JP2011130168A - Voltage controlled oscillation circuit - Google Patents
Voltage controlled oscillation circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011130168A JP2011130168A JP2009286467A JP2009286467A JP2011130168A JP 2011130168 A JP2011130168 A JP 2011130168A JP 2009286467 A JP2009286467 A JP 2009286467A JP 2009286467 A JP2009286467 A JP 2009286467A JP 2011130168 A JP2011130168 A JP 2011130168A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- terminal
- cell
- oscillation circuit
- oscillation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、電圧制御発振回路に関し、特にLC共振型の電圧制御発振回路に関する。 The present invention relates to a voltage controlled oscillation circuit, and more particularly to an LC resonance type voltage controlled oscillation circuit.
半導体集積回路に用いられる電圧制御発振回路(VCO;voltage controlled oscillator)には、エミッタカップルドマルチバイブレータ、リングオシレータ及びLC発振型等、様々な種類が存在する。 There are various types of voltage controlled oscillators (VCOs) used in semiconductor integrated circuits, such as emitter-coupled multivibrators, ring oscillators, and LC oscillation types.
エミッタカップルドマルチバイブレータ及びリングオシレータは、集積化が容易であるとともに、発振周波数の変化率を大きくすることができるという利点があるが、LC発振型と比較してジッタ(位相雑音)が大きいという欠点がある。一方、LC発振型は、エミッタカップルドマルチバイブレータ及びリングオシレータと比較してジッタ(位相雑音)が小さいという利点があるが、発振周波数の変化率が小さいという欠点がある。 Emitter-coupled multivibrators and ring oscillators are advantageous in that they can be easily integrated and can increase the rate of change of the oscillation frequency, but have a larger jitter (phase noise) than the LC oscillation type. There are drawbacks. On the other hand, the LC oscillation type has an advantage that jitter (phase noise) is small as compared with the emitter-coupled multivibrator and the ring oscillator, but has a disadvantage that the change rate of the oscillation frequency is small.
LC発振型の電圧制御発振回路における上記課題に対する解決策が、特許文献1に開示されている。図9は、特許文献1に開示されたLC発振型の電圧制御発振回路である。図9に示す回路は、インダクタ11,12と、キャパシタ13,14,16,17と、MOSトランジスタ15と、バイポーラトランジスタ18,19と、電流源20と、を備える。なお、インダクタ11,12と、キャパシタ13,14,16,17と、MOSトランジスタ15と、により共振回路21を構成する。また、バイポーラトランジスタ18,19と、電流源20と、により負性抵抗回路22を構成する。
A solution to the above-described problem in the LC oscillation type voltage controlled oscillation circuit is disclosed in
図9に示す回路は、所望の発振周波数を有する発振信号をノードA,ANから出力する。ここで、図9に示す回路は、MOSトランジスタ15のゲートに印加される電圧VGを制御することにより、発振周波数を制御する。
The circuit shown in FIG. 9 outputs an oscillation signal having a desired oscillation frequency from nodes A and AN. Here, the circuit shown in FIG. 9 controls the oscillation frequency by controlling the voltage VG applied to the gate of the
なお、特許文献2には、LC共振回路の一つとしてジャイレータ回路が開示されている。また、特許文献3には、LC発振型とは種類の異なるリングオシレータ型の電圧制御発振回路が開示されている。 Patent Document 2 discloses a gyrator circuit as one of LC resonance circuits. Patent Document 3 discloses a ring oscillator type voltage controlled oscillation circuit of a type different from the LC oscillation type.
しかし、特許文献1の場合、図9を見ても明らかなように、インダクタ11,12には、スパイラルインダクタンスが用いられている。このスパイラルインダクタンスは、螺旋状に配置された分布定数線路によって構成される。そのため、特許文献1に示す回路は、回路規模が増大するという問題があった。
However, in the case of
ここで、特許文献1に示す回路の場合、共振回路21のインダクタンス成分及び容量成分に基づいて発振周波数が制御される。つまり、特許文献1に示す回路の場合、発振周波数をさらに低くするためには、インダクタ11,12を大きくする必要があった。したがって、特許文献1に示す回路は、回路規模がさらに増大するという問題があった。
Here, in the case of the circuit shown in
また、スパイラルインダクタンスのインダクタンス値は、多くの要素によって決定される。そのため、特許文献1に示す回路は、精度の高い発振周波数の発振信号を生成することが困難であるという問題があった。
Further, the inductance value of the spiral inductance is determined by many factors. For this reason, the circuit disclosed in
本発明にかかる電圧制御発振回路は、発振信号を増幅する発振アンプ部と、前記発振信号の発振周波数を制御するLC共振部と、負性抵抗成分を有する負性抵抗部と、を備え、前記LC共振部は、ループ状に接続された第1及び第2のトランスコンダクタンスアンプと、前記ループ上のノードに一端が接続された第1及び第2の容量と、を有し、前記第1及び前記第2のトランスコンダクタンスアンプと前記第1の容量とに基づくインダクタンス値と、前記第2の容量の容量値と、に基づいて前記発振周波数を制御する。 A voltage-controlled oscillation circuit according to the present invention includes an oscillation amplifier unit that amplifies an oscillation signal, an LC resonance unit that controls an oscillation frequency of the oscillation signal, and a negative resistance unit having a negative resistance component, The LC resonating unit includes first and second transconductance amplifiers connected in a loop, and first and second capacitors having one ends connected to nodes on the loop, and the first and second capacitors The oscillation frequency is controlled based on an inductance value based on the second transconductance amplifier and the first capacitor and a capacitance value of the second capacitor.
上述のような回路構成により、回路規模の増大を抑制すること等が可能である。 With the circuit configuration as described above, it is possible to suppress an increase in circuit scale.
本発明により、回路規模の増大を抑制すること等が可能な電圧制御発振回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a voltage controlled oscillation circuit capable of suppressing an increase in circuit scale.
以下では、本発明を適用した具体的な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。説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. For clarity of explanation, duplicate explanation is omitted as necessary.
実施の形態1
図1に、本発明の実施の形態1にかかる電圧制御発振回路を示す。図1に示す回路は、発振アンプ部32と、LC共振部33と、負性抵抗部34と、を備える。発振アンプ部32は、gmセル23を有する。LC共振部33は、gmセル(第3のトランスコンダクタンスアンプ)24と、gmセル(第1のトランスコンダクタンスアンプ)25と、gmセル(第2のトランスコンダクタンスアンプ)26と、容量(第1の容量)28,29と、容量(第2の容量)30,31と、を有する。そして、負性抵抗部34は、gmセル27を有する。
FIG. 1 shows a voltage controlled oscillation circuit according to the first exemplary embodiment of the present invention. The circuit shown in FIG. 1 includes an
なお、各gmセル23〜27は、一対の差動入力端子IN+,IN−と、一対の差動出力端子OUT+,OUT−と、を有する全差動のトランスコンダクタンスアンプである。各gmセル23〜27は、差動入力端子IN+,IN−に供給された差動入力電圧に応じた電流を差動出力端子OUT+,OUT−から出力する。また、図示していないが、各gmセル23〜27は、電源電圧端子VDDと、接地電圧端子VSSと、バイアス電圧端子Biasと、設定電圧端子VCMと、制御電圧端子VGと、を有する。なお、便宜上、記号「VDD」、「VSS」、「Bias」、「VCM」及び「VG」は、それぞれ端子名を示すと同時に、電圧を示すものとする。
Each of the
まず、図1に示す回路の回路構成について説明する。gmセル23の反転出力端子OUT−は、gmセル24の非反転入力端子IN+に接続される。gmセル23の非反転出力端子OUT+は、gmセル24の反転入力端子IN−に接続される。
First, the circuit configuration of the circuit shown in FIG. 1 will be described. The inverting output terminal OUT− of the
gmセル24の反転出力端子OUT−は、当該gmセル24の非反転入力端子IN+と、gmセル25の反転出力端子OUT−と、gmセル26の反転入力端子IN−と、容量31の一端と、gmセル27の非反転入力端子IN+と、gmセル23の反転入力端子IN−と、に接続される。gmセル24の非反転出力端子OUT+は、当該gmセル24の反転入力端子IN−と、gmセル25の非反転出力端子OUT+と、gmセル26の非反転入力端子IN+と、容量30の一端と、gmセル27の反転入力端子IN−と、gmセル23の非反転入力端子IN+と、に接続される。
The inverting output terminal OUT− of the
gmセル26の非反転出力端子OUT+は、容量29の一端と、gmセル25の反転入力端子IN−と、に接続される。gmセル26の反転出力端子OUT−は、容量28の一端と、gmセル25の非反転入力端子IN+と、に接続される。なお、容量28〜31の他端は、接地電圧端子VSSに接続される。gmセル27の反転出力端子OUT−は、一方の外部出力端子に接続されるとともに、gmセル23の非反転入力端子IN+に接続される。gmセル27の非反転出力端子OUT+は、他方の外部出力端子に接続されるとともに、gmセル23の反転入力端子IN−に接続される。
The non-inverting output terminal OUT + of the
次に、gmセル23〜27についてより詳細に説明する。図2はgmセル24〜26の回路図である。また、図3はgmセル23,27の回路図である。図2に示す回路は、差動アンプ部39と、コモンモードフィードバック部(CMFB部)40と、を有する。なお、差動アンプ部39は、差動入力電圧に応じた電流を差動出力端子OUT+,OUT−から出力する回路である。また、CMFB部40は、差動出力端子OUT+,OUT−の平均電圧が設定電圧VCMとなるように制御する回路である。
Next, the
差動アンプ部39は、トランジスタQ1〜Q7を有する。CMFB部40は、トランジスタQ8〜Q15と、抵抗R10と、容量C10と、を有する。なお、図2の例では、トランジスタQ1〜Q4と、トランジスタQ7〜Q13と、はPチャネルMOSトランジスタである。トランジスタQ5,Q6,Q14,Q15は、NチャネルMOSトランジスタである。
The
まず、図2に示す回路の回路構成について説明する。トランジスタQ1において、ソース端子が電源電圧端子VDDに接続され、ドレイン端子がトランジスタQ3のソース端子に接続され、ゲート端子がバイアス電圧端子Biasに接続される。トランジスタQ2において、ソース端子が電源電圧端子VDDに接続され、ドレイン端子がトランジスタQ4のソース端子に接続され、ゲート端子がトランジスタQ1のゲート端子とともにバイアス電圧端子Biasに接続される。 First, the circuit configuration of the circuit shown in FIG. 2 will be described. In the transistor Q1, the source terminal is connected to the power supply voltage terminal VDD, the drain terminal is connected to the source terminal of the transistor Q3, and the gate terminal is connected to the bias voltage terminal Bias. In the transistor Q2, the source terminal is connected to the power supply voltage terminal VDD, the drain terminal is connected to the source terminal of the transistor Q4, and the gate terminal is connected to the bias voltage terminal Bias together with the gate terminal of the transistor Q1.
トランジスタQ3において、ドレイン端子がトランジスタQ5のドレイン端子に接続され、ゲート端子が非反転入力端子IN+に接続される。トランジスタQ4において、ドレイン端子がトランジスタQ6のドレイン端子に接続され、ゲート端子が反転入力端子IN−に接続される。トランジスタQ5において、ソース端子が接地電圧端子VSSに接続され、ゲート端子がノードPに接続される。トランジスタQ6において、ソース端子が接地電圧端子VSSに接続され、ゲート端子がトランジスタQ5のゲート端子とともにノードPに接続される。 In the transistor Q3, the drain terminal is connected to the drain terminal of the transistor Q5, and the gate terminal is connected to the non-inverting input terminal IN +. In the transistor Q4, the drain terminal is connected to the drain terminal of the transistor Q6, and the gate terminal is connected to the inverting input terminal IN−. In the transistor Q5, the source terminal is connected to the ground voltage terminal VSS, and the gate terminal is connected to the node P. In the transistor Q6, the source terminal is connected to the ground voltage terminal VSS, and the gate terminal is connected to the node P together with the gate terminal of the transistor Q5.
トランジスタQ7のソース端子は、トランジスタQ2のドレイン端子とトランジスタQ4のソース端子とを接続する信号線上のノードに接続される。トランジスタQ7のドレイン端子は、トランジスタQ1のドレイン端子とトランジスタQ3のソース端子とを接続する信号線上のノードに接続される。トランジスタQ7のゲート端子は、制御電圧端子VGに接続される。反転出力端子OUT−は、トランジスタQ3のドレイン端子とトランジスタQ5のドレイン端子とを接続する信号線上のノードに接続される。非反転出力端子OUT+は、トランジスタQ4のドレイン端子とトランジスタQ6のドレイン端子とを接続する信号線上のノードに接続される。 The source terminal of the transistor Q7 is connected to a node on the signal line that connects the drain terminal of the transistor Q2 and the source terminal of the transistor Q4. The drain terminal of the transistor Q7 is connected to a node on a signal line that connects the drain terminal of the transistor Q1 and the source terminal of the transistor Q3. The gate terminal of the transistor Q7 is connected to the control voltage terminal VG. The inverting output terminal OUT− is connected to a node on a signal line connecting the drain terminal of the transistor Q3 and the drain terminal of the transistor Q5. The non-inverting output terminal OUT + is connected to a node on a signal line that connects the drain terminal of the transistor Q4 and the drain terminal of the transistor Q6.
トランジスタQ8において、ソース端子が電源電圧端子VDDに接続され、ドレイン端子がトランジスタQ11,Q13の各ソース端子に接続され、ゲート端子がバイアス電圧端子Biasに接続される。トランジスタQ9において、ソース端子が電源電圧端子VDDに接続され、ドレイン端子がトランジスタQ10,Q12の各ソース端子に接続され、ゲート端子がトランジスタQ8とともにバイアス電圧端子Biasに接続される。 In the transistor Q8, the source terminal is connected to the power supply voltage terminal VDD, the drain terminal is connected to each source terminal of the transistors Q11 and Q13, and the gate terminal is connected to the bias voltage terminal Bias. In the transistor Q9, the source terminal is connected to the power supply voltage terminal VDD, the drain terminal is connected to each source terminal of the transistors Q10 and Q12, and the gate terminal is connected to the bias voltage terminal Bias together with the transistor Q8.
トランジスタQ10,Q11において、各ドレイン端子がノードPに共通接続され、各ゲート端子が設定電圧端子VCMに共通接続される。トランジスタQ12において、ドレイン端子がノードQに接続され、ゲート端子が反転出力端子OUT−に接続される。トランジスタQ13において、ドレイン端子がノードQに共通接続され、ゲート端子が非反転出力端子OUT+に接続される。 In the transistors Q10 and Q11, the drain terminals are commonly connected to the node P, and the gate terminals are commonly connected to the set voltage terminal VCM. In the transistor Q12, the drain terminal is connected to the node Q, and the gate terminal is connected to the inverting output terminal OUT−. In the transistor Q13, the drain terminal is commonly connected to the node Q, and the gate terminal is connected to the non-inverting output terminal OUT +.
トランジスタQ14において、ソース端子が接地電圧端子VSSに接続され、ドレイン端子がノードPに接続され、ゲート端子がトランジスタQ15のゲート端子及びノードQに接続される。トランジスタQ15において、ソース端子が接地電圧端子VSSに接続され、ドレイン端子がノードQに接続される。ノードPには、さらに抵抗R10の一端が接続される。抵抗R10の他端は容量C10の一端に接続される。容量C10の他端は接地電圧端子VSSに接続される。 In the transistor Q14, the source terminal is connected to the ground voltage terminal VSS, the drain terminal is connected to the node P, and the gate terminal is connected to the gate terminal of the transistor Q15 and the node Q. In the transistor Q15, the source terminal is connected to the ground voltage terminal VSS, and the drain terminal is connected to the node Q. One end of a resistor R10 is further connected to the node P. The other end of the resistor R10 is connected to one end of the capacitor C10. The other end of the capacitor C10 is connected to the ground voltage terminal VSS.
図2に示す回路の動作について説明する。トランジスタQ1,Q2は、カレントミラー回路を構成する。トランジスタQ1,Q2の各ドレイン電流は、バイアス電圧Biasによって制御される。つまり、トランジスタQ1,Q2は、差動アンプ部39におけるDC電流源として動作し、トランジスタQ3〜Q7に対してDC電流を供給する。
The operation of the circuit shown in FIG. 2 will be described. Transistors Q1 and Q2 constitute a current mirror circuit. The drain currents of the transistors Q1 and Q2 are controlled by the bias voltage Bias. That is, the transistors Q1 and Q2 operate as a DC current source in the
トランジスタQ3のドレイン電流は、外部から供給される差動入力電圧の一方によって制御される。また、トランジスタQ4のドレイン電流は、外部から供給される差動入力電圧の他方によって制御される。つまり、トランジスタQ3,Q4は、外部から供給された差動入力電圧(AC電圧)に基づいて、差動出力端子OUT+,OUT−へ流出又は流入する電流を増幅する。トランジスタQ5,Q6のドレイン電流は、CMFB部40からのフィードバック電圧41によって制御される。つまり、トランジスタQ5,Q6は、差動アンプ部39における負荷部分として動作し、また、差動出力端子OUT+,OUT−のDC電圧を制御する。
The drain current of the transistor Q3 is controlled by one of the differential input voltages supplied from the outside. The drain current of the transistor Q4 is controlled by the other differential input voltage supplied from the outside. That is, the transistors Q3 and Q4 amplify the current flowing out or flowing into the differential output terminals OUT + and OUT− based on the differential input voltage (AC voltage) supplied from the outside. The drain currents of the transistors Q5 and Q6 are controlled by a
トランジスタQ8,Q9は、トランジスタQ1,Q2と同様にカレントミラー回路を構成する。トランジスタQ8,Q9の各ドレイン電流は、バイアス電圧Biasによって制御される。つまり、トランジスタQ8,Q9は、CMFB部40におけるDC電流源として動作し、トランジスタQ10〜Q15に対してDC電流を供給する。
Transistors Q8 and Q9 form a current mirror circuit in the same manner as transistors Q1 and Q2. The drain currents of the transistors Q8 and Q9 are controlled by the bias voltage Bias. That is, the transistors Q8 and Q9 operate as a DC current source in the
トランジスタQ10,Q11の各ドレイン電流は、設定電圧VCMによって制御される。つまり、トランジスタQ10,Q11は、設定電圧VCMを電流に変換する。トランジスタQ12のドレイン電流は、反転出力端子OUT−の電圧によって制御される。また、トランジスタQ13のドレイン電流は、非反転出力端子OUT+の電圧によって制御される。つまり、トランジスタQ13,Q12は、それぞれ差動出力端子OUT+,OUT−の電圧を電流に変換する。 The drain currents of the transistors Q10 and Q11 are controlled by the set voltage VCM. That is, the transistors Q10 and Q11 convert the set voltage VCM into a current. The drain current of the transistor Q12 is controlled by the voltage of the inverting output terminal OUT−. Further, the drain current of the transistor Q13 is controlled by the voltage of the non-inverting output terminal OUT +. That is, the transistors Q13 and Q12 convert the voltages at the differential output terminals OUT + and OUT− into currents, respectively.
なお、トランジスタQ14,Q15は、カレントミラー回路を構成する。トランジスタQ14,Q15の各ドレイン電流は、ノードQの電圧によって制御される。つまり、トランジスタQ10,Q11の各ドレイン電流は、トランジスタQ14によって制御される。同様に、トランジスタQ12,Q13の各ドレイン電流は、トランジスタQ15によって制御される。 Transistors Q14 and Q15 constitute a current mirror circuit. The drain currents of the transistors Q14 and Q15 are controlled by the voltage at the node Q. That is, the drain currents of the transistors Q10 and Q11 are controlled by the transistor Q14. Similarly, the drain currents of the transistors Q12 and Q13 are controlled by the transistor Q15.
そして、設定電圧VCMに基づいて変換された電流と、差動出力端子OUT+,OUT−の電圧に基づいて変換された電流と、の差分に応じたフィードバック電圧41が、トランジスタQ5,Q6の各ゲート端子に印加される。ここで、トランジスタQ5,Q6の各ドレイン電流は、設定電圧VCMと、差動出力端子OUT+,OUT−の平均電圧と、が等しくなるように制御される。なお、抵抗R10及び容量C10は、フィードバックループの発振防止のために設けられている。このような回路構成により、gmセルは出力信号の平均電圧を一定に保つことができる。そのため、gmセルの多段接続が可能となる。
The
なお、差動アンプ部39は、制御電圧VGによってトランジスタQ7のオン抵抗を制御することにより、負帰還量を調整する。つまり、差動アンプ部39は、制御電圧VGによってトランスコンダクタンスgmを調整することが可能である。
The
次に、図3に示す回路(gmセル23,27)について説明する。図3に示す回路は、図2(gmセル24〜26)に示す回路と比較して、差動アンプ部39と回路構成の異なる差動アンプ部39bを有する。また、図3に示す回路は、図2に示す回路と比較して、CMFB部40を有さない。なお、gmセル23,27は、gmセル25からのフィードバック電圧41をフィードバック電圧端子FBに入力することにより、コモンモードフィードバック制御を行う。その他の回路構成及び動作については、図2に示す回路と同様であるため、説明を省略する。なお、差動アンプ部39bは、トランジスタQ7を有さない回路構成であってもよい。その場合、トランジスタQ1のドレイン端子とトランジスタQ3のソース端子とを接続する信号線上のノードと、トランジスタQ2のドレイン端子とトランジスタQ4のソース端子とを接続する信号線上のノードと、が直接接続される。
Next, the circuit (
次に、図1に示す電圧制御発振回路の動作について説明する。発振アンプ部32において、gmセル23は発振信号を増幅する発振アンプとして動作する。LC共振部33において、gmセル25,26及び容量28,29はジャイレータ変換部を構成する。また、gmセル24は、ジャイレータ変換部に向けて電流を生成する電流生成部を構成する。ここで、gmセル24〜26は、容量28,29をジャイレータ変換して等価インダクタンスを生成する。この等価インダクタンスは、容量30,31とともに、並列共振回路を構成する。それにより、LC共振部33は、発振アンプ部32から出力された発振信号の発振周波数を制御する。また、負性抵抗部34において、gmセル27は負性抵抗を構成する。なお、gmセル23〜27のトランスコンダクタンスgmは、gm=(出力差動電流/入力差動電圧)と表すことができる。
Next, the operation of the voltage controlled oscillation circuit shown in FIG. 1 will be described. In the
電流生成部として動作するgmセル24について、図4を用いて説明する。図4の例では、gmセル24の非反転入力端子IN+には、電圧V2が印加されている。gmセル24の反転入力端子IN−には、電圧V1が印加される。このとき、gmセル24の非反転入力端子IN+から反転出力端子OUT−に向けて電流Ioが流れる。また、gmセル24の非反転出力端子OUT+から反転入力端子IN−に向けて電流Ioが流れる。この電流Ioは、以下のように表すことができる。
Io=gm×(V2−V1)・・・(1)
The
Io = gm × (V2−V1) (1)
したがって、gmセル24の入力側から見たインピーダンスZ24は、以下のように表すことができる。
Z24=(V2−V1)/Io=1/gm・・・(2)
Therefore, the impedance Z24 viewed from the input side of the
Z24 = (V2-V1) / Io = 1 / gm (2)
つまり、gmセル24は、抵抗が接地されている場合と等価である。このように、gmセル24は、ジャイレータ変換部に向けた電流を生成するとともに、LC共振部33のインピーダンスを決定する。
That is, the
次にジャイレータ変換部について、図5を用いて説明する。図5は、ジャイレータ変換部をシングルエンド構成に置き換えた場合の例である。図5に示す回路は、gmセル25a,26a及び容量28aを有する。なお、gmセル25aはジャイレータ変換部におけるgmセル25に対応し、gmセル26aはgmセル26に対応し、容量28aは容量28,29に対応する。また、容量28aの容量値はC1である。
Next, the gyrator conversion unit will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an example in which the gyrator conversion unit is replaced with a single-ended configuration. The circuit shown in FIG. 5 includes
gmセル25aとgmセル26aとがループ状に接続される。なお、gmセル26aの出力端子とgmセル25aの入力端子とを接続する信号線上のノードをノードNと称す。gmセル25aの出力端子とgmセル26aの入力端子とを接続する信号線上のノードをノードMと称す。ノードNと接地電圧端子VSSとの間に容量28aが設けられる。ノードMには、電圧Viが印加されるとともに、電流Iiが流れる。ノードNには、電圧Voが印加されるとともに、電流Ioが流れる。トランスコンダクタンスgmは、gm=(出力電流/入力電圧)で表されるため、図5において以下の式が成り立つ。
Io=gm×Vi・・・(3)
Ii=gm×Vo・・・(4)
Vo=Io/(jωC1)・・・(5)
The
Io = gm × Vi (3)
Ii = gm × Vo (4)
Vo = Io / (jωC1) (5)
式(4)のVoに式(5)のVoを代入することにより、以下の式が成り立つ。
Ii=gm×Io/(jωC1)・・・(6)
By substituting Vo in Equation (5) for Vo in Equation (4), the following equation is established.
Ii = gm × Io / (jωC1) (6)
式(6)のIoに式(3)のIoを代入することにより、以下の式が成り立つ。
Ii=gm2×Vi/(jωC1)・・・(7)
By substituting Io of equation (3) for Io of equation (6), the following equation is established.
Ii = gm 2 × Vi / (jωC1) (7)
式(7)をさらに変形すると、以下の式が成り立つ。
Vi/Ii=jωC1/gm2・・・(8)
When the expression (7) is further modified, the following expression is established.
Vi / Ii = jωC1 / gm 2 (8)
L=C1/gm2とおくと、以下の式が成り立つ。
Vi/Ii=jωL・・・(9)
When L = C1 / gm 2 is established, the following equation is established.
Vi / Ii = jωL (9)
式(8)及び式(9)を見てもわかるように、容量値C1がインダクタンス値Lに変換される。これは、全差動構成のジャイレータ変換部の場合でも同様である。つまり、容量28,29の各容量値C1は、gmセル24〜26によってインダクタンス値L(図7の35,36)に変換される。それにより、ジャイレータ変換部は、図7の右側に示す回路と等価になる。つまり、LC共振部33は、gmセル24〜26及び容量28,29によるインダクタンス値と、容量30,31の容量値と、によりLC型共振回路を構成し、電圧制御発振回路における発振信号の発振周波数を決定する。
As can be seen from the equations (8) and (9), the capacitance value C1 is converted into the inductance value L. This is the same even in the case of a gyrator conversion unit having a fully differential configuration. That is, the capacitance values C1 of the
次に、負性抵抗部34として動作するgmセル27について、図6を用いて説明する。図6の例では、gmセル27の非反転入力端子IN+には、電圧V2が印加される。gmセル27の反転入力端子IN−には、電圧V1が印加される。このとき、gmセル27の非反転出力端子OUT+から非反転入力端子IN+に向けて電流Ioが流れる。また、gmセル27の反転入力端子IN−から反転出力端子OUT−に向けて電流Ioが流れる。ここで、図6の電流Ioと図5の電流Ioとでは電流方向が異なる。したがって、gmセル27の入力側から見たインピーダンスZ27は、以下のように表すことができる。
Z27=−(V2−V1)/Io=−1/gm・・・(10)
Next, the
Z27 = − (V2−V1) / Io = −1 / gm (10)
つまり、gmセル27は、負の抵抗が接地されている場合と等価である。このように、gmセル27は負性抵抗を構成する。
That is, the
このように、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、gmセル24〜26及び容量28〜31からなるLC共振部33によって発振信号の発振周波数を制御する。つまり、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、スパイラルインダクタンスを備える必要がないため、回路規模の増大を抑制することができる。
As described above, the voltage controlled oscillation circuit according to this embodiment controls the oscillation frequency of the oscillation signal by the
なお、上述のように、gmセル24〜26のトランスコンダクタンスgmは、外部からの制御電圧VGによって制御可能である。また、容量28〜32にバリキャップを用いた場合、外部からの制御電圧によって容量28〜32の容量値を制御可能である。つまり、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、LC共振部33のインダクタンス値及び容量値を外部から制御することが可能である。言い換えると、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、発振信号の発振周波数を外部から制御することが可能である。
As described above, the transconductance gm of the
なお、容量28,29をジャイレータ変換したインダクタ35,36は、上述のようにL=C1/gm2で表すことができる。また、容量28,29の容量値はC1、容量30,31の容量値はC2、インダクタ35,36のインダクタンス値はLである。したがって、発振周波数f0は、以下の式で表すことができる。
f0=1/(2π√(L・C1))=gm/(2π√(C1・C2))・・・(11)
The
f0 = 1 / (2π√ (L · C1)) = gm / (2π√ (C1 · C2)) (11)
このように、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、LC型共振回路としてgmセル及び容量を用いるため容易に設計可能であるとともに、インダクタンス値を決定する要素が限定される。したがって、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、精度の高い発振周波数の発振信号を容易に生成することができる。 As described above, the voltage-controlled oscillation circuit according to the present embodiment can be easily designed because the gm cell and the capacitor are used as the LC resonance circuit, and the elements for determining the inductance value are limited. Therefore, the voltage-controlled oscillation circuit according to the present embodiment can easily generate an oscillation signal having a highly accurate oscillation frequency.
また、式(11)に示すように、トランスコンダクタンスgmと発振周波数f0とは、線形関係にある。つまり、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、トランスコンダクタンスgmの変化に応じて、発振信号の発振周波数を直線的に変化させることができる。また、トランスコンダクタンスgmは電圧によって制御される。したがって、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、電圧の変化に応じて、発振信号の発振周波数を滑らかに変化させることができる。それにより、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、発振信号の発振周波数をより細かく調整可能である。 Further, as shown in Expression (11), the transconductance gm and the oscillation frequency f0 are in a linear relationship. That is, the voltage controlled oscillation circuit according to the present embodiment can linearly change the oscillation frequency of the oscillation signal in accordance with the change in transconductance gm. The transconductance gm is controlled by the voltage. Therefore, the voltage controlled oscillation circuit according to the present embodiment can smoothly change the oscillation frequency of the oscillation signal in accordance with the change in voltage. Thereby, the voltage-controlled oscillation circuit according to the present embodiment can finely adjust the oscillation frequency of the oscillation signal.
また、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、全差動構成のgmセルをLC共振部33に用いている。したがって、次の点で有利である。
1.コモンモードノイズに対して強い。
2.信号振幅を大きくすることができる。
3.1.2.の効果によりジッタ(位相雑音)を低減できる。
4.発振信号の偶数時次高調波を低減できる。
Further, the voltage controlled oscillation circuit according to the present embodiment uses a gm cell having a fully differential configuration for the
1. Strong against common mode noise.
2. The signal amplitude can be increased.
3.1.2. As a result, jitter (phase noise) can be reduced.
4). The even harmonics of the oscillation signal can be reduced.
さらに、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、全差動構成のgmセルを発振アンプ部32及び負性抵抗部34にも用いているため、回路の相対性を高めることができる。
Furthermore, since the voltage controlled oscillation circuit according to the present embodiment uses the fully differential gm cell also for the
実施の形態2
図8に、本発明の実施の形態2にかかる電圧制御発振回路を示す。図8に示す回路は、図1に示す回路と比較して、LC共振部33と回路構成の異なるLC共振部33cを備える。LC共振部33cは、LC共振部33と比較して、容量30,31の代わりに可変容量30c,31cを有する。その他の回路構成は、図1の場合と同様であるため説明を省略する。
Embodiment 2
FIG. 8 shows a voltage controlled oscillation circuit according to the second exemplary embodiment of the present invention. The circuit shown in FIG. 8 includes an
このような回路構成により、図8に示す回路は、gmセル24〜26及び容量28,29に基づくインダクタンス値と、可変容量30c,31cの容量値と、のいずれも制御可能となる。したがって、図8に示す回路は、さらに広範囲の発振周波数を有する発振信号を生成することが可能である。
With such a circuit configuration, the circuit shown in FIG. 8 can control both the inductance values based on the
例えば、電圧変動に応じたインダクタンス値の変動幅を狭くし、電圧変動に応じた容量値の変動幅を広くした場合について説明する。この場合、図8に示す回路は、発振周波数を、可変容量30c,31cによって粗調整し、gmセル24〜26及び容量28,29によって微調整することが可能となる。また、その逆も同様である。
For example, a case where the fluctuation range of the inductance value according to the voltage fluctuation is narrowed and the fluctuation range of the capacitance value according to the voltage fluctuation is widened will be described. In this case, in the circuit shown in FIG. 8, the oscillation frequency can be roughly adjusted by the
以上のように、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、gmセル24〜26及び容量28〜31からなるLC共振部33によって発振信号の発振周波数を制御する。つまり、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、スパイラルインダクタンスを備える必要がないため、回路規模の増大を抑制することができる。また、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、LC型共振回路としてgmセル及び容量を用いているため、インダクタンス値を決定する要素が限定される。したがって、本実施の形態にかかる電圧制御発振回路は、精度の高い発振周波数の発振信号を生成することができる。
As described above, the voltage-controlled oscillation circuit according to the present embodiment controls the oscillation frequency of the oscillation signal by the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
32 発振アンプ部
33,33c LC共振部
34 負性抵抗部
23〜27 gmセル
25a,26a gmセル
28〜31 容量
28a 容量
30c,31c 可変容量
35,36 インダクタ
39,39b 差動アンプ部
40 CMFB部
Q1〜Q15 トランジスタ
C10 容量
R10 抵抗
FB フィードバック電圧端子
VDD 電源電圧端子
VSS 接地電圧端子
Bias バイアス電圧端子
VG 制御電圧端子
VCM 設定電圧端子
32
Claims (9)
前記発振信号の発振周波数を制御するLC共振部と、
負性抵抗成分を有する負性抵抗部と、を備え、
前記LC共振部は、
ループ状に接続された第1及び第2のトランスコンダクタンスアンプと、
前記ループ上のノードに一端が接続された第1及び第2の容量と、を有し、
前記第1及び前記第2のトランスコンダクタンスアンプと前記第1の容量とに基づくインダクタンス値と、前記第2の容量の容量値と、に基づいて前記発振周波数を制御する電圧制御発振回路。 An oscillation amplifier for amplifying the oscillation signal;
An LC resonance unit for controlling the oscillation frequency of the oscillation signal;
A negative resistance portion having a negative resistance component,
The LC resonance part is
First and second transconductance amplifiers connected in a loop;
First and second capacitors having one end connected to a node on the loop;
A voltage-controlled oscillation circuit that controls the oscillation frequency based on an inductance value based on the first and second transconductance amplifiers and the first capacitance and a capacitance value of the second capacitance.
全差動構成であることを特徴とする請求項1に記載の電圧制御発振回路。 The first and second transconductance amplifiers are:
The voltage controlled oscillation circuit according to claim 1, wherein the voltage controlled oscillation circuit has a fully differential configuration.
外部電圧に応じてトランスコンダクタンスが制御されることを特徴とする請求項1又は2に記載の電圧制御発振回路。 In the first and second transconductance amplifiers,
3. The voltage controlled oscillation circuit according to claim 1, wherein the transconductance is controlled according to an external voltage.
増幅された前記発振信号に応じた電流を、前記ループ上のノードに対して出力する第3のトラスコンダクタンスアンプをさらに備えた請求項1に記載の電圧制御発振回路。 The LC resonance part is
The voltage-controlled oscillation circuit according to claim 1, further comprising a third transconductance amplifier that outputs a current corresponding to the amplified oscillation signal to a node on the loop.
全差動構成であることを特徴とする請求項4に記載の電圧制御発振回路。 The first to third transconductance amplifiers are:
5. The voltage controlled oscillation circuit according to claim 4, wherein the voltage controlled oscillation circuit has a fully differential configuration.
外部電圧に応じてトランスコンダクタンスが制御されることを特徴とする請求項4又は5に記載の電圧制御発振回路。 In the first to third transconductance amplifiers,
6. The voltage controlled oscillation circuit according to claim 4, wherein the transconductance is controlled according to an external voltage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009286467A JP2011130168A (en) | 2009-12-17 | 2009-12-17 | Voltage controlled oscillation circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009286467A JP2011130168A (en) | 2009-12-17 | 2009-12-17 | Voltage controlled oscillation circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011130168A true JP2011130168A (en) | 2011-06-30 |
Family
ID=44292272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009286467A Pending JP2011130168A (en) | 2009-12-17 | 2009-12-17 | Voltage controlled oscillation circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011130168A (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001298324A (en) * | 2000-02-10 | 2001-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Oscillation circuit |
JP2003298355A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Kawasaki Microelectronics Kk | Mixer and differential amplifier |
JP2008172791A (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-24 | Samsung Electronics Co Ltd | Voltage controlled oscillator for controlling phase noise, and method using the same |
JP2009033643A (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-12 | Renesas Technology Corp | Semiconductor integrated circuit |
-
2009
- 2009-12-17 JP JP2009286467A patent/JP2011130168A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001298324A (en) * | 2000-02-10 | 2001-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Oscillation circuit |
JP2003298355A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-17 | Kawasaki Microelectronics Kk | Mixer and differential amplifier |
JP2008172791A (en) * | 2007-01-08 | 2008-07-24 | Samsung Electronics Co Ltd | Voltage controlled oscillator for controlling phase noise, and method using the same |
JP2009033643A (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-12 | Renesas Technology Corp | Semiconductor integrated circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5087680B2 (en) | Differential voltage controlled oscillator and quadrature voltage controlled oscillator using transformer coupling | |
JP5092009B2 (en) | Low dropout linear regulator (LDO), method for providing LDO, and method for operating LDO | |
KR100588339B1 (en) | Current reference circuit with voltage-current converter having auto-tuning function | |
US10505525B2 (en) | Series-resonance oscillator | |
JP2009284329A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
US6750726B1 (en) | Oscillator circuit with flicker noise suppression and method for operating the same | |
JP2008311820A (en) | Voltage controlled oscillator and oscillation control system | |
JP4711092B2 (en) | Current conversion method, transconductance amplifier, and filter circuit using the same | |
CN110224689B (en) | Oscillation starting circuit | |
JP2017069825A (en) | Oscillation circuit | |
JP2015095900A (en) | Oscillator buffer and method for calibrating oscillator buffer | |
JP2007233657A (en) | Amplifier, step-down regulator using it, and operational amplifier | |
US11750199B2 (en) | Quadrature oscillator circuitry and circuitry comprising the same | |
JP2011130168A (en) | Voltage controlled oscillation circuit | |
WO2012053133A1 (en) | Chopper amplifier, active filter, and reference frequency generating circuit | |
US7928810B2 (en) | Oscillator arrangement and method for operating an oscillating crystal | |
CN114063700A (en) | Leakage current compensation circuit, phase-locked loop circuit and integrated circuit system | |
JP5320503B2 (en) | Amplifier circuit | |
JP5655408B2 (en) | Integrated circuit device | |
US10566954B2 (en) | Variable capacitance circuit, oscillator circuit, and method of controlling variable capacitance circuit | |
TWI492525B (en) | Oscillator and method hereof | |
US9054633B2 (en) | Bias current circuit and semiconductor integrated circuit | |
JP5524678B2 (en) | Recursive filter circuit | |
CN111162736B (en) | Voltage controlled oscillator | |
JP5936447B2 (en) | Semiconductor integrated circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120801 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130508 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130521 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131008 |