本發(fā)明涉及射頻技術(shù)，具體是基于復(fù)合型諧振器的壓控振蕩器。

背景技術(shù)：

壓控振蕩器是射頻微波器件中的關(guān)鍵部件之一，其通常包括負(fù)阻振蕩電路和諧振器，其中，諧振器包括電感及與電感串聯(lián)的電容，電感相對連接電容端的另一端與負(fù)阻振蕩電路連接，電容相對連接電感端的另一端接地?，F(xiàn)有壓控振蕩器應(yīng)用時，由于諧振器的品質(zhì)因數(shù)(Q值，即為諧振器的中心頻率與諧振器帶寬的比值)隨調(diào)諧頻率的升高而降低，其相位噪聲也往往隨著調(diào)諧頻率的升高而惡化，如何使得壓控振蕩器獲得高的輸出調(diào)諧頻率同時保持低的相位噪聲，這成為目前人們普遍關(guān)注的問題，然而，現(xiàn)有沒有相應(yīng)的器件，也未見相關(guān)的報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種相位噪聲不隨調(diào)諧頻率的升高而變差的基于復(fù)合型諧振器的壓控振蕩器。

本發(fā)明解決上述問題主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：基于復(fù)合型諧振器的壓控振蕩器，包括復(fù)合型諧振器和負(fù)阻振蕩電路，所述復(fù)合型諧振器包括第一LC串聯(lián)諧振支路、第二LC串聯(lián)諧振支路及第三LC串聯(lián)諧振支路，所述第一LC串聯(lián)諧振支路與第二LC串聯(lián)諧振支路形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)一端接地，另一端與第三LC串聯(lián)諧振支路連接，所述第三LC串聯(lián)諧振支路另一端與負(fù)阻振蕩電路連接；所述第一LC串聯(lián)諧振支路的諧振頻率低于第二LC串聯(lián)諧振支路的諧振頻率。本發(fā)明應(yīng)用時，產(chǎn)生相對較低調(diào)諧頻率信號時該信號主要沿第一LC串聯(lián)諧振支路流通，當(dāng)調(diào)諧信號頻率升高的情況下，越來越多的信號分量會沿第二LC串聯(lián)諧振支路流通。

為了增加本發(fā)明的頻率調(diào)諧范圍，進(jìn)一步的，所述第一LC串聯(lián)諧振支路采用多級LC串聯(lián)諧振單元級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，每一級LC串聯(lián)諧振單元由一個電容和一個固定電感串聯(lián)構(gòu)成。所述第二LC串聯(lián)諧振支路采用多級LC串聯(lián)諧振單元級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，每一級LC串聯(lián)諧振單元由一個電容和一個固定電感串聯(lián)構(gòu)成。第一LC串聯(lián)諧振支路和/或第二LC串聯(lián)諧振支路采用多級LC串聯(lián)諧振單元級聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：高頻信號電壓可以分布在每一級串聯(lián)諧振單元上，有效降低每一級諧振單元上的高頻信號電壓。當(dāng)LC串聯(lián)諧振單元采用到非線性可變電容時，可以有效減輕非線性可變電容對壓控振蕩器信號的非線性調(diào)制作用，從而防止相位噪聲惡化。

進(jìn)一步的，所述第一LC串聯(lián)諧振支路和第二LC串聯(lián)諧振支路中的電容采用固定電容、變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容、背對背式的變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容、開關(guān)控制構(gòu)成的開關(guān)電容、以及由一個固定電容與一個可變電容并聯(lián)形成的可變電容中的任意一種。

進(jìn)一步的，所述第一LC串聯(lián)諧振支路中的電容采用變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容，所述第二LC串聯(lián)諧振支路中的電容采用固定電容。固定電容和變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容兩者的品質(zhì)因數(shù)(Q值)都會隨著頻率的升高而降低，因此基于傳統(tǒng)LC諧振器的壓控振蕩器的相位噪聲往往隨著調(diào)諧頻率的升高而惡化。又因固定電容的品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容的品質(zhì)因數(shù)，為了提供必要的調(diào)諧帶寬，第一條串聯(lián)諧振支路上的電容采用變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容，第二LC串聯(lián)諧振支路中的電容采用固定電容，第一條串聯(lián)諧振支路的諧振頻率相對第二條串聯(lián)諧振支路的諧振頻率更低，因此在產(chǎn)生較低調(diào)諧頻率時，復(fù)合型諧振器總體Q值由第一條串聯(lián)諧振支路主導(dǎo)，在產(chǎn)生較高調(diào)諧頻率時，第二條串聯(lián)諧振支路對復(fù)合型諧振器總體Q值的貢獻(xiàn)增加。第二LC串聯(lián)諧振支路中的電容采用固定電容，就有效的降低了諧振器整體Q值隨調(diào)諧頻率升高而惡化的情況，從而能有效解決了壓控振蕩器相位噪聲隨調(diào)諧頻率升高而惡化這一技術(shù)難點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述負(fù)阻振蕩電路包括第一NPN三極管、第四電容、第五電容、第三電阻及第五電感，所述第四電容兩端分別與第一NPN三極管基極和發(fā)射極連接，第一NPN三極管集電極外接電源，所述第三電阻兩端分別與第一NPN三極管發(fā)射極和第五電感連接，所述第五電感相對連接第三電阻端的另一端接地，所述第五電容一端連接在第四電容與第一NPN三極管發(fā)射極之間的線路上，其另一端接地；所述第三LC串聯(lián)諧振支路連接負(fù)阻振蕩電路的一端與第一NPN三極管的基極連接。本發(fā)明的負(fù)阻振蕩電路為有源增益器件(第一NPN三極管)和兩個電容(第四電容和第五電容)構(gòu)成的分壓器，第四電容兩端的電壓提供反饋，第五電感為第一NPN三極管的負(fù)反饋電感。

本發(fā)明的復(fù)合型諧振器在工作頻率范圍內(nèi)整體呈電感特性，等效為L_tot，L_tot和串聯(lián)組合的第四電容與第五電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路決定了本發(fā)明的的頻率。最終的振蕩頻率f₀約為復(fù)合型諧振器產(chǎn)生的等效電感(L_tot)與兩個電容器第四電容、第五電容組合的諧振頻率，其計算公式為：

本發(fā)明應(yīng)用時，通過對第四電容與第五電容的取值可以靈活的控制電路電壓反饋的大小及負(fù)阻大小。

進(jìn)一步的，所述負(fù)阻振蕩電路還包括第一電阻、第二電阻及第四電感，所述第四電感一端連接在第三LC串聯(lián)諧振支路與第一NPN三極管基極之間的線路上，其另一端與第一電阻連接，所述第一電阻相對連接第四電感端的另一端外接電源；所述第二電阻一端連接在第一電阻與第四電感之間的線路上，其另一端接地。其中，第一電阻和第二電阻為直流偏置電阻，為第一NPN三極管提供正常工作的直流偏置，第四電感為諧振電路同直流偏置之間的隔離電感，在射頻條件下視為隔離，在直流條件下視為導(dǎo)通。

進(jìn)一步的，所述負(fù)阻振蕩電路還包括第六電容，所述第六電容一端連接在第一NPN三極管集電極與電源之間的線路上，其另一端接地。其中，第六電容作為去耦合電容，用于濾出外接電壓源引入的噪聲。

壓控振蕩器，采用兩個上述的壓控振蕩器構(gòu)成推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)，該推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)的輸出端連接一緩沖放大器或倍頻器。本發(fā)明的推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)包括兩個完全相同的單端壓控振蕩器，具有結(jié)構(gòu)上的對稱性，緩沖放大器或倍頻器的輸出端為推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)射頻信號的輸出。由于具有平衡結(jié)構(gòu)，諧振器的對稱中心線位置具有對奇次諧波的抑制作用，可視為奇次諧波(包含基波)的虛擬地。該對稱中心線位置上同時含有豐富的二次諧波分量，可用作二次倍頻信號的輸出點(diǎn)。

壓控振蕩器，采用兩個上述的壓控振蕩器構(gòu)成差動式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)。

綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單，使用元器件少，便于實(shí)現(xiàn)，成本低，其應(yīng)用時在產(chǎn)生相對較低調(diào)諧頻率信號的情況下，調(diào)諧信號主要沿第一LC串聯(lián)諧振支路流通，在產(chǎn)生相對較高調(diào)諧頻率信號的情況下，更多的調(diào)諧信號分量會沿Q值相對于第一LC串聯(lián)諧振支路更高的第二LC串聯(lián)諧振支路流通，如此，能避免相位噪聲隨調(diào)諧頻率的升高而變差。

(2)本發(fā)明應(yīng)用時可采用兩個完全相同的單端壓控振蕩器構(gòu)成推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)，可以將相位噪聲系數(shù)性能和最高工作頻率提高一倍，如此，使本發(fā)明應(yīng)用時能進(jìn)一步降低相位噪聲。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明一個具體實(shí)施例中壓控振蕩器的電路圖；

圖2為本發(fā)明另一個具體實(shí)施例中壓控振蕩器的電路圖；

圖3為采用圖1中單端壓控振蕩器構(gòu)成的推挽式壓控振蕩器。

附圖中標(biāo)記所對應(yīng)的零部件名稱：L1、第一電感，L2、第二電感，L3、第三電感，L4、第四電感，L5、第五電感，C1、第一電容，C2、第二電容，C3、第三電容，C4、第四電容，C5、第五電容，C6、第六電容，R1、第一電阻，R2、第二電阻，R3、第三電阻，Q1、第一NPN三極管，A1、緩沖放大器。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

如圖1所示，基于復(fù)合型諧振器的壓控振蕩器，包括復(fù)合型諧振器和負(fù)阻振蕩電路，其中，復(fù)合型諧振器包括第一LC串聯(lián)諧振支路、第二LC串聯(lián)諧振支路及第三LC串聯(lián)諧振支路，第一LC串聯(lián)諧振支路與第二LC串聯(lián)諧振支路形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)一端接地，另一端與第三LC串聯(lián)諧振支路連接，第三LC串聯(lián)諧振支路相對連接第一LC串聯(lián)諧振支路與第二LC串聯(lián)諧振支路形成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)端的另一端與負(fù)阻振蕩電路連接。本實(shí)施例中第一LC串聯(lián)諧振支路包括串聯(lián)的第一電感L1和第一電容C1，第二LC串聯(lián)諧振支路包括串聯(lián)的第二電感L2和第二電容C2，第三LC串聯(lián)諧振支路包括串聯(lián)第三電感L3和第三電容C3，其中，第一電感L1的電感值大于第二電感L2的電感值，第一電容C1的電容值大于第二電容C2的電容值，如此，使得本實(shí)施例的第一LC串聯(lián)諧振支路的諧振頻率低于第二LC串聯(lián)諧振支路的諧振頻率。本實(shí)施例在具體設(shè)置時，第一LC串聯(lián)諧振支路中的第一電容C1和第二LC串聯(lián)諧振支路中的第二電容C2采用固定電容、變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容、背對背式的變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容、開關(guān)控制構(gòu)成的開關(guān)電容、以及由一個固定電容與一個可變電容并聯(lián)形成的可變電容中的任意一種。其中，第一電容C1優(yōu)選采用品質(zhì)因數(shù)較低的變?nèi)荻O管構(gòu)成的可變電容，則第一LC串聯(lián)諧振支路的諧振頻率為一個可變諧振頻率范圍；第二電容C2優(yōu)選采用品質(zhì)因數(shù)較高的固定電容，則第二LC串聯(lián)諧振支路的諧振頻率為一固定頻率，該固定諧振頻率應(yīng)高于第一LC串聯(lián)諧振支路的整個可變諧振頻率范圍。如此，能有效的減輕了諧振器的整體品質(zhì)因數(shù)隨高調(diào)諧頻率而惡化的情況。

本實(shí)施例可以通過對第三LC串聯(lián)諧振支路中的第三電感L3、第三電容C3的取值選取來控制壓控振蕩器的調(diào)諧頻率，第三電容C3可以是一個固定電容，或由一個固定電容及一個可變電容串聯(lián)組成，第三電容C3優(yōu)選采用Q值相對于可變電容更高的固定電容。第三電容C3取值通常大于第一電容C1和第二電容C2的取值，這樣相較于第三串聯(lián)諧振支路，第一串聯(lián)諧振支路和第二串聯(lián)諧振支路對于決定壓控振蕩器的中心頻率及頻率調(diào)諧范圍起更主導(dǎo)作用。

本實(shí)施例在具體應(yīng)用時，可采用兩個上述的單端壓控振蕩器構(gòu)成推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)或差動式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)，其中，本實(shí)施例構(gòu)成推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)時，推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)的輸出端連接一緩沖放大器或倍頻器。本實(shí)施例的單芯片襯底可采用基于砷化鎵或基于硅的材料。

實(shí)施例2：

為了增加諧振器的頻率調(diào)諧范圍，本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上做出了如下進(jìn)一步限定：本實(shí)施例的第一LC串聯(lián)諧振支路和第二LC串聯(lián)諧振支路均采用多級LC串聯(lián)諧振單元級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，每一級LC串聯(lián)諧振單元由一個電容和一個固定電感串聯(lián)構(gòu)成。圖2所示的第一LC串聯(lián)諧振支路和第二LC串聯(lián)諧振支路均采用二級級聯(lián)結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上做出了如下進(jìn)一步限定：本實(shí)施例的負(fù)阻振蕩電路包括第一NPN三極管Q1、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第三電阻R3及第五電感L5，其中，第四電容C4兩端分別與第一NPN三極管Q1基極和發(fā)射極連接，第一NPN三極管Q1集電極外接電源VCC，第三電阻R3兩端分別與第一NPN三極管Q1發(fā)射極和第五電感L5連接，第五電感L5相對連接第三電阻R3端的另一端接地，第五電容C5一端連接在第四電容C4與第一NPN三極管Q1發(fā)射極之間的線路上，其另一端接地，第三LC串聯(lián)諧振支路連接負(fù)阻振蕩電路的一端與第一NPN三極管Q1的基極連接。第六電容C6一端連接在第一NPN三極管Q1集電極與電源VCC之間的線路上，其另一端接地。

如圖3所示，采用本實(shí)施例的單端壓控振蕩器構(gòu)成推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)，其輸出端連接一緩沖放大器A1，緩沖放大器A1的同相輸入端連接于一個單端壓控振蕩器中第三電阻R3與第五電感L5之間的線路上，緩沖放大器A1的反相輸入端連接于另一個單端壓控振蕩器中第三電阻R3與第五電感L5之間的線路上。其中，推挽式壓控振蕩器結(jié)構(gòu)中兩個第一電容C1之間、兩個第二電容C2之間、以及兩個第五電容C5之間為抑制奇次諧波的虛擬地，三個虛擬地可相互獨(dú)立，也可相互連接。

本實(shí)施例應(yīng)用時，差分信號由第三電阻R3與第五電感L5之間接出，經(jīng)緩沖放大器A1放大后由緩沖放大器A1的輸出端輸出。本實(shí)施例的第三LC串聯(lián)諧振支路的第三電容C3還可以起到隔離負(fù)阻振蕩電路中第一NPN三極管Q1的基極偏置電壓的作用，防止該直流偏置電壓對第一LC串聯(lián)諧振支路及第二LC串聯(lián)諧振支路產(chǎn)生影響。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上做出了如下進(jìn)一步限定：本實(shí)施例的負(fù)阻振蕩電路還包括第一電阻R1、第二電阻R2及第四電感L4，其中，第四電感L4一端連接在第三LC串聯(lián)諧振支路與第一NPN三極管Q1基極之間的線路上，其另一端與第一電阻R1連接，第一電阻R1相對連接第四電感L4端的另一端外接電源VCC。本實(shí)施例的第二電阻R2一端連接在第一電阻R1與第四電感L4之間的線路上，其另一端接地。

以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。