1背景

振蕩器設計師現在被要求少花錢多做事，因為有更多的功能和頻段正被打包進諸如蜂窩電話和無線局域網（WLAN）設備等電子通信產品。下一代無線通信在理想情況下應具有足夠的頻率靈活性，以覆蓋多個頻段和眾多通信標準。這一點可以使用多個振蕩器實現，其中每個振蕩器有它自己的頻率調諧范圍。

另外一種方法是如同Synergy Microwave公司頻率源設計師發(fā)明的那樣，可以搭建一個單一可重構的并發(fā)振蕩器（RCO），其頻率將覆蓋多個壓控振蕩器（VCO）。Synergy公司的RCO可以支持多個無線電頻段（圖1）。與單獨的振蕩器相比，這些RCO可以提供相當于獨立可調諧振蕩器的性能，而尺寸和功耗將有顯著減小，因而適用于多頻段、多模式的無線通信系統(tǒng)。


圖1：這種可重構并發(fā)振蕩器（RCO）可以產生多個信號用于多個無線電頻段

2可調諧振蕩器設計的概述

無線通信硬件小型化方面的努力，已經催生出使用可調諧振蕩器（如VCO）的緊湊型無線電設計，它們可覆蓋許多不同的頻段。然而，可調諧振蕩器通常要在相位噪聲性能和功耗之間進行折衷。試圖開發(fā)具有低相位噪聲的多頻段VCO，經常會形成大體積大功耗的電路。有許多技術旨在為多頻段無線電設計提供緊湊的頻率源解決方案，包括在獨立VCO之間進行切換、使用聯(lián)動多頻電路或在多個諧振器之間進行切換。但它們不可避免地具有體積大、功耗高或相位噪聲性能差的缺點。

舉例來說，開關型諧振器就經常受到與開關相關的電阻性與電容性寄生電路元件的影響。通常使用模式切換功能在諧振電路的多種振蕩模式之間做出選擇，而選擇的依據是，使得開關的損耗和非線性不影響諧振器的穩(wěn)態(tài)和相位噪聲性能。但這種方法不能并發(fā)產生信號，在取得頻率源尺寸、功耗和設計周期的縮小方面效果非常有限。傳統(tǒng)的頻帶選擇源通常采用多個諧振器、VCO或其它可調諧振蕩器，但任何頻段選擇開關都不可避免地會降低這類多頻段源的性能。

在Synergy Microwave公司的新方法中，多頻段信號是并發(fā)產生的，可根據需要隨時提供使用（圖2）。


圖2：當需要多個并發(fā)信號時，比如2.4GHz和4~8GHz范圍內的信號時，可以使用RCO源方法

這種新的振蕩器（圖1）使用更高階的多耦合型平面諧振器（MCPR）為不同頻段（和不同應用）同步產生不同的頻率。它工作時不需要倍頻器，也不需要在諧振器和/或振蕩器之間進行切換。與其它多重信號產生方法相比，這種方法可以減少復雜性、尺寸和功耗，并能獲得卓越的相位噪聲性能（圖3）。


圖3：多信號振蕩器方法可以在不犧牲相位性能的情況下減小功耗和尺寸

哪種通信設備可以從這種多信號源中獲益呢？無線局域網（WLAN）是家庭和辦公室環(huán)境中最流行的無線應用，它們一般工作在不同的頻段——特別是從2.4GHz至2.5GHz的工業(yè)-科學-醫(yī)療（ISM）頻段以及從5.15GHz至5.85GHz的各個頻段。可同時在兩個頻段內工作的WLAN無線電設備可以與可切換VCO一起工作，雖然更完整集成的多模無線電設計，應該會基于一個能夠同時覆蓋兩個頻段的單一信號源（比如RCO）工作。

3多模無線電的原理

多模無線電的基本原理是，只使用一個發(fā)送/接收信號處理鏈同時處理兩個或更多個不同頻率的信號。圖4顯示了一個雙頻段、2.4GHz/5GHz WLAN收發(fā)器系統(tǒng)的頻率規(guī)劃。它利用頻率合成器中帶二分頻器的單個8GHz VCO產生4GHz信號，接著使用四分頻器獲得1GHz信號。這些同步（I）和正交（Q）信號在正交單邊帶（SSB）混頻器中混頻產生5GHz信號，然后再經過進一步分頻得到2.4GHz信號。


圖4：這種頻率規(guī)劃將從單個8GHz VCO產生多個WLAN信號

這種方法需要多個緩沖器、分頻器和濾波器電路，才能產生雙頻段WLAN無線電設備所需的信號。也可以從更低頻率的信號著手通過增加倍頻器來產生多個信號。但在使用正交頻率轉換器的情況下，倍頻很少用于最后一級頻率轉換，因為在更高的頻率處理差分輸出有很大的難度。

4多模多頻振蕩器的硬件設計

傳統(tǒng)的單路輸出振蕩器產生的是周期性波形，這種波形實質上是一個基頻加上其諧波信號分量?；诟唠A諧振器的可調諧振蕩器可以提供多種振蕩模式，并能單獨或同時產生多個獨立的頻率。

單輸出可調諧振蕩器是設計多頻段振蕩器的一個良好開端。單頻可調諧寬帶振蕩器利用經過變容二極管調諧的二階諧振器網絡來產生特定頻率的信號。它會采用一個有源器件（如雙極晶體管）與并聯(lián)或串聯(lián)的電感電容（LC）諧振調諧電路相端接。并聯(lián)LC諧振器網絡具有一個較大的并聯(lián)電阻（或反諧振），而串聯(lián)LC諧振器網絡提供較小的串聯(lián)電阻（或諧振）。這種設計的性能將不可避免地受到晶體管能力、其封裝的電氣特性以及在寬頻范圍內調諧振蕩器所需的電容大范圍變化的限制。