JP2001520469A - デュアル・バンド電圧制御発振器 - Google Patents
デュアル・バンド電圧制御発振器Info
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
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Abstract
Description
発振器に関し、特に、デュアル・バンド電圧制御発振器に関する。
MHz周波数バンドだけでなく新たに割り当てられた1.8GHz周波数バンド
の両者において、携帯電話機は動作する必要がある。このようなデュアル・バン ド携帯電話機の局部発振器は、別々の2つの広範な周波数範囲で動作する必要が
ある。
る局部発振器と、ピン・ダイオードのようなRF切替装置と、目下対象とされる2つ
のバンドを含む動作周波数範囲を有するワイド・バンド発振器とを備える。
回路網に加えて2つの独立したVCO回路を必要とすることである。この必要性に 起因して、バラクタのような2つの調整要素を使用しなければならなくなり、回
路全体のコストおよびサイズが増加してしまう。
ことの欠点は、出力の中にスプリアス信号が常に存在してしまうことである。受
信性能の劣化または他の無線サービスとの干渉を避けるため、これらのスプリア
ス信号はフィルタ処理して除去しなければならない。さらに、ダブラおよびトリ
プラとともに部品点数も非常に増加し、所望の出力周波数がこれら多数の部品に
正確に適合していなければならなくなる。さらに、周波数の2重化または3重化
により位相ノイズも増加してしまう。
ダンスを得るために多くのDC電流を必要とし、ピン・ダイオードが「オフ(off)」
である場合はピン・ダイオードがスプリアス信号に関連した大きな高調波レベル を生成してしまうことである。さらに、ピン・ダイオードを利用するタンク回路(
tank circuit)は、回路のQ値を減少させ、効率を悪化させ、出力回路における大
きな位相ノイズを招いてしまう。
ューニング制御に対して高い感度を必要とすることである。この高感度に起因し
て、発振器はチューニング制御線上のノイズに対して非常に敏感になる。この更
なる繊細なチューニングは、発振器の調整要素(バラクタ等)に強固に結合され
制御されることを必要とし、関連するタンク回路における高い損失を招く。
要素のみを利用することの可能な電圧制御発振器が望まれている。さらに、ピン
・ダイオードを必要とせず、チューニング制御におけるノイズに敏感でない電圧 制御発振器が望まれている。また、良好な周波数安定性を提供し、スプリアス周
波数信号を抑制し、低損失および低電流であり、簡易な構成であり、コスト的に
有利な電圧制御発振器が望まれている。
する。各周波数モードは、任意の周波数のものとすることが可能であり、互いに
逓倍であることは必ずしも必要ではない。動作周波数バンド(帯域)は、複数の
トランジスタ/フィードバック・ブロック中の1以上のバイアス電圧を変化させ ることにより選択され、そのブロックは発振器経路における負抵抗生成器として
使用されるものである。各トランジスタはそれらのコレクタにおいてDC共通接
続される。各トランジスタのベース回路は単独の共鳴チューニング回路(resonan
t tuning circuit)に結合される。そのチューニング回路内にはバラクタのよう な1つのチューニング要素が含まれ、周波数調整を行うことが好ましい。
ピン・ダイオードを利用せずに多重周波数を提供する点で有利である。本発明に よる構成の簡潔性は、良好な周波数安定性を提供し、スプリアス周波数信号を最
少にする。さらに、この簡潔性により、従来の装置に比較して、コストが安価に
なり電流消費も少なくなる。
)を示す。この周波数源は、チューニング電圧VTUNEに応答するタンク回路26を
備える。タンク回路26は、第1および第2負抵抗生成器32,34の両入力に
結合される出力を有する。第1負抵抗生成器32は第1周波数で動作することが
可能であり、第2負抵抗生成器34は第2周波数で動作することが可能である。
第1および第2負抵抗生成器の各出力は、結合回路28の2つの入力にそれぞれ
結合される。結合回路28の出力36は、VCOのマルチ・バンドRF出力信号 を提供する。以後出力36は、位相ロック・ループ、周波数ロック・ループまたは
遅延ロック・ループにおけるもののようなRFフィードバック信号またはロック・
ループ信号として使用される。結合回路28は出力マッチング回路網を有し、そ
のインピーダンスが、第1および第2周波数のそれぞれにおける第1および第2
負抵抗生成器32,34両者の出力に適合することが好ましい。
タ18,20およびコレクタ22,24を有する第1および第2トランジスタ(
Q1,Q2)10,12を有する。トランジスタ10,12のコレクタ22,2
4は、ACおよびDC共通接続されている。第1および第2ベース14,16は
、共鳴タンク回路26に結合され、この回路は第1インダクタLRにより共鳴す る単独のバラクタ30を有する。このインダクタLRはストリップ・ライン(伝送
ライン)であることが好ましい。また、コンデンサCRをバラクタ30と並列に 結合して所望のチューニング感度を得ることも可能である。バラクタ30は、図
2に示されているような絶縁抵抗R7を介して、チューニング信号VTUNEに応答 する。VTUNEを使用して、動作可能な所定の周波数帯域内で共鳴回路(共振器) を調整する。このことは、動作期間中に周波数帯域内でチャネルを変化させる周
波数シンセサイザを使用する無線通信装置において、特に有利である。
Q2を有する。トランジスタQ2のベース16は、約100pfの値を有するD
C遮断コンデンサC4を介してタンク回路26に結合される。共振器は、LC回
路、調整スタブ(tuned stub)またはストリップ・ラインを有することが好ましい 。この共振器はLRおよびCRによるLC等価回路として示されている。LC回路
が所望の周波数またはその近傍で共鳴することを条件として、各素子は様々な値
を取り得る。また、共振器は、バラクタ30のような電圧可変リアクタンス素子
を含み、これは発振器の動作中に、動作周波数帯域における特定の周波数チャネ
ルに共鳴するように共振器を調整するために使用される。バラクタ30は、チュ
ーニング信号VTUNEにより調整され、このVTUNEは絶縁抵抗R7またはRFチョー
クを介してバラクタ30に結合される。バラクタ30は第1インダクタLRに直 列に結合される。第1インダクタLRは、負抵抗生成器32,34の入力に直列 に容量結合される。トランジスタQ2のベースには、抵抗トランジスタ・バイア ス回路網R1およびR2を介して、一定のバイアスがかけられる。コンデンサC
2を含むフィードバック・ループは、Q2のベースおよびエミッタ間に設けられ る。他のフィードバック・ループ・コンデンサC7は、エミッタからグランドへの
間に結合される。抵抗R6は全周波数チョークとして使用され、エミッタとグラ
ンドとの間に結合される。
路26にAC結合される。フィードバック・ループ・コンデンサC1は、Q1のベ
ース14およびエミッタ18間に接続される。トランジスタQ1のベース14は
、抵抗トランジスタ・バイアス回路網R3,R4によりバイアスされる。Q1お よびQ2のコレクタ22,24は、ACおよびDC共通接続され、DC遮断コン
デンサC5を介して単一のRF出力36を提供する。この場合において、上述し
た素子の実際の値は、周知の技術を利用して所望の周波数に適合するように変更
することが可能である。
、各信号はそれぞれのバイアス回路網のR3/R4,R1/R2および各トランジスタのベ
ース・バイアス電圧を制御するものである。VENABLE1がQ1をオンさせると(Q 2はオフ)、第1負抵抗生成器32はタンク回路26に結合され、第1動作周波
数バンドにおけるRF出力36が供給される。VENABLE2がQ2をオンさせると(
Q1はオフ)、第2負抵抗生成器34はタンク回路26に結合され、第2動作周
波数バンドにおけるRF出力36が供給される。
2のコレクタ22,24は電気的に共通接続され、第1および第2周波数バンド
の一方又は他方において動作することが可能な単一のVCO RF出力36が提 供される。チューニング回路は、負抵抗生成器32,34の各々に接続され単一
のチューニング信号入力(VTUNE)を利用して調整されるバラクタ素子30を有 する。図示されている発振器はコルピッツ形(Colpitts)のものである。しかしな
がら、このことは本発明を限定するものではなく、他の形式の発振器を採用する
ことが可能であり、例えば、クラップ型(Clapp)、ドリスコール形(Driscoll)、 ピース形(Pierce)、ハートレー形(Harley)を採用することが可能であるがこれら
に限定されない。
有利である。すなわち、ワイド・バンド発振器を設計することなく幅広い周波数 を生成できる点、電力を節約するために一度に1つの周波数でのみ動作する点、
異なる周波数を得るために完全に別個の発振回路を必要としない点、チューニン
グ信号におけるノイズにさほど敏感でない点、良好な周波数安定性が得られる点
、スプリアス周波数の発生を最小限に抑制する点、低損失および低消費電流であ
る点、および簡潔である点が挙げられ、このためコスト的にも有利である。
器の関連する入力との間に接続し、周波数の選択性を更に向上させることも可能
である。特に、低周波数直列共振回路38が、タンク回路26と第1負抵抗生成
器32との間に結合され、この第1負抵抗生成器32は900MHzのような低
周波数で動作する。そして、高周波数並列共振回路40が、タンク回路26と第
2負抵抗生成器との間に結合され、この第2負抵抗生成器は1800MHzのよ
うな高周波数で動作する。両負抵抗生成器からの出力は、先に説明したものと同
様に、結合回路28により結合され出力36が提供される。あるいは、周波数選
択回路を、低周波数および高周波数負抵抗生成器に関連するローパスおよびハイ
パス・フィルタで置き換えることも可能である。
例と同様のものであるが、第1直列インダクタおよび第1負抵抗生成器32の間
に結合された第2直列インダクタを更に備える。タンク回路における第1および
第2直列インダクタは、図示されているような伝送線T1およびT2であること
が好ましい。図4における参照番号および記号は、図1および図2で使用された
参照番号および記号と同様のものである。伝送線T1は図2のインダクタLRに 代わるものであり、伝送線T2は低周波数負抵抗生成器32に向かう信号経路内
に設けられる。負抵抗生成器32,34、結合回路28および出力36は、先に
説明したのと同様のものである。
4の一方がイネーブルされ、両者が同時にイネーブルされるものではない。VENA BLE1 は低周波負抵抗生成器32の動作をイネーブルするために使用され、VENABL E2 は高周波負抵抗生成器34の動作をイネーブルするために使用される。第1(
低周波)負抵抗生成器32がイネーブルされると、この回路は図5の等価回路の
ように表現され、第1周波数(低周波数)がRF出力36において発生する。こ
の場合において、インアクティブの第2(高周波数)負抵抗生成器34に結合さ
れていることに起因する寄生容量42は、伝送線T1およびT2間の分岐回路(s
hunt)に結合される。第2(高周波数)負抵抗生成器34がイネーブルされると 、この回路は図6の等価回路のように表現され、第2周波数(高周波数)がRF
出力36において発生する。この場合において、インアクティブの第1(低周波
数)負抵抗生成器32に結合されていることに起因する寄生容量44は、伝送線
T2に直列に結合されグランドに至る。
と共振しないように設計される。伝送線T1およびバラクタは、既存の技術を利
用して、例えば1800MHzのような所望の高周波数で共鳴するように設計さ
れる。実際には、第2直列インダクタ(伝送線T2)は、第2負抵抗生成器の第
2動作周波数(高周波数)の約λ/4波長であり、寄生容量44を打ち消す(tun
e out)ような長さに調整される。高周波数での動作は容量による負荷降下(load
down)に最も敏感であるので、伝送線T2は特にVCOの高い動作周波数用に調 整される。例えば900MHzのような図5に示されるような低周波数の動作期
間中は、伝送線T2は寄生容量42とともに約λ/8の等価長さを有し、低周波
数の共鳴モードを促進する。低周波数が高周波数の1/2に厳密に等しいことは
、本発明では必須の事項ではない。しかしながら、各周波数の比率が1:2程度
であることが好ましい。
方又は他方の負荷降下を予想させるであろうが、上述したように本発明はこの問
題を解決する。第2に、異なる負抵抗生成器に対してタンク回路を重複させると
、その回路のQ値を許容できない程度に劣化させてしまうであろうが、本発明は
この問題も解決する。第3に、各動作モードに対する直接的なインピーダンス・ マッチング(straight impedance match)を行うと、多くの部品点数を必要とする
であろうが、本発明はこの問題も解決する。第4に、本発明は、従来行われてい
たように総ての寄生容量を除去するのではなく、寄生容量を有効に利用している
。第5に、回路から総てのダイオードが除去され、Q値および位相ノイズに関す
る問題が改善される。最後に、1つのバラクタ・ダイオードを利用して両バンド をチューニングし、コストおよびサイズを小さくする。
ルチ・バンド周波数源を含む周波数シンセサイザ260を備える。通信装置は、 送信機、送受信機または受信機とすることが可能である。一実施例にあっては、
通信装置200は周波数合成される受信機より成り、この受信機は付随する無線
機回路250にその出力230を供給する。通信装置200は受信機220を含
み、好適にはデュアル・モード用に設計されたアンテナ240を介してRF信号 を受信する。この受信機220は、ディジタル又はアナログ通信用のコントロー
ラ210によって制御されることが可能である。基準発振器290は、シンセサ
イザ260に対して発振器基準信号272を提供する。シンセサイザ260は受
信機局部発振信号262を受信機220に提供し、これは本発明によるマルチ・ バンド周波数源により制御される。周波数シンセサイザ260の調整可能なマル
チ・バンド周波数源は、本発明により少なくとも2つ周波数帯域で動作可能であ り、その周波数源はコントローラ210からのバンド・イネーブル信号280に よって制御される。
可能である。シンセサイザは、マルチ・バンド周波数源により制御される付加的 な送信機局部発振信号を提供する。周波数シンセサイザの調整可能なマルチ・バ ンド周波数源は、上述したように2つの周波数帯域で動作することが可能である
。送信機および受信機は、コントローラの制御の下でアンテナに切り替え接続さ
れる。
の出力およびデュアル・バンド周波数源を利用する。無線機は受信機220に結 合されるアンテナ240を含み、この受信機は関連する無線機回路250に出力
230を提供する。無線機は、バンド・イネーブル信号280により制御され、 本発明によるVCOを組み込み、局部発振信号262を受信機220に提供する
デュアル・バンド周波数シンセサイザに結合する基準発振器を備える。
周波数帯域を選択的に通過させるトラック・プレ・セレクタ回路(tracking pre-se
lector filter)を備える。このプレ・セレクタは、フィルタ処理された信号をワ イドバンドRF増幅器に供給する。増幅器は、例えば900MHzおよび1.8
GHzの信号を増幅することが可能で低雑音設計のものであることが好ましい。
増幅器は増幅された信号をミキサに供給する。使用される周波数帯域はバンド・ イネーブル信号280に応答するものである。ミキサは、混合して落とした(mix
ed down)IF出力230を関連する無線機回路250に提供する。
ンスデューサ等を備えることが可能である。IFフィルタは、ミキサによる周波
数の乗算積から適切なIF出力を抽出する。この適切なIF出力は検出器におい
て音声信号に変換され、その後例えばスピーカにより増幅および変換される。
周器を介して局部発振信号262からのフィードバック信号を位相検出器に提供
する。基準発振器290は、第2分周器を介して基準信号を位相検出器に提供す
る。位相検出器は、高周波成分を除去するロー・パス・フィルタを介して補正信号
をVCOに提供する。この補正信号は、位相ロック・ループとして周知の位相検 出器への入力間の位相差に比例するものである。本発明は、デュアル・バンドV COを利用し、位相ロック・ループの要素を変更することなく、2つの大きく異 なる周波数を微細に調整する点で有利である。
wlett PackardのMDS(商標)ソフトウエアで作動させることが可能である。なお、
各素子の値は、周知の技術を利用して所望の周波数バンドに適合させるために適
宜変更することが可能である。
る場合、900MHz付近の周波数信号がRF出力36から得られる。その結果生じる位
相ノイズをプロットしたものが図9に示され、出力スペクトルは図10に示され
る。VENABLE1がローに維持され、VENABLE2がハイに維持される場合、1.8GHz付近
の周波数信号がRF出力36から得られる。その結果生じる位相ノイズをプロット
したものが図11に示され、出力スペクトルは図12に示される。
の精神から逸脱することなく、これら実施例に対する更なる変形、置換、組み合
わせ等を行うことが可能であろう。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】 調整可能なマルチ・バンド周波数源であって: 出力を有し、調整電圧に応答するタンク回路; 第1周波数で動作することが可能であり、入力と出力とを有する第1負抵抗生
成器; 第2周波数で動作することが可能であり、入力と出力とを有する第2負抵抗生
成器;および 第1および第2入力を有する結合器であって、該結合器の前記第1および第2
入力は前記第1および第2負抵抗生成器の出力にそれぞれ結合される結合器; を備え、前記タンク回路の前記出力は前記の負抵抗生成器の各入力に結合され
ることを特徴とする調整可能なマルチ・バンド周波数源。 - 【請求項2】 前記タンク回路が、前記第1および第2周波数の両者を調整す
る単一のバラクタを含むことを特徴とする請求項1記載の調整可能なマルチ・バ ンド周波数源。 - 【請求項3】 各負抵抗生成器が、フィードバック・ループおよびトランジス タ・バイアス回路網を利用するトランジスタを含み、前記トランジスタは、前記 のバイアス回路網に印加される制御信号によりオンおよびオフに適宜切り替えら
れることを特徴とする請求項1記載の調整可能なマルチ・バンド周波数源。 - 【請求項4】 前記タンク回路が第1直列インダクタに結合される分岐バラク
タを含み、前記第1直列インダクタは前記の負抵抗生成器の各入力に容量結合さ
れ、前記の負抵抗生成器の動作周波数を調整するために前記分岐バラクタが前記
調整電圧に応答して可変容量を提供することを特徴とする請求項1記載の調整可
能なマルチ・バンド周波数源。 - 【請求項5】 前記タンク回路が、前記第1直列インダクタと前記第1負抵抗
生成器の入力との間に結合された第2直列インダクタを含むことを特徴とする請
求項4記載の調整可能なマルチ・バンド周波数源。 - 【請求項6】 前記第2直列インダクタが、前記第2負抵抗生成器の第2周波
数の約4分の1波長の伝送線であることを特徴とする請求項5記載の調整可能な
マルチ・バンド周波数源。 - 【請求項7】 各負抵抗生成器が、フィードバック・ループおよびトランジス タ・バイアス回路網を利用するトランジスタを含み、前記トランジスタは、前記 のバイアス回路網に印加される制御信号によりオンおよびオフに適宜切り替えら
れ、更に: 前記の周波数源が第1周波数より高い第2周波数で動作するように、前記第1
負抵抗生成器をオフに前記第2負抵抗生成器をオンにする場合に、前記第1負抵
抗生成器の前記フィードバック・ループに起因し前記第2直列インダクタに直列 に結合する寄生容量が、前記第2直列インダクタにより打ち消され、前記第2直
列インダクタが前記第2周波数における約4分の1波長を有し、前記タンク回路
は、前記第2負抵抗生成器を、実質的に前記分岐バラクタおよび前記第1直列イ
ンダクタのみと共振させ;および 前記の周波数源が第2周波数より低い第1周波数で動作するように、前記第2
負抵抗生成器をオフに前記第1負抵抗生成器をオンにする場合に、前記第2負抵
抗生成器の前記フィードバック・ループに起因し前記第2直列インダクタと分岐 して結合される寄生容量が、前記タンク回路内で使用され、この第2直列インダ
クタは前記第1周波数における約8分の1波長を有し、前記第1負抵抗生成器を
、前記分岐バラクタ、第1直列インダクタ、分岐寄生容量および第2インダクタ
と共振させることを特徴とする請求6記載の調整可能なマルチ・バンド周波数源 。 - 【請求項8】 周波数選択回路が、前記タンク回路の出力と各負抵抗生成器の
入力との間にそれぞれ挿入されることを特徴とする請求項1記載の調整可能なマ
ルチ・バンド周波数源。 - 【請求項9】 低周波用の負抵抗生成器に結合された前記周波数選択回路が低
周波数における直列共振回路であり、高周波用の負抵抗生成器に結合された前記
周波数選択回路が高周波数における並列共振回路であることを特徴とする請求項
8記載の調整可能なマルチ・バンド周波数源。 - 【請求項10】 前記結合器が、前記第1および第2負抵抗生成器の両者の出
力をそれぞれが使用する前記第1および第2周波数においてインピーダンス整合
させる出力マッチング回路を備えることを特徴とする請求項1記載の調整可能な
マルチ・バンド周波数源。
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