[发明专利]用于压控振荡器频率调谐的重叠二段电容器组

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统，且更特定来说，涉及一种包括压控振荡器的移动通信装置。

背景技术

无线通信装置最初仅提供语音通信的能力。无线通信装置现发展为提供经由更广泛的频率范围来通信的其它通信、信息及娱乐能力。这些额外能力需要可经由具有低噪声敏感性的日益广泛、可调谐频率范围来操作的频率合成器。在增加的功能需要广泛、可调谐的频率范围进行操作的情况下，实现低噪声敏感性尤为困难。举例来说，接收调频(FM)无线电信号为一种需要频率合成器产生在一广泛的频率范围中的信号以处理在整个FM频带中接收的无线电信号的通信功能。对于将在全球市场上出售的移动通信装置来说，需要不仅接收美国、加拿大及欧洲使用的FM频带(87.5MHz到108.0MHz)中的无线电信号，而且需要接收日本使用的FM频带(76MHz到90MHz)中的无线电信号。因此，待处理的无线电信号的总频率范围为从76.0MHz到108.0MHz。

在语音及数据通信的射频(RF)处理中所使用的典型频率合成器利用锁相回路(PLL)，其中所述PLL包括具有电感器-电容器(LC)槽的压控振荡器(VCO)。使用具有在相对较低的频率(在76MHz与108MHz之间)中振荡的VCO的频率合成器将是不合意的。此VCO将为大型的且不能实际地整合到具有FM收发器的单个集成电路上。因此，用于通信功能的频率合成器通常产生较高频率的信号，所述较高频率的信号以一除数进行分频。但是，较高频率的信号的绝对范围与除数成比例地增加。举例来说，可从2.736GHz调谐到3.127GHz(可用以寻址一FM无线电信号范围)的VCO需要391MHz的可调谐频率范围。

通常需要大VCO增益来实现相对广泛的频率调谐范围。然而，大VCO增益趋向于增加PLL的噪声敏感性及增加对电源噪声的回路敏感性。又，对于给定的回路带宽来说，大VCO增益需要相对较大的回路滤波器电容器，从而使芯片上整合变复杂。因此，需要一种用于VCO的设计，其满足宽广频率调谐范围的要求，且通过保持相对较低的VCO增益来最小化PLL的噪声敏感性。

图1(现有技术)说明具有数字控制电容器组的典型VCO设计。VCO 11使用压控电容器(可变电抗器)15来有效地控制VCO输出信号17的振荡频率。通过响应于控制电压16来改变可变电抗器15的电容，LC谐振槽12的总电容及所得VCO振荡频率被改变。为使VCO增益保持相对较低，使可变电抗器15的电容范围最小化。然而，这限制了仅通过可变电抗器15的控制可实现的振荡频率的范围。为进行补偿，将数字控制电容器组13与可变电抗器并联耦合以提供一加有可变电抗器15的电容值的数字控制电容值。数字控制电容器组13包括如所说明的并联耦合的调谐电容器元件。每一调谐电容器元件包括一对电容器及一切换元件。数字控制线14通过选择性地激活每一调谐电容器元件来控制数字控制电容器组13的电容值。因此，VCO 11的可调谐频率的范围得以扩大。

成功的电容器组设计要求可调谐频率范围内的每一可能的目标频率(及对应的电容)可由电容器组13内的调谐电容器元件与可变电抗器15的某一组合来寻址。电容器组13的电容的每一增量步长不应在对应的电容范围中留下不能由可变电抗器15补偿的间隙。每一增量步长应为小而均匀的，以限制可变电抗器15的大小。在现代设计中，常常需要10位分辨率的电容器组来满足设计需求。

当将每一调谐电容器元件经设计为提供相同电容时，通常将所得电容器组称为温度计编码电容器组。当激活每一连续的调谐电容器元件时，产生相对线性、逐步的电容增加。但是，单段温度计编码实施方案需要相对较大数目的电容器以实现高分辨率。举例来说，10位解决方案将需要1023(2ⁿ-1)个个别电容器。用以提供及控制此大量电容器所需的物理布线及解码器逻辑的复杂性及大小大得惊人。这限制了单段温度计编码电容器组的可行性。

为减少用以寻址可调谐频率范围所需的电容器的数目，可利用二进制编码方法。在示范性4位二进制编码方法中，第一调谐电容器元件具有第一电容值，第二调谐电容器元件具有两倍于所述电容的电容，第三调谐电容器元件具有四倍于所述电容的电容，且第四调谐电容器元件具有16倍于所述电容的电容。二进制编码方法在具有相对少的电容器的情况下提供一广泛电容范围。举例来说，10位解决方案仅需要10个调谐电容器元件。然而，二进制编码方法易受电容器失配的影响。实际上，个别电容器值从其标称值变化，且这些失配针对电容器组码的每一增量而产生不规则的电容步长。