專利名稱：頻率發(fā)生器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含有一個參量分頻器的頻率發(fā)生器電路。
背景技術(shù)：
應(yīng)用于鎖相環(huán)路(PLL)中的振蕩器往往需要一個分頻器部分，以將輸入頻率減小至能夠由鑒相器處理的一個頻率值上。工作于參量原理上的一個分頻器的例子在1996年10月31日公開的德國專利DE19529529中有描述，它是Robert Bosch(股份有限)公司提出的，并示明于

圖1中。圖1上，關(guān)鍵元件是變?nèi)荻O管10，它起一個非線性電抗的作用。二極管10的上游有一個輸入濾波器11，它是一個高通濾波器，調(diào)諧于輸入信號E的頻率上，它又起阻抗變換器的作用，使電路輸入端上的線路阻抗與二極管10的低輸入阻抗相匹配。二極管10的下游有一個輸出濾波器12，它是一個低通濾波器，調(diào)諧于輸出信號A的分頻頻率上，它又起一個阻抗變換器的作用，其匹配作用與輸入濾波器11的意義相反。二極管10的偏置網(wǎng)絡(luò)中包含一個L-C電路13，偏置電壓UV通過該網(wǎng)絡(luò)饋至二極管10上。電阻R給出阻尼作用，所以能量并未由L-C網(wǎng)絡(luò)吸收，在那里不會發(fā)生不希望的振蕩。
變?nèi)荻O管10具有的電容-電壓特性由下面的表達(dá)式給出C=C0(1+Uφ)γ]]>式中，U為二極管上施加的電壓，C0為U＝0時的二極管電容量，φ為二極管的內(nèi)部接觸壓降(忽略串接損耗電阻)，γ是各二極管10的物理特性所確定的一個指數(shù)。為了確保二極管10工作在參量狀態(tài)下，不消耗不適當(dāng)?shù)募罟β剩O管10需在其電容-電壓特性曲線的至少一部分上具有大的γ值。圖2上示明了γ值與所施加電壓U之間一種典型的γ特性曲線。在此特定的場合下，對二極管10加上偏置，使它工作在由電壓值UV所確定的區(qū)域內(nèi)，而在該UV電壓點上的γ值最大。
雖然，此已知電路例如能夠在很低的相位噪聲下提供出分頻功能，但考慮到它還必須結(jié)合以具有某種形式的附加的頻率調(diào)節(jié)裝置，這將會涉及許多開支問題。
發(fā)明概述按照本發(fā)明，提供出一種如權(quán)利要求1中述及的頻率發(fā)生器電路。該電路的其它有利的實現(xiàn)法給出在權(quán)利要求書的其它從屬權(quán)項中。
附圖簡述現(xiàn)在，參考附圖，通過例子來說明本發(fā)明的實施例。附圖中圖1是一種先有技術(shù)分頻器布置的電路圖；圖2的曲線示明典型變?nèi)荻O管的γ值與電壓值間的變化關(guān)系；圖3示明按照本發(fā)明之振蕩器電路的第一實施例；圖4是適合應(yīng)用于本發(fā)明中的一種變?nèi)荻O管的γ值與偏壓間的曲線圖；圖5、6、7和8示明按照本發(fā)明之振蕩器電路第二實施例的第一、第二、第三和第四實現(xiàn)法。
參考圖3，它示明本發(fā)明的第一實施例，其中，由陶瓷圓片構(gòu)成的一個介質(zhì)諧振器20的一個側(cè)面上有微帶21，該微帶21的一端有一個振蕩器裝置22，例如是所示明的一個FET管或者一個單片集成振蕩器電路，微帶21的另一端通過一個匹配阻抗23接地，而介質(zhì)諧振器20的另一側(cè)面上有第二個微帶24，其一端通過變?nèi)荻O管25終接到地，其另一端未終接，但可由存在的微調(diào)布置27作出微調(diào)。如圖所示，微調(diào)布置27中可包含一串由細(xì)導(dǎo)線連接起來的線條部分，或是包含一個連續(xù)部分，它由可方便地用激光修整的濺射鍍金薄膜組成；與之不同，微帶24的其余部分有厚得多的電鍍鍍金層。偏壓UDC通過L-C偏置網(wǎng)絡(luò)26作用到變?nèi)荻O管25上。振蕩器晶體管22依靠其具有一個正的反射系數(shù)|S11|＞1而工作在負(fù)電阻狀態(tài)下。
該電路中，變?nèi)荻O管25的作用不僅是一個參量分頻器，而且是振蕩器布置20、21、22的一個頻率調(diào)節(jié)元件；作為參量分頻器，它需要加上偏置，象圖1中的情況那樣使其工作在γ值最大或適當(dāng)?shù)馗叩臓顟B(tài)下。為此，變?nèi)荻O管25在它的工作電壓范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)理想地具有實質(zhì)上平坦的γ特性，而不同于圖2中那樣明顯具有顯著的峰頂特性。此種可取的平坦特性示明于圖4中，從圖中可以看出，可以使用ΔUDC的偏壓變動范圍來改變變?nèi)荻O管25的電容量，由此微調(diào)振蕩器電路的工作頻率。能容許偏壓變動有較寬的范圍，但這會造成γ的平均值較低，從而減小激勵效率。使用恒定γ值大于2的二極管時可以給出基本線性的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，并且振蕩器布置可以有低的激勵功耗。
振蕩器在頻率F上驅(qū)動(“激勵”)二極管25，由于二極管的非線性電容-電壓特性，這使得在分諧波分頻器頻率上引起二極管的負(fù)阻效應(yīng)。當(dāng)此負(fù)電阻值大于二極管25的正值損耗電阻時，只要微帶24的尺寸合適，二極管25將在該分諧波頻率(分頻系數(shù)2、3、4、……)上振蕩。微帶24的長度決定了變?nèi)荻O管調(diào)諧特性曲線的斜率以及分頻比，對于微帶長度而言適用下面的關(guān)系式Ltotal=Lmin+nλ2]]>式中，Ltotal為微帶總長度，Lmin為最小長度，λ為激勵頻率F上的波長，n為分頻比。Lmin不能夠以分析方式容易地求解出，因為它依隨于許多參數(shù)，主要是寄生參數(shù)，諸如二極管的電容量和γ系數(shù)、基底的厚度、耦合線24的寬度以及關(guān)聯(lián)的雜散電容。由于對此沒有設(shè)計公式，所以Lmin必須依靠廣泛的仿真來確定，并在此場合下，要在激勵頻率F上得到線性調(diào)諧的特性與在分頻頻率上得到負(fù)阻效應(yīng)的特性之間，作出滿意的折中兼顧。
在振蕩器裝置22的輸出端28或者后續(xù)的電路上，可以得到分頻的頻率(例如F/2)，并連同激勵頻率F；不過，由于諧振器20的濾波作用以及或許上述的后續(xù)電路的作用，激勵頻率F受到很強(qiáng)的衰減，因而其信號微弱。盡管如此，激勵頻率F仍然能從輸出端28上得到，并被放大。另一種措施是在鄰近微帶24處提供出一個耦合元件29，該耦合元件29的一端通過一個匹配阻抗30接地，其另一端上可有F/2的輸出變?nèi)荻O管的參量運(yùn)行依賴于提供以足夠高的激勵信號幅度來驅(qū)動變?nèi)荻O管。為了做到這一點，在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，振蕩器元件(例如是FET)工作成一個高的負(fù)電阻，例如|S11|＝+10dB。這轉(zhuǎn)而容許諧振器20與微帶21和24間只需松的耦合，故可增大加載的諧振器的Q因數(shù)，結(jié)果是在諧振器中存儲的較大能量于在變?nèi)荻O管上給出較高的高頻電壓幅度。此外，由于振蕩器和諧振器與分頻器輸出29之間的耦合比較弱，包含有部件24、25和27的變?nèi)荻O管諧振電路能夠與該電路的其余部分很好地隔離開。
在本發(fā)明的第二實施例中，介質(zhì)諧振器由一個環(huán)形諧振器取代(參見圖5)。在圖5示明的布置中，諧振機(jī)制的主要差別僅由下列因素決定介質(zhì)諧振器的場合下，介質(zhì)圓盤的直徑和厚度是上面的電路板上確定諧振頻率的因素，而在環(huán)形諧振器的場合下，導(dǎo)電環(huán)40的直徑是控制因素。
第二實施例的三種不同的實現(xiàn)方式示明于圖6、7和8中(為簡明起見，圖7和圖8中省略了諧振器及相關(guān)的變?nèi)荻O管部件)。所有三種實現(xiàn)方式中，諧振器圓周設(shè)計成在波長上是分頻系數(shù)n的一個整數(shù)倍m，也即當(dāng)n＝2時，直徑為2mλ。(圖5的情況下，這里假定，圓周長度為λ、2λ、3λ等。)現(xiàn)在的情況是這樣的，諧振中，環(huán)形諧振器不僅諧振在頻率F上，還諧振在頻率F/2上，分頻的信號(頻率F/2)從變?nèi)荻O管網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)過其耦合線41和諧振器40耦合至有源振蕩器裝置22的耦合線42上。該振蕩器裝置22同時放大分頻的信號和激勵頻率信號，兩個信號均可在輸出端28上得到。分頻信號的耦合輸出可以如圖6中所示地發(fā)生，其中，類似于圖3中的耦合線29，耦合線43能夠以松耦合的關(guān)系放置在耦合線42的鄰旁，或者如圖7中所示，其中，耦合線43耦合出FET(或是類同的器件)級22的輸出28(在此場合下，耦合線43可以有利地耦合出分頻信號的已放大信號)，或者如圖8中所示，其中，輸出端28上的信號自雙工器44上取出，該雙工器44可將各個信號分離開。圖8的布置比之圖6或圖7的布置能做到較小的損耗，而所有這三種布置又有著共同的優(yōu)點，可抽取得到的信號功率比圖3或圖5的要高得多。
依靠上述技術(shù)，除了有能力提供出整數(shù)的分頻系數(shù)外，還可能產(chǎn)生出奇數(shù)的非整數(shù)分頻系數(shù)，例如1.5、3.5等分頻系數(shù)。做到這一點，是通過使整數(shù)分頻的分諧波分頻頻率與振蕩器(激勵)頻率進(jìn)行混頻來實現(xiàn)的。
上面說明了一種頻率發(fā)生器，它具有參量分頻器和頻率調(diào)節(jié)裝置，這是基于僅僅應(yīng)用一個器件來實現(xiàn)分頻和頻率調(diào)節(jié)兩種功能的。由于這一點，以及不需要包括有輸入濾波器和輸出濾波器兩者，本頻率發(fā)生器比之制作先有技術(shù)的頻率發(fā)生器能更為經(jīng)濟(jì)。它還能夠在十分高的頻率(＞20GHz)上提供出分頻功能，從而在工作于30GHz以上頻率的PLL電路中也可實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種頻率發(fā)生器電路，包含有一個振蕩器、一個與該振蕩器關(guān)聯(lián)的頻率調(diào)節(jié)單元，以及一個具有分頻單元的參量分頻器，其中，振蕩器的工作如同一個參量分頻器的激勵源，而頻率調(diào)節(jié)單元的工作也如同所述的分頻單元。
2.如權(quán)利要求1的電路，其中，分頻單元的工作如同一個負(fù)電阻單元。
3.如權(quán)利要求2的電路，其中，分頻單元是一個變?nèi)荻O管。
4.如權(quán)利要求3的電路，包含有一個連接至變?nèi)荻O管上的偏置裝置(26)，以提供一個偏置電壓，在一個預(yù)定的所述偏置電壓范圍內(nèi)該變?nèi)荻O管具有一個實質(zhì)上恒定的γ值，該預(yù)定的偏置電壓范圍對應(yīng)于一個預(yù)定的頻率調(diào)節(jié)范圍。
5.如權(quán)利要求4的電路，其中，所述γ值大約大于等于2。
6.如前述要求中任一個權(quán)利要求的電路，包含有一個諧振裝置，用以建立振蕩器的一個工作頻率。
7.如權(quán)利要求6的電路，其中，諧振裝置是一個介質(zhì)諧振器。
8.如權(quán)利要求6的電路，其中，諧振裝置是一個環(huán)形諧振器。
9.如權(quán)利要求6-8中任一個權(quán)利要求的電路，其中，振蕩器提供出一個激勵信號，其幅度大到可使分頻單元足以變成一個負(fù)電阻而產(chǎn)生出一種參量效應(yīng)，與此同時，容許諧振器與振蕩器之間以及諧振器與分頻單元之間的耦合為松耦合。
10.如權(quán)利要求9的電路，其中，振蕩器是一個負(fù)電阻器件。
11.如權(quán)利要求10的電路，其中，該負(fù)電阻器件具有一個正的反射系數(shù)，數(shù)值大約大于等于10dB。
全文摘要
使用相同電路單元(可取地為一個變?nèi)荻O管)的一種頻率發(fā)生器電路,用以實現(xiàn)參量分頻器功能,并使用頻率調(diào)節(jié)單元以供振蕩器用來激勵參量分頻器。變?nèi)荻O管可取地在對應(yīng)于所需頻率調(diào)節(jié)范圍的一個所需的偏置電壓范圍內(nèi),具有平坦的γ特性(γ值優(yōu)選地大于2)。
文檔編號H03B5/12GK1340921SQ01125428
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月16日
發(fā)明者M·沙爾納, U·穆勒, W·康拉斯 申請人:馬科尼通訊股份有限公司