一种压控振荡电路，包括连接到谐振元件，例如石英晶体元件的差分放大电路。差分放大电路包括连接到谐振元件并分别连接到第一和第二压控电容器的第一和第二输入端子。差分放大电路的差分输出端子分别连接到第一和第二射极跟随器电路。第一射极跟随器电路的输出信号通过第三电容器和第三压控电容器反馈到第二输入端子，并且第二射极跟随器电路的输出信号通过第四电容器和第四压控电容器反馈到第二输入端子。将控制电压施加到压控电容器的每一个上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种具有谐振元件(例如压电谐振器)的振荡电路，振荡电路例如连接在差分放大电路的不同输入端子之间，更具体地，涉及ー种能够利用外部输入电压控制振荡频率的压控振荡电路，以及包括这种压控振荡电路的石英晶体振荡器。
技术介绍
多种电子设备都包括振荡电路。随着电子设备的尺寸不断縮小，已经广泛进行努カ以在集成电路(ICs)上构建振荡电路。由于许多电路元件，例如晶体管、电阻器和电容器可以容易地集成到集成电路中，可以通过采用具有高电源噪声抑制能力的差动式配置作为振荡电路的电路配置来构建低噪声振荡电路。差动式振荡电路包括用于确定振荡频率的谐振元件和连接到谐振元件的差分放 大电路。除了以石英晶体谐振器(即晶体元件或晶体单元)为代表的压电谐振器之外，谐振元件可以是机械谐振器或LC (电感-电容)谐振电路。JP3-230605A披露了ー种包括差分放大电路的差动式振荡电路，该电路具有一对双极晶体管和谐振元件，例如连接在双极晶体管的基极之间的晶体元件。图I示出了JP3-230605A中披露的差动式振荡电路。如图I所示，晶体管31、32各自具有共同连接到连接点的发射极，该连接点通过电流源37连接到地。晶体管31、32具有集电极，二者的集电极分别通过负载电阻器35a、35b提供有电压源Vcc。谐振元件21的一端连接到晶体管31的基极，另一端连接到晶体管32的基极。反馈电容器33a连接在晶体管32的基极和晶体管31的集电极之间，反馈电容器34a连接在晶体管31的基极和晶体管32的集电极之间。在图I中，分别设置在晶体管31、32和地之间的电容器33b、34b是寄生反馈电容器。电源电压Vcc施加到偏置电路36，其分别通过偏置电阻器38a、38b向晶体管31、32的基极提供基极偏置电压。从晶体管31、32的集电极可以分别获取ー对差分振荡输出信号Lo、/Lo ο由于图I所示的振荡电路能够通过差分放大电路提供较大的环路增益，该振荡电路具有这样的优势，其具有较高的振荡启动能力并具有较低的功耗，或者换句话说，具有较大的负电阻。即使将晶体元件或类似的元件用作谐振元件21，用户还是期望能够根据外部电路所提供的控制电压来改变振荡频率。能够根据外部电路提供的控制电压控制其振荡频率的振荡电路称作压控振荡电路(VCO)。可以容易理解，可以通过将图I所示电路中的寄生反馈电容器33b、34b替换为压控可变电容器来实现具有较宽可变频率范围的压控振荡电路。图2示出了基于图I所示振荡电路构建的压控振荡电路的示例。如图2所示，晶体管Q1、Q2各自具有共同连接到连接点的发射极，该连接点通过电流源Il连接到地。晶体管Q1、Q2具有集电极，二者的集电极分别通过负载电阻器(即集电极电阻器)R1、R2提供有电源电压Vcc。谐振元件21的一端通过节点Xl连接到晶体管Ql的基板，另一端通过节点X2连接到晶体管Q2的基板。节点X1、X2分别连接到压控可变电容器VC1、VC2的端部，该压控可变电容器的另一端部提供有控制电压Vcont。因此，节点XI、X2用作可变电容器VC1、VC2通过其连接到谐振元件21的连接点，并且晶体管Q1、Q2的基极分别连接到节点X1、X2。反馈电容器Cl连接在节点Xl和晶体管Q2的集电极之间，反馈电容器C2连接在节点X2和晶体管Ql的集电极之间。偏置电阻R3、R4分别连接到节点X1、X2。偏置电压Vb通过偏置电阻R3、R4施加到晶体管Ql、Q2的基板。用于放大节点XI、X2之间电压差的差分缓冲放大器22向输出端子OUTPUT提供ー对差分输出信号。图2所示的压控振荡电路可以根据施加到可变电容器VCl、VC2上的控制电压在宽可变频率范围内的频率下振荡。但是，振荡电路存在这样的问题，环路特性会明显地随着可变电容器VC1、VC2的电容值而改变。下面将參照图3描述振荡电路环路特性的改变。图3显示了当图2所示电路中可变电容器VCl、VC2的电容值在从2pF到IOpF的范围内变化时，在75MHz附近的频带中的环路特性，在该图2所示电路中将具有75MHz的谐振振荡频率的晶体元件用作谐振元件21。在图3中，曲线Gl到G4表示増益特性，曲线Pl到P4表示相位特性。曲线G1、P1分别表示当可变电容器VCl、VC2每个的电容值是2pF时 的增益和相位特性。曲线G2、P2分别表示当可变电容器VC1、VC2每个的电容值是3pF时的增益和相位特性。曲线G3、P3分别表示当可变电容器VC1、VC2每个的电容值是6pF时的增益和相位特性。曲线G4、P4分别表示当可变电容器VC1、VC2每个的电容值是IOpF时的增益和相位特性。在增益为OdB或更高并且相位为0°处的频率是振荡频率，该频率下的増益表示振荡状态下的环路增益。由于特性曲线相对于频率变化得更加陡蛸，因此电路的品质因数更大。从图3可以看出，当可变电容器VC1、VC2的电容值变化时，电路的环路增益和品质因数也变化。具体地说，随着可变电容更小，即随着振荡频率更高，环路增益也更高，并且同时电路的品质因数更低。通过在特性曲线G1、G4之间进行比较得出，特性曲线Gl相对于频率变化来说不如特性曲线G4陡峭，并且特性曲线Pl相对于频率变化来说不如特性曲线P4陡峭，这意味着品质因数随着电容值更小而降低。环路增益的变化以及品质因数会影响压控振荡电路的特性。具体地说，环路増益的变化会导致负电阻变化，这意味着振荡电路的启动特性会根据施加给压控可变电容器的控制电压Vcont而不同。电路品质因数的降低会导致相位噪声的恶化。特别地，对于所述类型的压控振荡电路来说，在通常实践中描述为在集成电路(IC)芯片中具有差分放大电路和可变电容器，以及具有谐振元件，例如作为外部元件连接到该IC芯片的晶体元件。因此，由用户来决定根据振荡电路的目的来使用哪种类型的谐振元件以及哪种谐振频率。但是，考虑到费用和库存管理的问题，优选地采用ー种类型的IC芯片结合具有不同类型和不同谐振频率的谐振元件。但是，当不同类型和不同谐振频率的谐振元件连接到一种类型的IC芯片时，可能会依赖于所连接的谐振元件而加重改变启动特性并恶化品质因数的问题。可以将压控振荡电路构建为封装组件，以装配在布线板或电路板上。例如，由于晶体振荡器可以容易地縮小，可以在便携式设备例如移动电话中广泛地使用石英晶体振荡器，这种石英晶体振荡器具有晶体元件(作为谐振元件)和IC芯片(包括差分放大电路和可变电容器)，并将二者容纳在ー个箱体中。IC芯片可以包括温度补偿电路，以用于补偿晶体元件的温度-频率特性的变化。JP2001-156545A披露了ー种具有差分放大电路的振荡电路，所述振荡电路具有一对双极晶体管和连接在该对晶体管集电极之间的LC谐振电路。
技术实现思路
如上所述，在相关现有技术的具有差分放大电路的压控振荡电路中，电路的环路特性容易随着施加到其上的控制电压而变化，并且这种变化的环路特性会不利地影响启动特性和相位噪声。本专利技术的目的是提供一种适合于构建在集成电路上的压控振荡电路，该电路具有宽可变频率范围，产生低相位噪声，并且能够匹配不同类型和不同谐振频率的谐振元件。本专利技术的另ー个目的是提供ー种晶体振荡器，其具有宽可变频率范围，产生低相位噪声,并且能够匹配多种振荡频率。 根据本专利技术，提供了一种用于连接到谐振元件的压控振本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.03.24 JP 2011-065818;2012.02.02 JP 2012-020851.一种压控振荡电路，连接到谐振元件，所述压控振荡电路包括 第一节点和第二节点，用于分别连接到所述谐振元件的相对端； 差分放大电路，包括构成ー对差分输入端子的第一输入端子和第二输入端子，以及构成ー对差分输出端子的第一输出端子和第二输出端子； 第一压控可变电容器和第二压控可变电容器，分别连接到所述第一节点和所述第二节点； 第一负载电容器和第二负载电容器，分别连接到所述第一输出端子和第二输出端子；第一跟随器电路和第二跟随器电路，例如第一射极跟随器电路和第二射极跟随器电路，分别连接到所述第一输出端子和第二输出端子； 第一反馈电容器和第三压控可变电容器，串联连接到第一跟随器电路的输出端子；以及 第二反馈电容器和第四压控可变电容器，串联连接到第二跟随器电路的输出端子； 其中所述第一节点和第二节点分别连接到所述第一输入端子和第二输入端子，第一跟随器电路的输出信号通过所述第一反馈电容器和所述第三压控可变电容器反馈到所述第ニ节点，第二跟随器电路的输出信号通过所述第二反馈电容器和所述第四压控可变电容器反馈到所述第一节点，以及将控制电压施加到第一压控可变电容到第四压控可变电容器。2.根据权利要求I所述的压控振荡电路，还包括 第三跟随器电路，连接在所述第一节点和第一输入端子之间；以及 第四跟随器电路，连接在所述第二节点和第二输入端子之间。3.根据权利要求I所述的压控振荡电路，还包括 第一可变分压电路，具有数字可控的可变电容并连接在所述第一节点和第一输入端子之间；以及 第二可变分压电路，具有数字可控的可变电容器并连接在所述第二节点和第二输入端子之间。4.根据权利要求2所述的压控振荡电路，还包括 第一可变分压电路，具有由数字控制信号数字可控的可变电容器，并连接在所述第一节点和所述第三跟随器电路的输入端子之间；以及 第二可变分压电路，具有由数字控制信号数字可控的可变电容器，并连接在所述第二节点和所述第四跟随器电路的输入端子之间。5.根据权利要求I所述的压控振荡电路，其中所述差分放大电路的电流源、分别连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：高桥丰，
申请(专利权)人：日本电波工业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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