JP2015008397A

JP2015008397A - Voltage-controlled oscillator and method of controlling the same

Info

Publication number: JP2015008397A
Application number: JP2013132737A
Authority: JP
Inventors: 光世橋本; Mitsuyo Hashimoto
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage-controlled oscillator that solves the problem in which a stable oscillation power cannot be maintained because of abnormal oscillation or quenching due to temperature change.SOLUTION: The voltage-controlled oscillator includes: an oscillator including a variable capacitance element, a resonance element and an amplification element; a detector for detecting part of a fundamental output from the oscillator and outputting a detected value as a monitored value; and a negative resistance regulator for regulating a negative resistance of the amplification element. The negative resistance regulator regulates the negative resistance such that the monitored value becomes equal to a reference monitored value that is a monitored value during stable operation of the oscillator.

Description

本発明は、電圧制御発振器およびその制御方法に関し、特に、無線装置で使用されるマイクロ波帯での電圧制御発振器およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a voltage controlled oscillator and a control method thereof, and more particularly to a voltage controlled oscillator in a microwave band used in a radio apparatus and a control method thereof.

無線装置における周波数コンバータの開発において、ミキサの局部発振器信号として、電圧制御発振器（以後ＶＣＯという）が一般に使用されている。このＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が異常発振や発振停止を起こすと、周波数コンバータそのものが機能しなくなる。そのため、ＶＣＯはいわば周波数コンバータの心臓部であるといえる。 In the development of frequency converters in wireless devices, voltage controlled oscillators (hereinafter referred to as VCOs) are commonly used as mixer local oscillator signals. When this VCO (Voltage Controlled Oscillator) causes abnormal oscillation or oscillation stop, the frequency converter itself does not function. Therefore, it can be said that the VCO is the heart of the frequency converter.

このようなマイクロ波帯で用いられる電圧制御発振器の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の電圧制御圧電発振器は、回路側の負性抵抗の絶対値を水晶の実効抵抗よりも常に大きくすることによって、電圧制御水晶発振器の発振停止を防止した構成とされている。より具体的には、コルピッツ型発振器において、発振用増幅部に含まれる分割容量Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一方を可変容量ダイオードにしたことが特徴とされている。 An example of a voltage controlled oscillator used in such a microwave band is described in Patent Document 1. The voltage-controlled piezoelectric oscillator described in Patent Document 1 is configured to prevent oscillation of the voltage-controlled crystal oscillator by always making the absolute value of the negative resistance on the circuit side larger than the effective resistance of the crystal. More specifically, the Colpitts oscillator is characterized in that at least one of the divided capacitors C1 and C2 included in the oscillation amplifying unit is a variable capacitance diode.

また、別のマイクロ波帯で用いられる電圧制御発振器の一例が、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載のプッシュプッシュ発振器および位相ずれ監視方法は、基本波監視回路を設けて基本波を電圧として検出し、その電圧値が最小となるように発振のためのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のバイアスや動作条件を調整するとされている。２つの発振器の信号をより逆位相に近くなるように調整することにより、プッシュプッシュ構成のメリットを最大限引き出すことができるようになるとされている。 An example of a voltage controlled oscillator used in another microwave band is described in Patent Document 2. The push-push oscillator and the phase shift monitoring method described in Patent Document 2 provide a fundamental wave monitoring circuit to detect a fundamental wave as a voltage, and bias the transistors Tr1 and Tr2 for oscillation so that the voltage value is minimized. And operating conditions are supposed to be adjusted. It is said that the merits of the push-push configuration can be maximized by adjusting the signals of the two oscillators so that they are closer to opposite phases.

特開平１０−５６３３０号公報JP 10-56330 A 特開２０１２−０４９９６１号公報JP 2012-049961 A

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の発振回路には、次のような問題があった。先述のように重要な役割を有するＶＣＯには、広い周波数可変帯域幅、安定した発振、そして低位相雑音であることが性能として要求される。その一方で、これらの性能を同時に満たすような設計や調整は容易ではなかった。加えて、周波数コンバータは一般的に屋外に設置される。そうすると周囲温度が−３３℃〜＋５０℃という過酷な条件下での使用となる。そのため、前述の性能が同時に満たされる設計値や調整の条件を見出せたとしても、温度変化によってそこからのずれが発生し、異常発振や発振停止をしてしまう場合があった。 However, the oscillation circuits described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have the following problems. As described above, a VCO having an important role is required to have a wide frequency variable bandwidth, stable oscillation, and low phase noise as performance. On the other hand, it has not been easy to design and adjust to satisfy these performances simultaneously. In addition, the frequency converter is generally installed outdoors. If it does so, it will be used on the severe conditions whose ambient temperature is -33 degreeC-+50 degreeC. Therefore, even if a design value and an adjustment condition that satisfy the above-mentioned performance can be found simultaneously, a deviation from the design value may occur due to a temperature change, resulting in abnormal oscillation or oscillation stoppage.

本発明の目的は、上述した課題である温度変化による異常発振や発振停止によって安定した発振パワーを持続することができない、という課題を解決する電圧制御発振器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a voltage-controlled oscillator that solves the above-mentioned problem that stable oscillation power cannot be maintained due to abnormal oscillation due to temperature change or oscillation stoppage.

本発明の電圧制御発振器は、容量可変素子と共振素子と増幅素子とを含む発振器と、発振器が出力する基本波の一部を検波し、検波した値を監視値として出力する検波器と、増幅素子の負性抵抗を調整する負性抵抗調整器とを含み、負性抵抗調整器は、監視値が発振器の安定動作時における監視値である基準監視値と等しくなるように、負性抵抗を調整する。 The voltage controlled oscillator of the present invention includes an oscillator including a variable capacitance element, a resonant element, and an amplifying element, a detector that detects a part of the fundamental wave output from the oscillator, and outputs the detected value as a monitoring value, and an amplification A negative resistance regulator that adjusts the negative resistance of the element, and the negative resistance regulator adjusts the negative resistance so that the monitored value is equal to a reference monitored value that is a monitored value during stable operation of the oscillator. adjust.

また、本発明の電圧制御発振器の制御方法は、容量可変素子と共振素子と増幅素子とを含む発振器の基本波出力の一部を検波し、検波した値を監視値として取得し、監視値が発振器の安定動作時における監視値である基準監視値と等しくなるように、増幅素子の負性抵抗を調整する。 In addition, the voltage-controlled oscillator control method of the present invention detects a part of the fundamental wave output of the oscillator including the variable capacitance element, the resonant element, and the amplifying element, acquires the detected value as a monitored value, and the monitored value is The negative resistance of the amplifying element is adjusted so as to be equal to a reference monitoring value that is a monitoring value during stable operation of the oscillator.

本発明の電圧制御発振器およびその制御方法によれば、周囲温度に依存することなく安定した発振パワーを持続させることができる。 According to the voltage controlled oscillator and the control method thereof of the present invention, stable oscillation power can be maintained without depending on the ambient temperature.

本発明の第１の実施形態に係る電圧制御発振器の基本構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a basic configuration of a voltage controlled oscillator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a voltage controlled oscillator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る電圧制御発振器の回路特性の解析結果から求めた特性図である。It is the characteristic figure calculated | required from the analysis result of the circuit characteristic of the voltage controlled oscillator which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the voltage controlled oscillator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器の回路特性の解析結果から求めた特性図である。It is the characteristic figure calculated | required from the analysis result of the circuit characteristic of the voltage controlled oscillator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係るプッシュプッシュ型の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the push-push type voltage controlled oscillator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the voltage controlled oscillator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the voltage controlled oscillator which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号をつけ、その説明を省略する場合がある。 Next, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having the same function may be denoted by the same reference numerals and description thereof may be omitted.

（第１の実施形態）
図１は、第１の本発明の実施形態に係る電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。本実施形態の電圧制御発振器は、発振器１、検波器３、負性抵抗調整器４、そして信号出力端子６を備える。 (First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a voltage controlled oscillator according to the first embodiment of the present invention. The voltage controlled oscillator of this embodiment includes an oscillator 1, a detector 3, a negative resistance adjuster 4, and a signal output terminal 6.

発振器１は少なくとも、容量可変素子として印加する逆バイアス電圧の値によって静電容量値が可変なバラクタダイオード１３、共振素子１２、そして増幅素子１１から構成される。即ち、発振器１は、周波数調整用電圧入力端子５に入力された制御電圧よってその発振周波数が制御される電圧制御発振器（ＶＣＯ）として動作する。 The oscillator 1 includes at least a varactor diode 13, a resonance element 12, and an amplifying element 11 whose capacitance value is variable depending on the value of a reverse bias voltage applied as a capacitance variable element. That is, the oscillator 1 operates as a voltage controlled oscillator (VCO) whose oscillation frequency is controlled by the control voltage input to the frequency adjusting voltage input terminal 5.

また、検波器３は、ＶＣＯの出力部に設けられたカップラ、所望の周波数成分を透過するフィルタ、検波ダイオードを備える。即ち、検波器３は、ＶＣＯからの出力を電圧として検出する。 The detector 3 includes a coupler provided at the output unit of the VCO, a filter that transmits a desired frequency component, and a detector diode. That is, the detector 3 detects the output from the VCO as a voltage.

また、負性抵抗調整器４は、検波器３で検出された検波電圧が所定の電圧値からずれないように、増幅素子１１における負性抵抗を制御する。つまり、無線装置で使われるマイクロ波帯での発振器１に対して、その発振パワーが検波器３を使って検出され、発振器１の共振回路の損失抵抗（Ｒｒｅｓ）が増幅素子１１による負性抵抗で打ち消されるように、フィードバック制御が負性抵抗調整器４によりなされる。そうすることで、共振回路において所望の発振周波数の減衰も増加もなくなり、発振器から出力されるパワーが安定する。その結果、異常発振や発振停止を防止でき、安定した発振が持続できるようになる。 The negative resistance adjuster 4 controls the negative resistance in the amplifying element 11 so that the detection voltage detected by the detector 3 does not deviate from a predetermined voltage value. In other words, the oscillation power of the oscillator 1 in the microwave band used in the wireless device is detected by using the detector 3, and the loss resistance (Rres) of the resonance circuit of the oscillator 1 is a negative resistance by the amplification element 11. The feedback control is performed by the negative resistance adjuster 4 so as to be canceled out by. By doing so, there is no attenuation or increase in the desired oscillation frequency in the resonance circuit, and the power output from the oscillator is stabilized. As a result, abnormal oscillation and oscillation stop can be prevented, and stable oscillation can be sustained.

以上のように、ＶＣＯの発振条件は、増幅素子の負性抵抗ＮＲ(ＮｅｇａｔｉｖｅＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ)と、共振回路の損失抵抗（Ｒｒｅｓ）によって決まり、下記の式（１）の関係式が成立することである。
ＮＲ＋Ｒｒｅｓ＜０・・・式（１）
本発明の実施形態では、式（１）の条件を満たすよう負性抵抗を制御している。負性抵抗の値をフィードバック制御することで、温度変化等よって起こる異常発振、発振停止を防ぐことができる。 As described above, the oscillation condition of the VCO is determined by the negative resistance NR (Negative Resistance) of the amplifying element and the loss resistance (Rres) of the resonance circuit, and the following relational expression (1) is satisfied. .
NR + Rres <0 Formula (1)
In the embodiment of the present invention, the negative resistance is controlled so as to satisfy the condition of Expression (1). By performing feedback control on the value of the negative resistance, it is possible to prevent abnormal oscillation and oscillation stop caused by a temperature change or the like.

（回路図の具体例）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図の一例である。発振回路１０Ａは、コレクタ接地のクラップ型のＶＣＯである。容量可変素子Ｘ１は、周波数調整するためのバラクタダイオード１３である。ダイオードのアノード側のＡＰＣＶ端子に負電圧を印加する。すなわち逆方向バイアスにより、静電容量を変化させる。増幅素子１１は、発振のためのバイポーラトランジスタＴｒ１であり、Ｖｃｃ端子よりバイアス電圧を印加する。発振回路１０Ａは電流帰還バイアス回路となっており、抵抗分圧によりベース電圧が決定される。この抵抗は、ベース電流が流れすぎないよう高インピーダンスであることが望ましい。共振素子１２は、増幅素子１１とバラクタダイオード１３の間に配置される。なお、共振素子１２の前段あるいは後段には、周波数安定度を高めるためコンデンサが配置されていてもよい。オープンスタブ１４は、所望の発振周波数の１／４波長の長さであり、増幅素子１１のコレクタ側に配置する。これにより、増幅素子１１のコレクタ端子は高周波的に短絡される。 (Specific example of circuit diagram)
FIG. 2 is an example of a circuit diagram showing a circuit configuration of the voltage controlled oscillator according to the first embodiment of the present invention. The oscillation circuit 10A is a collector-grounded clap type VCO. The capacitance variable element X1 is a varactor diode 13 for adjusting the frequency. A negative voltage is applied to the APCV terminal on the anode side of the diode. That is, the capacitance is changed by the reverse bias. The amplifying element 11 is a bipolar transistor Tr1 for oscillation, and applies a bias voltage from the Vcc terminal. The oscillation circuit 10A is a current feedback bias circuit, and a base voltage is determined by resistance voltage division. This resistor is desirably high impedance so that the base current does not flow too much. The resonant element 12 is disposed between the amplifying element 11 and the varactor diode 13. In addition, a capacitor may be arranged in the front stage or the rear stage of the resonance element 12 in order to increase the frequency stability. The open stub 14 has a length of ¼ wavelength of a desired oscillation frequency, and is disposed on the collector side of the amplifying element 11. Thereby, the collector terminal of the amplifying element 11 is short-circuited in high frequency.

検波回路３０Ａは、発振回路１０Ａの後段に配置され、カップラ３５Ａを介して発振回路１０Ａからの出力信号の一部を取り出す。ローパスフィルタ３２は、不要な高周波成分を取り除き、所望の基本周波数成分のみを取り出す。ショットキーバリアダイオード３３Ａは、所望の基本周波数成分を半波整流して時間平均された電圧値として取り出す。常温において発振が安定している場合の電圧値はあらかじめ記憶されている。 The detection circuit 30A is arranged at the subsequent stage of the oscillation circuit 10A, and extracts a part of the output signal from the oscillation circuit 10A via the coupler 35A. The low-pass filter 32 removes unnecessary high frequency components and extracts only a desired fundamental frequency component. The Schottky barrier diode 33A takes out a desired fundamental frequency component as a voltage value that is time-averaged by half-wave rectification. The voltage value when oscillation is stable at room temperature is stored in advance.

負性抵抗調整器４に相当する回路（図示しない回路）は、検出された電圧値が記憶された電圧値からずれないように、負性抵抗を制御する。図２の回路図では、Ｖｃｃの値を変化させて電流帰還バイアス回路のバイアス条件を変化させ、負性抵抗を制御している。即ち、検出された電圧値が、常温において発振が安定している場合の電圧値からずれないよう、Ｖｃｃの値を変化させるフィードバック制御を行っている。 A circuit (a circuit (not shown)) corresponding to the negative resistance adjuster 4 controls the negative resistance so that the detected voltage value does not deviate from the stored voltage value. In the circuit diagram of FIG. 2, the negative resistance is controlled by changing the value of Vcc to change the bias condition of the current feedback bias circuit. That is, feedback control is performed to change the value of Vcc so that the detected voltage value does not deviate from the voltage value when oscillation is stable at room temperature.

以上のように、本発明の実施形態では、増幅素子１１のバイアスをフィードバック制御することで、温度変化等によって起こる異常発振、発振停止を防ぐことができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, by performing feedback control of the bias of the amplifying element 11, it is possible to prevent abnormal oscillation and oscillation stop caused by temperature change or the like.

（数値解析）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る電圧制御発振器の回路特性の解析結果から求めた特性図である。縦軸のｍａｇｎｉｔｕｄｅは負性抵抗と同義であり、図３は負性抵抗の発振周波数依存性を示している。Ｖｃｃは媒介変数であり、Ｖｃｃを変化させると負性抵抗の発振周波数依存性が変化することがわかる。ここで注目すべきことは、所望の発振周波数において負性抵抗値が所望の値からずれたとしても、Ｖｃｃ値を変化させることによって、負性抵抗値を所望の値に戻すことができることである。端的には、Ｖｃｃを大きくすると負性抵抗は大きくなり、Ｖｃｃを小さくすると負性抵抗は小さくなる。以上のように、増幅素子１１のバイアス電圧をフィードバック制御することによって、温度変化等によって起こる異常発振、発振停止を防ぎ得ることが、数値解析において示された。 (Numerical analysis)
FIG. 3 is a characteristic diagram obtained from the analysis result of the circuit characteristics of the voltage controlled oscillator according to the first embodiment of the present invention. “Magnitude” on the vertical axis is synonymous with negative resistance, and FIG. 3 shows the oscillation frequency dependence of the negative resistance. Vcc is a parameter, and it can be seen that the oscillation frequency dependency of the negative resistance changes when Vcc is changed. What should be noted here is that even if the negative resistance value deviates from the desired value at the desired oscillation frequency, the negative resistance value can be returned to the desired value by changing the Vcc value. . In short, increasing Vcc increases the negative resistance, and decreasing Vcc decreases the negative resistance. As described above, it has been shown by numerical analysis that the abnormal oscillation and the oscillation stop caused by the temperature change and the like can be prevented by feedback controlling the bias voltage of the amplifying element 11.

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図の一例である。図２に示す回路図との差異は、発振回路１０Ｂにおける増幅素子１１のエミッタ抵抗Ｒ３が固定抵抗ではなく電子ボリューム１５である点である。その他の構成は図２に示す回路と同等である。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is an example of a circuit diagram showing a circuit configuration of a voltage controlled oscillator according to the second embodiment of the present invention. The difference from the circuit diagram shown in FIG. 2 is that the emitter resistance R3 of the amplifying element 11 in the oscillation circuit 10B is not a fixed resistance but an electronic volume 15. Other configurations are the same as those of the circuit shown in FIG.

図２に示す回路と同様に、負性抵抗調整器４に相当する回路（図示しない回路）は、検出された電圧値が記憶された電圧値からずれないように、負性抵抗を制御する。図４の回路図では、エミッタ抵抗Ｒ３の値を変化させて電流帰還バイアス回路のバイアス条件を変化させ、負性抵抗を制御している。即ち、検出された電圧値が、常温において発振が安定している場合の電圧値からずれないよう、エミッタ抵抗Ｒ３の値を変化させるフィードバック制御を行っている。 Similar to the circuit shown in FIG. 2, a circuit (not shown) corresponding to the negative resistance regulator 4 controls the negative resistance so that the detected voltage value does not deviate from the stored voltage value. In the circuit diagram of FIG. 4, the negative resistance is controlled by changing the value of the emitter resistor R3 to change the bias condition of the current feedback bias circuit. That is, feedback control is performed to change the value of the emitter resistor R3 so that the detected voltage value does not deviate from the voltage value when oscillation is stable at room temperature.

以上のように、本発明の実施形態では、増幅素子１１のエミッタ抵抗値をフィードバック制御することで、温度変化等によって起こる異常発振、発振停止を防ぐことができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, by performing feedback control on the emitter resistance value of the amplifying element 11, it is possible to prevent abnormal oscillation and oscillation stop caused by temperature change or the like.

（数値解析）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器の回路特性の解析結果から求めた特性図である。縦軸のｍａｇｎｉｔｕｄｅは負性抵抗と同義であり、図５は負性抵抗の発振周波数依存性を示している。Ｒ３は媒介変数であり、エミッタ抵抗を指す。エミッタ抵抗Ｒ３の値を変化させると負性抵抗の発振周波数依存性が変化することがわかる。ここで注目すべきことは、所望の発振周波数において負性抵抗値が所望の値からずれたとしても、エミッタ抵抗Ｒ３の値を変化させることによって、負性抵抗値を所望の値に戻すことができることである。端的には、エミッタ抵抗の値を大きくすると負性抵抗は小さくなり、エミッタ抵抗の値を小さくすると負性抵抗は大きくなる。以上のように、増幅素子１１（Ｔｒ１）のエミッタ抵抗Ｒ３の値をフィードバック制御することによって、温度変化等によって起こる異常発振、発振停止を防ぎ得ることが、数値解析において示された。 (Numerical analysis)
FIG. 5 is a characteristic diagram obtained from the analysis result of the circuit characteristics of the voltage controlled oscillator according to the second embodiment of the present invention. “Magnitude” on the vertical axis is synonymous with negative resistance, and FIG. 5 shows the oscillation frequency dependence of the negative resistance. R3 is a parameter and refers to the emitter resistance. It can be seen that changing the value of the emitter resistor R3 changes the oscillation frequency dependence of the negative resistor. It should be noted here that even if the negative resistance value deviates from the desired value at the desired oscillation frequency, the negative resistance value can be returned to the desired value by changing the value of the emitter resistance R3. It can be done. In short, increasing the value of the emitter resistance decreases the negative resistance, and decreasing the value of the emitter resistance increases the negative resistance. As described above, it has been shown by numerical analysis that the abnormal oscillation and the oscillation stop caused by the temperature change and the like can be prevented by feedback controlling the value of the emitter resistor R3 of the amplifying element 11 (Tr1).

（第３の実施形態）
本実施形態においては、電圧制御発振器をプッシュプッシュ型の構成とした。上述したように、ＶＣＯには周波数可変帯域幅の確保、安定した発振、低位相雑音であることが性能として求められる。これらの要求性能を満たすため、プッシュプッシュ型ＶＣＯがしばしば用いられている。プッシュプッシュ型ＶＣＯでは、同一構成の２つの発振器を逆位相で動作させて合成する。そのため、理想的には基本波出力や３倍波出力を抑圧して、２倍波出力のみを得ることができる。 (Third embodiment)
In the present embodiment, the voltage controlled oscillator has a push-push type configuration. As described above, the VCO is required to have a frequency variable bandwidth, stable oscillation, and low phase noise as performance. In order to satisfy these required performances, push-push type VCOs are often used. In the push-push type VCO, two oscillators having the same configuration are operated in opposite phases and synthesized. Therefore, ideally, only the second harmonic output can be obtained by suppressing the fundamental wave output and the third harmonic output.

同一構成の２つの発振器からの出力の所望周波数成分のように、それぞれの出力が相関関係にある場合、その合成は電圧和となる。即ち、合成後の電圧値は約２倍（約３ｄＢ）になる。従って、合成後の所望周波数成分の電力は、その２乗の約４倍（約６ｄＢ）に向上する。一方、ノイズ成分のようにそれぞれの出力が相関関係にない場合には、出力の合成は電力和となる。従って、合成後のノイズ成分の電力は約２倍（約３ｄＢ）になる。これらの電力差が、位相雑音特性の改善に寄与する。 When the outputs are correlated, such as the desired frequency component of the outputs from two oscillators of the same configuration, the combination is a voltage sum. That is, the combined voltage value is about twice (about 3 dB). Therefore, the power of the desired frequency component after synthesis is improved to about four times the square (about 6 dB). On the other hand, when the outputs are not correlated, such as a noise component, the synthesis of the outputs is a power sum. Therefore, the power of the noise component after synthesis is about twice (about 3 dB). These power differences contribute to the improvement of the phase noise characteristics.

図６は、本実施形態に係るプッシュプッシュ型の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。図１に示した電圧制御発振器の基本構成との差異は、発振器が２系統ある点と、それらの出力を合成する合成器が加わった点である。すなわち、発振器１Ａと発振器１Ｂからの出力を合成器２で合成し、合成後の出力を検波器３Ａで検出する。その検出電圧に応じて負性抵抗調整器４Ａと負性抵抗調整器４Ｂによって、２つの発振器がそれぞれ備える増幅素子１１Ａと１１Ｂの負性抵抗を制御する。 FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a push-push type voltage controlled oscillator according to the present embodiment. The difference from the basic configuration of the voltage controlled oscillator shown in FIG. 1 is that there are two oscillators and a synthesizer that synthesizes their outputs. That is, the outputs from the oscillator 1A and the oscillator 1B are combined by the combiner 2, and the combined output is detected by the detector 3A. According to the detected voltage, the negative resistance adjusters 4A and the negative resistance adjuster 4B control the negative resistances of the amplification elements 11A and 11B included in the two oscillators, respectively.

（回路図の具体例）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図の一例である。発振回路１０Ａおよび１０Ｂは、コレクタ接地のクラップ型(コルピッツ型の変形回路)のＶＣＯである。プッシュプッシュ型ＶＣＯでは、発振回路１０Ａおよび１０Ｂは、発振を持続させるために逆位相で動作する。即ち、２つの発振器が互いに逆位相で動作する場合、２つの発振器の接続点であるａ点は仮想的な接地点となる。この場合、Ｒ１は等価的にゼロとして機能する。一方、２つの発振器が互いに逆位相では動作しない場合、Ｒ１は終端抵抗として機能する。この場合、共振回路のロスが顕著に現れ、発振は持続できない。以上のように、発振回路１０Ａおよび１０Ｂは互いに逆位相で動作する場合のみその発振が持続する。 (Specific example of circuit diagram)
FIG. 7 is an example of a circuit diagram showing a circuit configuration of a voltage controlled oscillator according to the third embodiment of the present invention. The oscillation circuits 10A and 10B are collector-grounded crap type (Colpitts type modified circuit) VCOs. In the push-push type VCO, the oscillation circuits 10A and 10B operate in opposite phases to maintain oscillation. In other words, when the two oscillators operate in opposite phases, the point a which is a connection point between the two oscillators becomes a virtual ground point. In this case, R1 functions equivalently as zero. On the other hand, if the two oscillators do not operate in opposite phases, R1 functions as a termination resistor. In this case, the loss of the resonance circuit appears remarkably and oscillation cannot be sustained. As described above, the oscillation circuits 10A and 10B continue to oscillate only when they operate in opposite phases.

続いて、発振回路１０Ａおよび１０Ｂを構成する各素子について説明する。容量可変素子Ｘ１、Ｘ２は、周波数調整するためのバラクタダイオード１３Ａおよび１３Ｂである。ダイオードのアノード側のＡＰＣＶ端子に負電圧を印加する、すなわち逆方向バイアスによって、静電容量を変化させる。また、増幅素子１１Ａおよび１１Ｂは、発振のためのバイポーラトランジスタＴｒ１およびＴｒ２であり、Ｖｃｃ端子よりバイアス電圧を印加する。発振回路１０Ａおよび１０Ｂは電流帰還バイアス回路となっており、抵抗分圧によりベース電圧が決定する。この抵抗は、ベース電流が流れすぎないよう高インピーダンスであることが望ましい。また、共振素子１２Ａおよび１２Ｂは、増幅素子１１Ａとバラクタダイオード１３Ａの間、増幅素子１１Ｂとバラクタダイオード１３Ｂの間にそれぞれ配置される。なお、共振素子１２Ａおよび１２Ｂの前段あるいは後段には、周波数安定度を高めるためコンデンサが配置されていてもよい。また、オープンスタブ１４Ａおよび１４Ｂは、所望の発振周波数の１／４波長の長さであり、増幅素子１１Ａおよび１１Ｂのコレクタ側に配置する。これにより、増幅素子１１Ａおよび１１Ｂのコレクタ端子は高周波的に短絡となる。 Subsequently, each element constituting the oscillation circuits 10A and 10B will be described. Capacitance variable elements X1 and X2 are varactor diodes 13A and 13B for adjusting the frequency. A negative voltage is applied to the APCV terminal on the anode side of the diode, that is, the capacitance is changed by a reverse bias. The amplifying elements 11A and 11B are bipolar transistors Tr1 and Tr2 for oscillation, and apply a bias voltage from the Vcc terminal. The oscillation circuits 10A and 10B are current feedback bias circuits, and a base voltage is determined by resistance voltage division. This resistance is desirably high impedance so that the base current does not flow too much. The resonant elements 12A and 12B are disposed between the amplifying element 11A and the varactor diode 13A, and between the amplifying element 11B and the varactor diode 13B, respectively. Note that a capacitor may be disposed in front of or behind the resonant elements 12A and 12B in order to increase frequency stability. The open stubs 14A and 14B have a length of ¼ wavelength of a desired oscillation frequency, and are arranged on the collector side of the amplifying elements 11A and 11B. As a result, the collector terminals of the amplifying elements 11A and 11B are short-circuited in terms of high frequency.

合成回路２０には、例えば、ウィルキンソンコンバイナのような同相合成回路を用いる。２つの発振回路１０Ａおよび１０Ｂからの基本および高次周波数成分のうち、基本波および奇数次の高次周波数成分は同相合成の際に打ち消され、偶数次の高次周波数成分は同相合成の際に強め合って出力される。検波回路３０Ｂは合成回路２０の後段に配置され、カップラ３５Ｂを介して合成回路２０からの出力信号の一部を取り出す。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１は、高次や低次の不要な周波数成分を取り除き、所望の周波数成分（発振回路１０Ａおよび１０Ｂの２次高調波成分）を取り出す。ショットキーバリアダイオード３３Ｂは、所望の周波数成分を半波整流して時間平均された電圧値として取り出す。 For the synthesis circuit 20, for example, an in-phase synthesis circuit such as a Wilkinson combiner is used. Of the fundamental and higher-order frequency components from the two oscillation circuits 10A and 10B, the fundamental wave and the odd-order higher-order frequency components are canceled during the in-phase synthesis, and the even-order higher-order frequency components are canceled during the in-phase synthesis. Reinforced output. The detection circuit 30B is disposed at the subsequent stage of the synthesis circuit 20, and extracts a part of the output signal from the synthesis circuit 20 via the coupler 35B. The band pass filter (BPF) 31 removes unnecessary high-order and low-order frequency components and takes out a desired frequency component (second harmonic component of the oscillation circuits 10A and 10B). The Schottky barrier diode 33B takes out a desired frequency component as a voltage value that is time-averaged by half-wave rectification.

負性抵抗調整器４に相当する回路（図示しない回路）は、検出された電圧値が記憶された電圧値からずれないように、負性抵抗を制御する。図７の回路図では、Ｖｃｃの値を変化させて電流帰還バイアス回路のバイアス条件を変化させ、負性抵抗を制御している。即ち、検出された電圧値が、常温において発振が安定している場合の電圧値からずれないよう、Ｖｃｃの値を変化させるフィードバック制御を行っている。なお、フィードバック制御するＶｃｃの値は増幅素子１１Ａおよび１１Ｂに対して共通である。 A circuit (a circuit (not shown)) corresponding to the negative resistance adjuster 4 controls the negative resistance so that the detected voltage value does not deviate from the stored voltage value. In the circuit diagram of FIG. 7, the negative resistance is controlled by changing the bias condition of the current feedback bias circuit by changing the value of Vcc. That is, feedback control is performed to change the value of Vcc so that the detected voltage value does not deviate from the voltage value when oscillation is stable at room temperature. The value of Vcc for feedback control is common to the amplification elements 11A and 11B.

以上のように、本実施形態では、増幅素子１１Ａおよび１１Ｂのバイアス電圧の値をフィードバック制御することで、温度変化等によって起こる異常発振、発振停止を防ぐことができる。なお、特許文献２に記載のプッシュプッシュ発振器および位相ずれ監視方法においては、抑圧すべき周波数成分（発振回路１０Ａおよび１０Ｂの基本波成分）を取り出し、２つの発振器が互いに逆位相に近くなるように調整することとしている。すなわち、２つの発振器間の位相ずれを解消するものである。それに対して本実施形態においては、プッシュプッシュ構成による効果が得られることに加えて、安定した発振パワーの持続を最大限引き出すことができるという効果がある。 As described above, in the present embodiment, by controlling the bias voltage values of the amplification elements 11A and 11B by feedback control, it is possible to prevent abnormal oscillation and oscillation stop caused by a temperature change or the like. In the push-push oscillator and the phase shift monitoring method described in Patent Document 2, the frequency components to be suppressed (fundamental wave components of the oscillation circuits 10A and 10B) are extracted so that the two oscillators are close to opposite phases. We are going to adjust. That is, the phase shift between the two oscillators is eliminated. On the other hand, in this embodiment, in addition to obtaining the effect of the push-push configuration, there is an effect that the stable oscillation power can be maximized.

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る電圧制御発振器の回路構成を示す回路図である。図７に示した実施形態の構成との差異は、発振回路１０Ｃと発振回路１０Ｄにおける増幅素子１１Ａおよび１１Ｂのエミッタ抵抗Ｒ４およびＲ５が固定抵抗ではなく電子ボリューム１５Ａおよび１５Ｂとした点である。その他の構成は図７に示した回路と同等である。 (Fourth embodiment)
FIG. 8 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a voltage controlled oscillator according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the embodiment shown in FIG. 7 is that the emitter resistors R4 and R5 of the amplifier elements 11A and 11B in the oscillation circuit 10C and the oscillation circuit 10D are not fixed resistors but electronic volumes 15A and 15B. Other configurations are the same as those of the circuit shown in FIG.

図７に示した回路と同様に、負性抵抗調整器４に相当する回路（図示しない回路）は、検出した電圧値が記憶された電圧値からずれないように、負性抵抗を制御する。図８に示した構成では、エミッタ抵抗Ｒ４およびＲ５の値を変化させて電流帰還バイアス回路のバイアス条件を変化させ、負性抵抗を制御している。即ち、検出された電圧値が、常温において発振が安定している場合の電圧値からずれないよう、エミッタ抵抗Ｒ４およびＲ５の値を変化させるフィードバック制御を行っている。 Similarly to the circuit shown in FIG. 7, a circuit (not shown) corresponding to the negative resistance regulator 4 controls the negative resistance so that the detected voltage value does not deviate from the stored voltage value. In the configuration shown in FIG. 8, the negative resistance is controlled by changing the values of the emitter resistors R4 and R5 to change the bias condition of the current feedback bias circuit. That is, feedback control is performed to change the values of the emitter resistors R4 and R5 so that the detected voltage value does not deviate from the voltage value when oscillation is stable at normal temperature.

以上のように、本発明の実施形態では、増幅素子１１Ａおよび１１Ｂのエミッタ抵抗値をフィードバック制御することで、温度変化等によって起こる異常発振、発振停止を防ぐことができる。なお、フィードバック制御するエミッタ抵抗値は増幅素子１１Ａおよび１１Ｂに対して共通である。即ち、Ｒ４とＲ５は共通値である。 As described above, in the embodiment of the present invention, by performing feedback control on the emitter resistance values of the amplifying elements 11A and 11B, it is possible to prevent abnormal oscillation and oscillation stop caused by a temperature change or the like. The emitter resistance value for feedback control is common to the amplifying elements 11A and 11B. That is, R4 and R5 are common values.

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. .

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のように記載されうるが、以下に限られない
（付記１）
容量可変素子と共振素子と増幅素子とを含む発振器と、
前記発振器が出力する基本波の一部を検波し、検波した値を監視値として出力する検波器と、
前記増幅素子の負性抵抗を調整する負性抵抗調整器と、を含み、
前記負性抵抗調整器は、前記監視値が前記発振器の安定動作時における前記監視値である基準監視値と等しくなるように、前記負性抵抗を調整する
ことを特徴とする電圧制御発振器。
（付記２）
前記監視値は、前記発振器が出力する基本波成分を検波した電圧の時間平均値であることを特徴とする付記１に記載の電圧制御発振器。
（付記３）
前記負性抵抗調整器は、前記増幅素子のバイアス電圧を調整する調整手段を含むことを特徴とする付記１または付記２に記載の電圧制御発振器。
（付記４）
前記負性抵抗調整器は、前記増幅素子のエミッタ抵抗の値を調整する調整手段を含むことを特徴とする付記１または付記２に記載の電圧制御発振器。
（付記５）
前記検波器は、前記基本波成分を通過させるローパスフィルタを含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
（付記６）
容量可変素子と共振素子と増幅素子とを含む第１の発振器と、
前記第１の発振器と逆位相で動作する第２の発振器と、
前記第１および第２の発振器の出力を合成する合成器と、
前記合成器の出力から前記基本波の周波数の第２高調波の一部を検波し、検波した値を監視値として出力する検波器と、
前記第１および第２の発振器の増幅素子の負性抵抗を調整する負性抵抗調整器と、を含み、
前記負性抵抗調整器は、前記監視値が前記第１および第２の発振器の安定動作時における前記監視値である基準監視値と等しくなるように、前記負性抵抗を調整する
ことを特徴とする電圧制御発振器。
（付記７）
前記監視値は、前記基本波の周波数の第２高調波成分を検波した電圧の時間平均値であることを特徴とする付記６に記載の電圧制御発振器。
（付記８）
前記負性抵抗調整器による負性抵抗の調整値は、前記第１および第２の発振器の増幅素子に対して共通である
ことを特徴とする付記６または付記７に記載の電圧制御発振器。
（付記９）
前記負性抵抗調整器は、前記第１および第２の発振器の増幅素子のバイアス電圧を調整する調整手段を含むことを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
（付記１０）
前記負性抵抗調整器は、前記第１および第２の発振器の増幅素子のエミッタ抵抗の値を調整する調整手段を含むことを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
（付記１１）
前記検波器は、前記第２高調波成分を通過させるバンドパスフィルタを含むことを特徴とする付記６乃至１０のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
（付記１２）
容量可変素子と共振素子と増幅素子とを含む発振器の基本波出力の一部を検波し、検波した値を監視値として取得し、
前記監視値が前記発振器の安定動作時における前記監視値である基準監視値と等しくなるように、前記増幅素子の負性抵抗を調整する
ことを特徴とする電圧制御発振器の制御方法。
（付記１３）
容量可変素子と共振素子と増幅素子とを含む第１の発振器および前記第１の発振器と逆位相で動作する第２の発振器との合成出力から、前記基本波出力の周波数の第２高調波の一部を検波し、検波した値を監視値として取得し、
前記監視値が前記第１および第２の発振器の安定動作時における前記監視値である基準監視値と等しくなるように、前記増幅素子の負性抵抗を調整する
ことを特徴とする電圧制御発振器の制御方法。 A part or all of the above embodiment can be described as the following supplementary notes, but is not limited to the following (Supplementary Note 1).
An oscillator including a variable capacitance element, a resonant element, and an amplifying element;
A detector that detects a part of the fundamental wave output by the oscillator and outputs the detected value as a monitoring value;
A negative resistance adjuster for adjusting a negative resistance of the amplification element,
The voltage control oscillator, wherein the negative resistance adjuster adjusts the negative resistance so that the monitored value becomes equal to a reference monitored value that is the monitored value during the stable operation of the oscillator.
(Appendix 2)
The voltage-controlled oscillator according to claim 1, wherein the monitored value is a time average value of a voltage obtained by detecting a fundamental wave component output from the oscillator.
(Appendix 3)
The voltage controlled oscillator according to appendix 1 or appendix 2, wherein the negative resistance adjuster includes an adjusting unit that adjusts a bias voltage of the amplifying element.
(Appendix 4)
The voltage controlled oscillator according to appendix 1 or appendix 2, wherein the negative resistance adjuster includes adjusting means for adjusting the value of the emitter resistance of the amplifying element.
(Appendix 5)
The voltage controlled oscillator according to any one of appendices 1 to 4, wherein the detector includes a low-pass filter that allows the fundamental wave component to pass therethrough.
(Appendix 6)
A first oscillator including a variable capacitance element, a resonant element, and an amplifying element;
A second oscillator operating in anti-phase with the first oscillator;
A synthesizer that synthesizes the outputs of the first and second oscillators;
A detector for detecting a part of the second harmonic of the fundamental frequency from the output of the synthesizer, and outputting the detected value as a monitoring value;
A negative resistance adjuster for adjusting a negative resistance of the amplification elements of the first and second oscillators,
The negative resistance adjuster adjusts the negative resistance so that the monitored value becomes equal to a reference monitored value that is the monitored value during stable operation of the first and second oscillators. A voltage controlled oscillator.
(Appendix 7)
The voltage controlled oscillator according to appendix 6, wherein the monitored value is a time average value of a voltage obtained by detecting a second harmonic component of the frequency of the fundamental wave.
(Appendix 8)
The voltage controlled oscillator according to appendix 6 or appendix 7, wherein an adjustment value of the negative resistance by the negative resistance regulator is common to the amplification elements of the first and second oscillators.
(Appendix 9)
9. The voltage controlled oscillator according to claim 6, wherein the negative resistance adjuster includes adjusting means for adjusting a bias voltage of the amplifying elements of the first and second oscillators.
(Appendix 10)
The voltage control according to any one of appendices 6 to 8, wherein the negative resistance adjuster includes adjusting means for adjusting a value of an emitter resistance of the amplification elements of the first and second oscillators. Oscillator.
(Appendix 11)
The voltage-controlled oscillator according to any one of appendices 6 to 10, wherein the detector includes a band-pass filter that allows the second harmonic component to pass therethrough.
(Appendix 12)
A part of the fundamental wave output of the oscillator including the variable capacitance element, the resonance element, and the amplification element is detected, and the detected value is obtained as a monitoring value.
A method for controlling a voltage controlled oscillator, wherein the negative resistance of the amplifying element is adjusted so that the monitored value is equal to a reference monitored value that is the monitored value during stable operation of the oscillator.
(Appendix 13)
From a combined output of a first oscillator including a variable capacitance element, a resonant element, and an amplifying element and a second oscillator operating in an opposite phase to the first oscillator, the second harmonic of the frequency of the fundamental wave output A part is detected, and the detected value is acquired as a monitoring value.
A voltage controlled oscillator characterized by adjusting a negative resistance of the amplifying element so that the monitored value is equal to a reference monitored value that is the monitored value during stable operation of the first and second oscillators. Control method.

１、１Ａ、１Ｂ発振器
１１、１１Ａ、１１Ｂ増幅素子
１２、１２Ａ、１２Ｂ共振素子
１３、１３Ａ、１３Ｂバラクタダイオード
２合成器
３、３Ａ検波器
４、４Ａ、４Ｂ負性抵抗調整器
５周波数調整用電圧入力端子
６信号出力端子
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ発振回路
１４、１４Ａ、１４Ｂオープンスタブ
１５、１５Ａ、１５Ｂ電子ボリユーム
２０合成回路
３０、３０Ａ、３０Ｂ検波回路
３１バンドパスフィルタ
３２ローパスフィルタ
３３、３３Ａ、３３Ｂショットキーバリアダイオード
３５、３５Ａ、３５Ｂカップラ 1, 1A, 1B Oscillator 11, 11A, 11B Amplifying element 12, 12A, 12B Resonant element 13, 13A, 13B Varactor diode 2 Synthesizer 3, 3A Detector 4, 4A, 4B Negative resistance adjuster 5 Voltage for frequency adjustment Input terminal 6 Signal output terminal 10, 10A, 10B, 10C, 10D Oscillator circuit 14, 14A, 14B Open stub 15, 15A, 15B Electronic volume 20 Synthesizer circuit 30, 30A, 30B Detector circuit 31 Band pass filter 32 Low pass filter 33, 33A, 33B Schottky barrier diode 35, 35A, 35B coupler

Claims

An oscillator including a variable capacitance element, a resonant element, and an amplifying element;
A detector that detects a part of the fundamental wave output by the oscillator and outputs the detected value as a monitoring value;
A negative resistance adjuster for adjusting a negative resistance of the amplification element,
The voltage control oscillator, wherein the negative resistance adjuster adjusts the negative resistance so that the monitored value becomes equal to a reference monitored value that is the monitored value during the stable operation of the oscillator.

2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the monitored value is a time average value of a voltage obtained by detecting a fundamental wave component output from the oscillator.

The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the negative resistance adjuster includes an adjusting unit that adjusts a bias voltage of the amplifying element.

The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the negative resistance adjuster includes an adjusting unit that adjusts a value of an emitter resistance of the amplifying element.

A first oscillator including a variable capacitance element, a resonant element, and an amplifying element;
A second oscillator operating in anti-phase with the first oscillator;
A synthesizer that synthesizes the outputs of the first and second oscillators;
A detector for detecting a part of the second harmonic of the fundamental frequency from the output of the synthesizer, and outputting the detected value as a monitoring value;
A negative resistance adjuster for adjusting a negative resistance of the amplification elements of the first and second oscillators,
The negative resistance adjuster adjusts the negative resistance so that the monitored value becomes equal to a reference monitored value that is the monitored value during stable operation of the first and second oscillators. A voltage controlled oscillator.

6. The voltage controlled oscillator according to claim 5, wherein the monitored value is a time average value of a voltage obtained by detecting a second harmonic component of the frequency of the fundamental wave.

7. The voltage controlled oscillator according to claim 5, wherein an adjustment value of the negative resistance by the negative resistance adjuster is common to the amplification elements of the first and second oscillators. .

The voltage-controlled oscillator according to claim 5, wherein the detector includes a band-pass filter that passes the second harmonic component.

A part of the fundamental wave output of the oscillator including the variable capacitance element, the resonance element, and the amplification element is detected, and the detected value is obtained as a monitoring value.
A method for controlling a voltage controlled oscillator, wherein the negative resistance of the amplifying element is adjusted so that the monitored value is equal to a reference monitored value that is the monitored value during stable operation of the oscillator.

From a combined output of a first oscillator including a variable capacitance element, a resonant element, and an amplifying element and a second oscillator operating in an opposite phase to the first oscillator, the second harmonic of the frequency of the fundamental wave output A part is detected, and the detected value is acquired as a monitoring value.
A voltage controlled oscillator characterized by adjusting a negative resistance of the amplifying element so that the monitored value is equal to a reference monitored value that is the monitored value during stable operation of the first and second oscillators. Control method.