[发明专利]带有改进相位噪声的双频带压控振荡器

说明书

本发明涉及压控振荡器(VCO)，并且尤其涉及位于VCO信号频率附近的频谱中相位噪声的降低。

如同在现有技术中所了解的那样，双频带VCO通过切换有源电路中的谐振电路元件从而在振荡器输出频率之间进行选择。对于所选的每个输出频率，振荡器都产生一信号频率信号以及以相位噪声形式存在的附加能量。通过该信号频率的调制所产生的这个附加边带噪声是通过振荡器中作为闪变噪声的有源元件，或是在大信号条件下该有源元件的噪声系数以及滤波影响或谐振电路而产生的。借助于分离的VCO在每个切换频带中获得好的相位噪声性能存在需要更多的元件、重量以及成本这些缺陷。如同由本领域技术人员所公知和了解的那样，在下列文献中讨论了相位噪声：由McGraw Hill公司出版的通信接收机第2期上由Ulrich L.Rohde、Jerry Whitaker和T.T.N.Bucher所著的使用CAD工具进行7.5噪声以及性能分析。但是，不改变其谐振元件就不能在双频带VCO中获得最佳的相位噪声性能。

因此，需要解决现有技术中存在的问题以便于显著提高如上所述的双频带VCO的相位噪声性能。

根据其创造性原理，本发明公开了：通过将施加到振荡器电路中的有源元件上的偏置控制到一种能相对于相应的输出信号频率而言是最佳相位噪声性能的电平上，从而在每个VCO切换频带输出信号频率中获得最佳的相位噪声。如最佳实施例中所示，有选择地切换谐振电路元件以便于将输出信号频率改变到所需频带。对于每个频带，诸如例如双极性晶体管这样的半导体器件的有源元件将具有最佳偏置点，在该偏置点上其相位噪声最小。在有选择地切换谐振电路元件时，实现对于振荡器电路中有源元件上的偏置的改变，以便于在所选相应的输出信号频率处，施加到该有源元件上的偏置相对于最佳相位噪声性能和最小的相位噪声而言是最佳偏置。相位噪声可以源于振荡器电路中有源元件的闪变噪声的贡献或在大信号条件下有源元件的噪声系数或源于谐振电路的滤波影响或可以是通过例如通过振荡器幅度变化从而在信号频率的每一侧上所产生的边带而产生的相位噪声。

蜂窝电话和以多种模式操作的无线电设备一般都需要在接收频率和发送频率之间进行切换。如同本领域技术人员所显而易见的那样，使用双频带VCO来产生调制和发送基带信号所需的信号或该基带信号的解调和检测所需的信号要比使用例如分离的VCO来产生相同的四种频率的要更复杂。当使用可切换双频带VCO之时所出现的挑战是在每个所选频带处最佳相位噪声性能的获得。可以通过在信号频率附近的频率处以及一段时间内检测频谱能量，从而可以在频率和时间范围内检测到例如相位噪声。以这种方式，可以确定在信号频率附近处的频谱内的不希望有的能量的频谱。

可以根据所公开的本发明原理来将其用于例如远程蜂窝电话或双向无线电设备中的VCO使用相同的有源元件产生所需频率或频带。在最佳实施例中，是通过在需要时有选择地切换谐振电路元件以改变输出频率从而获得频带的改变。对于每个输出频率，对于例如诸如半导体器件这样的有源元件，存在一个偏置电平，其中的相位噪声性能是最佳的。因此，当切换VCO元件，改变该振荡器电路中的谐振元件以产生分离的不同的输出信号频率时，将该偏置电平施加到该有源元件上以便于对于那个独立的相应输出信号频率而言其相位噪声性能是最佳的。根据本发明的原理，对于可切换的VCO，存在用于振荡器有源元件的不同相应偏置电平，在该偏置电平上，对于每个相应的输出信号频率而言其相位噪声性能是最佳的。

切换谐振元件以获得VCO输出信号频率的改变，这种切换可以是由二极管或微电子开关、或半导体诸如双极性晶体管或场效应晶体管(FET)或其它固态器件或微电动机械开关或通过一个电动机械开关或通过其它诸如本领域技术人员所公知的开关装置来实现。

通过为每个输出信号频率施加一个偏置电平，在该偏置电平上，相位噪声性能最佳，本发明可以获得与每个输出信号频率匹配的那些偏置电平以得到最佳的相位噪声性能，如同在下面对最佳实施例的说明中可知的那样。