CN1194500A - 能够在振荡频段之间转换的压控振荡器电路 - Google Patents

Abstract

一种使用了一用来向该压控振荡器电路提供电源的负阻部分和该电路的电容和电感的并联谐振的压控振荡器电路包括有并联连接的第一可变电容二极管和第二可变电容二极管。第一可变电容二极管根据第一控制电压改变它的电容因此改变了该压控振荡器电路的振荡频率。第二可变电容二极管根据与第一控制电压相独立的第二控制电压改变它的电容因此独立地改变了该压控振荡器的振荡频率。为了截断直流电流,在该负阻部分和第一可变电容二极管之间和在第一可变电容二极管和第二可变电容二极管之间提供有耦合电容。

Description

能够在振荡频段之间转换的压控振荡器电路

本发明涉及一种压控振荡器电路，特别是涉及一种该压控振荡器电路的振荡频率的可变范围可被扩展并且该压控振荡器电路的振荡频率可从一振荡频段数字地转换到另一频段的压控振荡器电路。

图1示出了常规压控振荡电路的一电路图。图1的压控振荡电路的基本振荡部分是由一科尔波兹(Colpitts)型振荡电路所组成，其中为了改变该压控振荡器电路的振荡频率而提供有一可变电容二极管D1。在该电路的左侧的一对端点之间提供有用来控制该压控振荡器电路的振荡频率的一振荡频率控制电压E_c。当该振荡频率控制电压E_c增加时，构成并联谐振电路的可变电容二极管D1的电容CV1减小，因此该压控振荡器电路的振荡频率就增加。

为了根据该控制电压的变化而提供较宽的振荡频率的可变范围，而提出了若干种类型的压控振荡器电路。

图2是在申号为HEI7-231219的日本待审专利申请中所披露的另一常规压控振荡器电路的一电路图。在图2的电路中，与图1的电路相同的是该电路的基本振荡部分是由一科尔波兹型振荡电路所组成，并且提供有与可变电容二极管D1相串联的一电感L1。另外，选择该电感器L1的电感量L1使得在该压控振荡器电路的振荡频率的整个可变范围内由电感器L1和可变电容二极管D1所组成的串联谐振电路的电抗(即该阻抗的虚部)将为容性(即负)。

在该压控振荡器电路中，通过改变该振荡频率控制电压E_c来改变可变电容二极管D1的电容CV1而控制该振荡频率。另外，相应于该振荡频率控制电压E_c的某一可变范围的该可变电容二极管D1的电容CV1的可变范围大于该电感器L1不与可变电容：极管D1相串联的情况(即图1的情况)。因此，通过将可变电容二极管D1与电感器L1相串联则可使图1的压控振荡器电路的振荡频率的可变范围变宽。

在图2的该常规压控振荡器电路中，由振荡频率控制电压E_c所控制的振荡频率的可变范围的宽度完全依从于一可变电容二极管D1的电容CV1的可变范围的宽度。但是，在一可变电容二极管中所耦合的半导体器件的电容的可变范围是有限的，因此进一步展宽该范围几乎是不可能的。因此，扩大图2的常规压控振荡器电路的振荡频率的可变范围受到限制。

另外，在图2的常规压控振荡器电路中，仅提供了一对用于输出振荡频率控制电压的端口，并且只有一振荡频率控制信号被提供给所使用的端口。因此，在该常规电路中不可能将该振荡频率数字地从一振荡频段转换成另一频段。

本发明的主要目的是提供一压控振荡器电路，在该电路中可进一步扩展该振荡频率的可变范围并且可数字地转换二个振荡频段之间的振荡频率。

根据本发明的一个方面，所提供的压控振荡器电路使用了一用来将电源提供给该压控振荡器电路的一负阻部分和该电路的电容和电感的并联谐振。该电压控制振荡电路包括有一第一可变电容二极管和一与该第一可变电容二极管并联连接的一第二可变电容二极管。第一可变电容二极管根据第一控制电压来改变它的电容量因而改变该压控振荡器电路的振荡频率，第二可变电容二极管根据与第一控制电压无关的第二控制电压来改变它的电容量因而独立地改变该电压控制振荡电路的振荡频率。

最好是，在该负阻部分和第一可变电容二极管之间提供一第一耦合电容器，在第一可变电容二极管和第二可变电容二极管之间提供一第二耦合电容器。

最好是，第一控制电压通过一扼流圈加到第一可变电容二极管上。

最好是，提供有与第一可变电容二极管相串联的一电感器。

最好是，提供有与第二可变电容二极管相串联的一电感器。

根据本发明的另一方面，提供有一压控振荡器电路，该电路的振荡频率是根据该电路的电容量和电感量而确定的，该电路包括有一电容部分，一第二可变电容二极管和一负阻部分。该电容部分由第一可变电容二极管和一电感器串联组成，并且根据第一控制电压来改变它的电容量。第二可变电容二极管与该电容部分并联连接，并且根据第二控制电压来改变它的电容量。该负阻部分与该电容部分并联连接，并向该压控振荡器电路提供电源。

最好是，在该负阻部分和该电容部分之间提供第一耦合电容器，和在该电容部分和第二可变电容二极管之间提供一第二耦合电容器。

最好是，第一控制电压通过一扼流圈加到该电容部分。

根据本发明的再一方面，提供有一压控振荡器电路，该电路的振荡频率是根据该电路的电容和电感来确定的，该电路包括有一负阻部分和多个可变电容二极管。该负阻部分向该压控振荡器电路提供电源。可变电容二极管与负阻部分并联连接并且各个可变电容二极间相互并联。每一可变电容二极管的电容由一相应独立的控制电压所控制。

最好是，在该可变电容二极管之间提供有耦合电容器，和在负阻部分和相邻的可变电容二极管之间提供有耦合电容器。

最好是，控制电压通过扼流圈加到相应的一个可变电容二极管上。

最好是，提供有与可变电容二极管相串联的一电感器。

通过下面结合附图所作的详细说明可对本发明的目的和特性有更清楚的了解。

图1示出了一常规压控振荡器电路的一电路图；

图2示出了在申请号为HEI7-231219的日本待审专利申请中所披露的另一常规压控振荡器电路的一电路图；

图3示出了根据本发明的一实施例的一压控振荡器电路的一电路图；

图4示出了根据本发明的第二实施例的一压控振荡器电路的一电路图；和

图5示出了插入图4的压控振荡器电路的一锁相环的一电路图。

现在参照附图未详细说明根据本发明的最佳实施例。

图3示出了根据本发明的一实施例的一压控振荡器电路的一电路图。在下面说明中，该电路的元件和该元件的特征值由相同的字符来表示。例如，电容器Co的电容量用Co表示和电感器Lo的电感量用Lo表示。

图3的电路包括一可变电容二极管D1、一可变电容二极管D2、一电容器Co、一负压部分-R、一电感器L，它们被并联连接。在破折线a-b的左侧部分(Co，-R，L)是一没有可变电容二极管D1和可变电容二极管D2的一并联谐振电路的电路表示，这将在下面说明，耦合电容C1和C2用来分别截断插入在可变电容二极管D1和左侧部分之间以及在可变电容二极管D1和可变电容二极管D2之间的直流电流。

这里将说明破折线a-b的左侧部分。实际上，左侧部分由一包括用来产生电源的例如晶体管之类有源元件的并联谐振电路所组成，该有源元件提供电源电压。该左侧部分也可由删除了图1中的可变电容二极管D1和耦合电容C1的图1的电路所组成。顺便说及的是，在右一左方向上图1和图3是相反的并且与图1的右侧用于本实施例时，图1的可变电容二极管D1和耦合电容C1由图3的破折线a-b的右侧来替代，也就是，图3的破折线a-b的右侧用来置换图1的可变电容二极管D1和耦合电容C1。当然，其它的并联谐振电路也可用作图3的左侧部分。因此在图3中，负阻部分-R、电容器Co和电感器L仅仅表示组合(合成的)电阻，在破折线a-b的左侧部分具有如上所述的合成电容和合成电感。该负阻部分-R与普通电阻不同，它提供电源电压并且在该压控振荡器电路中产生电源。

下面，将说明图3的破折线a-b的右侧部分。利用一诸如恒压调节电源之类的一电压源通过一扼流圈L1将一DC电压V_band加到可变电容二极管D1。为了防止图3的电路中所产生的高频电压施加到该电压源而将该扼流圈L1与可变电容二极管D1串联连接。利用与DC电压V_band的电压源相独立的一电压源将另一控制电压V_cont加到可变电容二极管D2上。另外，为了防止DC电压V_band(用来加到可变电容二极管D1)施加到该破折线a-b的左侧而将前面提到的耦合电容C1插入到图3的可变电容二极管D1和点“a”之间。这里，图3中所示箭头的端部所指为控制电压V_cont和DC电压V_band的高电压端，也就是，可变电容二极管D1和可变电容二极管2是反相地连接到所应用的电压上。

这里，与该负阻部分-R的右侧部分由一具有一合成电容C’的电容器C’所置换时，换句话说，当图3的电路被看作是由电感器L、负阻部分-R和电容器C’所组成的一并联谐振电路时，图3的该电路可被认为是一其振荡频率是由电容器C’的电容和电感器L的电感所控制的振荡电路。

下面参照图3来详细说明本实施例的该压控振荡器电路的工作。

该压控振荡器电路的振荡频率f_o是由破折线a-b的左侧所示的电感器L的电感L，电容器Co的电容Co、可变电容二极管D1的电容D、和可变电容二极管D2的电容D2所组成的合成电容C’所确定的，该振荡频率fo如下等式(1)所示。 $\mathrm{fo}=\frac{1}{2x\sqrt{L{\·C}^{\′}}}----\left(1\right)$

该振荡频率f_o可通过改变合成电容C’而控制。该合成电容C’由并联连接的各电容器的电容之和而近似地给出，也就是，Co+D1+D2，而且该合成电容C’可通过改变DC电压V_band而改变可变电容二极管D1的电容和通过改变与DC电压V_band相独立的控制电压V_cont而改变可变电容二极管D2的电容D2来变化。顺便说及的是，为了通过控制电压V_cont和DC电压V_band较宽地改变合成电容C’，最好是Co值较小，而D1和D2在合成电容C’中占主要的值。如上所述，该压控振荡器电路可由二个独立的控制电压V_cont和V_band来控制，所以该振荡频率的可变范围增加并且可以在振荡频段之间进行振荡频率的数字转换。

具体地说，当不需要在振荡频段之间的振荡频率fo的转换时，类似于图1和图2的常规压控振荡器电路的工作，该压控振荡器电路的振荡频率fo仅由改变控制电压V_cont而被控制。这里，可变电容二极管D2的电容量D2的可变范围是有限的，因此，只通过改变控制电压V_cont不可能进行频段至频段(例如900MHZ频段至1.8GHz频段)的转换。为了进行频段至频段的转换，将DC电压V_band加到电容D1(或变化)。通过该操作，改变了可变电容二极管D1的电容D1，因此合成电容C’被改变并且因而根据等式(1)该振荡频率fo被改变。

例如，在该DC电压V_band从0(V)转换到一某个正值的情况下，可变电容二极管D1的电容量D1被转换为一较低值，因此合成电容C’被转换为一较低值并且根据等式(1)该振荡频率fo被转换为在该较高振荡频段中的一较高频率。

如上所述，在本实施例的该电压控制振荡电路中，如果可变电容二极管D2和可变电容二极管D1相并联，并且独立地改变二个控制电压V_cont和V_band，就可进一步增大该振荡频率的可变范围。另外，为了改变可变电容二极管D2的电容D2通过转换与控制电压V_cont相独立的DV电压V_band就可实现在振荡频段之间振荡频率的数字转换。

图4示出了根据本发明的第二实施例的一压控振荡器电路的一电路图。在图4中，与图3相同的标号表示相应于图3的相同部分，因此为了简明起见省略了重复的说明。除了图3的电路的可变电容二极管D1被由可变电容二极管D1和电感器Lo组成的一电容部分所替代之外，图4的压控振荡器电路几乎与图3的压控振荡器电路是相同的。为了将该振荡频率调整到一所期望的值而将电感器Lo附加到可变电容二极管D1上。

下面，参照图4来说明第二实施例的该压控振荡器电路的工作。由于图4电路的工作与图3电路的工作几乎相同，所以为了简明起见省略二个电路工作相同部分的重复说明。

在负阻部分-R的右侧该电路的阻抗是容性的情况下，该压控振荡器电路的振荡频率fo由在破折线a-b左侧所示的电感器L的电感L和在负阻部分-R的右侧的电路的合成电容C’来确定，并且该振荡频率fo由前面所示的等式(1)近似地表示。这里，对于DC电压V_band的一定的可变范围，由于该电器Lo被串联连接所以该可变电容二极管D1的电容量D1的可变范围增宽，因此在图4的该压控振荡器电路中该振荡频率的可变范围进一步被增宽。

如上所述，在第二实施例的该压控振荡器电路中，通过提供与图3的该电路的可变电容二极管D1相串联的电感器L，该压控振荡器电路的振荡频率可被调整到一所期望的值，并且与图3的该压控振荡器电路相比相应于一定的DC电压V_band的可变范围该振荡频率的可变范围可做的更宽。顺便说及的是，在本实施例中虽然电感器Lo被提供与可变电容二极管D1相串联，但也还可提供一与可变电容二极管D2相串联的电感器并可获得相似的效果。

图5示出了被插入图4的压控振荡器电路中的一锁相环的一电路图。

图5所示的该锁相环包括有用来检测二个输入信号之间的相位差的一相位检测器，一用来截断高频信号的一低通滤波器3，一根据本发明的第二实施例的压控振荡器电路201，一用来接收具有高阻抗的压控振荡器电路201的振荡输出和输出一振荡输出信号OUT的缓冲器，和一用来将由缓冲器5所提供的振荡输出信号OUT的频率倍减N倍(N：根据提供给1/N分频器202的分频数信息而设置的一自然数)的1/N分频器202，同时提供具有被分频的信号的相位检测器1。

下面，说明图5的锁相环的工作。

该相位检测器1提供有一参考时钟信号REF和由1/N分频器202输出的分频信号。该参考时钟信号REF具有一予置的固定频率f_REF。根据分频信号和参考时钟信号REF之间的相位差，提供有一电荷泵的该相位检测器1检测二个输入信号的频率并且对在低通滤波器3中所存贮的电荷充电/放电。根据存贮在其内的电荷数，低通滤波器3通过该相位检测器1的电荷被充电/放电而截断高频信号分量并且向在该压控振荡器电路201中的可变电容二极管输出控制电压V_cont。

提供有控制电压V_cont的可变电容二极管D2的电容随着控制电压V_cont变高而变小。并且该压控振荡器电路201的振荡频率随着可变电容二极管D2的电容变小而变高。因此，该振荡频率f_o随着控制电压V_cont变高而变高，随着控制电压V_cont变低而变低。这里，在当控制电压V_cont变为V_REF时振荡频率f_o变为f_REF×N的情况下，如果参考时钟信号REF和分频信号之间的相位差变得较大则控制电压V_cont和V_REF之间的差就变得较大，因此，随着时间的推延由1/N分频器202输出的分频信号的频率就变得越接近于参考时钟信号REF的频率f_REF。在该锁相环将相位锁定的稳定状态时，该压控振荡器电路201的振荡频率f_o则变为参考时钟信号REF的频率的N倍(即，f_REF×N)。

为了转换该压控振荡器电路201的振荡频段和转换该振荡输出信号OUT的频段，改变提供给1/N分频器202的分频数信息并将N转换成一较大的数N’，并且改变该DC电压V_band，例如从0(V)到一予置的正电压。通过该DC电压V_band的施加，可变电容二极管D1的电容D1被转换为一较低的值，因此该合成电容C’被转换成一较低值并且根据前面所述的等式(1)该振荡频率f_o被转换为在较高振荡频段中的一较高频率。通过该操作，该压控振荡器电路201的振荡频率被转换为一等于f_REF×N’的较高的频率，并且图5的该锁相环将相位锁定在一新的稳定状态，在该较高的频段中它的振荡输出信号OUT具有相同的较高频率f_REF×N’。

例如该图5的锁相环使用在用于无线电波频率的检测的便携式电话的检测器中。在下面将说明图5的锁相环应用于双频段便携式电话的情况。

为了将一便携式电话设计成一在例如900MHZ频段和1.8GHz频段的二个无线电波频段工作的双频段便携式电话，可将该双频段便携式电话的参考时钟信号REF的频率置为200KHZ。

为了在900MHZ中使用，该1/N分频器202的分频数N被置为一约为4500的选择值N1，并且将用来转换振荡频段的DC电压V_band置为例如0(V)。在该锁相环将相位锁定的稳定状态中，从低通滤波器3提供给该可变电容二极管D2的控制电压V_cont被稳定在例如1.5(V)，并且该压控振荡器电路201的振荡频率被稳定在N1×200(KHZ)。对于在该900MHZ频段中的另一频率，被提供给1/N分频器202的分频信息被更新并且将分频数N改变为一约4500的新的选择值N2，并且该锁相环是在具有例如1.6(V)的控制电压V_cont的一新的稳定状态，并且该压控振荡器电路201的振荡频率为N2×200(KHZ)。

为了将该锁相环的频段转换到1.8GHZ，将提供给1/N分频器202的分频数信息更新并将该分频数N改变为约为9000的一个新的选择值N3，将用来转换振荡频段的DC电压V_band置为例如一正值3.0(V)。通过该DC电压V_band的施加，该可变电容二极管的电容D1被转换为一较低值，因而合成电容C’被转换为一较小值并且根据等式(1)因此该压控振荡器电路201的振荡频率f_o被转换为在较高频段中的一较高频率。然后，该锁相环将处在一具有例如1.5(V)控制电压V_cont的新的稳定状态，并且该压控振荡器电路201的振荡频率为N3×200(KHZ)。对在在该1.8GHZ频段中的另一频率，该分频数信息被更新并将该分频数改变为约为9000的一个新的选择值N4。然后，该锁相环将处在具有例如1.55(V)的控制电压V_cont的一新的稳定状态，并且该压控振荡器电路201的振荡频率为N4×200(KHZ)。

为了将该锁相环的频段返回到900MHZ频段，将该分频数信息更新并将分频数N改变为约为4500的一个新的选择值N5，而将用来转换振荡频段的DC电压V_band返回到0(V)。然后，该锁相环将处于具有例如1.45(V)的控制电压V_cont的一新的稳定状态，并且该压控振荡器电路201的振荡频率为N5×200(KHZ)。

如上所述，在图5的该锁相环中，该振荡输出信号OUT的精细的频率控制可通过改变该分频数N来实现，并且进一步，该振荡输出信号OUT的频率的频段至频段转换可通过改变DC电压V_band和分频数N来实现。

如上所述，通过根据本发明的该压控振荡器电路，通过在一压控振荡器电路上所提供的二个并联连接的可变电容二极管和通过二个独立的振荡频率控制电压对其电容的控制，可使该振荡频率的可变范围显著地展宽。

另外，通过使用用来精细控制该振荡频率的一振荡频率控制电压和使用用来在二个振荡频段之间进行转换的另一振荡频率控制电压，则可在二个振荡频段之间转换该振荡频率。

顺便说及的是，虽然在上述的实施例中包括在该压控振荡器电路中的可变电容二极管的数只是二个，当然根据本发明的压控振荡器电路也可以包括有三个或更多的可变电容二极管，由这种压控振荡器电路也可得到相似的效果。

虽然参照特定的实施例对本发明作了说明，但本发明并不是由这些实施例来限制而是由所附的权利要求来限制的。本技术领域的普通技术人员在不违背本发明的精神和范围的前提下可对这些实施例作出改变和修改。

Claims (12)

1、一种使用了一用来向压控振荡器电路提供电源的负阻部分和该电路的电容和电感的并联谐振的压控振荡器电路，包括有：

一第一可变电容二极管，用来根据一第一控制电压来改变其电容因此改变了该压控振荡器电路的振荡频率；和

一第二可变电容二极管，与第一可变电容二极管并联连接，用来根据一第二控制电压来改变其电容因此改变了该压控振荡器电路的振荡频率。

2、如权利要求1的压控振荡器电路，其中

第一耦合电容器被提供在负阻部分和第一可变电容二极管之间；和

第二耦合电容器被提供在第一可变电容二极管和第二可变电容二极管之间。

3、如权利要求1的压控振荡器电路，其中第一控制电压通过一扼流圈加到第一可变电容二极管上。

4、如权利要求1的压控振荡器电路，其中一电感器与第一可变电容二极管相串联。

5、如权利要求1的压控振荡器电路，其中一电感器与第二可变电容二极管相串联。

6、一种根据电路中的电容和电感来确定其振荡频率的压控振荡器电路，包括有：

由一第一可变电容二极管和一电感器串联连接组成的一电容部分，用来根据第一控制电压改变其电容；

与该电容部分并联连接的一第二可变电容二极管，用来根据第二控制电压改变其电容；和

与该电容部分并联连接的一负阻部分，用来向该压控振荡器电路提供电源。

7、如权利要求6的压控振荡器电路，其中

第一耦合电容器被提供在负阻部分和电容部分之间，和

第二耦合电容器被提供在电容部分和第二可变电容二极管之间。

8、如权利要求6的压控振荡器电路，其中第一控制电压通过一扼流圈被提供给该电容部分。

9、一种根据该电路的电容和电感来确定振荡频率的压控振荡器电路，包括有：

一负阻部分，用来向该压控振荡器电路提供电源；和

多个可变电容二极管，这些可变电容二极管与负阻部分并联连接并且二极管之间相互并联，每一可变电容二极管的电容量是由一相应独立的控制电压来控制。

10、如权利要求9的压控振荡器电路，其中在可变电容二极管之间、和负阻部分与相邻的可变电容二极管之间提供有耦合电容器。

11、如权利要求9的压控振荡器电路，其中一控制电压通过一扼流圈加到相应的一个可变电容二极管。

12、如权利要求9的压控振荡器电路，其中一电感器与一个可变电容二极管相串联。

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