CN212660148U - 一种压控振荡器及频率发生器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压控振荡器及频率发生器，压控振荡器包括谐振电路、振荡电路、选频网络和输出电路，谐振电路的输入端接收控制电压，而谐振电路的输出端连接振荡电路，振荡电路的输出端连接选频网络和输出电路，以藉由选频网络而选取输出所需要的频率信号。通过这种方式，压控振荡器根据接收到的控制电压，可实现高频率的信号输出。

Description

一种压控振荡器及频率发生器

技术领域

本申请涉及通信设备技术领域，特别是涉及一种压控振荡器及频率发生器。

背景技术

随着数据传输速度的提高，业界对频率发生器的要求越来越高。压VCO(voltage-controlled oscillator，压控振荡器)作为频率发生器的重要组成部分之一，是输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，用于根据输入电压输出相应的振荡频率。

基于现有的压控振荡器输入控制电压和输出频率之间对应关系，输出频率较小，往往借助于倍频器、放大器等元件完成较大跨越幅度的频率变化。为了获得最终所需的频率，需要较多元件之间的配合，整体电路的电流较大，成本较高。

实用新型内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种压控振荡器及频率发生器，基于相同的输入控制电压，可实现高频率的信号输出。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种压控振荡器及频率发生器，压控振荡器包括谐振电路、振荡电路、选频网络和输出电路，谐振电路的输入端接收控制电压，而谐振电路的输出端连接振荡电路，振荡电路的输出端连接选频网络和输出电路，以藉由选频网络而选取输出所需要的频率信号。

其中，振荡电路包括三极管，选频网络的第一端连接三极管的集电极，第二端连接电源信号，且选频网络的第一端与三极管的集电极之间的节点作为振荡电路的输出端，并连接输出电路，从而输出频率信号。

其中，谐振电路包括第一电容、第一电感、第二电感、第一变容模块和第二变容模块；第一变容模块的第一端与第二变容模块的第一端相连，并依次通过第二电感和第一电感与控制电压连接，第一变容模块的第二端连接振荡电路，而第二变容模块的第二端接地；第一电容的第一端连接控制电压，而第一电容的第二端接地；第一变容模块包括并联的第一变容二极管和第二变容二极管，第一变容二极管和第二变容二极管的阴极连接在一起且其连接节点作为第一变容模块的第一端，第一变容二极管和第二变容二极管的阳极连接在一起且其连接节点作为第一变容模块的第二端，而第二变容模块包括并联的第三变容二极管和第四变容二极管，第三变容二极管和第四变容二极管的阴极连接在一起且其连接节点作为第二变容模块的第一端，第三变容二极管和第四变容二极管的阳极连接在一起且其连接节点作为第二变容模块的第二端。

其中，振荡电路还包括：第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第三电感、第四电感、第五电感和第一电阻；第二电容和第三电容并联在一起，第四电容和第五电容并联在一起，且并联的第二电容和第三电容的第一端连接第一变容模块的第二端，并联的第二电容和第三电容的第二端连接并联的第四电容和第五电容的第一端，而并联的第四电容和第五电容的第二端连接于三极管的基级；第三电感的第一端连接第一变容模块的第二端，而其第二端接地；第四电感的第一端连接并联的第二电容和第三电容的第二端，而其第二端接地；第六电容的第一端连接并联的第四电容和第五电容的第一端，而其第二端接地；第七电容的第一端连接并联的第四电容和第五电容的第二端与三极管的基级之间的节点，第七电容的第二端通过第八电容接地；第九电容的第一端连接第七电容与第八电容之间的节点，第九电容的第二端连接于三极管的发射极；第五电感的第一端接地，第五电感的第二端连接第一电阻的第一端，而第一电阻的第二端连接于三极管的发射极与第九电容的第二端之间的节点。

其中，振荡电路包括三极管，选频网络的第一端连接三极管的发射极，第二端接地，且选频网络的第一端与三极管的发射极之间的节点作为振荡电路的输出端，并连接输出电路，以输出频率信号。

其中，选频网络包括至少一个阻抗元件模块。

其中，阻抗元件模块为并联的电容和电感。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种频率发生器，该频率发生器包括上述的压控振荡器。

其中，频率发生器还包括锁相环和滤波器；锁相环一端连接压控振荡器，另一端连接滤波器；滤波器另一端输出控制电压至压控振荡器。

其中，滤波器为低通滤波器。

本申请实施例的有益效果是：本申请实施例压控振荡器包括谐振电路、振荡电路、选频网络和输出电路，谐振电路的输入端接收控制电压，而谐振电路的输出端连接振荡电路，振荡电路的输出端连接选频网络和输出电路，因为在振荡电路的输出端连接有选频网络，基于相同的输入控制电压，可实现高频率的信号输出。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请压控振荡器一实施例电路结构示意图；

图2是本申请压控振荡器一实施例的电路示意图；

图3是本申请压控振荡器另一实施例的电路结构示意图；

图4是本申请频率发生器一实施例的电路结构示意图；

图5是本申请频率发生器一实施例中频率为1.56Ghz时，压控振荡器的相位噪声曲线；

图6是本申请频率发生器一实施例中频率为1.612Ghz时，锁相环的锁定时间曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，图1是本申请压控振荡器一实施例电路结构示意图。本实施例压控振荡器10包括谐振电路11、振荡电路12、选频网络13和输出电路14。谐振电路11的输入端接收控制电压，而谐振电路11的输出端连接振荡电路12，振荡电路12的输出端连接选频网络13和输出电路14。压控振荡器10接收到控制电压后，经过其内部的电路，输出频率信号，该输出频率与输入控制电压因压控振荡器10内部电路不同而具有不同的对应关系。控制电压从谐振电路11的输入端进入，谐振电路11根据控制电压的变化输出不同基准频率。振荡电路12输入端接收从谐振电路11输出端输出的频率信号，输出耦合后的高倍谐波至选频网络13，使得选频网络13实现高频率的信号输出。具体的电路组成部分分析如下：

谐振电路11可以为任何现有技术中电路连接方式，在此不作任何限定。谐振电路11主要利用到变容二极管的正偏和反偏特性，具体元件型号也不作任何限定。

振荡电路12包括频率调节电路，可利用现有技术中有关频率调节的电路连接方式。在一实施例中，振荡电路12包括三极管，选频网络13的第一端连接三极管的集电极，而第二端连接电源信号。选频网络13的第一端与三极管的集电极之间的节点作为振荡电路12的输出端，并连接输出电路14，从而输出频率信号。在另一实施例中，振荡电路12同样包括三极管，但选频网络13的第一端连接三极管的发射极，而第二端接地。选频网络13的第一端与三极管的发射极之间的节点作为振荡电路12的输出端，并连接输出电路14，以输出频率信号。简而言之，选频网络13可以连接在电源信号和振荡电路12的三极管的集电极之间，也可以连接在振荡电路12的三极管的发射极与接地端之间。选频网络13的具体位置可根据实际情况灵活变化，例如，为了电路连接的便利，选择将选频网络13连接在电源信号和振荡电路12的三极管的集电极之间。

选频网络13包括至少一个阻抗元件模块，阻抗元件模块为并联的电容和电感。选频网络13可以是一个阻抗元件模块，也可以是多个阻抗元件模块之间相互并联。

输出电路14的位置取决于选频网络13的连接方式，以实现压控振荡器10最终输出的频率信号已经过选频网络13的倍频处理。

通过上述方式，相较于直接输出振荡电路输出端的频率信号，再依赖于倍频器等元件将频率信号进行处理的频率获得方式，本实施例由于振荡电路的输出端连接有选频网络，使从振荡电路输出的频率信号在最终输出压控振荡器之前进一步得到信号处理。基于相同的输入控制电压，本实施例压控振荡器因为选频网络的存在，可实现高频率的信号输出。

图2为本申请压控振荡器一实施例的具体电路示意图。其中，压控振荡器20包括谐振电路21、振荡电路22、选频网络23和输出电路24。谐振电路21的输入端接收控制电压，而谐振电路21的输出端连接振荡电路22，选频网络23连接在电源信号和振荡电路22的三极管U的集电极之间。

谐振电路21包括第一电容C1、第一电感L1、第二电感L2、第一变容模块和第二变容模块。

第一变容模块包括并联的第一变容二极管D1和第二变容二极管D2，第一变容二极管D1和第二变容二极管D2的阴极连接在一起且其连接节点作为第一变容模块的第一端，第一变容二极管D1和第二变容二极管D2的阳极连接在一起且其连接节点作为第一变容模块的第二端。

第二变容模块包括并联的第三变容二极管D3和第四变容二极管D4，第三变容二极管D3和第四变容二极管D4的阴极连接在一起且其连接节点作为第二变容模块的第一端，第三变容二极管D3和第四变容二极管D4的阳极连接在一起且其连接节点作为第二变容模块的第二端。

第一变容模块的第一端与第二变容模块的第一端相连，即第一变容二极管D1、第二变容二极管D2、第三变容二极管D3和第四变容二极管D4的阴极连接于同一个节点。第一变容模块的第一端与第二变容模块的第一端相连后，依次通过第二电感L2和第一电感L1与控制电压连接。第一变容模块的第二端连接振荡电路22，而第二变容模块的第二端接地。

第一电容C1的第一端连接控制电压，而第一电容C1的第二端接地。

振荡电路22包括：第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第一电阻R1和三极管U。本实施例中，三极管U为NPN型三极管U。

第二电容C2和第三电容C3并联在一起，第四电容C4和第五电容C5并联在一起。并联的第二电容C2和第三电容C3的第一端连接第一变容模块的第二端，而并联的第二电容C2和第三电容C3的第二端连接并联的第四电容C4和第五电容C5的第一端。并联的第四电容C4和第五电容C5的第二端连接于三极管U的基级。

第三电感L3的第一端连接第一变容模块的第二端，而其第二端接地。

第四电感L4的第一端连接并联的第二电容C2和第三电容C3的第二端，而其第二端接地。

第六电容C6的第一端连接并联的第四电容C4和第五电容C5的第一端，而其第二端接地。

第七电容C7的第一端连接并联的第四电容C4和第五电容C5的第二端与三极管U的基级之间的节点，而其第二端通过第八电容C8接地。

第九电容C9的第一端连接第七电容C7与第八电容C8之间的节点，第九电容C9的第二端连接于三极管U的发射极。

第五电感L5的第一端接地，第五电感L5的第二端连接第一电阻R1的第一端，而第一电阻R1的第二端连接于三极管U的发射极与第九电容C9的第二端之间的节点。

本实施例中，选频网络23包括并联的第十一电容C11和第六电感L6，选频网络23的第一端连接三极管U的集电极，而第二端连接电源信号VCC，且选频网络23的第一端与三极管U的集电极之间的节点作为振荡电路22的输出端，并连接输出电路24，从而输出频率信号。其中，输出电路24包括第十电容C10。

为更好的为振荡电路22、选频网络23等电路结构供电，本申请实施例中，还包括第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第七电感L7、第八电感L8、第二电阻R2和第三电阻R3。选频网络23的第二端通过第七电感L7与电源信号VCC连接。第八电感L8的第一端连接三极管U的基级，而其第二端连接第三电阻R3的第一端。第三电阻R3的第二端连接选频网络23的第二端与第七电感L7之间的节点。第十二电容C12、第十三电容C13和第二电阻R2第一端均接地，而第二端均连接于第三电阻R3的第一端。第十四电容C14和第十五电容C15的第一端均接地，而第二端均连接选频网络23的第二端与第七电感L7之间的节点。

振荡电路22的输出端为三极管U的集电极。由于振荡电路22的输出端连接有选频网络23，基于相同的输入控制电压，可实现高频率的信号输出。选频网络23包括并联的第十一电容C11和第六电感L6，结构简单，可实现压控振荡器20输出频率的调整。

通过上述方式，在振荡电路的输出端连接有选频网络，压控振荡器基于相同的输入控制电压，可实现高频率的信号输出。

在另一实施例中，如图3所示，图3为本申请压控振荡器另一实施例的电路结构示意图，其中，选频网络33连接在振荡电路32的三极管321的发射极与接地端之间。压控振荡器30包括谐振电路31、振荡电路32、选频网络33和输出电路34，其中，振荡电路32包括三极管321，该三极管321包括集电极、发射极和基级三个连接接口。谐振电路31的输入端接收控制电压，而其输出端连接振荡电路32。振荡电路32的输出端连接选频网络33和输出电路34，以藉由所述选频网络33而选取输出所需要的频率信号。更具体地，选频网络33的第一端连接振荡电路32的三极管321的发射极，而选频网络33的第二端接地。选频网络33的第一端与振荡电路32三极管321的发射极之间的节点作为振荡电路32的输出端，并连接输出电路34，以输出所述频率信号。

本实施例提供了另一种选频网络的电路连接方式，同样可以使得压控振荡器基于相同的输入控制电压，可实现高频率的信号输出。

如图4所示，图4是本申请一频率发生器的电路结构示意图。本申请提供一种频率发生器400，该频率发生器400包括压控振荡器410、锁相环420和滤波器430。锁相环420一端连接压控振荡器410，另一端连接滤波器430。滤波器430另一端输出控制电压CV至压控振荡器410。在另一实施例中，可根据实际需要在锁相环420与压控振荡器410之间加入若干带通滤波器等元件，或者为了增大频率信号的幅度，也可加入放大器。

本实施例频率发生器包括了带有选频网络的压控振荡器，该压控振荡器基于相同的输入控制电压可实现高频率的信号输出，所以频率发生器不存在倍频器以及与倍频器配合使用的滤波器、放大器等元件，从而整个电路结构简单，较容易调试，成本低。

本申请实施例频率发生器至少具有如下有益效果：

第一，由于本申请的压控振荡器的输出频谱中目标谐波幅度较大，与其相邻的谐波幅度相较于目标谐波而言较小，其中，目标谐波即为最终所需的频率信号。基于此，大大减小了压控振荡器输出端滤波器的设计难度，滤波器为低通滤波器即可满足整个频率发生器的工作要求。

第二，本实施例频率发生器包括了带有选频网络的压控振荡器，该压控振荡器基于相同的输入控制电压可实现高频率的信号输出，所以频率发生器不存在倍频器以及与倍频器配合使用的滤波器、放大器等元件，从而整个电路结构简单，较容易调试，成本低。

第三，由于倍频器、放大器等元件工作需要提供电流，而本实施例频率发生器不需要这些元件，所以减小了频率发生器的整个电路电流。

第四，由于倍频器本身会产生相位噪声，而本实施例频率发生器因为包含可实现高频率的信号输出的压控振荡器而无需连接倍频器，所以相位噪声性能指标更佳。如图5所示，当频率为1.56Ghz时，压控振荡器的相位噪声曲线。为清晰说明实验验证数据，表1为当频率为1.56Ghz时的测试数据，该测试数据与图5相同。

表1

频率信号的短期相位稳定度主要取决于相位噪声，本申请实施例频率发生器相位噪声小，锁相环锁定时间较短。如图6所示，当频率为1.612Ghz时，锁相环的锁定时间曲线图。

频率信号的长期幅度稳定度主要受环境温度影响，而本申请实施例频率发生器在高低温稳定性测试(低温-40度，高温85度)中，均能够正常锁定。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压控振荡器，其特征在于，所述压控振荡器包括谐振电路、振荡电路、选频网络和输出电路，其中，所述谐振电路的输入端接收控制电压，而所述谐振电路的输出端连接所述振荡电路，所述振荡电路的输出端连接所述选频网络和所述输出电路，以藉由所述选频网络而选取输出所需要的频率信号。

2.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，所述振荡电路包括三极管，所述选频网络的第一端连接所述三极管的集电极，第二端连接电源信号，且所述选频网络的第一端与所述三极管的集电极之间的节点作为所述振荡电路的输出端，并连接所述输出电路，从而输出所述频率信号。

3.根据权利要求2所述的压控振荡器，其特征在于，所述谐振电路包括第一电容、第一电感、第二电感、第一变容模块和第二变容模块；

所述第一变容模块的第一端与所述第二变容模块的第一端相连，并依次通过所述第二电感和所述第一电感与所述控制电压连接，所述第一变容模块的第二端连接所述振荡电路，而所述第二变容模块的第二端接地；

所述第一电容的第一端连接所述控制电压，而所述第一电容的第二端接地；

其中，所述第一变容模块包括并联的第一变容二极管和第二变容二极管，所述第一变容二极管和第二变容二极管的阴极连接在一起且其连接节点作为所述第一变容模块的第一端，所述第一变容二极管和第二变容二极管的阳极连接在一起且其连接节点作为所述第一变容模块的第二端，而第二变容模块包括并联的第三变容二极管和第四变容二极管，所述第三变容二极管和第四变容二极管的阴极连接在一起且其连接节点作为所述第二变容模块的第一端，所述第三变容二极管和第四变容二极管的阳极连接在一起且其连接节点作为所述第二变容模块的第二端。

4.根据权利要求3所述的压控振荡器，其特征在于，所述振荡电路还包括：第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第三电感、第四电感、第五电感和第一电阻；

所述第二电容和所述第三电容并联在一起，所述第四电容和所述第五电容并联在一起，且并联的所述第二电容和所述第三电容的第一端连接所述第一变容模块的第二端，所述并联的所述第二电容和所述第三电容的第二端连接并联的所述第四电容和所述第五电容的第一端，而所述并联的所述第四电容和所述第五电容的第二端连接于所述三极管的基级；

所述第三电感的第一端连接所述第一变容模块的第二端，而其第二端接地；

所述第四电感的第一端连接所述并联的所述第二电容和所述第三电容的第二端，而其第二端接地；

所述第六电容的第一端连接所述并联的所述第四电容和所述第五电容的第一端，而其第二端接地；

所述第七电容的第一端连接所述并联的所述第四电容和所述第五电容的第二端与所述三极管的基级之间的节点，所述第七电容的第二端通过所述第八电容接地；

所述第九电容的第一端连接所述第七电容与所述第八电容之间的节点，所述第九电容的第二端连接于所述三极管的发射极；

所述第五电感的第一端接地，所述第五电感的第二端连接所述第一电阻的第一端，而所述第一电阻的第二端连接于所述三极管的发射极与所述第九电容的第二端之间的节点。

5.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，所述振荡电路包括三极管，所述选频网络的第一端连接所述三极管的发射极，第二端接地，且所述选频网络的第一端与所述三极管的发射极之间的节点作为所述振荡电路的输出端，并连接所述输出电路，以输出所述频率信号。

6.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，所述选频网络包括至少一个阻抗元件模块。

7.根据权利要求6所述的压控振荡器，其特征在于，所述阻抗元件模块为并联的电容和电感。

8.一种频率发生器，其特征在于，所述频率发生器包括权利要求1-7所述的压控振荡器。

9.根据权利要求8所述的频率发生器，其特征在于，所述频率发生器还包括锁相环和滤波器；所述锁相环一端连接所述压控振荡器，另一端连接所述滤波器；所述滤波器另一端输出控制电压至所述压控振荡器。

10.根据权利要求9所述的频率发生器，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器。

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