CN100559709C - 高频晶体振荡器和高频信号产生方法 - Google Patents

高频晶体振荡器和高频信号产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明高频振荡器的尺寸较小并在大温度变化的恶略环境中防止产生噪声。在本发明的高频振荡器中,使用石英晶体元件增加相对振荡电路基频电平的高次谐波分量的电平。由晶体基片作为压电基片的声表面波滤波器选择高次谐波分量的任何分量。放大被选择的分量,获得高频振荡输出信号。

Description

高频晶体振荡器和高频信号产生方法
技术领域
本发明涉及采用石英晶体元件的高频晶体振荡器(之后称为高频振荡器),具体地说,涉及可以减小尺寸和防止出现噪声的高频振荡器。
背景技术
高频振荡器用于数字信息通信网络等。因为需要频率稳定性,所以使用晶体振荡器作为高频振荡器。此外,因为高频振荡器的输出频率是如622.08MHz的高频带,所以晶体振荡器的振荡频率被倍频,以便获得输出频率。而且,为发射数字信号,通常使用压控型高频振荡器。近年来,存在减小这种高频振荡器尺寸的需要。
作为这样的例子,已知的高频振荡器公开在日本专利申请No,2000-244682中(之后称为相关参考文件1)。
图1示出相关参考文件1的高频振荡器的电路图。
图1所示的高频振荡器包括压控型晶体振荡器1、声表面波滤波器(SAW滤波器)2、宽频带放大器3。晶体振荡器1有谐振电路和振荡晶体管5。谐振电路由是电感的石英晶体元件4和分离的电容器C1、C2构成。振荡晶体管5反馈放大谐振频率。具有这种结构的振荡器被称为科耳皮兹型振荡器。
由于分离电容器C1、C2之外的电路电容的作用,使振荡频率稍微低于谐振电路的谐振频率。在这个例子中,振荡频率是基频155.52MHz。振荡晶体管5的基极、发射极和集电极分别连接到石英晶体元件4的一端、分离电容器C1、C2的连接点和电源Vcc。如可变电容二极管那样的电压可变电容器件连接在谐振电路的石英晶体元件4的另一端和地之间。结果,实现了压控型的振荡晶体管5。控制电压Vc通过高频抑制电阻R1加到石英晶体元件4。控制电压Vc是可变电容二极管6的反向电压。利用该控制电压Vc改变振荡频率。
在图1所示的高频振荡器中,适当设置振荡晶体管5的基极电阻R2和偏压电阻R3的阻抗比、振荡晶体管5的集电极端负载电阻R4和发射极端负载电阻R5的阻抗比,以至振荡输出信号Vo的中心电压Vo0高于电源电压Vcc的中心电源Vcc0。此外,如图2所示,通常是正弦波的振荡输出信号波形的顶部失真了。因此,如图3所示,增加了相对振荡输出信号Vo的基频f1的较高次谐波分量(f2-fn)的电平。
SAW滤波器2是以下面这种方式形成的,指状变频器形成在压电基片的表面(未示出)。压电基片由具有大耦合系数的锂钽酸盐(LiTaO3)构成,以至实现宽频带和低插入损耗。由滤波器从振荡输出电压中选出高于基频四倍的高次谐波分量f4(622.08MHz),并由SAW滤波器将其输出。
宽频带放大器3是由线性IC放大器构成的最后级放大器,线性IC放大器将输入电平变为线性输出电平。此外,宽频带放大器3保持输入信号的波形并将输出频率的电平放置在预定值,由于低功率消耗和高放大因子的特点,所以使用线性IC放大器作为后级放大器。在图1所示的例子中,电源电压Vcc是3.3V。在图3中,参考符号C3标示耦合电容。只要能够放大特定高次谐波分量,不必要总是使用宽频带放大器。
作为另一个例子,已知的日本专利申请No.平11-329318公开了一种高频振荡器(之后称为相关参考文件2)。
在相关参考文件2中,使用宽频带放大器的饱和区放大振荡输出,而不是使晶体振荡器的输出波形失真,以至高次谐波分量(f2-fn)的电平总是与基频f1的电平相同。像相关参考文件1一样,由SAW滤波器选择高于基频F1四倍的高次谐波分量,并将选择的高次谐波放大。
因为相关参考文件1和2的高频振荡器基本上由三个器件构成,即压控型晶体振荡器1、SAW滤波器2和宽频带放大器3,或包括在电路中的四个器件构成。因此,这些高频振荡器的器件数量可以减少。按照每个相关参考文件,与所谓的高频倍频放大器进行比较,可以大大减小高频振荡器的尺寸,在该高频倍频放大器中,晶体振荡器的振荡频率(基频)由每个都是LC谐振电路的多级倍频放大器进行放大。例如,相关参考文件1的高频振荡器的体积是上述高频倍频振荡器的1/8倍。
然而,由于SAW滤波器2的存在,相关参考文件的高频振荡器具有下述问题。
如上所述,包括SAW滤波器2的压电基片是具有大耦合系数的锂钽酸盐。然而,因为锂钽酸盐具有铁电特性,所以它具有热电效应。热电效应是这样一种现象,即大的温度变化在晶体的两点产生电位,该电位产生放电。由于这种现象,在SAW滤波器的输出端检测到放电脉冲。
在SAW滤波器2的输出端由这种现象产生的脉冲由宽频带放大器3进行放大。因此,该脉冲在高频振荡器的输出频率信号中产生噪声。由于通信单元使用在存在大温度变化的恶略环境下的室外,所以这种情况导致严重的问题。
已经建议和使用了防止热电效应引起的放电脉冲的技术(例如,日本专利公告No.昭63-67363)。按照这种技术,由铬(Cr)之类制成的电阻膜设置在SAW滤波器的前表面并接地,以至防止了由热电效应引起的放电脉冲。然而,在实际中,很难制成具有高阻抗的铬(Cr)薄膜。因此,这种技术不能有效地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止产生噪声的高频振荡器。本发明的另一目的是提供一种减少器件数量的高频振荡器,从而减小了整体单元的尺寸。
本发明是一种高频晶体振荡器,通过使用石英晶体元件增加相对振荡电路基频电平的高次谐波分量的电平,由声表面波滤波器选择任何高次谐波分量,放大选择的高次谐波分量,获得高频振荡输出信号,其中,构成声表面波滤波器的压电基片是晶体基片,以防止大温度变化引起的噪声。
按照本发明高频晶体振荡器的第一方面包括:晶体振荡单元,使得振荡输出信号的中心电压高于电源电压的中心电压,以便使输出信号失真,并输出该输出信号;声表面波滤波器,用于提取晶体振荡单元输出信号的特定频率分量,晶体振荡器单元的压电基片是晶体基片,以防止大温度变化引起的噪声。
按照本发明高频晶体振荡器的第二方面包括:使用石英晶体元件的振荡单元;放大单元,用于放大振荡单元输出信号的高次谐波分量;声表面波滤波器,用于选择性地输出由放大单元放大的输出信号的特定频率的高次谐波分量,声表面波滤波器的压电基片是晶体基片,以防止大温度变化引起的噪声。
按照本发明,因为在声表面波滤波器中抑制了热电效应产生的脉冲,所以高频振荡器可以使用在存在大温度变化的恶略环境中。
此外,与常规的高频振荡器比较,本发明的高频振荡器的尺寸较小。
本发明的这些和其它目的、特点和优点将通过下面的详细描述和所示的附图变得更加清楚。
附图说明
图1示出相关参考文件1的高频振荡器的电路图;
图2示出晶体振荡器的输出波形图;
图3示出输出波形的频谱;
图4示出相关参考2的高频振荡器的电路图;
图5示出宽频带放大器的输入和输出特性。
具体实施方式
按照本发明,因为由构成SAW滤波器的压电基片是晶体基片,防止了大温度变化产生的噪声。换句话说,因为SAW滤波器由晶体基片构成,所以热电效应的影响被抑制了。因此,防止了由于大温度变化产生的放电和脉冲。
此外,当本发明应用到相关参考文件1和2的技术时,增加了高次谐波分量的电平,由SAW滤波器选择任何高次谐波分量,并放大选择的高次谐波分量。结果,可以实现大大减小高频振荡器的尺寸。在这种情况中,增加了振荡频率(基频)的高次谐波分量的电平。由SAW滤波器从这些分量中选择特定频率分量。放大所选择的分量电平。因此,不再需要多级倍频放大器。此外,因为SAW滤波器由晶体基片构成,抑制了温度变化引起的热电效应的放电。因此,在如室外的大温度变化的恶略环境中,抑制了高频输出信号中产生的噪声。
下面,作为本发明的实施例,描述本发明应用到相关参考文件1的结构中的例子。
参考图1到图3描述实施例。在该实施例的高频振荡器中,将简化或省略已经描述过的类似的部分。
与上述相关参考文件1一样,本实施例的高频振荡器包括科耳皮兹型晶体振荡器1、SAW滤波器2和宽频带放大器3。在晶体振荡器1中,压控型谐振电路由石英晶体元件4和分离电容器C1、C2构成。失真输出波形,以便增加高次谐波分量(f1-fn)的电平。SAW滤波器2选择高于基频f1(155.52MHz)四倍的高次谐波分量f4(622.08MHz),并输出选择的分量。宽频带放大器3放大四倍高频谐波分量f4。
此外,按照实施例,构成SAW滤波器2的压电基片是晶体基片而不是由锂钽酸盐制成的基片。例如,晶体基片是ST-切片。在晶体基片上形成横切型输入和输出指型变频器(IDT)(未示出)。IDT电极以这种方式构成,电极指状物从一对共用电极伸出,并且相互之间交叉。如上所述,通过输入IDT电极,从晶体振荡器的振荡输出信号中选择出四倍高频谐波分量。
下面,描述本发明应用到相关参考文件2的结构的实施例。
图4示出该实施例的高频振荡器的电路图。
图4所示施实例的高频振荡器包括晶体振荡器11、宽频带放大器13A、SAW滤波器12、宽频带放大器13B。
晶体振荡器11是使用石英晶体元件的科耳皮兹型振荡电路。晶体振荡器11根据通过高频抑制电阻R11输入的控制电压Vc改变可变电容二极管16的电容。宽频带放大器13A和13B是线性IC放大器,其放大频率信号的范围从如100MHz到2000MHz。如图5所示,宽频带放大器13A和13B线性地把输入信号的电平放大到预定值。当输入电平超过预定值时,输出电平被饱和。
与相关参考文件1的结构一样,这个实施例的SAW滤波器由作为压电基片的晶体基片构成。例如,晶体基片是ST-切片。如横切型的输入和输出IDT电极形成在晶体基片上。
在晶体振荡器11的输出信号中获得了高于基频(f1)的整数倍的高频谐波分量f2、f3…,这些高频谐波分量连同基频f1一起由宽频带放大器13A放大。在这点上,它们使用宽频带放大器13A的饱和区被放大。因此,高次谐波分量f2、f3…的电平被放大到接近基频f1的电平。
宽频带放大器13A的输出信号被输入到SAW滤波器12。SAW滤波器12选择特定频率分量,例如,高于基频f1四倍的高频分量f4,并输出选择的频率分量f4。最后,从SAW滤波器12输出的频率分量f4由宽频带放大器13B放大。在这点上,频率分量f4使用图5所示的宽频带放大器13B的输入和输出特性的线性区进行放大。
SAW滤波器2和12可以是使用如对称模式或倾斜对称模式的谐振型而不是横切型。
因为作为压电基片的晶体基片不是铁电体,它基本上不具有热电效应。因此,即使存在大温度变化,也没有电位产生在晶体基片上。结果,既检测不到产生的放电也检测不到由于放电产生的脉冲。因此,热电效应产生的噪声没有发生在实施例的高频振荡器的高频输出信号中。此外,因为减少了器件的数量,所以减小了高频振荡器的尺寸。
在本发明的高频晶体振荡器中,因为振荡电路的输出信号失真,所以增加了高次谐波分量的电平。任何高次谐波分量是由SAW滤波器选择的。选择的高次谐波分量被放大,并获得放大的高频振荡输出信号。此外,因为使用晶体基片作为构成SAW滤波器的压电基片,所以在高频输出信号中防止了噪声的出现。而且,因为减少了器件的数量,所以减小了高频晶体振荡器的尺寸。
应当理解,本发明可以应用到任何高频振荡器中,只要选择特定频率分量并使用SAW滤波器将其输出,以及使用相关参考文件1和2的结构。
尽管本发明已经对最佳实施例进行了显示和描述,本领域的技术人员应当理解,在没有脱离本发明的精神和范围内,可以对本发明的形式和细节进行各种变形、省略和附加。

Claims (6)

1.一种高频晶体振荡器,通过使用石英晶体元件增加相对振荡电路基频电平的高次谐波分量的电平,由声表面波滤波器选择任何高次谐波分量,放大选择的高次谐波分量,获得高频振荡输出信号,其中,构成声表面波滤波器的压电基片是晶体基片,以防止大温度变化引起的噪声。
2.一种高频晶体振荡器,其中包括:
晶体振荡单元,使得振荡输出信号的中心电压高于电源电压的中心电压,以便使输出信号失真,并输出该输出信号;
声表面波滤波器,用于提取晶体振荡单元输出信号的特定频率分量,声表面波滤波器的压电基片是晶体基片,以防止大温度变化引起的噪声。
3.一种高频晶体振荡器,其中包括:
使用石英晶体元件的振荡单元;
放大单元,用于放大振荡单元输出信号的高次谐波分量;
声表面波滤波器,用于选择性地输出由放大单元放大的输出信号的特定频率的高次谐波分量,声表面波滤波器的压电基片是晶体基片,以防止大温度变化引起的噪声。
4、按权利要求3所述的高频晶体振荡器,其特征在于放大单元使用输入和输出特性的饱和区放大输出信号的高谐波分量。
5.一种高频信号振荡方法,其中包括:
使采用晶体振荡器的振荡电路的输出信号失真,并输出该输出信号;
通过把输出信号供给到由晶体基片作为压电基片的声表面波滤波器,从输出信号中提取特定频率分量,以防止大温度变化引起的噪声。
6.一种高频信号振荡方法,其中包括步骤:
放大使用石英晶体元件的振荡单元输出信号的高次谐波分量;
通过把放大的输出信号供给到由晶体基片作为压电基片的声表面波滤波器,从输出信号中提取特定频率分量,以防止大温度变化引起的噪声。
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