DE19703889C1 - Abtast-Phasendetektor - Google Patents
Abtast-PhasendetektorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ab
tast-Phasendetektor, bestehend aus einer Schaltspeicherdi
ode, zu der über Koppelkondensatoren eine Serienschaltung
von mindestens zwei Dioden parallel geschaltet ist, wobei
ein Symmetriertransformator vorgesehen ist, welcher der
Schaltspeicherdiode ein Referenzsignal zuführt, und über ein
Entkopplungsnetzwerk den Dioden ein Eingangssignal zuführbar
und ein Ausgangssignal abgreifbar ist, das der Phasenablage
zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzsignal ent
spricht.
Ein derartiger Abtast-Phasendetektor ist aus dem Product Ca
talog der Firma Alpha Industries INC, 1994, S. 4-22 bekannt.
Die Kernteile dieses Abtast-Phasendetektors, das sind die
Schaltspeicherdiode (Step-Recovery-Diode) und ein damit über
Koppelkondensatoren verbundenes Diodenpaar, sind gemeinsam
auf einem Substrat in Schichtschaltungstechnik aufgebracht.
Alle anderen Schaltungsteile, welche der Zuführung eines
Eingangssignals, eines Referenzsignals und der Ableitung ei
nes Ausgangssignals dienen, sind über Leitungen mit den auf
dem Substrat befindlichen Dioden verbunden. Das Ausgangs
signal dieser bekannten Schaltung zeigt eine relativ starke
Frequenzabhängigkeit, und die Schaltung ist auch nicht sehr
breitbandig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ab
tast-Phasendetektor der eingangs genannten Art anzugeben,
dessen Ausgangssignal über ein möglichst breites Frequenz
band (2 bis 30 GHz) einen glatten Frequenzgang aufweist.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 dadurch gelost, daß in die Zuleitungen vom
Symmetriertransformator zu der Schaltspeicherdiode Entkopp
lungswiderstände eingefügt sind, welche so groß gewählt
sind, daß sie störende Resonanzen oder Reflexionen zwischen
dem Symmetriertransformator und der Schaltspeicherdiode be
dämpfen.
Gemäß den Unteransprüchen ist es zweckmäßig, nicht nur die
Dioden und die Koppelkondensatoren sondern auch die Entkopp
lungswiderstände und ein mit einem Lastwiderstand beschalte
tes L/C-Netzwerk zur Aufladung der Schaltspeicherdiode auf
einem gemeinsamen Substrat in Schichtschaltungstechnik auf
zubringen. Dadurch werden Zuführungsleitungen zu den Dioden
extrem kurz, was einem sehr breitbandigen Betrieb des Ab
tast-Phasendetektors entgegenkommt. Weitere Widerstände,
welche die Dioden beeinflussende Störimpulse bedämpfen, kön
nen ebenfalls auf dem Substrat aufgebracht sein.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
Die in der einzigen Figur gezeigte Schaltung, ist ein Ab
tast-Phasendetektor, wie er z. B. in Phasenregelkreisen (PLL)
einsetzbar ist.
Kernstück des Abtast-Phasendetektors ist ein in der Zeich
nung dick umrandetes Modul SM, vorzugsweise ein Kera
miksubstrat, auf dem die Schaltelemente in Schichtschal
tungstechnik (Dick- oder Dünnschichttechnik) aufgebracht
sind. Das Modul SM weist eine Schaltspeicherdiode (Step-Recovery-Diode)
SRD auf, die über zwei gleichgroße Koppel
kondensatoren Ck1 und Ck2 mit einem Paar in Reihe geschalte
ter Dioden D1 und D2 parallel geschaltet ist.
Die Schaltspeicherdiode SRD wird von einem Referenzsignal fr
angesteuert. Dabei gelangt das Referenzsignal fr über einen
Symmetriertransformator Tr an die Schaltspeicherdiode SRD.
Die Schaltspeicherdiode SRD ist an seinen beiden Anschlüssen
mit einem L/C-Netzwerk L1, C1 und L2, C2 beschaltet. In je
der Periode des Referenzsignals fr nimmt die Schaltspeicher
diode SRD Ladung auf, wobei das L/C-Netzwerk L1, C1 und L2,
C2 einen sehr kurzen Ladespannungsimpuls erzeugt.
In die Zuleitungen vom Symmetriertransformator Tr zur
Schaltspeicherdiode SRD sind gleichgroße Entkopplungswider
stände Rs1 und Rs2 eingefügt. Diese Entkopplungswiderstände
Rs1 und Rs2 sind gerade so groß, daß Resonanzen durch para
sitäre Elemente des Symmetrierübertragers Tr sowie Mehrfach
reflexionen der Schaltimpulse zwischen der Schaltspeicherdi
ode SRD und dem Symmetrierübertrager Tr ausreichend bedämpft
werden. Die Entkopplungswiderstände Rs1 und Rs2 sind aber so
klein, daß die niedrige Impedanz der Schaltspeicherdiode SRD
nur unwesentlich vergrößert wird. Die erforderliche Steuer
leistung des Referenzsignals fr steigt dadurch nur minimal
an. Die beschriebenen Entkopplungswiderstände Rs1 und Rs2
sorgen also dafür, daß es nicht zu störenden Frequenzeinbrü
chen im Frequenzgang des Ausgangssignals fd kommt.
Die beiden L-C-Glieder L1, C1 und L2, C2 sind an einen ge
meinsamen Lastwiderstand Rp angeschlossen. Durch die nicht
lineare Sperrschichtkapazität der Schaltspeicherdiode SRD
können im Zusammenwirken mit anderen Schaltungsteilen
Schwingungen mit unerwünschten Frequenzen entstehen. Solche
Störresonanzen werden durch den Lastwiderstand Rp bedämpft.
Jedes Mal, wenn die Schaltspeicherdiode eine Ladung je Peri
ode des Referenzsignals fr aufgenommen hat, folgt ein sehr
schneller Entladungsimpuls, der über die Koppelkondensatoren
Ck1, Ck2 an das Diodenpaar D1 und D2 weitergeleitet wird.
Dieser Entladeimpuls schaltet das Diodenpaar D1, D2 durch.
Statt eines Diodenpaares kann auch eine aus mehr als zwei
Dioden bestehende Diodenanordnung vorgesehen werden. Durch
diesen Schaltvorgang der Dioden D1 und D2 wird der Phasenzu
stand eines ebenfalls an den Dioden D1 und D2 anliegenden
Eingangssignals fo abgetastet. Entsprechend der Phasenablage
zwischen dem Eingangssignal fo und dem Referenzsignal fr
lädt oder entlädt sich ein an die Dioden angeschlossenes
R/C-Netzwerk R1, R2, C3, C4. Das zwischen dem Widerstand R1
und der Kapazität C4 abgegriffene Ausgangssignal fd ist ein
Gleichspannungssignal, das der genannten Phasenablage ent
spricht. Das R/C-Netzwerk R1, R2, C3, C4 entkoppelt das Aus
gangssignal fd von dem Eingangssignal fo.
Die symmetrisch an beiden Enden des Diodennetzwerkes D1, D2
angeschlossenen R/C-Glieder Rk1, C5 und Rk2, C6 wirken als
Tiefpaßfilter, über welche die Richtspannungen an den Dioden
D1, D2 ausgekoppelt wird. Damit die Schaltimpulse von der
Schaltspeicherdiode SRD unbeeinflußt (von Leitungskapazitä
ten oder Pulsreflexionen) das Diodenpaar D1, D2 durchschal
ten kann, ist es zweckmäßig, die Widerstände Rk1 und Rk2 mit
ganz kurzen Leitungslängen an die Dioden D1 und D2 anzu
schließen. Der zu dem Diodenpaar D1, D2 parallel geschaltete
veränderbare Widerstand R2 dient dazu, die Spannungen an den
Dioden D1, D2 symmetrisch zu machen.
Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, sind außer den Dioden
SRD, D1, D2, und den Koppelkondensatoren Ck1, Ck2 auch das
L/C-Netzwerk L1, C1; L2, C2, und die Widerstände Rs1, Rs2,
Rk1, Rk2 auf dem Modul SM integriert. Dadurch ergeben sich
extrem kurze Leitungsverbindungen und damit sehr kleine Lei
tungsinduktivitäten und -kapazitäten. Soll die Schaltung im
GHz-Bereich von 2 bis 30 GHz betrieben werden, so wirken
sich diese kleinen Blindwiderstände dahingehend aus, daß der
Frequenzgang des Ausgangssignals fd einen sehr glatten Ver
lauf hat und das über ein weites Frequenzband.
Claims (5)
1. Abtast-Phasendetektor, bestehend aus einer Schaltspei
cherdiode, zu der über Koppelkondensatoren eine Serienschal
tung von mindestens zwei Dioden parallel geschaltet ist, wo
bei ein Symmetriertransformator vorgesehen ist, welcher der
Schaltspeicherdiode ein Referenzsignal zufuhrt, und über ein
Entkopplungsnetzwerk den Dioden ein Eingangssignal zuführbar
und ein Ausgangssignal abgreifbar ist, das der Phasenablage
zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzsignal ent
spricht, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Zuleitungen vom Symmetriertransformator (Tr) zu
der Schaltspeicherdiode (SRD) Entkopplungswiderstände (Rs1,
Rs2) eingefügt sind, welche so groß gewählt sind, daß sie
störende Resonanzen oder Reflexionen zwischen dem Symme
triertransformator (Tr) und der Schaltspeicherdiode (SRD)
bedämpfen.
2. Abtast-Phasendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltspeicherdiode (SRD) mit einem L/C-
Netzwerk (L1, C1; L2, C2) beschaltet ist und daß das L/C-
Netzwerk einen Lastwiderstand (Rp) aufweist.
3. Abtast-Phasendetector nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß an den Verbindungspunkten zwischen den Koppel
kondensatoren (Ck1, Ck2) und den Dioden (D1, D2) Widerstände
(Rk1, Rk2) angeschlossen sind.
4. Abtast-Phasendetektor nach den Ansprüchen 1 und 2, da
durch gekennzeichnet, daß neben der Schaltspeicherdiode
(SRD), den Dioden (D1, D2) und den Koppelkondensatoren (Ck1,
Ck2) auch die Entkopplungswiderstände (Rs1, Rs2) und das
L/C-Netzwerk (L1, C1; L2, C2) einschließlich des Lastwider
standes (Rp) in Schichtschaltungstechnik auf einem gemeinsa
men Substrat (SM) aufgebracht sind.
5. Abtast-Phasendetektor nach den Ansprüchen 3 und 4, da
durch gekennzeichnet, daß sich auf dem Substrat (SM) zusätz
lich die Widerstände (Rk1, Rk2) befinden, welche an den Ver
bindungspunkten zwischen den Koppelkondensatoren (Ck1, Ck2)
und den Dioden (D1, D2) angeschlossen sind.
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