CN101626236A - 具有级间耦合兼陷波电路的电压控制振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能确保高C/N和频率稳定性，且即使增宽可变频宽也能抑制频带以外的无用信号漏出，也能取得阻抗匹配的电压控制振荡装置。其具有：按照控制电压信号控制振荡频率的电压控制振荡电路(1)；生成向电压控制振荡电路供给的控制电压信号的PLL电路(2)；倍增电压控制振荡电路(1)输出的振荡信号的倍增电路(3)；设定使倍增电路(3)输出的倍增信号中、规定倍增数的信号通过的通频带和俘获与输入到倍增电路(3)中的振荡信号同一频率的陷波频率的带通滤波器兼陷波电路(4)。将控制电压信号分路后向级间耦合兼陷波电路(15)输入，使级间耦合兼陷波电路(15)的通频带和陷波频率与振荡频率同步可变的同时，调整级间耦合量。

Description

具有级间耦合兼陷波电路的电压控制振荡装置
技术领域
本发明涉及倍增振荡信号后得到期望频率的振荡信号的电压控制振荡装置。
背景技术
在移动体无线通信领域中，将由局部振荡器生成的振荡信号输入到混频器中进行频率变换。最近，作为移动体无线通信用途，要求频率高且可变宽度宽的局部振荡器。现有已知一种为了扩宽电压控制振荡器的可变宽度而倍增了电压控制振荡器的输出后，通过带通滤波器取出期望频率的倍增信号的电压控制振荡装置。
图4是专利文献1中记载的电压控制振荡装置的电路结构图。从VCO101输出频率f0的源振荡信号S1，在倍增器102中输出已将源振荡信号S1的频率f倍增为2f、3f、4f、...的高频信号S2。倍增器102由放大部111、连接在放大部111的输出端与地之间的自偏置用的电阻器112、阶跃恢复二极管(step recovery diode)113构成。倍增器102中的倍增作用是由二极管113完成的，根据电容相对于反向电压的变化，利用施加到二极管113上的高频电压从反向过激励(overdrive)到正向时所产生的电容的急剧变化来进行。将从倍增器102输出的高频信号S2输入到可变频率带通滤波器103。可变频率带通滤波器103用由线圈114、电容器115及变容二极管116构成的LC谐振电路构成，利用经由线圈117施加的控制电压V1来设定滤波器的通频带。例如，若设定为通过频率3f的信号的通频带，则从倍增器102输出的频率3f的倍增信号S3通过并输入到放大器104、105中，设定通频带以外的信号作为无用信号而被衰减。再有，放大器104、105利用按照控制电压V2、V3进行接通/断开的晶体管开关(开关)118、119来控制电源的接通/断开。
如上所述，通过采用倍增方式的振荡电路，能够使用Q值高的部件来构成振荡电路，能够构成C/N高并且频率稳定性高的振荡器。
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在使用了利用晶体管等的输入输出特性的非线性来得到倍增信号的倍增器的振荡电路的情况下，由于1/2倍波(源振荡信号)和高次谐波的发生量很多，因此，必须要强化RF输出侧的滤波器功能，充分去除期望通频带以外的无用信号(例如，在上述例子中是1/2倍波(源振荡信号)、3f、4f...)。在构成了组合了去除1/2倍波(源振荡信号)的陷波电路和使3f、4f...的高次谐波衰减的带通电路的滤波器的情况下，振荡器的可变频宽越宽，在可变频范围内阻抗匹配就越困难，从而产生了这样的新问题。
本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种通过采用倍增方式的振荡电路，能够确保高C/N和频率稳定性，并且即使增宽可变频宽也能够抑制频带以外的无用信号的漏出，而且阻抗匹配容易的电压控制振荡装置。
用于解决问题的手段
本发明的电压控制振荡装置的特征在于具有：按照供给的控制电压信号控制振荡频率的电压控制振荡电路；生成向上述电压控制振荡电路供给的控制电压信号的PLL电路；倍增上述电压控制振荡电路输出的振荡信号的倍增电路；设定使上述倍增电路输出的倍增信号中的、规定倍增数的信号通过的通频带和俘获(trap)与输出到上述倍增电路中的振荡信号同一频率的陷波频率，使上述通频带和陷波频率与上述控制电压信号同步可变的带通滤波器兼陷波电路。
根据该结构，由于输出已倍增了电压控制振荡电路所输出的振荡信号的倍增信号作为振荡信号，因此，能够确保高C/N和频率稳定性。此外，由于俘获与输入到倍增电路中的振荡信号的同一频率，因此，能够抑制源振荡信号的漏出。并且，能够使上述通频带和陷波频率与决定电压控制振荡电路的振荡频率的控制电压信号同步地可变。
此外，本发明的特征在于，在上述电压控制振荡装置中，与上述PLL电路的控制电压信号的输出端子分别连接了上述电压控制振荡电路和上述带通滤波器兼陷波电路的控制电压信号的输入端子。
根据该结构，能够将从PLL电路输出的控制电压信号分路后并行地向电压控制振荡电路和上述带通滤波器兼陷波电路施加，能够用简单结构实现与控制电压信号同步的电压控制振荡装置。
此外，本发明的特征在于，在上述电压控制振荡装置中，上述带通滤波器兼陷波电路具有：施加上述倍增电路的输出信号的输入端子；输出通过了上述通频带的信号的输出端子；一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输入端子连接，另一端与地连接，在上述通频带中进行并联调谐的第一并联谐振电路；一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输出端子连接，另一端与地连接，在上述通频带中进行并联调谐的第二并联谐振电路；一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输入端子连接，另一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输出端子连接，级间耦合上述第一并联谐振电路和上述第二并联谐振电路，并且用上述陷波频率进行并联调谐的第三并联谐振电路；以及相对于上述第三并联谐振电路串联连接的电感；上述第三并联谐振电路利用上述控制电压信号调整级间耦合量，并且与上述电感共同进行阻抗匹配。
根据该结构，由于用级间耦合第一并联谐振电路和第二并联谐振电路的第三并联谐振电路构成陷波电路，对应于已决定了振荡频率的控制电压信号的电压值自动地调整级间耦合量和陷波频率，因此，能够使通频带和陷波频率同时变化，并且也能够配合振荡频率同时补偿阻抗匹配。
此外，本发明的特征在于，在上述电压控制振荡装置中，上述第一、第二和第三并联谐振电路分别具有变容二极管，上述各变容二极管的阳极与上述PLL电路的输出端子连接。
根据该结构，能够用简单的电路结构使通频带和陷波频率与振荡频率同步地联动进行偏移(shift)。
发明效果
根据本发明，通过采用倍增方式的振荡电路，能够确保高C/N和频率稳定性，同时，即使增宽可变频宽也能够抑制频带以外的无用信号的漏出，而且也能够同时补偿阻抗匹配。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的电压控制振荡装置的功能方框图。
图2是上述实施方式的电压控制振荡装置中具有的带通滤波器兼陷波电路的电路结构图。
图3(a)是示出控制电压信号Vct1＝Lo时的通频带和陷波频率的模拟结果的图，(b)是示出控制电压信号Vct1＝Hi时的通频带和陷波频率的模拟结果的图。
图4是现有的电压控制振荡装置的结构图。
附图标记的说明
1...电压控制振荡电路、2...PLL电路、3...倍增电路、4...带通滤波器兼陷波电路、5...基准频率振荡器、6...相位比较器、7...电荷泵、11...输入侧匹配电路、12...输出侧匹配电路、13...第一调谐电路、14...第二调谐电路、15...级间耦合兼陷波电路、L1、L2、L3、L4、L5...电感、L6、L7、L8...扼流圈电感、C1、C2、C3、C4、C5...电容器、D1、D2、D3...变容二极管
具体实施方式
以下，参照附图，关于本发明的实施方式详细地进行说明。
图1是本发明的实施方式涉及的电压控制振荡装置的功能方框图。本实施方式涉及的电压控制振荡电路的主要结构要素具有：电压控制振荡电路1；控制该电压控制振荡电路1的振荡频率为规定频率的PLL电路2；倍增电压控制振荡电路1输出的振荡信号的倍增电路3；输入该倍增电路3的输出信号(倍增输出信号和源振荡信号)，使陷波频率和通频带与控制电压信号同步地可变的带通滤波器兼陷波电路4。
电压控制振荡电路1构成为根据从PLL电路2输入的控制电压信号来控制振荡信号的频率。PLL电路2用相位比较器6对由石英振荡器构成的基准频率振荡器5中产生的基准频率和反馈了该电压控制振荡装置的输出信号的RF反馈信号的相位进行比较。用从相位比较器6输出的相位差信号充电电荷泵7，使得从电荷泵7输出与基准频率和RF反馈信号的相位差相对应的控制电压信号。再有，可以在相位比较器6中构成为，用未图示的分频器分别分频RF反馈信号和基准频率后，以低频的状态进行相位比较。倍增电路3构成为利用晶体管等的输入输出特性的非线性，输出输入信号的频率的整数倍的频率信号(即，倍增输出信号)。
在此，在电压控制振荡装置的输出信号中，要求进一步增大倍增信号的功率，并且进一步减小无用信号的功率。所述无用输出是从构成倍增电路3的晶体管等放大器输出的输出信号中的、期望的倍增输出信号以外的信号，即低次和高次的频率信号。在该无用输出中，将与输入信号的频率相同的频率的输出信号称作源振荡信号。该源振荡信号的输出功率，很多情况下大于倍增信号的输出功率。因此，带通滤波器兼陷波电路4成为组合了设定期望频带的倍增信号为通频带的带通滤波器和设定为俘获源振荡信号的陷波滤波器的滤波器结构。
图2是带通滤波器兼陷波电路4的电路结构图。
向带通滤波器兼陷波电路4的输入端子Port1输入倍增电路3的输出信号，从带通滤波器兼陷波电路4的输出端子Port2输出期望频率的振荡信号。在本实施方式中，向电压控制振荡电路1输入从PLL电路2输出的控制电压信号Vct1，同时施加到可变频用端子Port3上。
带通滤波器兼陷波电路4具有：取得与输入端子Port1连接的外部电路的匹配的输入侧匹配电路11，和取得与输出端子Port2连接的外部电路的匹配的输出侧匹配电路12。匹配电路11由一端与输入端子Port1连接的电容器C1和一端与电容器C1的另一端连接的电感L1的串联电路构成。匹配电路12由一端与后述的调谐电路连接的电感L5和一端与电感L5的另一端连接并且另一端与输出端子Port2连接的电容器C5的串联电路构成。再有，也可以使用电感L1、L5中的某一个电感进行阻抗匹配。
在输入侧匹配电路11与输出侧匹配电路12之间连接有可变频型的第一和第二调谐电路13、14。在第一调谐电路13与第二调谐电路14之间构成级间耦合第一和第二调谐电路13、14的同时俘获源振荡信号的级间耦合兼陷波电路15。第一调谐电路13构成第一并联调谐电路，第二调谐电路14构成第二并联调谐电路。此外，级间耦合兼陷波电路15构成第三并联调谐电路。
第一调谐电路13在电感L1的端部与地之间串联连接有电感L2，相对于该电感L2并联连接着由电容器C2和变容二极管D1构成的串联电路，构成了LC并联谐振电路。第二调谐电路14在电感L5的端部与地之间串联连接有电感L4，相对于该电感L4并联连接着由电容器C4和变容二极管D3构成的串联电路，构成了LC并联谐振电路。级间耦合兼陷波电路15由一端与第一调谐电路13的电感L1的端部连接的电容器C3、阴极与电容器C3的另一端连接的变容二极管D2、连接在电容器C3的匹配电路11侧的端部和变容二极管D2的阳极之间的电感L3构成。
在本实施方式中，第一和第二调谐电路13、14设定与电压控制振荡电路1的2次高次谐波调谐的调谐频率，级间耦合兼陷波电路15按照电压控制振荡电路1的源振荡信号的频率进行设定，使得可以改变陷波频率。在此，将第一和第二调谐电路13、14的通频带的1/2频率设为级间耦合兼陷波电路15的陷波频率。
第一和第二调谐电路13、14的通频带，与电压控制振荡电路1的2次高次谐波的频率同步地可变，并且使级间耦合兼陷波电路15的陷波频率配合电压控制振荡电路1的源振荡信号可变。因此，经由扼流圈电感L6，与第一调谐电路13中的变容二极管D1的阴极连接着可变频用端子Port3，经由扼流圈电感L8，与第二调谐电路14中的变容二极管D3的阴极连接着可变频用端子Port3。此外，经由扼流圈电感L7，与级间耦合兼陷波电路15中的变容二极管D2的阴极连接着可变频用端子Port3。再有，可变频用端子Port3由旁路电容器(bypass condenser)C6高频地接地。
下面，关于如上所述地构成的本实施方式的工作进行说明。
本实施方式涉及的电压控制振荡装置使电压控制振荡电路1的振荡频率为950～1050MHz，使外部输出的振荡信号的频率范围为1.9GHz至2.1GHz。第一和第二调谐电路13、14的通频带是1.9GHz至2.1GHz，级间耦合兼陷波电路15的陷波频率成为950～1050MHz。
在PLL电路2中，在对相位比较器6输入基准频率振荡器5中产生的基准频率信号的同时，输入该电压控制振荡装置的输出信号作为RF反馈信号。向电荷泵7供给与基准频率信号和RF反馈信号的相位差相应的相位差信号，生成与该相位差相对应的电压的控制电压信号Vct1。将控制电压信号Vct1控制成在期望频率上维持电压控制振荡装置的输出信号。
从PLL电路2输出的控制电压信号Vct1，在向电压控制振荡电路1输入的同时，分路后向带通滤波器兼陷波电路4输入。在电压控制振荡电路1中，利用控制电压信号Vct1控制振荡频率。例如，若设可变频宽为950MHz～1050MHz，则在最低的控制电压信号Vct1＝Lo时，输出振荡频率＝950MHz，在最大的控制电压信号Vct1＝Hi时，输出最大的振荡频率＝1050MHz。
在倍增电路3中，利用未图示的放大器(晶体管等)的输入输出特性的非线性，将从电压控制振荡电路1输出的振荡信号变换成整数倍的频率信号。例如，若电压控制振荡电路1的输出信号是频率＝950MHz，则生成与电压控制振荡电路1的输出信号相同频率(950MHz)的源振荡信号、2次高次谐波(1.9GHz)、3次、4次...的高次谐波。
在带通滤波器兼陷波电路4中，利用控制电压信号Vct1控制通频带和陷波频率。在第一调谐电路13中，经由扼流圈电感L6，对变容二极管D1的阴极施加控制电压信号Vct1。按照控制电压信号Vct1的电压值，变容二极管D1的电容进行变化，第一调谐电路13的调谐频率进行变化。在此，在控制电压信号Vct1＝Lo时，谐振频率等于1.9GHz，在控制电压信号Vct1＝Hi时，谐振频率等于2.1GHz。在第二调谐电路14中，经由扼流圈电感L8，对变容二极管D3的阴极施加控制电压信号Vct1，与第一调谐电路13同样地，在控制电压信号Vct1＝Lo时，谐振频率等于1.9GHz，在控制电压信号Vct1＝Hi时，谐振频率等于2.1GHz。利用这些第一和第二调谐电路13、14，构成成为带通滤波器兼陷波电路4的通频带的带通滤波器。例如，在控制电压信号Vct1＝Lo时，设定通频带为1.9GHz，选择从倍增电路3输出的2次高次谐波(1.9GHz)并从输出端子Port2输出。此外，在控制电压信号Vct1＝Hi时，设定通频带为2.1GHz，选择从倍增电路3输出的2次高次谐波(2.1GHz)并从输出端子Port2输出。
另一方面，利用级间耦合兼陷波电路15耦合第一调谐电路13和第二调谐电路14。在根据施加到级间耦合兼陷波电路15的变容二极管D2的阴极上的控制电压信号Vct1调整级间耦合量的同时，陷波频率进行变化。如上所述，随着控制电压信号Vct1从Lo到Hi变高，通频带从1.9GHz向2.1GHz变化。随着施加到变容二极管D2阴极上的控制电压信号Vct1从Lo向Hi变高，级间耦合兼陷波电路15级间耦合量变小，同时陷波频率变大。即，由于级间耦合量追随着第一和第二调谐电路13、14的通频带的变化而进行变化，以补偿与外部电路的阻抗匹配，因此，能够消除根据可变宽度而阻抗匹配变得困难的问题。并且，由于陷波频率也追随着第一和第二调谐电路13、14的通频带的变化而进行变化，因此，能够使其可变以使源振荡信号总是等于陷波频率。
图3(a)(b)是示出使用了具有带通滤波器兼陷波电路4的电路结构的级间耦合兼陷波电路15的通频带和陷波频率的模拟结果的图。图3(a)是控制电压信号Vct1＝Lo时的模拟结果，图3(b)是控制电压信号Vct1＝Hi时的模拟结果。
如图3(a)所示，在控制电压信号Vct1＝Lo的情况下，对于倍增电路3的输入信号(950MHz)的2次高次谐波(1.9GHz)成为通频带的中心频率，对于高于2次的高次谐波(3次、4次...)能够确保充分的衰减量。此外可知，与控制电压信号Vct1＝Lo时的电压控制振荡电路1中的振荡频率(源振荡信号)相同频率的950MHz成为陷波频率。
如图3(b)所示，在控制电压信号Vct1＝Hi的情况下，对于倍增电路3的输入信号(1050MHz)的2次高次谐波(2.1GHz)成为通频带的中心频率，对于高于2次的高次谐波(3次、4次...)能够确保充分的衰减量。此外可知，与控制电压信号Vct1＝Hi时的电压控制振荡电路1中的振荡频率(源振荡信号)相同频率的1050MHz成为陷波频率。
从以上的模拟结果能够确认，在级间耦合兼陷波电路15中，通频带与控制电压信号Vct1同步地向倍增电路2的2次高次谐波的频带偏移，同时，陷波频率向倍增电路2的1次高次谐波(源振荡信号)的位置偏移。
这样地，根据本实施方式，由于将从PLL电路2向电压控制振荡电路1供给的控制电压信号Vct1分路后向级间耦合兼陷波电路15输入，使级间耦合兼陷波电路15的通频带和陷波频率与振荡频率同步地可变，因此，能够构成窄频带并且频带外的衰减特性优秀的滤波器，通过采用倍增方式的振荡电路能够确保高C/N和频率稳定性，即使扩宽可变频宽也能够抑制频带外的无用信号的漏出。并且，由于使用控制电压信号Vct1来按照通频带使级间耦合兼陷波电路15的级间耦合量可变，因此，也能够容易地取得以往扩宽了可变宽度时困难的阻抗匹配。
再有，本发明不限定于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内变形实施。例如，将带通滤波器兼陷波电路4中的调谐电路构成为3级以上，也能够起到上述同样的效果。
工业上的可利用性
本发明可以适用于采用了倍增方式的振荡电路的电压控制振荡装置。

Claims (4)

1、一种具有级间耦合兼陷波电路的电压控制振荡装置，具有：
按照控制电压信号控制振荡频率的电压控制振荡电路；
生成向上述电压控制振荡电路供给的控制电压信号的PLL电路；
倍增上述电压控制振荡电路输出的振荡信号的倍增电路；以及
设定使上述倍增电路输出的倍增信号中的、规定倍增数的信号通过的通频带和与输入到上述倍增电路中的振荡信号同一频率的陷波频率，使上述通频带和陷波频率与上述控制电压信号同步可变的带通滤波器兼陷波电路。
2、根据权利要求1所述的具有级间耦合兼陷波电路的电压控制振荡装置，其特征在于，
与上述PLL电路的控制电压信号的输出端子分别连接了上述电压控制振荡电路和上述带通滤波器兼陷波电路的控制电压信号的输入端子。
3、根据权利要求1所述的具有级间耦合兼陷波电路的电压控制振荡装置，其特征在于，
上述带通滤波器兼陷波电路具有：
施加上述倍增电路的输出信号的输入端子；
输出通过了上述通频带的信号的输出端子；
一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输入端子连接，另一端与地连接，在上述通频带中进行并联调谐的第一并联谐振电路；
一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输出端子连接，另一端与地连接，在上述通频带中进行并联调谐的第二并联谐振电路；
一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输入端子连接，另一端与上述带通滤波器兼陷波电路的输出端子连接，级间耦合上述第一并联谐振电路和上述第二并联谐振电路，并且用上述陷波频率进行并联调谐的第三并联谐振电路；以及
相对于上述第三并联谐振电路串联连接的电感，
上述第三并联谐振电路利用上述控制电压信号调整级间耦合量，并且与上述电感共同进行阻抗匹配。
4、根据权利要求1所述的具有级间耦合兼陷波电路的电压控制振荡装置，其特征在于，
上述第一、第二和第三并联谐振电路分别具有变容二极管，上述各变容二极管的阳极与上述PLL电路的输出端子连接。
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