[发明专利]一种提高压控振荡器调谐范围以及相位噪声性能的方法

说明书

一种提高压控振荡器调谐范围以及相位噪声性能的方法，主要涉及到电流偏置型电容电感压控振荡器，尤其是处于电流受限区域的电流偏置型电容电感压控振荡器。其包括：数字调谐模块，通过开关电容的接通与断开来提高压控振荡器的调谐范围；开关偏置电流模块，通过在每个频段接通相应偏置电流来提高整个系统的相位噪声。在电流受限区域，压控振荡器的输出幅度会随着频率降低而减少，从而引起压控振荡器的相位噪声的降低；同时频率范围的增大，其相位噪声也会发生比较大的变化，尤其频率较低时，其相位噪声变得较差。本方法通过数字调谐模块和开关偏置电流模块的配合调节，得到较宽的调谐范围，并在整个频率范围内获得较好的相位噪声。

技术领域

本发明涉及到电流偏置型电容电感压控振荡器，尤其是处于电流受限区域的电流偏置型电容电感压控振荡器。

背景技术

近年来，随着通信市场的繁荣，无线通信技术以及相关应用得到了快速发展。个人无线通信系统，无线局域网，卫星导航系统(GPRS、北斗系统)，卫星电视，射频标签(RFID)，车载定位系统出现了快速增长。同时，无线通信技术在电子对抗、空间技术等尖端技术中也得到了广泛应用。在这些应用中，射频前端是这些系统性能好坏的关键所在，因此一直是研究的重点。

在无线通信系统中，射频前端是天线和无线收发机后端基带处理器之间的接口。它不仅需要检测微弱接收信号(μV量级)，而且需要在同频段发射大功率射频信号。这就需要高性能的射频前端。压控振荡器是一种输出频率随输入电压变化的振荡器，是射频前端的最基本模块和关键模块。压控振荡器主要应用于锁相环中，作为参考频率，为收发机提供本振频率。作为射频前端的关键模块，其在相位噪声方面的性能直接影响整个系统收发质量，而调谐范围的大小直接决定其是否实用。

目前的压控振荡器主要有两种：环形振荡器和电容电感振荡器。而在实际应用中，一般采用电容电感压控振荡器，因为电容电感压控振荡器具有较好的噪声性能。电容电感压控振荡器一般采用容抗管作为频率调谐元件，调谐范围最大仅能达到20％左右，在某些应用中，这样的频率调谐范围不能满足实际需要。为了进一步提高调谐范围，常常采用数字调谐技术，该技术能极大地提高压控振荡器的调谐范围。而在电流受限区域，压控振荡器的输出幅度会随着频率降低而减少，从而引起压控振荡器的相位噪声的降低，频率范围的增大，其相位噪声也会发生比较大的变化，尤其频率较低时，其相位噪声变得较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够克服电流偏置型电容电感压控振荡器在获得比较宽的调谐范围时相位噪声变化较大，以及在低频时相位噪声较差的方法，使压控振荡器在获得宽调谐范围的同时，在整个频道范围内，其相位噪声保持基本不变或者提高，在低频也能获得较好的相位噪声。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：对于提高压控振荡器的调谐范围，采用数字调谐技术，通过开关电容的接通与断开来大幅度地提高压控振荡器的调谐范围。其原理是：当数字信号为低时，串联的电容增加到谐振回路中，而数字信号为高时，串联的电容对谐振回路没有影响，因此数字信号控制的开关电容组能实现分立的频率变化，实现频率的粗调，而频率的精细变化由电容量可以连续变化的容抗管完成，采用数字调谐技术可以实现很宽的频率调谐范围。为了保证整个频率范围内的频率的连续性，数字控制信号引起的分立频率变化必须小于容抗管的频率调谐范围。数字调谐的位数，也就是开关电容的组数由实际需要的频率范围和容抗管的调谐范围共同决定。

在电流受限区域，压控振荡器的输出幅度会随着频率降低而减少，从而引起压控振荡器相位噪声的降低。大的调谐范围会使低频的相位噪声比高频的相位噪声低差很多。由于相位噪声的降低主要是由于压控振荡器的输出电压幅度降低引起的，所以必须相应地提高压控振荡器在低频时的输出电压幅度。在电流受限区域，压控振荡器的输出幅度为：

V_osc＝I_biasωLQ (1)