CN101908857B

CN101908857B - 低噪声电压控制振荡电路

Info

Publication number: CN101908857B
Application number: CN201010198515.9A
Authority: CN
Inventors: 北山康夫; 出村博之
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP2010283728A; US20100308929A1; CN101908857A; US8149069B2; JP4782217B2

Abstract

本发明提供一种能够除去电源噪声而使低频噪声的特性良好的低噪声电压控制振荡电路。该低噪声电压控制振荡电路通过在驱动用晶体管(Q1)的基极和GND之间设置电容器(C11)，由此能够除去输入到该基极的低频噪声，通过将hFE低的晶体管作为驱动用晶体管(Q1)，能够除去从电源输入的低频噪声，通过在振荡用晶体管(Q2)的发射极侧设置线圈(L3)，能够使频率特性宽频带化而使相位噪声的频率特性良好，通过在振荡用晶体管(Q2)的发射极侧，在VCO的振荡频带的中心附近设定由电容器(C7)和线圈(L3)构成的共振电路的共振频率，能够成为难以受到噪声的影响的振荡频率。

Description

低噪声电压控制振荡电路

技术领域

本发明涉及电压控制振荡电路，特别涉及除去电源噪声而使低频噪声的特性良好的低噪声电压控制振荡电路。

背景技术

现有的电压控制振荡电路(VCO：Voltage Controlled Oscillator)是通过向控制端子施加的直流电压而使振荡频率变化的电路。

另外，现有的VCO也有直接连接外部电源的结构，在这样的结构的VCO中，原样地接受了外部电源的电源噪声，特别是数kHz以下的低频噪声的影响，其频带的相位噪声特性恶化。

[电源噪声造成的相位噪声的恶化：图4]

参照图4，说明现有的VCO的因电源噪声所造成的相位噪声的恶化。图4是表示因电源噪声造成的相位噪声的恶化的图。在图4中，横轴表示频率(Offset Frequency)，纵轴表示相位噪声(Phase noise)。

另外，如图4所示，现有的VCO的因电源噪声造成的相位噪声的恶化表示出下侧的曲线具有没有受到电源噪声的影响的情况下的特性，上侧的曲线具有受到电源噪声的影响的情况下的特性。在没有电源噪声的影响的情况下，其特性变差。

[电源噪声降低的VCO使用方法：图5]

因此，为了防止上述的因电源噪声造成的相位噪声的恶化，如图5所示，可以考虑在电源中使用平滑滤波电路、大电容的低ESR(Equivalent Series Resistance：等价串联电阻)电容器等。

图5是表示降低了电源噪声的VCO的使用方法的图。

在图5中，向VCO100的电源端子插入平滑滤波电路200，进而向该电源端子连接了低ESR电容器。

平滑滤波电路200将集电极连接到电源上，用电阻R将发射极与和VCO100的电源输入端子连接的晶体管Tr、集电极和基极连接起来，将电容器C的一端连接到基极，另一端接地。

另外，作为关联的现有技术，有：日本特开平08-107309号公报“电压控制振荡电路”(申请人：株式会社东芝)(专利文献1)；日本特开平09-191215号公报“电压控制振荡器”(申请人：三菱电机株式会社)(专利文献2)；日本特开平11-225020号公报“VCO电路”(申请人：株式会社村田制作所)(专利文献3)。

在专利文献1中表示了以下的结构：在电压控制振荡电路中，设置将缓冲放大器电路部件1的放大用晶体管Tr2的基极低频交流地接地的电容器C10，使其针对从电源端子B向缓冲放大器电路部件1施加的低频噪声成为平滑滤波器，使其对于从振荡电路部件2施加的信号，进行通常的放大动作。

在专利文献2中，表示了以下的结构：在电压控制振荡器中，高频地将晶体管进行集电极接地，作为消除相位延迟的相位推进电路而插入高通滤波器，能够在电介体共振器的共振频率附近取出输出频率作为低相位噪声的信号。

在专利文献3中，揭示了以下的结构：在VCO电路中，在输入端子3与成为共振电路的晶体管8的基极之间串联连接电阻4、电感12、共振子13、电容器7，将电阻4与电感12的连接点连接到另一端接地的变容二极管6，将共振电路的输出赋予谐振电路2，经由电阻14将电感15和电阻16并联连接到晶体管8的发射极并接地。

但是，在上述现有的电压控制振荡电路(VCO)中，为了降低电源噪声，而在与外部电源之间设置平滑滤波器电路，另外，由于必须设置低ESR电容器，所以近年来，在要求电子部件的小型化的现状下，有以下的问题，即对于VCO单体，无法进一步通过使用VCO的PLL(Phase Locked Loop)合成器进行小型化。

另外，在专利文献1中，只不过是构成为由缓冲放大器电路部件起到平滑滤波的作用，另外，在专利文献2、3中，虽然谋求低噪声化，但并不能除去来自电源的低频噪声。

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于：提供一种能够除去电源噪声而使低频噪声的特性良好的低噪声电压控制振荡电路。

用于解决上述现有例子的问题点的本发明在电压控制振荡电路中，具有：驱动用晶体管，发射极经由第一电阻被供给电源电压，基极被施加对电源电压进行了分压的电压；振荡用晶体管，基极被连接了驱动用晶体管的集电极而进行振荡动作；滤波器电路，对来自振荡用晶体管的集电极的输出进行分支而输入并进行频带限制，反馈到振荡用晶体管的基极，根据来自外部的控制电压对该供给到基极的电压进行调整；缓冲放大器，对来自振荡用晶体管的集电极的输出进行放大，其中，设置有第一电容器，其一端与驱动用晶体管的基极连接，另一端接地，对于驱动用晶体管，使用直流电流放大率比通常的驱动用晶体管低的晶体管，经由并联连接的第二电阻和第一线圈将驱动用晶体管的发射极和振荡用晶体管的集电极连接起来，还设置有第二线圈，一端与振荡用晶体管的发射极连接，另一端接地，具有以下的效果：能够降低驱动用晶体管中的噪声电流，减小对振荡用晶体管的影响，使频率特性宽频带化，改善相位噪声的频率特性。

另外，本发明在上述电压控制振荡电路中，在振荡用晶体管的发射极与第二线圈之间，串联连接第二电容器，由第二线圈和第二电容器形成共振电路，在振荡频率频带的中心附近设定该共振电路的共振频率，具有能够成为难以受到噪声影响的振荡频率的效果。

另外，本发明在上述电压控制振荡电路中，滤波器电路由低通滤波器构成，将线圈串联连接到将输入端子和输出端子连接起来的线上并设置将阴极连接到该线上并且将阳极接地的可变电容二极管而形成该低通滤波器，向该线圈的两端施加控制电压。

另外，本发明在上述电压控制振荡电路中，用平滑线构成滤波器电路中的线圈。

附图说明

图1是本发明的实施例的电压控制振荡电路的结构框图。

图2是滤波器电路的电路图。

图3是表示VCO的噪声抗性的图。

图4是表示因电源噪声造成的相位噪声的恶化的图。

图5是表示降低了电源噪声的VCO的使用方法的图。

附图标记

1：IC；10：滤波器电路；100：VCO；200：平滑滤波器电路；Q1：驱动用晶体管；Q2：振荡用晶体管

具体实施方式

参照附图，说明本发明的实施例。

[实施例的概要]

本发明的实施例的电压控制振荡电路具有：驱动用晶体管，经由第一电阻向发射极供给电源电压，向基极施加对电源电压进行了分压的电压；振荡用晶体管，驱动用晶体管的集电极连接到基极而进行振荡动作；滤波器电路，对来自振荡用晶体管的集电极的输出进行分支而输入，进行频带限制而反馈到振荡用晶体管的基极，根据来自外部的控制电压对供给该基极的电压进行调整；缓冲放大器，对来自振荡用晶体管的集电极的输出进行放大，其中，设置有第一电容器，其一端与驱动用晶体管的基极连接，另一端接地，另外，对于驱动用晶体管，使用直流电流放大率比通常的驱动用晶体管低的晶体管，经由并联连接的第二电阻和第一线圈将驱动用晶体管的发射极和振荡用晶体管的集电极连接起来，还设置有第二线圈，其一端与振荡用晶体管的发射极连接，另一端接地，能够降低驱动用晶体管中的噪声电流，减少对振荡用晶体管的影响，使频率特性宽频带化，改善相位噪声的频率特性。

另外，本发明的实施例的电压控制振荡电路在振荡用晶体管的发射极和第二线圈之间串联连接了第二电容器，由第二线圈和第二电容器形成共振电路，在振荡频率频带中在中心附近设定该共振电路的共振频率，能够成为难以受到噪声的影响的振荡频率。

另外，权利要求的结构与实施例的结构的对应关系是：第一电阻相当于R6，第一电容器相当于C11，第二电阻相当于R7，第一线圈相当于L1，第二线圈相当于L3，第二电容器相当于C7。

[电压控制振荡电路：图1]

参照图1说明本发明的实施例的电压控制振荡电路。图1是本发明的实施例的电压控制振荡电路的结构框图。

本发明的实施例的电压控制振荡电路(本电路)如图1所示，具有被输入电源电压Vcc的端子(电源端子)、被输入控制电压Vt的端子(控制端子)、对输出Fout进行输出的端子(输出端子)，还基本具备驱动用晶体管Q1、振荡用晶体管Q2；成为缓冲放大器的IC1；滤波器电路10。

另外，经由滤波器电路10从振荡用晶体管Q2的集电极输出向基极反馈而进行振荡，根据控制电压Vt使滤波器电路10的截止电压改变，由此来调整振荡频率。

另外，振荡用晶体管Q2的集电极侧的负载通过电阻R7使线圈L1衰减，使频率频带变宽。

[连接关系]

具体说明本电路的连接关系。

驱动用晶体管Q1使用了hFE(直流电流放大率)低的晶体管。

电源端子经由串联连接的电阻R1、二极管D1、电阻R2接地。

另外，连接二极管D1的阴极侧和电阻R2的点与驱动用晶体管Q1的基极连接。

另外，电容器C1的一端与电阻R1的电源端子侧的点连接，其另一端接地。

进而，电源端子经由电容器C2与驱动用晶体管Q1的基极连接，该基极经由电容器C11接地。

另外，电源端子经由电阻R6与驱动用晶体管Q1的发射极连接。电阻6是驱动用晶体管Q1的发射极电阻。

驱动用晶体管Q1的集电极经由串联连接的电阻R3和电阻R5与振荡用晶体管Q2的基极连接。

驱动用晶体管Q1的发射极和电阻R3与电阻R5之间的点经由串联连接的电容器C3和电阻R4进行连接。

另外，振荡用晶体管Q2的集电极和其基极经由电容器C4连接，该基极经由电容器C5连接到滤波器电路10的输出侧。

将电阻R6和电容器C3连接起来的点经由并联连接的电阻R7和线圈L1与振荡用晶体管Q2的集电极连接。

另外，电阻R7与线圈L1的并联连接和电阻R6之间的点经由电容器C6接地。

振荡用晶体管Q2的集电极经由电容器C8与IC1的输入侧连接，IC1的输出侧经由电容器C10与输出端子连接。

另外，经由线圈L2向IC1提供电源电压。

电容器C8和IC1的输入侧之间的点经由电容器C12与滤波器电路10的输入侧连接。

另外，振荡用晶体管Q2的发射极与电阻R8、串联连接的电容器C7、线圈L3、电阻R9并联连接，其他各端子接地。

[电源噪声除去的设计]

说明本电路的电源噪声除去相关的特征部分。

第一，除了电容器C1、C2以外，在驱动用晶体管Q1的基极和接地(CND)之间设置电容器C11，从电源除去输入到驱动用晶体管Q1的基极的低频噪声。

这是由于如果从电源输入了低频噪声，则在驱动用晶体管Q1的基极流过噪声电流，所以通过电容器C11除去低频噪声。

第二，通过将用于驱动用晶体管Q1的晶体管设为hFE比通常的驱动用晶体管低的晶体管，来降低从电源输入到振荡用晶体管Q2的低频噪声。

这是由于电阻R6成为驱动用晶体管Q1的发射极电阻，所以如果从电源输入低频噪声，则在驱动用晶体管Q1的基极流过噪声电流，在电阻R6流过噪声电流。作为结果，在驱动用晶体管Q1的集电极流过噪声电流的hFE倍的电流，对振荡用晶体管Q2的基极产生影响。进而，由于在振荡用晶体管Q2中噪声电流增加，所以电阻R6的噪声电流增加，作为结果，会引起增加驱动用晶体管Q1的噪声电流的反馈。

因此，通过对驱动用晶体管Q1使用hFE低的晶体管，能够降低噪声电流对振荡用晶体管Q2的影响。

具体地说，驱动用晶体管的hFE根据种类有各种各样，但一般按照50～1000左右，50～200、200～400、400～800、600～1000这样地分级地制造。

通常，在高频放大用途中，一般使用hFE高的晶体管，但在本电路中，在上述分级中，也选择使用最低级别的hFE。

第三，在振荡用晶体管Q2的发射极侧设置线圈L3，使频率特性变宽，消除相位噪声的f特性(频率特性)地对应。

第四，在振荡用晶体管Q2的发射极侧，由电容器C7和线圈L3构成的共振电路的共振频率被设定在VCO的振荡频率频带的中心附近，由此能够成为难以受到噪声的影响的振荡频率。

这是因为作为振荡用晶体管Q2的集电极侧的负载，通过电阻R7的电阻值使线圈L1的电感衰减，使频率频带变宽(宽频带化)，但由于振荡用晶体管Q2的发射极侧具有频率特性(f特性)，所以在宽频带VCO的情况下，对噪声的抗性根据频率而不同，出现容易受到噪声的影响的振荡频率和难以受到噪声的影响的振荡频率。

因此，通过在VCO的振荡频率频带的中心附近设定由电容器C7和线圈L3构成的共振电路的振荡频率，而成为难以受到噪声的影响的振荡频率。

[滤波器电路：图2]

接着，参照图2，说明本电路的滤波器电路10。图2是滤波器电路的电路图。

滤波器电路10如图2所示，它具备被输入控制电压Vt的端子(控制电压输入端子)、输入端子、输出端子，从输入端子向输出端子串联连接了可变电容二极管D6、线圈L、可变电容二极管D1，还具备：可变电容二极管D2～D5，其阳极侧接地，阴极侧与连接输入端子和输出端子的线连接。

具体地说，可变电容二极管D1的阴极与线圈L连接，阳极与输出端子连接，可变电容二极管D6的阴极与线圈L连接，阳极与输入端子连接。

另外，电阻R1的一端和输出端子与可变电容二极管D1的阳极之间的点连接，另一端接地，电阻R2的一端和输入端子与可变电容二极管D6的阳极之间的点连接，另一端接地。

另外，可变电容二极管D2、D3的阴极和可变电容二极管D1的阴极与线圈L之间的点连接，其阳极接地，可变电容二极管D4、D5的阴极和可变电容二极管D6的阴极与线圈L之间的点连接，其阳极接地。

进而，控制电压输入端子与线圈L的两端连接，控制电压Vt被施加到线圈L的两端。通过对控制电压Vt进行控制，来变更滤波特性。

在此，也可以用带状线(strip line)构成线圈L。

在图2中，由可变电容二极管和线圈构成低通滤波器。

[VCO的噪声抗性：图3]

接着，参照图3，说明本电路的VCO的噪声抗性。图3是表示VCO的噪声抗性的图。在图3中，为了与现有技术进行比较，左图(1)表示现有的VCO的噪声抗性，右图(2)表示本电路的噪声抗性。另外，横轴表示噪声频率[Hz]，纵轴表示寄生电平[dBc/Hz]。另外，在各图中，表示了在频率低的情况(Low Frequency)、中等的情况(Middle Frequency)、高的情况(High Frequency)等3种情况。

在图3中，作为模拟低频噪声，从函数发生器向VCO的电源线输入700Hz～10kHz的信号，测量了在VCO的输出中出现的寄生电平。

在现有的VCO中，基于振荡频率的低、中、高所产生的噪声抗性不同，也容易受到与噪声对应的影响，但在本电路中，没有因振荡频率所产生的频率特性，噪声抗性变好。

另外，在图3(1)的现有的电路中，假设驱动用晶体管的hFE为400左右，在图3(2)的本电路中，假设驱动用晶体管的hFE为150左右。

[实施例的效果]

根据本电路，具有以下的效果：通过在驱动用晶体管Q1的基极和GND之间设置电容器C11，由此能够除去输入到该基极的低频噪声，通过将hFE低的晶体管作为驱动用晶体管Q1，能够除去从电源输入的低频噪声，通过在振荡用晶体管Q2的发射极侧设置线圈L3，能够使频率特性宽频带化而使相位噪声的频率特性良好，通过在振荡用晶体管Q2的发射极侧，在VCO的振荡频带的中心附近设定由电容器C7和线圈L3构成的共振电路的共振频率，能够成为难以受到噪声的影响的振荡频率。

本发明适合于能够除去电源噪声而使低频噪声的特性良好的低噪声电压控制振荡电路。

Claims

1.一种电压控制振荡电路，其特征在于包括：

驱动用晶体管，发射极经由第一电阻被供给电源电压，基极被施加对电源电压进行了分压的电压；

振荡用晶体管，基极与上述驱动用晶体管的集电极连接而进行振荡动作；

滤波器电路，对来自上述振荡用晶体管的集电极的输出进行分支而输入并进行频带限制，反馈到上述振荡用晶体管的基极，根据来自外部的控制电压对供给到上述振荡用晶体管的基极的电压进行调整；

缓冲放大器，对来自上述振荡用晶体管的集电极的输出进行放大，其中

设置有第一电容器，其一端与上述驱动用晶体管的基极连接，另一端接地，

对于上述驱动用晶体管，使用直流电流放大率比通常的驱动用晶体管低的晶体管，

经由并联连接的第二电阻和第一线圈将上述驱动用晶体管的发射极和上述振荡用晶体管的集电极连接起来，

还设置有第二线圈，其一端与上述振荡用晶体管的发射极连接，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的电压控制振荡电路，其特征在于：

在振荡用晶体管的发射极和第二线圈之间，串联连接第二电容器，由上述第二线圈和上述第二电容器形成共振电路，

在振荡频带的中心附近设定该共振电路的共振频率。

3.根据权利要求1所述的电压控制振荡电路，其特征在于：

滤波器电路由低通滤波器构成，

将线圈串联连接到将输入端子和输出端子连接起来的线上并设置将阴极连接到该线上并且将阳极接地的可变电容二极管而形成该低通滤波器，

向上述低通滤波器的线圈的两端施加控制电压。

4.根据权利要求2所述的电压控制振荡电路，其特征在于：

滤波器电路由低通滤波器构成，

向上述低通滤波器的线圈的两端施加控制电压。

5.根据权利要求3所述的电压控制振荡电路，其特征在于：

用带状线构成滤波器电路的线圈。

6.根据权利要求4所述的电压控制振荡电路，其特征在于：

用带状线构成滤波器电路的线圈。

7.根据权利要求1～6的任意一个所述的电压控制振荡电路，其特征在于：

将驱动用晶体管的直流电流放大率设为50～200。

8.根据权利要求1～6的任意一个所述的电压控制振荡电路，其特征在于：

将驱动用晶体管的直流电流放大率设为50～100。