JP3871490B2 - 発振器の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波回路に用いられる発振器とその製造方法、および発振器を備えた通信装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯等の高周波回路における発振器は、基板上に形成したマイクロストリップライン等の線路と容量素子等のチップ部品とによって共振回路を設け、その共振回路の共振信号を増幅する増幅回路を設けることによって構成している。
【0003】
このように、基板上に部品を搭載して発振回路を構成し、パッケージ化した従来の発振器においては、先ず、複数の発振器を構成するための集合基板のそれぞれの発振回路構成領域に電極パターンを形成し、チップ部品を搭載し、リフローソルダリングを行った後、その基板を各発振回路領域ごとに分割し、続いて、分割した各基板ごとに発振周波数の調整を行い、金属カバーを取りつけることによて製品としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように基板上に形成したマイクロストリップライン等の線路を共振回路に用いる従来の発振器においては、その線路のインピーダンス(特にインダクタンス)にばらつきが生じ、また上記線路と共に共振回路を構成するチップコンデンサ等のチップ部品のインピーダンスにもばらつきがあるため、発振器の発振周波数は、設計値を中心として上下にばらつきが生じる。そのため、従来は上記基板上の線路をトリミングして、所定の発振周波数が得られるように調整する工程が必須となっていた。その結果、次のような問題が生じていた。
【0005】
周波数調整のために時間を要し、生産時間が長くなってコストアップとなる。レーザートリミングを行う場合に、高価なレーザートリミング装置を必要とする。また、レーザートリミングに長時間を要すれば、線路が炭化して共振器のQが劣化し、C/N特性等の発振器としての特性が劣化する。
さらに、トリミングのための電極ランドが必要となり、全体の小型化が困難となる。
【0006】
この発明の目的は、上述の問題を解消して、生産時間を短縮化し、電気的特性を劣化させず、小型且つ低コスト化を図った発振器、その製造方法、および発振器を備えた通信装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明の発振器の製造方法に係る発振器は、基板上に形成した線路と該基板上に搭載するチップ部品とを含む共振回路と、該共振回路に接続され、該共振回路の共振信号を増幅する増幅回路とから成り、共振回路に設けるチップ部品のインピーダンスを選別しておく工程と、基板に共振回路の線路が形成された状態で、線路のインピーダンスを測定する工程と、前記線路のインピーダンスに応じて、所定の発振周波数を得るに要するインピーダンスを有するチップ部品をインピーダンスにより選別されたチップ部品から選択して前記基板上に搭載する工程とによって所定発振周波数の発振器を製造する。
【0008】
このように、基板上に形成した線路のインピーダンスに応じて、所定の発振周波数を得るに要するインピーダンスを有するチップ部品を選別して搭載することにより、線路のトリミングを行うことなく、所定の発振周波数で発振する発振器が製造できる。そのため、周波数調整のための調整時間が不要となり、トリミング装置自体が不要となり、レーザートリミング等による電気的特性の劣化がなく、さらに周波数調整のための電極ランド等を予め設けておく必要がないため、全体に小型化が図れる。
【0009】
また、この発明の発振器の製造方法は、前記基板を、前記共振回路と前記増幅回路とからなる発振回路の構成領域が複数配置された集合基板とし、当該集合基板の状態で、前記線路のインピーダンスを測定する工程と、前記チップ部品を搭載する工程とを実行する。このように集合基板の状態で各発振回路の構成領域内の線路のインピーダンスに応じたチップコンデンサ等のチップ部品を個々に選択搭載することによって、線路のインピーダンスの測定を個別の部品の状態で行う必要がなく、インピーダンス測定が容易となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態である電圧制御発振器の製造方法について図1および図2を参照して説明する。
図1において1は共振回路であり、マイクロストリップ線路L1、チップコンデンサC1,C2,C3、バラクタダイオードVD、マイクロストリップ線路L2およびバイパスコンデンサCpから構成している。
【0013】
Q1は発振用トランジスタであり、そのコレクタをバイパスコンデンサCpで高周波的に接地し、Q1のエミッタと接地との間に抵抗R4およびコンデンサC4を設けている。また、Q1のエミッタとベースとの間にコンデンサC5を接続している。Q1のコレクタはCpで高周波的に接地されているため、Q1のコレクタとベースとの間に上記共振回路1が等価的に接続されていることになる。これにより変形コルピッツ型発振回路を構成している。
【0014】
抵抗R1,R2,R3はトランジスタQ1,Q2のベースバイアス回路を構成している。Q2はバッファ用トランジスタであり、Q2のコレクタにマイクロストリップ線路L3を介して電源電圧を印加し、さらにQ2のエミッタとQ1のコレクタとの間にマイクロストリップ線路L4を接続し、Q1のエミッタの信号をコンデンサC6を介してQ2のベースに入力している。そして、このトランジスタQ2のコレクタからコンデンサC7を介して発振信号を出力するようにしている。
【0015】
コントロール電圧端子から印加されるコントロール電圧に応じてバラクタダイオードVDの容量が変化するため、共振回路1の共振周波数、すなわち発振器の発振周波数は、コントロール電圧によって制御されることになる。このコントロール電圧に対する発振周波数の可変範囲は、バラクタダイオードVDの印加電圧変化に対する静電容量変化の特性と、L1,C1,C2,C3の値によって定まる。後述するように、C1,C2,C3およびVD等が基板上にまだ搭載されていない状態で、マイクロストリップ線路L1のインピーダンス(特にインダクタンス)を測定し、その値に応じて、所定の共振周波数で共振させるのに要するキャパシタンスを備えたチップコンデンサC1,C2,C3およびバラクタダイオードVDを選択的に搭載する。
【0016】
図2は上記電圧制御発振器を構成する基板の平面図である。(A)はチップ部品搭載前の集合基板の上面図である。図中の各区画が最終的に発振器として構成する発振回路構成領域である。
【0017】
図2の(B)は、その内1つの発振回路構成領域の拡大図である。ここでは共振回路部分のみ示している。図中のP1〜P4はチップコンデンサC1,C2,C3を搭載する電極ランド、P7はグランド電極に導通するスルーホールであり、P7とP1の間にマイクロストリップ線路L1を形成している。また、P5,P6はグランド電極である。P3は発振回路につながり、P4はバラクタダイオードVDにつながる。この図2の(B)に示すように、チップ部品を実装する前の状態で、電極ランドP1とP6にそれぞれ測定器のプローブを当接させて、マイクロストリップ線路L1のインピーダンスを測定する。
【0018】
図2の(C)は、上記線路L1のインピーダンスに応じて、所定の発振周波数を得るに要するキャパシタンスを有するチップコンデンサC1,C2,C3を選定して、上記電極ランドに搭載した状態を示している。
【0019】
一般に、LC共振回路の共振周波数は1/{2π√(LC)}で求められる。電圧制御発振器の発振周波数を表す式は、実際には複数の部品の値が発振周波数に影響するため複雑ではあるが、基本的にこの式で概算できる。したがって共振回路のインダクタンス成分とキャパシタンス成分を管理すれば、発振周波数の管理ができる。
【0020】
具体的に900MHz帯の電圧制御発振器を製造した時の例を次に示す。
まず図2の(A)に示した集合基板の状態で、各区画のマイクロストリップ線路のインピーダンスをネットワークアナライザーやインピーダンスアナライザーで測定する。その値は、集合基板の管理番号と、集合基板内の区画の位置に相当する番号と共にデータとして保存する。なお、マイクロストリップ線路のインピーダンスは、基板の製造方法の特性上、位置的に近接した区画では近似した値になる傾向があるので、各区画ごとではなく、複数の区画をブロック分けしたブロックごとに代表値を取得し、これをデータとして保存してもよい。
【0021】
上記マイクロストリップ線路のインピーダンス測定とは別に、基板上に搭載すべきチップコンデンサのキャパシタンスを予め測定しておき、ある容量規格を設けて区分し、選別しておく。
【0022】
電圧制御発振器の発振周波数を所望の目標範囲に合わせるために、上記マイクロストリップ線路のインピーダンスと上記チップコンデンサのキャパシタンスとを適当に組み合わせる。その組合せは、設計段階で実験データやシミュレーション結果を基に決定しておく。これらのデータから、チップ部品の搭載時に、各区画のマイクロストリップ線路のインピーダンスに合わせて選別されたキャパシタンスを有するチップコンデンサを搭載する。このことによって電圧制御発振器の発振周波数は目標範囲内に入り、その後の周波数調整は不要となる。
【0023】
例えば、マイクロストリップ線路のインダクタンス値が3.8〜3.9nHの測定値を得た20枚の基板に対して、C1が3.25〜3.30pF、C2が2.15〜2.20pF、C3が2.65〜2.70pFに選別されたものを搭載した場合、発振周波数は914〜926MHzに分布した。換言すると、測定したマイクロストリップ線路のインダクタンス値が3.8〜3.9nHの範囲に入るとき、C1が3.25〜3.30pF、C2が2.15〜2.20pF、C3が2.65〜2.70pFの容量規格に区分されたチップコンデンサを選定して搭載すれば、発振周波数は914〜926MHzの範囲内に収めることができる。
【0024】
上記各コンデンサの容量規格およびマイクロストリップ線路のインダクタンスの区分をそれぞれ細かくすれば、所望の発振周波数をより狭い周波数範囲内に収めることができる。
【0025】
上述のように、周波数調整を行わなくても済むことにより、具体的に次のような効果が得られた。
【0026】
但し、上記コンデンサ容量選別機一式はストリップライン測定用のインピーダンス測定器を含んでいる。
【0027】
ここで、トータル数量100万個を生産するものとすれば、
800万円/ 100万個=8円の削減となる。
【0028】
次に、第2の実施形態に係る通信装置の構成例をブロック図として図3に示す。図3においてVCOは前記電圧制御発振器である。PLL−ICはPLL制御用回路であり、VCOの出力信号を入力し、温度補償水晶発振回路TCXOの発振信号と位相比較し、所定の周波数および位相となるように制御信号を出力する。VCOはローパスフィルタLPFを介して制御電圧をコントロール端子で受けて、その制御電圧に応じた周波数で発振する。この発振出力信号はミキサ回路MIXaおよびMIXbにそれぞれ局部発振信号として与えられる。ミキサ回路MIXaは送信回路Txから出力される中間周波信号と局部発振信号とを混合して送信周波数信号に周波数変換する。この信号は増幅回路AMPaで電力増幅されてデュプレクサDPXを介しアンテナANTから放射される。アンテナANTからの受信信号はデュプレクサDPXを介して増幅回路AMPbで増幅される。ミキサ回路MIXbは、増幅回路AMPbの出力信号と上記局部発振信号とを混合して中間周波信号に変換する。受信回路Rxはこれを信号処理することにより受信信号を得る。
【0029】
上記通信装置における電圧制御発振器VCOはC/N比が高いため、隣接チャンネル選択度特性、相互変調歪特性および不要輻射特性といった通信装置の重要性能項目の特性が優れたものとなり、また、小型で低コストな通信装置が得られる。
【0030】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、線路のトリミングを行うことなく、所定の発振周波数で発振する発振器が製造できる。そのため、周波数調整の時間が掛からず、トリミング装置自体が不要となり、低コスト化が図れる。また、レーザートリミング等による電気的特性の劣化がないため、高いC/N特性が得られる。さらに、周波数調整のための電極ランド等を予め設けておく必要がないため、全体に小型化が図れる。
【0031】
請求項2に記載の発明によれば、線路のインピーダンスの測定を個別の部品の状態で個々に行う必要がないため、インピーダンス測定を極めて効率よく行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る電圧制御発振器の回路図
【図2】同電圧制御発振器のを構成する基板の平面図および発振回路構成領域の拡大図
【図3】同電圧制御発振器を用いた通信装置のブロック図
【符号の説明】
L1−マイクロストリップ線路
P1〜P4−電極ランド
P5,P6−グランド電極
P7−スルーホール
Claims (2)
- 基板上に形成した線路と該基板上に搭載するチップ部品とを含む共振回路と、該共振回路に接続され、該共振回路の共振信号を増幅する増幅回路とから成る所定の発振周波数の発振器の製造方法であって、
前記共振回路に設ける前記チップ部品のインピーダンスを選別しておく工程と、
前記基板に前記共振回路の線路が形成された状態で、前記線路のインピーダンスを測定する工程と、
前記線路のインピーダンスに応じて、前記所定の発振周波数を得るに要するインピーダンスを有するチップ部品をインピーダンスにより選別された前記チップ部品から選択して前記基板上に搭載する工程、
とから成る発振器の製造方法。 - 前記基板を、前記共振回路と前記増幅回路とからなる発振回路の構成領域が複数配置された集合基板とし、当該集合基板の状態で、前記線路のインピーダンスを測定する工程と、前記チップ部品を搭載する工程とを実行する請求項1に記載の発振器の製造方法。
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