专利名称：调谐电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及响应于数字调谐信号来改变电感。本发明尤其适用于构成锁相环一部分的振荡器中的电感器，其中，锁相环将数字调谐信号施加于振荡器从而改变振荡器的振荡频率。
背景技术：
锁相环是一种包括压控振荡器(VCO)的电路，该电路被设计为控制VCO从而利用参考信号生成具有预定频率和/或相位关系的输出信号。典型的锁相环如图1所示。锁相环包括振荡器101。振荡器的输出在线路105上从锁相环电路输出。此外， 振荡器101的输出经由分频器104馈送至相位/频率检测器(PFD) 102的输入端。PFD 102 输出表示线路106上的参考信号与振荡器输出的信号之间的相位和/或频率差的信号。在低通滤波器103中过滤PFD的输出信号。低通滤波器103在线路107上的输出是电压控制信号，该信号适用于控制振荡器从而调节该振荡器的谐振频率以便匹配参考信号的频率。除了 VCO之外，锁相环的部件都可适于在数字域中操作。低通滤波器103输出的电压调谐信号107是数字信号。VCO在模拟域中操作。在典型的锁相环中，将数字电压调谐信号输入至数模转换器(DAC) 108。DAC在线路109上输出模拟电压调谐信号。该模拟电压调谐信号被施加至振荡器。适当地，振荡器包括并联连接的电感器和可变电容器。模拟电压调谐信号直接施加至可变电容器以便更改电容器的电容值。施加电流时，电感器和电容器以下面给出的其谐振频率产生振荡信号其中，f是谐振频率，L是电感器的电感，C是电容器的电容。标准单位适用。根据该等式，通过更改电容C来更改振荡信号的谐振频率。图1中锁相环的问题在于当电压调谐信号通过DAC时拾取噪音。因此，优选地是在不需要将数字调谐信号转换为模拟调谐信号的情况下调节振荡器的振荡频率。EP 1143606描述了一种利用数字调谐信号来直接调节VCO的振荡频率的机构。 VCO包括与两个电容器组相连的晶体谐振器。每个电容器组包括经由切换装置与谐振器相连的多个电容器。VCO的振荡频率取决于电容器组提供的电容。依赖于来自锁相环施加的数字调谐信号、通过使能或禁用连接至电容器的切换装置来选择每个电容器组的电容。如果不能通过使能该组中的电容器的组合来实现所期望的电容，则另外采用Σ -Δ调制器。 Σ-Δ调制器在部分时钟周期内使能电容器组中的一个电容器并在时钟周期的剩余部分内禁用该电容器。随着时间，电容器的电容平均为小于其瞬时值的值。电容器使能时间与电容器禁用时间的比率可调整，以便达到所期望的微小电容。因此，可对电容器组的电容进行微调，以便振荡频率与参考频率相匹配。该机构的一个问题在于电容器组中的电容器最初需要非常精确地校准，以便能够用来精确地调谐振荡频率。
需要一种改进的设计来对VCO进行数字控制，其具有能够精确调谐振荡频率的优点，但没有需要大量初始校准的缺点。此外，需要一种适用于集成到单芯片的设计。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种响应于数字调谐信号来改变电感的可变电感器结构，包括第一电感器；第二、可调电感器；以及被配置为接收数字调谐信号并响应于该数字调谐信号来调整第二电感器的有效电感的数字控制机构；其中，第二电感器位于足够接近第一电感器，使得能够根据数字调谐信号通过互感来改变第一电感器的有效电感。适当地，数字控制机构包括切换逻辑电路以及多个切换装置，切换逻辑电路被配置为接收数字调谐信号并响应于该数字调谐信号来控制切换装置的启动以及停用，每个切换装置与第二电感器相连并被配置为通过启动或停用来调整第二电感器的有效电感。适当地，切换装置连接至第二电感器，使得在启动一个切换装置时，第一电感器包围的区域的平面内的、由第二电感器包围的有效区域与在启动一个不同的切换装置时，第一电感器包围的区域的平面内的、由第二电感器包围的有效区域不同。适当地，切换装置连接至第二电感器，使得在启动一个切换装置时，第一电感器与第二电感器的有效分隔与在启动不同的切换装置时，第一电感器与第二电感器的有效分隔不同。适当地，第二电感器包括第一电感器部以及第二电感器部，每个切换装置的输入端与第一电感器部相连且每个切换装置的输出端与第二电感器部相连，从而通过启动第一电感器部和第二电感器部的连接部分来形成闭合电路，第二电感器的有效电感取决于该闭合电路的电感。适当地，第二电感器包括通过切换装置串联连接的电感器部，使得通过启动切换装置，形成包括电感器部之一的闭合电路，第二电感器的有效电感取决于闭合电路的电感。适当地，电感器结构被配置为通过仅启动一个切换装置使得第二电感器的有效电感是包括了该切换装置的闭合电路的电感。适当地，切换装置被配置为在时间段内被启动以及停用，使得第二电感器在该时间段内平均的有效电感低于当启动切换装置时第二电感器的瞬时有效电感。适当地，第一电感器与第二电感器平行。适当地，第二电感器的第一电感器部与第二电感器的第二电感器部平行。适当地，振荡器包括电感器结构，其中，振荡器被配置为以数字调谐信号控制的振荡频率来输出信号。适当地，集成电路包括该电感器结构。根据本发明的第二方面，提供了一种响应于数字调谐信号来改变电感的方法，包括在数字控制机构处接收数字调谐信号并响应于该数字调谐信号调整第二电感器的有效电感，其中，第二电感器位于足够接近第一电感器，使得根据数字调谐信号通过互感来改变第一电感器的有效电感。适当地，数字控制机构的切换逻辑电路接收数字调谐信号并响应于该数字调谐信号来控制数字控制机构的切换装置的启动和停用，其中，每个切换装置通过启动或停用来调整第二电感器的有效电感。
适当地，启动一个切换装置导致第二电感器在第一电感器包围的区域的平面内包围有效面积，启动不同的切换装置导致第二电感器在第一电感器包围的区域的平面内包围不同的有效面积。适当地，启动一个切换装置导致第一电感器与第二电感器的有效分隔，启动不同的切换装置导致第一电感器与第二电感器的不同的有效分隔。适当地，该方法包括在时间段内启动以及停用切换装置，使得第二电感器在该时间段内平均的有效电感低于启动切换装置时第二电感器的瞬时有效电感。
现在将参照附图通过示例的方式对本发明进行描述。附图中图1是典型的锁相环的示意图；以及图2是用于对振荡器的电感器进行数字调谐的电路的示意图。
具体实施例方式图2示出了通过将数字调谐信号施加到第二电感器204对第一电感器206进行数字调谐的电路的总体布置示意图。优选地，该电路的所有部件都形成在单个集成电路上。可替换地，其可通过分立部件来整体或部分地实现。将线路107上的数字调谐信号输入切换逻辑电路201。切换逻辑电路201在线路 202上将启动/停用信号输出至多个切换装置203中的每一个。适当地，利用诸如MOSFET 的有源器件来实现切换装置。第二电感器204包括两个电感器部2(Ma、204b，这两个电感器部在一端通过电容器205彼此连接而在另一端通过切换装置203彼此连接。电感器部可彼此平行。电感器部可与直线平行。或者，如图2所示，电感器部可以是弯曲的。每个切换装置203的输入端沿第一电感器部20 的长度方向连接至一点，每个切换装置203的输出端沿第二电感器部204b的长度方向连接至一点。第一电感器206不与第二电感器204物理连接。第一电感器206位于足够接近第二电感器204，使两个电感器之间出现明显的电磁耦
口 O适当地，第一电感器206构成振荡器的一部分，该振荡器的振荡频率由线路107上的数字调谐信号控制。振荡器可包括第一电感器206以及与第一电感器并联连接的电容器。在这种振荡器中，当施加电流时，电感器和电容器以下面给出的其谐振频率产生振荡信号/=& (等式丄)
/ JmTif1Si其中，f为谐振频率，L为电感器的电感，C为电容器的电容。标准单位适用。根据该等式，通过更改电感L对振荡信号的谐振频率进行更改。振荡器可以是与图1所示的锁相环相似的锁相环中的压控振荡器，只是数字调谐信号107在被施加到振荡器101之前不被转换成模拟调谐信号。相反地，利用图2的调谐电路，数字调谐信号被直接用于调谐第一电感器206。操作中，线路107上的数字调谐信号施加至切换逻辑电路201。切换逻辑电路利用该数字调谐信号来形成其在线路202上输出至切换装置203的启动/停用信号。当切换装置接收到启动信号时，使能切换装置，从而将切换装置的输入端所连接的第二电感器的第一电感器部20 的点连接至切换装置的输出端所连接的第二电感器的第二电感器部204b 的点。当切换装置接收到停用信号时，实现断开这两个点。当启动切换装置(同时停用其他切换装置)，形成闭合电路，该电路包括切换装置，电容器205，第二电感器的第一电感器部中与该电容器以及该切换装置的输入端这两者连接的部分，以及第二电感器的第二电感器部中与该电容器以及该切换装置的输出端这两者连接的部分。该电路具有取决于电路中电感器部的长度的电感。如果仅使能一个切换装置，则通过包括该切换装置的闭合电路中的电感器部的电感得到第二电感器204的有效电感。这是因为第二电感器的其他端实际上都打开，因此第二电感器上出现的电磁场将在闭合电路中感应电流而不在第二电感器的剩余部分感应电流。通过启动以及停用不同的切换装置203，来改变引起了第二电感器的有效电感的第二电感器的长度。互感是两个电感器之间电磁耦合的测量值。通过二重积分纽曼公式得出第一电感器与第二电感器的互感
权利要求
1.一种响应于数字调谐信号来改变电感的可变电感器结构，包括第一电感器；可调的第二电感器；以及数字控制机构，被配置为接收所述数字调谐信号并响应于所述数字调谐信号来调整所述第二电感器的有效电感，其中，所述第二电感器被定位于足够接近所述第一电感器，使得能够根据所述数字调谐信号通过互感来更改所述第一电感器的有效电感。
2.根据权利要求1所述的电感器结构，其中，所述数字控制机构包括切换逻辑电路和多个切换装置，所述切换逻辑电路被配置为接收所述数字调谐信号并响应于所述数字调谐信号来控制所述切换装置的启动以及停用，每个切换装置与所述第二电感器相连并被配置为通过启动或停用来调整所述第二电感器的有效电感。
3.根据权利要求2所述的电感器结构，其中，所述切换装置连接至所述第二电感器，使得在启动一个切换装置时在所述第一电感器包围的区域的平面内、由所述第二电感器包围的有效面积与启动一个不同的切换装置时在所述第一电感器包围的区域的平面内、由所述第二电感器包围的有效面积不同。
4.根据权利要求2或3所述的电感器结构，其中，所述切换装置连接至所述第二电感器，使得在启动一个切换装置时所述第一电感器与所述第二电感器的有效分隔不同于启动一个不同的切换装置时所述第一电感器与所述第二电感器的有效分隔。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电感器结构，其中，所述第二电感器包括第一电感器部以及第二电感器部，每个切换装置的输入端连接至所述第一电感器部，每个切换装置的输出端连接至所述第二电感器部，从而通过启动所述第一电感器部和第二电感器部的连接部分来形成闭合电路，所述第二电感器的有效电感取决于所述闭合电路的电感。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的电感器结构，其中，所述第二电感器包括通过切换装置串联连接的电感器部，从而通过启动一个切换装置来形成包括所述电感器部之一的闭合电路，所述第二电感器的有效电感取决于所述闭合电路的电感。
7.根据权利要求5或6所述的电感器结构，被配置为通过仅启动一个切换装置使得所述第二电感器的有效电感是包括该所述一个切换装置的所述闭合电路的电感。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的电感器结构，其中，切换装置被配置为在时间段内启动以及停用，从而所述第二电感器在所述时间段内平均的有效电感低于启动了所述切换装置时所述第二电感器的瞬时有效电感。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电感器结构，其中，所述第一电感器平行于所述第二电感器。
10.根据权利要求5或权利要求7至9中任一项所述的电感器结构，其中，所述第二电感器的所述第一电感器部平行于所述第二电感器的所述第二电感器部。
11.一种振荡器，包括前述权利要求中任一项所述的电感器结构，其中，所述振荡器被配置为以所述数字调谐信号控制的振荡频率来输出信号。
12.—种集成电路，包括前述权利要求中任一项所述的电感器结构。
13.—种基本上如本文中参照附图所描述的电感器结构。
14.一种基本上如本文中参照附图所描述的振荡器。
15.一种基本上如本文中参照附图所描述的集成电路。
16.一种响应于数字调谐信号来改变电感的方法，包括在数字控制机构处接收所述数字调谐信号并响应于所述数字调谐信号来调整第二电感器的有效电感，其中，所述第二电感器被定位于足够接近第一电感器，使得根据所述数字调谐信号通过互感来更改所述第一电感器的有效电感。
17.根据权利要求16所述的改变电感的方法，其中，所述数字控制机构的切换逻辑电路接收所述数字调谐信号并响应于所述数字调谐信号来控制所述数字控制机构的切换装置的启动以及停用，其中，每个切换装置通过启动或停用来调整所述第二电感器的有效电感。
18.根据权利要求17所述的改变电感的方法，其中，启动一个切换装置导致所述第二电感器在所述第一电感器包围的区域的平面内包围一个有效面积，启动一个不同的切换装置导致所述第二电感器在所述第一电感器包围的区域的平面内包围一个不同的有效面积。
19.根据权利要求17或18所述的改变电感的方法，其中，启动一个切换装置导致所述第一电感器与所述第二电感器的有效分隔，启动一个不同的切换装置导致所述第一电感器与所述第二电感器的不同的有效分隔。
20.根据权利要求18或19所述的改变电感的方法，包括在时间段内启动以及停用切换装置，从而所述第二电感器在所述时间段内平均的有效电感低于启动了所述切换装置时所述第二电感器的瞬时有效电感。
全文摘要
一种响应于数字调谐信号来改变电感的可变电感器结构，包括第一电感器；第二、可调电感器；以及数字控制机构，该数字控制机构被配置为接收数字调谐信号并响应于数字调谐信号来调整第二电感器的有效电感；其中，第二电感器位于足够接近第一电感器，使得能够根据所述数字调谐信号通过互感来更改第一电感器的有效电感。
文档编号H03J3/20GK102326331SQ201080008501
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月19日 优先权日2009年2月19日
发明者奥利弗·乔治·西尔顿·梅奇, 尼古拉斯·索尔宁, 约翰·卢卡斯·格藤巴赫, 蒂莫西·约翰·牛顿, 迈克尔·约翰·斯托里 申请人:剑桥硅无线电有限公司