JP3288814B2 - 可変周波数発振回路 - Google Patents

可変周波数発振回路

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JP3288814B2
JP3288814B2 JP18885393A JP18885393A JP3288814B2 JP 3288814 B2 JP3288814 B2 JP 3288814B2 JP 18885393 A JP18885393 A JP 18885393A JP 18885393 A JP18885393 A JP 18885393A JP 3288814 B2 JP3288814 B2 JP 3288814B2
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばPLL(Phase
Locked Loop) 回路に適用される電子的に発振周波数を
制御することが可能な可変周波数発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来の可変周波数発振回路を示
すものである。この回路はコンデンサC1の両端間電圧
が図8に示すように変化するものである。しかし、この
回路の場合、電源電圧Vccと接地間に2VBE(トランジ
スタのベース・エミッタ間電圧)以上の電圧を必要とす
るため、電源Vccが1V以下の低電圧では動作すること
ができないものであった。そこで、低電圧で動作可能な
可変周波数発振回路が開発されている。
【0003】図9は、特開昭62−188243号に開
示されている本願出願人が開発した1V以下の低電源電
圧で動作する可変周波数発振回路を示すものである。同
図において、定電流源10とトランジスタQ11、Q1
2、Q13からなるカレントミラー回路は定電流源11
を構成し、定電流源10とトランジスタQ11、Q1
2、Q14、Q15からなるカレントミラー回路は定電
流源12を構成している。また、定電流源10とトラン
ジスタQ11、Q12、Q14、Q16からなるカレン
トミラー回路は定電流源13を構成している。さらに、
定電流源14とトランジスタQ17、Q18からなるカ
レントミラー回路は定電流源15を構成している。
【0004】トランジスタQ10のベースは前記トラン
ジスタQ13のコレクタに接続されるとともに、コンデ
ンサC10を介して接地されている。このトランジスタ
Q10のエミッタは接地され、コレクタは前記トランジ
スタQ16、Q18のコレクタに接続されるとともに、
トランジスタQ19のベースに接続されている。このト
ランジスタQ19のエミッタは電源Vccが供給される電
源端子16に接続され、コレクタは前記トランジスタQ
12、Q14のコレクタに接続されている。
【0005】図10は、トランジスタQ10のベースと
コンデンサC10の接続ノードPにおける電位変化を示
すものである。この接続ノードPの電位はV1〜V2ま
で変化する。すなわち、接続ノードPの電位が低く、ト
ランジスタQ10のコレクタ電流が定電流源13の出力
電流I13より少ない場合、トランジスタQ19はオフ
状態となる。すると、コンデンサC10には定電流源1
2の出力電流I12から定電流源11の出力電流I11
を差引いた電流で充電され、前記接続ノードPの電位が
上昇する。この時の電位V1はトランジスタの逆飽和電
流をIs とし、定電流源15の出力電流I15とした場
合、 V1=VT ln{ (I13+I15) /Is } …(1) となる。但し、VT は熱電圧であり、kをボルツマン定
数、Tを絶対温度、qを電子の電荷とした場合、VT =
kT/qで示されるものである。
【0006】接続ノードPの電位が高くなり、トランジ
スタQ10のコレクタ電流が定電流源13、15の出力
電流I13、I15の合成電流I13+I15よりも大
きくなると、トランジスタQ19がオン状態となり、定
電流源12、15が遮断される。このため、コンデンサ
C10は定電流源11の出力電流I11として放電さ
れ、接続ノードPの電位が低下する。
【0007】この状態で、コンデンサC10の放電が続
き、トランジスタQ10のコレクタ電流が定電流源13
の出力電流I13よりも小さくなると、トランジスタQ
19はオフ状態となる。この時の電位V2は、 V2=VT ln (I13/Is ) …(2) となる。すると、コンデンサC10は再び充電が開始さ
れ、以下、上記の動作が繰り返されることにより発振動
作が持続する。
【0008】接続ノードPの電位は、図10に示すよう
に、最大値V1、最小値V2の三角波となり、その電圧
振幅ΔVは ΔV=V1−V2 =VT ln{ (I13+I15) /I13} …(3) となり、その周期Tは、T=2ΔVC10/I11とな
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記可変周波数発振回
路は、電源電圧と接地間に実質的なトランジスタの動作
に必要なベース・エミッタ間電圧VBEが1段しか存在し
ない。このため、0.9 V程度の低い電源電圧によって動
作させることが可能である。しかし、発振波形としての
三角波の電圧振幅はトランジスタQ10のベース電圧、
すなわち、ベース・エミッタ間電圧の変化によって決定
されるため、発振波形の振幅が小さくなる。このため、
低い周波数で発振させるためには、上記した周期Tの式
より、コンデンサの容量を大きくする必要があり、コン
デンサを含めて集積回路化することが困難なものであっ
た。
【0010】この発明は、上記課題を解決するものであ
り、その目的とするところは、低電源電圧によって動作
可能であり、しかも、小容量のコンデンサによって低い
周波数の発振が可能であり、集積回路化に適した可変周
波数発振回路を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、反転増幅器
とコンデンサとからなる積分器と、前記積分器に発振周
波数を制御するための制御電流を供給する電流量を変化
可能な第1の定電流源と、前記積分器の出力端に一端が
接続された抵抗と、この抵抗の他端に接続された第2の
定電流源と、前記抵抗の他端にベースおよびコレクタが
接続され、前記第2の定電流源の出力電流から前記抵抗
に流れる電流を差し引いた電流が前記コレクタに流れる
第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタとベー
スが共通接続され、第1のトランジスタのコレクタ電流
に比例したコレクタ電流が流れる第2のトランジスタ
と、前記第2のトランジスタのコレクタに電流を供給す
る電流量を変化可能な第3の定電流源と、前記第2のト
ランジスタのコレクタ電流と第3の定電流源の出力電流
との差に応じて、前記第1、第3の定電流源の電流量を
制御する制御信号を出力する制御手段と、前記制御信号
を発振出力として出力する出力端子とを具備している。
【0012】
【作用】すなわち、この発明は、制御手段によって第2
のトランジスタのコレクタ電流と第3の定電流源の出力
電流との差に応じて、第1、第3の定電流源の電流量を
制御し、第1、第2の定電流源によって抵抗を介して積
分器を構成するコンデンサを充放電させている。したが
って、抵抗値や第1の定電流源の電流値を変えることに
より、小容量のコンデンサを使用して低い周波数の発振
が可能であり、しかも、コンデンサを小容量化できるた
め、集積回路に適しているものである。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して説明する。図1は、この発明の第1の実施例を示
すものである。図1において、積分器INTは反転増幅
器E20と、この反転増幅器E20の入出力端に接続さ
れたコンデンサC20とによって構成されている。この
反転増幅器E20の入力端はスイッチ回路20、定電流
源21を介して接地されるとともに、定電流源22を介
して電源Vccが供給される電源端子23に接続されてい
る。前記定電流源22と定電流源21の出力電流I2
2、I21の関係は例えば1対2とされている。
【0014】前記反転増幅器E20の出力端は抵抗R2
0の一端に接続されている。この抵抗R20の他端は、
NPN型トランジスタQ20のベースおよびコレクタに
接続されるとともに、定電流源24を介して前記電源端
子23に接続されている。前記トランジスタQ20のエ
ミッタは接地され、ベースはNPN型トランジスタQ2
1のベースと共通接続されている。これらトランジスタ
Q20、Q21はカレントミラー回路を構成している。
このトランジスタQ21のエミッタは接地され、コレク
タは定電流源25を介して前記電源端子23に接続され
るとともに、スイッチ回路26および定電流源27を介
して前記電源端子23に接続されている。さらに、トラ
ンジスタQ21のコレクタはスイッチ制御回路28を介
して出力端子29に接続されている。
【0015】前記スイッチ制御回路28は、トランジス
タQ21のコレクタ電流Ic(Q21)と、定電流源25、2
7の出力電流I25、I27の加算値I25+I27と
が(4)式に示す関係のとき、スイッチ回路20、26
をオフ状態とする制御信号を出力し、スイッチ回路2
0、26をオフ状態とする。 Ic(Q21)>I25+I27 …(4) また、トランジスタQ21のコレクタ電流Ic(Q21)が定
電流源25の出力電流I25より小さくなった場合(I
c(Q21)<I25)、スイッチ回路20、26をオン状態
とする制御信号を出力し、スイッチ回路20、26をオ
ン状態とする。さらに、前記制御信号は、発振出力とし
て出力端子29から出力される。
【0016】上記構成において、抵抗R20の一端と反
転増幅器E20の接続ノードをA、抵抗R20の他端と
トランジスタQ20のベースとの接続ノードをBとして
動作について説明する。電源が投入され、電源端子23
に直流電圧Vccが印加された直後、接続ノードAの電位
は接地レベルとなっている。この時、接続ノードBの電
位は接続ノードAの電位よりも高いため、抵抗R20に
は接続ノードBから接続ノードA方向に電流IABが流れ
る。このとき、トランジスタQ20のコレクタ電流Ic
(Q20)は、定電流源24の出力電流I24から抵抗R2
0に流れる電流IABを差し引いた電流値I24−IABと
なる。トランジスタQ20とトランジスタQ21はカレ
ントミラー回路を構成しているため、トランジスタQ2
1のコレクタ電流Ic(Q21)は、トランジスタQ20のコ
レクタ電流Ic(Q20)と等しく、 Ic(Q21)=I24−IAB …(5) となり、Ic(Q21)<I25となるため、スイッチ制御回
路28の作用によってスイッチ回路20、26が共にオ
ン状態となる。すると、積分器INTにおいて、コンデ
ンサC20は定電流源22の出力電流I22から定電流
源21の出力電流I21を差し引いた電流値I22−I
21で充電され、接続ノードAの電位が上昇する。この
時、スイッチ回路26がオン状態となっているため、定
電流源25の出力電流I25に定電流源27の出力電流
I27が加えられ、 Ic(Q21)<I25+I27 …(6) となることにより、スイッチ制御回路28はスイッチ回
路20、26をオン状態とする制御信号を出力したまま
となる。
【0017】この状態で接続ノードAの電位が上昇し続
け、接続ノードAとBの電位が等しくなったとき抵抗R
20には電流が流れなくなる。接続ノードAの電位が接
続ノードBの電位よりも高くなった瞬間に、トランジス
タQ21のコレクタ電流Ic(Q21)と定電流源25、27
の出力電流I25、I27の関係は Ic(Q21)>I25+I27 …(7) となり、スイッチ制御回路28によってスイッチ回路2
0、26がオフ状態とされる。すると、コンデンサC2
0は定電流源21が遮断されているため、定電流源22
の出力電流I22と同一経路で放電される。これに伴い
接続ノードAの電位が徐々に低下し、抵抗R20には接
続ノードBからAに向かって電流IABが流れる。この
時、定電流源27は遮断されているため、トランジスタ
Q21のコレクタ電流Ic(Q21)と定電流源25の出力電
流I25の関係は Ic(Q21)>I25+0 …(8) となり、スイッチ制御回路28はスイッチ回路20、2
6をオフ状態とする制御信号を発生したままとなる。
【0018】この状態において、接続ノードAの電位が
低下し続け、 Ic(Q21)<I25 …(9) となると、スイッチ制御回路28によってスイッチ回路
20、26がオン状態とされ、コンデンサC20の充電
が再び開始される。以下、同様の動作が繰り返され、発
振動作が持続される。
【0019】上記実施例において、接続ノードAの電位
は図2(a)に示すように、抵抗R20に流れる電流I
ABの変化量であり、電流I24−I25と抵抗R20と
によって発生する電圧降下を電圧振幅とした三角波とな
る。このため、抵抗R20の抵抗値や定電流源24、2
5の電流値を変えることにより、大きな振幅を取り出す
ことができる。また、三角波の周期Tは、 T=2(I24−I25)R20C20/(I21−I22)…(10) となる。したがって、抵抗R20の抵抗値や定電流源2
4、25、21、22の出力電流を変えることにより、
小容量のコンデンサC20を使用して低い周波数の信号
を発振することができる。
【0020】また、スイッチ制御回路28から出力され
る制御信号は図2(b)に示すように、ハイレベルでス
イッチ回路20、26をオフ状態とし、ローレベルでス
イッチ回路20、26をオン状態とするようになってお
り、この制御信号が発振出力として出力端子29から取
り出される。この出力端子29から出力される信号の周
期は、上記(10)式から明らかなように、例えば定電
流源21、22の出力電流I21、I22を変化させる
ことにより変えることができる。
【0021】また、図1に示す回路は、電源端子23と
接地間に存在するトランジスタの動作に必要なベース・
エミッタ間電圧は1段のみとなっている。このため、0.
9 V程度の低い電源電圧によっても十分に動作させるこ
とが可能である。図3は、図1に示す回路を具体的に示
すものであり、図1と同一部分には同一符号を付す。図
3において、定電流源30とトランジスタQ30、Q3
1からなるカレントミラー回路によって前記定電流源2
2が構成され、トランジスタQ31のコレクタから出力
電流I22が出力される。また、前記定電流源30とト
ランジスタQ30、Q32からなるカレントミラー回路
およびトランジスタQ33、Q34からなるカレントミ
ラー回路によって前記定電流源21が構成され、トラン
ジスタQ34のコレクタから出力電流I21が出力され
る。前記トランジスタQ30、Q32からなるカレント
ミラー回路は前記定電流源30の出力電流I30の2倍
の電流を出力するように設定されている。
【0022】また、積分器INTは定電流源31とトラ
ンジスタQ35、Q36からなるカレントミラー回路、
前記トランジスタQ36のコレクタにコレクタが接続さ
れたトランジスタQ37、およびこのトランジスタQ3
7のコレクタ・ベース間に接続されたコンデンサC20
によって構成されている。さらに、前記定電流源24は
前記定電流源31とトランジスタQ35、Q38からな
るカレントミラー回路によって構成され、トランジスタ
Q38のコレクタから出力電流I24が出力される。
【0023】また、前記定電流源25は定電流源32と
トランジスタQ39、Q40からなるカレントミラー回
路によって構成され、トランジスタQ39のコレクタか
ら出力電流I25が出力される。さらに、前記定電流源
27は定電流源33とトランジスタQ41、Q42から
なるカレントミラー回路、およびトランジスタQ43、
Q44からなるカレントミラー回路によって構成され、
トランジスタQ43のコレクタから出力電流I27が出
力される。
【0024】また、前記スイッチ回路20は前記トラン
ジスタ33と並列接続されたトランジスタQ45によっ
て構成され、前記スイッチ回路26は前記トランジスタ
42と並列接続されたトランジスタQ46によって構成
されている。さらに、前記スイッチ制御回路28は、ト
ランジスタQ47と抵抗R30、R31によって構成さ
れている。前記トランジスタQ47のベースは前記トラ
ンジスタQ21、Q39、Q43のコレクタに接続さ
れ、エミッタは電源端子23に接続され、コレクタは前
記出力端子29および前記抵抗R30、R31の一端に
接続されている。抵抗R30の他端はトランジスタQ4
6のベースに接続され、R31の他端はトランジスタQ
45のベースに接続されている。
【0025】図4は、この発明の第2の実施例を示すも
のであり、図3と同一部分には同一符号を付す。この実
施例は、出力端子29から出力される発振出力と位相の
ずれた発振出力を別途出力させるものである。図4にお
いて、トランジスタQ50のベースは前記トランジスタ
Q21のベースに共通接続されている。このトランジス
タQ50のコレクタ電流Ic(Q50) はトランジスタQ21
のコレクタ電流Ic(Q21) と等しくされている。トランジ
スタQ50のエミッタは接地され、コレクタはトランジ
スタQ51のコレクタに接続されている。このトランジ
スタQ51のエミッタは電源端子23に接続され、ベー
スはトランジスタQ52のベースに接続されている。こ
のトランジスタQ52のエミッタは電源端子23に接続
され、コレクタは定電流源50を介して接地されてい
る。前記トランジスタQ50のコレクタはトランジスタ
Q53のベースに接続されている。このトランジスタQ
53のエミッタは電源端子23に接続され、コレクタは
出力端子51に接続されるとともに、抵抗R50を介し
て接地されている。
【0026】前記トランジスタQ53は、トランジスタ
Q50のコレクタ電流Ic(Q50) 、すなわち、トランジス
タQ21のコレクタ電流Ic(Q21) とトランジスタQ51
のコレクタ電流I50の関係が、 Ic(Q21) >I50 となったときオン状態となる。
【0027】ここで、トランジスタQ21のコレクタ電
流Ic(Q21) は、トランジスタQ47がオン状態となった
場合に最大値Imax となり、 Imax =I25+I27 で示される。また、トランジスタQ47がオフ状態とな
った場合、最小値Iminとなり、 Imin =I25 で示される。図5(a)にトランジスタQ21のコレク
タ電流Ic(Q21) の変化を示す。
【0028】ここで、トランジスタQ51のコレクタ電
流I50を、トランジスタQ21のコレクタ電流の最大
値Imax と最小値Iminの中間の電流に設定すれば、トラ
ンジスタQ53のコレクタに接続されている出力端子5
1から、図5(b)に示すように、出力端子29から出
力される信号と90°位相がずれた信号を出力すること
ができる。すなわち、定電流源50の出力電流I50
は、 I50=Imin +{(Imax −Imin ) /2} となっていればよいこととなる。
【0029】図6は、この発明の第3の実施例を示すも
のであり、図4と同一部分には同一符号を付し、異なる
部分についてのみ説明する。この実施例は、前記トラン
ジスタQ37、トランジスタQ20のベース電流の影響
により、発振出力のデューティに生ずる誤差を軽減する
ために、ベース電流の補正を行ったものである。図6に
おいて、ベース電流補正回路はトランジスタQ60〜Q
63、抵抗R60、R61によって構成されている。す
なわち、前記トランジスタQ37のベースは抵抗R60
を介して接地されるとともに、トランジスタQ61のコ
レクタに接続されている。このトランジスタQ61のエ
ミッタは電源端子23に接続され、ベースはトランジス
タQ60のコレクタに接続されている。このトランジス
タQ60のエミッタは接地され、ベースはトランジスタ
Q34のコレクタに接続されている。
【0030】また、前記トランジスタQ20のベースは
抵抗R61を介して接地されるとともに、トランジスタ
Q63のコレクタに接続されている。このトランジスタ
Q63のエミッタは電源端子23に接続され、ベースは
トランジスタQ62のコレクタに接続されている。この
トランジスタQ62のエミッタは接地され、ベースは前
記抵抗R20の接続ノードBに接続されている。
【0031】このような構成とすることにより、トラン
ジスタQ37、トランジスタQ20のベース電流を安定
化できるため、発振出力のデューティに誤差が生ずるこ
とを防止できる。その他、この発明の要旨を変えない範
囲において種々変形実施可能なことは勿論である。
【0032】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、低電源電圧によって動作可能であり、しかも、小容
量のコンデンサによって低い周波数の発振が可能であ
り、集積回路化に適した可変周波数発振回路を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示すものであり、概
略的な構成を示す回路図。
【図2】図1の動作を示す波形図。
【図3】図1に示す回路を具体的に示す回路図。
【図4】この発明の第2の実施例を示す回路図。
【図5】図4の動作を示す波形図。
【図6】この発明の第3の実施例を示す回路図。
【図7】従来の可変周波数発振回路を示す回路図。
【図8】図7の動作を示す波形図。
【図9】従来の可変周波数発振回路を示す回路図。
【図10】図9の動作を示す波形図。
【符号の説明】
20、26…スイッチ回路、21、22、24、25、
27…定電流源、28…スイッチ制御回路、INT…積
分器、R20…抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−32514(JP,A) 特開 平3−228423(JP,A) 特開 平5−83092(JP,A) 特開 平5−160960(JP,A) 実開 昭61−44937(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03B 5/00 - 5/28 H03K 3/00 - 6/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反転増幅器とコンデンサとからなる積分
    器と、 前記積分器に発振周波数を制御するための制御電流を供
    給する電流量を変化可能な第1の定電流源と、 前記積分器の出力端に一端が接続された抵抗と、 この抵抗の他端に接続された第2の定電流源と、 前記抵抗の他端にベースおよびコレクタが接続され、前
    記第2の定電流源の出力電流から前記抵抗に流れる電流
    を差し引いた電流が前記コレクタに流れる第1のトラン
    ジスタと、 前記第1のトランジスタとベースが共通接続され、第1
    のトランジスタのコレクタ電流に比例したコレクタ電流
    が流れる第2のトランジスタと、 前記第2のトランジスタのコレクタに電流を供給する電
    流量を変化可能な第3の定電流源と、 前記第2のトランジスタのコレクタ電流と第3の定電流
    源の出力電流との差に応じて、前記第1、第3の定電流
    源の電流量を制御するための制御信号を出力する制御手
    段と、 前記制御信号を発振出力として出力する出力端子とを具
    備することを特徴とする可変周波数発振回路。
  2. 【請求項2】 ベースが前記第1、第2のトランジスタ
    と共通接続された第3のトランジスタと、 前記第3のトランジスタのコレクタに接続された第4の
    定電流源と前記第3のトランジスタのコレクタに接続さ
    れた出力手段とをさらに具備し、前記出力手段は前記第3のトランジスタのコレクタ電流
    と前記第4の定電流源に流れる電流との差に応じて 、前
    記発振出力と位相が相違する信号を出力することを特徴
    とする請求項1記載の可変周波数発振回路。
  3. 【請求項3】 前記積分器は反転増幅器としての第4の
    トランジスタを有し、 前記第1の定電流源と前記第4のトランジスタのベース
    の相互間に接続され、前記第4のトランジスタのベース
    電流を安定化する第1の安定化回路と、 前記抵抗の他端と前記第1のトランジスタのベースの相
    互間に接続され、前記第1のトランジスタのベース電流
    を安定化する第2の安定化回路とを具備することを特徴
    とする請求項1記載の可変周波数発振回路。
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