JP2009065295A

JP2009065295A - 電圧制御発振器

Info

Publication number: JP2009065295A
Application number: JP2007229501A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Suzuki; 正彰鈴木
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-26

Abstract

【課題】広い周波数範囲で安定して動作する電圧制御発振器を提供する。
【解決手段】電圧制御発振器１１の差動増幅器１２の出力を入力側に帰還する帰還キャパシタＣ１と、帰還キャパシタＣ１と差動増幅器１２の入力端子の接続点に一端が接続され、他端が接地された可変容量素子ＶＣを有する。電圧制御発振器１１の発振周波数が変更されると、制御部１３は、可変容量素子ＶＣに印加する電圧を制御してその容量値を変化させ、電圧制御発振器１１のオープンループゲインがほぼ一定になるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧制御発振器に関する。

無線受信機等には、無線信号を中間周波信号に変換するための局部発振信号を生成する局部発振回路が使用されている。局部発振回路として電圧制御発振器が用いられている。
特許文献１には、２個の第１の可変容量ダイオードと並列に２個の第２の可変容量ダイオードを接続し、第２の可変容量ダイオードの接続点に電圧を印加することで、電圧制御発振器の発振周波数の可変範囲を広げることが記載されている。

特許文献２には、差動増幅器の差動出力をエミッタホロワ回路を介して可変移相回路に入力することで、消費電流を増加させることなく広い発振周波数制御範囲を得ることが記載されている。

特許文献３には、電圧制御発振回路の帰還キャパシタＣｆを半導体基板上に形成し、かつその内部寄生キャパシタの値を小さくすることで、発振周波数の周波数可変範囲を損なうことがないようにすることが記載されている。

可変容量素子の容量値を変化させて発振周波数を可変させる電圧制御発振器においては、可変容量素子の容量値を変化させたとき差動増幅器の負荷が変化するために、差動増幅器のループゲインが変化する。

従って、電圧制御発振器の発振周波数を広い周波数範囲で変化させると、ループゲインが変化し、差動増幅器の出力信号の振幅値が小さくなる。その結果、安定した発振動作を行うことが難しくなる。すなわち、従来の電圧制御発振器は、広い周波数範囲で安定して発振動作を行わせることが難しいという問題点があった。
特開２００３−３２４３１６号公報特開２００１−１５６５４５号公報特開２００５−３９５９６号公報

本発明の課題は、広い周波数範囲で安定して動作する電圧制御発振器を提供することである。

本発明の電圧制御発振器は、差動増幅器と、インダクタと、前記差動増幅器の出力に一端が接続され、他端に発振周波数を制御するための制御電圧が印加される第１の可変容量素子と、前記増幅器の出力を入力側に帰還する帰還キャパシタと、前記増幅器の入力と前記帰還キャパシタの接続点に一端が接続され、他端が接地された第２の可変容量素子と、前記制御電圧により前記第１の可変容量素子の容量値が変化したときに、前記電圧制御発振器のオープンループゲインがほぼ一定になるように前記第２の可変容量素子の容量値を変化させる制御回路とを備える。

この発明によれば、発振周波数を変化させたときに、電圧制御発振器のオープンループゲインをほぼ一定に制御することができるので、電圧制御発振器の発振動作を広い周波数範囲で安定して行わせることができる。

上記の発明の電圧制御発振器において、前記第２の可変容量素子は、複数のキャパシタとそれぞれのキャパシタと直列に接続された複数のスイッチからなり、前記制御回路は、前記制御電圧に基づいて前記複数のスイッチを選択的にオン、オフして前記可変容量素子の容量値を変化させる。

このように構成することで、発振周波数が変化したときに、スイッチを選択的にオン、オフしてキャパシタの容量値を変化させ、電圧制御発振器のオープンループゲインがほぼ一定値になるように制御することができる。

上記の発明の電圧制御発振器において、前記可変容量素子は、可変容量ダイオードからなり、前記制御回路は、前記制御電圧に基づいて前記可変容量ダイオードに印加する電圧を制御して容量値を変化させる。

このように構成することで、可変容量ダイオードに印加する電圧を制御することで第２の可変容量素子の容量値を変化させて、電圧制御発振器のオープンループゲインがほぼ一定値になるように制御することができる。

本発明によれば、電圧制御発振器の発振動作を広い周波数範囲で安定して行わせることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、実施の形態の電圧制御発振器１１の回路図の一例である。
この電圧制御発振器１１は、無線信号を中間周波信号に変換するための局部発振信号を生成するためのものである。電圧制御発振器１１は、例えば、ＰＬＬ回路等に使用され、ＰＬＬ回路のローパスフィルタから出力される制御電圧ＶＴにより発振周波数が制御される。

電圧制御発振器１１は、差動増幅器１２と、差動増幅器１２の出力端子に一端が接続され、他端が電源電圧ＶＤＤに接続されたインダクタＬ１と、差動増幅器１２の出力端子に一端が接続され、他端に制御電圧ＶＴが印加される可変容量素子（例えば、可変容量ダイオード、第１の可変容量素子に対応する）を有する。

差動増幅器１２の出力端子には、出力信号を入力側（非反転入力端子）に帰還する帰還キャパシタＣ１が接続され、差動増幅器１２の非反転入力端子と帰還キャパシタＣ１の接続点には、可変容量素子ＶＣ（第２の可変容量素子に対応する）の一端が接続され、可変容量素子ＶＣの他端は接地されている。非反転入力端子には抵抗Ｒ１を介してバイアス電圧ＢＩＡＳが印加され、反転入力端子は接地されている。

制御部１３は、発振周波数を決める制御電圧ＶＴに応じて可変容量素子ＶＣの容量値を変化させ、電圧制御発振器１１のオープンループゲインがほぼ一定値になるように制御する。

可変容量素子ＶＣは、例えば、図１に示すように、複数のキャパシタＣ２、Ｃ３・・・と、それぞれのキャパシタＣ２、Ｃ３・・と直列に接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２・・・とからなる。あるいは、可変容量ダイオードＤ２からなる。

可変容量素子ＶＣが、複数のキャパシタＣ２、Ｃ３・・・とスイッチＳＷ１、ＳＷ２・・・からなる場合には、制御部１３は、制御電圧ＶＴに基づいてスイッチＳＷ１、ＳＷ２・・・を選択的にオン、オフさせ、並列に接続されるキャパシタＣ２、Ｃ３・・・の数を変化させて容量値を変化させる。これにより、発振周波数を変化させるために可変容量ダイオードＤ１の容量値を変化させたときに、容量値の変化（制御電圧ＶＴの変化）に応じて、スイッチＳＷ１、ＳＷ２・・・をオン、オフすることで並列容量を変化させ、ループゲインを一定に保つことができる。

可変容量素子ＶＣが、可変容量ダイオードＤ２からなる場合には、制御部１３は、制御電圧ＶＴに基づいて可変容量ダイオードＤ２に印加する電圧を変化させる。これにより、発振周波数を変化させるために可変容量ダイオードＤ１の容量値を変化させたときに、制御電圧ＶＴの変化に応じて可変容量ダイオードＤ２に印加する電圧を制御して、可変容量ダイオードＤ２の容量値を変化させることでオープンループゲインを一定に保つことができる。

ここで、上記の電圧制御発振器１１のオープンループゲインを一定に制御するときの動作を説明する。
差動増幅器１２の負荷は、可変容量ダイオードＤ１とインダクタＬ１の共振インピーダンスＺ（ω）となり、共振インピーダンスＺ（ω）は周波数を変数とする関数である。そして、キャパシタＣ１の容量値をＣ１、可変容量素子ＶＣの容量値をＶＣ、差動増幅器１２のゲインをＧｖとすると、電圧制御発振器１１のオープンループゲインＧ（ω）は、以下の式で表せる。

Ｇ（ω）＝Ｇｖ・Ｚ（ω）・Ｃ１／（Ｃ１＋ＶＣ）
上記の式から、電圧制御発振器１１のオープンループゲインＧ（ω）は、共振インピーダンスＺ（ω）の値に応じて変化し、共振インピーダンスＺ（ω）は周波数の関数であるので、電圧制御発振器１１のオープンループゲインＧ（ω）は、周波数によって変化することが分かる。また、電圧制御発振器１１のオープンループゲインＧ（ω）は、可変容量素子ＶＣの容量値ＶＣにより変化する。

従って、制御部１３が可変容量素子ＶＣの容量値を変化させ、共振インピーダンスＺ（ω）の変化を相殺することで電圧制御発振器１１のオープンループゲインＧ（ω）を一定に制御することができる。

これにより電圧制御発振器１１の発振周波数を変化させたときにも、電圧制御発振器１１のオープンループゲインＧ（ω）をほぼ一定に制御することができる。これにより、電圧制御発振器１１を広い周波数範囲で安定して動作させることができる。

なお、電圧制御発振器１１の回路構成は、実施の形態に示した回路に限らず、接地側にインダクタＬ１を接続する構成でも良い。

実施の形態の電圧制御発振器の回路図である。

符号の説明

１１電圧制御発振器
１２差動増幅器
Ｌ１インダクタ
Ｄ１可変容量ダイオード
Ｃ１帰還キャパシタ
ＶＣ可変容量素子
１３制御部

Claims

差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力に接続されたインダクタと、
前記差動増幅器の出力に一端が接続され、他端に発振周波数を制御するための制御電圧が印加される第１の可変容量素子と、
前記差動増幅器の出力を入力側に帰還する帰還キャパシタと、
前記差動増幅器の入力と前記帰還キャパシタの接続点に一端が接続され、他端が接地された第２の可変容量素子と、
前記制御電圧により前記第１の可変容量素子の容量値が変化したときに、前記電圧制御発振器のオープンループゲインがほぼ一定になるように前記第２の可変容量素子の容量値を変化させる制御回路とを備える電圧制御発振器。
前記第２の可変容量素子は、複数のキャパシタとそれぞれのキャパシタと直列に接続された複数のスイッチからなり、
前記制御回路は、前記制御電圧に基づいて前記複数のスイッチを選択的にオン、オフして前記可変容量素子の容量値を変化させる請求項１記載の電圧制御発振器。
前記第２の可変容量素子は、可変容量ダイオードからなり、
前記制御回路は、前記制御電圧に基づいて前記可変容量ダイオードに印加する電圧を制御して容量値を変化させる請求項１記載の電圧制御発振器。