JP2005160077A - 発振器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 少ない構成要素で回路を構成し、発振器の小型化を実現する。
【解決手段】電源電圧を受け取るコレクタを有するトランジスタTRと、前記トランジスタのベース・エミッタ間に接続される第1のコンデンサC1と、前記第1のコンデンサと接地間に接続される第2のコンデンサC2と、前記トランジスタの前記コレクタ・前記ベース間に接続される抵抗R1と、前記トランジスタの前記ベースと接地間に接続される第1のインダクタL1と、前記トランジスタの前記エミッタと前記第1のインダクタまたは接地間に接続される第2のインダクタL2で構成される発振器。
【選択図】 図2

Description

本発明は発振器に関し、特に、高周波回路(RF回路)で用いられる発振器に関する。
従来から、FMチューナー用局部発振器、水晶発振器や電圧制御発振器等、一般的に高周波数帯で使用されている発振器には様々なものがある。例えば、コルピッツ発振器やハートレー発振器などはLC発振器として広く用いられている。LC発振器はインダクタLとコンデンサCとの組み合わせで共振回路を形成する。一般に前記発振回路だけでは周辺回路の影響により安定的な発振をすることが難しい為、バッファ回路を発振回路の後段に接続する場合が多い。
しかしながら、近年の電子機器の小型化に伴い前記発振器の小型化が進み、現在使用されている発振回路とバッファ回路で構成した発振器は小型化の限界に達している。
図1に、従来の発振回路、具体的にはコルピッツ発振回路を回路構成例として示す。前記コルピッツ発振回路は、トランジスタTR、フィードバック用コンデンサC1及びC2、抵抗R1、R2及びR3、インダクタLから構成される。電源電圧は端子P1を介して発振器に供給され、抵抗R1及び抵抗R2から成る直列回路は端子P1と接地間を接続し、DCバイアス電圧を生成する。DCバイアス電圧は、トランジスタTRのベースに印加される。前記トランジスタTRのエミッタは、エミッタ・バイアス抵抗の働きをする抵抗R3によってバイアスをかけられる。図示していないバッファ回路がコルピッツ発振回路の後段に接続される。詳しくは、バッファ回路は、前記トランジスタTRのエミッタに接続される。
電気的な特性を低下させることなく、発振器の小型化を実現する必要がある。
したがって、本発明は上記従来の発振器の小型化を行う為の新たな回路形態を提案し、小型・簡素化した構成の発振器を提供することを目的とする。
本発明は、電源電圧を受け取るコレクタを有するトランジスタと、前記トランジスタのベース・エミッタ間に接続される第1のコンデンサと、前記第1のコンデンサと接地間に接続される第2のコンデンサと、前記トランジスタの前記コレクタ・前記ベース間に接続される抵抗と、前記トランジスタの前記ベースと接地間に接続される第1のインダクタと、前記トランジスタの前記エミッタと前記第1のインダクタまたは接地間に接続される第2のインダクタで構成される発振器である。
上記発振器において、前記第2のインダクタは前記第1のインダクタの1部を経由して接地する構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第1のインダクタの一端に接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第2のインダクタが接続される前記第1のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第1のインダクタの一端に接続される出力端子と、該出力端子に接続され第3のコンデンサを有する整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第2のインダクタが接続される前記第1のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子と、該出力端子に接続され第3のコンデンサを有する整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第1のインダクタの一端に接続される出力端子と、該出力端子に接続されるインピーダンス整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第2のインダクタが接続される前記第1のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子と、該出力端子に接続されるインピーダンス整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記コンデンサが形成される基板を有し、該基板は前記第3のコンデンサを形成する導電性パターンを有する構成とすることができる。
また、前記発振器は、前記第1のインダクタまたは前記第2のインダクタのいずれかを伝送線路で構成することができる。また、前記発振器は、前記第1のインダクタまたは前記第2のインダクタのいずれかをマイクロストリップラインで構成することもできる。また、前記発振器はさらに、発振周波数を外部で調節できるようにするために、前記第1のインダクタに接続され該共振器の制御端子を介して制御信号を受信する可変容量ダイオードを有する構成とすることができる。前記発振器はさらに、前記トランジスタの前記ベースと前記第1のインダクタ間を接続する結合コンデンサを有する構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第2のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記トランジスタの前記エミッタに接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力される構成とすることができる。また、前記発振器はさらに、前記第2のインダクタに直列接続される抵抗を有する構成とすることができる。
本発明はまた、電源電圧を受け取るコレクタを有するトランジスタと、前記トランジスタのベース・エミッタ間に接続される第1のコンデンサと、前記トランジスタの前記コレクタ・前記ベース間に接続される抵抗と、前記トランジスタの前記ベースと接地間に接続される第1のインダクタと、前記トランジスタの前記エミッタと前記第1のインダクタまたは接地間に接続される第2のインダクタと、前記トランジスタの前記エミッタと接地間を接続するコンデンサ回路と、前記コンデンサ回路から出力される発振信号で構成される発振器を含む。この発振器は、前記コンデンサ回路が直列接続された第4のコンデンサと第5のコンデンサで構成され、上記発振信号は該第4のコンデンサと該第5のコンデンサが直列接続する中間ノード点に接続される出力端子を介して出力される構成とすることができる。
本発明によれば、小型・簡素化した構成の発振器を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図2は、第1実施例に係る発振器の回路図である。図2の発振器は、コルピッツ発振回路を変形させたものであり、以下の構成となっている。帰還用トランジスタTRのコレクタには、電源端子P1を介して電源電圧が供給される。第1のコンデンサC1は、トランジスタTRのベース・エミッタ間に接続され、第2のコンデンサC2は、前記第1のコンデンサC1・接地間に接続される。抵抗R1は、トランジスタTRのコレクタ・ベース間に接続される。共振回路の第1のインダクタL1は、トランジスタTRのベース・接地間に接続され、第2のインダクタL2は、トランジスタTRのエミッタ・前記第1のインダクタL1間に接続される。
図2に示される回路構成には、図1に示されるようなトランジスタTRのベース・接地間に接続されるバイアス抵抗R2や、エミッタ・接地間に接続されるバイアス抵抗R3は含まれない。従って、第1実施例に係るバイアス回路は簡略化されている。図1と図2を比較するとわかるように、図2は図1よりも少数の構成要素で回路が構成されている。このため、発振器の小型化が実現できる。
トランジスタTRのエミッタは、インダクタL2を介して接地される。インダクタL2の一端はエミッタに、他端はインダクタL1の中間ノード点に接続される。インダクタL2により、インダクタL1へ直流電流を流したり、高周波の構成要素から遮断したりするように調整できるようになる。インダクタL2は、チョークコイルのような働きをする。インダクタL2の他端は、インダクタL1を介さずに直接接地する構成にしても良い。発明者らは、図2の回路構成においても発振することを確認済みである。
図2の構成要素は、パッケージ化が可能な一般的な基板やチップに搭載する構成としても良い。この構成については、後述する。
図3は、第2実施例に係る発振器の回路図である。図2における発振器は、発振回路30と整合回路41とバッファ回路42とインピーダンス調整回路43を有する。発振回路30により発振信号が生成され、整合回路41とバッファ回路42とインピーダンス調整回路43を介して出力端子44に出力される。整合回路41は、バッファ回路42から発振回路30の直流電流をアイソレーションする機能を持つ。発振信号が数GHzの場合は、整合回路41を使用するのが好ましい。バッファ回路42は発振信号を増幅し、インピーダンス調整回路43は発振器と出力端子44に接続される外部回路とのインピーダンスの整合を確立する。
発振回路30は、共振回路31と発振トランジスタ32を有する駆動回路を有する。共振回路31は共振信号を生成し、発振トランジスタ32は前記共振信号を共振回路31に帰還させ、LC共振回路である共振回路31を駆動する。詳しくは、共振回路31は、ダイオードDとコンデンサC3、C6及びC7とインダクタ33で構成される。ダイオードDは可変容量ダイオードでも良い。制御信号が外部から制御端子36及びチョークコイルであるインダクタ34を介して、ダイオードDのカソードに入力され、ダイオードDのアノードは接地される。制御信号によりダイオードDのキャパシタンスは変化するが、これにより共振回路31の共振周波数が変化する。制御端子36に入力された交流成分はバイパスコンデンサC5を経由して接地され、ダイオードDのカソードはコンデンサC6及びC7を経由して接地される。インダクタ33の一端はコンデンサC6を介してダイオードDのカソードに接続され、インダクタ33の他端は接地される。インダクタ33はコンデンサC7と並列接続される。共振周波数は主に、ダイオードDとコンデンサC6及びC7とインダクタ33によって異なる。コンデンサC3はインダクタ33とトランジスタ32のベース間に接続され、インピーダンスを調整する。
コンデンサC1及びC2が直列接続されるノード点は、発振回路30の出力端子37に接続される。そして、出力端子37はトランジスタ32のエミッタに接続される。出力端子37は、トランジスタ32のエミッタに直接、接続される。出力端子37から出力される発振信号は、整合回路41とバッファ回路42とインピーダンス調整回路43を経由して、発振器の出力端子44に出力される。
ベース電圧は、直流回路の電源端子38と接地間に接続される抵抗R1によって決まる。電源電圧は、電源端子38に出力される。コルピッツ発振器は、トランジスタ32とコンデンサC1及びC2を有する。コンデンサC1は、トランジスタ32のベース・エミッタ間に接続される。コンデンサC2は、トランジスタ32のエミッタ・接地間に接続される。インダクタ35は、図2のインダクタL2に相当し、トランジスタ32のエミッタとインダクタ33の中間ノード点との間に接続される。トランジスタ32のエミッタは、直流回路内のインダクタ35及びインダクタ33の一部を経由して接地される。バイパスコンデンサC8はトランジスタ32のコレクタに接続され、接地される。トランジスタ32のコレクタは電源端子38に接続される。
動作時に、共振回路31で生成された共振信号は、トランジスタ32のベースに入力され、次に、エミッタ出力がインダクタ35を介して共振回路31に帰還する。発振信号は、制御端子36に出力される制御信号により生成可能で、出力端子37を介して出力される。
発振回路30は、少数の部品から構成されているため、発振器を小型化することができる。
図10は、図3の回路構成を変形させたものである。図10に示すインダクタ35は、インダクタ33に接続されずに接地されている。図10に示す回路のその他の部位は図3に等しい。図10の回路は、図3の回路と同様に動作する。
図4は、第3実施例に係る発振器の回路図である。
出力端子37は、インダクタ33とコンデンサC3、C6及びC7が接続されるノード点に接続される。つまり、発振出力は共振回路31から抽出される。インダクタ33では比較的大きい共振信号が得られる。バッファ回路42は、出力端子37を介して発振(共振)信号を受信、増幅する。
図11は、図4の回路構成を変形させたものである。図11に示すインダクタ35は、インダクタ33に接続されずに接地されている。図11の回路は、図4の回路と同様に動作する。
図5は、第4実施例に係る発振器の回路図である。
図5の発振器は、図4の発振器を変化させたものに相当する。発振器の出力端子37は、インダクタ35の一端が接続されている中間ノード点に接続される。バッファ回路42は、前記中間ノード点で得られる共振信号を増幅する。
図12は、図5の回路構成を変形させたものである。図12に示すインダクタ35は、インダクタ33に接続されずに接地されている。図12の回路は、図5の回路と同様に動作する。
図6は、第5実施例に係る発振器の回路図である。
図6の発振器は、図4の回路で使用されている整合回路41とバッファ回路42を省いて構成されている。インダクタ33の一端で得られる共振信号が十分な大きさである場合、共振信号を増幅せずに発振信号として用いても良い。図6の発振器は、図4のものより小型である。
図7は、第6実施例に係る発振器の回路図である。
図7の発振器は、図5の回路で使用されている整合回路41とバッファ回路42を省いて構成されている。インダクタ33の中間ノード点で得られる共振信号が十分な大きさである場合、共振信号を増幅せずに発振信号として用いても良い。図7の発振器は、図5のものより小型である。
第1実施例から第6実施例の発振器は、単一の基板上に形成して良い。図8に、基板50の断面図を模式的に示す。基板50は、層51〜54からなる多層構造の基板であり、例えば、セラミック素材でできている。発振器の電子部品57及び外部接続用のパッドが多層の基板50の最上層に搭載される。例えば、電子部品57には、トランジスタ32、コンデンサC1〜C3、C5、C6及びC8、バッファ回路42及びインピーダンス整合回路43などがある。バイアホール56を層51〜54のいずれに設けても良い。導電性パターン55を、隣接する層間のいずれの接触面に設けても良い。図2〜5に示す整合回路41のコンデンサを、多層の基板50に搭載することが好ましい。図8には、二つの導電性パターン58及び59が層53を介して向き合い、整合回路41のコンデンサを形成している。
誘電体を追加して導電性パターン58及び59の間に設けても良い。または代わりに、導電性パターン58及び59に挟まれる層を誘電体で形成しても良い。導電性パターン58及び59をコンデンサ41専用に設ける必要はなく、部品間を相互に接続する導電性パターンの一部としても良い。コンデンサ41は、パッドにより、基板50の最上部に作成しても良い。また、導電性パターンを層51・52間の接触面に設けても良い。最上部の上記パッドは出力端子37で構成されていても良い。このようにしてコンデンサ58及び59は、発振器のさらなる小型化を可能にする。これは、整合回路41のコンデンサを搭載するために基板50の最上部に領域を確保する必要がないからである。また、搭載領域を基板表面とする必要はないが、コンデンサ41は、基板50に形成された回路パターンにより形成することもできる。
図9に、インダクタ33を共振回路31に設けた例を示す。図9のインダクタ33は、伝送線路で形成されている。詳しくは、図9のインダクタ33は、マイクロストリップラインを有する。マイクロストリップラインは、基板60、基板60の前面に形成された導電性パターン62、基板60の背面に形成されたグランドパターン61を有する。導電性パターン62の一部62は接地され、導電性パターン62の一部62はコンデンサC3、C6及びC7に接続される。導電性パターン62の一部62はインダクタ35に接続され、図9に示すように形成することができる。インダクタ33のインダクタンス値は、導電性パターン62をトリミングすることで調整して良い。図9の伝送線路は基板50の最上部に設けるか、または基板内に組み込んでも良い。基板内に組み込む場合、基板60を基板50の一部としても良い。マイクロストリップラインの別の形式として、例えば、トリプレートマイクロストリップラインを多層の基板50内部に形成することもできる。
図13は、第7実施例に係る発振器の回路図である。
インダクタ35はトランジスタ32のエミッタと接地間に接続される。インダクタ35は、出力端子37と接続する中間ノード点を有する。中間ノード点の位置により、インダクタを通る電圧を分割する電圧分割比が変わる。こうしてインダクタ35の中間ノード点の位置を変えることにより、任意の電圧分割比を設定することができる。
図13に示す回路構成を図14のように変えても良い。図14では、インダクタ35は接地接続されずに、インダクタ33の中間ノード点に接続される。インダクタ35は直流回路動作において、インダクタ33を経由して接地されると言うこともできる。
図15は、第8実施例に係る発振器の回路図である。
コンデンサC21及びC22で構成されるコンデンサ回路は、図13のコンデンサC2の代わりに用いられる。出力端子37は、コンデンサC21及びC22が直列接続している中間ノード点に接続される。上記コンデンサ回路の中間ノード点の位置により、コンデンサを通る電圧を分割する電圧分割比が変わる。こうしてコンデンサ回路の中間ノード点の位置を変えることにより、任意の電圧分割比を設定することができる。
図15の示すインダクタ35は接地される。また、図16に示すように、インダクタ35をインダクタ33の中間ノード点に接続しても良い。
上記実施例で用いられる共振回路31は、前述の回路構成に限定されない。例えば、共振回路31は、水晶等により形成される共振器を含んでも良い。
図17は、第9実施例に係る発振器の回路図である。これは、図3に示す第1実施例を変形させたものである。抵抗R4がインダクタ35と直列に接続される。図17では、抵抗R4は、トランジスタ32のエミッタとインダクタ35の間に接続される。また、抵抗R4は、インダクタ33・35間に接続しても良い。抵抗R4は、抵抗32、インダクタ35及び33、コンデンサC3を含む帰還ループのゲインを変えるために設置させる。抵抗R4は、インダクタ35を備える他の実施例のいずれにも適応できる。例えば、抵抗R4は図10の共振器に適応しても良い。この適応については、図18に示す。
本発明は、前述の実施例に限らず、本発明の範囲内で、さらに他の実施例、変形及び修正が可能である。
図1に、従来のコルピッツ共振器の回路図を示す。 本発明の第1実施例に係る共振器の回路図を示す。 本発明の第2実施例に係る共振器の回路図を示す。 本発明の第3実施例に係る共振器の回路図を示す。 本発明の第4実施例に係る共振器の回路図を示す。 本発明の第5実施例に係る共振器の回路図を示す。 本発明の第6実施例に係る共振器の回路図を示す。 本発明の実施例に係る共振器を実現するために用いる基板の断面図を模式的に示す。 本発明の第1実施例から第8実施例で用いられる共振器の共振回路に使用されるインダクタを形成するマイクロストリップラインを模式的に示す。 図3に示す共振器の変形の回路図を示す。 図4に示す共振器の変形の回路図を示す。 図5に示す共振器の変形の回路図を示す。 本発明の第7実施例に係る共振器の回路図を示す。 図13に示す共振器の変形の回路図を示す。 本発明の第8実施例に係る共振器の回路図を示す。 図15に示す共振器の変形の回路図を示す。 図3に示す共振器の変形の回路図を示す。 図10に示す共振器の変形の回路図を示す。
符号の説明
30 発振回路
41 整合回路
42 バッファ回路
43 インピーダンス調整回路
TR トランジスタ
C1 第1のコンデンサ
C2 第2のコンデンサ
R1 抵抗
L1 第1のインダクタ
L2 第2のインダクタ

Claims (19)

  1. 電源電圧を受け取るコレクタを有するトランジスタと、前記トランジスタのベース・エミッタ間に接続される第1のコンデンサと、前記第1のコンデンサと接地間に接続される第2のコンデンサと、前記トランジスタの前記コレクタ・前記ベース間に接続される抵抗と、前記トランジスタの前記ベースと接地間に接続される第1のインダクタと、前記トランジスタの前記エミッタと前記第1のインダクタまたは接地間に接続される第2のインダクタで構成されることを特徴とする発振器。
  2. 前記第2のインダクタは前記第1のインダクタの1部を経由して接地することを特徴とする請求項1記載の発振器。
  3. 前記発振器はさらに、前記第1のインダクタの一端に接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  4. 前記発振器はさらに、前記第2のインダクタが接続される前記第1のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  5. 前記発振器はさらに、前記第1のインダクタの一端に接続される出力端子と、該出力端子に接続され第3のコンデンサを有する整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  6. 前記発振器はさらに、前記第2のインダクタが接続される前記第1のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子と、該出力端子に接続され第3のコンデンサを有する整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  7. 前記発振器はさらに、前記第1のインダクタの一端に接続される出力端子と、該出力端子に接続されるインピーダンス整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  8. 前記発振器はさらに、前記第2のインダクタが接続される前記第1のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子と、該出力端子に接続されるインピーダンス整合回路を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  9. 前記発振器はさらに、前記コンデンサが形成される基板を有し、該基板は前記第3のコンデンサを形成する導電性パターンを有することを特徴とする請求項5記載の発振器。
  10. 前記発振器はさらに、前記コンデンサが形成される基板を有し、該基板は前記第3のコンデンサを形成する導電性パターンを有することを特徴とする請求項6記載の発振器。
  11. 前記発振器は、前記第1のインダクタまたは前記第2のインダクタのいずれかが伝送線路で構成されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  12. 前記発振器は、前記第1のインダクタまたは前記第2のインダクタのいずれかがマイクロストリップラインで構成されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  13. 前記発振器はさらに、発振周波数を外部で調節できるようにするために、前記第1のインダクタに接続され該共振器の制御端子を介して制御信号を受信する可変容量ダイオードを有することを特徴とする請求項1記載の発振器。
  14. 前記発振器はさらに、前記トランジスタの前記ベースと前記第1のインダクタ間を接続する結合コンデンサを有することを特徴とする請求項1記載の発振器。
  15. 前記発振器はさらに、前記第2のインダクタの中間ノード点に接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  16. 前記発振器はさらに、前記トランジスタの前記エミッタに接続される出力端子を有し、該出力端子を介して発振信号が出力されることを特徴とする請求項1記載の発振器。
  17. 前記発振器はさらに、前記第2のインダクタに直列接続される抵抗を有することを特徴とする請求項1記載の発振器。
  18. 電源電圧を受け取るコレクタを有するトランジスタと、前記トランジスタのベース・エミッタ間に接続される第1のコンデンサと、前記トランジスタの前記コレクタ・前記ベース間に接続される抵抗と、前記トランジスタの前記ベースと接地間に接続される第1のインダクタと、前記トランジスタの前記エミッタと前記第1のインダクタまたは接地間に接続される第2のインダクタと、前記トランジスタの前記エミッタと接地間を接続するコンデンサ回路と、前記コンデンサ回路から出力される発振信号で構成されることを特徴とする発振器。
  19. 前記発振器は、前記コンデンサ回路が直列接続された第4のコンデンサと第5のコンデンサで構成され、上記発振信号は該第4のコンデンサと該第5のコンデンサが直列接続する中間ノード点に接続される出力端子を介して出力されることを特徴とする請求項18記載の発振器。
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