CN201004617Y - 除二分频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型描述了一种用于本振产生电路的除二分频器，包括两个同样的二次谐波注入锁定分频器，通过适当的耦合方式，实现具有天然的正交相位的四路本振信号输出。本实用新型的除二分频器电路装置具有低功耗，高频率，具有天然的正交相位本振信号输出的，能够实现可变的较宽工作频率范围的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频微波通讯领域，尤其涉及其中的本振产生电路装置。
背景技术
在系统集成度越来越高的要求下，现在几乎所有的收发器都内置本振产生电路。本振产生电路一般包括压控振荡器和锁相环电路以及本振处理电路。本振处理一般包含三个方面的内容：一是本振的频率变换，在零中频电路中一般是除二，二是正交信号的产生，三是本振信号的放大。本实用新型主要涉及处理前两个方面问题的除二分频器。
一般本振的除二分频器包括两类：一是如图1所示的宽带的基于主从D触发器，二是如图2所示的窄带的基于超谐波注入锁定。第一类的宽带特性决定了它固有的速度和功耗的不可兼得特性，就是说，功耗低的速度就比较慢，而速度高的必然功耗就高。在本振频率越来越高的背景下，第一类分频器的功耗问题显得越来越突出。第二类的除法电路通过注入一个振荡电路一个比较强的二倍频信号，从而牵引振荡器并使之锁定到注入信号的1/2频率。这类电路同等条件下的功耗比较低，但是存在两个问题：一是工作频率范围比较窄，二是电路本身不能产生正交的本振信号，必须使用其他的滤波整相电路，这就会带来本振信号功率的损失。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决的现有的除二分频器的以上缺陷，而提供了一种低功耗，高频率，具有天然的正交相位本振信号输出的，能够实现可变的较宽工作频率范围的除二分频器。
本实用新型的技术方案如下：
一种用于本振产生电路的除二分频器，其特征在于，包括两个同样的第一二次谐波注入锁定分频器和第二二次谐波注入锁定分频器，以及输出耦合器件，所述二次谐波注入锁定分频器由电感、电容和有源器件构成，其中所述的电容为压控可变电容；所述输出耦合器件用于使第一二次谐波注入锁定分频器和第二二次谐波注入锁定分频器相互耦合，使所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器可以实现具有正交相位的四路输出；所述本振产生电路包括有压控振荡器，所述压控振荡器的控制电压被连接到所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器的压控可变电容的控制电压上，使得所述除二分频器的工作范围可以动态地跟随所述本振产生电路的工作范围，并且使所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器均振荡于1/2Fin，其中所述Fin为本振产生电路的频率。
其中所述二次谐波注入锁定分频器的有源器件可以选自场效应管或者三极管。
其中，所述第一二次谐波注入锁定分频器的正端输出有一定的分量注入所述第二二次谐波注入锁定分频器的正端输入，而所述第一二次谐波注入锁定分频器的负端输出有一定的分量注入所述第二二次谐波注入锁定分频器的负端输入，同时，所述第二二次谐波注入锁定分频器的正端输出有一定的分量注入所述第一二次谐波注入锁定分频器的负端输入，而所述第二二次谐波注入锁定分频器的负端输出有一定的分量注入所述第一二次谐波注入锁定分频器的正端输入。
其中，所述压控可变电容的一端接在所述二次谐波注入锁定分频器的场效应管或三极管的漏/发射极，另一端接到一个控制电压上。
其中，所述输出耦合器件可以选自场效应管和三极管。
其中，所述输出耦合器件的耦合系数为0.5到1。
其中，所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器其中之一的输入端经过第一场效应管或三极管MB1转换成同相位电流，而另一个二次谐波注入锁定分频器的输入端经过第二场效应管或三极管MB2的镜像作用转换成反相位电流，并通过对MB1和MB2的电流偏置和器件尺寸的调节，从而实现对第一和第二二次谐波注入锁定分频器的单端输入。
其中，通过对MB1和MB2的电流偏置和器件尺寸的调节，实现50欧姆阻抗匹配输入。
所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器的输入端各连接一个相同的放大电路，每个所述放大电路包括一个电压电流转换场效应管或三极管，隔直电容和电压偏置电路，使得正端输入信号经过一个放大电路转换成正端电流输入，负端输入经过另一个放大电路转换成负端电流输入，从而实现对第一和第二二次谐波注入锁定分频器的差分输入。
由于本实用新型采用了两个相同的二次谐波注入锁定分频器来分别实现I路和Q路的分频，并通过适当的耦合方式来保证I路和Q路的相位正交性，采用压控可变电容来在较大的范围内使除二分频器的工作范围动态的跟随本振产生电路的工作范围，因而克服了现有的谐波注入锁定分频器的缺陷，提供了一种低功耗，高频率，具有天然的正交相位本振信号输出的，能够实现可变的较宽工作频率范围的除二分频器。
附图说明
图1示出现有技术中主从D触发器宽带除二分频器的结构实现框图；
图2示出现有技术中窄带的基于超谐波注入锁定分频器的电路实现图；
图3示出在本实用新型中，两个同样的振荡器实现四路正交输出的原理示意框图；
图4示出在本实用新型的一个实施例中，以耦合方式连接的具有差分输入的除二分频器电路连接示意图；
图5示出在本实用新型的另一个实施例中，以耦合方式连接的具有单端输入的除二分频器电路连接示意图；
图6示出采用本实用新型的除二分频器用于本振产生电路中的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本实用新型。
本实用新型的除二分频器采用两个同样的二次谐波注入锁定分频器，通过适当的耦合方式，实现具有天然的正交相位的四路本振信号输出。两个二次谐波注入锁定分频器地位对等，在电路结构上都可以作为第一或者第二二次谐波注入锁定分频器。
其耦合方式的原理如图3所示，一个对称的振荡器一般有两个输出。两个同样的振荡器在一定的连接方式下就可以实现它们四路输出之间的正交性，也就是实现LOIP，LOIN，LOQP，LOQN的输出。这种连接方式就是，振荡器VCO_A的正端输出有一定的分量注入振荡器VCO_B的正端输入，而振荡器VCO_A的负端输出有一定的分量注入振荡器VCO_B的负端输入。在VCO_B这边正好反过来。振荡器VCO_B的正端输出有一定的分量注入振荡器VCO_A的负端输入，而振荡器VCO_B的负端输出有一定的分量注入振荡器VCO_A的正端输入。这种分量的循环注入就是这两个同样的振荡器之间的耦合。
输出耦合器件放置的方式有多种，包括并联于振荡器的主反馈场效应管或者三极管，串联于主场效应管或者三极管，或是使用主场效应管或者三极管的衬底端进行耦合。
输入方式可以有两种形式，一种是差分输入，一是单端输入。它们的核心电路是一样的，区别在于不同的输入级电路。
差分输入使用的是对称的完全一样的放大电路，这种输入一般需要隔直电容和内部的电压偏置电路。如图4所示，正端经一个场效应管MB转换成正端电流，负端经另一个相同的场效应管转换成负端电流。
单端输入端一般利用隔直电容实现输入信号偏置和内部电路偏置的隔离。如图5所示，单端输入使用AB级放大器的输入方式，一端经第一场效应管MB1转换成同相位电流而另一端经第二场效应管MB2的镜像作用转换成反相位电流。经过偏置电流和器件尺寸的调节，可以实现50欧姆阻抗匹配输入。其中的第一场效应管MB1和第二场效应管MB2也可以分别由三极管替代。
下面着重说明本实用新型除二分频器的核心电路部分。在示图中有源器件均用场效应管表示，实际情况中可以是场效应管或是三极管。Msw这对有源器件的作用是为振荡器提供一对负阻，用于补充振荡过程中因为电感和电容的实阻部分损失的能量，以保证振荡器能一直振荡下去。它们的尺寸决定振荡器能否起振以及振荡质量如何，如幅度和相位噪声。而Mcp这对有源器件的作用是为这对对称的二次谐波注入锁定分频器提供一个耦合的渠道。其耦合如在图4和图5中所示，由正向耦合和负向耦合两部分构成。如果耦合系数定义为Mcp跨导和Msw跨导之比，那么可以推导出产生的I路和Q路的正交相位误差与耦合系数在两个谐波注入锁定分频器的参数误差比较小的情况下成反比关系。简而言之就是Mcp在沟道长度一定的情况下，沟道宽度越大，产生的本振信号IQ的正交性越好。但是Mcp沟道宽度太大会带来功耗的增加，所以要在比较好的正交性和比较低的功耗之间做出选择，一般情况是取耦合系数为0.5到1。
一般情况下二次谐波注入锁定分频器的工作频率范围都比较有限，一般是中心频率的10％左右。如果输入频率高于或者低于这个范围，分频器就会失锁，输出信号的频率与输入信号的频率不再遵循1/2的规律。在一些特定的应用中，比如说FM和模拟，数字电视信号，频道的覆盖范围远远超过了中心频率的10％，这种情况下就要运用本发明的第二个重要方面，那就是在注入锁定分频器中使用压控可变电容，从而实现锁相环中压控振荡器和除二分频器的频率范围动态联调。如图4和图5所示，如果在注入锁定分频器中电容部分使用压控可变电容。压控可变电容的一端接在Msw的漏/发射极，一端接到一个控制电压上。这样控制电压就可以调节压控可变电容正负极之间的电压，从而调节压控可变电容的电容值。而压控可变电容的电容值直接决定了二次谐波注入锁定分频器的中心频率。
频率综合器的关键器件是压控振荡器，而压控振荡器的输出频率是由加在其控制端的电压决定的。根据压控振荡器的频率增益系数的正负和二次谐波注入锁定分频器频率增益系数的正负，压控振荡器的控制电压可以直接或者经过极性和幅度转换电路接到二次谐波注入锁定分频器的压控可变电的控制电压上，如图6所示。这样就可以实现除二分频器的频率工作范围对压控振荡器的输入频率的动态跟随，从而实现比较大的工作范围。
Claims (10)
1、一种用于本振产生电路的除二分频器，其特征在于，包括两个同样的第一二次谐波注入锁定分频器和第二二次谐波注入锁定分频器和输出耦合器件，所述二次谐波注入锁定分频器由电感、电容和有源器件构成，其中所述的电容为压控可变电容；所述输出耦合器件用于使第一二次谐波注入锁定分频器和第二二次谐波注入锁定分频器相互耦合，使所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器可以实现具有正交相位的四路输出；所述本振产生电路包括有压控振荡器，所述压控振荡器的控制电压被连接到所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器的压控可变电容的控制电压上，使得所述除二分频器的工作范围可以动态地跟随所述本振产生电路的工作范围，并且使所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器均振荡于1/2 Fin，其中所述Fin为待分频信号的频率。
2、根据权利要求1所述的除二分频器，其特征在于：所述第一二次谐波注入锁定分频器的正端输出有一定的分量注入所述第二二次谐波注入锁定分频器的正端输入，而所述第一二次谐波注入锁定分频器的负端输出有一定的分量注入所述第二二次谐波注入锁定分频器的负端输入，同时，所述第二二次谐波注入锁定分频器的正端输出有一定的分量注入所述第一二次谐波注入锁定分频器的负端输入，而所述第二二次谐波注入锁定分频器的负端输出有一定的分量注入所述第一二次谐波注入锁定分频器的正端输入。
3、根据权利要求1或2所述的除二分频器，其特征在于：所述压控可变电容的一端接在所述二次谐波注入锁定分频器的场效应管或三极管的漏/发射极，另一端接到一个控制电压上。
4、根据权利要求1或2所述的除二分频器，其特征在于：所述输出耦合器件的耦合系数为0.5到1。
5、根据权利要求3所述的除二分频器，其特征在于：所述输出耦合器件的耦合系数为0.5到1。
6、根据权利要求1或2所述的除二分频器，其特征在于：其中所述二次谐波注入锁定分频器的有源器件可以选自场效应管或者三极管。
7、根据权利要求1或2所述的除二分频器，其特征在于：所述输出耦合器件可以选自场效应管和三极管。
8、根据权利要求1或2所述的除二分频器，其特征在于：所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器其中之一的输入端经过第一场效应管或三极管MB1转换成同相位电流，而另一个二次谐波注入锁定分频器的输入端经过第二场效应管或三极管MB2的镜像作用转换成反相位电流，并通过对MB1和MB2的电流偏置和器件尺寸的调节，从而实现对第一和第二二次谐波注入锁定分频器的单端输入。
9、根据权利要求8所述的除二分频器，其特征在于：通过对MB1和MB2的电流偏置和器件尺寸的调节，实现50欧姆阻抗匹配输入。
10、根据权利要求1或2所述的除二分频器，其特征在于：所述第一和第二二次谐波注入锁定分频器的输入端各连接一个相同的放大电路，每个所述放大电路包括隔直电容和电压偏置电路，使得正端输入电流经过一个放大电路转换成正端输入，负端输入电流经过另一个放大电路转换成负端输入，从而实现对第一和第二二次谐波注入锁定分频器的差分输入。
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