JP6128483B2 - 電圧制御型発振回路 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情によりなされたもので制御電圧の変化による発振回路の負性抵抗の変化を抑えることができ、制御電圧の状態に応じて発振部電流を増やしたときでも、飽和状態を起こさせないため、制御電圧の変化に対する周波数変化の直線性を高めることが出来る発振回路を提供する。
また、前記電流制御回路は、前記制御電圧が所定値よりも小さいときに、前記制御電圧に応じた電流を生成して前記反転増幅器の前記電源電流に追加する発振電流変更回路と、前記発振出力信号の発振振幅が一定の大きさを超えたことを検出したときに、前記制御電圧の前記発振電流変更回路への入力経路を電気的に遮断する発振振幅検出回路とを具備することを特徴とする。
図1に示す電圧制御型発振回路は、例えば、1つのシリコンなどの半導体集積回路に形成され、外付けされた水晶などの圧電振動子を取付けて発振器を構成する。 この電圧制御型発振回路は、可変容量素子を入力に接続し、この可変容量素子に制御電圧を印加することによって発振周波数を変化させるものである。
電圧制御型発振回路は、周波数制御電圧VCによって発振周波数を変化させる発振回路1と、発振回路1の発振部電流を周波数制御電圧に応じた電流に変更する発振部電流変更回路2と、発振回路1の出力を入力することによって、発振周波数の発振振幅を検出する発振振幅検出回路3とを備えている。そして、発振振幅検出回路3は、検出された発振振幅が一定の大きさを超えたときに発振部電流変更回路2の作動を停止させてその振幅を減少させるものである。
発振部電流変更回路2は、この負性抵抗を深く(大きく)することを目的としている。そのために、この実施例では、この種の電圧制御型発振回路における発振部に供給する発振部電流が増えると負性抵抗が深くなるという性質を利用する。
即ち、発振部電流変更回路2は、制御電圧VCが低くなると、発振回路1に供給する発振部電流を増やして負性抵抗を深くして発振を安定させる。
以上、この実施例の電圧制御型発振回路によれば、制御電圧の変化による発振回路の負性抵抗の変化を抑えることができる。また、制御電圧の状態に応じて発振部電流を増やしたときでも、飽和状態を起こさせないため、制御電圧の変化に対する周波数変化の直線性を高めることが出来る。
発振回路1は、この実施例の電圧制御型発振回路の発振部を含む。発振回路1は、発振部電流変更回路2及び発振振幅検出回路3と共にシリコンなどの半導体チップ(図示しない)に1体に形成される。この電圧制御型発振回路を用いた発振器は、この半導体チップに設けられた振動子接続端子XT、XTNに水晶振動子(図示しない)を外付けして構成される。半導体チップにはNPNバイポーラトランジスタ11が形成されている。トランジスタ11のエミッタは、接地され、ベース及びコレクタはそれぞれ容量C1、C2を介して振動子接続端子XT、XTNに接続される。トランジスタ11のコレクタは、また電源電圧VDDに繋がり発振部電流Iを流す電流源に接続されている。第1の可変容量素子(バリキャップダイオード)12のカソードは振動子接続端子XTに接続され、アノードは接地されている。第2の可変容量素子(バリキャップダイオード)13のカソードは振動子接続端子XTNに接続され、アノードは接地されている。トランジスタ11のベース・コレクタには帰還抵抗R1が接続されている。
電圧制御型発振回路では、制御電圧により容量が変化して負性抵抗が大きく変わる。発振回路の負性抵抗が大きい(深い)ほど発振は安定する。
したがって、この実施例では、発振回路1に負荷される制御電圧VCが小さい場合において、電源電流Iに発振部電流変更回路2からの電流を追加することにより、発振部電流(バイポーラトランジスタ11を流れる電流)を大きくし、負性抵抗を深くしている
VC端子は、一方が発振回路1の抵抗R2、R3の中点に接続され、他方は、スイッチ27を介してPMOSトランジスタ21のゲートに接続されている。VC端子はスイッチ27の入力側に接続され、スイッチ27の出力側はPMOSトランジスタ21のゲートに接続されている。また、当該出力側と当該ゲートとの間にはPMOSトランジスタ22のドレインが接続されている。PMOSトランジスタ22は、ソースが電源電圧VDDに接続され、ゲートがスイッチ27の一方のゲートに接続されている。
スイッチ27は入力端子(AMP_DET_IN)から入力された制御信号をインバータINV1で反転した信号を一方のゲートに入力され、当該反転した信号をインバータINV2で反転した信号を他方のゲートに入力されてオン/オフ制御する。
PMOSトランジスタ21のソースは抵抗R4を介して電源電圧VDDに接続され、ドレインはNPNバイポーラトランジスタ25のコレクタに接続される。NPNバイポーラトランジスタ25のエミッタは抵抗R5を介して低位の電源電圧VSSに接続され、ベースはNPNバイポーラトランジスタ26のベースに接続される。
PMOSトランジスタ23はソースが電源電圧VDDに接続され、ゲートがPMOSトランジスタ24のゲートに接続される。PMOSトランジスタ24のソースは電源電圧VDDに接続され、ドレインは発振回路1の電流源に接続される。PMOSトランジスタ23のゲートとドレインは接続され、PMOSトランジスタ23、24はカレントミラー回路を構成する。
即ち、この発振部電流変更回路2は、制御電圧VCが小さい場合には、発振回路1に供給する発振部電流を増大させる。これにより、負性抵抗の浅い方向への変化を是正する。しかし、発振部電流を大きくすると、発振振幅が大きくなって飽和することがあるため、この実施例では振幅検出回路3により、発振振幅を検出し、発振振幅が十分大きいときは発振部電流変更回路2の作動を停止する。
入力端子AMP_INは、発振回路1の出力が入力するように、その出力端に接続されており、発振回路1の振動子接続端子XTNと同じである。出力端子(AMP_DET_OUT)は、発振部電流変更回路2の入力端子(AMP_DET_IN)に接続される。制御電圧が印加されるVC端子は、PMOSトランジスタ31のゲートに接続される。PMOSトランジスタ31のドレインは抵抗R7に接続され、ソースは電源電圧VDDに接続されている。抵抗7は抵抗8を介して低位の電源電圧VSSに接続されている。入力端子AMP_INは容量C3を介してNPNバイポーラトランジスタ32のベースに接続されている。抵抗R7、R8の中点は当該ベースと容量C3との間に接続されている。NPNバイポーラトランジスタ32のコレクタはPMOSトランジスタ33のドレインに接続され、エミッタは抵抗9を介して低位の電源電圧VSSに接続されている。
発振部電流変更回路2の入力端子(AMP_DET_IN)にはハイレベルの信号(H信号)とロウレベルの信号(L信号)が入力する。L信号が入力端子(AMP_DET_IN)に入力したときは、インバータINV1で反転してH信号になり、PMOSトランジスタ22のゲートに入力して、これをオフ状態にする。そして、スイッチ27はオンになるので、制御電圧VCが電流を生成するPMOSトランジスタ21のゲートに印加される。生成される電流は、制御電圧VCが小さいときは多く、大きいときは少なくなり、NPNバイポーラトランジスタ25、26を含むカレントミラー回路及びPMOSトランジスタ23、24を含むカレントミラー回路を介して電源電流Iに付加され発振部(NPNバイポーラトランジスタ11)に供給される。これにより、発振部の電流は、制御電圧VCが小さいときに大きく増加し、大きいときは少し増加する。
発振振幅検出回路3は、入力端子AMP_INから発振回路1の出力信号を入力信号として受け入れる。この入力信号は、図6(a)に示すように振幅のある信号である。入力信号は、NPNバイポーラトランジスタ32のベースに印加され、その振幅は図のように変化する。振幅の最大値(MAX)がNPNバイポーラトランジスタ32のベースーエミッタ間電圧(VBE)より大きくなるとこのトランジスタがオン状態になり、発振振幅検出回路3が動作する。図には振幅の最大値がVBEを越えた波形とVBEに達しない二通りの波形が示されている。発振回路1の出力信号の発振振幅は、その最大値(MAX)がVBEより大きくなると、回路が動作してNPNバイポーラトランジスタ32に電流I2が流れ、電流I2は、PMOSトランジスタ33、34で構成されるカレントミラー回路を介して容量C4に流れて電荷が蓄積されていく。図6(b)に示すように、発振振幅のMAXがVBEを越える度に電流が流れる。このようにして、PMOSトランジスタ36のゲートに掛かる電圧が徐々に上がってくる。
2・・・発振部電流変更回路
3・・・発振振幅検出回路
11、25、26・・・NPNバイポーラトランジスタ
12、13・・・バリキャップダイオード
14・・・レギュレータ
15・・・電圧設定部
21〜24、31、33〜35・・・PMOSトランジスタ
27・・・スイッチ
36・・・NMOSトランジスタ
Claims (3)
- 前記反転増幅器の少なくとも前記入出力端子の一方に接続された可変容量素子とを備え、前記可変容量素子の一端に印加する制御電圧の大きさによって周波数が変化する発振出力信号を生成する発振回路と、前記制御電圧が所定値よりも小さく、且つ前記発振出力信号の発振振幅が一定の大きさを超えない場合に、前記制御電圧に応じた電流を前記反転増幅器の電源電流に追加する電流制御回路とを具備することを特徴とする電圧制御型発振回路。
- 前記電流制御回路は、前記制御電圧が所定値よりも小さいときに、前記制御電圧に応じた電流を生成して前記反転増幅器の前記電源電流に追加する発振電流変更回路と、前記発振出力信号の発振振幅が一定の大きさを超えたことを検出したときに、前記制御電圧の前記発振電流変更回路への入力経路を電気的に遮断する発振振幅検出回路とを具備することを特徴とする請求項1記載の電圧制御型発振回路。
- 前記反転増幅器は、バイポーラトランジスタとその入出力端に接続される帰還抵抗により構成されたことを特徴とする請求項2記載の電圧制御型発振回路。
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