專利名稱：振蕩器、傳輸電路和無線電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在各種各樣的無線電裝置、通訊裝置、測(cè)量?jī)x器等中使用的振蕩器。
背景技術(shù)：
至今，為了得到體積小成本低的無線電裝置，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將各種類型的微波波段振蕩器置入集成電路。雖然有不同的電路類型，但是由于包括不需要反饋電容的事實(shí)，以及相位噪聲特性優(yōu)于在數(shù)字電路中使用的環(huán)形振蕩器的相位噪聲特性的很多原因，而特別使用交叉型振蕩器，在該振蕩器中可以通過晶體管基極-集電極連接與共發(fā)射極來獲得負(fù)阻。
下面描述一種常規(guī)振蕩器。
圖1示出了一種常規(guī)振蕩器的結(jié)構(gòu)。在圖1中，L1和L2是能夠并入集成電路中的螺旋形電感器，C1和C2是諧振電容，Q1和Q2是具有共發(fā)射極的基極-集電極連接的晶體管，I1是決定電路的電流值的電流源，以及10和11是用于將振蕩器輸出輸出到外部電路的反相和正相輸出端。電源電壓VCC被提供到電感器L1和L2的一端。
現(xiàn)在將描述一種具有上述結(jié)構(gòu)的振蕩器的操作。
首先，電路電流值由電流源I1決定，并且晶體管Q1和Q2根據(jù)該電流值產(chǎn)生在振蕩頻率的負(fù)阻。電路的振蕩頻率由電感器L1和L2和諧振電容C1和C2的諧振來決定，并且通過用上述負(fù)阻抵消電感器L1和L2以及諧振電容C1和C2的損失來保持振蕩。
由于晶體管Q1和Q2的發(fā)射極連接，這些晶體管執(zhí)行差分操作，并且雙相輸出是從反相輸出端10和正相輸出端11獲得的。
然而，使用這種常規(guī)結(jié)構(gòu)，由諧振電路電感器和諧振電容決定振蕩頻率的事實(shí)是，尤其在3GHz的頻帶和更高頻帶，需要1nH或更少的電感值。存在的一個(gè)問題是，如果電感器值在集成電路中變得太小時(shí)，保持精確度和Q值會(huì)變得很困難，并且將導(dǎo)致輸出減小并產(chǎn)生相位噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種具有優(yōu)良輸出和相位噪聲特性的振蕩器，因此可以配置一種頻率是期望頻率的一半的交叉型振蕩器。
上述目的可通過從在一種交叉型振蕩器中的晶體管發(fā)射極取出二倍波輸出來獲得，該交叉型振蕩器包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容，通過共發(fā)射極的基極-集電極連接來產(chǎn)生負(fù)阻的晶體管，以及一決定電流值的電流源。


圖1示出了一種常規(guī)振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例三的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例四的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例五的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例六的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，下面將詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)在圖2中，與圖1中的部分相同的部分被分配與圖1相同的編號(hào)，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖。這里省略對(duì)應(yīng)于圖1中的部分的描述。
在根據(jù)該實(shí)施例的振蕩器20中，輸出端21連接到具有一個(gè)共發(fā)射極的晶體管Q1和Q2的發(fā)射極，并且振蕩器20的振蕩輸出是通過輸出端20來提取的。
現(xiàn)在將描述根據(jù)該實(shí)施例的振蕩器20的操作。
首先，電路電流值由電流源I1來決定，并且根據(jù)該電流值，晶體管Q1和Q2在振蕩頻率產(chǎn)生負(fù)阻。電路的振蕩頻率由電感器L1和L2以及諧振電容C1和C2的諧振來決定，并且通過用上述負(fù)阻來抵消電感器L1和L2以及諧振電容C1和C2的損耗來保持振蕩。這里，由于晶體管Q1和Q2的發(fā)射極相連，晶體管Q1和Q2執(zhí)行差分運(yùn)行。
因此，由于晶體管Q1和Q2的發(fā)射極相連，交叉型振蕩器20在基頻執(zhí)行差分運(yùn)行。結(jié)果，晶體管Q1和Q2在基電極和發(fā)射極對(duì)180度的相位差進(jìn)行運(yùn)算。
此時(shí)，發(fā)射極實(shí)際上在基頻為接地點(diǎn)，并且不出現(xiàn)基頻信號(hào)分量，但是由于基頻輸出的失真而產(chǎn)生的二倍波輸出在晶體管Q1和Q2的基電極和發(fā)射極是同相的。因此，通過在該發(fā)射極提供輸出端21，以便提取輸出，則可能抑制基頻輸出，并有效地得到二倍波輸出。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，通過從晶體管發(fā)射極取出輸出，該發(fā)射極實(shí)際上是交叉型振蕩器中的基波接地點(diǎn)，則可能抑制基波輸出，并有效地輸出一個(gè)二倍波，從而能夠不使用濾波器等就可以配置一種頻率是期望頻率的一半的交叉型振蕩器，通常在這種情況下是很難集成的。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良效應(yīng)和相位噪聲特性的振蕩器20。
在圖2中，當(dāng)然可以用一個(gè)電阻或一個(gè)晶體管來代替電流源I1。而且，假定晶體管Q1和Q2是雙極型的元件，則可由MOSFET來代替。
(實(shí)施例2)在圖3中，與圖2中的部分相同的部分被分配與圖2相同的編號(hào)，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖。這里省略對(duì)應(yīng)于圖2中的部分的描述。
根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器30被提供了電容值可根據(jù)施加的直流電壓而變化的變?nèi)荻O管D1和D2，以及將直流電壓提供到變?nèi)荻O管D1和D2的控制電壓輸入端31。具體地，變?nèi)荻O管D1和D2的陽極互相連接，陰極分別連接到螺旋形電感器L1和L2?？刂齐妷狠斎攵?1連接到變?nèi)荻O管D1和D2的陽極。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器30的操作。
首先，變?nèi)荻O管D1和D2的電容值由從控制電壓輸入端31提供的直流電壓以及經(jīng)過螺旋形電感器L1和L2提供的電源電壓之間的電壓差來決定。變?nèi)荻O管D1和D2形成一個(gè)具有電感器L1和L2的諧振電路，并且該頻率可通過改變電容值來變化。其他部件的操作與實(shí)施例一中的相同，因此不再贅述。
從而，根據(jù)本實(shí)施例，通過用變?nèi)荻O管D1和D2代替諧振電容，并且通過從控制電壓輸入端31提供的控制電壓來改變變?nèi)荻O管D1和D2的電容值，能夠?qū)崿F(xiàn)一種使振蕩頻率根據(jù)從控制電壓輸入端31提供的電壓而改變的振蕩器30，并且獲得實(shí)施例1的效果。
(實(shí)施例3)在圖4中，與圖3中的部分相同的部分被分配與圖3相同的編號(hào)，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例三的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖。這里省略對(duì)應(yīng)于圖3中的部分的描述。
根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器40被提供了阻塞直流電壓的耦合電容C3和C4，以及施加基極偏壓的偏壓提供端41和42。具體地，耦合電容C3和C4被插入到晶體管Q1和Q2的基極和集電極之間，偏壓提供端41連接到耦合電容C3和晶體管Q2的基極之間，以及偏壓提供端42連接到耦合電容C4和晶體管Q1的基極之間。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器40的操作。
通過單獨(dú)地從偏壓提供端41和42施加基極偏壓，可以充分固定晶體管Q1和Q2的集電極-發(fā)射極電壓。由于集電極-發(fā)射極電壓的固定與相位噪聲特性的改善相關(guān)，則結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良相位噪聲特性的振蕩器40。其他部件的操作與實(shí)施例2中的相同，所以不再贅述。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，通過經(jīng)由兩個(gè)耦合電容C3和C4連接基極和集電極，以及從偏壓提供端41和42提供基極偏壓，能夠?qū)崿F(xiàn)一種能夠保護(hù)晶體管Q1和Q2的集電極-發(fā)射極并且改善相位噪聲特性的振蕩器40，此外能獲得實(shí)施例2的效果。
(實(shí)施例4)在圖5中，與圖1中的部分相同的部分被分配與圖1相同的編號(hào)，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例四的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖。這里省略對(duì)應(yīng)于圖1中的部分的描述。
在根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器50中，形成一個(gè)射極跟隨器的晶體管Q3和Q4被連接到晶體管Q1和Q2的集電極，并且決定射極跟隨器的電流值的電流源I2被連接到那些晶體管Q3和Q4的發(fā)射極。而且，在振蕩器50中，振蕩輸出是從連接到晶體管Q3和Q4的發(fā)射極的輸出端51提取的。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器50的操作。
在交叉型振蕩器50中，在晶體管Q1和Q2集電極有基頻反相和倍波同相關(guān)系。在根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器50中，能夠抑制基波輸出，并且通過對(duì)通過晶體管Q3和Q4組成的射極跟隨器的輸出和電流源I2的同相合并，能夠有效地輸出二倍波。而且，由于集電極輸出是比發(fā)射極輸出更高的電平，所以能夠得到比實(shí)施例1到3的更高電平的輸出。
其他部件的操作與實(shí)施例1中的相同，所以不再贅述。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，通過從兩個(gè)集電極取出二倍波輸出，并通過在交叉型振蕩器中的發(fā)射極跟隨器來執(zhí)行同相合并，該振蕩器包括決定諧振頻率的螺旋形電感器L1和L2、諧振電容C1和C2、通過基極-集電極連接及共發(fā)射極來產(chǎn)生負(fù)阻的晶體管Q1和Q2、以及決定電路值的電流源I1，能夠?qū)崿F(xiàn)一種能夠獲得非常高的輸出電平的振蕩輸出的振蕩器50，此外能獲得實(shí)施例1的效果。
(實(shí)施例5)在圖6中，與圖5中的部分相同的部分被分配與圖5相同的編號(hào)，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例五的振蕩器的結(jié)構(gòu)的連接圖。這里省略對(duì)應(yīng)于圖5中的部分的描述。
在根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器60中，頻率等分器61連接到形成發(fā)射極跟隨器的晶體管Q3和Q4。在振蕩器60中，振蕩輸出是從用于提取頻率等分器61的同相信號(hào)(I)的同相信號(hào)端52，以及從用于提取正交信號(hào)(Q)的正交信號(hào)端63獲得的。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本實(shí)施例的振蕩器60的操作。
通過使用輸入信號(hào)的上升沿和下降沿，頻率等分器61能夠產(chǎn)生一個(gè)精確的90度的相位信號(hào)。也就是說，通過將倍增的輸出輸入到頻率等分器61，并且對(duì)該輸入進(jìn)行分頻，能夠產(chǎn)生基頻的同相信號(hào)(I)和正交信號(hào)(Q)。其他部件的操作與實(shí)施例4中的相同，所以不再贅述。
在本實(shí)施例中，已經(jīng)描述了在實(shí)施例4的輸出端51的位置提供頻率等分器61的情況，但是這并不是一種限制，而且通過在實(shí)施例1到3的輸出端的位置提供頻率等分器，也可以獲得相似的效果。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，通過頻率等分器61對(duì)由根據(jù)實(shí)施例1到4的振蕩器20、30、40或50獲得的倍增的輸出進(jìn)行分頻，能夠?qū)崿F(xiàn)一種能夠在基波振蕩頻帶獲得90度相位的振蕩器60。
頻率等分器61被用來獲得一個(gè)90度的相位，但是也能夠在所期望頻率的一半形成基頻，并且使用例如多相濾波器的CR移相器來執(zhí)行倍增輸出的移相。
(實(shí)施例6)在圖7中，與圖6中的部分相同的部分被分配與圖6相同的編號(hào)，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例六的傳輸電路的結(jié)構(gòu)。傳輸電路70被安裝在例如移動(dòng)電話的無線電裝置上，并且對(duì)正交基帶信號(hào)(BB_I，BB_Q)執(zhí)行正交調(diào)制處理。
具體地，將通過頻率等分器61獲得的同相信號(hào)(I)輸入正交調(diào)制器71的乘法電路72，并且將通過頻率等分器61獲得的正交信號(hào)(Q)輸入正交調(diào)制器71的乘法電路73。而且，正交基帶信號(hào)同相分量(BB_I)被輸入到乘法電路72，以及正交基帶信號(hào)分量(BB_Q)被輸入到乘法電路73。通過這種方法，在正交調(diào)制器71中，正交基帶信號(hào)被上變換(up-converted)為由振蕩器60產(chǎn)生的振蕩頻率，并且從輸出端74獲得傳輸信號(hào)。
這里通過使用精確移相的同相信號(hào)(I)以及通過振蕩器60獲得的正交信號(hào)(Q)，在正交調(diào)制器71中執(zhí)行對(duì)正交基帶信號(hào)(BB_I，BB_Q)的正交調(diào)制，可以從輸出端74獲得具有優(yōu)良相位噪聲特性的傳輸信號(hào)。
因此根據(jù)本實(shí)施例，通過將根據(jù)實(shí)施例5的振蕩器的90度相位輸出應(yīng)用到正交調(diào)制，能夠?qū)崿F(xiàn)可能獲得具有優(yōu)良相位噪聲特性的傳輸電路70，并且也能夠?qū)ㄒ葡嗥鞯膫鬏旊娐泛喜⒌揭粋€(gè)集成電路中。
由于簡(jiǎn)潔原因，這些實(shí)施例的描述被限定為傳輸系統(tǒng)，但是根據(jù)本發(fā)明的振蕩器也可以應(yīng)用到接收系統(tǒng)中的正交調(diào)制器、圖像載波抑制混合器等。
本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施例，并且在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出各種各樣的變化和修改。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發(fā)射極的基極-集電極連接來產(chǎn)生負(fù)阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極；以及輸出端，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極，并提取振蕩輸出。
根據(jù)該配置，能夠有效地從一個(gè)輸出端提取二倍波，同時(shí)通過使用基波實(shí)接地點(diǎn)來抑制基波，從而不使用一個(gè)濾波器等就能夠配置一種其頻率是期望頻率的一半的交叉型振蕩器。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中上述輸出端從上述發(fā)射極提取一個(gè)偶數(shù)高頻率。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中上述諧振電容由多個(gè)變?nèi)荻O管來代替，并且還包括一個(gè)控制電壓輸入端，用于將控制電壓提供給那些變?nèi)荻O管。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，振蕩器頻率能夠根據(jù)來自控制電壓輸出端的控制電壓而變化。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中上述第一和第二晶體管的基極和集電極通過耦合電容連接，并且從偏壓提供端將基極偏壓提供到所述第一和第二晶體管。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠確保第一和第二晶體管的集電極-發(fā)射極電壓，并且能夠充分地提高相位噪聲特性。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過基極-集電極連接一個(gè)共發(fā)射極來產(chǎn)生負(fù)阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極；以及一射極跟隨電路，從所述第一和第二晶體管的集電極提取二倍波輸出，并執(zhí)行它們的同相合并。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過使用一個(gè)射極跟隨電路來執(zhí)行輸出的同相合并而增加輸出電平。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分頻器，通過對(duì)從連接到所述輸出端的輸出端獲得的倍增的輸出進(jìn)行分頻，形成兩個(gè)在基波振蕩頻率具有90度相位差的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有這樣一種結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括分頻器，通過對(duì)受到由所述射極跟隨電路的同相合并的倍增的輸出進(jìn)行分頻，形成兩個(gè)在基波振蕩頻段具有90度相位差的信號(hào)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過使用一移相電路能夠獲得精確的90度相位，該移相電路利用一分頻器，而不使用倍頻器。
根據(jù)本發(fā)明的傳輸電路具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，在正交調(diào)制器中使用由上述振蕩器獲得的兩個(gè)具有90度相位差的信號(hào)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠獲得具有優(yōu)良相位噪聲特性的傳輸信號(hào)，并能夠?qū)ㄒ灰葡嗥鞯膫鬏旊娐凡⑷爰呻娐分小?br> 根據(jù)本發(fā)明的無線裝置具有一種包括上述振蕩器的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過傳輸電路的集成可以獲得一種小的無線電裝置。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過從交叉型振蕩器的發(fā)射極提取基波振蕩頻率倍波輸出能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良輸出和相位噪聲特性的振蕩器。
本申請(qǐng)基于2001年9月27日提出的日本專利申請(qǐng)?zhí)柕?001-296857，特此全文引用，以供參考。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明可應(yīng)用于各種類型的無線電裝置、通信裝置、測(cè)量?jī)x器等。
權(quán)利要求
1.一種振蕩器，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發(fā)射極的基極-集電極連接來產(chǎn)生負(fù)阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極；以及輸出端，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極，并提取振蕩輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中，所述輸出端從所述發(fā)射極提取一個(gè)偶數(shù)的高頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中，所述諧振電容由多個(gè)變?nèi)荻O管來代替，并且還包括一個(gè)控制電壓輸入端，用于將控制電壓提供給那些變?nèi)荻O管。
4.如權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中，所述第一和第二晶體管的基極和集電極通過耦合電容連接，并且從偏壓提供端將基極偏壓提供到所述第一和第二晶體管。
5.一種振蕩器，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發(fā)射極的基極-集電極連接來產(chǎn)生負(fù)阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極；以及一射極跟隨電路，從所述第一和第二晶體管的集電極提取倍波輸出，并執(zhí)行它們的同相合并。
6.如權(quán)利要求1所述的振蕩器，進(jìn)一步包括分頻器，通過對(duì)從連接到所述輸出端的輸出端獲得的倍增的輸出進(jìn)行分頻，形成兩個(gè)在基波振蕩頻率具有90度相位差的信號(hào)。
7.如權(quán)利要求5所述的振蕩器，進(jìn)一步包括分頻器，通過對(duì)由所述射極跟隨電路進(jìn)行同相合并獲得的倍增的輸出進(jìn)行分頻，形成兩個(gè)在基波振蕩頻段具有90度相位差的信號(hào)。
8.一種傳輸電路，其中，在正交調(diào)制器中使用通過根據(jù)權(quán)利要求6的振蕩器獲得的兩個(gè)具有90度相位差的信號(hào)。
9.一種傳輸電路，其中，在正交調(diào)制器中使用通過根據(jù)權(quán)利要求7的振蕩器獲得的兩個(gè)具有90度相位差的信號(hào)。
10.一種具有振蕩器的無線電裝置，所述振蕩器包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發(fā)射極的基極-集電極連接產(chǎn)生負(fù)阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極；以及輸出端，連接到所述第一和第二晶體管的所述發(fā)射極，并提取振蕩輸出。
全文摘要
在一個(gè)交叉型振蕩器(20)中，包括螺旋形電感器(L1，L2)、決定諧振頻率的諧振電容(C1，C2)、通過共發(fā)射極的基極－集電極連接來產(chǎn)生負(fù)阻的晶體管(Q1，Q2)、以及決定電路電流值的電流源(I1)，二倍波輸出是從晶體管(Q1，Q2)的發(fā)射極提取的。
文檔編號(hào)H03B19/14GK1489824SQ02804160
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月27日
發(fā)明者齊藤典昭, 清水克人, 矢吹博幸, 人, 幸 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社