JP4939228B2 - 熱ドリフトがユーザ指定可能な電圧制御発振器 - Google Patents

熱ドリフトがユーザ指定可能な電圧制御発振器 Download PDF

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Description

本発明は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）回路に関する。好ましくは、斯かる回路は発振器のノイズ性能を−４０℃乃至＋８５℃にわたって維持し、熱ドリフト（thermal drift）、すなわち温度変化による周波数のドリフトを、ほぼ１００ｋＨｚにまで低減する。
電圧制御発振器（voltage controlled oscillator：ＶＣＯ）または発振器は、ＤＣ電圧を高周波（ＲＦ）電圧または信号に変換するために使用することができるコンポーネントである。その出力信号の大きさはＶＣＯ回路デザインに依存し、動作周波数は入力信号を提供する共振器によって決まる。クロック発生クロック再生回路（clock generation and clock recovery circuits）は、一般的には、位相ロックループ（phase locked loop：ＰＬＬ）内にあるＶＣＯを使用して外部参照（external reference）または受信データストリーム（incoming data stream）のどちらか一方からクロックを発生する。ＶＣＯは、ＰＬＬの性能に影響を与える。また、ＰＬＬは一般に通信ネットワーク構築において不可欠なコンポーネントであるとみなされる。というのは、発生したクロック信号は一般的には、基本的なサービス情報がその意図した目的に使用できるように、その情報を伝送または再生（リカバリ）するために使用されることができるからである。ＰＬＬは、通信を運ぶ搬送波周波数に通信機器が迅速にロックオン（lock-on）することを可能にするので、ＰＬＬは無線ネットワークにおいて特に重要である。
移動携帯電話機の人気は、無線アーキテクチャに対する関心を新たにし、更なる注意を喚起してきた。この人気は、更に低ノイズ広帯域発振器のデザインに対する新たな関心を呼び起こしている。ＵＭＴＳ（universal mobile telephone systems）を使用するセルラ携帯電話機および基地局の新たなファミリーの最近の爆発的な成長は、同調レンジがかなり広い超低ノイズ発振器の必要性を呼び起こしている。広帯域ソースの需要は、無線通信の爆発的な成長のおかげで一般に将来にわたって増大しつつある。特に、最新通信システムは、一般的にマルチバンド・マルチモードであり、それゆえ、ＤＣＳ１８００、ＰＣＳ１９００およびＷＣＤＭＡ（wideband code division multiple access）ネットワークへの単一の広帯域ＶＣＯによる同時アクセスを好ましくは可能にする広帯域低ノイズのソースが必要である。
ＶＣＯの動的動作レンジおよびノイズ性能は、ＰＬＬそれ自体の性能を制限しまたはそれに影響を与え、延いてはＰＬＬが利用される装置、例えばＲＦ送受信機、セルラフォン、モデムカードなどの性能を制限しまたはそれに影響を与える場合がある。ＶＣＯの広帯域周波数選択性（あるいは同調性）は、ＶＣＯのデザインにおけるより基本的なトレードオフ（tradeoffs）の１つを代表し、使用される技術およびトポロジーの両方に影響を与える。同調ダイオードのノイズの寄与のみならず、共振器の動的時間平均クオリティ因子（すなわちＱ因子）は、ＶＣＯのノイズ性能に影響を与える。さらに、動的負荷Ｑ因子は、一般にＶＣＯの動作周波数レンジに反比例する。
ＶＣＯ技術の継続的な改良にもかかわらず、低位相ノイズは相変わらすボトルネックのままであり、ＲＦ送受信機（送信機・受信機）デザインに難題をもたらしている。加えて、発振器／ＶＣＯデザインは、一般的にＲＦ送受信機システムに難題をもたらしている。これは一般的に、例えば低位相ノイズ、低電力消費および広い周波数同調レンジといったＶＣＯデザインのより多くの要求パラメータによるものだと考えられている。
発振器／ＶＣＯ技術は、経時的に改良が続けられてきており、強い位相ノイズの発生源を徐々に小さくし同調線形性をもたらしてはいるが、温度レンジ（−４０℃乃至＋８５℃）にわたる熱ドリフト現象は適切に対処されてこなかった。発振器／ＶＣＯの広い動作温度レンジは、熱ドリフト・プロファイルに関する情報が一般に欠如していることと相まって、広い動作温度レンジおよび動作周波数帯域にわたって熱ドリフトが比較的低い均一かつユーザ指定可能な熱ドリフト・プロファイルの発振器を開発する必要性を生み出している。
通常、安定度の高い発振器は数百メガヘルツの周波数までは水晶結晶で構成される。しかしながら、より優れた安定度とより低コストを実現するため、ＳＡＷ（surface acoustic wave）共振器ベースの発振器は、一般に超低位相ノイズ低熱ドリフト発振器に対するより良い選択肢であると考えられる。ＳＡＷ共振器は、一般的に、発振器において２ポート共振器として使用され、通常、回路コンポーネントによる許容差と動作温度レンジ（−４０℃乃至＋８５℃）にわたる熱ドリフトを補償するのに十分な同調レンジをサポートしない比較的小さな引き込み範囲（pull-in range）を有する。加えて、ＳＡＷ装置は、セラミック共振器ベースの発振器（ceramic resonator based oscillator：ＣＲＯ）と比べて比較的高価であり、それらの利用可能性および性能は、選択周波数と狭い動作温度レンジ（−２０℃乃至＋７０℃）に制限され、そのため、厳しい温度環境および／または低コスト利用における運転に適していない。
加えて、セラミック共振器ベースの発振器／ＶＣＯの熱ドリフトは、一般的に、−４０℃乃至＋８５℃の温度レンジで約５〜１０ＭＨｚである。セラミック共振器ベースのＶＣＯは、通常、ＰＬＬで生じる可能性がある位相跳躍（phase hits）にも影響を受けやすい。
以上のことから、位相跳躍問題に費用効率が高いソリューションを提供する、広い温度レンジで動作可能なユーザ指定可能な熱ドリフトを有する発振器が必要とされている。
本発明は上記課題を解決するための手段の具体的な形態として発振器を提供する。当該発振器は、好ましくは、第１、第２、および第３の端子を有する能動装置（active device）と、この能動装置の第１および第２の端子の間に結合された回路とを具備する。前記回路は、好ましくは、前記能動装置にバイアス電圧を掛けてその能動装置に選択量の位相ノイズをフィードバックする働きをする。
当該発振器は、好ましくは、前記能動装置の第２の端子にスロット切込プリント基板結合回路網（slot-cut-printed-board coupling network）を介して結合された同調ダイオード（tuning diode）を更に具備する。
本発明の斯かる形態によれば、前記スロット切込プリント基板結合回路網は、望ましくは、これに結合した共振器と前記能動装置との間でエバネセントモード・バッファ（evanescent mode buffer）としての機能を果たす。
さらに、本発明の斯かる形態によれば、前記スロット切込プリント基板結合回路網は、前記能動装置、あるいは一般的にはそれを含む発振器の熱ドリフトのプロファイルを制御する働きをする。
さらに本発明の斯かる形態によれば、好ましくは、前記能動装置の第２および第３の端子の間にフィードバック・コンデンサが結合される。加えて、当該発振器は、望ましくは、２段階再生フィルタを提供するために前記能動装置の第３の端子に結合された第１のフィルタおよび第２のフィルタを更に具備する場合がある。
さらに、本発明の斯かる形態によれば、前記能動装置はバイポーラトランジスタまたは電界効果型トランジスタから成る場合があり、その第１、第２および第３の端子はそれぞれいずれかのトランジスタのコレクタ・ノード、ベース・ノードおよびエミッタ・ノードを成す。
本発明の課題解決手段の具体的なもう１つの形態として、本発明は、能動装置と、共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置にわたってそれらに結合された回路とを好ましくは具備する発振器を提供する。前記回路は、好ましくは、斯かる共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置の間で共通結合コンデンサとして機能する働きをする。
本発明の斯かる形態によれば、前記回路は動作温度レンジにわたって当該発振器の熱ドリフトのプロファイルを制御する。本発明の斯かる形態によれば、前記回路は、望ましくは、当該発振器の熱プロファイルを指定するためにその寸法が選択可能なスロット切込マイクロストリップ線路を具備する。
さらに、本発明の斯かる形態によれば、前記回路は前記共振器および前記能動装置の間でエバネセントモード・バッファとしての機能を果たす。なおさらに、前記同調ダイオード回路網は前記回路に容量結合される。
さらに、本発明の斯かる形態によれば、前記共振器は好ましくはセラミック共振器から成る。なおさらに、前記能動装置は望ましくは電界効果型トランジスタまたはバイポーラトランジスタから成る。
本発明の課題解決手段の具体的な別の形態として、本発明は、当該装置からまたは当該装置へ伝達される情報を伝送または再生するために使用されるクロック信号を発生するための位相ロックループを具備する装置を構成する。加えて、前記位相ロックループは、好ましくは、前記クロック信号を発生するための電圧制御発振器を具備する。最も好ましくは、前記電圧制御発振器は、好ましくは、能動装置と、共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置にわたってそれらに結合されており斯かる共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置の間で共通結合コンデンサとして機能する働きをするスロット切込マイクロストリップ線路と、を具備する。
好ましくは、当該装置は無線装置を構成するが、最も好ましくは、セルラ携帯電話機を構成する。加えて、当該装置は、個人用情報携帯端末を構成する場合もある。
本発明の課題解決手段の具体的な別の形態として、本発明は、当該装置からまたは当該装置へ伝達される情報を伝送または再生するために使用されるクロック信号を発生するための位相ロックループを具備する装置を構成する。前記位相ロックループは、望ましくは、前記クロック信号を発生するための電圧制御発振器を含む。前記電圧制御発振器は、好ましくは、能動装置と、共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置にわたってそれらに結合されており斯かる共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置の間で共通結合コンデンサ（common-coupling capacitor）として機能する働きをするスロット切込マイクロストリップ線路と、を具備する。当該装置は望ましくは無線装置を構成するが、最も望ましくはセルラ携帯電話機を構成する。さらに本発明の斯かる形態によれば、当該装置は好ましくは個人用情報携帯端末（ＰＤＡ）を構成する。
本発明の課題解決手段の具体的な別の形態として、本発明は電話機を構成する。当該電話機は、好ましくは、当該電話機からまたは当該電話機へ伝達される情報を伝送または再生するために使用されるクロック信号を発生するための位相ロックループを具備する。前記位相ロックループは、好ましくは、前記クロック信号を発生するための電圧制御発振器を具備する。前記電圧制御発振器は、能動装置と、共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置にわたってそれらに結合されており斯かる共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置の間で共通結合コンデンサとして機能する働きをする回路と、を具備する。本発明の斯かる形態によれば、前記情報は無線ネットワーク上または有線ネットワーク上で伝達されることがある。
本発明は方法としての形態も提供する。本発明の方法は、共振器、同調ダイオード回路網および能動装置にわたってそれらにコンデンサを結合させるステップと、温度変化による発振器の出力周波数のドリフトを補償するために前記コンデンサを前記共振器と前記能動装置との間でエバネセントモード・バッファとして機能させるステップと、を含む。
本発明の方法は、望ましくは、前記能動装置に所定の電圧でバイアスを掛けて、前記コンデンサがその所定の電圧レベルを維持して温度変化による発振器の出力周波数のドリフトを補償するようにするステップを更に含む場合がある。さらに本発明の斯かる方法によれば、前記エバネセントモード・バッファは、温度変化のために発振器によって生み出される余分なエネルギーを蓄えることによって、温度変化による発振器の出力周波数のドリフトを補償する。
図１Ａおよび図１Ｂは、抵抗器、コンデンサおよびインダクタを使用する同調ダイオード（tuning diode）を示す回路図である。図１Ａに示すように、同調ダイオードは、抵抗器Ｒsがポート１とインダクタＬsに直列に接続された２ポート装置（ポート１およびポート２）として描かれることがある。ＲsとＬsは、互いに並列に接続された抵抗器Ｒpおよび可変コンデンサＣjに直列に接続される。Ｃjは同調ダイオードの接合容量を反映し、温度変化に応じて変動する。この回路は、ポート１とポート２の間にＲs、ＬsおよびＣjと並列に接続されたコンデンサＣcと、ポート２とＣj、ＣcおよびＲpの間にインダクタＬs’とを更に含む。
図１Ｂに同調ダイオードの単純化した等価回路を示す。この回路は抵抗器ＲpをＣcと並列に含む。コンデンサＣcはまた抵抗器Ｒsと直列に接続される。
図１Ａと図１Ｂを参照して、逆方向バイアス条件下での同調ダイオードの接合容量の表式は次式で与えられる。
Figure 0004939228
階段接合（abrupt junction）を想定すると、空乏領域の厚みｄjは次式で与えられる。
Figure 0004939228
上式においてＮDおよびＮAはドナーとアクセプタの体積密度（volume densities）である。Ｖbiは次式によって与えられる内部電位（built-in potential）である。
Figure 0004939228
逆方向バイアス条件下では、幅ｄjは印加電圧ＶA＜０の関数であり、この効果は可変コンデンサを作り出すのに使用される。単位面積当たりの接合の等価容量は次式によって与えられる。
Figure 0004939228
上式において、
Ｑ＝単位面積当たりの電荷
ε＝ε0εr、εr＝誘電率、
Ａ＝装置（デバイス）断面積
ｄ＝空乏層幅
ｃ＝単位面積当たりの容量
ｍ＝不純物指数
ｑ＝電荷
Ｂ＝磁場
Ｔ＝温度
Ｖ＝ダイオードに印加された逆方向電圧
Ｅ＝電場
である。
ダイオードの面積を含む全ての定数項を組み合わせて定数Ｃdにすると、容量の表式は以下のように与えられる。
Figure 0004939228
上式において、
γ＝容量指数で、ダイオードのドーピング分布（doping geometry）に依存する。その値はＳｉ（シリカ）ダイオードでは１／３乃至２にわたって変化する。階段接合ダイオードのγの値は１／２であるが、斯かるダイオードは限界同調比を有する。広帯域同調性にとっては、超階段接合ダイオード（hyper abrupt junction diode）が好ましく、γの値は１または２である。
φ＝接合接触電位（Ｓｉ（シリカ）では０．７Ｖ）
Ｃ0＝ゼロ電圧における容量値
Ｃc＝ケース容量（case capacitance）
Ｃj＝接合容量
同調比（tuning ratio：ＴＲ）は次式で与えられる。
Figure 0004939228
発振器周波数は１／√Ｃに比例して変化し、線形同調レンジでは接合容量は１／Ｖ2（γ＝２）で変化するはずである。周波数比（frequency ratio）は同調比ＴＲの平方根で与えられる。
同調ダイオードのＱ因子は、逆方向バイアス電圧、周波数および温度の関数である。同調ダイオードのＱ因子の表式は次式で与えられる。
Figure 0004939228
Figure 0004939228
同調ダイオードのＱ因子は直列バルク抵抗（series bulk-resistance）Ｒsのために高周波数において降下し、次式のように表すことができる。
Figure 0004939228
同調ダイオードのＱ因子は逆方向にバイアスされたダイオードの逆抵抗（back resistance）Ｒpのために低周波数において降下し、次式のように表すことができる。
Figure 0004939228
上式において、
Ｒp＝ダイオードの並列抵抗または逆抵抗
Ｒs＝ダイオード素子材料のバルク抵抗
Ｌs＝内部導線インダクタンス
Ｌs’＝外部導線インダクタンス
Ｃc＝ケース容量
接合温度が上昇するにつれ、漏れ電流が増加し、結果、それはダイオードの逆抵抗Ｒpを低下させる。接合温度の上昇はＲsを若干減少させるが、Ｒpの減少効果の方がより大きく、このため実効Ｑ因子は減少せざるを得ない。
温度に関する同調ダイオードの容量の値の変化は発振器／ＶＣＯ回路の周波数のドリフトを引き起こす。温度に対する容量の値の変化は次式で与えることができる。
Figure 0004939228
 Ｓｉ（シリカ）に対しては、
Figure 0004939228
 上式においてＴccは温度係数である。
上式から、温度係数Ｔccは印加電圧に反比例し、ダイオードの勾配γに正比例する。加えて、同調ダイオード容量は温度の上昇に伴って増大するが、容量ドリフトは逆方向バイアス電圧の増大に伴って減少する。すなわち、より高い逆電圧にあるほど低い逆電圧と比べてドリフトは最小に近づく。容量定数Ｃdは幾何学的寸法の関数であって、これも温度の関数である誘電定数とともに変化する。
発振器／ＶＣＯの総熱ドリフトは、一般に、発振器回路内の同調ダイオード、能動装置、共振器および受動素子によるものである。負の温度係数を加えて容量を補償するアプローチは、一般的には同等ダイオード温度係数Ｔccを補償しない。というのも、容量の温度に対する変化は一定ではなく、それどころか、同調ダイオードに印加された逆方向バイアス電圧とともに変化するからである。同調ダイオード回路網の同調電圧と直列に順方向バイアス・ダイオードまたはトランジスタ・エミッタフォロワ（transistor-emitter-follower）を追加することによって同調ダイオードの内部（built-in）接触電位φの温度依存性を無くす一般的なアプローチは、温度レンジにわたりより高い位相ノイズと非一様な熱ドリフトの代償の上に成り立つ。
本発明の実施の一形態によれば、熱ドリフトは、発振器の共振器、能動装置および同調ダイオード回路網の間に共通結合コンデンサを導入することによって補償される。結合コンデンサは、スロット切込マイクロ線路（slot-cut-microstripline）または他の任意の可変容量性ストレージ素子で構成される場合がある。スロット切込マイクロ線路は、熱ドリフトのプロファイルを制御し、共振器および能動装置の間でエバネセントモード・バッファ（evanescent-mode buffer）としての機能も果たし、その結果、共振器の時間平均動的負荷Ｑ因子が向上し、発振器の動作周波数帯域で低ノイズ性能が実現される。
特に、図２に本発明の実施の一形態による発振器２００を示す。本発明の発振器は、第１の端子２１４、第２の端子２１６および第３の端子２１８を有する３端子装置２１０を含む。この３端子装置は、任意の２つの端子の間に１８０°位相シフトを提供することができる任意の３端子装置から成り、好ましくはバイポーラトランジスタまたは電界効果型トランジスタを含む。第１の端子２１４と第２の端子２１６との間には、フィードバック・バイアス回路網２２４が接続される。第２の端子２１６と同調ダイオード回路網２３４には、スロット切込プリント基板結合回路網（ slot-cut-printed-board-coupling network）２３０が結合される。スロット切込プリント基板結合回路網２３０は、共振器２４０にも結合される。加えて、発振器２００は、第２の端子２１６と第３の端子２１８の間にフィードバック・コンデンサ２４４と、第３の端子２１８に直列に結合した１対のフィルタ２５０および２５２を含む。出力信号は第１のフィルタ２５０と第２のフィルタ２５２の間から採取される。
本発明の斯かる実施形態によれば、スロット切込プリント基板結合回路網２３０は、環境または発振器２００の動作温度の変化に起因する同調ダイオード回路網２３４の容量変化を補償する。加えて、以下詳述するように、スロット切込プリント基板結合回路網２３０は発振器の熱ドリフト・プロファイル、すなわち動作温度の変化に起因する出力周波数の変化、を指定するために導入される。スロット切込プリント基板の物理的な寸法は特定の熱プロファイル（例えば図５乃至図８参照）を指定するよう選ばれることがある。スロット切込プリント基板結合回路網２３０は、温度の変化に伴って発振器に生じることがある余分なエネルギーを蓄えることによって共振器２４０と３端子装置２１０との間でエバネセントモード・バッファ（evanescent mode buffer）としての機能も果たす。余分なエネルギーはその後、一般的には出力信号の位相ノイズを増大させることなく解放される。特に、スロット切込プリント基板結合回路網２３０は、発振器の位相ノイズ性能が温度が変化している間に制御されるよう、一般に温度変化のせいで回路に発生することがある余分なエネルギーを蓄えて斯かるエネルギーを解放する働きをするストレージ素子（storage element）、例えばコンデンサ、を提供する。例えば、温度変化のせいでバイアス電圧が増大する場合、コンデンサはバイアス電圧を最適な動作ポイントまであるいはその近くまで低下させるのに役立つ。
次に、図３に本発明の実施の一形態による発振器３００を示す。発振器３００は、３つの端子３１３、３１５、３１７を有する能動装置３１０を含む。能動装置３１０はバイポーラトランジスタまたは電界効果型トランジスタから成る場合があり、このとき第１、第２および第３の端子３１３、３１５、３１７はそれぞれトランジスタのコレクタ・ノード、ベース・ノードおよびエミッタ・ノードを成す。一般に、能動装置３１０は、第１の端子３１３および第２の端子３１５の間に１８０°位相シフトを提供することができる任意の装置で構成されてよい。
第１の端子３１３は、フィードバック・バイアス回路網３２３に接続される。フィードバック・バイアス回路網３２３は、第１の端子３１３に所定の電圧を印加することによって能動装置３１０にバイアスを掛けるために使用される第１の端子３１３に結合した電圧源Ｖccを含む。フィードバック・バイアス回路網３２３は、１対のトランジスタＱ２、Ｑ３（バイポーラトランジスタとして描かれているが、電界効果型トランジスタの場合もある）と、第１の端子３１３から第２の端子３１５へ選択された量の信号を結ぶ、コンデンサ、抵抗器およびインダクタといった付随回路素子も含む。
第２の端子３１５は、同調回路網３２９、スロット切込プリント基板結合コンデンサ（slot-cut-printed-board-coupling capacitor）３３２および共振器３３８に結合される。図に示すように、同調回路網３２９、スロット切込プリント基板結合コンデンサ３３２および共振器３３８は並列に結合される。加えて、同調回路網３２９は結合コンデンサ３４０を介して容量結合される。スロット切込プリント基板結合コンデンサ３３２は、環境または発振器３００の動作温度の変化の結果として同調回路網３２９の接合接触電位の変化（率）、すなわちｄΦ／ｄＴ、によって引き起こされる容量の変化を補償する。
発振器３００は、抵抗器３４４を介して第３の端子３１７に結合されておりコンデンサ３４８を介してアースされたフィードバック・コンデンサ３４２を更に含む。コンデンサ３４２、抵抗器３４４およびコンデンサ３４８は協働して第３の端子３１７から第２の端子３１５へ信号の選択部分をフィードバックする回路網を形成する。発振器３００は、２段階再生フィルタリング（two-stage regenerative filtering）を実施するための、第３の端子３１７に結合した１対のフィルタ３５６および３５８も含む。出力信号はフィルタ３５６および３５８の間の出力ポート３６０に容量結合される。図に示すように、フィルタ３５６は好ましくはＬＣフィルタから成り、フィルタ３５８は好ましくはＲＣフィルタから成る。これらのフィルタの時定数は好ましくは、動作の基本周波数に調整される。
次に、図４を参照して本発明の別の実施形態による発振器４００を説明する。発振器４００は、第１の端子４１３を介してバイアス電圧源Ｖccに誘導結合した３端子装置４１０を含む。３端子装置４１０の第２の端子４１５は、第２の電圧源Ｖbbに誘導結合される。フィードバック・コンデンサＣ1は、抵抗器Ｒを介して第３の端子４１７に結合される。第３の端子４１７は、再生フィルタリングを実施するために第１および第２のフィルタ４２２、４２４に結合される。加えて、発振器４００は、同調ダイオード回路網４４２、共振器４４８、および３端子装置４１０の第２の端子４１５に結合したスロット切込マイクロストリップ線路プリント基板（slot-cut-microstrip-line-printed board）４４０を含む。同調回路４４２は、同調回路網３２９との関係で既に述べたのと同様に構成された回路素子を含む。
共振器４４８は好ましくはセラミック共振器であり、スロット切込マイクロストリップ線路プリント基板４４０の端子４５２に容量結合される。同調回路網４４２および第２の端子４１５も同様にスロット切込マイクロストリップ線路プリント基板４４０の端子４５４および４５６に結合される。図に示すように、スロット切込マイクロストリップ線路プリント基板４４０は、幅ｗ、高さｈ、および長さｌ1およびｌ2を含む。スロット切込マイクロストリップ線路プリント基板４４０はまた、基板４４０の底面（ベース）を長さｌ1およびｌ2によって画定される２つの領域に分割するスロットｄを含む。これらの寸法は、基板４４０のサイズを決め、発振器の熱プロファイルを指定するよう選択することができる。本発明の斯かる実施形態によれば、構造はスロット切込マイクロストリップ線路結合コンデンサのそれぞれのサイドの最適な縦横比（Ｌ／Ｗ比）を選ぶことによって温度レンジ上の負荷時間平均Ｑ因子（loaded time average quality factor）を増大させるよう設計される。一般に、プリント基板４４０は、好ましくは、エバネセントモード・バッファとして機能するとともにユーザが熱プロファイルを指定することを可能にする、可変コンデンサまたはストレージ素子から成る。
特に、Ｌ／Ｗ比およびｄは、図５乃至図８に示された熱プロファイルを提供するように選ばれることがある。例えば、図５に示すように、熱プロファイル５００は、−４０°乃至＋８５°の動作温度レンジで放物線形状を採るよう設計されることがある。図５に示したような放物線形の熱プロファイルを実現するための基板４４０の寸法は、ｌ1／ｗ1＝１、ｌ2／ｗ2＝０．５、ｄ＝０．０２５センチ（０．０１インチ）、ｈ＝０．０２８センチ（１１ミル）である。加えて、ｌ1＝０．１５センチ（０．０６インチ）、ｗ1＝０．１５センチ（０．０６インチ）、ｌ2＝０．０７６センチ（０．０３インチ）、ｗ2＝０．１５センチ（０．０６インチ）、ｅr＝１０である。図６乃至図８は、比ｌ／ｗを調整することで実現される場合がある。さらに、基板の寸法を変えることで、異なるユーザ指定可能なプロファイルが実現されることがある。また図６に示すように、熱プロファイル６００は逆放物線形状を採る場合がある。図７および図８は、線形熱プロファイル７００、８００を示している。加えて、図７および図８に示すように、熱ドリフトは１００ｋＨｚ未満である。
次に、図９を参照して本発明の実施の一形態による発振器９００を説明する。発振器９００は、共振器９１０が互いに並列に結合した１対のセラミック共振器を含むことを除けば、図５と同様の回路構成を含む。
図１０に本発明の実施の一形態による１２００ＭＨｚで動作する発振器の位相ノイズのプロット１０００を示す。図１０に示すように、位相ノイズは１ｋＨｚでほぼ−１１０ｄＢｃ／Ｈｚである。
本発明に係る電圧制御発振器は、データ、電話機、セルラネットワーク、あるいは一般に通信ネットワークで通信するために使用される任意数の装置において利用されることがある。斯かる装置は、限定はされないが、例えば、セルラ携帯無線電話機、個人用情報携帯端末（personal digital assistants：ＰＤＡ）、モデムカード、ラップトップコンピュータ、衛星電話機等を含むことがある。一般論として、様々な添付図面を参照して説明された本発明の発振器回路は、ネットワーク上で送受信された情報を伝送または再生（リカバリ）するために使用されることがあるクロック信号を発生するためにＰＬＬにおいて利用されることがある。無線ネットワークに加え、本発明の回路は、有線ネットワーク、衛星ネットワーク等において利用されることがある。
加えて、本発明の更なる実施形態として、上述したスロット切込マイクロストリップ線路プリント基板または結合コンデンサは、同一出願人による米国特許出願番号第10/912,209号明細書および米国特許出願番号第10/937,525号明細書に開示された結合共振器発振器と更に一体化される場合がある。これらの特許出願の開示内容はこの参照により本願に援用される。
以上、本発明は特定の実施形態に関して述べられてきたが、これらの実施形態は単に原理および用途を説明するためのものであることは理解されたい。それゆえ、本願特許請求の範囲の各請求項によって定義される本発明の技術的思想の範囲内において、上記実施形態に数々の変更が加えられることがあること、そして他の配列（アレンジメント）が考案されることがあることは理解されたい。
本発明の実施の一形態による同調ダイオードの回路図である。 本発明の実施の一形態による発振器のブロック図である。 本発明の実施の一形態による発振器のブロック図である。 本発明の実施の一形態による発振器のブロック図である。 本発明の実施の一形態において−４０℃乃至＋８５℃の温度レンジにわたってユーザ指定可能な熱プロファイルをプロットした図である。 本発明の実施の一形態において−４０℃乃至＋８５℃の温度レンジにわたってユーザ指定可能な熱プロファイルをプロットした図である。 本発明の実施の一形態において−４０℃乃至＋８５℃の温度レンジにわたってユーザ指定可能な熱プロファイルをプロットした図である。 本発明の実施の一形態において−４０℃乃至＋８５℃の温度レンジにわたってユーザ指定可能な熱プロファイルをプロットした図である。 本発明の実施の一形態による発振器の回路図である。 本発明の実施の一形態による発振器の位相ノイズをプロットした図である。

Claims (28)

  1. 第１、第２、および第３の端子を有する能動装置と、
    前記能動装置の第１および第２の端子の間に結合されており、前記能動装置にバイアス電圧を掛けてその能動装置に位相ノイズをフィードバックする働きをする回路と、
    前記能動装置の第２の端子にスロット切込プリント基板結合回路を介して結合された同調ダイオード回路網と、
    を具備する発振器であって、
    前記スロット切込プリント基板結合回路が、幅寸法ｗ、高さ寸法ｈ、ならびに長さ寸法ｌ１およびｌ２のベースと、幅ｄのスロットとを備え、前記スロットが前記ベースをｌ１およびｌ２で画成される２領域に分け、
    前記スロット幅ｄに適した比ｌ１／ｗまたはｌ２／ｗを選択して、温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償するための熱プロファイルを定める、
    ことを特徴とする発振器。
  2. 前記スロット切込プリント基板結合回路は、該スロット切込プリント基板結合回路に結合された共振器と前記能動装置との間でエバネセントモード・バッファとしての機能を果たし、
    前記エバネセントモード・バッファは、温度変化のために前記発振器によって生み出される余分なエネルギーを蓄えることによって、温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償することであることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
  3. 前記熱プロファイルが、周波数と温度との間に放物線形状または線形の関係を含むことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
  4. 前記能動装置の第２および第３の端子の間に結合されたフィードバック・コンデンサを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の発振器。
  5. ２段階再生フィルタリングを実施するために前記能動装置の第３の端子に結合された第１のフィルタおよび第２のフィルタを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の発振器。
  6. 前記第１および第２のフィルタの間に結合された出力信号を提供するための手段を更に具備することを特徴とする請求項５に記載の発振器。
  7. 前記能動装置は電界効果型トランジスタから成り、前記第１、第２および第３の端子がそれぞれ該電界効果型トランジスタのドレイン・ノード、ゲート・ノードおよびソース・ノードを成すことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
  8. 前記能動装置はバイポーラトランジスタから成り、前記第１、第２および第３の端子がそれぞれ該バイポーラトランジスタのコレクタ・ノード、ベース・ノードおよびエミッタ・ノードを成すことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
  9. 能動装置と、
    共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置の間に接続される回路と、を備え、
    前記回路が前記共振器と前記能動装置との間でエバネセントモード・バッファとして作動する、電圧制御発振器であって、
    前記回路が、温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償するための熱プロファイルを定める働きをするスロット切込プリント基板を備え、
    前記スロット切込プリント基板が、幅寸法ｗ、高さ寸法ｈ、第１の長さ寸法ｌ１、第２の長さ寸法ｌ２を有するベースと、ｌ１で画成される領域とｌ２で画成される領域との間に位置する幅寸法ｄのエリアとを備え、
    前記熱プロファイルは、前記長さ寸法のうちの少なくとも一方を選択することによって定められ、
    前記エバネセントモード・バッファは、温度変化のために前記発振器によって生み出される余分なエネルギーを蓄えることによって、温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償することであることを特徴とする電圧制御発振器。
  10. 前記エリアの幅ｄに適した前記比ｌ１／ｗまたはｌ１／ｗを選択して、温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償するための熱プロファイルを定めることを特徴とする請求項９に記載の発振器。
  11. 前記熱プロファイルが、周波数と温度との間に放物線形状または線形の関係を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発振器。
  12. 前記同調ダイオード回路網は、前記回路に容量結合されていることを特徴とする請求項９に記載の電圧制御発振器。
  13. 前記能動装置にバイアスを掛けるために前記能動装置に結合された回路網を更に具備す
    ることを特徴とする請求項９に記載の電圧制御発振器。
  14. 前記共振器は、セラミック共振器から成ることを特徴とする請求項９に記載の電圧制御発振器。
  15. 前記共振器は、並列に結合した１対のセラミック共振器から成ることを特徴とする請求項９に記載の電圧制御発振器。
  16. 当該発振器の出力ポートにおいて２段階再生フィルタを提供するために前記能動装置に結合された第１のフィルタおよび第２のフィルタを更に具備することを特徴とする請求項９に記載の電圧制御発振器。
  17. 前記能動装置は、電界効果型トランジスタから成ることを特徴とする請求項９に記載の電圧制御発振器。
  18. 前記能動装置は、バイポーラトランジスタから成ることを特徴とする請求項９に記載の電圧制御発振器。
  19. 位相ロックループを具備する装置であって、
    前記位相ロックループは、前記装置に対して送受信される情報を伝送または再生するために使用されるクロック信号を発生し、
    前記位相ロックループは、前記クロック信号を発生する電圧制御発振器を含み、
    前記電圧制御発振器が、
    能動装置と、
    共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置の間に結合されており、前記共振器、前記同調ダイオード回路網および前記能動装置の間で共通結合コンデンサとして機能する働きをするスロット切込プリント基板結合回路と、
    を備え、
    前記スロット切込プリント基板結合回路が、幅寸法ｗ、高さ寸法ｈ、ならびに長さ寸法ｌ１およびｌ２のベースと、幅ｄのスロットとを備え、前記スロットが前記ベースをｌ１およびｌ２で画成される２領域に分け、
    前記スロットの幅ｄに適した比ｌ１／ｗまたはｌ１／ｗを選択して、温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償するための熱プロファイルを定める、
    ことを特徴とする装置。
  20. 無線装置を構成することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  21. 前記無線装置はセルラ携帯電話機であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  22. 個人用情報携帯端末を構成することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  23. 位相ロックループを具備する電話機であって、
    前記位相ロックグループは、前記電話機に対して送受信される情報を伝送または再生するために使用されるクロック信号を発生し、
    前記位相ロックグループは、前記クロック信号を発生する電圧制御発振器を含み、
    前記電圧制御発振器が、
    能動装置と、
    共振器、同調ダイオード回路網および前記能動装置に結合される回路とを具備し、
    前記回路が、温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償するための熱プロファイルを定める働きをするスロット切込プリント基板を備え、
    前記スロット切込プリント基板が、幅寸法ｗ、高さ寸法ｈ、第１の長さ寸法ｌ１、第２の長さ寸法ｌ２を有するベースと、ｌ１で画成される領域とｌ２で画成される領域との間に位置する幅寸法ｄのスロットとを含み、
    前記熱プロファイルは、前記長さ寸法のうちの少なくとも一方を選択することによって定められる、
    ことを特徴とする電話機。
  24. 前記情報は、無線ネットワーク上で伝達されることを特徴とする請求項２３に記載の電話機。
  25. 前記情報は、有線ネットワーク上で伝達されることを特徴とする請求項２３に記載の電話機。
  26. 発振器の熱プロファイルを定めるための方法であって、
    共振器、同調ダイオード回路網および能動装置にスロット切込プリント基板を結合させるステップであって、前記スロット切込プリント基板が、幅寸法ｗ、高さ寸法ｈ、第１の長さ寸法ｌ１、第２の長さ寸法ｌ２を有するベースと、幅ｄのスロットをと含み、前記スロットが前記ベースをｌ１およびｌ２で画成される２領域に分ける、結合させるステップと、
    熱プロファイルを定めるために、前記スロットの幅ｄに適した、前記スロット切込プリント基板の比ｌ１／ｗまたはｌ２／ｗを選択するステップと、
    温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償するために、前記スロット切込プリント基板を前記共振器と前記能動装置との間で機能させるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  27. 前記能動装置に所定の電圧でバイアスを掛けて、前記スロット切込プリント基板がその所定の電圧レベルを維持して温度変化による前記発振器の出力周波数のドリフトを補償するようにするステップを更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. 前記スロット切込プリント基板は、温度変化のために前記発振器によって生み出された余分なエネルギーを蓄えることによって、温度変化による前記発振器の前記出力周波数のドリフトを補償するエバネセントモード・バッファとしての機能を果たすことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
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