能夠在振蕩頻段之間轉換的壓控振蕩器電路的製作方法
2023-04-23 17:56:56
專利名稱：能夠在振蕩頻段之間轉換的壓控振蕩器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓控振蕩器電路，特別是涉及一種該壓控振蕩器電路的振蕩頻率的可變範圍可被擴展並且該壓控振蕩器電路的振蕩頻率可從一振蕩頻段數字地轉換到另一頻段的壓控振蕩器電路。
圖1示出了常規壓控振蕩電路的一電路圖。圖1的壓控振蕩電路的基本振蕩部分是由一科爾波茲(Colpitts)型振蕩電路所組成，其中為了改變該壓控振蕩器電路的振蕩頻率而提供有一可變電容二極體D1。在該電路的左側的一對端點之間提供有用來控制該壓控振蕩器電路的振蕩頻率的一振蕩頻率控制電壓Ec。當該振蕩頻率控制電壓Ec增加時，構成並聯諧振電路的可變電容二極體D1的電容CV1減小，因此該壓控振蕩器電路的振蕩頻率就增加。
為了根據該控制電壓的變化而提供較寬的振蕩頻率的可變範圍，而提出了若干種類型的壓控振蕩器電路。
圖2是在申號為HEI7-231219的日本待審專利申請中所披露的另一常規壓控振蕩器電路的一電路圖。在圖2的電路中，與圖1的電路相同的是該電路的基本振蕩部分是由一科爾波茲型振蕩電路所組成，並且提供有與可變電容二極體D1相串聯的一電感L1。另外，選擇該電感器L1的電感量L1使得在該壓控振蕩器電路的振蕩頻率的整個可變範圍內由電感器L1和可變電容二極體D1所組成的串聯諧振電路的電抗(即該阻抗的虛部)將為容性(即負)。
在該壓控振蕩器電路中，通過改變該振蕩頻率控制電壓Ec來改變可變電容二極體D1的電容CV1而控制該振蕩頻率。另外，相應於該振蕩頻率控制電壓Ec的某一可變範圍的該可變電容二極體D1的電容CV1的可變範圍大於該電感器L1不與可變電容極管D1相串聯的情況(即圖1的情況)。因此，通過將可變電容二極體D1與電感器L1相串聯則可使圖1的壓控振蕩器電路的振蕩頻率的可變範圍變寬。
在圖2的該常規壓控振蕩器電路中，由振蕩頻率控制電壓Ec所控制的振蕩頻率的可變範圍的寬度完全依從於一可變電容二極體D1的電容CV1的可變範圍的寬度。但是，在一可變電容二極體中所耦合的半導體器件的電容的可變範圍是有限的，因此進一步展寬該範圍幾乎是不可能的。因此，擴大圖2的常規壓控振蕩器電路的振蕩頻率的可變範圍受到限制。
另外，在圖2的常規壓控振蕩器電路中，僅提供了一對用於輸出振蕩頻率控制電壓的埠，並且只有一振蕩頻率控制信號被提供給所使用的埠。因此，在該常規電路中不可能將該振蕩頻率數字地從一振蕩頻段轉換成另一頻段。
本發明的主要目的是提供一壓控振蕩器電路，在該電路中可進一步擴展該振蕩頻率的可變範圍並且可數字地轉換二個振蕩頻段之間的振蕩頻率。
根據本發明的一個方面，所提供的壓控振蕩器電路使用了一用來將電源提供給該壓控振蕩器電路的一負阻部分和該電路的電容和電感的並聯諧振。該電壓控制振蕩電路包括有一第一可變電容二極體和一與該第一可變電容二極體並聯連接的一第二可變電容二極體。第一可變電容二極體根據第一控制電壓來改變它的電容量因而改變該壓控振蕩器電路的振蕩頻率，第二可變電容二極體根據與第一控制電壓無關的第二控制電壓來改變它的電容量因而獨立地改變該電壓控制振蕩電路的振蕩頻率。
最好是，在該負阻部分和第一可變電容二極體之間提供一第一耦合電容器，在第一可變電容二極體和第二可變電容二極體之間提供一第二耦合電容器。
最好是，第一控制電壓通過一扼流圈加到第一可變電容二極體上。
最好是，提供有與第一可變電容二極體相串聯的一電感器。
最好是，提供有與第二可變電容二極體相串聯的一電感器。
根據本發明的另一方面，提供有一壓控振蕩器電路，該電路的振蕩頻率是根據該電路的電容量和電感量而確定的，該電路包括有一電容部分，一第二可變電容二極體和一負阻部分。該電容部分由第一可變電容二極體和一電感器串聯組成，並且根據第一控制電壓來改變它的電容量。第二可變電容二極體與該電容部分並聯連接，並且根據第二控制電壓來改變它的電容量。該負阻部分與該電容部分並聯連接，並向該壓控振蕩器電路提供電源。
最好是，在該負阻部分和該電容部分之間提供第一耦合電容器，和在該電容部分和第二可變電容二極體之間提供一第二耦合電容器。
最好是，第一控制電壓通過一扼流圈加到該電容部分。
根據本發明的再一方面，提供有一壓控振蕩器電路，該電路的振蕩頻率是根據該電路的電容和電感來確定的，該電路包括有一負阻部分和多個可變電容二極體。該負阻部分向該壓控振蕩器電路提供電源。可變電容二極體與負阻部分並聯連接並且各個可變電容二極間相互並聯。每一可變電容二極體的電容由一相應獨立的控制電壓所控制。
最好是，在該可變電容二極體之間提供有耦合電容器，和在負阻部分和相鄰的可變電容二極體之間提供有耦合電容器。
最好是，控制電壓通過扼流圈加到相應的一個可變電容二極體上。
最好是，提供有與可變電容二極體相串聯的一電感器。
通過下面結合附圖所作的詳細說明可對本發明的目的和特性有更清楚的了解。
圖1示出了一常規壓控振蕩器電路的一電路圖；圖2示出了在申請號為HEI7-231219的日本待審專利申請中所披露的另一常規壓控振蕩器電路的一電路圖；圖3示出了根據本發明的一實施例的一壓控振蕩器電路的一電路圖；圖4示出了根據本發明的第二實施例的一壓控振蕩器電路的一電路圖；和圖5示出了插入圖4的壓控振蕩器電路的一鎖相環的一電路圖。
現在參照附圖未詳細說明根據本發明的最佳實施例。
圖3示出了根據本發明的一實施例的一壓控振蕩器電路的一電路圖。在下面說明中，該電路的元件和該元件的特徵值由相同的字符來表示。例如，電容器Co的電容量用Co表示和電感器Lo的電感量用Lo表示。
圖3的電路包括一可變電容二極體D1、一可變電容二極體D2、一電容器Co、一負壓部分-R、一電感器L，它們被並聯連接。在破折線a-b的左側部分(Co，-R，L)是一沒有可變電容二極體D1和可變電容二極體D2的一併聯諧振電路的電路表示，這將在下面說明，耦合電容C1和C2用來分別截斷插入在可變電容二極體D1和左側部分之間以及在可變電容二極體D1和可變電容二極體D2之間的直流電流。
這裡將說明破折線a-b的左側部分。實際上，左側部分由一包括用來產生電源的例如電晶體之類有源元件的並聯諧振電路所組成，該有源元件提供電源電壓。該左側部分也可由刪除了圖1中的可變電容二極體D1和耦合電容C1的圖1的電路所組成。順便說及的是，在右一左方向上圖1和圖3是相反的並且與圖1的右側用於本實施例時，圖1的可變電容二極體D1和耦合電容C1由圖3的破折線a-b的右側來替代，也就是，圖3的破折線a-b的右側用來置換圖1的可變電容二極體D1和耦合電容C1。當然，其它的並聯諧振電路也可用作圖3的左側部分。因此在圖3中，負阻部分-R、電容器Co和電感器L僅僅表示組合(合成的)電阻，在破折線a-b的左側部分具有如上所述的合成電容和合成電感。該負阻部分-R與普通電阻不同，它提供電源電壓並且在該壓控振蕩器電路中產生電源。
下面，將說明圖3的破折線a-b的右側部分。利用一諸如恆壓調節電源之類的一電壓源通過一扼流圈L1將一DC電壓Vband加到可變電容二極體D1。為了防止圖3的電路中所產生的高頻電壓施加到該電壓源而將該扼流圈L1與可變電容二極體D1串聯連接。利用與DC電壓Vband的電壓源相獨立的一電壓源將另一控制電壓Vcont加到可變電容二極體D2上。另外，為了防止DC電壓Vband(用來加到可變電容二極體D1)施加到該破折線a-b的左側而將前面提到的耦合電容C1插入到圖3的可變電容二極體D1和點「a」之間。這裡，圖3中所示箭頭的端部所指為控制電壓Vcont和DC電壓Vband的高電壓端，也就是，可變電容二極體D1和可變電容二極體2是反相地連接到所應用的電壓上。
這裡，與該負阻部分-R的右側部分由一具有一合成電容C』的電容器C』所置換時，換句話說，當圖3的電路被看作是由電感器L、負阻部分-R和電容器C』所組成的一併聯諧振電路時，圖3的該電路可被認為是一其振蕩頻率是由電容器C』的電容和電感器L的電感所控制的振蕩電路。
下面參照圖3來詳細說明本實施例的該壓控振蕩器電路的工作。
該壓控振蕩器電路的振蕩頻率fo是由破折線a-b的左側所示的電感器L的電感L，電容器Co的電容Co、可變電容二極體D1的電容D、和可變電容二極體D2的電容D2所組成的合成電容C』所確定的，該振蕩頻率fo如下等式(1)所示。fo=12xLC----(1)]]>
該振蕩頻率fo可通過改變合成電容C』而控制。該合成電容C』由並聯連接的各電容器的電容之和而近似地給出，也就是，Co+D1+D2，而且該合成電容C』可通過改變DC電壓Vband而改變可變電容二極體D1的電容和通過改變與DC電壓Vband相獨立的控制電壓Vcont而改變可變電容二極體D2的電容D2來變化。順便說及的是，為了通過控制電壓Vcont和DC電壓Vband較寬地改變合成電容C』，最好是Co值較小，而D1和D2在合成電容C』中佔主要的值。如上所述，該壓控振蕩器電路可由二個獨立的控制電壓Vcont和Vband來控制，所以該振蕩頻率的可變範圍增加並且可以在振蕩頻段之間進行振蕩頻率的數字轉換。
具體地說，當不需要在振蕩頻段之間的振蕩頻率fo的轉換時，類似於圖1和圖2的常規壓控振蕩器電路的工作，該壓控振蕩器電路的振蕩頻率fo僅由改變控制電壓Vcont而被控制。這裡，可變電容二極體D2的電容量D2的可變範圍是有限的，因此，只通過改變控制電壓Vcont不可能進行頻段至頻段(例如900MHZ頻段至1.8GHz頻段)的轉換。為了進行頻段至頻段的轉換，將DC電壓Vband加到電容D1(或變化)。通過該操作，改變了可變電容二極體D1的電容D1，因此合成電容C』被改變並且因而根據等式(1)該振蕩頻率fo被改變。
例如，在該DC電壓Vband從0(V)轉換到一某個正值的情況下，可變電容二極體D1的電容量D1被轉換為一較低值，因此合成電容C』被轉換為一較低值並且根據等式(1)該振蕩頻率fo被轉換為在該較高振蕩頻段中的一較高頻率。
如上所述，在本實施例的該電壓控制振蕩電路中，如果可變電容二極體D2和可變電容二極體D1相併聯，並且獨立地改變二個控制電壓Vcont和Vband，就可進一步增大該振蕩頻率的可變範圍。另外，為了改變可變電容二極體D2的電容D2通過轉換與控制電壓Vcont相獨立的DV電壓Vband就可實現在振蕩頻段之間振蕩頻率的數字轉換。
圖4示出了根據本發明的第二實施例的一壓控振蕩器電路的一電路圖。在圖4中，與圖3相同的標號表示相應於圖3的相同部分，因此為了簡明起見省略了重複的說明。除了圖3的電路的可變電容二極體D1被由可變電容二極體D1和電感器Lo組成的一電容部分所替代之外，圖4的壓控振蕩器電路幾乎與圖3的壓控振蕩器電路是相同的。為了將該振蕩頻率調整到一所期望的值而將電感器Lo附加到可變電容二極體D1上。
下面，參照圖4來說明第二實施例的該壓控振蕩器電路的工作。由於圖4電路的工作與圖3電路的工作幾乎相同，所以為了簡明起見省略二個電路工作相同部分的重複說明。
在負阻部分-R的右側該電路的阻抗是容性的情況下，該壓控振蕩器電路的振蕩頻率fo由在破折線a-b左側所示的電感器L的電感L和在負阻部分-R的右側的電路的合成電容C』來確定，並且該振蕩頻率fo由前面所示的等式(1)近似地表示。這裡，對於DC電壓Vband的一定的可變範圍，由於該電器Lo被串聯連接所以該可變電容二極體D1的電容量D1的可變範圍增寬，因此在圖4的該壓控振蕩器電路中該振蕩頻率的可變範圍進一步被增寬。
如上所述，在第二實施例的該壓控振蕩器電路中，通過提供與圖3的該電路的可變電容二極體D1相串聯的電感器L，該壓控振蕩器電路的振蕩頻率可被調整到一所期望的值，並且與圖3的該壓控振蕩器電路相比相應於一定的DC電壓Vband的可變範圍該振蕩頻率的可變範圍可做的更寬。順便說及的是，在本實施例中雖然電感器Lo被提供與可變電容二極體D1相串聯，但也還可提供一與可變電容二極體D2相串聯的電感器並可獲得相似的效果。
圖5示出了被插入圖4的壓控振蕩器電路中的一鎖相環的一電路圖。
圖5所示的該鎖相環包括有用來檢測二個輸入信號之間的相位差的一相位檢測器，一用來截斷高頻信號的一低通濾波器3，一根據本發明的第二實施例的壓控振蕩器電路201，一用來接收具有高阻抗的壓控振蕩器電路201的振蕩輸出和輸出一振蕩輸出信號OUT的緩衝器，和一用來將由緩衝器5所提供的振蕩輸出信號OUT的頻率倍減N倍(N根據提供給1/N分頻器202的分頻數信息而設置的一自然數)的1/N分頻器202，同時提供具有被分頻的信號的相位檢測器1。
下面，說明圖5的鎖相環的工作。
該相位檢測器1提供有一參考時鐘信號REF和由1/N分頻器202輸出的分頻信號。該參考時鐘信號REF具有一予置的固定頻率fREF。根據分頻信號和參考時鐘信號REF之間的相位差，提供有一電荷泵的該相位檢測器1檢測二個輸入信號的頻率並且對在低通濾波器3中所存貯的電荷充電/放電。根據存貯在其內的電荷數，低通濾波器3通過該相位檢測器1的電荷被充電/放電而截斷高頻信號分量並且向在該壓控振蕩器電路201中的可變電容二極體輸出控制電壓Vcont。
提供有控制電壓Vcont的可變電容二極體D2的電容隨著控制電壓Vcont變高而變小。並且該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率隨著可變電容二極體D2的電容變小而變高。因此，該振蕩頻率fo隨著控制電壓Vcont變高而變高，隨著控制電壓Vcont變低而變低。這裡，在當控制電壓Vcont變為VREF時振蕩頻率fo變為fREF×N的情況下，如果參考時鐘信號REF和分頻信號之間的相位差變得較大則控制電壓Vcont和VREF之間的差就變得較大，因此，隨著時間的推延由1/N分頻器202輸出的分頻信號的頻率就變得越接近於參考時鐘信號REF的頻率fREF。在該鎖相環將相位鎖定的穩定狀態時，該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率fo則變為參考時鐘信號REF的頻率的N倍(即，fREF×N)。
為了轉換該壓控振蕩器電路201的振蕩頻段和轉換該振蕩輸出信號OUT的頻段，改變提供給1/N分頻器202的分頻數信息並將N轉換成一較大的數N』，並且改變該DC電壓Vband，例如從0(V)到一予置的正電壓。通過該DC電壓Vband的施加，可變電容二極體D1的電容D1被轉換為一較低的值，因此該合成電容C』被轉換成一較低值並且根據前面所述的等式(1)該振蕩頻率fo被轉換為在較高振蕩頻段中的一較高頻率。通過該操作，該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率被轉換為一等於fREF×N』的較高的頻率，並且圖5的該鎖相環將相位鎖定在一新的穩定狀態，在該較高的頻段中它的振蕩輸出信號OUT具有相同的較高頻率fREF×N』。
例如該圖5的鎖相環使用在用於無線電波頻率的檢測的可攜式電話的檢測器中。在下面將說明圖5的鎖相環應用於雙頻段可攜式電話的情況。
為了將一可攜式電話設計成一在例如900MHZ頻段和1.8GHz頻段的二個無線電波頻段工作的雙頻段可攜式電話，可將該雙頻段可攜式電話的參考時鐘信號REF的頻率置為200KHZ。
為了在900MHZ中使用，該1/N分頻器202的分頻數N被置為一約為4500的選擇值N1，並且將用來轉換振蕩頻段的DC電壓Vband置為例如0(V)。在該鎖相環將相位鎖定的穩定狀態中，從低通濾波器3提供給該可變電容二極體D2的控制電壓Vcont被穩定在例如1.5(V)，並且該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率被穩定在N1×200(KHZ)。對於在該900MHZ頻段中的另一頻率，被提供給1/N分頻器202的分頻信息被更新並且將分頻數N改變為一約4500的新的選擇值N2，並且該鎖相環是在具有例如1.6(V)的控制電壓Vcont的一新的穩定狀態，並且該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率為N2×200(KHZ)。
為了將該鎖相環的頻段轉換到1.8GHZ，將提供給1/N分頻器202的分頻數信息更新並將該分頻數N改變為約為9000的一個新的選擇值N3，將用來轉換振蕩頻段的DC電壓Vband置為例如一正值3.0(V)。通過該DC電壓Vband的施加，該可變電容二極體的電容D1被轉換為一較低值，因而合成電容C』被轉換為一較小值並且根據等式(1)因此該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率fo被轉換為在較高頻段中的一較高頻率。然後，該鎖相環將處在一具有例如1.5(V)控制電壓Vcont的新的穩定狀態，並且該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率為N3×200(KHZ)。對在在該1.8GHZ頻段中的另一頻率，該分頻數信息被更新並將該分頻數改變為約為9000的一個新的選擇值N4。然後，該鎖相環將處在具有例如1.55(V)的控制電壓Vcont的一新的穩定狀態，並且該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率為N4×200(KHZ)。
為了將該鎖相環的頻段返回到900MHZ頻段，將該分頻數信息更新並將分頻數N改變為約為4500的一個新的選擇值N5，而將用來轉換振蕩頻段的DC電壓Vband返回到0(V)。然後，該鎖相環將處於具有例如1.45(V)的控制電壓Vcont的一新的穩定狀態，並且該壓控振蕩器電路201的振蕩頻率為N5×200(KHZ)。
如上所述，在圖5的該鎖相環中，該振蕩輸出信號OUT的精細的頻率控制可通過改變該分頻數N來實現，並且進一步，該振蕩輸出信號OUT的頻率的頻段至頻段轉換可通過改變DC電壓Vband和分頻數N來實現。
如上所述，通過根據本發明的該壓控振蕩器電路，通過在一壓控振蕩器電路上所提供的二個並聯連接的可變電容二極體和通過二個獨立的振蕩頻率控制電壓對其電容的控制，可使該振蕩頻率的可變範圍顯著地展寬。
另外，通過使用用來精細控制該振蕩頻率的一振蕩頻率控制電壓和使用用來在二個振蕩頻段之間進行轉換的另一振蕩頻率控制電壓，則可在二個振蕩頻段之間轉換該振蕩頻率。
順便說及的是，雖然在上述的實施例中包括在該壓控振蕩器電路中的可變電容二極體的數只是二個，當然根據本發明的壓控振蕩器電路也可以包括有三個或更多的可變電容二極體，由這種壓控振蕩器電路也可得到相似的效果。
雖然參照特定的實施例對本發明作了說明，但本發明並不是由這些實施例來限制而是由所附的權利要求來限制的。本技術領域的普通技術人員在不違背本發明的精神和範圍的前提下可對這些實施例作出改變和修改。
權利要求
1.一種使用了一用來向壓控振蕩器電路提供電源的負阻部分和該電路的電容和電感的並聯諧振的壓控振蕩器電路，包括有一第一可變電容二極體，用來根據一第一控制電壓來改變其電容因此改變了該壓控振蕩器電路的振蕩頻率；和一第二可變電容二極體，與第一可變電容二極體並聯連接，用來根據一第二控制電壓來改變其電容因此改變了該壓控振蕩器電路的振蕩頻率。
2.如權利要求1的壓控振蕩器電路，其中第一耦合電容器被提供在負阻部分和第一可變電容二極體之間；和第二耦合電容器被提供在第一可變電容二極體和第二可變電容二極體之間。
3.如權利要求1的壓控振蕩器電路，其中第一控制電壓通過一扼流圈加到第一可變電容二極體上。
4.如權利要求1的壓控振蕩器電路，其中一電感器與第一可變電容二極體相串聯。
5.如權利要求1的壓控振蕩器電路，其中一電感器與第二可變電容二極體相串聯。
6.一種根據電路中的電容和電感來確定其振蕩頻率的壓控振蕩器電路，包括有由一第一可變電容二極體和一電感器串聯連接組成的一電容部分，用來根據第一控制電壓改變其電容；與該電容部分並聯連接的一第二可變電容二極體，用來根據第二控制電壓改變其電容；和與該電容部分並聯連接的一負阻部分，用來向該壓控振蕩器電路提供電源。
7.如權利要求6的壓控振蕩器電路，其中第一耦合電容器被提供在負阻部分和電容部分之間，和第二耦合電容器被提供在電容部分和第二可變電容二極體之間。
8.如權利要求6的壓控振蕩器電路，其中第一控制電壓通過一扼流圈被提供給該電容部分。
9.一種根據該電路的電容和電感來確定振蕩頻率的壓控振蕩器電路，包括有一負阻部分，用來向該壓控振蕩器電路提供電源；和多個可變電容二極體，這些可變電容二極體與負阻部分並聯連接並且二極體之間相互並聯，每一可變電容二極體的電容量是由一相應獨立的控制電壓來控制。
10.如權利要求9的壓控振蕩器電路，其中在可變電容二極體之間、和負阻部分與相鄰的可變電容二極體之間提供有耦合電容器。
11.如權利要求9的壓控振蕩器電路，其中一控制電壓通過一扼流圈加到相應的一個可變電容二極體。
12.如權利要求9的壓控振蕩器電路，其中一電感器與一個可變電容二極體相串聯。
全文摘要
一種使用了一用來向該壓控振蕩器電路提供電源的負阻部分和該電路的電容和電感的並聯諧振的壓控振蕩器電路包括有並聯連接的第一可變電容二極體和第二可變電容二極體。第一可變電容二極體根據第一控制電壓改變它的電容因此改變了該壓控振蕩器電路的振蕩頻率。第二可變電容二極體根據與第一控制電壓相獨立的第二控制電壓改變它的電容因此獨立地改變了該壓控振蕩器的振蕩頻率。為了截斷直流電流,在該負阻部分和第一可變電容二極體之間和在第一可變電容二極體和第二可變電容二極體之間提供有耦合電容。
文檔編號H03J3/18GK1194500SQ9810512
公開日1998年9月30日 申請日期1998年1月20日 優先權日1997年1月20日
發明者山下治 申請人:日本電氣株式會社