Método y sistema para controlar y estabilizar la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable.

Método para controlar y estabilizar en tiempo, cuando cambia la temperatura,

la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable (3), comprendiendo dicho método las etapas siguientes:

- medir la frecuencia de dicha señal generada por dicho oscilador controlable (3) utilizando una primera señal, cuya duración es proporcional a la longitud de una línea de retardo (5) que comprende por lo menos unas primera (7) y segunda (9) porciones de línea de retardo dispuestas en serie y que tienen unas primera (L1) y segunda (L2) longitudes, respectivamente;

- aplicar una corrección de frecuencia a dicha señal generada por dicho oscilador controlable (3) si la diferencia en frecuencia entre dicha señal y el valor de frecuencia deseado excede un umbral predeterminado, estando dicho método caracterizado por que:

- se proporciona dicha primera porción de dicha línea de retardo (5) acoplando un material conductor a un primer material dieléctrico que tiene un primer gradiente negativo de su constante dieléctrica en función de la temperatura;

- se proporciona dicha segunda porción (9) de dicha línea de retardo (5) acoplando dicho u otro material conductor a un segundo material dieléctrico que tiene un segundo gradiente negativo de su constante dieléctrica en función de la temperatura, siendo el valor absoluto de dicho segundo gradiente superior al de dicho primer gradiente;

- se selecciona dicha segunda longitud (L2) de dicha segunda porción (9) de línea de retardo de tal manera que la relación L2 ≥ (L1·ΔR1)/abs(ΔR2) sea verdadera, en la que ΔR1 y ΔR2 representan, respectivamente, unas primera y segunda variaciones de retardo por grado Kelvin introducidas por dichas primera (7) y segunda (9) porciones de línea, y en la que dicha primera variación de retardo (ΔR1) es inferior, por cada grado Kelvin, al coeficiente de expansión térmica de dicho u otro material conductor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2012/051287.

Solicitante: Onetastic S.r.L.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Via Ghislandi 47 25125 Brescia ITALIA.

Inventor/es: DE PADOVA,IGNAZIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H03K3/011 SECCION H — ELECTRICIDAD.H03 CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS.H03K TECNICA DE IMPULSO (medida de las características de los impulsos G01R; modulación de oscilaciones sinusoidales por impulsos H03C; transmisión de información digital, H04L; circuitos discriminadores de detección de diferencia de fase entre dos señales de conteo o integración de ciclos de oscilación H03D 3/04; control automático, arranque, sincronización o estabilización de generadores de oscilaciones o de impulsos electrónicos donde el tipo de generador es irrelevante o esta sin especificar H03L; arranque, sincronización o estabilización de generadores cuando el tipo de generadores es indiferente o no especificado H03L; codificación, decodificación o conversión de código, en general H03M). › H03K 3/00 Circuitos para la generación de impulsos eléctricos; Circuitos monoestables, biestables o multiestables (H03K 4/00 tiene prioridad; para generadores de funciones digitales en ordenadores G06F 1/02). › Modificaciones del generador para compensar las variaciones de valores físicos, p. ej. tensión, temperatura.
  • H03L1/02 H03 […] › H03L CONTROL AUTOMATICO, ARRANQUE, SINCRONIZACION O ESTABILIZACION DE GENERADORES DE OSCILACIONES O DE IMPULSOS ELECTRONICOS (de generadores dinamoeléctricos H02P). › H03L 1/00 Estabilización de la señal de salida del generador contra las variaciones de valores físicos, p. ej. de la alimentación de energía (control automático H03L 5/00, H03L 7/00). › contra las variaciones de temperatura solamente.
  • H03L7/00 H03L […] › Control automático de frecuencia o fase; Sincronización (sintonización de circuitos resonantes en general H03J; sincronización en los sistemas de comunicación digital, ver los grupos apropiados en la clase H04).

PDF original: ES-2534539_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método y sistema para controlar y estabilizar la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable.

La presente invención se refiere a un método y a un sistema para controlar y estabilizar la frecuencia de una señal generada por un oscilador.

Más en particular, la presente invención se refiere a un método y a un sistema para controlar y estabilizar la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable cuando cambia la temperatura, de modo que la frecuencia de oscilación permanezca extremadamente estable.

Se sabe que muchas aplicaciones electrónicas requieren el uso de un oscilador que debe ser extremadamente estable en frecuencia.

Por ejemplo, una aplicación que requiere el uso de osciladores que sean extremadamente estables en frecuencia es la radiodifusión de la señal de televisión digital terrestre DVB-T en modo "SFN", es decir, en una Red de Frecuencia Única, con el fin de sincronizar en frecuencia los transmisores que pertenecen a la misma red.

Este requisito se cumple típicamente de tres maneras diferentes:

1) utilizando unos osciladores de grado metrológico, por ejemplo unas unidades de cesio, rubidio y similares;

2) utilizando unos osciladores controlables a través de una referencia externa, aun cuando la referencia externa esté a una frecuencia diferente a la que debe ser generada por el oscilador: por ejemplo, esta categoría incluye unos osciladores que utilizan, como señal de referencia, la señal "1PPS" ("Un Impulso Por Segundo) de GPS ("Sistema de Posicionamiento Global");

3) unos osciladores controlados comerciales, por ejemplo de los tipos "VCXO" ("Oscilador de Cristal de Control de Voltaje") u "OCXO" ("Oscilador de Cristal Controlado por Horno").

Cada una de las tipologías de oscilador mencionadas anteriormente adolece de sus propios inconvenientes:

1) los osciladores de grado metrológico ofrecen una excelente precisión, pero son muy caros y, por tanto, no son adecuados para aplicaciones comerciales;

2) los osciladores controlables a través de una referencia externa adolecen por lo menos de tres Inconvenientes. En primer lugar, la señal de referencia externa requiere la Instalación de dispositivos externos, en particular receptores GPS, de tecnología dishomogénea con respecto a la tecnología utilizada en los osciladores, de modo que pueden surgir problemas de fiabilidad; en segundo lugar, el funcionamiento apropiado del oscilador depende de la disponibilidad de la referencia externa: si se pierde esta última, por ejemplo debido a fallos o a condiciones meteorológicas adversas, el oscilador puede llegar a ser completamente Inútil; en tercer lugar, si la fuente de la referencia absoluta es un sistema de satélite gestionado por terceras partes, tales como el sistema GPS, el funcionamiento apropiado del oscilador depende de parámetros fuera del control del usuario. En efecto, se sabe que el uso del sistema GPS, o de sistemas de satélite similares, es libre; sin embargo, no es posible establecer contratos de servicio para asegurar la continuidad del servicio o los niveles de prestaciones adecuados. En otras palabras, el sistema GPS se ofrece "tal como es" y puede llegar repentinamente a no estar disponible o ser inadecuado o técnicamente Insuficiente en algún momento, sin que se le permita al usuario hacer algo o formular alguna objeción;

3) los osciladores controlados comerciales tienen una precisión Insuficiente para la mayoría de las aplicaciones comerciales debido a que, en ausencia de una referencia de frecuencia externa, tienen típicamente una deriva de frecuencia diaria de unos pocos Hz, es decir, unos pocos cientos de Hz o más por año.

Por ejemplo, en el caso mencionado anteriormente referente a la sincronización de transmisores de una red DVB-T que funciona en modo SFN, la precisión requerida es de 1'9, es decir, la deriva de frecuencia tolerable es de unos pocos Hz por GHz.

Una de las causas que contribuyen a la deriva de frecuencia de la señal generada por un oscilador es la temperatura de funcionamiento del mismo.

Por ejemplo, el documento US n° 7.619.486 describe un circuito Integrado fabricado en un proceso de óxido múltiple que se puede utilizar para proporcionar un circuito insensible a la temperatura. El circuito Insensible a la temperatura puede ser un oscilador en anillo que se puede utilizar como una frecuencia de referencia Integrada de bajo coste para vigilar y modificar el comportamiento del circuito integrado con el fin de producir los resultados deseados. En algunas formas de realización, la salida del oscilador de referencia se puede comparar con la salida de un segundo oscilador, en donde las prestaciones del segundo oscilador son sensibles a la temperatura. El resultado de

comparación se puede vigilar y procesar para rebajar la potencia del circuito integrado.

Se conoce en la técnica, por ejemplo a partir de las patentes US n° 3.617.955 y US n° 4.293.83, el uso de líneas de retardo para compensar derivas causadas por la temperatura. Sin embargo, dichas patentes no enseñan cómo corregir con precisión extremadamente alta cualquier deriva de frecuencia debida a la temperatura.

Por tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar un método y un sistema para controlar y estabilizar en tiempo la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable, con el fin de corregir con muy alta precisión cualquier deriva de frecuencia causada por la temperatura.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un método y un sistema para controlar y estabilizar en tiempo la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable para generar una señal que sea muy estable en frecuencia.

Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un método y un sistema para controlar y estabilizar en tiempo la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable para no requerir señales de referencia externas.

Es todavía otro objetivo de la presente invención proporcionar un método y un sistema para controlar y estabilizar en tiempo la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable de bajo coste.

Éstos y otros objetivos de la invención se consiguen a través de un método y un sistema para controlar y estabilizar en tiempo la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable según las reivindicaciones adjuntas, que están destinadas a ser parte integrante de la presente descripción.

En resumen, el método para controlar y estabilizar la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable prevé generar un impulso a través de un generador de impulsos y tener el tránsito del impulso a través de una línea de retardo que comprende por lo menos unas primera y segunda porciones de línea de retardo dispuestas en serie.

La frecuencia de la señal generada por el oscilador controlable se mide utilizando una señal cuya duración es proporcional a la longitud de la línea de retardo.

Se aplica una corrección de frecuencia a la señal generada por el oscilador controlable si la diferencia en frecuencia entre dicha señal y el valor de frecuencia deseado excede un umbral predeterminado.

Se proporciona la primera porción de línea de retardo acoplando un material conductor a un primer material dieléctrico que tiene un primer gradiente negativo de su constante eléctrica en función de la temperatura, mientras que la segunda porción de línea de retardo se proporciona acoplando el mismo material o un material conductor diferente a un segundo material dieléctrico que tiene un segundo gradiente negativo de su constante dieléctrica en función de la temperatura, en donde el valor absoluto del segundo gradiente es superior al del primer gradiente.

La longitud de la segunda porción de línea de retardo se selecciona de tal manera que la relación L2 = (Li ARi)/abs (AR2) sea verdadera, en la que L1 y L2 son respectivamente la longitud de las primera y segunda porciones de línea de retardo, y AR1 y AR2 representan respectivamente unas primera y segunda variaciones de retardo introducidas por las primera y segunda porciones de línea de retardo para cada variación de 1K en la temperatura a la que funcionan ambas líneas de retardo.

De esta manera, se cancela sustanclalmente cualquier efecto sobre la precisión de la medición de la deriva de frecuencia causada por cambios en la temperatura, con lo que resulta más fácil corregir con alta precisión cualquier deriva de frecuencia del oscilador.

Mediante una selección apropiada del material conductor y de los materiales dieléctricos utilizados para fabricar las por lo menos dos porciones de línea de retardo, es posible conseguir una precisión del orden... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para controlar y estabilizar en tiempo, cuando cambia la temperatura, la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable (3), comprendiendo dicho método las etapas siguientes:

- medir la frecuencia de dicha señal generada por dicho oscilador controlable (3) utilizando una primera señal, cuya duración es proporcional a la longitud de una línea de retardo (5) que comprende por lo menos unas primera (7) y segunda (9) porciones de línea de retardo dispuestas en serie y que tienen unas primera (L1) y segunda (L2) longitudes, respectivamente;

- aplicar una corrección de frecuencia a dicha señal generada por dicho oscilador controlable (3) si la diferencia en frecuencia entre dicha señal y el valor de frecuencia deseado excede un umbral predeterminado, estando dicho método caracterizado por que:

- se proporciona dicha primera porción de dicha línea de retardo (5) acoplando un material conductor a un primer material dieléctrico que tiene un primer gradiente negativo de su constante dieléctrica en función de la temperatura;

- se proporciona dicha segunda porción (9) de dicha línea de retardo (5) acoplando dicho u otro material conductor a un segundo material dieléctrico que tiene un segundo gradiente negativo de su constante dieléctrica en función de la temperatura, siendo el valor absoluto de dicho segundo gradiente superior al de dicho primer gradiente;

- se selecciona dicha segunda longitud (L2) de dicha segunda porción (9) de línea de retardo de tal manera que la relación l_2 = (LrARi)/abs(AR2) sea verdadera, en la que ARi y AR2 representan, respectivamente, unas primera y segunda variaciones de retardo por grado Kelvin introducidas por dichas primera (7) y segunda (9) porciones de línea, y en la que dicha primera variación de retardo (AR-i) es inferior, por cada grado Kelvin, al coeficiente de expansión térmica de dicho u otro material conductor.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha primera porción (7) de dicha línea de retardo (5) es

proporcionada por un cable coaxial realizado en dicho material conductor y que tiene por lo menos una funda

aislante realizada en dicho primer material dieléctrico.

3. Método según la reivindicación 1, en el que dicha segunda porción (9) de dicha línea de retardo (5) es

proporcionada por un cable coaxial realizado en dicho material conductor y que tiene por lo menos una funda

aislante realizada en dicho segundo material dieléctrico.

4. Método según la reivindicación 1, en el que dicha primera porción (7) de dicha línea de retardo (5) se obtiene depositando por lo menos una pista realizada en dicho material conductor, en particular cobre, sobre un primer sustrato, en particular una primera tira, realizado en dicho primer material dieléctrico.

5. Método según la reivindicación 1, en el que dicha segunda porción (9) de dicha línea de retardo (5) se obtiene depositando por lo menos una pista realizada dicho material conductor, en particular cobre, sobre un segundo sustrato, en particular una segunda tira, realizado en dicho segundo material dieléctrico.

6. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha primera señal es generada por un generador de puerta (6), comprende por lo menos un impulso generado por un generador de impulsos (21) y se la hace transitar por dicha línea de retardo (5).

7. Sistema para controlar y estabilizar en el tiempo, cuando cambia la temperatura, la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable (3), comprendiendo dicho sistema:

- unos medios (29) para medir la frecuencia de dicha señal generada por dicho oscilador controlable (3) utilizando una primera señal, cuya duración es proporcional a la longitud de dicha línea de retardo (5) que comprende por lo menos unas primera (7) y segunda (9) porciones de línea de retardo dispuestas en serie y que tienen unas primera (L1) y segunda (L2) longitudes, respectivamente;

- unos medios (13) para aplicar una corrección de frecuencia a dicha señal generada por dicho oscilador controlable (3) si la diferencia en frecuencia entre dicha señal y el valor de frecuencia deseado excede un umbral predeterminado, en donde:

- dicha primera porción de dicha línea de retardo (5) comprende un material conductor acoplado a un primer material dieléctrico que tiene un primer gradiente negativo de su constante dieléctrica en función de la temperatura;

- dicha segunda porción (9) de dicha línea de retardo (5) comprende un material conductor acoplado a un

segundo material dieléctrico que tiene un segundo gradiente negativo de su constante dieléctrica en función de la temperatura, siendo el valor absoluto de dicho segundo gradiente superior al de dicho primer gradiente;

- dicha segunda longitud (L2) de dicha segunda porción (9) de la linea de retardo se proporciona de tal manera que la relación l_2 = (LrARi)/abs(AR2) sea verdadera, en la que ARi y AR2 representan, respectivamente, unas primera y segunda variaciones de retardo por grado Kelvin introducidas por dichas primera (7) y segunda (9) porciones de línea, y en donde dicha primera variación de retardo (AR1) es inferior, por cada grado Kelvin, al coeficiente de expansión térmica de dicho u otro material conductor.

8. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicha primera porción (7) de dicha línea de retardo (5) comprende un cable coaxial realizado en dicho material conductor y que tiene por lo menos una funda aislante realizada en dicho primer material dieléctrico.

9. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicha segunda porción (9) de dicha línea de retardo (5) comprende un cable coaxial realizado en dicho material conductor y que tiene por lo menos una funda aislante realizada en dicho segundo material dieléctrico.

1. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicha primera porción (7) de dicha línea de retardo (5) comprende un primer sustrato, en particular una primera tira, realizado en dicho primer material dieléctrico y por lo menos una pista realizada en dicho material conductor, en particular cobre.

11. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicha segunda porción (9) de dicha línea de retardo (5) comprende un segundo sustrato, en particular una segunda tira, realizado en dicho primer material dieléctrico y por lo menos una pista realizada en dicho material conductor, en particular cobre.

12. Sistema según la reivindicación 7, en el que dichas primera (7) y segunda (9) porciones de dicha línea de retardo (5) están dispuestas en el mismo ambiente y funcionan a la misma temperatura.

13. Sistema según una o más de las reivindicaciones 7 a 12, en el que dicha primera señal es generada por un generador de puerta (6), comprende por lo menos un impulso generado por un generador de impulsos (21) y se la hace transitar por dicha línea de retardo (5).

14. Sistema según la reivindicación 13, en el que dicho oscilador controlable (3), dicha línea de retardo (5), dicho generador de puerta (6) y dichos medios (29) para medir la frecuencia de dicha señal generada por dicho oscilador controlable (3) se estabilizan en temperatura por medio de un termostato.

15. Red de frecuencia única que comprende una pluralidad de transmisores, en donde por lo menos uno de dichos transmisores comprende un oscilador (3) respectivo y en donde dicha red comprende un sistema para controlar y estabilizar en tiempo, cuando cambia la temperatura, la frecuencia de una señal generada por un oscilador controlable según una o más de las reivindicaciones 7 a 14.


 

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