專利名稱：可減小增益波動的壓控振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種壓控振蕩器，尤其涉及一種增益波動小的壓控振蕩器。
背景技術：
在過去的十多年中，尋呼機、無繩電話、模擬及數(shù)字蜂窩電話等個人無線通信系統(tǒng)以及數(shù)字電視、廣播得到了迅猛發(fā)展，無線通信成為繼PC產業(yè)之后最重要的產業(yè)。由于集成電路具有體積小、功耗低、成本低的特點，無線通信技術的蓬勃發(fā)展促成了射頻集成電路的迅速發(fā)展。目前，射頻集成電路已經(jīng)成為微電子重要的研究領域之一。設計和研究高性能的關鍵電路模塊成為促進射頻集成電路技術進步至關重要的推動力。壓控振蕩器即是其中關鍵的電路模塊之一。
典型的壓控振蕩器電路如圖1所示。其中Cv是變容管的電容，Cc是耦合電容。兩個變容管電容和兩個耦合電容串聯(lián)之后得到總的電容C。V是變容管的控制電壓，L是電感。其它的MOS器件提供維持LC諧振回路持續(xù)振蕩所需的能量。尾電流源IBias提供電路工作所需要的偏置電流。可以通過改變控制電壓V的值來獲得不同的LC諧振回路電容值，這一過程由變容管來完成?？傠娙葜礐是控制電壓V的函數(shù)，C和V的值一一對應，即C＝C(V)。當控制電壓V改變時，相應的總電容C也改變。由于fout=1/2π·L·C,]]>所以輸出信號的振蕩頻率也被改變。
除了上述通過調節(jié)變容管的電容值來改變頻率的方法以外，還有另外一種調頻的方法使用數(shù)字控制的開關電容電路。如圖2所示，數(shù)字控制的開關電容電路通過數(shù)字控制位A2A1A0來接通或者斷開開關，從而決定電容C2，C1和C0是否被接入到LC諧振回路。當A2A1A0具有不同的數(shù)字電平時，開關電容陣列中的電容將以不同的組合方式被接入到振蕩器的LC諧振回路中，從而使總的等效電容值C被改變。這一方法實現(xiàn)的是輸出信號頻率的不連續(xù)調節(jié)，稱為粗調。該結構結合前述通過變容管調頻的方法，就得到如圖3中實線所示的調頻曲線，其中橫坐標是變容管的控制電壓V，縱坐標是輸出信號的振蕩頻率fout。圖中的虛線對應于不使用開關電容電路的情況。從圖3可以看出，合理的選擇開關電容陣列中的電容值，可以使實線和虛線兩者具有相同的頻率調節(jié)范圍，即fmin～fmax。不同之處在于，如果不使用開關電容電路，則實現(xiàn)的是一條從fmin到fmax的連續(xù)調頻曲線(虛線)，而使用開關電容電路的話，得到的是一組調頻曲線(實線)，相鄰曲線之間在縱坐標方向必須要相互重疊一部分，如圖3所示，以覆蓋從fmin到fmax中的每個頻率值。每一條曲線都與開關電容陣列數(shù)字控制位的值相對應，以圖3為例，從“000”一直到“111”，共八條調頻曲線。當使用開關電容電路之后，數(shù)字控制的開關實現(xiàn)了輸出信號頻率的粗調，而變容管的控制電壓V保留了對頻率微調的功能。
圖2的結構使用開關電容以后，實際的壓控振蕩器頻率由下式?jīng)Q定fout=1/2π·L·(Cswitch+Cvar)]]>其中，Cswitch是接通的開關電容的總和(即C2，C1及C0或其組合后的總電容)，Cvar近似等于兩個變容管的電容和兩個耦合電容串聯(lián)后的值，即Cvar≈Cv·Cc2·(Cv+Cc).]]>圖3中靠近上部的實線對應的Cswitch較小，靠近下部的實線對應的Cswitch較大。每一條實線所對應的調頻范圍都是由Cv的變化來實現(xiàn)的。使用開關電容時，實際的調頻曲線與圖3有所差別，如圖4所示。兩者的區(qū)別在于靠近上部的曲線斜率較大，線間距較大；而靠近下部的曲線斜率較小，線間距較小。曲線的斜率是壓控振蕩器的重要指標之一KVCO，即壓控振蕩器的增益(單位為Hz/V，對應于單位電壓變化所引起的頻率變化)。因此，圖4中不同曲線對應的KVCO發(fā)生顯著變化。其原因在于對于靠近上部的曲線，由于Cswitch較小，Cv的變化所引起的總電容的相對變化量較大；對于靠近下部的曲線，由于Cswitch較大，Cv的變化所引起的總電容的相對變化量較小。
壓控振蕩器是鎖相環(huán)電路中的一個組成部分。壓控振蕩器增益KVCO的波動會引起鎖相環(huán)電路的穩(wěn)定性問題。為了保證鎖相環(huán)的穩(wěn)定性，通常在設計鎖相環(huán)時就考慮到KVCO具有3～5倍的變化量。這樣做的目的是即使KVCO發(fā)生顯著變化，鎖相環(huán)仍然可以穩(wěn)定工作。但這帶來的直接后果是鎖相環(huán)的一些特性不能得到最大限度的發(fā)揮，例如鎖相環(huán)的鎖定時間。因此，這一解決辦法是以犧牲鎖相環(huán)的特性為代價的。而一個有效的解決辦法就是在設計壓控振蕩器時減小KVCO的波動，但目前并沒有此類相關設計的壓控振蕩器。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有壓控振蕩器所存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種可減小增益波動的壓控振蕩器。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種可減小增益波動的壓控振蕩器，包括LC諧振回路和用于提供負電導的有源器件，所述LC諧振回路的電容為變容管電容和耦合電容串聯(lián)，再與數(shù)字控制的開關電容并聯(lián)而成，所述耦合電容也為數(shù)字控制的開關電容。
進一步地，所述數(shù)字控制的開關電容為多個電容并聯(lián)，各并聯(lián)電容分別由數(shù)字控制位控制接通或者斷開。
進一步地，所述有源器件可為MOSFET、BJT半導體有源器件。
本發(fā)明使用數(shù)字控制的開關耦合電容，將變容管的電容耦合到LC諧振回路中。這樣，耦合電容即可變。這樣，對于不同的調頻區(qū)間，使用不同的耦合電容Cc，使調頻增益可變。


下面結合附圖，對本發(fā)明做出詳細描述。
圖1是典型的壓控振蕩器電路圖；圖2是數(shù)字開關電容壓控振蕩器電路圖；圖3是壓控振蕩器的理想調頻曲線示意圖；圖4是壓控振蕩器增益發(fā)生波動示意圖；圖5是本發(fā)明的結構示意圖；圖6是采用本發(fā)明前后的調頻曲線仿真結果。
具體實施例方式
如圖5所示，本發(fā)明是在圖2中壓控振蕩器電路的基礎上加以改進而成的，本發(fā)明將LC諧振回路里的耦合電容Cc改換成為開關電容陣列的形式。這一組開關電容與實現(xiàn)頻率粗調的那一組開關電容(即圖中C2，C1和C0)由芯片實施同步控制。數(shù)字控制的開關電容電路通過數(shù)字控制位A2A1A0來接通或者斷開開關，從而決定電容是否被接入到LC諧振回路。這里，可根據(jù)需要選擇電容的多少和控制接入方式。當A2A1A0具有不同的數(shù)字電平時，開關電容陣列中的電容將以不同的組合方式被接入到振蕩器的LC諧振回路中，從而使總的等效電容值C被改變。
由圖4所示的調頻曲線可知，靠近下部的曲線所對應的Cswitch較大，當變容管的電容Cv變化時，Cv與Cc串聯(lián)后(如圖2所示)引起LC諧振回路總電容C的變化，實現(xiàn)了一定的頻率調節(jié)范圍；而對于圖4中靠近上部的曲線，Cswitch變小，由于變容管電容的變化量Cv是固定不變的，它與Cc串聯(lián)后所引起的總電容C的相對變化量則變大，所以上部的曲線調頻范圍變大，曲線斜率變大。本發(fā)明采用圖5所示的LC諧振回路，采用可變的耦合電容，即耦合電容Cc由開關控制可調節(jié)其大小。對于圖4上部的調頻曲線，使用較小的耦合電容Cc，則變容管電容Cv和Cc串聯(lián)后得到的電容變小，所以由此引起的電容相對變化量也變小，這樣就可以使圖4中靠近上部的調頻曲線增益變小。因此，本發(fā)明通過改變Cc的大小來限制KVCO的變化。對于圖4中從下往上的多條調頻曲線，所要使用的耦合電容由大到小變化，從而減小壓控振蕩器的增益KVCO的波動。本發(fā)明正是利用了耦合電容可變來進行相應增益波動調整的。
如圖6所示，給出了實際壓控振蕩器電路在Cadence軟件環(huán)境中的一組仿真結果。帶標識符的實線是使用本發(fā)明后得到的調頻曲線。而虛線對應的是未使用本發(fā)明時所覆蓋的調頻范圍。作為必要的驗證，圖中分別給出了在高頻段，中頻段和低頻段的三條調頻曲線。對于介于這些曲線之間的其它調頻曲線，其KVCO的波動也可以采用同樣的方法得以減小。
本發(fā)明的有源器件可為MOSFET、BJT半導體有源器件。
權利要求
1.一種可減小增益波動的壓控振蕩器，包括LC諧振回路和用于提供負電導的有源器件，所述LC諧振回路的電容為變容管電容和耦合電容串聯(lián)，再與數(shù)字控制的開關電容并聯(lián)而成，其特征在于，所述耦合電容也為數(shù)字控制的開關電容。
2.如權利要求1所述的可減小增益波動的壓控振蕩器，其特征在于，所述數(shù)字控制的開關電容為多個電容并聯(lián)，各并聯(lián)電容分別由數(shù)字控制位控制接通或者斷開。
3.如權利要求1所述的可減小增益波動的壓控振蕩器，其特征在于，所述有源器件可為MOSFET、BJT半導體有源器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可減小增益波動的壓控振蕩器，包括LC諧振回路和用于提供負電導的有源器件，所述LC諧振回路的電容為變容管電容和耦合電容串聯(lián)，再與數(shù)字控制的開關電容并聯(lián)而成，所述耦合電容也為數(shù)字控制的開關電容。本發(fā)明使用數(shù)字控制的開關耦合電容，將變容管的電容耦合到LC諧振回路中。這樣，耦合電容即可變。這樣，對于不同的調頻區(qū)間，使用不同的耦合電容C
文檔編號H03B5/08GK1614874SQ20041000995
公開日2005年5月11日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權日2004年12月3日
發(fā)明者石浩, 張國艷, 廖懷林, 黃如, 張興, 王陽元 申請人:北京大學