Rf電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及RF電路。具體地，本發(fā)明涉及用于提供相位相干信號的RF電路。
【背景技術(shù)】
[0002]最近在大功率固態(tài)放大器制造中的改進(jìn)已經(jīng)引起了在新領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如微波烹飪、點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)效率以及醫(yī)療設(shè)備及治療。
[0003]傳統(tǒng)地，諸如微波爐之類的RF加熱設(shè)備使用稱作磁電管的設(shè)備來產(chǎn)生RF功率引入到腔體中。磁電管是典型地只提供單一頻率(例如2.5GHz)RF能量的振蕩器-放大器。
[0004]微波爐提供的加熱效率取決于加熱的食品或飲料實(shí)際吸收的引入到爐子腔體中的RF能量的比例。通常，至少一些引入到腔體中的RF能量被反射回磁電管，由此減少了加熱設(shè)備的功率效率。人們所熟知的是，RF能量在腔體內(nèi)側(cè)的反射取決于諸如RF輻射的波長、相位和幅度、食品或飲料的尺寸、形狀和橫截面以及腔體本身的尺寸和形狀之類的因素。
[0005]因此，已知的一種優(yōu)化加熱的食品或飲料吸收的RF能量的量的方式是調(diào)諧RF輻射的物理參數(shù)以使反射的信號最小化。這些參數(shù)包括輻射的幅度、頻率和/或相位。雖然磁電管是相對便宜的組件，但它并不允許這種調(diào)諧。在另一方面，固態(tài)設(shè)備能夠提供調(diào)諧，因?yàn)樗鼈兡軌蚴褂枚鄠€(gè)路徑來實(shí)現(xiàn)多頻率、多相位操作。
[0006]圖1示出了包括固態(tài)組件的RF電路10的示例，所述固態(tài)組件可以用于實(shí)現(xiàn)上述類型的調(diào)諧。電路10包括多個(gè)路徑A、B、C。每個(gè)路徑包括用來產(chǎn)生RF信號的鎖相環(huán)(PLL)2A、2B、2C。如虛線所示，在一些實(shí)例中，PLL 2B和2C可以是禁用的(或者簡單地省略)，使得PLL 2A可以用于向每個(gè)路徑提供RF信號。在該示例中，PLL 2A因此是由每個(gè)路徑A、B、C共用的公共PLL，并且每個(gè)路徑A、B、C將會(huì)典型地以相同的頻率操作(即PLL 2A的操作頻率)。在向每個(gè)路徑提供分離的PLL(例如2A、2B、2C)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)多頻率操作。
[0007]每個(gè)PLL 2A、2B、2C的輸出(或者如上所述，公共或共用PLL 2A的輸出)連接到移相器4A、4B、4C。移相器4A、4B和4C可以用來在微控制器14的控制向每個(gè)路徑的RF信號施加相移。因此，微控制器14可以調(diào)諧每個(gè)路徑的相位，用于調(diào)諧由系統(tǒng)產(chǎn)生的RF輻射。注意，微控制器14還可以控制PLL 2A、2B、2C來調(diào)諧每個(gè)路徑A、B、C中的RF信號頻率。
[0008]然后向可變增益放大器6A、6B、6C提供相移信號，并且然后向功率放大器8A、8B、8C提供相移信號，用于隨后通過相應(yīng)天線12A、12B、12C將RF輻射引入加熱設(shè)備的腔體。
[0009]當(dāng)每個(gè)路徑以相同操作頻率工作時(shí)，重要的是路徑之間的相位精確并且不隨時(shí)間變化。典型地，這種性質(zhì)只能夠在以下情況下實(shí)現(xiàn):其中一個(gè)路徑向每個(gè)其它路徑提供相位基準(zhǔn)(例如PLL 2A使用的基準(zhǔn)信號)，使得可以在不改變?nèi)窒辔幌喔尚缘那闆r下，在局部和單獨(dú)的基礎(chǔ)上向移相器4A、4B、4C提供相位相干信號。
[0010]圖2示出了本領(lǐng)域熟知類型的頻率合成器21。所述頻率合成器包括鎖相環(huán)(PLL)，所述鎖相環(huán)具有從相位頻率檢測器26接收控制信號的電壓控制振蕩器32。由相位頻率檢測器26提供的控制信號典型地由低通濾波器28濾波。相位頻率檢測器26接收由晶體振蕩器22(VCX0、TCX0、X0等等)產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率Fraf。如果需要的話，可以通過分頻器24調(diào)諧晶體振蕩器22的輸出以產(chǎn)生期望的頻率Fraf。相位頻率檢測器26還從分頻器30接收反饋信號Fdlv，所述分頻器30將電壓控制振蕩器32的輸出進(jìn)行分頻。相位頻率檢測器26產(chǎn)生的控制信號取決于信號F?f和F dlv的相對頻率和相位。
[0011]分頻器30可以是分別用來產(chǎn)生通常稱作整數(shù)N鎖相環(huán)或分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)的整數(shù)N分頻器或分?jǐn)?shù)N分頻器。在任何一種情況下，分頻器30允許PLL(Fvro)的輸出是Fraf的倍數(shù)(針對整數(shù) N PLL，F(xiàn)vco= N*F ref，或者針對分?jǐn)?shù) N PLL, Fvco= (N+k/q) *F ref，其中 q > k)。
[0012]在一些示例中，頻率合成器21的輸出可以配置有分頻器34，所述分頻器可以用于可編程地調(diào)諧輸出頻率F- (Fout= F vra/P，其中P是分頻器34的模數(shù))。
[0013]圖3-5的每一幅示出了多個(gè)頻率合成器如何才能連接在一起，以允許產(chǎn)生描述的由圖1的布局要求的多個(gè)RF信號。在每個(gè)情況下，同步信號可以頻率合成器之間分配，用于對頻率合成器輸出的頻率和相位進(jìn)行同步。然后頻率合成器的同步后輸出可以例如在RF加熱設(shè)備中用作精確相位調(diào)諧的起始點(diǎn)。
[0014]在圖3的示例中，RF電路20包括兩個(gè)頻率合成器，每個(gè)頻率合成器包括在上文中參照圖2描述類型的PLL。兩個(gè)頻率合成器都是整數(shù)N頻率合成器。在該示例中，每個(gè)頻率合成器包括分頻器34A、34B，用來如上所述地可編程地調(diào)諧輸出頻率F-1、匕丨。第二頻率合成器包括移相器，用于(例如在RF加熱設(shè)備中)相對于第一頻率合成器的輸出相位來調(diào)諧第二頻率合成器的輸出相位。
[0015]在圖3中，示出了通過簡單地將晶體振蕩器24的輸出(其可以由分頻器24改進(jìn))連接到每個(gè)PLL的相位頻率檢測器26A和26B，來從第一頻率合成器向第二頻率合成器分配同步信號。所述同步信號具有頻率Frafl和相位Φ reflo
[0016]在圖3的示例中，在兩個(gè)頻率合成器的輸出(F^、Φ_1;Ρ_2、Φ_2)之間存在靜態(tài)相移。這可以如下推導(dǎo):
[0017].相位是Φ vral加上分頻器34A的靜態(tài)延遲(其中Φ vral是第一頻率合成器的電壓控制振蕩器32A的輸出相位);
[0018].整數(shù)N分頻器30A的輸出處的相位Φ dlvl恰好是Φ vcol/N ；
[0019].基準(zhǔn)彳目號的相位是Φ diVi，因?yàn)镻LL是鎖定的；
[0020].類似地，整數(shù)N分頻器30B的輸出處的相位Φ &2是Φ refl,因?yàn)榈诙铣善饕彩擎i定的；
[0021].第二頻率合成器的電壓控制振蕩器32B輸出的相位Φ.2正好是Ν* Φ dlv2；
[0022].分頻器34B的輸出處的相位Φ_2—unshlfted是Φ vra2加上分頻器34B的靜態(tài)延遲；以及
[0023].φ_2是φ DUt2—unshlfted加上移相器36中的靜態(tài)相位。
[0024]因此，不能精確地知曉Φ outl與Φ out2之間的相位差。然而，所述相位差大體上是固定并且時(shí)間恒定的，因?yàn)榈谝活l率合成器的輸出處的相位漲落將引起第二頻率合成器的輸出處的相同相位漲落。
[0025]圖3中的示例具有多個(gè)與其相關(guān)聯(lián)的問題。首先，第一頻率合成器的輸出處的相位噪聲并不與第二頻率合成器的輸出處的相位噪聲相關(guān)聯(lián)。這可以導(dǎo)致輸出之間的抖動(dòng)。其次，使用圖3的布局的電路必須使用整數(shù)N頻率合成器，因?yàn)榉謹(jǐn)?shù)N PLL中的分頻器(例如圖3中的分頻器30A、30B)的輸入和輸出處的相位之間不存在簡單的、很好限定的關(guān)系。因?yàn)檎麛?shù)N頻率合成器的使用是強(qiáng)制的以允許輸出頻率中小的變化，F(xiàn)rafl需要較小(Fvro =N*Fref)。然而，已知更小的基準(zhǔn)頻率會(huì)在輸出處產(chǎn)生更高的相位噪聲，使得圖3中的布置不適合低噪聲應(yīng)用。還應(yīng)當(dāng)注意的是，整數(shù)N頻率合成器在低頻率下趨向于具有較長的穩(wěn)定時(shí)間。
[0026]在圖4中，代替地，直接從第一頻率合成器的輸出提供同步信號。由此，第二頻率合成器的虛線部分可以使用復(fù)用器38來斷開或簡單地省略。復(fù)用器38將同步信號直接路由到移相器36，用來產(chǎn)生具有頻率匕⑷和相位Φ 的相位調(diào)諧的輸出。
[0027]因?yàn)樵撌纠械耐叫盘柺菑牡谝活l率合成器的輸出提供的，所以每個(gè)信道之間的不相關(guān)噪聲的唯一來源產(chǎn)生于復(fù)用器38和移相器36。然而，圖4中的布置也具有與其相關(guān)聯(lián)的多個(gè)問題。具體地，在高頻率(例如在RF頻率)，由于同步信號