專利名稱：可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓控振蕩器，尤其涉及一種增益波動(dòng)小的壓控振蕩器。
背景技術(shù)：
在過去的十多年中，尋呼機(jī)、無繩電話、模擬及數(shù)字蜂窩電話等個(gè)人無線通信系統(tǒng)以及數(shù)字電視、廣播得到了迅猛發(fā)展，無線通信成為繼PC產(chǎn)業(yè)之后最重要的產(chǎn)業(yè)。由于集成電路具有體積小、功耗低、成本低的特點(diǎn)，無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展促成了射頻集成電路的迅速發(fā)展。目前，射頻集成電路已經(jīng)成為微電子重要的研究領(lǐng)域之一。設(shè)計(jì)和研究高性能的關(guān)鍵電路模塊成為促進(jìn)射頻集成電路技術(shù)進(jìn)步至關(guān)重要的推動(dòng)力。壓控振蕩器即是其中關(guān)鍵的電路模塊之一。
典型的壓控振蕩器電路如圖1所示。其中Cv是變?nèi)莨艿碾娙荩珻c是耦合電容。兩個(gè)變?nèi)莨茈娙莺蛢蓚€(gè)耦合電容串聯(lián)之后得到總的電容C。V是變?nèi)莨艿目刂齐妷?，L是電感。其它的MOS器件提供維持LC諧振回路持續(xù)振蕩所需的能量。尾電流源IBias提供電路工作所需要的偏置電流。可以通過改變控制電壓V的值來獲得不同的LC諧振回路電容值，這一過程由變?nèi)莨軄硗瓿?。總電容值C是控制電壓V的函數(shù)，C和V的值一一對(duì)應(yīng)，即C＝C(V)。當(dāng)控制電壓V改變時(shí)，相應(yīng)的總電容C也改變。由于fout=1/2π·L·C,]]>所以輸出信號(hào)的振蕩頻率也被改變。
除了上述通過調(diào)節(jié)變?nèi)莨艿碾娙葜祦砀淖冾l率的方法以外，還有另外一種調(diào)頻的方法使用數(shù)字控制的開關(guān)電容電路。如圖2所示，數(shù)字控制的開關(guān)電容電路通過數(shù)字控制位A2A1A0來接通或者斷開開關(guān)，從而決定電容C2，C1和C0是否被接入到LC諧振回路。當(dāng)A2A1A0具有不同的數(shù)字電平時(shí)，開關(guān)電容陣列中的電容將以不同的組合方式被接入到振蕩器的LC諧振回路中，從而使總的等效電容值C被改變。這一方法實(shí)現(xiàn)的是輸出信號(hào)頻率的不連續(xù)調(diào)節(jié)，稱為粗調(diào)。該結(jié)構(gòu)結(jié)合前述通過變?nèi)莨苷{(diào)頻的方法，就得到如圖3中實(shí)線所示的調(diào)頻曲線，其中橫坐標(biāo)是變?nèi)莨艿目刂齐妷篤，縱坐標(biāo)是輸出信號(hào)的振蕩頻率fout。圖中的虛線對(duì)應(yīng)于不使用開關(guān)電容電路的情況。從圖3可以看出，合理的選擇開關(guān)電容陣列中的電容值，可以使實(shí)線和虛線兩者具有相同的頻率調(diào)節(jié)范圍，即fmin～fmax。不同之處在于，如果不使用開關(guān)電容電路，則實(shí)現(xiàn)的是一條從fmin到fmax的連續(xù)調(diào)頻曲線(虛線)，而使用開關(guān)電容電路的話，得到的是一組調(diào)頻曲線(實(shí)線)，相鄰曲線之間在縱坐標(biāo)方向必須要相互重疊一部分，如圖3所示，以覆蓋從fmin到fmax中的每個(gè)頻率值。每一條曲線都與開關(guān)電容陣列數(shù)字控制位的值相對(duì)應(yīng)，以圖3為例，從“000”一直到“111”，共八條調(diào)頻曲線。當(dāng)使用開關(guān)電容電路之后，數(shù)字控制的開關(guān)實(shí)現(xiàn)了輸出信號(hào)頻率的粗調(diào)，而變?nèi)莨艿目刂齐妷篤保留了對(duì)頻率微調(diào)的功能。
圖2的結(jié)構(gòu)使用開關(guān)電容以后，實(shí)際的壓控振蕩器頻率由下式?jīng)Q定fout=1/2π·L·(Cswitch+Cvar)]]>其中，Cswitch是接通的開關(guān)電容的總和(即C2，C1及C0或其組合后的總電容)，Cvar近似等于兩個(gè)變?nèi)莨艿碾娙莺蛢蓚€(gè)耦合電容串聯(lián)后的值，即Cvar≈Cv·Cc2·(Cv+Cc).]]>圖3中靠近上部的實(shí)線對(duì)應(yīng)的Cswitch較小，靠近下部的實(shí)線對(duì)應(yīng)的Cswitch較大。每一條實(shí)線所對(duì)應(yīng)的調(diào)頻范圍都是由Cv的變化來實(shí)現(xiàn)的。使用開關(guān)電容時(shí)，實(shí)際的調(diào)頻曲線與圖3有所差別，如圖4所示。兩者的區(qū)別在于靠近上部的曲線斜率較大，線間距較大；而靠近下部的曲線斜率較小，線間距較小。曲線的斜率是壓控振蕩器的重要指標(biāo)之一KVCO，即壓控振蕩器的增益(單位為Hz/V，對(duì)應(yīng)于單位電壓變化所引起的頻率變化)。因此，圖4中不同曲線對(duì)應(yīng)的KVCO發(fā)生顯著變化。其原因在于對(duì)于靠近上部的曲線，由于Cwitch較小，Cv的變化所引起的總電容的相對(duì)變化量較大；對(duì)于靠近下部的曲線，由于Cswitch較大，Cv的變化所引起的總電容的相對(duì)變化量較小。
壓控振蕩器是鎖相環(huán)電路中的一個(gè)組成部分。壓控振蕩器增益KVCO的波動(dòng)會(huì)引起鎖相環(huán)電路的穩(wěn)定性問題。為了保證鎖相環(huán)的穩(wěn)定性，通常在設(shè)計(jì)鎖相環(huán)時(shí)就考慮到KVCO具有3～5倍的變化量。這樣做的目的是即使KVCO發(fā)生顯著變化，鎖相環(huán)仍然可以穩(wěn)定工作。但這帶來的直接后果是鎖相環(huán)的一些特性不能得到最大限度的發(fā)揮，例如鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間。因此，這一解決辦法是以犧牲鎖相環(huán)的特性為代價(jià)的。而一個(gè)有效的解決辦法就是在設(shè)計(jì)壓控振蕩器時(shí)減小KVCO的波動(dòng)，但目前并沒有此類相關(guān)設(shè)計(jì)的壓控振蕩器。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有壓控振蕩器存在增益KVCO發(fā)生顯著波動(dòng)這一問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器，包括LC諧振回路、用于提供負(fù)電導(dǎo)的有源器件，該壓控振蕩器的電壓控制端接電壓變換的電路。
進(jìn)一步地，所述電壓變換電路用于將在一定電壓范圍內(nèi)變化的電壓信號(hào)變換到在另一電壓范圍內(nèi)變化的電壓信號(hào)。
進(jìn)一步地，所述電壓變換的電路為數(shù)字位控制的電壓變換電路。
進(jìn)一步地，所述電壓變換的電路包括電壓源、控制開關(guān)和對(duì)應(yīng)的并聯(lián)有電阻的分壓電路，輸入電壓經(jīng)過電壓變換后接到壓控振蕩器的電壓控制端。
本發(fā)明通過使用電壓變換電路，使實(shí)際能夠控制壓控振蕩器的電壓范圍可變，從而使實(shí)際的調(diào)頻范圍可變，這樣，就能控制壓控振蕩器的增益。


下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)描述；圖1是典型的壓控振蕩器電路圖；圖2是數(shù)字開關(guān)電容壓控振蕩器電路圖；圖3是壓控振蕩器的理想調(diào)頻曲線示意圖；圖4是壓控振蕩器增益發(fā)生波動(dòng)示意圖；圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是電壓變換電路的輸入輸出特性示意圖；圖7是電壓變換電路的一個(gè)示例；
圖8是通過電壓變換來改變調(diào)頻曲線的示意圖；圖9是使用本發(fā)明前后得到的調(diào)頻曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖5所示，本發(fā)明是在圖2中壓控振蕩器電路的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而成的。與圖2相比，本發(fā)明先將壓控振蕩器的控制電壓V1經(jīng)過一個(gè)電壓變換電路，得到實(shí)際的控制電壓V2，然后將V2送到壓控振蕩器中變?nèi)莨艿目刂贫?。該電壓變換電路的功能是將在一定電壓范圍內(nèi)變化的電壓控制信號(hào)變換到在另一電壓范圍內(nèi)變化的電壓控制信號(hào)。這一過程如圖6所示，例如，當(dāng)電壓V1從Vx1到Vx2變化時(shí)，V2則從Vy1到Vy2變化。圖7給出了電壓變換電路的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)形式，它由數(shù)字控制位A2A1A0同步控制。通過對(duì)圖7中R0～R3的值進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以確定合適的V2變化范圍。圖6給出的是V1和V2成線性關(guān)系時(shí)的情形，而通過設(shè)計(jì)V1和V2之間的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，可以使KVCO的波動(dòng)進(jìn)一步的優(yōu)化。
本發(fā)明通過使用電壓變換電路，使實(shí)際能夠控制壓控振蕩器的電壓范圍可變，從而使實(shí)際的調(diào)頻范圍可變，這樣，就能控制壓控振蕩器的增益。如圖8所示，原始控制電壓從0到VDD(VDD為電源電壓)變化，對(duì)應(yīng)于調(diào)頻曲線AC；通過電壓變換，使實(shí)際控制變?nèi)莨艿碾妷?圖5中的V2)范圍從Vx到VDD變化(Vx介于0到VDD之間)，對(duì)應(yīng)于調(diào)頻曲線BC；BC與原始控制電壓(圖5中的V1)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為曲線DC。
圖9為使用本發(fā)明前后壓控振蕩器的調(diào)頻曲線示意圖。實(shí)線對(duì)應(yīng)的是未使用本發(fā)明時(shí)的調(diào)頻曲線，虛線是使用本發(fā)明后的調(diào)頻曲線。通過控制電壓的變換，可以很好的使各條調(diào)頻曲線的KVCO基本保持不變。
權(quán)利要求
1.一種可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器，包括LC諧振回路、用于提供負(fù)電導(dǎo)的有源器件，其特征在于，該壓控振蕩器的電壓控制端接電壓變換的電路。
2.如權(quán)利要求1所述的可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器，其特征在于，所述電壓變換的電路用于將在一定電壓范圍內(nèi)變化的電壓控制信號(hào)變換到在另一電壓范圍內(nèi)變化的電壓控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器，其特征在于，所述電壓變換的電路為數(shù)字位控制的電壓變換電路。
4.如權(quán)利要求3所述的可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器，其特征在于，所述電壓變換的電路包括電壓源、控制開關(guān)和對(duì)應(yīng)的并聯(lián)有電阻的分壓電路，輸入電壓經(jīng)過電壓變換后接到壓控振蕩器的電壓控制端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可減小增益波動(dòng)的壓控振蕩器，包括LC諧振回路、用于提供負(fù)電導(dǎo)的有源器件，該壓控振蕩器的電壓控制端接電壓變換的電路。本發(fā)明通過使用電壓變換電路，使實(shí)際能夠控制壓控振蕩器的電壓范圍可變，從而使實(shí)際的調(diào)頻范圍可變，這樣，就能控制壓控振蕩器的增益。
文檔編號(hào)H03B5/12GK1614873SQ20041000995
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者石浩, 張國(guó)艷, 廖懷林, 黃如, 張興, 王陽元 申請(qǐng)人:北京大學(xué)