专利名称：振荡器、传输电路和无线电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在各种各样的无线电装置、通讯装置、测量仪器等中使用的振荡器。
背景技术：
至今，为了得到体积小成本低的无线电装置，已经实现了将各种类型的微波波段振荡器置入集成电路。虽然有不同的电路类型，但是由于包括不需要反馈电容的事实，以及相位噪声特性优于在数字电路中使用的环形振荡器的相位噪声特性的很多原因，而特别使用交叉型振荡器，在该振荡器中可以通过晶体管基极-集电极连接与共发射极来获得负阻。
下面描述一种常规振荡器。
图1示出了一种常规振荡器的结构。在图1中，L1和L2是能够并入集成电路中的螺旋形电感器，C1和C2是谐振电容，Q1和Q2是具有共发射极的基极-集电极连接的晶体管，I1是决定电路的电流值的电流源，以及10和11是用于将振荡器输出输出到外部电路的反相和正相输出端。电源电压VCC被提供到电感器L1和L2的一端。
现在将描述一种具有上述结构的振荡器的操作。
首先，电路电流值由电流源I1决定，并且晶体管Q1和Q2根据该电流值产生在振荡频率的负阻。电路的振荡频率由电感器L1和L2和谐振电容C1和C2的谐振来决定，并且通过用上述负阻抵消电感器L1和L2以及谐振电容C1和C2的损失来保持振荡。
由于晶体管Q1和Q2的发射极连接，这些晶体管执行差分操作，并且双相输出是从反相输出端10和正相输出端11获得的。
然而，使用这种常规结构，由谐振电路电感器和谐振电容决定振荡频率的事实是，尤其在3GHz的频带和更高频带，需要1nH或更少的电感值。存在的一个问题是，如果电感器值在集成电路中变得太小时，保持精确度和Q值会变得很困难，并且将导致输出减小并产生相位噪声。
发明内容
本发明的一个目的是实现一种具有优良输出和相位噪声特性的振荡器，因此可以配置一种频率是期望频率的一半的交叉型振荡器。
上述目的可通过从在一种交叉型振荡器中的晶体管发射极取出二倍波输出来获得，该交叉型振荡器包括决定谐振频率的螺旋形电感器和谐振电容，通过共发射极的基极-集电极连接来产生负阻的晶体管，以及一决定电流值的电流源。
图1示出了一种常规振荡器的结构的连接图；图2示出了根据本发明实施例一的振荡器的结构的连接图；图3示出了根据本发明实施例二的振荡器的结构的连接图；图4示出了根据本发明实施例三的振荡器的结构的连接图；图5示出了根据本发明实施例四的振荡器的结构的连接图；图6示出了根据本发明实施例五的振荡器的结构的连接图；图7示出了根据本发明实施例六的振荡器的结构的连接图。
具体实施例方式
现在参考附图，下面将详细解释本发明的实施例。
(实施例1)在图2中，与图1中的部分相同的部分被分配与图1相同的编号，图2示出了根据本发明实施例一的振荡器的结构的连接图。这里省略对应于图1中的部分的描述。
在根据该实施例的振荡器20中，输出端21连接到具有一个共发射极的晶体管Q1和Q2的发射极，并且振荡器20的振荡输出是通过输出端20来提取的。
现在将描述根据该实施例的振荡器20的操作。
首先，电路电流值由电流源I1来决定，并且根据该电流值，晶体管Q1和Q2在振荡频率产生负阻。电路的振荡频率由电感器L1和L2以及谐振电容C1和C2的谐振来决定，并且通过用上述负阻来抵消电感器L1和L2以及谐振电容C1和C2的损耗来保持振荡。这里，由于晶体管Q1和Q2的发射极相连，晶体管Q1和Q2执行差分运行。
因此，由于晶体管Q1和Q2的发射极相连，交叉型振荡器20在基频执行差分运行。结果，晶体管Q1和Q2在基电极和发射极对180度的相位差进行运算。
此时，发射极实际上在基频为接地点，并且不出现基频信号分量，但是由于基频输出的失真而产生的二倍波输出在晶体管Q1和Q2的基电极和发射极是同相的。因此，通过在该发射极提供输出端21，以便提取输出，则可能抑制基频输出，并有效地得到二倍波输出。
因此，根据本实施例，通过从晶体管发射极取出输出，该发射极实际上是交叉型振荡器中的基波接地点，则可能抑制基波输出，并有效地输出一个二倍波，从而能够不使用滤波器等就可以配置一种频率是期望频率的一半的交叉型振荡器，通常在这种情况下是很难集成的。结果，能够实现具有优良效应和相位噪声特性的振荡器20。
在图2中，当然可以用一个电阻或一个晶体管来代替电流源I1。而且，假定晶体管Q1和Q2是双极型的元件，则可由MOSFET来代替。
(实施例2)在图3中，与图2中的部分相同的部分被分配与图2相同的编号，图3示出了根据本发明实施例二的振荡器的结构的连接图。这里省略对应于图2中的部分的描述。
根据本实施例的振荡器30被提供了电容值可根据施加的直流电压而变化的变容二极管D1和D2，以及将直流电压提供到变容二极管D1和D2的控制电压输入端31。具体地，变容二极管D1和D2的阳极互相连接，阴极分别连接到螺旋形电感器L1和L2。控制电压输入端31连接到变容二极管D1和D2的阳极。
现在将描述根据本实施例的振荡器30的操作。
首先，变容二极管D1和D2的电容值由从控制电压输入端31提供的直流电压以及经过螺旋形电感器L1和L2提供的电源电压之间的电压差来决定。变容二极管D1和D2形成一个具有电感器L1和L2的谐振电路，并且该频率可通过改变电容值来变化。其他部件的操作与实施例一中的相同，因此不再赘述。
从而，根据本实施例，通过用变容二极管D1和D2代替谐振电容，并且通过从控制电压输入端31提供的控制电压来改变变容二极管D1和D2的电容值，能够实现一种使振荡频率根据从控制电压输入端31提供的电压而改变的振荡器30，并且获得实施例1的效果。
(实施例3)在图4中，与图3中的部分相同的部分被分配与图3相同的编号，图4示出了根据本发明实施例三的振荡器的结构的连接图。这里省略对应于图3中的部分的描述。
根据本实施例的振荡器40被提供了阻塞直流电压的耦合电容C3和C4，以及施加基极偏压的偏压提供端41和42。具体地，耦合电容C3和C4被插入到晶体管Q1和Q2的基极和集电极之间，偏压提供端41连接到耦合电容C3和晶体管Q2的基极之间，以及偏压提供端42连接到耦合电容C4和晶体管Q1的基极之间。
现在将描述根据本实施例的振荡器40的操作。
通过单独地从偏压提供端41和42施加基极偏压，可以充分固定晶体管Q1和Q2的集电极-发射极电压。由于集电极-发射极电压的固定与相位噪声特性的改善相关，则结果是能够实现具有优良相位噪声特性的振荡器40。其他部件的操作与实施例2中的相同，所以不再赘述。
因此，根据本实施例，通过经由两个耦合电容C3和C4连接基极和集电极，以及从偏压提供端41和42提供基极偏压，能够实现一种能够保护晶体管Q1和Q2的集电极-发射极并且改善相位噪声特性的振荡器40，此外能获得实施例2的效果。
(实施例4)在图5中，与图1中的部分相同的部分被分配与图1相同的编号，图5示出了根据本发明实施例四的振荡器的结构的连接图。这里省略对应于图1中的部分的描述。
在根据本实施例的振荡器50中，形成一个射极跟随器的晶体管Q3和Q4被连接到晶体管Q1和Q2的集电极，并且决定射极跟随器的电流值的电流源I2被连接到那些晶体管Q3和Q4的发射极。而且，在振荡器50中，振荡输出是从连接到晶体管Q3和Q4的发射极的输出端51提取的。
现在将描述根据本实施例的振荡器50的操作。
在交叉型振荡器50中，在晶体管Q1和Q2集电极有基频反相和倍波同相关系。在根据本实施例的振荡器50中，能够抑制基波输出，并且通过对通过晶体管Q3和Q4组成的射极跟随器的输出和电流源I2的同相合并，能够有效地输出二倍波。而且，由于集电极输出是比发射极输出更高的电平，所以能够得到比实施例1到3的更高电平的输出。
其他部件的操作与实施例1中的相同，所以不再赘述。
因此，根据本实施例，通过从两个集电极取出二倍波输出，并通过在交叉型振荡器中的发射极跟随器来执行同相合并，该振荡器包括决定谐振频率的螺旋形电感器L1和L2、谐振电容C1和C2、通过基极-集电极连接及共发射极来产生负阻的晶体管Q1和Q2、以及决定电路值的电流源I1，能够实现一种能够获得非常高的输出电平的振荡输出的振荡器50，此外能获得实施例1的效果。
(实施例5)在图6中，与图5中的部分相同的部分被分配与图5相同的编号，图6示出了根据本发明实施例五的振荡器的结构的连接图。这里省略对应于图5中的部分的描述。
在根据本实施例的振荡器60中，频率等分器61连接到形成发射极跟随器的晶体管Q3和Q4。在振荡器60中，振荡输出是从用于提取频率等分器61的同相信号(I)的同相信号端52，以及从用于提取正交信号(Q)的正交信号端63获得的。
现在将描述根据本实施例的振荡器60的操作。
通过使用输入信号的上升沿和下降沿，频率等分器61能够产生一个精确的90度的相位信号。也就是说，通过将倍增的输出输入到频率等分器61，并且对该输入进行分频，能够产生基频的同相信号(I)和正交信号(Q)。其他部件的操作与实施例4中的相同，所以不再赘述。
在本实施例中，已经描述了在实施例4的输出端51的位置提供频率等分器61的情况，但是这并不是一种限制，而且通过在实施例1到3的输出端的位置提供频率等分器，也可以获得相似的效果。
因此，根据本实施例，通过频率等分器61对由根据实施例1到4的振荡器20、30、40或50获得的倍增的输出进行分频，能够实现一种能够在基波振荡频带获得90度相位的振荡器60。
频率等分器61被用来获得一个90度的相位，但是也能够在所期望频率的一半形成基频，并且使用例如多相滤波器的CR移相器来执行倍增输出的移相。
(实施例6)在图7中，与图6中的部分相同的部分被分配与图6相同的编号，图7示出了根据本发明实施例六的传输电路的结构。传输电路70被安装在例如移动电话的无线电装置上，并且对正交基带信号(BB_I，BB_Q)执行正交调制处理。
具体地，将通过频率等分器61获得的同相信号(I)输入正交调制器71的乘法电路72，并且将通过频率等分器61获得的正交信号(Q)输入正交调制器71的乘法电路73。而且，正交基带信号同相分量(BB_I)被输入到乘法电路72，以及正交基带信号分量(BB_Q)被输入到乘法电路73。通过这种方法，在正交调制器71中，正交基带信号被上变换(up-converted)为由振荡器60产生的振荡频率，并且从输出端74获得传输信号。
这里通过使用精确移相的同相信号(I)以及通过振荡器60获得的正交信号(Q)，在正交调制器71中执行对正交基带信号(BB_I，BB_Q)的正交调制，可以从输出端74获得具有优良相位噪声特性的传输信号。
因此根据本实施例，通过将根据实施例5的振荡器的90度相位输出应用到正交调制，能够实现可能获得具有优良相位噪声特性的传输电路70，并且也能够将包括移相器的传输电路合并到一个集成电路中。
由于简洁原因，这些实施例的描述被限定为传输系统，但是根据本发明的振荡器也可以应用到接收系统中的正交调制器、图像载波抑制混合器等。
本发明并不限于上述的实施例，并且在不背离本发明的范围的情况下可以做出各种各样的变化和修改。
根据本发明的振荡器具有这样一种结构，包括决定谐振频率的螺旋形电感器和谐振电容；第一和第二晶体管，通过共发射极的基极-集电极连接来产生负阻；一电流源，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极；以及输出端，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极，并提取振荡输出。
根据该配置，能够有效地从一个输出端提取二倍波，同时通过使用基波实接地点来抑制基波，从而不使用一个滤波器等就能够配置一种其频率是期望频率的一半的交叉型振荡器。
根据本发明的振荡器具有这样一种结构，其中上述输出端从上述发射极提取一个偶数高频率。
根据本发明的振荡器具有这样一种结构，其中上述谐振电容由多个变容二极管来代替，并且还包括一个控制电压输入端，用于将控制电压提供给那些变容二极管。
根据该结构，振荡器频率能够根据来自控制电压输出端的控制电压而变化。
根据本发明的振荡器具有这样一种结构，其中上述第一和第二晶体管的基极和集电极通过耦合电容连接，并且从偏压提供端将基极偏压提供到所述第一和第二晶体管。
根据这种结构，能够确保第一和第二晶体管的集电极-发射极电压，并且能够充分地提高相位噪声特性。
根据本发明的振荡器具有这样一种结构，包括决定谐振频率的螺旋形电感器和谐振电容；第一和第二晶体管，通过基极-集电极连接一个共发射极来产生负阻；一电流源，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极；以及一射极跟随电路，从所述第一和第二晶体管的集电极提取二倍波输出，并执行它们的同相合并。
根据这种结构，通过使用一个射极跟随电路来执行输出的同相合并而增加输出电平。
根据本发明的振荡器具有这样一种结构，进一步包括分频器，通过对从连接到所述输出端的输出端获得的倍增的输出进行分频，形成两个在基波振荡频率具有90度相位差的信号。
根据本发明的振荡器具有这样一种结构，进一步包括分频器，通过对受到由所述射极跟随电路的同相合并的倍增的输出进行分频，形成两个在基波振荡频段具有90度相位差的信号。
根据这种结构，通过使用一移相电路能够获得精确的90度相位，该移相电路利用一分频器，而不使用倍频器。
根据本发明的传输电路具有这样一种结构，其中，在正交调制器中使用由上述振荡器获得的两个具有90度相位差的信号。
根据这种结构，能够获得具有优良相位噪声特性的传输信号，并能够将包括一移相器的传输电路并入集成电路中。
根据本发明的无线装置具有一种包括上述振荡器的结构。
根据这种结构，通过传输电路的集成可以获得一种小的无线电装置。
如上所述，根据本发明，通过从交叉型振荡器的发射极提取基波振荡频率倍波输出能够实现具有优良输出和相位噪声特性的振荡器。
本申请基于2001年9月27日提出的日本专利申请号第2001-296857，特此全文引用，以供参考。
工业实用性本发明可应用于各种类型的无线电装置、通信装置、测量仪器等。
权利要求
1.一种振荡器，包括决定谐振频率的螺旋形电感器和谐振电容；第一和第二晶体管，通过共发射极的基极-集电极连接来产生负阻；一电流源，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极；以及输出端，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极，并提取振荡输出。
2.如权利要求1所述的振荡器，其中，所述输出端从所述发射极提取一个偶数的高频率。
3.如权利要求1所述的振荡器，其中，所述谐振电容由多个变容二极管来代替，并且还包括一个控制电压输入端，用于将控制电压提供给那些变容二极管。
4.如权利要求1所述的振荡器，其中，所述第一和第二晶体管的基极和集电极通过耦合电容连接，并且从偏压提供端将基极偏压提供到所述第一和第二晶体管。
5.一种振荡器，包括决定谐振频率的螺旋形电感器和谐振电容；第一和第二晶体管，通过共发射极的基极-集电极连接来产生负阻；一电流源，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极；以及一射极跟随电路，从所述第一和第二晶体管的集电极提取倍波输出，并执行它们的同相合并。
6.如权利要求1所述的振荡器，进一步包括分频器，通过对从连接到所述输出端的输出端获得的倍增的输出进行分频，形成两个在基波振荡频率具有90度相位差的信号。
7.如权利要求5所述的振荡器，进一步包括分频器，通过对由所述射极跟随电路进行同相合并获得的倍增的输出进行分频，形成两个在基波振荡频段具有90度相位差的信号。
8.一种传输电路，其中，在正交调制器中使用通过根据权利要求6的振荡器获得的两个具有90度相位差的信号。
9.一种传输电路，其中，在正交调制器中使用通过根据权利要求7的振荡器获得的两个具有90度相位差的信号。
10.一种具有振荡器的无线电装置，所述振荡器包括决定谐振频率的螺旋形电感器和谐振电容；第一和第二晶体管，通过共发射极的基极-集电极连接产生负阻；一电流源，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极；以及输出端，连接到所述第一和第二晶体管的所述发射极，并提取振荡输出。
全文摘要
在一个交叉型振荡器(20)中，包括螺旋形电感器(L1，L2)、决定谐振频率的谐振电容(C1，C2)、通过共发射极的基极－集电极连接来产生负阻的晶体管(Q1，Q2)、以及决定电路电流值的电流源(I1)，二倍波输出是从晶体管(Q1，Q2)的发射极提取的。
文档编号H03B19/14GK1489824SQ02804160
公开日2004年4月14日 申请日期2002年9月25日 优先权日2001年9月27日
发明者齐藤典昭, 清水克人, 矢吹博幸, 人, 幸 申请人:松下电器产业株式会社