JP4885421B2

JP4885421B2 - 発振器

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Publication number: JP4885421B2
Application number: JP2003511404A
Authority: JP
Inventors: ヤコブソン、ハラルド; ジボルジアン、スパルタク
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
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Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2012-02-29
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Description

本発明は発振器に関するものであり、更に特定すれば、本発明は２つ以上の発振器、特に、ＬＣ発振器を一緒にロックすることを対象としたものである。

発振器は、殆どの種類の電気回路に用いられている。用途によっては、周波数の精度および安定性はそれ程重要ではないが、別の用途によっては、発振器は純粋の周波数スペクトル（振動数スペクトル）を有し、位相ノイズは非常に低いことが極めて重要である。これらの要求が非常に高く設定される用途の種類の１つには通信システムが挙げられる。通信システムにおける発振器は基本要素（ｂｕｉｌｄｉｎｇｂｌｏｃｋｓ）と看做されることが少なくない。これら基本要素は、小型で、好ましくは一体型であり、安価に製造でき、信頼性が高く、電力消費は少なく、さらにまた最も厳しい信号品質要求の中で実現されることが必要である。これらの特性を得ることは困難な課題である。利用可能な半導体面積が限定され、且つ使用可能な電力が限定される集積回路上で、外部構成要素は全くなしに発振器の基本要素を実現しなければならない場合にはこの課題はとりわけ困難である。

これらの相反するが非常に望ましい発振器の品質に真剣に取り組むための試みがこれまでにいくつか行われている。発振器の位相ノイズを改善する１つの方法は、２つの発振器を一緒にロックすることである。従来、このことにより、発振器の共振器が互いに干渉することを回避し、さらに発振器を纏めてロックするために必要な追加回路用のスペースを確保するために必要となる半導体面積が２倍を超えるようになった。発振器の追加に加え、この回路を追加することによって基本成分の総消費電力は増大する。電力および占有面積が増大することは、携帯電話のような通常は乾電池式の、携帯通信装置にとっては特に好ましからざる発振器基本要素の特性である。発振器の基本要素にはなお改善の余地があるように思われる。

本発明の目的の１つは、発振器、特にＬＣ発振器の位相ノイズを低減させる方法を規定することである。

本発明の別の目的の１つは、発振器特性、特にＬＣ発振器の特性を改善する方法を規定することである。

本発明の更に別の目的は、位相ノイズの低いＬＣ発振器を規定することである。

前述の目的は、第１ＬＣ発振器を少なくとも第２ＬＣ発振器に周波数ロックする本発明の方法、およびその回路ならびに装置によって実現される。この方法は、相互インダクタンスによって第１ＬＣ発振器の共振器インダクターを少なくとも第２発振器の共振インダクターと結合するステップからなる。共振インダクターは、当該ＬＣ発振器の共振回路のインダクター、即ちＬＣにおけるＬ（または、少なくともその一部）である。ロックした２つの差動ＬＣ発振器を備える本発明による発振器回路の開発の所産は、２つの発振器回路の基本的周波数ＡＣ接地点をＡＣ結合することによって少なくとも２つの発振器回路を一緒にロックする発振装置である。

また、前述の目的は、本発明による第１ＬＣ発振器と第２ＬＣ発振器とを備えた発振器回路によって実現される。第１ＬＣ発振器は共振インダクターを備え、第２ＬＣ発振器も共振インダクターを備える。これらの第１ＬＣ発振器および第２ＬＣ発振器はほぼ同一の基本周波数を有する。本発明によれば、第１ＬＣ発振器の共振インダクターは、相互インダクタンスによって第２ＬＣ発振器の共振インダクターに誘導結合される。これによって、第１ＬＣ発振器および第２ＬＣ発振器は互いに周波数ロックすることができる。

実施形態によっては、発振器回路は第３のＬＣ発振器を備える。第３のＬＣ発振器は共振インダクターを備え、当該第３のＬＣ発振器の共振インダクターは、相互インダクタンスによって他のＬＣ発振器の他の共振インダクターの少なくとも１つに誘導結合される。これらの実施形態のなかには、共振回路が第４のＬＣ発振器を備えるものもある。当該第４のＬＣ発振器は共振インダクターを備え、第４のＬＣ発振器の共振インダクターは相互インダクタンスによって他のＬＣ発振器の他の共振インダクターの少なくとも１つに誘導結合される。

別の実施形態では、発振器回路は任意の数の別のＬＣ発振器を備える。それぞれの別のＬＣ発振器は共振インダクターを備え、当該別のＬＣ発振器の共振インダクターの各々は相互インダクタンスによって他のＬＣ発振器の他の共振インダクターの少なくとも１つに誘導結合される。

一部の実施形態では、相互インダクタンスによるＬＣ発振器の共振インダクター間における誘導結合は、相互インダクタンスによって誘導結合されたそれぞれの共振インダクターのインダクター巻線を少なくとも部分的にからみ合わせることによって実現される。ＬＣ発振器は、ほぼ同一の回路を適切に有することができると適切である。ＬＣ発振器の基本周波数はＬＣ発振器の全ての周波数とほぼ同一であると有利である。

実施形態によっては、ＬＣ発振器は差動ＬＣ発振器であって、各差動ＬＣ発振器は差動対称により少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地を備える。

更に、前述の目的は本発明に基づき通信ユニットによって実現される。当該通信ユニットは、先に説明した実施形態による発振器回路を備える。

更に、前述の目的は本発明に基づき、第１発振器回路と第２発振器回路とを備えた発振装置によって実現される。当該発振装置の各々は、先に説明した実施形態により、各ＬＣ発振器は差動対称により少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地を備えた差動ＬＣ発振器である。本発明によれば、発振装置は第１発振器回路の少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地点の１つと、第２発振器回路の少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地点の１つとの間の第１ＡＣ結合を含むことによって第１発振器回路を第２発振器回路にロックする。

第１発振器回路と第２発振器回路とはほぼ同一であると好都合である。第１のＡＣ結合は第１発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点と第２発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点との間で行われ、第１基本周波数ＡＣ接地点は同一の基本周波数ＡＣ接地点であると有利である。

ある実施形態では、発振装置は第１発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点と、第２発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点との間における第２のＡＣ結合を含み、第２基本周波数ＡＣ接地点は同一の基本周波数ＡＣ接地点である。

実施形態によっては、発振装置は第３の類似の発振器回路を備える。第１のＡＣ結合は第３発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点に更に結合されるか、または発振器回路は第１発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点と、第３発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点との間において第の２ＡＣ結合を含み、第２基本周波数ＡＣ接地点は同一の基本周波数ＡＣ接地点であり、第１周波数基本周波数ＡＣ接地点とは別のものであると適切である。

第３の発振器回路は第１および第２発振器回路とほぼ同一の基本周波数を有するか、または第１および第２発振器回路のほぼ２倍の周波数の基本周波数を有することができると適切である。

発振装置の実施形態によっては、第４の類似の発振器回路を備える。第１のＡＣ結合が第４の発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点に更に結合されるか、または発振装置が第２発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点とは別の第２発振器回路の基本周波数ＡＣ接地点と、これに対応する第４の差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点との間において第３のＡＣ結合を更に備えると適切である。

第４発振器回路は実質的に第１および第２発振器回路の基本周波数の周波数である基本周波数を有することができる、または第４発振器回路は第１および第２発振器回路の基本周波数のほぼ２倍の周波数である基本周波数を有することができる、あるいは第４周波数回路は第３発振器回路の基本周波数のほぼ２倍の周波数である基本周波数を有することができると有利である。

実施形態によっては、２つ以上の基本周波数ＡＣ接地点間の１つ以上のＡＣ結合はＡＣインピータンス素子を介して電圧源に更に結合される。別の実施形態では、２つ以上の基本周波数ＡＣ接地点間の１つ以上のＡＣ結合はＡＣインピーダンス素子を介して接地に更に結合される。

２つ以上の基本周波数ＡＣ接地点間のＡＣ結合の１つ以上は直接結合であり、さらに／または２つ以上の基本周波数ＡＣ接地点間のＡＣ結合の１つ以上は抵抗結合であり、さらに／または２つ以上の基本周波数ＡＣ接地点間のＡＣ結合の１つ以上は容量結合であると適切である。

更に、前述の目的は本発明による、任意の数、少なくとも２つ、の発振器回路であって、その各々は前述の実施形態による発振器回路、を備えた発振装置によって実現される。前述の実施形態において、各ＬＣ発振器は差動対称により少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地を備えた差動ＬＣ発振器である。本発明によれば、発振装置は発振器回路の基本周波数ＡＣ接地点間で任意の数のＡＣ結合を備えることにより発振器回路を周波数ロックする。

また、前述の目的は本発明に基づき、先に説明した実施形態のいずれかによる発振装置を備えた通信ユニットによって達成される。

また、前述の目的は本発明に基づき、第１ＬＣ発振器を第２ＬＣ発振器に周波数ロックする方法によって達成することができる。本発明によれば、当該方法は相互インダクタンスによって第１ＬＣ発振器の共振インダクターを第２ＬＣ発振器の共振インダクターに結合するステップを含む。

本発明によるＬＣ発振器を提供することによって、従来技術の発振器に優る利点が複数得られる。本発明の主たる目的は、高品質の信号を出力する改善されたＬＣ発振器を提供することである。これは本発明に基づき、ＬＣ発振器の共振インダクターを誘導結合し、且つ周波数ロックすることによって得られる。本発明に従って２つ以上のＬＣ発振器を一緒にロックすることによって、各発振器の位相ノイズは最高で３ｎｄＢだけ低減される。その場合、２^ｎは結合された発振器の数になる。更に、正の相互インダクタンスが反対側の発振器内に電流を誘導することによって、はるかに低いバイアス電流で共振器内の電圧変動を同一に保つことができる。１の結合係数の範囲においては、電流バイアスの低減は係数２であるため電力消費は単一の発振器と同一にする。なお、各発振器内のバイアス電流を更に削減することによって共振器の装荷を削減することができるため、装荷Ｑ値を増大させる。これによって、２つの発振器を互いにロックすることによって達成された３ｄＢを超えて位相ノイズを改善することができる。また、ある実施形態においては複数のインダクターによって消費される面積は単一のインダクターの面積よりわずかに大きいに過ぎない。インダクターは発振器のスペース要求の大半の部分を占めることが少なくないので、発振器の全体の面積の増加は２の係数よりはるかに小さい。本発明の一部の実施形態においては、スペース要求を削減することに加え、インダクターの大きさを縮小することによって、電力消費は増えても位相ノイズを更に低減することが可能である。更に、発振器がそのようにロックすることによって、２つの発振器の出力は互いに同相となる。このように、本発明に従って２つ以上のＬＣ発振器を一緒に結合することによって、それ以上の大きなスペースを占めることなく、電力を余分に消費することもなしに位相ノイズを３ｄＢ以上低減することができる。本発明のその他の利点は詳細な説明から明らかとなろう。

ここで、下記図面を参照しながら本発明を更に詳述し説明する。ただし、これは限定目的では決してない。

本発明による方法および装置を明らかにするため、その用法のいくつかの例を図１乃至図８を照らし合わせながら説明する。

図１は平行共振ＬＣ発振器を示す。発振器はコンデンサＣ、およびＬＣ共振回路１００においてインダクターＬを備える。能動的駆動素子はマイナス抵抗−Ｒおよび制動抵抗Ｒによって表される。共振周波数、即ち、発振器が発振する周波数であるその基本周波数は、ｆ_ｏ＝１/（２・π・（Ｌ・Ｃ）^１／２）によって近似的に与えられる。それは平行共振回路のインピーダンスが高い場合である。それが直列の共振ＬＣ発振器であった場合には、その直列共振回路のインピーダンスが低いと、共振が発生する。本発明は、平行または直列の共振ＬＣ発振器の使用に限定されるものではない。それらが固定周波数発振器、または可変発振器である場合、本発明が使用される発振器に対して加える唯一の制約は、それらはいずれも共振回路内にインダクターを有す必要があることである。

本発明の考え方は、２つ以上のＬＣ発振器の共振器にできる限り多く干渉させあうようにすることであり、干渉を避けようとすることではない。この望ましい干渉は、結合を希望するＬＣ発振器の共振器のインダクターを相互インダクタンスによって結合することによって実現される。

図２は、本発明により結合され、周波数ロックされた２つの平行共振ＬＣ発振器を示す。双方の発振器は、そのそれぞれの共振回路２００、２１０内にコンデンサＣ、Ｃ´およびインダクターＬ、Ｌ´を備える。更に、各ＬＣ発振器は、ここでもまた各々のマイナス抵抗素子−Ｒ、−Ｒ´で表示されているある種の駆動手段を備え、また各発振器はＲ、Ｒ´によって表示される制動抵抗を備える。本発明によれば、それぞれの共振回路２００、２１０のインダクターＬ、Ｌ´は相互インダクタンスＭによって結合されている。相互インダクタンスはインダクターＬ、Ｌ´間の物理的関係によって与えられる。発振器間において得られる結合係数はＫ＝Ｍ／（Ｌ・Ｌ´）^１／２によって与えられ、即ちこれはインダクターの大きさによって決まる。結合係数は０．０１乃至１とすることが適切であり、結果が改善されると結合が高まることは予備検査によってわかっている。本発明によって周波数ロックされる２つ以上のＬＣ発振器間の周波数の違いは、およそ５０％以下に過ぎないことが好ましい。

先に言及したように、通信システムにおける基本要素としての発振器は、外部の構成要素は何もなしに集積回路上で実現されることが好ましい。外部構成要素は何も使用しないようにするためには、インダクターを統合することが必要である。図３Ａ乃至図５Ｂはいずれも、本発明による共振インダクタンスのトラック構成の例を相互インダクタンスと一緒に示す。これらは、集積回路内の１つ以上の金属層と共に実現されるのが適切である。

図３Ａは本発明に基づく相互インダクタンスと共に２つの共振回路インダクターのトラック構成の第１の例を示す。第１の例において共振インダクターは同じ金属層および重なりにおいて少なくとも実質的に実現される。各インダクターは、各それぞれの発振器の残りの部分につながる接続部３３０、３４０を備える。この例では、第１インダクターのトラック３３９は切れ目がなく、第２のインダクターのトラック３４９はバイアス３４１、３４３、３４５、３４７を介して異なる層の間を進み、インダクター間のあらゆる物理的結合を回避する。

図３Ｂの示す構成は、図３Ａの第１の例とほぼ同じであるが、これにはＤＣバイアス目的のトラックが付加されている。発振器によっては、バイアス、即ち基準電圧または電力が、共振インダクター上のセンター・タップによって接続されることが必要である。バイアス・トラック３７９は３７１、３７３を介して双方の端部の電圧源と接続することができる。バイアス３７５、３７７はバイアス・トラック３７９を各それぞれのインダクター・トラック３３９、３４９のセンター・タップに接続する。バイアス・トラック３７９は両方向において左右対称であり、インダクターに対し同等且つ左右対称に作用する。

図４は、本発明による相互インダクタンス結合と共に２つの回路インダクターのトラック構成の第２の例を示す。２つのインダクターが互いの上に、即ち異なる金属層および重なりの中に配置されている。各インダクターはそれ自身の接続部４３０、４４０および切れ目のないトラック４３９，４４９を備えている。図４Ｂは、図３Ｂの第２の例とほぼ同じ構成を示しているが、これにはＤＣバイアス・ネットワーク・トラック４７９が示されている。この例におけるバイアス・ネットワークは、各端部において電圧源接続４７１、４７３を備えている。また、この例では、バイア４７５、４７７を用いてそれぞれのセンター・タップ・インダクター・トラック４３９、４４９に接続している。バイアス・トラック４７９は両方向に左右対称であって、インダクターに対し同等に且つ左右対称に作用する。

図５Ａは本発明による相互インダクタンスと共に共振回路インダクターのトラック構成の第３の例を示す。この例の４つのインダクターは重なり合ってはいないが、同一の金属層内にあることが適切である。各インダクターおよび対応するインダクター・トラック５３９、５４９、５５９、５６９は、対応する発振器のその他の部分につながるそれ自身の接続部５３０、５４０、５５０、５６０を備える。この例では、４つの発振器が各々の発振器の共振インディケータ間で相互インダクタンスによって結合され、周波数ロックされている。

図５Ｂは、図５Ａの第３例のインダクターの各々にセンター・タップＤＣバイアスを付加したものを示す。バイアス・ネットワーク５７９は４つのバイアス接続５７１、５７２、５７３、５７４を備え、その各々はインダクターと接続し、また対応するインダクター・センター・タップと接続するセンター・タップ・バイア５７５、５７６、５７７、５７８を備える。バイアス・ネットワーク５７９は両方向に左右対称であって、インダクターに対し同等に且つ左右対称に作用する。

先に言及したように、発振器の共振インダクターを相互インダクタンスによって結合することによって２つ以上の発振器を互いにロックする本発明は、いずれかの種類の発振器に限定するものではない。ただし、当該発振器はそのそれぞれの共振回路において少なくとも１つのインダクターを有する必要がある。図６は、本発明に基づき相互インダクタンスＭ結合によって周波数結合される２つの差動ＬＣ発振器の概略図を示す。本発明に基づき共振インダクターを相互インダクタンスにより結合することによって互いに周波数ロックされる２つの差動発振器を備えたそのような発振装置はスーパー発振器と呼ばれる。各差動ＬＣ発振器は、それぞれのコンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ３´、Ｃ４´およびそれぞれのインダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ１´、Ｌ２´を有する共振回路部分を備える。更に、各差動ＬＣ発振器はトランジスタＴ１、Ｔ１´、Ｔ２、Ｔ２´、抵抗Ｒ１、Ｒ１´、Ｒ２、Ｒ２´、Ｒ３、Ｒ３´、およびコンデンサＣ１、Ｃ１´、Ｃ２、Ｃ２´を有する駆動部を備える。

共振器のコンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ３´、Ｃ４´は２つのコンデンサにそれぞれ分割されて図示されており、これにより、任意の基本的周波数ＡＣ接地点６４０、６４１を作成する。また、共振器のインダクターＬ１、Ｌ２、Ｌ１´、Ｌ２´も２つのインダクターにそれぞれ分割さて図示されており、これにより、基本周波数ＡＣ接地点として機能し、この例のために必要なＤＣバイアス点６５０、６５１を作成する。更に、各差動発振器は１つの基本周波数ＡＣ接地点６３０、６３１、ならびに２つの結合された基本周波数ＡＣ接地およびバイアス点６１０、６１１、６２０、６２１を備える。基本周波数ＡＣ接地点は、差動発振器の基本周波数が差動発振器の左右対称によって効果的に取り消される点である。更に、基本周波数ＡＣ接地は奇数次高調波のみ、即ち基本周波数の偶数倍、を含み第１高調波が主流波となる。

本発明の更なる拡張例によれば、一方のスーパー発振器の基本周波数ＡＣ接地点をもう一方のスーパー発振器の基本周波数ＡＣ接地点と結合することによって、先に説明した２つのスーパー発振器を一緒に周波数ロックすることが可能である。これらのＡＣ接地点を一緒に結合することによって、スーパー発振器はＡＣ接地点をできる限り改善することによりその位相を調整して第１高調波が取り消されるように努める。スーパー発振器は９０度、即ち直角に位相がずれ、同じ周波数となる。

ＡＣ結合は直接結合のコンデンサ、抵抗等とすることができる。一緒に結合されるスーパー発振器の基本周波数ＡＣ接地点は、同じ種類の点であって、結合点の振幅は同一であることが好ましい。あるいは、結合には、ある程度の一致が必要である。本発明によるスーパー発振器は点の種類毎に２つの基本発振器ＡＣ接地点を、差動発振器毎に１つの基本発振器ＡＣ接地点を備える。このことは構成目的の上で、および／または２つ以上のスーパー発振器を１つのスーパー発振器に結合するためには非常に有利である。本発明のこの拡張例によって周波数ロックされる２つ以上のスーパー発振器間の周波数の差はおよそ１０％以下であることが好ましい。

図７は、本発明によって星構成に一緒にロックされた４つのスーパー発振器７１０、７２０、７３０、７４０を示す。即ち各スーパー発振器７１０、７２０、７３０、７４０の基本周波数ＡＣ接地点７１２、７１４、７２２、７２４、７３２、７３４、７４２、７４４は７５０と一緒に結合される。各スーパー発振器７１０、７２０、７３０、７４０は先に説明した本発明によって一緒にロックされた２つの差動発振器を備える。各スーパー発振器は同じ種類の２つの基本周波数ＡＣ接地点７１２、７１４、７２２、７２４、７３２、７３４、７４２、７４４を備え、どちらを使用するかは、例えば、構成に依存する。使用される基本周波数ＡＣ接地点にＤＣバイアス型も含まれる場合、ＤＣバイアス点７６２に加えバイアス・インピーダンス７６０も必要となる。このような星形構成においては、もっと多いまたは少ない数のスーパー発振器を纏めて周波数ロックすることが可能である。ここで留意すべきことは、スーパー発振器は同一の基本周波数ＡＣ接地点を用いて２つ以上の別のスーパー発振器にＡＣ結合することができることである。

図８は、本発明によって直列構成に纏めて周波数ロックされた４つのスーパー発振器８１０、８２０、８３０、８４０の例を示す。即ち、スーパー発振器８１０、８２０、８３０、８４０のいずれも基本周波数ＡＣ接地点８１２、８１４、８２２、８２４、８３２、８３４、８４２、８４４によって一緒にＡＣ結合されていない。この例では、第１スーパー発振器８１０の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点８１４は、第２スーパー発振器８２０の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点８２２と一緒に８５１にＡＣ結合される。第２スーパー発振器８２０の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点８２４は、第３スーパー発振器８３０の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点８３２と一緒に８５２にＡＣ結合される。更に、第３スーパー発振器８３０の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点８３４は第４スーパー発振器８４０の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点８４２に８５３と一緒にＡＣ結合される。同図には、光ＤＣバイアス・インピーダンス８１５、８２５、８３５と、これに対応するＤＣバイアス点８１６、８２６、８３６が示されている。このような直列構成においては、もっと多いまたは少ない数の発振器を纏めて周波数ロックすることが可能である。ここで留意すべきことは、スーパー発振器は同じ基本周波数ＡＣ接地点を用いて２つの別のスーパー発振器にＡＣ結合することができることである。

本発明の基本的原理は、ＬＣ発振器の共振インダクター間での相互インダクタンス結合によって、ＬＣ発振器を互いに周波数ロックすることである。本発明の拡張版においては、共振インダクターを相互インダクタンス結合することによって周波数ロックされた２つの差動ＬＣ発振器を備えたスーパー発振器が、スーパー発振器の基本周波数ＡＣ接地点を一緒にＡＣ結合することによって１つ以上の別のスーパー発振器に周波数ロックされる。本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、下記の特許請求の範囲の範囲内で変更可能である。

図１、ＬＣ発振器
ＣＬＣ共振回路コンデンサ
ＬＬＣ共振回路インダクター
Ｒ抵抗
−Ｒマイナス抵抗
１００ＬＣ共振回路

図２、本発明によって結合されたＬＣ発振器
Ｃ第１ＬＣ発振器のＬＣ共振回路コンデンサ
Ｃ´ 第２ＬＣ発振器のＬＣ共振回路コンデンサ
ＭＬとＬ´と間の相互インダクタンス
Ｌ´ 第２ＬＣ発振器のＬＣ共振回路インダクター
Ｒ第１ＬＣ発振器の抵抗
Ｒ´ 第２ＬＣ発振器の抵抗
−Ｒ第１ＬＣ発振器のマイナス抵抗
−Ｒ´ 第２ＬＣ発振器のマイナス抵抗
２００第１ＬＣ発振器のＬＣ共振回路
２１０第２ＬＣ発振器のＬＣ共振回路

図３、本発明による共振回路インダクター結合のトラック構成の第１例。２つのインダクターは実質的に同じ金属層および重なり内にある。
３３０第１インダクターの接続
３３９第１インダクター・トラック
３４０第２インダクターの接続
３４１異なる金属層間の第２インダクターのバイア
３４３異なる金属層間の第２インダクターのバイア
３４５異なる金属層間の第２インダクターのバイア
３４７異なる金属層間の第２インダクターのバイア
３４９第２インダクター・トラック
３７１インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第１接続
３７３インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第２接続
３７５第２インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ・バイア
３７７第１インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ・バイア
３７９バイアス・ネットワーク・トラック

図４、本発明による共振回路インダクター結合のトラック構成の第２の例。２つのインダクターが互いの上に、即ち、異なる金属層および重なりの中に配列されている。
４３０第１インダクターの接続
４３９第１インダクター・トラック
４４０第２インダクターの接続
４４９第２インダクター・トラック
４７１インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第１接続
４７３インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第２接続
４７５第２インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ
４７７第１インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ
４７９バイアス・ネットワーク・トラック

図５、本発明による共振回路インダクター結合のトラック構成の第２の例。４つのインダクターが重なることなく適切に同じ金属層の中にある。
５３０第１インダクターの接続
５３９第１インダクター・トラック
５４０第２インダクターの接続
５４９第２インダクター・トラック
５５０第３インダクターの接続
５５９第３インダクター・トラック
５６０第４インダクターの接続
５６９第４インダクター・トラック
５７１インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第１接続
５７２インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第２接続
５７３インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第３接続
５７４インダクターのセンター・タップに対する任意バイアスの第４接続
５７５第１インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ・バイア
５７６第２インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ・バイア
５７７第３インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ・バイア
５７８第４インダクターへのバイアス・ネットワーク・センター・タップ・バイア
５７９バイアス・ネットワーク・トラック

図６
Ｃ１第１差動発振器の第１コンデンサ
Ｃ１´ 第２差動発振器の第１コンデンサ
Ｃ２第１差動発振器の第２コンデンサ
Ｃ２´ 第２差動発振器の第２コンデンサ
Ｃ３、Ｃ４第１差動発振器の第３および第４コンデンサ、２つのコンデンサはその間に基本周波数ＡＣ接地点を作成する
Ｃ３´、Ｃ４´ 第２差動発振器の第３および第４コンデンサ、２つのコンデンサはその間に基本周波数ＡＣ接地点を作成する
ＭＬ１とＬ１´およびＬ２とＬ２´間の相互インダクタンス
Ｌ１、Ｌ２第１差動発振器の第１および第２インダクター、基本的にはバイアス用のセンター・タップ・インダクターおよび基本的周波数ＡＣ接地点
Ｌ１´、Ｌ２´ 第２差動発振器の第１および第２インダクター、基本的にはバイアス用のセンター・タップ・インダクターおよび基本的周波数ＡＣ接地点
Ｒ１第１差動発振器の第１抵抗
Ｒ１´ 第２差動発振器の第１抵抗
Ｒ２第１差動発振器の第２抵抗
Ｒ２´ 第２差動発振器の第２抵抗
Ｒ３第１差動発振器の第３抵抗
Ｒ３´ 第２差動発振器の第３抵抗
Ｔ１第１差動発振器の第１トランジスタ
Ｔ１´ 第２差動発振器の第１トランジスタ
Ｔ２第１差動発振器の第２トランジスタ
Ｔ２´ 第２差動発振器の第２トランジスタ
６１０第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地のバイアス点および第１点
６１１第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地のバイアス点および第１点
６２０第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地のバイアス点および第２点
６２１第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地のバイアス点および第２点
６３０第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地の第３点
６３１第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地の第３点
６４０第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地の第４点
６４１第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地の第４点
６５０第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地のバイアス点および第５点
６５１第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地のバイアス点および第５点

図７、本発明により星形構成に纏めてロックされた４つのスーパー発振器の例。各スーパー発振器は本発明により一緒にロックされた２つの差動発振器を備える。
７１０第１スーパー発振器
７１２第１スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７１４第１スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７２０第２スーパー発振器
７２２第２スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７２４第２スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７３０第３スーパー発振器
７３２第３スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７３４第３スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７４０第４スーパー発振器
７４２第４スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７４４第４スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
７５０基本周波数ＡＣ接地点の共通結合点
７６０任意のＤＣバイアス・インピーダンス、高ＡＣインピーダンスおよび低ＤＣインピーダンス、用いられる基本周波数ＡＣ接地点によって決まる
７６２基本周波数ＡＣ接地点の任意のＤＣバイアス点

図８、本発明によって直列構成に纏めてロックされたスーパー発振器の例。各発振器は本発明によって一緒にロックされた２つの発振器を備える。
８１０第１スーパー発振器
８１２第１スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８１４第１スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８１５任意のＤＣバイアス・インピーダンス、高ＡＣインピーダンス、および低バイアス・インピーダンス。どの基本周波数ＡＣ接地点が用いられるかに左右され、第１および第２スーパー発振器を結合する。
８１６第１および第２スーパー発振器を結合するために用いられる基本周波数ＡＣ接地点の任意のＤＣバイアス点
８２０第２スーパー発振器
８２２第２スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８２４第２スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８２５任意のＤＣバイアス・インピーダンス、高ＡＣインピーダンス、および低バイアス・インピーダンス。どの基本周波数ＡＣ接地点が用いられるかに左右され、第２および第３スーパー発振器を結合する。
８２６第２および第３スーパー発振器を結合するために用いられる基本周波数ＡＣ接地点の任意のＤＣバイアス点
８３０第３スーパー発振器
８３２第３スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８３４第３スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８３５任意のＤＣバイアス・インピーダンス、高ＡＣインピーダンス、および低バイアス・インピーダンス。どの基本周波数ＡＣ接地点が用いられるかに左右され、第３および第４スーパー発振器を結合する。
８３６第３および第４スーパー発振器を結合するために用いられる基本周波数ＡＣ接地点の任意のＤＣバイアス点
８４０第４スーパー発振器
８４２第４スーパー発振器の第１差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８４４第４スーパー発振器の第２差動発振器の基本周波数ＡＣ接地点
８５１第１スーパー発振器の基本周波数ＡＣ接地点と第２発振器の基本周波数ＡＣ接地点とを結合する共通点
８５２第２スーパー発振器の基本周波数ＡＣ接地点と第３発振器の基本周波数ＡＣ接地点とを結合する共通点
８５３第３スーパー発振器の基本周波数ＡＣ接地点と第４発振器の基本周波数ＡＣ接地点とを結合する共通点

平行共振発振器の原理図。本発明の基本原理図。本発明により結合された２つのインダクターのトラック構成の第１の例。センター・タップ・バイアスされた２つのインダクターのトラック構成の第１の例。本発明により結合された２つのインダクターのトラック構成の第２の例。センター・タップ・バイアスされた２つのインダクターのトラック構成の第２の例。本発明により結合された４つのインダクターのトラック構成の例。センター・タップ・バイアスのされた４つのインダクターのトラック構成の例。本発明によって結合される２つの作動ＬＣ発振器の概略図。本発明によりロックされた発振器の星形構成。本発明によりロックされた発振器の直列構成。

Claims

第１発振器回路および第２発振器回路を備える発振装置であって、各発振器回路は、
共振インダクターを１つ含む第１ＬＣ発振器と共振インダクターを１つ含む第２ＬＣ発振器とを備える発振器回路であって、前記第１ＬＣ発振器と該第２ＬＣ発振器とは同じ基本周波数を有する発振器回路において、前記第１ＬＣ発振器の共振インダクターは相互インダクタンスによって前記第２ＬＣ発振器の共振インダクターに結合され、これによって前記第１ＬＣ発振器と前記第２ＬＣ発振器とは互いに周波数ロックすることが可能となり、
相互インダクタンスによって結合されたそれぞれの共振インダクターのインダクター巻線を少なくとも部分的に絡み合わせることによって、前記第１および第２ＬＣ発振器の共振インダクター間での相互インダクタンスの結合が実現され、
前記第１および第２ＬＣ発振器は差動ＬＣ発振器であり、前記第１および第２ＬＣ発振器の各々は差分対称により少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地を備え、
前記第１発振器回路の少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地点の１つと、前記第２発振器回路の少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地点の１つとの間でのＡＣ結合を含み、これによって前記第１発振器回路を前記第２発振器回路にロックさせることを特徴とする発振装置。
請求項１記載の発振装置に含まれる前記各発振器回路は、第３ＬＣ発振器を備え、該第３ＬＣ発振器は共振インダクターを備え、更に該第３ＬＣ発振器の共振インダクターは、相互インダクタンスによって他のＬＣ発振器の他の共振インダクターの少なくとも１つに結合されることを特徴とする発振装置。
請求項２記載の発振装置に含まれる前記各発振器回路は、第４ＬＣ発振器を備え、該第４ＬＣ発振器は共振インダクターを備え、更に該第４ＬＣ発振器の共振インダクターは、相互インダクタンスによって他のＬＣ発振器の他の共振インダクターの少なくとも１つに結合されることを特徴とする発振装置。
請求項１記載の発振装置に含まれる前記各発振器回路は、任意の数の別のＬＣ発振器を供え、各別のＬＣ発振器は共振インダクターを備え、更に前記別のＬＣ発振器の前記共振インダクターの各々は相互インダクタンスによって他のＬＣ発振器の他の共振インダクターの少なくとも１つに結合されることを特徴とする発振装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発振装置に含まれる前記各発振器回路は、前記ＬＣ発振器は同じ回路を有することを特徴とする発振装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発振装置に含まれる前記各発振器回路は、前記ＬＣ発振器の基本周波数は前記ＬＣ発振器の全てと同じ周波数であることを特徴とする発振装置。
請求項１記載の発振装置において、前記第１発振器回路と前記第２発振器回路は同一であることを特徴とする発振装置。
請求項７記載の発振装置において、前記ＡＣ結合は前記第１発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点と、前記第２発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点との間であり、前記第１基本周波数ＡＣ接地点は同一の基本周波数ＡＣ接地点であることを特徴とする発振装置。
請求項８記載の発振装置であって、前記第１発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点と、前記第２発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点との間での第２結合を含み、前記第２基本周波数ＡＣ接地点は同一の基本周波数ＡＣ接地点であることを特徴とする発振装置。
請求項１、請求項７および請求項８のいずれか一項に記載の発振装置であって、請求項１記載の第３の発振器回路を備えることを特徴とする発振装置。
請求項１０記載の発振装置において、前記ＡＣ結合は前記第３発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点に更にＡＣ結合されることを特徴とする発振装置。
請求項１１記載の発振装置であって、前記第１発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点と、前記第３発振器回路の第２基本周波数ＡＣ接地点との間での結合を含み、前記第２基本周波数ＡＣ接地点は同一の基本周波数ＡＣ接地点であり、前記第１基本周波数ＡＣ接地点とは別であることを特徴とする発振装置。
請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載の発振装置において、前記第３発振器回路は前記第１および第２発振器回路と同じ基本周波数を有することを特徴とする発振装置。
請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載の発振装置において、前記第３発振器回路は前記第１および第２発振器回路の基本周波数の２倍の周波数である基本周波数を有することを特徴とする発振装置。
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一項に記載の発振装置であって、請求項１記載の第４の発振器回路を備えることを特徴とする発振装置。
請求項１５記載の発振装置において、前記ＡＣ結合は前記第４発振器回路の第１基本周波数ＡＣ接地点に更に結合されることを特徴とする発振装置。
請求項１６記載の発振装置であって、前記第２発振器回路の前記第１基本周波数ＡＣ接地点とは別である前記第２発振器回路の基本周波数ＡＣ接地点と、前記第４発振器回路の対応する基本周波数ＡＣ接地点との間における第３の結合を含むことを特徴とする発振装置。
請求項１５乃至請求項１７のいずれか一項に記載の発振装置において、前記第４発振器回路は、前記第１および第２発振器回路の基本周波数の周波数である基本周波数を有することを特徴とする発振装置。
請求項１５乃至請求項１７のいずれか一項に記載の発振装置において、前記第４発振器回路は、前記第１および第２発振器回路の基本周波数の２倍の周波数である基本周波数を有することを特徴とする発振装置。
請求項１５乃至請求項１７のいずれか一項に記載の発振装置において、前記第４発振器回路は、前記第３の発振器回路の基本周波数の２倍の周波数である基本周波数を有することを特徴とする発振装置。
請求項1および請求項７乃至請求項２０のいずれか一項に記載の発振装置において、２つの基本周波数ＡＣ接地点間の１つのＡＣ結合は、ＡＣインピーダンス素子を介して電圧源に更に結合されることを特徴とする発振装置。
請求項1および請求項７乃至請求項２０のいずれか一項に記載の発振装置において、２つの基本周波数ＡＣ接地点間の１つのＡＣ結合は、ＡＣインピーダンス素子を介して接地に更に結合されることを特徴とする発振装置。
請求項1および請求項７乃至請求項２０のいずれか一項に記載の発振装置において、２つの基本周波数ＡＣ接地点間の１つのＡＣ結合は、直接結合であることを特徴とする発振装置。
請求項1および請求項７乃至請求項２２のいずれか一項に記載の発振装置において、２つの基本周波数ＡＣ接地点間の１つのＡＣ結合は、抵抗結合であることを特徴とする発振装置。
請求項1および請求項７乃至請求項２２のいずれか一項に記載の発振装置において、２つの基本周波数ＡＣ接地点間の１つのＡＣ結合は、容量結合であることを特徴とする発振装置。
任意の数の発振器回路を備えた発振装置であって、各発振器回路は請求項１に記載の発振器回路であり、前記発振器回路の基本周波数ＡＣ接地点間に任意の数のＡＣ結合を含み、これによって前記発振器回路を周波数ロックすることを特徴とする発振装置。
通信ユニットであって、請求項１乃至請求項２５のいずれか一項に記載の発振装置を備えることを特徴とする通信ユニット。
第１発振器回路と第２発振器回路を備える発振装置において前記第１発振器回路を前記第２発振器回路にロックさせる方法であって、
前記第１発振器回路および前記第２発振器回路の各発振器回路は、第１ＬＣ発振器と第２ＬＣ発振器を含み、
前記第１ＬＣ発振器の１つの共振インダクターを相互インダクタンスによって前記第２ＬＣ発振器の１つの共振インダクターに結合し、前記第１ＬＣ発振器と前記第２ＬＣ発振器とを互いに周波数ロックさせ、
相互インダクタンスによって結合されたそれぞれの前記共振インダクターのインダクター巻線を少なくとも部分的に絡み合わせることによって、前記第１および第２ＬＣ発振器の前記共振インダクター間での相互インダクタンスの結合を実現する、ステップを含み、
前記第１および第２ＬＣ発振器は差動ＬＣ発振器であり、前記第１ＬＣ発振器と該第２ＬＣ発振器は同じ基本周波数を有し、差分対称により少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地を備え、
前記第１発振器回路の少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地点の１つと、前記第２発振器回路の少なくとも１つの基本周波数ＡＣ接地点の１つとの間でのＡＣ結合を含み、これによって前記第１発振器回路を前記第２発振器回路にロックさせることを特徴とする方法。