CN1223090C - 用于运行振荡器的方法以及电路装置和调相环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行压控振荡器(3)的方法。本发明还涉及一种电路装置以及一种调相环。本发明特征在于，确定的辅助电压(U2)在运行阶段根据需要被加到可变控制电压(U4)上，而该控制电压通过电容(2)被输送至振荡器(3)，其中确定的辅助电压(U2)在准备阶段被施加到电容(2)上。

Description

用于运行振荡器的方法以及电路装置和调相环

技术领域

本发明涉及一种用于尤其在便携式通信设备中运行压控振荡器的方法，其中给振荡器传送可变控制电压，该控制电压来自优选地由恒定电压源提供的工作电压。

另外本发明还涉及一种用于控制压控振荡器的电路装置，其中该振荡器包含有至少一个可变控制电压的控制输入和至少一个工作电压的输入。此外本发明还涉及具有至少一个检测器、滤波器装置和振荡器的调相环，其中该检测器生成可变控制电压，其中该振荡器包含有至少一个可变控制电压的控制输入和至少一个工作电压的输入。

背景技术

在通信技术设备中为了产生高频正弦电压而使用了压控振荡器。在这种振荡器中通过控制输入可以在给定范围内对输出频率进行变化或者调谐。其中也称为频率牵引范围的该给定频率范围的大小可以通过给控制输入传送最小和最大电压来进行确定。这里该最大电压由给定工作电压来给出。

在运行现代通信设备中，两种要求常常是同时的。这些通信设备通常要求振荡器具有大的频率牵引范围，而同时以低的工作电压来运行，这比如是因为它们是电池驱动的。具有大的频率牵引范围并具有较小控制电压的振荡器虽然可以制造，但是遗憾的是具有高的灵敏度并且具有差的相位噪声特性。当这种振荡器应用于调相环中时这些问题会更加尖锐。

到目前为止，为了解决比如整个设备的工作电压这个问题而采用了直流-直流变换器或电荷泵。然而这些解决方法造价昂贵，并且存在由于NF干扰(NF＝低频)而引起的频谱不纯性的危险。另外还使用了多个振荡器，其中每个仅用来覆盖期望频率范围的一部分。然而这些变化方案却导致造价极高。在另一种建议中，采用了可开关的振荡器，其中可以通过切换谐振回路(主要是通过PIN二极管)来产生频率跳转。但是这里这种振荡器的设计和实施都是困难的。

发明内容

从而本发明的任务在于提供一种方法，该方法能够以简单和无干扰的方式来扩展振荡器的目标区域。另外本发明的任务在于，提供一种电路装置和调相环来实施该方法。

由此，发明人推荐了一种用于尤其在便携式通信设备中运行压控振荡器的方法，其中给振荡器输送可变的控制电压，该控制电压来自于优选地由恒定电压源构成的工作电压，并且作如下继续发展，使得可变控制电压通过电容输送给振荡器，而且该可变控制电压在运行阶段根据需要被加上一个确定的辅助电压，其中该确定辅助电压在准备阶段借助施加在电容上的充电电压而被施加到该电容上。也就是说，这种用于运行压控振荡器的方法被划分成准备阶段和运行阶段。

在准备阶段期间，该电容有利地借助施加在该电容上的充电电压来进行充电。此时该充电电压可以与工作电压相等，如此使得该电容在准备阶段的结束点具有等于工作电压的电压(辅助电压)。该辅助电压可以在运行阶段加到可变控制电压上，从而振荡器的输入电压范围增加了辅助电压的量，并且由此扩展了振荡器的频率牵引范围。

本发明方法的一种有利的扩展规定，通过中断施加在电容上的充电电压来对充电时间进行控制。在准备阶段，电容充电过程的中断可以比如由控制装置来实现，其中该控制装置在给定充电时间之后断开开关并从而中断了该电容的充电。此时施加在该电容上的辅助电压要小于充电电压，或者小于工作电压。电容上的辅助电压的大小从而取决于充电时间的长短。这种继续发展方案使得，可以无级地提高控制电压，并从而也可以对振荡器的频率牵引范围在宽的频率范围上来进行调谐。

本发明方法的另一种有利扩展规定，生成一种与充电电压反向构造的辅助电压。由此能够在电容上施加负的辅助电压，并从而能够达到更大的可变性。

在本发明方法的另一种实施中，如果在振荡器上不期望高的而是低的控制电压，那么在准备阶段就把该电容放电到电压0。从而在运行阶段，在振荡器上施加了由于该电容而没有发生变化的控制电压。

另外该电容在运行期间既不进行充电也不进行放电。

此外本发明的方法还被继续发展，使得该方法应用于调相环的控制电压上。那么这里也可以在准备阶段根据需要生成确定的辅助电压，该辅助电压在运行阶段加到调相环的可变控制电压上。由此增加了调相环振荡器的输入电压范围，并从而也增加了其频率牵引范围。

那么本发明的方法基本上用于那种不持续运行的振荡器或调相环。

本发明人还推荐了一种用于控制压控振荡器的电路装置，其中该振荡器包含有至少一个可变电压的控制输入和至少一个工作电压的输入，它被如此地继续发展，使得设置了与振荡器的控制输入串联的电容，其中该电容可以在准备阶段进行预充电。如果在把在预充电过程中所产生的辅助电压加到控制电压上，那么该振荡器在其控制输入上就具有一个较高的控制电压。

在本发明电路装置的一种优选方案中，为了进行预充电而设置了开关装置，其中按照该开关装置的位置并借助充电电压来对该电容充电。为了预充电而有利地设置了至少三个、必要时四个开关装置。

本发明电路装置的另一种有利的方案规定，开关装置具有晶体管或二极管或开关。这种开关装置也可以通过一个或多个晶体管、二极管和开关的组合来实现。

该电路装置的一种有利扩展在于，设置有一种控制装置来控制至少一个开关装置。该控制装置通过中断充电电压来中断该电容的辅助电压。

另外该控制装置也可以如此来构造，使得充电时间可以变化。它还可以包含一种定时器，该定时器使得控制装置在给定充电时间之后中断充电过程。在控制装置断开开关而结束充电过程之前，比如电容的充电可以通过电阻或者电流源来进行。另外该控制装置还可以作为可编程部件来构造。

由于大多数的压控振荡器不是空载运行的，而是调相环的一部分，所以本发明人推荐的调相环具有至少一个检测器、滤波器装置和振荡器，其中该检测器产生可变控制电压，而该振荡器至少包含有至少一个可变控制电压的控制输入和至少一个工作电压的输入，并且该调相环有针对性地继续发展，使得前述本发明的电路装置设置在振荡器的控制输入之前。该滤波器装置比如为一种通过直流电压的环形滤波器。

在本发明调相环的一种优选扩展中，该检测器具有两个互补设置的晶体管，这些晶体管在准备阶段负责开关装置的功能。那么检测器中的晶体管用于电容充电。这意味着，按照这些晶体管和其它开关的状态就可以不仅对电容充电也可以对其放电。在准备阶段之后，即在运行阶段中，这些晶体管再次作为相位检测器来运行。

附图说明

本发明的其它特征由下文中多个实施例的说明并结合附图来给出，其中采用了2.8V的工作电压和0.3V至2.2V的控制电压。另外还采用了，振荡器的控制输入仅具有可忽略的电流消耗(近似于变容控制的振荡器)。其中：

附图1a：示出了具有电容预充电的、在准备阶段的本发明的一种电路装置；

附图1b：示出了在电容预充电之后的、在运行阶段的本发明的一种电路装置；

附图2a：示出了没有电容预充电的、在准备阶段的本发明的一种电路装置；

附图2b：示出了没有电容预充电的、在运行阶段的本发明的一种电路装置；

附图3a、b：示出了具有可选电路装置的、在准备阶段的本发明的一种电路装置；

附图4a：示出了在准备阶段用来给电容进行正的预充电的本发明的一种电路装置；

附图4b：示出了在准备阶段用来给电容进行负的预充电的本发明的一种电路装置；

附图5a：示出了具有经过电阻的可变电压的、本发明的一种电路装置；

附图5b：示出了具有经过电阻的可变电压的、本发明的一种电路装置；

附图6：示出了一种已公开的调相环；

附图7：示出了一种具有电容的、本发明的调相环。

具体实施方式

附图1a示出了一种在准备阶段的本发明的电路装置，其中对电容2进行了充电(预充电)。该电路装置包含电路输入8、充电电压U3的输入7以及振荡器3，其中该振荡器具有控制电压U5的控制输入4、高频输出5、与地相连的导线15和工作电压U1的输入6。另外该电路装置还包含有三个开关1.1至1.3。电容2设置在电路输入8和振荡器3的控制输入4之间。

在电路输入8和电容2之间具有电路输入侧导线20.1，在电容2和振荡器3的控制输入4之间具有振荡器侧导线20.2。开关1.2把输入7与导线20.2连接起来，开关1.1把地与导线20.1连接起来，而开关1.3把地与导线20.2连接起来。

在准备阶段，电容2通过输入7上的充电电压U3来进行充电，其中开关1.1和1.2闭合，开关1.3断开。这时充电电压U3等于工作电压U1(2.8V)，由输入7和6之间的虚线来示出。在准备阶段的末期，电容2承载辅助电压U2(2.8V)，其中该电压与充电电压U3相等。

可以这样来理解，如果比如提供第二工作电压，那么充电电压U3不必等于工作电压U1，而可以具有另一值。

附图1b示出了在电容2预充电之后的、在运行阶段的本发明的一种电路装置。所有的开关1.1至1.3关断，且在电路输入8上施加了控制电压U4(0.3V至2.2V)。电容2的辅助电压U2(2.8V)加到输入的控制电压U4上，如此使得振荡器3的控制输入4上的控制电压U5比电路输入8上的控制电压U4高出辅助电压U2的量。从而控制电压U5具有3.1V至5V之间的值。

由于振荡器3根据控制电压U5来改变高频输出5上的频率，所以通过提高控制电压U5，可以扩大振荡器3的频率牵引范围，也可以扩大可调谐的频率范围值。

如果在振荡器3上希望不具有高的，而是具有低的控制电压U5，那么可以象附图2a和2b中所描述的一样来处理。

附图2a示出了没有电容2预充电的、在准备阶段的本发明的一种电路装置。这里接地的开关1.1和1.3闭合，而开关1.2断开，如此使得电容2保持不充电。

附图2b示出了电容2没有进行事前充电的电路装置运行阶段。这里振荡器3的控制输入4上的控制电压U5具有与电路输入8上的控制电压U4相同的值，即0.3V至2.2V。

如果附图1a、1b、2a和2b中所示的电路利用0.3V至2.2V的控制电压U4、分别为2.8V的工作电压U1和充电电压U3进行工作，那么，在电容2没有被预充电的情况下振荡器3的控制输入4上就获得了0.3V至2.2V的控制电压U5，，并且在电容2被预充电的情况下获得3.1V至5V的控制电压U5。由此产生了2.2V至3.1V的空隙，该空隙没有被覆盖。

通过选择小于或等于1.9V的充电电压U3，可以消除该空隙。但因为可能不期望提供另外的工作电压U1，所以附图1a也可以象附图5a和5b中所示的一样来继续进行改进。

附图3a和3b示出了本发明电路装置的选择实施例，该装置同样也可以象前面附图的电路装置一样来实现。附图3a和3b中示出了准备阶段的开关位置。

在附图3a中，开关1.1把地与电路输入侧导线20.1相连接，开关1.2把输入7与振荡器侧导线20.2相连接，而开关1.3把导线20.1与导线21.1相连接，其中该导线21.1位于开关1.2和输入7之间。为了把电容2充电到辅助电压U2，开关1.1和1.2闭合，开关1.3断开。

在紧接着的运行阶段，所有的开关1.1至1.3断开，如此使得电容2上的辅助电压U2加到控制电压U4。

在附图3b中同样开关1.1把地与导线20.1相连接，开关1.2把输入7与导线20.2相连接。这里开关1.3则把导线20.1与导线21.2相连接，其中该导线21.2位于开关1.2与导线20.2之间。象附图3a中一样，开关1.1和1.2闭合来给电容2充电，且开关1.3断开。

如果应当对电容2进行放电，那么这可以通过断开开关1.2且闭合开关1.3来实现。

附图4a和4b示出了具有四个开关1.1至1.4的所谓“全电桥”的两种实施例。

在附图4a中，开关1.1把地和导线20.1相连接，与之平行设置的开关1.3把地与导线20.2相连接，而开关1.2把输入7与导线20.2相连接。通过开关1.4来实现导线20.1与导线21.1之间的连接。如果开关1.3和1.4断开并且开关1.1和1.2闭合，那么电容2就象附图4a中所示的一样被充电到正的辅助电压U2。

附图4b中的全电桥相反则能够把电容充电到负的辅助电压U2。开关1.1至1.4的配置类似于附图4a中的开关配置，其中开关1.2和1.1断开，而开关1.3和1.4闭合。

在紧跟准备阶段的运行阶段，不仅在附图4a中，而且在附图4b中，所有的开关1.1至1.4都断开。

附图5a示出了本发明电路装置的一种优选实施例，其中电容2上的辅助电压U2可以进行变化调节。

与附图1a不同的是包含有位于充电电压U3的输入7与开关1.2之间的电阻12。另外该电路装置还具有控制装置13，其中该控制装置可以断开和闭合开关1.2，如虚线所示。电容2的充电则通过电阻12来自于施加在输入7上的充电电压U3。象附图1a中一样，开关1.2和1.1闭合，开关1.3断开。在预定充电时间之后，控制装置13断开开关1.2，并从而结束电容2上的充电过程。在紧接着的运行阶段，所有的开关1.1至1.3断开。

这种优选的实施方案能够在电容2上产生辅助电压U2，该电压处于0V于充电电压U3或工作电压U1之间。如果生成0.1V与0.9V之间的辅助电压U2，那么就可以覆盖附图1a至2b中所出现的、振荡器3的输入4上的控制电压U5的2.2V至3.1V空隙。

附图5b示出了本发明的另一种电路装置，其中附图5a中的电阻12由电流源来替换。

附图6示出了一种常规调相环的构造。在一种调相环中，借助滤波器装置11(比如环形滤波器)、相-频检测器10、振荡器3和分频器(此处未示出)，使得振荡器3的输出频率与参考频率建立锁相联系，其中振荡器3具有控制输入4、工作电压U1的输入6和高频输出5。

检测器10产生控制电压U4。该控制电压通过滤波器装置11并到达振荡器3的控制输入4。按照控制电压U4的大小来产生输出频率，该输出频率通过分频器再输送至检测器10。该检测器然后把输出频率与参考频率相比较并相应调节控制电压U4。

作为检测器10这里示出了一种相位检测器，其中该相位检测器具有两个晶体管19.X(电荷泵式晶体管)。该检测器10的输出具有电流源特性，其中晶体管19.X模拟了电流源。检测器10的另一种变化比如为简单的模拟混频器、EXOR门电路或环形混频器。

附图7示出了本发明调相环的一种优选实施例，其中该调相环是附图6的常规调相环的扩展。在此，滤波器装置11与振荡器3的控制输入4之间设置了电容2。电容2也可以设置在滤波器装置11之前，当然在该变化方案中电容2需要相对较大的电容值。

另外，开关1.2把充电电压U3的输入7与振荡器侧的导线20.2相连接，其中该导线位于电容2与振荡器3之间。滤波器装置11这里是作为环形滤波器来构造的，其中该环形滤波器通常流过直流电压。

作为滤波器装置11优选地采用无源环形滤波器(电容)，其中该环形滤波器具有恒电流源，而该电流源对滤波器11进行充放电。为了获得较好的干扰抑制，还通过RC低通滤波器来控制由此而产生的调谐电压。环形滤波器11由此可能具有串联电阻(直流电阻)，其中如果该电阻足够小，那么就不会影响附图7中的电路功能。这意味着，该直流电阻应当如此之小，使得在准备阶段，尽管有直流电阻，还可以把电容2完全充电。

相频检测器10的输出9采用了两个互补设置的晶体管19.1和19.2(电荷泵式晶体管)，也即比如两个MOS场效应管。如果需要，这些场效应管的每一个都可以任意地断开或闭合。这些晶体管19.X在单独控制的情况下都可以在准备阶段负责附图1a和2a中的开关1.1的功能，或者比如附图3a和3b中开关1.1和1.3的功能。

为了把电容2充电到辅助电压U2，在准备阶段开关1.2以及晶体管19.1闭合。相反晶体管19.2则断开。

在运行阶段，开关1.2断开，晶体管19.1和19.2作为常规的相位检测器来运行，辅助电压U2加到由检测器10所给出的控制电压U4上。在振荡器3的输入4上则具有控制电压U5，该电压由辅助电压U2和控制电压U4组成。晶体管19.1和19.2在这种运行阶段还通常再次作为相位检测器来运行。

应该理解，也可以采用其它比如混频器的相位检测器来替换具有晶体管19.X的检测器10，其中该混频器不具备输出晶体管19.X。根据本发明，附图1a至5b中的前述本发明电路装置中的一种则可以位于相位检测器与振荡器3之间，借助该电路装置来提高振荡器3的控制输入4上的控制电压。在这种情况下也可以采用有源环形滤波器来作为滤波器装置11。

应理解，本发明的前述特征不仅可以应用于各种给定组合中，也可以应用在其它组合中或者单独应用，而不脱离本发明的框架。

总之通过本发明提供了一种方法，该方法能够以简单和无干扰的方式来扩展振荡器的频率牵引范围。另外还推荐了用于实施本发明的电路装置和调相环。

参考符号表

1.X    开关装置

2      电容

3      振荡器

4      控制输入

5      高频输出

6      工作电压U1的输入

7      充电电压U3的输入

8      电路输入

9      检测器10的输出

10     检测器

11     滤波器装置

12     电阻

13     控制装置

14     电流源

15     接地线

19.X   晶体管

20.1   电路输入侧导线

20.2   振荡器侧导线

21.1   开关1.2和输入7之间的导线

21.2   开关1.2和导线20.2之间的导线

U1     工作电压

U2     辅助电压

U3     充电电压

U4     控制电压

U5     控制电压

Claims (17)

1.用于运行压控振荡器(3)的方法，其中给该振荡器(3)输送可变控制电压(U4)，从工作电压(U1)中来获得该可变控制电压，该方法特征在于：把可变控制电压(U4)通过电容(2)输送给振荡器(3)，并且在运行阶段根据需要给该可变控制电压(U4)加上确定的辅助电压(U2)，其中在准备阶段借助施加在电容(2)上的充电电压(U3)将该确定的辅助电压(U2)施加到电容(2)上。

2.前述权利要求1中所述的方法，其特征在于：所述充电电压等于工作电压(U1)。

3.前述权利要求2中所述的方法，其特征在于：电容(2)的确定辅助电压(U2)通过切断该电容(2)的充电电压(U3)来进行控制。

4.前述权利要求1所述的方法，其特征在于：与充电电压(U3)反向地构造辅助电压(U3)。

5.前述权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工作电压从一恒定电压源获得。

6.前述权利要求1所述的方法，其特征在于：所述压控振荡器是在便携式通信设备中使用的压控振荡器。

7.前述权利要求1至6之一中所述的方法，其特征在于：将电容(2)在准备阶段期间放电。

8.前述权利要求1至6之一中所述的方法，其特征在于：将电容(2)在运行阶段期间既不充电也不放电。

9.前述权利要求1至6之一中所述的方法，其特征在于：将该方法用于调相环的控制电压上。

10.用于控制压控振荡器(3)的电路装置，其中该振荡器(3)包含有一个可变控制电压(U4)的控制输入(4)和一个工作电压(U1)的输入(6)，该电路装置特征在于：有一电容(2)与振荡器(3)的控制输入(4)串联地设置，该电容可以在准备阶段利用充电电压(U3)进行预充电。

11.前述权利要求10中所述的电路装置，其特征在于：为了进行预充电设置了开关装置(1.X)，其中按照该开关装置(1.X)的位置并借助充电电压(U3)来给电容(2)充电。

12.前述权利要求11中所述的电路装置，其特征在于：为了进行预充电，设置了三个开关装置(1.X)。

13.前述权利要求11至12之一中所述的电路装置，其特征在于：开关装置(1.X)为晶体管和/或二极管和/或开关。

14.前述权利要求11至12之一中所述的电路装置，其特征在于：设置有用于操作开关装置(1.X)的控制装置(13)。

15.前述权利要求14中所述的电路装置，其特征在于：控制装置(13)可控制充电时间的变化。

16.具有至少一个检测器(10)、一个滤波器装置(11)和一个振荡器(3)的调相环，其中该检测器产生可变的控制电压(U4)，而该振荡器(3)包含有至少一个可变控制电压(U4)的控制输入(4)和至少一个工作电压(U1)的输入(6)，该调相环特征在于：在该控制输入(4)之前设置有根据前述权利要求10至15的之一所述的电路装置。

17.如前述权利要求16中所述的调相环，其特征在于：该检测器(14)包含有两个互补设置的晶体管，这些晶体管在准备阶段用作两个开关装置(1.X)。

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