具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种传统压控振荡器的电路结构示意图。如图1所示，X1为石英晶体或压电陶瓷或压电高分子材料等压电震荡器件，具有高Q值，可以提供低相噪和稳定的时钟。D1为变容二极管，根据电压控制信号VControl的变化，其结电容发生变化ΔC，D1串联于X1，参与谐振，改变谐振回路参数。C2与D1并联，调整流经D1的结电容上的电流，调整D1结电容变化ΔC对谐振回路的贡献，使得震荡电路的输出频率随着VControl电压而改变。在压控振荡器电路中，设计良好的情况下变容二极管贡献的噪声高于有源震荡电路贡献的噪声，为压控振荡器谐振环路的主要噪声源。

图2是根据一示例性实施例示出的一种传统压控振荡器中变容二极管在反偏时的等效电路示意图。如图2所示，CT为PN结的耗尽区形成的电容，在正弦波信号通过时，会引入一定的非线性成分。Rd为二极管等效串联电阻，由触点、掺杂区、耗尽区边缘的阻抗形成。id为变容二极管反偏工作时产生的噪声，由漏电流、散粒噪声、闪烁噪声贡献。Cj为引脚触电和边缘效应贡献的电容。L1为器件引线贡献的电感。

传统的压控振荡器的谐振回路一般会包含有变容二极管。变容二级管直接参与谐振，会降低谐振回路的Q值，降低压控振荡器的相噪性能。变容二极管对谐振环路的影响源于二极管的掺杂区导电性比起金属差，会产生高于金属导线的电阻热噪声。这种电阻热噪声特性为白噪声，与阻抗值和频带宽度有关。在变容二极管反向偏置时(变容二极管实际工作时处于反偏)，载流子密度从电极附近的掺杂区开始到耗尽层会逐渐降低，这也会使得载流子密度渐变区域的阻抗增加，使损耗和噪声增加。变容二极管反偏时仍有少数载流子可以移动，产生漏电流，这会产生损耗，降低谐振电路Q值。

同时，这种少数载流子除了引起漏电损耗外，还会因为越过电压壁垒产生散粒噪声。电荷具有粒子性，当电荷越过能量壁垒时产生散粒噪声，因为跃迁时间的随机性噪声具有类似白噪声的频谱，散粒噪声的强度与电荷数量、电流强度、频带宽度有关。在变容二极管耗尽区，结合的电子空穴对也可能因电场激励而分开成为可以移动的载流子产生噪声。

除此之外，变容二极管还会带来闪烁噪声(1/f噪声)。反向偏置的变容二极管结电容等效于表面电荷工作器件，会带来闪烁噪声。因变容二极管的结电容表面不是均匀的良导体，相比于均匀良导体，其阻抗更大、更粗糙、缺陷更大。相比于均匀良导体，因变容二极管结电容面积很小、耗尽区很薄，其闪烁噪声也就会更明显。

另外，变容二极管上的反偏电压恒定时也会产生频率漂移。变容二极管的掺杂特性会随着使用时间变化，产生老化漂移。变容二极管的PN结在工作时会随着发热产生容量变化，PN结在不同工作频率上的损耗不同、发热量不同，从而产生调谐漂移。这对于要求高精度频率的射频系统不利。同时，变容二极管为非线性器件，正弦波通过变容二极管时会产生非线性失真。调谐信号与谐振频率产生交叉调制、互调失真。谐振频率还会产生谐波失真。变容二极管的非线性失真严重影响谐振频率的相噪和谐波分量。

据此，本公开提供一种压控振荡器。图3是根据一示例性实施例示出的一种压控振荡器的结构示意图一。如图3所示，该压控振荡器包括：

压控单元、谐振单元以及振荡电路；

所述压控单元包括与第一类电极相连的压控电路，所述谐振单元包括与第二类电极相连的谐振环路，所述第一类电极与所述第二类电极通过相同电介质耦合；

所述谐振单元与所述压控单元相互隔离，与所述振荡电路电连接，用于根据所述第一类电极和所述第二类电极的参数的变换进行调谐，并向所述振荡电路提供谐振后的压控信号。

本公开实施例中，第一类电极(Cb1、Cb2)和第二类电极(Ca1、Ca2)通过相同电介质耦合，实现压控单元和谐振单元相互隔离的同时进行能量传递。在电子学中，耦合指从一个电路部分到另一个电路部分的能量传递。例如，通过电导性耦合(Conductive coupling)，电能从一个电压源传播到负载上。利用电容器允许通过交流成分、阻挡直流成分的性质，可以将电路的交流部分和直流部分耦合起来。变压器也可以充当耦合介质，通过在两端配置适当的阻抗，可以达到适当的阻抗匹配。本公开实施例中，通过电介质实现第一类电极和第二类电极之间的能量传递。在第一类电极施加信号源，在第一类电极间形成电场，来影响第二类电极间电介质的粒子运动，来进行能量传递。

本公开实施例中，第一类电极和所述第二类电极的参数的变换，指在第一类电极和第二电极间进行能量传递时，通过改变与第一类电极和第二类电极相关的一些输入量、输出量和/或自身量，来实现对压控信号调谐。其中，输入量包括第一类电极上的输入信号(正向电压或负向电压等)、输出量包括第一类电极间形成的电场方向、自身量包括第二类电极间的间距等。

本公开实施例中，压控信号可以是经过调制后的信号。第一类电极和第二类电极的电极材质可相同也可不同。第一类电极和第二类电极均可以是导电率良好的各种导电物质，例如铜等。

本公开的实施例提供的压控振荡器通过第一类电极和第二类电极的参数变化对压控信号进行调谐，以供振荡电路对调谐后的压控信号进行信号振荡输出振荡信号。在电路结构中，第一类电极与压控电路连接，第二类电极与谐振环路连接，第一类电极和第二类电极间通过相同电介质进行耦合，实现压控单元与谐振单元相互隔离的同时进行能量传递，可使得压控单元不与谐振单元中的谐振环路连接，从而使得谐振单元进行信号调谐时，不受压控单元中信号的噪声影响，进而有效降低整个压控振荡器的相位噪声。与此同时，相较于传统的包含的变容二极管的压控振荡器，本公开的压控振荡器电路中不含有变容二极管引起的电阻损耗，没有变容二极管引起的热噪声和电流噪声，也没有变容二极管引起的漏电流噪声以及变容二极管引起的散粒噪声，更不受变容二极管引起的非线性影响，从而本公开压控振荡器相对于传统压控振荡器具有更优秀的噪声性能。

在一些实施例中，所述电介质包括至少一个压电体；

所述第一类电极包括至少两个相对设置在所述压电体表面的第一子电极；

所述第二类电极包括至少两个相对设置在所述压电体表面的第二子电极。

本公开实施例中，电介质中包含有至少一个被电场作用的压电体。第一类电极包括多个第一子电极，第二类电极包括多个第二子电极。多个第一子电极可位于压电体相对设置的两个表面。第一子电极与压电体之间可直接接触或具有间隙。但无论是直接接触还是具有间隙，第一子电极与压电体之间具有相对稳定性，即电路结构形成后，第一子电极与压电体之间可以保持相对稳定，不会相对移动。例如，第一子电极可固定在绝缘支架上，绝缘支架固定在压电体上等，以实现第一子电极之间的相对状态不发生变化，从而有利于对第一子电极施加电压，精确控制产生的电场变化，从而精确控制电场对压电体产生的电场作用。第一子电极与压电体直接接触时，可贴附在压电体表面。多个第二子电极可贴附在压电体相对设置的两个表面，与压电体为一体。

在一些实施例中，所述第一子电极与所述压控电路包括的信号源电连接，用于基于所述信号源提供的输入电压，在所述压电体两侧产生使所述压电体产生形变的电场；

所述第二子电极之间的间距与所述压电体的厚度呈正相关，用于基于所述压电体的厚度变化调整所述谐振后的压控信号所需的电容值。

本公开实施例中，信号源可以是直流电压源，或经过信号调制后的直流电压源。

本公开实施例中，压电体在电场作用下会发生变形，压电体变形会造成厚度变化，从而造成第二子电极间的间距变化，进而改变调整所述谐振后的压控信号所需的电容值。

本公开实施例中，如图3所示，第一子电极(Cb1、Cb2)被施加输入电压后，在第一子电极间形成电场。该电场作用于压电体，可使压电体产生形变。压电体的形变会影响到第二子电极之间的间距，使间距产生改变。

第二子电极Ca1与Ca2构成的谐振电容为S为第二子电极的极板相对面积，εr为极板间均匀介质的相对介电常数，k为静电力常量，d为两个极板的间距。根据上述公式可以，当第二子电极的极板间的间距改变时，谐振电容Ca也发生改变。

以石英晶体的压电体为例，图4是根据一示例性实施例示出的石英晶体二维结构示意图。如图4所示，x方向为电轴，当沿着图中x轴方向施加电场时，x轴上的Si+原子与O-原子受到向内的库伦力，所以沿y轴方向会产生延长形变。当沿着图中x轴方向的反方向施加电场时，x轴上的Si+原子与O-原子受到向外的库伦力，所以沿y轴方向会产生缩短形变。根据上述原理，作用在压电体上的电场影响压电体的形变，进而影响第二子电极的谐振电容Ca的大小。

图5是根据一示例性实施例示出的一种传统压控振荡器的电路结构示意图二。图6是根据一示例性实施例示出的一种传统压控振荡器的电路结构示意图三。图3、图5和图6均为压控振荡器的电路结构示意图。图3中耦合在一起的第一子电极(Cb1、Cb2)和第二子电极(Ca1、Ca2)可以形成一个四电极端口调谐谐振器件，接入电路中。在图5和图6中亦如此。在图3中，四电极端口调谐谐振器件的第一子电极(Cb1、Cb2)与信号源构成压控振荡器的压控部分，四电极端口调谐谐振器件的第二子电极(Ca1、Ca2)与外接电容C1(谐振电路中的电容)串联，形成谐振回路。在图5中，四电极端口调谐谐振器件的第一子电极(Cb1、Cb2)与信号源构成压控振荡器的压控部分，四电极端口调谐谐振器件的第二子电极(Ca1、Ca2)与外接电容C1(谐振电路中的电容)串联，形成谐振环路。在图6中，四电极端口调谐谐振器件的第一子电极(Cb1、Cb2)与信号源构成压控振荡器的压控部分，四电极端口调谐谐振器件的第二子电极(Ca1、Ca2)与外接电容C1、C2及谐振器X1串联或并联，形成谐振回路。其中，谐振器X1可以由石英晶体谐振器、陶瓷谐振器、高分子压电谐振器、腔体式谐振器、电感器等构成，为外接电路的示意性电容。

本公开实施例中，图7是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中电极工作原理及等效电路示意图。如图7所示，第一子电极(Cb1、Cb2)和第二子电极(Ca1、Ca2)间形成耦合，与外接电容C1形成谐振回路。其中，Lg为X2的第二子电极Ca1、Ca2的等效电抗，Cg为X2的第二子电极Ca1、Ca2的等效串联电容，C0为X2的第一子电极Ca1、Ca2的等效并联电容。其中，X2的串联谐振频率为f1，X2的并联谐振频率为f2，当X2构成谐振环路时，环路谐振频率为f3，

图8是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中电极的谐振电容示意图。如图8所示，第二子电极间的间距变化对应的谐振电容为Ca。当第二子电极间距由初始位置变成t2/t3时，极板间距缩短，电容Ca变大。当第二子电极间距由初始位置变成t1/t4时，极板间距延长，电容Ca变小。此时，对于图5中的压控振荡器电路中的C1等效为等效电容Ctot，等效电容Ctot＝(Ca+C1)*C2/(Ca+C1+C2)。图6中的压控振荡器电路的谐振回路谐振频率F3为

由此可知，等效电容Ctot正比于谐振电容Ca。谐振回路谐振频率F3反比于谐振电容Ca。

本公开实施例中，第一类电极和第二类电极通过改变相同电介质特性来传递上述控制函数，实现通过电容调整进行信号调谐，形成高Q值谐振。

本公开实施例中，图9是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中电极的电场作用示意图一。如图9所示，当第一子电极被施加的输入电压的极性不同时，第一子电极间形成的电场方向就会不同，从而作用于压电体的电场方向与压电体自身的电轴方向就会发生改变，从而在不同方向的电场作用下，压电体内的带电粒子就会发生不同方向的运动，从而产生不同的谐振电容变化。

图10是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中输入电压与谐振频率线性关系示意图。如图10所示，当第一子电极被施加第一极性的输入电压，第一极性为正极性。此时，Cb1与Cb2的第一电场的电场方向与压电体的电轴方向相同(即电轴的离子电场方向)，压电介质电轴上的正电离子和负电离子受到相向的力，此时，压电体在第一电场作用下具有第一厚度，极板变为t1/t4的位置。Ca1与Ca2之间的距离d变大，由Ca1与Ca2形成的谐振电容容量(Ca)相应变小，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率变大。电压施加的越大，对应的谐振频率越大。

当第一子电极被施加第二极性的输入电压，第二极性为负极性。此时，Cb1与Cb2的电场方向与压电体的电轴方向相反(即电轴的离子电场方向)时，压电介质电轴上的正电离子和负电离子受到相背离的力，此时，压电体在第二电场作用下具有第二厚度，极板变为t2/t3的位置。Ca1与Ca2之间的距离d变小，由Ca1与Ca2形成的谐振电容容量(Ca)相应变大，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率变小。输入电压与谐振电容Ca负相关，与谐振频率正相关。其中，图10中的谐振频率随电压变化的改变仅仅为示例，不具有局限性。

在一些实施例中，所述第一子电极设置于所述压电体的第一表面和第二表面；所述第二子电极设置于所述压电体的第三表面和第四表面；

其中，所述第一表面和所述第三表面共面，所述第二表面和所述第四表面共面；或，

所述第一表面和所述第三表面所在平面相交，所述第二表面和所述第四表面所在平面相交。

本公开实施例中，第一子电极和第二子电极在压电体的表面可分别形成电极面：第一电极面和第二电极面。如图9所示，第一子电极(Cb1、Cb2)的两个第一电极面可以分别和第二子电极(Ca1、Ca2)的两个第二电极面平行。此时，第一子电极所在压电体的第一表面和第二子电极所在压电体的第三表面可共面，第一子电极所在压电体的第二表面和第二子电极所在压电体的第四表面可共面。

图11是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中电极的电场作用示意图二。如图11所示，第二子电极的第二电极面Ca1和Ca2互相平行。Ca 1和Ca2之间形成有压电体。第二子电极的第二电极面Ca1和Ca2与它们之间的压电体的机械轴垂直或与机械轴垂直面呈一定角度。第二子电极的第二电极面Ca1和Ca2之中的每一个可以是单个电极面，也可以是位于同一平面或不同平面的多个电极面连接而成。如果Ca1由不同平面的多个电极连接而成，则构成Ca1的每一个电极面都有与之对应的Ca2电极面，且对应的Ca1电极面与Ca2电极面平行。第一子电极的第一电极面Cb1和Cb2互相平行，Cb1和Cb2之间形成有压电体，第一子电极的第一电极面Cb1和Cb2与它们之间的压电体的电轴垂直或与电轴垂直面呈一定角度。第一子电极的第一电极面Cb1和Cb2之中的每一个可以是单个电极面，也可以是位于同一平面或不同平面的多个电极面连接而成。如果Cb1由不同平面的多个电极连接而成，则构成Cb1的每一个电极面都有与之对应的Cb2电极面，且对应的Cb1电极面与Cb2电极面平行。第二子电极的第二电极面(Ca1、Ca2)与第一子电极的第一电极面(Cb1、Cb2)可以互相垂直或呈一定角度，可以位于同一面或不同平面，甚至可以位于同一平面互相交错或互相包裹而成，使得第一子电极的第一电极面(Cb1、Cb2)的电场影响第二子电极的第二电极面(Ca1、Ca2)的电气特性。

另外，第一子电极(Cb1、Cb2)可以与第二子电极(Ca1、Ca2)在同一个平面形成，即第一表面和第三表面在同一平面、第二表面和第四表面在同一平面。第一子电极(Cb1、Cb2)也可以与第二子电极(Ca1、Ca2)在不同的平面上形成，即第一子电极所在压电体的第一表面和第二子电极所在压电体的第三表面相交、第一子电极所在压电体的第二表面和第二子电极所在压电体的第四表面相交。第一子电极(Cb1、Cb2)可以与第二子电极(Ca1、Ca2)平行，也可以与第二子电极(Ca1、Ca2)呈一定角度(0～90度之间任何角度都可以)，也可以是以上几种方式的任意结合方式形成。其中，第二子电极(Ca1、Ca2)的电场方向可以与压电体的机械轴方向(图4的y轴即为机械轴)平行，也可以呈一定角度。第一子电极(Cb1、Cb2)的电场方向可以与介质的电轴(图4的x轴即为电轴)方向平行，也可以呈一定角度(0～90度之间任意角度)。

第二子电极(Ca1、Ca2)和第一子电极(Cb1、Cb2)可以在压电体的表面或内部以各种图案(图案是指电极图案，这个图案形状可以是各种形状，此处不一一列举)形成。电极材质可以使用导电率良好的各种导电物质，可以以印刷、沉浸、蒸镀、电镀、喷涂等各种方式制成。

在一些实施例中，所述电介质的制作材料包括以下任意一种或多种：石英晶体、压电陶瓷及压电材料。

本公开实施例中，参考图4石英晶体的二维结构可知，当第一子电极(Cb1、Cb2)的电场方向与图4中的x轴方向相同时，x轴上的Si+受到x方向的库伦力，x轴上的O-受到与x轴方向相反的库伦力，使得X2的机械形状由原始位置形变为t2/t3的位置。当X2产生机械形变后，与X2上的第一子电极(Cb1、Cb2)平行或呈一定角度的第二子电极(Ca1、Ca2)之间的晶体发生形变，进而改变X2的并联谐振电容C0，进而改变谐振环路的谐振参数，达到改变谐振频率的目的。对于其他材质的四电极端口调谐谐振器件X2，压电陶瓷、压电材料、含有压电材料的谐振腔工作原理和制作原理相同。

在一些实施例中，每个所述压电体中设置的同一极性的所述第二子电极彼此连接，用于根据不同极性的所述第二子电极间所述压电体的个数，调整所述电容值的容量变化范围。

本公开实施例中，同一极性的所述第二子电极彼此连接，包括在多个压电体时，多个压电体在电场作用下，形成的正电粒子的第二子电极彼此连接，形成的负电粒子的第二子电极彼此连接，此时可通过选择连接的压电体的个数来调整所述电容值的容量变化范围。增加连接的压电体的个数相当于增大电极面积，从而可扩大第二子电极Ca1和Ca2形成的调谐电容Ca的容量变化范围。例如，将电极做成图12和图13所示的多层形式，以增加调谐范围，增大调谐灵敏度。本公开实施例中，多层设计相当于增加电极面积，几层会相当于几倍电极面积。设单层或单位面积上的可调量为delta1，n层或n倍电极面积形成的电容可调量为n*delta1。

图12是根据一示例性实施例示出的电极结构示意图一。如图12所示，当Cb1与Cb2的电场方向与压电体的电轴方向相同时，压电体电轴上的正电粒子和负电粒子受到相向的力，Ca1与Ca2之间的距离d减少，由Ca1与Ca2形成的谐振电容Ca的容量相应变大，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率减小。当Cb1与Cb2的电场方向与压电体的电轴方向相反时，压电体电轴上的正电粒子和负电粒子受到相背离方向的力，Ca1与Ca2之间的距离d增加，由Ca1与Ca2形成的谐振电容Ca的容量相应变小，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率增加。

图13是根据一示例性实施例示出的电极结构示意图二。如图13所示，Cb1和Cb2为第一子电极，Ca1与Ca2为第二子电极，中间的压电体层可以由压电晶体、压电陶瓷、高分子压电材料等构成。图13的第二子电极(Ca1、Ca2)电场方向设置成与第一子电极(Cb1、Cb2)垂直或接近垂直，第二子电极(Ca1、Ca2)电场方向设置成与压电体的机械轴方向平行或接近平行，第一子电极(Cb1、Cb2)电场方向设置成与压电体的电轴方向平行或接近平行。当第一子电极(Cb1、Cb2)的电场方向与压电体的电轴方向相同时，压电体电轴上的正电粒子和负电粒子受到相向的力，压电体在机械轴方向上加长，第二子电极(Ca1、Ca2)之间的距离d加大，由Ca1与Ca2形成的谐振电容Ca的容量相应变小，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率增加。当第一子电极(Cb1、Cb2)的电场方向与压电体的电轴方向相反时，压电体电轴上的正电粒子和负电粒子受到相背离方向的力，压电体在机械轴方向上缩短，第二子电极(Ca1、Ca2)之间的距离d减小，由Ca1与Ca2形成的谐振电容Ca的容量相应变大，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率减小。

本公开压控振荡器的谐振环路不含半导体变容二极管，谐振环路不会受到半导体变容二极管的影响，谐振环路Q值远高于传统压控振荡器、谐振环路噪声低于传统压控振荡器。本公开压控振荡器的谐振环路不与压控部分连接，谐振环路独立、简洁，谐振环路不受外部压控线路的影响。本公开压控振荡器中定义了全新的四电极端口调谐谐振器件。四电极端口调谐谐振器件的第二类电极对谐振回路表现为基本没有噪声的高Q值容抗，或对谐振回路表现为基本没有噪声的高Q值谐振器。压控振荡器的压控线路只与四电极端口调谐谐振器件的第一类电极相连，通过改变四电极端口调谐谐振器件的谐振参数，改变压控振荡器的谐振频率来达到调节频率的目的。

本公开压控振荡器因为谐振环路不含半导体变容二极管，不含半导体器件，没有变容二极管引起的电阻损耗，没有变容二极管引起的热噪声和电流噪声，没有变容二极管引起的漏电流噪声，没有变容二极管引起的散粒噪声，没有变容二极管引起的非线性影响，没有变容二极管带来的短期频率漂移和长期频率漂移，频率稳定性远高于传统压控振荡器，谐振环路线性度高。

本公开压控振荡器的调谐电压只施加到四端口调谐谐振器件的第一类电极，不与压控振荡器谐振环路相连。压控振荡器谐振环路为独立部分，不受外部压控电压噪声的影响，压控振荡器的噪声性能更优秀。本公开中基于第一类电极的调谐作用，也可命名为调谐电极。基于第二类电极的谐振作用，也可命名为谐振电极。

本公开还提供一种终端设备，包括：包含有上述实施例提供的压控振荡器的数字电路或射频电路。

本公开还提供一种信号调谐方法。图14是根据一示例性实施例示出的一种信号调谐方法流程图。如图14所示，该信号调谐方法，包括：

步骤20、通过压控电路对与所述压控电路连接的第一类电极施加输入电压，以使所述第一类电极产生电场；

步骤21、与谐振环路连接的第二类电极基于所述电场产生谐振后的压控信号，其中，所述压控电路与所述谐振环路相互隔离，所述第一类电极和第二类电极通过相同电介质耦合；

步骤22、将谐振后的所述压控信号输入给振荡电路，以使所述振荡电路在所述压控信号下提供振荡信号。

本公开实施例中，第一类电极(Cb1、Cb2)和第二类电极(Ca1、Ca2)通过相同电介质耦合，实现压控单元和谐振单元相互隔离的同时进行能量传递。在电子学中，耦合指从一个电路部分到另一个电路部分的能量传递。例如，通过电导性耦合(Conductive coupling)，电能从一个电压源传播到负载上。利用电容器允许通过交流成分、阻挡直流成分的性质，可以将电路的交流部分和直流部分耦合起来。变压器也可以充当耦合介质，通过在两端配置适当的阻抗，可以达到适当的阻抗匹配。本公开实施例中，通过电介质实现第一类电极和第二类电极之间的能量传递。在第一类电极施加信号源，在第一类电极间形成电场，来影响第二类电极间电介质的粒子运动，来进行能量传递。

本公开实施例中，第一类电极和所述第二类电极的参数的变换，指在第一类电极和第二电极间进行能量传递时，通过改变与第一类电极和第二类电极相关的一些输入量、输出量和/或自身量，来实现对压控信号调谐。其中，输入量包括第一类电极上的输入信号(正向电压或负向电压等)、输出量包括第一类电极间形成的电场方向、自身量包括第二类电极间的间距等。

本公开实施例中，压控信号可以是经过调制后的信号。第一类电极和第二类电极的电极材质可相同也可不同。第一类电极和第二类电极均可以是导电率良好的各种导电物质，例如铜等。

本公开的实施例提供的压控振荡器通过第一类电极和第二类电极的参数变化对压控信号进行调谐，以供振荡电路对调谐后的压控信号进行信号振荡输出振荡信号。在电路结构中，第一类电极与压控电路连接，第二类电极与谐振环路连接，第一类电极和第二类电极间通过相同电介质进行耦合，实现压控单元与谐振单元相互隔离的同时进行能量传递，可使得压控单元不与谐振单元中的谐振环路连接，从而使得谐振单元进行信号调谐时，不受压控单元中信号的噪声影响，进而有效降低整个压控振荡器的相位噪声。与此同时，相较于传统的包含的变容二极管的压控振荡器，本公开的压控振荡器电路中不含有变容二极管引起的电阻损耗，没有变容二极管引起的热噪声和电流噪声，也没有变容二极管引起的漏电流噪声以及变容二极管引起的散粒噪声，更不受变容二极管引起的非线性影响，从而本公开压控振荡器相对于传统压控振荡器具有更优秀的噪声性能。

在一些实施例中，所述电介质包括压电体；

所述第一类电极包括至少两个相对设置在所述压电体表面的第一子电极；

所述第二类电极包括至少两个相对设置在所述压电体表面的第二子电极。

本公开实施例中，电介质中包含有至少一个被电场作用的压电体。第一类电极包括多个第一子电极，第二类电极包括多个第二子电极。多个第一子电极可位于压电体相对设置的两个表面。第一子电极与压电体之间可直接接触或具有间隙。但无论是直接接触还是具有间隙，第一子电极与压电体之间具有相对稳定性，即电路结构形成后，第一子电极与压电体之间可以保持相对稳定，不会相对移动。例如，第一子电极可固定在绝缘支架上，绝缘支架固定在压电体上等，以实现第一子电极之间的相对状态不发生变化，从而有利于对第一子电极施加电压，精确控制产生的电场变化，从而精确控制电场对压电体产生的电场作用。第一子电极与压电体直接接触时，可贴附在压电体表面。多个第二子电极可贴附在压电体相对设置的两个表面，与压电体为一体。

在一些实施例中，所述第二类电极基于所述电场产生谐振后的压控信号，包括：

基于所述输入电压，所述第一类电极在所述压电体两侧产生使所述压电体产生形变的电场；

所述第二类电极之间的间距，跟随所述压电体的形变而变化，产生提供所述谐振后的压控信号所需的电容值。

本公开实施例中，信号源可以是直流电压源，或经过信号调制后的直流电压源。

本公开实施例中，压电体在电场作用下会发生变形，压电体变形会造成厚度变化，从而造成第二子电极间的间距变化，进而改变调整所述谐振后的压控信号所需的电容值。

本公开实施例中，如图3所示，第一子电极(Cb1、Cb2)被施加输入电压后，在第一子电极间形成电场。该电场作用于压电体，可使压电体产生形变。压电体的形变会影响到第二子电极之间的间距，使间距产生改变。

第二子电极Ca1与Ca2构成的谐振电容为Ca＝εrS/4πkd，S为第二子电极的极板相对面积，εr为极板间均匀介质的相对介电常数，k为静电力常量，d为两个极板的间距。根据上述公式可以，当第二子电极的极板间的间距改变时，谐振电容Ca也发生改变。

以石英晶体的压电体为例，图4是根据一示例性实施例示出的石英晶体二维结构示意图。如图4所示，x方向为电轴，当沿着图中x轴方向施加电场时，x轴上的Si+原子与O-原子受到向内的库伦力，所以沿y轴方向会产生延长形变。当沿着图中x轴方向的反方向施加电场时，x轴上的Si+原子与O-原子受到向外的库伦力，所以沿y轴方向会产生缩短形变。根据上述原理，作用在压电体上的电场影响压电体的形变，进而影响第二子电极的谐振电容Ca的大小。

图5是根据一示例性实施例示出的一种传统压控振荡器的电路结构示意图二。图6是根据一示例性实施例示出的一种传统压控振荡器的电路结构示意图三。图3、图5和图6均为压控振荡器的电路结构示意图。图3中耦合在一起的第一子电极(Cb1、Cb2)和第二子电极(Ca1、Ca2)可以形成一个四电极端口调谐谐振器件，接入电路中。在图5和图6中亦如此。在图3中，四电极端口调谐谐振器件的第一子电极(Cb1、Cb2)与信号源构成压控振荡器的压控部分，四电极端口调谐谐振器件的第二子电极(Ca1、Ca2)与外接电容C1(谐振电路中的电容)并联，形成谐振回路。在图5中，四电极端口调谐谐振器件的第一子电极(Cb1、Cb2)与信号源构成压控振荡器的压控部分，四电极端口调谐谐振器件的第二子电极(Ca1、Ca2)与外接电容C1(谐振电路中的电容)串联，形成谐振环路。在图6中，四电极端口调谐谐振器件的第一子电极(Cb1、Cb2)与信号源构成压控振荡器的压控部分，四电极端口调谐谐振器件的第二子电极(Ca1、Ca2)与外接电容C1、C2及谐振器X1串联或并联，形成谐振回路。其中，谐振器X1可以由石英晶体谐振器、陶瓷谐振器、高分子压电谐振器、腔体式谐振器、电感器等构成。为外接电路的示意性电容。

本公开实施例中，图7是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中电极工作原理及等效电路示意图。如图7所示，第一子电极(Cb1、Cb2)和第二子电极(Ca1、Ca2)间形成形成耦合，与外接电容C1形成谐振回路。其中，Lg为X2的第二子电极Ca1、Ca2的等效电抗，Cg为X2的第二子电极Ca1、Ca2的等效串联电容，C0为X2的第一子电极Ca1、Ca2的等效并联电容。其中，X2的串联谐振频率为f1，X2的并联谐振频率为f2，当X2构成谐振环路时，环路谐振频率为f3，图8是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中电极的谐振电容示意图。如图8所示，第二子电极间的间距变化对应的谐振电容为Ca。当第二子电极间距由初始位置变成t2/t3时，极板间距缩短，电容Ca变大。当第二子电极间距由初始位置变成t1/t4时，极板间距延长，电容Ca变小。此时，对于图5中的压控振荡器电路中的C1等效为等效电容Ctot，等效电容Ctot＝(Ca+C1)*C2/(Ca+C1+C2)。图6中的压控振荡器电路的谐振回路谐振频率F3为

由此可知，等效电容Ctot正比于谐振电容Ca。谐振回路谐振频率F3反比于谐振电容Ca。

在一些实施例中，所述通过压控电路对与所述压控电路连接的第一类电极施加输入电压，包括：

对相对设置的所述第一子电极施加第一极性的所述输入电压，形成第一电场，供所述压电体在所述第一电场作用下具有第一厚度；其中，相对设置的所述第二子电极之间的距离与所述第一厚度正相关，并基于所述距离具有第一电容值；

对相对设置的所述第一子电极施加第二极性的所述输入电压，形成第二电场，供所述压电体在所述第二电场作用下具有第二厚度；其中，相对设置的所述第二子电极之间的距离与所述第二厚度正相关，并基于所述距离具有第二电容值；

其中，所述第二极性与所述第一极性相反。

本公开实施例中，图9是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中电极的电场作用示意图一。如图9所示，当第一子电极被施加的输入电压的极性不同时，第一子电极间形成的电场方向就会不同，从而作用于压电体的电场方向与压电体自身的电轴方向就会发生改变，从而在不同方向的电场作用下，压电体内的带电粒子就会发生不同方向的运动，从而产生不同的谐振电容变化。图10是根据一示例性实施例示出的压控振荡器中输入电压与谐振频率线性关系示意图。如图10所示，当第一子电极被施加第一极性的输入电压，第一极性为正极性。此时，Cb1与Cb2的第一电场的电场方向与压电体的电轴方向相同(即电轴的离子电场方向)，压电介质电轴上的正电离子和负电离子受到相向的力，此时，压电体在第一电场作用下具有第一厚度，极板变为t1/t4的位置。Ca1与Ca2之间的距离d变大，由Ca1与Ca2形成的谐振电容容量(Ca)相应变小，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率变大。电压施加的越大，对应的谐振频率越大。

当第一子电极被施加第二极性的输入电压，第二极性为负极性。此时，Cb1与Cb2的电场方向与压电体的电轴方向相反(即电轴的离子电场方向)时，压电介质电轴上的正电离子和负电离子受到相背离的力，此时，压电体在第二电场作用下具有第二厚度，极板变为t2/t3的位置。Ca1与Ca2之间的距离d变小，由Ca1与Ca2形成的谐振电容容量(Ca)相应变大，由Ca1与Ca2构成的谐振回路的谐振频率变小。输入电压与谐振电容Ca负相关，与谐振频率正相关。其中，图10中的谐振频率随电压变化的改变仅仅为示例，不具有局限性。

有关变容二极管在压控振荡器中的说明，还包括如下：

调谐精度低。因变容二极管的工艺问题，PN结的容量、电极的寄生电容、PN结的容量变化等精度有限，导致调谐精度差。

电路复杂，布板面积大。使用变容二极管的压控振荡器比起本发明电路，电路复杂、布板面积大。在需要高调谐线性度性能的电路中，为了改善非线性电容和调谐线性度，还会需要使用多个变容二极管，此时电路更加复杂、需要更多电路面积。

所以在设计合理的压控振荡器中，变容二极管是压控振荡器的相噪性能降低的主要原因，变容二极管对谐振环路的影响越大则相噪性能越差。所以带电压控制的压控振荡器的相噪高于没有电压控制的压控振荡器，压控频率控制范围大、压控灵敏度高(谐振电流流经变容二极管的比率更大，变容二极管的贡献更大)的压控振荡器的相噪高于压控频率控制范围小的压控振荡器的相噪。表1为不同频率控制范围的VCTCXO的相噪分布。如表1所示，不同频率控制范围的VCTCXO的相噪，可以看到频率控制范围越大的VCTCXO的相噪性能比频率控制范围小的VCTCXO的相噪性能高很多。

表2为不同调谐灵敏度的VCO的相噪分布。如表2所示，不同调谐灵敏度的VCO的相噪，选择了三款工作频率差异不大的VCO的相噪指标，VCO的频率越高相噪越大，工作电压越高相噪越小(VCO的谐振电平越高则噪声的影响相对变小)。可以看到随着调谐灵敏度的不同，相噪性能有明显的差异，因为在影响VCO相噪指标的因素中(在同样的频段和同样的工作电压下)，变容二极管带来的噪声占主要影响，调谐灵敏度越高变容二极管上的谐振电流比率越高变容二极管的贡献越高。ROS-EDR-8271比起ROS-EDR-8310，工作频率更高、电源电压更低但是相噪反而更低，其原因是调谐灵敏度比ROS-EDR-8310低，在VCO谐振环路中变容二极管的贡献更小。ROS-ED-12037比起ROS-EDR-8271，调谐灵敏度小很多，所以相噪性能低很多。

表1

表2

本公开压控振荡器的谐振环路不含半导体变容二极管，谐振环路不会受到半导体变容二极管的影响，谐振环路Q值远高于传统压控振荡器、谐振环路噪声低于传统压控振荡器。在传统的压控振荡器中，压控振荡器的相位噪声限制因素主要有两个：一个是谐振环路的半导体器件带来的噪声降低环路Q值，还有一个是外来压控信号带来的外来噪声引起的相噪恶化。本公开压控振荡器采用的四电极端口调谐谐振器件本身不会引入噪声，压控振荡器中的谐振环路噪声只取决于器件的寄生电阻等产生很小的噪声(所有实际电路不可避免的底线)，使得整个压控振荡器系统的噪声主要来源变成了有源振荡电路噪声。

通过测试得到，本公开压控振荡器10Hz～1MHz范围内相噪指标明显得到改善。本公开压控振荡器的压控线路不与谐振环路相连，基本不会受到压控线路的噪声影响，即使压控线路和谐振环路之间通过辐射造成耦合，也只会在高频段造成微弱耦合(只有高频才有可能通过辐射耦合)，而高频噪声非常容易在压控振荡器之外通过去耦滤除干净。

图15是根据一示例性实施例示出的一种传统压控振荡器的电路图。如图15所示，传统压控振荡器的谐振环路中包含有变容二极管Cv10/Cv20。压控振荡器的电路中还包含有LO信号选择单元、PLL锁相回路和环路滤波器。

图16是根据一示例性实施例示出的一种终端设备的框图。例如，终端设备可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图16，终端设备可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电力组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出(I/O)的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。

处理组件802通常控制终端设备的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。

存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在终端设备的操作。这些数据的示例包括用于在终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电力组件806为终端设备的各种组件提供电力。电力组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为终端设备生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件808包括在终端设备和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当终端设备处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风(MIC)，当终端设备处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为终端设备提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到终端设备的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如组件为终端设备的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测终端设备或终端设备一个组件的位置改变，用户与终端设备接触的存在或不存在，终端设备方位或加速/减速和终端设备的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件816被配置为便于终端设备和其他设备之间有线或无线方式的通信。终端设备可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，通信组件816还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。