JP2009194683A - Ｐｌｌ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＶＣＯを切り替えて使用するＰＬＬ回路において、ＶＣＯの位相雑音を最適化することである。
【解決手段】ＰＬＬ回路１１の複数のＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの内の１つの選択は、ＶＣＯ選択データにより行われ、キャパシタの選択はＶＳＢデータにより行われる。バイアス電流設定回路２５は、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータと制御電圧のデジタル変換値ＶＴＤをデコードして、予め定めたバイアス設定値を可変電流源Ｉ１に出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数のＶＣＯを切り替えて使用するＰＬＬ回路に関する。

テレビ受信機などの広い周波数範囲の信号を受信する機器では、発振周波数帯域の異なる複数のＶＣＯを切り替えて発振回路を構成している。
特許文献１には、テレビジョン受信機等の無線装置に用いられるＶＣＯにおいて、ＶＣＯ回路群の中から所望の出力信号を選択し、選択された信号を分周した信号と基準信号との位相差に応じた制御電圧をＶＣＯに供給することが記載されている。

特許文献２には、異なる周波数可変範囲の複数のＶＣＯの中から１つのＶＣＯを選択するＶＣＯ選択器を有するＰＬＬにおいて、ＰＬＬのプログラマブル分周器にセットするデータを複数切り替え、ＰＬＬのロック検出出力がロックを示しているかどうかにより、最適なＶＣＯかどうかを確認することが記載されている。

特許文献３には、共振タンク回路と、共振タンク回路の共振周波数で発振、増幅する増幅回路と、発振周波数バンドを可変させる容量バンド切り替え回路と、各発振周波数バンドに適した電流を増幅回路に供給する電流バンド切り替え回路を備える電圧制御発振器について記載されている。各発振周波数バンドに適した電流を増幅回路に供給することで位相雑音特性を改善することができる。

特許文献４には、電圧制御発振回路の発振出力の最大値を検出する最大値検出回路と、発振出力の最小値を検出する最小値検出回路を有し、発振出力の最大値と最小値の差が所定の電圧と等しくなるように、電圧制御発振回路に供給するバイアス電流を制御することが記載されている。これにより、安定した位相雑音特性を得ることができる。
ＷＯ２００５／００２０５６号公報 特許第３７９５３６４号公報 特開２００６−８６７４０号公報 特開２００６−１９７５７１号公報

本発明の課題は、複数のＶＣＯを切り替えて使用するＰＬＬ回路において、ＶＣＯの位相雑音を最適化することである。

本発明のＰＬＬ回路は、可変電流源を有し、発振周波数帯域の異なる複数のＶＣＯと、ＶＣＯの発振周波数を制御する制御電圧のデジタル変換値に基づいて前記複数のＶＣＯの内の１を選択するＶＣＯ選択回路と、前記ＶＣＯ選択回路より出力されるＶＣＯ選択データと前記制御電圧のデジタル変換値とに基づいて前記可変電流源のバイアス電流を制御するバイアス電流設定回路とを備える。

この発明によれば、ＶＣＯの可変電流源のバイアス電流を共振インピーダンスに応じて調整することで、ＶＣＯの位相雑音を最適化することができる。
上記の発明のＰＬＬ回路において、前記バイアス電流設定回路は、前記ＶＣＯ選択データと前記制御電圧のデジタル変換値をデコードして、選択したＶＣＯの発振出力振幅が所望の値となるバイアス設定値を前記可変電流源に出力する。

このように構成することで、ＶＣＯの発振出力振幅を所望の値にして位相雑音を最適化すことができる。
上記の発明のＰＬＬ回路において、前記複数のＶＣＯは、それぞれ複数のキャパシタとスイッチが直列に接続されたキャパシタ切り替え回路を有し、前記ＶＣＯ選択回路は、前記キャパシタ切り替え回路の複数のキャパシタの内の任意のキャパシタを選択するキャパシタ選択データを前記キャパシタ切り替え回路に出力し、前記バイアス電流設定回路は、前記ＶＣＯ選択データと前記キャパシタ選択データと前記制御電圧のデジタル変換値に基づいて前記可変電流源のバイアス電流を制御する。

このように構成することでＶＣＯ選択データとキャパシタ選択データと制御電圧のデジタル変換値に基づいて可変電流源のバイアス電流を調整し、ＶＣＯの位相雑音を最適化することができる。

本発明によれば、ＰＬＬ回路に用いられる複数のＶＣＯの位相雑音を最適化することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、実施の形態のＰＬＬ回路１１の回路図である。
ＰＬＬ回路１１は、発振周波数帯域が異なる複数のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１２−１、１２−２・・１２−ｎと、差動増幅器１３と、パルス信号を出力する増幅器１４と、発振信号を１／Ｎに分周する１／Ｎ分周器１５と、位相検出器１６と、チャージポンプ１７と、ループフィルタ１８と、ＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの選択及びＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの可変電流源のバイアス電流の調整を行う制御回路１９とからなる。ＶＣＯ１２−１〜１２−ｎは、発振周波数が連続するように発振周波数帯域の一部が重複している。

図２は、発振周波数帯域の異なる２個のＶＣＯの発振出力振幅と位相雑音の関係を示す図である。
図２に示すように、ＶＣＯの位相雑音は発振出力振幅により変化するが、発振出力振幅を２．８〜３．２Ｖ程度にすれば位相雑音を最適化できる。ＶＣＯの発振出力振幅は、ＶＣＯのタンク回路の共振インピーダンスと増幅部の電流により決まる。

従って、複数のＶＣＯ１２−１〜１２−ｎを切り替えて使用する場合でも、それぞれのＶＣＯ１２−１〜１２−ｎのタンク回路の共振インピーダンスに応じて増幅部の電流を変化させることで、ＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの発振出力振幅を位相雑音が最適となるように調整することができる。

そこで、本実施の形態では、どのＶＣＯを選択するかを決めるＶＣＯ選択データと、タンク回路の容量値を決めるキャパシタ選択データ（ＶＳＢデータ）と、ＶＣＯの発振周波数を決める制御電圧（ループフィルタ１８の出力電圧ＶＴ）のデジタル変換値とに基づいて増幅部の電流を制御することで、それぞれのＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの位相雑音が最適となるようにしている。

図３は、ｎ個のＶＣＯ１２−１〜１２−ｎと、ＶＣＯ選択回路２３と、ＡＤＣ回路２４と、可変電流源Ｉ１のバイアス電流を調整するバイアス電流設定回路２５の回路図である。

ＶＣＯ１２−１は、ＭＯＳトランジスタＴＲ１とＴＲ２と可変電流源Ｉ１からなる増幅部と、タンク回路２１−１とで構成されている。可変電流源Ｉ１は、例えば、スイッチに接続された複数の電流源で構成されており、それぞれのスイッチをオン、オフ制御することで電流値を可変することができる。可変電流源Ｉ１のスイッチのオン、オフは、後述するバイアス設定値に基づいて行われる。

タンク回路２１−１は、インダクタＬ１ａ、Ｌ１ｂと、可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２と、キャパシタ切り替え回路（ＣＡＰＳＷ）２２−１ａ、２２−１ｂからなる。
タンク回路２１−１のインダクタＬ１ａ、Ｌ１ｂの一端は、電源電圧ＶＤＤに接続され、インダクタＬ１ａの他端は、可変容量ダイオードＤ１のアノードと、キャパシタ切り替え回路２２−１ａに接続されている。また、インダクタＬ１ｂの他端は、可変容量ダイオードＤ２のアノードとキャパシタ切り替え回路２２−１ｂに接続されている。可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードには、ループフィルタ１８から出力されるアナログの制御電圧ＶＴが印加される。

キャパシタ切り替え回路２２−１ａ、２２−１ｂは、ｎ個のキャパシタＣ１〜ＣｎとスイッチＳＷ１〜ＳＷｎからなり、それぞれのキャパシタＣ１〜ＣｎとスイッチＳＷ１〜ＳＷｎは直列に接続されている。キャパシタ切り替え回路２２−１ａ、２２−１ｂには、ＶＣＯ選択回路２３からＶＳＢデータが出力され、このＶＳＢデータによりどのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオン、オフするかが決まる。キャパシタ切り替え回路２２−１ａ、２２−１ｂのキャパシタを切り替えることで、ＶＣＯ１２−１の発振周波数帯域を切り替えることができる。

また、ＶＣＯ選択回路２３からはＶＣＯ選択データが出力され、このＶＣＯ選択データにより、ＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの内のどのＶＣＯを選択するかが決められる。例えば、ＶＣＯ選択回路２３は、最初に最も発振周波数帯域の低いＶＣＯ（または目的とする周波数に近いＶＣＯ）を選択し、ＶＣＯの発振周波数を制御する制御電圧のデジタル変換値が、ある上限値より大きいか、下限値より小さいかを判定する。制御電圧のデジタル変換値が上限値より大きいときには、現在選択しているＶＣＯの次に発振周波数帯域が高いＶＣＯを指定するＶＣＯ選択データを出力する。また、制御電圧のデジタル変換値が下限値より小さいときには、発振周波数帯域が1段低いＶＣＯを指定するＶＣＯ選択信号を出力する。

他のＶＣＯ１２−２〜１２−ｎも、上述したＶＣＯ１２−１と同じ回路構成を有している。例えば、ＶＣＯ１２−２のキャパシタ切り替え回路２２−２ａ、２２−２ｂも、ＶＣＯ１２−１のキャパシタ切り替え回路２２−１ａ、２２−１ｂと同じようにｎ個のスイッチとキャパシタが直列に接続されて構成されている。ただし、キャパシタの容量が、ＶＣＯ１２−２の発振周波数に応じた容量値に設計されている。

ＡＤＣ回路２４は、ループフィルタ１８の出力電圧（ＶＣＯ発振周波数制御電圧）ＶＴをデジタル値ＶＴＤに変換してバイアス電流設定回路２５に出力する。
バイアス電流設定回路２５は、制御電圧のデジタル変換値（以下、ＶＴＤと記載）と、ＶＣＯ選択データと、キャパシタ切り替え回路２２−１ａ、２２−１ｂ等の容量値を決めるＶＳＢデータをデコードしてＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの可変電流源Ｉ１の電流値を決めるバイアス設定値を出力する。

前述したように、ＶＣＯの位相雑音を最適化するためには、発振出力振幅を一定範囲の値（例えば、２．８〜３．２Ｖ）にする必要がある。発振周波数帯域の異なる複数のＶＣＯ１２−１〜１２−ｎを切り替えて使用する場合には、選択されたＶＣＯのタンク回路２（以下、選択されたＶＣＯのタンク回路をタンク回路２１−ｉで表す）の共振インピーダンスに応じて可変電流源Ｉ１の電流を調整すれば、発振出力振幅を所望の値にすることができる。

タンク回路２１−ｉの共振インピーダンスは、ＶＣＯ選択データと、タンク回路２１−ｉの容量値を決めるＶＳＢデータと、ＶＴＤとにより定まる。従って、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータとＶＴＤの値が決まれば、その条件において発振出力振幅が所望の値となる（位相雑音が最適となる）可変電流源Ｉ１のバイアス電流値を計算により求めることができる。

ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータと制御電圧のデジタル変換値ＶＴＤと、発振出力振幅が所望の値となる可変電流源Ｉ１のバイアス電流の関係を計算により求めることができるので、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータと制御電圧のデジタル変換値ＶＴＤが入力されたとき、それらのデータにより一義的に決まるバイアス電流値（バイアス設定値）を出力する回路は、デコーダ回路等のデジタル回路により構成することができる。

バイアス電流設定回路２５は、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータとＶＴＤをデコードして、予め計算により求めたバイアス設定値を出力する回路であり、例えば、デコーダ回路により構成されている。

なお、図３のＡＤＣ回路２４、ＶＣＯ選択回路２３、バイアス電流設定回路２５は、図１の制御回路１９に該当する。
図４〜図６は、ＶＳＢデータが一定値のとき、ＶＣＯ選択データが一定値のとき、ＶＳＢデータとＶＣＯ選択データの両方を変化させたときに、ＶＴＤと計算により求めたバイアス設定値との関係を示すグラフである。

バイアス設定値は、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータとＶＴＤをパラメータとし、それらの値を変化させたときに、発振出力振幅が所望の値（例えば、２．８〜３．２Ｖの範囲の値）になるような可変電流源Ｉ１のバイアス電流値を計算により求めている。

図４は、ＶＳＢデータが一定値「１」で、ＶＣＯ選択データを変化させた場合のＶＴＤとバイアス設定値の関係を示すグラフである。
図４のグラフは、発振周波数帯域が１番低いＶＣＯを指定するＶＣＯ選択データを「０」、発振周波数帯域が２番目に低いＶＣＯを指定するＶＣＯ選択データを「１」、発振周波数帯域が３番目に低いＶＣＯを指定するＶＣＯ選択データを「２」としたときに、ＶＴＤに対して、各ＶＣＯの発振出力振幅が所望の値（例えば、２．８〜３．２Ｖの範囲の値）になるようなバイアス設定値を計算により求め、ＶＴＤとバイアス設定値の関係をグラフで表したものである。

例えば、ＶＣＯ選択データが「０」で、発振周波数帯域が１番低いＶＣＯが選択された状態で、ＶＴＤが「０」のときにはバイアス設定値を「４」、ＶＴＤが「１」のときにはバイアス設定値を「３」にすれば、発振出力振幅を所望の値にして位相雑音を最適化することができる。

また、ＶＣＯ選択データが「１」で、発振周波数帯域が２番目に低いＶＣＯが選択された状態で、ＶＴＤが「０」のときにはバイアス設定値を「１１」、ＶＴＤが「１」のときにはバイアス設定値「１０」にすれば、発振出力振幅を所望の値にして位相雑音を最適化することができる。

図５は、ＶＣＯ選択データが一定値「１」で、ＶＳＢデータを「０」、「１」、「２」と変化させた場合のＶＴＤとバイアス設定値の関係を示すグラフである。
この場合も、任意のＶＴＤに対して、ＶＣＯの発振出力振幅が所望の値となるようなバイアス設定値を計算により求め、ＶＴＤとバイアス設定値の関係をグラフで表すことができる。

例えば、ＶＣＯ選択データが「１」で、ＶＳＢデータが「０」の状態（図３のキャパシタＣ１が選択された状態）で、ＶＴＤが「０」のときにはバイアス設定値を「１５」に、ＶＴＤが「１」のときにはバイアス設定値を「１４」に設定すれば、発振出力振幅を所望の値にして位相雑音を最適化することができる。

また、ＶＳＢデータが「２」で、ＶＴＤが「０」のときにはバイアス設定値を「７」に、ＶＴＤが「１」のときにはバイアス設定値を「５」に設定すれば、発振出力振幅を目的とする値にして位相雑音を最適化することができる。

図６は、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータの両方を変化させた場合のＶＴＤとバイアス設定値の関係を示すグラフである。
例えば、ＶＣＯ選択データが「２」、ＶＳＢデータが「０」で、ＶＴＤが「０」のときにはバイアス設定値を「３１」、ＶＴＤが「１」のときにはバイアス設定値を「２９」、制御電圧ＶＴＤが「２」のときにはバイアス設定値を「２８」に設定すれば、発振出力振幅を目的とする値にして位相雑音を最適化することができる。

上述したようにＶＣＯ選択データと、ＶＳＢデータと、ＶＴＤとから、発振出力振幅が所望の値となる、可変電流源Ｉ１のバイアス設定値は計算により求めることができる。従って、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータとＶＴＤをパラメータとして入力したときに、最適なバイアス設定値を出力するバイアス電流設定回路２５は、デコーダ回路等のデジタル回路により実現することができる。そして、そのバイアス電流設定回路２５により可変電流源Ｉ１のバイアス電流を可変制御することで、ＶＣＯ１２−１〜１２−ｎの位相雑音を低減することができる。

上述した実施の形態によれば、複数のＶＣＯの内の１つを選択するＶＣＯ選択データと、タンク回路に接続する容量を決めるＶＳＢデータと、ＶＣＯの発振周波数を制御する制御電圧ＶＴＤに基づいて可変電流源Ｉ１のバイアス電流を制御することで、ＶＣＯの位相雑音を最適化することができる。

上述した実施の形態は、ＶＣＯ選択データとＶＳＢデータとＶＴＤの３つのデータをパラメータとしてバイアス設定値を決めているが、ＶＣＯがキャパシタ切り替え回路を有しない場合には、ＶＣＯ選択データとＶＴＤの２つのデータをパラメータとしてバイアス設定値を決めても良い。また、ＶＣＯは、ＭＯＳトランジスタに限らず、バイポーラトランジスタで構成しても良い。

実施の形態のＰＬＬ回路の回路図である。 ＶＣＯの発振出力振幅と位相雑音の関係を示す図である。 実施の形態のＶＣＯとバイアス電流設定回路の回路図である。 ＶＳＢデータが一定値の場合の、制御電圧のデジタル変換値ＶＴＤとバイアス設定値の関係を示す図である。 ＶＣＯ選択データが一定値の場合の、制御電圧のデジタル変換値ＶＴＤとバイアス設定値の関係を示す図である。 任意のＶＣＯ選択データとＶＳＢデータに対する制御電圧のデジタル変換値ＶＴＤとバイアス設定値の関係を示す図である。

符号の説明

１１ ＰＬＬ回路
１２−１〜１２−ｎ ＶＣＯ
１５ １／Ｎ分周器
１６ 位相検出器
１７ チャージポンプ
１８ ループフィルタ
１９ ＶＣＯ制御回路
２３ ＶＣＯ選択回路
２４ ＡＤＣ回路
２５ バイアス電流設定回路

Claims (4)

1. 可変電流源を有し、発振周波数帯域の異なる複数のＶＣＯと、
   ＶＣＯの発振周波数を制御する制御電圧のデジタル変換値に基づいて前記複数のＶＣＯの内の１を選択するＶＣＯ選択回路と、
   前記ＶＣＯ選択回路より出力されるＶＣＯ選択データと前記制御電圧のデジタル変換値とに基づいて、前記可変電流源のバイアス電流を制御するバイアス電流設定回路と、
   を備えるＰＬＬ回路。
2. 前記バイアス電流設定回路は、前記ＶＣＯ選択データと前記制御電圧のデジタル変換値とをデコードして、選択したＶＣＯの発振出力振幅が所望の値となるバイアス設定値を、前記可変電流源に出力する請求項１記載のＰＬＬ回路。
3. 前記複数のＶＣＯは、それぞれ複数のキャパシタとスイッチが直列に接続されたキャパシタ切り替え回路を有し、
   前記バイアス電流設定回路は、前記ＶＣＯ選択データと前記キャパシタ切り替え回路のキャパシタを選択するキャパシタ選択データと前記制御電圧のデジタル変換値とに基づいて、前記可変電流源のバイアス電流を制御する請求項１または２記載のＰＬＬ回路。
4. 前記複数のＶＣＯは、それぞれ複数のキャパシタとスイッチが直列に接続されたキャパシタ切り替え回路を有し、
   前記ＶＣＯ選択回路は、前記キャパシタ切り替え回路の複数のキャパシタの内の任意のキャパシタを選択するキャパシタ選択データを前記キャパシタ切り替え回路に出力し、
   前記バイアス電流設定回路は、前記ＶＣＯ選択データと前記キャパシタ選択データと前記制御電圧のデジタル変換値とに基づいて、前記可変電流源のバイアス電流を制御する請求項１または２記載のＰＬＬ回路。