[发明专利]高频晶体振荡器

说明书

该发明涉及一个使用石英晶体元件的振荡器，特别是涉及一个使体积缩小的高频晶体振荡器。

近年来，对各种电子设备中可稳定输出几百兆赫兹或更高频率的高频信号的振荡器的需求日益增长。例如，某种类型的数字通信网络要求频率在622.08MHz的信号。由于这种应用需要高频的稳定性，因此尤其需要使用晶体振荡器。为获得高频，通常使用一个低振荡频率的晶体振荡器，并将其输出与一个乘法电路进行频率相乘从而得到所期望的输出频率。在这种情况下，为了获得所需要的频率，可以串联2到3级的乘法电路。压控电路的配置能够通过应用不同的电压来改变振荡器的频率。

图1是一种传统的高频晶体振荡器配置实例的电路图。这种高频振荡器通常包含压控晶体振荡电路1、乘法放大器2、以及宽带放大器3。

晶体振荡电路1中石英晶体元件4作为一个感应元件进行操作，以形成一个由石英晶体元件4和串联电容C1、C2组成的一个共振电路，晶体振荡电路中还包含晶体管5。将共振电路的共振频率信号反馈给晶体管5，晶体管5放大该共振频率信号以振荡晶体振荡电路1。这个电路就是所谓的Colpitts晶体振荡电路。由于电路电容值与串联电容C1、C2的电容值不同，该电路的振荡频率比上述共振电路的共振频率稍低一些。在这里将晶体振荡电路1的振荡频率作为初始频率，并假设其值为155.52MHz。

晶体管5的基极与石英晶体元件4的一端相连，其发射极与串联电容C1、C2的中点(连接节点)相连并通过电阻R5接地，其集电极通过电阻R4与电源Vcc相连。在共振电路中，将一个电压可变的电容元件，例如可变电容二极管6，接在石英晶体元件4的另一端与地之间，从而提供压控共振电路。控制电压Vc通过电阻R1提供一个反向电压输入到可变电容二极管6上进行高频封锁，并控制振荡频率。电阻R2、R3作为晶体管5的栅极偏置电阻。

乘法放大器2是一个用来将来自于晶体振荡电路1的初始频率信号进行频率相乘的电路。乘法放大器2包含一个晶体管8，其发射极接地，集电极与包含电感L与电容C的共振电路7相连。晶体管8的发射极通过并联的发射极电阻R8和旁路电容C6接地。将共振电路7的共振频率设置为初始频率(155.52MHz)的四倍，以获得622.08MHz的输出频率。晶体管8的基极接收来自于晶体振荡电路1的初始频率信号，或通过耦合电容C3接收来自上一级乘法放大器的输出信号。电阻R6、R7作为晶体管8的基极偏置电阻。

应注意到：共振电路7中的电容C是一个微调电容器，以便于共振电路7的调整。作为选择，电感L可以是一个可变电感。如图1所示的乘法放大器2仅为一级，但A级乘法放大器可连接多级，例如三级，用来当波形失真减小时逐渐放大频率信号，并且提供放大量到下一级的输入。

宽带放大器3用作最后一级的放大器，经过耦合电容C4将上一级乘法放大器2的输出频率信号放大到预定的输出水平，并维持其波形不变，然后把放大信号经耦合电容C5输出到一个外部电路，在图中未示出。宽带放大器5是一个输入和输出具有线性特性的线性IC(集成电路)放大器。由于线性IC放大器具有低功耗和高放大特性，所以被用在最后一级。在本例中，电源电压Vcc是3.3V。图2是线性IC的输入/输出特性图。在某一特定输入值之前，输入与输出成比例；在输入超过上述特定值时，输出到达峰值，并不再随输入的变化而变化。

上述的晶体振荡器1、乘法放大器2及宽带放大器3组成一个集成电路并置于一个屏蔽容器内以构成所述高频晶体振荡器。具体来说，如图3所示，将构成晶体振荡器1、乘法放大器2及宽带放大器3的石英晶体元件4、晶体管5和8、各种包括电阻、电容、电感的元件11、以及线性IC放大器安装在电路板10上，电路板10是由例如玻璃结构环氧树脂薄板形成的。在电路板10的表面上设置布线，在图中未示出。将用于外部连接的终端9连接到电路底层10。如上所述的电路板10固定有金属底座并覆有金属覆膜从而得到容纳在屏蔽容器内的高频晶体振荡器。

然而，在所述的传统高频晶体振荡器中，由于晶体振荡电路的初始频率(例如155.52MHz)被多级乘法放大器2放大到预定的输出频率(622.08MHz)，从而使得所使用的如晶体管和无源元件等元件的数量有所增加。此外，为每一个乘法放大器提供的共振电路使用一个微调电容或一个可变电感，这样会导致其体积很大，就不可避免地使电路的总体体积也很大。而且，许多部分都需要进行调整，这会导致生产率降低。随着器件数量的增加，问题出现地更加频繁从而增加了可靠性降低的可能性。