集成vco開關的製作方法
2023-05-12 15:51:16
專利名稱：集成vco開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在無線電ASIC中優選使用的集成VCO。
由於移動終端的尺寸在不斷地減小，因而不得不把越來越多的元件集成到同一個ASIC(專用集成電路)上。ASIC上集成的VCO將覆蓋ASIC區的大部分，而且，由於該區域的成本是ASIC總成本的主要部分，因而將其減小是很重要的。應當認識到，直到目前為止，VCO的諧振電路中的電感線圈一直都是在ASIC電路之外來執行，這是因為，在該晶片上不可能製成非常好的電感線圈。因而，本發明將涉及一個新的發明領域，即如何執行在ASIC-電路內包括諧振器的電感線圈的整個VCO。在把VCO集成到ASIC上時會出現的一個問題是沒有可以用來微調VCO頻率的外部元件。因此，VCO調諧範圍必須大到足以覆蓋所有的分量擴展和溫度變化。當增加VCO的調諧範圍時，VCO的相位噪聲將會增加，這表示VCO的不良噪聲性能。另一個問題是如果覆蓋一個大的頻帶，則必須使用兩個獨立的VCO，這樣必然會佔用無線電ASIC上的大量空間。本發明的目的就是要解決這些問題。
與已有技術中使用一個DCS-頻帶的VCO和另一個PCS-頻帶的VCO不同，本發明只使用一個VCO以用於兩個頻帶，從而在ASIC上節省了大量的有用空間。
從權利要求2-5可以看到的另一個益處在於VCO的頻帶開關是由軟體控制的，這意味著不需要人工微調。該微調可由行動電話本身來執行。
本發明的開關表明了具有慢速二極體(即具有大轉接時間的二極體)的重要性。正如權利要求8所要求的，這可在雙極處理過程中利用集電極-基極結來實現。
該VCO開關的另一個優選實施例在權利要求10和11中公開，其中該開關在二極體正向偏置時接通，並在二極體反向偏置時關閉，從而起到了變容二極體的作用。
在權利要求13要求保護的一個優選實施例中，為VCO配置了幾個開關，以能夠控制任意數目的頻帶之間的切換。
在權利要求3要求保護的一個實施例中，VCO的開關可由邏輯電路通過諸如Bluetooth(藍牙)的無線通信鏈路來控制。
在權利要求14的另一個實施例中，開關與VCO集成在一起。
本發明的其它特點在其它從屬權利要求中提出。
本發明實施例的詳細描述參考附圖
將要描述的實施例涉及到一種電路，用於切換VCO的中心頻率，以便能夠在諸如無線電ASIC的集成無線電電路中執行頻帶切換或頻率調諧。當然，應當認識到，本發明的切換技術可應用於與無線電無關的其它電路中的任何VCO中。還要強調的是，本發明涉及到題為「雙頻帶VCO」和「堆棧式VCO諧振器」的待審申請，其申請者為Telefonaktiebolaget LM Ericsson，發明人為MagnusNilsson。這些申請「雙頻帶VCO」和「堆棧式VCO諧振器」分別在此引作參考。
圖2概括地公開了集成VCO的諧振器100的切換功能。線圈10、20與電容器30、變容二極體40、50和開關裝置60、70、80、90並聯。當開關裝置60、70接通時，電容器80、90與諧振器連接，這意味著該諧振器有較高的電容，進而產生較低的頻率。相反，當開關裝置斷開時，電容80、90與諧振器斷開，這意味著該諧振器有較低的電容，進而產生較高的頻率。因此，本發明中的開關裝置被用來把頻率從一個任意頻帶移動到另一個任意的頻帶。
在一個優選實施例中，VCO中的開關裝置在DCS-頻帶(1800-1900MHz)和PCS-頻帶(1900-2000MHz)之間移動頻率。該開關裝置還用於微調VCO的中心頻率。這意味著如果VCO頻率稍微偏離了中心頻率，那麼開關裝置60、70、80、90將會微調VCO頻率，使其恢復到中心頻率。
在已有技術中，一個VCO用於DCS-頻帶，另一個VCO用於PCS-頻帶。而在本發明中，只使用一個VCO來控制DCS-頻帶及PCS-頻帶。在無線電ASIC中集成的VCO的開關裝置60、70、80、90由一個邏輯電路通過數據總線進行外部軟體控制。在這種情況下，無論是無線電ASIC還是邏輯電路均被安排在行動電話的同一個PCB(印刷電路板)上。應當認識到，ASIC和邏輯電路可配置在諸如計算機這樣的任意一種電子機器上。ASIC還可由獨立的電設備通過基於有線或無線的通信鏈路進行控制。例如，一個外部設備可使用通信協議Bluetooth來控制開關裝置執行ASIC中的VCO的頻帶切換或微調。
從上面可以看出，如果VCO的中心頻率可被切換，則相同VCO的調諧範圍可以減小。這將改善VCO的噪聲性能並且VCO將能夠覆蓋多個頻帶。
從圖2可以看出，理想的情況是，使用開關60、70把電容器80、90切換至諧振器，其阻抗在零和無窮大之間變化。重要的是，通-斷阻抗比要比較大，從而不會減小VCO的調諧範圍且不會減小諧振器的Q-值。該Q-值被定義為諧振器的無功功率與介入功率的商。
圖3公開了一種根據本發明的集成VCO130。從圖3可以看出，該VCO包括差分級140(有源部分)和諧振器120。該諧振器包括電感線圈110，耦合電容器210、240、諧振器170和變容二極體220、230。變容二極體被定義為壓控電容。
圖4公開了與圖2中的開關裝置60、70、80和90相對應的本發明的開關的一個實施方案。在本發明的一個優選實施例中，慢速二極體60、70被用作開關元件，這可以從圖4中看出。使用慢速二極體意味著它具有較長的轉接時間。這種二極體通常在集電極-基極結中的雙極處理過程中出現。
在導通狀態下，二極體60、70是正向偏置，二極體的電容與通過二極體的電流和二極體的轉接時間成正比。為了獲得大電容，電流與轉接時間的乘積必須要大。為了減小開關60、70、80和90的電流耗用，二極體具有大的轉接時間是很重要的。二極體的串聯電容必須要低，以便於不會減小諧振器的Q-值。大二極體面積會得到低串聯電容。
在斷開狀態下，二極體60、70是反向偏置，並且二極體起到了變容二極體的作用。變容二極體的電容與面積成正比並且該面積必須要小，以使變容二極體的電容遠遠小於耦合電容。
當選擇二極體尺寸時，對兩個區域面積的要求要進行折衷。
圖4中的開關180、60、70、80、90公開了無線電ASIC中的VC0130的切換功能的一個實施方案，已經在實驗室中對其進行了成功地實驗。在無線電ASIC中集成的開關180包括控制部分190(差分級)和開關部分200。該頻帶開關由耦合電容80，90和二極體60、70表示，它們可由一個邏輯電路通過Bsel和Bsel_bar分別進行外部控制。因此，在這些節點(Bsel Bsel_bar)上的信號將決定圖3所示VCO的中心頻率的切換。在無線電ASIC之外配置的邏輯電路(基帶ASIC，未示出)通過把一個專用的預定電壓加到這些節點上來控制開關180、60、70、80、90。通常，在ASIC中或集成在VCO中的開關是由所述邏輯電路通過數據總線進行軟體控制的。圖4所示開關的節點Out和Out_bar分別連接圖3中的節點Out和Out_bar。根據控制電壓，通過外部電路，經開關的節點Bsel和Bsel_bar，預定的電容80、90將通過與改變VCO頻帶的VCO130的諧振器120並聯的節點Out和Out_bar接通或斷開。
通過詳細分析圖4可以看出，所使用的是一種雙極頻帶開關電路。當頻帶開關接通時，電流將從電晶體Q2和Q3流出，分別經過二極體60、70並經過電晶體Q4。現在，頻帶開關電容由耦合電容器80、90控制並且VCO頻率被降低。
當頻帶開關斷開時，Q1啟動，它用於使N1接近Vcc。電阻R1、R2和R3使N2和N3接地，這意味著二極體60、70是反向偏置。現在，頻帶開關的電容由變容二極體電容(二極體60、70)控制，從而使VCO頻率增加。高性能的集成頻帶開關以這種方式在VCO中實施，這樣就可以執行頻帶切換和/或頻率調諧。
在一個優選實施方案中，VCO被集成到移動終端中配置的無線電ASIC上。ASIC中的開關180、60、70、80、90由基帶ASIC通過兩個ASIC之間的總線進行電控。
上面提及的頻帶開關180、60、70、80、90在集成VCO中最為有用。這個開關最好確定尺寸以在DCS和PCS之間切換頻帶。當然，也可具有幾個不同的開關，以用於在非PCS或DCS的其它頻帶之間調諧和切換頻率。
在一種集成應用中，分量擴展由IC-處理給出，並且不能被減小。因此，這些開關構成了用於構建集成VCO的要求。開關180、60、70、80、90非常小並且IC-處理沒有變化，這意味著附加成本非常小。
本專業技術人員應當理解，在不背離本發明精神或基本特徵的情況下，本發明能夠以其它的特定形式來體現。目前公開的實施例無論從哪個角度來講都只是示例性的，而不是限制本發明。本發明的範圍應由所附的權利要求而不是前面的說明書來說明，並且在其等效方案的含義和範圍內的所有變化都被包含於其中。
權利要求
1.一種在無線電ASIC中優選使用的集成VCO(100，130)，其特徵在於開關(180，60，70，80，90)被配置用於在任意頻帶之間切換VCO的頻率，從而能夠執行頻帶切換和/或頻率調諧。
2.如權利要求1所要求的集成VCO，其特徵在於所述開關(180，60，70，80，90)由在所述集成VCO之外配置的一個外部控制器通過總線(Bsel，Bsel_bar)進行電控。
3.如權利要求2所要求的集成VCO，其特徵在於所述外部控制器是一個邏輯電路，它通過基於有線的通信鏈路或諸如Bluetooth的無線通信鏈路來控制所述開關(180，60，70，80，90)。
4.如權利要求2或3所要求的集成VCO，其特徵在於所述開關被配置由所述外部控制器進行軟體控制。
5.如權利要求2-4任意之一所要求的集成VCO，其特徵在於所述集成VCO(100，130)和所述開關(180，60，70，80，90)集成在一個無線電ASIC上，且所述外部控制器在所述無線電ASIC之外配置，其中所述外部控制器通過所述開關和所述外部控制器之間的總線控制所述開關(180，60，70，80，90)。
6.如前述任意一個權利要求所要求的集成VCO，其特徵在於所述開關(180，60，70，80，90)通過節點(Out，Out_bar)接通或斷開VCO(100，130)的諧振器(120)的電容(60，70，80，90)，以用於執行VCO頻率的頻帶切換並且/或者執行把VCO頻率調諧至VCO的中心頻率。
7.如權利要求6所要求的集成VCO，其特徵在於所述開關(180，60，70，80，90)包括變容二極體(60，70)和耦合電容(80，90)。
8.如權利要求7所要求的集成VCO，其特徵在於所述變容二極體(60，70)是在雙極處理中具有集電極-基極結的二極體。
9.如權利要求7所要求的集成VCO，其特徵在於所述變容二極體(60，70)是MOS-結構。
10.如權利要求8所要求的集成VCO，其特徵在於當開關接通時，二極體(60，70)是正向偏置，且當開關斷開時，二極體是反向偏置。
11.如權利要求8-10任意之一所要求的集成VCO，其特徵在於當開關接通時，開關的電容由耦合電容(80，90)控制，並且當開關斷開時，開關的電容由變容二極體電容(60，70)控制。
12.如前述任意一個權利要求所要求的集成VCO，其特徵在於所述開關分別在DCS-頻帶和PCS-頻帶之間切換VCO(100，130)的中心頻率。
13.如前述任意一個權利要求所要求的集成VCO，其特徵在於幾個開關(180，60，70，80，90)被配置用於控制任意數目的頻帶，其中每個所述開關控制任意數目的VCO的特定頻帶。
14.如前述任意一個權利要求所要求的集成VCO，其特徵在於所述開關與VCO集成在一起。
15.一種無線電ASIC，其特徵在於它包括根據權利要求1-14任意之一的集成VCO。
16.一種移動終端，其特徵在於它包括根據權利要求1-15任意之一的集成VCO和/或無線電ASIC。
17.一種電子設備，優選為計算機，其特徵在於它包括根據權利要求1-15任意之一的集成VCO和/或無線電ASIC。
全文摘要
本發明涉及一種在無線電ASIC中集成的VCO(100,130),其中開關(180,60,70,80,90)被配置用於在任意頻帶之間切換VCO的中心頻率,從而能夠執行頻帶切換和/或頻率調諧。在一個優選實施例中,該開關在DCS－頻帶和PCS－頻帶之間切換VCO(100,130)的中心頻率。因此,在本發明中,兩個頻帶只使用一個VCO,而不是一個VCO用於DCS－頻帶,另一個VCO用於PCS－頻帶,這樣就在ASIC上節省了大量的可用空間。
文檔編號H03L7/099GK1373931SQ00812840
公開日2002年10月9日 申請日期2000年9月7日 優先權日1999年9月13日
發明者T·馬特松, M·尼爾松 申請人:艾利森電話股份有限公司