專利名稱：振蕩器、傳輸電路和無線電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在各種各樣的無線電裝置、通訊裝置、測量儀器等中使用的振蕩器。
背景技術：
至今，為了得到體積小成本低的無線電裝置，已經實現了將各種類型的微波波段振蕩器置入集成電路。雖然有不同的電路類型，但是由于包括不需要反饋電容的事實，以及相位噪聲特性優于在數字電路中使用的環形振蕩器的相位噪聲特性的很多原因，而特別使用交叉型振蕩器，在該振蕩器中可以通過晶體管基極-集電極連接與共發射極來獲得負阻。
下面描述一種常規振蕩器。
圖1示出了一種常規振蕩器的結構。在圖1中，L1和L2是能夠并入集成電路中的螺旋形電感器，C1和C2是諧振電容，Q1和Q2是具有共發射極的基極-集電極連接的晶體管，I1是決定電路的電流值的電流源，以及10和11是用于將振蕩器輸出輸出到外部電路的反相和正相輸出端。電源電壓VCC被提供到電感器L1和L2的一端。
現在將描述一種具有上述結構的振蕩器的操作。
首先，電路電流值由電流源I1決定，并且晶體管Q1和Q2根據該電流值產生在振蕩頻率的負阻。電路的振蕩頻率由電感器L1和L2和諧振電容C1和C2的諧振來決定，并且通過用上述負阻抵消電感器L1和L2以及諧振電容C1和C2的損失來保持振蕩。
由于晶體管Q1和Q2的發射極連接，這些晶體管執行差分操作，并且雙相輸出是從反相輸出端10和正相輸出端11獲得的。
然而，使用這種常規結構，由諧振電路電感器和諧振電容決定振蕩頻率的事實是，尤其在3GHz的頻帶和更高頻帶，需要1nH或更少的電感值。存在的一個問題是，如果電感器值在集成電路中變得太小時，保持精確度和Q值會變得很困難，并且將導致輸出減小并產生相位噪聲。
發明內容
本發明的一個目的是實現一種具有優良輸出和相位噪聲特性的振蕩器，因此可以配置一種頻率是期望頻率的一半的交叉型振蕩器。
上述目的可通過從在一種交叉型振蕩器中的晶體管發射極取出二倍波輸出來獲得，該交叉型振蕩器包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容，通過共發射極的基極-集電極連接來產生負阻的晶體管，以及一決定電流值的電流源。
圖1示出了一種常規振蕩器的結構的連接圖；圖2示出了根據本發明實施例一的振蕩器的結構的連接圖；圖3示出了根據本發明實施例二的振蕩器的結構的連接圖；圖4示出了根據本發明實施例三的振蕩器的結構的連接圖；圖5示出了根據本發明實施例四的振蕩器的結構的連接圖；圖6示出了根據本發明實施例五的振蕩器的結構的連接圖；圖7示出了根據本發明實施例六的振蕩器的結構的連接圖。
具體實施例方式
現在參考附圖，下面將詳細解釋本發明的實施例。
(實施例1)在圖2中，與圖1中的部分相同的部分被分配與圖1相同的編號，圖2示出了根據本發明實施例一的振蕩器的結構的連接圖。這里省略對應于圖1中的部分的描述。
在根據該實施例的振蕩器20中，輸出端21連接到具有一個共發射極的晶體管Q1和Q2的發射極，并且振蕩器20的振蕩輸出是通過輸出端20來提取的。
現在將描述根據該實施例的振蕩器20的操作。
首先，電路電流值由電流源I1來決定，并且根據該電流值，晶體管Q1和Q2在振蕩頻率產生負阻。電路的振蕩頻率由電感器L1和L2以及諧振電容C1和C2的諧振來決定，并且通過用上述負阻來抵消電感器L1和L2以及諧振電容C1和C2的損耗來保持振蕩。這里，由于晶體管Q1和Q2的發射極相連，晶體管Q1和Q2執行差分運行。
因此，由于晶體管Q1和Q2的發射極相連，交叉型振蕩器20在基頻執行差分運行。結果，晶體管Q1和Q2在基電極和發射極對180度的相位差進行運算。
此時，發射極實際上在基頻為接地點，并且不出現基頻信號分量，但是由于基頻輸出的失真而產生的二倍波輸出在晶體管Q1和Q2的基電極和發射極是同相的。因此，通過在該發射極提供輸出端21，以便提取輸出，則可能抑制基頻輸出，并有效地得到二倍波輸出。
因此，根據本實施例，通過從晶體管發射極取出輸出，該發射極實際上是交叉型振蕩器中的基波接地點，則可能抑制基波輸出，并有效地輸出一個二倍波，從而能夠不使用濾波器等就可以配置一種頻率是期望頻率的一半的交叉型振蕩器，通常在這種情況下是很難集成的。結果，能夠實現具有優良效應和相位噪聲特性的振蕩器20。
在圖2中，當然可以用一個電阻或一個晶體管來代替電流源I1。而且，假定晶體管Q1和Q2是雙極型的元件，則可由MOSFET來代替。
(實施例2)在圖3中，與圖2中的部分相同的部分被分配與圖2相同的編號，圖3示出了根據本發明實施例二的振蕩器的結構的連接圖。這里省略對應于圖2中的部分的描述。
根據本實施例的振蕩器30被提供了電容值可根據施加的直流電壓而變化的變容二極管D1和D2，以及將直流電壓提供到變容二極管D1和D2的控制電壓輸入端31。具體地，變容二極管D1和D2的陽極互相連接，陰極分別連接到螺旋形電感器L1和L2。控制電壓輸入端31連接到變容二極管D1和D2的陽極。
現在將描述根據本實施例的振蕩器30的操作。
首先，變容二極管D1和D2的電容值由從控制電壓輸入端31提供的直流電壓以及經過螺旋形電感器L1和L2提供的電源電壓之間的電壓差來決定。變容二極管D1和D2形成一個具有電感器L1和L2的諧振電路，并且該頻率可通過改變電容值來變化。其他部件的操作與實施例一中的相同，因此不再贅述。
從而，根據本實施例，通過用變容二極管D1和D2代替諧振電容，并且通過從控制電壓輸入端31提供的控制電壓來改變變容二極管D1和D2的電容值，能夠實現一種使振蕩頻率根據從控制電壓輸入端31提供的電壓而改變的振蕩器30，并且獲得實施例1的效果。
(實施例3)在圖4中，與圖3中的部分相同的部分被分配與圖3相同的編號，圖4示出了根據本發明實施例三的振蕩器的結構的連接圖。這里省略對應于圖3中的部分的描述。
根據本實施例的振蕩器40被提供了阻塞直流電壓的耦合電容C3和C4，以及施加基極偏壓的偏壓提供端41和42。具體地，耦合電容C3和C4被插入到晶體管Q1和Q2的基極和集電極之間，偏壓提供端41連接到耦合電容C3和晶體管Q2的基極之間，以及偏壓提供端42連接到耦合電容C4和晶體管Q1的基極之間。
現在將描述根據本實施例的振蕩器40的操作。
通過單獨地從偏壓提供端41和42施加基極偏壓，可以充分固定晶體管Q1和Q2的集電極-發射極電壓。由于集電極-發射極電壓的固定與相位噪聲特性的改善相關，則結果是能夠實現具有優良相位噪聲特性的振蕩器40。其他部件的操作與實施例2中的相同，所以不再贅述。
因此，根據本實施例，通過經由兩個耦合電容C3和C4連接基極和集電極，以及從偏壓提供端41和42提供基極偏壓，能夠實現一種能夠保護晶體管Q1和Q2的集電極-發射極并且改善相位噪聲特性的振蕩器40，此外能獲得實施例2的效果。
(實施例4)在圖5中，與圖1中的部分相同的部分被分配與圖1相同的編號，圖5示出了根據本發明實施例四的振蕩器的結構的連接圖。這里省略對應于圖1中的部分的描述。
在根據本實施例的振蕩器50中，形成一個射極跟隨器的晶體管Q3和Q4被連接到晶體管Q1和Q2的集電極，并且決定射極跟隨器的電流值的電流源I2被連接到那些晶體管Q3和Q4的發射極。而且，在振蕩器50中，振蕩輸出是從連接到晶體管Q3和Q4的發射極的輸出端51提取的。
現在將描述根據本實施例的振蕩器50的操作。
在交叉型振蕩器50中，在晶體管Q1和Q2集電極有基頻反相和倍波同相關系。在根據本實施例的振蕩器50中，能夠抑制基波輸出，并且通過對通過晶體管Q3和Q4組成的射極跟隨器的輸出和電流源I2的同相合并，能夠有效地輸出二倍波。而且，由于集電極輸出是比發射極輸出更高的電平，所以能夠得到比實施例1到3的更高電平的輸出。
其他部件的操作與實施例1中的相同，所以不再贅述。
因此，根據本實施例，通過從兩個集電極取出二倍波輸出，并通過在交叉型振蕩器中的發射極跟隨器來執行同相合并，該振蕩器包括決定諧振頻率的螺旋形電感器L1和L2、諧振電容C1和C2、通過基極-集電極連接及共發射極來產生負阻的晶體管Q1和Q2、以及決定電路值的電流源I1，能夠實現一種能夠獲得非常高的輸出電平的振蕩輸出的振蕩器50，此外能獲得實施例1的效果。
(實施例5)在圖6中，與圖5中的部分相同的部分被分配與圖5相同的編號，圖6示出了根據本發明實施例五的振蕩器的結構的連接圖。這里省略對應于圖5中的部分的描述。
在根據本實施例的振蕩器60中，頻率等分器61連接到形成發射極跟隨器的晶體管Q3和Q4。在振蕩器60中，振蕩輸出是從用于提取頻率等分器61的同相信號(I)的同相信號端52，以及從用于提取正交信號(Q)的正交信號端63獲得的。
現在將描述根據本實施例的振蕩器60的操作。
通過使用輸入信號的上升沿和下降沿，頻率等分器61能夠產生一個精確的90度的相位信號。也就是說，通過將倍增的輸出輸入到頻率等分器61，并且對該輸入進行分頻，能夠產生基頻的同相信號(I)和正交信號(Q)。其他部件的操作與實施例4中的相同，所以不再贅述。
在本實施例中，已經描述了在實施例4的輸出端51的位置提供頻率等分器61的情況，但是這并不是一種限制，而且通過在實施例1到3的輸出端的位置提供頻率等分器，也可以獲得相似的效果。
因此，根據本實施例，通過頻率等分器61對由根據實施例1到4的振蕩器20、30、40或50獲得的倍增的輸出進行分頻，能夠實現一種能夠在基波振蕩頻帶獲得90度相位的振蕩器60。
頻率等分器61被用來獲得一個90度的相位，但是也能夠在所期望頻率的一半形成基頻，并且使用例如多相濾波器的CR移相器來執行倍增輸出的移相。
(實施例6)在圖7中，與圖6中的部分相同的部分被分配與圖6相同的編號，圖7示出了根據本發明實施例六的傳輸電路的結構。傳輸電路70被安裝在例如移動電話的無線電裝置上，并且對正交基帶信號(BB_I，BB_Q)執行正交調制處理。
具體地，將通過頻率等分器61獲得的同相信號(I)輸入正交調制器71的乘法電路72，并且將通過頻率等分器61獲得的正交信號(Q)輸入正交調制器71的乘法電路73。而且，正交基帶信號同相分量(BB_I)被輸入到乘法電路72，以及正交基帶信號分量(BB_Q)被輸入到乘法電路73。通過這種方法，在正交調制器71中，正交基帶信號被上變換(up-converted)為由振蕩器60產生的振蕩頻率，并且從輸出端74獲得傳輸信號。
這里通過使用精確移相的同相信號(I)以及通過振蕩器60獲得的正交信號(Q)，在正交調制器71中執行對正交基帶信號(BB_I，BB_Q)的正交調制，可以從輸出端74獲得具有優良相位噪聲特性的傳輸信號。
因此根據本實施例，通過將根據實施例5的振蕩器的90度相位輸出應用到正交調制，能夠實現可能獲得具有優良相位噪聲特性的傳輸電路70，并且也能夠將包括移相器的傳輸電路合并到一個集成電路中。
由于簡潔原因，這些實施例的描述被限定為傳輸系統，但是根據本發明的振蕩器也可以應用到接收系統中的正交調制器、圖像載波抑制混合器等。
本發明并不限于上述的實施例，并且在不背離本發明的范圍的情況下可以做出各種各樣的變化和修改。
根據本發明的振蕩器具有這樣一種結構，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發射極的基極-集電極連接來產生負阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極；以及輸出端，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極，并提取振蕩輸出。
根據該配置，能夠有效地從一個輸出端提取二倍波，同時通過使用基波實接地點來抑制基波，從而不使用一個濾波器等就能夠配置一種其頻率是期望頻率的一半的交叉型振蕩器。
根據本發明的振蕩器具有這樣一種結構，其中上述輸出端從上述發射極提取一個偶數高頻率。
根據本發明的振蕩器具有這樣一種結構，其中上述諧振電容由多個變容二極管來代替，并且還包括一個控制電壓輸入端，用于將控制電壓提供給那些變容二極管。
根據該結構，振蕩器頻率能夠根據來自控制電壓輸出端的控制電壓而變化。
根據本發明的振蕩器具有這樣一種結構，其中上述第一和第二晶體管的基極和集電極通過耦合電容連接，并且從偏壓提供端將基極偏壓提供到所述第一和第二晶體管。
根據這種結構，能夠確保第一和第二晶體管的集電極-發射極電壓，并且能夠充分地提高相位噪聲特性。
根據本發明的振蕩器具有這樣一種結構，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過基極-集電極連接一個共發射極來產生負阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極；以及一射極跟隨電路，從所述第一和第二晶體管的集電極提取二倍波輸出，并執行它們的同相合并。
根據這種結構，通過使用一個射極跟隨電路來執行輸出的同相合并而增加輸出電平。
根據本發明的振蕩器具有這樣一種結構，進一步包括分頻器，通過對從連接到所述輸出端的輸出端獲得的倍增的輸出進行分頻，形成兩個在基波振蕩頻率具有90度相位差的信號。
根據本發明的振蕩器具有這樣一種結構，進一步包括分頻器，通過對受到由所述射極跟隨電路的同相合并的倍增的輸出進行分頻，形成兩個在基波振蕩頻段具有90度相位差的信號。
根據這種結構，通過使用一移相電路能夠獲得精確的90度相位，該移相電路利用一分頻器，而不使用倍頻器。
根據本發明的傳輸電路具有這樣一種結構，其中，在正交調制器中使用由上述振蕩器獲得的兩個具有90度相位差的信號。
根據這種結構，能夠獲得具有優良相位噪聲特性的傳輸信號，并能夠將包括一移相器的傳輸電路并入集成電路中。
根據本發明的無線裝置具有一種包括上述振蕩器的結構。
根據這種結構，通過傳輸電路的集成可以獲得一種小的無線電裝置。
如上所述，根據本發明，通過從交叉型振蕩器的發射極提取基波振蕩頻率倍波輸出能夠實現具有優良輸出和相位噪聲特性的振蕩器。
本申請基于2001年9月27日提出的日本專利申請號第2001-296857，特此全文引用，以供參考。
工業實用性本發明可應用于各種類型的無線電裝置、通信裝置、測量儀器等。
權利要求
1.一種振蕩器，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發射極的基極-集電極連接來產生負阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極；以及輸出端，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極，并提取振蕩輸出。
2.如權利要求1所述的振蕩器，其中，所述輸出端從所述發射極提取一個偶數的高頻率。
3.如權利要求1所述的振蕩器，其中，所述諧振電容由多個變容二極管來代替，并且還包括一個控制電壓輸入端，用于將控制電壓提供給那些變容二極管。
4.如權利要求1所述的振蕩器，其中，所述第一和第二晶體管的基極和集電極通過耦合電容連接，并且從偏壓提供端將基極偏壓提供到所述第一和第二晶體管。
5.一種振蕩器，包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發射極的基極-集電極連接來產生負阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極；以及一射極跟隨電路，從所述第一和第二晶體管的集電極提取倍波輸出，并執行它們的同相合并。
6.如權利要求1所述的振蕩器，進一步包括分頻器，通過對從連接到所述輸出端的輸出端獲得的倍增的輸出進行分頻，形成兩個在基波振蕩頻率具有90度相位差的信號。
7.如權利要求5所述的振蕩器，進一步包括分頻器，通過對由所述射極跟隨電路進行同相合并獲得的倍增的輸出進行分頻，形成兩個在基波振蕩頻段具有90度相位差的信號。
8.一種傳輸電路，其中，在正交調制器中使用通過根據權利要求6的振蕩器獲得的兩個具有90度相位差的信號。
9.一種傳輸電路，其中，在正交調制器中使用通過根據權利要求7的振蕩器獲得的兩個具有90度相位差的信號。
10.一種具有振蕩器的無線電裝置，所述振蕩器包括決定諧振頻率的螺旋形電感器和諧振電容；第一和第二晶體管，通過共發射極的基極-集電極連接產生負阻；一電流源，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極；以及輸出端，連接到所述第一和第二晶體管的所述發射極，并提取振蕩輸出。
全文摘要
在一個交叉型振蕩器(20)中，包括螺旋形電感器(L1，L2)、決定諧振頻率的諧振電容(C1，C2)、通過共發射極的基極－集電極連接來產生負阻的晶體管(Q1，Q2)、以及決定電路電流值的電流源(I1)，二倍波輸出是從晶體管(Q1，Q2)的發射極提取的。
文檔編號H03B19/14GK1489824SQ02804160
公開日2004年4月14日 申請日期2002年9月25日 優先權日2001年9月27日
發明者齊藤典昭, 清水克人, 矢吹博幸, 人, 幸 申請人:松下電器產業株式會社