CN104753526B

CN104753526B - 一种无线通信用振荡器

Info

Publication number: CN104753526B
Application number: CN201510155817.0A
Authority: CN
Inventors: 侍文博; 刘晓晖; 杜洋洋; 邹显炳
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: CN104753526A

Abstract

该发明属于无线通信领域中振荡器，包括并联谐振电路及与之连接的两个电路结构相同的有源负阻电路、调谐电路，各负阻电路的输出端分别接有一滤波电路。该发明稳态振荡时两个负阻同时对并联谐振电路进行补偿，降低了各负阻电路输出能量，输出电流脉冲的导通角减小，从而降低了相位噪声，滤波电路又滤掉大部分谐波和杂波，提高了输出频谱纯度；此外，由于可直接输出两个同相位的输出信号，因而在应用于锁相环中时，可省去了传统VCO的信号输出端必需增设输出电路；与背景技术相比其相位噪声可平均降低3.7dB左右。因而该发明具有输出频谱的相位噪声低，输出频谱的纯度高，谐振频率可调，以及与锁相环配套使用方便等特点。

Description

一种无线通信用振荡器

技术领域

本发明属于无线通信技术领域中的通信用振荡器，特别是一种对称于谐振电路设有两组均含有源负阻电路、滤波电路、调谐电路的低相位噪声、谐振频率可调节、输出频谱纯度高的振荡器。

背景技术

随着通信系统的不断发展与进步，人们对通信系统的性能指标要求越来越高。射频前端作为通信系统的一个必不可少的模块，其性能指标往往决定了整个系统的性能。不论是射频前端的接受模块还是发送模块，都离不开本振源。本振源一般是由参考源和压控振荡器(VCO)等部件构成的锁相环来实现。相位噪声是振荡器设计中主要考虑的一个性能指标，相位噪声的高低直接影响整个通信系统的信噪比和误码率。

传统的负阻振荡器电路包括一个无源谐振回路和一个负阻电路，附图1即为此类负阻振荡器电路结构示意图，图中：电感L、电容C和寄生电阻R并联成无源谐振回路，其中寄生电阻R表示在实际系统中不可避免的能量损耗。由于寄生电阻R的存在，在每一个周期内均会有能量损耗，因此回路的响应为衰减的振荡。若要保证谐振回路能够产生等幅的振荡信号，则需在谐振回路上并联一个值为-R的等效负阻，来补偿每一个周期内回路损耗电阻R所引起的能量损耗。此类振荡器中，负阻部分通常为有源器件，在每个振荡周期内，有源负阻将能量传递到谐振回路且传递的能量恰好等于谐振回路中所损耗的能量时，振荡器才保持等幅振荡。由于传统负阻振荡器电路只有一个负阻电路(即单负阻振荡器)，此时单负阻振荡器虽然能够振荡，但只能输出一个固定频率、不能调谐，而且由于输出电流脉冲的导通角(射频电流脉冲的宽度)很大，输出的频谱中谐波和杂波较多、相位噪声性能差；因为除了热噪声以外，取决于诸如散粒电流，分割电流和1/f电流的噪声源仅在输出电流脉冲的导通角内才存在，若导通角很大，则相应的噪声分量亦会很高、进而导致相位噪声亦很高；此外，该振荡器在应用于锁相环中时，在信号输出端必需增设一分为两路输出电路。因而，此类振荡器存在相位噪声高、谐振频率不可调，与锁相环配套使用时需在VCO的信号输出端增设输出电路等弊病。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，一种无线通信用振荡器，以达到降低输出频谱的相位噪声、提高输出频谱的纯度及谐振频率可调，与锁相环配套使用方便等目的。

本发明的解决方案是将背景技术负阻振荡器只设一个负阻电路来补偿寄生电阻所引起的能量损耗，改为对称设置两组电路结构相同且满足振荡条件的有源负阻电路，各负阻电路分别通过一耦合电容与并联谐振电路连接，在稳态振荡时两个等值的负阻电路同时对并联谐振电路进行补偿并在其左右两端产生强相互作用，以减小导通角，降低每个负阻电路输出能量并降低相位噪声；同时在各有源负阻电路的输出端再分别连接一滤波电路，该滤波电路只允许振荡信号通过，则可滤掉大部分谐波和杂波、提高输出频谱纯度并分别输出两个同相位的振荡信号，从而构成双负阻振荡器；针对背景技术存在的谐振频率不可调的弊病，本发明在并联谐振电路上增设一含变容二极管及耦合电容的调谐电路，通过调节变容二极管两端的电压改变其电容值，以调节振荡器的谐振频率。本发明即以此实现其发明目的。因而，本发明无线通信用振荡器包括并联谐振电路及其负阻电路，关键在于在并联谐振电路上还接有一调谐电路、以调节其谐振频率，而所述负阻电路为两个电路结构相同的有源负阻电路，在两个有源负阻电路的输出端还分别接有一滤波电路，以输出滤波后的振荡信号；两个有源负阻电路分别通过一耦合电容与并联谐振电路中的电感和电容的一端及调谐电路中的耦合电容共接，并联谐振电路中的电感和电容的另一端接地。

所述调谐电路包括一变容二极管及与之连接的耦合电容，变容二极管的另一端接地。而所述两个电路结构相同的有源负阻电路，各有源负阻电路均包括三极管(T)和接于其基极与集电极(c)之间的偏置电阻(R1)，以及与该偏置电阻(R1)、集电极(c)共接的电源(Vcc)和旁路电容(Cf)，串接于基极与地之间的两个分压电容(C1、C2)、串接于发射极与地之间的偏置电阻(R2)和扼流电感(L1)，两个分压电容(C1、C2)之间的接点与发射极(e)、偏置电阻(R2)共接，该共接点亦为振荡信号的输出节点。所述三极管(T)为双极性NPN晶体三极管或双极性PNP晶体三极管、场效应晶体三极管。所述滤波电路为由一电容(C4)与电感(L2)并联，并联的两个端点一端接地、另一端与两个等值的耦合电容共接的带通滤波电路，滤波电路中一个耦合电容的另一端与相应的有源负阻电路振荡信号的输出节点连接、另一个耦合电容的另一端则输出经滤波处理后的振荡信号。

本发明由于采用两个电路结构相同的有源负阻电路，在各负阻电路的输出端再分别连接一滤波电路并分别输出两个同相位的振荡信号，稳态振荡时两个负阻同时对并联谐振电路进行补偿并在其左右两端产生强烈的相互作用，降低了各负阻电路输出能量，致使输出电流脉冲的导通角减小；振荡器的输出电流脉冲的导通角减小，导通角内的噪声脉冲也会变窄，从而降低了相位噪声，滤波电路只允许振荡信号通过，滤掉大部分谐波和杂波，又提高了输出频谱纯度；本发明在并联谐振电路上增设调谐电路，以调节其谐振频率振，又解决了背景技术谐振频率不可调的缺陷；此外，由于本发明可直接输出两个同相位的输出信号，因而又可直接应用于锁相环中，省去了传统VCO的信号输出端必需增设一分为两路输出电路缺陷；本发明双负阻振荡器的相位噪声与单负阻振荡器的相位噪声相比，在1KHz到1MHz范围内，至少降低了1.4dB、最多降低了5.64dB，平均降低了3.73dB。因而，本发明具有输出频谱的相位噪声低，输出频谱的纯度高，谐振频率可调，以及与锁相环配套使用方便等特点。

附图说明

图1是传统单负阻振荡器电路结构示意图；

图2是本发明双负阻振荡器及具体实施方式电路结构示意图；

图3是实际测试的双负阻振荡器与单负阻振荡器的相噪对比示意图(直角坐标图)。

具体实施方式

本实施方式并联谐振电路中的电感L为3.9nH，电容C为6.8pF；调谐电路中的变容管Cv型号为ZTV3010、调谐电压从0～3v，电容C7为1pF；两耦合电容C3均为1.2pF；电源Vcc工作电压均为10V，工作电流均为10mA；负阻电路中的三极管T型号均为2SC3356，电阻R1为56KΩ、R2为390Ω，扼流电感L1为100nH，电容C1为3pF、C2为2.7pF，旁路电容Cf为100pF；滤波电路中电感L2为8.2nH，电容C4为5.6pF，电容C5为2pF、C6为2pF；两个Vout端均可向50欧姆的负载电路(电器)输出振荡信号。

本实施方式在仅根据各电阻、电容标注参数值(即不进行实测、选配)直接焊接装配，所制得的双负阻振荡器相比对应的传统单负阻振荡器，相位噪声在1KHz处降低了3.39dB，在10KHz处降低了4.49dB，在100KHz处降低了1.4dB，在1MHz处降低了5.64dB；附图3即为本发明双负阻振荡器与传统单负阻振荡器的实测相位噪声对比直角坐标图，图中可以看出在1KHz到1MHz范围内，双负阻振荡器的相位噪声比单负阻振荡器的相位噪声至少降低了1.4dB、最多降低了5.64dB，平均降低了3.73dB；该实施方式当调节变容管Cv的端电压时，振荡器的谐振频率在615.72Mhz～626.28Mhz范围内可调。

Claims

1.一种无线通信用振荡器，包括并联谐振电路及其负阻电路，其特征在于在并联谐振电路上还接有一调谐电路、以调节其谐振频率，而所述负阻电路为两个电路结构相同的有源负阻电路，在两个有源负阻电路的输出端还分别接有一滤波电路，以输出滤波后两个同相位的振荡信号；两个有源负阻电路分别通过一耦合电容C3与并联谐振电路中的电感和电容的一端及调谐电路中的耦合电容C7共接，并联谐振电路中的电感和电容的另一端接地；

以上所述调谐电路包括一变容二极管及与之连接的耦合电容C7，变容二极管的另一端接地；

以上所述两个电路结构相同的有源负阻电路，各有源负阻电路均包括三极管T和接于其基极与集电极c之间的偏置电阻R1，以及与该偏置电阻R1、集电极c共接的电源Vcc和旁路电容Cf，串接于基极与地之间的两个分压电容C1、C2、串接于发射极与地之间的偏置电阻R2和扼流电感L1，两个分压电容C1、C2之间的接点与发射极e、偏置电阻R2共接，该共接点亦为振荡信号的输出节点。

2.按权利要求1所述无线通信用振荡器，其特征在于所述三极管T为双极性NPN晶体三极管或双极性PNP晶体三极管、场效应晶体三极管。

3.按权利要求1所述无线通信用振荡器，其特征在于所述滤波电路为由一电容C4与电感L2并联，并联的两个端点一端接地、另一端与两个等值的耦合电容C5、C6共接的带通滤波电路；滤波电路中一个耦合电容C5的另一端与相应的有源负阻电路振荡信号的输出节点连接、另一个耦合电容C6的另一端则输出经滤波处理后的振荡信号。