JP2007166559A - Voltage-controlled oscillator, pll circuit, signal processing circuit and tuner pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧制御発振器、PLL回路、信号処理回路およびチューナパックに関し、特に、テレビジョン受信機またはテレビジョンチューナ内蔵のビデオ再生装置等における映像中間周波数信号を検波する中間周波信号処理回路のPLL回路に用いられる電圧制御発振器に関する。 The present invention relates to a voltage-controlled oscillator, a PLL circuit, a signal processing circuit, and a tuner pack, and in particular, a PLL of an intermediate frequency signal processing circuit that detects a video intermediate frequency signal in a television receiver or a video playback device with a built-in television tuner. The present invention relates to a voltage controlled oscillator used in a circuit.
近年、テレビジョン受信機は、従来のCRTに替わり、プラズマテレビや液晶テレビなどの薄型テレビに移行しつつある。これにともない、チューナ回路および中間周波信号処理回路(VIF回路)を内蔵したチューナパックも小型化の傾向を示すようになってきた。チューナパックの実装面積を小さくすると、チューナ回路、中間周波信号処理回路および周辺部品のそれぞれの距離は非常に近くなり、チューナ回路、中間周波信号処理回路および周辺部品で用いられる信号の相互干渉が起こるという問題がある。 In recent years, television receivers are shifting to flat-screen televisions such as plasma televisions and liquid crystal televisions instead of conventional CRTs. As a result, tuner packs incorporating a tuner circuit and an intermediate frequency signal processing circuit (VIF circuit) have come to show a tendency toward miniaturization. If the mounting area of the tuner pack is reduced, the distances between the tuner circuit, the intermediate frequency signal processing circuit and the peripheral components become very close, and mutual interference of signals used in the tuner circuit, the intermediate frequency signal processing circuit and the peripheral components occurs. There is a problem.
以下、チューナ回路および中間周波信号処理回路を内蔵したチューナパックのシステムについて説明する。 A tuner pack system incorporating a tuner circuit and an intermediate frequency signal processing circuit will be described below.
図4は、チューナパックの構成を示す図である。図4に示すように、テレビジョン受信機に内蔵されたチューナパックは、アンテナ10と、チューナ回路11と、SAWフィルタ12と、中間周波信号処理回路101とを備える。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the tuner pack. As shown in FIG. 4, the tuner pack built in the television receiver includes an
アンテナ10は、UHF帯またはVHF帯の電波を受信するアンテナである。
チューナ回路11は、アンテナ10で受信したテレビ高周波信号S10から希望のチャンネル周波数を選択し、中間周波数に変換し、信号S11を出力する。例えば、日本国内であれば映像信号は58.75MHz、米国内であれば45.75MHzの映像中間周波数信号に変換される。
The
The
SAWフィルタ(表面弾性波フィルタ)12は、中間周波数信号の周波数帯域の信号を通過させるフィルタであり、信号S11の中間周波数帯域以外の信号を減衰させ、中間周波数信号S12として出力する。 The SAW filter (surface acoustic wave filter) 12 is a filter that passes a signal in the frequency band of the intermediate frequency signal, attenuates a signal other than the intermediate frequency band of the signal S11, and outputs it as an intermediate frequency signal S12.
中間周波信号処理回路101は、中間周波数信号S12より映像信号を復調する。中間周波信号処理回路101は、IFアンプ21と、検波器22と、映像アンプ23と、PLL(Phase Locked Loop)回路102とを備える。
The intermediate frequency
IFアンプ(中間周波アンプ)21は、中間周波数信号S12を増幅し、信号S21を出力する信号増幅器である。 The IF amplifier (intermediate frequency amplifier) 21 is a signal amplifier that amplifies the intermediate frequency signal S12 and outputs the signal S21.
PLL回路102は、信号S21と同じ周波数および位相の信号S31bを出力する。
検波器22は、信号S31bに基づき、信号S21を同期検波することにより映像信号を復調し、信号S22を出力する。
The
The
映像アンプ23は、信号S22を増幅し、映像信号端子24に映像信号S23を出力する。
The
以上の構成により、アンテナ10が受信したテレビ高周波信号S10から映像信号S23が復調される。
With the above configuration, the video signal S23 is demodulated from the high-frequency TV signal S10 received by the
以下に、中間周波数信号処理回路101に用いられるPLL回路102について説明する。
Hereinafter, the
PLL回路102は、位相検波器30と、低域通過フィルタ(LPF)34と、電圧制御発振器(VCO)103と、移相器31とを備える。また、電圧制御発振器103は、差動増幅型発振器32と、電圧電流変換回路33とを備える。
The
移相器31は、電圧制御発振器103の出力S103の位相をシフトし、信号S31aを出力する。位相検波器30は、信号S31aおよび信号S21の周波数差(位相差)S30を検出し出力する。周波数差(位相差)S30は低域通過フィルタ34によって平滑化されて発振周波数制御電圧S35となり電圧制御発振器103に入力される。電圧電流変換回路33は、発振周波数制御電圧S35を制御電流S33に変換し、差動増幅型発振器32へフィードバックする。差動増幅型発振器32は、制御電流S33に基づき、出力信号S103の周波数を変更する。
The
上述した動作により、電圧制御発振器103の出力する信号S103の周波数が受信した映像中間周波数(例えば、日本では58.75MHz)になる。すなわち、電圧制御発振器103は、信号S21と同じ周波数の信号を出力するように発振周波数制御電圧S35を制御する。また、信号S21と移相器31の出力する信号S31aの位相差が90度となり、PLLとして動作する。
With the above-described operation, the frequency of the signal S103 output from the voltage controlled
一方、移相器31は、信号S31aに対して位相が90度シフトされた信号S31bを出力する。この結果、PLL回路102において、IFアンプ21からの出力信号S21と移相器31の出力信号S31bの位相が等しくなる。
On the other hand, the phase shifter 31 outputs a signal S31b whose phase is shifted by 90 degrees with respect to the signal S31a. As a result, in the
以下、PLL回路102に用いられる従来の電圧制御発振器103について説明する。
図5は、従来の電圧制御発振器103の構成を示す図である。図5に示すように電圧制御発振器103は、差動増幅型発振器32と電圧電流変換回路33とを備える。差動増幅型発振器32の発振周波数は電圧電流変換回路33の出力する制御電流S33によって制御される。
Hereinafter, a conventional voltage controlled
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional voltage controlled
図5に示す差動増幅型発振器32は、互いのエミッタを接続し、互いのベースとコレクタを接続して差動増幅型のトランジスタ対をなすNPNトランジスタQ11およびQ12と、トランジスタQ11およびQ12のエミッタとGNDとの間に接続された電流源I12と、トランジスタQ11およびQ12のコレクタ間(差動出力間)に接続されたLC共振回路を構成する容量CextおよびコイルLextと、トランジスタQ11またはQ12のコレクタとVCC端子1との間に接続された抵抗R22およびR23とを備える。なお、LC共振回路を構成する容量CextおよびコイルLextは通常、半導体集積回路の外部に接続されている。
A differential
発振周波数制御端子35の電圧が変化すると、制御電流S33が変化し、差動増幅型発振器32の電流源I12の電流i12が変化する。このとき、トランジスタQ11およびQ12は飽和状態で使用されているため、ベースから見たときのトランジスタのベース・コレクタ間の接合容量およびベース・エミッタ間の拡散容量等の寄生容量が大きく変化する。また、トランジスタQ11およびQ12のベースには、LC共振回路を構成する容量Cextが接続されている。電流i12が変化すると、トランジスタQ11およびQ12の寄生容量が変化することで等価的に共振容量(CextとトランジスタQ11およびQ12の寄生容量との合計)の値が変化し、発振周波数が変化する。
When the voltage at the oscillation
また、差動増幅型発振器32の発振振幅は、トランジスタQ11およびQ12は飽和状態で使用されているので、トランジスタQ11およびQ12のベース・エミッタ間電圧Vbeとコレクタ・エミッタ間飽和電圧Vce(sat)との差(Vbe−Vce(sat))となる。すなわち、発振振幅は、トランジスタの特性に依存した値となる。
The oscillation amplitude of the differential
従来の電圧制御発振器103の発振振幅は、(Vbe−Vce(sat))であり、小型チューナパックにおいては特性に弊害が生じるほど大きい。具体的には、発振振幅が大きい際には、特に最近の小型チューナパックにおいては、以下に述べる問題がある。
The oscillation amplitude of the conventional voltage-controlled
LC共振回路が半導体集積回路の外部に接続されている際には、実装基板を介して、電圧制御発振器103が出力する発振信号S101が、中間周波信号処理回路101の入力部に回り込む。これにより、中間周波信号処理回路101に入力される中間周波数信号S12が微弱(弱電界)の際には、LC共振回路から入力部へ回り込んでくる電圧制御発振器103が出力する発振信号の方が大きくなる。このため、PLL回路102は、中間周波信号S12に位相ロックするのではなく、LC共振回路から入力部に回り込んできた電圧制御発振器103が出力する発振信号に位相ロックしてしまう(自己ロックとも称する。)。すなわち、発振振幅が大きい場合には、中間周波信号が弱電界において、ロックが非常に外れやすくなるという問題がある。
When the LC resonant circuit is connected to the outside of the semiconductor integrated circuit, the oscillation signal S101 output from the voltage controlled
また、発振信号S101の高調波信号とチューナ回路11の入力信号S10の周波数が近い際には、その周波数差の低周波信号(ビート)が発生し、映像ノイズや音声ノイズとなり、画質や音質が低下してしまうという問題がある。特に、最近のチューナパックの小型化にともない、チューナ回路11と中間周波信号処理回路101の距離はますます狭まっており、その干渉が顕著となる。
Further, when the harmonic signal of the oscillation signal S101 and the input signal S10 of the
また、LC共振回路に接続されているピンと隣接ピンとの容量結合により、隣接ピンに接続されている内部集積回路に悪影響をおよぼすおそれがある。このため、従来の電圧制御発振器103を用いたチューナパックでは、LC共振回路の隣接ピンはGNDピンやNCピン(未接続ピン)が設けられることが多く、ピン数が必要以上に増加するという問題がある。
In addition, capacitive coupling between the pin connected to the LC resonance circuit and the adjacent pin may adversely affect the internal integrated circuit connected to the adjacent pin. Therefore, in the tuner pack using the conventional voltage controlled
また、発振振幅が大きい際には、半導体集積回路内部での振幅も大きくなっている。このため、マスクレイアウトで、電圧制御発振器103の出力信号S103、移相器31の出力信号S31aおよびS31bの配線が、IFアンプ21の入力部に近い際には、配線間の容量結合などにより、電圧制御発振器32の発振信号がIFアンプ21に回り込むことになる。このため、PLL回路102は中間周波信号S12に位相ロックするのではなく、電圧制御発振器32からIFアンプ21に回り込んできた信号に位相ロックしてしまうという問題がある。
Further, when the oscillation amplitude is large, the amplitude inside the semiconductor integrated circuit is also large. For this reason, when the wiring of the output signal S103 of the voltage controlled
このような問題に対し、発振振幅を小さくすることのできる電圧制御発振器が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1記載の電圧制御発振器および図5に示す従来の電圧制御発振器における発振周波数の制御範囲は、トランジスタQ11およびQ12のベース・コレクタ間の接合容量およびベース・エミッタ間の拡散容量等の寄生容量に大きく依存しているため、プロセスバラツキ等の影響が大きく自由に設定することは困難である。すなわち、設計段階における特性の合し込みが困難であった。
However, the control range of the oscillation frequency in the voltage controlled oscillator described in
以上のように、特許文献1記載の電圧制御発振器は、発振振幅を小さく設定できるが、特性の合し込みが困難であるという問題がある。
As described above, the voltage controlled oscillator described in
そこで、本発明は、発振振幅を小さく設定でき、特性の合し込みを容易にできる電圧制御発振器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a voltage controlled oscillator that can set an oscillation amplitude small and easily combine characteristics.
上記目的を達成するために、本発明に係る電圧制御発振器は、制御電圧に応じ、発振信号の周波数を変更する電圧制御発振器であって、差動増幅型のトランジスタ対を有し、前記トランジスタ対から前記発振信号を出力する発振手段と、前記トランジスタ対に接続された容量手段と、前記制御電圧に応じ、前記容量手段の等価容量を変更する制御手段とを備え、前記トランジスタ対を構成するトランジスタは、出力電流が実質的に変化しない領域で動作するように構成される。 In order to achieve the above object, a voltage controlled oscillator according to the present invention is a voltage controlled oscillator that changes a frequency of an oscillation signal in accordance with a control voltage, and includes a differential amplification type transistor pair, and the transistor pair A transistor constituting the transistor pair, the oscillation means outputting the oscillation signal from the capacitor, the capacitor means connected to the transistor pair, and the control means for changing the equivalent capacitance of the capacitor means according to the control voltage Is configured to operate in a region where the output current does not substantially change.
これにより、本発明における電圧制御発振器は、制御電圧により、差動増幅型のトランジスタ対から見たときの等価容量を変更することで、発振周波数を変更する。よって、本発明における電圧制御発振器は、差動増幅型のトランジスタ対を構成するトランジスタの寄生容量に依存せずに、容量手段が有する容量に依存した発振周波数特性を設定することができる。これにより、特性の合し込みを容易に行うことができる。また、差動増幅型のトランジスタ対を構成するトランジスタは、出力電流が実質的に変化しない領域で動作する。ここで、「トランジスタ」としては例えばバイポーラトランジスタまたはMOSトランジスタで構成することができる。従って、ここで言う「出力電流が実質的に変化しない領域」とは、「トランジスタ」をバイポーラトランジスタで構成すれば飽和しない動作領域であり、MOSトランジスタで構成すれば飽和領域のことである。これにより、差動増幅型のトランジスタ対を構成するトランジスタを出力電流が変化する領域で動作させる場合に比べ、寄生容量等の影響を受け難い。よって、特性の合し込みを容易に行うことができる。また、差動増幅型のトランジスタ対に供給する電流の制御により周波数を変更しないので、差動増幅型のトランジスタ対に供給する電流値を任意に設定することができる。これにより、発振振幅を任意に設定することができる。すなわち、本発明における電圧制御発振器は、発振振幅を小さく設定でき、特性の合し込みを容易に行うことができる。 Thus, the voltage controlled oscillator according to the present invention changes the oscillation frequency by changing the equivalent capacitance when viewed from the differential amplification type transistor pair by the control voltage. Therefore, the voltage controlled oscillator according to the present invention can set the oscillation frequency characteristic depending on the capacitance of the capacitance means without depending on the parasitic capacitance of the transistors constituting the differential amplification type transistor pair. Thereby, it is possible to easily combine the characteristics. The transistors constituting the differential amplification type transistor pair operate in a region where the output current does not substantially change. Here, as the “transistor”, for example, a bipolar transistor or a MOS transistor can be used. Therefore, the “region in which the output current does not substantially change” referred to here is an operation region that does not saturate if the “transistor” is composed of a bipolar transistor, and a saturation region that is composed of a MOS transistor. As a result, it is less affected by parasitic capacitance and the like than when the transistors constituting the differential amplification type transistor pair are operated in a region where the output current changes. Therefore, it is possible to easily combine the characteristics. Further, since the frequency is not changed by controlling the current supplied to the differential amplification type transistor pair, the current value supplied to the differential amplification type transistor pair can be arbitrarily set. Thereby, the oscillation amplitude can be set arbitrarily. That is, the voltage controlled oscillator according to the present invention can set the oscillation amplitude to be small and can easily combine the characteristics.
また、前記発振手段は、一定電流を前記トランジスタ対に供給する第1の電流源と、前記制御電圧に応じた電流を前記トランジスタ対に供給する第2の電流源と、前記トランジスタ対に接続されたLC共振回路とを備えてもよい。 The oscillation means is connected to the transistor pair, a first current source that supplies a constant current to the transistor pair, a second current source that supplies a current corresponding to the control voltage to the transistor pair, and the transistor pair. And an LC resonance circuit.
これにより、第1の電流源が供給する電流により発振振幅を設定し、第2の電流源の供給する電流により制御電圧が変化した場合の発振振幅の変化を抑えることができる。例えば、制御電圧が増加した場合に、容量手段の差動増幅型のトランジスタ対から見たときの等価容量が増加し、発振振幅が減少する。第2の電流源の電流は、制御電圧が増加した場合に増加し、発振振幅を増加させる特性を示すので、容量手段における発振振幅の減少の効果を相殺し、制御電圧によらず発振振幅を一定に保つことができる。 As a result, the oscillation amplitude is set by the current supplied from the first current source, and the change in the oscillation amplitude when the control voltage is changed by the current supplied from the second current source can be suppressed. For example, when the control voltage increases, the equivalent capacitance when viewed from the differential amplification type transistor pair of the capacitance means increases and the oscillation amplitude decreases. The current of the second current source increases when the control voltage increases, and shows the characteristic of increasing the oscillation amplitude. Therefore, the effect of the decrease of the oscillation amplitude in the capacitor means is offset, and the oscillation amplitude is increased regardless of the control voltage. Can be kept constant.
また、前記制御手段は、前記制御電圧に応じ前記容量手段に電流を供給する第3の電流源を備え、前記等価容量は、前記第3の電流源から供給される電流に応じ変更されてもよい。 In addition, the control means includes a third current source that supplies current to the capacity means according to the control voltage, and the equivalent capacity may be changed according to the current supplied from the third current source. Good.
これにより、差動増幅型のトランジスタ対から見たときの等価容量を変更することで、発振周波数を変更することができる。また、第2の電流源および第3の電流源の特性を合し込むことで、制御電圧によらず発振振幅を一定に保つことができる。 Thus, the oscillation frequency can be changed by changing the equivalent capacitance when viewed from the differential amplification type transistor pair. Further, by combining the characteristics of the second current source and the third current source, the oscillation amplitude can be kept constant regardless of the control voltage.
また、前記電圧制御発振器は、さらに、前記制御電圧を制御電流に変換する電圧電流変換回路を備え、前記制御電流は、前記第2の電流源および前記第3の電流源の駆動電流を制御してもよい。 The voltage-controlled oscillator further includes a voltage-current conversion circuit that converts the control voltage into a control current, and the control current controls drive currents of the second current source and the third current source. May be.
これにより、発振手段および制御手段は、制御電流をミラーすることで容易に差動増幅型のトランジスタ対および容量手段に供給される電流を制御することができる。 Thus, the oscillation means and the control means can easily control the current supplied to the differential amplification type transistor pair and the capacitance means by mirroring the control current.
また、前記発振手段は、第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタのベースがコレクタに接続され、前記第1のトランジスタのコレクタがベースに接続される第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのコレクタに接続される第1の抵抗と、前記第2のトランジスタのコレクタに接続される第2の抵抗とを備え、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは前記トランジスタ対を構成し、前記第1の電流源および第2の電流源は、前記第1のトランジスタのエミッタおよび前記第2のトランジスタのエミッタに並列に接続され、前記容量手段は、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタのベースに接続されてもよい。 The oscillation means includes a first transistor, a second transistor in which a base of the first transistor is connected to a collector, a second transistor in which a collector of the first transistor is connected to a base, and the first transistor. A first resistor connected to the collector of the second transistor and a second resistor connected to the collector of the second transistor, wherein the first transistor and the second transistor constitute the transistor pair; The first current source and the second current source are connected in parallel to an emitter of the first transistor and an emitter of the second transistor, and the capacitor means includes the first transistor and the second transistor. It may be connected to the base of the transistor.
これにより、第1の抵抗および第2の抵抗の抵抗値と、第1の電流源の電流値を設定することで、任意に発振振幅を設定することができる。 Thereby, the oscillation amplitude can be arbitrarily set by setting the resistance values of the first resistor and the second resistor and the current value of the first current source.
また、前記容量手段は、前記第2のトランジスタのベースにベースが接続される第3のトランジスタと、前記第1のトランジスタのベースにベースが接続される第4のトランジスタと、前記第3のトランジスタのコレクタに接続される第3の抵抗と、前記第4のトランジスタのコレクタに接続される第4の抵抗と、前記第3のトランジスタのベース・コレクタ間に接続される第1の容量と、前記第4のトランジスタのベース・コレクタ間に接続される第2の容量とを備え、前記第3の電流源は、前記3のトランジスタのエミッタおよび前記第4のトランジスタのエミッタに接続されてもよい。 The capacitor means includes a third transistor having a base connected to the base of the second transistor, a fourth transistor having a base connected to the base of the first transistor, and the third transistor. A third resistor connected to the collector of the fourth transistor; a fourth resistor connected to the collector of the fourth transistor; a first capacitor connected between a base and a collector of the third transistor; And a second capacitor connected between a base and a collector of the fourth transistor, and the third current source may be connected to an emitter of the third transistor and an emitter of the fourth transistor.
これにより、第1の容量および第2の容量の容量値に基づき、発振周波数の制御電圧に対する特性が決まる。よって、発振周波数の制御電圧に対する特性を容易に合せ込むことができる。 Thus, the characteristics of the oscillation frequency with respect to the control voltage are determined based on the capacitance values of the first capacitor and the second capacitor. Therefore, the characteristics of the oscillation frequency with respect to the control voltage can be easily adjusted.
また、前記電圧電流変換回路は、ベースに基準電圧が印加される第5のトランジスタと、ベースに前記制御電圧が印加される第6のトランジスタと、一方が前記第5のトランジスタのエミッタに接続される第5の抵抗と、一方が前記第6のトランジスタのエミッタに接続され、他方が前記第5の抵抗の他方に接続される第6の抵抗と、前記第5の抵抗の他方および前記第6の抵抗の他方に接続される第4の電流源と、前記第5のトランジスタのコレクタに接続される第5の電流源とを備えてもよい。 In addition, the voltage-current conversion circuit includes a fifth transistor in which a reference voltage is applied to a base and a sixth transistor in which the control voltage is applied to a base, one of which is connected to the emitter of the fifth transistor. A fifth resistor, one connected to the emitter of the sixth transistor, the other connected to the other of the fifth resistor, the other of the fifth resistor and the sixth resistor And a fifth current source connected to the collector of the fifth transistor.
これにより、制御電圧と基準電圧との大小を比較し、制御電流を増減させることができる。 As a result, the control current and the reference voltage can be compared to increase or decrease the control current.
また、前記第2の電流源は、前記第1のトランジスタのエミッタおよび第2のトランジスタのエミッタにコレクタが接続された第7のトランジスタと、前記第7のトランジスタのエミッタに接続された第7の抵抗とを備え、前記第3の電流源は、前記第3のトランジスタのエミッタおよび前記第4のトランジスタのエミッタにコレクタが接続された第8のトランジスタと、前記第8のトランジスタのエミッタに接続された第8の抵抗とを備え、前記第5の電流源は、前記第5のトランジスタのコレクタ、前記第7のトランジスタベースおよび前記第8のトランジスタのベースにベースおよびコレクタが接続された第9のトランジスタと、前記第9のトランジスタのエミッタに接続された第9の抵抗とを備えてもよい。 The second current source includes a seventh transistor having a collector connected to the emitter of the first transistor and the emitter of the second transistor, and a seventh transistor connected to the emitter of the seventh transistor. And a third current source connected to the emitter of the third transistor and the emitter of the fourth transistor, the eighth transistor having a collector connected to the emitter of the fourth transistor, and the emitter of the eighth transistor. An eighth resistor, and the fifth current source includes a collector of the fifth transistor, a base of the seventh transistor and a base of the eighth transistor, and a base connected to the collector of the eighth transistor. A transistor and a ninth resistor connected to the emitter of the ninth transistor may be provided.
これにより、第5の電流源の電流値を第2の電流源および第3の電流源がミラーする。よって、制御電圧に基づき、第2の電流源および第3の電流源の電流値を変更することができる。 Thereby, the current value of the fifth current source is mirrored by the second current source and the third current source. Therefore, the current values of the second current source and the third current source can be changed based on the control voltage.
また、前記第1の容量および前記第2の容量の容量値は、前記第3のトランジスタおよび前記第4のトランジスタのベース・コレクタ間の寄生容量より大きくてもよい。 The capacitance values of the first capacitor and the second capacitor may be larger than the parasitic capacitance between the base and collector of the third transistor and the fourth transistor.
これにより、発振周波数の制御電圧に対する特性に対し、第1の容量および第2の容量の容量値が支配的となる。また、発振周波数制御範囲を広くすることができる。 As a result, the capacitance values of the first capacitor and the second capacitor become dominant with respect to the characteristic of the oscillation frequency with respect to the control voltage. In addition, the oscillation frequency control range can be widened.
また、前記第2の電流源および前記第3の電流源は、前記信号の振幅が前記周波数によらず一定になるように形成されてもよい。 The second current source and the third current source may be formed such that the amplitude of the signal is constant regardless of the frequency.
これにより、制御電圧によらず発振振幅を一定に保つことができる。
また、前記電圧制御発振器を用いた、PLL回路、信号処理回路およびチューナパックとして実施してもよい。
Thereby, the oscillation amplitude can be kept constant regardless of the control voltage.
Further, the present invention may be implemented as a PLL circuit, a signal processing circuit, and a tuner pack using the voltage controlled oscillator.
本発明は、発振振幅を小さく設定でき、特性の合し込みを容易にできる電圧制御発振器を提供することができる。さらに、発振振幅を小さく設定でき、特性の合し込みを容易にできる電圧制御発振器を備えた、PLL回路、信号制御回路およびチューナパックを提供することができる。 The present invention can provide a voltage controlled oscillator in which the oscillation amplitude can be set small and characteristics can be easily combined. Furthermore, it is possible to provide a PLL circuit, a signal control circuit, and a tuner pack that include a voltage controlled oscillator that can set the oscillation amplitude small and can easily combine characteristics.
以下、本発明に係る電圧制御発振器の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a voltage controlled oscillator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施の形態における電圧制御発振器は、差動出力端から見たときの等価容量値を制御電圧により変更する。これにより、差動増幅型発振器を構成するトランジスタの寄生容量によらず発振周波数を制御するので、特性の合し込みを容易にできる。また、発振周波数を差動増幅型発振器に供給される電流で変更しないので、差動増幅型発振器に供給する電流値を任意に設定することができる。これにより、発振振幅を任意に設定することができる。 The voltage controlled oscillator according to the present embodiment changes the equivalent capacitance value when viewed from the differential output terminal according to the control voltage. Thus, since the oscillation frequency is controlled regardless of the parasitic capacitance of the transistors constituting the differential amplification type oscillator, it is possible to easily combine the characteristics. Further, since the oscillation frequency is not changed by the current supplied to the differential amplification oscillator, the current value supplied to the differential amplification oscillator can be arbitrarily set. Thereby, the oscillation amplitude can be set arbitrarily.
まず、本実施の形態における電圧制御発振器の構成を説明する。
図1は、本実施の形態における電圧制御発振器の構成を示す図である。
First, the configuration of the voltage controlled oscillator in the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a voltage controlled oscillator in the present embodiment.
図1に示す電圧制御発振器103は、発振周波数制御端子35に印加された電圧に応じ、出力する発振信号の周波数を変更する回路であり、差動増幅型発振器50と、発振周波数制御回路51と、電圧電流変換回路33とを備える。
A voltage controlled
差動増幅型発振器50は、差動増幅型のトランジスタ対を有し、差動増幅型のトランジスタ対(差動出力端OUT1およびOUT2)から発振信号を出力する発振器であり、第1のトランジスタQ1と、第2のトランジスタQ2と、第1の電流源I1と、第2の電流源I2と、容量Cextと、コイルLextと、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2とを備える。
The differential
トランジスタQ1およびQ2は、互いのエミッタを接続し、互いのベースとコレクタを接続し、差動増幅型のトランジスタ対を構成するNPNトランジスタである。すなわち、トランジスタQ1のベースがトランジスタQ2のコレクタに接続され、トランジスタQ1のコレクタがトランジスタQ2のベースに接続される。また、トランジスタQ1のコレクタおよびトランジスタQ2のベースが差動出力端の一端である差動出力端OUT1に接続され、トランジスタQ2のコレクタおよびトランジスタQ1のベースが差動出力端の他端である差動出力端OUT2に接続される。 The transistors Q1 and Q2 are NPN transistors that connect each other's emitters and connect each other's base and collector to form a differential amplification type transistor pair. That is, the base of the transistor Q1 is connected to the collector of the transistor Q2, and the collector of the transistor Q1 is connected to the base of the transistor Q2. The collector of the transistor Q1 and the base of the transistor Q2 are connected to the differential output terminal OUT1, which is one end of the differential output terminal, and the differential of which the collector of the transistor Q2 and the base of the transistor Q1 are the other terminal of the differential output terminal Connected to the output terminal OUT2.
電流源I1および電流源I2は、トランジスタQ1およびトランジスタQ2のエミッタとグランドとの間に並列に接続される。電流源I1は、一定の電流i1を差動増幅型発振器50に供給する。電流源I2は、発振周波数制御端子35に印加された電圧に応じた電流i2を差動増幅型発振器50に供給する。
Current source I1 and current source I2 are connected in parallel between the emitters of transistor Q1 and transistor Q2 and ground. The current source I1 supplies a constant current i1 to the
容量CextおよびコイルLextはLC共振回路を構成し、トランジスタQ1のコレクタとトランジスタQ2のコレクタの間に接続される。すなわち、LC共振回路は、差動出力端OUT1とOUT2との間に接続される。容量CextおよびコイルLextは、半導体集積回路の外部に接続される。 The capacitor Cext and the coil Lext constitute an LC resonance circuit, and are connected between the collector of the transistor Q1 and the collector of the transistor Q2. That is, the LC resonance circuit is connected between the differential output terminals OUT1 and OUT2. The capacitor Cext and the coil Lext are connected to the outside of the semiconductor integrated circuit.
抵抗R1は、トランジスタQ1のコレクタと電源電圧が印加されるVCC端子1との間に接続される。
The resistor R1 is connected between the collector of the transistor Q1 and the
抵抗R2は、トランジスタQ2のコレクタとVCC端子1との間に接続される。
発振周波数制御回路51は、差動出力端OUT1およびOUT2(トランジスタQ1のベースおよびトランジスタQ2のベース)に接続され、発振周波数制御端子35に印加される電圧に応じ差動出力端OUT1またはOUT2から見たときの等価容量を変更する回路であり、第3のトランジスタQ3と、第4のトランジスタQ4と、第3の電流源I3と、第3の抵抗R3と、第4の抵抗R4と、第1の容量C1と、第2の容量C2とを備える。
The resistor R2 is connected between the collector of the transistor Q2 and the
The oscillation
トランジスタQ3およびQ4は、互いのエミッタを接続して差動増幅型のトランジスタ対をなすNPNトランジスタである。トランジスタQ3のベースは、トランジスQ2のベース(差動出力端OUT1)に接続される。トランジスタQ4のベースは、トランジスタQ1のベース(差動出力端OUT2)に接続される。 The transistors Q3 and Q4 are NPN transistors that connect their emitters to form a differential amplification type transistor pair. The base of the transistor Q3 is connected to the base (differential output terminal OUT1) of the transistor Q2. The base of the transistor Q4 is connected to the base (differential output terminal OUT2) of the transistor Q1.
電流源I3は、トランジスタQ3およびQ4のエミッタとグランドとの間に接続される。電流源I3は、発振周波数制御端子35に印加された電圧に応じた電流i3を発振周波数制御回路に供給する。差動出力端OUT1およびOUT2から見たときの等価容量は、電流i3に応じ変更される。
Current source I3 is connected between the emitters of transistors Q3 and Q4 and ground. The current source I3 supplies a current i3 corresponding to the voltage applied to the oscillation
抵抗R3は、トランジスタQ3のコレクタとVCC端子1との間に接続される。抵抗R4は、トランジスタQ4のコレクタとVCC端子1との間に接続される。
The resistor R3 is connected between the collector of the transistor Q3 and the
容量C1は、トランジスタQ3のベース・コレクタ間に接続される。容量C2は、トランジスタQ4のベース・コレクタ間に接続される。容量C1およびC2は、トランジスタQ3またはQ4のベース・コレクタ容量よりも十分に大きい容量である。 The capacitor C1 is connected between the base and collector of the transistor Q3. The capacitor C2 is connected between the base and collector of the transistor Q4. Capacitors C1 and C2 are sufficiently larger than the base-collector capacitance of transistor Q3 or Q4.
電圧電流変換回路33は、発振周波数制御端子35に印加された電圧を制御電流S33に変換する回路であり、第5のトランジスタQ5と、第6のトランジスタQ6と、第4の電流源I4と、第5の電流源I5と、第5の抵抗R5と、第6の抵抗R6とを備える。
The voltage-
トランジスタQ5は、ベースに基準電圧Vrefが印加される。トランジスタQ6は、ベースに発振周波数制御端子35に印加される発振周波数制御電圧S35が印加され、コレクタにグランドが接続される。トランジスタQ5およびQ6は、差動増幅型のトランジスタ対をなすPNPトランジスタである。基準電圧Vrefは、発振周波数制御端子35に印加される発振周波数制御電圧S35の大きさを判定する基準となる電圧である。例えば、発振周波数制御電圧S35が、基準電圧Vrefに等しい場合に、発振周波数は、国内の映像中間周波数のセンターの周波数である58.75MHzになる。
The reference voltage Vref is applied to the base of the transistor Q5. The transistor Q6 has an oscillation frequency control voltage S35 applied to the oscillation
抵抗R5は、一方がトランジスタQ5のエミッタに接続される。抵抗R6は、一方がトランジスタQ6のエミッタに接続され、他方が抵抗R5の他方に接続される。 One end of resistor R5 is connected to the emitter of transistor Q5. One end of resistor R6 is connected to the emitter of transistor Q6, and the other end is connected to the other end of resistor R5.
電流源I4は、抵抗R5の他方および抵抗R6の他方とVCC端子1との間に接続される。電流源I5は、トランジスタQ5のコレクタとグランドとの間に接続される。
The current source I4 is connected between the other end of the resistor R5 and the other end of the resistor R6 and the
差動増幅型発振器50の電流源I2は、第7のNPNトランジスタQ7と、第7の抵抗R7とを備える。トランジスタQ7は、トランジスタQ1のエミッタおよびトランジスタQ2のエミッタにコレクタが接続される。抵抗R7は、トランジスタQ7のエミッタとグランドとの間に接続される。
The current source I2 of the differential
発振周波数制御回路51の電流源I3は、第8のNPNトランジスタQ8と、第8の抵抗R8とを備える。トランジスタQ8は、トランジスタQ3のエミッタおよびトランジスタQ4のエミッタにコレクタが接続される。抵抗R8は、トランジスタQ8のエミッタとグランドとの間に接続される。
The current source I3 of the oscillation
電圧電流変換回路33の電流源I5は、第9のNPNトランジスタQ9と第9の抵抗R9とを備える。トランジスタQ9は、トランジスタQ5のコレクタ、トランジスタQ7のベースおよびトランジスタQ8のベースにベースおよびコレクタが接続される。抵抗R9は、トランジスタQ9のエミッタとグランドとの間に接続される。
The current source I5 of the voltage-
上記構成により、電流源I2および電流源I3は、電流源I5に対するカレントミラーを形成する。すなわち、制御電流S33は、電流源I2および電流源I3の駆動電流である電流i2およびi3を制御する。 With the above configuration, the current source I2 and the current source I3 form a current mirror for the current source I5. That is, the control current S33 controls the currents i2 and i3 that are drive currents of the current source I2 and the current source I3.
次に、本実施の形態における電圧制御発振器の動作を説明する。まず、発振周波数の制御方法について説明する。 Next, the operation of the voltage controlled oscillator in the present embodiment will be described. First, a method for controlling the oscillation frequency will be described.
発振周波数制御端子35の電圧が基準電圧Vrefより高いときは、電流源I5のトランジスタQ9に流れる電流が多くなる。これにより、トランジスタQ9とミラー接続されているトランジスタQ8の電流i3は多くなる。電流i3が多くなることで発振周波数制御回路51のゲインGは大きくなる。
When the voltage at the oscillation
容量Cextの両端には、容量C1およびC2が接続されている。容量Cextの一端(差動出力端OUT1またはOUT2)から発振周波数制御回路51を見たときの等価的な対GND間の入力容量(ミラー容量)Cin1およびCin2は、それぞれ容量C1またはC2がゲインG倍されたものである。よって、ゲインGが大きくなると、入力容量Cin1およびCin2は、等価的に大きくなる。コイルLextに並列接続されている容量値は、容量Cextに入力容量Cin1およびCin2を加えたものである。よって、入力容量Cin1およびCin2が大きくなると、発振周波数は減少する。すなわち、発振周波数制御端子35に印加される電圧が高くなると発振周波数は減少する。
Capacitors C1 and C2 are connected to both ends of the capacitor Cext. When the oscillation
図2は、本実施の形態における電圧制御発振器103の周波数制御電圧と発振周波数の関係を示す図である。図2に示す実線80のように、発振周波数制御端子35に印加される電圧が高くなると発振周波数は減少する。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the frequency control voltage and the oscillation frequency of the voltage controlled
逆に、発振周波数制御端子35の電圧が基準電圧Vrefより低いときは、トランジスタQ9に流れる電流が少なくなり、発振周波数制御回路51に流れる電流i3が少なくなる。電流i3が少なくなることで発振周波数制御回路51のゲインGは小さくなる。よって、入力容量Cin1およびCin2は、等価的に小さくなる。入力容量Cin1およびCin2が小さくなると、発振周波数は増加する。よって、発振周波数制御端子35に印加される電圧が小さくと発振周波数は図2に示す実線80のように増加する。以上のように、本実施の形態における電圧制御発振器103は、発振周波数制御端子35に印加される電圧に応じ、差動出力端OUT1およびOUT2に対する容量値を変更し、発振周波数を変更することができる。
Conversely, when the voltage at the oscillation
以下、発振周波数の制御方法について数式を用いて説明する。容量Cextの一端(差動出力端OUT1)から発振周波数制御回路51を見たときの等価的な対GND間の入力容量Cin1は、(数1)のように示される。ここで、トランジスタQ1、Q2、Q3およびQ4は飽和しない動作領域で動作していることを特徴としている。すなわち、トランジスタQ1、Q2、Q3およびQ4は出力電流が実質的に変化しない領域で動作する。また、各種の寄生容量は無視できるものとする。容量C1およびC2の容量値をCとし、負荷抵抗R3およびR4の抵抗値をRL2、発振周波数制御回路51のゲインをGとする。reはエミッタ抵抗であり、Vt/(i3/2)である。VtはKb×T/q(Kb:ボルツマン定数、T:絶対温度、q:電子の電荷量)である。
Hereinafter, a method for controlling the oscillation frequency will be described using mathematical expressions. An equivalent input capacitance Cin1 between the pair of GNDs when the oscillation
(数1)
Cin1=C1×(G+1)≒C1×RL2/re
=C×RL2×(i3/2Vt)
(Equation 1)
Cin1 = C1 × (G + 1) ≈C1 × RL2 / re
= C × RL2 × (i3 / 2Vt)
また、同じく、容量Cextの他端(差動出力端OUT2)から発振周波数制御回路51を見たときの等価的な対GND間の入力容量Cin2は、(数2)のように示される。
Similarly, when the oscillation
(数2)
Cin2=C2×(G+1)≒C2×RL2/re
=C×RL2×(i3/2Vt)
容量Cextには、等価的に(数3)に示す容量Cinが並列接続される。
(Equation 2)
Cin2 = C2 × (G + 1) ≈C2 × RL2 / re
= C × RL2 × (i3 / 2Vt)
The capacitor Cext is equivalently connected in parallel to the capacitor Cin shown in (Equation 3).
(数3)
1/Cin=1/Cin1+1/Cin2
Cin=(C×RL2×i3)/(4Vt)
(Equation 3)
1 / Cin = 1 /
Cin = (C × RL2 × i3) / (4Vt)
電圧制御発振器103の発振周波数fは、容量Cextに接続される寄生容量を等価的にCpとすると、(数4)で示される。
The oscillation frequency f of the voltage controlled
(数4)
f=1/2π√(Lext×(Cext+Cin+Cp))
寄生容量Cpは、容量Cinより十分小さいとして無視すると
f≒1/2π√(Lext×(Cext+Cin))
=1/2π√(Lext×(Cext+(C×RL2×i3)/(4Vt)))
(Equation 4)
f = 1 / 2π√ (Lex × (Cext + Cin + Cp))
Ignoring that the parasitic capacitance Cp is sufficiently smaller than the capacitance Cin, f≈1 / 2π√ (Lex × (Cext + Cin))
= 1 / 2π√ (Lex × (Cext + (C × RL2 × i3) / (4Vt)))
上式(数4)より、発振周波数fは発振周波数制御回路51の電流i3によって変化することが分かる。電流i3が増加すると発振周波数fは増加し、電流i3が減少すると発振周波数fは減少する。また、コイルLext、容量Cext、容量C1、容量C2、抵抗R3および抵抗R4の各値を設定することで、発振周波数制御範囲を設定することができる。
From the above equation (Equation 4), it can be seen that the oscillation frequency f changes depending on the current i3 of the oscillation
例えば、Lext=245nH、Cext=21pF、容量C1およびC2の容量値C=0.5pF、抵抗R3およびR4の抵抗値RL2=1.0kΩ、i3=1mA〜3mA、Vt=Kb×T/q=26mVとすると、
Cin=4.8pF〜14.4pF
f=54.0MHz〜63.3MHz
(映像中間周波数58.75MHzを中心に−4.8MHz〜+4.6MHz)
と、簡易的に計算できる。このように、本実施の形態における電圧制御発振器103は、広い周波数制御範囲を実現することができる。ただし、実際には、容量Cextの両端にはパッケージ容量、金属配線容量、トランジスタの寄生容量が接続されているため、上記計算値には誤差があることに留意する必要がある。
For example, Lext = 245 nH, Cext = 21 pF, capacitance values C1 and C2 of capacitance C = 0.5 pF, resistance values of resistors R3 and R4 RL2 = 1.0 kΩ, i3 = 1 mA to 3 mA, Vt = Kb × T / q = If it is 26 mV,
Cin = 4.8 pF to 14.4 pF
f = 54.0 MHz to 63.3 MHz
(Mainly video intermediate frequency of 58.75MHz -4.8MHz ~ + 4.6MHz)
And can be calculated simply. Thus, voltage controlled
仮に、容量C1およびC2が接続されておらず、トランジスタQ3およびQ4のベース・コレクタ間の寄生容量のみが接続されているときは、寄生容量は0.01pF程度であるので、上式(数3)および(数4)に当てはめると、発振周波数制御範囲は下記のようになる。 If the capacitors C1 and C2 are not connected and only the parasitic capacitance between the bases and collectors of the transistors Q3 and Q4 is connected, the parasitic capacitance is about 0.01 pF. ) And (Equation 4), the oscillation frequency control range is as follows.
Cin=0.1pF〜0.3pF
f=69.7MHz〜70.0MHz
Cin = 0.1pF-0.3pF
f = 69.7MHz-70.0MHz
上記計算では中心周波数は58.75MHzよりずれてしまっているが、発振周波数制御範囲は、中心周波数から±150kHz程度しか確保できないことがわかる。 In the above calculation, the center frequency is shifted from 58.75 MHz, but it can be seen that the oscillation frequency control range can be secured only about ± 150 kHz from the center frequency.
このように、トランジスタQ3およびQ4のベース・コレクタ間に、寄生容量に比べて十分に大きな容量値をもつC1およびC2を接続することにより、容量C1およびC2を用いない場合に比べ数十倍の発振周波数制御範囲を確保することができる。 In this way, by connecting C1 and C2 having a capacitance value sufficiently larger than the parasitic capacitance between the bases and collectors of the transistors Q3 and Q4, it is several tens of times that when the capacitors C1 and C2 are not used. An oscillation frequency control range can be secured.
特に、電圧制御発振器103を、中間周波信号処理回路101に用いる場合には、発振周波数制御範囲は、SAWフィルタ12が接続された状態で、日本国内では映像中間周波数58.75MHzを中心にして、高域側が+600kHz程度、低域側がー1MHz程度必要となっている。米国内では映像中間周波数45.75MHzを中心にして、高域側が+600kHz程度、低域側がー2MHz程度必要となっている。このため、発振周波数制御範囲を自由に広範囲に設定できることは、非常に重要である。
In particular, when the voltage controlled
以上のように、本実施の形態における電圧制御発振器103は、発振周波数制御端子35に印加される電圧に応じ、発振周波数制御回路51に供給される電流i3を変更することで、差動出力端OUT1およびOUT2から見たときの等価容量を変更する。これにより、発振周波数制御端子35に印加される電圧に応じ、発振周波数を変更することができる。また、トランジスタQ3およびQ4のベース・コレクタ間に、寄生容量に比べて十分に大きな容量値をもつC1およびC2を接続することにより、広い発振周波数制御範囲を実現することができる。
As described above, the voltage controlled
さらに、発振周波数制御範囲は、コイルLext、容量Cext、容量C1、容量C2、抵抗R3および抵抗R4の各値で設定することができる。これにより、従来の電圧制御発振器に比べ、寄生容量等のバラツキの影響を受けにくいので、容易に周波数制御範囲の合せ込みを行うことができる。 Further, the oscillation frequency control range can be set by each value of the coil Next, the capacitor Cext, the capacitor C1, the capacitor C2, the resistor R3, and the resistor R4. As a result, the frequency control range can be easily adjusted because it is less susceptible to variations in parasitic capacitance and the like than the conventional voltage controlled oscillator.
次に、発振振幅の制御方法について数式を用いて説明する。差動出力端OUT2の電圧が高く、差動出力端OUT1の電圧が低い場合を例に説明する。すなわち、トランジスタQ1およびQ4がオンし、トランジスタQ2およびQ3がオフしている。このとき、発振信号出力端子OUT1の電位Vb1および発振信号出力端子OUT2の電位Vb2は下記の(数5)で示され、発振振幅Voは下記の(数6)のように簡易的に求めることができる。 Next, a method for controlling the oscillation amplitude will be described using mathematical expressions. An example in which the voltage at the differential output terminal OUT2 is high and the voltage at the differential output terminal OUT1 is low will be described. That is, the transistors Q1 and Q4 are turned on and the transistors Q2 and Q3 are turned off. At this time, the potential Vb1 of the oscillation signal output terminal OUT1 and the potential Vb2 of the oscillation signal output terminal OUT2 are expressed by the following (Equation 5), and the oscillation amplitude Vo can be obtained simply as the following (Equation 6). it can.
ここで、電流源I1の一定電流をi1、電流源I2の電流をi2、トランジスタQ1とQ2のコレクタに流れる電流をそれぞれi6、i7、電流源I3の電流をi3、負荷抵抗R1とR2との抵抗値は等しくRL1とする。 Here, the constant current of the current source I1 is i1, the current of the current source I2 is i2, the currents flowing through the collectors of the transistors Q1 and Q2 are i6 and i7, the current of the current source I3 is i3, and the load resistors R1 and R2 are The resistance values are equally RL1.
また、トランジスタQ1、Q2、Q3およびQ4は飽和しない動作領域で使用しているため、そのベース電流は無視する。さらに、容量Cextの容量値に比べて、これに等価的に接続される上式(数3)の容量Cinが小さく、また、LC共振回路がエネルギー損失のない理想的なものであると仮定して、LC共振回路の内部電流は閉じており、内外への電流の流出入は無視するものとする。 Since the transistors Q1, Q2, Q3 and Q4 are used in an operating region where they are not saturated, their base currents are ignored. Further, it is assumed that the capacitance Cin of the above equation (Equation 3) connected equivalently to this is smaller than the capacitance value of the capacitance Cext, and that the LC resonance circuit is ideal with no energy loss. Thus, the internal current of the LC resonance circuit is closed, and the flow of current in and out is ignored.
(数5)
Vb1≒Vcc−R1×i6
=Vcc−RL1×(i1+i2)
Vb2≒Vcc−R2×i7
=Vcc−RL1×0=Vcc
(Equation 5)
Vb1≈Vcc-R1 × i6
= Vcc-RL1 * (i1 + i2)
Vb2≈Vcc-R2 × i7
= Vcc-RL1 * 0 = Vcc
(数6)
Vo≒Vb2−Vb1
=RL1×(i1+i2)
(Equation 6)
Vo≈Vb2-Vb1
= RL1 × (i1 + i2)
上式(数6)より、可変電流i2を一定電流i1より十分に小さく設定すれば、発振振幅Voは、主に、負荷抵抗値RL1と一定電流i1の積で決まることが分かる。よって、抵抗R1およびR2の抵抗値と、電流源I1が供給する電流i1とを設定することで、任意の発振振幅Voを実現することができる。よって、本実施の形態における電圧制御発振器は、発振振幅を小さく設定することができる。 From the above equation (Equation 6), it can be seen that if the variable current i2 is set sufficiently smaller than the constant current i1, the oscillation amplitude Vo is mainly determined by the product of the load resistance value RL1 and the constant current i1. Therefore, an arbitrary oscillation amplitude Vo can be realized by setting the resistance values of the resistors R1 and R2 and the current i1 supplied from the current source I1. Therefore, the voltage controlled oscillator in the present embodiment can set the oscillation amplitude small.
また、ベース・エミッタ間電圧をVbe、コレクタ・エミッタ間飽和電圧Vce(sat)とすると、ベース・コレクタ間の電圧(Vb2−Vb1=Vo)が、ベース・エミッタ間電圧とコレクタ・エミッタ間飽和電圧との電圧差(Vbe−Vce(sat))より小さい場合には、トランジスタQ1およびQ2は、飽和しない動作領域で動作する。トランジスタQ1およびQ2を飽和しない動作領域で動作させることで、飽和状態で動作する場合に比べ寄生容量等の影響は少なくなる。よって、発振周波数制御端子35に印加される電圧に対する発振周波数制御範囲等を容易に合せ込むことができる。(数7)は、トランジスタQ1およびQ2が飽和しない動作領域で動作する条件を示す式である。
When the base-emitter voltage is Vbe and the collector-emitter saturation voltage Vce (sat), the base-collector voltage (Vb2-Vb1 = Vo) is the base-emitter voltage and the collector-emitter saturation voltage. Are smaller than the voltage difference (Vbe−Vce (sat)), the transistors Q1 and Q2 operate in an operating region where they are not saturated. By operating the transistors Q1 and Q2 in an operation region where the transistors Q1 and Q2 are not saturated, the influence of parasitic capacitance and the like is less than when operating in a saturated state. Therefore, the oscillation frequency control range for the voltage applied to the oscillation
(数7)
Vbe−Vce(sat)>Vb2−Vb1
=RL1×(i1+i2)
(Equation 7)
Vbe-Vce (sat)> Vb2-Vb1
= RL1 × (i1 + i2)
上式(数7)を満たすように抵抗値RL1、電流i1および電流i2を設定することで、トランジスタQ1およびQ2は飽和しない動作領域で動作する。例えば、Vbe=700mVであり、Vce(sat)=200mvであるとすると、上式(数7)の左辺は500mVとなる。この場合、電流i2は電流i1より十分に小さいとし、RL1=1kΩおよびi1=200μAとすると、上式(数7)の右辺は200mVとなり、トランジスタQ1およびQ2は、飽和しない動作領域で動作する。また、上記条件を上式(数6)に代入すると、発振振幅Voは200mVとなり、発振振幅を十分に小さくできることが分かる。 By setting the resistance value RL1, the current i1, and the current i2 so as to satisfy the above equation (Equation 7), the transistors Q1 and Q2 operate in an operating region where they are not saturated. For example, if Vbe = 700 mV and Vce (sat) = 200 mV, the left side of the above equation (Expression 7) is 500 mV. In this case, assuming that the current i2 is sufficiently smaller than the current i1, and RL1 = 1 kΩ and i1 = 200 μA, the right side of the above equation (Equation 7) is 200 mV, and the transistors Q1 and Q2 operate in an operation region that is not saturated. Further, when the above condition is substituted into the above equation (Formula 6), the oscillation amplitude Vo becomes 200 mV, and it can be seen that the oscillation amplitude can be sufficiently reduced.
ただし、実際には、LC共振回路には様々な寄生素子が接続されているため、エネルギー損失があり、LC共振回路の内外への電流の流出入がある。このため、上記数式は荒い近似式であり、誤差があることに留意する必要がある。 However, in practice, since various parasitic elements are connected to the LC resonance circuit, there is energy loss, and current flows in and out of the LC resonance circuit. Therefore, it should be noted that the above formula is a rough approximation formula and has an error.
次に、容量C1およびC2の発振振幅への影響について説明する。容量C1およびC2に流れる充放電電流Δiは、その絶対値は等しく、逆方向に流れる。トランジスタQ3がオフする際には容量C1からは差動増幅型発振器50側へ放電電流が流れるので、上式(数5)において、抵抗R1に流れる電流は、(i1+i2−Δi)となり減少する。よって、Vb1は増加する。また、トランジスタQ4がオンする際には容量C2には差動増幅型発振器50側より充電電流が流れるので、抵抗R2にΔiの電流が流れ、Vb2は減少する。よって、容量C1およびC2がLC共振回路に接続されている際には、Vb1が増加しVb2が減少するので発振振幅は上式(数6)よりも小さくなる。
Next, the influence of the capacitors C1 and C2 on the oscillation amplitude will be described. The charge / discharge currents Δi flowing through the capacitors C1 and C2 have the same absolute value and flow in the opposite direction. When the transistor Q3 is turned off, a discharge current flows from the capacitor C1 to the
ここで、容量C1およびC2に流れる充放電電流Δiは、発振周波数制御回路51のゲインGに依存している。発振周波数制御回路51のゲインGは、電流源I3の電流i3により決まり、電流i3は、発振周波数制御端子35の電圧により変化する。すなわち、発振周波数制御端子35の電圧が変化すると、充放電電流Δiが変化し、発振振幅が変化する。
Here, the charge / discharge current Δi flowing through the
図3は、発振周波数制御端子35の電圧に対する発振振幅を示す図である。発振周波数制御端子35の電圧が高い場合には、電流i3が大きく、発振周波数制御回路51のゲインGが大きくなる。これにより、充放電電流Δiが大きくなり、発振振幅は小さくなる。よって、図3に示す実線81のように、発振周波数制御端子35の電圧が高くなると、発振振幅が小さくなる。逆に、発振周波数制御端子35の電圧が低い場合には、電流i3が小さくなり、ゲインGが小さくなる。これにより、充放電電流Δiが小さくなり、発振振幅の低下は抑えられる。よって、発振周波数制御端子35の電圧が低くなると、発振振幅は大きくなる。
FIG. 3 is a diagram showing the oscillation amplitude with respect to the voltage of the oscillation
本実施の形態における電圧制御発振器は、電流源I2の電流i2を発振周波数制御端子35の電圧に基づき変化させることで、発振周波数制御端子35の電圧が変化した場合(発振周波数が変化した場合)の発振振幅の変動を抑えることができる。
The voltage controlled oscillator in the present embodiment changes the current i2 of the current source I2 based on the voltage of the oscillation
電流源I2の電流i2は、電流源I3の電流i3と同様に、発振周波数制御端子35の電圧が高い場合には、大きくなる。上式(数6)に示すように、電流i2が増加すると、発振振幅は増加する。すなわち、電流i3が増加した場合の発振振幅に対する特性の逆の特性を示す。よって、発振周波数制御端子35の電圧が変化した場合の発振振幅の変動を相殺することができる。これにより、発振集数制御端子35の電圧に対する電流i2および電流i3の特性を合せ込むことで、図3に示す実線82に示すように、発振周波数制御端子35の電圧(発振周波数)によらず、発振振幅を一定にすることができる。例えば、電流源I5に対する、電流源I2および電流源I3のミラー比を変更することで、電流i2および電流i3の特性を合せ込むことができる。
Similarly to the current i3 of the current source I3, the current i2 of the current source I2 increases when the voltage of the oscillation
以上のように、本実施の形態における電圧制御発振器は、抵抗R1およびR2の抵抗値RL1と、電流源I1の電流i1と、電流源I2の電流i2とを適切に選ぶことにより、発振振幅を従来の500mVpp〜700mVpp程度(Vbe−Vce(sat))より小さな範囲で、例えば、100mVpp〜200mVpp程度に自由に設定することができる。さらに、この発振振幅をほぼ一定に維持することができる。このため、従来の発振振幅が必要以上に大きいことから生じる、中間周波信号処理回路101や前段のチューナ回路11への悪影響を低減させることができる。
As described above, the voltage controlled oscillator according to the present embodiment appropriately sets the resistance value RL1 of the resistors R1 and R2, the current i1 of the current source I1, and the current i2 of the current source I2, thereby setting the oscillation amplitude. In a range smaller than the conventional range of about 500 mVpp to 700 mVpp (Vbe-Vce (sat)), for example, it can be freely set to about 100 mVpp to 200 mVpp. Furthermore, this oscillation amplitude can be maintained substantially constant. For this reason, it is possible to reduce adverse effects on the intermediate frequency
以上より、本実施の形態における電圧制御発振器103は、発振周波数制御端子35に印加される電圧に応じ、発振周波数制御回路51に供給される電流i3を変更することで、差動出力端OUT1およびOUT2から見たときの等価容量を変更する。これにより、発振周波数制御端子35に印加される電圧に応じ、発振周波数を変更することができる。また、トランジスタQ3およびQ4のベース・コレクタ間に、寄生容量に比べて十分に大きな容量値をもつC1およびC2を接続することにより、広い発振周波数制御範囲を実現することができる。
As described above, the voltage controlled
また、本実施の形態における電圧制御発振器103の発振周波数制御範囲は、コイルLext、容量Cext、容量C1、容量C2、抵抗R3および抵抗R4の各値で設定することができる。これにより、従来の電圧制御発振器のように、寄生容量等の影響を大きく受けることがないので、容易に周波数制御範囲の合せ込みを行うことができる。
In addition, the oscillation frequency control range of the voltage controlled
また、本実施の形態における電圧制御発振器103は、抵抗R1およびR2の抵抗値と、電流源I1が供給する電流i1とを設定することで、任意の発振振幅を実現することができる。よって、発振振幅を小さくすることができる。このため、従来の発振振幅が必要以上に大きいことから生じる、中間周波信号処理回路101や前段のチューナ回路11への悪影響を低減させることができる。
In addition, the voltage controlled
また、本実施の形態における電圧制御発振器103は、トランジスタQ1およびQ2を飽和しない動作領域で動作させる。これにより、飽和状態で動作する場合に比べ寄生容量等の影響は少なくなる。よって、発振周波数制御端子35に印加される電圧に対する発振周波数制御範囲等を容易に合せ込むことができる。
In addition, voltage controlled
また、本実施の形態における電圧制御発振器103は、電流源I2および電流源I3の電流i2およびi3を、発振周波数制御端子35に印加される電圧に応じ変化させることで、発振振幅をほぼ一定に維持することができる。
The voltage controlled
以上、本発明の実施の形態に係る電圧制御発振器について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。 Although the voltage controlled oscillator according to the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment.
例えば、上記説明では、容量CextとコイルLextから構成されるLC共振回路を差動増幅型発振器50のトランジスタQ1のコレクタとトランジスタQ2のコレクタとの間に接続したが、これに限らない。例えば、LC共振回路をトランジスタQ1のコレクタと電源との間に接続し、LC共振回路と負荷抵抗R1とを並列に接続してもよい。
For example, in the above description, the LC resonance circuit composed of the capacitor Cext and the coil Lext is connected between the collector of the transistor Q1 and the collector of the transistor Q2 of the
また、上記説明では、電圧制御発振器をバイポーラトランジスタで構成すると説明したが、例えば、MOSトランジスタで構成してもよい。 In the above description, the voltage controlled oscillator is described as being configured with a bipolar transistor, but may be configured with, for example, a MOS transistor.
また、上記説明では、LC共振回路は半導体集積回路の外部に接続するとしたが、発振周波数が高い場合にはLC共振回路を内蔵してもよい。 In the above description, the LC resonance circuit is connected to the outside of the semiconductor integrated circuit. However, when the oscillation frequency is high, the LC resonance circuit may be incorporated.
さらに、上記説明では、発振周波数制御回路は、図1に示す回路構成としているが、制御電圧に応じ、容量値を変更する回路であればこれに限らない。例えば、バリキャップ等であってもよい。 Furthermore, in the above description, the oscillation frequency control circuit has the circuit configuration shown in FIG. 1, but is not limited to this as long as the capacitance value is changed according to the control voltage. For example, a varicap may be used.
本発明は、電圧制御発振器、PLL回路、信号処理回路およびチューナパックに適用でき、特に、テレビジョン受信機またはテレビジョンチューナ内蔵のビデオ再生装置等が備える映像中間周波数信号を検波する中間周波信号処理回路に用いられる電圧制御発振器に適用できる。 The present invention can be applied to a voltage controlled oscillator, a PLL circuit, a signal processing circuit, and a tuner pack, and in particular, an intermediate frequency signal processing for detecting a video intermediate frequency signal provided in a television receiver or a video playback device with a built-in television tuner. It can be applied to a voltage controlled oscillator used in a circuit.
1 VCC端子
10 アンテナ
11 チューナ回路
12 SAWフィルタ
21 中間周波アンプ
22 検波器
23 映像アンプ
24 映像信号出力端子
30 位相検波器
31 移相器
32、50 差動増幅型発振器
33 電圧電流変換回路
34 低域通過フィルタ
35 発振周波数制御端子
51 発振周波数制御回路
80、81、82 実線
101 中間周波信号処理回路
102 PLL回路
103 電圧制御発振器
Q1〜Q9、Q11、Q12 トランジスタ
R1〜R6、R22、R23 抵抗
C1、C2、Cext 容量
Lext コイル
I1〜I5、I12 電流源
i1〜i3、i12 電流
Vref 基準電圧
OUT1、OUT2 差動出力端
S10〜S12、S21〜S23、S30、S31a、S31b、S103 信号
S33 制御電流
S35 発振周波数制御電圧
DESCRIPTION OF
Claims (13)
差動増幅型のトランジスタ対を有し、前記トランジスタ対から前記発振信号を出力する発振手段と、
前記トランジスタ対に接続された容量手段と、
前記制御電圧に応じ、前記容量手段の等価容量を変更する制御手段とを備え、
前記トランジスタ対を構成するトランジスタは、出力電流が実質的に変化しない領域で動作するように構成される
ことを特徴とする電圧制御発振器。 A voltage controlled oscillator that changes the frequency of the oscillation signal according to the control voltage,
An oscillation means having a differential amplification type transistor pair and outputting the oscillation signal from the transistor pair;
Capacitive means connected to the transistor pair;
Control means for changing the equivalent capacity of the capacity means according to the control voltage,
The voltage control oscillator, wherein the transistors constituting the transistor pair are configured to operate in a region where the output current does not substantially change.
一定電流を前記トランジスタ対に供給する第1の電流源と、
前記制御電圧に応じた電流を前記トランジスタ対に供給する第2の電流源と、
前記トランジスタ対に接続されたLC共振回路とを備える
ことを特徴とする請求項1記載の電圧制御発振器。 The oscillation means is
A first current source for supplying a constant current to the transistor pair;
A second current source for supplying a current corresponding to the control voltage to the transistor pair;
The voltage controlled oscillator according to claim 1, further comprising an LC resonance circuit connected to the transistor pair.
前記制御電圧に応じ前記容量手段に電流を供給する第3の電流源を備え、
前記等価容量は、前記第3の電流源から供給される電流に応じ変更される
ことを特徴とする請求項2記載の電圧制御発振器。 The control means includes
A third current source for supplying a current to the capacitor means according to the control voltage;
The voltage-controlled oscillator according to claim 2, wherein the equivalent capacitance is changed according to a current supplied from the third current source.
前記制御電圧を制御電流に変換する電圧電流変換回路を備え、
前記制御電流は、前記第2の電流源および前記第3の電流源の駆動電流を制御する
ことを特徴とする請求項3記載の電圧制御発振器。 The voltage controlled oscillator further includes:
A voltage-current conversion circuit for converting the control voltage into a control current;
The voltage controlled oscillator according to claim 3, wherein the control current controls drive currents of the second current source and the third current source.
第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのベースがコレクタに接続され、前記第1のトランジスタのコレクタがベースに接続される第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのコレクタに接続される第1の抵抗と、
前記第2のトランジスタのコレクタに接続される第2の抵抗とを備え、
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは前記トランジスタ対を構成し、
前記第1の電流源および第2の電流源は、前記第1のトランジスタのエミッタおよび前記第2のトランジスタのエミッタに並列に接続され、
前記容量手段は、前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタのベースに接続される
ことを特徴とする請求項4記載の電圧制御発振器。 The oscillation means is
A first transistor;
A second transistor having a base of the first transistor connected to a collector and a collector of the first transistor connected to a base;
A first resistor connected to the collector of the first transistor;
A second resistor connected to the collector of the second transistor;
The first transistor and the second transistor constitute the transistor pair;
The first current source and the second current source are connected in parallel to the emitter of the first transistor and the emitter of the second transistor;
The voltage-controlled oscillator according to claim 4, wherein the capacitor means is connected to bases of the first transistor and the second transistor.
前記第2のトランジスタのベースにベースが接続される第3のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのベースにベースが接続される第4のトランジスタと、
前記第3のトランジスタのコレクタに接続される第3の抵抗と、
前記第4のトランジスタのコレクタに接続される第4の抵抗と、
前記第3のトランジスタのベース・コレクタ間に接続される第1の容量と、
前記第4のトランジスタのベース・コレクタ間に接続される第2の容量とを備え、
前記第3の電流源は、前記3のトランジスタのエミッタおよび前記第4のトランジスタのエミッタに接続される
ことを特徴とする請求項5記載の電圧制御発振器。 The capacity means is
A third transistor having a base connected to the base of the second transistor;
A fourth transistor having a base connected to a base of the first transistor;
A third resistor connected to the collector of the third transistor;
A fourth resistor connected to the collector of the fourth transistor;
A first capacitor connected between a base and a collector of the third transistor;
A second capacitor connected between the base and collector of the fourth transistor,
The voltage-controlled oscillator according to claim 5, wherein the third current source is connected to an emitter of the third transistor and an emitter of the fourth transistor.
ベースに基準電圧が印加される第5のトランジスタと、
ベースに前記制御電圧が印加される第6のトランジスタと、
一方が前記第5のトランジスタのエミッタに接続される第5の抵抗と、
一方が前記第6のトランジスタのエミッタに接続され、他方が前記第5の抵抗の他方に接続される第6の抵抗と、
前記第5の抵抗の他方および前記第6の抵抗の他方に接続される第4の電流源と、
前記第5のトランジスタのコレクタに接続される第5の電流源とを備える
ことを特徴とする請求項6記載の電圧制御発振器。 The voltage-current converter circuit is
A fifth transistor having a reference voltage applied to the base;
A sixth transistor to which the control voltage is applied to a base;
A fifth resistor, one connected to the emitter of the fifth transistor;
A sixth resistor, one connected to the emitter of the sixth transistor and the other connected to the other of the fifth resistors;
A fourth current source connected to the other of the fifth resistor and the other of the sixth resistor;
The voltage controlled oscillator according to claim 6, further comprising: a fifth current source connected to a collector of the fifth transistor.
前記第1のトランジスタのエミッタおよび第2のトランジスタのエミッタにコレクタが接続された第7のトランジスタと、
前記第7のトランジスタのエミッタに接続された第7の抵抗とを備え、
前記第3の電流源は、
前記第3のトランジスタのエミッタおよび前記第4のトランジスタのエミッタにコレクタが接続された第8のトランジスタと、
前記第8のトランジスタのエミッタに接続された第8の抵抗とを備え、
前記第5の電流源は、
前記第5のトランジスタのコレクタ、前記第7のトランジスタベースおよび前記第8のトランジスタのベースにベースおよびコレクタが接続された第9のトランジスタと、
前記第9のトランジスタのエミッタに接続された第9の抵抗とを備える
ことを特徴とする請求項7記載の電圧制御発振器。 The second current source is
A seventh transistor having a collector connected to the emitter of the first transistor and the emitter of the second transistor;
A seventh resistor connected to the emitter of the seventh transistor;
The third current source is
An eighth transistor having a collector connected to the emitter of the third transistor and the emitter of the fourth transistor;
An eighth resistor connected to the emitter of the eighth transistor;
The fifth current source is
A ninth transistor having a base and a collector connected to a collector of the fifth transistor, a base of the seventh transistor, and a base of the eighth transistor;
The voltage controlled oscillator according to claim 7, further comprising: a ninth resistor connected to an emitter of the ninth transistor.
ことを特徴とする請求項6記載の電圧制御発振器。 The voltage controlled oscillator according to claim 6, wherein capacitance values of the first capacitor and the second capacitor are larger than a parasitic capacitance between a base and a collector of the third transistor and the fourth transistor. .
ことを特徴とする請求項3〜9記載のうちいずれか一つの電圧制御発振器。 The said 2nd current source and said 3rd current source are formed so that the amplitude of the said signal may become fixed irrespective of the said frequency. Any one of Claims 3-9 characterized by the above-mentioned. Voltage controlled oscillator.
請求項1〜10記載のうちいずれか一つの電圧制御発振器を備え、
前記電圧制御発振器は、前記入力信号と同じ周波数を出力するように前記制御電圧を制御される
ことを特徴とするPLL回路。 A PLL circuit that outputs a signal having the same frequency and phase as an input signal,
A voltage controlled oscillator according to any one of claims 1 to 10,
The PLL circuit, wherein the voltage control oscillator is controlled to output the same frequency as the input signal.
前記中間周波数信号と同じ周波数および位相の信号を出力する請求項11記載のPLL回路と、
前記PLL回路の出力する信号に基づき、前記中間周波数信号から前記映像信号を復調する検波手段とを備える
ことを特徴とする信号処理回路。 A signal processing circuit for demodulating a video signal from an intermediate frequency signal,
12. A PLL circuit according to claim 11, which outputs a signal having the same frequency and phase as the intermediate frequency signal;
A signal processing circuit comprising: detection means for demodulating the video signal from the intermediate frequency signal based on a signal output from the PLL circuit.
前記受信信号に含まれる所定の周波数帯域の信号を選択し中間周波数信号を出力するチューナ回路と、
前記中間周波数信号より映像信号を復調する請求項12記載の信号処理回路とを備える
ことを特徴とするチューナパック。 A tuner pack that demodulates a received signal into a video signal,
A tuner circuit that selects a signal of a predetermined frequency band included in the received signal and outputs an intermediate frequency signal;
A tuner pack comprising: the signal processing circuit according to claim 12, which demodulates a video signal from the intermediate frequency signal.
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