專利名稱：一種壓控振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子行業(yè)電子元器件設計技術領域，尤其涉及一種壓控振蕩器。
背景技術：
在探測、通訊、廣播電視等領域，產生高質量的本振信號是非常重要的。從本振信號的頻率穩(wěn)定度、相位噪聲及雜散頻率(spur)對通訊系統，雷達探測系統的性能有著重大的影響。在現代通訊系統中，信道密集，調制方式復雜，為降低信號的誤碼率，提高接收機選擇性，要求本振信號的相位噪聲要好。在多普勒雷達的低空探測中，面臨很強的地物雜波干擾，如果頻率源的相位噪聲不高，接收到的雜波和有用信號一起進入接收機，經混頻后，低速運動目標信號和雜波信號將很難區(qū)分開來。提高本振信號穩(wěn)定度的一個有效的方法是對壓控振蕩器進行鎖相，但鎖相環(huán)只能對環(huán)路帶內的相位噪聲進行抑制、不能改善環(huán)路帶外的相位噪聲。另外，加入鎖相環(huán)帶來的不良后果是增加了雜散頻率(鑒相雜散、分頻雜散以及參考源的雜散等)。另外，電源濾波不干凈也會帶來調制雜散；同時外圍的干擾源可能帶來附加的雜散。鎖相環(huán)的鑒相雜散可以通過提高鑒相器的最大電流加以改善，同時由于鑒相頻率通常大大高于環(huán)路帶寬，因而可以通過環(huán)路濾波器加以濾除；為解決頻率步進精度總問題， 通常采用小數分頻器，但同時又導致了嚴重的小數分頻雜散，工程上采用Σ -Δ調制技術加以解決。通過這一系列措施以后，壓控振蕩器輸出的雜散通常還有-60dBc左右。圖I為現有技術壓控振蕩器的結構示意圖。如圖I所示，該壓控振蕩器由前級振蕩部分和后級放大部分組成。振蕩部分采用射極輸出的形式，諧振器件是由變容管D1、電容 C3和傳輸線Tl (相當于電感)組成的一個串并聯諧振網絡；反饋網絡由電容C1、C2、L1、R3 組成；直流偏置電路由電阻R2、R4分壓后送到雙極結型晶體管BJT(Ql)的基極，然后經射極反饋電阻R3后由電感LI接地，電源由C6進行濾波。振蕩信號由BJT(Ql)的射極輸出，這種振蕩器設計方式的輸出信號比較小，因而后面加了一個放大級(Q2)對信號進行放大。申請人:意識到現有技術壓控振蕩器存在如下技術缺陷不能有效的對鎖相環(huán)引入的雜散頻率加以抑制，輸出的雜散頻率幅度較高。

發(fā)明內容
(一 )要解決的技術問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種壓控振蕩器，以抑制雜散頻率的干擾。( 二 )技術方案根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種壓控振蕩器。該壓控振蕩器包括LC諧振電路，用于提供振蕩信號；集電極偏置電路，其輸入端與外圍的電源相連接，用于對該電源進行濾波處理后輸出至反饋放大電路，包括第三電阻，其第一端連接至電源，其第二端通過第二電感連接至雙極結型晶體管的集電極；第三電容，其第一端連接至電源，第二端連接至地；第四電容，其第一端連接至第三電阻的第二端，第二端連接至地，第三電容、第三電阻、 第四電容組成η型RC濾波限流網絡；反饋放大電路，其輸入端分別與LC諧振電路和集電極偏置電路的第一輸出端相連接，用于利用進行濾波處理后的電源對振蕩信號進行放大后輸出，包括雙極結型晶體管，其集電極連接至集電極偏置電路，并通過第十一隔直流電容連接至壓控振蕩器的輸出；其基極通過第八電容連接至LC諧振電路；并聯的第五電感和第十電容，其第一端連接至雙極結型晶體管的發(fā)射極，并通過第九電容連接至雙極結型晶體管的發(fā)射極的基極；其第二端接地。根據本發(fā)明的一個方面，還提供了一種壓控振蕩器。該壓控振蕩器包括LC諧振電路，用于提供振蕩信號；漏極偏置電路，其輸入端與外圍的電源相連接，用于對該電源進行濾波處理后輸出至反饋放大電路，包括第三電阻，其第一端連接至電源，其第二端通過第二電感連接至雙極結型晶體管的漏極；第三電容，其第一端連接至電源，第二端連接至地；第四電容，其第一端連接至第三電阻的第二端，第二端連接至地，第三電容、第三電阻、 第四電容組成η型RC濾波限流網絡；反饋放大電路，其輸入端分別與LC諧振電路和漏極偏置電路的第一輸出端相連接，用于利用進行濾波處理后的電源對振蕩信號進行放大后輸出，包括場效應管，其漏極連接至漏極偏置電路，并通過第十一隔直流電容連接至壓控振蕩器的輸出；其柵極通過第八電容連接至LC諧振電路；并聯的第五電感和第十電容，其第一端連接至雙極結型晶體管的發(fā)射極，并通過第九電容連接至雙極結型晶體管的發(fā)射極的柵極；其第二端接地。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發(fā)明的雜散抑制壓控振蕩器電路具有下列有益效果I、本發(fā)明中，集電極(或漏極)采用了型RC電源濾波電路，該型RC電源濾波電路由第三電容C3、第三電阻R3、第四電容C4組成。通過型RC電源濾波電路，電源噪聲被有效抑制，壓控振蕩器由電源噪聲引起的相位噪聲和和雜散得到較大的抑制，具有很好的抗電源干擾能力。2、本發(fā)明中，基極(或柵極)采用了 π型RC電源濾波電路，該π型RC電源濾波電路由第一電容Cl、第一電阻R1、第二電容C2組成。通過31型RC電源濾波電路，電源噪聲被有效抑制，壓控振蕩器由電源噪聲引起的相位噪聲和和雜散得到較大的抑制，具有很好的抗電源干擾能力。3、本發(fā)明中，基極(或柵極)采用了由第一電感LI、第二電容C2組成的低頻干擾旁路結構，由調諧電壓引入的低頻干擾及鎖相環(huán)自身的一些低頻雜散，如鑒相雜散、分頻雜散以及參考源的雜散等，被該結構很大程度地旁路，防止其進入BJT后混頻到壓控振蕩器的輸出頻譜上，使壓控振蕩器的相位噪聲和雜散得以改善；4、本發(fā)明中，由于采用集電極(或漏極)輸出，發(fā)射極不添加反饋電阻的結構，從而使壓控振蕩器的輸出功率可以達到最大值，即集電極電壓最高，具有最大功率輸出能力； 而射極(或源極)的反饋電阻會限制射頻信號的功率，同時會消耗部分射頻能量，從而降低壓控振蕩器的輸出功率。依據Lesson等式，提高相位噪聲性能的效方法之一是提高壓控振蕩器的輸出功率，因而采用該結構后壓控振蕩器的相位噪聲性能得到了一定的提高。


圖I為現有技術壓控振蕩器的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例壓控振蕩器的結構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例壓控振蕩器的相位噪聲的計算結果；圖4為本發(fā)明實施例壓控振蕩器的相位噪聲的測試結果(帶鎖相環(huán)測試，環(huán)路帶寬為 IOKHz)。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提出了一種采用晶體管的壓控振蕩器。圖2為本發(fā)明實施例壓控振蕩器的結構示意圖。如圖2所示，本實施例壓控振蕩器采用單個有源器件模式，包括基極濾波偏置電路、集電極偏置電路、LC諧振電路及反饋放大器電路。其中集電極偏置電路，其輸入端與外圍電源相連接，其第一輸出端連接到BJT的集電極。用于將該外圍電源提供的電壓信號進行濾波處理后輸出至BJT，并阻止高頻振蕩信號漏入集電極偏置電路?；鶚O濾波偏置電路，其輸入端與集電極偏置電路的輸出端相連接，輸出連接到BJT 基極。用于對輸入的電壓信號進行低頻濾波，旁路壓控振蕩器基極由調諧電壓Vt引入的低頻干擾信號。LC諧振電路，其輸出連接到BJT的基極，用于提供振蕩信號，損失的能量由反饋放大電路補給，其振蕩頻率由調諧電壓Vt控制。反饋放大電路，其輸入連接LC諧振電路，輸出連接到負載。反饋放大電路接收LC 諧振電路產生的振蕩信號，對振蕩信號進行放大后，一部信號反饋回LC諧振電路以持續(xù)振蕩，另一部分作為信號源由集電級輸出。本實施例中，由于采用集電級電源濾波和基極電源濾波和雙重電源濾波結構以及基極低頻干擾旁路結構，從而可以將雜散頻率抑制到更低的水平，使輸出無明顯雜散，同時具有良好的相位噪聲性能。以下分別對各個組成部分進行詳細說明。一、基極濾波偏置電路?；鶚O濾波偏置電路接收集電極偏置電路送過來的經過分壓、濾波的電源，對其進行濾波后輸出至雙極結型晶體管的基極作為偏置電壓?；鶚O濾波偏置電路完成三個作用一、完成基極的分壓偏置；二、完成對集電極送過來的直流電壓的進一步濾波處理；三是旁路壓控振蕩器基極的低頻干擾信號?；鶚O濾波偏置電路由第一電容 Cl、第二電容C2和第一電阻R1、第二 R2以及第一電感LI組成。由集電極送過來的偏置電壓連接到第一電容Cl和第一電阻Rl的第一端,第一電容Cl的第二端接地,第一電阻Rl與第二電阻R2串聯，第二電阻R2另一端接地，它們的公共端接到第一電感LI的第一端，第一電感LI的第二端接BJT的基極；同時第一電阻R1、第二電阻R2的公共端經第二電容C2接地?；鶚O分壓偏置是由第一電阻RU第二電阻R2組成的串聯分壓網絡；基極電源濾波是由第一電容Cl、第一電阻R1、第二電容C2組成π型RC濾波網絡完成，從而提高壓控振蕩器的抗電源干擾能力；基極低頻干擾旁路由第一電感LI、第二電容C2組成的L型LC濾波網格完成，第一電感LI的電感量較小，對低頻信號近似直通，壓控振蕩器基極的低頻干擾信號經過第一電感LI，被第二電容C2旁路，由調諧電壓VT引入的低頻干擾及LC諧振電路可能帶來的低頻信號得到進一步抑制，使BJT得到較為純凈的振蕩信號，降低了相位噪聲和雜散頻率。該電路中的基極分壓偏置結構為現有技術中的通用方法?；鶚O電源濾波電路采用了 η型RC濾波網絡，是本發(fā)明獨創(chuàng)的基極電源濾波結構，同時，基極的輸入電源已經過集電級的η型RC濾波網絡進行了第一級濾波處理，具有很強的抗電源干擾能力，現有技術中通常采用并聯電容對電源進行濾波或者采用LC型的濾波網絡結構，其對低頻的濾波效果不如RC型結構好，其原因為電容、電感對頻率敏感，而電阻對頻率不敏感，因而RC型濾波器的濾波帶寬要大；基極低頻干擾旁路結構是本發(fā)明中的獨創(chuàng)結構，現有技術無相關替代結構。二、集電極偏置電路。集電極偏置電路由外圍電源供電，對該外圍電源提供的電源進行濾波處理后輸出給基級濾波偏置電路和BJT的集電極，并阻止高頻振蕩信號漏入偏置電路。集電極偏置電路由第三電阻R3，第三電容C3、第四電容C4和第二電感L2組成。供電電源連接到第三電容C3和第三電阻R3的第一端，第三電容C3的第二端接地，由第三電阻R3的第二端分別連接到基極偏置電路第一電阻Rl的第一端、集電極的第二電感L2的第一端和第四電容C4的第一端，第二電感L2的第二端連接到BJT集電極，第四電容C4的第二端接地。第三電容C3、第三電阻R3、第四電容C4組成的π型RC濾波限流網絡作為電源的濾波限流電路，第三電阻R3起限流作用，可以使壓控振蕩器擁有較大的工作電壓范圍并保護壓控振蕩器電路，另外，如果對壓控振蕩器的輸出功率有額定要求，可通過調整第三電阻R3的電阻值來實現，而不會對壓控振蕩器的其它指標產生明顯影響。直流饋電電路由第三電阻R3和第二電感L2組成，第三電阻R3用來限流，第二電感L2用來將電源饋送的BJT 的集電極并隔離壓控振蕩器輸出的振蕩信號。該電路中的直流饋電電路是現有技術中的通用結構；型RC濾波限流電路是本發(fā)明中獨有的結構，現有技術中通常采用并聯電容對電源進行濾波或者采用LC型的濾波網絡結構。其對低頻的濾波效果不如RC型結構好。三、LC諧振電路。LC諧振電路為BJT輸出振蕩信號，確定振蕩頻率，損失的能量由反饋放大電路補給，其振蕩頻率由調諧電壓Vt控制。LC諧振電路由變容管Ct，第六電容C6、 第七電容C7和第四電感L4組成。LC諧振電路的輸出經第八電容C8連接到BJT的基極，第五電容C5、和第三電感L3為調諧電壓Vt的濾波偏置電路。Ct正極接地，負極與第六電容 C6串聯后再和第七電容C7并聯組成電容串并聯網絡，然后該串并聯網絡再和第四電感L4 并聯組成并聯諧振器，它們的公共端經第八電容CS耦合到BJT基極。調諧電壓Vt經第五電容C5并聯濾波后由第三電感L3饋入變容管的負極，當調諧電壓Vt不由鎖相環(huán)控制時，可采用與基極濾波集置電路相同的結構，以提高濾波效果；當調諧電壓Vt由鎖相環(huán)控制時， 基極濾波偏置電路結構與鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器級聯，會影響到環(huán)路濾波器的正常工作。為提高諧振電路的Q值，電容器件采用了變容管Ct，第六電容C6、第七電容C7串并聯的模式， 以改善壓控振蕩器的相位噪聲性能。壓控振蕩器的單邊帶相位噪聲可用改進的Lesson等式表示為
權利要求
1.一種壓控振蕩器，包括LC諧振電路，用于提供振蕩信號；集電極偏置電路，其輸入端與外圍的電源相連接，用于對該電源進行濾波處理后輸出至反饋放大電路,包括第三電阻，其第一端連接至所述電源，其第二端通過第二電感連接至雙極結型晶體管的集電極；第三電容，其第一端連接至所述電源，第二端連接至地；第四電容，其第一端連接至所述第三電阻的第二端，第二端連接至地，所述第三電容、 第三電阻、第四電容組成η型RC濾波限流網絡；反饋放大電路，其輸入端分別與所述LC諧振電路和所述集電極偏置電路的第一輸出端相連接，用于利用進行所述濾波處理后的電源對所述振蕩信號進行放大后輸出，同時反饋能量回所述LC諧振電路以維持其振蕩，包括雙極結型晶體管，其集電極連接至所述集電極偏置電路，并通過第十一隔直流電容連接至所述壓控振蕩器的輸出；其基極通過第八電容連接至LC諧振電路；并聯的第五電感和第十電容，其第一端連接至所述雙極結型晶體管的發(fā)射極，并通過第九電容連接至所述雙極結型晶體管的發(fā)射極的基極；其第二端接地。
2.根據權利要求I所述的壓控振蕩器，其中，所述第三電阻為可調電阻。
3.根據權利要求I所述的壓控振蕩器，還包括基極濾波偏置電路，用于接收經過第三電阻分壓的電源，對其進行濾波后輸出至雙極結型晶體管的基極作為偏置電壓。
4.根據權利要求3所述的壓控振蕩器，其中，所述基極濾波偏置電路包括第一電阻，其第一端連接至所述集電極偏置電路中第三電阻的第二端，其第二端通過第一電感連接至雙極結型晶體管的基極；并聯的第二電阻和第二電容，其第一端連接至第一電阻的第二端，其第二端連接至地；第一電容，其第一端連接至所述集電極偏置電路中第三電阻的第二端，其第二端連接至地；其中，第一電容、第一電阻和第二電容組成η型RC濾波網絡；第一電阻和第二電阻組成的串聯分壓網絡；第一電感、第二電容組成低頻干擾旁路結構。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的壓控振蕩器，其中，所述LC諧振電路包括 并聯的第七電容和第四電感，兩者的第一端通過第八電路連接至雙極結型晶體管的基極，第二端連接至地；第六電容，其第一端通過第八電路連接至雙極結型晶體管的基極，其第二端連接至調諧電壓的輸入端；變容管，其正極接地，其負極連接至調諧電壓的輸入端。
6.根據權利要求5所述的壓控振蕩器，還包括調諧電壓濾波偏置電路，位于調諧電壓的輸入端和LC諧振電路之間，用于對調諧電壓進行濾波，包括第三電感，其第一端連接至調諧電壓的輸入端，其第二端連接至變容管的負極和第六電容的第二端；第五電容，其第一端連接至調諧電壓的輸入端，其第二端接地。
7.—種壓控振蕩器,包括LC諧振電路，用于提供振蕩信號；漏極偏置電路，其輸入端與外圍的電源相連接，用于對該電源進行濾波處理后輸出至反饋放大電路,包括第三電阻，其第一端連接至所述電源，其第二端通過第二電感連接至雙極結型晶體管的漏極；第三電容，其第一端連接至所述電源，第二端連接至地；第四電容，其第一端連接至所述第三電阻的第二端，第二端連接至地，所述第三電容、 第三電阻、第四電容組成η型RC濾波限流網絡；反饋放大電路，其輸入端分別與所述LC諧振電路和所述漏極偏置電路的第一輸出端相連接，用于利用進行所述濾波處理后的電源對所述振蕩信號進行放大后輸出，包括場效應管，其漏極連接至所述漏極偏置電路，并通過第十一隔直流電容連接至所述壓控振蕩器的輸出；其柵極通過第八電容連接至LC諧振電路；并聯的第五電感和第十電容，其第一端連接至所述雙極結型晶體管的發(fā)射極，并通過第九電容連接至所述雙極結型晶體管的發(fā)射極的柵極；其第二端接地。
8.根據權利要求7所述的壓控振蕩器，其中，所述第三電阻為可調電阻。
9.根據權利要求7所述的壓控振蕩器，還包括柵極濾波偏置電路，用于接收漏極偏置電路送過來的經過第三電阻分壓的電源電壓，對其進行濾波后輸出至柵極作為偏置電壓。
10.根據權利要求9所述的壓控振蕩器，其中，所述柵極濾波偏置電路包括第一電阻，其第一端連接至所述漏極偏置電路中第三電阻的第二端，其第二端通過第一電感連接至雙極結型晶體管的柵極；并聯的第二電阻和第二電容，其第一端連接至第一電阻的第二端，其第二端連接至地；第一電容，其第一端連接至所述漏極偏置電路中第三電阻的第二端，其第二端連接至地，其中，第一電容、第一電阻和第二電容組成η型RC濾波網絡；第一電阻和第二電阻組成的串聯分壓網絡；第一電感、第二電容組成低頻干擾旁路結構。
11.根據權利要求7至9中任一項所述的壓控振蕩器，其中，所述場效應管為高電子遷移率場效應管HEMT、結型場效應管JFET或金屬氧化物半導體場效應管M0SFET。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓控振蕩器。該壓控振蕩器不但可以有效抑制電源調制引起的雜散頻率，還可以抑制鎖相環(huán)引入的雜散頻率，包括鑒相器泄漏雜散、分頻雜散、參考源引入的雜散等。另外，該壓控振蕩器還具有高抗電源干擾能力，從而可改善壓控振蕩器的相位噪聲。同時該壓控振蕩器的輸出功率還可以通過單個器件根據需要進行調整，而不會明顯影響到其它性能指標。
文檔編號H03L7/099GK102594342SQ20121005050
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者向永波, 張 浩, 楊亞光, 閻躍鵬 申請人:中國科學院微電子研究所