具有作为振荡回路电容的可调谐的扩散电容的振荡器制造技术

本发明专利技术涉及具有由至少一个电感及至少一个可调谐的电容组成的振荡回路的振荡器，其中可调谐电容由至少一个通过电流的晶体管的扩散电容来实现，其特征在于：可调谐的电容具有由设有第一晶体管及第二晶体管的第一差分放大器与设有第三晶体管及第四晶体管的第二差分放大器组成的结构，其中第一晶体管及第二晶体管的电特性与第三晶体管及第四晶体管的电特性互补，及其中第一晶体管的与互补的第三晶体管的控制端子彼此相连接，第二晶体管的与互补的第四晶体管的控制端子彼此相连接，及第一晶体管的与第三晶体管的第二电流端子彼此相连接及第二晶体管的与第四晶体管的第二电流端子彼此相连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有由至少一个电感及至少一个可调谐的电容组成的振荡回路的振荡器，其中可调谐电容由至少一个通过电流的晶体管的扩散电容来实现。
技术介绍
当pn结在导通方向上被驱动时，出现扩散电容。扩散电容这样地实现，即在导通工作中的pn结被载流子淹没。其后果是，多数载流子迁移到反向搀杂的区域中。它们在那里作为少数载流子停留一定时间，直到它们复合为止。但直至复合它们又反向迁移一个复合行程，由此出现了空间的电荷的分离。一个工作在导通方向上的、带有这样存储的载流子的pn结体现为一个电容。仅当通过电流时出现的扩散电容不同于一个pn结的阻挡层电容，后者在pn结阻断的情况下通过静态空间电荷构成。阻挡层电容与被施加的反向电压及二极管结构相关，即与阻挡层面积、半导体材料及搀杂相关。其电容值典型地在皮可法拉的范围上及表现为与被施加的反向电压UR是通过系数UR-0.5的非线性关系。迄今通常使用反向并联的阻挡层电容，即在阻挡方向上被极化的电容二极管(Kapazittsdioden)使用，或专门培养(生长)的变容二极管来调谐振荡回路。电容二极管为，对于它可合乎目的地利用阻挡层电容的电压相关性的二极管。它们体现为可电压控制的可变电容。现在使用的基本材料主要是硅，对于特殊的应用也可为砷化镓。阻挡层电容构成振荡回路电容的一个组成部分，振荡回路电容可通过控制电压被改变。在最大反向电压时达到最小电容。最大电容则在最小反向电压时达到。变容二极管原则上是大功率的电容二极管。这里有目的地利用在振荡回路上用大的高频(HF)电压控制时通过非线性的电容特性曲线c＝f(U)产生的失真。所形成的(高次)谐波被滤出并以此方式构成频率倍增电路。二极管由于其特殊的电容相对地低具有大的面积。由此需要许多芯片面积及随着各个元件尺寸的增大衬底上的电容耦合(Verkopplungen)愈来愈严重。调谐区域的尺寸正比于面积，由此随着调谐区域的尺寸的增大耦合的危险也上升。随着频率的上升衬底变得更具容性，由此也随着频率的升高耦合可能性增大。为了避免该缺点，使用了扩散电容用于振荡回路调谐。在相同的元件情况时扩散电容在数值上比阻挡层电容大得多并在几百皮可法拉至几百纳法拉的数量级上。因此使用扩散电容允许减小芯片面积需要量。开始部分所述类型的、用扩散电容工作的振荡器已由US 6 114 919公知。该文献公开了由一个电感及一个振荡回路电容组成的LC网络，该振荡回路电容由电路的一个确定节点(Node 1)与参考电位(Ground)之间的电容总和给出。该总和包括一个连接成放大器支路的晶体管对的扩散电容及在该电路的一个放大器支路的控制晶体管的电容。因此通过控制晶体管的控制电流的改变必然引起通过差分放大器的晶体管的电流的改变，这就使晶体管的工作点移动。由此可能出现不希望的饱和效应、不希望的振荡幅值的改变及振荡回路噪音比例的调制。
技术实现思路
由该背景出发，本专利技术的任务在于，给出一种振荡器，其中不具有或仅至少以减小的方式出现所述缺点。该任务在开始部分所述类型的振荡器上这样地解决可调谐的电容具有由设有第一晶体管及第二晶体管的第一差分放大器与设有第三晶体管及第四晶体管的第二差分放大器组成的结构(Anordnung)，其中第一晶体管及第二晶体管的电特性与第三晶体管及第四晶体管的电特性互补，及其中第一晶体管的控制端子与互补的第三晶体管的控制端子彼此相连接，第二晶体管的控制端子与互补的第四晶体管的控制端子彼此相连接，及第一晶体管的第二电流端子与第三晶体管的第二电流端子彼此相连接并且第二晶体管的第二电流端子与第四晶体管的第二电流端子彼此相连接。根据本专利技术，因此可变电容由两个相互连接的差分放大器组成。差分放大器的交错连接易于改变并基本上取决于应用情况及要求。在所有情况下其基本结构是相同的。每个差分放大器通过变化的电流分布/控制来体现电容，该电容总是由串联连接的扩散电容组成。通过彼此互补的晶体管(对于双极性晶体管的PNP及NPN或对于场效应晶体管的n沟道及p沟道)级联连接可这样设计电路的参数，即控制电流(或在场效应晶体管的情况下为控制信号)几乎被补偿并电容对振荡器放大支路的偏置/工作点实际无影响。互补晶体管级联连接布置的另一优点在于，控制电流被双重地利用，即例如在一个PNP差分放大器及在随后的一个NPN差分放大器中被双重利用。由此减小了电流损耗，该损耗作为仅当流过电流时才出现的扩散电容的后果是必需的。本专利技术的另一优点在于，对电源电位的干扰不是直接的，而仅作为厄雷(Early)电压传递到电容上，由此该干扰的影响通常是很小的。对于厄雷效应可理解为在常规放大器工作中集电极与发射极之间反向电压增大情况下集电极电流的稍微增大。该厄雷效应公知地基于通过阻挡层的增长的基极宽度调制(Basisbreiten-Modulation)。阻挡层及由此基极与发射极之间的电阻将随集电极与发射极之间电压的增长而加大。它涉及一个微小的效应。它是由随着基极-集电极结上反向电压的增大而增大的基极-集电极空间电荷区引起的，它使有效基极宽度减小及使基极中少数载流子浓度的分布斜率增大。因为该浓度正比于集电极电流IC，因此IC升高。有利的是，电感及可调谐的电容彼此并联地连接。起到电容作用的例如为双极性二极管的基极-发射极的及基极-集电极的扩散电容。基于该电路结构电荷在谐振状态下在电感与电容之间来回振动，而在此情况下在馈电线中不会出现相对而言大的电荷运动，这也使电流损耗减小。有利的还在于，由第一差分放大器及第二差分放大器组成的结构被串联连接在第一直流电流源及第二直流电流源之间，其中第一直流电流源将一个可变强度的直流电流馈入到该结构中及第二直流电流源由该结构抽出一个可变强度的直流电流。直流电流源调制(modulieren)这些电容及由此允许扩散电阻的控制。在此情况下特别有利的是，该控制与振荡器的去阻尼无关地进行。此外有利的是，由第一直流电流源及第二直流电流源提供的电流的电流强度相等。通过差分放大器结构的该构型，由第二直流电流源取出的电流为由从第一直流电流源输入它的电流。作为其结果是尽可能避免了在直流电流源的控制电流与流过电感和电容之间的振荡回路电流之间的、不希望的相互作用。优选的还在于，第一直流电流源与第一晶体管及第二晶体管的第一电流端子相连接，及第二直流电流源与第三晶体管及第四晶体管的第一电流端子相连接。通过该构型使由直流电流源提供的电流根据晶体管的相应控制交替地分配到两个差分放大器之一的每两个晶体管上，这也就使控制电流与振荡回路电流的、不希望的相互作用减到最小，该振荡回路电流可能在电流通过基极(Basen)时出现。另一优选构型的特征在于双极性晶体管被用作第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管，其中每个单个的晶体管的基极分别被用作控制端子，每个单个的晶体管的发射极端子分别被用作第一电流端子及每个单个的晶体管的集电极被用作第二电流端子。一个变换的构型的特征在于场效应晶体管被用作第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管，其中每个单个的晶体管的栅极端子被用作控制端子，及每个单个的晶体管的源极端子或每个单个的晶体管的漏极端子被用作第一电流端子及每个单个的晶体管的漏极端子或源极端子被用作第二电流端子。场效应晶体管的特征是在芯片上更小本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有一个由至少一个电感（１２）及至少一个可调谐的电容（１４）组成的振荡回路的振荡器（１０），其中该可调谐电容（１４）通过至少一个通过电流的晶体管的扩散电容来实现，其特征在于：该可调谐的电容（１４）具有由一个设有一个第一晶体管（１８）及一个第二晶体管（２０）的第一差分放大器（１６）与一个设有一个第三晶体管（２４）及一个第四晶体管（２６）的第二差分放大器（２２）组成的结构，其中该第一晶体管（１８）及该第二晶体管（２０）的电特性与该第三晶体管（２４）及该第四晶体管（２６）的电特性互补，及其中该第一晶体管（１８）的控制端子（２８）与该互补的第三晶体管（２４）的控制端子（３０）彼此相连接，该第二晶体管（２０）的控制端子（３２）与该互补的第四晶体管（２６）的控制端子（３４）彼此相连接，及该第一晶体管（１８）的第二电流端子（３６）与该第三晶体管（２４）的第二电流端子（３８）彼此相连接，及该第二晶体管（２０）的第二电流端子（４０）与该第四晶体管（２６）的第二电流端子（４２）彼此相连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯彼得魏布勒，
申请(专利权)人：ATMEL德国有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]