Quarzoszillatoren mit TTL - Institut für Elektronik, TU-Graz

EB155AQuarzoszillatoren1 EinleitungIn nahezu allen digitalen Systemen werden Taktgeneratoren zur Steuerung derFunktionen benötigt. Schon lange existieren Schaltungen für die Anwendungsfälle, beidenen an die Höhe und Konstanz der Ausgangsfrequenz durchschnittlicheAnforderungen gestellt werden. Da solche Schaltungen gut dokumentiert sind und nurwenige Bauteile benötigen, stellen sie in diesem Fall für den Anwender eine guteLösung dar.Im Zuge des zunehmenden Einsatzes der Digitaltechnik bei immer höher werdendenTaktfrequenzen sind in den letzten Jahren komplexe Schaltungen entwickelt worden,die durch einfache R/C-Beschaltung den Aufbau von guten Oszillatoren im Bereicheiniger hundert kHz bis zu 20 oder 30 MHz ermöglichen sollten. Es stellte sich jedochheraus, daß die damit erzielbaren Ergebnisse für Präzisionsanwendungenunbefriedigend waren. Auch der Einsatz von Quarzen konnte die Probleme dieserBausteine, wie z.B. Anschwingschwierigkeiten und die starke Abhängigkeit derAusgangsfrequenz von Betriebsspannungsschwankungen, nicht beseitigen.Im folgendem soll das Prinzip einer einfachen, seit Jahren bewährten Schaltung fürQuarzoszillatoren mit TTL-Schaltungen aufgegriffen und diskutiert werden. Weiterhinwird eine vielseitige Oszillatorschaltung unter Verwendung von HCMOS-Schaltungenvorgestellt. Mit den theoretischen Betrachtungen und Berechnungshinweisen wird esdem Anwender unter Verwendung der Logikfamilien Advanced-Schottky- undAdvanced-Low-Power-Schottky-TTL sowie High-Speed-CMOS von TEXASINSTRUMENTS möglich, Taktgeneratoren bis 30 MHz aufzubauen, die sich durchhohe Frequenzkonstanz, guten Rauschabstand und schmale Spektren ohneunerwünschte Seitenbänder auszeichnen.2 Allgemeine Betrachtungen2.1 Die SchwingbedingungPrinzipiell läßt sich ein Oszillator aus einem Verstärkervierpol V mit derSpannungsverstärkung v u und der Phasendrehung α sowie aus dem RückkopplungsvierpolK mit der Übertragungsfunktion k und der Phasendrehung β zusammensetzen,wie in Bild 1 dargestellt.Bild 1: OszillatorvierpolVon Interesse ist die Spannungsverstärkung v' des Gesamtsystems:U2v⋅U1'v'= =U U ' −k⋅U11 2U2v⇒ =U − k ⋅ v114 Applikationslabor