JP2001244742A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構成部品のバラツキによる共振周波数のバラツ
キをおさえるためにストリップ線路の一部の調整を行っ
ても、発振出力の周波数帯域幅の変化が生じない電圧制
御発振回路を提供する。 【解決手段】 本発明の電圧制御発振回路は、マイクロ
ストリップ線路ＳＬと、可変容量ダイオードＤＶとを含
み、外部からの制御電圧ＶＴを前記可変容量ダイオード
ＤＶに印加して共振周波数を制御する共振回路部Ｘを含
む共振回路部Ｘと、負性抵抗回路部Ｙと、増幅回路部Ｚ
とから成る電圧制御発振回路において、前記共振回路部
Ｘは、前記ストリップ線路ＳＬの一端と接地との間に、
可変容量ダイオードＤＶを配置し、他端と接地との間に
コンデンサＣ２を配置するとともに、前記可変容量ダイ
オードＤＶには、インダクタンス素子Ｌ１を介して制御
電圧ＶＴが供給される電圧制御発振回路である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信装置等
の局部発振回路などに用いられる電圧制御発振回路に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体通信装置やその他の通信装
置の送信用発振器、受信部の局部発振器に電圧制御発振
器が用いられていることが知られている。

【０００３】最近、携帯電話、自動車電話等の様々な移
動体通信機器が普及しているが、一部の通信システムで
は、チャンネル数の不足が深刻化している。これらの問
題を解決するための新しいシステムが運用されるように
なるが、保有チャンネル数、通信速度より従来システム
より高い周波数での運用は必修である。

【０００４】また、この普及段階においては、従来のシ
ステムと新しいシステムの併用が可能なデュアルバンド
対応の通信機が必要となり、しかも、端末の形状の小型
化が要求されている。そのため、発振器においては、端
末の小型化に対応でき、しかも、発振周波数の高周波化
と広帯域化が必要となる。

【０００５】通常、電圧制御発振回路は、図３に示すよ
うに、マイクロストリップ線路、可変容量ダイオードを
含む共振回路部Ｘと、発振用トランジスタを中心とする
負性抵抗回路部Ｙと、増幅用トランジスタを中心とする
増幅回路部Ｚとから構成されていた。

【０００６】特に、従来の共振回路部Ｘでは、１／４波
長型ストリップ線路ＳＬ１０が用いられていた。即ち、
ストリップ線路ＳＬ１０の他端は接地されており、しか
も、このストリップ線路ＳＬ１０に対して、可変容量ダ
イオードＤＶ１０、コンデンサＣ１２とが並列的に接続
されていた。尚、ストリップ線路ＳＬ１０の一端側と、
可変容量ダイオードＤＶ１０のカソードとの間に、コン
デンサＣ１１が配置されていた。また、この可変容量ダ
イオードＤＶ１０に供給される制御電圧は、制御端子Ｖ
Ｔからインダクタンス素子Ｌ１０を介して、可変容量ダ
イオードＤＶ１０に供給されるようになっている。

【０００７】尚、制御端子ＶＴとインダクタンス素子Ｌ
１０との間には、コンデンサＣ１０が接地との間で配置
されている。

【０００８】このような共振回路部Ｘにおいて、可変容
量ダイオードＤＶ１０に印加される制御電圧ＶＴを制御
して、共振回路部ＸのＬＣ共振回路（可変容量ダイオー
ドＤＶ１０、コンデンサＣ１１、ストリップ線路ＳＬ１
０、コンデンサＣ１２とから構成）の容量成分を所定値
に設定することで、共振周波数を制御して、もって、所
定発振周波数の発振出力を得ていた。

【０００９】発振周波数の広帯域化を行うためには、共
振回路部Ｘの可変容量ダイオードＤＶ１０の容量可変比
を大きくする必要がある。しかし、可変容量ダイオード
ＤＶ１０の容量変化比を大きくすると、容量値の低い側
にて直列抵抗成分が増加し共振回路部ＸのＱ特性の劣化
が生じ、逆に、発振器のノイズ特性が劣化してしまう。

【００１０】そのため、共振手段であるストリップ線路
の他端を短絡させていた１／４波長型ストリップ線路Ｓ
Ｌ１０を、図４に示すように、共振回路部Ｘのストリッ
プ線路ＳＬ１１の他端と接地電位との間に、可変容量ダ
イオードＤＶ１１を介して接続することが考えられる。
これにより、ストリップ線路ＳＬ１１は、等価的に開放
状態として用いることが考えられる。即ち、ストリップ
線路ＳＬ１１は、線路長が共振周波数の１／２波長とな
る周波数で共振する、１／２波長型ストリップラインと
なる。

【００１１】これより、可変容量ダイオードＤＶ１１の
容量変化比を大きくすることなく発振器の広帯域化を実
現していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】また、上述の共振回路
を構成する素子の特性公差による特性のバラツキを調整
するため、ストリップ線路ＳＬ１０、ＳＬ１１の一部を
トリミング処理などにより除去して、共振特性を修正し
ていた。

【００１３】このようにストリップ線路ＳＬ１０、ＳＬ
１１を用いて調整を行うと、逆に発振周波数帯域幅が狭
くなってしまうとうい問題があった。

【００１４】これは、可変容量ダイオードＤＶ１１のイ
ンピーダンス特性に大きく起因する。即ち、図５に示す
ように、一般に可変容量ダイオードの自己共振周波数
は、２ＧＨｚ程度であり、それ以上の高周波領域で動作
させようとすると、可変容量ダイオードのインピーダン
スは誘導性として振る舞う。

【００１５】従って共振回路部Ｘの共振回路の誘導性成
分は、ストリップ線路ＳＬ１１の誘導性、可変容量ダイ
オードＤＶ１１の誘導性との合成インピーダンス及び制
御電圧端子から接続するインダクタンスＬ１１のインピ
ーダンスとの合成インピーダンスとなる。

【００１６】ここで、上述のように、ストリップ線路の
トリミング処理にて共振周波数調整を行うと、ストリッ
プ線路ＳＬ１１のインピーダンスが大きくなり、相対的
に可変容量ダイオードＤＶ１１のインピーダンス変化が
小さくなる。

【００１７】さらに制御端子ＶＴから接続するインダク
タンス素子Ｌ１１と並列接続しているためインピーダン
ス変化が小さくなり、結果的に発振器の周波数可変量が
狭くなってしまう。この等価回路を図６に示す。尚、図
６において、Ｌ１１は、インダクタンス素子Ｌ１１のイ
ンダクタンス成分であり、Ｌ１２は、例えば、ストリッ
プ線路ＳＬ１１のインダクタンス成分であり、〔Ｌ（Ｖ
１）、Ｌ（Ｖ２）〕は、例えば可変容量ダイオードＤＶ
１１であり、点Ｅは、インダクタンス素子Ｌ１１とスト
リップ線路ＳＬ１１との接続点である。

【００１８】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、構成素子のバラツキによる
共振周波数のバラツキをおさえるためにストリップ線路
の一部のトリミング調整を行っても、発振出力の周波数
帯域幅の変化が生じない高周波動作に優れた電圧制御発
振回路を提供するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の電圧制御発振回
路は、ストリップ線路と、可変容量ダイオードと、イン
ダクタンス素子と、コンデンサとを含み、制御電圧端子
から供給され制御電圧を該可変容量ダイオードに印加し
て共振周波数を制御する共振回路部と、前記共振回路部
と接続し、該共振回路部の共振周波数に基づいて発振信
号を出力する発振用トランジスタを含む負性抵抗回路部
と、前記負性抵抗回路部に接続し、前記発振信号を増幅
する増幅用トランジスタを含む増幅回路部とから成る電
圧制御発振回路において、前記共振回路部は、前記スト
リップ線路の一端と接地との間に前記可変容量ダイオー
ドを接続し、該ストリップ線路の他端と接地との間にコ
ンデンサを配置するとともに、前記制御電圧端子を前記
インダクタンス素子を介して前記可変容量ダイオードに
接続したことを特徴とする電圧制御発振回路である。

【作用】本発明の電圧制御発振回路では、共振周波数の
制御は、共振回路部Ｘの可変容量ダイオードＤＶの印加
される制御電圧ＶＴで行われている。即ち、共振回路部
ＸのＬＣ共振回路の容量成分を所定値に設定すること
で、所定発振周波数の発振出力が得られる。

【００２０】発振周波数の広帯域化は、共振回路部Ｘの
可変容量ダイオードの容量可変比を大きくする必要があ
る。しかし、本発明では、ストリップ線路ＳＬの一端が
可変容量ダイオードＤＶのカソード側に接続し等価的に
開放状態とし、線路長の１／２波長型ストリップ線路を
用いている。即ち、ストリップ線路の物理的な線路長を
同一として考えた場合、１／４波長型ストリップ線路に
比較して、共振周波数が高周波化する。従って、可変容
量ダイオードの容量比を大きくすることなく、周波数可
変領域を広域化させることができる。

【００２１】また、本発明の電圧制御発振回路では、可
変容量ダイオードＤＶとストリップ線路ＳＬとが実質的
に直列的接続されており、ストリップ線路に制御電圧が
印加されていない。即ち、自己共振周波数以上の高周波
発振より、可変容量ダイオードＤＶのインピーダンスが
変化しても、合成インピーダンスは、ストリップ線路Ｓ
Ｌのインピーダンスとは関係がなくない。即ち、ストリ
ップ線路ＳＬのインピーダンスは、可変容量ダイオード
ＤＶと関係なく動作する。従って、ストリップ線路の一
部をトリミングなどにより共振周波数調整を行っても、
可変容量ダイオードを含めた合成インピーダンスの変化
にばらつきが発生しない。

【００２２】結果として、発振出力の発振周波数を制御
するにあたり、各発振回路間でばらつきがなく、安定し
た特性を導出できる電圧制御発振回路となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電圧制御発振回路
を図面に基づいて詳説する。

【００２４】図１は、本発明の電圧制御発振回路の回路
図であり、図２は、共振回路部Ｘ部分のインダクタンス
成分のみに着目した等価回路図である。

【００２５】図１において、Ｘは共振回路部であり、Ｙ
は負性抵抗回路部であり、Ｚは増幅回路部である。図に
おいて、共振回路部Ｘは共振手段であるストリップ線路
ＳＬと、可変容量ダイオードＤＶと、インダクタンス素
子Ｌ１、コンデンサＣ１〜Ｃ３とから主に構成されてい
る。尚、コンデンサＣ３は結合用のコンデンサであり、
インダクタンス素子Ｌ１は、出力端子ＯＵＴからみて共
振回路部Ｘのインピンダスンを無限大にして、出力端子
ＯＵＴにどのような回路が接続されても安定した発振を
サセルものである。

【００２６】負性抵抗回路部Ｙは発振用トランジスタＴ
ｒ１、各種コンデンサ、各種抵抗とから構成されてい
る。

【００２７】また、増幅回路部Ｚは増幅用トランジスタ
Ｔｒ２、各種コンデンサ、各種抵抗、インダクタンス素
子とから構成されている。

【００２８】このような発振回路では、負性抵抗回路部
Ｙの発振用トランジスタＴｒ１のコレクタを高周波的に
接地すれば、ベースから見たインピーダンスは負性とな
り、そして、発振用トランジスタＴｒ１のベースに共振
回路部Ｘを、結合コンデンサＣ３を介して接続し、他端
を接地すれば、この回路は共振回路部Ｘの振幅特性とト
ランジスタの負性利得が１以上で共振回路とトランジス
タの負性の位相角の和が２ｎπ（ｎは整数）となる条件
を満たす周波数にて発振する。

【００２９】そして、この発振信号は増幅用トランジス
タＴｒ２に供給され、ここで増幅されて出力端子ＯＵＴ
より発振出力される。

【００３０】尚、共振回路部Ｘにおいて、端子ＶＴは制
御電圧端子である。また、制御端子ＶＴには、可変容量
ダイオードＤＶの容量成分を制御する制御電圧が供給さ
れる。即ち、可変容量ダイオードＤＶに印加される制御
電圧を所定値に制御することにより、ストリップ線路Ｓ
Ｌ及びコンデンサＣ２からなる共振回路に、さらに、可
変容量ダイオードＤＶの容量成分が付加されることにな
り、共振回路部Ｘの共振周波数を所定値に制御できる。

【００３１】共振回路部Ｘの具体的な構造は、ストリッ
プ線路ＳＬの一端側が、可変容量ダイオードＤＶのカソ
ードが接続されている。また、その一端は、インダクタ
ンス素子Ｌ１を介して制御端子ＶＴに接続されている。
尚、可変容量ダイオードＤＶのアノードは接地電位に接
続されている。

【００３２】さらに、ストリップ線路ＳＬの他端は、接
地電位との間で、コンデンサＣ２が接続されている。ま
た、ストリップ線路ＳＬの他端は、結合コンデンサＣ３
を介して、負性抵抗回路部Ｙの増幅用トランジスタＴｒ
２のベースに接続されている。

【００３３】即ち、上述の共振共振部Ｘにおいて、スト
リップ線路ＳＬは、両端部は可変容量ダイオードＤＶや
コンデンサＣ２接続されており、等価的には１／２波長
型ストリップ線路として動作する。

【００３４】また、ストリップ線路ＳＬは、制御電圧端
子に対して直列的に配置されているため、制御電圧は可
変容量ダイオードＤＶに印加されるものの、ストリップ
線路ＳＬが特性の影響因子とはならない。

【００３５】上述のように、ストリップ線路ＳＬの一端
が、可変容量ダイオードＤＶのカソード側に接続し等価
的に開放状態とし、線路長の１／２波長型ストリップ線
路を用いているので、従来のように１／４波長型のスト
リップ線路ＳＬ１０に比較して、そのストリップ線路の
物理的な線路長を同一として考えた場合、共振周波数が
高周波化する。その結果、容量ダイオードＤＶの容量変
化比を大きくすることなく、発振回路の発振出力の広帯
域化が可能となる。

【００３６】また、制御端子ＶＴに供給される制御電圧
は、可変容量ダイオードＤＶに印加され、即ち、インダ
クタンス素子Ｌ１やストリップ線路ＳＬには印加されな
い構造となっている。

【００３７】ここで、所定周波数を可変容量ダイオード
ＤＶの自己共振周波数以上の高周波領域での発振を仮定
した場合、共振回路部Ｘは、図２に示すよう交流等価回
路にみなすことができる。尚、図２において、図２中Ｌ
１は、インダクタンス素子Ｌ１のインダクタンス成分、
Ｌ２は、ストリップ線路ＳＬのインダクタンス成分、Ｄ
Ｖ（Ｌ（Ｖ１）Ｌ（Ｖ２））は、可変容量ダイオードＤ
Ｖの端子間の電圧２ポイントＶ１，Ｖ２（但しＶ１＞Ｖ
２）とし各電圧での可変容量ダイオードＤＶのインピー
ダンスである。

【００３８】この時、図２のＤ点（ストリップ線路ＳＬ
とコンデンサＣ３との接続点）における合成インピーダ
ンス（誘導性分）は制御電圧がＶ１の時、Ｌ１／／Ｌ
（Ｖ１）＋Ｌ２で表され、制御電圧がＶ２の時、Ｌ１／
／Ｌ（Ｖ２）＋Ｌ２で表され、その変化量は、〔Ｌ１／
／Ｌ（Ｖ１）−Ｌ１／／Ｌ（Ｖ２）〕となる。尚、式中
“／／”は、２ＧＨｚ以上の所望周波数における並列関
係の２つのインピーダンスの合成を算術する算術記号で
ある。

【００３９】即ち、上述の変化量を示す式には、ストリ
ップ線路ＳＬのインダクタンス成分Ｌ２が相殺されて、
その値は全く依存しないことになる。

【００４０】これは等価回路的には、インダクタンスＬ
１と可変容量ダイオードＤＶのインダクタンス成分とが
並列的に接続され、この合成インダクタンス成分に、ス
トリップ線路ＳＬのインダクタンス成分が合成されてい
るためである。

【００４１】これに対して、上述した図４に示す従来の
電圧発振回路の等価回路、図６では、Ｅ点（図４のスト
リップ線路ＳＬ１１とコンデンサＣ１１との接続点）で
の合成インピーダンス（誘導成分）は、制御電圧がＶ１
の時、Ｌ１１／／〔Ｌ（Ｖ１）＋Ｌ１２〕で表され、制
御電圧がＶ２の時、Ｌ１１／／〔Ｌ（Ｖ２）＋Ｌ１２〕
で表される。尚、式において、Ｌ１１は、インダクタン
ス素子Ｌ１１のインダクタンス成分を示し、Ｌ１２はス
トリップ線路ＳＬ１１のインダクタンス成分を示す。そ
して、この時の変化量を表すと、Ｌ１１／／〔Ｌ（Ｖ
１）＋Ｌ１２〕−Ｌ１１／／〔Ｌ（Ｖ２）＋Ｌ１２〕と
なり、ストリップ線路ＳＬ１１のインダクタンス成分Ｌ
１２が依存してしまう。即ち、ストリップ線路ＳＬ１１
の一部をトリミング処理などにより、共振周波数の調整
を行った場合、可変容量ダイオードＤＶへの制御電圧に
よる発振出力の周波数帯域幅の変化が生じてしまうこと
を意味している。

【００４２】以上のように、本発明では、発振周波数の
広域化と、制御電圧の印加の違いによる出力のバラツキ
を防止することができるものとなる。

【００４３】尚、上述の電圧制御発振回路において、負
性抵抗回路部Ｙの構成や増幅回路部Ｚの構成は、最も一
般的な構成を図示しているが、例えば、発振出力の波形
の純度を向上させたり、また、消費電力を低下させるよ
うに、これらの回路部での構成を種々変更しても構わな
い。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、発振回路の構成部品の
バラツキによる共振周波数のバラツキを抑えるためにス
トリップ線路の一部で調整を行っても、発振回路の発振
出力の周波数帯域幅の変化が生じることがなく、また、
可変容量ダイオードによる発振出力の広領域化が可能と
なり、しかも、ストリップ線路のインダンタク成分の影
響を受けることなく、可変容量ダイオードに供給する制
御電圧に応じた安定出力を行う電圧制御発振回路とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御発振回路の回路図である。

【図２】本発明の電圧制御発振回路の共振回路部のイン
ダクタンス成分のみに着目した等価回路図である。

【図３】従来の１／４波長型ストリップ線路を用いた電
圧制御発振回路の回路図である。

【図４】従来の１／２波長型ストリップ線路を用いた電
圧制御発振回路の回路図である。

【図５】電圧制御発振回路の可変容量ダイオードの容量
性、誘導性を示すスミスチャートの概略図である。

【図６】図４に示す電圧制御発振回路の共振回路部のイ
ンダクタンス成分のみに着目した等価回路図である。

【符号の説明】

ＳＬ、ＳＬ１０、ＳＬ１１・・ストリップ線路 ＤＶ、ＤＶ１０、ＤＶ１１・・可変容量ダイオード Ｃ１、Ｃ１０、Ｃ１１・・コンデンサ Ｌ１、Ｌ１０、Ｌ１１・・インダクタンス素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ストリップ線路と、可変容量ダイオード
   と、インダクタンス素子と、コンデンサとを含み、制御
   電圧端子から供給される制御電圧を該可変容量ダイオー
   ドに印加して共振周波数を制御する共振回路部と、 前記共振回路部と接続し、該共振回路部の共振周波数に
   基づいて発振信号を出力する発振用トランジスタを含む
   負性抵抗回路部と、 前記負性抵抗回路部に接続し、前記発振信号を増幅する
   増幅用トランジスタを含む増幅回路部とから成る電圧制
   御発振回路において、 前記共振回路部は、前記ストリップ線路の一端と接地と
   の間に前記可変容量ダイオードを接続し、該ストリップ
   線路の他端と接地との間にコンデンサを配置するととも
   に、前記制御電圧端子を前記インダクタンス素子を介し
   て前記可変容量ダイオードに接続したことを特徴とする
   電圧制御発振回路。