压控振荡器的锁相环本质上已知的电路;
图2是表示振荡器晶体的频率牵引和串联负载电容之间的关系的曲线图;
图3表示根据本发明的晶体振荡器的第一电路;
图4表示代表振荡器信号发生过程的曲线图;
图5表示根据本发明的晶体振荡器的第二电路。
根据图1本质上已知的锁相环，包括一个依次各为相位比较器4、低通滤波器6、压控振荡器8和电路10的级联电路。外部时钟信号可加到相位比较器4的输入端2上。在输出端12和相位比较器4的另一输入端之间引有一条连接线14。当振荡器8是用低频控制信号激励时，尤其需要低通滤波器6。除法电路10仅在振荡器频率不同于(例如倍于)外部时钟信号时才需要。
振荡器8可以设计成晶体振荡器。如果此振荡器的晶体是用一串联电容来作负载，晶体频率将根据图2的曲线随负载电容而变。从这曲线上明显的可以看到，扩大的频率牵引范围需要扩大相当大电容范围。
振荡器频率可以通过加进一个与串联电容并联的开关来离散地进行牵引。开关在导通的状态时，这种情况相当于负载电容无限大，因而晶体频率低;开关在不导通状态时，负载电容被有效地转接到具有一相应高晶体频率的晶体上。现在有可能依靠这二个频率，来产生处于这两者之间的晶体频率。这可以通过在第一个若干振荡器循环过程中接通负载电容和在随后的第二个若干循环过程将负载电容断开来获得。有效晶体频率于是就是在若干循环上诸频率的加权平均值。
图3表示根据本发明的晶体振荡器的一个实施例。晶体振荡器8包括一个振荡器电路18，振荡器电路18连接有一个频率确定电路20和一个输出放大器22。
振荡器电路18包括二个级联放大器级。第一级包括一个具有例如40仟欧的发射极电阻26和例如2仟欧的集电极电阻28的晶体管24。频率确定电路20被连接到晶体管24的发射极。第二级包括一个具有发射极电阻32(例如40仟欧)和集电极电阻34(例如2仟欧)的晶体管30。晶体管24的集电极连接到晶体管30的基极，而晶体管30的集电极被连接至晶体管24的基极。补偿网路36是连接到晶体管30的发射极，用以补偿由于电路杂散电容引起的环增益损失。
补偿网路36包括一个电阻38(400欧)和电容40(80微微法)的串联装置。于是，此网路在振荡器频率为1.824兆赫时的阻抗近似的等于1400欧。此阻抗与电阻32结合，形成晶体管30的总发射极阻抗。二个放大器级的放大率，是由它们的集电极电阻与它们的发射极电阻之比来确定的。由于振荡要求环增益值为1，因而导致频率确定电路20的阻抗值最大。
频率确定电路20包括一个与负载电容44(5微微法)相串联的晶体42(1.824兆赫)。开关二极管46被并联连接到电容44，其阳极通过电阻48(200仟欧)和控制输入端50受激励。二极管46是波段转换开关式，它具有超过5微秒的空穴存储时间和较电容器44的值为小的(杂散)电容，例如小于2微微法。正如众所周知，二极管在空穴存储时间内，并不表现电阻特性，所以有该时间间隔期间不发生能量消耗。这就有可能在上升时间大大超过振荡器周期的某一信号(例如该信号的上升时间为30微秒)下出现振荡器频率牵引。
振荡器电路18的输出信号是由晶体管24和30的二集电极之间的差信号形成的。输出放大器22被设计成馈送放大的信号至振荡器输出端52的一个差频信号放大器。
根据图3的振荡器8的频率牵引，可参照图4来加以说明。图4的上部表示二极管46两端的电压曲线，作为时间的一个函数。只要二极管两端的电压低于正向电压，二极管两端就有两个电压的和，即馈送至端点50的低频电压(直流)和通过晶体42施加的高频电压(交流)。当这两个电压的和成为高于二极管正向电压时，二极管46变成导通，而这二极管两端的电压不再超过正向电压。
当二极管46变成不导电时，晶体42由电容器44串联负载。振荡器现在将显示相应的较高频率(例如在时刻t2和t3之间)。在二极管46导电的过程中，负载电容好象是非常大(无限大);振荡器现在将显示相应的较低频率(例如在时刻t1和t2之间)。
通过改变端点50上的直流电压，上部图形中的正弦曲线将上升和下降。因此，与阈电压相交的诸点将移至左面和右面，引起图形的下部中低频的份额增加或减少。从而也将使得出的振荡器周期增加或减少。
图5表示根据本发明的另一个晶体振荡器。此晶体振荡器8包括一个放大器54和一个频率确定电路56。
放大器54是由一晶体管58和一集电极电阻60(460欧)组成。晶体管58的直流设定是通过在晶体管58集电极和基极之间串联连接的电阻62和64(各为6.2千欧)来实现。1毫微法的电容66是加在这些电阻的连接点和系统的地之间。有了此电容，高频信号就可颇为彻底地去耦，不致使放大器54的放大率在高频时降得太多。
频率确定电路56是由依次串联的电容器68(220微微法)、电容器74(6.8微微法)、晶体72(1.824兆赫)和电容器70(220微微法)的串联装置组成。晶体管58的集电极连接至晶体72和电容器70的连接点，基极连接至电容器74和电容器68的连接点。开关二极管76与电容器74并联连接，该开关二极管76通过控制电阻78(200仟欧)和控制输入端50进行控制。
晶体72的负载电容是由电容68、70和74串联配置组成，该串联电路是与晶体72并联连接。二极管76变成不导电时，负载电容主要由具有最低值的电容器74确定。二极管76导电时，负载电容是由电容器68和70的串联电路形成，该串联电路具有比电容器74高很多的电容值。如此，在相应的频率牵引下，负载电容能在大约6.8微微法和大约110微微法之间加以改变。
权利要求
1.一种有晶体振荡器的时钟信号再生器，该晶体振荡器的频率能加以控制，且装进锁相环里，在该再生器中，振荡频率是借助于至少一个耦合至振荡器晶体的负载电容来牵引，该晶体振荡器包括一个连接至负载电容的转换装置，用以根据一个被施加于转换装置的控制信号将负载电容有效地连接至晶体，该控制信号代表待再生的时钟信号与已再生的时钟信之间的相位偏差，时钟信号再生器的特征在于，转换装置设计成带有半导体开关元件，该开关元件的空穴存储时间大体上等于或长于晶体振荡器的周期。
2.如权利要求
1所述的时钟信号再生器，其特征在于，半导体开关元件是由波段转换开关二极管组成。
3.一种适合应用在如权利要求
1或2所述的时钟信号再生器中的压控晶体振荡器。
4.一种包括如权利要求
1或2所述的时钟信号再生器的电信系统。
专利摘要
压控晶体振荡器的频率能借助于形成振荡器晶体的负载电容的压控变容器二极管以普通的方法进行牵引。为了实现较宽范围的频率牵引，负载电容44是以已知的方式交替地接通和断开。根据本发明如果波段转换开关二极管46的空穴存储时间等于或长于振荡器周期，则此二极管能作为开关元件使用。用二极管上的低频控制电压在振荡器周期内可达到自转换，从而使比例频率调谐成为可能。
文档编号H03B5/36GK87104062SQ87104062
公开日1987年12月16日 申请日期1987年6月3日
发明者安东尼·多尔南巴尔 申请人:菲利浦光灯制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan