專利名稱：具有抗干擾度的多波段壓控振蕩器的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及電子線路。本發(fā)明尤其涉及新穎的和改進(jìn)的波段開關(guān)式壓控振蕩器(VCO)，該VCO具有抗干擾度。
相關(guān)技術(shù)描述無線通信系統(tǒng)依靠整個(gè)大氣中的射頻(RF)鏈路的可預(yù)知性能。要求無線電話系統(tǒng)要求同時(shí)監(jiān)視和控制多條射頻(RF)鏈路。
移動裝置或無線電話集成了許多復(fù)雜電路。RF收發(fā)機(jī)用于提供與基站的無線通信鏈路。RF收發(fā)機(jī)包括一個(gè)接收機(jī)和一個(gè)發(fā)射機(jī)。接收機(jī)通過與移動裝置對接的天線接收從基站發(fā)送的RF信號。接收機(jī)將收到的信號進(jìn)行放大，濾波，并下變頻至基帶信號。然后，將基帶信號通過選擇路由傳遞到基帶處理電路?；鶐幚黼娐穼⒃撔盘柦庹{(diào)并調(diào)節(jié)該信號，用于通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)播給用戶。
用戶通過按鍵盤的輸入或?qū)υ捦驳脑捯糨斎朐诨鶐幚黼娐分羞M(jìn)行調(diào)節(jié)處理。該信號經(jīng)過調(diào)制并通過選擇路由轉(zhuǎn)送到發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)接收移動裝置產(chǎn)生的基帶信號，并且將該信號進(jìn)行上變頻，濾波，和放大。通過和接收機(jī)所用的同一天線將上變頻的RF信號發(fā)送給基站。
頻率綜合器用于產(chǎn)生在接收機(jī)中進(jìn)行下變頻和在發(fā)射機(jī)中進(jìn)行上變頻所需的本機(jī)振蕩器信號(本振信號)。因?yàn)榫C合器的頻率穩(wěn)定性，總信號的頻譜純度，和數(shù)字控制的性能，用頻率綜合器產(chǎn)生本振信號。
把頻率綜合器分類成直接的或間接的。在直接式數(shù)字綜合器(DDS)中，邏輯電路產(chǎn)生所需信號的數(shù)字表示信號，以及使用D/A變換器將該數(shù)字表示信號轉(zhuǎn)換成模擬波形。執(zhí)行DDS的一種通用方法是將一張波形相位表儲存在存儲器中。然后，從存儲器用時(shí)鐘觸發(fā)輸出的相位的速率直接與輸出信號的頻率成正比例。當(dāng)DDS能夠產(chǎn)生極其精確的正弦波的表示信號時(shí)，輸出頻率受時(shí)鐘速率限止。
間接式綜合器利用一個(gè)鎖定于振蕩器輸出的相鎖環(huán)。間接式頻率綜合器更普遍地用于高頻設(shè)計(jì)，因?yàn)榭梢詫Ω哳l振蕩器的輸出分頻至鎖相環(huán)工作范圍內(nèi)的頻率。


圖1是一張框圖，示出利用鎖相環(huán)的一種間接式頻率綜合器。能夠在整個(gè)所需頻率范圍內(nèi)調(diào)諧的VCO110(壓控振蕩器)用于提供LO(本振)輸出112。還把VCO110的輸出送至分頻器電路120的輸入端。分頻器電路120用÷N表示，這兒N表示分頻器的分頻比。分頻輸出供給相位檢測器130的第一輸入端。相位檢測的第二輸入端接至基準(zhǔn)振蕩器140的輸出。鎖相環(huán)調(diào)節(jié)VCO110的輸出，致使分頻器120的輸出與基準(zhǔn)振蕩器140的輸出相同。相位檢測器130根據(jù)兩個(gè)輸入信號之間的相位誤差提供一個(gè)輸出信號。在把相位檢測器130的輸出在提供給VCO110的頻率控制輸入端之前，通過低通濾波器(LPF)調(diào)節(jié)相位檢測器130的輸出。這樣，控制VCO110，將相位鎖定于基準(zhǔn)振蕩器140。能容易地從框圖中推斷出，分頻器的分頻比N值的遞增或遞減將導(dǎo)致等于基準(zhǔn)振蕩器140的頻率的LO輸出112的頻率變化。基準(zhǔn)振蕩器140的頻率決定LO的頻率步長大小。
如果頻率變化速率小于環(huán)路帶寬，則VCO110輸出中的頻率變化只能由鎖相環(huán)校正。鎖相環(huán)不能校正在頻率變化速率高于環(huán)路帶寬時(shí)發(fā)生的VCO頻率變化。鎖相環(huán)的標(biāo)定時(shí)間取決于初始的頻率偏移和環(huán)路帶寬。較寬的環(huán)路帶寬導(dǎo)致較快速的穩(wěn)定時(shí)間。具有良好的抗干擾度的VCO將減少頻率變化，因此減少了鎖相環(huán)的穩(wěn)定時(shí)間。所以，重要的是設(shè)計(jì)具有良好的抗干擾度，同時(shí)能保持頻率調(diào)諧特性的VCO。
VCO僅是一個(gè)可調(diào)諧的振蕩器。典型的振蕩器電路包括一個(gè)放大器和一個(gè)諧振電路，通常稱為諧振電路。合成的振蕩器有一個(gè)增益比單位增益高，而且其相位等于零的頻率輸出。諧振電路設(shè)置該振蕩頻率。在波特(Bode)圖中最容易看清這種相互關(guān)系。圖2A描述了一種典型振蕩器的波特圖。參考左邊的垂直軸，曲線210表示振蕩器的以分貝為單位的增益，而參考右邊的垂直軸，曲線220表示以度為單位的相位。如點(diǎn)230所指示，在振蕩器的增益為約14dB和相位為零時(shí)產(chǎn)生振蕩，所產(chǎn)生的振蕩頻率約為124MHz。
要制作VCO，諧振電路包括至少一個(gè)可變元件，在其中，可變元件的電抗是控制信號的函數(shù)，該控制信號通常是電壓電平，所以零相位的頻率，因而振蕩器的頻率也可變。當(dāng)要求在大頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)VCO時(shí)，可變元件也必須能夠在大頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)諧振電路。可能實(shí)行的能覆蓋大頻率范圍的可變諧振電路包括一種結(jié)合高靈敏可變元件的諧振電路或一種需要擴(kuò)展控制電壓范圍的揩振電路。因?yàn)榘碝Hz/伏測量的VCO增益變得非常高，所以第一替代電路存在一些問題。這將導(dǎo)致對相對較小的控制電壓變化引起較大的頻率變化，并使VCO對調(diào)諧線路引起的噪聲更加敏感。因?yàn)樗璧目刂齐妷悍秶浅４螅诙娲娐芬灿腥秉c(diǎn)。在移動電池供電的電子線路中，較大的控制電壓存在一個(gè)問題，所述電子線路具有有限的可用電源電壓范圍。
在必須支持特殊頻帶的應(yīng)用場合可以實(shí)施第三替代電路，將VCO設(shè)計(jì)成能覆蓋寬的調(diào)諧范圍。這種情況通常發(fā)生在雙波段無線電話的設(shè)計(jì)中。無線電話通常工作在蜂窩波段(發(fā)送波段824-849MHz，接收波段869-894MHz)和個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)波段(發(fā)送波段1850-1910MHz，接收波段1930-1990MHz)?？梢詫蝹€(gè)電話設(shè)計(jì)成能工作在蜂窩和PCS兩個(gè)波段。通常設(shè)計(jì)電話中的頻率規(guī)劃，使振蕩器的個(gè)數(shù)減小到最少，因此電話的成本也減到最小。然而，當(dāng)一個(gè)波段接著一個(gè)波段工作時(shí)(when operating in one band over theother)，即使是最明智的頻率規(guī)劃也需要不同的LO頻率。為了支持蜂窩和PCS兩個(gè)工作波段，選擇地切換振蕩器諧振電路中的元件。在振蕩器諧振電路中包含元件，用二極管開關(guān)切換。電路的工作頻率限止用作開關(guān)的二極管的特殊類型。當(dāng)開關(guān)在閉合位置時(shí)，二極管必須能攜帶變化的RF電流，同時(shí)維持最小電阻。當(dāng)開關(guān)處于斷開位置時(shí)，二極管必須能夠隔開RF電壓，同時(shí)維持高電阻。在RF頻率上通常將PIN二極管開關(guān)用作開關(guān)，雖然其他類型的二極管也可以用作開關(guān)。另外，不限制電路使用二極管開關(guān)。任何在閉合位置時(shí)能夠攜帶RF電流，而在斷開位置時(shí)能隔開RF的開關(guān)都能用在該電路中。
當(dāng)二極管開關(guān)正向偏置時(shí)，諧振電路內(nèi)的開關(guān)元件變成激活狀態(tài)。當(dāng)二極管開關(guān)反向偏置時(shí)，該元件在電氣上對諧振電路沒有作用。在諧振電路中切換元件極大地?cái)U(kuò)展了振蕩器的調(diào)諧范圍，而不需相應(yīng)地增加VCO增益。
諧振電路把振蕩器調(diào)諧到所需的工作頻率是不夠的。在給定的控制電壓電平上，要維持某一特定的輸出頻率，諧振電路的Q值也很重要。圖2B描述具有不同Q值的兩個(gè)諧振電路的相位響應(yīng)。較低的電路Q值產(chǎn)生更平緩的相位響應(yīng)，而較高的電路Q值產(chǎn)生較陡的相位響應(yīng)。需要較高電路Q值將輸出頻率上的小相位變化的影響減到最少。在曲線240中示出具有相對較低電路Q值的電路的相位響應(yīng)。曲線250描述具有較高電路Q值的電路。對于給定的相位變化，可看出在低電路Q值的電路中，更能斷定頻率的變化。對于給定的相位變化，在低Q值電路中的頻率變化f2的幅度大于高Q值電路中頻率變化f1的幅度。
可以得到將許多無線電話的功能集成進(jìn)單片IC中的專用集成電路?？梢缘玫綆缀鯇⑺行枰木C合器電路都集成在一片芯片中的頻率綜合器的IC芯片。通常，使用這些IC中之一的用戶除了IC芯片外，僅需要提供諧振電路，環(huán)路濾波器和基準(zhǔn)振蕩器以產(chǎn)生綜合的LO。把綜合器的其余元件，VCO的放大器部分，分頻器，和相位檢測器都集成在一片IC中。用戶提供產(chǎn)生所希望的輸出頻率所需的諧振電路。用戶也提供能產(chǎn)生所希望環(huán)路帶寬的低通濾波器設(shè)計(jì)。
雖然專用集成電路，簡化了在無線電話中LO的實(shí)行，但是無線電話工作環(huán)境存在必須考慮的額外的噪聲源。另外，無線電話中的成本和空間的限止抑制了可用的噪聲濾波方案。
根據(jù)移動電話設(shè)計(jì)所支持的特殊移動系統(tǒng)，移動電話的設(shè)計(jì)有極大的不同。(Specifications outlining mobile phone design)移動電話設(shè)計(jì)規(guī)格說明概要包括通信工業(yè)協(xié)會(TIA)/電子工業(yè)協(xié)會(EIA)的IS-95-B，“用于雙模擴(kuò)頻系統(tǒng)的移動站-基站兼容標(biāo)準(zhǔn)”，和TIA/EIA的IS-98-B，“用于雙模擴(kuò)頻蜂窩移動站的最低推薦性能標(biāo)準(zhǔn)”。覆蓋個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)波段的CDMA系統(tǒng)工作的規(guī)格說明是美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織(ANSI)的J-STD-008，“用于1.8至2.0GHZ碼分多址(CDMA)個(gè)人通信系統(tǒng)的個(gè)人站-基站兼容要求”。相類似，在ANSI J-STD-018，“用于1.8至2.0GHZ碼分多址(CDMA)個(gè)人站的推薦最低性能標(biāo)準(zhǔn)要求”，中規(guī)定電話，或個(gè)人站。另外，移動電話規(guī)格說明定義一些特征，當(dāng)在電話硬件中實(shí)行時(shí)，這些特征趨向于增加電話內(nèi)的噪聲源。
在諸如在IS-95和J-STD-008中規(guī)定的那些CDMA電話系統(tǒng)中應(yīng)用的一個(gè)有益特征是多個(gè)數(shù)據(jù)速率組。為了取得無線電話通信鏈路的可變特性的優(yōu)點(diǎn)，CDMA規(guī)格提供了以降低的速率傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)人們參于電話會談時(shí)，在大多時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)當(dāng)事人在講話。在減少的語言活動的時(shí)間周期期間，電話能夠減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率，從而導(dǎo)致較低的平均發(fā)送功率電平。
把從無線電話返回基站的通信鏈路稱為反向鏈路。在反向鏈路上，通過在會話活動較少的時(shí)間周期期間，將發(fā)射機(jī)關(guān)掉一小段時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)減少平均發(fā)送功率。在CDMA反向鏈路中，電話總是以全數(shù)據(jù)速率發(fā)送。然而當(dāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)允許以較低的數(shù)據(jù)速率工作，將數(shù)據(jù)重復(fù)許多次數(shù)。例如，當(dāng)電話以半數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，信息重復(fù)兩次，以使發(fā)送數(shù)據(jù)速率達(dá)到全數(shù)據(jù)速率。相類似，四分之一速率數(shù)據(jù)將重復(fù)四次以達(dá)到全數(shù)據(jù)速率。
為節(jié)省反向鏈路上的功率，將每個(gè)20ms數(shù)據(jù)幀再分成16個(gè)1.25ms時(shí)間組。當(dāng)電話正在以全數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，將發(fā)送一幀內(nèi)所有的16組數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)電話正在以減少的數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，只發(fā)送16組中的一部分。發(fā)送的組數(shù)等于數(shù)據(jù)速率的減少數(shù)。當(dāng)電話以半數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，就發(fā)送16組中的一半(8個(gè)時(shí)間組)。然而，注意，因?yàn)榘磾?shù)據(jù)速率減少的反比例重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)，所以沒有數(shù)據(jù)丟失。半速率數(shù)據(jù)要重復(fù)發(fā)送兩次，但只發(fā)送一半(8個(gè)時(shí)間組)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的多余部分就不發(fā)送了。相類似，八分之一速率的數(shù)據(jù)重復(fù)八次，但只發(fā)送八之一(2個(gè)時(shí)間組)的數(shù)據(jù)。
當(dāng)電話以減少的數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，電源接通以選擇發(fā)送路徑上的有效電路。當(dāng)不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，關(guān)掉該電路的電源。在發(fā)送所希望的數(shù)據(jù)組之前，又接通該電路的電源。電源的選通的作用是節(jié)省無線電話內(nèi)的電能。這導(dǎo)致按要求使電池的壽命更延長。
電源選通的不利影響是施加到電話電源的負(fù)載的突然變化。接通和切斷的RF發(fā)送路徑部分是電源的最大負(fù)載。因此在電源接通期間，電話電源遭受電源所經(jīng)歷的最大的負(fù)載變化。因?yàn)闆]有對負(fù)載變化不敏感的電源，電源的輸出將顯示出電壓波動，該波動按電源選通的發(fā)生速率。在電源線上的實(shí)際電壓波動是由電源選通引起的電源負(fù)載干擾，電源選通速率，和電源負(fù)載變化的函數(shù)。電源負(fù)載的變化與RF通信鏈路有關(guān)，電話正在與基站保持這個(gè)RF通信鏈路。當(dāng)電話正在以較高RF功率電平發(fā)送時(shí)，負(fù)載電流變化比電話以減低的RF功率電平發(fā)送時(shí)的電流變化要大。在反向鏈路上，在每數(shù)據(jù)幀使用的每1.25ms時(shí)間組上產(chǎn)生電源選通。這導(dǎo)致電源負(fù)載的變化明顯地帶有800Hz頻率成分。
所希望的是一種壓控振蕩器的設(shè)計(jì)，當(dāng)施加一個(gè)恒定的控制電壓時(shí)，該振蕩器能維持穩(wěn)定的輸出頻率。必須能切換VCO，使它可以在兩個(gè)截然不同的頻段上調(diào)諧。另外，VCO的輸出必須不易受電源噪聲的影響。特別是，當(dāng)在CDMA電話中實(shí)施VCO時(shí)，VCO的輸出必須不受由選通RF發(fā)送路徑引起的電源噪聲的影響。本發(fā)明的另一個(gè)目的是設(shè)計(jì)一種高Q值，低成本，元件數(shù)量少，元件開關(guān)的，不受噪聲影響的電路，用作VCO中的諧振電路。
發(fā)明摘要本發(fā)明是新穎的并經(jīng)改進(jìn)的多波段壓控振蕩(VCO)，具有強(qiáng)的抗干擾度。另外，本發(fā)明可看作為新穎的諧振電路配置，該配置含有開關(guān)元件，Q值高并不易受噪聲的影響。新穎諧振電路能與放大器或?qū)Ｓ眉呻娐芬黄饒?zhí)行，以構(gòu)成VCO，該VCO具有多波段覆蓋，對噪聲不敏感，和頻率穩(wěn)定的特性。
在第一實(shí)施例中，除電感外，諧振電路中的所有元件按平衡配置連接。第一和第二耦合電容器對揩振電路構(gòu)成正向和反向的平衡連接。用串接于開關(guān)電容器的電感，將第一和第二耦合電容器的輸出互連。第一調(diào)諧電容器將第一耦合電容器的輸出連接到第一個(gè)可變電容器。第二調(diào)諧電容器將第二耦合電容器的輸出連接到第二可變電容器。第一和第二可變電容器的另一端接在一起，由此相對于揩振電路的平衡連接維持一種平衡配置。一個(gè)二極管開關(guān)與開關(guān)電容器并連，這樣，當(dāng)二極管反向偏置時(shí)，開關(guān)電容器就連接到諧振電路。當(dāng)二極管開關(guān)正向偏置時(shí)，該開關(guān)電容器與諧振電路沒有電氣連接。
在第一實(shí)施例中，第一和第二調(diào)諧電容器用作為電壓控制可變電路。在第一實(shí)施例中，可變電路的電容值隨所用的控制電壓改變。阻抗隨所加的電壓變化的任何類型的可變電路都能用在諧振電路中，使諧振頻率能用控制電壓調(diào)諧。本發(fā)明中描述的較佳實(shí)施例利用可變電容器作為可變電路。
開關(guān)的操作使VCO的中心頻率在f1和f2兩個(gè)值之間移動。尤其，開關(guān)的動作使諧振電路的諧振頻率變化，因而，使VCO的中心頻率在f1和f2之間移動。
第一實(shí)施例具有最大的電路Q值的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)樵陔娐分兄挥靡粋€(gè)電感器。電感Q值限止達(dá)到高的電路Q值。消除電路中的大部分電感使電路Q值達(dá)到最大值。然而，電路對噪聲的不敏感程度不如第二實(shí)施例。
在第二實(shí)施例中，諧振電路中的所有元件按平衡配置連接。第一和第二耦合電容器構(gòu)成對諧振電路的正向和反向平衡連接，正如第一實(shí)例一樣。第一和第二耦合電容器的輸出連接至第一和第二電感器。第一和第二電感器各自連接到耦合電容器中之一和地。第一調(diào)諧電容器將第一耦合電容器的輸出端連接到第一可變電容器。第二調(diào)諧電容器將第二耦合電容器的輸出端連接到第二可變器的電容器。第一和第二可變電容器的另一端接在一起，由此相對于諧振電路的平衡連接維持一種平衡配置。如前所述的第二實(shí)施例相對于諧振電路的輸入是完全平衡的。開關(guān)電容器的一個(gè)接線端連接到第二個(gè)耦合電容器的輸出。開關(guān)電容器與二極管開關(guān)串聯(lián)連接，然后，該二極管開關(guān)連接于第一耦合電容器的輸出端。用與二極管開關(guān)串聯(lián)的開關(guān)電容器將第一耦合電容器的輸出端連接到第二耦合電容器的輸出端。該諧振電路不關(guān)心是否用連接于第二耦合電容器輸出端的二極管開關(guān)將開關(guān)電容器連接于第一耦合電容器輸出端，或是否調(diào)換開關(guān)電容器和二極管開關(guān)的位置。
操縱開關(guān)，使VCO的中心頻率在兩個(gè)值f1和f2之間移動。尤其，開關(guān)的動作使與諧振電路有關(guān)的電容發(fā)生變化，因此移動了諧振電路的諧振頻率，這樣使VCO的中心頻率從f1變到f2。
由于在高通濾波器在的一個(gè)附加電極，第二實(shí)施例也具有較大的抗干擾度。當(dāng)從輸入端看時(shí)，每個(gè)平衡輸入端實(shí)際上具有高通濾波器配置。這是由于耦合電容器的配置與電感器有關(guān)。這種高通濾波器有效地消除了感應(yīng)到諧振電路的大部分噪聲。消除了影響可變電容器的噪聲，因此消除了在諧振電路的操作上的感應(yīng)噪聲的影響。
附圖簡述從下面聯(lián)系附圖的詳細(xì)描述中可更清楚地認(rèn)識本發(fā)明的特征，目的，和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，相似的參考字符表示所有附圖中相應(yīng)的部件，其中圖1是綜合的本地振蕩器框圖；圖2A和2B是幅度和相位圖，表示振蕩器電路的特性；圖3是集成電路綜合振蕩器框圖；圖4是一張框圖，示出結(jié)合集成電路振蕩器的本發(fā)明第一實(shí)施例；及圖5是一張框圖，示出結(jié)合集成電路振蕩器的本發(fā)明第二實(shí)施例。
較佳實(shí)施例詳述圖3描述用在無線電話中使用的一種典型本地振蕩器的實(shí)施框圖。綜合振蕩器IC300包括鎖相環(huán)(PLL)302和配置成振蕩器304的放大器。為了能工作，綜合振蕩器IC300需要一個(gè)外部諧振電路和環(huán)路濾波器310。如應(yīng)用控制電壓可以對諧振電路調(diào)諧，則將振蕩器304配置成壓控振蕩器(VCO)。
諧振電路包括與電容網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接的電感器320。電容網(wǎng)絡(luò)利用分別按串聯(lián)連接的第一和第二可變電容器342和344。第一可變電容器342通過第一調(diào)諧電容器332連接到電感器320的第一側(cè)。第二可變電容器344通過第二調(diào)諧電容器334連接到電感320的第二邊。將第一可變電容器342與第二可變電容器344的相接點(diǎn)接到信號地。
在綜合振蕩器IC300內(nèi)的振蕩器304工作于諧振電路的頻率。振蕩器輸出的采樣信號引導(dǎo)到鎖相環(huán)(PLL)302。PLL302把振蕩器304的輸出信號的相位對基準(zhǔn)信號(未顯示)的相位進(jìn)行比較。產(chǎn)生的誤差信號通過環(huán)路濾波器310，然后施加到諧振電路。環(huán)路濾波器310的輸出通過第一和第二偏置電阻器352和354施加到可變電容器342和344。第一偏置電阻器352將環(huán)路濾波器310的輸出連接到可變電容器342與第一調(diào)諧電容器332相連接的端點(diǎn)。相似地，第二偏置電阻354用于將環(huán)路濾波器310的輸出連接到第二可變電容器344與第二調(diào)諧電容器334相連接的端點(diǎn)。可以用作變?nèi)荻O管實(shí)行第一可變電容器342和第二可變電容器344。環(huán)路濾波器310的輸出用于使變?nèi)荻O管反向偏置。變?nèi)荻O管根據(jù)所施加的反向偏置電平而改變它們的電容。因此，通過控制變?nèi)荻O管的反向偏置電壓，就能控制振蕩器的頻率。變化控制電壓的變化以維持PLL302內(nèi)的鎖相。
當(dāng)按圖3所示配置無線電話本振(LO)時(shí)，振蕩器304只能調(diào)諧于諧振電路的范圍。如果要求振蕩器304可調(diào)諧于寬頻率范圍，以使電話能覆蓋多個(gè)波段，諧振電路必須有調(diào)諧整個(gè)范圍的能力。可用兩種方法達(dá)到在寬頻率范圍上調(diào)諧圖3中的諧振電路。
第一種方法利用高靈敏度可變電容器342和344。當(dāng)使用高靈敏度可變電容器時(shí)，控制電壓范圍維持在最小值。然而，可變電容器的靈敏度使諧振電路易受電路引入噪聲的影響。在可變電容器偏置上引入的任何噪聲源，使電路的諧振頻率產(chǎn)生漂移。如果引入的噪聲率高于環(huán)路帶寬，則PLL302就不能校正誤差。
第二種方法利用具有擴(kuò)大的控制電壓范圍的低靈敏度的可變電容器。然而，對離開電池電源而工作的無線電話，擴(kuò)大的控制電壓范圍存在一個(gè)問題。因?yàn)殡姵毓┙o的電壓相對較低，控制電壓范圍的擴(kuò)大需要將可用電壓升高。電壓的升高是用DC-DC變換器來實(shí)行的。DC-DC變換器不能以100％的效率工作。在升高電壓變換過程中的損耗浪費(fèi)了電池的電能。使電池功耗降低到最少是無線電話最優(yōu)先考慮的事。另一個(gè)在無線電話中要最優(yōu)先考慮的事是使實(shí)際尺寸減少到最小。受這兩件最優(yōu)先考慮的設(shè)計(jì)的約束，阻止在無線電話中使用擴(kuò)大的控制電壓范圍。
一種替代的諧振電路配置，將開關(guān)元件集成進(jìn)諧振電路。工作于第一頻段時(shí)，使元件與諧振電路斷開，而工作于第二頻段時(shí)，將該元件接入諧振電路。
圖4中描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。LO配置利用與圖3中描述的相同的綜合振蕩器IC300和環(huán)路濾波器310。然而，圖4中的諧振電路配置不同于圖3所示的配置。圖4所示的諧振電路包括開關(guān)電容器414，該開關(guān)電容器能根據(jù)二極管開關(guān)420上的偏置接到電路，和與電路斷開。然而，圖4所示的諧振電路含有在圖3的諧振電路中沒有的附加元件。
圖4所示的電路結(jié)合第一和第二個(gè)耦合電容器402和404。這兩個(gè)耦合電容器將減少從振蕩器引腳到諧振電路的任何噪聲電平。使用每個(gè)耦合電容器的第一接線端將諧振電路連接到振蕩器304的相應(yīng)的接線端。把每個(gè)耦合電容器402和404的第二接線端連接到諧振電路剩余部分的相反端。第一耦合電容器402的第二接線端連接到與開關(guān)電容器414串聯(lián)的電感器410。不與電感器410相連的開關(guān)電容器414的接線端連接到第二耦合電容器404的第二接線端。
二極管開關(guān)420與開關(guān)電容器414并聯(lián)。二極管開關(guān)420的陽極連接到第二耦合電容器404的第二接線端，而二極管開關(guān)420的陰極連接到電感器410和開關(guān)電容器414的相接點(diǎn)。使用上拉電阻器462將二極管開關(guān)420的陽極上拉至電源電壓。在第一耦合電容器402和電感器410的相接點(diǎn)處是用于控制二極管開關(guān)420上的正向偏置電壓的一種電路。該電路包括連接到直流(DC)開關(guān)器466的下拉電阻464。當(dāng)DC開關(guān)閉合時(shí)，下拉電阻器464提供從電感器410到地的直流(DC)路徑。當(dāng)直流開關(guān)466斷開時(shí)，下拉電阻器464開路，沒有電流流過該電阻器。驅(qū)動與直流開關(guān)466相連的控制電阻器468的波段選擇信號控制直流開關(guān)466。并聯(lián)于開關(guān)電容器414的開關(guān)的實(shí)際配置是不嚴(yán)格的。僅描述了圖4所示的正向偏置二極管開關(guān)420，但不是對于能用于諧振電路的開關(guān)配置的限制。允許與開關(guān)電容器414并聯(lián)放置的任何兼容開關(guān)。
圖4諧振電路的其余部分的配置與圖3所示的很相似。第一調(diào)諧電容器432將第一耦合電容器402的第二接線端連接到第一可變電容器442。第二調(diào)諧電容器434將第二耦合電容器404的第二接線端連接到第二可變電容器444。兩個(gè)可變電容器442和444的接線端，與調(diào)諧電容器432和434相對的，連接在一起然后接地。通過偏置電阻器452和454將環(huán)路濾波器310輸出的控制電壓信號施加到每個(gè)可變電容器442和444。第一偏置電阻器452將環(huán)路濾波310輸出的控制電壓信號連接到第一可變電容器442和第一調(diào)諧電容器432的相接點(diǎn)。第二偏置電阻器454將環(huán)路濾波器310輸出的控制電壓信號連接到第二可變電容器444和第二調(diào)諧電容器434的相接點(diǎn)。當(dāng)由變?nèi)荻O管實(shí)行可變電容器442和444時(shí)，偏置電阻器452和454將控制電壓信號施加到變?nèi)荻O管，以實(shí)行反向偏置。在本發(fā)明實(shí)施例中，控制電壓變化范圍為0-3伏?？刂齐妷盒盘栍糜跒樵淖兓陀捎跍囟纫鸬淖兓{(diào)節(jié)本發(fā)明。
第一實(shí)施例的頻段切換能力如下所描述。當(dāng)直流開關(guān)466閉合時(shí)，二極管開關(guān)420正向偏置，并導(dǎo)通。當(dāng)二極管開關(guān)420導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)電容器414短路，電氣上對諧振電路不起作用。那末，諧振頻率f1由與電容調(diào)諧電路并聯(lián)的電感值確定。該電容調(diào)諧電路包括與可變電容器442和444相連的調(diào)諧電容器432和434。當(dāng)波段選擇信號控制直流開關(guān)466變成開路情況時(shí)，二極管開關(guān)420不再導(dǎo)通。
當(dāng)二極管開關(guān)420截止時(shí)，開關(guān)電容器414電氣連接到諧振電路。當(dāng)開關(guān)電容器414電氣上對諧振電路起作用時(shí)，電路的諧振頻率f2增加。因?yàn)殚_關(guān)電容器414似乎與電感410串聯(lián)，諧振頻率就增加了。串聯(lián)組合引起的電抗是每個(gè)電抗的總和。因?yàn)殡姼衅鞯碾娍古c電容器的電抗相反，該串聯(lián)組合引起的電小于兩個(gè)電抗中較大的電抗。選擇開頭電容器414的電抗，使其小于電感器410的電抗。這樣兩個(gè)元件的串聯(lián)組合具有的電抗與一個(gè)較小電感器的電抗相等。在諧振電路中的較小的電感器增加諧振頻率。
圖4所示的本發(fā)明第一實(shí)施例有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該實(shí)施例使電路Q值達(dá)到最大值。因?yàn)樵撾娐肥褂玫碾姼衅鱾€(gè)數(shù)最少，電路Q值達(dá)最大值。因?yàn)樵奈锢斫Y(jié)構(gòu)，電感器具有的Q值比電容器小，而體積比電容器大。通過增加和除去電感器實(shí)行波段切換的諧振電路具有的電路Q值比通過增加和除去電容器達(dá)到波段切換的諧振電路要小。通過電感器410和開關(guān)電容器414的串聯(lián)組合，也可使電路Q值達(dá)到最大值。因?yàn)槭褂么箅姼?10，帶有電感410和開關(guān)電容器414的串聯(lián)組合，電路的Q值也較高。因?yàn)閷㈦姼衅?10的Q值確定為XL/RL。大電感量提供較高的Q值。因?yàn)殡娙萘康姆旨壙梢员入姼蟹旨壐?xì)，用電容比電感也更容易以兩種工作頻率為中心。
第一實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)抗干擾度。在CDMA無線電話系統(tǒng)中降低速率傳輸期間，當(dāng)選通和切斷發(fā)送路徑上的電路電源以節(jié)省電能時(shí)，電源負(fù)載的突然改變導(dǎo)致電源輸出的波動。電源輸出上的波動將影響所有的激活元件。綜合振蕩器IC300也受電源波動的影響，在所有輸出線上顯示相應(yīng)的電壓紋波。在連接到諧振電路的接線端上將顯示電壓紋波，也顯示在環(huán)路濾波器310的控制電壓線上。
兩個(gè)耦合電容器402和404，有助于減少由振蕩器引腳在諧振電路上引入的任何噪聲。耦合電容器402和404提供額外電抗，用于減少最后到達(dá)可變電容器442和444上的電壓紋波電平。
諧振電路波段開關(guān)配置通過使VCO增益減到最小值來增強(qiáng)抗干擾性。VCO增益是VCO調(diào)諧靈敏度的量度，表示為Kv，并通常以MHz/V為單位進(jìn)行測量。波段開關(guān)配置通過限止諧振電路中可變電容器所需的電容器變化，使VCO增益減少到最小值。因?yàn)榍袚Q頻段所需的大標(biāo)量變化是通過包括開關(guān)電容器414而實(shí)行的，使電容范圍減小到最小值。因此，有限的電壓控制范圍能精確地控制兩波段中的振蕩器頻率，而無需增加Kv值。在第一實(shí)施例中，選擇L和C值，以使工作頻率f1和f2的Kv值幾乎相同。
圖5所示的本發(fā)明第二實(shí)施例，以電路Q值的較小的降低而提供更高水平的抗干擾度。第二實(shí)施例也利用波段開關(guān)諧振電路配置。第二實(shí)施例非常類似于第一實(shí)施例。
第二實(shí)施例結(jié)合有第一和第二耦合電容器502和504，作為諧振電路的輸入。綜合振蕩器IC300具有對外部諧振電路的一對平衡連接。第一耦合電容器502的第一接線端連接到綜合振蕩器IC300的正向諧振電路接口接點(diǎn)。第一耦合電容器的第二接線端連接到第一電感器512。第一電感512提供對地的電路通路。相似地，第二耦合電容器504的第一接線端連接到綜合振蕩器IC300的負(fù)向諧振電路接口接點(diǎn)。第二耦合電容器504的第二接線端連接到第二電感器514。第二電感器514提供對地的電路路徑。
與二極管開關(guān)520串聯(lián)的開關(guān)電容器522將第一耦合電容器502的第二接線端連接到第二耦合電容器504的第二接線端。二極管開關(guān)520的陽極串聯(lián)連接到開關(guān)電容器522。圖5示出開關(guān)電容器522連接到第二耦合電容器504的第二接線端，和二極管開關(guān)520的陰極連接到第一耦合電容器502第二接線端。然而，開關(guān)電容器522和二極管開關(guān)520的串聯(lián)連接可以倒換，而不影響電路工作。換句話說，二極管開關(guān)520的陰極連接到第二耦合電容器504的第二接線端，而開關(guān)電容器522連接到第一耦合電容器502的第二接線端，不會改變電路工作。
對偏置二極管開關(guān)520所需的電路包括上拉電阻器564。該電阻器的一端連接于二極管開關(guān)520的陽極，而另一端連接于直流開關(guān)566。在閉合情況下，直流開關(guān)566將上拉電阻器564連接到電源線。當(dāng)直流開關(guān)閉合時(shí)，直流電流沿到地的路徑流動，該路徑包括上拉電阻器564，正向偏置二極管開關(guān)520和第一電感器512。當(dāng)直流開關(guān)566處于斷開狀態(tài)時(shí)，上拉電阻器564也開路，沒有電流流過上拉電阻564。驅(qū)動連接到直流開關(guān)566控制端的控制電阻568的波段選擇信號控制直流開關(guān)566的工作。
諧振電路的其余部分按第一實(shí)施例中相同的方法配置。第一調(diào)諧電容器532將第一耦合電容器502的第二接線端連接到第一可變電容器542。第二調(diào)諧電容器534將第二耦合電容器504的第二接線端連接到第二可變電容器544。兩個(gè)可變電容器542和544與諧振電容器532和534相反的接線端連接在一起，然后接地。環(huán)路濾波器310輸出的控制電壓信號通過偏置電阻器552和554施加到可變電容器542和544的每一個(gè)。第一偏置電阻器552將環(huán)路濾波器310輸出的控制電壓信號連接到第一可變電容器542和第一調(diào)諧電容器532的相接點(diǎn)。第二偏置電阻器554將環(huán)路濾波器310輸出的控制電壓信號連接到第二可變電容器544和第二調(diào)諧電容器534的相接點(diǎn)。當(dāng)由變?nèi)荻O管實(shí)行可變電容器542和544時(shí)。偏置電阻器552和554將控制電壓信號施加到可變電容器，以反向偏置可變電容器。在本實(shí)施例中，控制電壓可以從0-3伏變化。使用控制電壓信號，為元件變化和溫度引起的變化而調(diào)節(jié)本發(fā)明。
本發(fā)明第二實(shí)施例也實(shí)行波段開關(guān)振蕩器。當(dāng)二極管開關(guān)520正向偏置時(shí)，開關(guān)電容器522電氣地連接到諧振電路。在諧振電路中，開關(guān)電容器呈現(xiàn)(appears)并聯(lián)于電容網(wǎng)絡(luò)，該電容網(wǎng)絡(luò)包括調(diào)諧電容器532和534和可變電容器542和544。這樣，開關(guān)電容器522增加了諧振電路中的電容值。其作用是將諧振電路的諧振頻率降低至f1。當(dāng)二極管斷開時(shí)，電路工作于較高的諧振頻率f2。第二實(shí)施例中的諧振電路通過利用波段開關(guān)諧振電路而提供兩個(gè)振蕩器波段的覆蓋而維持低Kv值，VCO增益。
第二實(shí)施例諧振電路的主要優(yōu)點(diǎn)與抗干擾度有關(guān)。如同第一實(shí)施例的情況，第二實(shí)施例比未利用波段開關(guān)配置的寬帶振蕩器提供更強(qiáng)的抗干擾度。在波段開關(guān)振蕩器中，低Kv值，VCO增益，使波段開關(guān)振蕩器對在控制電壓線上引入噪聲的靈敏性較低。雖然環(huán)路濾波器310將消除在控制電壓線上引入的大部分噪聲，但是并不能除去所有的噪聲。寬帶振蕩器的控制電壓線上的等效的電壓紋將導(dǎo)致較大的頻率偏差，然后，在寬帶開關(guān)振蕩器控制電壓線上引起相同的電壓波動。為波段開關(guān)設(shè)計(jì)的抗干擾度的改進(jìn)是兩個(gè)振蕩器設(shè)計(jì)的VCO增益的比率。
諧振電路的全平衡設(shè)計(jì)也增強(qiáng)對諧振電路輸入端引入的噪聲的抗擾性。當(dāng)從任一輸入端看，諧振電路配置成高通濾波器。串聯(lián)耦合電容器502和504與第一或第二電感器，512或514，并聯(lián)連接的組合形成兩極高通濾波器。高通濾波器配置特別有助于消除從綜合振蕩器IC300來的噪聲。從綜合振蕩器IC300來的特殊噪聲源可歸因于電源電壓的波動。該電壓波動相應(yīng)于發(fā)送信號路徑中激活器件的功率循環(huán)。當(dāng)CDMA無線電話以減少的數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，在發(fā)送信號路徑中產(chǎn)生激活器件的功率循環(huán)。當(dāng)碼分多址(CDMA)電話按減少的數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，僅發(fā)送許多重復(fù)數(shù)據(jù)周期中的一份拷貝。這不僅節(jié)省電話中的電能，而且也減少從電話發(fā)送的平均RF功率。減少的平均電話RF發(fā)送功率導(dǎo)致降低對工作在相同波段的其他電話的干擾。發(fā)送功率循環(huán)引起的功率噪聲帶有明顯的800Hz頻率成分。電源噪聲經(jīng)綜合振蕩器IC300接口連接引入諧振電路。結(jié)合在諧振電路設(shè)計(jì)中的高通濾波器消除從可變電容器542和544來的噪聲。結(jié)果是諧振電路不受從綜合振蕩器IC300引入的噪聲的影響，因?yàn)樵谥C振電路中，其他元件不受電壓變化的影響。然后，因?yàn)橹C振電路不受噪聲影響，所以振蕩器304的輸出顯示較好的相位噪聲。
本發(fā)明提供具有大多數(shù)所希望的特性的振蕩器。諧振電路的高Q值保證振蕩器對給定的控制電壓維持穩(wěn)定的工作頻率。波段開關(guān)設(shè)計(jì)允許振蕩器覆蓋多頻段，同時(shí)維持低的VCO增益值。通過使VCO輸出對控制電壓線上的噪聲不靈敏來改善振蕩器輸出的相位噪聲。最重要地，該諧振電路設(shè)計(jì)明顯地不受引入噪聲的影響。從激活的振蕩器電路，例如綜合振蕩器IC，引進(jìn)到諧振電路上的噪聲，在影響諧振電路內(nèi)的可調(diào)元件之前，已在諧振電路中經(jīng)過濾波。通過將諧振電路元件設(shè)置到高通配置中，構(gòu)成該濾波器。因此，構(gòu)成諧振電路的元件，同時(shí)用于濾掉任何噪聲。結(jié)果是不管振蕩器電路的工作環(huán)境噪聲，均有干凈的振蕩器輸出。
通過先前提供的較佳實(shí)施的描述，技術(shù)熟練人員能夠制造或使用本發(fā)明。對技術(shù)熟練人員已非常明白對這些實(shí)施例的各種修改，并且這兒定義的一般原理可應(yīng)于其他實(shí)施例，而不需要有發(fā)明能力。這樣，不傾向于把本發(fā)明限止這兒所示的實(shí)施例，而是傾向符合與這兒公布的原理和新穎功能一致的最廣泛范圍。
權(quán)利要求
1.一種電壓控制振蕩器(VCO)，其特征在于，該振蕩器包括一個(gè)放大器；及一種諧振電路，連接到所述放大器，用于把所述振蕩器調(diào)諧至所希望的工作頻率，所述諧振電路包括一個(gè)可變電路，其阻抗由控制電壓確定；及一個(gè)低頻衰減濾波器，位于諧振電路的輸入端和所述可變電路之間。
2.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述低頻衰減濾波器是一種高通濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述低頻衰減濾波器是一種帶通濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述諧振電路按平衡電路配置。
5.如權(quán)利要求4所述的VCO，其特征在于，所述諧振電路進(jìn)一步包括第二低頻衰減濾波器，該濾波器位于第二輸入端和所述可變電路之間。
6.如權(quán)利要求5所述的VCO，其特征在于，所述諧振電路進(jìn)一步包括一個(gè)開關(guān)和一個(gè)開關(guān)元件，用于對所述振蕩器的工作頻率再調(diào)諧。
7.如權(quán)利要求6所述的VCO，其特征在于，所述開關(guān)元件是電容器。
8.如權(quán)利要求5所述的VCO，其特征在于，所述開關(guān)元件是二極管開關(guān)。
9.如權(quán)利要求8所述的VCO，其特征在于，所述開關(guān)元件是電容。
10.如權(quán)利要求1所述的VCO，其特征在于，所述諧振電路進(jìn)一步包括一個(gè)開關(guān)和一個(gè)開關(guān)元件，用于對所述振蕩器工作頻率再調(diào)諧。
11.如權(quán)利要求10所述的VCO，其特征在于，所述諧振電路進(jìn)一步包括一個(gè)電感器和開關(guān)元件與所述電感器并聯(lián)連接。
12.如權(quán)利要求10所述的VCO，其特征在于，所述諧振電路進(jìn)一步包括一個(gè)電感器以及當(dāng)所述開關(guān)開路時(shí)，開關(guān)元件與所述電感器串聯(lián)連接。
13.一種用于增強(qiáng)壓控振蕩器(VCO)抗干擾度的方法，其特征在于，該方法包括用一種可變電路和一個(gè)低頻衰減濾波器實(shí)行一種諧振電路，所述低頻衰減濾波器位于所述諧振電路的輸入端和所述可變電路之間；及將所述諧振電路連接到一個(gè)放大器。
14.一種能在每個(gè)波段內(nèi)調(diào)諧諧振頻率范圍的多波段諧振電路，其特征在于，該電路包括一個(gè)電感器；一個(gè)開關(guān)電容器，與所述電感串聯(lián)連接；一個(gè)可變電路，其阻抗由控制電壓確定；第一調(diào)諧電容器，將所述電感和所述開關(guān)電容器的串聯(lián)組合的第一接線端連接到所述可變電路的第一接線端；第二調(diào)諧電容器，將所述電感器和所述開關(guān)電容器串聯(lián)組合的第二接線端連接到所述可變電路的第二接線端；第一耦合電容器，連接到第一調(diào)諧電容器和所述電感器的相接點(diǎn)；第二耦合電容器，連接到第二調(diào)諧電容器和所述開關(guān)電容器的相接點(diǎn)；一個(gè)開關(guān)，并聯(lián)連接到所述開關(guān)電容器，以選擇地提供所述開關(guān)電容器兩端的短路連接，因此，電氣上將該開關(guān)電容器從所述諧振電路中除去。
15.一種能在每個(gè)波段內(nèi)調(diào)諧諧振頻率范圍的多波段諧振電路，其特征在于，該電路包括一個(gè)電感器；第一耦合電容器，連接到所述電感器的第一接線端；第二耦合電容器，連接到所述電感器的第二接線端；一個(gè)開關(guān)電容器；一個(gè)開關(guān)，與所述開關(guān)電容器串聯(lián)連接，其中所述開關(guān)和所述開關(guān)電容器的串聯(lián)組合并聯(lián)地連接到所述電感器；一種可變電路，其阻抗由控制電壓確定；第一調(diào)諧電容器，將所述電感器的第一接線端連接到所述可變電路的第一接線端；及第二調(diào)諧電容器，將所述電感器的第二接線端連接到所述可變電路的第二接線端；其中，當(dāng)所述開關(guān)接通時(shí)，所述開關(guān)電容器對所述諧振電路的所述諧振頻率起作用，而當(dāng)所述開關(guān)斷開時(shí)，所述開關(guān)電容器對所述諧振電路的所述諧振頻率不起作用。
全文摘要
一種RF電壓控制振蕩(VCO)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)改善了電源的抗干擾性。尤其，VCO諧振電路能提供高電路Q值，較強(qiáng)的抗干擾度，以及可調(diào)諧于多個(gè)不同的波段。該諧振電路與集成電路振蕩器一起執(zhí)行，該振蕩器需要一種調(diào)諧電路來確定工作頻率。當(dāng)該集成電路振蕩器用作無線電話內(nèi)的本地振蕩器(LO)時(shí)，該振蕩器受許多電源噪聲源的影響。在碼分多址(CDMA)無線電話系統(tǒng)中，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)速率循環(huán)地接通和斷開RF發(fā)送路徑部分的電源。本發(fā)明提供一種對噪聲具有較強(qiáng)抗干擾性的振蕩器，所述噪聲是指由于電源的循環(huán)而在電源中引入的噪聲。
文檔編號H03L7/187GK1399814SQ00813695
公開日2003年2月26日 申請日期2000年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月2日
發(fā)明者P·H·西伊 申請人:高通股份有限公司