DD214044A1

DD214044A1 - QUARTZ BANDPASSBRUECKENSCHALTUNG

Info

Publication number: DD214044A1
Application number: DD24837083A
Authority: DD
Inventors: Helmut Pruchnik; Henning Peuker
Original assignee: Praecitronic Ve Kom
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1984-09-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Quarz-Bandpassbrueckenschaltung zur Frequenzselektion von elektrischen Signalen, insbesondere fuer selektive Pegelmesser, Wuenschenswert ist ein symmetrisches Selektionsverhalten im Durchlassbereich ohne Weilligkeit, Ziel der Erfindung ist eine Schaltung, die im Durchlassbereich ein Selektionsverhalten liefert, das symmesch zur Mittenfrequenz ist, weniger von den Herstellungstoleranzen der Quarze abhaengig ist und im Sperrbereich ausreichen grosse Selektion aufweist. Die erfindungsgemaesse Schtrisch zur Mittenfrequenz ist, weniger von den Herstelllungstoleranzen der Quarze abhangig ist und im Sperrbereich ausreichend grosse Selektion aufweist. Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung nach fig. 1 verbessert die bekannhmige Einspeisung vorgenommen wird und im Ausgang parallel zum Abschlusswiderstand eine phasendrehende Anordnung geschaltet wird.The invention relates to a quartz Bandpassbrueckenschaltung for frequency selection of electrical signals, in particular for selective level meter, Desirable is a symmetrical selection behavior in the passband without illusion, the aim of the invention is a circuit that provides a selection behavior in the passband, which is symmetrical to the center frequency, less of the production tolerances of the quartz is dependent and sufficient in the restricted area has large selection. The inventive Schtrisch to the center frequency is less dependent on the manufacturing tolerances of the quartz and sufficiently large selection has in the restricted area. The inventive circuit arrangement of fig. 1 improved bekannhmige the feed is made and in the output parallel to the terminating resistor a phase-rotating arrangement is switched.

Description

Quarz-BandpaßbrückenschaltungQuartz Bandpaßbrückenschaltung

ANWENDUNGSGEBIETFIELD OF USE

Die Erfindung betrifft eine Quarz-Bandpaßbrückenschaltung zur Frequenzselektion von elektrischen Signalen, insbesondere für selektive Pegelmesser.The invention relates to a quartz Bandpaßbrückenschaltung for frequency selection of electrical signals, in particular for selective level meter.

CHARAKTERISTIK BEKAlWTER TECHNISCHER LÖSUNGENCHARACTERISTICS OF CUSTOMIZED TECHNICAL SOLUTIONS

In selektiven Empfängern mit Frequenzumsetzung ist man bestrebt, bereits nach der ersten Mischstufe alle Selektionsforderungen bei möglichst kleiner Grunddämpfung zu realisieren. Auf diese Weise lassen sich gute Kennwerte für Intermodulations- und Eigenklirrdämpfung sowie Dynamikumfang des gesamten Empfängers erzielen. In selektiven Pegelmessern besteht im allgemeinen die Zusatzforderung, im Durchlaßfrequenzbereich der Zwischenfrequenzfilter keine Welligkeit des Spannungs-Übertragungsmaßes zuzulassen, um eine hohe Pegelmeßgenauigkeit zu gewährleisten. Daraus resultiert, daß in bekannten selektiven Pegelmessern meistens Spulenfilter, in wenigen Fällen Quarzfilter mit zwei Quarzen und in Ausnahmefällen magnetomechanische Filter verwendet werden und daß auf Grund der elektrischen Eigenschaften und der Herstellbarkeit der Filter mehrere Frequenzumsetzungen notwendig werdenIn selective receivers with frequency conversion, it is endeavored to realize all selection requests with the lowest possible basic attenuation already after the first mixing stage. In this way, good characteristics for intermodulation and Eigenklirrdämpfung and dynamic range of the entire receiver can be achieved. In selective level meters is generally the additional requirement, in the pass frequency range of the intermediate frequency filter to allow no ripple of the voltage transmission measure, in order to ensure a high Pegelmeßgenauigkeit. As a result, coil filters, in some cases quartz filters with two crystals and in exceptional cases magnetomechanical filters are used in known selective level meters and that due to the electrical properties and the manufacturability of the filter several frequency conversions are necessary

Bei mehreren Frequenzumsetzungen müssen die Selektionseigenschaften der Zwischenfrequenzfilter aufeinander In case of several frequency conversions, the selection properties of the intermediate frequency filters must coincide

abgestimmt werden, um die Gesamtselektion zu verwirklichen. Dabei besteht trotzdem die eingangs erwähnte Forderung) in jed.er Zwischenfrequenzstufe möglichst so selektiv zu werden, daß praktisch das Gesamtselektionsverhalten realisiert ..wird, aber außerdem (bei selektiven Pegelmessern) keine Welligkeit zuzulassen. Aus diesem Grunde wird versucht, in selektiven Pegelmessern Quarzfilter ein- -. zusetzen, die nicht mehr als zwei Quarze besitzen, wobei alle herstellungsbedingten Toleranzen und. physikalischen Eigenschaften der Quarze beachtet werden müssen.be reconciled to realize the overall selection. Nevertheless, there is the requirement mentioned above) to be as selective in each intermediate frequency stage as possible so that practically the overall selection behavior is realized, but moreover (with selective level meters) no ripple is permitted. For this reason, an attempt is made in selective level meters quartz filter one -. which do not have more than two quartzes, all manufacturing tolerances and. physical properties of the quartz must be observed.

Ein bekanntes Quarzbandfilter mit zwei Quarzen, das in selektiven Pegelmessern verwendet wird, ist von W. Herzog "Siebschaltungen mit Schwingkristallen" (Wiesbaden, 1949 S. 91) beschrieben und unter Vernachlässigung der Quarzverlustwiderstände in Näherung berechnet worden.A well-known quartz-band filter with two crystals, which is used in selective level meters, has been described by W. Herzog "Siebschaltungen with oscillating crystals" (Wiesbaden, 1949 p. 91) and has been calculated neglecting the quartz loss resistances in approximation.

Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei Quarzen, die beide auf einer Seite mit zwei gleichgroßen gegenphasigen Signalen beaufschlagt werden und deren andere Quarzseiten miteinander verbunden sind und den Ausgang des Falters darstellen. Auf beiden Seiten des Filters werden reelle Widerstände als Abschluß verwendet, die aus den Wellenwiderständen im Durchlaßbereich ermittelt werden.The circuit arrangement consists of two crystals, which are both acted upon on one side with two equal-magnitude antiphase signals and the other quartz sides are connected to each other and represent the output of the Falters. On both sides of the filter real resistors are used as termination, which are determined from the characteristic impedances in the passband.

Die Filter werden durch folgende Eigenschaften je nach Bemessung der Quarze charakterisiert:The filters are characterized by the following properties depending on the dimensioning of the quartz:

1. Die gebräuchlichste Bemessung des Quarzfilters benutzt beide Serienresonanzfrequenzen und. beide Parallelresonanzfrequenzen der Quarze, wobei d.ie Parallelresonanzfrequenz des niederfrequenten Quarzes mit der Serienresonanzfrequenz des höherfrequenten Quarzes übereinstimmen soll. Der Durchlaßbereich wird bei.optimaler Dimensionierung d.er Abschlußwiderstände von der Differenz der Serienresonanzfrequenz zur Parallelresonanzfrequenz jedes Quarzes mitbestimmt. Daraus folgt, daß das Selektionsverhalten stark von den Herstellungsbedingungen der Quarze abhängig ist. Das Filter ist in selektiven Pegelmessern nur bei hohen Forderungen an die Herstellungsgenauigkeit der Quarze einsetzbar.1. The most common sizing of the quartz filter uses both series resonance frequencies and. both parallel resonant frequencies of the quartz, wherein the parallel resonant frequency of the low-frequency quartz to coincide with the series resonant frequency of the higher-frequency quartz. The pass band is co-determined by the difference between the series resonance frequency and the parallel resonance frequency of each quartz at the optimum dimensioning of the terminating resistors. It follows that the selection behavior is highly dependent on the production conditions of the quartz. The filter can be used in selective level meters only with high demands on the manufacturing accuracy of the quartz.

2. Eine Abart (Herzog, S. 108 ff) der Bemessung des Quarz-Bandpasses benutzt zur Dimensionierung des Durchlaßbereiches entweder beide Parallel- oder beide Serienresonanzfrequenzen der Quarze, die in diesem Pall beiderseits der Durchlaßmittenfrequenz liegen. Eine derariige Dimensionierung wird in der Praxis nicht verwendet, da sowohl der Wellenwiderstand als auch das Übertragungsmaß als Punktion der Frequenz unsymmetrisch zur Mittenfrequenz liegen. Der Filterabgleich wird erschwert und es ergibt sich (z. B. für einen selektiven Pegelmesser) kein optimales Verhalten im Durchlaßbereich. Das Filter ist für Meßzwecke völlig ungeeignet.2. A variety (Herzog, p. 108 et seq.) Of the quartz bandpass design uses either both parallel or two series resonant frequencies of the crystals lying in this Pall on both sides of the transmission center frequency to dimension the passband. A derariige sizing is not used in practice, since both the characteristic impedance and the transmission measure as a puncture of the frequency are asymmetrical to the center frequency. The filter balance is made more difficult and it results (for example, for a selective level meter) no optimal behavior in the passband. The filter is completely unsuitable for measurement purposes.

Es ist weiterhin bekannt, daß Quarzbrückenfilter mit zwei Quarzen, deren Quarze die den unter Pkt. 1. beschriebenen Aufbau besitzen, im Pilterein- und -ausgang als Parallelschwingkreise ausgebildete Speise- bzw. Abschlußwiderstände aufweisen. Dazu werden zumeist die Symmetrieübertrager verwendet, die bei der Kopplung mehrerer Teil-Quarzbrückenanordnungen in den jeweiligen Ein- und Ausgängen vorhanden sind.It is furthermore known that quartz bridge filters with two quartz crystals of which the structure described under point 1. have the input and output resistors formed in the filter input and output as parallel resonant circuits. For this purpose, usually the baluns are used, which are present in the coupling of several partial quartz bridge arrangements in the respective inputs and outputs.

ZIEL DER ERPINDUNGAIM OF THE APPLICATION

Ziel der Erfindung ist eine Quarz-Bandpaßbrückenschaltung, die im Durchlaßbereich ein Selektionsverhalten liefert, das symmetrisch zur Mittenfrequenz ist, weniger von den Herstellungstoleranzen der Quarze abhängig ist als bekannte Anordnungen und im Sperrbereich ausreichend große Selektion aufweist.The aim of the invention is a quartz bandpass bridge circuit, which provides a selection behavior in the passband, which is symmetrical to the center frequency, less dependent on the manufacturing tolerances of the quartz than known arrangements and having sufficiently large selection in the stopband.

WESEN DER ERFINDUNGEssence of the invention

Es wird von der beschriebenen Quarzanordnung in einem bekannten Quarzbandpaßbrückenfilter ausgegangen, wobei aber die beiden Quarz-Reihenresonanzfrequenzen symmetrisch zur Mittenfrequenz liegen sollen. Diese Anordnung würde eine symmetrische Frequenzabhängigkeit der Selektion im Durchlaßbereich und im näheren Sperrbereich ergeben, falls dieIt is assumed that the described quartz arrangement in a known Quarzbandpaßbrückenfilter, but the two quartz series resonant frequencies should be symmetrical to the center frequency. This arrangement would give a symmetrical frequency dependence of the selection in the passband and in the closer stopband, if the

Parallelresonanzfrequenzen der Quarze im Unendlichen liegen, d. h. die Parallelkapazitäten JTuIl sind. Eine derartige Quarzkonstruktion ist aber nicht möglich.Parallel resonance frequencies of the quartz are at infinity, d. H. the parallel capacities are JTuIl. However, such a quartz construction is not possible.

Es besteht die Aufgabe,, die bekannte Quarzbandpaßbrückenschaltung so zu verändern, daß der Einfluß der Parallelkapazitäten der Quarze auf die Selektion vermieden wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden gleichgroßen gegenphasigen Signale durch Urspannungsquellen, also mit vernachlässigbarem Innenwiderstand, erzeugt werden und daß an den Ausgang des Filters eine phasendrehende Schaltungsanordnung angeschaltet ist. Erfindungsgemäß wird als phasendrehende Schaltungsanordnung ein LC-Parallelschwingkreis verwendet. In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Schwingkreis in seiner Frequenz variabel.The object is to change the known Quarzbandpaßbrückenschaltung so that the influence of the parallel capacitances of the crystals is avoided on the selection. According to the invention the object is achieved in that the two equal-magnitude signals in opposite phases are generated by source voltage sources, ie with negligible internal resistance, and that a phase-rotating circuit is connected to the output of the filter. According to the invention, a LC parallel resonant circuit is used as phase-shifting circuit arrangement. In a further advantageous embodiment of the invention, this resonant circuit is variable in frequency.

Als Signalurspannungsquellen werden in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gegenphasig angesteuerte Transistor-Kollektorstufen verwendet. Diese Anordnung gestattet eine einfache Ausführung der Signalurspannungsquellen in integrierter Technik. Eine andere erfindungsgemäße Realisierung der Signalquellen, die die Nachteile von Halbleiteranordnungen bzgl. thermischer Instabilität oder dgl. vermeidet, stellt ein Symmetrieübertrager mit primärseitig direkt angeschlossener Signalurspannungsquelle dar.-As Signalurspannungsquellen be used in a further embodiment of the invention in antiphase controlled transistor collector stages. This arrangement allows a simple implementation of the signal voltage sources in integrated technology. Another realization of the signal sources according to the invention, which avoids the disadvantages of semiconductor arrangements with respect to thermal instability or the like, represents a balun transformer with a directly connected signal voltage source on the primary side.

Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung sind:Advantages of the circuit according to the invention are:

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ergibt wegen der symmetrischen lage der Nennwerte der Serienresonanzfrequenzen zur Durchlaßmittenfrequenz Vorteile beim Abgleich* Erfindungsgemäß wird dazu der frequenzvariable Parallelschwingkreis verwendet.Due to the symmetrical position of the nominal values of the series resonance frequencies relative to the transmission center frequency, the circuit arrangement according to the invention provides advantages in the adjustment * According to the invention, the frequency-variable parallel resonant circuit is used for this purpose.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ergibt keine Änderungen der Selektionseigenschaften, wenn Herstellungstoleranzen der Parallelresonanzfrequenzen vorhanden sind und ein Schältungsabgleich auf einen maximal geebneten Durchlaßdämpfungsbereich erfolgt. Die die Weitabselektion-The circuit arrangement according to the invention does not result in any changes in the selection characteristics if manufacturing tolerances of the parallel resonance frequencies are present and a blade alignment takes place to a maximum leveled passband attenuation range. The Weitabselektion-

beeinflussenden und exemplarabhängigen Quarz-Differenz-Parallelkapazitäten können durch abgleichbare Parallelkondensatoren in einfacher Weise ausgeglichen werden.influencing and copy-dependent quartz difference parallel capacitances can be compensated by adjustable parallel capacitors in a simple manner.

Sie hat. außerdem gegenüber bekannten Quarzbandpassen mit' beiderseitigem Wellenwiderstandsabschluß den Vorteil, daß das Spannungsübertragungsmaß deutlich größer ist. Das wirkt sich ebenfalls vorteilhaft in Gesamtanordnungen, wie z. B. selektiven Pegelmessern, insbesondere bei kleinen Pegeln, aus.She has. also compared to known Quarzbandpassen with 'mutual impedance termination the advantage that the voltage transmission is significantly larger. This also has an advantageous effect in overall arrangements, such. B. selective level meters, especially at low levels from.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich gegenüber bekannten Anordnungen mit vergleichbarem Aufwand Quarzbandpässe mit relativ breiterem Durchlaßfrequenzbereich bequem herstellen lassen.Another advantage is that compared to known arrangements quartz band passports can be conveniently produced with a relatively wider passage frequency range with a comparable effort.

AUSi¹UHRTJWGSBEISPiELAUSi ¹ UHRTJWGSBEISPiEL

Die Erfindung wird nachfolgend, an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigenThe invention will be explained below, using an exemplary embodiment. Show it

Pig. 1 Die grundsätzliche erfinderische SchaltungPig. 1 The basic inventive circuit

Pig. 2 Eine zweckmäßige Realisierung nach Pig. 1Pig. 2 An expedient realization according to Pig. 1

Pig. 3 Eine veränderte zweckmäßige RealisierungPig. 3 An altered purposeful realization

nach Pig. 1to Pig. 1

In Pig. 1 ist zunächst d.ie bekannte Anordnung eines Quarzbrückenfilters mit den symmetrischen Eingangsklemmen 1,2 den beiden Quarzen 3» 4 und. dem reellen Abschlußwiderstand, dargestellt. Die Verbindung der beiden Quarze 3, 4 mit dem Abschlußwiderstand 5 ist der Ausgang der Schaltung. Die jeweils anderen Quarzanschlüsse stellen die Eingangsklemmen 1, 2 des Quarzbrückenfilters dar. An sie werden die gegenphasigen Signalurspannungsquellen 6, 7 bei erfind.ungsgemäß vernachlässigbaren Innenwiderständen (in Pig. 1 mit R^ = 0 dargestellt) angeschaltet. An den AusgangIn Pig. 1 is first the known arrangement of a quartz bridge filter with the symmetrical input terminals 1,2 the two quartz 3 »4 and. the real terminator. The connection of the two quartz 3, 4 with the terminating resistor 5 is the output of the circuit. The respective other quartz connections represent the input terminals 1, 2 of the quartz bridge filter. The antiphase signal voltage sources 6, 7 are connected to them in the case of insignificantly negligible internal resistances (represented by R 1 = 0 in FIG. At the exit

(rechts in Pig. 1) ist parallel zum reellen Abschlußwid.erstand 5 erfindungsgemäß ein Phasendrehglied 8 angeschlossen.(right in Pig. 1) is connected in parallel to the real Abschlusswid.erstand 5 according to the invention a phase shifter 8 connected.

Durch, den vernachlässigbaren Innenwiderstand, der Signalurspannungsquellen sind, die Quarze eingangsseitig vollständig entkoppelt. Die Nennwerte der Serienresonanzfrequenzen der Quarze liegen im gleichen Abstand, ober- und unterhalb der Durchlaßmittenfrequenz und beide charakterisieren in Näherung die Breite des Durchlaßbereiches« (Der .größtmögliche Bereich ohne Dämpfungsänderung ist geringer).Through, the negligible internal resistance, the Signalurspannungsquellen, the quartz input side completely decoupled. The nominal values of the series resonance frequencies of the quartz are equidistant, above and below the transmission center frequency and both approximately approximate the width of the passband «(The largest possible range without attenuation change is lower).

Die Elemente der Parallelschaltung aus reellem Abschlußwiderstand 5 und Phasendrehglied 8 lassen sich zweckmäßig so ermitteln, daß symmetrisch zur Durchlaßmittenfrequenz ein frequenzunabhängiges Spannungsübertragungsmaß möglichst großer Prequenzbreite erreicht wird.The elements of the parallel circuit of real terminator 5 and phase shifter 8 can be conveniently determined so that symmetrical to Durchlaßmittenfrequenz a frequency-independent Spannungsübertragungsmaß the largest possible Prequency width is achieved.

Pig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Signalurspannungsquellen durch Kollektorstufen, d.ie gegenphasig angesteuert werden, realisiert sind und. bei dem das Pha~ sendrehglied 8 aus einem Parallelschwingkreis besteht, d.er frequenzvariabel ist.Pig. FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which the signal voltage sources are realized by collector stages, that is to say in antiphase, and. in which the Pha ~ sendrehglied 8 consists of a parallel resonant circuit, which is frequency-variable.

Die Kollektorstufen ergeben einen besonders niederohmigen Innenwiderstand. der Speiseschaltung 6, 7 für die symmetrischen Eingangsklemmen 1,2, wenn eine Signalquelle mit endlichem Innenwiderstand 9 vorliegt. Die symmetrische Ansteuerung des Transistors 10 wird d.urch Ankopplung an den Kollektor des Transistors 11 vorgenommen. (Eine andere Möglichkeit besteht darin,- daß beide Transistoren von einem Symmetrieübertrager angesteuert werden, der primärseitig von einer Signalquelle mit endlichem Inn enwid. er st and. gespeist wird.) Die Ausführung besitzt den Vorteil einer Integrationsmöglichkeit in mikroelektronischen Schaltungen..The collector stages give a particularly low-impedance internal resistance. the feed circuit 6, 7 for the balanced input terminals 1.2, when a signal source with finite internal resistance 9 is present. The symmetrical driving of the transistor 10 is made by coupling to the collector of the transistor 11. (Another possibility is that both transistors are driven by a balun that is fed on the primary side by a finite-level signal source.) The design has the advantage of being able to be integrated into microelectronic circuits.

Pig. 3 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel,, bei dem die Signalurspannungsquellen durch einen ausreichend niederohmigen Symmetrieübertrager realisiert sind, der primärseitig durch eine Signalurspannungsquelle (und damit niederohmig) gespeist wird. Diese Realisierung ist zweckmäßig, wenn.Pig. 3 shows an exemplary embodiment, in which the signal voltage sources are realized by a sufficiently low-impedance balun, which is fed on the primary side by a signal voltage source (and thus with low impedance). This realization is appropriate if.

große, thermische Stabilität gefordert" wird oder die Bandmittenfrequenz hoch. ist.large, thermal stability is required or the mid-band frequency is high.

Claims

PATENT cLAIM

A bandpass bridge circuit in which equal magnitude antiphase signals are applied to one side of two crystals of different series resonance frequencies while the other sides of both crystals are connected to each other and. represent the output of the filter, characterized in that the two equal-magnitude antiphase signals are voltages of source voltage sources (6, 7) and that in addition to the real terminating resistor of the filter, a phase-rotating circuit arrangement (8) is connected in parallel.

2. Bandpass bridge circuit according to item 1, characterized in that the phase-shifting circuit arrangement consists of a parallel resonant circuit.

3 «Banapaßbrückenschaltung according to point 2, characterized in that the resonant circuit is constructed variable in frequency.

4. Bandpaßbrückenschaltung according to one of the items 1 to 3, characterized in that the two opposite-phase Signalurspannungsquellen (6, 7) are realized by means of a differential transformer, which is fed by a Signalurspannungsquelle.

5. Bandpaßbrückenschaltung according to one of the items 1 to 3, characterized in that the two anti-phase Signalurspannungsquellen (6, 7) realized by two anti-phase driven transistor collector stages werd.en.

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