CN1356772A - 振荡电路 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种能够在一个大的频率范围达到稳定振荡的振荡电路,通过将一个其谐振频率是可调整的LC谐振电路连接至其功能为一个3端有源元件的一对晶体管的集电极来进行振荡操作,LC谐振电路的谐振信号反馈至该对晶体管的基极。此时,呈现在所述LC谐振电路的两端电压由一个Q－因子调谐电压－电流转换器电路转换成电流,并且该电流被反馈至所述LC谐振电路,由此改变所述LC谐振电路的Q因子。

Description

振荡电路
本发明涉及一种振荡电路，它用于例如BS调谐器、数字电视调谐器和蜂窝电话的各种通信设备的高频电路。
图12示出现有技术的具有差分结构的一种振荡电路的电路示意图的一个例子。此振荡电路具有这样一种结构，电流源I1N的一端连接至施有电源电压VCC的一个电源端，各电感元件L1、L2的一端连接至电流源I1N的另一端。电感L1、L2的另外的端连接至用作调整电容元件的变容二极管C11、C21的阳极端，当一个频率调谐电压VTX施加给变容二极管C11、C21时，其阴极端相互连接。电感元件L1、L2和变容二极管C11、C21构成一个LC谐振电路RC3。
电感元件L1和变容二极管C11的结点连接至一个双极晶体管(以下称为晶体管)TIN1的集电极，它是一个3端有源元件，而晶体管TIN1的发射极经一个发射极电阻RE1接地。电感元L2和变容二极管C21的结点连接至一个双极晶体管TIN2的集电极，它是一个3端有源元件，而晶体管TIN2的发射极经一个发射极电阻RE2接地。晶体管TIN1的基极连接至晶体管TIN2的集电极，晶体管TIN2的基极连接至晶体管TIN1的集电极。
电感元件L1、变容二极管C11和晶体管TIN1的结点连接至晶体管QP1的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QP1的集电极连接至一个电源端，而其发射极经一个电流源IP1接地并同时连接至一个晶体管QP2的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QP2的集电极连接至电源端，而其发射极经一个电流源IP2接地，使得在晶体管QP2的发射极获得其中一个振荡输出电压VOUT(+)。
电感元件L2、变容二极管C21和晶体管TIN2的结点连接至晶体管QN1的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QN1的集电极连接至一个电源端，而其发射极经一个电流源IN1接地并同时连接至一个晶体管QN2的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QN2的集电极连接至电源端，而其发射极经一个电流源IN2接地，使得在晶体管QN2的发射极获得其中另一个振荡输出电压VOUT(-)。
在具有上述这种结构的振荡电路中，电感元件L1、L2和变容二极管C11、C12构成一个LC并联谐振电路(以下简称LC谐振电路)，作为负载连接至晶体管TIN1、TIN2的集电极的LC谐振电路的谐振信号以正反馈的方式馈送至晶体管TIN1、TIN2的基极，由此进行振荡操作。
在此振荡电路中，LC谐振频率被改变，并且通过改变施加给变容二极管C11、C12的阴极端的电压VTX由此改变变容二极管C11、C12的电容而相应地改变振荡频率。
在上述的现有技术的振荡电路中，LC谐振电路的电感元件L1、L2不仅包括纯电感部件，而且还包括一个串联的电阻部件。在这种振荡电路中，当为了改变振荡频率而改变谐振频率时，振荡的Q因子也相应地改变，于是产生这样一个问题，即振荡输出电平改变并且不能保持稳定的振荡。
而且，因为变容二极管C11、C12在LC谐振电路中用作可调整的电容元件，以进行振荡频率的调谐，振荡频率的可调谐的范围就由变容二极管C11、C12的电容的可调谐的范围来决定。于是，由于其特性，变容二极管C11、C12不具有大的可调谐范围的电容，就难以在一个大的频率范围获得振荡。
本发明的一个目的是提供一种振荡电路，它能够在振荡频率改变时保持稳定的振荡。
本发明的另一个目的是提供一种振荡电路，它能够在一个大的频率范围产生稳定的振荡。
根据第一个发明的一种振荡电路包括一个3端有源元件和一个LC谐振电路，所述LC谐振电路连接至所述3端有源元件的两端，并且所述3端有源元件的输出信号被反馈至所述3端有源元件的输入端，其中，提供一个将所述LC谐振电路的两端电压转换成一个电流的电压-电流转换器电路和一个用于将所述电压-电流转换器电路的所述输出电流提供给所述LC谐振电路的电流路径。所述电压-电流转换器电路和所述电流路径的功能是作为调谐所述LC谐振电路的Q因子的Q因子调谐电压-电流转换器电路。
根据第二个发明的一种振荡电路包括一对晶体管，它们将信号提供给其发射极或源极相互连接的多个晶体管的基极或栅极，并从其集电极或漏极输出一个信号，并且多个LC谐振电路的各其中一端是交流接地的，其中，所述LC谐振电路的各另一端连接至构成所述晶体管对的晶体管的相同类型的端，并且来自所述晶体管对的各晶体管的集电极或漏极的信号被反馈至另一个晶体管的基极或栅极。
所述振荡电路的特征在于，提供将所述LC谐振电路的两端电压转换成电流的电压-电流转换器电路和用于将所述电压-电流转换器电路的所述输出电流提供给所述LC谐振电路的电流路径。所述电压-电流转换器电路和所述电流路径的功能是作为调谐所述LC谐振电路的Q因子的Q因子调谐电压-电流转换器电路。
采用这些结构，当通过改变LC谐振电路的谐振频率来改变振荡频率时，C/N特性变差，因为包括在LC谐振电路中的电阻部件使LC谐振电路的Q因子也相应地改变，虽然LC谐振电路的Q因子的改变可借助于Q因子调谐电压-电流转换器电路而得到补偿。结果，当振荡频率改变时，有可能稳定振荡输出电平和C/N特性。
可以例如以下两种结构提供LC谐振电路。第一种结构的LC谐振电路包括一个由一个电感元件和一个电容元件构成的LC谐振主电路，一个以与所述电容元件串联方式提供的电流感测电阻，和一个将所述电流感测电阻的两端电压转换成电流并输出所述电流的频率调谐电压-电流转换器电路，其中，通过将所述频率调谐电压-电流转换器电路的输出电流反馈至所述LC谐振主电路来改变谐振频率。
第二种结构的LC谐振电路包括一个电感元件和一个电容元件，其中，所述电容元件由一个变容二极管构成，并且根据从外部施加给所述变容二极管的一个电压来改变所述振荡电路的振荡频率。
在第一种结构中，由于借助于频率调谐电压-电流转换器电路来改变LC谐振电路的谐振频率，在例如电容元件的电容的可调整范围内，谐振频率的可调谐范围是不受限制的，并且LC谐振电路的谐振频率可以在一个大的频率范围内改变。而且，同时借助于Q因子调谐电压-电流转换器电路进行Q调谐，就有可能在一个大的频率范围以稳定的输出功率和C/N特性来保持振荡。
在第二种结构中，采用只调整施加给变容二极管的电压这样一种简单的结构可改变谐振频率。而且，同时借助于Q因子调谐电压-电流转换器电路进行Q调谐，无论频率是否改变，都有可能以稳定的输出功率和C/N特性来保持振荡。
根据第三个发明的一种振荡电路包括一个振荡电路的主要部分、第二和第三晶体管对、第二和第三电流源、第一和第二电阻和连接装置。
振荡电路的主要部分包括第一晶体管对、一个LC谐振电路和第一电流源。
第一晶体管对的各晶体管的发射极相互连接，各晶体管的基极连接至另一个晶体管的集电极。LC谐振电路连接至第一晶体管对的各晶体管的集电极。第一电流源连接至第一晶体管对的各晶体管的发射极。振荡电路的主要部分从第一晶体管对的各晶体管的集电极输出振荡信号。
第二晶体管对的各晶体管的发射极相互连接，并且第三晶体管对的各晶体管的发射极相互连接。
第二电流源连接至第二晶体管对的各晶体管的发射极，并且第三电流源连接至第三晶体管对的各晶体管的发射极。
第一电阻的一端连接至第二晶体管对的其中一个晶体管的集电极和基极以及第三晶体管对的其中一个晶体管的基极的结点。
第二电阻的一端连接至第二晶体管对的其中另一个晶体管的集电极和基极以及第三晶体管对的其中另一个晶体管的基极的结点。
连接装置分别将第一和第二电阻的另一端连接至第一晶体管对的各晶体管的集电极。
根据第二和第三电流源之间的电流比，这种结构有可能改变振荡电路的主要部分的振荡信号的Q因子。
在具有第三个发明的结构的振荡电路中，LC谐振电路由例如一个电感元件和一个变容二极管构成。
通过从外部向变容二极管施加一个电压，变容二极管的电容被改变，由此改变包括作为一个组成元件的电容的振荡电路的振荡频率。
第四个发明的一种振荡电路包括一个振荡电路的主要部分、一个电阻、第二对晶体管和第二电流源。
振荡电路的主要部分包括第一对晶体管、LC谐振电路和第一电流源。
第一晶体管对的各晶体管的发射极相互连接，并且各晶体管的基极连接至另一个晶体管的集电极。LC振荡电路连接至第一晶体管对的各晶体管的集电极。第一电流源连接至第一晶体管对的各晶体管的发射极。振荡电路的主要部分从第一晶体管对的各晶体管的集电极输出振荡信号。
电阻感测流经组成LC谐振电路的元件中的电流。
第二晶体管对的各晶体管的发射极相互连接，各晶体管的基极分别连接至电阻的各端，而各晶体管的集电极连接至第一晶体管对的各晶体管的集电极。
第二电流源连接至第二晶体管对的各晶体管的发射极。
根据第一和第二电流源之间的电流比，这种结构有可能改变振荡电路的主要部分的振荡信号的Q因子。
改变振荡频率的可能性现描述如下。通过将电阻与组成LC谐振电路的电容元件串联连接，可感测流经电容元件中的电流的幅度。被感测的电流被第二极晶体管对放大并且以电流反馈的方式馈送至第一晶体管的集电极，使得组成LC谐振电路的电容元件的值等同地改变，由此有可能改变振荡频率。
第五个发明的一种振荡电路包括一个具有一个电容元件和一个电感元件和一个3端有源元件的LC谐振电路，而LC谐振电路连接至所述3端有源元件的两端，并且所述3端有源元件的输出信号被反馈至所述3端有源元件的输入端，其中，提供一个将所述LC谐振电路的两端电压转换成电流的电压-电流转换器电路、一个用于将所述电压-电流转换器电路的输出电流提供给所述LC谐振电路的第一电流路径、一个感测流经所述电容元件或电感元件中的电流并且输出一个放大的电流的放大器电路和一个用于将所述放大器电路的输出电流提供给所述LC谐振电路的第二电流路径。
通过将LC谐振电路的两端电压转换成一个电流并且将该电流经第一电流路径施加给LC谐振电路，这种结构有可能改变Q因子。
通过感测流经电容元件或电感元件中的电流并且将放大的电流经第二电流路径提供给LC谐振电路，也有可能改变振荡频率。
也可对上述第五个发明的结构进行修改，使得电压-电流转换器电路和放大器电路根据各自被提供的信号来分别改变电压-电流转换比和放大增益。通过改变电压-电流转换器电路的电压-电流转换比可改变Q因子，通过改变放大器电路的放大增益可改变振荡频率。继而，根据从外部施加的信号可改变振荡频率和Q因子。电压-电流转换器电路的电压-电流转换比和放大器电路的放大增益也可相互根据而改变。这样一种操作安排即使当振荡频率改变时也有可能保持振荡输出基本上恒定。
第六个发明的一种振荡电路包括振荡电路的主要部分、第二和第三晶体管对、第二和第三电流源、第一和第二电阻、连接装置、一个第三电阻、一个第四晶体管对和一个第四电流源。
振荡电路的主要部分包括第一晶体管对、LC谐振电路和第一电流源。
第一晶体管对的各晶体管的发射极相互连接并且各晶体管的基极连接至另一个晶体管的集电极。LC振荡电路连接至第一晶体管对的各晶体管的集电极。第一电流源连接至第一晶体管对的各晶体管的发射极。振荡电路的主要部分在第一晶体管对的各晶体管的集电极输出振荡信号。
第二晶体管对的各晶体管的发射极相互连接，并且第三晶体管对的各晶体管的发射极相互连接。
第二电流源连接至第二晶体管对的各晶体管的发射极，并且第三电流源连接至第三晶体管对的各晶体管的发射极。
第一电阻的一端连接至第二晶体管对的其中一个晶体管的集电极和基极以及第三晶体管对的其中一个晶体管的基极的结点。
第二电阻的一端连接至第二晶体管对的其中另一个晶体管的集电极和基极以及第三晶体管对的其中另一个晶体管的基极的结点。
连接装置分别将第一和第二电阻的另一端连接至第一晶体管对的各晶体管的集电极。
第三电阻感测流经组成LC谐振电路的元件中的电流。
第四晶体管对的各晶体管的发射极相互连接，各晶体管的基极分别连接至第三电阻的各端，而各晶体管的集电极连接至第一晶体管对的各晶体管的集电极。
第四电流源连接至第四晶体管对的各晶体管的发射极。
根据第一和第四电流源之间的电流比，这种结构有可能改变振荡电路的主要部分的振荡频率。根据第二和第三电流源之间的电流比，也可改变Q因子。
在第六个发明的振荡电路中，这样的一种结构也可采用，即第四电流源的电流的值根据从外部施加的一个信号而改变，并且根据从外部施加的一个信号，第二和第三电流源的至少其中一个的电流的值被改变。
这样一种结构使得有可能根据从外部施加的一个信号而改变来自第四电流源的电流，由此改变频率。特别是在建立PLL电路的情况下，在通过将提供一个稳定的振荡频率的输出的参考信号源的信号的相位与本振荡器的信号相比较而输出一个预定频率的信号的情况下，Q因子可被改变，于是，通过将从PLL电路接收的载有相位误差信息的一个信号提供给第四电流源，由此改变振荡频率并分别改变从第二和第三电流源提供的电流，有可能保持振荡输出功率和C/N特性基本上恒定。
图1是示出本发明的第一个实施例的一种振荡电路的结构的方框示意图。
图2是示出本发明的第一个实施例的一种振荡电路的具体结构的方框示意图。
图3是示出本发明的第二个实施例的一种振荡电路的具体结构的方框示意图。
图4是示出本发明的第三个实施例的一种振荡电路的具体结构的方框示意图。
图5是一种Q因子调谐电压-电流转换器电路的电导的解释性的电路示意图。
图6是示出根据本发明的第四个实施例的一种振荡电路的一个频率调谐电压-电流转换器电路的结构的方框示意图。
图7是示出根据本发明的第五个实施例的一种振荡电路的一个频率调谐电压-电流转换器电路的结构的方框示意图。
图8是本发明的振荡电路的工作原理的解释性的电路示意图。
图9是示出模拟本发明的振荡电路的结果的曲线图。
图10是示出模拟本发明的振荡电路的结果的曲线图。
图11是示出模拟本发明的振荡电路的结果的曲线图。
图12是示出现有技术的一种振荡电路的结构的示意图。
实施例1
图1是根据本发明的第一个实施例的差分操作的一种振荡电路的方框示意图。此振荡电路具有这样一种结构，即由一个电感元件L1(包括一个未示出的串联的电阻部件R11)和一个电容元件C1构成一个LC谐振主电路RC11的一端连接至一个施加有一个电源电压VCC的电源端，和由一个电感元件L2(包括一个未示出的串联的电阻部件R12)和一个与之相连接的电容元件C2构成一个LC谐振主电路RC12也连接至该电源端。
LC谐振主电路RC11的另一端连接至作为3端有源元件的一个晶体管TIN1的集电极(3端有源元件的输出端)。LC谐振主电路RC12的另一端连接至作为3端有源元件的一个晶体管TIN2的集电极(3端有源元件的输出端)。
感测流经电容元件C1中的电流的一个电流感测电阻RS1与电容元件C1相串联。具有正比于流经电容元件C1中的电流的幅度的一个电压呈现在电流感测电阻RS1的两端。
类似地，感测流经电容元件C2中的电流的一个电流感测电阻RS2与电容元件C2相串联。具有正比于流经电容元件C2中的电流的幅度的一个电压呈现在电流感测电阻RS2的两端。
提供一个感测电流感测电阻RS1、RS2的两端电压并且将对应于所感测的电压的电流反馈给LC谐振主电路RC11、RC12的频率调谐电压-电流转换器电路GMF。该频率调谐电压-电流转换器电路GMF具有这样一种功能，即放大流经电容元件C1、C2中的电流并将放大的电流提供给LC谐振主电路RC11、RC12。也可想象放大流经电感元件L1、L2中的电流的这样一种结构。
一个LC谐振电路RC1由上述的LC谐振主电路RC11、RC12、电流感测电阻RS1、RS2和频率调谐电压-电流转换器电路GMF组成。
频率调谐电压-电流转换器电路GMF具有这样的一种具体的结构，即一个非反向电压输入端连接至电容元件C1和电流感测电阻RS1的结点，一个反向电压输入端连接至电容元件C2和电流感测电阻RS2的结点，其中一个电流输出端连接至LC谐振主电路RC11的另一端，并且另一个电流输出端连接至LC谐振主电路RC12的另一端。
电容元件C1和电流感测电阻RS1的结点与电容元件C2和电流感测电阻RS2的结点之间的电压被转换成一个电流，该电流被反馈至LC谐振主电路RC11的另一端和LC谐振主电路RC12的另一端之间，由此改变LC谐振主电路RC1的谐振频率。
一个电阻RIN1的一端连接至晶体管TIN1的发射极，一个电阻RIN2的一端连接至晶体管TIN2的发射极，而电阻RIN1、RIN2的另一端相互连接并经电流源IIN接地。
晶体管TIN1的基极(3端有源元件的输入端)经一个电阻RB1和一个电压源E1接地并经电容C3连接至晶体管TIN2的集电极，晶体管TIN2的基极(3端有源元件的输入端)经一个电阻RB2和一个电压源E2接地并经电容C4连接至晶体管TIN1的集电极。采用这种结构，在LC谐振电路RC1的输出端提供的振荡信号被反馈至3端有源元件的输入端，即晶体管TIN1、TIN2的基极，于是达到振荡操作。在此情况下，振荡频率随LC谐振电路RC1的谐振频率的改变而改变。
在晶体管TIN1的基极直接连接至晶体管TIN2的集电极、晶体管TIN2的基极直接连接至晶体管TIN1的集电极而没有连接在其间的电容C3、C4的情况下，电阻RB1、电压源E1、电阻RB2和电压源E2是不需要的。
于是，在晶体管TIN1的集电极得到其中一个振荡输出VOUT(+)，并且在晶体管TIN2的集电极得到另一个振荡输出VOUT(-)。图1所示的现有技术的例子中的射极跟随器电路可省略。
当需要将对频率改变的感测反转时，这样一种结构可被采用，即频率调谐电压-电流转换器电路GMF的非反向电压输入端连接至电容元件C2和电流感测电阻RS2的结点，并且反向电压输入端连接至电容元件C1和电流感测电阻RS1的结点。当希望以两种方式改变频率时，可一起使用上述两种类型的频率调谐电压-电流转换器电路GMF，它们具有以相反结构连接的非反向电压输入端和反向电压输入端。
这种振荡电路还具有Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ，它通过感测呈现在LC谐振电路RC1两端的电压并将一个对应于所感测的电压的电流反馈至LC谐振电路RC1来改变LC谐振电路RC1的Q因子。
Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ具有这样一种结构，即其非反向电压输入端连接至LC谐振主电路RC11的另一端，反向电压输入端连接至LC谐振主电路RC12的另一端，其中一个电流输出端连接至LC谐振主电路RC11的另一端，并且另一个电流输出端连接至LC谐振主电路RC12的另一端。
这种结构，在LC谐振主电路RC11的另一端和LC谐振主电路RC12的另一端之间的一个点给出的电压被转换成一个电流，该电流被反馈至在LC谐振主电路RC11的另一端和LC谐振主电路RC12的另一端之间的该点，由此改变LC谐振电路RC1的Q因子。这使得有可能调整振荡电路的振荡输出电平，使得例如振荡输出电平可保持恒定，而不论振荡频率是否改变。
以下将参照图8描述借助于频率调谐电压-电流转换器电路GMF来改变LC谐振电路的谐振频率的工作原理；和借助于Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ来改变LC谐振电路的Q因子的工作原理。
图8(a)示出包括一个电感元件L和一个电容元件C的LC谐振电路。RL代表一个串联电阻，它包括在电感元件L中。
图8(a)所示的LC谐振电路的谐振频率ωCO和Q因子QO通常由以下等式给出：
ωCO＝1/(LC)1/2                                    …(1)
QO＝ωCOL/RL＝(1/RL)(L/C)1/2                       …(2)
图8(b)示出一种LC谐振电路，在其中提供有一个并联电导G而不是图8(a)的串联电阻RL。假设图8(a)的LC谐振电路和图8(b)的LC谐振电路是相互等效的，则电导G表示如下：
G＝1/(QO 2+1)RL                                     …(3)其中RL＜＜2(ωCOL)2。
在修改为如图8(b)所示的等效电路的LC谐振电路中，一个电导-GQ并联连接在LC电路中，以取消电导G，如图8(c)所示。
采用如上述所使用的电导-GQ，LC谐振电路的谐振频率ωC和Q因子可表示如下：
ωC＝ωCO(1-GQRL)1/2                                 …(4)
Q＝QO(1-GQRL)1/2/(1-QO 2GQRL)
QO/{1-GQL/(RLC)}                                   …(5)
从等式(4)和(5)可以知道，通过采用电导-GQ，可以改变谐振频率ωC和Q因子。
图8(d)示出了一个采用一个电流源的阻抗转换电路。在此电路中，电流源AIIZ提供具有一个值AI乘以电流IZ的电流流经一个阻抗ZO，其中流过电流IZ。此电路可被看作等效于图8(e)所示的阻抗Z，而阻抗Z由下式给出：
Z＝ZO/(AI+1)                                       …(6)
这表明，当一个能够改变电流的电流源以并联方式连接至一个阻抗时，阻抗的值可通过改变电流而实际上被改变。
在上述第一个实施例中，为了改变LC谐振电路的谐振频率，流经LC谐振电路的电容元件C1、C2中的电流通过电流感测电阻RS1、RS2转换成电压，电压信号在频率调谐电压-电流转换器电路GMF中转换成电流并反馈至LC谐振电路RC1，即振荡输出。这种操作是基于以上结合图8(d)、(e)所描述的阻抗变换的概念，并且通过改变LC谐振电路的阻抗来改变谐振频率。
当提供两个以相反的极性取得电流感测电阻RS1、RS2的两端电压的频率调谐电压-电流转换器电路时，可从电感元件L1和电容元件C1的本征谐振频率ωCO以两种方式改变谐振频率，即增大和减小。谐振频率是由频率调谐电压-电流转换器电路所提供的电导的不同来决定的。
还是在上述的第一个实施例中，通过改变由以串联方式与电感元件L1、L2相连接的电阻RL1、RL2组成的电路的输入阻抗来改变带通特性的Q因子。这是基于结合图8(a)至(c)所描述的概念。例如，当在图8(c)中将电导-GQ设置为使得-GQ等于(＝)G，则LC谐振电路的Q因子在理论上变得无限大。
如上所述，当将能够改变谐振频率和Q因子的LC谐振电路用作振荡电路时，振荡频率可以被调整而无需采用变容二极管，并且通过同时改变Q因子而有可能在一个大的可调谐频率范围达到稳定的振荡。
图1所示的振荡电路的谐振频率ωC和Q因子给出如下：
ωC＝ωCO·(1-gmQRL)1/2/{1+(gmF-gmQ)RS}1/2               …(7)
Q＝QO(1-gmQRL)1/2·{1+(gmF-gmQ)RS}1/2
   /{1-gmQ(L/CRL+RS)+RS/RL+gmFRS}                        …(8)其中，
RS＝RS1＝RS2
RL＝RL1＝RL2
L＝L1＝L2
C＝C1＝C2项gmQ表示Q因子调谐电压-电流转换器电路的电导，gmF表示频率调谐电压-电流转换器电路的电导。
当条件gmQRL＜＜1，并且gmQRS＜＜1+gmFRS满足时，谐振频率可约等于如下：
ωC＝ωCO/(1+gmFRS)1/2                             …(9)
图2示出图1所示振荡电路以晶体管程度实施的电路示意图。如图2所示，此振荡电路具有一个射极跟随器电路，该射极跟随器电路包括晶体管QP1、QP2、QN1、QN2和电流源IP1、IP2、IN1、IN2，它们类似于在现有技术中所加入的那些元件。
频率调谐电压-电流转换器电路GMF包括晶体管TF1、TF2和一个电流源IF。晶体管TF1用于这样的一种结构，即其基极作为非反向电压输入端连接至电容元件C1和电流感测电阻RS1的结点，即点(c)，而其集电极作为一个电流输出端连接至点(a)，并且其发射极连接至电流源IF的一端。晶体管TF2用于这样的一种结构，即其基极作为反向电压输入端连接至电容元件C2和电流感测电阻RS2的结点，即点(d)，而其集电极作为另一个电流输出端连接至点(b)，并且其发射极连接至电流源IF的一端。电流源IF的另一端接地。
电流源IF可以由例如晶体管和一个发射极电阻组成。可以根据输入至晶体管的基极的一个电压VTY来调整电流。对于上述电压VTY来说，例如，可以采用从一个锁相环(PLL)电路提供的载有相位误差信息的一个控制信号。
频率调谐电压-电流转换器电路GMF的电导gmF给出如下：
gmF＝IF/4VT                                         …(10)其中IF是流经电流源IF中的电流。VT是存在于晶体管的基极和发射极之间的势垒电压，它给出如下，在室温下大约是26mV，其中k是波尔兹曼常数，T是绝对温度，q是一个电子的电量：
VT＝kT/q
上述频率调谐电压-电流转换器电路能够通过改变电流IIN和电流IF的比来调谐振荡频率。
Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ包括晶体管TQ11、TQ12、TQ21、TQ22、电阻RQ1、RQ2和电流源IQ1、IQ2。晶体管TQ11的集电极连接至点(a)，晶体管TQ12的集电极连接至点(b)，晶体管TQ22的集电极经电阻RQ1连接至点(a)，并且晶体管TQ21的集电极经电阻RQ2连接至点(b)。
晶体管TQ11的基极连接至晶体管TQ21的基极和集电极，晶体管TQ12的基极连接至晶体管TQ22的基极和集电极。
晶体管TQ11的发射极和晶体管TQ12的发射极共同连接至电流源IQ1的一端，而该电流源IQ1的另一端接地。晶体管TQ21的发射极和晶体管TQ22的发射极共同连接至电流源IQ2的一端，而该电流源IQ2的另一端接地。
电流源IQ1、IQ2可由例如晶体管和发射极电阻组成，以便根据输入至晶体管的基极的电压VQ1、VQ2来调整电流。对于上述电压VQ1、VQ2来说，例如，可以采用载有频率信息的一个信号。具体地，可以采用一个PLL电路的载有频率设置信号或相位误差信息的一个信号。
将施加在点(a)和点(b)之间的电压用V表示，在点(a)和点(b)之间流过的电流用I表示，如图5所示，则Q因子调谐电压-电流转换器电路的电导gmQ给出如下：
gmQ＝I/V并且可以表示如下：
gmQ＝(gmQ1-gmQ2)/(1+gmQ2RQ)                            …(11)
gmQ1＝IQ1/4VT
gmQ2＝IQ2/4VT其中，VT是呈现在晶体管的基极和发射极之间的势垒电压。IQ1、IQ2是流经电流源IQ1、IQ2中的电流，并且可通过改变流经电流源IQ1、IQ2中的电流的比来改变电压-电流转换比(电导)。
如上所述，在本实施例的振荡电路中，当通过改变LC谐振电路RC1的谐振频率来改变振荡频率时，因为包括在LC谐振电路RC1中的电阻部件使LC谐振电路RC1的Q因子也相应地改变，而LC谐振电路RC1的Q因子的改变可借助于Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ而得到补偿。结果，当振荡频率改变时，有可能稳定振荡输出电平和C/N特性。
还由于借助于频率调谐电压-电流转换器电路GMF来改变LC谐振电路RC1的谐振频率，在电容元件的电容的可调整范围内，谐振频率的可调谐范围是不受限制的，并且LC谐振电路RC1的谐振频率可以在一个大的频率范围内改变。于是，有可能在一个大的频率范围进行振荡。而且，同时借助于Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ进行Q调谐，就有可能在一个大的频率范围以稳定的输出功率和C/N特性来保持振荡。
实施例2
图3是根据本发明的第二个实施例的一种振荡电路的差分结构的方框示意图。此实施例在LC谐振电路的结构上不同于第一个实施例，并且因此在LC振荡电路与3端有源元件的连接上也是不同的。在其它方面，第二个实施例类似于第一个实施例。
具体地，如图3所示，电流源IIN的一端连接至施加有一个电源电压VCC的一个电源端，而各电感元件L1(包括一个未示出的串联电阻元件RL1)和电感元件L2(包括一个未示出的串联电阻元件RL1)的一端连接至电流源IIN的另一端。电容元件C1的一端连接至电感元件L1的另一端，电流感测电阻RS1的一端连接至电容元件C1的另一端。电容元件C2的一端连接至电感元件L2的另一端，电流感测电阻RS2的一端连接至电容元件C2的另一端。电流感测电阻RS1、RS2的另一端相互连接，并且经一个电压源E3接地。
电感元件L1和电容元件C1组成LC谐振主电路RC21，而电感元件L2和电容元件C2组成LC谐振主电路RC22。
提供电流感测电阻RS1、RS2的以感测流经电容元件C1、C2中的电流，而分别正比于流经电容元件C1、C2中的电流的电压呈现在电流感测电阻RS1、RS2的两端。
电感元件L1和电容元件C1的结点连接至作为3端有源元件的晶体管TIN1的集电极(3端有源元件的输出端)。电感元件L2和电容元件C2的结点连接至作为3端有源元件的晶体管TIN2的集电极(3端有源元件的输出端)。
提供频率调谐电压-电流转换器电路GMF以感测电流感测电阻RS1、RS2的两端电压，并对应于所感测的电压的电流反馈至LC谐振主电路RC21、RC22。频率调谐电压-电流转换器电路GMF的具体结构类似于第一个实施例的频率调谐电压-电流转换器电路。
上述的LC谐振主电路RC21、RC22、电流感测电阻RS1、RS2和频率调谐电压-电流转换器电路组成LC谐振电路RC2。
频率调谐电压-电流转换器电路GMF具有这样的一种具体的结构，即作为一个非反向电压输入端的晶体管TF1的基极连接至电容元件C1和电流感测电阻RS1的结点，作为一个反向电压输入端的晶体管TF2的基极连接至电容元件C2和电流感测电阻RS2的结点，作为其中一个电流输出端的晶体管TF1的集电极连接至电感元件L1和电容元件C1的结点，作为另一个电流输出端的晶体管TF2的集电极连接至电感元件L2和电容元件C2的结点。
在电容元件C1和电流感测电阻RS1的结点与电容元件C2和电流感测电阻RS2的结点之间的点所给出的电压被转换成一个电流，该电流被反馈至电感元件L1和电容元件C1的结点与电感元件L2和电容元件C2的结点之间的点，由此改变LC谐振主电路RC2的谐振频率。
一个电阻RE1的一端连接至晶体管TIN1的发射极，一个电阻RE2的一端连接至晶体管TIN2的发射极，而电阻RE1、RE2的另一端接地。
晶体管TIN1的基极(3端有源元件的输入端)连接至晶体管TIN2的集电极，晶体管TIN2的基极(3端有源元件的输入端)连接至晶体管TIN1的集电极。采用这种结构，LC谐振电路RC2的谐振信号被反馈至3端有源元件的输入端，即晶体管TIN1、TIN2的基极，于是达到振荡。在此情况下，振荡频率随LC谐振电路RC2的谐振频率的改变而改变。
电感元件L1、电容元件C1和晶体管TIN1的结点连接至晶体管QP1的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QP1的集电极连接至一个电源端，而其发射极经一个电流源IP1接地并且同时连接至晶体管QP2的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QP2的集电极连接至电源端，而其发射极经一个电流源IP2接地，使得在晶体管QP2的发射极得到其中一个振荡输出VOUT(+)。
电感元件L2、电容元件C2和晶体管TIN2的结点连接至晶体管QN1的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QN1的集电极连接至一个电源端，而其发射极经一个电流源IN1接地并且同时连接至晶体管QN2的基极，后者构成一个射极跟随器电路。晶体管QN2的集电极连接至电源端，而其发射极经一个电流源IN2接地，使得在晶体管QN2的发射极得到另一个振荡输出VOUT(-)。
在本实施例中，虽然结构与第一个实施例的结构基本上相同并且可达到与第一个实施例相同的效果，但LC谐振电路RC2的结构不同于第一个实施例的LC谐振电路RC1，并且因此频率调谐电压-电流转换器电路GMF和Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ的连接是不同的。
实施例3
图4是根据本发明的第三个实施例的一种振荡电路的差分结构的方框示意图。此实施例具有这样的一种结构，即Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ的被加在现有技术的结构上，其中通过改变施加在变容二极管C11、C21上电压VTX来调谐频率，而Q因子以类似于第一个和第二个实施例的情况被调谐。
如上所述，在本实施例的振荡电路中，当通过改变LC谐振电路RC3的谐振频率来改变振荡频率时，包括在LC谐振电路RC3中的电阻元件使LC谐振电路RC3的Q因子相应地改变，而LC谐振电路RC3的Q因子的改变可借助于Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ而得到补偿。结果，当振荡频率改变时，有可能稳定振荡输出电平和C/N特性。
实施例4
图6是根据本发明的第四个实施例的一种振荡电路的一个频率调谐电压-电流转换器电路的结构的电路示意图。本实施例使得有可能从LC谐振电路的本征谐振频率以两种方式改变谐振频率，即增大和减小。具体地，晶体管TF11、TF22的集电极连接至图2所示电路的点(a)，晶体管TF12、TF21的集电极连接至点(b)，晶体管TF11、TF21的基极连接至点(c)，晶体管TF12、TF22的基极连接至点(d)。晶体管TF11、TF12的发射极相互连接，而晶体管TF21、TF22的发射极相互连接并经电流源IF2接地。
此电路能够根据电流源IF1、IF2的电流比来改变频率。
在本实施例中，可从由电感元件L1、L2和电容元件C1、C2组成的LC谐振电路的本征谐振频率以两种方式改变谐振频率，即增大和减小，由此有可能具有一个较大的可调谐频率范围。可达到的其它效果类似于第一个实施例的情况。
本实施例的频率调谐电压-电流转换器电路也可应用于图3所示的电路。
实施例5
图7是根据本发明的第五个实施例的一种振荡电路中提供的一个频率调谐电压-电流转换器电路的电路示意图。在本实施例中，晶体管以两级的方式连接，使得有可能增大电压-电流转换比(电导)的可调整范围。具体地，晶体管TF31的集电极经一个二极管D1连接至一个参考电压REF，晶体管TF32的集电极经一个二极管D2连接至参考电压REF。晶体管TF31、TF32的发射极相互连接，并经一个电流源IF11接地。晶体管TF31的基极连接至图2所示的电路的点(c)，晶体管TF32的基极连接至图2所示的电路的点(d)。晶体管TF31的集电极连接至晶体管TF41的基极，晶体管TF32的集电极连接至晶体管TF42的基极。晶体管TF41、TF42的发射极相互连接并经电流源IF12接地。晶体管TF41的集电极连接至图2所示的电路的点(a)，晶体管TF42的集电极连接点(b)。
本实施例的振荡电路使得有可能增大频率的可调谐范围。其它效果类似于第一个实施例的那些效果。
本实施例的电路中的频率调谐电压-电流转换器电路也可应用于图3所示的电路。
图9示出一个模拟的结果，其中Q因子调谐电流源IQ1、IQ2的电流IQ1、IQ2的值通过图2中的设置为零的电流源中流过的电流而改变。在这个模拟中，晶体管TIN1、TIN2的集电极信号幅度与晶体管TIN2、TIN2的基极信号幅度的比通过向晶体管TIN1、TIN2的基极施加一个具有参考幅度的交流电流信号来决定，而切断连接晶体管TIN1、TIN2的集电极和基极的导线，由此消除正反馈环。
电感元件L1、L2的值设置为4nH，电容元件C1、C2的值设置为0.6pF，电流感测电阻RS1、RS2的值设置为50Ω，电流源IN1设置为3mA。晶体管的截止频率fT设置为18GHz，βf设置为240，饱和电流IS设置为8.1×10-17A，基极电阻设置为44Ω，基极和发射极之间的电容在零偏置的情况下设置为1.5×10-13F，集电极和基极之间的电容在零偏置的情况下设置为6×10-14F，集电极和基片之间的电容在零偏置的情况下设置为5.2×10-14F。在此模拟中，希望采用一种近似的模型，它能提供一种分布在元件和半导体基片之间的寄生电容的等效的表达，而寄生电容是根据所采用的制造方法而等效地表达的，该制造方法是用于在一个半导体集成电路中得到线圈、电容元件和电阻。例如，在此模拟中，一个0.4pF的电容元件和一个220Ω的电阻串联连接在图2的LC谐振电路RC11和LC谐振电路RC12和地的两端之间。在电位与地之间的2分中性点，电阻在加于其上的电阻图形掩膜的每单位面积具有0.04pF的寄生电容。加在电容元件和其它元件的两端之间的寄生电阻设置为10Ω。
随频率从500GHz改变到5GHz，计算的结果以沿横坐标绘出的频率和沿纵坐标绘出的以分贝(dB)表示的振荡输出幅度VOUT(+)、VOUT(-)示出。
这一结果表示，输出信号的选择性可通过使电流IQ1的值相对于电流IQ2增大而增大。
图10所示出的模拟结果中，电流IF的值改变而电流IQ1和电流IQ2设置为零。其它常数设置得与图9的值相同。
从这一结果可以明白，增大电流IF使中心频率向较低频移动。由于电流IN1的值是3mA，希望电流IF的值为3mA或更小。
图11所示出的模拟结果中，电流IF和电流IQ1、IQ2的值改变。图中示出，通过选择适当的值，可使信号的峰值基本上保持为常数，并且中心频率可被改变。
具体地，多个离散值适用于流过频率调谐电压-电流转换器电路GMF中的电流源的电流IF。对于电流IF的离散值来说，Q因子调谐电压-电流转换器电路GMQ的电流IQ1的值设置得使振荡输出的峰值基本上保持常数。也就是，电流IQ2设置为一个固定值，并且将电流的比设置得当电流IF每增大1mA时，电流IQ1便增大200μA。电流IF和电流IQ1的关系由用作图2中的电压VTY和电压VQ1的电压来给出。一个600μA的电流由电压VQ1提供。变化的电流可通过晶体管TQ3的集电极电流来给出。电流IQ1与电流IF的比由电阻RF1与电阻RQ3的电阻比给出。
于是，在离散值被设置的区间，可以输出其峰值的变化受到抑制的振荡输出信号。图2所示的电流IQ1是晶体管TQ1的集电极电流加上晶体管TQ3的集电极电流。
在关于图11的说明中，电流IQ2是固定的，电流IQ1是可变的，虽然可以相反地使电流IQ1固定而使电流IQ2可变。或者，可选用地，电流IQ1和IQ2两者都可以是可变的。
上述实施例是采用双极晶体管所构成的电路的例子，也可以通过采用场效应晶体管来建立类似于上述实施例的那些电路的电路。而且可以通过将LC振荡电路连接至上述实施例的晶体管的集电极来建立振荡电路，虽然也可以通过将LC振荡电路连接至晶体管的发射极或基极来建立振荡电路。

Claims (11)

1.一种振荡电路，具有一个3端有源元件和一个LC谐振电路，所述LC谐振电路连接至所述3端有源元件的两端，并且所述3端有源元件的输出信号被反馈至所述3端有源元件的输入端，包括：
一个将所述LC谐振电路的两端电压转换成一个电流并提供其输出的电压-电流转换器电路；和
一个用于将所述电压-电流转换器电路的所述输出电流提供给所述LC谐振电路的电流路径。
2.一种振荡电路，具有一对晶体管，它们通过将信号输入至其发射极或源极相互连接的多个晶体管的基极或栅极来从其集电极或漏极输出信号，并且多个LC谐振电路的各其中一端是交流接地的，其中，所述LC谐振电路的各另一端连接至构成所述晶体管对的晶体管的相同类型的端，并且所述晶体管对的各晶体管的集电极或漏极的信号被反馈至所述晶体管对的另一个晶体管的基极或栅极，包括：
一个将所述LC谐振电路的两端电压转换成一个电流并提供其输出的电压-电流转换器电路；和
一个用于将所述电压-电流转换器电路的所述输出电流提供给所述LC谐振电路的电流路径。
3.按照权利要求1或2所述的振荡电路，其特征在于，所述LC谐振电路包括：
一个由电感元件和电容元件组成的LC谐振主电路；
一个以与所述电容元件串联方式提供的电流感测电阻；和
一个将所述电流感测电阻的两端电压转换成一个电流并提供其输出的频率调谐电压-电流转换器电路，其中，通过将所述频率调谐电压-电流转换器电路的输出电流反馈至所述LC谐振主电路来改变谐振频率。
4.按照权利要求1或2所述的振荡电路，其特征在于，所述LC谐振电路包括电感元件和电容元件，所述电容元件由一个变容二极管构成，并且根据从外部施加给所述变容二极管的一个电压来改变所述振荡电路的振荡频率。
5.一种振荡电路，包括：
振荡电路的主要部分，它由一个第一晶体管对、一个LC谐振电路和一个第一电流源组成，所述第一晶体管对的各发射极相互连接，各晶体管的基极连接至另一个晶体管的集电极，所述LC谐振电路连接至所述第一晶体管对的各集电极，所述第一电流源连接至所述第一晶体管对的各晶体管的发射极，从所述第一晶体管对的各晶体管的集电极输出振荡信号；
一个第二晶体管对，其各发射极相互连接；
一个第三晶体管对，其各发射极相互连接；
一个第二电流源，它连接至所述第二晶体管对的两晶体管的发射极；
一个第三电流源，它连接至所述第三晶体管对的两晶体管的发射极；
一个第一电阻，其一端同时连接至所述第二晶体管对的其中一个晶体管的集电极和基极以及所述第三晶体管对的其中一个晶体管的基极；
一个第二电阻，其一端同时连接至所述第二晶体管对的其中另一个晶体管的集电极和基极以及所述第三晶体管对的其中另一个晶体管的基极；
连接装置，用于分别将所述第一和第二电阻的另一端连接至所述第一晶体管对的各晶体管的集电极，其中，
根据所述第二和第三电流源的电流比来改变所述振荡电路的主要部分的振荡信号的Q因子。
6.按照权利要求5所述的振荡电路，其特征在于，所述LC谐振电路包括电感元件和变容二极管，其中根据从外部向所述变容二极管施加的一个电压来改变振荡频率。
7.一种振荡电路，包括：
振荡电路的主要部分，它由一个第一晶体管对、一个LC谐振电路和一个第一电流源组成，所述第一晶体管对的各发射极相互连接，其各晶体管的基极连接至其另一个晶体管的集电极，所述LC谐振电路连接至所述第一晶体管对的各集电极，所述第一电流源连接至所述第一晶体管对的两晶体管的发射极，从所述第一晶体管对的各晶体管的集电极输出振荡信号；
一个电阻，它感测流经组成所述LC振荡电路的一个元件中的电流；
一个第二晶体管对，其各发射极相互连接，其各晶体管的基极连接至所述电阻的各端，并且其各晶体管的集电极连接至所述第一晶体管对的各晶体管的集电极；和
一个第二电流源，它连接至所述第二晶体管对的两晶体管的发射极，其中，
根据所述第一和第二电流源的电流比来改变所述振荡电路的主要部分的振荡频率。
8.一种振荡电路，包括一个由电容元件和电感元件和一个3端有源元件组成的LC谐振电路，所述LC谐振电路连接至所述3端有源元件的两端，并且所述3端有源元件的输出信号被反馈至所述3端有源元件的输入端，包括：
一个将所述LC谐振电路的两端电压转换成电流并提供其输出的电压-电流转换器电路；
一个用于将所述电压-电流转换器电路的所述输出电流提供给所述LC谐振电路的第一电流路径；
一个感测流经所述电容元件或所述电感元件中的电流并且输出一个放大的电流的放大器电路；和
一个用于将所述放大器电路的输出电流提供给所述LC谐振电路的第二电流路径。
9.按照权利要求8所述的振荡电路，其特征在于，所述电压-电流转换器电路和所述放大器电路根据从外部施加其上的信号分别来改变其电压-电流转换比和其放大增益。
10.一种振荡电路，包括：
振荡电路的主要部分，它由一个第一晶体管对、一个LC谐振电路和一个第一电流源组成，所述第一晶体管对的各发射极相互连接，其各晶体管的基极连接至其另一个晶体管的集电极，所述LC谐振电路连接至所述第一晶体管对的各集电极，所述第一电流源连接至所述第一晶体管对的两晶体管的发射极，从所述第一晶体管对的各晶体管的集电极输出振荡信号；
一个第二晶体管对，其各发射极相互连接；
一个第三晶体管对，其各发射极相互连接；
一个第二电流源，它连接至所述第二晶体管对的两晶体管的发射极；
一个第三电流源，它连接至所述第三晶体管对的两晶体管的发射极；
一个第一电阻，其一端同时连接至所述第二晶体管对的其中一个晶体管的集电极和基极以及所述第三晶体管对的其中一个晶体管的基极；
一个第二电阻，其一端同时连接至所述第二晶体管对的其中另一个晶体管的集电极和基极以及所述第三晶体管对的其中另一个晶体管的基极；
连接装置，用于分别将所述第一和第二电阻的另一端连接至所述第一晶体管对的各晶体管的集电极，
一个第三电阻，它感测流经组成所述LC振荡电路的一个元件中的电流；
一个第四晶体管对，其各发射极相互连接，其各晶体管的基极连接至所述第三电阻的各端，并且其各晶体管的集电极连接至所述第一晶体管对的各晶体管的集电极；和
一个第四电流源，它连接至所述第四晶体管对的两晶体管的发射极，其中，
根据所述第一和第四电流源的电流比来改变所述振荡电路的主要部分的振荡频率，并且根据所述第二和第三电流源的电流比来改变所述振荡电路的主要部分的Q因子。
11.按照权利要求10所述的振荡电路，其特征在于，所述第四电流源的电流的值根据从外部施加的一个信号而改变，并且分别根据所述从外部施加的信号，所述第二和第三电流源的至少其中一个的电流的值被改变。
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