CN220359130U - 一种压控振荡电路及无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种压控振荡电路及无线通信设备，压控振荡电路包括变容模块、负压模块和输出模块；变容模块包括第一变容二极管，第一变容二极管的阴极用于接收第一输入电压，第一输入电压为正向电压；负压模块连接第一变容二极管的阳极，第一变容二极管的阳极用于接收负压模块提供的第二输入电压，第二输入电压为负向电压；输出模块连接第一变容二极管的阴极，输出模块用于根据第一变容二极管的电容值，输出对应频率的输出信号。上述方案，能够减小无线通信设备中压控振荡器占用的PCB面积和成本，并提高机型适配度。

Description

一种压控振荡电路及无线通信设备

技术领域

本申请的所公开实施例涉及射频通信技术领域，且更具体而言，涉及一种压控振荡电路及无线通信设备。

背景技术

无线通信设备中，压控振荡器用于提供稳定的频率，即基于其输入端的控制电压在其输出端产生相应频率的输出信号。较宽的控制电压范围能够拓宽输出信号的频率范围，且能够扩大器件的选型范围。

目前为了扩展输出信号的频率范围，无线通信设备中通常采用增加压控振荡器数量或使用低噪声运放实现有源环路滤波以扩展控制电压范围，进而拓宽输出信号的频率范围，但是存在占用印制电路板(PCB)面积大、成本较高的问题，且对于一些机型的适配度较差。

因此，如何减小无线通信设备中压控振荡器占用的PCB面积和成本，并提高机型适配度成为目前亟待解决的问题。

实用新型内容

根据本申请的实施例，本申请提出一种压控振荡电路及无线通信设备，以解决上述问题。

根据本申请的一方面，公开一种实例性的压控振荡电路，包括变容模块、负压模块和输出模块；所述变容模块包括第一变容二极管，所述第一变容二极管的阴极用于接收第一输入电压，所述第一输入电压为正向电压；所述负压模块连接所述第一变容二极管的阳极，所述第一变容二极管的阳极用于接收所述负压模块提供的第二输入电压，所述第二输入电压为负向电压；所述输出模块连接所述第一变容二极管的阴极，所述输出模块用于根据所述第一变容二极管的电容值，输出对应频率的输出信号。

上述方案，变容模块的容值能够基于第一输入电压变化，从而在输出模块的输出端产生不同频率的输出信号，在变容模块的第一变容二极管的阳极极接入负压模块，且负压模块产生的第二输入电压方向与第一输入电压方向相反，从而提高了施加在第一变容二极管两端的电压范围，进而拓宽变容模块的容值变化范围以及输出模块的输出信号频率变化范围，相对于增加压控振荡器数量或使用运放实现有源滤波的方案，负压模块体积小且成本低，能够减小无线通信设备中压控振荡器占用的PCB面积和成本，并提高机型适配度。

所述负压模块包括DC-DC变换器，所述DC-DC变换器的输入端用于接收第三输入电压，所述DC-DC变换器的输出端连接所述第一变容二极管的阳极，以提供所述第二输入电压。

其中，所述负压模块包括负压电荷泵电路，所述负压电荷泵电路的输入端用于接收第四输入电压，所述负压电荷泵的输出端连接所述第一变容二极管的阳极，以提供所述第二输入电压。

其中，所述负压电荷泵电路包括储能单元、分压单元、控制单元，所述储能单元的第一端接地，所述储能单元的第二端连接所述第一变容二极管的阳极；所述分压单元的第一端用于接收所述第四输入电压，所述分压单元的第二端连接所述储能单元的第二端；所述控制单元连接所述分压单元的分压节点、所述储能单元的两端、并接收所述第四输入电压，所述控制单元用于根据所述分压单元的分压节点的电压，利用所述第四输入电压对所述储能单元进行周期充放电，以生成所述第二输入电压。

其中，所述储能单元包括第一电容和第二电容；所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第二端连接所述第一变容二极管的阳极；所述控制单元连接所述第一电容的两端和所述第二电容的两端，所述控制单元用于根据所述分压单元的分压节点的电压，在第一时序利用所述第四输入电压对所述第二电容进行充电，在第二时序利用所述第二电容对所述第一电容进行充电。

其中，所述控制单元包括：第一开关模块、第二开关模块、控制信号生成模块；所述第一开关模块连接所述第二电容的两端，并用于接收所述第四输入电压；所述第二开关模块连接所述第二电容的两端、所述第一电容的两端；所述控制信号生成模块连接所述分压单元的分压节点、所述第一开关模块和所述第二开关模块，所述控制信号生成模块用于根据所述分压单元的分压节点的电压生成第一控制信号和第二控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一开关模块的通断，所述第二控制信号用于控制所述第二开关模块的通断，所述第一控制信号和所述第二控制信号为方波信号且相位相反。

其中，所述控制信号生成模块包括：比较器、振荡器、反相器；所述比较器的第一输入端连接所述分压单元的分压节点，所述比较器的第二输入端接地；所述振荡器的输入端连接所述比较器的输出端，所述振荡器的输出端连接所述第一开关模块，所述振荡器用于根据所述比较器的输出信号生成所述第一控制信号；所述反相器的输入端连接所述振荡器的输出端，所述反相器的输出端连接所述第二开关模块，以产生所述第二控制信号。

其中，所述变容模块还包括第二变容二极管、电感器，所述第二变容二极管的阴极连接所述第一变容二极管的阴极，所述第二变容二极管的阳极连接所述输出模块；所述电感器的第一端连接所述第二变容二极管的阳极，所述电感器的第二端连接所述第一变容二极管的阳极。

其中，所述压控振荡电路还包括滤波模块，所述滤波模块的输入段用于接收所述第一输入电压，所述滤波模块的输出端连接所述第一变容二极管的阴极。

本申请第二方面公开一种无线通信设备，包括发射器和接收器，其中，所述发射器包括上述任一压控振荡电路，和/或所述接收器包括上述任一压控振荡电路。

上述方案，无线通信设备通过变容模块的容值能够基于第一输入电压变化，从而在输出模块的输出端产生不同频率的输出信号，在变容模块的第一变容二极管的阳极极接入负压模块，且负压模块产生的第二输入电压方向与第一输入电压方向相反，从而提高了施加在第一变容二极管两端的电压范围，进而拓宽变容模块的容值变化范围以及输出模块的输出信号频率变化范围，相对于增加压控振荡器数量或使用运放实现有源滤波的方案，负压模块体积小且成本低，能够减小无线通信设备中压控振荡器占用的PCB面积和成本，并提高机型适配度。

附图说明

下面将结合附图及实施方式对本申请作进一步说明，附图中：

图1是本申请压控振荡电路的结构示意图；

图2是本申请负压电荷泵电路的结构示意图；

图3是本申请压控震荡电路另一实施例的结构示意图；

图4是本申请无线通信设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请的技术方案做进一步详细描述。

本申请实施例提供了一种压控振荡电路，请参照图1，图1是本申请压控振荡电路的结构示意图，具体地，压控震荡电路包括变容模块11、负压模块12和输出模块13；变容模块11包括第一变容二极管D1，第一变容二极管D1的阴极用于接收第一输入电压V1，第一输入电压V1为正向电压；负压模块12连接第一变容二极管D1的阳极，第一变容二极管D1的阳极用于接收负压模块12提供的第二输入电压V2，第二输入电压V2为负向电压；输出模块13连接第一变容二极管D1的阴极，输出模块13用于根据第一变容二极管D1的电容值，输出对应频率的输出信号。

可选地，第一输入电压V1可以是直流电压，第一输入电压V1可以在一定范围内变化，即根据无线通信设备需要的输出信号频率确定不同的第一输入电压V1，例如，第一输入电压V1可以在1～4V、0.8～2.4V等范围内变化，具体的变化范围本申请不作限定；第二输入电压V2也是直流电压，其与第一输入电压V1的方向相反，例如，第一输入电压V1的对地电压值可以为1～4V，则第二输入电压V2的对地电压值可以为-1V。

在一些实施中，无线通信设备的压控震荡电路中变容模块11的第一变容二极管D1的阴极用于接收第一输入电压V1，第一变容二极管D1的阳极用于接地GND，第一变容二极管D1两端电压即为第一输入电压V1和地电压的差值，一般地电压为0V，所以第一变容二极管D1两端的电压为V1。在一些应用场景中由于第一输入电压V1范围受到限制，例如，第一输入电压V1范围为1～4V或0.8～2.4V等，则第一变容二极管D1两端电压也仅能为1～4V或0.8～2.4V，由于压控震荡电路的输出信号的频率随着第一变容二极管D1两端电压变化，第一变容二极管D1两端电压范围受限也就会导致压控震荡电路的输出信号频率范围受限。

为了解决上述压控震荡电路的输出信号频率受限的问题，可以使用低噪声的运放实现有源环路滤波器，以扩展第一输入电压V1的范围，但是这种方案成本较高、PCB面积大，且在一些机型中无法应用；还可以增加压控震荡电路的数量以扩宽输出信号频率的范围，也会带来增加成本和占用PCB面积的问题。

为此，本申请的一些实施例中在第一变容二极管D1的阳极接入负压模块12，使第一变容二极管D1两端电压从原来的第一输入电压V1与地电压之差变为第一输入电压V1与第二输入电压V2之差，且第二输入电压V2与第一输入电压V1方向相反，例如第一输入电压V1为正向电压，第二输入电压V2为负向电压，那么，第一变容二极管D1两端的电压即为V1+|V2|，进而在第一输入电压V1范围不变的情况下，拓宽了第一变容二极管D1两端的电压范围，且负压模块12体积小，成本低，相对于上述的其他方案能够降低占用的PCB面积和成本，并提高机型适配度。

在本申请的一些实施例中，负压模块12包括DC-DC变换器，DC-DC变换器的输入端用于接收第三输入电压，DC-DC变换器的输出端连接第一变容二极管D1的阳极，以提供第二输入电压V2。具体地，负压模块12可以使用体积小成本低的负压芯片，例如DC-DC芯片。DC-DC变换器的电路拓扑结构可以是三电平拓扑、正激拓扑、反激拓扑等，本申请不作限定；第三输入电压可以为直流电压；变容模块11可以包括多个并联的第一变容二极管D1。

在本申请的另一些实施例中，请参照图2，图2是本申请负压电荷泵电路的结构示意图；负压模块12包括负压电荷泵电路，负压电荷泵电路的输入端用于接收第四输入电压VIN，负压电荷泵的输出端CPOUT连接第一变容二极管D1的阳极，以提供第二输入电压V2；第四输入电压VIN可以为直流电压。

在本申请的一些实施例中，负压电荷泵电路包括储能单元21、分压单元22和控制单元23。其中，储能单元21的第一端接地GND，储能单元21的第二端连接第一变容二极管D1的阳极；分压单元22的第一端用于接收第四输入电压VIN，分压单元22的第二端连接储能单元21的第二端；控制单元23连接分压单元22的分压节点、储能单元21的两端、并接收第四输入电压VIN，控制单元23用于根据分压单元22的分压节点的电压，利用第四输入电压VIN对储能单元21进行周期充放电，以生成第二输入电压V2；分压单元22可以包括多个电阻进行分压，例如，两个电阻分压，则两个电阻的公共端即分压节点。

在一些实施例中，储能单元21包括第一电容C1和第二电容C2。其中，第一电容C1的第一端接地GND，第一电容C1的第二端连接第一变容二极管D1的阳极；控制单元23连接第一电容C1的两端和第二电容C2的两端，控制单元23用于根据分压单元22的分压节点的电压，在第一时序利用第四输入电压VIN对第二电容C2进行充电，在第二时序利用第二电容C2对第一电容C1进行充电。在利用第四输入电压VIN对储能单元21进行周期充放电以生成第二输入电压V2的充放电周期中，可以有多对第一时序和第二时序，即在第一次对第二电容C2充电并利用第二电容C2对第一电容C1充电后，第一电容C1不放电以生成第二输入电压V2，而是再次进行第一时序以及第二时序的操作，直到该充放电周期结束，第一电容C1才放电以生成第二输入电压V2；当然也可以仅有一对第一时序和第二时序，在此不再赘述。

在一些实施例中，控制单元23包括：第一开关模块(图中未标示)、第二开关模块(图中未标示)、控制信号生成模块231。

其中，第一开关模块连接第二电容C2的两端，并用于接收第四输入电压VIN；第二开关模块连接第二电容C2的两端、第一电容C1的两端；控制信号生成模块231连接分压单元22的分压节点、第一开关模块和第二开关模块，控制信号生成模块231用于根据分压单元22的分压节点的电压生成第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号用于控制第一开关模块的通断，第二控制信号用于控制第二开关模块的通断，第一控制信号和第二控制信号为方波信号且相位相反；因此，第一开关模块导通时，第二开关模块关断；第一开关模块关断时，第二开关模块导通。

在一些实施例中，控制信号生成模块231可以包括：比较器COMP、振荡器Y1、反相器Y2；比较器COMP的第一输入端连接分压单元22的分压节点，比较器COMP的第二输入端接地GND；振荡器Y1的输入端连接比较器COMP的输出端，振荡器Y1的输出端连接第一开关模块，振荡器Y1用于根据比较器COMP的输出信号生成第一控制信号；反相器Y2的输入端连接振荡器Y1的输出端，反相器Y2的输出端连接第二开关模块，以产生第二控制信号；振荡器Y1以一定的频率产生第一控制信号，例如2MHZ等，进而产生相同频率的第二控制信号，以控制第一开关模块和第二开关模块导通或关断。

在一些实施例中，第一开关模块、第二开关模块可以分别包括两个可控开关，例如全控半导体开关、磁耦开关等；以金属氧化物半导体晶体场效应管(以下简称为场效应管)为例，第一开关模块、第二开关模块可以分别包括两个场效应管，四个场效应管分别连接在第一电容C1和第二电容C2的两端；第一开关模块的两个场效应管的控制端用于接收第一控制信号，第二开关模块的两个场效应管的控制端用于接收第二控制信号，以及时开通或关断。

在一些实施例中，请继续参照图2；具体地，第一场效应管Q1的一端接入第四输入电压VIN，另一端连接至第二电容C2的阳极，第二电容C2的阴极通过第三场效应管Q3接地GND；第二电容C2的阳极还通过第二场效应管Q2连接至第一电容C1的阳极、第二电容C2的阴极通过第四场效应管Q4连接至第一电容C1的阴极，且第一电容C1的阳极(即储能单元21的第一端)接地GND、第一电容C1的阴极(即储能单元21的第二端)用于产生第二输入电压V2，分压单元22一端接入第四输入电压VIN，另一端连接至第一电容C1的阳极，比较器COMP的第一输入端连接分压单元22的分压节点，比较器COMP的第二输入端接地GND；振荡器Y1的输入端连接比较器COMP的输出端，振荡器Y1的输出端连接第一开关模块，振荡器Y1用于根据比较器COMP的输出信号生成第一控制信号；反相器Y2的输入端连接振荡器Y1的输出端，反相器Y2的输出端连接第二开关模块，以产生第二控制信号。

具体地，当第四输入电压VIN分别接入第一场效应管Q1以及分压单元22时，在第一时序振荡器Y1产生第一控制信号使第一场效应管Q1以及第三场效应管Q3导通，以及产生第二控制信号使第二场效应管Q2以及第四场效应管Q4关断，第四输入电压VIN为第二电容C2充电，在第二时序振荡器Y1产生第一控制信号使第一场效应管Q1以及第三场效应管Q3关断，以及产生第二控制信号使第二场效应管Q2以及第四场效应管Q4导通，此时第二电容C2为第一电容C1充电；经过一个或更多个充放电周期后，由于第一电容C1的阳极接地GND，第一电容C1的阴极输出负的对地电压，在本实施例中即-VIN。

变容模块的容值能够基于第一输入电压变化，从而在输出模块的输出端产生不同频率的输出信号，在变容模块的第一变容二极管的阳极接入负压模块，且负压模块产生的第二输入电压方向与第一输入电压方向相反，从而提高了施加在第一变容二极管两端的电压范围，进而拓宽变容模块的容值变化范围以及输出模块的输出信号频率变化范围，相对于增加压控振荡器数量或使用运放实现有源滤波的方案，负压模块体积小且成本低，能够减小无线通信设备中压控振荡器占用的PCB面积和成本，并提高机型适配度。

在一些实施例中，请继续参照图1，变容模块11还包括第二变容二极管D2、电感器L1，第二变容二极管D2的阴极连接第一变容二极管D1的阴极，第二变容二极管D2的阳极连接输出模块13；电感器L1的第一端连接第二变容二极管D2的阳极，电感器L1的第二端连接第一变容二极管D1的阳极；第二变容二极管D2可以包括多个并联的第二变容二极管D2。

在一些实施例中，压控振荡电路还包括滤波模块14，滤波模块14的输入端用于接收第一输入电压V1，滤波模块14的输出端连接第一变容二极管D1的阴极。

在一些实施例中，滤波模块14可以为阻容滤波模块14，可以包括一个或更多个电容，一个或更多个电容的一端接地GND，另一端连接至一个或更多个电阻，滤波模块14的具体结构本申请不作限定。

请参阅图3，图3是本申请压控震荡电路另一实施例的结构示意图；在本实施例中，滤波模块14包括电容C1接地GND，电容C1的另一端接入第一输入电压V1并连接至电感L1、L2，电感L2与变容模块11连接，电感L2连接至变容二极管VD1和VD2的阴极，变容二极管VD1、VD2的阳极连接至负压模块12，变容二极管VD1、VD2的阴极还连接至变容二极管VD3和VD4的阴极，变容二极管VD3和VD4的阳极连接至电感L8的一端，电感L8的另一端与变容二极管VD1、VD2的阳极连接，变容二极管VD3和VD4的阳极分别连接至电容C3、C2，电容C3、C2的另一端与电感L3的一端连接，电感L3与电容C4并联且其中一个公共端接地GND，另一个公共端连接至并联的电容C5和C7的一个公共端，电容C5、C7的另一公共端依次连接至电容C6、C10，电容C10的另一端接地，电容C6连接至电容C7的一端还连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接至电感L4，电感L4分别通过电容C13、电阻R2连接至电容C10的两端，三极管Q1的集电极连接至电容C11，电容C11与集电极连接的另一端用于产生输出信号；直流电源BT1正极连接至电感L7，负极接地GND，电感L7与直流电源BT1连接的另一端连接至并联的电容C14和C15，且C14、C15与电感L7连接的另一端接地；电感L7又依次通过电感L6、电容C8和电阻R1连接至地，且电感L6、电容C8的公共端连接至三极管Q1的集电极；电感L7与电感L6的公共端还连接至电阻R4，电阻R4分别通过电阻R3、电容C12、电容C9接地，电阻R4和电阻R3的公共端还通过电感L5连接至电容C5、C6、C7的公共端。

在本实施例中，变容模块的容值能够基于第一输入电压变化，从而在输出模块的输出端产生不同频率的输出信号，在变容模块的第一变容二极管的阳极接入负压模块，且负压模块产生的第二输入电压方向与第一输入电压方向相反，从而提高了施加在第一变容二极管两端的电压范围，进而拓宽变容模块的容值变化范围以及输出模块的输出信号频率变化范围，相对于增加压控振荡器数量或使用运放实现有源滤波的方案，负压模块体积小且成本低，能够减小无线通信设备中压控振荡器占用的PCB面积和成本，并提高机型适配度。

本申请的实施例还提供一种无线通信设备300，请参照图4，图4是本申请无线通信设备的结构示意图；具体地，无线通信设备包括发射器310和接收器320，其中，发射器310包括上述任一压控振荡电路311，或接收器320包括上述任一压控振荡电路311。

所属领域的技术人员易知，可在保持本申请的教示内容的同时对装置及方法作出诸多修改及变动。因此，以上公开内容应被视为仅受随附权利要求书的范围的限制。

Claims (10)

1.一种压控振荡电路，其特征在于，所述压控振荡电路包括：

变容模块，所述变容模块包括第一变容二极管，所述第一变容二极管的阴极用于接收第一输入电压，所述第一输入电压为正向电压；

负压模块，所述负压模块连接所述第一变容二极管的阳极，所述第一变容二极管的阳极用于接收所述负压模块提供的第二输入电压，所述第二输入电压为负向电压；

输出模块，所述输出模块连接所述第一变容二极管的阴极，所述输出模块用于根据所述第一变容二极管的电容值，输出对应频率的输出信号。

2.根据权利要求1所述的压控振荡电路，其特征在于，所述负压模块包括DC-DC变换器，所述DC-DC变换器的输入端用于接收第三输入电压，所述DC-DC变换器的输出端连接所述第一变容二极管的阳极，以提供所述第二输入电压。

3.根据权利要求1所述的压控振荡电路，其特征在于，所述负压模块包括负压电荷泵电路，所述负压电荷泵电路的输入端用于接收第四输入电压，所述负压电荷泵的输出端连接所述第一变容二极管的阳极，以提供所述第二输入电压。

4.根据权利要求3所述的压控振荡电路，其特征在于，所述负压电荷泵电路包括：

储能单元，所述储能单元的第一端接地，所述储能单元的第二端连接所述第一变容二极管的阳极；

分压单元，所述分压单元的第一端用于接收所述第四输入电压，所述分压单元的第二端连接所述储能单元的第二端；

控制单元，所述控制单元连接所述分压单元的分压节点、所述储能单元的两端、并接收所述第四输入电压，所述控制单元用于根据所述分压单元的分压节点的电压，利用所述第四输入电压对所述储能单元进行周期充放电，以生成所述第二输入电压。

5.根据权利要求4所述的压控振荡电路，其特征在于，所述储能单元包括：

第一电容，所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第二端连接所述第一变容二极管的阳极；

第二电容；

所述控制单元连接所述第一电容的两端和所述第二电容的两端，所述控制单元用于根据所述分压单元的分压节点的电压，在第一时序利用所述第四输入电压对所述第二电容进行充电，在第二时序利用所述第二电容对所述第一电容进行充电。

6.根据权利要求5所述的压控振荡电路，其特征在于，所述控制单元包括：

第一开关模块，所述第一开关模块连接所述第二电容的两端，并用于接收所述第四输入电压；

第二开关模块，所述第二开关模块连接所述第二电容的两端、所述第一电容的两端；

控制信号生成模块，所述控制信号生成模块连接所述分压单元的分压节点、所述第一开关模块和所述第二开关模块，所述控制信号生成模块用于根据所述分压单元的分压节点的电压生成第一控制信号和第二控制信号，所述第一控制信号用于控制所述第一开关模块的通断，所述第二控制信号用于控制所述第二开关模块的通断，所述第一控制信号和所述第二控制信号为方波信号且相位相反。

7.根据权利要求6所述的压控振荡电路，其特征在于，所述控制信号生成模块包括：

比较器，所述比较器的第一输入端连接所述分压单元的分压节点，所述比较器的第二输入端接地；

振荡器，所述振荡器的输入端连接所述比较器的输出端，所述振荡器的输出端连接所述第一开关模块，所述振荡器用于根据所述比较器的输出信号生成所述第一控制信号；

反相器，所述反相器的输入端连接所述振荡器的输出端，所述反相器的输出端连接所述第二开关模块，以产生所述第二控制信号。

8.根据权利要求1所述的压控振荡电路，其特征在于，所述变容模块还包括：

第二变容二极管，所述第二变容二极管的阴极连接所述第一变容二极管的阴极，所述第二变容二极管的阳极连接所述输出模块；

电感器，所述电感器的第一端连接所述第二变容二极管的阳极，所述电感器的第二端连接所述第一变容二极管的阳极。

9.根据权利要求1所述的压控振荡电路，其特征在于，所述压控振荡电路还包括滤波模块，所述滤波模块的输入端用于接收所述第一输入电压，所述滤波模块的输出端连接所述第一变容二极管的阴极。

10.一种无线通信设备，其特征在于，所述无线通信设备包括发射器和接收器，其中，所述发射器包括权利要求1～9任一项中的压控振荡电路，和/或所述接收器包括权利要求1～9任一项中的压控振荡电路。