CN101521507A

CN101521507A - 多波段压控振荡器

Info

Publication number: CN101521507A
Application number: CN200810082715A
Authority: CN
Inventors: 黄卓骏
Original assignee: Rafael microelectronics Inc
Current assignee: Rafael microelectronics Inc
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-02

Abstract

一种可调整输出频率的多波段压控振荡器，包括：多个振荡器，每一振荡器具有不同的振荡范围；多个电容槽，配置于每一振荡器之中，并且每一电容槽由多个并联电容组成；电压检测装置，用以检测电压信号并由此选择一个振荡器；逻辑控制装置，其一端与电压检测装置连接，而另一端则与电容槽连接，并提供控制信号以驱动电容槽中的电容；以及输出的多路复用器，用以输出振荡频率。根据本发明的多波段压控振荡器可以提供多个波段的调谐功能，还可以使多波段的压控振荡器能够从多个波段中选择波段，以便能将振荡器快速地调整至最好的设定。

Description

多波段压控振荡器

技术领域

本发明涉及一种调谐器(tuner)，特别是涉及一种具有自动调整振荡频率的多波段压控振荡器(Multi-Band VCO)以及其所形成的调谐器。

背景技术

随着通讯技术和压缩技术的进步，全球的电视广播***已从模拟电视广播转换成数字电视广播。数字电视广播的变革将带动相关产业的迅速发展，例如数字电视(HDTV)以及机顶盒(Set-Top-Box；STB)。不仅如此，未来更会朝向移动接收数字电视发展，因而使得随时随地接收电视节目不再是梦想，而调谐器电路在数字电视机和机顶盒或未来移动接收***中均占有举足轻重的地位。

参照图1A所示，是一种传统的单转换中频(single conversionwith IF)调谐器的主要部分的示意图。如图1A所示，调谐器100包括滤波器101、低噪声放大器102(Low Noise Amplifier；LNA)、混频器106(mixer)、本地振荡器110(Local Oscillator，LO)以及滤波器112，其中滤波器101和滤波器112均可以是一种SAW滤波器。调谐器100的天线(未示出于图中)将所接收到的射频信号(例如频率范围50-860MHz)经过滤波器101后，送到低噪声放大器102放大，接着，经由混频器106以及本地振荡器110将放大的射频信号降频至中频(IF)范围，例如36MHz，最后，由另一滤波器112来选择出所想要的频道。

接着，参照图1B，是一种传统的双转换中频(Dual conversionwith IF)调谐器的主要部分的示意图。如图1B所示，调谐器100包括低噪声放大器102、射频/中频混频器106a、带通滤波器104、中频/中频混频器106b以及滤波器112。低噪声放大器102的一端与天线连接，然后将所接收到的射频信号放大。接着，由混频器106a以及本地振荡器110a将放大的射频信号升频至第一中频(IF)，例如：1GHz，其中混频器106a的一端与低噪声放大器102的输出端连接，而本地振荡器110a则与混频器106a的另一端连接并提供本地振荡的频率，例如：1GHz～2GHz。然后，带通滤波器104的输入端与混频器106a的输出端连接，用以滤除噪声后将中频信号由另一端输出。再接着，由另一个混频器106b以及本地振荡器110b将第一中频信号降频至第二中频信号，最后，再由滤波器112来选择出所想要的频道。此外，滤波器112也可以是频道选择滤波器(Channel Select Filter)，用以选择出想要的频道，并去除其它不想要的频道，完成调谐器的功能。很明显地，使用双转换中频的调谐器，即不需要使用多个滤波器来滤除镜面信号。

再接着，参照图1C，是一种传统的单转换低中频(singleconversion with Low IF)调谐器的主要部分的示意图。如图1C所示，射频信号进入低噪声放大器102进行放大后，经由RF多相位滤波器105(RF Poly-phase Filter)将信号分成同相路径(I Path)和正相路径(Q Path)之后，分别进入复频混频器114(Complex Mixer)；或称为双正交混频器(Dual Quadrature Mixer)，其中复频混频器114是由多个混频器106组成；同时，正交本地振荡器111(Quadrature LO)将振荡信号送入复频混频器114中并混合出I Path和Q Path的低中频正交信号(Quadrature Low IF)，而正交本地振荡器111可由本地振荡器110经由分频电路115产生(例如除以2)。接着，再经由另一个IF多相位滤波器113将I Path和Q Path的低中频正交信号转为I Path和Q Path的低中频信号，其目的除了将信号进行降频的处理外，同时可去除镜像频率。最后经由频道选择滤波器116选择出想要的频道，并去除其它不想要的频道，完成调谐器的功能。

接着，继续参照图1D，是一种传统的双转换低中频(Dualconversion with Low IF)调谐器的主要部分的示意图。如图1D所示，射频信号经由低噪声放大器102做低噪声放大后，经由第一正交混频器120(Quadrature Mixer1)和第一正交本地振荡器117(Quadrature LO1)将频率升频到第一中频的位置并混合出同相信号(IIF1)和正相信号(QIF1)，然后经过复频混频器122和第二正交本地振荡器119(Quadrature LO2)混合出IIF1和QIF1的低中频正交信号(Quadrature Low IF)，再接着，由IF多相位滤波器118将IIF1和QIF1的低中频正交信号转为低中频信号，其目的除了将信号做降频的操作外，并同时去除镜像频率。最后，经由频道选择滤波器116选择出想要的频道，并去除其它不想要的频道，完成调谐器的功能。

此外，在调谐器中，压控振荡器也是关键的装置，因为它是本地振荡器中用来形成向上转换(Up conversion)或是向下转换(Downconversion)的装置。由于振荡器的基本振荡原理是使用电感和电容来形成振荡频率，其基本公式为

f＝1/2π(LC)^1/2

另外，为了使调谐器能够一体化，一般的压控振荡器都是选择使用固定电感值(inductance)，而以可变的电容来调整振荡频率。同时，为了使压控振荡器能够很快地输出稳定的振荡频率，在现有技术中，会使用锁相回路(Phase Lock Loop；PLL)来将输入信号与振荡频率间的相位同步化，如图2A所示。

然而，在压控振荡器中，为了能够准确地产生出所要的振荡频率，目前较好的技术是使用电容槽(Capacitor Tank)来达成，例如美国专利第US6803830即披露一种可自动调整压控振荡器的输出频率的装置，如图2B所示，其是根据振荡器的输出频率，来作为微调至最佳频率范围的反馈信号(Feedback Signal)。另外，在美国专利第US6836193中，也披露一种使用类似电容槽的结构来调整压控振荡器的振荡频率的方法，如图2C所示；然而，其电容槽是使用较复杂的结构，除了增加半导体工艺的复杂度外，也会产生这些复杂的电容占据太多半导体芯片(IC)面积的问题。

很明显地，前述的现有技术中，都只能在很窄的波段(band)上进行调整，所以无法达到多波段(multi-band)的调谐功能。

发明内容

鉴于上述的发明背景中所述的这些问题，本发明提供一种多波段压控振荡器的结构，其主要目的在于提供多个波段的调谐(Tuning)功能。

此外，本发明另一目的在于提供一种多波段的压控振荡器的结构，使多波段的压控振荡器能够从多个波段中选择波段，以便能将振荡器快速地调整至最好的设定(setting)。

此外，本发明还有再一目的在于提供一种具有多波段的压控振荡器的调谐器结构，使调谐器能够有较好的相位噪声(Phase noise)。

本发明的另一主要目的在于提供一种低噪声放大器的结构，用以提供宽带输入阻抗匹配(broadband impedance match)。

本发明的另一目的在于提供一种低噪声放大器的结构，使宽带噪声最佳化(broadband noise optimum)，用以提升增益(gain)和增益平稳度(gain flatness)。

本发明的再一主要目的在于提供一种调谐器的结构，使得调谐器能够在最佳的功率消耗状态下操作，用以降低调谐器消耗的功率。

本发明的另一目的在于提供一种调谐器的结构，使得调谐器能够在最佳的功率消耗状态和最佳的性能状态下操作。

依据上述的目的，本发明首先提供一种可调整输出频率的多波段压控振荡器，包括：多个振荡器，每一振荡器具有不同的振荡范围；多个电容槽，配置于每一振荡器之中，并且每一电容槽由多个并联电容组成；电压检测装置，用以检测电压信号并由此选择一个振荡器；逻辑控制装置，其一端与电压检测装置连接，而另一端则与电容槽连接，并提供控制信号以驱动电容槽中的电容；以及输出的多路复用器(多工装置，multiplexer)，用以输出振荡频率。

本发明接着提供一种多波段压控振荡器，由相位/频率检测装置、电荷泵、环路滤波装置以及多波段压控振荡器组成，其特征在于，多波段压控振荡器包括：多个振荡器，每一振荡器具有不同的振荡范围；多个电容槽，配置于每一振荡器之中，并且每一电容槽由多个并联电容组成；电压检测装置，用以检测电压信号并由此选择一个振荡器；逻辑控制装置，其一端与电压检测装置连接，而另一端则与电容槽连接，并提供控制信号以驱动电容槽中的电容；以及输出的多路复用器，用以输出振荡频率。

本发明接着再提供一种调谐器，包括至少一个滤波器、低噪声放大器、混频器、多波段压控振荡器以及功率管理模块，其中功率管理模块包括：功率检测装置，其用以检测该调谐器所接收的射频信号功率位准，功率管理装置与功率检测装置的第二端连接；以及自动增益控制装置，其输入端与功率检测装置的第三端连接，而其输出端与低噪声放大器连接；而多波段压控振荡器包括：多个振荡器，每一振荡器具有不同的振荡范围；多个电容槽，配置于每一振荡器之中，并且每一电容槽由多个并联电容组成；电压检测装置，用以检测电压信号并由此选择一个振荡器；逻辑控制装置，其一端与电压检测装置连接，而另一端则与电容槽连接，并提供控制信号以驱动电容槽中的电容；以及一输出的多路复用器，用以输出振荡频率。

本发明接着提供一种多波段压控振荡器的方法，包括：提供多个振荡器，每一振荡器具有不同的振荡范围；提供多个电容槽，配置于每一振荡器之中，并且每一电容槽由多个并联电容组成；提供电压检测装置，用以检测电压信号并由此选择一个振荡器；提供逻辑控制装置，其一端与电压检测装置连接，而另一端则与电容槽连接，并提供控制信号以驱动电容槽中的电容；以及提供输出的多路复用器，用以输出振荡频率。

附图说明

图1A～图1D是调谐器的现有技术示意图；

图2A～图2C是压控振荡器的现有技术示意图；

图3是本发明的多波段压控振荡器的电路结构示意图；

图4是本发明的具有锁相回路的多波段压控振荡器的示意图；

图5是本发明的多波段压控振荡器调谐器的示意图；

图6是本发明的多波段压控振荡器调谐器的另一实施例的示意图；

图7是本发明的具有多波段压控振荡器的双转换调谐器的示意图；

图8A～图8B是本发明的低噪声放大器的示意图；

图9A～图9B是本发明的低噪声放大器的另一实施例的示意图；以及

图10是本发明的低噪声放大器的再一实施例的示意图。

具体实施方式

本发明在此所探讨的主题为一种宽带调谐器以及配置于宽带调谐器中的多波段压控振荡器，为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的实施并未限定于宽带调谐器的技术人员所熟知的特殊细节。另一方面，众所周知的宽带调谐器的详细结构并未描述于细节中，以避免造成对本发明不必要的限制。然而本发明的优选实施例将详细描述如下，而除了这些详细描述之外，本发明还可以在其它的实施例中被广泛地实施，并且本发明的范围不受限定，其以之后的权利要求范围为准。

首先，参照图3，是本发明的一种多波段压控振荡器的主要部分的示意图。如图3所示，多波段压控振荡器1100的主要部分包括电压检测装置1110、逻辑控制装置1120、多路复用器1160、具有不同范围(range)的多个振荡器115n(n＝1，2，3...)以及多个电容槽1130，其中每一个电容槽1130与一个振荡器115n(n＝1，2，3...)连接，同时，每一个电容槽1130均是由多个相似的并联电容C_N(N＝1，2，3...)组成，并且电容槽1130中的每一个电容均配置有开关元件S_N(N＝1，2，3...)，以便能够根据逻辑控制装置1120所提供的数字信号来控制电容槽1130的电容值。

此外，由于基本的振荡器115n(n＝1，2，3...)由至少一个主动元件、电感元件以及电容元件组成，其中电感元件以及电容元件是以并联方式形成振荡器115n(n＝1，2，3...)的振荡源；因此，当电容槽1130中的电容C_N(N＝1，2，3...)与多个振荡器115n(n＝1，2，3...)中的电容形成并联连接时，即可以通过控制电容槽1130中的开关元件S_N(N＝1，2，3...)来改变振荡器115n(n＝1，2，3...)的电容值，以便将振荡器115n调整到最佳的设定状态，最后，再由多路复用器1160输出。

接着，继续参照图3，当多波段压控振荡器1100被输入的调谐电压(tuning voltage；V_t)驱动时，电压检测装置1110会根据其所检测的电压信号V_t并经由逻辑控制装置1120和多路复用器1160来选择某一个最接近的振荡器115n(n＝1，2，3...)；例如，多波段压控振荡器1100由4个不同范围的振荡器115n(n＝1，2，3...)组成，当电压检测装置1110所检测的电压信号V_t是在多波段压控振荡器1100的振荡范围内时，例如：V_t＝1V；则电压检测装置1110会将电压信号V_t传送至逻辑控制装置1120，以便逻辑控制装置1120能输出控制信号至多路复用器1160，使多路复用器1160选择振荡器1151。当电压检测装置1110所检测的电压信号V_t不在多波段压控振荡器1100的振荡范围内时，例如：V_t＝5V；则电压检测装置1110会将电压信号V_t传送至逻辑控制装置1120，然后，由逻辑控制装置1120来控制与振荡器115n(n＝1，2，3...)连接的电容槽1130中的电容C_N数量；例如：在电容C_N数量调整过程中，则会由逻辑控制装置1120输出一个斜升(上数，ramp up)或斜降(下数，ramp down)的数字控制信号至逻辑控制装置1120中的计数器(未示出于图中)，以增加电容值或是以降低电容值的方式来调整振荡器1151的振荡范围，由此将振荡器1151调整到最佳的设定。当多波段压控振荡器1100调整到最佳的相位噪声状态后，逻辑控制装置1120会输出控制信号，以驱动多路复用器1160选择出最佳的振荡器115n(n＝1，2，3...)，最后，再送至混频器106输出。在此要强调，本发明的振荡器115n(n＝1，2，3...)可以是多个，其可根据设计需求增加或减少振荡器115n(n＝1，2，3...)，对此本发明并不加以限制。

接着，在本发明的另一优选实施例中，披露一种由多波段压控振荡器1100与锁相回路1140(PLL)连接所形成的频率合成装置(frequency synthesizer)1500，如图4所示，其中锁相回路1140(PLL)由相位/频率检测装置410(PFD)、电荷泵420(CP)以及环路滤波装置430(LF)组成，而多波段压控振荡器1100的主要部分包括电压检测装置1110、逻辑控制装置1120、多路复用器1160、具有不同范围的多个振荡器115n(n＝1，2，3...)以及多个电容槽1130，其中每一个电容槽1130与一个振荡器115n(n＝1，2，3...)连接，同时，每一个电容槽1130均是由多个相似的并联电容C_N(N＝1，2，3...)组成，并且电容槽1130中的每一个电容均配置有开关元件S_N(N＝1，2，3...)，以便能够根据逻辑控制装置1120所提供的数字信号来控制电容槽1130的电容值。

继续参照图4，锁相回路1140中的相位/频率检测装置410在检测出输入的参考信号(reference frequency)和内部震荡信号的差异后，将其比较的结果转换成至少一个数字信号的输出，例如：V_UP与V_DN。电荷泵420在接收到由相位/频率检测装置410传送的V_UP和V_DN信号后，将其转换为控制电压值(V_fr)并输出至环路滤波装置430，环路滤波装置430则可将此控制电压的高频部分滤除；接着，多波段压控振荡器1100中的电压检测装置1110会根据环路滤波装置430向其输出的电压信号V_t来选择某一个最接近的振荡器；例如，当环路滤波装置430向其输出的电压信号是V_t＝1V时(即在第1波段附近)，例如在2～2.5GHz，此时，电压检测装置1110可以选择驱动振荡器1151，接着，电压检测装置1110还可以再将电压信号V_t送至逻辑控制装置1120，以便逻辑控制装置1120能输出控制信号至多路复用器1160，使多路复用器1160选择出最佳设定状态的振荡器。当电压检测装置1110所检测的电压信号V_t不在多波段压控振荡器1100的振荡范围内时，例如：V_t＝5V；则电压检测装置1110会将电压信号V_t传送至逻辑控制装置1120，然后，由逻辑控制装置1120来控制与振荡器115n(n＝1，2，3...)连接的电容槽1130中的电容C_N数量，例如，在本实施例中，此电容槽1130可以分成16个次波段(sub-band)，因此每一个电容C_N可以涵盖30～32Mhz的范围；此外，电容槽1130可通过增加电容值或是降低电容值的方式来调整振荡器1151的振荡频率，将振荡器1151调整到最佳的设定，特别是可以将频率合成装置1500调整到最佳的相位噪声状态后，再由多路复用器1160送至混频器106输出。

在此要强调的是，锁相回路1140的发展过程已经很久了，所以其详细的电路和操作过程并未详细叙述，因此当锁相回路1140与本发明的多波段压控振荡器1100一起操作时，可使多波段压控振荡器1100的稳定性提升、频宽增加以及降低振荡频率锁定时间。此外，在锁相回路1140中，其可以选择地再连接分频器450，使分频器450配置于多波段压控振荡器1100的输出端与相位/频率检测装置410的输入端之间，用以将多波段压控振荡器1100所输出的频率降低，以便能将经过分频器450降低后的频率与输入的参考频率进行比较。

参照图5所示，是本发明的一种单转换中频调谐器200的主要部分的示意图，此调谐器200可以是一种超外差调谐器或是一种宽带调谐器，例如数字电视的调谐器(DTV Tuner)。如图5所示，调谐器200包括滤波器101、低噪声放大器102(LNA)、混频器106、滤波器112、锁相回路1140以及多波段压控振荡器1100，而此多波段压控振荡器1100的主要部分包括电压检测装置1110、逻辑控制装置1120、多路复用器1160、具有不同范围的多个振荡器115n(n＝1，2，3...)和多个电容槽1130，其中每一个电容槽1130与一个振荡器115n(n＝1，2，3...)连接，同时，每一个电容槽1130均是由多个相似的并联电容C_N(N＝1，2，3...)组成，并且电容槽1130中的每一个电容均配置有开关元件S_N(N＝1，2，3...)，以便能够根据逻辑控制装置1120所提供的数字信号来控制电容槽1130的电容值。此外，本实施例中的调谐器200还可进一步配置功率管理模块，其中功率管理模块由功率检测装置210以及功率管理装置220组成。另外，滤波器101和滤波器112均可以是一种SAW滤波器。

当调谐器200的天线(未示出于图中)将所接收到的射频信号(例如频率范围2-4GHz)，送到低噪声放大器102，然后将放大的射频信号送至混频器106，并将此射频信号与多波段压控振荡器1100的振荡频率混合后，输出一个振荡频率，例如：开始是与自然频率或是称为中心频率混合。此时，锁相回路1140会检测出输入射频信号和内部震荡信号的差异后，输出与振荡频率间的相位同步化的电压信号。此时，多波段压控振荡器1100中的电压检测装置1110会根据环路滤波装置430向其输出的电压信号来选择某一个最接近的振荡器；例如，当环路滤波装置430向其输出的电压信号是在第1波段附近时，例如在2～2.5GHz，此时，电压检测装置1110可以选择驱动振荡器1151，接着，电压检测装置1110还可以再将电压信号送至逻辑控制装置1120，以便能输出数字控制信号来控制电容槽1130中的电容C_N数量，在本实施例中，此电容槽1130可以分成16个次波段，因此每一个电容C_N可以涵盖30～32Mhz的范围；此外，电容槽1130可通过增加电容值或是降低电容值的方式来调整振荡器1151的振荡频率，将振荡器1151调整到最佳的设定，特别是可以将调谐器200调整到最佳的相位噪声状态后，再由多路复用器1160送至混频器106输出。

此时，在本发明的再一优选实施例中，功率检测装置210也会同时检测到第1波段的射频信号的功率位准(power level)，然后，将此功率位准值传送到功率管理装置220；例如：此功率管理装置220可以是功率/电流模式控制装置(Power/Current Mode Conrol)。另一方面，功率检测装置210也会将此功率位准值传送到低噪声放大器102，以调整低噪声放大器102的功率操作。

当功率管理装置220接收到功率位准后，即会进行功率位准大小的判断；当输入的功率位准为大信号时，例如：50dbm以上时，此时功率管理装置220会将此调谐器设定为最大电流模式控制(max current mode control)状态，并且输出电流控制信号至低噪声放大器102，例如：输出最小增益的电流控制信号。此外，在本发明的优选实施例中，会在功率检测装置210与低噪声放大器102之间配置自动增益控制电路230，此时功率检测装置210将收到的功率位准先传送至自动增益控制电路230中，然后再由自动增益控制电路230将信号送到低噪声放大器102，以使低噪声放大器102以较好的功率操作。此外，功率管理装置220也可以直接与低噪声放大器102、混频器106、多波段压控振荡器1100以及其它电路装置(未示出于图中)连接，如图5所示。因此当功率管理装置220收到功率检测装置210所检测到的功率位准时，功率管理装置220会根据当时的功率位准去调整低噪声放大器102和/或混频器106的电流，同时也会调整其它电路装置的电流操作状态，以使得这些电路装置能够与低噪声放大器102形成最佳的匹配状态；另外，在同一期间，功率管理装置220可以根据或参考本地振荡器的频率来控制低噪声放大器102的电流，以避免过大增益的信号溢出至混频器106或本地振荡器之中，而产生频率漂移的问题。很明显地，通过功率管理模块中的功率检测装置210以及功率管理装置220的操作，可以使得本发明的调谐器200能够在输入功率位准为大信号时，在保持最佳的功率消耗和最佳的性能的状态下操作。

当输入的功率位准为小信号时，例如：小于10dbm时，此时功率管理装置220会将此调谐器设定为最小电流模式(min currentmode control)状态，并且输出电流控制信号至低噪声放大器102，例如：最大增益的电流控制信号。同样地，在本发明的优选实施例中，会在功率检测装置210与低噪声放大器102之间配置自动增益控制电路230，此时功率检测装置210将收到功率位准先传送至自动增益控制电路230中，然后再由自动增益控制电路230将信号送到低噪声放大器102，以使低噪声放大器102以最佳的功率操作。同样地，功率管理装置220也可以直接与低噪声放大器102、混频器106、多波段压控振荡器1100以及其它电路装置(未示出于图中)连接。因此当功率管理装置220收到功率检测装置210所检测到的功率位准时，功率管理装置220会根据当时的功率位准去调整低噪声放大器102和/或混频器106的电流，同时也会调整其它电路装置的电流操作状态，以使得这些电路装置能够与低噪声放大器102形成最佳的匹配状态。很明显地，通过功率管理模块中的功率检测装置210以及功率管理装置220的操作，可以使得本发明的调谐器200能够在输入的功率位准为小信号时，在保持最佳的功率消耗和最佳的性能的状态下操作。

而当输入的功率位准介于50dbm与10dbm之间时，例如：30dbm，则功率检测装置210不会改变低噪声放大器102的增益状况，而是根据低噪声放大器102的设计规格操作，例如将增益设定为在线性操作范围中变动。同样地，功率管理装置220仍然会根据此时的功率位准去调整低噪声放大器102和/或混频器106的电流，同时也会调整其它电路装置的操作状态，以使得这些电路装置能够与低噪声放大器102形成最佳的匹配状态，使得本发明的调谐器200能够在最佳的功率消耗和最佳的性能的状态下操作。

如前所述，当低噪声放大器102根据自动增益控制电路230所传送的控制信号，以适当的功率将第1波段的射频信号进行放大后，最后，由另一滤波器112来滤除不想要的频道(channel)，以完成调谐器的调谐功能。

另外，要强调的是，本发明的多波段压控振荡器1100与功率管理模块可以与低噪声放大器102以及混频器106等组成频率转换装置300(frequency conversion apparatus)，其中可以选择将多波段压控振荡器1100与混频器106结合而形成的频率合成装置(frequency Synthesizer)来形成升频转换装置(up-conversion)或是形成降频转换装置(down-conversion)，同时，输入信号也不限定是射频信号(例如输入为中频信号)，如图6所示。

接着，参照图7，是本发明的一种双转换中频调谐器500的主要部分的示意图。如图7所示，调谐器500由两个单转换的单元串接组成，其中初级单转换单元和次级单转换单元均包括射频/中频混频器106a、滤波器112、多波段压控振荡器1100、锁相回路1140以及功率管理模块；其中多波段压控振荡器1100的主要部分包括电压检测装置1110、逻辑控制装置1120、多路复用器1160、具有不同范围的多个振荡器115n(n＝1，2，3...)以及多个电容槽1130，其中每一个电容槽1130与一个振荡器115n(n＝1，2，3...)连接，同时，每一个电容槽1130均是由多个相似的并联电容C_N(N＝1，2，3...)组成，并且电容槽1130中的每一个电容均配置有开关元件S_N(N＝1，2，3...)，以便能够根据逻辑控制装置1120所提供的数字信号来控制电容槽1130的电容值。而功率管理模块是由功率检测装置210以及功率管理装置220组成(其也可以选择在功率检测装置210与功率管理装置220之间再加上自动增益控制装置230)。此外，初级的单转换单元可通过多波段压控振荡器1100来形成升频的单转换单元(up-conversion unit)，例如选择多波段压控振荡器1100的振荡频率为：1GHz～2GHz；而次级的单转换单元则可通过已设定某一振荡频率的本地振荡器110b来形成降频的单转换单元(down-conversion unit)。

由于双转换中频调谐器500由两个单转换的单元串接组成，其中初级单转换单元由低噪声放大器102、射频/中频混频器106a、多波段压控振荡器1100、锁相回路1140以及功率管理模块组成。由于，每一个单转换单元的操作过程，都与前述图5和图6的实施例相同，所以详细过程不再赘述。然而要强调的是，本实施例虽然在两个单转换的单元均使用多波段压控振荡器1100、锁相回路1140以及功率管理模块来调整操作，然而在实际的设计中，也可以选择只在初级的单转换单元(即升频的单转换单元)加上多波段压控振荡器1100、锁相回路1140以及功率管理模块，或是只有在次级的单转换单元(即降频的单转换单元)使用多波段压控振荡器1100、锁相回路1140以及功率管理模块。当然，也可以选择在初级的单转换单元(即升频的单转换单元)不使用功率管理模块，而在次级的单转换单元(即降频的单转换单元)加上功率管理模块。上述均为本发明的实施例之一，本发明并不加以限制。

此外，为了使得本发明的调谐器能够有更好的性能，除了前述加上功率管理模块来调整调谐器的操作外，本发明接着再提供一种可以随着输入射频信号的大小自动调整输入阻抗的低噪声放大器，并详述如下。

首先，参照图8A，是本发明的低噪声放大器的电路示意图。如图8A所示，低噪声放大器1是至少由一个第一主动元件10、一个第二主动元件12以及多个可调衰减器(adjustable attenuationdevice)20、22组成。在低噪声放大器1中的每一个主动元件均包括有第一端、第二端和第三端。在本实施例中，这些主动元件为双极性晶体管(BJT)，其第一端为基极端(base)、第二端为发射极端(emitter)以及第三端为集电极端(collector)。另外，可调衰减器20、22可以是两端元件，例如：电阻、电感、电容、二极管(DIODE)或前述元件的任一组合；同时，此可调衰减器也可以是三端元件，例如：双极性晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)、金氧半场效晶体管(MOSFET)或是互补式金氧半场效晶体管(CMOS)等元件。

继续参照图8A，第一主动元件10以及第二主动元件12的基极端均与输入端连接，用以接收经由调谐器的天线所馈入(feedthrough)的宽带射频信号，而当第一可调衰减器20为二端元件时，其第一端与第一主动元件10的基极端连接，而其另一端则与第二主动元件12的发射极端连接；另外，当第二可调衰减器22也为二端元件时，其第一端与第二主动元件12的基极端连接，而其另一端则与第一主动元件10的发射极端连接。很明显地，当调整或改变第一主动元件10基极端的电压(V_B1)以及第二主动元件12发射极端的电压(V_E2)时，可以改变可调衰减器20的阻抗(impedence)；而当调整或改变第一主动元件10发射极端的电压(V_E1)以及第二主动元件12基极端的电压(V_B2)时，可以改变可调衰减器22的阻抗。因此，当本发明的低噪声放大器中的第一主动元件10以及第二主动元件12的增益被调整时，例如使用功率管理装置来调整低噪声放大器的增益时，可以通过第一可调衰减器20和第二可调衰减器22的连接，使得低噪声放大器1的输入阻抗能够在很小的范围中变化，例如：输入阻抗可以固定在50±2Ω的范围中变化。所以本发明的低噪声放大器与调谐器能够维持在最佳的阻抗匹配状态。当然，在输入信号经由调谐器的天线送到低噪声放大器1之前，也可以选择先经过放大电路(未示出于图中)，例如一种自动增益控制电路(AGC Circuit)。

此外，为了可以进一步地调整输入阻抗的匹配，本实施例中的可调衰减器20、22均可以选择具有调整功能的元件，例如：可变电阻、可变电容、可变电感等。另外，在第一主动元件10以及第二主动元件12的第三端，例如：集电极端，则可以进一步地与两端元件(未示出于图中)连接，作为低噪声放大器1中的负载，其中此两端元件可以是电阻、电感、电容、二极管)或前述元件的任一组合。

接着，参照图8B，是本发明的低噪声放大器另一实施例的电路示意图。低噪声放大器1的第一主动元件10以及第二主动元件12的基极端均与输入端连接，用以接收经由调谐器的天线所馈入的宽带射频信号，而当第一可调衰减器20为三端元件时(例如BJT)，其第三端(例如collector)与第一主动元件10的基极端连接，而其第二端(例如emitter)则与第二主动元件12的发射极端连接，其第一端(例如base)则与可以调整电压的电压控制端(V_ctl1)连接。此外，当第二可调衰减器22也为三端元件时(例如个BJT)，其第三端(例如collector)与第二主动元件12的基极端连接，而其第二端(例如emitter)则与第一主动元件10的发射极端连接，其第一端(例如base)则与可以调整电压的电压控制端(V_ctl2)连接。很明显地，当调整或改变第一主动元件10基极端的电压(V_B1)以及第二主动元件12发射极端的电压(V_E2)至固定的值时，通过调整可调衰减器20的电压控制端(V_ctl1)的电压值，即可以改变可调衰减器20的阻抗；同样地，当调整或改变第二主动元件12基极端的电压(V_B2)以及第一主动元件10发射极端的电压(V_E1)至固定的值时，即可通过调整可调衰减器22的电压控制端(V_ctl1)的电压值，即可以改变可调衰减器22的阻抗。如此，通过可调衰减器20或可调衰减器22的连接，使得低噪声放大器1的输入阻抗能够在很小的范围中变化，例如：输入阻抗可以固定在75±5Ω的范围中变化，所以本发明的低噪声放大器与调谐器能够维持在最佳的阻抗匹配状态。当然，在输入信号经由调谐器的天线送到低噪声放大器1的前，也可以选择先经过放大电路(未示出于图中)，例如一种自动增益控制电路。

此外，为了可以进一步地调整输入阻抗的匹配，本实施例中的可调衰减器20和可调衰减器22均可以选择双极性晶体管、场效应晶体管、金氧半场效晶体管或是互补式金氧半场效晶体管等元件。同时，在优选实施例中，电压控制端(V_ctl1、V_ctl2)的电压值选择为零电压。而在第一主动元件10以及第二主动元件12的第三端，例如：集电极端，则可以进一步地与两端元件(未示出于图中)连接，作为低噪声放大器1中的负载，其中此两端元件可以是电阻、电感、电容、二极管或前述元件的任一组合。

另外，在本发明图8A和图8B中的第一可调衰减器20和第二可调衰减器22也可以选择使用多个相互并联的元件来形成，也就是说，第一可调衰减器20和第二可调衰减器22可以由多个相互并联的可调衰减器来形成。

再接着，继续参照图9A，是本发明的低噪声放大器的再一实施例的电路示意图。如图9A所示，低噪声放大器2是至少由一个第一主动元件30、一个第二主动元件32以及多个可调衰减器40、42组成，其中主动元件(30、32)可以为场效应晶体管、金氧半场效晶体管或是互补式金氧半场效晶体管等元件，所以其第一端为栅极端(gate)、第二端为源极端(source)以及第三端为漏极端(drain)。另外，可调衰减器可以是两端元件，例如：电阻、电感、电容、二极管或前述元件的任一组合；同时，此可调衰减器可以是三端元件，例如：双极性晶体管、场效应晶体管、金氧半场效晶体管或是互补式金氧半场效晶体管等元件。

很明显地，本实施例与图8A和图8B中的电路连接架构是相同的，仅是将图8A和图8B中的每一主动元件由BJT换成FET、MOSFET或是CMOS，而在本实施例中，是使用NMOS来说明此主动元件。

如图9A所示，第一主动元件30以及第二主动元件32的栅极端均与输入端连接，用以接收经由调谐器的天线所馈入的宽带射频信号，而当第一可调衰减器40为二端元件时，其第一端与第一主动元件30的栅极端(V_G1)连接，而其另一端则与第二主动元件32的源极端(V_S2)连接；另外，当第二可调衰减器42也为二端元件时，其第一端与第二主动元件32的栅极端(V_G2)连接，而其另一端则与第一主动元件30的源极端(V_S1)连接。很明显地，本发明的低噪声放大器2的增益被调整时，例如使用功率管理装置来调整低噪声放大器的增益时，可以通过第一可调衰减器40和第二可调衰减器42的连接，使低噪声放大器2的输入阻抗够在很小的范围中变化，例如：输入阻抗可以固定在50±2Ω的范围中变化。所以本发明的低噪声放大器与调谐器能够维持在最佳的阻抗匹配状态。当然，在输入信号经由调谐器的天线送到低噪声放大器2之前，也可以选择先经过放大电路(未示出于图中)，例如一种自动增益控制电路。

此外，为了可以进一步地调整输入阻抗的匹配，本实施例中的可调衰减器40和可调衰减器42均可以选择具有调整功能的元件，例如：可变电阻、可变电容或是可变电感等。而在第一主动元件30以及第二主动元件32的第三端，例如：漏极端，则可以进一步地与两端元件(未示出于图中)连接，作为低噪声放大器2中的负载，其中此两端元件可以是电阻、电感、电容、二极管)或前述元件的任一组合。

接着，参照图9B，是本发明的低噪声放大器另一实施例的电路示意图。低噪声放大器2的第一主动元件30以及第二主动元件32的栅极端均与输入端连接，用以接收经由调谐器的天线所馈入的宽带射频信号，而当第一可调衰减器40为三端元件时(例如NMOS)，其第三端(例如Drain)与第一主动元件30的栅极端(V_G1)连接，而其第二端(例如Source)则与第二主动元件32的源极端(V_S2)连接，其第一端(例如Gate)则与可以调整的电压控制端(V_ctl1)连接。此外，当第二可调衰减器42也为三端元件时(例如NMOS)，其第三端(例如Drain)与第二主动元件32的栅极端(V_G2)连接，而其第二端(例如源)则与第一主动元件30的源极端(V_S1)连接，其第一端(例如Gate)则与可以调整的电压控制端(V_ctl2)连接。很明显地，当调整或改变第一主动元件30栅极端的电压(V_G1)以及第二主动元件32源极端的电压(V_S2)至固定的电压值时，同时，再将第一可调衰减器40的电压控制端(V_ctl1)调整至适当的电压值后，即可以改变可调衰减器40的阻抗；而当调整或改变第一主动元件30源极端的电压(V_S1)以及第二主动元件32栅极端的电压(V_G2)，同时，再将第二可调衰减器42的电压控制端(V_ctl2)调整至适当的电压值后，即可以改变可调衰减器42的阻抗。因此，通过可调衰减器40或可调衰减器42的连接，使得低噪声放大器2的输入阻抗能够在很小的范围中变化，例如：输入阻抗可以固定在75±5Ω的范围中变化，所以本发明的低噪声放大器与调谐器能够维持在最佳的阻抗匹配状态。当然，在输入信号经由调谐器的天线送到低噪声放大器2之前，也可以选择先经过放大电路(未显示于图中)，例如自动增益控制电路。

此外，为了可以进一步地调整输入阻抗的匹配，本实施例中的可调衰减器40、42均可以选择双极性晶体管、场效应晶体管、金氧半场效晶体管或是互补式金氧半场效晶体管等元件。同时，在优选实施例中，电压控制端(V_ctl1、V_ctl2)的电压值选择为零电压。而在第一主动元件30以及第二主动元件32的第三端，例如：漏极端，则可以与两端元件(未显示于图中)连接，作为低噪声放大器2中的负载，其中此两端元件可以是电阻、电感、电容、二极管或前述元件的任一组合。

另外，在本发明图9A和图9B中的第一可调衰减器40和第二可调衰减器42也可以选择使用多个相互并联的元件来形成，也就是说，第一可调衰减器40和第二可调衰减器42可以由多个相互并联的可调衰减器来形成。

再接着，参照图10，是本发明的低噪声放大器另一实施例的电路示意图。如图10所示，低噪声放大器3是至少由一个第一主动元件30、一个第二主动元件32、一个第三主动元件34、一个第四主动元件36以及多个可调衰减器40、42组成，其中主动元件可以为场效应晶体管、金氧半场效晶体管或是互补式金氧半场效晶体管等元件，所以其第一端为栅极端、第二端为源极端以及第三端为漏极端。另外，可调衰减器可以是两端元件，例如：电阻、电感、电容、二极管或前述元件的任一组合；同时，此可调衰减器可以是三端元件，例如：双极性晶体管、场效晶体管、金氧半场效晶体管或是互补式金氧半场效晶体管等元件。

很明显地，本实施例与图9A和图9B中的电路连接架构是相同的，仅是将图9A和图9B中的每一主动元件30、32上再各自连接主动元件34、36，其中主动元件30的第三端(drain)与主动元件34的第二端(source)连接，此外，主动元件34的第三端(drain)则与负载元件连接，而主动元件34的第一端(gate)则与接地点连接。同样的，主动元件32的第三端(drain)与主动元件36的第二端(source)连接，主动元件36的第三端(drain)则与负载元件连接，而主动元件36的第一端(gate)则与接地点连接。增加主动元件34和主动元件36的目的，是可进一步增加低噪声放大器的输出阻抗。

同理，在本发明的图8A和图8B的实施例中，其也可以在主动元件10、12上再各自连接主动元件，当然，此新增加的主动元件可以是双极性晶体管、场效应晶体管、金氧半场效晶体管或是互补式金氧半场效晶体管等元件。由于电路结构和操作过程均相同，在此不再赘述。

另外，要强调的是，由于半导体工艺技术的进步，已可以将上述低噪声放大器的电路形成于晶片(wafer)之上，使得调谐器可以达到芯片化。同时，本发明中的低噪声放大器均可用来取代调谐器100(如图1A至图1D的现有技术)中的低噪声放大器102，经由适当的偏压设计，可以使得设置入本发明的低噪声放大器的调谐器可以有良好的阻抗匹配度，也可以提升电路的噪声抑制能力。

显然地，根据上述实施例中的描述，本发明可能有许多的修改与差异。因此需要在其所附权利要求的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中实施。上述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；所有其它在未脱离本发明所披露的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的权利要求范围内。

主要元件符号说明

1、2、3 低噪声放大器 10、12 主动元件

20、22 可调衰减器 30、32、34、36 主动元件

40、42 可调衰减器 100 调谐器

101 滤波器 102 低噪声放大器

104 带通滤波器 105 RF多相位滤波器

106 混频器 110、110a、110b 本地振荡器

106a 射频/中频混频器 106b 中频/中频混频器

111 正交本地振荡器 112 滤波器

113、118 IF多相位滤波器

114 复频混频器(双正交混频器)

115 分频电路 116 频道选择滤波器

117 第一正交本地振荡器 119 第二正交本地振荡器

120 第一正交混频器 122 复频混频器

200 调谐器 210 功率检测装置

220 功率管理装置 230 自动增益控制装置

300 频率转换装置 410 相位/频率检测装置

420 电荷泵 430 环路滤波装置

450 分频器 500 双转换中频调谐器

1100 多波段压控振荡器 1110 电压检测装置

1120 逻辑控制装置 1130 电容槽

1140 锁相回路 115n 振荡器

1500 频率合成装置

1160 多路复用器

Claims

1.一种多波段压控振荡器，包括：

多个振荡器，每一所述振荡器具有不同的振荡范围；

多个电容槽，配置于每一所述振荡器之中，每一所述电容槽由多个并联电容组成；

电压检测装置，用以检测电压信号并由此选择一个所述振荡器；

逻辑控制装置，其一端与所述电压检测装置连接，而另一端则与所述电容槽连接，并提供控制信号以驱动所述电容槽中的电容；以及

多路复用器，其一端是与所述逻辑控制装置和所述振荡器连接，用以输出振荡频率。

2.根据权利要求1所述的多波段压控振荡器，其中，所述电容槽中的每一所述电容进一步配置有开关元件。

3.根据权利要求1所述的多波段压控振荡器，其中，所述逻辑控制装置中包括计数器。

4.根据权利要求1所述的多波段压控振荡器，其中，所述数字控制信号包括斜升或斜降的控制信号。

5.一种频率合成装置，由相位/频率检测装置、电荷泵、环路滤波装置以及多波段压控振荡器组成，其特征在于，所述多波段压控振荡器包括：

多个振荡器，每一所述振荡器具有不同的振荡范围；

输出的多路复用器，其一端与所述逻辑控制装置和所述振荡器连接，用以输出振荡频率。

6.一种可调整输出频率的频率合成装置，由多波段压控振荡器以及混频器组成，其特征在于，所述多波段压控振荡器包括：

多个振荡器，每一所述振荡器具有不同的振荡范围；

多路复用器，其一端与所述逻辑控制装置和所述振荡器连接，用以输出振荡频率。

7 根据权利要求6所述的频率合成装置，其中，所述多波段压控振荡器进一步配置有相位/频率检测装置、电荷泵以及环路滤波装置。

8.一种宽带调谐器，包括至少一个滤波器、一个低噪声放大器、一个混频器以及一个多波段压控振荡器，其特征在于，所述多波段压控振荡器包括：

多个振荡器，每一所述振荡器具有不同的振荡范围；

9.根据权利要求8所述的宽带调谐器，其中，所述多波段压控振荡器进一步配置有相位/频率检测装置、电荷泵以及环路滤波装置。

10.根据权利要求8所述的宽带调谐器，其进一步包括功率管理模块，所述功率管理模块的特征包括：

功率检测装置，其第一端与所述宽带调谐器的输入端连接，以检测输入端的功率位准，其第二端与所述低噪声放大器连接；

功率管理装置，其第一端与所述功率检测装置的第三端连接。

11.根据权利要求10所述的宽带调谐器，其中，所述功率管理装置可进一步与所述多波段压控振荡器连接。

12.根据权利要求10所述的宽带调谐器，其中，所述功率管理装置可进一步与所述低噪声放大器连接。

13.根据权利要求10所述的宽带调谐器，其进一步包括配置于所述功率检测装置与所述低噪声放大器之间的自动增益控制电路。

14.根据权利要求8所述的宽带调谐器，其中，所述低噪声放大器包括：

第一主动元件，具有第一端、第二端和第三端，其中所述第一端与所述单转换频率装置的输入端连接；

第二主动元件，具有第一端、第二端和第三端，其中所述第一端与所述单转换频率装置的另一输入端连接；

第一可调衰减器，其第一端与所述第一主动元件的第一端连接，而其第二端与所述第二主动元件的第二端连接；

第二可调衰减器，其第一端与所述第一主动元件的第二端连接，而其第二端与所述第二主动元件的第一端连接。

15.根据权利要求8所述的宽带调谐器，其中，所述多波段压控振荡器中的振荡器为正交振荡器。

16.一种宽带调谐器，由第一单转换频率装置和第二单转换频率装置串接组成，其中所述第一单转换频率装置由至少一个滤波器、一个低噪声放大器、一个混频器以及一个多波段压控振荡器组成，而所述第二单转换频率装置由至少一个滤波器、一个低噪声放大器、一个混频器以及一个多波段压控振荡器组成，其特征在于，所述多波段压控振荡器包括：

多个振荡器，每一所述振荡器具有不同的振荡范围；

17.根据权利要求16所述的宽带调谐器，其中，所述多波段压控振荡器进一步配置有相位/频率检测装置、电荷泵以及环路滤波装置。

18.根据权利要求16所述的宽带调谐器，其中，第一单转换频率装置和第二单转换频率装置进一步配置有功率管理模块，所述功率管理模块的特征包括：

功率检测装置，其第一端与所述频率转换装置的输入端连接，以检测输入端的功率位准，其第二端与所述低噪声放大器连接；

19.根据权利要求16所述的宽带调谐器，其中，所述低噪声放大器包括：

20.一种调整多波段压控振荡器的输出频率的方法，包括：

提供多个振荡器，每一所述振荡器具有不同的振荡范围；

提供多个电容槽，配置于每一所述振荡器之中，每一所述电容槽由多个并联电容组成；

提供电压检测装置，用以检测电压信号并由此选择一个所述振荡器；

提供逻辑控制装置，其与所述电容槽连接并提供控制信号，用以驱动所述电容槽中的电容；以及

提供多路复用器，其一端与所述逻辑控制装置和所述振荡器连接，用以输出振荡频率。