一种射频调制电路的制作方法

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种射频调制电路。

背景技术：

射频上调制系统广泛应用在各种无线通讯协议中，主要的目的是将低频的基带信号（一般是1k～100m范围内），通过变频，调制到射频范围（几百mhz～几十ghz），通过天线发射出去。

常见的上变频一般采用混频器（乘法器）架构，对于混频器架构的直接上变频，需要高精度dac，滤波器，混频器等一系列电路模块，成本高较高，通常对于宽带信号（带宽大于10mhz）比较合适。对于窄带宽的基带信号（带宽小于10mhz），可以采用直接上调制的方式。传统的直接上调制方式一般由压控振荡器（vco），可变电容器（varactor）和高精度模数转换器（dac）实现。这种实现方式结构复杂，且由于频率变换在模拟实现，所以频率精度和线性度都受到模拟电路本身的噪声和速度限制，不容易达到很高的精度。

技术实现要素：

本发明实施例公开一种射频调制电路，以克服模拟电路引入的噪声和速度问题。

为了达到上述目的，本申请实施例提供一种射频调制电路，包括基带信号发生器、振荡器以及电容阵列控制器；所述基带信号发生器用于产生基带数字信号；所述振荡器包括频率控制电路和振荡电路，所述基带信号发生器连接所述频率控制电路，用于通过生成的基带数字信号控制所述频率控制电路的可变电容阵列，以控制所述振荡电路产生的谐振频率；所述电容阵列控制器连接所述频率控制电路，用于控制所述产生的谐振频率的中心值。

在一些实施例中，所述基带信号发生器产生的基带数字信号包括直流调制信号、交流调制信号、正弦调制信号、qpsk调制信号和qam调制信号。

在一些实施例中，所述频率控制电路包括多个可变电容阵列，通过所述基带信号发生器产生的基带数字信号至少控制所述多个可变电容阵列中的精调电容阵列。

在一些实施例中，所述电容阵列控制器控制所述频率控制电路中的多个可变电容阵列中的粗调电容阵列，以确定谐振频率的中心值。

在一些实施例中，所述基带信号发生器产生的基带数字信号输出为数字比特信号；每一所述可变电容阵列耦合于所述基带信号发生器输出的多个数字比特信号的其一，通过所述数字比特信号控制所述可变电容阵列的电容调节。

在一些实施例中，所述频率控制电路包括第一可变电容阵列、第二可变电容阵列、第一电感和第二电感；其中，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第二端串联连接于第一节点，所述第一可变电容阵列的第一端连接至所述第一节点，所述第二可变电容阵列的第一端与所述第二电感的第一端连接于第二节点，所述第二节点连接至第一接入点，所述第一可变电容阵列的第二端和所述第二可变电容阵列的第二端连接至第二接入点，所述第一接入点和所述第二接入点连接外部有源电路；所述基带信号发生器电连接于所述第一可变电容阵列，通过生成的基带数字信号控制调节所述第一可变电容阵列的电容大小。

在一些实施例中，所述频率控制电路还包括与所述第一可变电容阵列串联连接的第一固定电容；所述第一固定电容的第一端连接至所述第一节点，所述第一固定电容的第二端连接至所述第一可变电容阵列的第一端。

在一些实施例中，所述频率控制电路还包括与所述第二可变电容阵列串联连接的第二固定电容；所述第二固定电容的第一端连接至所述第二节点，所述第二固定电容的第二端连接至所述第二可变电容阵列的第一端。

在一些实施例中，所述电容阵列控制器连接所述第二可变电容阵列，用于控制第二可变电容阵列以调整所述产生的谐振频率的中心值。

在一些实施例中，所述频率控制电路为差分结构。

本发明实施例公开了一种射频调制电路，使用全数字控制可变电容阵列的调整，克服了现有的采用模拟电路引入的噪声和速度问题。另外，本发明通过基带信号产生器生成的数字比特来控制可变电容阵列的调整，因此可以省掉dac，故减小了dac引入的噪声，提高了调制性能，减小了实现的面积，降低了成本；并且，本发明采用分段电感电容阵列的方式，能够在频率精度极高的情况下，保证电感和电容不至于太小，既提高了频率控制的精度，同时又能很低成本的和现有的cmos电路兼容实现，实现任意大小的片上电容和片上可变电容，保证cmos电路的良率。因此，本发明既能够解决电容频率缩小的问题，同时又能够保证频率调整的线性度，使得上调制信号的信噪比没有恶化。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的射频调制电路的结构示意图。

图2为本发明实施例的基带数字信号的输出为数字比特的示意图。

图3为本发明实施例的每一可变电容阵列的一端分别耦合于基带信号发生器输出的多个数字比特的其一的示意图。

图4为本发明一具体实施例的射频调制电路的结构示意图。

图5为本发明另一具体实施例的射频调制电路的结构示意图。

图6为本发明又一具体实施例的射频调制电路的结构示意图。

图7为本发明再一具体实施例的射频调制电路的结构示意图。

图8为本发明实施例的具有3组差分结构的频率控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件（包括固件、驻留软件、微代码等），或者硬件和软件结合的形式。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。

本申请以下说明书的描述中，附图标号“c1、c2…cn”表示固定电容；“ca1、ca2…can”表示可变电容阵列；“l1、l2…ln”表示电感；“n1、n2…nn”表示连接节点；“vref”表示共模点，该共模点可以是电源到地之间的任意电压值；“sw0、sw1……swn”表示基带信号发生器产生的数字比特信号；附图中的①和②分别表示电路中的电容、电感或者可变电容阵列等各个器件的第一端和第二端，该第一端和第二端只是为了方便说明各个器件之间的连接关系，并不代表各个器件中的电流或者电压的任何方向。

图1为本发明实施例的射频调制电路的结构示意图。如图所示，包括基带信号发生器1、振荡器2以及电容阵列控制器3。

所述基带信号发生器1用于产生基带数字信号；所述振荡器2包括频率控制电路21和振荡电路22，所述基带信号发生器1连接所述频率控制电路21，用于通过生成的基带数字信号控制所述频率控制电路21的可变电容阵列，以控制所述振荡电路22产生的谐振频率；电容阵列控制器3连接所述频率控制电路21，用于控制所述产生的谐振频率的中心值。

本申请实施例中，基带信号发生器1产生的基带数字信号可以是直流信号、交流信号、正弦信号、qpsk信号和qam信号等基带调制信号。如图2所示，本实施例中，基带信号发生器1产生的基带数字信号的输出为数字比特信号（可以是1bit~nbit），如图中的sw0、sw1、sw2……swn。例如，如果数字比特为3bit输出，那么输出的sw0、sw1、sw2……swn的任意一个可以是000，001，010，011，100，101，110，111的形式，也就是说任一数字比特输出可以有8种控制输出，通过输出的数字比特可控制频率控制电路21中的可变电容阵列。具体实施时，如图3所示，当频率控制电路21中包含n个并列配置的可变电容阵列时，可将每一可变电容阵列的一端分别耦合于基带信号发生器输出的多个数字比特的其一，即通过sw0、sw1、sw2……swn控制可变电容阵列的电容大小的调整。

如此，本发明通过基带信号产生器生成的数字比特来控制可变电容阵列的电容调整，因此可以省掉dac，故可以减小dac引入的噪声，提高了调制性能，减小了实现的面积，降低了成本。

本发明实施例中，在频率控制电路21中，将电感中间抽头的电容阵列称之为精调电容阵列，两边的称之为粗调电容阵列。具体实施时，可以通过所述基带信号发生器产生的基带数字信号控制多个可变电容阵列中的精调电容阵列，以实现谐振频率的精调；并通过电容阵列控制器3控制所述多个可变电容阵列中的粗调电容阵列，以确定谐振频率的中心值，进行粗调。也就是说，电容阵列控制器3也可以完成对电容大小的调整，但是其只控制多个可变电容阵列中的粗调电容阵列，来确定调整频率的中心值。但是，也可以通过所述基带信号发生器产生的基带数字信号控制所有可变电容阵列，即：在对精调电容阵列实现控制的同时，也可以对粗调电容阵列进行控制，以进行更为精准的谐振频率的调整。

具体实施时，电容阵列控制器3实现为数字信号控制，根据计算公式：中心频率f＝1/sqrt（l*c），因为已知需要的中心频率f，同时l是固定的，就可以计算出总的电容c，因为电容阵列里的每一个电容大小是已知的，就可以算出电容阵列控制器3的数字控制位是多少。

在实施本发明时，发明人发现，由于射频的频率在ghz频段，对应的电感和电容较小，以2.4ghz为例，电感约1.5nh，电容约2.8pf，此时如果调节电容为1ff，频率变化约为400khz，相当于167ppm。一般通讯系统都要达到10ppm左右的精度，那就要求电容要是1ff的1/10。这样小的电容在现阶段的cmos工艺中无法实现，这就需要采用更合理的电容阵列方式。

图4为本发明一具体实施例的射频调制电路的结构示意图。在本实施例中，频率控制电路21包括第一可变电容阵列ca1、第二可变电容阵列ca2、第一电感l1和第二电感l2。其中，第一电感l1的第一端与所述第二电感l2的第二端串联连接于第一节点n1，所述第一可变电容阵列ca1的第一端连接至所述第一节点n1，所述第一可变电容阵列ca1的第二端连接至第二接入点tn；所述第二可变电容阵列ca2的第一端与所述第二电感l2的第一端连接于第二节点n2，所述第二可变电容阵列ca2的第二端连接至第二接入点tn，所述第二电感l2的第一端连接至第一接入点tp，所述第一接入点tp和所述第二接入点tn连接至振荡电路22。

本实施例中，根据对精调电容阵列和粗调电容阵列的定义，将电感中间抽头的电容阵列称之为精调电容阵列，两边的称之为粗调电容阵列，则本实施例中，第一可变电容阵列ca1作为精调电容阵列，连接于基带信号发生器1，通过基带信号发生器1输出的数字比特sw0可以控制第一可变电容阵列ca1的电容大小的调节，实现对谐振频率的精细调整；第二可变电容阵列ca2作为粗调电容阵列，连接于所述电容阵列控制器3，通过电容阵列控制器3控制第二可变电容阵列ca2以确定调整频率的中心值。

本实施例中，也可以通过所述基带信号发生器1产生的基带数字信号控制所有可变电容阵列，即：除了通过基带信号发生器1输出的数字比特sw0控制第一可变电容阵列ca1，还可以通过基带信号发生器1输出的数字比特sw1控制第二可变电容阵列ca2，配合电容阵列控制器3控制第二可变电容阵列ca2，以进行更为精准的谐振频率的调节。在另一实施例中，如图5所示，频率控制电路21还包括第一固定电容c1，第一固定电容c1与所述第一可变电容阵列ca1串联连接；所述第一固定电容c1的第一端连接至所述第一节点n1，第一固定电容c1的第二端连接第一可变电容阵列ca1的第一端。

本实施例中，通过基带信号发生器1输出的数字比特信号对第一可变电容阵列ca1改变大小为的电容，在第一节点n1处看到的等效电容变为原来的，电容值减小了。

因此，如下述公式（1）所示：

(1)

可以通过调整第一可变电容阵列ca1和第一固定电容c1的比例，以对电容阵列的总电容值有缩小作用，即：可以在第一可变电容阵列ca1变化一个较大的数值，但在整个电感电容阵列内体现一个较小的电容，提高了调节的精度，同时不至于每次改变的ca1过小，而引起制造中的不一致现象出现。

除了电容的成倍效应，本实施例中可以同时使用第一电感l1和第二电感l2作为电容的进一步衰减。例如，设由第一固定电容c1和第一可变电容阵列ca1组成的串联电容在第一节点n1的电容值为cs，则在第二电感l2的第一端处（即第一接入点tp处）看到的电容c’为公式（2）所示：

（2）

可见，电容可以被进一步的放大，通过调整第一电感l1和第二电感l2的比例，达到对第一节点n1的电容值cs的放大作用。

本实施例中，通过电容比例和电感比例的放大作用，可以使得真正体现到谐振点tp的电容是，第一可变电容阵列ca1电容调节值的1/20，甚至更小，以达到高精度调节的作用。

本实施例中，在频率控制电路21中，电感中间抽头的为精调电容，两边的为粗调电容，即第一可变电容阵列ca1组成的电容电路为精调电容阵列，第二可变电容阵列ca2组成的电容电路为粗调电容阵列。粗调电容阵列可以实现对频率的调节，但是频率控制的精度较低，只能实现较为粗放的控制调节。根据上述实施例中记载，通过电容阵列控制器3控制第二可变电容阵列ca2，以确定谐振频率的中心值。

在另一实施例中，如图6所示，频率控制电路21还包括第二固定电容c2。第二固定电容c2与所述第二可变电容阵列ca2串联连接。所述第二固定电容c2的第一端连接至所述第二节点n2。本实施例中，由第二可变电容阵列ca2和第二固定电容c2组成对频率进行调节的辅助阵列电路，相对于上述实施例中的辅助阵列电路中只有第二可变电容阵列ca2，本实施例的辅助阵列电路可以提高频率控制的精度。

在另一实施例中，如图7所示，所述频率控制电路21可以为差分结构。相对于图6，频率控制电路21还包括第三固定电容c3、第三可变电容阵列ca3、第四固定电容c4、第四可变电容阵列ca4以及第三电感l3和第四电感l4。其中，所述第三可变电容阵列ca3与所述第三固定电容c3串联连接，第四固定电容c4与第四可变电容阵列ca4串联连接，所述第三电感l3与所述第四电感l4串联连接。

所述第三电感l3的第一端与所述第四电感l4的第二端连接于第三节点n3，所述第三固定电容c3的第一端连接至所述第三节点n3。

所述第三电感l3的第二端与所述第一电感l1的第二端连接于第一共模点vref，所述第三可变电容阵列ca3的第二端与所述第一可变电容阵列ca1的第二端连接于第二共模点（图中未示出），所述第四电感l4的第一端连接至所述第二接入点tn。

本实施例中，第一共模点vref和第二共模点可以悬空或者接共模电平，其中共模电平可以是电源到地的任意电压值。

本实施例中，由第三固定电容c3、第三可变电容阵列ca3、第四固定电容c4、第四可变电容阵列ca4以及第三电感l3和第四电感l4组成的谐振电路与由第一固定电容c1、第一可变电容阵列ca1、第二固定电容c2、第二可变电容阵列ca2以及第一电感l1和第二电感l2组成的谐振电路组成差分电路，以增强整个谐振频率控制电路的抗干扰能力。

本实施例中，电感中间抽头的为精调电容，两边的为粗调电容，即第一可变电容阵列ca1和第三可变电容阵列ca3组成的电容电路为精调电容阵列，第二可变电容阵列ca2和第四可变电容阵列ca4组成的电容电路为粗调电容阵列。通过基带信号发生器1产生的数字比特sw0控制第一可变电容阵列ca1和第三可变电容阵列ca3的电容大小的调节，从而完成谐振频率的精细调节，通过电容阵列控制器3控制第二可变电容阵列ca2和第四可变电容阵列ca4，以确定谐振频率的中心值。当然，也可以同时利用基带信号发生器1产生的数字比特sw1控制第二可变电容阵列ca2和第四可变电容阵列ca4，以实现更为精准的频率调节。通过基带信号发生器1和电容阵列控制器3对频率控制电路21的调节控制，把基带信号调制到了射频。并且，本发明实施例的频率控制电路可以实现调节精度的提高。

本发明中，如图8所示，频率控制电路21还可以包括多组差分结构，相对于图7，图8所示的频率控制电路21还包括第五固定电容c5、第五可变电容阵列ca5、第六固定电容c6、第六可变电容阵列ca6以及第五电感l5和第六电感l6。其中，所述第五可变电容阵列ca5与所述第五固定电容c5串联连接，第六固定电容c6与第六可变电容阵列ca6串联连接。

所述第五电感l5的第二端与所述第二电感l2的第一端连接于第二节点n2，所述第五固定电容c5的第一端和第五电感l5的第一端连接至第五节点n5，第五节点n5接入第一接入点tp。

所述第六电感l6的第二端与所述第四电感l4的第一端连接于第四节点n4，第六可变电容阵列ca6的第二端与第五可变电容阵列ca5的第二端连接于第三共模点（图中未示出），所述第六固定电容c6的第一端和第六电感l6的第一端连接至第六节点n6，第六节点n6接入第二接入点tn。

本实施例中，电感中间抽头的为精调电容，两边的为粗调电容，即第一可变电容阵列ca1、第二可变电容阵列ca2、第三可变电容阵列ca3和第四可变电容阵列ca4组成的电容电路为精调电容阵列，第五可变电容阵列ca5和第六可变电容阵列ca6组成的电容电路为粗调电容阵列。通过基带信号发生器1产生的数字比特sw0控制第一可变电容阵列ca1和第二可变电容阵列ca3，通过基带信号发生器1产生的数字比特sw1控制第二可变电容阵列ca2和第四可变电容阵列ca4，完成谐振频率的精细调节，通过电容阵列控制器3控制第五可变电容阵列ca5和第六可变电容阵列ca6，以确定谐振频率的中心值。当然，也可以同时利用基带信号发生器1产生的数字比特sw2控制第五可变电容阵列ca5和第六可变电容阵列ca6的调节，以实现更为精确的频率调节。通过基带信号发生器1和电容阵列控制器3对频率控制电路21的调节控制，把基带信号调制到了射频。并且，本发明实施例的频率控制电路21可以实现调节精度的提高。

但是，一般来讲，考虑到实际应用中的需求，具有差分结构的电感电容阵列不超过4个。

综合以上实施例，本发明实施例公开了一种射频调制电路，通过基带信号产生器生成的数字比特来控制可变电容阵列的调整，因此可以省掉dac，故减小了dac引入的噪声，提高了调制性能，减小了实现的面积，降低了成本；并且，本发明采用分段电感电容阵列的方式，能够在频率精度极高的情况下，保证电感和电容不至于太小，既提高了频率控制的精度，同时又能很低成本的和现有的cmos电路兼容实现，实现任意大小的片上电容和片上可变电容，保证cmos电路的良率。因此，本发明既能够解决电容频率缩小的问题，同时又能够保证频率调整的线性度，使得上调制信号的信噪比没有恶化。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。