專利名稱：寬帶vco諧振電路方法和裝置的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及電子電路，尤其涉及寬帶壓控振蕩器(VCO)和其中使用的諧振電路。
背景技術(shù)：
在許多電子設(shè)備中使用振蕩器來(lái)提供頻率源。振蕩器在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中被用作基準(zhǔn)頻率或者被用作對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的本地振蕩器。振蕩器結(jié)合正反饋使用增益元件或放大器來(lái)產(chǎn)生一再生信號(hào)。合成的振蕩器具有一頻率輸出，其中增益大于或等于一，反饋信號(hào)的相位等于零。通常在反饋路徑中放置一頻率敏感的移相電路或元件來(lái)產(chǎn)生一特定的振蕩頻率。一種這樣的頻率敏感的移相電路是一諧振電路，也稱為儲(chǔ)能電路(tank circuit)。
壓控振蕩器(VCO)是一可調(diào)振蕩器。VCO的輸出是頻率可由公式ω(t)＝ω0+Ku(t)表征的信號(hào)，其中ω(t)表示VCO的角頻率，ω0表示VCO的初始頻率或中心頻率。K是VCO增益，u(t)是控制電壓信號(hào)。諧振頻率主要確定了振蕩頻率，而諧振電路的調(diào)諧敏感度主要確定了VCO增益。
為了創(chuàng)建一VCO，諧振電路由至少一個(gè)可變組件組成?？勺兘M件的電抗是控制信號(hào)(一般是電壓電平)的函數(shù)，使得零相位的頻率以及振蕩頻率也是可變的。如果要求VCO在一大頻率范圍上調(diào)諧，則可變組件必須能在該大頻率范圍上調(diào)諧諧振電路。能覆蓋一大頻率范圍的可變諧振電路的可能電路實(shí)現(xiàn)包括結(jié)合高度敏感的可變組件的諧振電路、以及要求擴(kuò)展的控制電壓范圍的諧振電路。第一種可選電路產(chǎn)生一些問(wèn)題，因?yàn)閂CO增益變得很高，VCO增益一般用射頻(RF)振蕩器的MHz/電壓來(lái)度量。高的VCO增益導(dǎo)致對(duì)于相對(duì)較小的控制電壓變化有很大的頻率變化，并使VCO更易受調(diào)諧輸入或控制線路上感應(yīng)到的噪聲所影響。第二種可選電路也有缺點(diǎn)，因?yàn)樗璧目刂齐妷悍秶艽?。大的控制電壓?duì)于具有有限電源電壓范圍的電池供電電子設(shè)備產(chǎn)生一問(wèn)題。
由于諧振電路把振蕩器調(diào)諧到期望的工作頻率，因此在給定的控制電壓電平下維持特定的輸出頻率時(shí)，諧振電路的品質(zhì)因數(shù)(Q)相當(dāng)重要。較低的電路Q產(chǎn)生較為平緩的相位響應(yīng)，而較高的電路Q產(chǎn)生較為尖銳的相位響應(yīng)。期望較高的電路Q使小相位變化對(duì)輸出頻率的效應(yīng)最小。對(duì)于給定的相位變化而言，VCO輸出頻率的變化在具有較低電路Q的電路中更為顯著。對(duì)于同一給定的相位變化，低Q電路中頻率變化幅度比高Q電路中頻率變化幅度要大。
如上所述，使用諧振電路來(lái)建立其輸出頻率的VCO可以在多種通信設(shè)備中使用，比如結(jié)合在無(wú)線電話中的接收機(jī)或發(fā)射機(jī)。接收機(jī)或發(fā)射機(jī)可能被要求在多個(gè)頻帶或擴(kuò)展的頻率范圍上工作。多個(gè)頻帶可能是連續(xù)或斷開的。而且，接收機(jī)或發(fā)射機(jī)可能受電池供電，因此具有有限的電壓范圍供諧振電路在其上調(diào)諧。這樣，需要的是一種VCO或VCO的諧振電路，其能夠在大頻率范圍上調(diào)諧、對(duì)噪聲不敏感、并且要求有限的控制電壓范圍。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于產(chǎn)生在寬帶上可調(diào)的頻率信號(hào)的寬帶VCO和方法。寬帶VCO使用了在大范圍的諧振頻率上可調(diào)的諧振電路。該諧振電路包括電壓可變的元件，從而使諧振頻率以及振蕩頻率是電子可調(diào)的。電壓可變?cè)慌帕幸员闶苟鄠€(gè)控制電壓確定諧振頻率。第一控制電壓被加于第一組調(diào)諧元件，并且充當(dāng)諧振頻率的粗調(diào)控制。第二控制電壓被加于第二組調(diào)諧元件，并且充當(dāng)諧振頻率的微調(diào)控制。
第一控制電壓確定了工作頻帶，而第二控制信號(hào)確定了由第一控制信號(hào)確定的頻帶內(nèi)的工作頻率。寬帶VCO可以在一頻率合成器內(nèi)實(shí)現(xiàn)，或者可以作為諸如無(wú)線電話這樣的無(wú)線通信設(shè)備內(nèi)的頻率源來(lái)實(shí)現(xiàn)。


通過(guò)下面提出的結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中相同的元件具有相同的標(biāo)識(shí)，其中圖1是具有按照本發(fā)明的VCO的無(wú)線收發(fā)機(jī)的功能框圖。
圖2是具有按照本發(fā)明的VCO的頻率合成器的功能框圖。
圖3是平衡諧振電路實(shí)施例的功能框圖。
圖4是單端諧振電路實(shí)施例的功能框圖。
圖5是另一平衡諧振電路實(shí)施例的功能框圖。
圖6是另一單端諧振電路實(shí)施例的功能框圖。
圖7是另一平衡諧振電路實(shí)施例的功能框圖。
圖8是另一單端諧振電路實(shí)施例的功能框圖。
圖9是另一平衡諧振電路實(shí)施例的功能框圖。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例公開了克服過(guò)去在創(chuàng)建具有大范圍頻率上可調(diào)的諧振電路的VCO時(shí)所經(jīng)受的困難。圖1示出無(wú)線收發(fā)機(jī)100的功能框圖，無(wú)線收發(fā)機(jī)100使用隨后描述的至少一個(gè)寬帶VCO。無(wú)線收發(fā)機(jī)100可以是一無(wú)線電話，比如能夠通過(guò)一個(gè)或多個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行通信。
天線102提供了無(wú)線收發(fā)機(jī)100和無(wú)線信道間的接口。無(wú)線收發(fā)機(jī)100接收到的信號(hào)由天線102耦合到天線共用器104。天線共用器104用于把收發(fā)機(jī)100的發(fā)射部分和接收機(jī)部分電學(xué)地隔開。一般而言，天線共用器104使接收頻帶內(nèi)的信號(hào)能以最小的衰減從一個(gè)天線端口耦合到接收端口。此外，天線共用器使發(fā)射頻帶內(nèi)的信號(hào)能以最小衰減從一個(gè)發(fā)射端口耦合到天線端口。然而，天線共用器的天線端口處在接收頻帶外的信號(hào)，特別是發(fā)射頻帶內(nèi)的信號(hào)，在到達(dá)天線共用器104的接收端口以前被大大衰減。這樣，在使來(lái)自天線102的接收信號(hào)能耦合到接收機(jī)并使來(lái)自發(fā)射機(jī)的信號(hào)能耦合到天線102的同時(shí)，把接收機(jī)與發(fā)射機(jī)電學(xué)地隔開。
天線共用器104的接收端口處的接收信號(hào)與RF濾波器110電耦合。RF濾波器110一般在衰減帶外信號(hào)時(shí)通過(guò)整個(gè)接收頻帶。此外，RF濾波器110一般具有最小的通帶衰減以便使接收機(jī)噪聲系數(shù)最小，噪聲系數(shù)是一個(gè)有價(jià)值的系數(shù)。RF濾波器110的信號(hào)輸出耦合到低噪聲放大器(LNA)112。LNA 112放大接收信號(hào)并且是負(fù)責(zé)表征接收機(jī)噪聲系數(shù)的組件。來(lái)自LNA 112的經(jīng)放大的輸出被耦合到RF混頻器120。本振(LO)信號(hào)從振蕩器180耦合到RF混頻器120的LO端口。
振蕩器180可以是下面實(shí)施例中描述的可調(diào)振蕩器。振蕩器180可以是根據(jù)接收信號(hào)的期望頻率調(diào)到一工作頻率的合成振蕩器。盡管圖1示出的振蕩器180直接連到RF混頻器120，然而可以理解，從振蕩器180的輸出到RF混頻器120的電連接可以用放大器、濾波器、衰減器或者信號(hào)處理和耦合元件的任一組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
來(lái)自LNA 112的接收信號(hào)和來(lái)自振蕩器180的輸出在RF混頻器120內(nèi)經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換。RF混頻器120的輸出一般是具有固定中心頻率的中頻(IF)信號(hào)。然而，根據(jù)接收信號(hào)的中心頻率與振蕩器180輸出的中心頻率之間的關(guān)系，IF中心頻率可以是一可變的頻率。RF混頻器120的IF輸出被耦合到IF濾波器122。
與RF濾波器110相比，IF濾波器122一般有較窄的通帶。IF濾波器122用于對(duì)所關(guān)注的頻帶外的信號(hào)進(jìn)行衰減。IF濾波器122一般具有一通帶，該通帶約等于IF中心頻率固定時(shí)單個(gè)信道的帶寬。
IF濾波器122的輸出被耦合到一IF放大器124，其中信號(hào)被放大。IF放大器124可以是作為自動(dòng)增益控制(AGC)電路一部分的可變?cè)鲆娣糯笃?。IF放大器124的輸出耦合到IF混頻器130。
IF混頻器132的LO端口由接收IF LO 132的輸出所激勵(lì)。接收IF LO 132一般是一固定頻率振蕩器，而可變頻率振蕩器可用于接收IF中心頻率不固定的場(chǎng)合下。
接收IF LO 132輸出和接收IF信號(hào)在IF混頻器130內(nèi)經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換。IF混頻器130的期望輸出一般是一基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)從IF混頻器130的輸出耦合到基帶濾波器134?；鶐V波器134衰減不期望的信號(hào)并通過(guò)所關(guān)注的頻率。
基帶濾波器134的輸出被耦合到基帶放大器136。基帶放大器136用來(lái)在將信號(hào)耦合到基帶處理器140之前來(lái)放大該信號(hào)?；鶐幚砥?40對(duì)基帶信號(hào)執(zhí)行隨后的信號(hào)處理。處理可包括接收信號(hào)的解調(diào)以及把所提取的信息路由到期望的目的地。例如，接收到的語(yǔ)音信號(hào)可以被耦合到擴(kuò)音器(未示出)以便被廣播到用戶，或者接收到的指令信號(hào)可以被耦合到無(wú)線收發(fā)機(jī)100內(nèi)的適當(dāng)寄存器。
無(wú)線收發(fā)機(jī)100的發(fā)射機(jī)部分以與接收機(jī)互補(bǔ)的方式進(jìn)行工作。來(lái)自基帶處理器140的基帶發(fā)射信號(hào)被耦合到基帶濾波器152。例如，發(fā)射信號(hào)可以是已調(diào)的語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)?；鶐幚砥?40可以從一外部源(未示出)接收信號(hào)，并且執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以及信號(hào)調(diào)制和前向糾錯(cuò)。基帶濾波器152對(duì)基帶處理器140的信號(hào)輸出進(jìn)行通帶限制，并把經(jīng)濾波的信號(hào)耦合到基帶放大器154。
經(jīng)放大的基帶信號(hào)被耦合到發(fā)射IF混頻器160的輸入。發(fā)射IF混頻器160的LO端口由發(fā)射IF LO 162的輸出所激勵(lì)。發(fā)射IF混頻器160把基帶發(fā)射信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換成一發(fā)射IF。發(fā)射IF可以是一固定的中心頻率，或是處在可變的中心頻率。發(fā)射IF混頻器160的輸出被耦合到發(fā)射IF濾波器164。發(fā)射IF濾波器164一般用來(lái)刪除噪聲以及不期望的混頻器頻率分量。
然后把經(jīng)濾波的發(fā)射IF信號(hào)耦合到IF放大器106。發(fā)射路徑中的IF放大器用來(lái)放大發(fā)射信號(hào)。IF放大器166可能有一可變?cè)鲆?，并且可能形成一部分的發(fā)射自動(dòng)增益控制回路(未示出)。經(jīng)放大的發(fā)射IF信號(hào)被耦合到發(fā)射RF混頻器170。
發(fā)射RF混頻器170還從用于提供接收LO的振蕩器180接收一LO信號(hào)?？梢岳斫?，可以選擇接收和發(fā)射IF中心頻率，使單個(gè)振蕩器180可以被用作用于發(fā)射RF上變頻以及用于接收RF下變頻的LO。還可以理解，發(fā)射和接收路徑的單獨(dú)振蕩器可以代替單個(gè)振蕩器180而使用。
發(fā)射RF混頻器170的輸出是處在發(fā)射RF中心頻率下的信號(hào)。發(fā)射RF信號(hào)從發(fā)射RF混頻器170的輸出被耦合到激勵(lì)放大器171。激勵(lì)放大器用于在最終功率放大器內(nèi)的放大前對(duì)發(fā)射RF信號(hào)進(jìn)行放大。此外，激勵(lì)放大器171可能形成用于控制發(fā)射功率的發(fā)射自動(dòng)增益控制回路(未示出)的一部分。來(lái)自激勵(lì)放大器171輸出的發(fā)射RF信號(hào)被耦合到發(fā)射RF濾波器172，后者可用于刪除不期望的混頻器產(chǎn)物以及激勵(lì)放大器171中產(chǎn)生的不期望產(chǎn)物。經(jīng)濾波的發(fā)射RF信號(hào)被耦合到RF放大器174，后者一般是以高功率的放大器。RF放大器174的輸出被耦合到計(jì)算器或隔離器176。計(jì)算器或隔離器176用于向RF放大器176提供恒定載荷，并用于把放大器174的輸出與入射信號(hào)和反射信號(hào)隔開。隔離器176的輸出被耦合到天線共用器104，后者把發(fā)射RF信號(hào)耦合到天線102以便傳送到目的地。
圖2示出頻率合成器200的功能框圖，頻率合成器200比如可用于圖1所示的振蕩器180。頻率合成器200可以在無(wú)線通信設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)，比如無(wú)線電話。可能期望無(wú)線電話能工作在多個(gè)頻帶內(nèi)。例如，無(wú)線電話可以被配置成工作在蜂窩頻帶內(nèi)以及PCS頻帶內(nèi)。此外，可能期望無(wú)線電話也工作在GSM、個(gè)人手持電話或者某些其它通信頻帶或某些通信頻帶的組合中。VCO 210可以受控制以便工作在所有期望的工作頻帶上，而不是實(shí)現(xiàn)多個(gè)VCO，每個(gè)都能工作在一有限的頻帶內(nèi)。多個(gè)頻帶可能是連續(xù)的或是斷開的。在有多于兩個(gè)頻帶時(shí)，一些頻帶是相鄰的，而另一些是斷開的。此外，任何兩個(gè)頻帶都可能是重疊的或者可能互相排斥。
頻率合成器200使用一寬帶VCO 210，以下詳細(xì)描述。VCO 210使用第一輸入，其接收一個(gè)能確定工作頻帶的控制信號(hào)。頻帶控制信號(hào)一般不用來(lái)把VCO210調(diào)諧到一精確的頻率，而是用來(lái)把VCO 210輸出頻率控制在一特定的工作頻帶。然而，頻帶控制信號(hào)可能是連續(xù)變化的，可能期望把頻帶控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)為多個(gè)離散信號(hào)，每個(gè)離散信號(hào)都對(duì)應(yīng)于一特定頻帶。處理器(未示出)或者某些其它類型的邏輯電路可能提供頻帶控制信號(hào)。頻帶控制信號(hào)可以是對(duì)應(yīng)于一特定頻帶的電壓。多個(gè)頻帶控制電壓或其數(shù)字表示可能被保存在存儲(chǔ)器中，并且根據(jù)期望的工作頻率被調(diào)用和施加于VCO 210。或者，處理器可能在工作期間確定頻帶控制信號(hào)。
VCO 210在頻帶控制信號(hào)所確定的頻帶內(nèi)輸出一頻率。VCO 210輸出也可以被提供給分頻器220。分頻器220分割VCO 210輸出頻率以產(chǎn)生在鎖相環(huán)中用來(lái)確定期望的VCO 210輸出頻率的較低頻率。分頻比一般由處理器確定，并且可能從一千變?yōu)閹兹f(wàn)。分頻器220的輸出作為輸入被提供給相位檢測(cè)器230。
基準(zhǔn)頻率被提供給相位檢測(cè)器230的第二輸入?；鶞?zhǔn)頻率一般由一穩(wěn)定的頻率源產(chǎn)生，比如晶體振蕩器或溫控晶體振蕩器(未示出)。根據(jù)相位檢測(cè)器230所使用的頻率，穩(wěn)定頻率源的輸出可能被基準(zhǔn)頻率分頻器(未示出)分割或可能不被分割。
相位檢測(cè)器230把經(jīng)分割的VCO 210輸出信號(hào)的相位與被提供給其基準(zhǔn)輸入的信號(hào)的相位相比較。相位檢測(cè)器230輸出一個(gè)取決于相對(duì)相位的信號(hào)。相位檢測(cè)器230輸出一般是電流或電壓。相位檢測(cè)器230的輸出被耦合到環(huán)路濾波器240。環(huán)路濾波器240確定在頻率合成器200內(nèi)實(shí)現(xiàn)的鎖相環(huán)的頻率響應(yīng)。環(huán)路濾波器240的輸出被提供給VCO 210的第二控制輸入，以便把輸出頻率調(diào)諧為頻帶控制信號(hào)或頻帶選擇信號(hào)所確定的頻帶內(nèi)的一個(gè)特定頻率。可以理解，在頻帶選擇信號(hào)為恒定時(shí)，VCO 210增益由第二控制輸入的敏感度來(lái)確定。這樣，在允許輸出頻率在大范圍上調(diào)諧時(shí)，VCO 210增益會(huì)很低。
圖3到圖9示出諧振電路的各個(gè)實(shí)施例的功能框圖。這些圖中，功能框圖已經(jīng)使可能在使用諧振電路實(shí)施例的VCO中所包括的非調(diào)諧元件的數(shù)目最小。例如，放大器連接T1和T2一般被視為到諧振電路的直接連接。然而，在一些設(shè)計(jì)中，振蕩器設(shè)計(jì)中所使用的放大器的DC工作點(diǎn)可能在總體上影響各個(gè)調(diào)諧元件或諧振電路的操作。這樣，在這些振蕩器實(shí)現(xiàn)中，DC隔直電容器一般串聯(lián)在每個(gè)放大器連接和諧振電路之間。DC隔直電容器一般被選擇，以使其不影響諧振電路的調(diào)諧特征。
此外，控制電壓連接V1和V2一般被視為到諧振電路的直接連接。耦合到控制電壓連接的設(shè)備一般不形成諧振電路的一部分。這樣，振蕩器實(shí)現(xiàn)一般包括從每個(gè)控制電壓連接到AC接地的連接。AC接地可以被實(shí)現(xiàn)為從控制電壓連接到接地或電壓公用塊的電容器。AC接地所使用的電容器一般至少在諧振頻率下提供一AC接地。此外，AC接地電容器不應(yīng)有害地影響諧振電路的調(diào)諧。
圖3示出諧振電路300的功能框圖，諧振電路300可以與放大器或其它增益元件共同用來(lái)產(chǎn)生VCO?？梢岳斫?，諧振電路可以用平衡電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，該平衡電路到放大器的連接相對(duì)于電壓返回塊、電壓公用塊或信號(hào)接地端呈現(xiàn)為鏡像?；蛘?，諧振電路可以用單端電路實(shí)現(xiàn)，該單端電路有一條信號(hào)路徑引到電壓返回塊、電壓公用塊或信號(hào)接地端。
圖3所示的諧振電路300是具有兩個(gè)連接T1和T2的平衡電路，連到用于產(chǎn)生VCO的增益元件。此外，諧振電路300有兩個(gè)輸入端V1和V2，用于接收控制電壓信號(hào)。
諧振電路300可包括并行放置的三個(gè)電抗元件。諧振頻率由三個(gè)電抗元件的并聯(lián)諧振確定。第一電抗元件包括與第二變抗器314串聯(lián)的第一變抗器312。變?nèi)荻O管一般稱為變抗器，被視為電學(xué)上等價(jià)于電壓可變的電容器。電容值部分地根據(jù)施加于變?nèi)荻O管的反向電壓來(lái)確定。制造商可以配置變?nèi)萜鱽?lái)為相應(yīng)的電壓提供給定的電容。不同模式的變?nèi)萜骺梢詾橥环雌峁┎煌碾娙葜怠?br> 放置第一變?nèi)萜?12使其正極與第一放大器連接T1電連接。第一變?nèi)萜?12的負(fù)極與第二變?nèi)萜?14的負(fù)極電連接。第二變?nèi)萜?14的正極與第二放大器連接T2電連接。兩個(gè)變?nèi)萜髫?fù)極的公共電連接被用作第一控制輸入。
第二諧振由第三變?nèi)萜?32與第四變?nèi)萜?24串聯(lián)組成。第三變?nèi)萜鞯恼龢O與第一放大器連接T1電連接，因此對(duì)于第一變?nèi)萜?12的正極是公共的。第三變?nèi)萜?22的負(fù)極與第四電容器324的負(fù)極電連接。第四變?nèi)萜?24的正極與第二放大器連接T2電連接，因此連到第二變?nèi)萜?14的正極。第三變?nèi)萜?32和第四變?nèi)萜?24負(fù)極的公共連接被用作第二控制輸入。
第三電抗由第一電感器332和第二電感器334電學(xué)上串聯(lián)而組成。第一電感器332的第一端子與第一放大器連接T1電連接。第二電感器324的第一端子與第二放大器連接T2電連接。第一電感器332和第二電感器334的第二端子與電壓返回塊、電壓公用塊或接地端電連接。
這樣可以理解，諧振頻率由各個(gè)電抗組件的值來(lái)確定。頻帶控制輸入可以是取決于變抗器值的選擇的第一控制輸入或第二控制輸入。例如，令第一控制輸入表示頻帶選擇輸入。向第一控制輸入施加頻帶選擇電壓。第三和第四變?nèi)萜?32和334可在其上調(diào)諧的電抗值范圍小于第一和第二變?nèi)萜?12和314調(diào)諧的電抗值范圍。這樣，頻帶選擇電壓確定了諧振電路300可在其上調(diào)諧的頻帶。因此，所選頻帶內(nèi)的諧振頻率由第二控制輸入端施加的信號(hào)所確定。如果在第一控制輸入端施加一恒定電壓，則通過(guò)完全調(diào)諧第二控制輸入端的范圍獲得的諧振頻率范圍表示了工作頻帶。
可以理解，第一和第二變?nèi)萜?12和314的選擇以及第一控制電壓值的選擇確定了諧振電路300以及使用諧振電路300的相應(yīng)VCO的可調(diào)范圍。如果允許第一控制電壓在離散值上調(diào)諧，則表示相應(yīng)的頻帶數(shù)量。頻帶可以是相鄰的、重疊的、互斥的、或是斷開的，這由第一控制電壓確定。第二控制輸入可以在整個(gè)調(diào)諧范圍上連續(xù)變化，因此可用來(lái)把VCO連到鎖相環(huán)或頻率合成器。然后，VCO增益由第二控制輸入確定。由于第三和第四變?nèi)萜?22和324被配置成在相對(duì)小范圍的電容值間調(diào)諧，因此相應(yīng)的VCO增益為低。
對(duì)第一和第二控制電壓輸入施加的電壓可以在諧振電路300處施加前被濾波。如上所述，可以在鎖相環(huán)的控制回路內(nèi)使用低通濾波器來(lái)激勵(lì)諧振電路300的第二控制電壓輸入。低通濾波器也可用于控制電壓源和第一控制電壓輸入之間。低通濾波器可用來(lái)濾除控制電壓信號(hào)上不期望的噪聲以便把頻帶選擇信號(hào)保持在一恒定值。
圖4表示了諧振電路400的單端實(shí)施例。在單端設(shè)計(jì)中，僅存在一個(gè)放大器連接T1。然而，仍有兩個(gè)控制電壓輸入V1和V2表示頻帶選擇輸入和頻率調(diào)諧輸入。
單個(gè)電感器432在放大器連接T1和電壓公用塊之間電連接。如上所述，電壓公用塊可以是一電壓返回塊或是接地端。第一變?nèi)萜?12的負(fù)極經(jīng)電連接到第一控制電壓輸入V1。第一變?nèi)萜?12的正極經(jīng)電連接到放大器連接T1。第二變?nèi)萜?22的負(fù)極經(jīng)電連接到第二控制電壓輸入。第二變?nèi)萜?22的負(fù)極經(jīng)電連接到放大器連接T1。
可以實(shí)現(xiàn)任選的電容器414和424來(lái)為諧振電路400提供到接地端的AC路徑?；蛘?，如果控制電壓輸入經(jīng)濾波，則相關(guān)的濾波器(未示出)會(huì)為諧振電路400提供到接地端的AC路徑。電容器可以被選擇以使它們影響諧振電路400的操作，或者可以被選擇以便對(duì)諧振電路400的諧振頻率產(chǎn)生極小影響甚至沒有影響。
圖4示出可以把變?nèi)萜?14和424用作電容器的實(shí)施例。變?nèi)萜?14和424也是諧振電路的調(diào)諧元件。第三變?nèi)萜?14被用作從第一變?nèi)萜?12的負(fù)極到電壓公用塊的電容器。第三變?nèi)萜?14的正極與電壓公用塊電連接，第三變?nèi)萜?14的負(fù)極與第一變?nèi)萜?12的負(fù)極電連接。在該配置中，第一和第三變?nèi)萜?12和414都影響諧振電路的調(diào)諧。第一和第三變?nèi)萜?12和414的這一配置會(huì)使電抗對(duì)于第一控制電壓較不敏感?；蛘?，可以使用固定值的電容器作為第一控制電壓輸入和電壓公用塊之間的電容器。
第四變?nèi)萜?24被用作從第二控制電壓輸入到電壓公用塊的電容器。第四變?nèi)萜?24的負(fù)極與第二控制電壓輸入電連接，第四變?nèi)萜?24的正極與電壓公用塊電連接?；蛘撸梢允褂霉潭ㄖ档碾娙萜髯鳛榈诙刂齐妷狠斎牒碗妷汗脡K之間的電容器。
參照?qǐng)D4可以理解，電感器432以及變?nèi)萜?12、422、414和424形成一并聯(lián)諧振電路400。諧振電路400的諧振頻率由第一和第二控制電壓值確定。
圖5示出一平衡諧振電路500的另一實(shí)施例，該平衡諧振電路500具有由一等價(jià)電感串聯(lián)一電容而確定的諧振頻率。第一電感器532在第一放大器輸入T1以及第一和第三變?nèi)萜?12和522的正極之間電連接。第一變?nèi)萜?12的負(fù)極與第二變?nèi)萜?14的負(fù)極電連接，也連到第一控制電壓輸入。第三變?nèi)萜?22的負(fù)極與第四變?nèi)萜?24的負(fù)極電連接，也連到第二控制電壓輸入。第二和第四變?nèi)萜?14和524的正極電連接，還電連接到第二電感器543。第二電感器543的另一端電連接到第二放大器連接。從第一和第二放大器連接都需要到電壓公用塊的DC路徑從而使變?nèi)萜鞣雌?。到電壓公用塊的DC路徑可以是從第一和第二放大器連接的每一個(gè)到電壓公用塊的電阻器，或是從第一和第二放大器連接的每一個(gè)到電壓公用塊的電感器。在任一配置下，到電壓公用塊的DC路徑都不應(yīng)該影響諧振電路500的品質(zhì)因數(shù)或調(diào)諧能力。
圖6示出單端諧振電路600的功能框圖。諧振頻率由電感器632與變?nèi)萜鹘M成的容性電抗的串聯(lián)諧振來(lái)確定。電感器632把放大器連接與第一變?nèi)萜?12和第三變?nèi)萜?22的正極電連接。第一變?nèi)萜?12的負(fù)極與第一控制電壓輸入電連接，并且與到電壓公用塊的電容器電連接。所述電容器被示出為第二變?nèi)萜?14，其負(fù)極與第一控制電壓輸入電連接，正極與電壓公用塊電連接。第三變?nèi)萜?22的負(fù)極與第二控制電壓輸入電連接，并且與到電壓公用塊的電容器電連接。所述電容器被示出為第四變?nèi)萜?24，其負(fù)極與第二控制電壓輸入電連接，正極與電壓公用塊電連接?？梢岳斫?，電容器614和624可以是固定值的電容器。此外，需要從第一和第三變?nèi)萜?12和622到電壓公用塊的DC路徑。DC路徑可以在放大器(未示出)內(nèi)部，或是使用從正極到電壓公用塊(未示出)的電阻器或電感器來(lái)配備。DC路徑不應(yīng)使諧振電路600的性能降級(jí)。
圖7還示出另一個(gè)平衡諧振電路700的實(shí)施例。諧振電路700實(shí)際上具有與感性電抗并聯(lián)的容性電抗，其中感性電抗是用電感器和電容器串聯(lián)確定的。
第一電感器732在第一放大器連接T1和第一變?nèi)萜?22的負(fù)極之間電連接。第一變?nèi)萜?22的正極與電壓公用塊電連接。第一電阻器762在第二控制電壓輸入和第一放大器連接之間電連接，以便向第一變?nèi)萜?22提供DC偏置。第一耦合電容器742在第一放大器連接和第三變?nèi)萜?12的正極之間提供電連接。第三變?nèi)萜?12的負(fù)極與第一控制電壓輸入電連接。第三電阻器752從第三變?nèi)萜?12的正極電連接到電壓公用塊以便為偏置電壓提供DC路徑。
第二電感器734在第二放大器連接T2和第二變?nèi)萜?24的負(fù)極之間電連接。第二變?nèi)萜?24的正極與電壓公用塊電連接。第二電阻器764在第二控制電壓輸入和第二放大器連接之間電連接，以便為第二變?nèi)萜?24提供DC偏置。第二耦合電容器74在第二放大器連接和第四變?nèi)萜?14的正極之間提供電連接。第四變?nèi)萜?14的負(fù)極與第二控制電壓輸入電連接。第四電阻器754從第四變?nèi)萜?14的正極電連接到電壓公用塊，以便為偏置電壓提供DC路徑?？梢耘c每個(gè)放大器連接串聯(lián)實(shí)現(xiàn)附加的耦合電容器(未示出)，以便從諧振電路700和放大器提供DC隔斷。
圖8示出與圖7的平衡諧振電路700等價(jià)的單端諧振電路700的功能框圖。耦合電容器842把放大器連接與第一變?nèi)萜?12的正極電連接。第一變?nèi)萜?12的負(fù)極電連接到到第一控制電壓輸入。第一變?nèi)萜?12的正極也電連接到電阻器844，電阻器844把正極電學(xué)地連到電壓公用塊。電感器832把放大器連接與第二變?nèi)萜?22的負(fù)極電連接。第二變?nèi)萜?22的正極與電壓公用塊電連接。第二控制電壓輸入與放大器輸入電連接?；蛘?，第二控制電壓輸入可以直接與第二變?nèi)萜?22的負(fù)極電連接。DC隔直電容器(未示出)可能串聯(lián)在諧振電路800和放大器連接之間，以便隔斷來(lái)自第二電壓控制輸入的DC偏置。
圖9描述了還有一個(gè)平衡諧振電路900的實(shí)施例。諧振實(shí)質(zhì)上由容性電抗和感性電抗的串聯(lián)諧振來(lái)確定，其中感性電抗自身由電感器串聯(lián)電容器來(lái)確定。
第一電感器932把第一放大器輸入電連接到第一變?nèi)萜?22的負(fù)極。第一變?nèi)萜?22的正極與第二變?nèi)萜?12的正極電連接。第一和第二變?nèi)萜?22和912的正極使用第一電阻器942與電壓公用塊電連接。第二變?nèi)萜?12的負(fù)極也電連接到第一控制電壓輸入。
第一控制電壓輸入也電連接到第四變?nèi)萜?14的負(fù)極。第四變?nèi)萜?14的正極連到第三變?nèi)萜?24的正極。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使用第二電阻器944電連接到電壓公用塊。第三變?nèi)萜?24的負(fù)極通過(guò)第二電感器934電連接到第二放大器輸入。第三電阻器把第二控制電壓輸入電連接到第一電感器以便使第一變?nèi)萜?22反偏。第四電阻器把第二控制電壓輸入電連接到第二電感器，以便使第四變?nèi)萜?24反偏。其它的耦合電容器(未示出)可能串聯(lián)在平衡諧振電路900以及第一和第二放大器連接之間，以便隔斷被提供給諧振電路的DC控制信號(hào)。
可以理解，諧振電路可以用并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，感性電抗可以通過(guò)把電感器與一可變電容器串聯(lián)來(lái)確定。諧振電路的配置可以是平衡的或是單端的。所示實(shí)施例間的共性在于，可以使用第一控制信號(hào)來(lái)設(shè)置諧振電路以及相關(guān)VCO的工作頻帶，并且使用第二控制信號(hào)來(lái)設(shè)置該頻帶內(nèi)的工作頻率。當(dāng)頻帶選擇信號(hào)被維持在一恒定值時(shí)，頻率控制信號(hào)的敏感度確定了VCO增益。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，信息和信號(hào)可以用多種不同技術(shù)和工藝中的任一種來(lái)表示。例如，上述說(shuō)明中可能涉及的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號(hào)、比特、碼元和碼片可以用電壓、電流、電磁波、磁場(chǎng)或其粒子、光場(chǎng)或其粒子或它們的任意組合來(lái)表示。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員能進(jìn)一步理解，結(jié)合這里所公開的實(shí)施例所描述的各種說(shuō)明性的邏輯塊、模塊和算法步驟可以作為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了清楚說(shuō)明硬件和軟件間的互換性，各種說(shuō)明性的組件、框圖、模塊、電路和步驟一般按照其功能性進(jìn)行了闡述。這些功能性究竟作為硬件或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)取決于整個(gè)系統(tǒng)所采用的特定的應(yīng)用程序和設(shè)計(jì)。技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到在這些情況下硬件和軟件的交互性，以及怎樣最好地實(shí)現(xiàn)每個(gè)特定應(yīng)用程序的所述功能。技術(shù)人員可能以對(duì)于每個(gè)特定應(yīng)用不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所述功能，但這種實(shí)現(xiàn)決定不應(yīng)被解釋為造成背離本發(fā)明的范圍。
結(jié)合這里所描述的實(shí)施例來(lái)描述的各種說(shuō)明性的邏輯塊、模塊和算法步驟的實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行可以用通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或者為執(zhí)行這里所述功能而設(shè)計(jì)的任意組合。通用處理器可能是微處理器，然而或者，處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器也可能用計(jì)算設(shè)備的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，如，DSP和微處理器的組合、多個(gè)微處理器、結(jié)合DSP內(nèi)核的一個(gè)或多個(gè)微處理器或者任意其它這種配置。
結(jié)合這里所公開實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可能直接包含在硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中或在兩者當(dāng)中。軟件模塊可能駐留在RAM存儲(chǔ)器、閃存、ROM存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤、可移動(dòng)盤、CD-ROM或本領(lǐng)域中已知的任何其它形式的存儲(chǔ)媒質(zhì)中。示例性存儲(chǔ)媒質(zhì)與處理器耦合，使得處理器可以從存儲(chǔ)媒質(zhì)讀取信息，或把信息寫入存儲(chǔ)媒質(zhì)?；蛘撸鎯?chǔ)媒質(zhì)可以與處理器整合。處理器和存儲(chǔ)媒質(zhì)可能駐留在ASIC中。ASIC可能駐留在移動(dòng)單元、基站或基站控制器中?；蛘撸幚砥骱痛鎯?chǔ)媒質(zhì)可能作為離散組件駐留在移動(dòng)站、基站或基站控制器中。
上述優(yōu)選實(shí)施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應(yīng)用于其它實(shí)施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實(shí)施例，而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓控振蕩器VCO，包括放大器；以及電連接到放大器的電路，使得放大器以所述電路的諧振頻率產(chǎn)生一輸出信號(hào)；其中所述電路接收第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)，第一控制信號(hào)部分地確定諧振頻率的頻帶，第二控制信號(hào)部分地確定該頻帶內(nèi)的諧振頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述第一控制信號(hào)從多個(gè)頻帶中選擇該頻帶，所述多個(gè)頻帶包括至少兩個(gè)不重疊的頻帶。
3.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述電路是一平衡電路。
4.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述電路是一單端電路。
5.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述電路包括電感器；與所述電感器電學(xué)上并聯(lián)的第一可變電容器，其中所述第一可變電容器的電容由第一控制信號(hào)確定；以及與所述電感器電學(xué)上并聯(lián)的第二可變電容器，其中所述第二可變電容器的電容由第二控制信號(hào)確定。
6.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述電路包括第一電抗電路，其中第一電抗由第一控制信號(hào)確定；以及與所述第一電抗電路電學(xué)上并聯(lián)的第二電抗電路，其中第二電抗由第二控制信號(hào)確定。
7.如權(quán)利要求6所述的VCO，其特征在于，所述第一電抗是容性的。
8.如權(quán)利要求6所述的VCO，其特征在于第一電抗電路包括與第二變?nèi)萜鞔?lián)的第一變?nèi)萜?，第一變?nèi)萜鞯呢?fù)極與第二變?nèi)萜鞯呢?fù)極電連接，第一控制信號(hào)在第一和第二變?nèi)萜髫?fù)極的電連接處被接收；以及第二電抗電路包括與第四變?nèi)萜鞔?lián)的第三變?nèi)萜?，第三變?nèi)萜鞯呢?fù)極與第四變?nèi)萜鞯呢?fù)極電連接，第二控制信號(hào)在第三和第四變?nèi)萜髫?fù)極的電連接處被接收。
9.如權(quán)利要求8所述的VCO，其特征在于還包括與第一和第二電抗并聯(lián)的感性電抗，所述感性電抗包括第一電感器；以及與第一電感器電學(xué)上串聯(lián)的第二電感器；其中第一和第二電感器之間的電連接在電學(xué)上連到一電壓公用塊。
10.如權(quán)利要求8所述的VCO，其特征在于還包括第一電感器，其第一端子電連接到第一變?nèi)萜鞯恼龢O和第三變?nèi)萜鞯恼龢O，其第二端子電連接到放大器的第一端子；以及第二電感器，其第一端子電連接到第二變?nèi)萜鞯恼龢O和第四變?nèi)萜鞯恼龢O，其第二端子電連接到放大器的第二端子。
11.如權(quán)利要求6所述的VCO，其特征在于第一電抗電路包括第一變?nèi)萜鳎渲械谝豢刂菩盘?hào)施加于所述第一變?nèi)萜鞯呢?fù)極；以及第二電抗電路包括第二變?nèi)萜?，其中第一變?nèi)萜鞯恼龢O與第二變?nèi)萜鞯恼龢O電連接，第二控制信號(hào)在第二變?nèi)萜鞯呢?fù)極處被接收。
12.如權(quán)利要求11所述的VCO，其特征在于還包括一電感器，其中第一電感器端子與第一和第二變?nèi)萜鞯恼龢O電連接，第二電感器端子與電壓公用塊電連接。
13.如權(quán)利要求11所述的VCO，其特征在于還包括一電感器，其中第一電感器端子與第一和第二變?nèi)萜鞯恼龢O電連接，第二電感器端子與放大器電連接。
14.一種壓控振蕩器VCO，包括放大器；以及與放大器的第一和第二端子電連接的諧振電路，使放大器產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)以諧振電路的諧振頻率進(jìn)行振蕩，其中所述諧振電路包括電抗由第一控制電壓確定的第一電抗電路；以及與第一電抗電路電連接的第二電抗電路，其電抗由第二控制電壓確定；其中第一控制電壓部分地確定放大器振蕩的多個(gè)頻帶之一，第二控制電壓部分地確定由第一控制電壓所確定的多個(gè)頻帶之一內(nèi)的振蕩頻率。
15.一種無(wú)線電話，包括混頻器；以及一輸出電連接到混頻器的壓控振蕩器VCO，所述VCO包括放大器；以及電連接到放大器的諧振電路，使放大器產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)以諧振電路的諧振頻率進(jìn)行振蕩，所述諧振電路具有一諧振頻率處在由第一控制電壓部分確定的多個(gè)頻帶之一內(nèi)，其中所述多個(gè)頻帶之一內(nèi)的諧振頻率部分地由第二控制電壓確定。
16.一種產(chǎn)生頻率源的方法，所述方法包括把放大器電連接到諧振電路以便定義一振蕩器；控制諧振電路的第一輸入以便把振蕩器的頻率輸出調(diào)諧到多個(gè)頻帶中的一個(gè)特定頻帶；以及控制諧振電路的第二輸入以便把頻率輸出調(diào)諧到所述特定頻帶內(nèi)的一個(gè)頻率。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，控制諧振電路的第一輸入包括對(duì)諧振電路施加一電壓，所述電壓是多個(gè)電壓之一，所述多個(gè)電壓的每個(gè)電壓都確定了多個(gè)頻帶之一。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，控制諧振電路的第二輸入包括對(duì)諧振電路施加一電壓。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)頻帶的至少兩個(gè)是互斥的。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)頻帶的至少兩個(gè)是重疊的。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述放大器和諧振電路在平衡配置中電學(xué)連接。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述放大器和諧振電路在單端配置中電學(xué)連接。
23.一種壓控振蕩器VCO，包括振蕩器，包括放大器；以及電連接到放大器的諧振電路；用于控制諧振電路的第一輸入以便把振蕩器的頻率輸出調(diào)諧為多個(gè)頻帶中的一個(gè)特定頻帶的裝置；以及用于控制諧振電路的第二輸入以便把所述頻率輸出調(diào)諧為所述特定頻帶內(nèi)一頻率的裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的VCO，其特征在于，用于控制諧振電路的第一輸入的裝置包括用于對(duì)諧振電路施加一電壓的裝置，所述電壓是多個(gè)電壓之一，所述多個(gè)電壓中的每個(gè)電壓都確定了所述多個(gè)頻帶之一。
25.如權(quán)利要求23所述的VCO，其特征在于，用于控制諧振電路的第二輸入的裝置包括用于對(duì)諧振電路施加一電壓的裝置。
26.如權(quán)利要求23所述的VCO，其特征在于，所述多個(gè)頻帶的至少兩個(gè)是互斥的。
27.如權(quán)利要求23所述的VCO，其特征在于，所述多個(gè)頻帶的至少兩個(gè)是重疊的。
28.如權(quán)利要求23所述的VCO，其特征在于，所述放大器和諧振電路在平衡配置中電連接。
29.如權(quán)利要求23所述的VCO，其特征在于，所述放大器和諧振電路在單端配置中電連接。
全文摘要
寬帶壓控振蕩器(VCO)使用在大范圍諧振頻率上可調(diào)的諧振電路。諧振電路使用電壓可變的元件，使得諧振頻率以及振蕩頻率都是電子可調(diào)的。電壓可變的元件被排列以便使多個(gè)控制電壓確定諧振頻率。第一控制電壓被加于第一組調(diào)諧元件，并且充當(dāng)諧振頻率的粗調(diào)控制。第二控制電壓被加于第二組調(diào)諧元件，并且充當(dāng)諧振頻率的微調(diào)控制。在多個(gè)元件上使用多個(gè)控制電壓能夠在維持低VCO增益的同時(shí)獲得一寬帶VCO。
文檔編號(hào)H03B5/12GK1675822SQ03819725
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
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