JP3860316B2 - 安定化発振回路 - Google Patents
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- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路(IC)に形成される発振回路に係り、特に電源変動に依存する発振周波数変動を抑制した安定化発振回路に関するもので、例えば電池駆動型携帯機器に搭載されるFMラジオ受信回路などに使用される。
【0002】
【従来の技術】
従来、電池駆動型携帯用のテープレコーダ、CDプレーヤなどに搭載されるFMラジオ受信機の局部発振回路としてICに形成される発振回路は、例えば図5に示すような差動増幅型発振回路や、コルピッツ型発振回路などの単純な発振回路が用いられている。
【0003】
図5に示す差動増幅型発振回路は、差動増幅型発振回路部51の発振信号を差動増幅型バッファ出力回路部52でバッファ増幅して出力するように構成されている。
【0004】
前記差動増幅型発振回路部51において、(Q1 、Q2 )は互いのベース・コレクタ相互が接続されて差動増幅対をなすNPNトランジスタ、I1 は上記差動増幅対トランジスタ(Q1 、Q2 )のエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に接続された第1の定電流源、50は電源ノードと前記NPNトランジスタQ2 のコレクタとの間に接続された共振回路(インダクタ成分をL、容量成分をCで表わす。)であり、前記NPNトランジスタQ1 のコレクタは電源ノードに接続されている。
【0005】
なお、前記共振回路50は、通常はIC外部に接続された共振子であり、前記共振回路50以外の回路はIC内部に形成されている。
前記差動増幅型バッファ出力回路部52において、(Q3 、Q4 )は差動増幅対をなすNPNトランジスタ、I2 は上記差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )のエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に接続された第2の定電流源、(R1 、R2 )はそれぞれ対応して前記NPNトランジスタ対(Q3 、Q4 )の各コレクタに各一端が接続され、各他端が一括接続されて所定ノードに接続された抵抗素子である。
【0006】
そして、前記NPNトランジスタ対(Q3 、Q4 )の各ベースは、それぞれ対応して前記NPNトランジスタ対(Q2 、Q1 )の各ベースに接続されている。
なお、Csは前記発振回路部51のNPNトランジスタQ2 のコレクタと接地ノードとの間に存在する寄生容量であり、NPNトランジスタQ2 のコレクタ・接地間容量、第1の定電流源I1 用のNPNトランジスタのコレクタ・接地間容量、前記NPNトランジスタQ4 のベース・コレクタ間容量Ccb4 (ミラー容量)などの合成容量を等価的に示したものであり、共振回路50の容量成分Cに対して交流的に並列接続されている。
【0007】
しかし、上記したような差動増幅型発振回路においては、前記寄生容量Cs が共振回路50の容量に並列接続されるような回路構成となっている。
従って、電源電圧の変動に伴って、使用トランジスタのコレクタ電位が低下すると、前記寄生容量Cs が増加して共振回路50の共振特性が変動し、結果として発振周波数fが低くなる方向に変化する。また、使用トランジスタのコレクタ電位が上昇すると、前記寄生容量Cs が低下して共振回路50の共振特性が変動し、結果として発振周波数fが高くなる方向に変化する。
【0008】
即ち、電池の消耗とか、発振回路搭載機器で使用するモータの回転に伴って電源電圧に重畳されるリップルなどによる電源電圧の変動に依存して発振周波数が変動する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の発振回路は、電源電圧の変動に依存して発振周波数が変動するという問題があった。
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、電源電圧の変動に依存する発振周波数の変動を抑制し得る安定化発振回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の安定化発振回路は、差動増幅型発振回路部と、前記差動増幅型発振回路部の発振信号をバッファを介して出力する差動型バッファ回路部とを備えた安定化発振回路において、前記差動増幅型発振回路部の電源供給ノードと前記差動型バッファ回路部の定電流源の一部とを抵抗素子を介して直流的に結合させてなることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る安定化発振回路を示している。
図1に示す安定化発振回路は、差動増幅型発振回路部11と、前記差動増幅型発振回路部の発振信号をバッファ増幅して出力する差動増幅型バッファ出力回路部12とを備えている。
【0012】
前記差動増幅型発振回路部11は、互いのベース・コレクタ相互が接続されて差動増幅対をなすNPNトランジスタ(Q1 、Q2 )と、前記差動増幅対トランジスタ(Q1 、Q2 )のエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に接続された第1の定電流源I1 と、電源ノードと前記差動増幅対トランジスタ(Q1 、Q2 )のうちの一方のNPNトランジスタQ2 のコレクタとの間に接続された共振回路(インダクタ成分をL、容量成分をCで表わす。)10を具備している。前記差動増幅対トランジスタ(Q1 、Q2 )のうちの他方のNPNトランジスタQ1 のコレクタは電源ノードに接続されている。
【0013】
なお、前記共振回路10は、通常はIC外部に接続された共振子であり、前記共振回路10以外の回路はIC内部に形成されている。
前記差動増幅型バッファ出力回路部12は、IC内部に形成されており、前記差動増幅型発振回路部11の差動増幅対トランジスタ(Q2 、Q1 )の各ベースにそれぞれ対応して各ベースが接続された差動増幅対をなすNPNトランジスタ(Q3 、Q4 )と、前記差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )のエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に接続された電源電圧依存性を有する第2の定電流源I2 と、前記差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )の各コレクタに各一端が接続され、各他端が一括接続されて所定ノードに接続された抵抗素子(R1 、R2 )を具備している。
【0014】
前記電源電圧依存性を有する第2の定電流源I2 の一具体例は、図3(a)中あるいは図4(a)中に示すように前記差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )のエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に直列に接続されたNPNトランジスタQ5 および抵抗素子R3 と、前記NPNトランジスタQ5 にベース・コレクタが接続され、コレクタが第3の定電流源I3 に接続されたNPNトランジスタQ6 と、前記NPNトランジスタQ6 のエミッタと接地ノードとの間に接続された抵抗素子R4 を具備する。
【0015】
なお、Csは前記発振回路部11のNPNトランジスタQ2 のコレクタと接地ノードとの間に存在する寄生容量であり、NPNトランジスタQ2 のコレクタ・接地間容量、第1の定電流源用のNPNトランジスタのコレクタ・接地間容量、前記NPNトランジスタQ4 のベース・コレクタ間容量Ccb4 (ミラー容量)などの合成容量を等価的に示したものであり、共振回路10の容量成分Cに対して交流的に並列接続されている。
【0016】
さらに、本発明の安定化発振回路では、前記差動増幅型発振回路部11の電源電圧Vccの変動に応じて前記第2の定電流源I2 の電流を制御することにより、前記差動増幅型バッファ出力回路部12の差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )のうちで少なくとも前記共振回路10にベースが接続されているトランジスタQ4 のコレクタ・接地間容量Ccb4 (ミラー容量)を補正するように制御する周波数変動抑制回路(図3(a)中の13aあるいは図4(a)中の13b)が設けられている。
【0017】
図2は、図1の安定化発振回路における寄生容量Csおよび発振周波数fの電源電圧依存特性を示す。
次に、図2を参照しながら、図1の安定化発振回路における寄生容量Csおよび発振周波数fの電源電圧依存性の補正動作について説明する。
【0018】
図1の安定化発振回路においては、使用トランジスタの寄生容量Csが共振回路10に並列に接続されるような回路構成となっているので、電源電圧Vccの変動に伴って、NPNトランジスタQ2 、Q4 のコレクタ電位が変動すると、図2中に点線で示す従来例の特性と同様に、前記寄生容量Csを形成するCcb2 などが変動して共振回路10の共振特性が変動しようとする。
【0019】
しかし、同時に、周波数変動抑制回路13は、電源電圧Vccの変動に応じて前記第2の定電流源I2 の電流を制御することにより、前記差動増幅型バッファ出力回路部12の差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )のうちで少なくとも前記共振回路10にベースが接続されているトランジスタQ4 のコレクタ・接地間容量Ccb4 (ミラー容量)を補正するように制御する。
【0020】
この場合、周波数変動抑制回路13は、電源電圧Vccが高くなると第2の定電流源I2 の電流を増加させ、電源電圧Vccが低くなると第2の定電流源I2 の電流を減少させるように構成されている。
【0021】
即ち、電源電圧Vccの低下に伴って使用トランジスタのコレクタ電位が低下すると、図2中に点線で示す従来例の特性のように、前記寄生容量Cs が増加し、共振回路10の共振特性が変動して発振周波数fが低くなろうとするが、第2の定電流源I2 の電流を減少させることによって差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )の利得が低くなり、トランジスタQ4 のコレクタ・接地間容量Ccb4 (ミラー容量)が減少するように補正されるので、前記寄生容量Cs の増加量を抑制し、結果として発振周波数fの上昇を抑制する(図2中実線参照)。
【0022】
また、電源電圧Vccの上昇に伴って使用トランジスタのコレクタ電位が上昇すると、図2中に点線で示す従来例の特性のように、前記寄生容量Cs が減少し、共振回路10の共振特性が変動して発振周波数fが高くなろうとするが、第2の定電流源I2 の電流を増加させることによって差動増幅対トランジスタ(Q3 、Q4 )の利得が高くなり、トランジスタQ4 のコレクタ・接地間容量Ccb4 (ミラー容量)が増加するように補正されるので、前記寄生容量Cs の減少量を抑制し、結果として発振周波数fの低下を抑制する(図2中実線参照)。
【0023】
従って、電源の安定度が悪いとか、電池電源の消耗とか、発振回路搭載機器で使用するモータの回転に伴って電源電圧にリップル変動(例えば50〜100Hz)が重畳するなどの理由によって電源電圧が大きく変動する(例えば3Vから1.8V程度まで変動する)システムに用いられた場合でも、電池の消耗とか、発振回路搭載機器で使用するモータの回転に伴って電源電圧に重畳されるリップルなどによる電源電圧の変動に依存する発振周波数の変動を抑制し、発振周波数(例えばFM波受信帯域内)を安定化することが可能になっている。
【0024】
なお、前記周波数変動抑制回路13の具体例としては、前記差動増幅型発振回路部11の電源供給ノードと前記差動増幅型バッファ出力回路部12の第2の定電流源I2 の一部とを抵抗素子R5 を介して直流的に結合させればよい。
【0025】
図3(a)は、図1の安定化発振回路の第1実施例として、図3(b)に示すようにミラー容量Ccb4 の電源電圧依存性が線形を持つように構成された線形補正型の周波数変動抑制回路13aを備えた安定化発振回路を示している。
【0026】
図3(b)は、図3(a)の安定化発振回路における発振周波数fの電源電圧依存性の補正特性を示す。
図3(a)中の周波数変動抑制回路13aは、前記差動増幅型発振回路部11の電源供給ノードと前記第2の定電流源I2 の抵抗素子R4 の一端との間に接続された電源直流結合用抵抗素子R5 からなることを特徴とするものである。
【0027】
このような回路構成によれば、電源電圧Vccと第2の定電流源I2 の電流・トランジスタQ4 のミラー容量Ccb4 の関係が図3(b)に示すようにほぼ線形を示し、線形特性の傾斜を図2中に点線で示したような従来例のCs特性の線形部分の傾斜に合わせるようにR4 、R5 の比率により設定することができる。結果として、この線形特性により、従来例の寄生容量Cs・発振周波数の電源電圧依存性を打ち消すことが可能になる。
【0028】
図4(a)は、図1の安定化発振回路の第2実施例として、図4(b)に示すようにミラー容量Ccb4 の電源電圧依存性が非線形を持つように構成された非線形補正型の周波数変動抑制回路13bを備えた安定化発振回路を示している。
【0029】
図4(b)は、図4(a)の安定化発振回路における発振周波数fの電源電圧依存性の補正特性を示す。
図4(a)中の周波数変動抑制回路13bは、前記差動増幅型発振回路部11の電源供給ノードと前記第2の定電流源I2 の抵抗素子R4 の一端との間に直列に接続された電源直流結合用の抵抗素子R5 およびR6 と、前記抵抗素子R5 およびR6 の直列接続ノードと接地ノードとの間に直列に接続されたダイオード接続のNPNトランジスタQ7 および抵抗素子R7 を具備することを特徴とするものである。
【0030】
このような回路構成によれば、電源電圧Vccがある値以下ではダイオード接続のNPNトランジスタQ7 がオフ状態であり、電源電圧Vccがある値を越えるとダイオード接続のNPNトランジスタQ7 がオン状態になる。
【0031】
これにより、電源電圧Vccと第2の定電流源I2 の電流・トランジスタQ4 のミラー容量ccb4 の関係がダイオード接続のNPNトランジスタQ7 の電圧電流特性により規制されて図4(b)に示すようにほぼ非線形を示し、この非線形特性の傾斜を図2中に点線で示したような従来例のCs特性の非線形部分の傾斜に合わせるようにR5 、R6 の比率により設定することができる。結果として、この線形特性により、図2中に点線で示したような従来例の寄生容量Cs・発振周波数の電源電圧依存性をほぼ完全に打ち消すことが可能になる。
【0032】
【発明の効果】
上述したように本発明の安定化発振回路によれば、電源の安定度が悪いとか、電池電源の消耗とか、発振回路搭載機器で使用するモータの回転に伴って電源電圧にリップル変動が重畳するなどの理由によって電源電圧が大きく変動するシステムに用いられた場合でも、電源電圧の変動に依存する発振周波数の変動を抑制でき、発振周波数を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る安定化発振回路を示す回路図。
【図2】図1の安定化発振回路における発振周波数の電源電圧依存特性を示す図。
【図3】図1の安定化発振回路の第1実施例を示す回路図および発振周波数の電源電圧依存性の補正特性を示す図。
【図4】図1の安定化発振回路の第2実施例を示す回路図および発振周波数の電源電圧依存性の補正特性を示す図。
【図5】従来の発振回路の一例を示す回路図。
【符号の説明】
10…共振回路、
11…差動増幅型発振回路部、
12…差動増幅型バッファ出力回路部、
13a…周波数変動抑制回路。
(Q1 、Q2 )、(Q3 、Q4 )…差動増幅対をなすNPNトランジスタ、
I1 …第1の定電流源、
I2 …第2の定電流源、
(R1 、R2 )…抵抗素子、
Q5 、Q6 、…NPNトランジスタ、
R3 、R4 …抵抗素子、
I3 …第3の定電流源、
Cs…寄生容量。
Claims (5)
- 差動増幅型発振回路部と、前記差動増幅型発振回路部の発振信号をバッファ増幅して出力する差動型バッファ回路部とを備えた安定化発振回路において、
前記差動増幅型発振回路部の電源電圧に応じて前記差動型バッファ回路部の定電流源の電流を制御することにより、前記差動型バッファ回路部の差動増幅対トランジスタのコレクタ・接地間容量を制御し、電源電圧の変動に依存する発振周波数の変動を抑制する周波数変動抑制回路を具備し、
前記周波数変動抑制回路は、電源ノードと前記差動型バッファ回路部の定電流源との間に接続された電源直流結合用の第1の抵抗素子からなることを特徴とする安定化発振回路。 - 差動増幅型発振回路部と、前記差動増幅型発振回路部の発振信号をバッファ増幅して出力する差動型バッファ回路部とを備えた安定化発振回路において、
前記差動増幅型発振回路部の電源電圧に応じて前記差動型バッファ回路部の定電流源の電流を制御することにより、前記差動型バッファ回路部の差動増幅対トランジスタのコレクタ・接地間容量を制御し、電源電圧の変動に依存する発振周波数の変動を抑制する周波数変動抑制回路を具備し、
前記周波数変動抑制回路は、電源ノードと前記差動型バッファ回路部の定電流源との間に直列に接続された電源直流結合用の第2、第3の抵抗素子と、前記第2、第3の抵抗素子の直列接続ノードと接地ノードとの間に直列に接続されたダイオード接続の第1のNPNトランジスタおよび第4の抵抗素子を具備することを特徴とする安定化発振回路。 - 請求項1または2記載の安定化発振回路において、
前記差動増幅型発振回路部は、互いのベース・コレクタ相互が接続され、一方のコレクタは電源ノードに接続された差動増幅対をなす第2、第3のNPNトランジスタと、前記差動増幅対トランジスタのエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に接続された第1の定電流源と、電源ノードと前記差動増幅対トランジスタの他方のNPNトランジスタのコレクタとの間に接続されたIC外部の共振回路を具備し、
前記差動型バッファ回路部は、前記差動増幅型発振回路部の差動増幅対トランジスタの各ベースにそれぞれ対応して各ベースが接続された差動増幅対をなす第4、第5のNPNトランジスタと、前記差動増幅対トランジスタのエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に接続された第2の定電流源と、前記差動増幅対トランジスタのコレクタと電源ノードとの間にそれぞれ対応して接続された第5、第6の抵抗素子を具備し、
前記第2の定電流源は、前記差動増幅対をなす第4、第5のNPNトランジスタのエミッタ共通ノードと接地ノードとの間に直列に接続された第6のNPNトランジスタおよび第7の抵抗素子と、前記第6のNPNトランジスタのベースにベースが接続され、コレクタが第3の定電流源に接続された第7のNPNトランジスタと、前記第7のNPNトランジスタのエミッタと接地ノードとの間に接続された第8の抵抗素子を具備したことを特徴とする安定化発振回路。 - 請求項3記載の安定化発振回路において、
前記第7のNPNトランジスタは、ベース・コレクタ間が接続されていることを特徴とする安定化発振回路。 - 請求項1または2に記載の安定化発振回路は、FM受信機の局部発振回路に使用されることを特徴とする安定化発振回路。
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