[发明专利]压控振荡器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及压控振荡器。

背景技术

日本专利申请特许公开No.2004-320664公开了一种压控振荡器。日本专利申请特许公开No.2004-320664公开了增大可变频率幅度而不会恶化相位噪声特性的技术，包括：变容二极管(varactor diode)电路，其中多个具有串联连接的变容二极管和开路短线(open stub)的电路被并联连接；多个控制电路，用于独立地把控制电压施加到变容二极管电路中的各个变容二极管，并通过可变地控制独立施加到各个变容二极管上的控制电压，把所述控制电压轮流控制到从其下限到上限的范围内的一个值，从而在整个可变范围内控制变容二极管电路复合电容值。

由于最近在高电容无线电通信系统等系统中采用多值调制系统，因此对通信信号的信号源要求越来越严格。特别的，由于通信质量更高了，作为信号源的本地振荡器(LO)的相位噪声特性成为一个非常重要的因素。

在无线电通信中，一般使用由PLL(锁相环)控制的压控振荡器(下文中称之为“VCO”)作为信号源。图1描述了从组成无线电系统的PLL电路中使用的本地振荡器输出的LO信号的波形谱。PLL电路的一般配置包括本地振荡器、相位比较器、环路滤波器、可变分频器以及由PLL控制的压控振荡器。

图1所示的波形中，区域51中的波形由PLL压缩的，并且波形的值和范围由组成PLL电路的环路滤波器的特性所决定。

区域52是半导体的1/f噪声成为主导因素的区域，区域53是包括谐振器的电路的Q值(品质因子：与谐振电路的损耗相关的一个参数，损耗越小，Q值越大)开始成为主导因素的区域，并且需要设计信号源的电路结构以使其改善。

对于用作在VCO中控制频率的基础的可变元素，通常使用变容二极管的电容变化。在微波频段的振荡器中通常使用的这种变容二极管一般如下：

1.超突变(HyperAbrupt)型GaAs

2.突变(Abrupt)型Si

根据二极管的物理工作特性选择最适用的二极管。

超突变型GaAs变容二极管具有大电容变化率和小串联电阻Rs，因此用于振荡器电路时可提供较高的Q值。然而，由于结表面杂质浓度的变化大，容易产生晶格缺陷或界面态，从而导致较大的1/f噪声。

一方面，由于突变型Si变容二极管具有小的电容变化率和小的串联电阻Rs，用于振荡电路时Q值可能会较小。然而与超突变型相比，由于结表面杂质浓度的变化较小，1/f噪声会较小。

在施加电压期间，超突变型GaAs变容二极管具有较大的电容变化率和较好的线性电容变化，因此更易于将它设计用于振荡电路。然而，由于1/f噪声造成的效应，容易引起相位噪声的恶化。

另外，如果选用突变型Si变容二极管来改善1/f噪声，由于小的电容变化率所导致的可变频率范围的减小以及低的Q值，可能会导致相位噪声特性的恶化。

因为器件特性的影响是导致这些问题的主要原因，通过电路设计很难改善其性能。而且，很难进行折衷，这使得包括器件选择的电路设计变得复杂。

关于压控振荡器中的谐振器元件，可能有拐角频率fc。拐角频率fc是相位噪声特性的拐点的频率，并且在不高于拐角频率fc的频率范围内，1/f噪声的影响成为确定相位噪声特性的主导因素。在不低于拐角频率fc的频率范围内，谐振器电路的Q值成为决定相位噪声特性的主导因素。

使用具有宽的可变频率范围的变容二极管的VCO的相位噪声特性由作为可变元素的变容二极管的特性所决定。为了扩大可变频率范围，使用具有大电容变化率的超突变型GaAs变容二极管。在这种情况下，由于在不高于拐角频率fc的频率范围内变容二极管的1/f噪声所造成的效应，会引发一个问题，即相位噪声特性的恶化变得显著。

发明内容

本发明的一个目的是提供微波频带的压控振荡器，而不缩小可变频率范围，并改善相位噪声特性。

本发明的微带频带压控振荡器是通过变容二极管电路来控制振荡频率的微波频带压控振荡器，变容二极管电路中多个串联电路被并联连接，这些串联电路具有串联连接的变容二极管和电容，变容二极管包括至少一个或多个超突变型GaAs变容二极管和至少一个或多个突变型Si变容二极管。