JP2014230245A - Colpitts oscillation circuit - Google Patents

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JP2014230245A JP2013110984A JP2013110984A JP2014230245A JP 2014230245 A JP2014230245 A JP 2014230245A JP 2013110984 A JP2013110984 A JP 2013110984A JP 2013110984 A JP2013110984 A JP 2013110984A JP 2014230245 A JP2014230245 A JP 2014230245A
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治 徳田
Osamu Tokuda
治 徳田
和博 廣田
Kazuhiro Hirota
和博 廣田
辰典 恩塚
Tatsunori Onzuka
辰典 恩塚
喬智 星
Takatomo Hoshi
喬智 星
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Colpitts oscillation circuit that prevents abnormal oscillation at frequencies other than a desired one and outputs a frequency signal with a satisfactory phase noise characteristic.SOLUTION: The Colpitts oscillation circuit includes: a resonance circuit including a SAW resonator 1 and an extension inductor L; and an amplification circuit including a transistor 2 for amplifying an output from the resonance circuit. The amplification circuit is so configured that a phase adjusting inductor Lis provided between a base of the transistor 2 and the extension inductor L, and that one end of capacitors C1, C2 connected in series is connected to a point between the extension inductor Land the phase adjusting inductor Lwhile the other end thereof is grounded. This adjusts the phase of a signal input into the base of the transistor 2 to suppress abnormal oscillation at a self-resonant frequency of the SAW resonator 1 and the extension inductor L, and also dispenses with a damping resistor and prevents a drop in Q value to output a desired frequency signal with a satisfactory phase noise characteristic.

Description

本発明は、弾性表面波共振子を用いた電圧制御型発振器に用いられるコルピッツ発振回路に係り、特に、所望の周波数以外での異常発振を防ぐと共に、位相雑音特性が良好な周波数信号を出力することができるコルピッツ発振回路に関する。   The present invention relates to a Colpitts oscillation circuit used for a voltage-controlled oscillator using a surface acoustic wave resonator, and in particular, outputs a frequency signal having excellent phase noise characteristics while preventing abnormal oscillation other than a desired frequency. The present invention relates to a Colpitts oscillation circuit.

[先行技術の説明:図7]
弾性表面波(SAW;Surface Acoustic Wave)共振子は、図7に示すように、圧電基板上に、すだれ状電極(IDT;Interdigital Transducer)11と、IDT電極11の両側に反射器12が形成されており、IDT電極11に電圧を印加して表面波を生じさせるものである。
図7は、SAW共振子の電極の構成を示す概略説明図である。
[Description of Prior Art: FIG. 7]
As shown in FIG. 7, a surface acoustic wave (SAW) resonator has an interdigital transducer (IDT) 11 and reflectors 12 formed on both sides of an IDT electrode 11 on a piezoelectric substrate. A voltage is applied to the IDT electrode 11 to generate a surface wave.
FIG. 7 is a schematic explanatory diagram showing the configuration of the electrodes of the SAW resonator.

[従来のコルピッツ発振回路(1):図8]
また、SAW共振子を用いた電圧制御型発振器(VCSO;Voltage Controlled SAW Oscillator)では、例えばコルピッツ発振回路が使われている。
従来のコルピッツ発振回路について図8を用いて説明する。図8は、従来のコルピッツ発振回路(1)の概略回路図である。
図8に示すように、従来のコルピッツ発振回路(1)は、共振回路と増幅回路とから成る。
共振回路は、SAW共振子1と、SAW共振子1に直列に接続された伸張インダクタLeとを備えている。SAW共振子1の他端は接地されている。
増幅回路は、トランジスタ2と、帰還容量であるコンデンサC1及びコンデンサC2と、抵抗R1とを備えている。
[Conventional Colpitts oscillation circuit (1): FIG. 8]
Further, in a voltage controlled oscillator (VCSO) using a SAW resonator, for example, a Colpitts oscillation circuit is used.
A conventional Colpitts oscillation circuit will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic circuit diagram of a conventional Colpitts oscillation circuit (1).
As shown in FIG. 8, the conventional Colpitts oscillation circuit (1) includes a resonance circuit and an amplification circuit.
Resonant circuit includes a SAW resonator 1, and a stretch inductor L e connected in series to the SAW resonator 1. The other end of the SAW resonator 1 is grounded.
The amplifier circuit includes a transistor 2, a capacitor C1 and a capacitor C2 that are feedback capacitors, and a resistor R1.

そして、伸張インダクタLeの一端がSAW共振子1に接続され、他端がトランジスタ2のベースに接続されている。
また、伸張インダクタLeとトランジスタ2のベースとの間の点に、コンデンサC1とコンデンサC2との直列接続の一端が接続し、他端が接地されている。
One end of the decompression inductor L e is connected to the SAW resonator 1 and the other end connected to the base of the transistor 2.
Further, one end of the series connection of the capacitor C1 and the capacitor C2 is connected to a point between the extension inductor Le and the base of the transistor 2, and the other end is grounded.

抵抗R1は、一端がトランジスタ2のエミッタに接続すると共にコンデンサC1とC2の間の点に接続し、他端が接地されている。
また、トランジスタ2のコレクタ側から出力が取り出される構成となっている。
尚、図8及び他の概略回路図においては、電源電圧とバイアス電圧は省略されている。
The resistor R1 has one end connected to the emitter of the transistor 2 and a point between the capacitors C1 and C2, and the other end grounded.
Further, the output is taken out from the collector side of the transistor 2.
In FIG. 8 and other schematic circuit diagrams, the power supply voltage and the bias voltage are omitted.

ところで、SAW共振子では、圧電基板材料として、水晶等の容量比の大きい材質を用いた場合、十分大きいQ値を確保できれば問題ないが、十分なQ値が確保できない場合には、特性が容量性に偏って発振不能となってしまう。
発振不能となるのを防ぐために、従来のコルピッツ発振回路(1)では、共振回路において、SAW共振子の外部に伸張インダクタLeを付加しているものである。
By the way, in the SAW resonator, when a material having a large capacity ratio such as quartz is used as the piezoelectric substrate material, there is no problem if a sufficiently large Q value can be secured, but when a sufficient Q value cannot be secured, the characteristics are capacitance. Oscillation becomes impossible due to the nature.
In order to prevent the oscillation from becoming impossible, in the conventional Colpitts oscillation circuit (1), an extension inductor Le is added to the outside of the SAW resonator in the resonance circuit.

[SAW共振子の反射(S11)特性:図9]
SAW共振子の反射特性について図9を用いて説明する。図9は、SAW共振子の反射特性の一例を示す特性図であり、(a)は伸張インダクタを付加しない場合、(b)は伸張インダクタを付加した場合の特性例を示す。
図9では、水晶基板上の2GHz帯1ポートSAW共振子の反射(S11)特性例を示している。容量比は約1000、Q値は約4000である。
[Reflection (S 11 ) characteristics of SAW resonator: FIG. 9]
The reflection characteristics of the SAW resonator will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example of the reflection characteristics of the SAW resonator. FIG. 9A shows an example of the characteristic when the extension inductor is not added, and FIG. 9B shows the example of the characteristic when the extension inductor is added.
FIG. 9 shows a reflection (S 11 ) characteristic example of a 2 GHz band 1-port SAW resonator on a quartz substrate. The capacity ratio is about 1000, and the Q value is about 4000.

図9(a)に示すように、伸張インダクタを付加しない場合、SAW共振子の特性はスミスチャート上で特性が容量性に偏っており、これでは発振不能となる。
一方、図9(b)に示すように、伸張インダクタを付加した場合の特性は誘導性を有しており、発振可能となっている。
As shown in FIG. 9A, when the extension inductor is not added, the characteristic of the SAW resonator is biased toward the capacitive characteristic on the Smith chart, and this makes oscillation impossible.
On the other hand, as shown in FIG. 9B, the characteristics when the extension inductor is added are inductive and can oscillate.

[SAW共振子のアドミッタンス特性:図10]
次に、SAW共振子のアドミッタンス特性について図10を用いて説明する。図10は、SAW共振子のアドミッタンス特性を示す特性図であり、(a)は伸張インダクタを付加しない場合、(b)は伸張インダクタを付加した場合の特性例を示す。図10では、図9と同じ1ポートSAW共振子を用いている。
図10(a)に示すように、伸張インダクタを付加しない場合には、2GHz付近のSAWの共振周波数のみにピークがあるが、図10(b)に示すように、伸張インダクタを付加した場合には、SAWの共振周波数に加えて別のピークが存在している。
これは、伸張インダクタとSAW共振子の容量成分との自己共振によるものである。
[Admittance characteristics of SAW resonator: Fig. 10]
Next, the admittance characteristics of the SAW resonator will be described with reference to FIG. FIGS. 10A and 10B are characteristic diagrams showing the admittance characteristics of the SAW resonator. FIG. 10A shows an example of the characteristics when the extension inductor is not added, and FIG. 10B shows the characteristic example when the extension inductor is added. In FIG. 10, the same 1-port SAW resonator as in FIG. 9 is used.
As shown in FIG. 10 (a), when the extension inductor is not added, there is a peak only in the resonance frequency of the SAW near 2 GHz, but when the extension inductor is added as shown in FIG. 10 (b). In addition to the SAW resonance frequency, there is another peak.
This is due to self-resonance between the extension inductor and the capacitive component of the SAW resonator.

この自己共振周波数がSAW共振周波数の近傍にあり、発振条件を満たしてしまうと、SAW共振周波数ではなく自己共振周波数で発振してしまうことがある。
SAW共振子と伸張インダクタの組み合わせによっては、自己共振が所望の発振の妨げとなり、所望の周波数信号が得られない。
If this self-resonance frequency is in the vicinity of the SAW resonance frequency and the oscillation condition is satisfied, oscillation may occur at the self-resonance frequency instead of the SAW resonance frequency.
Depending on the combination of the SAW resonator and the extension inductor, self-resonance hinders desired oscillation, and a desired frequency signal cannot be obtained.

[従来のコルピッツ発振回路(2):図11]
自己共振による異常発振を抑える構成として、別のコルピッツ発振回路がある。
従来の別のコルピッツ発振回路(従来のコルピッツ発振回路(2))の構成について図11を用いて説明する。図11は、従来のコルピッツ発振回路(2)の概略回路図である。
図11に示すように、従来のコルピッツ発振回路(2)は、図8に示した構成に加えて、共振回路において、伸張インダクタLeに並列にダンピング抵抗Rdを設けた構成である。
[Conventional Colpitts oscillation circuit (2): FIG. 11]
There is another Colpitts oscillation circuit as a configuration for suppressing abnormal oscillation due to self-resonance.
The configuration of another conventional Colpitts oscillation circuit (conventional Colpitts oscillation circuit (2)) will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic circuit diagram of a conventional Colpitts oscillation circuit (2).
As shown in FIG. 11, the conventional Colpitts oscillation circuit (2), in addition to the configuration shown in FIG. 8, in the resonant circuit, a structure in which a damping resistor Rd in parallel with the stretching inductor L e.

従来のコルピッツ発振回路(2)では、ダンピング抵抗Rdを設けることにより、共振回路のQ値をあえて低下させ、自己共振による発振を抑制するものである。
しかしながら、そのためにSAWによる共振のQ値も同時に悪化させてしまうことになる。
発振周波数における位相雑音特性は、共振回路のQ値の影響を強く受けるため、Q値が悪化すると位相雑音特性も悪化してしまい、最悪の場合、発振そのものが不可能になってしまうこともある。
In the conventional Colpitts oscillation circuit (2), by providing a damping resistor Rd, the Q value of the resonance circuit is intentionally lowered to suppress oscillation due to self-resonance.
However, for that reason, the Q value of resonance by SAW is also deteriorated at the same time.
Since the phase noise characteristic at the oscillation frequency is strongly influenced by the Q value of the resonance circuit, if the Q value deteriorates, the phase noise characteristic also deteriorates, and in the worst case, the oscillation itself may be impossible. .

[関連技術]
尚、SAW共振子を用いた電圧制御発振器に関する技術としては、実開昭63−117107号公報「電圧制御発振器」(株式会社東芝、特許文献1)がある。
特許文献1には、可変容量ダイオードのカソードに、伸長コイルを介してSAW共振器(SAWR)が接続された構成として、容量変化率の低下を生ぜず、制御感度の向上を図ることが記載されている。
[Related technologies]
As a technique related to a voltage controlled oscillator using a SAW resonator, there is “Voltage Controlled Oscillator” (Toshiba Corporation, Patent Document 1).
Patent Document 1 describes that a SAW resonator (SAWR) is connected to the cathode of a variable capacitance diode via an extension coil, and the control sensitivity is improved without causing a decrease in the capacity change rate. ing.

実開昭63−117107号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-117107

上述したように、従来のコルピッツ発振回路では、発振を確実に起動するために伸張インダクタを付加し、更に自己共振による発振を抑えるためにダンピング抵抗を設けた場合、共振回路のQ値が低下し、出力周波数の位相雑音特性が悪化してしまうという問題点があった。   As described above, in the conventional Colpitts oscillation circuit, when an extension inductor is added to reliably start oscillation and a damping resistor is provided to suppress oscillation due to self-resonance, the Q value of the resonance circuit decreases. There is a problem that the phase noise characteristic of the output frequency is deteriorated.

尚、特許文献1には、伸張インダクタに加えて、トランジスタのベースの直前に位相を調整するための位相調整用インダクタを設けることは記載されていない。   Patent Document 1 does not describe providing a phase adjusting inductor for adjusting the phase immediately before the base of the transistor in addition to the extension inductor.

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、SAWと伸張インダクタの自己共振による異常発振を抑制しつつ、位相雑音特性が良好な出力周波数を得ることができるコルピッツ発振回路を実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is intended to realize a Colpitts oscillation circuit capable of obtaining an output frequency with good phase noise characteristics while suppressing abnormal oscillation due to self-resonance between the SAW and the extension inductor. Objective.

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、共振子を有する共振回路と、共振回路からの信号を増幅して出力するトランジスタを有する増幅回路とを備えたコルピッツ発振回路であって、共振回路が、共振子の出力側に接続する伸張インダクタを備え、増幅回路が、共振回路の出力端とトランジスタのベースとの間に、ベースに入力される信号の位相を調整する位相調整用インダクタを備えたことを特徴としている。   The present invention for solving the problems of the conventional example is a Colpitts oscillation circuit including a resonance circuit having a resonator and an amplification circuit having a transistor that amplifies and outputs a signal from the resonance circuit, The resonance circuit includes an extension inductor connected to the output side of the resonator, and the amplifier circuit adjusts the phase of the signal input to the base between the output terminal of the resonance circuit and the base of the transistor. It is characterized by having.

また、本発明は、上記コルピッツ発振回路において、伸張インダクタと位相調整用インダクタの値を調整することにより、信号の位相を調整することを特徴としている。   In the Colpitts oscillation circuit, the present invention is characterized in that the phase of the signal is adjusted by adjusting the values of the extension inductor and the phase adjusting inductor.

また、本発明は、上記コルピッツ発振回路において、共振子が、弾性表面波共振子であることを特徴としている。   According to the present invention, in the Colpitts oscillation circuit, the resonator is a surface acoustic wave resonator.

また、本発明は、上記コルピッツ発振回路において、増幅回路は、直列接続の第1及び第2のコンデンサを備え、直列接続の一端が、位相調整用インダクタと伸張インダクタとの間の点に接続されると共に他端が接地されたことを特徴としている。   According to the present invention, in the Colpitts oscillation circuit, the amplifier circuit includes first and second capacitors connected in series, and one end of the series connection is connected to a point between the phase adjusting inductor and the extension inductor. And the other end is grounded.

本発明によれば、共振子を有する共振回路と、共振回路からの信号を増幅して出力するトランジスタを有する増幅回路とを備えたコルピッツ発振回路であって、共振回路が、共振子の出力側に接続する伸張インダクタを備え、増幅回路が、共振回路の出力端とトランジスタのベースとの間に、ベースに入力される信号の位相を調整する位相調整用インダクタを備えたコルピッツ発振回路としているので、共振子と伸張インダクタとの自己共振周波数による異常発振を抑制しつつ、位相雑音特性が良好な出力周波数信号を得ることができる効果がある。   According to the present invention, there is provided a Colpitts oscillation circuit including a resonance circuit having a resonator and an amplifier circuit having a transistor that amplifies and outputs a signal from the resonance circuit, and the resonance circuit is connected to the output side of the resonator. Since the amplifier circuit is a Colpitts oscillation circuit having a phase adjustment inductor for adjusting the phase of the signal input to the base between the output terminal of the resonance circuit and the base of the transistor. There is an effect that an output frequency signal with good phase noise characteristics can be obtained while suppressing abnormal oscillation due to the self-resonant frequency between the resonator and the extension inductor.

本発明の実施の形態に係るコルピッツ発振回路の概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram of a Colpitts oscillation circuit according to an embodiment of the present invention. 本回路の発振特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the oscillation characteristic of this circuit. 従来のコルピッツ発振回路(1)の発振特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the oscillation characteristic of the conventional Colpitts oscillation circuit (1). 従来のコルピッツ発振回路(2)の発振特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the oscillation characteristic of the conventional Colpitts oscillation circuit (2). 本発振回路、従来の発振回路(1)、従来の発振回路(2)の発振周波数スペクトルを示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the oscillation frequency spectrum of this oscillation circuit, the conventional oscillation circuit (1), and the conventional oscillation circuit (2). 本発振回路と従来の発振回路(2)の位相雑音特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the phase noise characteristic of this oscillation circuit and the conventional oscillation circuit (2). SAW共振子の電極の構成を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the structure of the electrode of a SAW resonator. 従来のコルピッツ発振回路(1)の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the conventional Colpitts oscillation circuit (1). SAW共振子の反射特性の一例を示す特性図であり、(a)は伸張インダクタを付加しない場合、(b)は伸張インダクタを付加した場合の特性例を示す。It is a characteristic view which shows an example of the reflective characteristic of a SAW resonator, (a) shows the example of a characteristic when not adding an extension inductor, (b) shows the case where an extension inductor is added. SAW共振子のアドミッタンス特性を示す特性図であり、(a)は伸張インダクタを付加しない場合、(b)は伸張インダクタを付加した場合の特性例を示す。It is a characteristic view which shows the admittance characteristic of a SAW resonator, (a) shows the example of a characteristic when not adding an extension inductor, (b) shows the case where an extension inductor is added. 従来のコルピッツ発振回路(2)の概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the conventional Colpitts oscillation circuit (2).

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係るコルピッツ発振回路は、SAW共振子と伸張インダクタを備えた共振回路と、共振回路からの信号を増幅して外部に出力するトランジスタを備えた増幅回路とを有し、増幅回路において、トランジスタのベースと伸張インダクタと間に、位相を調整する位相調整用のインダクタLBを設けた構成であり、所望の周波数以外での自己共振による異常発振を抑えると共に、位相雑音特性が良好な出力を得ることができるものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Outline of the embodiment]
A Colpitts oscillation circuit according to an embodiment of the present invention includes a resonance circuit including a SAW resonator and an extension inductor, and an amplification circuit including a transistor that amplifies a signal from the resonance circuit and outputs the amplified signal to the outside. in the amplifier circuit, between the base and extension inductor transistor, a structure in which an inductor L B for phase adjustment to adjust the phase, suppresses the abnormal oscillation due to self-resonance other than the desired frequency, the phase noise characteristics Can obtain a good output.

[実施の形態に係るコルピッツ発振回路:図1]
本発明の実施の形態に係るコルピッツ発振回路の構成について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るコルピッツ発振回路の概略回路図である。
図1に示すように、本発明の実施の形態に係るコルピッツ発振回路(本発振回路)は、VCSO用の発振回路であって、基本的な構成は図11に示した従来のコルピッツ発振回路(1)とほぼ同様であり、SAW共振子1及び伸張インダクタLeを備えた共振回路と、共振回路からの信号を増幅して外部に出力するトランジスタ2を備えた増幅回路とから成る。
伸張インダクタLeにより、発振の起動を確実にすることができるものである。
[Colpitts oscillation circuit according to the embodiment: FIG. 1]
The configuration of the Colpitts oscillation circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a Colpitts oscillation circuit according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the Colpitts oscillation circuit (present oscillation circuit) according to the embodiment of the present invention is an oscillation circuit for VCSO, and the basic configuration is the conventional Colpitts oscillation circuit (shown in FIG. 1) and it is substantially the same, consisting of a resonant circuit having a SAW resonator 1 and decompression inductor L e, an amplifier circuit having a transistor 2 for outputting to the outside amplifies the signal from the resonant circuit.
By stretching the inductor L e, is capable to ensure the startup of the oscillation.

また、増幅回路は、トランジスタ2のベースに直列接続のコンデンサC1,C2の一端が接続され、他端が接地されている。トランジスタ2のエミッタには抵抗R1の一端が接続され、他端が接地されている。
トランジスタ2のコレクタ側に出力端子が設けられているが、ここでは図示を省略する。
In the amplifier circuit, one end of capacitors C1 and C2 connected in series is connected to the base of the transistor 2, and the other end is grounded. One end of a resistor R1 is connected to the emitter of the transistor 2, and the other end is grounded.
Although an output terminal is provided on the collector side of the transistor 2, illustration thereof is omitted here.

そして、本発振回路の特徴として、増幅回路において、トランジスタ2のベースと帰還容量C1,C2との間に、ベースに入力される信号の位相を調整する位相調整用インダクタLBが設けられている。
位相調整用インダクタLBは、トランジスタ2のベースに入力される信号の位相を調整することにより、自己共振による異常発振を防ぐものであり、これにより、ダンピング抵抗を挿入せずに済み、Q値の低下を防ぐことができるものである。
Then, as a feature of the present oscillator, the amplifier circuit, between the base of the transistor 2 and the feedback capacitors C1, C2, the phase adjusting inductor L B is provided for adjusting the phase of the signal inputted to the base .
The phase adjusting inductor L B prevents abnormal oscillation due to self-resonance by adjusting the phase of the signal input to the base of the transistor 2, thereby eliminating the need for the insertion of a damping resistor and the Q value. Can be prevented.

位相調整用インダクタLBのインダクタンスの値は、回路を構成する各部の特性に応じて、最適な出力が得られるよう適切な値が選択される。
これにより、本発振回路では、Q値を低下させず、位相雑音特性が良好な出力信号が得られるものである。
また、位相調整用インダクタLBだけでなく、伸張インダクタLeのインダクタンスの値も合わせて適宜調整(選択)することで、所望の周波数において、より良好な特性の出力とすることができるものである。
Inductance value of the phase adjustment inductor L B, depending on the characteristics of each part constituting the circuit, a suitable value so that the optimum output is obtained is selected.
As a result, in this oscillation circuit, an output signal having good phase noise characteristics can be obtained without lowering the Q value.
In addition to the inductor L B for phase adjustment, the inductance value of decompression inductor L e also be appropriately adjusted (selected) combined, at a desired frequency, as it can be the output of the better properties is there.

[発振回路の発振可能条件]
ここで、発振回路における発振可能条件について説明する。
SAWと伸張インダクタLeとから成る共振回路のインピーダンスをZR、増幅回路のインピーダンスをZAとする。
インピーダンスは複素数で表され、実部(Re)は抵抗成分を表し、虚部(Im)はリアクタンス成分を表す。
[Oscillation circuit oscillation enable conditions]
Here, conditions for enabling oscillation in the oscillation circuit will be described.
The impedance of the resonance circuit composed of the SAW and an extended inductor L e to Z R, the impedance of the amplifier circuit and Z A.
The impedance is represented by a complex number, the real part (Re) represents a resistance component, and the imaginary part (Im) represents a reactance component.

回路の発振可能条件は、
Re(ZR)<−Re(ZA) (式1) であり、
発振周波数となり得るのは、
Im(ZR)=−Im(ZA) (式2) を満たす周波数である。
The circuit oscillation enable condition is
Re (Z R ) <− Re (Z A ) (Formula 1)
The oscillation frequency can be
Im (Z R ) = − Im (Z A ) A frequency satisfying (Expression 2).

[本発振回路の発振特性:図2]
本発振回路の発振特性について図2を用いて説明する。図2は、本回路の発振特性を示す特性図であり、(a)は、Re(ZR)と−Re(ZA)の関係、(b)は、Im(ZR)と−Im(ZA)の関係を示している。
図2では、SAW共振子1の共振周波数を約1.98GHz、伸張インダクタLeを5nH、位相調整用インダクタLBを2.0nHとした場合のシミュレーション結果を示している。
[Oscillation characteristics of this oscillator: Fig. 2]
The oscillation characteristics of this oscillation circuit will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the oscillation characteristics of this circuit, where (a) shows the relationship between Re (Z R ) and -Re (Z A ), and (b) shows Im (Z R ) and -Im ( Z A ) is shown.
FIG. 2 shows a simulation result when about 1.98GHz the resonance frequency of the SAW resonator 1, 5 nH decompression inductor L e, the phase adjusting inductor L B and 2.0 nH.

まず、図2(b)に示すように、本発振回路では、2.0GHz付近のSAW共振周波数以外にも、2.7GHz付近に、上述した(式2)の条件(Im(ZR)=−Im(ZA))を満たす周波数がある。 First, as shown in FIG. 2B, in this oscillation circuit, in addition to the SAW resonance frequency near 2.0 GHz, the condition (Im (Z R ) = −Im (Z A )).

しかし、図2(a)に示すように、本発振回路においては、SAWの共振周波数付近では式1の条件(Re(ZR)<−Re(ZA))を満たしているが、2.7GHz付近ではRe(ZR)>−Re(ZA)となって、(式1)の条件を満たしていない。
そのため、2.7GHzでの発振は起こらない。
また、図2(a)からわかるように、本発振回路では、周波数変化に伴うインピーダンスの実部(Re(ZR))の変化量は小さく、位相雑音特性が良好であることがわかる。
However, as shown in FIG. 2A, in this oscillation circuit, the condition of Equation 1 (Re (Z R ) <− Re (Z A )) is satisfied in the vicinity of the resonance frequency of the SAW. In the vicinity of 7 GHz, Re (Z R )> − Re (Z A ), and the condition of (Equation 1) is not satisfied.
Therefore, no oscillation occurs at 2.7 GHz.
Further, as can be seen from FIG. 2A, in this oscillation circuit, it can be seen that the change amount of the real part (Re (Z R )) of the impedance accompanying the frequency change is small and the phase noise characteristic is good.

尚、伸張インダクタLeと位相調整用インダクタLBの値は、上記に限るものではない。
但し、伸張インダクタLeの値が大きすぎれば自己共振周波数とSAW共振周波数とが近づきすぎて、自励発振を起こしやすくなり、小さすぎれば伸張不足で発振そのものが起こらなくなる。
発振可能条件を満たす場合には、伸張インダクタLeの値は小さい方が位相雑音特性はよい。
また、位相調整用インダクタLBとしては、1nH以下の小さいものを設けても、顕著な自励発振を防ぐ効果が得られない。
The value of the stretch inductor L e and the phase adjusting inductor L B is not limited to the above.
However, if the value of the stretch inductor L e is too large too close and the self-resonant frequency and the SAW resonance frequency, becomes prone to self-oscillation, the oscillation itself does not occur in a stretched insufficient if too small.
If oscillation is possible condition is satisfied, the phase noise characteristic is better value smaller stretch inductor L e good.
Further, as the phase adjusting inductor L B, it is provided that following a small 1 nH, no effect of preventing a significant self-excited oscillation is obtained.

例えば、位相調整用インダクタの値を1.5nH〜2.5nHとし、伸張インダクタの値と位相調整用インダクタの値との和が7nH程度となるようにするのが望ましい。
但し、最適な値は、発振周波数や共振子のC0(並列容量)、発振回路のゲイン特性等によって変わるものであり、適用する発振回路の特性に応じて適宜選択することが望ましい。
For example, it is desirable that the value of the phase adjustment inductor is 1.5 nH to 2.5 nH, and the sum of the extension inductor value and the phase adjustment inductor value is about 7 nH.
However, the optimum value varies depending on the oscillation frequency, the C0 (parallel capacitance) of the resonator, the gain characteristic of the oscillation circuit, and the like, and it is desirable that the optimum value is appropriately selected according to the characteristics of the applied oscillation circuit.

[従来のコルピッツ発振回路(1)の発振特性:図3]
従来のコルピッツ発振回路(1)の発振特性について図3を用いて説明する。図3は、従来のコルピッツ発振回路(1)の発振特性を示す特性図であり、(a)は、Re(ZR)と−Re(ZA)の関係、(b)は、Im(ZR)と−Im(ZA)の関係を示している。
従来のコルピッツ発振回路(1)(従来の発振回路(1))は、図8に示した回路であり、図1の本発振回路から位相調整用インダクタLBを除いた構成である。
図3(b)に示すように、従来の発振回路(1)では、2.0GHz付近のSAW共振周波数(1.98GHz)以外に、2.3GHz付近に(式2)の条件を満たす点がある。
[Oscillation characteristics of conventional Colpitts oscillation circuit (1): FIG. 3]
The oscillation characteristics of the conventional Colpitts oscillation circuit (1) will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the oscillation characteristics of the conventional Colpitts oscillation circuit (1), where (a) is the relationship between Re (Z R ) and -Re (Z A ), and (b) is Im (Z R ) and -Im (Z A ).
Conventional Colpitts oscillation circuit (1) (conventional oscillation circuit (1)) is a circuit shown in FIG. 8, a configuration in which except for the phase adjustment inductor L B from the oscillation circuit of FIG.
As shown in FIG. 3B, in the conventional oscillation circuit (1), in addition to the SAW resonance frequency (1.98 GHz) near 2.0 GHz, the condition of (Equation 2) is satisfied near 2.3 GHz. is there.

更に、図3(a)に示すように、従来の発振回路(1)では、SAW共振周波数付近と、2.3GHz付近の周波数は、いずれもRe(ZR)<−Re(ZA)となっており、(式1)の発振可能条件を満たしている。
従って、従来の発振回路(1)では、SAW共振周波数と、2.3GHz付近のどちらの周波数でも発振する可能性がある。
Furthermore, as shown in FIG. 3A, in the conventional oscillation circuit (1), the frequencies near the SAW resonance frequency and the frequencies near 2.3 GHz are both Re (Z R ) <− Re (Z A ). Thus, the oscillation enabling condition of (Equation 1) is satisfied.
Therefore, the conventional oscillation circuit (1) may oscillate at either the SAW resonance frequency or the frequency near 2.3 GHz.

[従来のコルピッツ発振回路(2)の発振特性:図4]
従来のコルピッツ発振回路(2)の発振特性について図4を用いて説明する。図4は、従来のコルピッツ発振回路(2)の発振特性を示す特性図であり、(a)は、Re(ZR)と−Re(ZA)の関係、(b)は、Im(ZR)と−Im(ZA)の関係を示している。
従来のコルピッツ発振回路(2)(従来の発振回路(2))は、図11に示した回路であり、伸張インダクタLeとダンピング抵抗Rdとを備えたものである。
伸張インダクタLeは5nH、ダンピング抵抗Rdは370Ω(オーム)としている。
[Oscillation characteristics of conventional Colpitts oscillation circuit (2): Fig. 4]
The oscillation characteristics of the conventional Colpitts oscillation circuit (2) will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the oscillation characteristics of the conventional Colpitts oscillation circuit (2), where (a) is the relationship between Re (Z R ) and -Re (Z A ), and (b) is Im (Z R ) and -Im (Z A ).
A conventional Colpitts oscillation circuit (2) (conventional oscillation circuit (2)) is the circuit shown in FIG. 11, and includes an extension inductor Le and a damping resistor Rd.
Stretching inductor L e is 5 nH, damping resistor Rd is set to 370Omu (ohms).

図4(b)から、従来の発振回路(2)では、2.0GHz付近のSAW共振周波数(1.98GHz)以外に、2.5GHz付近に(式2)の条件を満たす点がある。
しかし、図4(a)に示すように、式(1)の条件を満たすのは、SAW共振周波数のみであり、2.5GHzでの発振は起こらないことがわかる。
FIG. 4B shows that the conventional oscillation circuit (2) satisfies the condition of (Equation 2) near 2.5 GHz in addition to the SAW resonance frequency (1.98 GHz) near 2.0 GHz.
However, as shown in FIG. 4A, it is understood that only the SAW resonance frequency satisfies the condition of the expression (1), and oscillation at 2.5 GHz does not occur.

但し、図4(a)に示すように、従来の発振回路(2)では、周波数に伴ってインピーダンスの実部(Re(ZR))が大きな傾きで増大している。これは、ダンピング抵抗RdによってQ値が低下し、位相雑音特性が悪化していることを示すものである。 However, as shown in FIG. 4A, in the conventional oscillation circuit (2), the real part of the impedance (Re (Z R )) increases with a large slope with frequency. This indicates that the Q value is lowered by the damping resistor Rd and the phase noise characteristic is deteriorated.

[発振周波数スペクトルの比較:図5]
次に、本発振回路、従来の発振回路(1)、従来の発振回路(2)の発振周波数スペクトルのシミュレーション結果を図5を用いて比較する。図5は、各発振回路の発振周波数スペクトルを示す特性図であり、(a)は本発振回路、(b)は従来の発振回路(1)、(c)は従来の発振回路(2)の特性を示す。
図5(a)に示すように、本発振回路では、主発振周波数がSAW共振周波数(2.0GHz付近)と一致しており、所望の周波数信号が得られる。
また、図5(a)に示すように、本発振回路では、主発振周波数の2次高調波である4.0GHz付近の発振出力が抑制されており、位相雑音特性が良好であることがわかる。
[Comparison of oscillation frequency spectra: Fig. 5]
Next, the simulation results of the oscillation frequency spectra of the present oscillation circuit, the conventional oscillation circuit (1), and the conventional oscillation circuit (2) are compared using FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing an oscillation frequency spectrum of each oscillation circuit, where (a) is the present oscillation circuit, (b) is the conventional oscillation circuit (1), and (c) is the conventional oscillation circuit (2). Show properties.
As shown in FIG. 5A, in this oscillation circuit, the main oscillation frequency matches the SAW resonance frequency (near 2.0 GHz), and a desired frequency signal can be obtained.
Further, as shown in FIG. 5A, in this oscillation circuit, it is understood that the oscillation output around 4.0 GHz which is the second harmonic of the main oscillation frequency is suppressed, and the phase noise characteristic is good. .

従来の発振回路(1)では、図3を用いて上述したように、2.0GHz付近と2.3GHz付近の両方に発振可能な点があるが、シミュレーション結果では、図5(b)に示すように、発振周波数スペクトルの主発振は2.3GHz付近となっている。
これは、SAW共振子と伸張インダクタLeの容量成分による自己共振周波数に一致しており、従来の発振回路(1)では、意図する2.0GHz付近の周波数信号は得られない。
In the conventional oscillation circuit (1), as described above with reference to FIG. 3, there is a point that can oscillate in both the vicinity of 2.0 GHz and the vicinity of 2.3 GHz. Thus, the main oscillation of the oscillation frequency spectrum is around 2.3 GHz.
This is consistent with the self-resonant frequency due to the capacitive component of the SAW resonator and an extended inductor L e, in the conventional oscillator circuit (1), the frequency signal near 2.0GHz intended can not be obtained.

また、従来の発振回路(2)では、上述したように、発振条件を満たす点はSAW共振周波数のみであり、図5(c)に示すように、主発振周波数は2.0GHz付近のSAW共振周波数と一致している。
しかしながら、従来の発振回路(2)では、2次高調波である4.0GHz付近の出力が(a)に示した本発振回路の特性と比べて大きくなっており、位相雑音特性が悪化している。
In the conventional oscillation circuit (2), as described above, only the SAW resonance frequency satisfies the oscillation condition. As shown in FIG. 5C, the main oscillation frequency is the SAW resonance near 2.0 GHz. It matches the frequency.
However, in the conventional oscillation circuit (2), the output in the vicinity of 4.0 GHz which is the second harmonic is larger than the characteristic of the present oscillation circuit shown in (a), and the phase noise characteristic is deteriorated. Yes.

[位相雑音特性の比較:図6]
次に、本発振回路と従来の発振回路(2)の位相雑音特性について図6を用いて比較する。図6は、位相雑音特性を示す特性図であり、(a)は本発振回路、(b)は従来の発振回路(2)の特性を示している。
図6(a)に示すように、本発振回路では、オフセット1kHzに対して位相雑音−111dBc/Hzを超えており、良好な特性が得られている。
[Comparison of phase noise characteristics: Fig. 6]
Next, the phase noise characteristics of this oscillation circuit and the conventional oscillation circuit (2) will be compared using FIG. 6A and 6B are characteristic diagrams showing the phase noise characteristics, where FIG. 6A shows the characteristics of the present oscillation circuit, and FIG. 6B shows the characteristics of the conventional oscillation circuit (2).
As shown in FIG. 6A, in this oscillation circuit, the phase noise exceeds −111 dBc / Hz with respect to the offset of 1 kHz, and good characteristics are obtained.

一方、図6(b)に示すように、従来の発振回路(2)では、オフセット1kHzに対して−108dBc/Hzにとどまっており、(a)に示した本発振回路よりも位相雑音特性はよくない。これは、ダンピング抵抗Rdにより、共振回路のQ値そのものが低下していることを示すものである。   On the other hand, as shown in FIG. 6B, in the conventional oscillation circuit (2), it remains at −108 dBc / Hz with respect to the offset of 1 kHz, and the phase noise characteristic is higher than that of the present oscillation circuit shown in FIG. not good. This indicates that the Q value itself of the resonance circuit is lowered by the damping resistor Rd.

[実施の形態の効果]
本発明の実施の形態に係るコルピッツ発振回路によれば、SAW共振子1と伸張インダクタLeとを備えた共振回路と、共振回路からの出力を増幅するトランジスタ2を備えた増幅回路とから成るコルピッツ発振回路であって、増幅回路において、共振回路の出力端に設けられた伸張インダクタLeとトランジスタ2のベースとの間に位相調整用インダクタLBを備え、伸張インダクタLeと位相調整用インダクタLBとの間の点に、直列接続のコンデンサC1,C2の一端が接続され、他端が接地された構成としているので、トランジスタ2のベースに入力される信号の位相を調整することで、SAW共振子1と伸張インダクタLeとの自己共振周波数による発振を抑制することができ、また、ダンピング抵抗Rdを不要としてQ値の低下を防ぎ、良好な位相雑音特性を備えた所望の周波数信号を出力することができる効果がある。
[Effect of the embodiment]
According to Colpitts oscillation circuit according to the embodiment of the present invention, consisting of a resonant circuit provided with a SAW resonator 1 and the stretching inductor L e, an amplifier circuit having a transistor 2 for amplifying the output from the resonant circuit a Colpitts oscillator circuit, in the amplifier circuit, for a phase adjusting inductor L B, decompression inductor L e and the phase adjustment between the base of the extension inductor L e and transistor 2 provided to the output end of the resonant circuit the point between the inductor L B, is connected to one end of the capacitor C1, C2 connected in series and the other end has a configuration which is grounded, by adjusting the phase of the signal input to the base of the transistor 2 , it is possible to suppress the oscillation due to self-resonance frequency of the SAW resonator 1 and an extended inductor L e, also prevents a decrease in the Q value of the damping resistor Rd as required There is an effect that a desired frequency signal having good phase noise characteristics can be output.

また、本コルピッツ発振回路によれば、位相調整用インダクタLBと伸張インダクタLeの値を適宜調整することにより、簡易な構成で良好な特性の出力信号を得ることができる効果がある。 Further, according to the present Colpitts oscillation circuit, by appropriately adjusting the value of the phase adjustment inductor L B and decompression inductor L e, there is an effect that it is possible to obtain an output signal having good characteristics with a simple configuration.

本発明は、所望の周波数以外での異常発振を防ぐと共に、位相雑音特性が良好な周波数信号を出力することができるコルピッツ発振回路に適している。   The present invention is suitable for a Colpitts oscillation circuit that can prevent abnormal oscillation at a frequency other than a desired frequency and output a frequency signal with good phase noise characteristics.

1...SAW共振子、 2...トランジスタ、 11...すだれ状電極(IDT)、 12...反射器、 Le...伸張インダクタ、 LB...位相調整用インダクタ、 C1,C2...コンデンサ、 R1...抵抗、 Rd...ダンピング抵抗 1 ... SAW resonator, 2 ... transistor, 11 ... interdigital electrodes (IDT), 12 ... reflector, L e ... stretching inductor, L B ... phase adjustment inductor, C1, C2 ... capacitor, R1 ... resistor, Rd ... damping resistor

Claims (4)

共振子を有する共振回路と、前記共振回路からの信号を増幅して出力するトランジスタを有する増幅回路とを備えたコルピッツ発振回路であって、
前記共振回路が、前記共振子の出力側に接続する伸張インダクタを備え、
前記増幅回路が、前記共振回路の出力端と前記トランジスタのベースとの間に、前記ベースに入力される信号の位相を調整する位相調整用インダクタを備えたことを特徴とするコルピッツ発振回路。
A Colpitts oscillation circuit comprising a resonance circuit having a resonator and an amplifier circuit having a transistor that amplifies and outputs a signal from the resonance circuit,
The resonant circuit comprises an extension inductor connected to the output side of the resonator;
The Colpitts oscillation circuit, wherein the amplifier circuit includes a phase adjusting inductor for adjusting a phase of a signal input to the base between an output terminal of the resonance circuit and a base of the transistor.
伸張インダクタと位相調整用インダクタの値を調整することにより、信号の位相を調整することを特徴とする請求項1記載のコルピッツ発振回路。   2. The Colpitts oscillation circuit according to claim 1, wherein the phase of the signal is adjusted by adjusting values of the extension inductor and the phase adjusting inductor. 共振子が、弾性表面波共振子であることを特徴とする請求項1又は2記載のコルピッツ発振回路。   3. The Colpitts oscillation circuit according to claim 1, wherein the resonator is a surface acoustic wave resonator. 増幅回路は、直列接続の第1及び第2のコンデンサを備え、
前記直列接続の一端が、位相調整用インダクタと伸張インダクタとの間の点に接続されると共に他端が接地されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のコルピッツ発振回路。
The amplifier circuit includes first and second capacitors connected in series,
4. The Colpitts oscillation circuit according to claim 1, wherein one end of the series connection is connected to a point between the phase adjusting inductor and the extension inductor and the other end is grounded.
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