JP2003530751A - 集積高周波回路を有する構成素子 - Google Patents

集積高周波回路を有する構成素子

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、集積高周波回路を備えた構成素子に関するものである。共振回路（１）に、微調整コンデンサ（１８）を含む電導回路網（１２）が並列に配置されている。共振回路（１）には、この微調整コンデンサは、ＰＩＮダイオード（１７）を介して、コンデンサダイオード（３）と並列に配置されている。これにより、共振回路（１）の微調整が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、集積高周波回路を備える構成素子に関するものである。この集積高
周波回路は、発振器コンデンサを備える共振回路を有し、その値を、同調ダイオ
ード（Abstimmdiode）によって所定の周波数領域に調節できるものである。
【０００１】 従来、１．５〜３ギガヘルツの周波数領域では、集積構成素子は、共振回路ま
たは信号発信器に用いられることはない。現時点では、孤立した（diskret）コ
イルおよびコンデンサダイオードが用いられたり、また、ハウジング（Gehaeuse
）に収められた、複数の集積構成素子を備えたモジュールが用いられたりしてい
る。
【０００２】 しかし、共振回路または信号発信器を備える集積構成素子の必要性はある。特
に、同調可能で、電圧制御機能を有する集積構成素子が必要とされている。電圧
制御機能を有する共振回路として一般的な回路は、少なくとも同調ダイオードを
含んでいる。この同調ダイオードには、バイアス電圧（Vorspannung）として、
順方向と反対方向に、直流電圧が印加されている。そして、この同調ダイオード
の接合コンデンサは、このバイアス電圧の単一の印加先（Funktion）である。し
たがって、この共振回路は、その共振周波数を設定できる電圧調整コンデンサを
有している。この場合、バイアス電圧は、使用可能な周波数帯を通過する（Durc
hfahren）ために用いられる。
【０００３】 共振回路を備える完全な集積構成素子の仕様（Spezifikation）には、バイア
ス電圧と共振周波数との間の明確な関係も含まれている。しかし、全ての回路素
子の電気的特性は、誤差の範囲で変化する。このため、共振回路の共振周波数を
微調整できるようにする必要がある。
【０００４】 Ulrich L. Rohdeの著書『マイクロ波および無線シンセサイザー（Microwave a
nd Wireless Synthesizers）』（New York, 1997年、62−63ページ）から知られ
ているように、順方向と逆向きの直流電圧をバイアス電圧として印加された同調
ダイオードによって、共振回路を精確に制御できる。この同調ダイオードには、
第２および第３の同調ダイオードが並列に備えられている。また、これら第２お
よび第３の同調ダイオードは、互いに逆向きの極性を有しており、それらの間に
は、バイアス電圧として、共振回路の共振周波数を粗制御できる直流電圧が印加
されている。
【０００５】 本発明は、この従来技術を前提として、同調および微調整可能な電圧制御共振
回路を備える集積構成素子を提供する、という目的に基づいている。
【０００６】 この目的は、以下に示すような利点を有する本発明によって達成される。その
利点とは、すなわち、共振回路の共振周波数に関して発生する製造誤差を、結合
コンデンサを介して共振回路に連結された、電導回路網（Leiternetzwerk）によ
って補整できる点である。この電導回路網は、連続導線（Laengsleitungen）間
に直列接続された横断ダイオード（Querdioden）および横断コンデンサ（Querka
pazitaet）を有している。これらは、切り替え可能な直流電圧網を用いて横断ダ
イオードの動作点を調整することによって、発振器コンデンサに対して並列に配
置できる。
【０００７】 本発明による構成素子の場合、横断コンデンサは、横断ダイオードの動作基点
を調節することによって、発振器コンデンサに対して並列に配置される。このた
め、微調整用の実際の電導回路網には、ヒューズブリッジ（Schmelzbruecke）ま
たはトランジスタのように、電導回路網の働きを妨害する可能性のある電気的特
性を有するスイッチング素子は存在しない。というのも、通電状態では、トラン
ジスタにおいてもヒューズブリッジにおいても、電導回路網すなわち共振回路の
質を下げるオーム抵抗（ohmscher Widerstand）が、相対的に高いからである。
これに対して、ダイオードでは、通電状態におけるオーム抵抗は低い。それゆえ
に、本発明による構成素子では、横断ダイオードによって、電導回路網のスイッ
チング機能を実現しているのである。また、横断ダイオードの動作基点を調節す
るために必要なスイッチング素子は、直流電圧網にあるため、電導回路網の質を
低下させることはない。
【０００８】 なお、本発明の他の有用な形態については、従属請求項に示す。
【０００９】 次に、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳述する。 図１は、電導回路網によって微調整可能な共振回路を備えた集積構成素子の回路
構造を示す図である。
【００１０】 図１の回路構造は、共振回路１を有しており、この共振回路１は、インダクタ
ンス２と、反対の極性を有する直列接続された１対のコンデンサダイオード（Ka
pazitaetsdioden）３とを備えている。コンデンサダイオード３の間には、同調
線（Abstimmleitung）４が接続されており、この同調線４は、直列抵抗器（Vorw
iderstand）５を介して同調入力部６に達している。また、この共振回路１は、
外部結合コンデンサ７を介して、発振器出力部８と結合している。さらに、接地
線（Masseleitung）９が、接地端子（Masseanschluss）１０に達している。
【００１１】 同調入力部６に印加されている同調電圧Ｖtuneによって、コンデンサダイオー
ド３の容量は変化する。これにあわせて、共振回路１の共振周波数が変わる。し
かし、コンデンサダイオード３の電気的特性は、一般的に、その製造誤差を有し
ている。したがって、共振回路の共振周波数と同調入力部６に印加されている同
調電圧Ｖtuneとの精確な関係を求めるためには、微調整を行え ることが不可欠である。
【００１２】 図１の回路構造では、共振回路１は、内部結合コンデンサ１１を介して共振回
路１に接続している電導回路網１２を用いることで機能する。電導回路網１２は
、結合コンデンサ１１に達する微調整線１３を有している。電導回路網１２の電
位は、抵抗値Ｒ´およびＲ“を有するオーム抵抗器１４・１５によって、接地線
９の電位と供給電圧Ｖddの電位との間の値に保たれている。オーム抵抗器１４・
１５から構成される電圧分割器は、接地線９と供給電圧入力部１６との間に接続
されている。
【００１３】 ＰＩＮダイオード１７の陰極は、微調整線１３に接続されている。このＰＩＮ
ダイオード１７は、接地線９と結合している微調整コンデンサ１８に直列に接続
されている。このＰＩＮダイオード１７の陽極については、引き出し抵抗器１９
およびヒューズブリッジ２０を介して、供給電圧入力部１６の供給電圧の電位ま
たは接地線９の電位に、選択的に設定させられる。特に、ヒューズブリッジ２０
が閉じている場合、微調整コンデンサ１８は、ヒューズブリッジ２０と並列抵抗
器２１とによって橋絡（ueberbruecken）される。
【００１４】 最後に、ヒューズブリッジ２０を通って接地線９にヒューズ電流を流すヒュー
ズ電流入力部（Schmelzstromeingaenge）２１が、備えられている。
【００１５】 次に、電導回路網１２の機能を、電導回路網１２の素子に基づいて詳述する。
【００１６】 上記したように、微調整線１３は、接地線９の電位と供給電圧Ｖddの電位との
間の電位を有している。ヒューズブリッジ２０が閉じている場合、その（zugeor
dnet）ＰＩＮダイオード１７の陽極は、接地線９の電位となる。これにより、Ｐ
ＩＮダイオード１７は、逆バイアスがかかるので、ＰＩＮダイオード１７を通る
ことで降下する直流電圧値とほぼ無関係の容量を有するコンデンサのように作用
する。すなわち、高周波工学（hochfrequenztechnisch）でいえば、直列に配置
された２つのコンデンサが存在することになる。したがって、微調整コンデンサ
１８およびＰＩＮダイオード１７がそれぞれ容量値Ｃを有する場合、全容量は値
Ｃ／２となる。
【００１７】 逆に、ヒューズブリッジ２０が開いていれば、引き出し抵抗器（Pull-Up-Wide
rstand）１９および並列抵抗器２１は、ＰＩＮダイオード１７の陽極を供給電圧
Ｖddの電位に変える。これにより、ＰＩＮダイオード１７は前の順方向にバイア
スされ、高周波工学上、そのオーム抵抗は、わずかに作用するのみである。した
がって、高周波工学上、微調整コンデンサ１８の容量のみが作用することになる
。これゆえに、このＰＩＮダイオード１７および微調整コンデンサ１８から構成
される列は、総容量Ｃを有する。
【００１８】 さらに、電導回路網１２のｎ個の素子が、並列回路状に並んで配置されている
とき、共振回路１によって、異なる２nの共振を生成できる。図１に示した実施
形態の場合、微調整コンデンサ１８およびＰＩＮダイオード１７の容量は、第１
素子では値Ｃ0に設定されていた。第２素子では、微調整コンデンサ１８および
ＰＩＮダイオード１７の容量Ｃ1は、２Ｃ0に等しく設定された。続いて第３セル
では、微調整コンデンサ１８およびＰＩＮダイオード１７の容量Ｃ2は、４Ｃ0に
等しく固定された。それゆえに、表１に示した総容量に関する値を実現できる。
【００１９】
【表１】
【００２０】 続いて、図１の回路構造に関する数値例を示す。なお、共振回路１は、１ＧＨ
ｚの周波数に設計されているとする。このために、コンデンサダイオード３の容
量は、値Ｃj＝４ｐＦに設定される。また、インダクタンス２は、Ｌ＝８ｎＨの
大きさである。
【００２１】 さらに、３つのスイッチング素子が備えられる。微調整コンデンサ１８の数値
例としては、Ｃ2＝１ｐＦ、Ｃ1＝０．５ｐＦ、および、Ｃ0＝０．２５ｐＦの値
を挙げられる。ＰＩＮダイオード１７には、容量値Ｃj2＝１ｐＦ、Ｃj1＝０．５
ｐＦ、および、Ｃj0＝０．２５ｐＦが用いられる。オーム抵抗器１４・１５およ
び抵抗器１９・２１の値は、これにあわせて選ばれる。抵抗器１９・２１は、Ｒ12 ＝２５ｋΩ、Ｒ11＝５０ｋΩ、Ｒ10＝１００ｋΩ、Ｒ22＝２５ｋΩ、Ｒ21＝５
０ｋΩ、Ｒ20＝１００ｋΩ、なる値を有する。抵抗器１４の値はＲ´＝２０ｋΩ
であり、抵抗器１５の抵抗はＲ“＝１０ｋΩである。これにより、ＶDD＝３Ｖの
供給電圧の場合、全てのヒューズブリッジ２０が閉じているとき、微調整線１３
において、Ｖhigh＝１Ｖの電位となる。これに対して、全てのヒューズブリッジ
２０が開いている場合、Ｖhigh＝１．４Ｖの電位が微調整線１３に生じる。
【００２２】 順方向に１０μＡの電流を印加する際、ＰＩＮダイオード１７での電圧降下は
０．７Ｖであり、電流にはほとんど依存しない。これにより、Ｒ1nおよびＲ2nで
の電流は、Ｉn＝（ＶDD−０．７−Ｖhigh）／（Ｒ1n＋Ｒ2n）という式で算出さ
れる。それゆえに、電流は、Ｉ2＝２０μＡ、Ｉ1＝１０μＡ、および、Ｉ0＝５
μＡとなる。
【００２３】 これらの電流により、このＰＩＮダイオード１７は、１ＧＨｚの際に、Ｒj2＝
１．２５Ω、Ｒj1＝２．５Ω、および、Ｒj0＝５Ωのような直列抵抗を有する。
これらの直列抵抗は、各支線に約２０ｋΩの同じ値を供給するコンデンサの並列
抵抗、ＲP＝１／（ω2Ｃ2ＲS）に転換できる。この値は、電導度Ｇp＝０．００
００５ジーメンスに相当する。
【００２４】 この回路構造における高周波の品質要素は、全ヒューズブリッジ２０が開いて
いる場合における全並列電導度（Parallelleitwerte）を合計することによって
、Ｑ＝ωＣtotal／Ｇp total＝２π×１０9×３．３ １０-12／０．０００３３
＝６２、のように算出できる。
【００２５】 なお、全てのヒューズが閉じている場合、逆バイアスのＰＩＮダイオード１７
はほとんどロスしないので、より高い値（約１００）が生じる。
【００２６】 また、ヒューズブリッジ２０の代わりに、トランジスタを使用することもでき
る。これらのトランジスタは、マイクロプロセッサによって制御されることが好
ましい。なお、この場合、トランジスタは直流電圧網に位置し、実際の回路機能
はＰＩＮダイオード１７によって実行されるので、各トランジスタの正確な電気
的特性は重要ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電導回路網によって微調整可能な共振回路を備えた集積構成素子の回路構造を
示す図である。
【符号の説明】
１ 共振回路 ２ インダクタンス ３ コンデンサダイオード ４ 同調線 ５ 直列抵抗器 ６ 同調入力部 ７ 外部結合コンデンサ ８ 発振器出力部 ９ 接地線 １０ 接地端子 １１ 結合コンデンサ １２ 電導回路網 １３ 微調整線 １４ オーム抵抗器 １５ オーム抵抗器 １６ 供給電圧入力部 １７ ＰＩＮダイオード １８ 微調整コンデンサ １９ 引き出し抵抗器 ２０ ヒューズブリッジ ２１ 並列抵抗器 ２２ ヒューズ電流入力部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バールトル，ウルフ ドイツ連邦共和国 81549 ミュンヘン シュロスベルク 20 Ｆターム(参考） 5F038 AC12 AV15 AZ03 AZ04 BB05 EZ20 5J081 AA02 CC22 CC43 EE02 EE03 KK02 KK06 KK22 KK23 MM01 5K058 AA10 DA01 DA14 DB04 EA08 GA04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発振器コンデンサ（３）を備える共振回路（１）を有し、同調ダイオード（３
    ）によって、その値を所定の周波数領域に調節可能な集積高周波回路を備える構
    成素子において、 上記共振回路（１）の共振周波数に関して発生する製造誤差を、結合コンデン
    サ（１１）を介して共振回路（１１）に連結された電導回路網（１２）によって
    補整でき、 この電導回路網は、連続導線（９・１３）間に直列接続された横断ダイオード
    （１７）および横断コンデンサ（１８）を有しており、これらを、切り替え可能
    な直流電圧網（１９，２０，２１）を用いて横断ダイオード（１７）の動作点を
    調整することによって、発振器コンデンサに対してそれぞれ並列に配置できるこ
    とを特徴とする構成素子。
  2. 【請求項２】 上記の連続導線が、結合コンデンサ（１１）を介して共振回路に接続された微
    調整線（１３）、および、接地線（９）から構成されていることを特徴とする請
    求項１に記載の構成素子。
  3. 【請求項３】 上記微調整線（１３）の電位が、電圧分割器（１４・１５）によって、供給電
    圧（Ｖdd）の電位と接地線（９）の電位との間の値に調節されていることを特徴
    とする、請求項２に記載の構成素子。
  4. 【請求項４】 上記横断ダイオードが、陰極によって上記微調整線（１３）に接続されたダイ
    オード（１７）であることを特徴とする請求項２または３に記載の構成素子。
  5. 【請求項５】 上記横断ダイオードがＰＩＮダイオード（１７）であることを特徴とする請求
    項４に記載の構成素子。
  6. 【請求項６】 上記横断コンデンサが接地線に接続されたコンデンサ（１８）であることを特
    徴とする請求項２から５のいずれかに記載の構成素子。
  7. 【請求項７】 上記各横断ダイオード（１７）の陽極が、引き出し抵抗器（１９）を介して供
    給電圧（Ｖdd）の電位に、または、スイッチング素子（２０）によって接地線（
    ９）の電位に選択的に設定されることを特徴とする請求項２から６のいずれかに
    記載の構成素子。
  8. 【請求項８】 上記スイッチング素子が、ヒューズブリッジ（２０）であることを特徴とする
    請求項７に記載の構成素子。
  9. 【請求項９】 上記ヒューズブリッジ（２０）が、ヒューズ入力部（２２）に接続されている
    ことを特徴とする請求項８に記載の構成素子。
  10. 【請求項１０】 上記横断ダイオード（１７）の陽極が、直列抵抗器（２１）によって保護され
    ている（gesichert）ことを特徴とする請求項９に記載の構成素子。
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