CN114268277A - 一种压控振荡器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种压控振荡器及控制方法，涉及射频集成电路技术的领域，压控振荡器印制于集成电路板上，包括开关电容阵列，其特征在于：所述开关电容阵列包括多列开关电容组，多列所述开关电容组彼此并联，每一列开关电容组都包括一个可控开关和至少一个电容预留位，所述电容预留位用于接入电容，所述可控开关与至少一个电容预留位串联。本申请不仅具有较好的相位噪声性能、较大的调谐范围和较好的调谐线性度较好，还能够较为精准地输出频率值为目标振荡频率的频率。

Description

一种压控振荡器及控制方法

技术领域

本申请涉及射频集成电路技术的领域，尤其是涉及一种压控振荡器及控制方法。

背景技术

振荡器是射频芯片中重要组成电路之一，多用于提供精度高的频率源，其性能对芯片整体有较大影响。衡量压控振荡器性能的主要指标是相位噪声和调谐范围。

现有技术中，压控振荡器内一般都设置有开关电容阵列，根据目标振荡频率，控制开关电容阵列中的一个或多个开关闭合，使得接入一定的电容值后的压控振荡器能够输出最接近目标振荡频率的频率。

但是，随着通信技术信号频率越来越高，压控振荡器的性能指标要求也越来越高，虽然开关电容阵列能够有效扩大压控振荡器的调谐范围，但是压控振荡器所输出的频率与目标振荡频率还是存在一定的偏差，缺乏一定的精准度。

发明内容

为了提高压控振荡器输出频率的精度，本申请提供了一种压控振荡器及控制方法。

第一方面，本申请提供一种压控振荡器，采用如下的技术方案：

一种压控振荡器，印制于集成电路板上，包括开关电容阵列，所述开关电容阵列包括多列开关电容组，多列所述开关电容组彼此并联，每一列开关电容组都包括一个可控开关和至少一个电容预留位，所述电容预留位用于接入电容，所述可控开关与至少一个电容预留位串联。

通过采用上述技术方案，能够随时更换开关电容阵列中的电容，以进一步扩大压控振荡器的调谐范围，使得压控振荡器的增益降低，相位噪声性能提高。同时，已知一旦限定了电容器的电容值，不同的开关电容组进行组合后压控振荡器所输出的振荡频率是确定的，只能从中选取与目标振荡频率最为接近的组合方式，缺乏了灵活性。而本申请通过更换电容器，使得压控振荡器能够输出精度更高的振荡频率。

可选的，一列所述开关电容组中的电容预留位设置有多个且同一列开关电容组的电容预留位所接入的电容的大小相同。

可选的，至少有部分列所述开关电容组中接入的电容值呈指数递增趋势。

通过采用上述技术方案，按照顺序依次闭合至少一列开关电容组中的可控开关，使得接入的等效电容值规律性增大且产生的所有等效电容值分布均匀。

可选的，任意两个电容预留位之间均存在有一定间隔。

通过采用上述技术方案，有效避免用户在安装电容器时焊点发生粘连。

可选的，同一列开关电容组中的电容预留位的边缘设置为同一种颜色，不同列开关电容组的电容预留位的边缘设置为不同颜色。

通过采用上述技术方案，便于用户进行区分。

可选的，还包括无源网络和有源负载；

所述无源网络包括串联的第一电感和第二电感以及串联的第一可变电容和第二可变电容，所述第一电感和第二电感的公共端连接电源，所述第一可变电容和第二可变电容所在线路以及所述开关电容阵列均并联于所述第一电感和第二电感所在的线路；

所述有源负载包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极连接所述第二晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极连接所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的漏极连接所述第一电感，所述第二晶体管的漏极连接所述第二电感；

所述第一晶体管和第二晶体管的源极连接有第三晶体管的漏极，所述第三晶体管的栅极连接有第四晶体管的栅极，所述第四晶体管的栅极与所述第四晶体管的漏极连接，所述第四晶体管的漏极接地。

通过采用上述技术方案，压控振荡器的相位噪声性能较好、调谐范围较宽、调谐线性度较好。

第二方面，本申请提供一种压控振荡器的控制方法，采用如下的技术方案：

一种压控振荡器的控制方法，包括：

对每一列开关电容组进行编号；

获取每一列开关电容组中电容预留位上插入的电容值；

根据每一列开关电容组中电容预留位上插入的电容值确定每一列开关电容组的等效电容值，并记录相匹配的编号；

获取目标振荡频率；

根据每一列开关电容组的等效电容值和目标振荡频率确定需要接入的开关电容组的编号；

输出编号。

通过采用上述技术方案，控制相应编号的开关电容组中的可控开关闭合，使得压控振荡器输出的频率更接近目标振荡频率。

可选的，获取当前的输出频率；

判断当前的输出频率是否与目标振荡频率存在偏差；

若是，则确定当前的输出频率与目标振荡频率之间的偏差量所对应的电容值并输出。

通过采用上述技术方案，当开关电容阵列中的电容器存在故障而导致当前的输出频率与其理想的输出频率之间存在误差时，能够根据偏差量进行补偿，以使压控振荡器输出目标振荡频率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.可以随时更换开关电容阵列中的电容，以进一步扩大压控振荡器的调谐范围，使得压控振荡器的增益降低，相位噪声性能提高。同时，已知一旦限定了电容器的电容值，不同的开关电容组进行组合后压控振荡器所输出的振荡频率是确定的，只能从中选取与目标振荡频率最为接近的组合方式，缺乏了灵活性。而本申请通过更换电容器，使得压控振荡器能够输出精度更高的振荡频率。

附图说明

图1是本申请实施例的压控振荡器的电路示意图。

图2是本申请实施例的压控振荡器的控制方法的流程示意图。

附图标记说明：1、无源网络；2、有源负载；3、开关电容阵列；4、开关电容组；5、可控开关。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种压控振荡器，不仅具有较好的相位噪声性能、较大的调谐范围和较好的调谐线性度较好，还能够较为精准地输出频率值为目标振荡频率的频率。

参照图1，压控振荡器包括无源网络1和有源负载2。

具体的，无源网络1包括开关电容阵列3、串联的第一电感L1和第二电感L2以及串联的第一可变电容C1和第二可变电容C2。其中，第一电感L1和第二电感L2的公共端连接电源，第一可变电容C1和第二可变电容C2所在线路以及开关电容阵列3均并联于第一电感L1和第二电感L2所在的线路。

有源负载2包括第一晶体管M1和第二晶体管M2，第一晶体管M1的栅极连接第二晶体管M2的漏极，第一晶体管M1的源极连接第二晶体管M2的源极，第二晶体管M2的栅极连接第一晶体管M1的漏极，第一晶体管M1的漏极连接第一电感L1，第二晶体管M2的漏极连接第二电感L2；

第一晶体管M1和第二晶体管M2的源极连接有第三晶体管M3的漏极，第三晶体管M3的栅极连接有第四晶体管M4的栅极，第四晶体管M4的栅极与第四晶体管M4的漏极连接，第四晶体管M4的漏极接地。

进一步的，开关电容阵列3用于为压控振荡器提供不同的等效电容器，使得压控振荡器的频率调节范围扩大，以降低压控振荡器的增益。

可以了解的是，压控振荡器通常印制于集成电路板上。从集成电路板的角度来看，开关电容阵列3所在的区域包括多列开关电容组4，多列开关电容组4彼此并联。每一列开关电容组4都包括一个可控开关5和至少一个电容预留位，并且可控开关5与至少一个电容预留位串联。电容预留位用于接入电容，使得用户在使用压控振荡器时，可以根据实际情况需要自行选择接入至压控振荡器的电容器的大小。

优选的，在本申请中，当一列开关电容组4中的电容预留位设置有多个时，为了便于计算一列开关电容组4的等效电容值，位于同一列开关电容组4中的不同电容预留位上所接入的电容器的电容值为相同的。以位于同一列开关电容组4的不同电容预留位上接入相同的电容值的电容器为例，至少有部分列开关电容组4中接入的电容值呈指数递增趋势，以便于当可控开关5依次闭合时，压控振荡器所接入的等效电容值可以呈规律性增大，所产生的所有等效电容值分布也较为均匀。

在一个具体的示例中，假设开关电容阵列3中共有十列开关电容组4，每一列开关电容组4中都设有两个电容预留位，其中，第一列开关电容组4可以接入两个电容值为1C的电容器，第二列开关电容组4可以接入两个电容值为2C的电容器，第三列开关电容组4可以接入两个电容值为4C的电容器，以此类推，第九列开关电容组4可以接入两个电容值为256C的电容器，第十列开关电容组4可以接入两个电容值为256C的电容器。可以理解的是，开关电容组4所接入的电容器可以根据实际需要进行适应性调整，当开关电容组4的数量足够多的时候，其中只有部分列开关电容组4能够用到，因此其余列开关电容组4可以接入同样电容值的电容器，或是接入与已经接入开关电容组4的电容器电容值相同的电容器，以用于备用，避免其他列开关电容组4出现故障而不能继续使用的情况。当然，用户也可以选择不向其余列开关电容组4中接入电容器。在其他示例中，当一列开关电容组4中的电容预留位设置有超过两个时，也可以采用上述设置方式进行设置。

而在本申请中，优选的，开关电容阵列3中共有九列，一列开关电容组4中的电容预留位优选设置有两个。值得说明的是，在这样的预设条件下，由于每一列开关电容组4中都需要接入两个电容器，并且用户需要向多列开关电容组4中接入电容器，故用户在安装电容器时很难分清每一列开关电容组4，因而很容易将电容器安装在其他列开关电容组4中。因此，在设计集成电路板时，可以将同一列开关电容组4中的电容预留位的边缘设置成同一种颜色，而不同列开关电容组4的电容预留位的边缘设置成不同的颜色，用户只需要提前知晓每一种颜色对应的是哪列开关电容组4即可分清。

还可以了解的是，集成电路板整体通常选用黑色板、深绿色板、深蓝色板或红色板。由于开关电容组4的数量较多，所以需要用到的颜色也较多，同时又因为电容器较小，所以电容预留位也较小，以至于用户光看集成电路板也不易在集成电路板上区分不同的颜色，因此可以将电容预留位的边缘设置成荧光色，以便于用户快速找到所有的电容预留位。

当然，除了需要区分每一列开关电容组4的电容预留位外，考虑到开关电容组4的数量较多，用户需要安装的电容器也较多，电容器也较小，故而将这些电容器密集地安装在一起很容易造成焊点粘连的情况。因此，每两个电容预留位之间需要一定的间隔。下面提供两种设置方式以供参考。

第一种：若在布线时特意在集成电路板上划分一个区域用于安装电容器，在保证两个电容预留位之间保持有一定间隔的前提下，该区域将会占用集成电路板较大的面积，因而在进行设计时，优选将多列开关电容组4中的电容预留位错位排布，例如，第一列开关电容组4和第二列开关电容组4的两个电容预留位的位置错开，第三列开关电容组4、第五列开关电容组4、第七列开关电容组4和第九列开关电容组4的两个电容预留位对齐第一列开关电容组4的电容预留位，第四列开关电容组4、第六列开关电容组4和第八列开关电容组4的两个电容预留位对齐第二列开关电容组4的电容预留位。

第二种：在布线时将每一列开关电容组4的电容预留位设置于集成电路板上的空余位置上，使得多个电容预留位均匀分布在集成电路板上，这样不仅能够保证两个电容预留位之间存在一定的间隔，同时还能够减小集成电路板的面积。

同样的，上述的设置方式也可以应用于其他的预设条件。

本申请实施例还公开一种压控振荡器的控制方法。参照图2，压控振荡器的控制方法包括：

步骤S1：对每一列开关电容组进行编号。

可以理解的是，每一列开关电容组的电容预留位的边缘都设置有不同的颜色用以区分，当进行编号后，每一列开关电容组的编号和颜色都是确定的，并且一一匹配。

步骤S2：获取目标振荡频率和每一列开关电容组中电容预留位上插入的电容值。

由于压控振荡器一般用于锁相环等装置中，故目标振荡频率是锁相环所需要的频率，而压控振荡器用于输出该频率。

步骤S3：根据每一列开关电容组中电容预留位上插入的电容值确定每一列开关电容组的等效电容值，并记录相匹配的编号。

具体的，由于每一列开关电容组中的电容预留位依次串联，故根据如下公式计算 等效电容：

，其中，C11是第一个电容器的电容值，C12是第二 个电容器的电容值，……，Cn是第n个电容器的电容值。

步骤S4：根据每一列开关电容组的等效电容值和目标振荡频率确定需要接入的开关电容组的编号。

值得说明的是，压控振荡器中接入的等效电容值与其输出的频率之间存在一定的关系，因而当获取到目标振荡频率后，可以根据目标振荡频率推算得到接入的等效电容值应为多少。而后，可以了解的是，在得到每一列开关电容组中的等效电容值时，根据不同的组合方式能够计算得到不同的等效电容值，从中选取一种组合方式，其形成的等效电容值与目标振荡频率对应的等效电容值相同或最接近。进一步的，由于每一列开关电容组的等效电容值都是确定的，且对应相应的编号，故根据每一列开关电容组的等效电容值可以确定该组合方式中所有开关电容组的编号。

步骤S5：输出编号。

控制对应编号的可控开关闭合后，正常情况下，此时的压控振荡器输出目标振荡频率。

考虑到有些电容器自身电容值与标记的电容值不匹配而用户又不清楚的情况，需要进行二次验证。具体的，还包括以下步骤：

步骤S6：获取当前的输出频率；

步骤S7：判断当前的输出频率是否与目标振荡频率存在偏差；若是，则确定当前的输出频率与目标振荡频率之间的偏差量所对应的电容值并输出。若否，则保持当前状态。

可以了解的是，通常采用在一个电容器的两端并联一个新的电容器的方式进行补偿。具体来说，在设计集成电路板时，可以在每一列开关电容组的一个电容预留位的两端并联一个电容预留位，以供用户在需要对电容器进行补偿时安装新的电容器。

本申请实施例一种压控振荡器及控制方法的实施原理为：通过将开关电容阵列中的电容设置为可拆卸的电容器，使得用户能够根据实际需要安装电容器，降低了焊点粘连的可能，同时用户也可以随时更换电容器，使得压控振荡器能够输出目标振荡频率，具有较高的精度。不仅如此，还能够在电容器本身存在误差时进行人工补偿，使得压控振荡器输出目标振荡频率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (8)

1.一种压控振荡器，印制于集成电路板上，包括开关电容阵列(3)，其特征在于：所述开关电容阵列(3)包括多列开关电容组(4)，多列所述开关电容组(4)彼此并联，每一列开关电容组(4)都包括一个可控开关(5)和至少一个电容预留位，所述电容预留位用于接入电容，所述可控开关(5)与至少一个电容预留位串联。

2.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于：一列所述开关电容组(4)中的电容预留位设置有多个且同一列开关电容组(4)的电容预留位所接入的电容的大小相同。

3.根据权利要求2所述的压控振荡器，其特征在于：至少有部分列所述开关电容组(4)中接入的电容值呈指数递增趋势。

4.根据权利要求3所述的压控振荡器，其特征在于：任意两个电容预留位之间均存在有一定间隔。

5.根据权利要求4所述的压控振荡器，其特征在于：同一列开关电容组(4)中的电容预留位的边缘设置为同一种颜色，不同列开关电容组(4)的电容预留位的边缘设置为不同颜色。

6.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于：还包括无源网络(1)和有源负载(2)；

所述无源网络(1)包括串联的第一电感和第二电感以及串联的第一可变电容和第二可变电容，所述第一电感和第二电感的公共端连接电源，所述第一可变电容和第二可变电容所在线路以及所述开关电容阵列(3)均并联于所述第一电感和第二电感所在的线路；

所述有源负载(2)包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极连接所述第二晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极连接所述第二晶体管的源极，所述第二晶体管的栅极连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的漏极连接所述第一电感，所述第二晶体管的漏极连接所述第二电感；

所述第一晶体管和第二晶体管的源极连接有第三晶体管的漏极，所述第三晶体管的栅极连接有第四晶体管的栅极，所述第四晶体管的栅极与所述第四晶体管的漏极连接，所述第四晶体管的漏极接地。

7.一种压控振荡器的控制方法，其特征在于，包括：

对每一列开关电容组进行编号；

获取每一列开关电容组中电容预留位上插入的电容值；

根据每一列开关电容组中电容预留位上插入的电容值确定每一列开关电容组的等效电容值，并记录相匹配的编号；

获取目标振荡频率；

根据每一列开关电容组的等效电容值和目标振荡频率确定需要接入的开关电容组的编号；

输出编号。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括：

获取当前的输出频率；

判断当前的输出频率是否与目标振荡频率存在偏差；

若是，则确定当前的输出频率与目标振荡频率之间的偏差量所对应的电容值并输出。

Images