JP4275082B2 - Direct modulation CMOS / VCO - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信システムの分野、特に無線通信システムで使用する可変制御発振器に関する。   The present invention relates to the field of wireless communication systems, and more particularly to a variable control oscillator used in a wireless communication system.

個人用通信システムと無線医療埋め込みシステムと無線補聴器との市場の急速な成長は、より集積化されより効率的な無線周波数(RF)集積回路(IC)に対する要求を増加させている。これらのICは、数GHzまでの周波数において2V未満、時には1Vまでの電源電圧で、最小の消費電流で動作することが求められている。   The rapid growth of the market for personal communication systems, wireless medical implant systems and wireless hearing aids has increased the demand for more integrated and more efficient radio frequency (RF) integrated circuits (ICs). These ICs are required to operate with a minimum current consumption at a power supply voltage of less than 2V and sometimes up to 1V at frequencies up to several GHz.

CMOS技術の最近の進歩は、CMOSデバイスの送信周波数を大きく改善し、CMOS技術をコスト上効果的なワンチップソリューションを可能にするRF集積回路に対する有望な選択肢の1つにした。   Recent advances in CMOS technology have greatly improved the transmission frequency of CMOS devices, making CMOS technology one of the promising options for RF integrated circuits enabling a cost effective one-chip solution.

送信部は無線システムの最も電力を消費するブロックの1つである。電流を節約するために、送信部の信号発生器として送信周波数で動作する直接変調電圧制御発振器(VCO)を使用することが有利である。このVCOからの変調された信号は、出力段で増幅され、アンテナに直接又はフィルタを介して印加することができる。   The transmission unit is one of the most power consuming blocks of the wireless system. In order to save current, it is advantageous to use a direct modulation voltage controlled oscillator (VCO) operating at the transmission frequency as the signal generator of the transmitter. The modulated signal from this VCO is amplified at the output stage and can be applied to the antenna directly or through a filter.

この方式は、出力段が出力電力を広い範囲にわたって制御でき、アンテナパラメータが用途によって可変であるので、簡単で非常に柔軟な方式である。   This scheme is simple and very flexible because the output stage can control the output power over a wide range and the antenna parameters are variable depending on the application.

この送信方式の良い例は、非特許文献1に記載された100〜1000MHz内の任意の26MHz帯で動作する「1GHzFM送信器」である。   A good example of this transmission system is a “1 GHz FM transmitter” operating in an arbitrary 26 MHz band within 100 to 1000 MHz described in Non-Patent Document 1.

アンテナが送信周波数より70%超だけ高い自己共振周波数をもつ高Qインダクタである場合に、VCO自身が送信器として動作することが可能であり、出力段での電流の節約が可能になる。   When the antenna is a high Q inductor with a self-resonant frequency that is more than 70% higher than the transmission frequency, the VCO itself can operate as a transmitter, saving current at the output stage.

この方法では、出力電力範囲は、アンテナパラメータと電源電圧に依って、12〜20dBに制限される。これは高い電力は電源電圧によって決定され、低い電力は保持された発振の最小レベルによって決定されるためである。
米国特許第6,621,365号明細書 NT2800 CHIP-MITTER、www.numatechnologies.com/pdf/NT2800 Andreani 「RF・VCOにおけるCMOSバラクタの使用に関して」IEEE J. Solid States Circuits, vol. 35, pp. 905-910, June 20 Chi-Wa Lo 「無線用途のための1.5V・900MHzモノリシックCMOS高速スイッチング周波数シンセサイザ」IEEE J. Solid States Circuits, vol. 37, No. 4, pp. 459-470, April 2002
In this method, the output power range is limited to 12-20 dB depending on antenna parameters and power supply voltage. This is because high power is determined by the power supply voltage and low power is determined by the minimum level of oscillation maintained.
US Pat. No. 6,621,365 NT2800 CHIP-MITTER, www.numatechnologies.com/pdf/NT2800 Andreani “Using CMOS Varactors in RF / VCOs” IEEE J. Solid States Circuits, vol. 35, pp. 905-910, June 20 Chi-Wa Lo “1.5V / 900MHz Monolithic CMOS High-Speed Switching Frequency Synthesizer for Wireless Applications” IEEE J. Solid States Circuits, vol. 37, No. 4, pp. 459-470, April 2002

送信VCOの大きな欠点は、変調指数が送信電力に依存する傾向にあることである。これはMOS容量に基づくバラクタセルが、MOSトランジスタしきい値と密接に関係する相対的に狭い電圧制御範囲を有しているためである。その通常の範囲は±0.5Vであり、一方、タンクにかかる電圧スイングは数ボルトまでである。このことにより、VCO周波数はバラクタセルに加わる制御電圧だけでなく、VCOタンクにかかる電圧スイングにも敏感である。これは電力範囲制限と指数変調変動のいずれかを引き起こす。   A major drawback of the transmission VCO is that the modulation index tends to depend on the transmission power. This is because varactor cells based on MOS capacitance have a relatively narrow voltage control range that is closely related to the MOS transistor threshold. Its normal range is ± 0.5V, while the voltage swing across the tank is up to a few volts. Thus, the VCO frequency is sensitive not only to the control voltage applied to the varactor cell, but also to the voltage swing applied to the VCO tank. This causes either power range limitation or exponential modulation variation.

最も一般的な直接変調CMOS・VCO構成は、非特許文献2に開示された差動方式に基づいている。この方式では、2つの差動接続されたバラクタ又はフルバラクタブリッジが周波数制御のために使用される(図1)。   The most common direct modulation CMOS VCO configuration is based on the differential method disclosed in NPL 2. In this scheme, two differentially connected varactors or full varactor bridges are used for frequency control (FIG. 1).

差動方式は、電源電圧制限下で高出力と高SNRを得る最も効率的な方法を提供する。また、制御電圧はRF電圧がゼロのノードに印加され、制御電圧源はLC共振におけるさらなる損失を引き起こさない。バラクタブロックはLCタンク回路に直接又はVCOゲインを減少させるための結合容量(特許文献1)を介して接続可能である(図2)。   The differential scheme provides the most efficient way to obtain high output and high SNR under power supply voltage limitations. Also, the control voltage is applied to the node where the RF voltage is zero and the control voltage source does not cause further loss in the LC resonance. The varactor block can be connected to the LC tank circuit directly or via a coupling capacitor (Patent Document 1) for reducing the VCO gain (FIG. 2).

また、これらの結合容量は、バラクタにかかるRF電圧スイングを減少させ、周波数と電力の間の感度を抑えるのを助ける。   These coupling capacitances also help reduce the RF voltage swing across the varactor and reduce sensitivity between frequency and power.

直接VCO変調は、搬送中心周波数を設定する制御電圧に加えて変調電圧をバラクタブロックに印加することで得ることができる(図3)。   Direct VCO modulation can be obtained by applying a modulation voltage to the varactor block in addition to the control voltage that sets the carrier center frequency (FIG. 3).

この方式の欠点は、PLL(位相ロックド・ループ) に必要な高VCOゲイン(〜10MHz/V)のために、ピーク・ツー・ピーク周波数偏差(400MHz時、0.5〜2MHz)に必要な変調電圧スイングがピーク・ツー・ピークで0.05〜0.2Vでなければならないということである。低過ぎるレベルの変調電圧は変調指数を精確に制御することを困難にする。また、この低い変調電圧レベルは低い信号・ノイズ比を意味する。またRF電圧スイング(RF電力)に応じたVCOゲイン変化は変調指数に影響する。   The disadvantage of this scheme is that the modulation required for peak-to-peak frequency deviation (at 400 MHz, 0.5-2 MHz) due to the high VCO gain (-10 MHz / V) required for PLL (phase locked loop). This means that the voltage swing must be 0.05-0.2V peak-to-peak. A modulation voltage that is too low makes it difficult to accurately control the modulation index. Also, this low modulation voltage level means a low signal / noise ratio. Also, the VCO gain change according to the RF voltage swing (RF power) affects the modulation index.

変調を提供する別の方法は、搬送周波数制御のためのバラクタブロックに並列にLCタンクに別のバラクタブロックを追加することである。この追加のバラクタブロックは、別の制御電圧入力とより低いゲインとを有する(図4)。より低いゲインはより高い変調電圧とより大きい信号・ノイズ比を可能にする。変調指数は、変調電圧スイングだけでなく変調バラクタブロックの可変容量感度によっても制御することができ、PLLループに必要な適切な高ゲインをそのまま残すことができる。   Another way to provide modulation is to add another varactor block to the LC tank in parallel with the varactor block for carrier frequency control. This additional varactor block has another control voltage input and a lower gain (FIG. 4). Lower gain allows higher modulation voltage and higher signal to noise ratio. The modulation index can be controlled not only by the modulation voltage swing but also by the variable capacitance sensitivity of the modulation varactor block, and an appropriate high gain necessary for the PLL loop can be left as it is.

上記のように、より低いゲインは結合容量を介してLCタンクに接続されたバラクタブロックを使用して達成することができる。しかし、結合容量を変調バラクタブロックのゲインを調整するために使用することはできない。これは、結合容量のピンにかなり高い電圧がかかるためと、結合容量セグメントを接続するためのCMOSスイッチが、より小さいゲート・ソース電圧とRF電流路中でのより高い抵抗のために、より小さい効果しか発揮しないためである。従って、共振器Qファクタを駄目にするか又は多くの寄生的な効果を加えることになる。変調バラクタブロックに並列に接続されたスイッチド容量も、同じ理由で適切ではない。   As noted above, lower gain can be achieved using a varactor block connected to the LC tank via a coupling capacitance. However, the coupling capacitance cannot be used to adjust the gain of the modulation varactor block. This is due to the fairly high voltage on the pin of the coupling capacitance and the CMOS switch for connecting the coupling capacitance segment is smaller due to the smaller gate-source voltage and higher resistance in the RF current path. This is because only the effect is exhibited. Therefore, the resonator Q-factor is destroyed or many parasitic effects are added. A switched capacitor connected in parallel to the modulation varactor block is also not suitable for the same reason.

非特許文献3に開示された既知の方法が、VCO出力とグラウンドとの間に接続されたスイッチド容量を用いてRF搬送周波数を粗く下げるために使用される(図5)。   A known method disclosed in Non-Patent Document 3 is used to coarsely lower the RF carrier frequency using a switched capacitor connected between the VCO output and ground (FIG. 5).

この方法は、これらのスイッチド容量がLCタンクに接続された全体の容量に影響するがdC/dVには影響しないため、変調バラクタブロック感度を調整するのには適切ではない。周波数が相対タンク容量偏差dC/C(分母に依存する量)に依存するために、変調器ゲインはこれら容量によって更に影響されるように見えるかもしれないが、PLLは1つのRF搬送周波数に対して総LCタンク容量を一定に保つので、該分母は実際には一定である。   This method is not suitable for adjusting the modulation varactor block sensitivity because these switched capacities affect the overall capacity connected to the LC tank, but not dC / dV. Since the frequency depends on the relative tank capacity deviation dC / C (a denominator dependent amount), the modulator gain may appear to be further influenced by these capacities, but the PLL is Since the total LC tank capacity is kept constant, the denominator is actually constant.

調整されたゲインを有する可変変調器容量は、スイッチド・バラクタの2つのアレーの上部ピンが結合容量を介してLCタンクに接続されている図6に示す方法で得ることができる。グラウンドに対する変調電圧は、該上部ピンに抵抗を介して印加される。スイッチド・バラクタの底部ピンは、要求される変調器ゲインに応じてNMOSスイッチを介してグラウンドに接続することができる。この方法の欠点は、グラウンドに対して正の変調電圧だけが印加できることによる、バラクタのC−V特性の不完全な利用である。また、全電力RF電圧と制御電圧がバラクタの同じ上部ピンに印加され、変調器電圧源をRF電圧から分離するための抵抗が、LCタンクにおける望ましくない追加の損失と寄生的な効果を引き起こす。   A variable modulator capacitance with adjusted gain can be obtained in the manner shown in FIG. 6 in which the upper pins of the two arrays of switched varactors are connected to the LC tank via a coupling capacitance. A modulation voltage to ground is applied to the upper pin via a resistor. The bottom pin of the switched varactor can be connected to ground through an NMOS switch depending on the required modulator gain. The disadvantage of this method is the incomplete utilization of the CV characteristics of the varactor due to the fact that only a positive modulation voltage can be applied to ground. Also, the full power RF voltage and control voltage are applied to the same top pin of the varactor, and the resistance to isolate the modulator voltage source from the RF voltage causes unwanted additional losses and parasitic effects in the LC tank.

本発明の1つの態様は、2つの好ましくは等しい結合容量を介してメインのLCタンクに接続された差動バラクタブロックと、2つの好ましくは同一のスイッチド・トリム容量とを含み、調整されたゲインを有する変調可変容量を提供する。該スイッチド・トリム容量はそれぞれ、グラウンドと前記結合容量が前記バラクタブロックに接続されているノードの1つとの間に接続されている。   One aspect of the present invention includes a differential varactor block connected to the main LC tank via two, preferably equal coupling capacities, and two, preferably identical, switched trim capacities. A modulation variable capacitor having a gain is provided. Each of the switched trim capacitors is connected between ground and one of the nodes where the coupling capacitor is connected to the varactor block.

本発明の別の態様は、2つの好ましくは等しい結合容量を介してLCタンクに接続された変調バラクタブロックと、2つの好ましくは同一のスイッチド・トリム容量とを有する直接変調差動VCOを提供する。該スイッチド・トリム容量はそれぞれ、グラウンドと前記結合容量が前記変調バラクタブロックに接続されているノードの1つとの間に接続されている。   Another aspect of the present invention provides a direct modulation differential VCO having a modulation varactor block connected to the LC tank via two, preferably equal coupling capacitances, and two, preferably the same switched trim capacitances. To do. Each of the switched trim capacitors is connected between ground and one of the nodes where the coupling capacitor is connected to the modulation varactor block.

本発明の原理に係わるVCOは、前記変調バラクタブロックの次の利点を提示する。
・PLL制御のために要求されるメインのVCOゲインから独立して設定された小さい変調バラクタブロック・ゲイン。
・変調バラクタにかかる低レベルのRF電圧とRF電力の変調指数への小さい影響。
・制御電圧がゼロRF電圧のノードに印加され、LCタンクQファクタに影響しない。
・全バラクタ制御電圧範囲を利用する。
A VCO according to the principles of the present invention presents the following advantages of the modulation varactor block.
A small modulation varactor block gain set independently of the main VCO gain required for PLL control.
Small impact on the modulation index of low level RF voltage and RF power on the modulation varactor.
• The control voltage is applied to the zero RF voltage node and does not affect the LC tank Q factor.
• Use the entire varactor control voltage range.

また、この方法は、最大と最小ゲインの比が4までの非常に広い範囲にわたって変調器可変容量ゲインを調整することを可能にする。このゲイン変化は特定の容量分割効果によって得られ、PLLが総タンク容量値を一定に保つ時でも、このゲイン変化が起こる。トリム容量はQファクタ損失を最小化するように接続される。すなわち、トリム容量セグメントをスイッチする最小限の抵抗を持ったNMOSスイッチをグラウンドとトリム容量セグメントの底ピンの間に接続することができ、これによりスイッチがオンであるトリム容量セグメントの底ピンは常に電圧がほぼゼロであり、該NMOSスイッチのサイズ及び寄生効果は最小化できる。この方法を用いて、1Vまでの変調電圧に対して12fFという非常に小さい変調容量偏差が達成できる。この方法における追加の変調電圧スイング調整は、より一層小さい容量変化と、変調指数の非常に精確な制御を提供する。   This method also makes it possible to adjust the modulator variable capacitance gain over a very wide range up to a ratio of maximum and minimum gain of 4. This gain change is obtained by a specific volume division effect, and this gain change occurs even when the PLL keeps the total tank capacity value constant. The trim capacitance is connected to minimize Q factor loss. That is, an NMOS switch with minimal resistance to switch the trim capacitor segment can be connected between ground and the bottom pin of the trim capacitor segment, so that the bottom pin of the trim capacitor segment that is switched on is always The voltage is almost zero, and the size and parasitic effects of the NMOS switch can be minimized. Using this method, a very small modulation capacitance deviation of 12 fF can be achieved for modulation voltages up to 1V. The additional modulation voltage swing adjustment in this way provides even smaller capacitance changes and very precise control of the modulation index.

また、この方法は、直接変調電圧制御発振器を制御する方法であって、変調可変容量を準備することと、前記変調可変容量のゲインを調整することとを備える制御方法を提供する。   In addition, this method provides a control method for directly controlling a modulation voltage controlled oscillator, comprising preparing a modulation variable capacitor and adjusting a gain of the modulation variable capacitor.

本発明は添付の図面を参照して実施例を用いて以下説明される。   The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

CMOS・RFプロセスで作られた直接変調VCOにおいて使用される可変変調器容量の実施例を、図7を参照して説明する。図7に示す回路は、ノード12においてタンク回路14に結合され、バラクタ11を有する搬送周波数制御バラクタブロック10を備える。タンク回路14は容量22とインダクタンス24を既知のとおり備える。     An example of a variable modulator capacitance used in a direct modulation VCO made with a CMOS RF process is described with reference to FIG. The circuit shown in FIG. 7 includes a carrier frequency control varactor block 10 having a varactor 11 coupled to a tank circuit 14 at a node 12. The tank circuit 14 includes a capacitor 22 and an inductance 24 as is known.

バラクタ21を有する変調バラクタブロック16は、互いに等しい結合容量20を介してノード12においてタンク回路14に結合されている。   A modulation varactor block 16 having a varactor 21 is coupled to the tank circuit 14 at the node 12 via mutually equal coupling capacitors 20.

ノード18は、スイッチド・トリム容量26の互いに同一のアレーを介してグラウンドに接続されている。結合容量20とスイッチド容量26の両方が、それぞれ64fFのMOMフリンジ基本容量セル群から構成されている。ブロック10、16で使用されるAMOSバラクタセルは通常、図8に示すC−V特性を有している。   Node 18 is connected to ground through the same array of switched trim capacitors 26. Both the coupling capacitor 20 and the switched capacitor 26 are each composed of a 64 fF MOM fringe basic capacitor cell group. The AMOS varactor cell used in the blocks 10 and 16 usually has the CV characteristics shown in FIG.

制御電圧が−1.5Vから0.5Vまで変化すると、バラクタ容量Cvは0.15から0.38pFまで変化するが、有用な線形に近い領域の範囲は狭く、約−0.9Vから0.2Vまでである。   As the control voltage changes from -1.5 V to 0.5 V, the varactor capacitance Cv changes from 0.15 to 0.38 pF, but the useful near-linear region has a narrow range, about -0.9 V to 0. Up to 2V.

全変調器可変容量の例としての回路図が図9に示されている。ここでスイッチド・トリム容量26が各ノードに設けられている。スイッチド・トリム容量は容量30とNMOSスイッチ32を備える。   A circuit diagram as an example of the total modulator variable capacitance is shown in FIG. Here, a switched trim capacitor 26 is provided at each node. The switched trim capacitor includes a capacitor 30 and an NMOS switch 32.

可変容量成分値は次のとおりである。結合容量20はそれぞれ19個の並列接続された64fF容量を備え、総結合容量はCc=1.22pFとなる。2つのスイッチド・トリム容量26のそれぞれは、NMOSFET(W/L=3/0.35μm)を介してグラウンドに接続された64fF容量をそれぞれ有する36個のセルを含む。これら36個のスイッチド容量セルは、3、3、4、5、6、7、8個のセルをそれぞれ含む7つの組に分けられ、7ビットの温度コードmir<0:6>によって制御される。   The variable capacitance component values are as follows. Each of the coupling capacitors 20 includes 19 parallel-connected 64 fF capacitors, and the total coupling capacitance is Cc = 1.22 pF. Each of the two switched trim capacitors 26 includes 36 cells each having a 64 fF capacitance connected to ground through an NMOSFET (W / L = 3 / 0.35 μm). These 36 switched capacity cells are divided into 7 sets each including 3, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 cells and are controlled by a 7-bit temperature code mir <0: 6>. The

この7ビット温度コードは、それぞれ0、3、6、10、15、21、28、36個の基本容量セルがオンされた(0から2.3pF)8つの異なる状態を生成する。このようなトリム容量の組分けは、コードに対する非線形トリム容量依存性を提供し、これが制御電圧に対するほぼ線形な変調器可変容量ゲイン(変調電圧スイングに対するデルタC)を最終的に与える(図10)。トリム容量がより大きいと変調器ゲインはより小さくなる。   This 7-bit temperature code generates 8 different states with 0, 3, 6, 10, 15, 21, 28, and 36 basic capacity cells turned on (0 to 2.3 pF), respectively. Such trim capacitance grouping provides a non-linear trim capacitance dependency on the code, which ultimately gives a nearly linear modulator variable capacitance gain (delta C versus modulation voltage swing) for the control voltage (FIG. 10). . The larger the trim capacity, the smaller the modulator gain.

図9のバラクタブリッジは4つのバラクタセル21を含んでいる。トリムコードとバラクタブリッジ制御電圧に依って、バラクタブリッジにかかるRF電圧は容量分割のためにLCタンク14にかかる全電力RF電圧の0.3〜0.8になる。   The varactor bridge of FIG. 9 includes four varactor cells 21. Depending on the trim code and the varactor bridge control voltage, the RF voltage applied to the varactor bridge is 0.3 to 0.8 of the total power RF voltage applied to the LC tank 14 due to the capacity division.

半ブリッジ電圧に対する変調器可変容量の出力差動容量値が、3つの異なるトリムコード値の場合について図10に示されている。この図はトリム容量を追加すると総容量は増加する(図10の一番下の曲線から上の曲線)が、その総容量の可変部分は減少することを示している。   The output differential capacitance value of the modulator variable capacitance for the half bridge voltage is shown in FIG. 10 for three different trim code values. This figure shows that adding the trim capacity increases the total capacity (upper curve from the bottom curve in FIG. 10), but decreases the variable portion of the total capacity.

より詳細な変調器トリミング特性が図11に示されている。図11においてトリム(mir)コードに対する総出力変調器可変容量は、トリムコードに応じて下がる2つの曲線によって表されている。mir=0の場合、トリム容量の全ての組が接続され、一方、mir=7の場合、全ての組が非接続になっている。これら2つの曲線は、有用なバラクタ制御電圧範囲の両端に対応する半ブリッジ変調電圧の−0.9Vと0.2Vにそれぞれ対応している。半ブリッジ電圧−0.9V〜0.2Vの場合におけるトリムコードに対するピーク・ツー・ピーク容量偏差は図11においてデルタC曲線(トリムコードに応じて上がる曲線)によって表されている。この例では、トリムコードの0〜7に応じてデルタCは13fFから44fFまでほぼ直線状に変化している。総変調器容量はトリムコードに応じて約515fFから350fFまで減少している。このトリムコードに対する総容量変化は寄生的な効果であるが総LCタンク容量を一定に保つPLLループによって打ち消される。   A more detailed modulator trimming characteristic is shown in FIG. In FIG. 11, the total output modulator variable capacitance for a mir code is represented by two curves that drop according to the trim code. When mir = 0, all groups of trim capacitors are connected, while when mir = 7, all groups are disconnected. These two curves correspond to the half-bridge modulation voltages of -0.9V and 0.2V, respectively, corresponding to the ends of the useful varactor control voltage range. The peak-to-peak capacity deviation with respect to the trim code when the half-bridge voltage is −0.9 V to 0.2 V is represented by a delta C curve (a curve that rises according to the trim code) in FIG. In this example, the delta C changes substantially linearly from 13 fF to 44 fF according to trim codes 0 to 7. The total modulator capacity is reduced from about 515 fF to 350 fF depending on the trim code. The total capacity change for this trim code is a parasitic effect but is canceled by the PLL loop that keeps the total LC tank capacity constant.

提案の変調器可変容量を有する実際の直接変調VCO回路の簡略図の例を図12に示す。この図は変調バラクタブロック16と搬送周波数制御ブロック10とタンク回路14とを示す。   An example of a simplified diagram of an actual direct modulation VCO circuit having the proposed modulator variable capacitance is shown in FIG. This figure shows the modulation varactor block 16, the carrier frequency control block 10, and the tank circuit 14.

aは従来の2つのバラクタを有するVCOを示す図、bは従来のフルバラクタブリッジが差動状態に接続されたVCOを示す図である。a is a diagram showing a VCO having two conventional varactors, and b is a diagram showing a VCO in which a conventional full varactor bridge is connected in a differential state. aはLCタンクに直接接続されたバラクタブロックを示す図、bは結合容量を介してLCタンクに接続されたバラクタブロックを示す図である。a is a diagram showing a varactor block directly connected to the LC tank, and b is a diagram showing a varactor block connected to the LC tank via a coupling capacitor. 搬送周波数制御に同一のバラクタブロックを使用する直接変調方式を示す図である。It is a figure which shows the direct modulation system which uses the same varactor block for carrier frequency control. 変調と搬送周波数制御に別々のバラクタブロックを使用する直接変調方式を示す図である。It is a figure which shows the direct modulation system which uses a separate varactor block for modulation and carrier frequency control. 接地されたスイッチド容量によるLCタンク共振周波数の粗い調整を示す図である。It is a figure which shows the rough adjustment of the LC tank resonance frequency by the grounded switched capacity. 接地されたスイッチド・バラクタによる変調器ゲイン調整を示す図である。It is a figure which shows the modulator gain adjustment by the grounded switched varactor. 本発明の原理に係わるLCタンクに差動状態に接続された変調器バラクタ容量を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating modulator varactor capacitance connected in differential to an LC tank according to the principles of the present invention. AMOSバラクタセルC−V特性を示す図である。It is a figure which shows the AMOS varactor cell CV characteristic. 変調器可変容量の回路図である。It is a circuit diagram of a modulator variable capacitor. 3つの異なるトリムコード値の場合の1/2変調電圧に対する変調器可変容量の差動容量値を示す図である。It is a figure which shows the differential capacitance value of the modulator variable capacitance with respect to the 1/2 modulation voltage in the case of three different trim code values. 変調器可変容量トリミング特性を示す図である。It is a figure which shows a modulator variable capacity trimming characteristic. 電圧制御発振器の回路図である。It is a circuit diagram of a voltage controlled oscillator.

符号の説明Explanation of symbols

10 搬送周波数制御バラクタブロック
11、21 バラクタ
12、18 ノード
14 タンク回路
16 変調バラクタブロック(変調可変容量/可変容量変調器)
20 結合容量
22 容量
24 インダクタンス
26 スイッチド・トリム容量
10 Carrier frequency control varactor block 11, 21 Varactor 12, 18 Node 14 Tank circuit 16 Modulation varactor block (modulation variable capacity / variable capacity modulator)
20 Coupling capacity 22 Capacity 24 Inductance 26 Switched trim capacity

Claims (7)

タンク回路を含んで構成される直接変調電圧制御発振器であって、
差動配置された第1及び第2のバラクタ対を有し、前記第1及び第2のバラクタ対が、前記タンク回路の両端に結合容量を介さずに直接接続された第1のノード対の間に並列に配置され、前記第1のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第1の共通接続点、及び、前記第2のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第2の共通接続点における第2のノード対が、制御電圧源の両端に接続され、前記制御電圧源から印加される制御電圧によって定められる搬送周波数を生成する搬送周波数制御バラクタ回路と、
差動配置された第3及び第4のバラクタ対を有し、前記第3及び第4のバラクタ対が、第3のノード対の間に並列に配置され、前記第3のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第3の共通接続点、及び、前記第4のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第4の共通接続点における第4のノード対が、変調電圧源の両端に接続され、前記搬送周波数制御バラクタ回路によって生成される前記搬送周波数を、前記変調電圧源から印加される変調電圧に応じて変調する変調バラクタ回路と、
前記第3のノード対を、前記タンク回路の両端及び前記第1のノード対に接続する複数の結合容量と、
前記変調バラクタ回路のゲインを調整するために、前記第3のノード対の各ノードをグラウンドに接続する、並列接続された複数のスイッチド・トリム容量と、
を備え
前記スイッチド・トリム容量は、グラウンドに選択的に接続される複数の容量セルを含み、前記変調バラクタ回路の総容量の可変部分が減少し、前記変調バラクタ回路のほぼ線形なゲインが保持されるように、前記複数の容量セルを組分けしてオンするためのコードに基づいて制御され
ことを特徴とする直接変調電圧制御発振器。
A direct modulation voltage controlled oscillator comprising a tank circuit,
The first and second varactor pairs are arranged in a differential manner, and the first and second varactor pairs are directly connected to both ends of the tank circuit without a coupling capacitor. A first common connection point that is arranged in parallel between the varactors of the first varactor pair and is connected together, and a second common connection point that is connected together of the varactors of the second varactor pair A carrier frequency control varactor circuit for generating a carrier frequency defined by a control voltage applied from the control voltage source, the second node pair at
Each of the varactors of the third varactor pair has third and fourth varactor pairs that are differentially arranged, and the third and fourth varactor pairs are arranged in parallel between a third node pair. Are connected together, and a fourth node pair at the fourth common connection point where the varactors of the fourth varactor pair are connected together is connected to both ends of the modulation voltage source. A modulation varactor circuit that modulates the carrier frequency generated by the carrier frequency control varactor circuit according to a modulation voltage applied from the modulation voltage source;
A plurality of coupling capacitors connecting the third node pair to both ends of the tank circuit and the first node pair;
A plurality of parallel connected switched trim capacitors that connect each node of the third node pair to ground to adjust the gain of the modulation varactor circuit;
Equipped with a,
The switched-trim capacitor includes a plurality of capacity cells that are selectively connected to ground, the variable portion of the total capacity of the modulation varactor circuit is reduced, and the substantially linear gain of the modulation varactor circuit is maintained. as such, direct modulation voltage controlled oscillator, characterized in that that are controlled based on the code for turning on and grouping the plurality of capacitor cells.
前記複数の結合容量は互いにほぼ等しい請求項1に記載の直接変調電圧制御発振器。   The direct modulation voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the plurality of coupling capacitors are substantially equal to each other. 前記複数のスイッチド・トリム容量は互いに同一である請求項2に記載の直接変調電圧制御発振器。   The direct modulation voltage controlled oscillator according to claim 2, wherein the plurality of switched trim capacitors are the same. 前記複数のスイッチド・トリム容量はアレーを構成している請求項3に記載の直接変調電圧制御発振器。   The direct modulation voltage controlled oscillator according to claim 3, wherein the plurality of switched trim capacitors constitute an array. 前記複数の結合容量と、前記複数のスイッチド・トリム容量に夫々含まれる前記複数の容量セルと複数のMOM容量セルにより構成されている請求項1に記載の直接変調電圧制御発振器。 2. The direct modulation voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the plurality of coupling capacitors and the plurality of capacitor cells respectively included in the plurality of switched trim capacitors are configured by a plurality of MOM capacitor cells. タンク回路を含んで構成される直接変調電圧制御発振器を制御する方法であって、
差動配置された第1及び第2のバラクタ対を有し、前記第1及び第2のバラクタ対が、前記タンク回路の両端に結合容量を介さずに直接接続された第1のノード対の間に並列に配置され、前記第1のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第1の共通接続点、及び、前記第2のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第2の共通接続点における第2のノード対が、制御電圧源の両端に接続された、搬送周波数制御バラクタ回路を用いて、前記制御電圧源から印加される制御電圧によって定められる搬送周波数を生成し、
差動配置された第3及び第4のバラクタ対を有し、前記第3及び第4のバラクタ対が、前記タンク回路の両端と前記第1のノード対の夫々とに結合容量を介して接続された第3のノード対の間に並列に配置され、前記第3のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第3の共通接続点、及び、前記第4のバラクタ対の各バラクタがともに接続される第4の共通接続点における第4のノード対が、変調電圧源の両端に接続された、変調バラクタ回路を用いて、前記搬送周波数を前記変調電圧源から印加される変調電圧に応じて変調し、
前記第3のノード対の各ノードをグラウンドに接続する、並列接続された複数のスイッチド・トリム容量を、前記複数のスイッチド・トリム容量の夫々に含まれる複数の容量セルを組分けしてオンするためのコードに基づいて、前記変調バラクタ回路の総容量の可変部分が減少し、前記変調バラクタ回路のほぼ線形なゲインが保持されるように制御し、前記複数のスイッチド・トリム容量を用いて、前記ゲインを調整すること、
を特徴とする制御方法。
A method for controlling a direct modulation voltage controlled oscillator comprising a tank circuit,
The first and second varactor pairs are arranged in a differential manner, and the first and second varactor pairs are directly connected to both ends of the tank circuit without a coupling capacitor. A first common connection point that is arranged in parallel between the varactors of the first varactor pair and is connected together, and a second common connection point that is connected together of the varactors of the second varactor pair A carrier frequency control varactor circuit, the second node pair of which is connected across the control voltage source to generate a carrier frequency defined by a control voltage applied from the control voltage source;
The third and fourth varactor pairs have differentially arranged third and fourth varactor pairs, and the third and fourth varactor pairs are connected to both ends of the tank circuit and to each of the first node pairs via a coupling capacitor. A third common connection point arranged in parallel between the third pair of nodes connected to which the varactors of the third varactor pair are connected together, and the varactors of the fourth varactor pair connected together the fourth node pair in the fourth common connection point of which is, connected to both ends of the modulation voltage source, using the modulation varactor circuit, depending on the modulation voltage applied to the carrier frequency from the modulated voltage source Modulate,
A plurality of switched trim capacitors connected in parallel, each node of the third node pair being connected to the ground, and a plurality of capacity cells included in each of the plurality of switched trim capacitors being grouped Based on the code to turn on, the variable portion of the total capacity of the modulation varactor circuit is reduced and controlled so that a substantially linear gain of the modulation varactor circuit is maintained, and the plurality of switched trim capacitors are controlled. using, before adjusting the Kige Inn,
A control method characterized by the above.
前記ゲインは、前記直接変調電圧制御発振器のQファクタ損失を最小化するようにスイッチング・トリム容量を使用して調整される請求項6に記載の制御方法。   The control method according to claim 6, wherein the gain is adjusted using a switching trim capacitor so as to minimize a Q factor loss of the direct modulation voltage controlled oscillator.
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