JP2793856B2 - 電圧制御発振器 - Google Patents
電圧制御発振器Info
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- JP2793856B2 JP2793856B2 JP25184289A JP25184289A JP2793856B2 JP 2793856 B2 JP2793856 B2 JP 2793856B2 JP 25184289 A JP25184289 A JP 25184289A JP 25184289 A JP25184289 A JP 25184289A JP 2793856 B2 JP2793856 B2 JP 2793856B2
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- capacitor
- capacitance
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- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、容量値が印加電圧に応じて変化する特性を
もつ可変容量を回路要素として備えて、この可変容量に
より発振周波数を変化させる構成の電圧制御発振器に係
り、特に、マイクロ波・ミリ波帯で使用するのに好適な
電圧制御発振器に関するものである。
もつ可変容量を回路要素として備えて、この可変容量に
より発振周波数を変化させる構成の電圧制御発振器に係
り、特に、マイクロ波・ミリ波帯で使用するのに好適な
電圧制御発振器に関するものである。
電圧制御発振器（以下、VCOと記す）として、第６図
に等価回路を示すように、発振周波数を変化させるため
の可変容量に、印加される逆方向電圧値に応じて容量が
変化する可変容量ダイオード（バラクタ・ダイオード）
を使用する構成のものがある。すなわち、第６図（ａ）
においては、FET（電界効果トランジスタ）５のゲート
回路にインダクタ３とバラクタ・ダイオード４が挿入さ
れているものが示されており、（ｂ）図においては、FE
T5のソース端子と接地間にバラクタ・ダイオード４を配
置しゲート回路には固定容量値のキャパシタ１を配置す
る構成のものが、（ｃ）図においては、さらにゲート回
路とソース回路の両者にバラクタ・ダイオード４を配置
する構成のものが示されている。
に等価回路を示すように、発振周波数を変化させるため
の可変容量に、印加される逆方向電圧値に応じて容量が
変化する可変容量ダイオード（バラクタ・ダイオード）
を使用する構成のものがある。すなわち、第６図（ａ）
においては、FET（電界効果トランジスタ）５のゲート
回路にインダクタ３とバラクタ・ダイオード４が挿入さ
れているものが示されており、（ｂ）図においては、FE
T5のソース端子と接地間にバラクタ・ダイオード４を配
置しゲート回路には固定容量値のキャパシタ１を配置す
る構成のものが、（ｃ）図においては、さらにゲート回
路とソース回路の両者にバラクタ・ダイオード４を配置
する構成のものが示されている。
なお、この種の技術が記載されている文献として、例
えばB.N.Scott:IEEE trans.on MTT（ビー・エヌ・スコ
ット：アイイーイーイー トランザクション オン エ
ムティーティー）；第30巻，第12号,2172頁,1982があ
る。
えばB.N.Scott:IEEE trans.on MTT（ビー・エヌ・スコ
ット：アイイーイーイー トランザクション オン エ
ムティーティー）；第30巻，第12号,2172頁,1982があ
る。
VCOの周波数可変範囲を広くするためには、バラクタ
・ダイオードの可変容量範囲が広い必要がある。また、
発振の純度を上げるため共振回路のＱ値を上げなければ
ならないが、このためにはバラクタ・ダイオード等共振
回路を形成する素子のシリーズ抵抗（直列抵抗）を低く
抑えなければならない。半導体基板上に回路全体を集積
化して構成されるモノリシックマイクロ波集積回路（以
下、MMICと記す）は、一般に、トランジスタ用のプロセ
スにより作成されることから、バラクタ・ダイオードは
トランジスタのジャンクションの空乏層を利用してい
た。したがって、MMIC中のバラクタ・ダイオードの特性
は、プロセス上の制約から、可変容量範囲は1:2程度、
シリーズ抵抗は数Ω程度であり、ダイオード専用プロセ
スによるバラクタ・ダイオードの可変容量範囲が1:10程
度、シリーズ抵抗が１Ω程度であるのに比較して、可変
容量範囲及びシリーズ抵抗において大幅に劣っており、
モノリシックVCOの性能に悪影響を及ぼしている。した
がって、ハイブリッド集積回路では容易に実現可能であ
った、周波数可変範囲が広くかつ低位相雑音特性を有す
るVCOがMMICにおいては実現困難であるという問題があ
った。
・ダイオードの可変容量範囲が広い必要がある。また、
発振の純度を上げるため共振回路のＱ値を上げなければ
ならないが、このためにはバラクタ・ダイオード等共振
回路を形成する素子のシリーズ抵抗（直列抵抗）を低く
抑えなければならない。半導体基板上に回路全体を集積
化して構成されるモノリシックマイクロ波集積回路（以
下、MMICと記す）は、一般に、トランジスタ用のプロセ
スにより作成されることから、バラクタ・ダイオードは
トランジスタのジャンクションの空乏層を利用してい
た。したがって、MMIC中のバラクタ・ダイオードの特性
は、プロセス上の制約から、可変容量範囲は1:2程度、
シリーズ抵抗は数Ω程度であり、ダイオード専用プロセ
スによるバラクタ・ダイオードの可変容量範囲が1:10程
度、シリーズ抵抗が１Ω程度であるのに比較して、可変
容量範囲及びシリーズ抵抗において大幅に劣っており、
モノリシックVCOの性能に悪影響を及ぼしている。した
がって、ハイブリッド集積回路では容易に実現可能であ
った、周波数可変範囲が広くかつ低位相雑音特性を有す
るVCOがMMICにおいては実現困難であるという問題があ
った。
本発明の目的は、MMICにおいて広帯域な可変周波数範
囲を持ち、かつ低位相雑音特性とすることのできる電圧
制御発振旗を提供することにある。
囲を持ち、かつ低位相雑音特性とすることのできる電圧
制御発振旗を提供することにある。
本発明では、上記目的を達成するために、VCOにおい
て周波数可変特性を得るために必要な可変容量回路を、
キャパシタと可変抵抗との並列接続回路で構成し、その
可変抵抗としては、半導体基板上に形成されるトランジ
スタを用い、キャパシタは、同一半導体基板上に形成さ
れる導体とこの導体に絶縁体を介して対向するように形
成される導体とで構成するキャパシタを用いるか、ある
いは上記可変抵抗用トランジスタとは別に同一半導体基
板上に形成されるトランジスタの接合容量・寄生容量で
構成するキャパシタを用いる方式とする。
て周波数可変特性を得るために必要な可変容量回路を、
キャパシタと可変抵抗との並列接続回路で構成し、その
可変抵抗としては、半導体基板上に形成されるトランジ
スタを用い、キャパシタは、同一半導体基板上に形成さ
れる導体とこの導体に絶縁体を介して対向するように形
成される導体とで構成するキャパシタを用いるか、ある
いは上記可変抵抗用トランジスタとは別に同一半導体基
板上に形成されるトランジスタの接合容量・寄生容量で
構成するキャパシタを用いる方式とする。
従来のバラクタ・ダイオードの代わりに、同じ半導体
基板上に形成される可変抵抗（トランジスタ）とキャパ
シタを並列接続することにより、等価的な可変容量回路
が構成される。この場合、トランジスタで構成される可
変抵抗として、数Ωから10kΩまで変化する可変抵抗が
得られ、この可変抵抗と、固定容量C0との並列接続回路
の容量変化範囲はC0から100C0程度までとなり、従来の
バラクタ・ダイオードの可変容量範囲が1:2程度であっ
たのに対し、1:100程度の容量変化を実現することがで
きる。
基板上に形成される可変抵抗（トランジスタ）とキャパ
シタを並列接続することにより、等価的な可変容量回路
が構成される。この場合、トランジスタで構成される可
変抵抗として、数Ωから10kΩまで変化する可変抵抗が
得られ、この可変抵抗と、固定容量C0との並列接続回路
の容量変化範囲はC0から100C0程度までとなり、従来の
バラクタ・ダイオードの可変容量範囲が1:2程度であっ
たのに対し、1:100程度の容量変化を実現することがで
きる。
（１）基本原理 第１図は、本発明のVCOに用いる可変容量回路の構成
例を示す。固定容量のキャパシタC0とFET（可変抵抗）
とを並列接続することにより可変容量回路２が構成さ
れ、可変抵抗の抵抗値Ｒを変化させることによりインピ
ーダンスの虚部Zimagが変化することを利用したもので
ある。可変抵抗応は例えばゲート接地のFETのソース・
ドレイン間を用いることにより、数Ωから10kΩまで変
化するものをMMICに組み込むことができる。
例を示す。固定容量のキャパシタC0とFET（可変抵抗）
とを並列接続することにより可変容量回路２が構成さ
れ、可変抵抗の抵抗値Ｒを変化させることによりインピ
ーダンスの虚部Zimagが変化することを利用したもので
ある。可変抵抗応は例えばゲート接地のFETのソース・
ドレイン間を用いることにより、数Ωから10kΩまで変
化するものをMMICに組み込むことができる。
第２図に、可変抵抗Ｒの抵抗値変化１Ω〜1kΩに対す
る等価容量Ｃ＝1/ωZimagの変化を示す。等価容量Ｃ
は、固定容量値C0と等しい容量C0（Ｒが1kΩのとき）か
ら100C0（Ｒが８Ωのとき）までと、100倍以上の容量変
化が達成されることがわかる。
る等価容量Ｃ＝1/ωZimagの変化を示す。等価容量Ｃ
は、固定容量値C0と等しい容量C0（Ｒが1kΩのとき）か
ら100C0（Ｒが８Ωのとき）までと、100倍以上の容量変
化が達成されることがわかる。
（２）VCOの等価回路 第３図に、本発明のVCOの等価回路を示す。第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示したVCOのバラクタ・ダイオード４
を、可変抵抗（トランジスタ）ＲとキャパシタC0を並列
接続してなる可変容量回路２に置き換えたものである。
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示したVCOのバラクタ・ダイオード４
を、可変抵抗（トランジスタ）ＲとキャパシタC0を並列
接続してなる可変容量回路２に置き換えたものである。
（３）本発明VCOの特性 上記した基本原理に示したように本発明のVCOに用い
る可変容量回路は、1:100以上の可変容量範囲が得られ
るのに対して、従来のMMIC中のトランジスタを用いたバ
ラクタ・ダイオードの可変容量範囲は1:2程度である。
したがって、本発明のVCOは、従来のVCOに比べて広帯域
な周波数可変特性が得られる。
る可変容量回路は、1:100以上の可変容量範囲が得られ
るのに対して、従来のMMIC中のトランジスタを用いたバ
ラクタ・ダイオードの可変容量範囲は1:2程度である。
したがって、本発明のVCOは、従来のVCOに比べて広帯域
な周波数可変特性が得られる。
つぎに、第４図は、本発明の可変容量回路のＱを従来
のバラクタ・ダイオードのＱ胃と比較したものである。
本発明の可変容量回路はＱがωCRで表され、バラクタ・
ダイオードのＱは1/ωCRで表されるため高周波領域では
Ｑが逆転し、本発明の可変容量回路の方が高くなる。し
たがって、本発明のVCOは、従来のVCOより低位相雑音特
性を実現できる。
のバラクタ・ダイオードのＱ胃と比較したものである。
本発明の可変容量回路はＱがωCRで表され、バラクタ・
ダイオードのＱは1/ωCRで表されるため高周波領域では
Ｑが逆転し、本発明の可変容量回路の方が高くなる。し
たがって、本発明のVCOは、従来のVCOより低位相雑音特
性を実現できる。
第５図に、本発明の可変容量回路の、可変抵抗Ｒを10
0Ωから1kΩまで変化させた場合の、等価直列抵抗Zreal
（Ω）の変化状態と等価容量Ｃ（pF）の変化状態を示
す。ただし、固定容量C0の容量値は0.3pFとしてある。
可変容量範囲を低シリーズ抵抗領域に限ればＱの高い可
変容量回路として利用できる。これをVCOに適用した場
合、低位相雑音特性が得られる。
0Ωから1kΩまで変化させた場合の、等価直列抵抗Zreal
（Ω）の変化状態と等価容量Ｃ（pF）の変化状態を示
す。ただし、固定容量C0の容量値は0.3pFとしてある。
可変容量範囲を低シリーズ抵抗領域に限ればＱの高い可
変容量回路として利用できる。これをVCOに適用した場
合、低位相雑音特性が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、モノリシック
マイクロ波集積回路の電圧制御発振器において、従来モ
ノリシックマイクロ波集積回路ではプロセス的な制約か
ら良好な特性が得られなかったバラクタ・ダイオードに
代わり、製作容易な可変抵抗（トランジスタ）とキャパ
シタとを並列接続して等価的な可変容量回路を構成する
ことにより、バラクタ・ダイオード使用の電圧制御発振
器より周波数可変範囲が広く、かつ、低位相雑音特性の
ものを得ることができる。
マイクロ波集積回路の電圧制御発振器において、従来モ
ノリシックマイクロ波集積回路ではプロセス的な制約か
ら良好な特性が得られなかったバラクタ・ダイオードに
代わり、製作容易な可変抵抗（トランジスタ）とキャパ
シタとを並列接続して等価的な可変容量回路を構成する
ことにより、バラクタ・ダイオード使用の電圧制御発振
器より周波数可変範囲が広く、かつ、低位相雑音特性の
ものを得ることができる。
第１図は本発明における可変容量回路の構成を示す図、
第２図は第１図の可変容量回路の容量可変特性を示す
図、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明の
電圧制御発振器の等価回路図、第４図は本発明の可変容
量回路のＱと従来のバラクタ・ダイオードのＱを比較し
た図、第５図は本発明の可変容量回路の等価直列抵抗及
び等価容量の変化図、第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は
それぞれ従来の電圧制御発振器の等価回路図である。 〔符号の説明〕 １……キャパシタ、２……可変容量回路 ３……インダクタ ４……バラクタ・ダイオード ５……FET、C0……キャパシタ Ｒ……可変抵抗（トランジスタ）
第２図は第１図の可変容量回路の容量可変特性を示す
図、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明の
電圧制御発振器の等価回路図、第４図は本発明の可変容
量回路のＱと従来のバラクタ・ダイオードのＱを比較し
た図、第５図は本発明の可変容量回路の等価直列抵抗及
び等価容量の変化図、第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）は
それぞれ従来の電圧制御発振器の等価回路図である。 〔符号の説明〕 １……キャパシタ、２……可変容量回路 ３……インダクタ ４……バラクタ・ダイオード ５……FET、C0……キャパシタ Ｒ……可変抵抗（トランジスタ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H03B 5/00 - 5/42 H03H 11/46 - 11/48
Claims (1)
- 【請求項１】キャパシタと可変抵抗を並列接続すること
により等価的な可変容量回路を構成し、可変抵抗の抵抗
値を制御して発振周波数を変化させる電圧制御発振器で
あって、上記可変抵抗は、半導体基板上に形成されたト
ランジスタで構成する可変抵抗であり、上記キャパシタ
は、同一半導体基板上に形成された導体とこの導体に絶
縁体を介して対向するように形成された導体とで構成す
るキャパシタ、あるいは上記可変抵抗用トランジスタと
は別に同一半導体基板上に形成されたトランジスタの接
合容量・寄生容量で構成するキャパシタであることを特
徴とする電圧制御発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25184289A JP2793856B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 電圧制御発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25184289A JP2793856B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 電圧制御発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03117103A JPH03117103A (ja) | 1991-05-17 |
| JP2793856B2 true JP2793856B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=17228736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25184289A Expired - Fee Related JP2793856B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 電圧制御発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2793856B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5850713A (en) * | 1996-12-20 | 1998-12-22 | Yuasa Koki Co., Ltd | Device raising and lowering apparatus |
| JP2001044754A (ja) | 1999-07-26 | 2001-02-16 | Niigata Seimitsu Kk | Ｌｃ発振器 |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25184289A patent/JP2793856B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03117103A (ja) | 1991-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |