JP2003324315A

JP2003324315A - 電圧制御発振器

Info

Publication number: JP2003324315A
Application number: JP2002129128A
Authority: JP
Inventors: Koji Takinami; 浩二滝波; Hisashi Adachi; 寿史足立
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧制御発振器の電流源で発生する偶数次高
調波に起因する雑音を低減するために、電流源と並列に
コンデンサを挿入した場合、周波数が高くなるとボンデ
ィングワイヤの寄生インダクタンス成分の影響によって
高周波接地の効力が弱くなり、偶数次高調波の抑圧効果
が得られなくなる。【解決手段】寄生インダクタンス１１１ｃとコンデン
サ１１２ｃで直列共振回路を電流源１１０に並列に接続
し、その直列共振回路の共振周波数を発振周波数の２倍
の周波数に設定する。さらに、発振周波数の２倍の周波
数の共振周波数を有する並列共振回路１１４，１１５を
電流源１１０と発振トランジスタ１０１ａ，１０１ｂの
間に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に構
成される電圧制御発振器において、特に高い周波数にお
いても低位相雑音特性を実現することが可能な電圧制御
発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電圧制御発振器は、無線通信機の局部発
振信号を発生させる手段として広く使用されている。

【０００３】従来の電圧制御発振器の構成例を図７に示
す。同図において、１ａ、１ｂは発振トランジスタ、２
ａ、２ｂはインダクタ、３ａ、３ｂは可変容量素子であ
る。また、４は電源端子、５は周波数制御端子であり、
６は電流源トランジスタである。なお、同図ではバイア
ス回路等は省略している。

【０００４】以下、図７を参照しながら従来の電圧制御
発振器の動作について説明する。

【０００５】インダクタ２ａ、２ｂと可変容量素子３
ａ、３ｂは並列共振回路を構成している。周波数制御端
子５に加えられた制御電圧によって可変容量素子３ａ、
３ｂのバイアス電圧を変化させ容量値を調整することに
よって、並列共振回路の共振周波数は変化する。電圧制
御発振器の発振周波数は共振回路の共振周波数近傍で発
振するので、発振周波数を所望の周波数に調整すること
ができる。発振トランジスタ１ａ、１ｂは負性抵抗を発
生して共振回路の寄生抵抗成分による損失をキャンセル
し、発振条件を満足させるためのものである。

【０００６】上述した回路が電圧制御発振器の最も基本
となる構成であるが、発振器においては位相雑音特性の
向上が重要であり、位相雑音特性を改善するための回路
が提案されている。

【０００７】図８は、雑音成分の中で特に電流源トラン
ジスタ６で発生する雑音成分を低減する方法であり、"
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＬｏｗＮｏｉｓｅＯ
ｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ"、Ａ．Ｈａｊｉｍｉｒｉ、
Ｔ．Ｌｅｅ、ＫＬＵＷＥＲＡＣＡＤＥＭＩＣＰＵＢ
ＬＩＳＨＥＲＳ、ｐ．１１７に記載されている。同図で
は図７で示した電圧制御発振器の電流源トランジスタ６
に並列にコンデンサ７ｃを接続している。

【０００８】本発振器の原理を図８、図９を参照しなが
ら説明する。図９（ａ）はコンデンサ７ｃが接続されて
いない場合に電流源トランジスタ６に流れる電流成分の
周波数スペクトルを示している。電流源トランジスタ６
は、差動動作を行う発振トランジスタ１ａ、１ｂのソー
ス端子に接続されているので、奇数次の周波数成分は打
消し合い、主に偶数次高調波成分が電流源トランジスタ
６に流れる。電流源トランジスタ６では、この偶数次高
調波成分によって図９（ｂ）に示すようなトランジスタ
で発生する雑音成分が低周波にダウンコンバートされ、
発振器の位相雑音劣化の要因となる（図９（ｃ）にこの
様子を図示）。図８に示す方式では、コンデンサ７ｃに
よって偶数次高調波をグランドへとバイパスすることに
よって、電流源トランジスタ６に流れる偶数次高調波成
分を除去することで、発振器の位相雑音特性を向上す
る。

【０００９】さらに、本従来例では、コンデンサ７ｃに
よって、発振トランジスタ１ａ、１ｂに流れる電流の立
ち上がり特性が急峻になることによる位相雑音特性の改
善も得られる。図１０（ａ）はコンデンサ７ｃを用いな
い場合、同図（ｂ）はコンデンサ７ｃを用いる場合にお
ける発振トランジスタの電流波形のシミュレーション結
果である。同図において、１１ａは発振トランジスタ１
ａのドレイン電流、１１ｂは発振トランジスタ１ｂのド
レイン電流を示している。一般に、電圧制御発振器は、
電流の立ち上がり／立ち下がり時に外乱の影響を受けや
すいが、同図の様にコンデンサ７ｃによって立ち上がり
特性を急峻にすれば外乱に起因する位相雑音の劣化を抑
え、位相雑音特性を改善することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の方式では、発振器を半導体基板上に集積化した
場合に、発振周波数が高くなると位相雑音特性の改善効
果が得られなくなるという課題を有していた。なぜな
ら、半導体集積回路では、パッケージ端子と半導体チッ
プの信号線を繋ぐボンディングワイヤに寄生インダクタ
ンス成分が存在し、特に高い周波数においては理想的な
高周波接地が得られなくためである。

【００１１】図１１に、ボンディングワイヤを等価的に
インダクタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃで表した場合の回路
図を示す。同図において前述と同一の部分には同一の符
号を付しており説明は省略する。

【００１２】ボンディングワイヤの影響を考慮した場
合、コンデンサ７ｃは寄生インダクタ１０ｃを介して接
地される。この寄生インダクタ１０ｃのインピーダンス
は、インダクタンス値をＬｅ、周波数をｆとすれば２π
ｆＬｅと表され周波数に比例して大きくなる。したがっ
て、例えば、ボンディングワイヤの寄生インダクタンス
値を１ｎＨ、発振周波数を５ＧＨｚとすれば、２倍高調
波に対する寄生インダクタのインピーダンスは６２．８
Ωとなり、理想的な高周波接地が得られない。実際に
は、寄生インダクタには、ボンディングワイヤの影響以
外に伝送線路のインダクタンス成分等も加わるので、高
周波において接地を得ることはますます困難になる。

【００１３】本発明は、電圧制御発振器の発振周波数が
高い場合であっても、良好な位相雑音特性を有する電圧
制御発振器を実現することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の本発明（請求項１に対応）は、第１の発振
トランジスタと第２の発振トランジスタと複数のインダ
クタと複数の可変容量素子を有し、前記第１の発振トラ
ンジスタと第２の発振トランジスタのエミッタまたはド
レイン端子が接続され、前記第１の発振トランジスタの
ベースまたはゲートと第２の発振トランジスタのコレク
タまたはソースがコンデンサを介して、または直接接続
され、前記第２の発振トランジスタのベースまたはゲー
トと第１の発振トランジスタのコレクタまたはソースが
コンデンサを介して、または直接接続され、前記複数の
インダクタと前記複数の可変容量素子からなる共振回路
が前記第１および第２の発振トランジスタのコレクタま
たはドレインに接続された電圧制御発振器であって、電
源またはグランドと前記第１および第２の発振トランジ
スタとの間に電流源トランジスタを有し、前記電流源ト
ランジスタと並列に発振周波数の偶数倍の周波数に対し
て実質的にショートとなる少なくとも１つ以上の低イン
ピーダンス回路を接続することを特徴とする電圧制御発
振器である。

【００１５】第２の本発明（請求項２に対応）は、請求
項１に記載の電圧制御発振器であって、前記低インピー
ダンス回路は発振周波数の偶数倍の共振周波数を有する
直列共振回路であることを特徴とする電圧制御発振器で
ある。

【００１６】第３の本発明（請求項３に対応）は、請求
項２に記載の電圧制御発振器であって、前記直列共振回
路は、発振周波数の２倍の周波数で共振することを特徴
とする電圧制御発振器である。

【００１７】第４の本発明（請求項４に対応）は、請求
項１から３のいずれか記載の電圧制御発振器であって、
前記直列共振回路は直列に接続したコンデンサとインダ
クタから構成されることを特徴とする電圧制御発振器で
ある。

【００１８】第５の本発明（請求項５に対応）は、請求
項４に記載の電圧制御発振器であって、前記インダクタ
はボンディングワイヤであることを特徴とする電圧制御
発振器である。

【００１９】第６の本発明（請求項６に対応）は、請求
項４または５に記載の電圧制御発振器であって、前記コ
ンデンサは可変容量素子であり、前記直列共振器の共振
周波数が発振周波数に追従して変動することを特徴とす
る電圧制御発振器である。

【００２０】第７の本発明（請求項７に対応）は、請求
項６において、前記直列共振回路を構成する前記可変容
量素子は、電圧制御発振器の共振回路を構成する前記複
数の可変容量素子と同一半導体基板上に同一構造かつ同
一の容量値にて構成され、直列共振回路を構成する前記
インダクタは、共振周波数を発振周波数の２Ｎ倍（Ｎは
１以上の整数）とした場合に、電圧制御発振器の共振回
路を構成する前記複数のインダクタの２Ｎ乗分の１のイ
ンダクタンス値を有することを特徴とする電圧制御発振
器である。

【００２１】第８の本発明（請求項８に対応）は、第１
の発振トランジスタと第２の発振トランジスタと複数の
インダクタと複数の可変容量素子を有し、前記第１の発
振トランジスタと第２の発振トランジスタのエミッタま
たはドレイン端子が互いに接続され、前記第１の発振ト
ランジスタのベースまたはゲートと第２の発振トランジ
スタのコレクタまたはソースがコンデンサを介して、ま
たは直接接続され、前記第２の発振トランジスタのベー
スまたはゲートと第１の発振トランジスタのコレクタま
たはソースがコンデンサを介して、または直接接続さ
れ、前記複数のインダクタと前記複数の可変容量素子か
らなる共振回路が前記第１および第２の発振トランジス
タのコレクタまたはドレインに接続された電圧制御発振
器であって、電源またはグランドと前記第１および第２
の発振トランジスタとの間に電流源トランジスタを有
し、前記電流源トランジスタのコレクタ・エミッタ間ま
たはドレイン・ソース間に、並列に、発振周波数の２倍
の周波数で低インピーダンス特性をもつコンデンサを接
続したことを特徴とする電圧制御発振器である。

【００２２】第９の本発明（請求項９に対応）は、第１
の発振トランジスタと第２の発振トランジスタと複数の
インダクタと複数の可変容量素子を有し、前記第１の発
振トランジスタと第２の発振トランジスタのエミッタま
たはドレイン端子が接続され、前記第１の発振トランジ
スタのベースまたはゲートと第２の発振トランジスタの
コレクタまたはソースがコンデンサを介して、または直
接接続され、前記第２の発振トランジスタのベースまた
はゲートと第１の発振トランジスタのコレクタまたはソ
ースがコンデンサを介して、または直接接続され、前記
複数のインダクタと前記複数の可変容量素子からなる共
振回路が前記第１および第２の発振トランジスタのコレ
クタまたはドレインに接続された電圧制御発振器であっ
て、電源またはグランドと前記第１および第２の発振ト
ランジスタとの間に電流源トランジスタを有し、前記電
流源トランジスタと前記第１および第２の発振トランジ
スタの間に発振周波数の偶数倍の周波数に対してオープ
ンとなる少なくとも１つ以上の高インピーダンス回路を
接続することを特徴とする電圧制御発振器である。第１
０の本発明（請求項１０に対応）は、請求項９に記載の
電圧制御発振器であって、前記高インピーダンス回路は
発振周波数の偶数倍の共振周波数を有する並列共振回路
であることを特徴とする電圧制御発振器である。第１１
の本発明（請求項１１に対応）は、請求項１０に記載の
電圧制御発振器であって、前記並列共振回路は、発振周
波数の２倍の周波数で共振することを特徴とする電圧制
御発振器である。

【００２３】第１２の本発明（請求項１２に対応）は、
請求項１０または１１に記載の電圧制御発振器であっ
て、前記並列共振回路は並列に接続したコンデンサとイ
ンダクタからなることを特徴とする電圧制御発振器であ
る。

【００２４】第１３の本発明（請求項１３に対応）は、
請求項１０または１１に記載の電圧制御発振器であっ
て、前記並列共振回路はスパイラルインダクタから成
り、前記スパイラルインダクタの自己共振周波数が発振
周波数の偶数倍の共振周波数を有することを特徴とする
電圧制御発振器である。

【００２５】第１４の本発明（請求項１４に対応）は、
請求項１２に記載の電圧制御発振器であって、並列共振
回路を構成する前記コンデンサは可変容量素子であり、
前記並列共振器回路の共振周波数が発振周波数に追従し
て変動することを特徴とする電圧制御発振器である。

【００２６】第１５の本発明（請求項１５に対応）は、
請求項１４に記載の電圧制御発振器であって、並列共振
回路を構成する前記可変容量素子は、電圧制御発振器の
共振回路を構成する前記複数の可変容量素子と同一半導
体基板上に同一構造かつ同一の容量値にて構成され、並
列共振回路を構成する前記インダクタは、共振周波数を
発振周波数の２Ｎ倍（Ｎは１以上の整数）とした場合
に、電圧制御発振器の共振回路を構成する前記複数のイ
ンダクタの実質的に２Ｎ乗分の１のインダクタンス値を
有することを特徴とする電圧制御発振器である。

【００２７】第１６の本発明（請求項１６に対応）は、
請求項１から１５いずれか記載の電圧制御発振器を用い
た無線通信機である。

【００２８】

【発明実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２９】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における電圧制御発振器の構成を示したものであ
る。ただし、バイアス回路等は省略している。

【００３０】同図において、１０１ａ、１０１ｂは発振
トランジスタ、１０２ａ、１０２ｂはインダクタ、１０
３ａ、１０３ｂは可変容量素子、１０４は電源端子、１
０５は周波数制御端子、１１０は電流源用トランジスタ
である。また、１１１ａ〜１１１ｃはボンディングワイ
ヤの寄生インダクタンス成分を表している。１１２ｃ、
１１４はコンデンサ、１１５はインダクタである。

【００３１】以下、同図を参照しながら実施の形態１に
おける電圧制御発振器の動作について説明する。

【００３２】インダクタ１０２ａ、１０２ｂと１０３
ａ、１０３ｂは並列共振回路を構成しており、周波数制
御端子１０５に加えられた制御電圧によって可変容量素
子１０３ａ、１０３ｂのバイアス電圧を変化させ容量値
を調整することによって、並列共振回路の共振周波数は
変化する。電圧制御発振器の発振周波数は共振回路の共
振周波数近傍で発振するので、発振周波数を所望の周波
数に調整することができる。発振トランジスタ１０２
ａ、１０２ｂは負性抵抗を発生して共振回路の寄生抵抗
成分をキャンセルし、発振条件を満足させるためのもの
である。

【００３３】同図において寄生インダクタ１１１ｃとコ
ンデンサ１１２ｃは直列共振回路を構成しており、発振
周波数の２倍の周波数で共振するように設定される。す
なわち、寄生インダクタのインダクタンス値をＬｅ、コ
ンデンサの容量値をＣ１、発振周波数をｆ０とおくと、２ｆ０＝１／（２π√（Ｌｅ・Ｃ１））となるようにＬｅおよびＣを設定する。このとき、直列
共振回路のインピーダンスＺｓは、Ｚｓ＝ｊ２π（２ｆ０）Ｌｅ＋１／（ｊ２π（２ｆ０）
Ｃ１）＝０となり、発振周波数の２倍の周波数に対してショートと
見なすことができる。

【００３４】一方、インダクタ１１５とコンデンサ１１
４は並列共振回路を構成しており、発振周波数の２倍の
周波数で共振するように設定される。すなわち、インダ
クタのインダクタンス値をＬ２、コンデンサの容量値を
Ｃ２、発振周波数をｆ０とおくと、２ｆ０＝１／（２π√（Ｌ２・Ｃ２））となるようにＬ２およびＣ２を設定する。このとき、並
列共振回路のインピーダンスＺｐは、Ｚｐ＝−（２π（２ｆ０））＾２・Ｌ２・Ｃ２／（ｊ２
π（２ｆ０）Ｌ２＋１／（ｊ２π（２ｆ０）Ｃ２）＝∞ となり、発振周波数の２倍の周波数に対してオープンと
見なすことができる。

【００３５】以上より、発振トランジスタ１０１ａ、１
０１ｂで生じた２次高調波成分は、コンデンサ１１２ｃ
と寄生インダクタ１１１ｃから成る直列共振回路でグラ
ンドへバイパスされ、さらにインダクタ１１５とコンデ
ンサ１１４から成る並列共振回路で電流源トランジスタ
１１０への経路は遮断される。その結果、電流源トラン
ジスタ１１０への２次高調波成分の注入を飛躍的に低減
できるので、２次高調波成分に起因する雑音の発生を抑
えることができる。一般に、図９（ａ）に示した様に、
電流源トランジスタ１１０に流れ込もうとする高調波成
分の中で、２次高調波成分が最も大きいので、電流源ト
ランジスタ１１０に流れる２次高調波成分のみを排除す
ることでも十分な位相雑音の改善効果を得ることができ
る。

【００３６】なお、以上の説明では直列共振回路と並列
共振回路を用いる構成を示しているが、どちらか一方の
みを使用しても良い。

【００３７】また、コンデンサ１１２ｃは必ずしも半導
体チップ内部で構成する必要は無く、半導体の外部でチ
ップ素子等を用いて構成しても良い。

【００３８】また、コンデンサ１１４とインダクタ１１
５から成る並列共振回路を、自己共振周波数が所望の共
振周波数と一致したスパイラルインダクタを用いて構成
しても良い。

【００３９】また、電流源トランジスタとしてｎ型ＭＯ
Ｓトランジスタではなくｐ型ＭＯＳトランジスタを用い
ても良い。この場合の構成を図２に示す。同図において
２００はｐ型ＭＯＳトランジスタから成る電流源トラン
ジスタを示している。この場合、発振トランジスタ１０
１ａ、１０１ｂで生じた２次高調波成分は、コンデンサ
１１２ｃと寄生インダクタ１１１ｃから成る直列共振回
路でグランドへバイパスされ、さらにインダクタ１１５
とコンデンサ１１４から成る並列共振回路で電流源トラ
ンジスタ２００への経路は遮断される。他の動作は図１
と同様である。したがって、前述と同様の原理により電
流源トランジスタ２００への２次高調波成分の注入を飛
躍的に低減できる。

【００４０】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２における電圧制御発振器の構成を示しており、前述
と同様の部分には同じ符号を付しており説明は省略す
る。

【００４１】同図において、１１２ｄ、１１４ｂはコン
デンサ、１１５ｂはインダクタ、１１１ｄは寄生インダ
クタを表している。

【００４２】コンデンサ１１２ｄと寄生インダクタ１１
１ｄは直列共振回路を構成しており、発振周波数の４倍
の周波数で共振するように設定されている。

【００４３】また、コンデンサ１１４ｂとインダクタ１
１５ｂは並列共振回路を構成しており、発振周波数の４
倍の周波数で共振するように設定されている。

【００４４】このとき、発振トランジスタ１０１ａ、１
０１ｂで生じた偶数次高調波成分のうち、２次高調波成
分はコンデンサ１１２ｃと寄生インダクタ１１１ｃから
なる直列共振回路によってグランドへバイパスされ、４
次高調波成分はコンデンサ１１２ｄと寄生インダクタ１
１１ｄからなる直列共振回路によってグランドへバイパ
スされる。一方、電流源トランジスタ１１０へ流れこも
うとする偶数次高調波成分のうち、２次高調波成分はコ
ンデンサ１１４とインダクタ１１５からなる並列共振回
路にて遮断され、４次高調波成分はコンデンサ１１４ｂ
とインダクタ１１５ｂからなる並列共振回路にて遮断さ
れる。

【００４５】本構成によれば、電流源トランジスタ１１
０へ流れこむ偶数次高調の中で、２次高調波のみでな
く、４次高調波成分の注入も低減できるので、実施の形
態１に比べて更に大きな位相雑音低減効果を得ることが
できる。

【００４６】なお、直列共振回路および並列共振回路を
３つ以上使用して、６次以上の偶数次高調波を遮断して
も良い。

【００４７】また、並列共振回路と直列共振回路の段数
や共振周波数は必ずしも一致させる必要は無く、例え
ば、一方を２次高調波に対して共振させ、他方を４次高
調波に対して共振させるような構成を用いても良い。

【００４８】（実施の形態３）図４は本発明の実施の形
態３における電圧制御発振器の構成を示しており、図１
と同様の部分には同じ符号を付しており説明は省略す
る。

【００４９】同図において、コンデンサ１１２ｃと寄生
インダクタ１１１ｃからなる直列共振回路は、コンデン
サ１１４とインダクタ１１５からなる並列共振回路と電
流源トランジスタ１１０の接続点とグランドの間に接続
される。

【００５０】本発明によれば、発振トランジスタで発生
する２次高調波成分はコンデンサ１１４とインダクタ１
１５から成る並列共振回路にて減衰され、さらにコンデ
ンサ１１２ｃと寄生インダクタ１１１ｃから成る直列共
振回路によって、電流源トランジスタ１１０へ流れこも
うとする２次高調波成分はグランドへバイパスされる。
したがって、電流源トランジスタに起因する雑音の発生
を抑圧でき、電圧制御発振器の位相雑音を改善できる。

【００５１】（実施の形態４）図５は本発明の実施の形
態４における電圧制御発振器の構成を示しており、図１
と同様の部分には同じ符号を付しており説明は省略す
る。

【００５２】同図において、コンデンサ１１３は、電流
源トランジスタ１１０のドレイン端子とソース端子に接
続される。

【００５３】本発明によれば、発振トランジスタで発生
する２次高調波成分はコンデンサ１１４とインダクタ１
１５から成る並列共振回路にて減衰され、さらに電流源
トランジスタ１１０へ流れこもうとする偶数次高調波成
分はコンデンサ１１３によってバイパスされ、電流源ト
ランジスタ１１０への注入量を低減できる。したがっ
て、電流源トランジスタに起因する雑音の発生を抑圧で
き、電圧制御発振器の位相雑音を改善できる。

【００５４】（実施の形態５）図６は、本発明の実施の
形態５における電圧制御発振器の構成を示しており、図
１と同様の部分には同じ符号を付しており説明は省略す
る。ただし、同図では発振トランジスタ１０１ａ、１０
１ｂと電流源トランジスタ部分のみを示している。

【００５５】同図において、１３０ａ、１３０ｂ、１３
１ａ、１３１ｂは可変容量素子であり、図１における可
変容量素子１０３ａ、１０３ｂと同一半導体基板上に、
同一構造かつ同一の容量値を有する。また、１３２、１
３３は制御端子である。また、破線１４０で囲まれた部
分は並列共振回路を構成しており、破線１４１で囲まれ
た部分は直列共振回路を構成している。

【００５６】図１のインダクタ１０２ａ、１０２ｂの直
列接続から成るインダクタンス値をＬｒ、可変容量素子
１０３ａ、１０３ｂの直列接続から成る容量値をＣｒ、
発振周波数をｆ０とすると、電圧制御発振器は共振周波
数近傍で発振するので、ｆ０＝１／（２π√（Ｌｒ・Ｃｒ））という関係がある。

【００５７】いま、図６の並列共振回路１４０と直列共
振回路１４１の共振周波数を発振周波数のＮ倍に設定す
る場合を考える。インダクタ１１５および１３３のイン
ダクタンス値をＬ３、Ｌ４、寄生インダクタンス１１１
ｃをＬｅとした場合に、Ｌ３＝Ｌｒ／（Ｎ²）Ｌｅ＝Ｌｒ／（Ｎ²）を満足する様に、Ｌｅ、Ｌ３、Ｌ４を設定する。

【００５８】このとき、並列共振回路１４０の周波数Ｎ
ｆ０におけるインピーダンスＺｐは、Ｚｐ＝−（２π（Ｎｆ０））²・Ｌ３・Ｃｒ／（ｊ２π
（Ｎｆ０）Ｌ３＋１／（ｊ２π（２ｆ０）Ｃｒ）＝∞ となり、直列共振回路１４１の周波数Ｎｆ０におけるイ
ンピーダンスＺｓは、Ｚｓ＝ｊ２π（Ｎｆ０）Ｌｅ＋１／（ｊ２π（Ｎｆ０）
Ｃｒ）＝０となる。

【００５９】したがって、制御端子１３２と１３３と図
１の周波数制御端子１０５に加える電圧を等しくして可
変容量素子の容量値および容量値の変化を等しくすれ
ば、並列共振回路１４０および直列共振回路１４１の共
振周波数を常に発振周波数のＮ倍に設定することができ
る。

【００６０】本構成によれば、発振周波数の変動が大き
い場合であっても、並列共振回路１４０および直列共振
回路１４１の共振周波数が発振周波数の変動に追従して
変化するので、電流源トランジスタから生じる位相雑音
の抑圧効果を広い周波数範囲にわたって得ることができ
る。

【００６１】なお、以上説明した実施の形態では、ＭＯ
Ｓトランジスタを用いた発振器を例に説明を行ったが、
発振トランジスタおよび電流源トランジスタとしてバイ
ポーラトランジスタを用いても良いことは言うまでも無
い。

【００６２】また、発振器部分の構成としては、必ずし
も実施の形態に示したものである必要は無く、例えば交
差接続される２つ発振トランジスタのゲートとドレイン
を、コンデンサを介して接続しても良い。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電圧制
御発振器の発振周波数が高い場合であっても、良好な位
相雑音特性を有する電圧制御発振器を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における電圧制御発振器
の構成を示す回路図

【図２】本発明の実施の形態１における電圧制御発振器
の他の構成を示す回路図

【図３】本発明の実施の形態２における電圧制御発振器
の構成を示す回路図

【図４】本発明の実施の形態３における電圧制御発振器
の構成を示す回路図

【図５】本発明の実施の形態４における電圧制御発振器
の構成を示す回路図

【図６】本発明の実施の形態５における電圧制御発振器
の構成を示す回路図

【図７】従来の電圧制御発振器の構成を示す回路図

【図８】従来の電圧制御発振器のもう一つの構成を示す
回路図

【図９】従来の電圧制御発振器の動作原理を説明するた
めの周波数スペクトル図

【図１０】従来の電圧制御発振器の動作原理を説明する
ための電流波形

【図１１】従来の電圧制御発振器の課題を説明するため
の回路図

【符号の説明】

１０１ａ、１０１ｂ発振トランジスタ１０２ａ、１０２ｂ、１１５インダクタ１０３ａ、１０３ｂ可変容量素子１０４電源端子１０５周波数制御端子１１０電流源トランジスタ１１１ａ〜１１１ｃ寄生インダクタ１１２ｃ、１１４コンデンサ

フロントページの続きＦターム(参考） 5J081 AA02 BB01 CC22 CC29 CC30 DD03 DD11 EE02 EE03 EE18 FF02 FF21 FF24 KK02 KK09 KK22 LL05 MM01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の発振トランジスタと第２の発振ト
ランジスタと複数のインダクタと複数の可変容量素子を
有し、前記第１の発振トランジスタと第２の発振トランジスタ
のエミッタまたはドレイン端子が接続され、前記第１の発振トランジスタのベースまたはゲートと第
２の発振トランジスタのコレクタまたはソースがコンデ
ンサを介して、または直接接続され、前記第２の発振トランジスタのベースまたはゲートと第
１の発振トランジスタのコレクタまたはソースがコンデ
ンサを介して、または直接接続され、複数のインダクタと前記複数の可変容量素子を有する共
振回路が前記第１および第２の発振トランジスタのコレ
クタまたはドレインに接続された電圧制御発振器であっ
て、電源またはグランドと前記第１および第２の発振トラン
ジスタとの間に電流源トランジスタを有し、前記電流源トランジスタと並列に、発振周波数の偶数倍
の周波数に対して実質的にショートとなる少なくとも１
つ以上の低インピーダンス回路が接続されている電圧制
御発振器。
【請求項２】前記低インピーダンス回路は、前記発振
周波数の偶数倍の共振周波数を有する直列共振回路であ
る請求項１記載の電圧制御発振器。
【請求項３】前記直列共振回路は、前記発振周波数の
２倍の周波数で共振する請求項２記載の電圧制御発振
器。
【請求項４】前記直列共振回路は、直列に接続したコ
ンデンサとインダクタで構成される請求項１から３のい
ずれか記載の電圧制御発振器。
【請求項５】前記直列共振回路のインダクタはボンデ
ィングワイヤである請求項４記載の電圧制御発振器。
【請求項６】前記直列共振回路のコンデンサは可変容
量素子であり、前記直列共振回路の共振周波数が発振周
波数に追従して変動する請求項４または５に記載の電圧
制御発振器。
【請求項７】前記直列共振回路を構成する前記可変容
量素子は、前記電圧制御発振器の前記共振回路を構成す
る前記複数の可変容量素子と同一半導体基板上に実質上
同一構造かつ実質上同一の容量値にて構成され、前記直列共振回路を構成する前記インダクタは、共振周
波数を発振周波数の２Ｎ倍（Ｎは１以上の整数）とした
場合に、前記電圧制御発振器の前記共振回路を構成する
前記複数のインダクタの２Ｎ乗分の１のインダクタンス
値を有する請求項６記載の電圧制御発振器。
【請求項８】第１の発振トランジスタと第２の発振ト
ランジスタと複数のインダクタと複数の可変容量素子を
有し、前記第１の発振トランジスタと第２の発振トランジスタ
のエミッタまたはドレイン端子が互いに接続され、前記第１の発振トランジスタのベースまたはゲートと第
２の発振トランジスタのコレクタまたはソースがコンデ
ンサを介して、または直接接続され、前記第２の発振トランジスタのベースまたはゲートと第
１の発振トランジスタのコレクタまたはソースがコンデ
ンサを介して、または直接接続され、前記複数のインダクタと前記複数の可変容量素子を有す
る共振回路が前記第１および第２の発振トランジスタの
コレクタまたはドレインに接続された電圧制御発振器で
あって、電源またはグランドと前記第１および第２の発振トラン
ジスタとの間に電流源トランジスタを有し、前記電流源トランジスタのコレクタ・エミッタ間または
ドレイン・ソース間に、並列に、発振周波数の２倍の周
波数で低インピーダンス特性がをもつコンデンサが接続
されている電圧制御発振器。
【請求項９】第１の発振トランジスタと第２の発振ト
ランジスタと複数のインダクタと複数の可変容量素子を
有し、前記第１の発振トランジスタと第２の発振トランジスタ
のエミッタまたはドレイン端子が接続され、前記第１の発振トランジスタのベースまたはゲートと第
２の発振トランジスタのコレクタまたはソースがコンデ
ンサを介して、または直接接続され、前記第２の発振トランジスタのベースまたはゲートと第
１の発振トランジスタのコレクタまたはソースがコンデ
ンサを介して、または直接接続され、前記複数のインダクタと前記複数の可変容量素子を有す
る共振回路が前記第１および第２の発振トランジスタの
コレクタまたはドレインに接続された電圧制御発振器で
あって、電源またはグランドと前記第１および第２の発振トラン
ジスタとの間に電流源トランジスタを有し、前記電流源トランジスタと前記第１および第２の発振ト
ランジスタの間に、発振周波数の偶数倍の周波数に対し
てオープンとなる少なくとも１つ以上の高インピーダン
ス回路が接続されている電圧制御発振器。
【請求項１０】前記高インピーダンス回路は発振周波
数の偶数倍の共振周波数を有する並列共振回路である請
求項９記載の電圧制御発振器。
【請求項１１】前記並列共振回路は、発振周波数の２
倍の周波数で共振する請求項１０記載の電圧制御発振
器。
【請求項１２】前記並列共振回路は、並列に接続した
コンデンサとインダクタを有する請求項１０または１１
に記載の電圧制御発振器。
【請求項１３】前記並列共振回路はスパイラルインダ
クタから成り、前記スパイラルインダクタの自己共振周
波数が発振周波数の偶数倍の共振周波数を有する請求項
１０または１１に記載の電圧制御発振器。
【請求項１４】前記並列共振回路を構成する前記コン
デンサは可変容量素子であり、前記並列共振器回路の共
振周波数が発振周波数に追従して変動する請求項１２記
載の電圧制御発振器。
【請求項１５】前記並列共振回路を構成する前記可変
容量素子は、電圧制御発振器の共振回路を構成する前記
複数の可変容量素子と同一半導体基板上に同一構造かつ
同一の容量値にて構成され、前記並列共振回路を構成する前記インダクタは、共振周
波数を発振周波数の２Ｎ倍（Ｎは１以上の整数）とした
場合に、前記電圧制御発振器の共振回路を構成する前記
複数のインダクタの実質的に２Ｎ乗分の１のインダクタ
ンス値を有する請求項１４に記載の電圧制御発振器。
【請求項１６】請求項１から１５いずれか記載の電圧
制御発振器を備えた無線通信機。