JP2000236218A - 発振器および電圧制御型発振器 - Google Patents

発振器および電圧制御型発振器

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JP2000236218A
JP2000236218A JP11038564A JP3856499A JP2000236218A JP 2000236218 A JP2000236218 A JP 2000236218A JP 11038564 A JP11038564 A JP 11038564A JP 3856499 A JP3856499 A JP 3856499A JP 2000236218 A JP2000236218 A JP 2000236218A
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voltage
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acoustic wave
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Kenjiro Okaguchi
健二朗 岡口
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無調整で精度よく高安定な発振が得られ、ノ
イズに強く、信頼性が高く、小型の電圧制御型発振器を
提供する。 【解決手段】 差動接続されたトランジスタ6,7のコ
レクタ間にSAW共振子1を接続し、トランジスタ6,
7のベースとトランジスタ7,6コレクタとの間にコン
デンサ4,5をそれぞれ接続して差動共振子型VCOを
構成する。コルピッツ型に比べてノイズに強く小型化が
可能で信頼性が高く、差動LC型に比べて無調整で精度
よく高安定な発振が得られ、信頼性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は発振器および電圧
制御型発振器に関し、特に、弾性表面波共振子を備えた
発振器および電圧制御型発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】図12は、従来のコルピッツ型の電圧制
御型発振器(以下、VCOと称す)の構成を示す回路図
である。
【0003】図12において、このコルピッツ型VCO
は、弾性表面波(以下、SAWと称す)共振子51、N
PNトランジスタ52、コンデンサ53〜56、バリキ
ャップ57および抵抗素子58,59を含む発振回路6
0と、NPNトランジスタ61および抵抗素子62〜6
5を含むバッファ回路66と、発振回路60およびバッ
ファ回路66を結合するための結合コンデンサ67とを
備える。
【0004】発振回路60の発振周波数は、共振子51
の共振周波数と発振回路60の容量値によって決定され
る。入力電圧VIを変化させるとバリキャップ57の容
量値が変化し、発振回路60の発振周波数が変化する。
したがって、入力電圧VIを調整することにより、所望
の周波数の出力信号VOを得ることができる。この回路
は、TV用チューナ、携帯通信機などの基準信号発生器
として広く使用されている。
【0005】また、図13は、従来の差動LC型VCO
の構成を示す回路図である。図13において、この差動
LC型VCOは、LC並列回路71、抵抗素子74,7
5、NPNトランジスタ76,77および電圧制御型電
流源78を備え、LC並列回路71は並列接続されたイ
ンダクタ72およびコンデンサ73を含む。LC並列回
路71は、NPNトランジスタ76,77のコレクタ
(ノードN71,N72)間に接続される。NPNトラ
ンジスタ76,77のコレクタはそれぞれ抵抗素子7
4,75を介して電源電位Vccのラインに接続され、
各々のベースはそれぞれNPNトランジスタ77,76
のコレクタに接続され、各々のエミッタはともに電流源
78を介して接地電位GNDのラインに接続される。
【0006】この差動LC型VCOの発振周波数は、L
C並列回路71の並列共振周波数、およびLC並列回路
71と並列に存在するNPNトランジスタ76,77の
内部容量値で決定される。この容量値はNPNトランジ
スタ76,77を流れる電流値によって変化するため、
電流源78の電流値を外部制御電圧によって制御するこ
とで、VCOの発振周波数を調整できる。この回路は、
TV用集積回路などに使用されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図12のコル
ピッツ型VCOでは、その構成が非平衡型であるため、
その発振により生ずるノイズが電源を介して他の回路に
悪影響を及ぼす可能性があり、逆に電源を介して流入す
る高周波ノイズにより変調がかかるという問題があっ
た。また、回路の小型化を図るため共振子51以外の部
品を集積化することが検討されているが、抵抗素子やト
ランジスタに比べてレイアウト面積が大きくなるコンデ
ンサ53〜56,67を多く含んでいるため集積化が難
しい。また、各部品を個別部品として構成する場合は、
部品点数が多いため小型化が困難であった。
【0008】また、図13の差動LC型VCOでは、精
度よく安定した発振を得るためにはインダクタ72とし
てQの高い巻線タイプの可変インダクタを使用しなけれ
ばならないが、可変インダクタの形状が大きいためVC
Oの小型化が困難であり、また、所望の周波数を得るた
めには可変インダクタのインダクタンスを調整する必要
があった。また、可動部品である可動インダクタを使用
するため、信頼性が低いという問題があった。
【0009】それゆえに、この発明の主たる目的は、ノ
イズに強く、高精度で無調整で発振し、信頼性が高く、
部品点数が少なく、小型で低コストの発振器および電圧
制御型発振器を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
所定周波数で発振する発振器であって、逆並列に接続さ
れた第1および第2の反転増幅器と、第1または第2の
反転増幅器に並列接続された弾性表面波共振子と、第1
および第2の反転増幅器の間に介挿され、直流信号を遮
断し所定周波数の信号を通過させるためのフィルタとを
備えたものである。
【0011】請求項2に係る発明は、制御電圧に応じた
周波数で発振する電圧制御型発振器であって、各々の第
1の電極が互いに接続され、各々の入力電極が他方のト
ランジスタの第2の電極に接続された差動トランジスタ
対と、差動トランジスタ対の第2の電極間に接続された
弾性表面波共振子と、差動トランジスタ対の少なくとも
一方のトランジスタの入力電極と他方のトランジスタの
第2の電極との間に介挿された第1のコンデンサと、差
動トランジスタ対の第1の電極に接続され、制御電圧に
応じた電流を流す電圧制御型電流源とを備えたものであ
る。
【0012】請求項3に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に並列接続された抵抗素子が
さらに設けられる。
【0013】請求項4に係る発明では、請求項2に係る
発明に、差動トランジスタ対の第2の電極間において弾
性表面波共振子に直列接続されたインダクタが設けられ
る。
【0014】請求項5に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に並列接続されたインダクタ
がさらに設けられる。
【0015】請求項6に係る発明では、請求項2に係る
発明に、差動トランジスタ対の第2の電極間において弾
性表面波共振子に直列接続された第2のコンデンサがさ
らに設けられる。
【0016】請求項7に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に並列接続された第2のコン
デンサがさらに設けられる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施の形態
による差動共振子型VCOの構成を示す回路図である。
図1において、この差動共振子型VCOは、SAW共振
子1、抵抗素子2,3,8,9、コンデンサ4,5、N
PNトランジスタ6,7、および電圧制御型電流源10
を含む。
【0018】SAW共振子1は、NPNトランジスタ6
のコレクタ(ノードN1)とNPNトランジスタ7のコ
レクタ(ノードN2)との間に接続される。また、NP
Nトランジスタ6,7のコレクタはそれぞれ抵抗素子
2,3を介して電源電位Vccのラインに接続され、各
々のベースはそれぞれコンデンサ4,5を介してNPN
トランジスタ7,6のコレクタに接続され、各々のエミ
ッタはそれぞれ抵抗素子8,9を介してノードN10に
接続される。NPNトランジスタ6,7は、差動トラン
ジスタ対を構成する。電流源10は、ノードN10と接
地電位GNDのラインとの間に接続され、外部制御電圧
に応じた値の電流を流す。ノードN1,N2間の電圧が
出力信号となる。
【0019】次に、従来のVCOと対比して、この差動
共振子型VCOの動作原理について説明する。まずコル
ピッツ型VCOは、基本的には図2(a)に示すよう
に、ループ状に接続された増幅器11および共振子12
で構成される。共振子12の共振周波数で共振子12の
インピーダンスが最小値になり、回路のループゲインが
最大になる。このため、コルピッツ型VCOは共振子1
2の共振周波数で発振する。
【0020】次に差動LC型VCOは、基本的には図2
(b)に示すように、ループ状に接続された反転増幅器
13,14と、反転増幅器13,14の各々に対して並
列接続されたLC並列回路15とで構成される。LC並
列回路15の並列共振周波数でLC並列回路15のイン
ピーダンスが極大になり、ループゲインが1以上でルー
プの位相が2nπ(ただし、nは整数である)になる。
このため、差動LC型VCOは、LC並列回路15の並
列共振周波数で共振する。
【0021】ここでLC並列回路15では、並列共振周
波数でインピーダンスが最大になり、その周波数から外
れるにつれてインピーダンスが単調に減少する。しか
し、共振子1の等価回路は、図3に示すように、ノード
N1,N2間に直列接続された抵抗素子21,コンデン
サ22およびインダクタ23と、これらに並列接続され
たコンデンサ24とで表わされ、そのインピーダンス
は、図4に示すように、並列共振周波数f0でピークを
持つものの周波数0すなわち直流で無限大になる。その
ため発振回路において、直流のループゲインが並列共振
周波数f0のループゲインを上回ることになる。したが
って、図2(b)のVCOにおいてLC並列回路15を
共振子1で置換しただけでは並列共振周波数f0で発振
させることはできない。
【0022】そこで、差動共振子型VCOは、図2
(c)に示すように、直列接続された反転増幅器16,
17と、反転増幅器17の出力ノードと反転増幅器16
の入力ノードとの間に接続され、直流信号を遮断し並列
共振周波数f0の信号を通過させるためのフィルタ18
と、反転増幅器17に並列接続されたSAW共振子19
とで構成される。フィルタ18によって反転増幅器1
6,17に直流電流が流れるのが防止されるので、直流
のループゲインが低下し、SAW共振子19の並列共振
周波数f0で発振回路のループゲインが最大になる。こ
のため差動共振子型VCOは、SAW共振子19の並列
共振周波数f0で発振する。
【0023】図2(c)の回路ブロック図を具体的に示
したのが図1の回路図である。コンデンサ4,5は直流
電流遮断用のフィルタを構成している。抵抗素子2,3
はNPNトランジスタ6,7のバイアス用、抵抗素子
8,9は電流制限用に設けられている。
【0024】この差動共振子型VCOの発振周波数は、
SAW共振子1の共振周波数f0、およびSAW共振子
1と並列に存在するNPNトランジスタ6,7の内部容
量値で決定される。この容量値はNPNトランジスタ
6,7を流れる電流値によって変化するため、電流源1
0の電流値を外部制御電圧によって制御することで、V
COの発振周波数を制御できる。発振周波数の信号は、
ノードN1,N2間から出力される。
【0025】図5は差動共振子型VCO、コルピッツ型
VCOおよび差動LC型VCOの発振周波数の変化率の
温度依存性を示す図、図6は各VCOの発振周波数の変
化率の経年変化を示す図である。いずれの図において
も、差動共振子型VCOの周波数変化率が小さく良好で
あるのに対し、差動LC型VCOの周波数変化率が大き
かった。差動LC型VCOでは、インダクタ72のQが
低いためVCOとしてのQが必然的に低くなり、周波数
安定性が悪い。これに対して、差動共振子型VCOで
は、インダクタ72の代わりにSAW共振子1を用いる
ので、無調整で高精度、高安定の発振が可能となり、可
動部品を使用しないので信頼性が高く、経年変化が小さ
い。
【0026】なお、抵抗素子8,9は省略してもよい。
また、コンデンサ4,5は、回路の平衡度を保つために
は両方あることが望ましいが、回路のレイアウト上の制
限がある場合などは片方でもよい。また、回路は、ディ
スクリート方式で組立てもよいが、NPNトランジスタ
6,7は同一性のよいものを選択する必要がある。共振
子1以外の部分は集積化することで小型化が可能であ
る。モールド可能な共振子1の場合は、1チップにす
る。
【0027】以下、この実施の形態の種々の変更例につ
いて説明する。図7の変更例では、図1の共振子1の代
わりに共振子1と抵抗素子31の並列接続体が配置され
る。この場合は、共振子1と抵抗素子31で構成される
共振系のQが低下するため、VCOの可変周波数範囲が
広くなる。
【0028】図8の変更例では、図1の共振子1の代わ
りに共振子1とインダクタ32の直列接続体が配置され
る。この場合は、直列共振周波数が低い方へシフトす
る。また、インダクタ32のQは共振子1のQに比べて
1桁小さいため共振系のQが低下し、VCOの可変周波
数範囲が広くなる。
【0029】図9の変更例では、図1の共振子1の代わ
りに共振子1とインダクタ33の並列接続体が配置され
る。この場合は、並列共振周波数が高い方へシフトす
る。また、インダクタ33のQは共振子1のQに比べて
1桁小さいため共振系のQが低下し、VCOの可変周波
数範囲が広くなる。
【0030】図10の変更例では、図1の共振子1の代
わりに共振子1とキャパシタ34の直列接続体が配置さ
れる。この場合は、直列共振周波数は高い方へシフトす
る。また、キャパシタ34のQは共振子1のQに比べて
小さいため共振系のQが低下し、VCOの可変周波数範
囲が狭くなり発振が安定する。
【0031】図11の変更例では図1の共振子1の代わ
りに共振子1とキャパシタ35の並列接続体が配置され
る。この場合は、並列共振周波数が低い方へシフトす
る。また、キャパシタ35のQは共振子1のQに比べて
小さいので共振系のQが低下し、VCOの可変周波数範
囲が狭くなり、発振が安定する。
【0032】なお、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。
【0033】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る発明の発
振器では、逆並列に接続された第1および第2の反転増
幅器と、第1または第2の反転増幅器に並列接続された
弾性表面波共振子と、第1および第2の反転増幅器間に
介挿された直流信号遮断用のフィルタとが設けられる。
フィルタによって直流信号を遮断するので、この発振器
の発振周波数は主に弾性表面波共振子の並列共振周波数
で決定される。
【0034】この発振器では、差動型の回路を用いるた
め、コルピッツ型に比較して、外部から電源を介して流
入するノイズの影響を受けにくく、逆に他の回路に対し
てもノイズを与えにくい。また、部品点数が少ないた
め、小型化が容易でコストダウンにも効果がある。さら
に、大容量のキャパシタを使用しないため回路の集積化
が可能であり、共振子を含む回路全体あるいは共振子以
外の回路を集積化することでさらなる小型化およびコス
トダウンが可能になる。また、部品点数削減効果によっ
て信頼性が向上する。
【0035】また、差動LC型の場合は特にインダクタ
Qが低いため、発振器としてのQが必然的に低くなり、
周波数安定性が悪いが、この発振器では共振子を用いて
いるので無調整で精度よく高安定な発振が得られる。ま
た、可動部品を使用しないため信頼性が高く、経年変化
が小さい。
【0036】請求項2に係る発明の電圧制御型発振器で
は、差動トランジスタ対の第2の電極間に弾性表面波共
振子を接続し、差動トランジスタ対の少なくとも一方の
トランジスタの入力電極と他方のトランジスタの第2の
電極との間に第1のコンデンサを接続し、差動トランジ
スタ対の第2の電極を電圧制御型電流源に接続する。第
1のコンデンサで直流電流を遮断するので、この電圧制
御型発振器の発振周波数は主に弾性表面波共振子の並列
共振周波数と差動トランジスタ対に流れる電流値で決定
される。この電圧制御型発振器でも、請求項1に係る発
明と同じ効果が得られる。
【0037】請求項3に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に並列接続された抵抗素子が
さらに設けられる。この場合は、可変周波数範囲が広く
なる。
【0038】請求項4に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に直列接続されたインダクタ
がさらに設けられる。この場合は、可変周波数範囲が広
くなる。
【0039】請求項5に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に並列接続されたインダクタ
がさらに設けられる。この場合は、可変周波数範囲が広
くなる。
【0040】請求項6に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に直列接続された第2のコン
デンサがさらに設けられる。この場合は、可変周波数範
囲が狭くなり、発振が安定する。
【0041】請求項7に係る発明では、請求項2に係る
発明に、弾性表面波共振子に並列接続された第2のコン
デンサさらに設けられる。この場合は、可変周波数範囲
が狭くなり、発振が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態による差動共振子型V
COの構成を示す回路図である。
【図2】図1に示した差動共振子型VCOの動作原理を
説明するための図である。
【図3】図1に示したSAW共振子の等価回路を示す回
路図である。
【図4】図1に示したSAW共振子の周波数特性を示す
図である。
【図5】図1に示した差動共振子型VCOの効果を説明
するための図である。
【図6】図1に示した差動共振子型VCOの効果を説明
するための他の図である。
【図7】実施の形態の変更例を示す図である。
【図8】実施の形態の他の変更例を示す図である。
【図9】実施の形態のさらに他の変更例を示す図であ
る。
【図10】実施の形態のさらに他の変更例を示す図であ
る。
【図11】実施の形態のさらに他の変更例を示す図であ
る。
【図12】従来のコルピッツ型VCOの構成を示す回路
図である。
【図13】従来の差動LC型VCOの構成を示す回路図
である。
【符号の説明】
1,12,19,51 SAW共振子 2,3,8,9,21,31,58,59,62〜6
5,74,75 抵抗素子 4,5,22,24,34,35,53〜56,67,
73 コンデンサ 6,7,52,61,76,77 NPNトランジスタ 10,78 電圧制御型電流源 11 増幅器 13,14,16,17 反転増幅器 15,71 LC並列回路 18 フィルタ 23,32,33,72 インダクタ 57 バリキャップ 60 発振回路 66 バッファ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定周波数で発振する発振器であって、 逆並列に接続された第1および第2の反転増幅器、 前記第1または第2の反転増幅器に並列接続された弾性
    表面波共振子、および前記第1および第2の反転増幅器
    の間に介挿され、直流信号を遮断し前記所定周波数の信
    号を通過させるためのフィルタを備える、発振器。
  2. 【請求項2】 制御電圧に応じた周波数で発振する電圧
    制御型発振器であって、 各々の第1の電極が互いに接続され、各々の入力電極が
    他方のトランジスタの第2の電極に接続された差動トラ
    ンジスタ対、 前記差動トランジスタ対の第2の電極間に接続された弾
    性表面波共振子、 前記差動トランジスタ対の少なくとも一方のトランジス
    タの入力電極と他方のトランジスタの第2の電極との間
    に介挿された第1のコンデンサ、および前記差動トラン
    ジスタ対の第1の電極に接続され、前記制御電圧に応じ
    た値の電流を流す電圧制御型電流源を備える、電圧制御
    型発振器。
  3. 【請求項3】 さらに、前記弾性表面波共振子に並列接
    続された抵抗素子を備える、請求項2に記載の電圧制御
    型発振器。
  4. 【請求項4】 さらに、前記差動トランジスタ対の第2
    の電極間において前記弾性表面波共振子に直列接続され
    たインダクタを備える、請求項2に記載の電圧制御型発
    振器。
  5. 【請求項5】 さらに、前記弾性表面波共振子に並列接
    続されたインダクタを備える、請求項2に記載の電圧制
    御型発振器。
  6. 【請求項6】 さらに、前記差動トランジスタ対の第2
    の電極間において前記弾性表面波共振子に直列接続され
    た第2のコンデンサを備える、請求項2に記載の電圧制
    御型発振器。
  7. 【請求項7】 さらに、前記弾性表面波共振子に並列接
    続された第2のコンデンサを備える、請求項2に記載の
    電圧制御型発振器。
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