JP2004521556A - 電磁結合除去を改善した発振器 - Google Patents

Abstract

この発明は、外部の磁気の乱れに起因する強い電磁結合の存在する中で、より安定した周波数の信号を供給する電圧制御発振器（ＶＣＯ―Voltage Controlled Oscillator―）のような発振器を提供する。この発明の１つの実施形態によれば、発振器が提供されて、増幅器とこの増幅器に接続されたＬＣ回路とを備えている。ＬＣ回路において、インダクタの第１のペアは第１および第２のインダクタを備え、インダクタの第２のペアは第３および第４のインダクタを備えている。第１および第２のペアは、第１および第４のインダクタが第１の側にあり、第２および第３のインダクタが第２の側にあるように配置されている。１つの配置において、第１および第２のインダクタの間の中心が第３および第４のインダクタの間の中心に実質的に重複するように、インダクタが配置されている。したがって、外乱を発生させるものの相対的な位置に拘わらず、インダクタの２つのペアを外乱を発生させるものに対して対称に見えさせることが可能となる。その結果、発振器の出力周波数信号における歪みが最小化される。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は一般的には電子装置に係り、さらに詳細には、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯｓ―Voltage Controlled Oscillators―）のような発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＣＯｓのような発振器は、多くの適用例に用いられている。１つの適用例は、例えばセル電話機などの無線装置内のＶＣＯに用いて、このセル電話機の送信器に対する周波数信号を提供することである。従来のＶＣＯは、この出願の参考例として組み入れられる、ビーザッド・ラザビ（Behzad Razavi）により、１９９８年に刊行された“ＲＦマイクロエレクトロニクス”の２２７〜２２９頁に説明されている。従来のＶＣＯの簡略版は、図１に示されており、ここではフィードバックおよび出力キャパシタが省略されている。
【０００３】
図１において、ＶＣＯ１０は、ＬＣタンク１４および「−ｇｍ」のゲインを有する増幅器１８を備えている。ＬＣタンク１４は、一対のインダクタＬ１およびＬ２とチューニングキャパシタＣとを備えている。外乱（または、摂動―perturbation―）発生器２０は、ＶＣＯ１０との間で電磁結合を発生させる。外乱発生器は、ＶＣＯの周波数そのものまたはその一部分で大きな電流を有している何れかの良導体（コンダクタ）であっても良い。これは、受信された信号および局部発振器が、例えばページャのような無線装置の適用例またはセル電話機の適用例のような同一の周波数（ゼロＩＦ―中間周波数―）で動作し、この信号が強い（例えば、送信器の出力結線における大電流）であるような適用例において特に真実である。電磁結合は、インダクタＬ１およびＬ２内に誘導電流を流れさせている。誘導電流はＶＣＯ１０により生成された周波数信号を変化させる。その結果、無線装置と他の通信装置との間の安定した通信を確実に確立することができない。
【０００４】
電磁結合を低減させようと言う１つの計画的な問題解決手法は、インダクタＬ１およびＬ２を配置することであり、それは、これらの巻線が相互に関連して逆方向となるような位置である。これは、インダクタにおける誘導電流が反対の位相になっていて幾つかの範囲で互いにオフセットするであろうから、外乱発生器２０からの結合を少なくする。
【０００５】
しかしながら、上記の課題解決方法は、その結合が外乱発生器とインダクタの相対的な位置に依存しているので、現実的ではない。インダクタが外乱発生器２０に関して対称となるように配置することができるときのみ実現可能であり、この場合、インダクタＬ１およびＬ２内の誘導電流が互いを打ち消し合うことができる。さもなければ、電磁結合は、２つの側で異なっているであろうし、したがって、誘導電流もまた、２つの側で異なっている。対称な位置関係は、常に可能ではなくまた現実的でもないし、インダクタの大きなサイズやたくさんの外乱源を原因として融通性を提供することもできない。
【発明の概要】
【０００６】
それゆえに、例えばＶＣＯのような発振器が強い電磁結合が存在している場合に、より安定した周波数信号を提供することができる必要性がある。
【０００７】
この発明は、強い電磁結合が存在している場合に、より安定した周波数信号を供給することのできる発振器を提供する。
【０００８】
この発明の１つの実施形態によれば、発振器が提供されて、増幅器とこの増幅器に接続されたＬＣ回路とを備えている。このＬＣ回路は、２つの端子を有するキャパシタと、このキャパシタの前記２つの端子にそれぞれ接続された２つのペアよりなるインダクタの第１および第２のペアと、を備えている。
【０００９】
この発明の実施形態の１つのアスペクトによれば、第１のペアが第１および第２のインダクタを備え、第２のペアが第３および第４のインダクタを備えている。さらに、第１および第２のペアは、第１および第４のインダクタが第１の側にあり、第２および第３のインダクタが第２の側にあるように配置されている。
【００１０】
この発明の実施形態の他のアスペクトによれば、このインダクタは、第１および第２のインダクタの間の中心が実質的に第３および第４のインダクタの間の中心に重複するように配置されている。重力の中心であることを理由としてインダクタのそれぞれのペアに対する電磁結合が２つのインダクタの中心にあるものと仮定すると、外乱発生器の相対的な位置に拘わらず、外乱発生器に対してインダクタの２つのペアを対称に見せせることは可能である。
【００１１】
この発明の実施形態の更なるアスペクトによれば、第１および第２のインダクタが反対方向の磁界を有するように、第１および第２のインダクタは配置されている。さらに、第３および第４のインダクタが反対方向の磁界を有するように、第３および第４のインダクタは配置されている。このような配置において、インダクタ内の誘導電流は、互いに打ち消し合って、これにより発振器の出力周波数信号を最小化させる。
【００１２】
この発明の完全な理解を伴う他の目的およびその達成は、添付図面に関連づけて記載された以下の説明および特許請求の範囲を参照することにより明白であり、明らかとなるであろう。
【００１３】
この発明は添付図面を参照しながら具体例の方法によりさらに詳細に説明される。図面を通して、同一の符号は同一または対応する特徴または機能を表示している。
【００１４】
図２は、この発明の１つの実施形態によるＶＣＯ３０の回路図を示している。このＶＣＯ３０は、ＬＣタンク３４と、「−ｇｍ」のゲインを有する増幅器１８とを備えている。ＬＣタンク３４は、その両側に設けられたインダクタＬ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２の２つのペアを備えている。図１においては、簡略化のために図２のフィードバックおよび出力キャパシタは省略されている。この実施形態においては、図１の本来のインダクタＬ１およびＬ２のそれぞれの側の代わりに、２つの等価なインダクタがＬＣタンク３４のそれぞれの側に用いられている。それぞれの側の２つの等価なインダクタの合計は、その側の本来のインダクタの値に等しくなっており、すなわち、Ｌ１＝Ｌ１１＋Ｌ１２、およびＬ２＝Ｌ２１＋Ｌ２２である。それぞれの側の２つの等価なインダクタは、それぞれが等価である必要はないが、もしもそれらが等価に作成されているならば、電磁結合の任意的な消去を達成することができる。
【００１５】
図３は、ＶＣＯ３０内の２つのインダクタのペアＬ１１，Ｌ１２と、Ｌ２１，Ｌ２２との共通重心配置を示している。この配置において、２つのインダクタペアの中心は、同一の点Ｐに位置している。ここで、点Ｐ（すなわち、ペアの中心）でそれぞれの側の２つのインダクタの電磁結合が、重力の中心であることを理由として、その側における本来のインダクタに対する電磁結合と等価であるものと仮定する。このようにして、外乱発生器の相対的な位置に関係なく、インダクタＬ１１，Ｌ１２およびＬ２１，Ｌ２２の２つのペアを外乱発生器に対して対称に見せること、および、外乱発生器の方向に関係なく、これらのインダクタに同一の電磁結合を受けさせることが可能となる。電磁結合は、もしも２つのインダクタペアが外乱発生器との間の距離に比べて近くに位置付けられているならば、線形の影響力に近似させることができる。
【００１６】
図４は、２つのインダクタペアの巻線の例示的な配置を示すと共に、それぞれのインダクタ内における磁界の方向を図解している。図４において、ＬＣタンクのそれぞれの側の２つのンダクタは反対方向に巻かれているので、外乱発生器２０からの電磁結合に基づく２つのインダクタ内の誘導電流は位相が反対となっている。図４において、もしも２つのインダクタペアの中心が同一の点に揃えられていないのならば、ＬＣタンクのそれぞれの側での結果としての電磁結合は、依然として２つのインダクタの等価な中心で受け入れられるが、弱められる。それぞれの側での正味の電磁結合は、２つのインダクタにより受け入れられた電磁結合の間の差分である。電磁結合の低減は、図１における従来のＶＣＯに対してより良く比較して大きさの順番が１つであるように期待することができる。もしも図３の共通重心配置が用いられているのならば、電磁結合をさらに低減させることができる。
【００１７】
図５は、ＶＣＯ３０の２つのインダクタペアＬ１１とＬ２１およびＬ２１とＬ２２の異なる配置を示している。図６は、図５における２つのインダクタペアの巻線の例示的な配置を示すと共に、それぞれのインダクタ内の磁界の方向を図解している。図６の配置においては、ＬＣタンクのそれぞれの側の２つのインダクタにおける誘導電流は位相で反対となっているので、これらの誘導電流は互いに打ち消され、これにより、外乱発生器２０からの電磁結合に基づく何れかの周波数変化を最小化させることができる。この実施形態においては、外乱発生器２０がＬＣタンクの２つの側に関して対称であるときに、最良の結果が得られる。
【００１８】
この発明は特定の実施形態に関連させて説明されていたが、多くの選択的な例や、変形例および変更例の提供が上述した説明を考慮に入れてこの技術分野の熟練者にとって明白であることは、明らかである。したがって、この明細書に添付された特許請求の範囲の精神と意図の範囲内に帰着するような全てのこのような選択的な例、変形例および変更例を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来のＶＣＯを示す回路図である。
【図２】この発明の実施形態によるＶＣＯを示す回路図である。
【図３】図２に示したＶＣＯにおけるインダクタの共通重心配置を示す説明図である。
【図４】図３におけるインダクタの巻線の配置を示す説明図である。
【図５】図２に示したＶＣＯにおけるインダクタの他の配置を示す説明図である。
【図６】図５におけるインダクタの巻線の配置を示す説明図である。

Claims (21)

1. 増幅器と、この増幅器に接続されたＬＣ回路と、を備える発振器であって、前記ＬＣ回路は、
   ２つの端子を有するキャパシタと、
   前記キャパシタの２つの端子にそれぞれ接続された２つのペアよりなる第１および第２のペアのインダクタと、
   を備える発振器。
2. 前記第１のペアは第１および第２のインダクタを含み、第２のペアは第３および第４のインダクタを含むと共に、前記第１および第２のペアは前記第１および第４のインダクタが第１の側にあり、前記第２および第３のインダクタが第２の側にあるように配置されている請求項１に記載の発振器。
3. 前記インダクタは、前記第１および第２のインダクタの間の中心が実質的に前記第３および第４のインダクタの間の中心に重複するようにして配置されている請求項２に記載の発振器。
4. 前記第１および第２のインダクタが反対方向の磁界を有するように該第１および第２のインダクタは配置されると共に、前記第３および第４のインダクタが反対方向の磁界を有するように該第３および第４のインダクタは配置されている請求項２に記載の発振器。
5. 前記第１のペアは第１および第２のインダクタを含み、前記第２のペアは第３および第４のインダクタを含むと共に、前記第１および第２のペアのインダクタは前記第１および第２のインダクタが第１の側にあり、前記第３および第４のインダクタが第２の側にあるように配置されている請求項１に記載の発振器。
6. 前記第１および第２のインダクタが同一方向の磁界を有するように該第１および第２のインダクタは配置されると共に、前記第３および第４のインダクタが同一方向の磁界を有するように該第３および第４のインダクタは配置されている請求項５に記載の発振器。
7. 第１のペアのインダクタは実質的にそれぞれの値が互いに等しく、第２のペアのインダクタは実質的にそれぞれの値が互いに等しい請求項１に記載の発振器。
8. 信号を送信するため設けられた送信器と、この送信器に接続された発振器と、を備える通信装置であって、
   前記発振器は、増幅器と、この増幅器に接続されたＬＣ回路と、を備え、前記ＬＣ回路は、２つの端子を有するキャパシタと、このキャパシタの前記２つの端子にそれぞれ接続された２つのインダクタのペアからなる第１および第２のペアと、を備える通信装置。
9. 前記第１のペアは第１および第２のインダクタを含み、第２のペアは第３および第４のインダクタを含むと共に、前記第１および第２のペアは前記第１および第４のインダクタが第１の側にあり、前記第２および第３のインダクタが第２の側にあるように配置されている請求項８に記載の通信装置。
10. 前記インダクタは、前記第１および第２のインダクタの間の中心が前記第３および第４のインダクタの間の中心に重複するようにして配置された請求項９に記載の通信装置。
11. 前記第１および第２のインダクタが反対方向の磁界をそれぞれ有するように該第１および第２のインダクタは配置されると共に、前記第３および第４のインダクタが反対方向の磁界をそれぞれ有するように該第３および第４のインダクタは配置された請求項１０に記載の通信装置。
12. 発振器を作成する方法であって、
    インダクタの第１のペアとして第１および第２のインダクタを互いに直列に接続し、
    キャパシタの第１の端子に前記第１のペアを接続し、
    インダクタの第２のペアとして第３および第４のインダクタを互いに直列に接続し、
    前記キャパシタの第２の端子に前記第２のペアを接続し、
    前記キャパシタを増幅器に並列に接続する、
    各ステップを備える方法。
13. 第１および第４のインダクタを第１の側に揃えさせ、
    第２および第３のインダクタを第２の側に揃えさせ、
    第１および第２のインダクタの間の中心と第３および第４のインダクタの間の中心とが実質的に重複するように２つの中心を揃えさせる、
    ステップをさらに備える請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１および第２のインダクタがそれぞれ反対方向の磁界を有するように該第１および第２のインダクタを配置し、
    前記第３および第４のインダクタがそれぞれ反対方向の磁界を有するように該第３および第４のインダクタを配置する、
    ステップをさらに備える請求項１３に記載の方法。
15. 増幅手段と、前記増幅手段に接続されたＬＣ回路手段と、を備える発振器であって、
    前記ＬＣ回路手段は、
    ２つの端子を有するキャパシタと、
    前記キャパシタの２つの端子にそれぞれ接続される２つのペアよりなる、インダクタ手段の第１および第２のペアと、
    を備える発振器。
16. 前記第１のペアは第１および第２のインダクタ手段を含み、前記第２のペアは第３および第４のインダクタ手段を含むと共に、前記第３および第４のインダクタ手段が第１の側にあり、前記第２および第３のインダクタ手段が第２の側にあるように、前記第１および第２のペアが配置されている請求項１５に記載の発振器。
17. 前記第１および第２のインダクタ手段の間の中心が前記第３および第４のインダクタ手段の間の中心と重複するように前記インダクタ手段が配置されている請求項１６に記載の発振器。
18. 前記第１のインダクタ手段が反対方向の磁界をそれぞれ有するように該第１および第２のインダクタ手段が配置されると共に、前記第３および第４のインダクタ手段が反対方向の磁界をそれぞれ有するように該第３および第４のインダクタ手段が配置されている請求項１６に記載の発振器。
19. 前記第１のペアは第１および第２のインダクタ手段を含み、前記第２のペアは第３および第４のインダクタ手段を含むと共に、前記第１および第２のインダクタ手段が第１の側にあり、前記第３および第４のインダクタ手段が第２の側にあるように前記第１および第２のペアが配置されている請求項１５に記載の発振器。
20. 前記第１および第２のインダクタ手段が同一方向の磁界をそれぞれ有するように該第１および第２のインダクタ手段が配置されると共に、前記第３および第４のインダクタ手段が同一方向の磁界をそれぞれ有するように該第３および第４のインダクタ手段が配置されている請求項１９に記載の発振器。
21. 前記第１のペアの前記インダクタ手段は実質的にそれらの値が互いに等しく、前記第２のペアの前記インダクタ手段は実質的にそれらの値が等しくなっている請求項１５に記載の発振器。

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