JP2010016512A - 電圧制御型発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】許容される制御電圧の調整範囲に対応した発振周波数可変域の範囲を拡大した電圧制御型発振器を提供する。
【解決手段】圧制御型発振器は、振動子１と、該振動子の振動出力を入力として所定周波数で発振する発振回路３と、一端に電圧制御端子６を有し、他端を振動子１に直列接続した周波数制御回路２を備える。周波数制御回路２は、電圧制御端子６に接続された抵抗素子Ｒと、該抵抗素子と振動子の間に一端が接続された振動域伸張用コイルＬと容量素子Ｃｖで構成された並列共振回路と、並列共振回路の他端と抵抗素子Ｒの接続部にカソードを接続し、アノードを接地に接続した可変容量ダイオードＤとを有する。電圧制御端子６に印加する制御電圧に応じた可変容量ダイオードＤの容量変化による振動子１から見た並列共振回路の回路容量の変化を用いて発振回路３に入力する周波数範囲を可変する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振器に係り、特に振動域伸張用コイルを用いて発振周波数の可変領域を拡大した電圧制御型発振器に関する。

周波数信号の発生源として、水晶振動素子やセラミックス振動素子等の振動素子と発振回路を用いた発振器、あるいは負性抵抗回路を用いた発振器等が知られている。近年の移動体通信分野では、その端末のローカル周波数信号の発生源として広帯域の発振能力をもつ発振器が要求されている。

この種の発振器としては、振動素子に振動域伸張用コイルと可変容量ダイオードを接続して該可変容量ダイオードに印加する電圧に応じた容量変化を用いる電圧制御型発振器がある。

図６は、発振周波数可変領域を拡大した電圧制御型発振器の従来例を説明する回路構成図である。この電圧制御型発振器は、振動素子に水晶振動素子（ＸＬ）を用いたものである。水晶振動素子１には周波数制御回路２と発振回路３が接続されている。発振回路３は、水晶振動素子１の基本振動の周波数出力に基づいて所定の周波数（数百kHz〜２０ＭHz程度）の発振信号を生成する。

発振回路３の発振出力は分周回路４において実装機器に要求された所要の周波数に分周された後、出力回路５で実装機器の仕様に対応した諸元の信号として端子７から出力される。この諸元としては、正弦波、矩形波、発振信号のピーク―ピーク値、１系統出力または２系統出力、等がある。

周波数制御回路２は、水晶振動素子１と制御電圧入力端子６の間に直列に接続された振動域伸張用コイルＬと抵抗素子Ｒ０２の並列回路、この並列回路と制御電圧入力端子６の間に挿入された抵抗素子Ｒ０１との間に可変容量ダイオードＤ０２が接続されている。また、振動域伸張用コイルＬと抵抗素子Ｒ０２の並列回路と接地との間に抵抗素子Ｒ０３が接続されている。この可変容量ダイオードＤ０２のアノードは前記並列回路に、またそのカソードは抵抗素子Ｒ０１に接続されている。また、抵抗素子Ｒ０１と可変容量ダイオードＤ０２のカソードの接続部にカソードを接続して、アノードを接地（ＧＮＤ）に接続した可変容量ダイオードＤ０１が接続されている。

図６に示された構成において、周波数制御回路２の制御電圧入力端子６に印加する制御電圧Ｖｆの大きさに応じて可変容量ダイオードＤ０１と可変容量ダイオードＤ０２との容量が変化する。この容量の変化は水晶振動素子１から見た周波数制御回路２の回路容量を変化させる。この回路容量に応じて水晶振動素子１の出力を入力とする発信回路２の発振領域が変化する。なお、水晶振動素子に伸張用コイルを用いて発振周波数可変域を拡大する電圧制御型発振器に関する従来技術を開示したものとして、特許文献１、特許文献２、特許文献３を挙げることが出来る。
特開平１１‐３４６１１７号公報 特開２００２‐１８５２５３号公報 特開２００２‐２１７７７３号公報

図６に示した従来の構成では、水晶振動素子１に対して直列に振動域伸張用コイルを接続し、この振動域張用コイルと直列に挿入された容量を変化させるものである。そのため、制御電圧を変えることによる振動周波数の変化は緩やかで、許容される制御電圧の調整範囲に対応した発振周波数可変領域の調整範囲の拡大には限界がある。

本発明の目的は、許容される制御電圧の調整範囲に対応した発振周波数可変域の範囲を拡大した電圧制御型発振器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電圧制御型発振器は、振動子と、該振動子の振動出力を入力として所定周波数で発振する発振回路と、一端に電圧制御端子を有し、他端を前記振動子に直列接続した周波数制御回路を備える。

前記周波数制御回路は、前記電圧制御端子に接続された抵抗素子と、該抵抗素子と前記振動子の間に一端が接続された振動域伸張用コイルと容量素子で構成された並列共振回路と、前記並列共振回路の他端と前記抵抗素子の接続部にカソードを接続し、アノードを接地に接続した可変容量ダイオードとを有する。

そして、前記電圧制御端子に印加する制御電圧に応じた前記可変容量ダイオードの容量変化による前記振動子から見た周波数制御回路の回路容量の変化を用いて前記発振回路に入力する周波数範囲を可変する。

振動子から見た周波数制御回路の容量と共に振動域伸張用コイルと並列接続した容量素子の容量も可変としたため、発振回路に入力する周波数範囲の可変範囲の拡大が可能となり、発振回路の発振周波数領域を従来回路よりも広くすることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による電圧制御型発振器の実施例１を説明する回路構成図である。図１において、この電圧制御型発振器は、前記した図６と同様に、振動素子に水晶振動素子を用いたものである。水晶振動素子１には周波数制御回路２と発振回路３が接続されている。発振回路３は、水晶振動素子１の基本振動の周波数出力に基づいて所定の周波数（前記と同様の数百ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ程度）を生成する。

そして、発振回路３の発振出力は分周回路４において実装機器に要求される所要の周波数に分周された後、出力回路５で実装機器の仕様に対応した諸元の信号として端子７から出力される。

周波数制御回路２は、水晶振動素子１と制御電圧入力端子６の間に直列に接続された振動域伸張用コイルＬと可変容量Ｃｖの並列回路、この並列回路と制御電圧入力端子６の間に直列に挿入された抵抗素子Ｒ、並列回路と抵抗素子Ｒの接続部にカソードを接続し、アノードを接地に接続した可変容量ダイオードＤとで構成される。

図１に示された実施例１の構成において、周波数制御回路２の制御電圧入力端子６に印加する制御電圧Ｖｆの大きさに応じて可変容量ダイオードＤの容量が変化する。この容量の変化は水晶振動素子１から見た周波数制御回路２の回路容量を変化させる。可変容量ダイオードDの容量のキャパシタンスと容量Ｃｖとで決まる回路容量に応じて水晶振動素子１の振動域が変化する。なお、回路の浮遊容量も回路容量に影響するが、ここでは無視した。振動域伸張用コイルＬと並列接続した可変容量Ｃｖは、容量をプリセット可能な可変容量素子である。この容量Ｃｖは大まかな波長範囲を予め設定する半固定の可変容量素子であり、これに代えて適当な容量を持つ固定の容量素子を用いることもできる。

図２は、水晶振動素子から見た周波数制御回路の回路容量の変化と発振回路の出力の関係を従来技術と本発明の実施例で比較した説明図である。図２の横軸は水晶振動素子から見た周波数制御回路の回路容量Ｃ（ｐＦ）（相対値）、縦軸は発振回路３の発振周波数ｆ（ＭＨｚ）（相対値）である。図中、曲線ａは図６で説明した従来の電圧制御型発振器の特性を、曲線ｂは図１に示した実施例１の電圧制御型発振器の特性を示す。

従来の電圧制御型発振器の周波数制御回路の回路容量の変化と発振回路の出力の関係（Ｃ−Ｆ特性曲線）は曲線ａに示されたように比較的穏やかに変化する。一方、曲線ｂで示した実施例１のＣ−Ｆ特性曲線は、回路容量の変化に対して発振周波数の変化が大きい急峻な特性であることが分かる。

図３は、周波数制御回路の制御入力電圧と発振回路の出力の関係を従来技術と本発明の実施例で比較した説明図である。図３の横軸は周波数制御回路の制御入力電圧Ｖｆ(Ｖ)、縦軸は発振回路３の発振周波数ｆ（ＭＨｚ、相対値）である。図中、直線ｃは図６で説明した従来の電圧制御型発振器の特性を、直線ｄは図１に示した実施例１の電圧制御型発振器の特性を示す。

従来の電圧制御型発振器の周波数制御回路の制御入力電圧と発振回路の出力の関係（Ｖｆ−Ｆ特性曲線）は直線ｃに示されたように傾斜が比較的が穏やかである。この直線は、例えば、周波数制御のための制御電圧が０Ｖ〜３．３Ｖの範囲での発振回路の出力変化の範囲を示す。一方、直線ｄで示した実施例１のＶｆ−Ｆ特性曲線は、制御電圧が０Ｖ〜３．３Ｖの範囲での発振回路の出力変化範囲が広くなっており、発振周波数の可変領域が直線ｃに比べて広いことが分かる。なお、制御電圧Ｖｆの範囲は一例である。

このように、実施例１によれば、許容される制御電圧の調整範囲に対応した発振周波数可変領域の範囲を拡大することができ、広範囲な実装対象を実現した電圧制御型発振器を提供することができる。

図４は、本発明による電圧制御型発振器の実施例２を説明する回路構成図である。図４において、この実施例の電圧制御型発振器は、前記した実施例１と同様に、振動素子に水晶振動素子を用いたものである。水晶振動素子１には周波数制御回路２と発振回路３が接続され、発振回路３が、水晶振動素子１の基本振動の周波数出力に基づいて所定の周波数（前記と同様の数百ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ程度）を生成する点も実施例１と同様である。

そして、発振回路３の発振出力は分周回路４において実装機器に要求された所要の周波数に分周された後、出力回路５で実装機器の仕様に対応した諸元の信号として端子７から出力される。

周波数制御回路２は、水晶振動素子１と制御電圧入力端子６の間に、振動域伸張用コイルＬに並列に接続した容量素子Ｃと第１の可変容量ダイオードＤ１の直列回路が接続された並列共振回路が挿入されている。この並列回路と制御電圧入力端子６の間に第１の抵抗素子Ｒ１が直列に挿入されている。並列共振回路の一方の端子は水晶振動素子１に、他方は第２の可変容量ダイオードＤ２のアノードに接続し、第２の可変容量ダイオードＤ２のカソードは第１の抵抗素子Ｒ１に直列に接続されている。

また、第２の可変容量ダイオードＤ２のカソードにカソードを接続し、アノードを接地に接続した第３の可変容量ダイオードＤ３と、並列共振回路の他方の端子と接地の間に第２の抵抗素子Ｒ２が挿入されている。さらに、実施例３では、並列共振回路を構成する容量素子Ｃと第１の可変容量ダイオードＤ１の接続点と第１の抵抗素子Ｒ１間に第３の抵抗素子Ｒ３が接続されている。

図５は、周波数制御回路の制御入力電圧と水晶振動素子から見た周波数制御回路の回路容量の関係を説明する図である。図５の横軸は周波数制御回路の制御入力電圧Ｖｆ(Ｖ)、縦軸は水晶振動素子から見た周波数制御回路の回路容量Ｃx（ｐＦ）を示す。図５の曲線ｅに示されたように、制御入力電圧Ｖｆ(Ｖ)が低いと回路容量Ｃｘは大きく、制御入力電圧Ｖｆ(Ｖ)を高くすると回路容量Ｃｘは小さくなる。このように、回路容量Ｃｘを制御入力電圧Ｖｆで変化させることによって、水晶振動素子１の振動周波数を変化させ、発振回路３の発振周波数を変化させる。この関係は、実施例１でも同様である。

実施例２においても、図２、図３に示した特性が得られ、Ｖｆ−Ｆ特性曲線は、制御電圧が０Ｖ〜３．３Ｖの範囲での発振回路の出力変化範囲が広くなっており、発振周波数の可変領域も従来の回路に比べて広いことが分かる。

このように、実施例２によっても、許容される制御電圧の調整範囲に対応した発振周波数可変領域の範囲を拡大することができ、広範囲な実装対象を実現した電圧制御型発振器を提供することができる。

上記の各実施例では、振動素子に水晶振動子を用いたものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、振動素子が水晶振動子に類似した動作特性を有する素子も同様に用いることができる。また、本発明は、上記の各実施例、特許請求の範囲に記述された構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明による電圧制御型発振器の実施例１を説明する回路構成図である。 水晶振動素子から見た周波数制御回路の回路容量の変化と発振回路の出力の関係を従来技術と本発明の実施例で比較した説明図である。 周波数制御回路の制御入力電圧と発振回路の出力の関係を従来技術と本発明の実施例で比較した説明図である。 本発明による電圧制御型発振器の実施例２を説明する回路構成図である。 周波数制御回路の制御入力電圧と水晶振動素子から見た周波数制御回路の回路容量の関係を説明する図である。 発振周波数可変域を拡大した電圧制御型発振器の従来例を説明する回路構成図である。

符号の説明

１・・・水晶振動素子
２・・・周波数制御回路
３・・・発振回路
４・・・分周回路
５・・・出力回路
６・・・制御電圧入力端子
７・・・出力端子。

Claims (6)

1. 振動子と、該振動子の振動出力を入力として所定周波数で発振する発振回路と、一端に電圧制御端子を有し、他端を前記振動子に接続した周波数制御回路を有する電圧制御型発振器であって、
   前記周波数制御回路は、前記電圧制御端子に接続された抵抗素子と、該抵抗素子と前記振動子の間に一端が接続された振動域伸張用コイルと容量素子で構成された並列共振回路と、前記並列共振回路の他端と前記抵抗素子の接続部にカソードを接続し、アノードを接地に接続した可変容量ダイオードを有し、
   前記電圧制御端子に印加する制御電圧に応じた前記可変容量ダイオードの容量変化による前記振動子から見た前記周波数制御回路の回路容量の変化を用いて前記発振回路の発振周波数の可変領域を調整することを特徴とする電圧制御型発振器。
2. 請求項１において、
   前記発振回路の出力側に接続して該発振回路の出力周波数を逓降する分周回路と、該分周回路の出力を実装機器の回路仕様に適合させる出力回路を備えたことを特徴とする電圧制御型発振器。
3. 請求項１において、
   前記振動子は水晶振動子であることを特徴とする電圧制御型発振器。
4. 請求項１において、
   前記並列共振回路を構成する前記容量素子が可変容量素子であることを特徴とする電圧制御型発振器。
5. 振動子と、該振動子の振動出力を入力として所定周波数で発振する発振回路と、一端に電圧制御端子を有し、他端を前記振動子に接続した周波数制御回路を有する電圧制御型発振器であって、
   前記周波数制御回路は、前記電圧制御端子に接続された第１の抵抗素子と、
   前記振動子に一端が接続された振動域伸張用コイルおよび容量素子と該容量素子にカソードを接続した第１の可変容量ダイオードの直列回路を前記振動域伸張用コイルに並列接続した並列共振回路と、
   前記並列共振回路の他端にアノードを接続してカソードを前記抵抗素子に接続した第２の可変容量ダイオードと、
   前記第２の可変容量ダイオードのカソードにカソードを接続し、アノードを接地した第３の可変容量ダイオードと、
   前記並列共振回路の他端と接地の間に接続した第２の抵抗素子と、
   前記並列共振回路を構成する前記容量素子と前記第１の可変容量ダイオードの接続部と前記第１の抵抗素子の間に接続した第３の抵抗素子とを有し、
   前記電圧制御端子に印加する制御電圧に応じた前記第１、第２および第３の可変容量ダイオードの容量変化による前記振動子から見た前記周波数制御回路の回路容量の変化を用いて前記発振回路の発振周波数の可変領域を調整することを特徴とする電圧制御型発振器。
6. 請求項５において、
   前記振動子は水晶振動子であることを特徴とする電圧制御型発振器。

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