CN1619942A

CN1619942A - 振荡器

Info

Publication number: CN1619942A
Application number: CNA2004100913181A
Authority: CN
Inventors: 松尾信昭; 亚历杭德罗·皮埃尔
Original assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2005-05-25
Also published as: US20050110588A1; TW200520370A; KR20050049413A; JP2005160077A

Abstract

一种振荡器，其包括：晶体管，具有用于接收电源电压的集电极；第一电容器，其连接在所述晶体管的基极和发射极之间；第二电容器，其连接在所述第一电容器和地之间；电阻器，其连接在所述晶体管的集电极和基极之间；第一电感器，其耦接在晶体管的基极和地之间；以及第二电感器，其耦接在所述晶体管的发射极与所述第一电感器或地之间。

Description

振荡器

技术领域

本发明总体上涉及振荡器，更具体地，涉及一种适于射频(RF)电路的振荡器。

背景技术

传统上使用多种类型的振荡器，例如用于调频调谐器的本机振荡器、晶体振荡器和压控振荡器。已知的LC振荡器有Colpittz振荡器和Hartley振荡器。LC振荡器采用一种通过组合电感器L和电容器C而形成的谐振电路。LC谐振电路能够产生宽频率范围的振荡信号。通常，在振荡器的LC振荡电路之后设置缓冲电路以使振荡稳定。

近来，由于电子设备的小型化使得在研制小型化振荡器方面的活动增多。然而，包括振荡电路和缓冲电路的振荡器已达到小型化的极限。

图1是传统Colpittz振荡电路的电路图。Colpittz振荡器电路由晶体管TR、反馈用电容器C1和C2、电阻器R1、R2和R3以及电感器L组成。通过端子P1将电源电压施加给振荡器。电阻器R1和R2的串联电路连接在端子P1和地之间，并产生施加给晶体管TR的基极的直流偏压。发射极由用作为发射极偏压电阻器的电阻器R3进行偏压。在Colpittz振荡电路之后设置缓冲电路(未示出)。更具体地，将缓冲电路连接到晶体管TR的发射极。

要求在不降低电特性的情况下实现振荡器的小型化。

发明内容

本发明的总的目的是提供一种小型化的振荡器，其具有新的电路结构而不降低电特性。

可以通过一种振荡器来实现本发明的这一目的，该振荡器包括：晶体管，具有用于接收电源电压的集电极；第一电容器，连接在晶体管的基极和发射极之间；第二电容器，连接在第一电容器和地之间；电阻器，其连接在晶体管的集电极和基极之间；第一电感器，耦接在晶体管的基极和地之间；以及第二电感器，耦接在晶体管的发射极与第一电感器或地之间。

附图说明

当结合附图阅读下面的详细描述时，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加明了，其中在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件，在附图中：

图1是传统Colpittz振荡器的电路图；

图2是根据本发明第一实施例的振荡器的电路图；

图3是根据本发明第二实施例的振荡器的电路图；

图4是根据本发明第三实施例的振荡器的电路图；

图5是根据本发明第四实施例的振荡器的电路图；

图6是根据本发明的第五实施例的振荡器的电路图；

图7是根据本发明的第六实施例的振荡器的电路图；

图8示意性地示出了用于实现这些实施例的振荡器的基板的横截面；

图9示意性地示出了形成在本发明的第一至第八实施例的振荡器的谐振电路中采用的电感器的微带状线(micro stripline)；

图10是图3所示振荡器的变型的电路图；

图11是图4所示振荡器的变型的电路图；

图12是图5所示振荡器的变型的电路图；

图13是根据本发明第七实施例的振荡器的电路图；

图14是图13所示振荡器的变型的电路图；

图15是根据本发明第八实施例的振荡器的电路图；

图16是图15所示振荡器的变型的电路图；

图17是图3所示振荡器的变型的电路图；以及

图18是图10所示振荡器的变型的电路图。

具体实施方式

现将描述本发明的实施例。

第一实施例

图2是根据本发明第一实施例的振荡器的电路图。图2所示振荡器是Colpittz振荡器的变型，其构造如下。用于反馈的晶体管TR的集电极接收通过电源端子P1施加的电源电压。第一电容器C1连接在晶体管TR的基极和发射极之间。第二电容器C2连接在第一电容器C1和地之间。电阻器R1连接在晶体管TR的集电极和基极之间。谐振电路的第一电感器L1连接在晶体管TR的基极和地之间。第二电感器L2连接在晶体管TR的发射极和第一电感器L1之间。

应该注意，图2中所示的电路结构没有图1中所示的连接在晶体管TR的基极和地之间的偏压电阻器R2以及连接在发射极和地之间的偏压电阻器R3。因此，简化了第一实施例的偏压电路。对比图1和2可以看出，图2中所示的电路由比图1中所示电路数量更少的元件组成。因此，可以实现小型化的振荡器。

晶体管TR的发射极通过电感器L2接地，电感器L2的一端连接到发射极，而另一端连接到电感器L1的中间节点。电感器L2允许直流电流流过而阻挡高频分量。因此，电感器L2类似于扼流线圈一样工作。电感器L2的另一端可以直接接地，而不使用电感器L1。发明人已证实图2中所示的电路结构可以产生振荡。

图2中所示的元件可以安装在公共基板或芯片上，可以对该公共基板或芯片进行封装。稍后将详细描述这种结构。

第二实施例

图3是根据本发明第二实施例的振荡器的电路。该振荡器包括振荡电路30、匹配电路41、缓冲电路42和阻抗调节电路43。振荡电路30产生振荡信号，通过匹配电路41、缓冲电路42和阻抗调节电路43将该振荡信号施加给输出端子44。匹配电路41将振荡电路30与缓冲电路42隔直(DC-isolate)。当振荡信号具有高达几GHz的频率时，优选地采用匹配电路41。缓冲电路42放大该振荡信号。阻抗调节电路43在振荡器和连接到输出端子44的外部电路之间建立阻抗匹配。

振荡电路30包括谐振电路31和具有振荡晶体管32的驱动电路。谐振电路31产生谐振信号。振荡晶体管32将谐振信号反馈给谐振电路31以驱动谐振电路31。谐振电路31是LC谐振电路。更具体地，谐振电路31由二极管D、电容器C3、C6和C7以及电感器33组成。二极管D可以是可变电容二极管。可以通过控制端子36和电感器34将控制信号外部地施加给二极管D的阴极，电感器34是扼流线圈。将二极管D的阳极接地。控制信号改变二极管D的电容，从而改变了谐振电路31的谐振频率。施加给控制端子36的交流电分量通过旁路电容器C5而流向地。二极管D的阴极通过电容器C6和C7接地。电感器33的一端通过电容器C6耦接到二极管D的阴极，而电感器33的另一端接地。电感器33与电容器C7并联连接。谐振频率主要取决于二极管D、电容器C6和C7以及电感器33。在电感器33和晶体管32的基极之间连接有电容器C3，用于调节阻抗。

电容器C1和C2的串联节点与振荡电路30的输出端子37相连。输出端子37直接连接到晶体管32的发射极。根据匹配电路41、缓冲电路42和阻抗调节电路43将来自输出端子37的振荡信号施加给振荡器的输出端子44。

基极电压由直流电路中连接在电源端子38和地之间的电阻器R1来限定。将电源电压施加给电源端子38。Colpittz振荡器包括晶体管32以及电容器C1和C2。电容器C1连接在晶体管32的基极和发射极之间。电容器C2连接在晶体管32的发射极和地之间。与图1中所示的电感器L2相对应的电感器35连接在晶体管32的发射极和电感器33的中间节点之间。在直流电路中，晶体管32的发射极通过电感器35和部分电感器33接地。将旁路电容器C8连接在晶体管32的集电极和地之间。将晶体管32的集电极连接到电源端子38。

在操作时，将由谐振电路31产生的谐振信号施加给晶体管32的基极。然后，通过电感器35将发射极输出反馈给谐振电路31。通过输出端子37输出振荡信号(其可以是施加给控制端子36的控制信号)。

由于振荡电路30由较少数量的元件组成，所以可以使该振荡器小型化。

图10示出了图3中所示电路结构的变型。图10中所示的电感器35没有连接到电感器33而是接地。图10中所示电路的其它部分与图3中所示电路的相同。图10中所示的电路以与图3中所示电路相同的方式工作。

第三实施例

图4是根据本发明第三实施例的振荡器的电路图。

输出端子37与电感器33和电容器C3、C6和C7的连接节点相连。即，从谐振电路31提取振荡输出。在电感器33处可获得的谐振信号相对较大。缓冲电路42通过输出端子37接收振荡(谐振)信号并将其放大。

图11示出了图4中所示电路结构的变型。图11中所示的电感器35没有连接到电感器33而是接地。图11中所示的电路以与图4中所示电路相同的方式工作。

第四实施例

图5是根据本发明第四实施例的振荡器的电路图。

图5中所示的振荡器与图4中所示振荡器的变型相对应。该振荡器的输出端子37与连接有电感器35一端的中间节点相连。缓冲电路42放大在中间节点处获得的谐振信号。

图12示出了图5中所示电路结构的变型。图12中所示的电感器35没有连接到电感器33上而是接地。图12中所示的电路以与图5中所示电路相同的方式工作。

第五实施例

图6是根据本发明第五实施例的振荡器的电路图。

通过省略用于图4所示电路中的匹配电路41和缓冲电路42来构造图6中所示的振荡器。如果在电感器33一端可获得的谐振信号足够大，则可将该谐振信号用作为振荡信号而不需任何放大。图6中所示的振荡器比图4中所示的振荡器更紧凑。

第六实施例

图7是根据本发明第六实施例的振荡器的电路图。

通过省略用于图5所示电路中的匹配电路41和缓冲电路42来构造图7中所示的振荡器。如果在电感器33的中间节点处可获得的谐振信号足够大，则可以将该谐振信号用作为振荡信号而不需任何放大。图7中所示的振荡器比图5中所示的振荡器更紧凑。

可以在单个基板上形成第一至第六实施例的振荡器。图8示意性地示出了基板50的截面。基板50是由例如由陶瓷材料制成的层51-54组成的多层基板。将振荡器的电子元件57和用于外部连接的焊盘安装在多层基板50的顶部。例如，元件57为晶体管32、电容器C1-C3、C5、C6、C8、缓冲电路42以及阻抗匹配电路43。可以在层51-54中的任一层中设置通孔56。可以在相邻层之间的任一界面处设置导电图案55。优选地，可以将图2到图5中所示的匹配电路41的电容器合并在多层基板50中。在图8中，两个导电图案58和59通过层53彼此相对，并形成匹配电路41的电容器。

可以将介电材料额外地插入在导电图案58和59之间。另选地，夹在导电图案58和59之间的层可以由介电材料制成。不需要导电图案58和59专用于电容器41，而是将导电图案的一部分用于在元件之间进行互连。电容器41也可以由基板50顶部的焊盘与设置在层51和52之间的界面处的导电图案形成。以上顶部的焊盘可以是输出端子37。由此形成的电容器58和59有助于振荡器的进一步小型化，这是因为不必在基板50顶部限定用于安装匹配电路41的电容器的区域。此外，可以由形成在基板50上的电路图案来形成电容器41，虽然在基板表面上需要用于安装的区域。

图9表示设置在谐振电路31中的电感器33的示例。图9中所示的电感器33由传输线形成。更具体地，图9中所示的电感器33具有微带状线，电感器33具有基板60、形成在基板60正面的导电图案62和设置在其背面的接地图案61。导电图案62的部分622接地，而部分621连接到电容器C3、C6和C7。导电图案62的部分623连接到电感器35，也可以如图9中所示形成电感器35。电感器33的电感值可以通过修整导电图案62来进行调节。图9所示的传输线可以设置在基板50的顶部或者可以合并在其中。在后一情况下，基板60可以是基板50的一部分。另一种类型的微带状线，例如三层(triplate)微带状线可以形成在多层基板50中。

第七实施例

图13是根据本发明第七实施例的振荡器的电路图。

电感器35连接在晶体管32的发射极和地之间。电感器35具有中间节点，输出端子37与该中间节点相连。该中间节点的位置确定了分压比，以该分压比划分整个电感器的电压。因此，可以通过改变电感器35上的中间节点的位置来设置任意的分压比。

图13中所示的电路结构可以如图14中所示进行修改，其中电感器35没有接地而是连接到电感器33的中间节点。可以认为，在直流电路操作中电感器35通过电感器33接地。

第八实施例

图15是根据本发明第八实施例的振荡器的电路图。

使用由电容器C21和C22组成的电容器电路替代图13中所示的电感器35。将输出端子37连接到电容器C21和C22串联连接的中间节点上。该中间节点在电容器电路上的位置确定了分压比，以该分压比来划分整个电容器电路的电压。因此，可以通过改变电容器电路上的中间节点的位置来设置任意的分压比。

将图15中所示的电感器35接地。另选地，如图16所示，可以将电感器35连接到电感器33的中间节点。

用于上述实施例中的谐振电路31并不限于前述电路结构。例如，谐振电路31可以包括由晶体等形成的谐振器。

第九实施例

图17是根据本发明第九实施例的振荡器的电路图，该振荡器是图3中所示的本发明第一实施例的变型。将电阻器R4与电感器35串联连接。在图17中，电阻器R4连接在晶体管32的发射极和电感器35之间。另选地，可以将电阻器R4连接在电感器33和35之间。设置电阻器R4以改变反馈回路的增益，该反馈回路包括晶体管32、电感器35和33以及电容器C3。可以将电阻器R4应用于配备有电感器35的本发明的任何其它实施例。例如，可以将电阻器R4应用于图10所示的振荡器。在图18中示出了该应用。

本发明并不限于所具体公开的实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以有其它实施例以及进行变化和修改。

本申请为2003年11月21日提交的序号为10/717,900的美国专利申请的CIP申请。

Claims

1、一种振荡器，其包括：

晶体管，具有用于接收电源电压的集电极；

第一电容器，连接在所述晶体管的基极和发射极之间；

第二电容器，连接在所述第一电容器和地之间；

电阻器，连接在所述晶体管的集电极和基极之间；

第一电感器，耦接在所述晶体管的基极和地之间；以及

第二电感器，耦接在所述晶体管的发射极与所述第一电感器或地之间。

2、根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，

所述第二电感器通过所述第一电感器的一部分接地。

3、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

输出端子，通过该输出端子输出振荡信号，该输出端子与所述第一电感器的一端相连。

4、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

输出端子，通过该输出端子输出振荡信号，该输出端子与所述第一电感器的连接有所述第二电感器的中间节点相连。

5、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

输出端子，通过该输出端子输出振荡信号，该输出端子与所述第一电感器的一端相连；以及

匹配电路，其连接到所述输出端子并包括第三电容器。

6、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

输出端子，通过该输出端子输出振荡信号，该输出端子与所述第一电感器的连接有所述第二电感器的中间节点相连；以及

匹配电路，其连接到所述输出端子并包括第三电容器。

7、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

阻抗调节电路，其连接到所述输出端子。

8、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

阻抗调节电路，其连接到所述输出端子。

9、根据权利要求5所述的振荡器，还包括：

基板，在该基板上形成有所述晶体管，该基板具有形成所述第三电容器的导电图案。

10、根据权利要求6所述的振荡器，还包括：

11、根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，

所述第一电感器和第二电感器中的至少一个包括相应的传输线。

12、根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，

所述第一电感器和第二电感器中的至少一个包括微带状线。

13、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

可变电容二极管，其与所述第一电感器相连，并通过所述振荡器的控制端子来接收控制信号，从而可以外部地调节振荡频率。

14、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

耦合电容器，其连接在所述晶体管的基极和所述第一电感器之间。

15、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

输出端子，通过该输出端子输出振荡信号，该输出端子与所述第二电感器的中间节点相连。

16、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

输出端子，通过该输出端子输出振荡信号，该输出端子与所述晶体管的发射极相连。

17、根据权利要求1所述的振荡器，还包括：

电阻器，其与所述第二电感器串联连接。

18、一种振荡器，其包括：

晶体管，具有用于接收电源电压的集电极；

第一电容器，其连接在所述晶体管的基极和发射极之间；

电阻器，其连接在所述晶体管的集电极和基极之间；

第一电感器，其耦接在所述晶体管的基极和地之间；

第二电感器，其耦接在所述晶体管的发射极与所述第一电感器或地之间；以及

电容器电路，其耦接在所述晶体管的发射极和地之间，

从所述电容器电路输出振荡信号。

19、根据权利要求18所述的振荡器，其特征在于，

所述电容器电路包括串联连接的第四电容器和第五电容器；并且

一输出端子与所述第四和第五电容器串联连接的中间节点相连，通过该输出端子输出所述振荡信号。