JP3561695B2 - 電圧制御型発振器およびそれを用いた位相同期発振器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御により発振周波数を変化させることができる電圧制御型発振器およびそれを用いた位相同期発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、マイクロ波周波数を発振するマイクロ波発振器として電圧制御型発振器を用いた位相同期発振器(PLO)が用いられている。
【0003】
図17は従来の分周型位相同期発振器の構成の一例を示すブロック図である。図17において、位相同期発振器は、基準信号源2、位相比較器3、ローパスフィルタ4、電圧制御型発振器(以下、VCOと呼ぶ)10、電力分配器9および分周器5を備える。
【0004】
基準信号源2は基準信号を発生する。位相比較器3は、基準信号源2により発生された基準信号と後述する分周器5から与えられる分周信号との位相比較を行い、位相差に対応する位相差信号を出力する。ローパスフィルタ4は、位相比較器3から出力される位相差信号の低域成分を通過させ、制御電圧VcとしてVCO10の入力端子111に与える。
【0005】
VCO10は、入力端子111の制御電圧Vcに対応する周波数の出力信号Outを出力端子112に出力する。VCO10の出力端子112の出力信号Outは、電力分配器9により出力端子16に出力されるとともに帰還信号として分周器5に与えられる。分周器5は、電力分配器9から与えられる帰還信号を分周し、分周信号として位相比較器3に与える。このようにして、位相同期ループが構成される。
【0006】
図18は従来のサンプリング型位相同期発振器の構成の一例を示すブロック図である。
【0007】
図18において、位相同期発振器は、基準信号源2、サンプリング位相比較器(以下、SPDと呼ぶ)6、ローパスフィルタ4、VCO10および電力分配器9を備える。
【0008】
基準信号源2は基準信号を発生する。SPD6は、基準信号源2により発生される基準信号をパルス列に変換し、そのパルス列を用いて後述する電力分配器9から与えられる帰還信号をサンプリングすることにより、基準信号と帰還信号との相対的位相差を検出し、位相差信号をローパスフィルタ4に与える。ローパスフィルタ4は、SPD6から与えられる位相差信号の低域成分を通過させ、VCO10の入力端子111に制御電圧Vcとして与える。
【0009】
VCO10は、入力端子111の制御電圧Vcに対応する周波数の出力信号Outを出力端子112に出力する。VCO10の出力端子112の出力信号Outは、電力分配器9により出力端子16に出力されるとともに帰還信号としてSPD6に与えられる。このようにして、位相同期ループが構成される。
【0010】
図17および図18の位相同期発振器において、出力端子16に接続される負荷が変動すると、発振周波数が変化する。そこで、例えば、特開昭60−53306号公報には、負荷変動に対して発振周波数を安定化させるために、VCOの発振回路に減衰器、緩衝(バッファ)増幅器、アイソレータ等からなる出力回路を付加することにより、VCOと負荷とを分離することが提案されている。
【0011】
図19は図17および図18の位相同期発振器におけるVCO10の構成を示すブロック図である。
【0012】
VCO10は、発振回路100および出力回路110を含む。出力回路110は、減衰器、緩衝増幅器、アイソレータ等からなる。発振回路100の入力端子111には制御電圧Vcが与えられる。発振回路100の電源端子114には直流電源により電源電圧Vddが与えられる。また、発振回路100は、減衰器等からなる出力回路110を介して出力端子112に接続されている。
【0013】
このように、従来のVCO10においては、発振回路100と出力端子112との間に出力回路110が挿入されているので、負荷変動に対して発振周波数を安定化させることができる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の位相同期発振器においては、VCO10の発振回路100と出力端子112との間に出力回路110が挿入されているので、発振回路100の出力電力が出力回路110を通過することにより減衰する。それにより、分周器5またはSPD6に戻される帰還信号の電力が減衰する。そのため、所定の電力の帰還信号を得るために、出力回路110による減衰量を考慮して発振回路100の出力電力を増加させることが必要となる。その結果、消費電力が増大する。
【0015】
本発明の目的は、負荷変動に対して発振周波数を安定化させつつ発振回路の出力電力を低減することができる電圧制御型発振器およびそれを用いた位相同期発振器を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
(1)第1の発明
第1の発明に係る電圧制御型発振器は、制御電圧を受ける入力端子と、出力端子と、帰還端子と、入力端子の制御電圧に応じた周波数の信号を発生する発振回路と、発振回路により発生された信号を出力端子に出力する出力回路と、発振回路により発生された信号の一部を帰還信号として帰還端子に分配する分配回路と、前記発振回路に電源電圧を印加するための電源端子と、を備え、前記分配回路は、前記発振回路から前記電源端子に漏洩する信号を前記帰還端子に導く分岐回路を含むものである。
【0017】
本発明に係る電圧制御型発振器においては、発振回路により入力端子の制御電圧に応じた周波数の信号が発生され、出力回路により出力端子に出力される。この場合、出力回路が発振回路と出力端子との間に挿入されているので、出力端子に接続される負荷の変動による発振回路の発振周波数の変化が防止される。
【0018】
また、発振回路により発生された信号の一部が帰還信号として帰還端子に分配されるので、帰還信号が出力回路により減衰されない。それにより、所定の電力の帰還信号を得るために必要な発振回路の出力電力を低減することができる。
【0019】
したがって、負荷変動に対して発振周波数を安定化させつつ発振回路の出力電力を低減することができる。
【0021】
また、発振回路から電源端子に漏洩する信号が帰還信号として用いられる。それにより、帰還信号が出力回路により減衰されない。
【0022】
(2)第2の発明
第2の発明に係る電圧制御型発振器は、第2の発明に係る電圧制御型発振器の構成において、分岐回路は、電源端子と帰還端子との間に直列に接続されたコンデンサおよび増幅器を含むものである。
【0023】
この場合、直流成分の通過がコンデンサにより阻止されるとともに、発振回路から電源端子に漏洩する信号が増幅器により増幅されて帰還信号として帰還端子に与えられる。それにより、所定の電力の帰還信号を得るために必要な発振回路の出力電力をさらに低減することができる。
【0024】
(3)第3の発明
第3の発明に係る電圧制御型発振器は、第1の発明に係る電圧制御型発振器の構成において、分配回路は、発振回路から入力端子に漏洩する信号を帰還端子に導く分岐回路を含むものである。
【0025】
この場合、発振回路から入力端子に漏洩する信号が帰還信号として用いられる。それにより、帰還信号が出力回路により減衰されない。
【0026】
(4)第4の発明
第4の発明に係る電圧制御型発振器は、第3の発明に係る電圧制御型発振器の構成において、分岐回路は、入力端子と帰還端子との間に直列に接続されたコンデンサおよび増幅器を含むものである。
【0027】
この場合、直流成分の通過がコンデンサにより阻止されるとともに、発振回路から入力端子に漏洩する信号が増幅器により増幅されて帰還信号として帰還端子に与えられる。それにより、所定の電力の帰還信号を得るために必要な発振回路の出力電力をさらに低減することができる。
【0028】
(5)第5の発明
第5の発明に係る電圧制御型発振器は、第1の発明に係る電圧制御型発振器の構成において、分配回路は、発振回路により発生される信号を出力回路と帰還端子とに分配する電力分配器を含むものである。
【0029】
この場合、発振回路により発生される信号の一部が出力回路の前段で電力分配器により帰還端子に分配されて帰還信号として用いられる。それにより、帰還信号が出力回路により減衰されない。
【0030】
(6)第6の発明
第6の発明に係る電圧制御型発振器は、第5の発明に係る電圧制御型発振器の構成において、電力分配器から帰還回路に与えられる信号を増幅する増幅器をさらに備えたものである。
【0031】
この場合、電力分配器により分配される信号が増幅器により増幅されて帰還信号として帰還端子に与えられる。それにより、所定の電力の帰還信号を得るために必要な発振回路の出力電力をさらに低減することができる。
【0032】
(7)第7の発明
第7の発明に係る電圧制御型発振器は、第1〜第6のいずれかの発明に係る電圧制御型発振器の構成において、出力回路は、減衰器、緩衝増幅器またはアイソレータを含むものである。
【0033】
この場合、出力端子に接続された負荷の変動による発振回路の発振周波数の変化が減衰器、緩衝増幅器またはアイソレータにより防止される。
【0034】
(8)第8の発明
第8の発明に係る位相同期発振器は、基準信号を発生する基準信号源と、制御電圧に応じた周波数の信号を出力信号および帰還信号として出力する第1〜第7のいずれかに記載の電圧制御型発振器と、前記電圧制御型発振器からの帰還信号またはその帰還信号に基づく信号と前記基準信号源により発生された基準信号との位相比較を行い、位相差を示す位相差信号を出力する位相比較回路と、前記位相比較回路から出力される位相差信号を前記制御電圧として前記電圧制御型発振器に印加する制御電圧印加回路とを備えたものである。
【0035】
本発明に係る位相同期発振器においては、基準信号源により基準信号が発生される。また、電圧制御型発振器により制御電圧に応じた周波数の信号が出力信号および帰還信号として出力される。そして、電圧制御型発振器からの帰還信号またはその帰還信号に基づく信号と基準信号源により発生された基準信号との位相比較が位相比較回路により行われ、位相差を示す位相差信号が出力され、位相差信号が制御電圧印加回路により制御電圧として電圧制御型発振器に印加される。それにより、位相同期ループが構成される。
【0036】
電圧制御型発振器において、発振回路により入力端子の制御電圧に応じた周波数の信号が発生され、出力回路により出力端子に出力される。この場合、出力回路が発振回路と出力端子との間に挿入されているので、出力端子に接続される負荷の変動による発振回路の発振周波数の変化が防止される。
【0037】
また、発振回路により発生された信号の一部が帰還信号として帰還端子に分配されるので、帰還信号が出力回路により減衰されない。それにより、所定の電力の帰還信号を得るために必要な発振回路の出力電力を低減することができる。
【0038】
したがって、負荷変動に対して発振周波数を安定化させつつ発振回路の出力電力を低減することができる。
【0039】
(9)第9の発明
第9の発明に係る位相同期発振器は、第8の発明に係る位相同期発振器の構成において、電圧制御型発振器の帰還端子から出力される帰還信号を分周して分周信号を出力する分周器をさらに備え、位相比較回路は、分周器により出力される分周信号と基準信号源により発生される基準信号との位相比較を行う位相比較器を含むものである。
【0040】
この場合、負荷変動に対して発振周波数を安定化させつつ発振回路の出力電力を低減することができる分周型位相同期発振器が構成される。
【0041】
(10)第10の発明
第10の発明に係る位相同期発振器は、第8の発明に係る位相同期発振器の構成において、位相比較回路は、基準信号源により発生された基準信号をパルス列に変換し、パルス列で電圧制御型発振器の帰還端子から出力される帰還信号をサンプリングするサンプリング位相比較器を含むものである。
【0042】
この場合、負荷変動に対して発振周波数を安定化させつつ発振回路の出力電力を低減することができるサンプリング型位相同期発振器が構成される。
【0043】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態における位相同期発振器(PLO)の構成を示すブロック図である。図1の位相同期発振器は分周型位相同期発振器である。
【0044】
図1において、位相同期発振器は、基準信号源2、位相比較器3、ローパスフィルタ4、電圧制御型発振器(以下、VCOと呼ぶ)1および分周器5を備える。VCO1は、制御電圧Vcを受ける入力端子11、出力信号Outを出力する出力端子12、および帰還信号Loopを出力する帰還端子13を有する。VCO1の詳細な構成については、後述する。
【0045】
基準信号源2は、所定の周波数を有する基準信号を発生し、位相比較器3に与える。位相比較器3は、基準信号源2から与えられる基準信号の位相と後述する分周器5から与えられる分周信号の位相とを比較し、位相差に対応する位相差信号をローパスフィルタ4に与える。ローパスフィルタ4は、位相比較器3から与えられる位相差信号の低域成分を通過させ、制御電圧VcとしてVCO1の入力端子11に与える。
【0046】
VCO1は、入力端子11に与えられる制御電圧Vcに対応する周波数の信号を出力信号Outとして出力端子12に出力するとともに帰還信号Loopとして帰還端子13に出力する。分周器5は、帰還端子13の帰還信号Loopを分周し、分周信号を位相比較器3に与える。このようにして、位相同期ループ(PLL)が構成される。
【0047】
図2は本発明の第2の実施の形態における位相同期発振器の構成を示すブロック図である。図2の位相同期発振器はサンプリング型位相同期発振器である。
【0048】
図2において、位相同期発振器は、基準信号源2、サンプリング位相比較器(以下、SPDと呼ぶ)6、ローパスフィルタ4およびVCO1を備える。VCO1の詳細な構成については、後述する。
【0049】
基準信号源2は、所定の周波数を有する基準信号を発生し、SPD6に与える。SPD6は、基準信号源2から与えられる基準信号をパルス列に変化し、そのパルス列を用いて後述するVCO1の帰還端子13に出力される帰還信号Loopをサンプリングすることにより、基準信号と帰還信号Loopとの相対的位相差を検出し、その相対的位相差を示す位相差信号をローパスフィルタ4に与える。ローパスフィルタ4は、SPD6から与えられる位相差信号の低域成分を通過させ、制御電圧VcとしてVCO1の入力端子11に与える。
【0050】
VCO1は、入力端子11の制御電圧Vcに対応する周波数の信号を出力信号Outとして出力端子12に出力するとともに帰還信号Loopとして帰還端子13に出力する。帰還端子13の帰還信号LoopはSPD6に与えられる。このようにして、位相同期ループ(PLL)が構成される。
【0051】
図3は図1および図2の位相同期発振器におけるVCO1の構成の第1の例を示すブロック図である。
【0052】
図3において、VCO1は、発振回路100、出力回路110、直流分離用コンデンサ120および増幅器130を含む。発振回路100には、入力端子11から制御電圧Vcが与えられる。この発振回路100と出力端子12との間には出力回路110が接続されている。出力端子12には、負荷が接続される。出力回路110は、減衰器、緩衝増幅器、アイソレータ等からなる。本実施の形態では、出力回路110は減衰器からなる。出力回路110により負荷の変動に対して発振周波数が安定化される。
【0053】
発振回路100には、電源端子14から電源電圧Vddが与えられる。電源端子14は、直流分離用コンデンサ120および増幅器130を介して帰還端子13に接続されている。
【0054】
図3のVCO1においては、発振回路100から電源端子14に漏洩する信号が直流分離用コンデンサ120を通して増幅器130に与えられる。増幅器130は、電源端子14に漏洩する信号を増幅し、帰還信号Loopとして帰還端子13に与える。
【0055】
本例では、発振回路100から電源端子14に漏洩する信号を帰還信号Loopとして用いているので、帰還信号Loopが出力回路110により減衰されない。したがって、所定の電力の帰還信号Loopを得るために必要な発振回路100の出力電力を低減することができる。
【0056】
図4は図1および図2の位相同期発振器におけるVCO1の構成の第2の例を示すブロック図である。
【0057】
図4のVCO1は、発振回路100、出力回路110、直流分離用コンデンサ140および増幅器150を含む。発振回路100には、入力端子11から制御電圧Vcが与えられる。この発振回路100と出力端子12との間に出力回路110が接続されている。出力回路110には負荷が接続される。出力回路110により負荷の変動に対して発振周波数が安定化される。
【0058】
発振回路100には、電源端子14から電源電圧Vddが与えられる。入力端子11は、直流分離用コンデンサ140および増幅器150を介して帰還端子13に接続されている。
【0059】
図4のVCO1においては、発振回路100から入力端子11に漏洩する信号が直流分離用コンデンサ140を介して増幅器150に与えられる。増幅器150は、入力端子11に漏洩する信号を増幅し、帰還信号Loopとして帰還端子13に与える。
【0060】
本例では、発振回路100から入力端子11に漏洩する信号を帰還信号Loopとして用いているので、帰還信号Loopが出力回路100により減衰されない。したがって、所定の電力の帰還信号Loopを得るために必要な発振回路100の出力電力を低減することができる。
【0061】
図5は図3および図4のVCO1における主として発振回路100の構成を示すブロック図である。
【0062】
図5に示すように、発振回路100は、共振部101、発振部102、終端回路103および帯域阻止フィルタ(以下、BRFと呼ぶ)108,109を含む。共振部101は、共振回路104および同調回路105を含み、共振動作を行う。共振部101には終端回路103が接続されている。発振部102は、増幅回路106および帰還回路107を含み、発振動作を行う。
【0063】
共振部101はBRF108を介して入力端子11に接続されている。また、発振部102は、BRF109を介して電源端子14に接続されている。BRF108,109は、所定の周波数(発振周波数)の通過を阻止するように帯域制限されている。
【0064】
共振回路104は、共振素子を含み、その共振素子の共振特性を利用して発振波の周波数を狭帯域に制限し、位相雑音を低減して発振波の純度を高める。同調回路105は、可変容量素子および共振回路104との結合部からなる。同調回路105は、共振回路104と結合して共振回路104の共振周波数を変化させることにより発振周波数を同調する。
【0065】
増幅回路106は、トランジスタを含む。帰還回路107は、増幅回路106とともに帰還ループを構成し、増幅回路106の出力信号を同位相で入力側に戻し、発振を成長させる。
【0066】
終端回路103は、発振周波数以外の周波数の電力を熱として消費し、発振動作の安定化を図る。
【0067】
図6は図5の発振回路100におけるBRF108,109の伝送阻止量の周波数特性を示す図である。図6の例では、発振周波数fOSC における伝送阻止量が20dBとなっている。この場合、発振周波数fOSC の電力のうち一部のみがBRF108,109を通して入力端子11および電源端子14に漏洩する。
【0068】
ここで、図5において、共振部101から入力端子11への漏洩電力をPVcとし、出力回路110から出力端子12への出力電力をPout とし、発振部102から電源端子14への漏洩電力をPVdd とする。この場合、電力PVc,Pout ,PVdd は次式の関係を有する。
【0069】
Pout >>PVdd ,PVc
図6に示したように、VBR108,109の伝送阻止量20dBとすると、漏洩電力PVdd は次式のようになる。
【0070】
PVdd =(Pout −20)[dBm]
共振部101と発振部102との結合係数を−10dBとすると、漏洩電力PVcおよび出力電力Pout は次式の関係を有する。
【0071】
PVc=(Pout −20−10)=(Pout −30)[dBm]
このように、漏洩電力PVcおよび漏洩電力PVdd が出力電力Pout より小さいほど入力端子11および電源端子14における接続状態による発振周波数の変動への影響が少なくなる。
【0072】
図7は図1および図2の位相同期発振器におけるVCO1の構成の第3の例を示すブロック図である。
【0073】
図7に示すように、VCO1は、発振回路100、出力回路110および電力分配器160を含む。発振回路100には、入力端子11から制御電圧Vcが与えられる。発振回路100の出力信号は電力分配器160に与えられる。電力分配器160は、発振回路100の出力信号を出力回路110および帰還端子13に分配する。出力回路110は、電力分配器160から与えられる出力信号を出力端子12に出力信号Outとして与える。
【0074】
本例では、発振回路100の出力信号が出力回路110の前段で電力分配器160により分配されて帰還信号Loopとして帰還端子13に出力されるので、帰還信号Loopが出力回路110により減衰されない。したがって、所定の電力の帰還信号Loopを得るために必要な発振回路100の出力電力を低減することができる。
【0075】
図8は図1および図2の位相同期発振器におけるVCO1の構成の第4の例を示すブロック図である。
【0076】
図8のVCO1が図7のVCO1と異なるのは、電力分配器160と帰還端子13との間に増幅器170が設けられている点である。
【0077】
本例においても、発振回路100の出力信号が出力回路110の前段で電力分配器160により分配されて帰還信号Loopとして帰還端子13に出力されるので、帰還信号Loopが出力回路110により減衰されない。また、電力分配器160により分配される信号が増幅器170により増幅される。したがって、所定の電力の帰還信号Loopを得るために必要な発振回路100の出力電力をさらに低減することができる。
【0078】
【実施例】
実施例および比較例のVCOにおける発振回路の出力電力を比較した。
【0079】
図9(a)は実施例のVCOの構成を示すブロック図、図9(b)は比較例のVCOの構成を示すブロック図である。
【0080】
図9(a)に示すように、実施例のVCOにおいては、発振回路100aと減衰器110aとの間に電力分配器120aが設けられている。発振回路100aから出力される発振電力をPOSC ▲1▼とし、電力分配器120aから減衰器110aに分配された出力電力をPint ▲1▼とし、減衰器110aの出力電力をPout ▲1▼とし、電力分配器120aにより分配された帰還電力をPloop▲1▼とする。電力分配器120aの分配比をγとする。
【0081】
図9(b)に示すように、比較例のVCOにおいては、発振回路100bの後段に減衰器110bが接続され、減衰器110bの後段に電力分配器120bが接続されている。
【0082】
発振回路100bから減衰器110bに出力される発振電力をPOSC ▲2▼とし、減衰器110bから電力分配器120bに出力される出力電力をPint ▲2▼とし、電力分配器120bにより分配された出力電力をPout ▲2▼とし、電力分配器120bにより分配された帰還電力をPloop▲2▼とする。電力分配器120bの分配比をβとする。
【0083】
ここで、出力電力Pout ▲1▼,Pout ▲2▼を一定としかつ帰還電力Ploop▲1▼,Ploop▲2▼を一定とした場合に必要となる発振電力POSC ▲1▼,POSC ▲2▼を算出して比較する。
【0084】
図10は実施例および比較例のVCOにおける発振電力POSC ▲1▼,POSC ▲2▼の算出過程を示す図である。図10において、減衰器110a,110bの減衰量を単位[dB]で表し、電力分配器120a,120bの分配量を単位[W]で表し、1mW=0dBmの関係(X[mW]→10・logX[dBm])を用いる。ここで、減衰器110a,110bの減衰量をα[dB]とする。
【0085】
まず、Pout ▲1▼=Pout ▲2▼=A[mW]=10・logA[dBm]とする。
実施例のVCOでは、減衰器の110aの減衰量がα[dB]であるので、電力分配器120aの出力電力Pint▲1▼はα+10・logA[dBm]=10( α /10+logA) [mW]となる。また、電力分配器120aの分配比がγであるので、帰還電力Ploop▲1▼はγ・10( α /10+logA) [mW]となる。
【0086】
したがって、発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼は(1+γ)・10( α /10+logA) [mW]となる。
【0087】
比較例のVCOでは、電力分配器120bの分配比がβであるので、帰還電力Ploop▲2▼はβA[mW]となる。したがって、減衰器110bの出力電力Pint ▲2▼はA(1+β)[mW]=10・logA(1+β)[dBm]となる。減衰器110bの減衰量はα[dB]であるので、発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼はα+10・logA(1+β)[dBm]=10[ α /10+logA(1+ β )][mW]となる。
【0088】
また、Ploop▲1▼=Ploop▲2▼とすると、次式が成立する。
γ・10( α /10+logA )=βA
したがって、分配比γは次式のようになる。
【0089】
γ=βA・10−( α /10+logA)
また、発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼は次式のようになる。
【0090】
POSC ▲1▼=10( α /10+logA )+βA
上式から発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼は次式のようになる。
【0091】
POSC ▲2▼=10[ α /10+logA(1+ β )]
図11(a),(b)はそれぞれ実施例および比較例のVCOにおける各部の電力の具体的な数値例を示す図である。また、図12は図11の実施例および比較例のVCOにおける発振回路100a,100bの発振電力の算出過程を示す図である。
【0092】
図11および図12は減衰器110a,110bの減衰量が小さく、帰還電力Ploop▲1▼,Ploop▲2▼が小さい場合を示している。
【0093】
本例では、実施例の電力分配器120aの分配比を0.025とし、比較例の電力分配器120bの分配比を0.1とし、減衰器110a,110bの減衰量を−6dBとする。
【0094】
実施例のVCOにおいて、減衰器110aの出力電力Pout ▲1▼を10mW(+10dBm)とする。この場合、減衰器110aの減衰量が−6dBであるので、電力分配器120aの出力電力Pint ▲1▼は39.81mW(+16dBm)となる。また、電力分配器120aの分配比が0.025であるので、帰還電力Ploop▲1▼は1mW(+0dBm)となり、発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼は40.81mW(+16.1dBm)となる。
【0095】
一方、比較例のVCOにおいて、電力分配器120bの出力電力Pout ▲2▼を10mW(+10dBm)とする。この場合、電力分配器120bの分配比が0.1であるので、帰還電力Ploop▲2▼は1mW(+0dBm)となり、減衰器110bの出力電力Pint ▲2▼は11mW(+10.4dBm)となる。また、減衰器110bの減衰量が−6dBであるので、発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼は43.65mW(+16.4dBm)となる。
【0096】
このように、実施例のVCOにおける発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼は比較例のVCOにおける発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼に比べて約3mW低減される。それにより、電源電圧が3V、発振効率が50%の場合に、動作電流を約2mA削減することが可能となる。
【0097】
図13(a),(b)はそれぞれ実施例および比較例のVCOにおける各部の電力の具体的な数値例を示す図である。また、図14は図13の実施例および比較例のVCOにおける発振回路100a,100bの発振電力POSC ▲1▼,POSC ▲2▼の算出過程を示す図である。
【0098】
図13および図14は減衰器110a,110bの減衰量が大きく、帰還電力Ploop▲1▼,Ploop▲2▼が大きい場合を示している。
【0099】
本例では、実施例の電力分配器120aの分配比を0.126とし、比較例の電力分配器120bの分配比を1.0とし、減衰器110a,110bの減衰量を−9dBとする。
【0100】
実施例のVCOにおいて、減衰器110aの出力電力Pout ▲1▼を10mW(+10dBm)とする。この場合、減衰器110aの減衰量が−9dBであるので、電力分配器120aの出力電力Pint ▲1▼は79.43mW(+19dBm)となる。また、電力分配器120aの分配比が0.126であるので、帰還電力Ploop▲1▼は10mW(+10dBm)となり、発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼は89.43mW(+19.5dBm)となる。
【0101】
一方、比較例のVCOにおいて、電力分配器120bの出力電力Pout ▲2▼を10mW(+10dBm)とする。この場合、電力分配器120bの分配比が1.0であるので、帰還電力Ploop▲2▼は10mW(+10dBm)となり、減衰器110bの出力電力Pint ▲2▼は20mW(+13.0dBm)となる。また、減衰器110bの減衰量が−9dBであるので、発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼は158.87mW(+22.0dBm)となる。
【0102】
このように、実施例のVCOにおける発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼は比較例のVCOにおける発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼に比べて約69.44mW低減される。それにより、電源電圧が3V、発振効率が50%の場合に、動作電流を約46mA削減することが可能となる。
【0103】
図15(a),(b)はそれぞれ実施例および比較例のVCOにおける発振電力量と減衰器の減衰量との関係を一般化した例を示す図である。また、図16(a),(b)はそれぞれ実施例および比較例のVCOにおける必要発振電力量および発振電力削減量と減衰器の減衰量との関係を示す図であり、(a)は電力分配器120bの分配比β=Ploop▲2▼/Pout ▲2▼=0.1の場合を示し、図16(b)は電力分配器120bの分配比β=Ploop▲2▼/Pout ▲2▼=1.0の場合を示す。
【0104】
図15(a)に示すように、実施例のVCOにおいて、減衰器110aの出力電力Pout ▲1▼を1[ユニットW]とし、電力分配器120aの分配比をγとし、帰還電力をβ[ユニットW]とし、発振回路100aの発振電力をPOSC ▲1▼[ユニットW]とする。また、図15(b)に示すように、比較例のVCOにおいて、電力分配器120bの出力電力Pout ▲2▼を1[ユニットW]とし、電力分配器120bの分配比をβとし、帰還電力をβ[ユニットW]とし、発振回路100bの発振電力をPOSC ▲2▼[ユニットW]とする。さらに、減衰器110a,110bの減衰量をα[dB]とする。
【0105】
実施例の発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼は次のようになる。
POSC ▲1▼=10( α /10)+β[ユニットW]
また、比較例の発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼は次のようになる。
【0106】
POSC ▲2▼=10[ α /10+log(1+ β ) ][ユニットW]
図16(a)に示すように、電力分配器120aの分配比βが0.1のときには、実施例のVCOにおける発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼が比較例のVCOにおける発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼よりもやや低減されている。一方、図16(b)に示すように、電力分配器120bの分配比βが1.0のときには、実施例のVCOにおける発振回路100aの発振電力POSC ▲1▼が比較例のVCOにおける発振回路100bの発振電力POSC ▲2▼に比べて大幅に低減されている。また、比較例のVCOの発振回路100bに対する実施例のVCOの発振回路100aにおける電力削減量は、減衰器100aの減衰量α[dB]が大きくなるほど大きくなっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における位相同期発振器の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態における位相同期発振器の構成を示すブロック図である。
【図3】図1および図2の位相同期発振器におけるVCOの構成の第1の例を示すブロック図である。
【図4】図1および図2の位相同期発振器におけるVCOの構成の第2の例を示すブロック図である。
【図5】図3および図4のVCOにおける主として発振回路の構成を示すブロック図である。
【図6】図5の発振回路におけるBRFの伝送阻止量の周波数特性を示す図である。
【図7】図1および図2の位相同期発振器におけるVCOの構成の第3の例を示すブロック図である。
【図8】図1および図2の位相同期発振器におけるVCOの構成の第4の例を示すブロック図である。
【図9】実施例および比較例のVCOの構成を示すブロック図である。
【図10】実施例および比較例のVCOにおける発振電力の算出過程を示す図である。
【図11】実施例および比較例のVCOにおける各部の電力の具体的な数値例を示す図である。
【図12】図11の実施例および比較例のVCOにおける発振回路の発振電力の算出過程を示す図である。
【図13】実施例および比較例のVCOにおける各部の電力の具体的な数値例を示す図である。
【図14】図13の実施例および比較例のVCOにおける発振回路の発振電力の算出過程を示す図である。
【図15】実施例および比較例のVCOにおける発振電力量と減衰器の減衰量との関係を一般化した例を示す図である。
【図16】実施例および比較例のVCOにおける必要発振電力量および発振電力削減量と減衰器の減衰量との関係を示す図である。
【図17】従来の分周型位相同期発振器の構成の一例を示すブロック図である。
【図18】従来のサンプリング型位相同期発振器の構成の一例を示すブロック図である。
【図19】図17および図18の位相同期発振器におけるVCO10の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 VCO
2 基準信号源
3 位相比較器
4 ローパスフィルタ
5 分周器
6 SPD
11 入力端子
12 出力端子
13 帰還端子
14 電源端子
100,100a,100b 発振回路
110 出力回路
110a,110b 減衰器
120,140 直流分離用コンデンサ
130,150,170 増幅器
160 電力分配器
Claims (10)
- 制御電圧を受ける入力端子と、
出力端子と、
帰還端子と、
前記入力端子の制御電圧に応じた周波数の信号を発生する発振回路と、
前記発振回路により発生された信号を前記出力端子に出力する出力回路と、
前記発振回路により発生された信号の一部を帰還信号として前記帰還端子に分配する分配回路と、
前記発振回路に電源電圧を印加するための電源端子と、を備え、
前記分配回路は、前記発振回路から前記電源端子に漏洩する信号を前記帰還端子に導く分岐回路を含むことを特徴とする電圧制御型発振器。 - 前記分岐回路は、前記電源端子と前記帰還端子との間に直列に接続されたコンデンサおよび増幅器を含むことを特徴とする請求項1記載の電圧制御型発振器。
- 制御電圧を受ける入力端子と、
出力端子と、
帰還端子と、
前記入力端子の制御電圧に応じた周波数の信号を発生する発振回路と、
前記発振回路により発生された信号を前記出力端子に出力する出力回路と、
前記発振回路により発生された信号の一部を帰還信号として前記帰還端子に分配する分配回路とを備え、
前記分配回路は、前記発振回路から前記入力端子に漏洩する信号を前記帰還端子に導く分岐回路を含むことを特徴とする電圧制御型発振器。 - 前記分岐回路は、前記入力端子と前記帰還端子との間に直列に接続されたコンデンサおよび増幅器を含むことを特徴とする請求項3記載の電圧制御型発振器。
- 前記分配回路は、前記発振回路により発生される信号を前記出力回路と前記帰還端子とに分配する電力分配器を含むことを特徴とする請求項1記載の電圧制御型発振器。
- 前記電力分配器から前記帰還回路に与えられる信号を増幅する増幅器をさらに備えたことを特徴とする請求項5記載の電圧制御型発振器。
- 前記出力回路は、減衰器、緩衝増幅器またはアイソレータを含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電圧制御型発振器。
- 基準信号を発生する基準信号源と、
制御電圧に応じた周波数の信号を出力信号および帰還信号として出力する請求項1〜7のいずれかに記載の電圧制御型発振器と、
前記電圧制御型発振器からの帰還信号またはその帰還信号に基づく信号と前記基準信号源により発生された基準信号との位相比較を行い、位相差を示す位相差信号を出力する位相比較回路と、
前記位相比較回路から出力される位相差信号を前記制御電圧として前記電圧制御型発振器に印加する制御電圧印加回路とを備えたことを特徴とする位相同期発振器。 - 前記電圧制御型発振器の前記帰還端子から出力される帰還信号を分周して分周信号を出力する分周器をさらに備え、
前記位相比較回路は、前記分周器により出力される分周信号と前記基準信号源により発生される基準信号との位相比較を行う位相比較器を含むことを特徴とする請求項8記載の位相同期発振器。 - 前記位相比較回路は、前記基準信号源により発生された基準信号をパルス列に変換し、前記パルス列で前記電圧制御型発振器の前記帰還端子から出力される帰還信号をサンプリングするサンプリング位相比較器を含むことを特徴とする請求項8記載の位相同期発振器。
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