JP2003110425A - 集積回路および受信装置 - Google Patents
集積回路および受信装置Info
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Abstract
小型化する。 【解決手段】 集積回路に内蔵するすべての電圧制御発
振器について発振周波数可変範囲のばらつきを同一方向
にし、各電圧制御発振器の発振周波数可変範囲として
は、ばらつくか否かにかかわらずカバーする範囲に、ば
らついた場合の分を加え、電圧制御発振器の発振周波数
可変範囲同士が連続するように各発振周波数可変範囲を
設定することによって、少ない個数の電圧制御発振器で
広い周波数範囲をカバーできるようにする。
Description
数範囲で発振する発振回路を内蔵する集積回路、およ
び、それを用いた、特に衛星放送受信機や、地上波テレ
ビ放送、ケーブルテレビ(CATV)放送用受信機とし
て用いうる受信装置に関するものである。
テレビ(CATV)放送などのテレビ放送では、広い周
波数範囲を使っている。例えば、衛星放送チューナ(屋
内受信機)の入力周波数は950MHzから2150M
Hz、ケーブルテレビ放送では52MHzから864M
Hzが使われている。地上波テレビ放送も、ケーブルテ
レビ放送と同じような周波数帯域を使っている。情報量
の多いテレビ信号を送るのに、広い周波数が必要である
ことに加え、多くの番組を視聴者が選べるように、多く
の番組を多くのチャンネルを使って放送しているためで
ある。
を受信する受信機では、アンテナ信号入力を扱う回路ブ
ロック(チューナ、フロントエンド)が、放送で使われ
ている周波数を、特定の周波数(中間周波数)に変換す
る(CATVでは、2回変換される場合もある)。中間
周波数に変換された受信信号は、増幅、フィルター、復
調などの信号処理が行われ、映像や音声信号が得られ
る。この中間周波数に変換する過程で局部発振信号が受
信機内部で必要になる。
ばれる回路ブロックがこの周波数変換を行う。ミキサで
は、入力信号Asin ωRFと局部発振信号Bsin ωLOとの
積を出力する。ミキサの出力Yは、次式になる。 Y=kABsin ωRFsin ωRO =kAB{0.5sin (ωRF+ωLO)+0.5sin (ωRF−ωLO)} ここで、kは比例定数である。
波数との差の周波数成分がミキサの出力から得ることが
でき、周波数変換できることが分かる。
してゼロ周波数を使う(ダイレクトコンバージョン方
式)。この場合の局部発振周波数は受信周波数と同じ周
波数950MHzから2150MHzが必要になる。ま
た、ゼロ周波数に変換しても、元の情報が保存されるよ
うに、90度位相差を持つ2つの局部発振信号で周波数
変換を行い、その2つの出力信号を使う(これをベース
バンド信号と呼ぶ)。
ャンネルで放送するため、良好なひずみ特性が要求され
る。そのため一般に周波数変換を2回行う方式(ダイレ
クトコンバージョン方式)が使われる。1回目の周波数
変換では、受信周波数より高い中間周波数に変換する。
中間周波数を1000MHzとすると、この場合に必要
になる局部発振周波数は、1052MHzから1864
MHzとなる。
回路は、広い発信周波数範囲を得ること以外に、温度や
電源電圧の変化に対して周波数が安定であることが要求
される。また、デジタル放送を受信する場合はさらに位
相雑音が良好であることも必要である。
クタ(L)とコンデンサ(C)からなる共振回路を含む
LC発振回路が使われる。周波数を変化させるために
は、端子間の電圧で容量が変化するダイオード(バリキ
ャップダイオード、Variable Capacity 、VC)が一般
に使われる。これにより、電圧で周波数が変化する発振
回路が得られる。これを通常、VCO(Voltage Contro
lled Oscillator )と呼ぶ。
は、共振回路のインダクタンスをL(H)、容量をC
(F)とすると、発振周波数fo (Hz)は次式で決ま
る。 fo =1/{2π√(LC)} また、容量C=Cmax (Cの最大値)、C=Cmin (C
の最小値)のときの発振周波数をそれぞれfomin、fom
axとすると、次式の関係が得られる。 fomax/fomin=√(Cmax /Cmin ) すなわち、周波数の可変範囲としては、最大周波数と最
小周波数との比が共振回路の容量の最大値と最小値との
比(容量変化比)の平方根に一致する。最大発振周波数
と最小発振周波数との比が大きいほど実現が困難にな
る。前述の例で考えると、デジタル衛星放送チューナで
は、2150/950=2.26、ケーブルテレビチュ
ーナでは1864/1052=1.77となる。
を得るために、容量変化比の大きなバリキャップダイオ
ードを使用している。また、容量変化比を得るためにバ
リキャップダイオードには最大30Vの電圧を印加す
る。それでも必要は可変範囲を得られない場合は、共振
回路のインダクタを切り替えたり、複数のVCOを用意
して切り替えたりしている。
年々微細化が進み、トランジスタの周波数特性は向上を
続けている。トランジスタの周波数特性の性能は、遮断
周波数fTで示される。このfTは、実際に使用する周
波数の10倍以上が必要とされる。近年のバイポーラ、
BiCMOS、RFCMOSプロセスで作られるトラン
ジスタのfTは20GHzを超えている。衛星等のテレ
ビ放送の受信フロントエンドをこれらのICプロセスで
作るのに十分な特性である。このため、大きな市場を形
成している衛星等のテレビ放送用受信フロントエンドの
IC化を目指した開発が行われている。特に、高周波部
分をすべて集積化したICは、従来の金属ケースに覆わ
れている、比較的大きなフロントエンドモジュールをI
Cで置き換えることが可能となり、放送受信機の小型
化、低価格化に貢献する。
い周波数範囲のVCOをいかに低価格で実現するかが課
題となる。なぜなら、 (a)IC上で実現可能なバリキャップ素子の容量変化
比が小さい (b)IC上で実現可能なインダクタのQが低い (c)IC上で実現可能なインダクタの面積が比較的大
きいため、価格に影響する (d)ICプロセスのばらつきにより、周波数がばらつ
く 等の問題があるからである。
であり、その目的は、ICにVCOを内蔵して全体を小
型化できるとともに、ICプロセスのばらつきにより周
波数がばらついても、少ない個数のVCOで広い周波数
範囲をカバーでき、その結果いっそう小型化できる集積
回路および受信装置を提供することにある。
め、本発明の集積回路は、集積回路にすべての電圧制御
発振器を同一プロセスで作り込むことで、すべての電圧
制御発振器について周波数可変範囲のばらつきを同一方
向にし、各電圧制御発振器の周波数可変範囲としては、
ばらつくか否かにかかわらずカバーする範囲およびばら
ついた場合にのみカバーすることになる範囲の両方を採
用し、各電圧制御発振器の周波数可変範囲同士が連続す
るように各周波数可変範囲を設定していることを特徴と
している。
内蔵している。それゆえ、ICとVCOとを含めた全体
を小型化できる。
べてのVCOを同一プロセスで作り込んでいる。その結
果、各VCO用素子形成時のプロセスばらつきをあらか
じめパラメータとして考慮したうえで、できあがる素子
(VCO)の特性をシミュレーションしながら設計する
ことで、すべてのVCOについて、特性を略一様になる
ように制御することができる。
変範囲のばらつきを同一方向にすることができる。
囲のばらつきを同一方向にすることができることを利用
して、各VCOの周波数可変範囲としては、ばらついて
も不変な範囲のみを採用するのではなく、ばらつくか否
かにかかわらずカバーする範囲およびばらついた場合に
のみカバーすることになる範囲の両方を採用する。
すれば、すべての範囲を採用すればよいということであ
る。
連続するように各周波数可変範囲を設定しておく。も
し、低い方の周波数可変範囲を担当するVCOの周波数
可変範囲が低いほうへばらつき、高い方の周波数可変範
囲を担当するVCOの周波数可変範囲が高いほうへばら
つけば、連続性を保つためには多くのVCOが必要とな
るが、本構成では上記のようにすべてのVCOについて
ばらつく方向(高くなる方向、または低くなる方向)が
同じなので、連続性を保つのにVCOの個数を多く必要
としない。
は、例えば、VCOをICに作り込む際に、シミュレー
ション等の手法も適宜用いて、可変容量素子やインダク
タの値を種々選択して、それにより得られる周波数可変
範囲が連続していることを確認していけばよい。
周波数がばらついても、少ない個数のVCOで広い周波
数範囲をカバーできる。その結果、集積回路をいっそう
小型化できる。
などの信号を受信して、受信した信号の周波数を、特定
の周波数(中間周波数)に変換する際に必要となる局部
発振信号を作り出すのに用いることができる。
振周波数を得たい場合に広く用いることができる。
加えて、選局を行うPLLで設定しようとしている周波
数に対して最適な電圧制御発振器かどうかを、選局のた
びに確認し、その電圧制御発振器が不適切である場合
は、別の電圧制御発振器を選択することで、必要な電圧
制御発振器を決めることを特徴としている。
である。これにより、上記の構成による効果に加えて、
常に最適なVCOを決めることができる。
加えて、PLLで設定しようとしている周波数に対して
最適な電圧制御発振器かどうかを、PLLのロック検出
出力がロックを示しているかどうかで判断することを特
徴としている。
て、PLLのロック検出出力はロジック出力であるた
め、簡単に判断ができる。
加えて、ロック検出出力を使って電圧制御発振器の適否
を確認する場合に、PLLのプログラマブル分周器にセ
ットするデータを複数切り替えて、ある範囲でロックす
ることを特徴としている。
て、使用周波数が、VCOのカバー範囲ぎりぎりになっ
ていることを検出し、排除することができる。
加えて、PLLで設定しようとしている周波数に対して
最適な電圧制御発振器かどうかを確認するのに、電圧制
御発振器の周波数カバー範囲を一時的に狭くしたうえ
で、PLLがロックしているかどうかを確認することを
特徴としている。
て、1回のロック確認で、使用周波数に対してそのVC
Oが適切かどうかを確認することができる。
加えて、上記電圧制御発振器の可変容量素子の制御端子
を周波数制御端子から切り離し、固定電圧に接続するこ
とで、周波数カバー範囲を一時的に狭くすることを特徴
としている。
て、簡単に周波数可変範囲を狭くすることができる。
加えて、周波数可変範囲を狭くするのに、上限、下限の
うちの片側だけを狭くすることを特徴としている。
て、より簡単な回路で周波数可変範囲を狭くすることが
できる。
加えて、ある電圧制御発振器でロックしないことが分か
った場合に、ロックしない電圧制御発振器の周波数制御
端子の電圧と基準電圧との大小関係に応じて、実際に使
う電圧制御発振器を決めることを特徴としている。
て、ロックの判定を1回行うことで、適切なVCOを決
めることができるため、使うVCOの判定が短時間でで
きる。
加えて、ロック検出出力を使って電圧制御発振器の適否
を確認する場合に、PLLの比較周波数を通常使用状態
より上げることを特徴としている。
て、ロックに要する時間を短縮することができる。
加えて、PLLで設定しようとしている周波数に対して
最適な電圧制御発振器かどうかを調べるために、電圧制
御発振器の制御電圧がある範囲に入っているかどうかで
判断することを特徴としている。
て、最適なVCOかどうかが容易にわかる。
加えて、上記電圧制御発振器を内蔵した高周波ICと、
上記高周波ICとは別に、電圧制御発振器を選択する制
御回路を内蔵した制御ロジックICとを備えたことを特
徴としている。
て、一般的に面積あたりの価格が高い高周波ICの面積
を小さくすることができ、高周波ICの価格を安くする
ことができる。また、高周波ICと制御ロジックICと
の合計価格も安くすることができる。
加えて、各電圧制御発振器がどの周波数可変範囲をカバ
ーしているかをあらかじめ記憶するメモリーを備えたこ
とを特徴としている。
て、選局に要する時間を短くすることができる。
加え、電圧制御発振器の周波数可変範囲を確認するの
に、PLLのロック検出出力を使うことを特徴としてい
る。
て、容易に制御回路を構成することができる。
加えて、電圧制御発振器の周波数可変範囲から、演算に
より周波数と電圧制御発振器の割り当てを決めることを
特徴としている。
て、ロジック回路だけで制御回路が構成できる。
加えて、周波数と電圧制御発振器の割り当てを決めるた
めに、電圧制御発振器の周波数可変範囲を一時的に狭く
することを特徴としている。
て、VCOの割り当てが精度良くできる。
加えて、PLLのロック信号を使って電圧制御発振器の
周波数可変範囲を確認するときに、PLLの比較周波数
を上げることを特徴としている。
て、短時間でVCOの周波数可変範囲を確認することが
できる。
加えて、使用する周波数に対してどの電圧制御発振器を
割り当てるかという情報を上記メモリーに記憶する作業
として、本集積回路を使って生産する受信機の、工場で
の生産時に上記メモリーとしての不揮発性メモリーに書
き込むことを特徴としている。
て、受信機の通常動作時にはVCOの周波数確認動作が
不要になる。
加えて、各電圧制御発振器がどの周波数可変範囲をカバ
ーしているかの情報を上記メモリーに記憶する作業とし
て、本集積回路を使った受信機の電源オン時に上記メモ
リーに書き込むことを特徴としている。
て、受信機の通常動作時にはVCOの周波数確認動作が
不要になる。
を備えており、受信した信号の周波数を、特定の中間周
波数に変換する際に必要となる局部発振信号を作り出す
のに、上記集積回路に備えられている電圧制御発振器を
用いることを特徴としている。
る。
び上記VCOを、衛星放送受信用ダイレクトコンバージ
ョン受信集積回路に内蔵することができる。
形態にかかる構成との比較例として、6個のVCO(電
圧制御発振器)を1つの集積回路に内蔵したとして、周
波数可変範囲がばらついてもはずれない範囲のみを使用
した場合について述べる。周波数関係を図14に示す。
また、図5にVCOの特性例を示し、図15にブロック
図を示す。
LLシンセサイザ101は、高周波IC102とコント
ロールロジックIC103とから成っている。このPL
Lシンセサイザ101は、PLL104およびループフ
ィルタ108を備えている。また、図14に示すVCO
群を備えるとともに、それらの中から一つを選択するV
CO選択信号、各VCOの出力を選択するVCO出力選
択制御信号、PLL104に適切な周波数制御データを
与えるインターフェース回路105を備えている。ま
た、VCO出力選択制御信号に応じてVCO出力を選択
するVCO出力選択器106を備えている。これらの回
路は、その他受信機に必要な回路と一緒に高周波IC1
02に内蔵されている。
ルロジックIC103から、インターフェース回路10
5を通じて制御される。コントロールロジックIC10
3は、各VCOがどの周波数可変範囲を担当しているか
の情報(VCO周波数情報111)を持っており、高周
波IC102のPLL104をある周波数で動作させる
場合、この情報から使うVCOを周波数選択コントロー
ラ110にて決め、インターフェース回路105を通
じ、VCO選択信号等を変化させ、必要なVCOを動作
させる。その後、PLL104のプログラマブル分周器
(図示せず)に周波数制御データをセットすることで、
周波数のセットが完了する。
路図である。インダクタLa、Lb、可変容量素子VC
a、VCbからなる共振回路と、トランジスタQa、Q
bからなる能動回路(負性抵抗回路)からなる。VCO
は各種の寄生素子を含めた共振回路の共振周波数で発振
する。可変容量素子は、代表的には、ダイオード(可変
容量ダイオード)もしくはMOSFETのゲート容量
(MOSバラクタ方式)が使われる。周波数制御端子に
加える電圧(周波数制御電圧、単に制御電圧とも称す
る)を変化させると、可変容量素子に加わる電圧が変化
する。図3では能動回路はバイポーラトランジスタで構
成されているが、MOSFETでも同様に発振回路を構
成することは可能である。図3のVCOの周波数制御端
子に加える電圧対、発振周波数の関係の一例は、図5の
ようになる。この例では、電圧が高い場合に周波数が高
くなっている。
ICプロセスのばらつきや、温度、電源電圧の変動によ
り変動する。図14において、VCO1についてこの様
子を示している。このため、ばらつきを考慮すると、V
CO1の有効な周波数範囲は、実際の可変範囲から周波
数のばらつきや変動を差し引く必要があることになる。
VCOの周波数制御感度(制御電圧の変化に対する周波
数の変化の割合)が小さくなり、組み合わせて使うPL
Lシンセサイザのループゲインを低下させる。これによ
りループ帯域幅の低下を起こしたりロック時間が長くな
ったりするため、使用には適さない。そのためさらに有
効な周波数可変範囲が狭くなる(図5参照)。
囲となる。バンド1を担当するVCO1は、周波数がば
らついたとしても、バンド1の周波数をカバーしなけれ
ばならない。図14では、それを有効な周波数可変範囲
として示している。
CO自身が持っている周波数の可変範囲に比べて、実質
的な周波数可変範囲がかなり小さくなる。その結果、多
くのVCOが必要になる。極端な場合は、ばらつきが大
きく可変範囲が狭いVCOでは、ここでいう有効周波数
可変範囲がゼロになる可能性さえある。
ても、高周波ICのプロセスばらつきに耐えるように多
くのVCOを使うと、チップ面積が大きくなり、不経済
である。すなわち、ICの価格が高くなる。また、VC
Oの数を減らすと、ばらつきにより高周波ICの歩留ま
りが低下し、その結果ICの価格が高くなる。
実質的に使える周波数が狭くなる。次に、各VCOの有
する可変範囲を有効に活用し、ばらつきに強く、チップ
面積を小さくでき、低価格のICを実現する方法につい
て述べる。
連続した周波数をカバーすればよいという点である。そ
して、複数のVCOを一つの集積回路に内蔵することに
より、周波数がそれぞれ独立してばらつく分は少なく、
各VCOが同じ方向にばらつくように設計することがで
きる。
ける複数のVCOの発振周波数のばらつきには、同じ方
向にばらつく要因と、逆方向にばらつく要因とがある。
ここでは、設計時に、後者の要因を回避する設計配慮を
行うことで、前者の要因が支配的になるようにしてい
る。
回路)(図3参照)の共振周波数で決まる。タンク回路
は、インダクタL(図3ではLa、Lb)と可変容量素
子C(図3ではVCa、VCb)とで構成され、それら
の素子定数により、共振周波数が決定される。
ような導体を蒸着し、必要なところを化学処理により取
り除くことで、任意のパターンを描ける配線層に幾何学
的なパターンを描写(円形や角型のスパイラル状の線)
することで実現することができる。
量や、MOSトランジスタのゲートとソース−ドレイン
間容量を用いて、印加する周波数制御電圧を可変するこ
とで実現することができる。
以下に示す。なお、図7(a)ないし図7(k)は、そ
れぞれ、図6(a)ないし図6(k)を図中、上から見
たものである。
板41を形成し、図6(b)に示すように、上記p型シ
リコン基板41上にn型層42を形成し、図6(c)に
示すように、上記n型層42上にp型層43を埋め込
み、図6(d)に示すように、全面に絶縁膜44を形成
し、図6(e)に示すように、上記絶縁膜44をパター
ニングしてゲート絶縁膜45を形成する。図6(f)に
示すように、全面に導電膜46を形成し、図6(g)に
示すように、上記導電膜46をパターニングしてゲート
電極47を形成する。図6(h)に示すように、全面に
層間絶縁膜48を形成し、図6(i)に示すように、上
記層間絶縁膜48にビア49を形成し、図6(j)に示
すように、ビア49の部分も含めて全面に金属層50を
形成し、図6(k)に示すように、上記金属層50をパ
ターニングして配線層51を形成する。これによりMO
S型可変容量素子が出来る。
す。なお、図9(a)ないし図9(m)は、それぞれ図
8(a)ないし図8(m)を図中、上から見たものであ
る。
板61を形成し、図8(b)に示すように、上記p型シ
リコン基板61上にn型層62を形成し、図8(c)に
示すように、全面に絶縁膜63を形成し、図8(d)に
示すように、全面に第1金属層64を形成し、図8
(e)に示すように、上記第1金属層64をパターニン
グして第1配線層65を形成する。図8(f)に示すよ
うに、全面に絶縁膜66を形成し、図8(g)に示すよ
うに、上記絶縁膜66にビア67を形成し、図8(h)
に示すように、ビア67の部分も含めて全面に第2金属
層68を形成し、図8(i)に示すように、上記第2金
属層68をパターニングして第2配線層69を形成す
る。図8(j)に示すように、全面に絶縁膜70を形成
し、図8(k)に示すように、上記絶縁膜70にビア7
1を形成し、図8(l)に示すように、ビア71の部分
も含めて全面に第3金属層72を形成し、図8(m)に
示すように、上記第3金属層72をパターニングしてイ
ンダクタ部73を形成する。これによりインダクタが出
来る。
な要因は、パターンの線幅やターン数(何回巻いたか)
であり、可変容量素子の容量値は、PN接合の面積や、
ゲート幅等の物理的寸法のほか、素子の不純物の濃度等
が主な要因となる。
つきにより変動するが、ウエハー上の1つの集積回路内
でのばらつきの要因としては、ウエハー上の集積回路の
素子定数が一様にばらつく絶対ばらつきと、1つの集積
回路内であっても、異なる場所の素子定数がばらつく相
対ばらつきとが存在する。
路の容量値およびインダクタンス値が増加すると、発振
周波数は低い方向に変動し、それぞれの値が減少する
と、発振周波数は高い方向に変動する。
積回路全体に一様に影響するため、本発明のように、同
じ発振回路形式であって、素子定数により発振周波数が
異なるような場合は、その素子定数が同じ方向に変動す
るため、発振周波数特性も同じ方向に変化する。
あっても、素子ごとに素子定数の変動する方向が異なる
ため、発振回路の発振周波数も逆方向に変動する。しか
し、絶対ばらつきの変動幅に対して、相対ばらつきの変
動幅は、約1割程度と、小さい変動幅となる。そこで、
本発明のように、複数のVCO回路を用いて、連続する
広帯域VCOを実現しようとした場合、あらかじめ、こ
の相対ばらつきにより、隣り合うVCOの発振周波数が
お互いに逆方向に変動したとしても、一定の発振周波数
帯域の重なりを持つように、シミュレーション等を行っ
て発振周波数の上限および下限を設計しておくことで、
製造工程のばらつきが生じたとしても、発振周波数の連
続性を維持することが可能となる。
おいて、ばらつきによる発振周波数の変動により連続性
が失われないように、インダクタンス値および容量値を
調整することで、発振周波数の連続性を実現している。
このシミュレーションは例えば、各素子のばらつきをパ
ラメータとして入力することで、コンピュータ等を用い
て行うことができる。
でのばらつきによる素子変動を測定したうえで、インダ
クタンス値および容量値の補正を行い、発振周波数の連
続性を保証するようにすることが可能である。
Oが固定的な担当周波数を持つのではなく、図1に示す
ように、必要な周波数可変範囲に、ばらつきによりずれ
る分を加えた周波数可変範囲を、連続してカバーするよ
うに、複数のVCOの周波数可変範囲を設計し、集積回
路内に配置する。すなわち、集積回路にすべてのVCO
を同一プロセスで作り込むことで、すべてのVCOにつ
いて周波数可変範囲のばらつきを同一方向にし、各VC
Oの周波数可変範囲としては、ばらつくか否かにかかわ
らずカバーする範囲およびばらついた場合にのみカバー
することになる範囲の両方を採用し、各VCOの周波数
可変範囲同士が連続するように各周波数可変範囲を設定
している。そして、ある周波数を選択する場合に、周波
数ばらつきに応じて、適切なVCOを選択できるように
する。
可変範囲を複数のVCOでカバーできるように周波数を
調整することにより、図14の場合では6個のVCOが
必要な場合でも、4個のVCOでカバーすることができ
る。fminからfmaxまでの間が必要な周波数可変
範囲である。ばらつきによる周波数のずれが無い場合
は、fminからf1まではVCO1を選択し、f1か
らf2まではVCO2を選択し、f2からf3まではV
CO3を選択し、f3からfmaxまではVCO4を選
択する。なお、f1、f2、f3は、VCOの周波数ば
らつきに応じて変える必要がある。
必要がある構成例に対して、各VCOの周波数可変範
囲、周波数ばらつきは同じとする。
Oで、必要な周波数をカバーすることができる。図2
に、この構成例のPLLシンセサイザのブロック図を示
す。
Lシンセサイザ1は、高周波IC2とコントロールロジ
ックIC3とから成っている。このPLLシンセサイザ
1は、PLL4およびループフィルタ8を備えている。
また、図1に示すVCO群を備えるとともに、PLL4
からロック検出出力が入力され、それらのVCO群の中
から一つを選択するVCO選択信号および各VCOの出
力を選択するVCO出力選択制御信号を出力するVCO
選択コントローラ7や、PLL4に周波数制御データを
与えるとともにVCO選択コントローラ7にVCO選択
データを出力するインターフェース回路5を備えてい
る。また、VCO出力選択制御信号に応じてVCO出力
を選択するVCO出力選択器6を備えている。これらの
回路は、その他受信機に必要な回路と一緒に高周波IC
2に内蔵されている。
ジックIC3から、インターフェース回路5を通じて制
御される。コントロールロジックIC3は、各VCOが
どの周波数可変範囲を担当しているかの情報(VCO周
波数情報)を持っており、高周波IC2のPLL4をあ
る周波数で動作させる場合、この情報から使うVCOを
周波数選択コントローラ10にて決め、インターフェー
ス回路5を通じ、VCO選択信号等を変化させ、必要な
VCOを動作させる。その後、PLL4のプログラマブ
ル分周器(図示せず)に周波数制御データをセットする
ことで、周波数のセットが完了する。
路、Phase Lock Loop )4は、発振器32、1/M分周
器(リファレンスカウンタ)33、位相検出器(Phase
Detector、PD)34、チャージポンプ(CP)35、
ループフィルタ36、電圧制御発振器(VCO)37、
1/N分周器(プログラマブルカウンタ)38、ロック
検出器39を備えている。
備えられており、発振器32に接続することで高安定な
基準発振周波数を得ることができる。なお、発振器32
に水晶発振子31を接続する代わりに、同じ安定度の基
準周波数信号を入力してもよい。例えば、別のコントロ
ールロジックIC3において、同様の水晶発振子による
基準周波数信号を必要とする場合は、水晶発振子31を
コントロールロジックIC3の発振器に接続し、その発
振器から得られる基準周波数信号を外部へ取り出して、
高周波IC2の発振器32に入力することも可能であ
る。
fpとの位相差が一定値以下になったことを検出すると
ロック検出信号を出力するものである。1/N分周器3
8は、任意の分周比を得られるプログラム可能な分周器
であり、電圧制御発振器37の発振周波数を基準発振周
波数と同じ周波数まで下げる処理を行うものである。1
/M分周器33は、PLLの制御レジスタのリファレン
スカウンタであり、その設定値を変更することで、PL
Lの比較周波数(リファレンス周波数、基準周波数)を
変化させることができるものである。
定な基準発振周波数を比較周波数として用いて、電圧制
御発振器37の発振周波数とこの比較周波数とを比較
し、その位相を一致させることで、電圧制御発振器37
の発振周波数を水晶発振子31と同等の精度にしてい
る。
数は一定であるため、電圧制御発振器37の発振周波数
を基準発振周波数に合わせる必要がある。そこで、PL
Lには、上述のように任意の分周比を得られるプログラ
ム可能な分周器である1/N分周器38を有しており、
この1/N分周器38により、電圧制御発振器37の発
振周波数を基準発振周波数と同じ周波数まで下げる処理
を行う。例えば、比較周波数が1MHzで、受信周波数
が950MHzである場合、1/N分周器38の分周比
は1/950となる。この分周比は整数の値しかとるこ
とができないため、この場合の周波数可変ステップは1
MHzとなり、1MHz間隔での受信が可能となる。
には、比較周波数も下げる必要がある。すなわち、周波
数fpは、1/N分周器38により変化させることがで
きるが、それは1/M分周器の設定次第で決まる比較周
波数ごとに変化することになる。ここで、1/M分周器
33での分周比Mを変更すれば、PLLの比較周波数を
変化させることができる。例えば、水晶発振子31が発
振する周波数が4MHzである場合に、1/Mを1/
4、1/8、1/16、…と変えれば、比較周波数を1
MHz、500kHz、250kHz、…と変化させる
ことができる。この値を小さくすれば、周波数fpの変
化幅(可変ステップ)を細かくすること、すなわち、周
波数分解能を高くすることができる。すなわち、周波数
分解能とは、PLLを用いた電圧制御発振器37におい
て、希望する発振周波数(実際には受信チャネルに相当
する)に設定するときの周波数可変ステップ(受信チャ
ネルの間隔)を表している。
周器38の分周比も大きくなることと、位相を比較する
場合の時間も増加するため、PLLの応答時間が遅くな
る。したがって、周波数の補正にかかる時間を少なくす
るためには、比較周波数はできるだけ高くしたほうが、
処理時間が短縮できる。
可変範囲、周波数ばらつき等の特性が同じVCOを用い
たとしても、発振周波数可変範囲の調整(タンク回路の
インダクタンス値および容量値の設定)により、適正な
発振周波数の重なりを持たせることと、6個のVCOを
4個に減らすことができる。
にカバーするVCOが決められているため、特定のVC
Oは、必ず、決められたバンド内の発振周波数可変範囲
で発振する必要がある。これに対し、図1の構成では、
設計によって、隣り合うVCOにおいて発振周波数が必
ず重なるようになっている。このため、あらかじめ設定
されたバンドの下限あるいは上限において、1つのVC
Oのカバー範囲から外れたとしても、その上下のVCO
(周波数可変範囲の隣り合った2つのうちのいずれかの
VCO)のカバー範囲に入っていることで、バンド内の
発振周波数の連続性を維持することができる。
いる周波数に対して最適なVCOかどうかをどのように
確認するかについて述べる。このPLLシンセサイザが
ある周波数faを出力するものとする。その場合、可能
性のあるVCOの中から適切なVCOを選ぶことにな
る。この様子を図10に示す。
れに最も適切と思われるVCOnが決まり(nは番号、
n=1、2、3、…)、ICプロセスばらつきにより周
波数がばらつき、VCO(n−1)、VCO(n+1)
のいずれかが最適になっているかもしれない。ただし、
設計段階において、必ず隣のVCOとの発振周波数の重
なりを持つように、タンク回路の定数を決定することで
回避することができるようにしている。したがって、3
つのVCOから最適なVCOを選ぶ必要がある。図10
の場合は、VCO2が適切である可能性が高く、ばらつ
いた場合はVCO1、VCO3の可能性もある。
収まっているか(含まれているか)どうかということ
と、可変範囲の端に対して適切な余裕があるかどうかで
判断する。この余裕が不十分な場合、VCOの制御感度
(MHz/V)が低すぎて、PLLのロックアップ時間
に影響を与えてしまう。極端な場合、選局した後に、温
度等の変動により、VCOの発振周波数可変範囲が変化
し、ロックが外れてしまう恐れがある。このような適切
な余裕があるかどうかを、PLLシンセサイザが周波数
をセットするたびに確認する。
方法として、PLLのロック出力を用いることができ
る。PLLシンセサイザは、位相同期ループがロックし
たかどうかが確認できるデジタル出力を有している。周
波数faに相当する周波数制御データをPLLにセット
し、ロック出力がロックを示せば、選局周波数faをそ
のVCOの周波数可変範囲に含んでいることがわかる。
認することができる。すなわち、図11に示すように、
余裕にあたる周波数Δだけずらせた周波数fa+Δ、f
a−Δでロックするかどうかを確認する。fa+Δ、f
a−Δの両方でロックすれば、余裕も含めてそのVCO
が適切であることが判定できる。
振周波数の隣り合う2つのVCOのチューニング特性
(周波数特性)を示す。PLLを使用してVCOを適正
に動作させるためには、VCOのチューニング感度(周
波数制御感度)が大きく変化しない範囲でVCOを使用
する必要がある。同図では、この範囲をVCO1につい
てはf1Lからf1H、VCO2についてはf2Lから
f2Hとする。
限の周波数であるf1Hより少しだけ高い周波数を選局
する場合について考えると、f1H+Δの周波数ではV
CO1に対してPLLがロックしないようにΔを設定す
ればよい。例えば、Δを同図に示すような値に設定する
と、f1Hより少しだけ高い周波数を選局する場合には
VCO1に対してPLLはロックせず、f1Hより少し
だけ低い周波数を選局する場合にはVCO1に対してP
LLはロックする。
いえば、同図のようにf1Hがf2Lよりも高い、すな
わちチューニング特性の使用可能範囲に重なりを持たせ
てある場合には、f1Hでもしロックしなくても、隣の
VCO(この場合VCO2)で確実にロックするので問
題はなく、また、f1HでVCO1に対してPLLがロ
ックした場合でも動作上全く問題はない。
は、同図に示すように、チューニング特性の端と実際に
使用可能な限界の周波数との際に設定すればよい。
す。なお、VCO(n−1)、VCOn、VCO(n+
1)の順に周波数可変範囲が高くなっているものとす
る。
げる(S1)。そして、VCOnを選択し、PLLに、
周波数fa+Δに対応するデータをセットし(S2)、
一定時間待つ(S3)。ロックしたかどうかを調べ(S
4)、ロックしなかった場合は、VCO(n+1)を選
択し(S5)、位相比較周波数を戻し、周波数faでロ
ックさせる(S6)。S4でロックした場合は、一旦V
COnを選択し、PLLに、周波数fa−Δに対応する
データをセットし(S7)、一定時間待つ(S8)。ロ
ックしたかどうかを調べ(S9)、ロックした場合は、
そのままVCOnを選択することとし、S6へ進む。S
9でロックしなかった場合は、VCO(n−1)を選択
し(S11)、S6へ進む。
が適切かを判断するために、ロック動作を2回行ってい
る。すなわち、VCOを決めた後に、実際に使うVCO
でもう一度ロックする必要がある。
前述の比較周波数が高いほうが短い。このため、VCO
選択のための上記2回のロック動作時だけ比較周波数を
上げることにより、選曲に要する時間を短縮することが
できる。比較周波数を上げることで前述の周波数分解能
は粗くなるが、VCO選択のためには充分である。
は高周波IC内のVCO選択コントローラ7(ロジック
回路)が制御する。高周波ICでロジック回路を形成す
るのは、ロジック専用ICで構成する場合に比べて一般
的に面積当たりの価格が高いということと、さらにIC
プロセスによっては1ゲート当たりの面積が大きい場合
があり、いずれにしても価格が高くなる。その場合、図
16に示すように、VCO選択コントローラ7はコント
ロールロジックIC側に内蔵することも可能である。
力を使って、選択したVCOが適切かどうかを判定する
場合において、周波数の余裕を確認するのに、上記の例
とは異なる方法を用いるやり方について述べる。
を持つようにそれぞれ共通する周波数帯を持たせること
で、集積回路に内蔵する広帯域VCOを実現する。この
場合において、素子定数のばらつきによる絶対周波数の
ずれを補正する手段を考案する。その補正方法として、
可変容量素子であるMOSバラクタの可変範囲を、補正
時においては可変領域の上限または下限、あるいは上限
および下限を制限した状態とし、その状態で希望の選択
周波数におけるPLLのロック状態を検出することによ
り、絶対周波数のずれによる個々のVCOの選択の補正
を行うものである。
数が、希望する周波数faに対し余裕を持ってカバーし
ているかどうかを確認するとする。この例では、VCO
2の発振周波数可変範囲を一時的に狭くして(VCO
2’)、その状態でPLLがロックするかどうかを確認
する。ロックすることが確認できたら、狭くした分だけ
周波数可変範囲の余裕が確保できていることになる。こ
の場合、ロックを確認するのは、周波数faで1回行う
だけでよい。
るには、例えば次のようにすればよい。すなわち、前述
のように、図3は、集積回路に内蔵する場合のVCOの
回路図であるが、ここで、VCOの周波数可変範囲を狭
くする切り替え機能を持たせるために、図18に示すよ
うに、可変容量素子VCa、VCbをそれぞれ3つに分
割する。図18のVCa1、VCa2、VCa3の合計
の容量はVCaに等しい。VCbについても同様であ
り、VCb1、VCb2、VCb3の合計の容量はVC
bに等しい。可変容量素子は小さい可変容量素子の並列
接続として実現されるため、このように分割することは
容易である。
は、例えばFET(field effect transistor )で構成
できる。これらが図中、上側にセットされている場合
は、図3の回路と等価になり、周波数可変範囲は図3の
場合と同じになる。一方、これらのスイッチが図中、下
側にセットされている場合は、VCa2、VCb2、V
Ca3、VCb3が周波数制御から切り離される。
源端子の電圧に固定される。なお、周波数の上限に相当
する電圧であれば、必ずしも電源電圧でなくてもよい。
これにより、周波数の低い側への周波数の可変幅が制限
される。また、VCa3、VCb3に加えられる電圧は
グランド電位に固定される。なお、周波数の下限に相当
する電圧であれば、必ずしもグランド電位でなくてもよ
い。これにより、周波数の高い側への周波数の可変幅が
制限される。
圧対周波数の例を図19に示す。
を示す。図23に処理フローを示す。ブロック図での図
2や図16との違いは、上記のようなVCOを採用して
いること、VCOに対して可変範囲切り替え信号を与え
ていること、および、VCOの周波数制御電圧を入力す
るコンパレータとそれへの入力信号を生成する基準電圧
発生回路を備えていることである。図20と図21との
違いは、図2や図16同様、VCO選択コントローラ7
を高周波IC2側に内蔵するのか、コントロールロジッ
クIC3側に内蔵するのかの違いだけである。
セットする(S21)。VCOnを選択し、PLLに、
周波数faに対応するデータをセットし(S22)、一
定時間待つ(S23)。ロックしたかどうかを調べ(S
24)、ロックした場合は、VCOnを選択し(S2
5)、VCOの周波数可変範囲を広い側に戻す(S2
6)。S24でロックしなかった場合は、制御電圧と基
準電圧とを比較し(S27)、制御電圧が基準電圧より
大きい場合は、VCO(n+1)を選択し(S28)、
S26に進む。S27で制御電圧が基準電圧以下である
場合は、VCO(n−1)を選択し(S29)、S26
へ進む。
ックを判定するのは1回でよい。
最大電圧になっているのか、最小電圧になっているかを
判別するだけである。したがって、簡単なものでよい。
すなわち、図23のステップS27では、ロックしてい
ない場合のみ(S24より)であるから、制御電圧が、
ある所定の基準電圧より大きければ、それは必ず、その
VCO(VCOn)では制御電圧が最大電圧になってい
るということである。したがって、このような場合に
は、高い側の隣であるVCO(n+1)を使えばよいこ
とになる。同様に、制御電圧が、その基準電圧より小さ
ければ、それは必ず、そのVCO(VCOn)では制御
電圧が最小電圧になっているということである。したが
って、このような場合には、低い側の隣であるVCO
(n−1)を使えばよいことになる。
Oの周波数可変範囲を周波数の上下で狭くするのではな
く、片側だけ狭くなる切り替え機能を有したVCOを使
う例について述べる。図24に、そのVCOの回路図を
示す。図18のVCOと比べて、制御用に分割した可変
容量素子の数とスイッチとが減っている。図25に、こ
のVCOの制御電圧対、発振周波数の特性例を示す。ま
た、図26、図27にブロック図を示す。図20、図2
1と比べて、コンパレータおよび基準電圧発生回路が無
い点が異なる。図26と図27との違いは、図2や図1
6同様、VCO選択コントローラ7を高周波IC2側に
内蔵するのか、コントロールロジックIC3側に内蔵す
るのかの違いだけである。図28に処理フローを示す。
必要があり、図18の構成の場合と比べて、適切なVC
Oを選択するのに時間がかかる。
セットする(S31)。VCO(n+1)を選択し、P
LLに、周波数faに対応するデータをセットし(S3
2)、一定時間待つ(S33)。ロックしたかどうかを
調べ(S34)、ロックした場合は、VCO(n+1)
を選択し(S35)、VCOの周波数可変範囲を広い側
に戻す(S36)。S34でロックしなかった場合は、
VCOnを選択し、PLLに、周波数faに対応するデ
ータをセットし(S37)、一定時間待つ(S38)。
ロックしたかどうかを調べ(S39)、ロックした場合
は、VCOnを選択し(S40)、S36に進む。S3
8でロックしなかった場合は、VCO(n−1)を選択
し(S41)、S36に進む。
場合の補正アルゴリズムについて、より詳細に述べる。
なお、上限のみの場合も同様に行うことができ、また、
上限および下限を同時に制限することで検出ループ回数
を削減できるが、補正に必要な処理時間と、可変容量素
子への制御電圧切り替えのためのスイッチ回路を含むト
ータルの面積とのバランスから、ここでは下限のみを採
用した場合を説明する。
破線は制限した場合である。
Oで、設定した周波数においてロックしたことを表し、
「×」は、選択したVCOで、設定した周波数において
ロックしなかったことを表す。同図に示すように、周波
数(BAND)がf1のときは、VCO(n+1)でロ
ックし、VCOnおよびVCO(n−1)ではロックし
ない。そのため、VCO(n+1)が選択される。
CO(n+1)でもVCOnでもロックし、VCO(n
−1)ではロックしない。この場合にはVCO(n+
1)が選択される。すなわち、、上述のように下限を制
限しているにもかかわらずVCO(n+1)でロックす
るということは、制限を解除した場合にも必ずf2のと
きやf2’のときにVCO(n+1)でロックするとい
える。一方、VCOnでもロックしているものの、f2
のときやf2’はVCOnの周波数可変範囲の端ぎりぎ
りに近い値である。したがって、このような状況ではV
CO(n+1)を選択するようにするのである。
ある周波数をカバーしているかどうかを、PLLのロッ
ク出力を用いて確認しているが、それ以外の方法につい
て述べる。図31、図32にブロック図を示す。2つの
違いは上記各例と同様である。図33に処理フローを示
す。
電圧をコンパレータに入力し、その制御電圧がある範囲
に入っているかどうかを判定する。コンパレータは、制
御電圧が下限の基準電圧(基準2)より小さいかの比
較、制御電圧が上限の基準電圧(基準1)より大きいか
の比較、比較結果がどちらにも当てはまらない、すなわ
ち上限と下限との間であるか、を判別する機能を有して
いる。
電圧としては、精度の良い電圧が必要である。基準電圧
発生回路としては、図22に示すように、電源VCCか
らレギュレータ40を介し、抵抗分割することで、上記
コンパレータに入力するための基準電圧V1、V2(必
要に応じ、さらにV1’、V2’も)出力可能である。
図5の場合であれば、例えば、制御電圧が、0.5V以
上2.0V以下になっていれば、その制御電圧がある範
囲に入っていると判断する。すなわち、この場合、V1
(基準2)=0.5V、V2(基準1)=2.0Vであ
る。
準電圧より低い場合は、VCO(n−1)を用い、周波
数制御電圧が基準1すなわち上限の基準電圧より高い場
合は、VCO(n+1)を用い、そして、基準2と基準
1との間にある場合は、VCOnを用いるという結果に
なる。
COnを選択し、PLLに、周波数faに対応するデー
タをセットし(S51)、一定時間待つ(S52)。制
御電圧と基準電圧(基準1、基準2)とを比較し(S5
3)、制御電圧が基準2より小さい場合は、VCO(n
−1)を選択する(S54)。制御電圧が基準2より大
きく基準1より小さい場合は、VCOnを選択する(S
55)。制御電圧が基準1より大きい場合は、VCO
(n+1)を選択する(S56)。なお、制御電圧が基
準2と等しい場合は、VCO(n−1)とVCOnとの
どちらを選択してもよい。同様に、制御電圧が基準1と
等しい場合は、VCOnとVCO(n+1)とのどちら
を選択してもよい。
は、周波数制御電圧で変化する。図25の広いほうの特
性で考えると、周波数制御電圧が1Vのときに約320
0MHzで発振し、2Vのときは約3800MHzで発
振する。このとき、周波数制御電圧が0.5V以下、あ
るいは2.0V以上の領域では、電圧が変化しても、発
振周波数はほとんど変化しない。つまり、この領域で
は、電圧に対する発振周波数の変化が小さい、すなわち
周波数に対する電圧感度が小さいため、PLLのロック
に時間がかかる、あるいはロックしない領域となる。つ
まり、コンパレータは、この不安定な領域であるかどう
かを判定するために用いるものであり、周波数制御電圧
と、周波数制御電圧として使用できない上限および下限
となる2つの基準電圧とを比較し、下限の基準電圧以下
なのか、上限の基準電圧以上なのかを検出して、それぞ
れを判定できる信号を出力している。
に適切なVCOを選択するのではなく、あらかじめ、周
波数とVCOとの関係をメモリーに記憶しておく。
置の例を示す。図36にブロック図を示し、図37およ
び図38に処理フローを示す。
らつきを抽出するには、まず、kにnを代入する(S6
1)。ここで、nは、VCOの個数(例えば4個)であ
り、kは1以上n以下の整数である。VCOkの下限周
波数fkminを探し(S62)、見つかったfkmi
nにΔを加えた値をメモリーに記憶する(S63)。k
にn−1を代入することで次のVC0へ対象を移し(S
64)、kが0かどうかを調べ(S65)、kが0であ
ればすべてのVCOについて抽出が完了したということ
であるので終了する。S65でkが0でなければ、まだ
調べるVCOが残っているということなので、S62へ
戻る。
の抽出処理は、図38に示すように行う。すなわち、ま
ずそのVCOが確実に発振できる周波数fk0をPLL
にセットする(S71)。ロックしたかどうかを調べ
(S72)、ロックした場合は、周波数を1ステップ下
げて(S73)、再度、S72にて、ロックしたかどう
かを調べる。S72にてロックしなかった場合は、周波
数を1ステップ上げて(S74)、その周波数を下限周
波数とみなし、終了する。
ールロジックICに内蔵するほうが容易である。
ある。同様に、f1からf2まではVCO2が、f2か
らf3まではVCO3が、f3からfmaxまではVC
O4が最適である。このf1、f2、f3をあらかじめ
求める。VCO4から順に、VCO2までについて、各
VCOの周波数の下限を求める。それぞれのVCOの下
限に一定値Δを加えた値をf1、f2、f3とする。こ
のΔの決め方について、詳しくははすでに述べた通りで
ある。すなわち、各VCOの下限周波数を求めた後、あ
らかじめ設定位置とのずれを求める。このずれの方向お
よび量から上限の周波数を予測し、隣り合うVCOの発
振周波数の重なりの予測値を求め、その重なり幅の中心
周波数を、それぞれの発振周波数領域の境界すなわちf
1、f2、f3とする。
揮発性メモリーに格納しておくか、受信機の電源オン時
にメモリーに格納しておく。
と選局周波数との比較を行うことで、使用するVCOを
一意に決めることができる。チャンネル数の少ない場合
は、チャンネルとVCOとの関係の表の形式で記憶して
おいてもよい。
くのPLLロック動作を行うので、この場合には、前述
したように位相の比較周波数を高くとり、ロック時間を
早めることは特に有効である。
周波数とVCOとの関係をメモリーに記憶しておく点は
前述の例と同じであるが、その関係を抽出するのに、Δ
を設定する代わりに、VCO自身の周波数可変範囲を一
時的に狭くする手法を利用する。なお、具体的にはすで
に図24等を用いて述べた通りであるので説明を省略す
る。図41にブロック図を示し、図42および図43に
処理フローを示す。
的に狭くしてからフローに入る。図42に示すように、
VCOの周波数のばらつきを抽出するには、まず、kに
nを代入する(S81)。ここで、nは、VCOの個数
(例えば4個)であり、kは1以上n以下の整数であ
る。VCOkの下限周波数fkminを探し(S8
2)、見つかったfkminをメモリーに記憶する(S
83)。kにn−1を代入することで次のVC0へ対象
を移し(S84)、kが0かどうかを調べ(S85)、
kが0であればすべてのVCOについて抽出が完了した
ということであるので終了する。S85でkが0でなけ
れば、まだ調べるVCOが残っているということなの
で、S82へ戻る。図42のフローを抜けたら、VCO
自身の周波数可変範囲を基に戻す(広くする)。
の抽出処理は、図43に示すように行う。すなわち、ま
ずそのVCOが確実に発振できる周波数fk0をPLL
にセットする(S91)。ロックしたかどうかを調べ
(S92)、ロックした場合は、周波数を1ステップ下
げて(S93)、再度、S92にて、ロックしたかどう
かを調べる。S92にてロックしなかった場合は、周波
数を1ステップ上げて(S94)、その周波数を下限周
波数とみなし、終了する。
の例を示す。図39は、周波数のずれがない場合であ
り、図40は、周波数が、低いほうにずれた場合であ
る。各図において、周波数可変範囲が通常の場合(上
段)と、周波数可変範囲が狭い場合すなわち一時的に狭
いほうに切り替えた場合(下段)とを並べて表してい
る。周波数可変範囲を一時的に狭くした場合の周波数可
変範囲の下限にあたる周波数を、境界の周波数f1、f
2、f3とする。これにより、より確実な、境界の周波
数を得ることができる。
ジタル衛星放送受信機の高周波信号処理部に適応させた
例である。図46にブロック図を示す。図44および図
45は、VCOの選択方法を示している。
ン可変高周波アンプ81を経て2経路に分かれ、ミキサ
82、ゲイン可変ベースバンドアンプ83、ローパスフ
ィルタ84、ベースバンドアンプ85を経てベースバン
ド出力(1)・(2)が出力されるようになっている。
ロジック88、VCO切替制御回路89、VCO出力切
替器90、分周方式90度移相器91が設けられてい
る。
一つの高周波IC2に内蔵されている。水晶発振子87
は、高周波IC2の外部に備えられており、PLL86
の発振子接続端子に接続することで高安定な基準発振周
波数を得ることができる。なお、PLL86の発振子接
続端子に水晶発振子87を接続する代わりに、同じ安定
度の基準周波数信号を入力してもよい。例えば、別のコ
ントロールロジックIC3において、同様の水晶発振子
による基準周波数信号を必要とする場合は、水晶発振子
87をコントロールロジックIC3の発振器に接続し、
その発振器から得られる基準周波数信号を外部へ取り出
して、PLL86の発振子接続端子(Xin)に入力す
ることも可能である。
直接加えられているのに対し、本構成では、VCOの出
力を分周した出力をPLL86に入力している。デジタ
ル衛星放送受信機では、90度位相差を持つ2つの局部
発振信号が必要であり、それを、分周回路を利用して発
生させているのである。そのため、VCOは、実際に必
要な局部発振信号の2倍の周波数で発振し、PLL86
には、この分周した出力の信号を与えるようにしてい
る。
囲は一般的に950MHzから2150MHzであり、
局部発振信号も同じ周波数が必要になる。このため、局
部発振周波数の最高周波数と最低周波数との比は2倍以
上が必要になる。2倍を超える部分は、分周方式90度
移相器の分周比を1/2と1/4とに切り替えることで
対処し、VCOでカバーするのは2倍としている。
MHzをカバーする局部発振周波数を確保する手段とし
て、図44のように、例えば7つのVCOを用意し、V
CO1〜VCO4は局部発振周波数の2倍の周波数で発
振させ、VCO5〜VCO7は4倍の周波数で発振させ
る。
囲(図44中、最上段(「950MHz〜975MH
z」))および上限の周波数可変範囲(図44中、最下
段(「2130MHz〜2150MHz」))について
は、ここでは、衛星放送受信機の入力周波数可変範囲
(950MHzから2150MHzまで)に合わせて、
この図のように、それぞれ、950MHzから、およ
び、2150MHzまで、のように規定している。ただ
し、VCOの能力としては、VCOのプロセスのばらつ
きを考慮して、VCOのカバー範囲の下限の周波数可変
範囲(図44中、最上段)および上限の周波数可変範囲
(図44中、最下段)について、それぞれ、より低い下
限周波数(例えば900MHz)、および、より高い上
限周波数(例えば2300MHz)までカバーするよう
に配慮している。
ら通信信号入出力端子を通じて行い、希望する局部発振
周波数を出力するためには、PLL86の内部のカウン
タ(図示せず)へのデータ設定と、VCOバンドおよび
分周比の設定とが必要となる。
に10個のバンド(周波数可変範囲)があり、PLL8
6から出力されるバンド選択信号BA2、BA1、BA
0のそれぞれを0または1とすることにより、VCO切
替制御回路89からVCO出力切替器90に対し、0ま
たは1が送られる。ここでは負論理(「0」)でそのV
COが選択されるものとしている。例えば、1段目のバ
ンドでは、BA2、BA1、BA0としてそれぞれ1、
0、1が送られ、それに基づき、VCO5へは0が、V
CO5以外のVCOへは1が、それぞれ送られ、よって
VCO5が選択される。以下、10個すべてのバンドに
おいて選択すべきVCOが確定する。
な、隣のVCOを選択するというようなことを行わない
場合であり、図45の1段目(UP=0、DOWN=
0)の場合である。制御ロジック88からUPおよびD
OWNの組として、(0、0)、(1、0)、(0、
1)のいずれかが出力され、それに応じて、図45の各
段に示すように、適宜隣のVCOが選択されるようにな
っている。
部発振周波数設定ごとに行い、周波数可変幅切替信号に
より、VCOの発振周波数の下限または上限を狭め、そ
のときに正しくロックするかどうかをロック検出信号に
より確認する。そして、VCOバンド設定値に対して、
VCOの選択を+1(UP)あるいは−1(DOWN)
させることで、適正なVCOを選択する。
VCOを集積化し、連続した広い周波数範囲をカバーす
るPLLシンセサイザにおいて、必要とする周波数範囲
にばらつきによりずれる分を加えた周波数範囲を連続し
て発振できるように各VCOの周波数を配置し、周波数
と使うVCOとの関係をVCOの周波数のばらつきに合
わせて変えるように構成することができる。
のPLLがある周波数を選局するたびに、適切なVCO
を決めるように構成することができる。
LLシンセサイザのロック検出出力を確認することによ
り、適切なVCOかどうかを確認するように構成するこ
とができる。
LLシンセサイザのプログラマブル分周器にセットする
データを変化させ、PLLがロックすることを確認する
ことで、適切なVCOかどうかを確認するように構成す
ることができる。
波数可変幅を切り替えることができるVCOを使い、周
波数可変幅を狭くした状態で、PLLがロックすること
を確認ことで、適切なVCOかどうかを確認するように
構成することができる。
変容量素子の一部を周波数制御電圧との接続を切り離す
切り替え回路を有することで、周波数の可変範囲を周波
数の高い側と、低い側との両方について狭くするように
構成することができる。
波数可変幅を狭くするのに、周波数の高いほうと、周波
数の低いほうのどちらか一方だけが狭くなるように構成
することができる。
ックしない場合に、チューニング電圧(周波数制御電
圧)を使い、正しいVCOを選択するように構成するこ
とができる。
ック検出する場合だけ、PLLシンセサイザの比較周波
数(基準周波数)を上げるように構成することができ
る。
COのチューニング電圧(周波数制御電圧)がある範囲
に入っているかを確認することにより、VCOが必要な
周波数範囲をカバーしているかどうかを確認するように
構成することができる。
Oを選択する制御回路を、VCOを構成する集積回路と
は別の集積回路に内蔵するように構成することができ
る。
用する周波数に対して、どのVCOを割り当てるかとい
う情報をメモリーに記憶しているように構成することが
できる。
COの周波数可変範囲を確認するのに、PLLのロック
検出出力信号を使うように構成することができる。
COの周波数可変範囲から、演算により周波数とVCO
との割り当てを決めるように構成することができる。
Oの周波数可変範囲を一時的に狭くして、周波数とVC
Oとの割り当てを決めるように構成することができる。
LLのロック信号を使ってVCOの周波数可変範囲を確
認するときにPLLの比較周波数を上げるように構成す
ることができる。
用する周波数に対して、どのVCOを割り当てるかとい
う情報をメモリーに記憶する作業を、本集積回路を使っ
て生産する受信機の、工場での生産時に不揮発性メモリ
ーに書き込むように構成することができる。
用する周波数に対して、どのVCOを割り当てるかとい
う情報をメモリーに記憶する作業を、本集積回路を使っ
た受信機の電源オン時にメモリーに書き込むように構成
することができる。
搭載した衛星放送受信用ダイレクトコンバージョン受信
集積回路とすることができる。
積回路にすべての電圧制御発振器を同一プロセスで作り
込むことで、すべての電圧制御発振器について周波数可
変範囲のばらつきを同一方向にし、各電圧制御発振器の
周波数可変範囲としては、ばらつくか否かにかかわらず
カバーする範囲およびばらついた場合にのみカバーする
ことになる範囲の両方を採用し、各電圧制御発振器の周
波数可変範囲同士が連続するように各周波数可変範囲を
設定している構成である。
り周波数がばらついても、少ない個数のVCOで広い周
波数範囲をカバーできる。その結果、集積回路をいっそ
う小型化できるという効果を奏する。
加えて、選局を行うPLLで設定しようとしている周波
数に対して最適な電圧制御発振器かどうかを、選局のた
びに確認し、その電圧制御発振器が不適切である場合
は、別の電圧制御発振器を選択することで、必要な電圧
制御発振器を決める構成である。
て、常に最適なVCOを決めることができるという効果
を奏する。
加えて、PLLで設定しようとしている周波数に対して
最適な電圧制御発振器かどうかを、PLLのロック検出
出力がロックを示しているかどうかで判断する構成であ
る。
て、PLLのロック検出出力はロジック出力であるた
め、簡単に判断ができるという効果を奏する。
加えて、ロック検出出力を使って電圧制御発振器の適否
を確認する場合に、PLLのプログラマブル分周器にセ
ットするデータを複数切り替えて、ある範囲でロックす
ることを確認することを構成である。
て、使用周波数が、VCOのカバー範囲ぎりぎりになっ
ていることを検出し、排除することができるという効果
を奏する。
加えて、PLLで設定しようとしている周波数に対して
最適な電圧制御発振器かどうかを確認するのに、電圧制
御発振器の周波数カバー範囲を一時的に狭くしたうえ
で、PLLがロックしているかどうかを確認する構成で
ある。
て、1回のロック確認で、使用周波数に対してそのVC
Oが適切かどうかを確認することができるという効果を
奏する。
加えて、上記電圧制御発振器の可変容量素子の制御端子
を周波数制御端子から切り離し、固定電圧に接続するこ
とで、周波数カバー範囲を一時的に狭くする構成であ
る。
て、簡単に周波数可変範囲を狭くすることができるとい
う効果を奏する。
加えて、周波数可変範囲を狭くするのに、上限、下限の
うちの片側だけを狭くする構成である。
て、より簡単な回路で周波数可変範囲を狭くすることが
できるという効果を奏する。
加えて、ある電圧制御発振器でロックしないことが分か
った場合に、ロックしない電圧制御発振器の周波数制御
端子の電圧と基準電圧との大小関係に応じて、実際に使
う電圧制御発振器を決める構成である。
て、ロックの判定を1回行うことで、適切なVCOを決
めることができるため、使うVCOの判定が短時間でで
きるという効果を奏する。
加えて、ロック検出出力を使って電圧制御発振器の適否
を確認する場合に、PLLの比較周波数を通常使用状態
より上げる構成である。
て、ロックに要する時間を短縮することができるという
効果を奏する。
加えて、PLLで設定しようとしている周波数に対して
最適な電圧制御発振器かどうかを調べるために、電圧制
御発振器の制御電圧がある範囲に入っているかどうかで
判断する構成である。
て、最適なVCOかどうかが容易にわかるという効果を
奏する。
加えて、上記電圧制御発振器を内蔵した高周波ICと、
上記高周波ICとは別に、電圧制御発振器を選択する制
御回路を内蔵した制御ロジックICとを備えた構成であ
る。
て、一般的に面積あたりの価格が高い高周波ICの面積
を小さくすることができ、高周波ICの価格を安くする
ことができる。また、高周波ICと制御ロジックICと
の合計価格も安くすることができるという効果を奏す
る。
加えて、各電圧制御発振器がどの周波数可変範囲をカバ
ーしているかをあらかじめ記憶するメモリーを備えた構
成である。
て、選局に要する時間を短くすることができるという効
果を奏する。
加えて、電圧制御発振器の周波数可変範囲を確認するの
に、PLLのロック検出出力を使う構成である。
て、容易に制御回路を構成することができるという効果
を奏する。
加えて、電圧制御発振器の周波数可変範囲から、演算に
より周波数と電圧制御発振器の割り当てを決める構成で
ある。
て、ロジック回路だけで制御回路が構成できるという効
果を奏する。
加えて、周波数と電圧制御発振器の割り当てを決めるた
めに、電圧制御発振器の周波数可変範囲を一時的に狭く
する構成である。
て、VCOの割り当てが精度良くできるという効果を奏
する。
加えて、PLLのロック信号を使って電圧制御発振器の
周波数可変範囲を確認するときに、PLLの比較周波数
を上げる構成である。
て、短時間でVCOの周波数可変範囲を確認することが
できるという効果を奏する。
加え、使用する周波数に対してどの電圧制御発振器を割
り当てるかという情報を上記メモリーに記憶する作業と
して、本集積回路を使って生産する受信機の、工場での
生産時に上記メモリーとしての不揮発性メモリーに書き
込む構成である。
て、受信機の通常動作時にはVCOの周波数確認動作が
不要になるという効果を奏する。
加え、各電圧制御発振器がどの周波数可変範囲をカバー
しているかの情報を上記メモリーに記憶する作業とし
て、本集積回路を使った受信機の電源オン時に上記メモ
リーに書き込む構成である。
て、受信機の通常動作時にはVCOの周波数確認動作が
不要になるという効果を奏する。
を備えており、受信した信号の周波数を、特定の中間周
波数に変換する際に必要となる局部発振信号を作り出す
のに、上記集積回路に備えられている電圧制御発振器を
用いる構成である。
り周波数がばらついても、少ない個数のVCOで広い周
波数範囲をカバーできる。その結果、集積回路をいっそ
う小型化でき、安価な高周波ICが実現できるという効
果を奏する。
COの発振周波数可変範囲を示す説明図である。
ック図である。
る。
を示すグラフである。
S型可変容量素子の製造工程を示す説明図である。
S型可変容量素子の製造工程を示す説明図である。
ダクタの製造工程を示す説明図である。
ダクタの製造工程を示す説明図である。
範囲との関係を示す説明図である。
ある。
る。
す説明図である。
ロック図である。
ロック図である。
ある。
するVCOの構成例を示す回路図である。
するVCOの周波数制御電圧と発振周波数との関係を示
すグラフである。
ロック図である。
ロック図である。
る。
る。
するVCOの構成例を示す回路図である。
するVCOの周波数制御電圧と発振周波数との関係を示
すグラフである。
ロック図である。
ロック図である。
る。
ロック図である。
ロック図である。
る。
す説明図である。
す説明図である。
ロック図である。
ローチャートである。
チャートである。
す説明図である。
す説明図である。
ロック図である。
ローチャートである。
チャートである。
ある。
発振器
Claims (19)
- 【請求項1】集積回路にすべての電圧制御発振器を同一
プロセスで作り込むことで、すべての電圧制御発振器に
ついて周波数可変範囲のばらつきを同一方向にし、 各電圧制御発振器の周波数可変範囲としては、ばらつく
か否かにかかわらずカバーする範囲およびばらついた場
合にのみカバーすることになる範囲の両方を採用し、 各電圧制御発振器の周波数可変範囲同士が連続するよう
に各周波数可変範囲を設定していることを特徴とする集
積回路。 - 【請求項2】選局を行うPLLで設定しようとしている
周波数に対して最適な電圧制御発振器かどうかを、選局
のたびに確認し、その電圧制御発振器が不適切である場
合は、別の電圧制御発振器を選択することで、必要な電
圧制御発振器を決めることを特徴とする請求項1に記載
の集積回路。 - 【請求項3】PLLで設定しようとしている周波数に対
して最適な電圧制御発振器かどうかを、PLLのロック
検出出力がロックを示しているかどうかで判断すること
を特徴とする請求項2に記載の集積回路。 - 【請求項4】ロック検出出力を使って電圧制御発振器の
適否を確認する場合に、PLLのプログラマブル分周器
にセットするデータを複数切り替えて、ある範囲でロッ
クすることを確認することを特徴とする請求項3に記載
の集積回路。 - 【請求項5】PLLで設定しようとしている周波数に対
して最適な電圧制御発振器かどうかを確認するのに、電
圧制御発振器の周波数カバー範囲を一時的に狭くしたう
えで、PLLがロックしているかどうかを確認すること
を特徴とする請求項3に記載の集積回路。 - 【請求項6】上記電圧制御発振器の可変容量素子の制御
端子を周波数制御端子から切り離し、固定電圧に接続す
ることで、周波数カバー範囲を一時的に狭くすることを
特徴とする請求項5に記載の集積回路。 - 【請求項7】周波数可変範囲を狭くするのに、上限、下
限のうちの片側だけを狭くすることを特徴とする請求項
5に記載の集積回路。 - 【請求項8】ある電圧制御発振器でロックしないことが
分かった場合に、ロックしない電圧制御発振器の周波数
制御端子の電圧と基準電圧との大小関係に応じて、実際
に使う電圧制御発振器を決めることを特徴とする請求項
6に記載の集積回路。 - 【請求項9】ロック検出出力を使って電圧制御発振器の
適否を確認する場合に、PLLの比較周波数を通常使用
状態より上げることを特徴とする請求項3ないし8のい
ずれかに記載の集積回路。 - 【請求項10】PLLで設定しようとしている周波数に
対して最適な電圧制御発振器かどうかを調べるために、
電圧制御発振器の制御電圧がある範囲に入っているかど
うかで判断することを特徴とする請求項2に記載の集積
回路。 - 【請求項11】上記電圧制御発振器を内蔵した高周波I
Cと、 上記高周波ICとは別に、電圧制御発振器を選択する制
御回路を内蔵した制御ロジックICとを備えたことを特
徴とする請求項3ないし10のいずれかに記載の集積回
路。 - 【請求項12】各電圧制御発振器がどの周波数可変範囲
をカバーしているかをあらかじめ記憶するメモリーを備
えたことを特徴とする請求項1に記載の集積回路。 - 【請求項13】電圧制御発振器の周波数可変範囲を確認
するのに、PLLのロック検出出力を使うことを特徴と
する請求項12に記載の集積回路。 - 【請求項14】電圧制御発振器の周波数可変範囲から、
演算により周波数と電圧制御発振器の割り当てを決める
ことを特徴とする請求項13に記載の集積回路。 - 【請求項15】周波数と電圧制御発振器の割り当てを決
めるために、電圧制御発振器の周波数可変範囲を一時的
に狭くすることを特徴とする請求項13に記載の集積回
路。 - 【請求項16】PLLのロック信号を使って電圧制御発
振器の周波数可変範囲を確認するときに、PLLの比較
周波数を上げることを特徴とする請求項13ないし15
のいずれかに記載の集積回路。 - 【請求項17】使用する周波数に対してどの電圧制御発
振器を割り当てるかという情報を上記メモリーに記憶す
る作業として、本集積回路を使って生産する受信機の、
工場での生産時に上記メモリーとしての不揮発性メモリ
ーに書き込むことを特徴とする請求項12に記載の集積
回路。 - 【請求項18】各電圧制御発振器がどの周波数可変範囲
をカバーしているかの情報を上記メモリーに記憶する作
業として、本集積回路を使った受信機の電源オン時に上
記メモリーに書き込むことを特徴とする請求項12に記
載の集積回路。 - 【請求項19】請求項1ないし18のいずれかに記載の
集積回路を備えており、 受信した信号の周波数を、特定の中間周波数に変換する
際に必要となる局部発振信号を作り出すのに、上記集積
回路に備えられている電圧制御発振器を用いることを特
徴とする受信装置。
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