專利名稱：具有功率保持模式的振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子振蕩器，更具體地說涉及可在正常功耗模式和低功耗模式之間切換的電子振蕩器。
當今世界上正在使用的有各種無線通信系統，如全球數字移動電話系統(GSM)、數字高級移動電話業務(DAMPS)、個人便攜系統(PHS)、個人通信業務(PCS)、地面移動無線電(LMR)、專用移動無線電(SMR)和兩種方式尋呼(有幾種命名)。用戶希望他們的電話或尋呼機在世界任何地方長時間地可靠工作。電話能夠無須再充電而工作的時間總量的關鍵在于當電話處于接收模式時振蕩器電流總量下降。
通常，壓控振蕩器(VCO)產生本機振蕩器(LO)信號，用于在移動無線電RF電路中實現發射和接收功能。當電話既不發射也不接收時VCO處于待機模式。
目前公知在VCO涉及中保存電流或在電話中實施的方法，包括把相移網絡放置在反饋電路中或同時切斷發射VCO和到保存DC功率的功率發射器。Kiser的美國專利4621241公開了一種VCO，具有反饋電路內的相移網絡。
在反饋網絡中使用相移網絡的缺點是電流損耗被固定，振蕩器電流和性能必須被優化以滿足在正常能耗模式下工作時的性能要求。
振蕩器通常在相位鎖定環(PLL)中使用。通過功率發射器切斷發射振蕩器的缺點在于振蕩器被重新接通后PLL要花費時間進行鎖定，意味著損失發射時間和信道效率低。
振蕩器中需要一公知的功率電平來滿足相位噪聲要求，從而在電話發射和接收時實現高保真和高數據傳輸速率。這是正常功耗模式。振蕩將在振蕩器內持續，并且當電話不發射或接收時PLL將保持鎖定在一個低功率電平。但是，相位噪聲在這種低功耗模式下降低。為保存功率而不損失發射時間或損失信道效率，振蕩器需要通過切換裝置在正常和低功耗模式之間切換。
公開了一種振蕩器，該振蕩器具有用來在正常功耗模式和低功耗模式之間切換振蕩器的DC功率損耗切換電路。該振蕩器包括一個振蕩回路和一個信號放大器電路。流過信號放大器電路的電流通過信號放大電路中放大元件控制端的電壓被控制。把振蕩器切換到低DC功率的電路包括一個切換元件和電阻元件，電阻元件改變放大元件控制端的電壓。電壓變化降低通過放大元件的電流，從而在保持振蕩的同時降低振蕩器的功率損耗。處于低功耗模式的振蕩器消耗的功率接近正常功耗模式下的一半，并能夠向PLL提供足夠的反饋功率以保持PLL鎖定。振蕩器延長電話的電池壽命而不降低發射時間或信道效率。
參考附圖
描述本發明的細節，在附圖中，相同的部件采用相同的參考標號，其中該圖是一個具有功率損耗切換電路的壓控振蕩器的電路圖，該功率損耗電路具有本發明的特征。
參考附圖，示出了具有本發明的特征的壓控振蕩器，包括一個振蕩回路、一個信號放大器電路和一個切換電路。
在描述為說明本發明而選擇的特殊實施例的時候，使用被認為是為便于說明而沒有限制意義的特定術語。所使用術語與常規電流一致，不是電子流。術語“輸入”和“輸出”是指常規電流流入到設備和從設備流出。此外，上述定義的所有術語包括明確提到的詞的派生和類似引入的詞。
所示振蕩回路是一個Colpitts型結構的并聯調諧的諧振回路。其他類型的振蕩回路，如Pierce或Hartley或串聯調諧的Colpitts，也適用于本發明。振蕩回路包括一個與DC阻塞電容器C2并聯的諧振電感器L2,DC阻塞電容器C2與調諧電容器CR1串聯，所示調諧電容器CR1為變容二級管。諧振電感器L1在與連接到DC阻塞電容器C2相對側接地。調諧電容器CR1在與連接到DC阻塞電容器C2相對側接地。振蕩回路包括第一信號分壓電容器C3，其一側連接到第一諧振電感器L2和DC阻塞電容器C2的連接點，相對側連接到第二信號分壓電容器C4。第二信號分壓電容器C4與連接到第一信號分壓電容器C3相對的一側接地。
DC電壓調諧輸入端VT通過阻抗Z1連接到調諧電容器CR1和DC阻塞電容器C2的連接點。通常為0到8伏的電壓被施加到DC電壓調諧輸入端VT來調諧調諧電容器CR1的電容。阻抗Z1為高值從而不負載振蕩回路的Q，并可以是一個RF扼流圈、高阻抗有源裝置如晶體管、或出現高RF阻抗和受控DC電阻的另一個網絡。RF旁路電容器C1連接到DC電壓調諧輸入端VT和接地，提供一個低通濾波器，從而短路任何RF信號。
壓控振蕩器的信號放大器電路包括一個放大元件，圖示為NPN晶體管Q1。晶體管Q1具有一個集電極C作為放大元件的輸入端，基極B作為放大元件控制端，和一個發射極E作為放大元件的輸出端。DC電壓提供端VCC通過感抗L3連接到集電極C，向晶體管Q1提供DC功率。通常為0到5伏的電壓被施加到DC電壓提供端VCC.RF旁路電容器C7連接在DC電壓提供端VCC和地之間，提供一個RF接地。
圖示從晶體管Q1的集電極C開始功率輸出。以多種方式完成輸出阻塞和阻抗匹配，從而把帶電裝置匹配到理想輸出負載。在所示實施例中，電容器C9、電阻器R5和電容器C11相應地從集電極C串聯連接到輸出端RFOUT。電阻器R7一側連接在電阻器R5和電容器C11之間，另一側連接到地。
一個偏壓阻抗以電阻器R4的形式連接在晶體管Q1的發射極E和地之間。用于在振蕩回路內保持振蕩的反饋環路包括晶體管Q1、第一信號分壓電容器C3、和電容器C5。發射極E連接在第一和第二信號分壓電容器C3和C4之間。電容器C5的一側連接到晶體管Q1的基極B，電容器C5的另一側連接到第一信號分壓電容器C3、DC阻塞電容器C2和諧振電感器L2的公共連接點。
切換電路提供切換裝置，用于在正常功耗模式和低功耗模式之間切換，切換電路包括電阻器R2、R3、R102、R103、和一個切換元件，在所示實施例中圖示切換元件是一個場效應晶體管Q2。雙極型晶體管或二極管在本發明的切換元件中也適用。電阻器R3一側連接到DC電壓源，實施例中所示DC電壓源為DC電壓提供端VCC。電阻器R2的一側連接到電阻器R3的另一側，電阻器R2的另一側接地。場效應晶體管Q2的漏極連接到電阻器R2和R3的公共連接點。場效應晶體管Q2的源極通過電阻器R102接地。場效應晶體管Q2的門極通過電阻器R103連接到切換電壓端VSW。電壓通過功率管理控制器PMC選擇地施加到切換電壓端VSW。電阻R2、R3和場效應晶體管Q2的漏極的公共連接點連接到晶體管Q1的基極B。從而場效應晶體管和電阻R2和R102形成一個選擇裝置，用于選擇從基極B到地的電阻。
通過非限制性例子，下表列出在頻率900MHz左右時上述電路組件的示范值。
C1 47PFC2 4.3PFC3 2.0PFC4 3.9PFC5 1.0PFC7 33PFC9 39PFC1133PFCR1 在1到4伏上為19到10PFL2 8nHR2 2kΩR3 2kΩR4 91R5 68R7 68R103 10kΩR102 2kΩ
VCC3VVSW3VVt 0-5V場效應晶體管Q2接通時，通過降低基極B的電壓，切換電路工作，從而降低發射極E的電壓并降低流過晶體管Q1的電流。基極B的電壓VB是場效應晶體管Q2、電阻器R2、和電阻器R3的公共連接點與地之間的電勢。當場效應晶體管Q2切斷時，電壓VB是跨過電阻R2的電勢，它等于VCC×R2/(R2+R3)。
對于上述所示值，VB可被計算為3V×2 kΩ/(2kΩ+2kΩ)=1.5V。已知晶體管基極和發射極之間的電壓差約為0.7V，從而發射極電壓VE為0.8V。流過集電極C的電流IC接近于流過發射極C的電流IE,IE為VE/R4，從而IC=0.8V/91Ω=8.8mA。這是正常功耗模式的電流電平，足以滿足高保真和高數據傳輸率要求的相位噪聲。
當場效應晶體管Q2接通時，電壓VB是跨過電阻R2和R102的并聯電阻R2′的電勢。并聯電阻R2′=(R2×R102)/(R2+R102),VB=VCC×R2′/(R2′+R3)。對于所示的值，R2′=(2kΩ×2kΩ)/(2kΩ+2kΩ)=1kΩ,VB=1kΩ/(1kΩ+2kΩ)=1.0V。發射極電壓VE=1.0V-0.07V=0.3V，集電極電流IC=0.3/91Ω=3.4mA。這是低功耗模式的電流電平，足以維持振蕩。電流被減少了超過50％，功率損耗成比例下降。
雖然通過某種程度的特殊性描述了本發明，可以理解已經通過例子進行了目前的公開，在不脫離本發明計數方案的前提下可以進行結構細節的變化。
權利要求
1．一種電子振蕩器，包括產生振蕩的振蕩回路和維持所述振蕩的放大器電路，其中的改進包括切換裝置，連接到所述放大器，用于在正常功耗模式和低功耗模式之間切換所述放大器電路，當在所述低功耗模式下時所述放大器電路維持所述振蕩回路內的振蕩，并且在所述低功耗模式下消耗的功率比所述正常功耗模式下消耗的功率小。
2．一種電子振蕩器，包括用于產生振蕩的振蕩回路，連接到所述振蕩回路放大器電路，用于維持振蕩，和切換裝置，連接到所述放大器，用于在正常功耗模式和低功耗模式之間切換所述放大器電路，當在所述低功耗模式下時所述放大器電路維持振蕩，并且在所述低功耗模式下消耗的功率比所述正常功耗模式下消耗的功率小。
3．如權利要求2所述振蕩器，其中所述放大器電路包括具有一個輸入、一個輸出和一個控制端的放大元件，和連接在所述輸出端和地之間的第一電阻器，和所述切換裝置包括連接在DC電壓提供端和所述控制端之間的第二電阻器，和連接在所述控制端和地之間用于在第一電阻和第二電阻之間選擇的選擇裝置。
4．如權利要求3所述振蕩器，其中所述放大元件是一個雙極型晶體管，所述輸入端是一個集電極，所述輸出端是一個發射極，所述控制端是一個基極。
5．如權利要求3所述振蕩器，其中所述放大元件是一個場效應晶體管，所述輸入端是一個漏極，所述輸出端是一個源極，所述控制端是一個門極。
6．如權利要求3所述振蕩器，其中所述選擇裝置包括連接在所述控制端和地之間的第三電阻器、串聯連接在所述控制端和地之間與所述第三電阻器并聯的第四電阻器和切換元件，所述切換元件可切斷為打開，將所述第一電阻作為所述第三電阻器電阻，所述切換元件可接通作為短路，將所述第二電阻作為所述第三和第四電阻器的并聯電阻。
7．如權利要求6所述振蕩器，其中所述切換元件是一個場效應晶體管，具有連接到切換電壓端的門極。
8．如權利要求6所述振蕩器，其中所述切換元件是一個雙極型晶體管，具有連接到切換電壓端的基極。
9．如權利要求6所述振蕩器，其中所述切換元件是一個二極管。
10．一種電子振蕩器，包括用于產生振蕩的振蕩回路，連接到所述振蕩回路用于維持振蕩的放大器電路，所述放大器電路包括一個具有基極、集電極和發射極的晶體管和連接在所述發射極和地之間的第一電阻器，和連接到所述放大器的切換裝置，用于在正常功耗模式和低功耗模式之間切換所述放大器電路，當在所述低功耗模式下時所述放大器電路維持振蕩，并且在所述低功耗模式下消耗的功率比所述正常功耗模式下消耗的功率小，所述切換裝置包括連接在DC電壓提供端和所述晶體管的所述基極之間的第二電阻器、連接在所述晶體管所述基極和地之間的第三電阻、第四電阻器和具有門極、源極和漏極的場效應晶體管，所述漏極連接到所述晶體管的所述基極，所述源極連接到所述第四電阻器，所述門極連接到切換電壓端，所述第四電阻器連接到與所述源極相對的地，從而當所述場效應晶體管切斷時所述基極和地之間的電阻是所述第三電阻器的值，當電壓施加到所述切換電壓端以接通所述場效應晶體管時所述基極和地之間的電阻是所述第三和第四電阻器的并聯電阻，從而當所述場效應晶體管接通時所述基極電壓降低，從而降低所述發射極電壓，從而降低流過所述第一電阻器的電流，從而降低流過所述集電極電流。
全文摘要
具有振蕩回路(L2、CR1、C2、C3、C4)、晶體管放大器(Q1)和切換電路(Q2)的振蕩器。通過在放大器晶體管(Q1)的基極的兩個選擇電壓之間切換,切換電路(Q2)將振蕩器在正常功耗模式和低功耗模式之間切換。當在低功耗模式下時,振蕩器具有足夠的電流以維持振蕩,但是沒有足夠的電流滿足高保真和高數據傳輸率的相位噪聲要求。當在正常功耗模式下時,振蕩器具有足夠的電流滿足相位噪聲要求。
文檔編號H03B1/00GK1310879SQ99808874
公開日2001年8月29日 申請日期1999年7月15日 優先權日1998年7月20日
發明者馬修·D·波普 申請人:瓦里－L公司