CN113037218A - 一种压控振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种压控振荡器，包括至少两对线圈，每一对线圈组成一个振荡器单元；每一个振荡器单元包括至少两种工作模式，每一种工作模式产生独立的一预设频率范围的振荡频率，不同工作模式下对应的振荡频率的预设频率范围不同。本发明实施例提供的压控振荡器，可以产生超宽带信号源且减少占用面积。

Description

一种压控振荡器

技术领域

本发明涉及但不仅限于集成电路领域，尤指一种压控振荡器。

背景技术

由于超宽带射频以及毫米波频带适合宽带通信，因此需要宽带的信号源。目前，超宽带射频和毫米波(LO)信号源广泛用于宽带无线通信和宽带测试仪器中，超宽带信号源主要通过压控振荡器产生。

由于目前一个压控振荡器仅能产生一个固定范围的振荡频率，需通过多个独立的压控振荡器共同使用，以产生超宽带信号源。然而，多个独立的压控振荡器占面积极大，需要占据较多的芯片面积。

发明内容

本申请提供了一种压控振荡器，包括至少两对线圈，每一对线圈组成一个振荡器单元；

每一个振荡器单元包括至少两种工作模式，每一种工作模式产生独立的一预设频率范围的振荡频率，不同工作模式下对应的振荡频率的预设频率范围不同。

在一示例中，每一个振荡器单元包括偶模模式，在偶模模式下，每一个振荡器单元中线圈产生的自感和互感互相增强。

在一示例中，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，偶模模式是指上下两个线圈的电流相反。

在一示例中，每一个振荡器单元包括奇模模式，在奇模模式下，每一个振荡器单元中线圈产生的自感和互感互相抵消。

在一示例中，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，奇模模式是指上下两个线圈的电流相同。

在一示例中，每一对线圈包括四个端口，所述压控振荡器还包括模式切换电路，所述模式切换电路用于控制四个端口的连接关系，以使每一个振荡器单元在至少两种工作模式之间切换。

在一示例中，四个端口包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；所述模式切换电路包括两组开关，每一组开关用于控制两个端口短接；

其中一组开关控制第一端口和第三端口短接，另一组开关控制第二端口和第四端口短接，第一端口和第三端口电位相同且第二端口和第四端口电位相同，以使一个振荡器单元处于第一种工作模式；

或者，

其中一组开关控制第一端口和第四端口短接，另一组开关控制第二端口和第三端口短接，第一端口和第四端口电位相同且第二端口和第三端口电位相同，以使一个振荡器单元处于第二种工作模式。

在一示例中，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别为位于每一对线圈上面的两个口，第三端口和第四端口分别为位于每一对线圈下面的两个口；

其中一组开关控制第一端口和第三端口短接，另一组开关控制第二端口和第四端口短接时，上下对应的两个线圈产生反向的电流，以使一个振荡器单元的第一种工作模式为偶模模式。

在一示例中，所述模式切换电路还用于控制多个振荡器单元同时处于偶模模式，以将单个压控振荡器中多个振荡器单元叠在一起，利用偶模模式下互感相消的特性在占用单个压控振荡器面积的情况下实现超宽调谐范围。

在一示例中，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别为位于每一对线圈上面的两个口，第三端口和第四端口分别为位于每一对线圈下面的两个口；

其中一组开关控制第一端口和第四端口短接，另一组开关控制第二端口和第三端口短接时，上下对应的两个线圈产生同向的电流，以使一个振荡器单元的第二种工作模式为奇模模式。

本申请至少一个实施例提供的压控振荡器，与现有技术相比，具有以下有益效果：通过对压控振荡器的电路结构的改进，可以提供一个多核多模式的独立压控振荡器，该独立压控振荡器每个单独的振荡器单元可具有多个工作模式，每种工作模式下能产生独立的振荡频率，从而扩展了调谐范围，以产生超宽带信号源，可解决片上射频、毫米波和太赫兹压控振荡器信号调谐范围有限的问题，以及解决多个独立的压控振荡器产生超宽带信号源时占芯片面积大的问题。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的压控振荡器的结构框图；

图2为本发明一示例实施例提供的振荡器单元的结构示意图；

图3为本发明一示例实施例提供的振荡器单元的结构示意图；

图4为本发明一示例实施例提供的压控振荡器的结构示意图；

图5为本发明一示例实施例提供的压控振荡器的结构示意图。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

图1为本发明实施例提供的压控振荡器的结构框图，如图1所示，本实施例提供的压控振荡器可以包括：至少两对线圈，每一对线圈组成一个振荡器单元11。如图1所示，可以包括N个振荡器单元：振荡器单元1、振荡器单元2……振荡器单元N，N为大于1的整数。

每一个振荡器单元11可以包括至少两种工作模式，每一个振荡器单元11可以包括Q种工作模式：工作模式1、工作模式2……工作模式Q，Q为大于1的整数。每一种工作模式产生独立的一预设频率范围的振荡频率，不同工作模式下对应的振荡频率的预设频率范围不同。

本实施例中，通过对压控振荡器的电路结构的改进，提出一种多核多模式的压控振荡器，可以拓展调谐范围，以产生超宽带信号源。其中，多核是指多个振荡器单元，一个振荡器单元可以独立产生一振荡频率。多模是指多种工作模式，不同工作模式下对应的振荡频率的预设频率范围不同，从而拓展调谐范围。

另外，本实施例仅通过一个独立的压控振荡器便可产生超宽带信号源，而不需通过多个独立的压控振荡器共同使用。也即，本实施例提供的多核多模式的压控振荡器产生振荡频率的效果可以等效成多个独立的压控振荡器，但是只占有一个压控振荡器的芯片面积，可以产生超宽带信号源且减少占用面积。

本实施例中，每一个振荡器单元可以由一对线圈组成，每对线圈可以包括两个线圈，该两个线圈的设置位置和/或线圈上的电流方向不同，振荡器单元的工作模式不同。

在一示例中，每一对线圈可以包括上下对应的两个线圈，此时，振荡器单元可以包括两种工作模式，如下述实施例所示的偶模模式(even mode)和奇模模式(odd-mode)，具体详见下述实施例描述。

在一示例中，每一对线圈可以包括左右对应的两个线圈，此时，振荡器单元可以包括两种工作模式，如左右两个线圈电流相同的第三种工作模式，以及如左右两个线圈电流相反的第四种工作模式。

本实施例中，通过对压控振荡器的线圈的数量和设置位置的改进，即仅通过对压控振荡器的电路结构的改进，以产生超宽带信号源，并不涉及压控振荡器通过线圈产生振荡频率的实现原理的改进，也即，压控振荡器通过线圈产生振荡频率的实现原理与现有技术相同，本实施例在此不进行限定和赘述。

在一示例中，压控振荡器可以包括LC振荡器。

本发明实施例提供的压控振荡器，通过对压控振荡器的电路结构的改进，可以提供一个多核多模式的独立压控振荡器，该独立压控振荡器每个单独的振荡器单元可具有多个工作模式，每种工作模式下能产生独立的振荡频率，从而扩展了调谐范围，以产生超宽带信号源，可解决片上射频、毫米波和太赫兹压控振荡器信号调谐范围有限的问题，以及解决多个独立的压控振荡器产生超宽带信号源时占芯片面积大的问题。

在本发明一示例实施例中，每一个振荡器单元可以包括偶模模式，在偶模模式下，每一个振荡器单元中线圈产生的自感和互感互相增强(或叠加)。

本实施例中，当振荡器单元工作在偶模模式(even-mode)时，振荡器单元中一对线圈产生的自感和互感将互相增强，从而让线圈等效的电感增强(即电感值变大)，以使产生的振荡频率较高，扩展了调谐范围。其中，偶模模式下，线圈的等效的电感＝L+M，L为线圈自身的电感值，M是两个线圈的互感值。

在一示例中，可以将多个振荡器单元叠在一起，利用振荡器单元在even-mode下互感相消的特性实现正交耦合，使得各个振荡器单元之间处于正交耦合状态，在占用单个振荡器面积的情况下实现超宽调谐范围，从而在小面积实现了多个振荡模式，实现了超宽带本振信号源。

在一示例中，图2为本发明一示例实施例提供的振荡器单元的结构示意图，如图2所示，每一对线圈可以包括上下对应的两个线圈，偶模模式是指上下两个线圈的电流相反。

本实施例中，一个振荡器单元可以包括上下两个线圈组成的一对线圈，当振荡器单元工作在偶模模式时，上下两个线圈电流相反，上下两个线圈产生的自感和互感将互相增强，从而让等效的电感增强(电感值变大)。其中，一个振荡器单元中两个线圈等效的电感值由线圈自身的电感值和互感值决定。偶模模式下两个线圈等效的电感值＝L+M，L为线圈自身的电感值，M是上下线圈的互感值。

在本发明一示例实施例中，每一个振荡器单元可以包括奇模模式，在奇模模式下，每一个振荡器单元中线圈产生的自感和互感互相抵消。

本实施例中，当振荡器单元工作在奇模模式(odd-mode)时，振荡器单元中一对线圈产生的自感和互感互相抵消，从而让线圈等效的电感减弱(即电感值变小)，以使产生的振荡频率较低，扩展了调谐范围。其中，奇模模式下，线圈的等效的电感＝L-M，L为线圈自身的电感值，M是两个线圈的互感值。

在一示例中，图3为本发明一示例实施例提供的振荡器单元的结构示意图，如图3所示，每一对线圈可以包括上下对应的两个线圈，奇模模式是指上下两个线圈的电流相同。

本实施例中，一个振荡器单元可以包括上下两个线圈组成的一对线圈，当振荡器单元工作在奇模模式时，上下两个线圈电流相同，上下两个线圈产生的自感和互感互相抵消，从而让等效的电感减弱(电感值变小)。其中，一个振荡器单元中两个线圈等效的电感值由线圈自身的电感值和互感值决定。奇模模式下两个线圈等效的电感值＝L-M，L为线圈自身的电感值，M是上下线圈的互感值。

本发明实施例提供的压控振荡器，提供一种多核多模式超宽带压控振荡器，一个振荡器单元是一对线圈(上下两个线圈组成一对)，每个振荡器单元具有奇模模式和偶模模式两种独立的工作模式，拓展了调谐范围。另外，可以将多个振荡器单元叠在一起，利用振荡器单元在偶模模式下互感相消的特性实现正交耦合，各个振荡器单元之间处于正交耦合状态，所以多个振荡器单元可以增强起来且占用一个独立压控振荡器的芯片面积，从而在小面积实现了多个振荡模式实现超宽带本振信号源。

在本发明一示例实施例中，图4为本发明一示例实施例提供的压控振荡器的结构示意图，如图2、图3和图4所示，每一对线圈可以包括四个端口，压控振荡器还可以包括模式切换电路(可简称模式切换)，模式切换电路用于控制四个端口的连接关系，以使每一个振荡器单元在至少两种工作模式之间切换。

本实施例中，可通过模式切换电路实现每个振荡器单元的模式转换，通过模式切换电路控制四个端口的连接关系，以控制每一队线圈上的电流方向，实现振荡器单元的多工作模式。其中，四个端口的连接关系是指将哪两个端口短接。

本实施例中，四个端口可以包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；模式切换电路可以包括两组开关，每一组开关用于控制两个端口短接。可在一对线圈的两侧分别设置一组开关，通过开关切换线圈相对电流方向来实现工作模式的切换。

其中，在一对线圈包括上下两个线圈时，如图2和图3所示，可在上下两个线圈的左右两侧各设置一组开关，以控制四个端口中的两个端口短接。或者，在一对线圈包括左右两个线圈时，可在左右线圈的上下两侧各设置一组开关，以控制四个端口中的两个端口短接。

在一示例中，其中一组开关控制第一端口和第三端口短接，另一组开关控制第二端口和第四端口短接，第一端口和第三端口电位相同且第二端口和第四端口电位相同，以使一个振荡器单元处于第一种工作模式。

在一示例中，其中一组开关控制第一端口和第四端口短接，另一组开关控制第二端口和第三端口短接，第一端口和第四端口电位相同且第二端口和第三端口电位相同，以使一个振荡器单元处于第二种工作模式。

本实施例中，模式切换电路控制短接的两个端口不同，线圈相对电流方向不同，振荡器单元的工作模式不同。

其中，四个端口的设置位置不同，任两个端口短接时，线圈相对电流方向也会存在不同。本实施例中，第一端口和第二端口位于同一水平方向上，第三端口和第四端口位于同一水平方向上，第一端口和第三端口的位置互为为垂直，第二端口和第四端口的位置互为垂直。

在一示例中，每一对线圈可以包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别为位于每一对线圈上面的两个口，第三端口和第四端口分别为位于每一对线圈下面的两个口；其中一组开关控制第一端口和第三端口短接，另一组开关控制第二端口和第四端口短接时，上下对应的两个线圈产生反向的电流，以使一个振荡器单元的第一种工作模式为偶模模式。

本实施例中，每一对线圈可以包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别是线圈最上面从左到右的两个口，第三端口和第四端口分别是线圈最下面从左到右的两个口。如图2所示，用线圈左侧一组开关中的开关SW_LB闭合将第一端口和第三端口短接，以及用线圈右侧一组开关中的开关SW_LB闭合将第二端口和第四端口短接，此时第一端口和第三端口电位相同且第二端口和第四端口电位相同，流过上线圈的电流方向只能是从第一端口到第二端口，同时流过下线圈的电流方向是从第三端口到第四端口，如此上下就产生了反向的电流，振荡器单元的工作模式为偶模模式。

在一示例中，每一对线圈可以包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别为位于每一对线圈上面的两个口，第三端口和第四端口分别为位于每一对线圈下面的两个口；其中一组开关控制第一端口和第四端口短接，另一组开关控制第二端口和第三端口短接时，上下对应的两个线圈产生同向的电流，以使一个振荡器单元的第二种工作模式为奇模模式。

本实施例中，每一对线圈可以包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别是线圈最上面从左到右的两个口，第三端口和第四端口分别是线圈最下面从左到右的两个口。如图3所示，用线圈左侧一组开关中的开关SW_HB闭合将第一端口和第四端口短接，以及用线圈右侧一组开关中的开关SW_HB闭合将第二端口和第三端口短接，此时第一端口和第四端口电位相同且第二端口和第三端口电位相同，流过上线圈的电流方向只能是从第一端口到第二端口，同时流过下线圈的电流方向是从第四端口到第三端口，如此上下就产生了同向的电流，振荡器单元的工作模式为奇模模式。

在一示例中，每一对线圈可以包括左右对应的两个线圈，左右对应的两个线圈产生相对电流方向的实现原理与上下对应的两个线圈的实现原理类似，本实施例不再赘述。

在一示例中，每一个开关可串联一个电阻，如图2和3中的开关SW_LB可以串接一电阻R_LB，开关SW_HB可以串接一电阻R_HB。

在一示例中，压控振荡器还可以包括主控芯片，或者，压控振荡器与主控芯片连接，通过主控芯片输出控制信号(比如脉冲信号或电平信号)以控制每一组开关的导通或闭合。或者，每一组开关的导通或闭合可通过人工操作。

在本发明一示例实施例中，图5为本发明一示例实施例提供的压控振荡器的结构示意图，如图5所示，模式切换电路还用于控制多个振荡器单元同时处于偶模模式，以将单个压控振荡器中多个振荡器单元叠在一起，利用偶模模式下互感相消的特性在占用单个压控振荡器面积的情况下实现超宽调谐范围。

本实施例中，可通过模式切换电路中的开关控制多个振荡器单元同时处于偶模模式，利用振荡器单元在even-mode下互感相消的特性实现正交耦合，使得各个振荡器单元之间处于正交耦合状态，在占用单个振荡器面积的情况下实现超宽调谐范围，从而在小面积实现了多个振荡模式，实现了超宽带本振信号源。

在一示例中，可通过模式切换电路中的开关控制图5中的单元1和单元2两个振荡器单元均处于偶模模式下。图5中的单元1和单元2分别表示一个振荡器单元，单元1为左右两个线圈组成的振荡器单元，单元2为上下两个线圈组成的振荡器单元。

在一示例中，如图4所示，压控振荡器还可以包括开关电容，通过线圈和电容的配合以产生振荡频率。其中，线圈和电容配合以产生振荡频率的实现原理与现有技术相同，本实施例在此不进行限定和赘述。

其中，图4中SW₁和SW_P表示开关电容，SW_P中的下标P用于表示开关电容的数量，P为正整数。V_CTRL表示变容管的输入电压或输出电压。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (10)

1.一种压控振荡器，其特征在于，包括至少两对线圈，每一对线圈组成一个振荡器单元；

每一个振荡器单元包括至少两种工作模式，每一种工作模式产生独立的一预设频率范围的振荡频率，不同工作模式下对应的振荡频率的预设频率范围不同。

2.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，每一个振荡器单元包括偶模模式，在偶模模式下，每一个振荡器单元中线圈产生的自感和互感互相增强。

3.根据权利要求2所述的压控振荡器，其特征在于，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，偶模模式是指上下两个线圈的电流相反。

4.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，每一个振荡器单元包括奇模模式，在奇模模式下，每一个振荡器单元中线圈产生的自感和互感互相抵消。

5.根据权利要求4所述的压控振荡器，其特征在于，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，奇模模式是指上下两个线圈的电流相同。

6.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，每一对线圈包括四个端口，所述压控振荡器还包括模式切换电路，所述模式切换电路用于控制四个端口的连接关系，以使每一个振荡器单元在至少两种工作模式之间切换。

7.根据权利要求6所述的压控振荡器，其特征在于，四个端口包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；所述模式切换电路包括两组开关，每一组开关用于控制两个端口短接；

其中一组开关控制第一端口和第三端口短接，另一组开关控制第二端口和第四端口短接，第一端口和第三端口电位相同且第二端口和第四端口电位相同，以使一个振荡器单元处于第一种工作模式；

或者，

其中一组开关控制第一端口和第四端口短接，另一组开关控制第二端口和第三端口短接，第一端口和第四端口电位相同且第二端口和第三端口电位相同，以使一个振荡器单元处于第二种工作模式。

8.根据权利要求7所述的压控振荡器，其特征在于，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别为位于每一对线圈上面的两个口，第三端口和第四端口分别为位于每一对线圈下面的两个口；

其中一组开关控制第一端口和第三端口短接，另一组开关控制第二端口和第四端口短接时，上下对应的两个线圈产生反向的电流，以使一个振荡器单元的第一种工作模式为偶模模式。

9.根据权利要求8所述的压控振荡器，其特征在于，所述模式切换电路还用于控制多个振荡器单元同时处于偶模模式，以将单个压控振荡器中多个振荡器单元叠在一起，利用偶模模式下互感相消的特性在占用单个压控振荡器面积的情况下实现超宽调谐范围。

10.根据权利要求7所述的压控振荡器，其特征在于，每一对线圈包括上下对应的两个线圈，第一端口和第二端口分别为位于每一对线圈上面的两个口，第三端口和第四端口分别为位于每一对线圈下面的两个口；

其中一组开关控制第一端口和第四端口短接，另一组开关控制第二端口和第三端口短接时，上下对应的两个线圈产生同向的电流，以使一个振荡器单元的第二种工作模式为奇模模式。

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