JP2003032038A - 周波数シフト型発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スイッチングダイオードに供給す
るシフト電圧が０の場合であっても、安定したスイッチ
ング状態が維持できる周波数シフト型発振回路を提供す
る。 【解決手段】スイッチングダイオードから成るシフト回
路Ｓを設けた共振回路部Ｘと、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Ｔｒ
１を含む負性抵抗回路部Ｙと、発振信号を増幅する増幅
用トランジスタＴｒ２を含む増幅回路部Ｚとから成る周
波数シフト型発振回路において、前記スイッチングダイ
オードＤｚのアノードには、前記シフト電圧ＶＳを供給
し、カソードには逆バイアス電圧ＶＯを供給した周波数
シフト型発振回路である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デュアル／トリプ
ルモード型携帯電話などの移動体通信機器に用いられ、
発振周波数の切り換え機能を有する周波数シフト型発振
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動帯通信機器は、端末の小型・軽量
化、薄型化、低電圧化の要求が高まっており、さらに、
安定通信動作が要求されている。

【０００３】また、通信システムの多様化、高機能化に
伴い、異なる２つの発振周波数帯域を出力する周波数シ
フト型発振器が希求されている。例えは、２つの通信シ
ステムを１つの発振回路で対応させる場合に、シフト電
圧の切替により、対応する２つの周波数を発振する。ま
た、受信信号の処理を行なうＩＣを、ダイレクトコンバ
ージョン方式のＩＣに用いる場合などがある。この場
合、求められる発振周波数は、1つの周波数帯域であて
も、あえて、電圧制御可能な周波数シフト型発振回路を
用いて、発振周波数帯域を広くする場合などがある。

【０００４】しかしこの周波数シフト型発振器の特徴は
周波数が高いということに加えて、周波数範囲が非常に
広く約400MHz必要としている。これはデュアルシステム
対応を例にした場合で、これがトリプルまたそれ以上と
なった場合は、周波数範囲は更に広がることになる。さ
らに、周波数シフト型発振器の発振周波数を制御する制
御電圧感度が高くなりつつある。

【０００５】この制御電圧感度が高くなると周波数をロ
ックさせる周波数シフト型発振器周辺のPLL回路の設計
が非常に困難となってくる。感度が非常に高いため周波
数をロックさせるのに非常に時間を有してしまい、その
結果、信端末上問題が生じるため、また、PLL‐ＩＣに
て対応する制御電圧感度の範囲に限界があるため、改善
ができない。

【０００６】このように周波数範囲をカバーしつつ、安
定したＰＬＬ回路を構成するためには、周波数制御感度
を低く設定するため、周波数シフト機能を有した周波数
シフト型発振器が必要である。

【０００７】まず、一般の発振回路、例えば、電圧制御
発振回路を図５で説明する。ストリップ線路ＳＬと可変
容量ダイオードＤＶとコンデンサＣ２、Ｃ３とから成る
共振回路を含み、前記可変容量ダイオードＤＶに外部制
御電圧ＶＴを供給して共振周波数を制御する共振回路部
Ｘと、共振回路部Ｘ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Ｔｒ１を含む負性抵抗回路
部Yと、発振信号を増幅する増幅用トランジスタＴｒ２
を含む増幅回路部Zとから構成されている。

【０００８】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のべ一スに共振
回路部Ｘを、結合コンデンサＣ４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
を溝たす周波数にて発振する。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
て出力瑞子ＯＵＴより発振出力される。

【０００９】上述の電圧制御発振回路では、可変容量ダ
イオードＤＶの可変範囲内での共振周波数、ひいては発
振周波数を所定の範囲で制御ができる。

【００１０】このような発振回路において、シフト型に
対応させるためには、共振回路のインダクタンス成分や
容量成分を段階的に変化させることにより達成できる。

【００１１】図６は、図５に示すストリップ線路ＳＬの
途中に、スイッチングダイオードＤｚを接続した例であ
る。即ち、ストリップ線路ＳＬは、２つのストリップ線
路５１、５２に分割され、その接続点に直流制限コンデ
ンサＣ５３を介してスイッチングダイオードＤｚが接続
されている。このスイッチングダイオードＤｚのアノー
ドは、直流制限コンデンサＣ５３を介して接続するとと
もに、バイアス抵抗Ｒ５４を介してシフト電圧信号が供
給されるシフト端子ＶＳが接続されている。

【００１２】図６では、シフト電圧信号により、スイッ
チングダイオードＤｚがON／OFF動作をする。これによ
り、ストリップ線路ＳＬの電気長が、ストリップ線路５
１（スイッチングダイオードＤｚがＯＮ状態）となる場
合と、ストリップ線路５１と５２との合算した状態（ス
イッチングダイオードＤｚがＯＦＦ状態）となる場合と
がある。即ち、ＬＣ共振回路のインダクタンス成分を切
り換えて、共振周波数の段階的な制御を行っている。

【００１３】また、図７では、図５に示すコンデンサＣ
３にスイッチングダイオードＤｚを接続し、バイアス抵
抗Ｒ６１を介して供給されるシフト制御電圧ＶＳに応じ
て、ＬＣ共振周回路の容量成分を段階的に変化させてい
た。

【００１４】また、図では省略しているが、可変容量ダ
イオードＤＶを誘導性で動作する高周波の発振におい
て、可変容量ダイオードＤＶとストリップ線路ＳＬを直
列的に接続して、ＬＣ共振回路を形成することもある
が、この場合にもＬＣ共振回路のインダクタンス成分ま
たは容量成分のいずれかをスイッチングダイオードのＯ
Ｎ／ＯＦＦの制御によって、段階的に変化をもたせてい
た。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】いずれにしても、共振
回路部に、スイッチングダイオードＤｚを中心したシフ
ト回路を設けていたが、このスイッチングダイオード
は、そのＯＮ／ＯＦＦ動作の違いによって、特性が相違
する。

【００１６】例えば、スイッチングダイオードＤｚは、
ＰＩＮダイオードを用い用いることが一般的であるが、
例えば、ＯＦＦ時において、端子間容量を有し、容量性
で動作する。また、ON時において、抵抗成分を有する。
さらに、高周波発振する発振回路において、ON時には誘
導性で振る舞う。

【００１７】特に、シフト電圧が0電位である場合に
は、スイッチングダイオードＤｚの両端が同電位とな
り、スイッチング状態が非常に不安定である。その結
果、不安定さが起因して、ノイズ特性が安価してしま
う。

【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、スイッチングダイオードに
供給するシフト電圧が０の場合であっても、安定したス
イッチング状態が維持でき、その結果、発振特性が安定
した周波数シフト型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】本発明は、ストリップ線
路と可変容量ダイオードとコンデンサとから成る共振回
路及び該共振回路のインダクタンス成分及び又は容量成
分をシフト電圧の供給によりＯＮ/ＯＦＦするスイッチ
ングダイオードから成る共振周波数シフト回路を設け
て、共振周波数を切り換え制御する共振回路部と、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、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
周波数シフト型発振回路において、前記スイッチングダ
イオードのアノードには、前記シフト電圧が供給される
制御端子を設け、カソードには該スイッチングダイオー
ド逆バイアス電圧を供給されるバイアス端子を設けたこ
とを特徴とする周波数シフト型発振回路である。

【００２０】また、前記バイアス端子は、前記発振用ト
ランジスタまたは増幅用トランジスタのいずれか一方の
ベース−エミッタ電圧を分圧した電圧が供給される。

【作用】第１の発明では、共振周波数を段階的に切り換
えるシフト回路を構成するスイッチングダイオードにお
いて、シフト電圧が０電位であっても、ＯＮ時のシフト
電圧に比較して低い逆バイアス電圧が供給されることに
なる。従って、常にスイッチングダイオードには、順バ
イアス電圧か逆バイアス電圧が印加されることになる。
これにより、スイッチングダイオードの両端の端子がそ
れぞれゼロ電位となるが一切ない。このため、スイッチ
ングダイオードのＯＦＦ時において、そのスイッチング
状態が安定することになる。従って、スイッチングダイ
オードの特性が変動することがなく、その結果、安定し
た発振特性が維持できる。

【００２１】また、第２の発明では、逆バイアス電圧
が、発振回路を構成する負性抵抗回路部や増幅回路部の
発振用トランジスタや増幅用トランジスタのベース電圧
から分圧して得る。このようにすれば、スイッチングダ
イオードの逆バイアス電圧を、電源電圧ＶＣＣから専有
の分圧回路を構成して供給する必要がなく、周波数シフ
ト型発振回路全体の回路構成が非常に簡素化する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の周波数シフト型発
振回路を図面に基づいて詳説する。

【００２３】図１は、本発明の周波数シフト型発振回路
を組み込んだ高周波部品である。即ち、高周波部品は、
周波数シフト型発振回路以外に、その回路、例えば通信
回路の受信回路と一体的に多層回路基板に形成される。
図１において、多層基板１０の表面には、所定表面配線
パターン１１以外に、周波数シフト型発振器や他の回路
を構成するスイッチングダイオード、バリキャップダイ
オード、抵抗などの回路構成部品１２が形成され、多層
基板内には内部配線パターン以外に、各種コンデンサを
構成する容量電極やインダクタ導体となるストリップ線
路、グランド電位導体膜が形成されている。また、多層
基板１０の表面に、所定配線パターン１１としてインダ
クタ導体となるストリップ線路などを形成しても構わな
い。

【００２４】このような多層基板１０の端面には、各種
回路の端子となる端子電極１３が形成されている。

【００２５】このような多層回路基板１０に形成された
周波数シフト型発振回路は、図２に示すような一部ブロ
ック回路図に示す構成となっている。

【００２６】図２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。

【００２７】そして、共振回路部Ｘは、上述の図６の回
路共振部をベースに構成されており、その違い部分のみ
を説明する。発振周波数を決定する所定共振周波数で共
振するＬＣ共振回路と、共振周波数を段階的に切り換
え、結果として発振周波数をシフトさせるシフト回路Ｓ
とから構成されている。共振回路部Ｘは、ストリップ線
路ＳＬと、誘導性で動作する可変容量ダイオードＤＶ
と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、インダクタ素
子Ｌ１とから成る。またこの共振回路部Ｘには、スイッ
チングダイオードＤｚ，コンデンサＣ１２、抵抗Ｒ１０
〜Ｒ１２とからなるシフト回路Ｓが付加されている。

【００２８】このような共振回路部において、誘導性で
振る舞う可変容量ダイオードＤＶのインダクタタンス成
分を連続的に変化させる電圧が供給される制御電圧端子
(尚、便宜上、制御電圧も符号VTを付す)が設けられてい
る。

【００２９】また、シフト回路部Ｓには、スイッチング
ダイオードＤｚのＯＮ／ＯＦＦ動作させるシフト電圧が
供給されるシフト端子VS(尚、便宜上、シフト電圧も符
号VSを付す)が設けられている。

【００３０】さらに、シフト回路Ｓには、スイッチング
ダイオードＤｚに対して逆バイアス電圧の供給源となる
電源電圧VCCが供給される。

【００３１】シフト回路Ｓにおいては、スイッチングダ
イオードＤｚのアノードには、上述のシフト端子VＳか
ら、抵抗Ｒ１２を介してシフト電圧ＶＴが供給される。
また、スイッチングダイオードＤｚのカソードはコンデ
ンサＣ１２を介して接地されているとともに、このカソ
ード端には、逆バイアス電圧が印加されるようになって
いる。具体的には、電源電圧ＶＣＣを分割抵抗Ｒ１０、
抵抗Ｒ１１とで所定電圧に設定した後、スイッチングダ
イオードＤｚのカソードに供給される。

【００３２】コンデンサＣ３は、ＬＣ共振回路の容量成
分を構成すると同時に、シフト電圧ＶＳがスイッチング
ダイオードＤｚのみに印加されるようにした直流制限コ
ンデンサである。また、コンデンサＣ１２は、逆バイア
ス電圧が接地に流れこまず、安定してスイッチングダイ
オードＤｚに印加されるようにした直流制限コンデンサ
である。

【００３３】負性抵抗回路部Ｙは、発振用トランジスタ
Ｔｒ１、各種コンデンサＣ５〜Ｃ７、各種抵抗Ｒ１〜Ｒ
３とから構成されている。

【００３４】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Ｃ８〜Ｃ１１、各種抵抗Ｒ４、
インダクタンス素子Ｌ２とから構成されている。

【００３５】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、べ一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のべ一スに共振
回路部Ｘを、結合コンデンサ１０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
を溝たす周波数にて発振する。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
て出力瑞子ＯＵＴより発振出力される。

【００３６】このような共振回路部Ｘにおいて、制御電
圧端子から制御電圧ＶＴが供給されると、誘導性で動作
する可変容量ダイオードＤＶのインピーダンスが変化す
る。これにより、インピーダンスの連続的な変化によ
り、共振周波数を所定周波数帯域範囲内で制御すること
ができる。

【００３７】また、シフト回路Ｓのシフト端子にシフト
電圧ＶＳを与えることにより、スイッチングダイオード
ＤｚがON状態となる。尚、シフト電圧ＶＳを供給してい
ない場合には、スイッチングダイオードＤｚはＯＦＦと
なる。このスイッチングダイオードＤｚのＯＮ／ＯＦＦ
の違いにより、共振回路部Ｘの共振回路の容量成分が変
化し、共振周波数が段階的に変動させたり、また、シフ
ト回路Ｓ部分でインピーダンスの変化の有無を発生させ
たりして、共振周波数を２つの共振周波数帯域に切り換
え制御することができる。

【００３８】ここで、シフト電圧ＶＳと、逆バイアス電
圧の電圧Ｖ０と、スイッチングダイオードのＯＮ／ＯＦ
Ｆ動作するしきい値電圧Ｖ１との関係は、シフト電圧Ｖ
Ｓ＞しきい値電圧Ｖ１＞逆バイアス電圧ＶＯ＞０とな
る。

【００３９】そして、逆バイアス電圧は、スイッチング
ダイオードＤｚの動作にかかわらず、発振回路を動作し
ている時に常時印加しておく。

【００４０】これにより、スイッチングダイオードＤｚ
がOFF状態であっても、スイッチングダイオードＤｚの
両端の電位がゼロ電位ではないため、スイッチングダイ
オードＤｚのＯＦＦ状態が安定的に維持できることにな
る。従って、周波数シフト型発振回路において、発振周
波数が非常に安定化することになる。が一切ない。

【００４１】図２の発振回路では、発振周波数が例えば
２ＧＨｚ以下の低い周波数帯域で用いられる周波数シフ
ト型発振回路である。従来の技術で示した、受信回路の
制御ICにダイレクコンバージョンタイプICが対応できと
る高周波周波数シフト型発振回路としては、例えば、図
３の発振回路が例示できる。例えば、幅広い周波数で変
化が可能なように発振出力は、中心周波数で例えは、
３．６ＧＨｚ、３．７ＧＨｚの2つ共振周波数をシフト
させ、さらに、夫々の周波数帯域の一部が互いにオーバ
ーラップさせる。例えば、1つの共振周波数の中心周波
数から例えば±２００ＭＨｚで可変できるようにすれ
ば、全体として、３．４ＧＨｚ〜３．９ＧＨｚまでの発
振周波数が可能となる。

【００４２】この発振回路では、可変容量ダイオードＤ
Ｖが誘導性として動作する。即ち、共振回路は、ストリ
ップ線路ＳＬ１、可変容量ダイオードＤＶのインダクタ
ンス成分、ストリップ線路ＳＬ２が合成されてインダク
タンス成分を構成する。そして、このインダクタンス成
分にコンデンサＣ３の容量成分が並列的に接続されて合
成されている。

【００４３】そして、シフト回路Ｓは、ストリップ線路
ＳＬ２と並列に接続したスイッチングダイオードＤｚを
中心に構成されている。

【００４４】そして、制御電圧ＶＴを供給することによ
り、共振回路のインダクタンス成分を構成する可変容量
ダイオードＤＶのインダクタ成分を変化させて、共振周
波数を連続的に変化させることができる。また、シフト
電圧ＶＳを与えることにより、スイッチングダイオード
Ｄｚのインダクタンンス成分が共振回路のインダクタン
ス成分に付加し、これにより、共振周波数を段階的制御
できる。

【００４５】図３においても、スイッチングダイオード
Ｄｚのアノードには、シフト電圧ＶＳが印加されるよう
になっており、また、スイッチングダイオードＤｚのカ
ソードには、逆バイアス電圧ＶＯが供給されるようにな
っている。尚、シフト電圧ＶＳと、逆バイアス電圧の電
圧Ｖ０と、スイッチングダイオードのＯＮ／ＯＦＦ動作
するしきい値電圧Ｖ１との関係は、上述のようにシフト
電圧ＶＳ＞しきい値電圧Ｖ１＞逆バイアス電圧ＶＯ＞０
とする。ここで、コンデンサＣ１３は、直流制限用コン
デンサであり、シフト電圧ＶＳがスイッチングダイオー
ドＤｚのみに供給されるようにするためのコンデンサで
ある。

【００４６】これにより、特にスイッチングダイオード
ＤｚがＯＦＦ状態でも、端子はゼロ電位となることがな
く、ＯＦＦ時の発振出力が安定化することができ、その
結果、全体として、３．４ＧＨｚ〜３．９ＧＨｚまでの
発振周波数が可能となる。

【００４７】ここで、図２、図３において、スイッチン
グダイオードＤｚに供給する逆バイアス電圧は、発振回
路の電源電圧端子ＶＣＣから電源電圧が、２つの分圧抵
抗Ｒ１０とＲ１１とで分圧され、所定電位の逆バイアス
電圧が作成される。この場合、電源電圧端子VCCからの
ラインが必要であり、しかも、2つの抵抗Ｒ10、抵抗Ｒ1
1が必要となる。

【００４８】これに対して、図４（図２の発振回路をベ
ースとした）は、このスイッチングダイオードＤｚの逆
バイアス電圧を、例えは負性抵抗回路部Yの発振用トラ
ンジスタＴｒ１のベース−エミッタ間の電圧を利用して
いる。即ち、スイッチングダイオードＤｚに与える逆バ
イアス電圧VOは、例えば発振用トランジスタＴｒ１のベ
ース−エミッタ間電圧によりも小さい値であるため、こ
のベース−エミッタ間電圧を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１３とで
分圧して、これにより、シフト回路Ｓのスイッチングダ
イオードＤｚに供給する逆バイアス電圧ＶＯとしてい
る。

【００４９】このような回路構成では、電源電圧端子Ｖ
ＣＣからの配線の引き回しが簡略化し、しかも、図２で
示す分圧抵抗Ｒ１０、Ｒ１１を省略し、代わりに、分圧
抵抗Ｒ１２を用いる、即ち、部品点数を少なくすること
ができる。

【００５０】もちろん、図３で示した高周波発振対応の
周波数シフト型発振回路にも適用できる。

【００５１】これにより、非常に簡略化したシフト型の
電圧制御発振回路が可能となる。

【００５２】尚、上述のシフト回路を有する共振回路部
Ｘの構成としては、図２や図３以外に、図６、図７に示
した共振回路部やその他の共振回路部を用いても構わな
い。また、逆バイアス電圧を、負性抵抗回路部Ｙの発振
用トランジスタＴｒ１のベース電圧以外に、例えば、増
幅回路部Ｚの増幅用トランジスタＴｒ２ｚのベース電圧
を利用しても構わない。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、周波数
帯域の切り換えを行うスイッチングダイオードのＯＦＦ
時に、スイッチングダイオードに逆バイアス電圧が供給
されている。これにより、スイッチングダイオードの端
子がゼロ電位どうしではなくなるため、ＯＦＦ状態を安
定して維持できる。その結果、発振周波数の変動を防止
できる。

【００５４】また、この逆バイアス電圧を、負性抵抗回
路部の発振用トランジスタ、増幅回路部の増幅用トラン
ジスタのベース電圧の一部を利用して供給することによ
り、配線パターンの引き回しが簡素化して、部品点数も
少なくでき、その結果、小型なシフト化型の電圧制御発
振回路が可能となる。

【００５５】即ち、常に安定した発振出力が得られるも
のとなる。また、高周波対応で、且つ広い範囲での発振
出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の周波数シフト型発振回路を含む多層回
路基板の外観斜視図である。

【図２】本発明の周波数シフト型発振回路の回路図であ
る。

【図３】本発明の他の周波数シフト型発振回路の回路図
である。

【図４】本発明の別の周波数シフト型発振回路の回路図
である。

【図５】典型的な電圧制御発振回路の回路図である。

【図６】従来の周波数シフト型発振回路の共振回路部の
回路図である。

【図７】従来の別の周波数シフト型発振回路の共振回路
部の回路図である。

【符号の説明】

Ｘ 共振回路部 Y 負性抵抗回路部 Ｚ 増幅回路部 ＤＶ 可変容量ダイオード Ｄｚ スイッチングダイオード Ｓ シフト回路 ＶＳ シフト電圧 ＶＯ 逆バイアス電圧

Claims (2)

【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
   コンデンサとから成る共振回路及び該共振回路のインダ
   クタンス成分及び又は容量成分をシフト電圧の供給によ
   りＯＮ/ＯＦＦするスイッチングダイオードから成る共
   振周波数シフト回路を設けて共振周波数を切り換え制御
   する共振回路部と、 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、 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
   部とから成る周波数シフト型発振回路において、 前記スイッチングダイオードのアノードには、前記シフ
   ト電圧が供給される制御端子を設け、カソードには該ス
   イッチングダイオード逆バイアス電圧を供給されるバイ
   アス端子を設けたことを特徴とする周波数シフト型発振
   回路。
2. 【請求項２】前記バイアス端子は、前記発振用トランジ
   スタまたは増幅用トランジスタのいずれか一方のベース
   −エミッタ電圧を分圧した電圧が供給されることを特徴
   とする請求項１記載の周波数シフト型発振回路。