使用二次温度补偿的用于振荡器的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及使用二次温度补偿的用于振荡器的系统和方法。公开了一种压控振荡器装置。该装置包括压控振荡器和二次扩展部件。压控振荡器具有调谐端口。调谐端口配置成根据所应用的电压选择操作频率。二次扩展部件配置成生成作为到调谐端口的所应用的电压的二次调谐电压。二次调谐电压根据线性温度补偿信号而被生成。

【技术实现步骤摘要】
使用二次温度补偿的用于振荡器的系统和方法
技术介绍
诸如RF信号振荡器的信号振荡器被用在多种多样的应用中。应用包括例如信号处理、数据通信、电路测试、对象检测等等。关键特性在于信号振荡器生成具有稳定振荡频率的振荡信号。否则可能不适当地执行处理误差、通信误差、对象检测等等。影响振荡信号的一个环境条件是温度。温度的改变导致振荡频率的不想要的改变。改变被称为温度漂移。补偿压控振荡器（VCO）中的温度漂移的一种技术是使用锁相环（PLL）。该技术可以补偿温度漂移，然而向电路增加PLL增加了复杂性和成本。用于VCO的频率稳定化的可替换方案是使用具有合适温度系数的高Q（电介质）谐振器。然而，用于通过激光器进行频谱集中的成本和努力是高的。所需要的是在没有附加的昂贵部件的情况下缓解或计及温度漂移的技术。附图说明图1是图示了使用二次扩展部件的压控振荡器装置的框图。图2是图示了使用在二次补偿电路中的平方电路的框图。图3是图示了具有减少数目的晶体管的平方电路的框图。图4是图示了具有二阶平方功能的二次扩展部件的图。图5是图示了使用二阶温度补偿操作压控振荡器的方法的流程图。具体实施方式现在将参照附图各图来描述本专利技术，其中相同的参考标号自始至终用于指代相同的元件，并且其中所图示的结构和设备未必按照比例绘制。RF信号振荡器用于包括但不限于通信系统、运动感测、雷达系统等等的应用。典型的RF振荡器是压控振荡器（VCO）。针对开锁RF信号振荡器装置的要求是它们具有低或接近于零的温度依赖性。典型的VCO具有温度依赖性以及该VCO的操作频率根据温度的改变而改变或漂移。该效应被称为温度漂移。计及温度依赖性的一种方案是使用锁相环（PLL）以稳定化VCO的操作频率。PLL可以用于将VCO锁定到石英稳定化的独立参考频率。在另一方案中，微处理器可以用于测量VCO的操作频率并且调节VCO以校正其操作频率。以上方案要求超出VCO自身的大量附加努力，这导致增加的材料清单、增加的管芯面积消耗和更高的功率消耗。计及温度依赖性或驱动的另一方案是省略PLL并且提供补偿信号或应用控制/调谐电压。操作频率的改变可以通过温度系数来表示。典型地，VCO的温度系数是负的，因为当温度增加时VCO晶体管的速度减小。VCO的调谐特性通常是正的，这意味着其操作频率随增加调谐电压而单调增加。补偿信号可以用于通过向VCO的调谐输入应用补偿信号来缓解VCO的温度系数和温度驱动。补偿信号由部件生成并且（在该示例情况中）具有与绝对温度成比例（PTAT）的特性。然而，典型的补偿信号可能不足以补偿调谐特性以将VCO维持在频率带宽要求内。这些要求可以相对较小，诸如200MHz、100MHz等等。在另一示例中，频率带宽要求被表达为相对带宽，诸如操作或VCO输出频率的0.4%至0.8%的带宽变化，诸如遍历-40摄氏度到85摄氏度的温度变化的24GHz。典型的补偿信号不产出合适的精确性和补偿以将VCO维持在带宽要求内。以下描述的系统、装置、方法等等利用生成作为温度的二次函数的二次控制电压的扩展补偿部件。二次控制电压提供合适的分辨率以满足甚至相对较小的带宽要求。图1是图示了使用二次扩展部件的压控振荡器装置100的框图。装置100生成具有稳定操作频率的输出信号。装置100包括压控振荡器（VCO）102、与绝对温度成比例（PTAT）的部件108和扩展补偿部件110。VCO102以简化的形式被示出并且包括调谐端口104和输出106。将二次控制或调谐电压116应用于调谐端口104，以选择性地配置或调节VCO操作频率。控制电压或特性典型地（但未必）是正的，因为所应用的较高调谐电压导致较高的操作频率。输出106以控制电压指定的VCO操作频率供应振荡器输出信号112。输出信号112具有基本上稳定的操作频率并且由于所应用的二次控制电压而基本上不随温度改变而漂移。VCO102生成具有所选占空比和所选频率的输出信号112。在温度改变的情况下，由扩展部件110生成的二次控制电压116基本上补偿温度漂移。在一个示例中，所选频率在24.05GHz至24.25GHz的范围内。在另一示例中，所选频率在24.075GHz至24.175GHz的范围内。然而，要领会的是，其它频率可以用作所选频率。PTAT部件108基于温度（诸如，来自环境温度的变化）生成线性补偿信号114。补偿信号114可以以电压或电流的形式并且提供用于温度漂移的线性补偿调节。PTAT部件108在一个示例中由电路组成。补偿信号114可以被应用于调谐端口104以至少部分地补偿温度漂移。二次扩展部件110配置成基于补偿信号114生成二次补偿电压116。二次补偿电压116提供二阶温度漂移补偿。二次扩展部件110可以实现在电路中，并且包括例如双极结型晶体管NPN或PNP。二次扩展部件110包括平方电路，该平方电路配置成生成补偿信号114的平方以便生成二次补偿电压116。二次扩展部件110使用二次公式或函数生成二次补偿/调谐信号，其被转换成二次调谐电压116并且应用于VCO102的调谐端口104。此外，二次扩展部件110生成具有相对较低的功率消耗的调谐电压。以下提供二次扩展部件110的附加细节和示例。二次调谐电压116通过补偿二阶温度漂移来提供较高精确性和精度。线性温度补偿可能不补偿二阶温度漂移。二次调谐电压116可以将温度漂移缓解到小于所允许的温度漂移，其在一个示例中小于约20MHz或小于操作频率的0.1％。在一个示例中，低温度漂移准许在脉冲模式中使用VCO102，其中VCO被接通和关断并且温度漂移被充分地缓解以准许在启动时段期间使用VCO102。固有的是，时域中的短脉冲固有地具有频域中的宽带宽。在另一示例中，低温度漂移准许在连续波模式中使用VCO102。温度漂移是根据温度的VCO102的振荡频率中的改变。可以根据温度系数（TC）来表达温度漂移。根据每温度改变的频率改变来限定温度系数。TC典型地为取决于VCO的调谐元件的负值。规范或要求可以要求阈值以下的温度漂移和相关联的TC。补偿信号114可以提供阈值以上的TC，但是二次补偿电压提供阈值以下的TC。可以通过调节偏置电流、缩放因子、晶体管值等等来校准二次扩展部件110。在一个示例中，可以在制造期间执行校准。在另一示例中，在操作期间通过比较输出信号112的实际频率与预期或所选操作频率来执行校准。诸如电容器之类的缓冲部件（未示出）可以连接到扩展部件110的输出，以便缓解由扩展部件110生成的噪声。图2是图示了使用在二次补偿电路中的平方电路200的框图。平方电路200是可以在图1中所示的二次扩展部件110中利用的合适电路的示例。平方电路200是高精度的并且是单个象限平方器。电路200使用五个双极结型PNP晶体管，然而，要领会的是，可以使用其它类型的晶体管（诸如双极型NPN晶体管）实现平方器电路200。平方电路200包括偏置电流源222、跨导线性（translinear）回路220和PTAT电流源224和226。偏置电流源222生成基本上与温度无关的偏置电流。晶体管T5是配置成降低回路220中的双极型晶体管的基极电流的影响的辅助晶体管。跨导线性回路220包括双极型PNP晶体管T1、T2、T3和T4。晶体管T1使其发射极连接到供给电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压控振荡器装置，包括：压控振荡器，具有调谐端口，其中调谐端口配置成根据所应用的电压选择操作频率；二次扩展部件，配置成生成作为到调谐端口的所应用的电压的二次调谐电压，其中二次调谐电压根据线性温度补偿信号而被生成。

【技术特征摘要】
2015.10.22 US 14/9204761.一种压控振荡器装置，包括：压控振荡器，具有调谐端口，其中调谐端口配置成根据所应用的电压选择操作频率；二次扩展部件，配置成生成作为到调谐端口的所应用的电压的二次调谐电压，其中二次调谐电压根据线性温度补偿信号而被生成。2.权利要求1的装置，其中二次扩展部件配置成使用温度不变电流生成二次调谐电压。3.权利要求1的装置，其中二次扩展部件使用偏置电流缩放线性温度补偿信号。4.权利要求1的装置，其中压控振荡器具有根据温度变化的一阶频率变化和根据温度变化的二阶频率变化。5.权利要求4的装置，其中线性温度补偿信号缓解一阶频率变化。6.权利要求5的装置，其中二次调谐电压缓解二阶频率变化。7.权利要求6的装置，其中压控振荡器配置成以操作频率生成输出信号。8.权利要求1的装置，还包括配置成根据当前温度生成线性温度补偿信号的温度补偿部件。9.权利要求8的装置，其中温度补偿部件是与绝对温度成比例的补偿部件。10.权利要求1的装置，其中二次扩展部件包括配置成生成使用在生成二次调谐电压中的二阶项的跨导线性回路。11.一种用于生成二次温度补偿信号的二次扩展装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M奥尔特纳，M普恩岑贝格，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE