CN1484375A - 振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明实现可以在几个GHz以上的高频产生振荡而且可以在广范围改变振荡频率的振荡器。在具有共振电路(100)和与它连接的反馈电路(200)的振荡器中，上述共振电路包含串联共振电路(34、41)，并且是可以从上述振荡器外部控制决定振荡频率的至少两个参数(Vcont1、Vcont2)的结构。通过这样的结构，可以实现能够在几个GHz，例如3GHz以上的高频产生振荡，而且可以在广范围内使振荡频率变化的振荡器。

Description

振荡器
技术领域
本发明涉及振荡器，特别涉及通信仪器等的高频电路(RF电路)所使用的振荡器。
背景技术
在移动体通信仪器和其他通信仪器中，使用了许多收发信号所必须的振荡器，这样的振荡器伴随近年来通信仪器的高频化，有必要在3GHz以上的高频和宽带进行振荡。
在这类用途中，使用了电压控制振荡器。电压控制振荡器包含共振电路和反馈电路。反馈电路也被称为振荡电路。共振电路一般由并联共振电路构成，近年来，为了得到3GHz以上的高频振荡，考虑在共振电路中使用串联共振电路。
本发明把实现使用串联共振电路的，可以达到几个GHz以上的高频振荡，而且能够在广范围使振荡频率变化的振荡器作为课题。
发明内容
本发明如权利要求1中所记载的，在具有共振电路和与其连接的反馈电路的振荡器中，其特征在于上述共振电路包含串联共振电路，并且从上述振荡器外部可以控制决定振荡频率的至少两个参数。通过这样的结构，可以实现能够在几个GHz、例如3GHz以上的高频产生振荡，而且在广范围使振荡频率变化的振荡器。
在上述振荡器中，例如上述串联共振电路包含第1可变电容二极管和第1电感器。上述共振电路进而包含第2电感器、具有通过该第2电感器与上述第1可变电容二极管的正极连接的正极和与上述第1可变电容二极管的负极连接的负极的第2可变电容二极管。该第2可变电容二极管的正极与上述反馈电路电气结合。通过这样的结构，可以拓宽振荡的频率频带。
在上述振荡器中，例如上述共振电路进而包含有选择地将电感器成分与上述第1电感器并联连接的开关。通过这样的结构，在能够在宽频率频带振荡的同时，还能够得到两个独立的振荡频率频带。
在上述振荡器中，例如上述共振电路进而包含将电感器成分并联连接在上述第1电感器上的二极管、接受向该二极管施加的电压的端子。由二极管构成开关，由于向二极管施加电压可以使开关处于ON/OFF状态，因而通过简单结构就可以调整共振电路的电感性成分。
在上述振荡器中，例如上述共振电路进而包含第3电感器、有选择地将上述第3电感器并连连接到上述第3电感器上的开关。这是通过第3电感器实现有选择地连接电感器成分的例子。第3电感器可以是电路元件，也可以是寄生电感性成分。由于使用开关可以使第3电感器并联并且有选择地连接到第1电感器上，所以通过简单的结构就可以调整共振电路的电感性成分。在这种情况下，能够广范围地调整振荡频率频带，还能够构成双频带振荡器。另外，还可以形成为包含通过电容器有选择地将上述第3电感器并联连接到上述第1电感器上的开关结构。
在上述振荡器中，例如上述至少两个参数包含上述串联共振电路的电容成分、上述串联共振电路的电感成分。这是特定了参数的一个例子的情况。
在上述振荡器中，例如上述至少两个参数包含由于向上述串联共振电路的一端施加控制电压而变化的电容成分、上述串联共振电路的电感成分。上述共振电路包含接受上述控制电压的第1端子、接受控制上述电感器成分的电压的第2端子。这是特定了两个参数的一个例子和控制它们的结构的一个例子的情况。
在上述振荡器中，例如上述振荡器进而具有把上述共振电路的输出分压并传送给上述反馈电路的分压电路。由于共振输出被分压后再施加，所以能够相对于电路元件的误差和从外部施加的电压的变化等，使反馈电路稳定工作，可以使振荡稳定化并改善C/N(载波-噪声)比特性。
在上述振荡器中，例如上述分压电路包含串联连接的多个电容器和电感器。这是特定了分压电路的一个结构例子的情况。
在上述振荡器中，例如共振电路包含的电感器成分与上述振荡电路内的电感器成分共用。这样减少了电路元件的个数，可以使振荡器小型化。
本发明如权利要求13所记载的那样，在具有共振电路和与它连接的反馈电路的振荡器中，其特征是：上述共振电路包含串联共振电路、有选择地将电感器成分连接到该串联共振电路上的开关，上述振荡器具有在上述电感器成分没有被连接到上述串联共振电路上的情况下得到的第1频率频带、在上述电感器成分被连接到上述串联共振电路上的情况下得到的第2频率频带。可以实现不把共振电路和振荡电路设计成独立的两部分，而在两个频率频带振荡的振荡器。
在上述振荡器中，例如上述第1频率频带和上述第2频率频带是分开的。这种结构的振荡器是具有独立的(分离的)频率频带的双频带振荡器。
在上述振荡器中，例如上述第1频率频带和第2频率频带一部分重叠。这种结构是具有一个宽频率频带的单频带振荡器或具有相邻频率频带的双频带振荡器。
在上述振荡器中，例如上述第1频率频带和第2频率频带有不同的频带宽度。这是特定了频率频带的一个例子的情况。
在上述的结构中，例如上述开关包含二极管，通过控制该二极管的端子之间的电压来实现开/关。这是特定了开关的一个结构例子的情况。
在上述的结构中，例如上述电感成分是上述共振电路内的寄生电感成分。这是特定了电感器的一个结构例子的情况。上述电感成分也可以是包含与上述开关串联连接的电感器的结构。
在上述的结构中，例如上述振荡器进而包含连接上述反馈电路的输出的放大器。通过对振荡输出进行放大，可以容易地取得与外部的接口。
在上述的结构中，可以采用把上述共振电路和上述反馈电路容纳在一个组件里的结构。此外，上述振荡器包含半导体芯片，可以是在上述半导体芯片上形成上述共振器和上述反馈电路中的至少一个的结构。
附图的简要说明
图1是本发明的实施例1的振荡器的电路图。
图2是展示电感器的一个结构例子的斜视图。
图3是展示实施例1的振荡器的振荡(共振)频率的图。
图4是具有与图1所示的共振电路不同的结构的共振电路的振荡器的电路图。
图5是具有与图1所示的共振电路不同的结构的共振电路的振荡器的电路图。
图6是具有与图1所示的反馈电路不同的结构的反馈电路的振荡器的电路图。
图7是展示本发明的实施例2的振荡器的电路图。
图8是展示本发明的实施例1的振荡器的变形例子的电路图。
图9是展示本发明的实施例1的振荡器的另一个变形例子的电路图。
图10是展示本发明的实施例1的振荡器的又一个变形例子的电路图。
图11是为了说明本发明的实施例1的振荡器的安装例子的图。
图12是展示本发明的实施例1的振荡器的变形例子的图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1是本发明的实施例1的振荡器的电路图。振荡器具有共振电路100和反馈电路200。反馈电路200和共振电路100形成振荡电路。在这样的具有共振电路100和与它连接的反馈电路200的振荡器中，其特征之一是：共振电路100包含串联共振电路，并且从振荡器外部可以控制决定振荡频率的至少两个参数。上述串联共振电路具有电感器34和可变电容二极管41。此外，上述至少两个参数是通过施加给端子2的第1控制电压Vcont1而被调整的电容性成分、通过施加给端子3的第2控制电压Vcont2而被调整的电感性成分。由于使用了上述串联共振电路，所以可以使电容性成分变小，可以达到3GHz以上的高频振荡。此外，由于可以通过第2控制电压Vcont2调整电感性成分，所以可以在广范围内改变振荡频率。以下详细叙述上述特征和其他特征。
共振电路100具有电感器34和可变电容二极管41的串联共振电路，还具有可变电容二极管42和电感器32。可变电容二极管41、42主要形成决定共振频率(振荡频率)的电容性成分。可变电容二极管42通过电感器32与可变电容二极管41并联连接。即可变电容二极管42的负极与可变电容二极管41的负极连接，正极通过电感器32与可变电容二极管41的正极连接。可变电容二极管41、42的正极，通过电感器32共通化。这样，当单独使用可变电容二极管41时共振电路的电容性成分变小，可以稳定地输出振荡频率在3GHz以上的高频。作为控制振荡频率的电压的第1控制电压Vcont1，通过端子2以及电感器31被施加给可变电容二极管41、42的负极。这样，相对于第1控制电压Vcont1的变动的电容性成分的变化量变大，可以产生宽频率频带的振荡。另外，电感器34被设置为与可变电容二极管41、42共通。即两个可变电容二极管41和42的正极与地线之间设置了一个电感器34。这样，相对于电感器34的电感性成分的变化的频率变化量比单独使用可变电容二极管41的情况要大，可以在广频率频带调整振荡频率。
例如电感器34由通过图2所示的带状传输电路形成的可变电感器构成。在Si3N4和环氧玻璃等电感体底板140的表面形成成为地线的电感体141，在相对方向的另一个面上形成电路134。电路134的第1部分1341是与可变电容二极管41的正极连接的电路部分。此外，电路134的第2部分1342是接地的电路部分。通过修整电路134的任意位置，第1部分1341和第2部分1342的电感值可以被改变。另外，代替带状传输电路，也可以使用带状电路。
二极管43作为开关发挥功能。以下称二极管43为开关二极管。开关二极管43的开/关由施加在端子1b和端子3上的电压来控制。向端子1b和端子1a一起施加电源电压Vcc。向端子3施加第2控制电压Vcont2。如果第2控制电压Vcont2比电源电压Vcc在开关二极管43的临界值电压以上，则开关二极管43打开。在除此之外的情况下，开关二极管43关闭。第2控制电压Vcont2通过电阻23和电感器48被施加给开关二极管43的正极。电源电压Vcc被施加在电阻24的一端，通过电阻24和25分压得到的电压被施加给开关二极管43的负极。即二极管43的负极被偏压。当开关二极管43打开时，通过电容器18、19将电感器48并联连接到电感器34上。这样，共振电路100的电感性成分的值变化并使共振频率变化。这个共振频率的变化依存于电感器48与电感34的并联连接，还依存于开关二极管43的电容值或电容器18、19的电容值。
图3(A)～(E)是实施例1的振荡器的振荡(共振)频率的示意图。各图的横轴是频率，纵轴是振幅。在图3(A)～(E)中，f1表示的频率频带是二极管43关闭时的振荡器的频率频带，f2表示的频率频带是二极管43打开时的振荡器的频率频带。振荡器具有图3(A)～(E)中的哪一个的振荡模式主要依存于电感器48的电感值、开关二极管43的电容值以及电容器18和19的值。开关二极管43的电容值变大时，例如图3(A)所表示的那样，频率频带f1和f2的频率的差也比较大。即二极管43打开时频率位移的幅度变大。同样，电感器48的电感成分变大时，例如图3(A)所表示的那样，频率频带f1和f2的频率的差也比较大。
开关二极管43的电容值变小时，频率频带f1和f2的频率的差也变小，例如图3(B)和图3(C)那样。图3(B)表示频率频带f1的高频侧的边界与频率频带f2的低频侧的边界几乎一致的情况。此外，图3(D)表示频率频带f1的高频侧与频率频带f2的低频侧重合的情况。电感器48的电感成分变小时，如图3(A)到图3(B)和(C)那样频率位移幅度变窄。
通过适当调整电容器18和19的值，可以改变各频率频带f1、f2的频带宽度。图3(D)表示频率频带f1的频带宽度比频率频带f2的频带宽度宽的情况，反过来，图3(E)表示频率频带f2的频带宽度比频率频带f1的频带宽度宽的情况。
上述说明表明，通过能够将电感器48并联连接到构成串联共振电路的电感器34上的电路结构，如图3(A)和(B)所表示的那样，可以实现双频带振荡器。此外，如图3(C)～(E)中所表示的，可以实现频带宽度很宽的单频带振荡器。在图3(C)～(E)的情况下，可以实现超过600MHz宽度的连续频带宽度的振荡。此外，在图3(A)和(B)中，可以实现具有超过600MHz频带宽度的双频带振荡。
电感器48也可以是寄生在二极管43正极上的电感器，也可以是有意形成的电感器。此外，与电感器34并联连接的电感器并不限定于电感器48。例如如图4所示的共振电路100A那样，开关二极管43的负极与电容器19的一端之间也可以具有电感器60。这时电感器60可以是寄生电感器，也可以是有意形成的电感器。
此外，如图5所示的共振电路100B那样，也可以是电容器18和电感器34的一端之间的电感器61以及/或者电容器19和电感器34的另一端之间的电感器62。这时，电感器61、62可以是寄生电感器，也可以是有意形成的电感器。
另外，由于布线中必须存在寄生电感器，所以存在图3～图5所示的电感器48、60、61和62。所以，如果这些寄生电感器的组合电感成分能够充分达到期望的特性，就没有必要有意地在电路内形成电感器。相对于此，如果寄生电感器组合的电感器成分不能充分达到所期望的特性，就要有意地在图3～图5所示的位置形成电感器。
通过可变电容二极管42的正极得到的共振输出通过由串联连接的电容器12和13形成的分压电路，被施加给反馈电路200的输入端子。由于把共振输出分压并施加给反馈电路200，所以相对于电路元件的误差和从外部施加的电压的变化等，可以使反馈电路200稳定工作。并使其结果振荡稳定化，改善了C/N比特性。
反馈电路200具有反馈(振荡)晶体管44、电容器10、11、15、电阻20、21、22和电感器33。电容器10和11是反馈用电容性元件，电容器10被连接在晶体管44的基极和发射极之间，电容器11被连接在发射极和地线之间。电阻20～22是偏压电阻。电阻20和21电阻分压电源电压Vcc，并把偏压电压施加给晶体管44的基极。电阻22以直流方式连接在晶体管44的发射极上，使发射极偏压。电感器33是抗流圈，可以设置在电阻22和地线之间。晶体管44的发射极连接在输出端子4上。通过输出端子4，得到反馈电路200的输出信号Vosc，即振荡器的输出信号Vosc。输出端子4构成外部连接端子。此外，如图6所示的反馈电路200A那样，在晶体管44的发射极和输出端子4之间，也可以设置缓冲放大器50。
如以上说明的那样，通过本发明的实施例1的振荡器，可以稳定地得到3GHz以上的高振荡频率，而且可以在超过600MHz的广频率范围内进行调整。此外，可以实现使共振电路和振荡电路共通化了的双频带振荡器。
(实施例2)
图7是本发明的实施例2的振荡器的电路图。图中，对与上述构成的要素相同的要素赋予了相同的参照编号。图7所示的电路结构的特征之一是，共振电路100C的电感器34兼作连接在反馈电路200B的晶体管44的发射极上的电感器。即是由电感器34来实现图1所示的电感器33的结构。电阻22的一端连接在电感器34的适当位置。在通过图2所示的带状传输电路来实现电感器34的情况下，电阻22的一端连接在电路134上的适当位置。
这样，由于是电感器34兼作反馈电路200B的电感器的结构，所以可以减少零件的个数，使电路小型化。另外把图4～图6的电路结构变形，可以成为和图7相同的结构。
(其他实施例)
图8是把图1所示的电路结构变形的例子，共振电路100D是向图1所示的共振电路100A中附加了电容器14的构成。电容器14的一端与可变电容二极管42的正极连接，另一端接地。由于设置了电容器14，可以使电路的工作更加稳定。另外，电容器14还可以适用于图1、图4～图7所示的电路中。
图9是图1所示的电路结构的另一个变形例子。共振电路100E具有电感器112和113。由于电感器112、113是图1所示的共振电路的电感器12、13的替换物，所以构成了分压电路。即共振输出由电感器112和113分压并被输出到反馈电路200。
图10是图1所示的电路结构的又一个变形例子。共振电路100F是从图1所示的共振电路100中把电感器13去掉的结构。在共振电路100F中，对共振输出不进行分压而输出到反馈电路200。
图11是把图1所示的电路结构容纳在一个组件300中的结构例子的示意图。在相同的布线基板上形成的共振电路100和反馈电路200被容纳在一个组件300内。在与共振电路100和反馈电路200不同的基板上形成的部件也可以容纳在一个组件里，也可以将一部分电路部件安装在外面。另外，也可以将共振电路100与反馈电路200形成在一个芯片上。在这种情况下，参照编号300表示芯片。这个芯片也可以是容纳在组件里的结构。另外，参照图11说明的上述结构也适用于其他实施例。
图12是图1所示的振荡器的又一个变形例子的示意图。表示把图1所示的共振电路简略化了的振荡器。这个振荡器具有被简化的结构的共振电路100G。共振电路100G是从图1所示的共振电路中除去电阻24、25，电容器19和端子1b的结构。由此，二极管43的负极接地。通过向端子3施加第2控制电压Vcont2使二极管43打开，可以使电感器成分48并联连接在电感器34上。这样，图12所示的振荡器就具有了与图1所示的振荡器同样的作用和效果。
另外，在上述其他实施例和变形例子中，与图12同样，也可以成为简化了共振电路的结构。
以上，说明了本发明的实施例。本发明不仅限于上述实施例，也包含其他实施例和变形例子。
如以上说明的那样，通过本发明，实现了可以在几个GHz以上的高频产生振荡，而且可以在广范围改变振荡频率的振荡器。

Claims (23)

1.一种振荡器，是具有共振电路和与其相连接的反馈电路的振荡器，其特征在于：
上述共振电路包含串联共振电路，并且可以从上述振荡器外部控制决定振荡频率的至少两个参数。
2.根据权利要求1记载的振荡器，其特征在于：
上述串联共振电路包含第1可变电容二极管和第1电感器，上述共振电路进而包含第2电感器、具有通过该第2电感器与上述第1可变电容二极管的正极连接的正极和与上述第1可变电容二极管的负极连接的负极的第2可变电容二极管，该第2可变电容二极管的正极与上述反馈电路电气结合。
3.根据权利要求2记载的振荡器，其特征在于：
上述共振电路进而包含有选择地将电感成分并联连接到上述第1电感器上的开关。
4.根据权利要求2记载的振荡器，其特征在于：
上述共振电路进而包含将电感成分并联连接到上述第1电感器上的二极管、接受施加在该二极管上的电压的端子。
5.根据权利要求2记载的振荡器，其特征在于：
上述共振电路进而包含第3电感器、有选择地将上述第3电感器并联连接到上述第1电感器上的开关。
6.根据权利要求2记载的振荡器，其特征在于：
上述共振电路进而包含第3电感器、通过电容器有选择地将上述第3电感器并联连接到上述第1电感器上的开关。
7.根据权利要求1记载的振荡器，其特征在于：
上述至少两个参数包含上述串联共振电路的电容成分、上述串联共振电路的电感成分。
8.根据权利要求1记载的振荡器，其特征在于：
上述至少两个参数包含通过施加在上述串联共振电路的一端的控制电压而变化的电容成分和上述串联共振电路的电感成分，上述共振电路包含接受上述控制电压的第1端子和接受控制上述电感成分的电压的第2端子。
9.根据权利要求1到9的任意一项记载的振荡器，其特征在于：
上述振荡器进而具有把上述共振电路的输出分压并传送给反馈电路的分压电路。
10.根据权利要求9记载的振荡器，其特征在于：
上述分压电路包含串联连接的多个电容器。
11.根据权利要求9记载的振荡器，其特征在于：
上述分压电路包含串联连接的多个电感器。
12.根据权利要求1记载的振荡器，其特征在于：
在上述共振电路和上述反馈电路之间设置了串联连接的电容器。
13.根据权利要求1记载的振荡器，其特征在于：
上述共振电路所包含的电感成分与上述振荡电路内的电感成分共用。
14.一种振荡器，是具有共振电路和与其连接的反馈电路的振荡器，其特征在于：
上述共振电路包含串联共振电路、将电感成分有选择地连接到该共振电路上的开关，上述振荡器具有在上述电感成分没有与上述串联共振电路连接的情况下得到的第1频率频带、在上述电感成分与上述串联共振电路连接的情况下得到的第2频率频带。
15.根据权利要求14记载的振荡器，其特征在于：
上述第1频率频带和上述第2频率频带是分离的。
16.根据权利要求13记载的振荡器，其特征在于：
上述第1频率频带和上述第2频率频带一部分重合。
17.根据权利要求15或16记载的振荡器，其特征在于：
上述第1频率频带和上述第2频率频带有不同的频带宽度。
18.根据权利要求14到17的任意一项记载的振荡器，其特征在于：
上述开关包含二极管，并通过控制该二极管的端子之间的电压来开/关。
19.根据权利要求14到18的任意一项记载的振荡器，其特征在于：
上述电感成分是上述共振电路内的寄生电感成分。
20.根据权利要求14到18的任意一项记载的振荡器，其特征在于：
上述电感器成分包含串联连接在上述开关上的电感器。
21.根据权利要求1到20的任意一项记载的振荡器，其特征在于：
上述振荡器进而包含与上述反馈电路的输出连接的放大器。
22.根据权利要求1到21的任意一项记载的振荡器，其特征在于：
上述共振电路和上述反馈电路被容纳在一个组件内。
23.根据权利要求1到22的任意一项记载的振荡器，其特征在于：
上述振荡器包含半导体芯片，上述共振器和上述反馈电路中的至少一个形成在上述半导体芯片上。
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