JP2003110358A - 発振器 - Google Patents

発振器

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JP2003110358A
JP2003110358A JP2001296857A JP2001296857A JP2003110358A JP 2003110358 A JP2003110358 A JP 2003110358A JP 2001296857 A JP2001296857 A JP 2001296857A JP 2001296857 A JP2001296857 A JP 2001296857A JP 2003110358 A JP2003110358 A JP 2003110358A
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Noriaki Saito
典昭 齊藤
Katsuto Shimizu
克人 清水
Hiroyuki Yabuki
博幸 矢吹
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波用の各種無線機器、通信機器、測定器
で利用される発振器を提供する。 【解決手段】 トランジスタ５、６はコレクタ端子にお
いてもエミッタ端子においても１８０度異なる位相で動
作する。このとき、前記エミッタ端子は基本波周波数に
おける仮想接地点となっており、基本波信号成分は現れ
ないが、基本波出力が歪むことで生成される２倍波出力
はトランジスタ５、６のコレクタ端子においてもエミッ
タ端子においても同相となる。そこでこのエミッタ端子
に出力端子８を設けて出力を取り出すことで、基本波出
力を抑圧しつつ、２倍波出力を効率的に取り出すことが
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は各種無線機器、通信
機器、測定器などに用いられる発振器に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、無線装置の小型、低価格化のため
に各種マイクロ波帯発振器の集積回路への内蔵が実現さ
れている。様々な回路形式が存在するが、特にトランジ
スタのエミッタ共通でベースコレクタ間を相互に接続す
ることで負性抵抗が得られる交差型発振器が、“帰還容
量が不要”、“ディジタル回路で用いられるリング発振
器と比較して位相雑音特性が良好”、等の理由により、
用いられている。
【０００３】以下、従来の発振器について説明する。
【０００４】図７は従来の発振器の構成を示すブロック
結線図である。図７において、１、２は集積回路に内蔵
可能なスパイラルインダクタ、３、４は共振容量、５、
６はエミッタ共通でベースコレクタ間を相互に接続され
たトランジスタ、７は回路の電流値を決定する電流源、
７０、７１はそれぞれ発振器出力を外部に取り出すため
の逆相、正相出力端子である。
【０００５】以上のように構成された発振器について、
以下その動作について説明する。
【０００６】まず、電流源７により回路の電流値が決定
され、前記電流値に応じてトランジスタ５、６が当該発
振周波数において負性抵抗を生成する。インダクタ１、
２及び共振容量３、４の共振により、回路の発振周波数
が定まり、インダクタ１、２及び共振容量３、４の損失
分を前記負性抵抗にてうち消すことで発振が持続する。
【０００７】トランジスタ５、６はエミッタを接続され
ているため、差動動作しており逆相出力端子７０、正相
出力端子７１からは両相出力が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、発振周波数が共振回路のインダクタ及び共振容
量で定まることから、特に３ＧＨｚ以上の周波数帯にお
いては、１ｎＨ以下のインダクタンス値を要求されるこ
とになる。集積回路内部でインダクタ値が小さくなりす
ぎると精度及びＱ値を保つのが困難となり、歩留まり及
び、位相雑音の劣化につながるという課題を有してい
た。
【０００９】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、所望周波数の半分の周波数で交差型発振器を構成
することを可能とし、歩留まり及び位相雑音特性の優れ
た発振器を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、共振周波数を決定するスパイラルインダク
タ及び共振容量と、負性抵抗を発生するエミッタ共通で
ベースコレクタ間が相互に接続されたトランジスタと、
回路の電流値を決定する電流源からなる交差型発振器に
おいて、トランジスタのエミッタ端子から２倍波出力を
取り出すことで歩留まり及び位相雑音特性の優れた発振
器を実現する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、共振周波数を決定するスパイラルインダクタ及び共
振容量と、負性抵抗を発生するエミッタ共通でベースコ
レクタ間が相互に接続されたトランジスタと、前記エミ
ッタに接続された電流源を有し、出力を前記エミッタか
ら取り出す発振器であり、基本波の仮想接地点を利用し
て基本波を抑圧し、効率的に２倍波を取り出すことで、
フィルタ等を用いずに交差型発振器を所望周波数の半分
の周波数で構成することができるという作用を有する。
【００１２】請求項２に記載の発明は、共振容量をバラ
クタで置き換え、制御電圧入力端子を有する請求項１記
載の発振器であり、請求項１記載の作用に加えて、制御
電圧入力端子の印可電圧に応じて、発振周波数を可変で
きるという作用を有する。
【００１３】請求項３に記載の発明は、ベースコレクタ
間を２つの結合容量を介して接続し、バイアス印加端子
からベースバイアスを供給する請求項１または２記載の
発振器であり、請求項１または２記載の作用に加えて、
トランジスタのコレクタ、エミッタ間電圧を確保して、
位相雑音特性を改善できるという作用を有する。
【００１４】請求項４に記載の発明は、共振周波数を決
定するスパイラルインダクタ及び共振容量と、負性抵抗
を発生するエミッタ共通でベースコレクタ間が相互に接
続されたトランジスタと、前記エミッタに接続された電
流源を有し、２つのコレクタ端子からエミッタフォロア
回路にて２倍波出力を取り出し、同相合成する発振器で
あり、請求項１〜３記載の作用に加え、エミッタフォロ
ア回路を利用して出力を同相合成することで、出力レベ
ルを大きくできるという作用を有する。
【００１５】請求項５に記載の発明は、逓倍出力を２分
周器に接続することで基本発振周波数帯において９０度
位相を得る請求項１ないし４のいずれか記載の発振器で
あり、新たに逓倍器を用いることなく、分周器を用いた
位相回路を利用して正確な９０度位相を得ることができ
るという作用を有する。
【００１６】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の発振器の９０度位相出力を直交変調器に使用する送信
回路であり、位相器を含んだ送信回路の集積回路への内
蔵を可能とするという作用を有する。
【００１７】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
６のいずれか記載の発振器を用いた無線機器であり、送
信回路の集積化により、無線機器の小型化を可能とする
という作用を有する。
【００１８】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。
【００１９】（実施の形態１）図１は発振器のブロック
結線図を示す。図１において１〜７の番号を付した構成
要素は図７で説明した従来の技術のものと同一であるた
め説明は省略する。
【００２０】８はトランジスタ５、６のエミッタに接続
された出力端子である。
【００２１】以上のように構成された発振器について、
以下その動作について説明する。
【００２２】従来の技術で説明したとおり、トランジス
タ５、６のエミッタが接続されているため、交差型発振
器は基本波周波数において差動動作を行う。そのため、
トランジスタ５、６はコレクタ端子においてもエミッタ
端子においても１８０度異なる位相で動作する。このと
き、前記エミッタ端子は基本波周波数における仮想接地
点となっており、基本波信号成分は現れないが、基本波
出力が歪むことで生成される２倍波出力はトランジスタ
５、６のコレクタ端子においてもエミッタ端子において
も同相となる。そこでこのエミッタ端子に出力端子８を
設けて出力を取り出すことで、基本波出力を抑圧しつ
つ、２倍波出力を効率的に取り出すことが可能となる。
【００２３】その他の部分の動作は従来例と同一である
ため説明は省略する。
【００２４】以上のように本実施例によれば、交差型発
振器において基本波仮想接地点であるトランジスタのエ
ミッタ端子から出力を取り出すことで基本波を抑圧し、
効率的に２倍波を取り出し、集積化の困難なフィルタ等
を用いずに交差型発振器を所望周波数の半分の周波数で
構成することができる。
【００２５】なお、図１において電流源７は抵抗で置き
換えても、トランジスタで置き換えてもよいことはいう
までもない。また、トランジスタはバイポーラ素子とし
たがＭＯＳＦＥＴにより置き換えてもよい。
【００２６】（実施の形態２）図２は発振器のブロック
結線図を示す。図２において１〜２、５〜７の番号を付
した構成要素は図７で説明した従来の技術のものと、８
の番号を付した構成要素は図１と同一であるため説明は
省略する。２０、２１は直流電圧の印可により容量値を
可変できるバラクタ、２２はバラクタ２０、２１に直流
電圧を印可する制御電圧入力端子である。
【００２７】以上のように構成された発振器について、
以下その動作について説明する。
【００２８】バラクタ２０、２１はアノード端子を互い
に接続され、カソード端子をそれぞれスパイラルインダ
クタ１、２と接続されている。制御電圧入力端子２２か
ら印可される直流電圧とスパイラルインダクタ１、２を
介して供給される電源電圧との電圧差により、バラクタ
２０、２１の容量値が定まる。バラクタ２０、２１はイ
ンダクタ１、２と共振回路を構成しており、この容量値
を可変することで周波数を可変できる。その他の部分の
動作は実施の形態１と同一であるため説明は省略する。
【００２９】以上のように本実施例によれば、共振容量
をバラクタで置き換え、制御電圧入力端子を設けること
で、制御電圧入力端子の印可電圧に応じて、発振周波数
を可変できる。
【００３０】（実施の形態３）図３は発振器のブロック
結線図を示す。図３において１〜２、５〜７の番号を付
した構成要素は図７で説明した従来の技術のものと、８
の番号を付した構成要素は図１と、２０、２１の番号を
付した構成要素は図２と同一であるため説明は省略す
る。３０、３１は直流電圧を阻止する結合容量、３２、
３３はベースバイアスを与えるバイアス印可端子であ
る。
【００３１】以上のように構成された発振器について、
以下その動作について説明する。
【００３２】結合容量３０、３１をトランジスタ５、６
のベースコレクタ間に挿入し、バイアス印可端子３２、
３３から独立にベースバイアスを印可することでトラン
ジスタ５、６のコレクタエミッタ間電圧を十分に確保す
ることができるようになる。コレクタエミッタ間電圧の
確保は位相雑音特性の改善につながるため、結果的に位
相雑音特性の優れた発振器を実現することができる。そ
の他の部分の動作は実施の形態２と同一であるため説明
は省略する。
【００３３】以上のように本実施例によれば、ベースコ
レクタ間を２つの結合容量を介して接続し、バイアス印
可端子からベースバイアスを供給することで、トランジ
スタのコレクタ、エミッタ間電圧を確保して、位相雑音
特性を改善できる。
【００３４】（実施の形態４）図４は発振器のブロック
結線図を示す。図４において１〜７の番号を付した構成
要素は図７で説明した従来の技術のものと同一であるた
め説明は省略する。４０、４１はエミッタフォロアを構
成するトランジスタ、４２は出力端子、４３はエミッタ
フォロアの電流値を決定する電流源である。
【００３５】以上のように構成された発振器について、
以下その動作について説明する。
【００３６】交差型発振器ではトランジスタ５、６のコ
レクタ端子でも基本波逆相、２倍波同相の関係が成り立
つ。この出力をトランジスタ４０、４１、電流源４３か
ら構成されるエミッタフォロアにより、出力を同相合成
することで基本波を抑圧し、２倍波を効率的に取り出す
ことができる。コレクタ出力のほうがエミッタ出力より
もレベルが高いため、実施の形態１〜３より高いレベル
で出力を取り出すことができるようになる。
【００３７】その他の部分の動作は実施の形態１と同一
であるため説明は省略する。
【００３８】以上のように本実施例によれば、共振周波
数を決定するスパイラルインダクタ及び共振容量と、負
性抵抗を発生するエミッタ共通でベースコレクタ間が相
互に接続されたトランジスタと、回路の電流値を決定す
る電流源からなる交差型発振器において、２つのコレク
タ端子からエミッタフォロア回路にて２倍波出力を取り
出し、同相合成することで出力レベルをより大きくでき
るという作用を有する。
【００３９】（実施の形態５）図５は発振器のブロック
結線図を示す。図５において１〜７の番号を付した構成
要素は図７で説明した従来の技術のものと、４０〜４３
の番号を付した構成要素は図４と同一であるため説明は
省略する。５０は２分周器、５１、５２は分周器の同相
信号を取り出す同相信号端子及び直交信号を取り出す直
交信号端子である。
【００４０】以上のように構成された発振器について、
以下その動作について説明する。
【００４１】分周器５０は入力信号の立ち上がりエッジ
及び立ち下がりエッジを利用して正確な９０度位相信号
を生成することができる。実施の形態１〜４の発振器を
利用して逓倍出力を生成し、分周することで基本波周波
数における同相信号及び直交信号を生成することが可能
となる。その他の部分の動作は実施の形態１〜４と同一
であるため説明は省略する。
【００４２】以上のように本実施例によれば、逓倍出力
を２分周器に接続することで基本発振周波数帯において
９０度位相を得ることができる。
【００４３】なお、９０度位相を得るために分周器を使
用したが、所望周波数の半分で基本周波数を構成し、逓
倍出力をポリフェイズフィルタ等のＣＲ移相器で移相し
てもよいことはいうまでもない。
【００４４】（実施の形態６）図６は送信回路のブロッ
ク結線図を示す。図６において１〜７の番号を付した構
成要素は図７で説明した従来の技術のものと、４０〜４
３の番号を付した構成要素は図４と、５０〜５２の番号
を付した構成要素は図５と同一であるため説明は省略す
る。６０は直交変調器、６１、６２はベースバンド信号
入力端子、６３は直交変調器の出力端子である。
【００４５】以上のように構成された送信回路につい
て、以下その動作について説明する。
【００４６】直交変調器６０はベースバンド信号６１、
６２から入力されたベースバンドＩ、Ｑ信号を正確に移
相された同相信号端子５１及び直交信号端子５２からの
直交信号により直交変調を行う。その他の部分の動作は
実施の形態５と同一であるため説明は省略する。
【００４７】以上のように本発明の実施の形態によれ
ば、請求項５に記載の９０度位相出力を直交変調器に適
用することで、位相器を含んだ送信回路の集積回路への
内蔵を可能とする。
【００４８】なお、説明を簡略化するため、送信系に限
定したが受信系における直交復調器、イメージリジェク
ションミキサ等にも適用可能であることはいうまでもな
い。
【００４９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、交差型発
振器のエミッタから基本発振周波数の２倍波出力を抜き
出すことで、歩留まり、位相雑音特性に優れた発振器を
実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１の実施の形態における発振器のブロ
ック結線図
【図２】本発明第２の実施の形態における発振器のブロ
ック結線図
【図３】本発明第３の実施の形態における発振器のブロ
ック結線図
【図４】本発明第４の実施の形態における発振器のブロ
ック結線図
【図５】本発明第５の実施の形態における発振器のブロ
ック結線図
【図６】本発明第６の実施の形態における発振器のブロ
ック結線図
【図７】従来の発振器のブロック結線図
【符号の説明】
１，２ スパイラルインダクタ ３，４ 共振容量 ５，６ トランジスタ ７ 電流源 ８ 出力端子 ２０，２１ バラクタ ２２ 制御電圧入力端子 ３０，３１ 結合容量 ３２，３３ バイアス印可端子 ４０，４１ トランジスタ ４２ 出力端子 ４３ 電流源 ５０ 分周器 ５１ 同相信号端子 ５２ 直交信号端子 ６０ 直交変調器 ６１，６２ ベースバンド信号入力端子 ６３ 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢吹 博幸 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5J081 AA02 BB01 BB04 CC06 CC46 DD03 DD11 EE02 EE03 FF06 FF09 FF17 GG05 GG07 GG08 LL05 MM01 5K004 AA01 AA08 BA02 JE04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共振周波数を決定するスパイラルインダ
    クタ及び共振容量と、負性抵抗を発生するエミッタ共通
    でベースコレクタ間が相互に接続されたトランジスタ
    と、前記エミッタに接続された電流源を有し、出力を前
    記エミッタから取り出す発振器。
  2. 【請求項２】 共振容量をバラクタで置き換え、制御電
    圧入力端子を有する請求項１記載の発振器。
  3. 【請求項３】 ベースコレクタ間を２つの結合容量を介
    して接続し、バイアス印加端子からベースバイアスを供
    給する請求項１または２記載の発振器。
  4. 【請求項４】 共振周波数を決定するスパイラルインダ
    クタ及び共振容量と、負性抵抗を発生するエミッタ共通
    でベースコレクタ間が相互に接続されたトランジスタ
    と、前記エミッタに接続された電流源を有し、２つのコ
    レクタ端子からエミッタフォロア回路にて２倍波出力を
    取り出し、同相合成する発振器。
  5. 【請求項５】 逓倍出力を２分周器に接続することで基
    本発振周波数帯において９０度位相を得る請求項１ない
    し４のいずれか記載の発振器。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の発振器の９０度位相出
    力を直交変調器に使用する送信回路。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか記載の発振
    器を用いた無線機器。
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