专利名称：振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振荡器，尤其涉及一种包含例如谐振电路和放大电路的振荡器。
图24是示出传统的振荡器的一个例子的示图。图24中的振荡器1包含谐振电路2和放大电路3。在振荡器1中，振荡信号是由谐振电路2由频率选择的。参照图24，假设将输入到放大电路3的消耗功率设置为Pin，而将从放大电路3输出的功率设置为Pout，然后将放大电路3的功率放大系数设置为Pout/Pin。
图25所示的电路是振荡器1的一个例子。振荡器1包括电容器C1和电感器L1的并联电路。将并联电路连接到电源电压Vc。另外，将可变电容二极管D1连接到并联电路，并将其二极管接地。将电容器C2的一端连接到并联电路和可变电容二极管D1的连接点。将其它电容器C3和C4以及微带线SL1的一端连接到电容器C2的另一端。将电容器C3和微带线SL1的其它端接地。由此构成的电路构成了谐振电路2。
将电容器C4的另一端连接到构成放大电路3的NPN晶体管Tr1的基极。将通过电阻器R1、R2和R3的串联电路对电源电压Vc分压得到的电压输入到NPN晶体管Tr1的基极。将由电阻器R1、R2和R3分压的另一个电压输入到另一个NPN晶体管Tr2。将电源电压Vc通过电感器L2连接到晶体管Tr2的集电极，并将其发射极连接到晶体管Tr1的集电极。将电阻器R4和电容器C5的一端连接到晶体管Tr1的发射极，而将它们的另一端接地。
分别通过电容器C6和C7将晶体管Tr1和Tr2的基极连接到晶体管Tr1的发射极。另外，分别通过电容器C8和C9将晶体管Tr1和Tr2的集电极接地。将晶体管Tr2的集电极连接到电容器10，并通过电容器C10输出信号。放大电路3包含晶体管Tr1、电阻器R2、R3和R4，电容器C5、C6和C8，以及刚才描述的其它元件。
图26中示出振荡器电路的另一个例子。该谐振电路2和放大电路3和图25中的一样。在振荡器1中，将放大电路3的输出信号通过电容器输入到另一个晶体管Tr3的基极。将通过含有电阻器R5和R6的分压电路分压的电压输入到晶体管Tr3。另外，将晶体管Tr3的集电极通过电感器L3连接到电源电压，并将其发射极通过电阻器R7和电容器C12接地。将电容器C13和C14连接到晶体管Tr3的集电极，并将电容器C13接地，并通过电容器C14得到输出信号。图25和26所示的振荡器1是使用NPN晶体管的振荡器的例子，使用这些振荡器1导致得到正当输出。
但是，即使是对于理想的振荡频带以外的信号，放大电路也进行放大，从而更高的谐波成份以及振荡器不必要的波成份一起放大，由此导致振荡器性能因相位噪声而恶化。
针对这个问题，本发明提供了一种具有减小的相位噪声的振荡器。
根据本发明提供了一种包含谐振电路和放大电路的振荡器，其中在放大电路中设置具有频率特性的元件，由此，使所述放大电路在离开振荡频率的频带中的功率放大系数比所述放大电路在振荡频率fO处的功率放大系数低至少3dB。
较好地，3dB带宽基本上是0.5fO到2fO。
这种元件可以由从电感器、电容器和微带线中选出的单个单元构成，也可以通过组合电感器、电容器、微带线和电阻器中的多个单元构成。
具有频率特性答复元件还可以由诸如介质谐振器(或滤波器)，石英振荡器(或滤波器)、陶瓷振荡器(或滤波器)，和声表面波谐振器(或滤波器)等介质或压电材料制成。
谐振电路行情放大电路中的至少一个可以是MMIC。另外，振荡器可以包含外围电路，并且所述谐振电路、所述放大电路和所述外围电路中的至少一个可以形成为MMIC。
谐振电路和放大电路可以整体形成在树脂基片或陶瓷基片上，以形成模块。另外，振荡器可以包含外围电路，并且谐振电路、放大电路和外围电路可以整体形成在树脂基片或陶瓷基片上。
在振荡器中，可以使用利用NPN晶体管的放大电路。然后，可以在NPN晶体管的发射极和地端之间设置具有频率特性的元件，由此减小振荡频率以外的频带中的功率放大系数。
将具有频率特性的元件安装在放大器中，因此，放大器的功率放大系数具有频率特性。相应地，通过使离开理想的振荡频率fO的频带中(较好地，是从大约0.5fO到大约2fO的范围以外)的功率放大系数减小大约3dB或更多，振荡频率处的振荡信号被放大，并且能够抑制振荡频率以外的频带中的放大。
从下面参照附图对本发明的实施例的描述，本发明的上述和其它特点和优点是显然的。
图1是示出根据本发明的振荡器的第一个例子的示图；图2是示出用于图1所示的振荡器的放大器的功率放大系数以及其中将具有频率特性的阻抗元件连接到放大器的放大电路的功率放大系数的示图。
图3是示出根据本发明的振荡器的第二个例子的示图；图4是根据本发明的振荡器的第三个例子的示图；图5是根据本发明的振荡器的第四个例子的示图；图6是根据本发明的振荡器的第五个例子的示图；图7是示出根据本发明的一个振荡器的例子的电路图；图8是根据本发明的振荡器的另一个例子的电路图；图9是示出其中将电阻器和电容器的并联电路与电容器和电感器的并联电路串联，作为图7所示的振荡器的阻抗元件的一个例子的电路图；图10是示出其中将电阻器和电容器的并联电路与电容器和电感器的并联电路串联，作为图8所示的振荡器的阻抗元件的例子的电路图；图11是示出其中将电容器和电感器的串联电路加到图9所示的振荡器的阻抗元件，由此形成阻抗元件的例子的电路图；图12是示出将电容器和电感器的串联电路加到图10所示的振荡器中的阻抗元件，由此形成阻抗元件的例子的电路图；图13是示出其中将电阻器和电容器的并联电路与电容器和微带线的并联电路串联，作为图7所示的振荡器的阻抗元件的例子的电路图；图14是示出将电容器和微带线的串联电路加到图13所示的振荡器中的阻抗元件，由此形成阻抗元件的例子的电路图；图15是示出其中将电容器和电感器的多个串联电路加到图12所示的振荡器中的阻抗元件，由此形成阻抗元件的例子的电路图；图16是示出其中将通过介质材料或压电材料制成的阻抗元件用作图7所示的振荡器中的阻抗元件的例子的电路图；图17是示出将电阻器加到图16所示的振荡器中的阻抗元件，由此形成阻抗元件的例子的电路图；图18是示出其中在MMIC中形成放大电路的振荡器的例子的示图19是示出在MMIC中完全地形成谐振电路和放大电路的振荡器的一个例子；图20是示出在图7所示的振荡器的放大电路中，在MMIC中形成缓冲电路、偏移电路的例子的电路图；图21是示出还包含外围电路，并形成在MMIC内部的例子的示图；图22是示出其中谐振电路和放大电路完全形成在一个基片上由此形成模块的振荡器的一个例子；图23示出还包含外围电路，并完全形成在基片上，由此形成模块的例子；图24示出传统的振荡器的一个例子；图25是另一个传统的振荡器的例子的电路图；和图26是示出另一个传统的振荡器的例子的电路图。
图1是示出根据本发明的振荡器的第一个例子的示图。振荡器10包括谐振电路12和放大电路14。放大电路14具有放大器16，并且将放大器16连接到电源电压+B和地端。谐振电路12和放大电路14连接成环路。在这种情况下，将具有频率特性的阻抗元件18连接到放大电路14的放大器16中。参照附图1，将阻抗元件18安装到放大器16的输出侧。阻抗元件18可以是电感器、电容器或微带线等，它们构成单个单元。具有这种频率特性的阻抗元件18还可以是两个或更多电感器、电容器和微带线以及/或电阻器的组合。另外，利用具有频率特性的元件(包括介质材料或压电材料，诸如介质谐振器(或滤波器)、石英振荡器(或滤波器)、陶瓷振荡器(或滤波器)和声表面波谐振器(或滤波器))作为阻抗元件18是足够的。
根据这种振荡器10，具有频率特性的阻抗元件18允许放大电路14具有频率特性。即，通过连接阻抗元件18，可以选择性地减少某一个带中的功率放大系数。因此，如图2所示，当仅仅使用放大器16(具有频率特性的阻抗元件未连接到它)时，功率放大系数在宽频带中保持高的值。当使用放大器14(其中，具有频率特性的阻抗元件18连接到它)时，功率放大系数在朝基本上离开振荡器10的振荡频率fO的频带中减小。这里，如此选择阻抗元件18，以便将离开振荡器10的振荡频率fO的频带中的功率放大系数减小至少3dB，即，大约(2×fO)的频率以上，和/或大约(0.5×fO)以下(与在振荡器10的振荡频率fO处的功率放大系数相比)。由此，阻抗元件的3dB带宽是(2fO)-(0.5fO)。
如图2所示，对于放大器的特性，不必对于频率fO对称，也不必在频率fO放大最大。
根据振荡器10，谐振电路12选择振荡器的频率。谐振电路12所引起的损失由放大电路14补偿，由此构成振荡。由于放大电路14的功率放大系数根据频率改变，故振荡频率处的功率放大到最大值，并且在振荡频率的上面和下面的频带中功率放大系数被抑制。因此，在这种振荡器中，被诸如振荡频率的极度高谐波之类的不必要的波叠加的噪声级减小，由此使振荡器10的相位噪声减小。
在这种电路中，不消耗功率来产生信号(该信号由放大电路14放大)不必要的振荡成份，因此增加其振荡效果，并减小了其功率消耗。另外，振荡频率极度高的谐振成份减小了，由此减小了不必要的辐射。
另外一个优点是振荡器10能够最小化。使用微带线或片状线圈的谐振电路的Q一般与微带线的电极宽度或片状线圈的尺寸成比例。但是，由于相位噪声通过放大电路14减小，即使是通过较低的Q谐振电路12(其中微带线具有更窄的电极宽度或片状线圈更小)，可以得到良好的结果。
如图3所示，阻抗元件18可连接到放大电路14中的放大器16的输入侧。如图4所示，阻抗元件18还可以连接在放大器16的输入侧和输出侧。另外，如图5所示，阻抗元件18还连接在放大器16和电源电压+B之间。另外，如图6所示，阻抗元件18还可以连接在放大器16和地端。由此，阻抗元件18的连接配置不受到限制。只要连接配置引起放大电路14的功率放大系数具有频率特性，可以使用任何连接设置。
根据图26和图27所示的电路，在本发明的实施例中，具有频率特性的阻抗元件18连接在构成放大电路14的晶体管Tr1的发射极和地端之间，如图7和7所示。分别如图9和10所示，阻抗元件18可以是通过串联DC偏置电阻器R20和电容器20的并联电路和电感器L20和电容器21的并联谐振电路的串联电路。分别如图11和12所示，还可以加上电容器22和电感器21的串联电路，并将串联电路连接到图9和10所示的电路中的晶体管Tr1的发射极。
如图13所示，阻抗元件18可以是通过串联DC偏置电阻器R20和电容器20的并联电路和微带线SL20和电容器21的并联电路得到的串联电路。如图14所示，电容器C23和微带线SL21的串联电路可以连接到如图13所示的电路中的晶体管Tr1的发射极。对于图13和14，虽然偏置电路对应于图8，但是可以类似于图7的电路施加相同的修改。
如图15所示，除了图12所示的电路中的电容器C22和电感器L21的串联电路，一个或更多附加的串联电路(每一个都包含电容器和电感器)可以并联。例如，可以并联电容器C24和电感器L22的串联电路以及电容器C25和电感器L23的串联电路。当然，还知道可以将一个或更多电容器和电感器的附加串联电路并联到图11所示的振荡器10的电路中的晶体管Tr1的发射极。
在图16中(它以图7的电路为基础)，具有频率特性的元件18可以由介质材料或压电材料制成，并可以连接到构成放大电路14的晶体管Tr1的发射极。另外，如图17所示，可以与元件18并联地加上电阻器21。图16和17的元件18还可以施加到图8所示的电路中。由介质材料和压电材料形成的元件18可以是诸如介质谐振器(或滤波器)，石英振荡器(或滤波器)，陶瓷振荡器(或滤波器)或者声表面波谐振器(或滤波器)。
在本发明的上述实施例中，通过在构成振荡器10中的放大电路14的晶体管Tr1的发射极和地端之间设置具有这一频率特性的阻抗元件18，使放大电路14的功率放大系数表现出一个频率特性。由此，可减小振荡器10在离开振荡频率的频带中的功率放大系数，减小由诸如振荡频率的谐波之类的不必要的波引起的叠加的噪声级，并减小振荡器10的相位噪声。
如图18所示，可以将电容器、晶体管等形成在薄芯片(wafer chip)上，由此，放大电路14可以形成为MMIC20。当然，形成为MMIC20的放大电路14示出频率特性。换句话说，放大器16和阻抗元件18整体地结合在单个的MMIC20中，由此，得到具有小尺寸和低相位噪声的振荡器10。另外，如图19中概略地示出的，谐振电路12和放大电路14可以形成在一个MMIC20中。根据上述情况，MMIC20可以包含整个振荡器10，由此可以进一步使振荡器10最小化。
图20是将振荡器10的一部分结合到一个IC中的电路的具体的例子。即，如图20所示，放大电路、缓冲电路和偏置电路整体地结合在一个MMIC20中。
如图21所示，MMIC20可以由加到振荡器10的外围电路构成。参照图21，锁相环路(PLL)22加到振荡器10，并将振荡器10的输出端连接到混频器24。混频器24连接到谐振器26，并将谐振器26连接到放大器28。将所有那些电路结合到单个MMIC20。由此，得到具有附加的值的振荡器。可以将得到的电路用作通信设备中的本地振荡器、混频器和中频放大电路。
如图22所示，放大电路14和谐振电路12可以整体形成在基片30上，由此构成模块。作为基片30，可以使用陶瓷基片或树脂基片等。在使用陶瓷基片的情况下，基片可以是多层基片，并且对于构成谐振电路和放大电路的电子元件还可结合到多层基片中。但是，基片30并不仅可以结合振荡器10，还可以在基片30上整体地形成外围电路，诸如PLL20、混频器24、谐振器26以及放大器28，并形成模块，如图23所示。
如上面解释的，根据本发明，可使振荡器10最小化，从而将振荡器10结合到IC或模块中。即，图18和19以及21到23所示的放大电路14通过结合带有频率特性的阻抗元件18的放大器16形成，，并且它适合于图1和3到6所示的连接配置的任何一种。
根据本发明，在振荡频率附近之外的频带中的功率放大系数低，从而可减小叠加在理想的振荡频率以外的频率成份上的噪声级并且还可减小振荡器输出的谐波水平。如上所述，减小了振荡频率的谐波成份，从而能够减小不必要的辐射。由于没有提供功率来产生由放大电路放大的信号不必要的振荡成份，增加了正当效率，并减小了功率消耗。另外，改善了放大电路侧上的相位噪声，由此可以改进谐振电路的Q。还可减小谐振器中微带线的线宽，以使片状线圈最小化，并减小振荡器的整体尺寸。通过将振荡器制成IC或将振荡器制成模块，可以得到具有更小尺寸的振荡器。
虽然已经解释了本发明的实施例，但是本发明不限于此，而是延伸到本领域普通技术人员能够想到的所有的修改，变化和其它用途。
权利要求
1．一种具有连接到放大电路的谐振电路的振荡器，其特征在于所述放大电路包含具有频率特性的元件，由此和所述放大电路在振荡频率fO处的功率放大系数相比，将所述放大电路在振荡频率fO的低于大约0.5倍和高于大约2fO频带处的功率放大系数减小至少3dB。
2．如权利要求1所述的振荡器，其特征在于所述元件由从电感器、电容器、微带线中选出的单个单元构成，或由从电感器、电容器、微带线和电阻器中选出的多个单元组合而成。
3．如权利要求1所述的振荡器，其特征在于所述元件包含介质或压电材料，并具有频率特性。
4．一种具有连接到放大电路的谐振电路的振荡器，其特征在于所述放大电路包含具有频率特性的元件，由此，和所述放大电路在振荡频率fO处的功率放大系数相比，使所述放大电路在低于振荡频率fO的大约0.5倍或高于大约2fO的频带中的功率放大系数减小至少3dB，并且所述谐振电路和所述放大电路中的至少一个包含在MMIC中。
5．如权利要求4所述的振荡器，其特征在于还包含外围电路，其中所述谐振电路、所述放大电路和所述外围电路中的至少一个包含在MMIC中。
6．一种具有连接到放大电路的谐振电路，其特征在于所述放大电路包含具有频率特性的元件，由此，和所述放大电路在振荡频率fO的功率放大系数相比，使所述放大电路在低于振荡频率的大约0.5倍或高于大约2fO的频带内的功率放大系数减小至少3dB，并且其中，所述谐振电路和所述放大电路整体形成在树脂基片或陶瓷基片上。
7．如权利要求6所述的振荡器，其特征在于还包含外围电路，其中所述谐振电路、所述放大电路和所述外围电路整体形成在树脂基片或陶瓷基片上。
8．如权利要求1所述的振荡器，其特征在于所述放大电路包含NPN晶体管，并且将所述元件设置在所述NPN晶体管的发射极和地端之间。
全文摘要
本发明提供了一种具有减小的相位噪声的振荡器。这种振荡器包含谐振电路和放大电路。放大电路具有放大器。将具有频率特性的阻抗元件连接到放大器,由此和所述放大器在振荡频率f0处的功率放大系数相比,使放大电路在低于振荡频率f0大约0.5倍或高于大约2f0的频带中的功率放大系数减小至少3dB。
文档编号H03B5/12GK1325179SQ0110836
公开日2001年12月5日 申请日期2001年2月28日 优先权日2000年5月16日
发明者佐藤文俊 申请人:株式会社村田制作所