JP2008177800A

JP2008177800A - 発振器

Info

Publication number: JP2008177800A
Application number: JP2007008659A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Shindo; 健彦進藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】簡易な構成で低コストであり、高性能な発振器を提供すること。
【解決手段】発振器は、コイルとコンデンサとを有する共振回路と、この共振回路にて発生した共振を増幅して出力する発振回路と、を備え、発振回路内に形成された発振ループに、所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタを介挿すると共に、共振回路に対して並列に、当該共振回路の容量値を変化させる素子、例えば、可変容量ダイオードを接続した。また、上記発振器に、温度に応じた値の電圧を可変容量ダイオードに印加する電圧印加手段を有する温度補償回路を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振器にかかり、特に、電圧制御型ＳＡＷ発振器に関する。

光通信市場などで用いられる発振周波数が６００ＭＨｚを超える電圧制御型発振器は、低Ｊｉｔｔｅｒ且つ、広い周波数可変幅が求められており、ＡＴカットの水晶振動子などで実現するには、水晶振動子の薄型化が困難であったり、ＰＬＬ回路等の使用による回路設計の複雑化などの課題があった。そのため、水晶素板を用いたＳＡＷ共振子を使用した電圧制御型ＳＡＷ発振器（以下ＶＣＳＯ）の開発が進んでいる。

しかしながら、ＳＡＷ共振子は、周波数可変感度を決定する容量値比が大きく、そのまま水晶振動子と同様に使用すると所望の周波数可変幅を得ることができない。そのため、ＳＡＷ共振子に直列に伸張コイルを挿入し周波数可変幅を大きくとれるようにしている。ただし、この伸張コイルとＳＡＷ共振子の並列容量が直列共振を発生し、この共振が異常発振を引き起こすことがある。この異常発振対策として、伸張コイルに並列にダンピング抵抗を挿入したり、タンク回路を回路内に挿入することがあるが、温度変化等の環境条件によっては異常発振を引き起こす可能性があり、設計が困難である。

ここで、従来例におけるＶＣＳＯ回路例を、図４に示す。この図に示すＶＣＳＯ回路は、コイルとコンデンサを用いたクラップ型共振回路である。そして、コンデンサＣ１、Ｃ２、可変容量ダイオードＣＤ２は、ＳＡＷ共振子を除いた発振回路の負荷容量ＣＬ１であり、可変容量ダイオードＣＤ２に印加するＶＣ電圧にてＣＬ１が変化し、発振周波数を決定する。そして、図に示すように、伸張コイルＬＳを挿入することによって、ＣＬ１はＬＳを加味したものとなり、その容量値が増加するため、コイルＬＳを挿入しない場合と比べて周波数の変化量が大きくなる。つまり、ＬＳを加味した負荷容量をＣＬ２とすると、ＣＬ２＝ＣＬ１／（−ω×２×ＬＳ×ＣＬ１＋１）：ωは発振角周波数、となる。なお、ＲＤは、ＳＡＷ共振子Ｃ０とＬＳとの直列共振による異常発振を防止するためのダンピング抵抗である。

特開２００６−１５７０７７号公報

しかしながら、上述した図４に示す従来例における回路では、次のような問題があった。まず、第１の問題として、ＳＡＷ共振子Ｃ０とコイルＬＳとの直列共振が発生し、異常発振を引き起こす可能性が生じる。なお、このときのＳＡＷ共振子等価回路は、図５に示すようになる。そして、第２の問題として、上述した異常発振を防止するために、ダンピング抵抗ＲＤや周波数選択性を持ったタンク回路等を別途挿入の必要があるが、回路素子が増加し、設計工数の増加、複雑化、という問題が生じる。

また、特許文献１には、クラップ型共振回路にて、コイルとコンデンサからなる共振回路で発振する発振ループに、発振周波数に等しい共振周波数の共振器（水晶振動子やＳＡＷフィルタ）を介挿した構成の発振器が開示されている。その構成を図６に示す。具体的には、トランジスタ１０１のベースを、コイル１０３とコンデンサ１０４の直列共振回路を介して接地Ｅし、また、ベースを２つの分割コンデンサ１０５，１０６を直列に介して接地Ｅしている。そして、この分割コンデンサ１０５，１０６の直列接続点を、水晶振動子７及びコンデンサ８を直列に介してエミッタ接続している。これにより、発振回路の発振周波数は、水晶振動子１０７の共振周波数に規制されて安定な発振周波数を得ることができる。なお、水晶振動子１０７に代えてＳＡＷフィルタを用いることも開示されている。さらに、発振周波数を外部から制御する構成として、水晶振動子１０７とコンデンサ１０８との間に、バリキャップ・ダイオード１１２を介挿する、という構成が開示されており、制御電圧に応じて発振周波数を変化させることができる。なお、他の構成については説明を省略する。

しかし、上記特許文献１に記載の構成では、水晶振動子１０７に直列にバリキャップ・ダイオード１１２を接続しているため、水晶振動子のＱ値の劣化を引き起こし、これにより、発振器の位相ノイズ特性が劣化する、という問題が生じる。

このため、本発明では、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、簡易な構成で低コストであり、高性能な発振器を提供する、ことをその目的とする。

そこで、本発明の一形態である発振器は、コイルとコンデンサとを有する共振回路と、この共振回路にて発生した共振を増幅して出力する発振回路と、を備え、発振回路内に形成された発振ループに、所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタを介挿すると共に、共振回路に対して並列に、当該共振回路の容量値を変化させる素子を接続した、ことを特徴としている。具体的には、共振回路のコンデンサに対して並列に、可変容量素子を接続して備えている。そして、この可変容量素子は、例えば、外部から印加される電圧によって容量値が変化する可変容量ダイオードである。

また、本発明では、上記発振器に、温度に応じた値の電圧を可変容量ダイオードに印加する電圧印加手段を有する温度補償回路を備えた、ことも特徴としている。そして、温度補償回路は、周囲の温度を検出する温度センサと、温度に応じて予め設定された電圧値を記憶する電圧値記憶手段とを備え、電圧印加手段は、電圧値記憶手段から温度センサにて検出した温度に対応して設定されている電圧値を読み出し、この電圧値を可変容量ダイオードに印加する、ことを特徴としている。

さらに、本発明の発振器は、クラップ型発振回路を有し、分割コンデンサの直列接続点とトランジスタのエミッタとの間に、所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタを介挿すると共に、コイルに直列接続され共振回路を構成するコンデンサに対して並列に、外部から印加される電圧によって容量値が変化する可変容量ダイオードを接続した、ことを特徴としている。

上記発明によると、まず、共振回路に並列に備えた素子にて当該共振回路の容量値を変化させることで、周波数を可変することができる。特に、外部から電圧を印加する可変容量ダイオードを用いることで、容易に周波数を設定制御することができる。また、発振ループに介挿されているＳＡＷフィルタにて、所定範囲の周波数のみの通過が許容されるため、発振器の周波数安定度の向上を図ることができる。このように、本発明では、従来例と異なり、可変容量ダイオードを水晶振動子等に直列に接続していないため、Ｑ値の劣化がなく、位相ノイズ特性の優れた発振器を実現することができる。また、周波数を安定させるためにダンピング抵抗などの素子を追加する必要がないため、回路設計が容易となる。さらに、可変容量ダイオードに対して温度に応じた電圧を印加する温度補償回路を設けることで、周囲の温度にも対応して高精度に周波数を制御することができる。

本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、簡易な構成で低コストであり、周波数安定性に優れ、かつ、Ｑ値の劣化がなく位相ノイズ特性が優れるなど、高性能な発振器を提供することができる、という従来にない優れた効果を有する。

本発明の発振器は、ＳＡＷフィルタを発振ループに備えて周波数安定性の向上を図ると共に、共振回路に並列に容量値を可変する素子を設け、Ｑ値の劣化を抑制しつつ周波数を可変する構成を有する点に特徴を有する。以下、発振器の具体的な構成を、実施例にて説明する。

本発明の第１の実施例を、図１乃至図２を参照して説明する。図１は、本実施例における発振器の回路図を示し、図２は、発振器に用いるＳＡＷフィルタの特性を示す図である。

［構成］
図１に示すように、本実施例における発振器は、コイルＬ１、コンデンサＣ５、可変容量ダイオードＣＤ、を有する共振回路１と、トランジスタＴｒ、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｅ、コンデンサＣ１，Ｃ２、ＳＡＷフィルタ３、を有する発振回路２を備えている。そして、上記共振回路１と発振回路２とによる発振器は、クラップ型共振回路にて形成されている。以下、回路構成についてさらに詳述する。

まず、共振回路１側では、コイルＬ１とコンデンサＣ５とは相互に直列に接続されており、可変容量ダイオードＣＤは、コンデンサＣ５に対して並列に接続されている。なお、可変容量ダイオードＣＤは、外部から印加される電圧によって容量値が変化する素子である。これにより、ＶＣ端子から印加されるＤＣ電圧（以下ＶＣ電圧）によって変化する可変容量ダイオードＣＤの容量値によって、共振回路１の容量値が変化し、当該共振回路１による共振周波数つまり発振器からの発振周波数を可変することができる。

また、発振回路２側では、トランジスタＴｒのベースを、コイルＬ１とコンデンサＣ５の共振回路１を介して接地し、また、ベースを２つの分割コンデンサＣ１，Ｃ２を直列に介して接地している。そして、この直列接続された分割コンデンサＣ１，Ｃ２の間にトランジスタＴｒのエミッタを接続している。さらに、この分割コンデンサＣ１，Ｃ２の直列接続点とトランジスタＴｒのエミッタとの間に、所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタ３が介挿されて装備されている。つまり、発振ループ内に、ＳＡＥフィルタ３が装備されている。このＳＡＷフィルタ３は、図２に示すように、共振回路の中心周波数Ｆ０をセンター周波数として、その前後に所定範囲を通過帯域幅に有するフィルタである。なお、ＳＡＷフィルタ３は、水晶素板を母材としており、周波数温度特性、及び、Ｑ値に優れている。これにより、発振器の周波数可変幅が決定されるため、発振周波数の安定度が向上しうる。また、発振回路２によって、発振余裕度、Ｔｒバイアス電圧等の回路動作条件が決定される。

なお、その他の構成については当業者にとってよく知られているため、その詳細な説明は省略する。

［動作］
次に、上記構成の発振器の動作を説明する。まず、ＶＣ電圧が可変容量ダイオードＣＤに与えられると、この可変容量ダイオードＣＤは、印加されたＶＣ電圧の値によって容量値が変化する。すると、共振回路１にて発生される共振周波数が可変される。そして、発振回路２は、共振回路１にて発生した振動を増幅し、周波数を出力する。このとき、ＳＡＷフィルタ３にて、所定の周波数帯のみが通過されて出力されるため、周波数安定度の向上を図ることができる。

そして、上述したように、周波数を可変するための可変容量ダイオードＣＤが共振回路１のコンデンサＣ５に並列に接続されており、上述した特許文献１に示すように水晶振動子等に直列に接続されていないため、Ｑ値の劣化がなく、位相ノイズ特性の優れた発振器を実現することができる。さらに、周波数を安定させるためにダンピング抵抗などの素子を追加することないため、回路設計が容易となる。

ここで、上記では、可変容量ダイオードＣＤを共振回路１のコンデンサＣ５に対して並列に接続して、共振回路の容量値を変化させて共振周波数を変化させる構成を例示したが、共振回路１の容量値を変更可能な他の素子を、当該共振回路１に並列に接続しても、上述同様の効果が発揮されうる。

次に、本発明の第２の実施例を、図３を参照して説明する。図３は、本実施例における発振器の構成を示す図である。

［構成］
図３に示すように、本実施例における発振器は、上述した共振回路１及び発振回路２に加え、さらに、温度センサ４１、メモリ４２、電圧発生回路４３、を有する温度補償回路４を備えている。そして、温度センサ４１は、周囲の温度を検知するセンサであり、メモリ４２（電圧値記憶手段）には、温度に応じて予め設定された電圧値が記憶されている。この記憶されている電圧値は、共振回路１（発振器周囲）に温度の値に応じて適切な周波数を発生させるために共振回路１の容量値を可変するよう可変容量ダイオードＣＤの容量値を設定する電圧値である。そして、電圧発生回路４３（電圧印加手段）は、上記温度センサ４１にて検出された温度値に対応してメモリ４２に記憶されている電圧値を読み取って、この電圧値に対応する電圧を可変容量ダイオードＣＤに印加する。

［動作］
続いて、上述した構成の発振器の動作を説明する。まず、温度センサ４１は、周囲の温度を検出し、検出した温度情報を電圧発生回路４３に送る。例えば、一定の時間間隔毎に検出を行う。すると、電圧発生回路４３は、受け取った温度値に対応した電圧値情報をメモリ４２から読み取る。そして、電圧発生回路４３は、読み取った電圧値の電圧をVC端子に印加する。すると、印加電圧が可変容量ダイオードＣＤに与えられ、この印加されたＶＣ電圧の値によって可変容量ダイオードＣＤの容量値が変化する。これにより、上述同様に、共振回路１にて発生される共振周波数が可変され、発振周波数を制御することができる。

以上のように、本実施例では、周波数温度特性に優れた発振器を実現することができる。また、上述同様に、ＳＡＷフィルタ３にて所定の周波数帯のみが通過されて発振周波数が出力されるため、周波数安定度の向上を図ることができる。

本発明は、高周波数を出力する発振器として利用することができ、産業上の利用可能性を有する。

実施例１における発振器の構成を示す図である。図１に開示した発振器に搭載されているＳＡＷフィルタの特性を示す図である。実施例２における発振器の構成を示す図である。従来例における発振器の構成の一例を示す図である。図４に開示したＳＡＷ共振子の等価回路を示す。従来例における発振器の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１共振回路
２発振回路
３ＳＡＷフィルタ
４温度補償回路
４１温度センサ
４２メモリ
４３電圧発生回路
ＣＤ可変容量ダイオード

Claims

コイルとコンデンサとを有する共振回路と、この共振回路にて発生した共振を増幅して出力する発振回路と、を備えた発振器であって、
前記発振回路内に形成された発振ループに、所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタを介挿すると共に、
前記共振回路に対して並列に、当該共振回路の容量値を変化させる素子を接続した、
ことを特徴とする発振器。
前記共振回路のコンデンサに対して並列に、可変容量素子を接続して備えた、
ことを特徴とする請求項１記載の発振器。
前記可変容量素子は、外部から印加される電圧によって容量値が変化する可変容量ダイオードである、
ことを特徴とする請求項２記載の発振器。
温度に応じた値の電圧を前記可変容量ダイオードに印加する電圧印加手段を有する温度補償回路を備えた、
ことを特徴とする請求項３記載の発振器。
前記温度補償回路は、周囲の温度を検出する温度センサと、温度に応じて予め設定された電圧値を記憶する電圧値記憶手段とを備え、
前記電圧印加手段は、前記電圧値記憶手段から前記温度センサにて検出した温度に対応して設定されている電圧値を読み出し、この電圧値を前記可変容量ダイオードに印加する、
ことを特徴とする請求項４記載の発振器。
クラップ型発振回路を有する発振器であって、
分割コンデンサの直列接続点とトランジスタのエミッタとの間に、所定の通過帯域幅を有するＳＡＷフィルタを介挿すると共に、
コイルに直列接続され共振回路を構成するコンデンサに対して並列に、外部から印加される電圧によって容量値が変化する可変容量ダイオードを接続した、
ことを特徴とする発振器。