JP3604112B2

JP3604112B2 - バランスオシレータ

Info

Publication number: JP3604112B2
Application number: JP16212797A
Authority: JP
Inventors: 龍男前田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: JPH118514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＴＶ放送の受信技術等で利用されるバランスオシレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＶ放送等の通信分野では、たくさんの通信回線を確保するために搬送波と呼ばれる高周波信号に変調をかけて送信を行っている。そして、受信側では、様々な周波数の高周波信号から選択受信を行い、復調をすることにより信号を再現している。
【０００３】
例えば、日本国内のＴＶ放送においては、映像信号をＡＭ変調（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により、音声信号をＦＭ変調（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により、放送局ごとに割り当てられた９１．２５ＭＨｚから７６５．２５ＭＨｚまでの高周波信号に変換し、送信している。
【０００４】
受信側では、図２に示すように、アンテナ１０で受信した信号を帯域通過型フィルタ１１で選択受信し、増幅器１２により増幅する。そして、混合器１３と局部発振回路１４を用いて、一旦映像信号を５８．７５ＭＨｚに、音声信号を５４．２５ＭＨｚに変換する。この変換後の信号を中間周波信号という。局部発振回路１４では帯域通過型フィルタ１１で選択受信した信号の周波数よりも５８．７５ＭＨｚ高い周波数で発振を行わせる。
【０００５】
その後、増幅器１５で中間周波信号を増幅をしてから分配器１６で帯域通過型フィルタ１７、１９にそれぞれ中間周波信号を分配する。帯域通過型フィルタ１７では中心周波数５８．７５ＭＨｚで信号を通過させて、映像復調回路１８で映像信号を再現する。帯域通過型フィルタ１９では中心周波数５４．２５ＭＨｚで信号を通過させて、音声復調回路２０で音声信号を再現する。
【０００６】
受信機ではこのような受信を行うために様々な仕様が要求されるのだが、その一つに、局部発振回路１４では必要な周波数の正確な発振を得るということがある。
【０００７】
図３に示すように、一般に発振回路は増幅器２２の出力を共振回路２３で必要な周波数成分を取り出して正帰還させることにより発振する。例えば、高周波の発振回路でよく用いられているクラップ型の発振回路は、図４に示されるように、ＮＰＮ型トランジスタＴｒ３のコレクタとエミッタ間にコンデンサＣｃｅを入れ、エミッタとベース間にコンデンサＣｂｅを入れ、そして、コレクタとベース間にコンデンサＣｃｂとコイルＬを直列となるように挿入したものである。
【０００８】
これにより、クラップ型の発振回路は電源回路等で発生するノイズ成分をトランジスタＴｒ３で増幅し、コンデンサＣｂｅ、Ｃｃｅ、ＣｃｂとコイルＬで構成した共振回路で正帰還させることにより発振する。
【０００９】
このときの発振周波数ｆは、ｆ＝１／（２×π×√（Ｌ×Ｃ））である。ただし、ＣはＣｂｅ、Ｃｃｅ及びＣｃｂの直列合成容量である。また、インダクタンスＬは使用する周波数範囲で適切な値に設定する必要がある。
【００１０】
ＴＶ受信機等の局部発振器１４（図２参照）では、前記共振回路の共振周波数を外部電圧によって変化させることにより必要な発振周波数を得ている。このような機能を有する発振回路を電圧制御発振器（ＶＣＯ）という。ＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）では前記共振回路の容量成分として、逆電圧の値によって容量が変化するバリキャップダイオードが用いられ、外部電圧ＶＴにより共振周波数を変化させて発振周波数を可変するようにしている。
【００１１】
このようなＶＣＯにおける外部電圧ＶＴと発振周波数の関係を図５に示す。逆電圧の大きさが大きくなるとバリキャップダイオードの容量値が減少するので発振周波数ｆは増加する傾向を示す。
【００１２】
この発振周波数が前記中間周波信号の生成に必要とされる周波数よりずれた場合、当然中間周波も周波数がずれることとなり、再現される映像信号や音声信号に大きな影響が及ぶことになる。そのため、この発振周波数をいかに正確に発振させるかが重要な問題となる。また、一般にトランジスタＴｒ３などの信号増幅手段は温度等の外部環境によって特性が変化するので、その結果、発振周波数が変化してしまうという問題もあった。
【００１３】
そこで、温度変化に強く、また、同相のノイズに強い差動増幅回路を利用して発振回路を構成することがある。このように構成された発振回路をバランスオシレータという。従来のクラップ型のバランスオシレータの一例を図６に示す。
【００１４】
このバランスオシレータはＶＣＯであって、およそ図４に示すクラップ型の発振回路を線対称に向かい合わせたような構成をしている。コンデンサＣｃｅはトランジスタＴｒ１側の容量Ｃｃｅ１とトランジスタＴｒ２側の容量Ｃｃｅ２の両方の役割を担っている。コイルＬもトランジスタＴｒ１側のインダクタンスＬ１とトランジスタＴｒ２側のインダクタンスＬ２の両方の役割を担っている。
【００１５】
外部電圧ＶＴを入力するために入力端子２が設けられており、抵抗Ｒｖを介してコイルＬの中点に接続されている。コンデンサＣｃｂ１とＣｖ１の接続中点は抵抗Ｒ１を介して接地され、コンデンサＣｃｂ２とＣｖ２の接続中点は抵抗Ｒ２を介して接地される。外部電圧ＶＴによってバリキャップダイオードＣｖ１、Ｃｖ２の容量値が変化するので発振周波数が変化する。
【００１６】
トランジスタＴｒ１側では、共振回路を構成しているＣｃｅ１、Ｃｂｅ１、Ｃｃｂ１、Ｃｖ１とインダクタンスＬ１で発振周波数が決まり、トランジスタＴｒ２側では、もう一つの共振回路を構成しているＣｃｅ２、Ｃｂｅ２、Ｃｃｂ２、Ｃｖ２とインダクタンスＬ２で発振周波数が決まる。尚、この回路については発明の実施の形態で再度説明する。
【００１７】
ＴＶ受信機等では、ＡＦＴ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｉｎｅＴｕｎｉｎｇ）回路（図示せず）と呼ばれる周波数補正回路が利用されることがある。ＡＦＴ回路は、中間周波信号から映像信号や音声信号を復調する際に周波数の誤差を検出し、その誤差をＡＦＴ電圧として局部発振回路１４（図２参照）に帰還させることにより、発振周波数を補正しようとするものである。
【００１８】
図７に示すように、バランスオシレータにＡＦＴ電圧を入力するための入力端子３を設け、外部電圧ＶＴで発振周波数を可変する場合と同様の要領で共振回路に更にバリキャップダイオードＣａを追加し、このバリキャップダイオードＣａにＡＦＴ電圧を印加することにより補正を行う。尚、この回路についても発明の実施の形態で再度説明する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のバランスオシレータ（図７）では、外部電圧ＶＴによる発振周波数を可変する機能に加えて、ＡＦＴ電圧による発振周波数を補正する機能を追加することにより部品点数が大幅に増えてしまうという問題があった。
【００２０】
本発明は上記課題を解決し、外部電圧ＶＴにより発振周波数を制御し、ＡＦＴ電圧によりその発振周波数を補正する機能を維持したまま部品点数の削減を行ったバランスオシレータを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、第１の信号増幅手段と、第１の共振回路と、第２の信号増幅手段と、第２の共振回路とを有し、第１の外部電圧により発振周波数を可変し、第２の外部電圧により前記発振周波数の補正を行うバランスオシレータにおいて、前記第１の共振回路には前記第１の外部電圧が印加される第１のバリキャップダイオードと、前記第２の共振回路には前記第２の外部電圧が印加される第２のバリキャップダイオードとを備えるようにしている。
【００２２】
このような構成では、第１の外部電圧により第１のバリキャップダイオードの容量値が変化するので、バランスオシレータ全体の発振周波数を可変することができる。例えば、このバランスオシレータをＴＶ受信機の局部発振回路に用いる場合、ＡＦＴ回路からのＡＦＴ電圧を上記第２の外部電圧としてバランスオシレータに入力することにより、第２のバリキャップダイオードを有する第２の共振回路側で、発振周波数を補正することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。前述したように図６はクラップ型のバランスオシレータの一例であるが、この回路では外部電圧ＶＴにより発振周波数を可変することができるが、ＡＦＴ回路により発振周波数の補正を行うことができないので、この補正を行えるようにすることをもう一度考える。
【００２４】
バランスオシレータは差動増幅回路のように線対称に構成されており、その対称軸上の点では仮想的に接地されているものと考えることができる。したがって、図６に示す回路の場合、ＣｃｅとＬの各中点では接地されていると考えることができるため、コンデンサＣｃｅはＣｃｅ１とＣｃｅ２に、コイルＬはＬ１とＬ２にそれぞれ分割してあるものとして扱う。つまり、１／Ｃｃｅ＝１／Ｃｃｅ１＋１／Ｃｃｅ２、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２である。
【００２５】
図中の抵抗成分Ｒ１、Ｒ２、Ｒｖは抵抗値を高くしているため、開いた状態として扱う。これにより、基本的には２個のトランジスタＴｒ１とＴｒ２で図４に示す発振回路をそれぞれ線対称となるように組み合わせた回路であると考えることができる。
【００２６】
以上の前提をふまえて、図６に示す発振回路と、図４に示す１個のトランジスタＴｒ３で構成された発振回路とを比較すると、図６の発振回路は図４におけるコンデンサＣｃｂをコンデンサＣｃｂ１とバリキャップダイオードＣｖ１の合成容量に置き換えたものであることが分かる。
【００２７】
したがって、トランジスタＴｒ１側では、発振周波数は、Ｌ１、Ｃｖ１、Ｃｃｂ１、Ｃｂｅ１、Ｃｃｅ１及び寄生の容量成分、インダクタンス成分によって決定される。トランジスタＴｒ２についても同様のことがいえる。尚、図４に示す発振回路はエミッタを接地していたが、図６に示す発振回路ではトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のコレクタを接地し、エミッタに定電流源回路１を接続している。
【００２８】
図６に示す回路からさらにＡＦＴ回路による発振周波数の補正を行うために、容量Ｃｂｅ１、Ｃｃｂ１、Ｃｃｅ１のいずれかをバリキャップダイオードに置き換える必要がある。ただし、Ｃｂｅ１やＣｃｂ１をバリキャップダイオードに置き換える場合には、Ｃｂｅ２やＣｃｂ２も同時に置き換える必要がある。
【００２９】
Ｃｃｅ１をバリキャップダイオードに置き換える場合にはＣｃｅを置き換えるだけでよいので、Ｃｂｅ１やＣｃｂ１を置き換える場合と比較すると、追加する部品点数が半数で済む。よって、Ｃｃｅのように両方の共振回路で共通に使っているものを置き換える。
【００３０】
図７にＣｃｅをバリキャップダイオードに置き換えた場合のクラップ型バランスオシレータの例を示す。ここでは、図６におけるコンデンサＣｃｅをコンデンサＣｃｅと補正用のバリキャップダイオードＣａの合成容量に置き換えている。そして、ＣｃｅとＣａの接続中点には抵抗Ｒａを介して入力端子３が接続される。入力端子３にはＡＦＴ回路（図示せず）からのＡＦＴ電圧が入力される。これにより、ＡＦＴ電圧によりバリキャップダイオードＣａの容量が変化するので、発振周波数の補正を行うことができる。
【００３１】
以上、従来のバランスオシレータについて説明した。続いて、本実施形態のバランスオシレータについて説明する。図１は本実施形態のバランスオシレータの回路図である。ＮＰＮ型トランジスタＴｒ１とＴｒ２のコレクタはともに接地される。トランジスタＴｒ１のエミッタとトランジスタＴｒ２のエミッタの間にはコンデンサＣｃｅが挿入される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のそれぞれについてベースとエミッタの間にコンデンサＣｂｅ１、Ｃｂｅ２が接続される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は信号増幅手段である。
【００３２】
トランジスタＴｒ１とＴｒ２のエミッタはともに定電流源回路１に接続される。トランジスタＴｒ１のベースからトランジスタＴｒ２のベースまで順に直列となるようにバリキャップダイオードＣｖ、コンデンサＣｃｂ１、コイルＬ、コンデンサＣｃｂ２とバリキャップダイオードＣａが接続されている。
【００３３】
バリキャップダイオードＣｖとコンデンサＣｃｂ１の接続中点に抵抗Ｒｖを介して入力端子２が接続される。端子２には発振周波数を可変するための外部電圧ＶＴが入力される。バリキャップダイオードＣａとコンデンサＣｃｂ２の接続中点に抵抗Ｒａを介して入力端子３が接続される。端子３には発振周波数を補正するためのＡＦＴ電圧が入力される。
【００３４】
バリキャップダイオードＣｖのトランジスタＴｒ１側は抵抗Ｒ１を介して接地される。バリキャップダイオードＣａのトランジスタＴｒ２側は抵抗Ｒ２を介して接地される。これにより、バリキャップダイオードＣｖ、Ｃａにはそれぞれ外部電圧ＶＴ、ＡＦＴ電圧が印加されるようになる。抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｖ、Ｒａの抵抗値は高くしてある。
【００３５】
このように本実施形態では、図６に示した回路で用いられている２個のバリキャップダイオードＣｖ１とＣｖ２の一方を発振周波数を可変するためのＣｖに、他方を周波数補正用のＣａに使用している。そのため、更にバリキャップダイオードを追加する必要がない。
【００３６】
そして、ＶＣＯとして図５に示す発振回路と同等の機能を発揮するためには、トランジスタＴｒ１とＴｒ２の接続間のリアクタンス成分が同等となっている必要があるので、使用するバリキャップダイオードＣｖ、ＣａやＣｃｂ１、Ｌ、Ｃｃｂ２の調整を行う。
【００３７】
バランスオシレータの発振周波数はＣｃｅ、Ｃｂｅ１、Ｃｂｅ２、Ｃｖ、Ｃｃｂ１、Ｌ、Ｃｃｂ２、Ｃａにより決まる。これにより、外部電圧ＶＴにより発振周波数が可変され、ＡＦＴ回路からのＡＦＴ電圧により発振周波数を補正することができる。
【００３８】
本実施形態の回路によれば、バランス回路としては、完全に左右対称形とはならないものの、ＡＦＴ回路からの周波数を補正する機能が追加されていても部品点数がほとんど増加せず、従来のバランスオシレータ（図７）と比較してコスト的にメリットがある。また、共振回路の物理的長がＡＦＴ電圧による補正がない場合と同等にできるので、バランスオシレータにＡＦＴ回路を接続したときに通常問題となる寄生素子の増加による高周波特性の劣化等の悪影響を回避することができるなどのメリットがある。
【００３９】
クラップ型のバランスオシレータに限らず、差動増幅回路を利用した一般のバランスオシレータであっても、２個の共振回路の一方では外部電圧ＶＴにより発振周波数を可変させ、他方ではＡＦＴ電圧により発振周波数の補正を行わせることができ、上述のように部分点数の削減が可能となる。尚、ＴＶ受信機における場合を例にして説明したが、その他にも発振周波数の補正機能を備えたＶＣＯが利用されるところで、本実施形態のバランスオシレータを用いることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バランスオシレータ及びＡＦＴ回路による機能を維持しながら、従来の回路（図７）に比べて大幅に部品点数を減らすことができる。また、そのことにより、共振回路の物理的距離を短くすることができ、スペースの削減と、高周波特性の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバランスオシレータの回路図。
【図２】ＴＶ放送受信機の復調のしくみを示すブロック図。
【図３】発振回路の概念を示すブロック図。
【図４】基本的なクラップ型の発振回路の回路図。
【図５】外部電圧ＶＴと発振周波数ｆの関係を示す特性図。
【図６】クラップ型のバランスオシレータの一例の回路図。
【図７】従来のＡＦＴ電圧による補正機能付きのクラップ型バランスオシレータの回路図。
【符号の説明】
１定電流源回路
２、３入力端子
Ｔｒ１、Ｔｒ２トランジスタ
Ｃｖ、Ｃａバリキャップダイオード
Ｒ１、Ｒ２、Ｒａ、Ｒｖ抵抗
Ｃｃｅ１、Ｃｂｅ１、Ｃｂｅ２、Ｃｃｂ１、Ｃｃｂ２コンデンサ

Claims

互いのコレクタが接地された第１及び第２のバイポーラトランジスタと、前記第１及び第２のバイポーラトランジスタの両方のエミッタに接続された定電流源回路と、前記第１のバイポーラトランジスタのエミッタと前記第２のバイポーラトランジスタのエミッタの間に両端が接続された第１のコンデンサと、前記第１及び第２のバイポーラトランジスタのそれぞれのベースとエミッタの間に接続された第２及び第３のコンデンサと、前記第１及び第２のバイポーラトランジスタの両方のベース間に直列となるように接続された第１のバリキャップダイオード、第４のコンデンサ、コイル、第５のコンデンサ及び第２のバリキャップダイオードと、前記第１のバリキャップダイオードと第４のコンデンサの間に、発振周波数を可変するための第１の外部電圧を導き入れる第１の入力端子と、前記第２のバリキャップダイオードと第５のコンデンサの間に、前記発振周波数を補正するための第２の外部電圧を導き入れる第２の入力端子と、を有することを特徴とするバランスオシレータ。