JP6239274B2 - 発振回路及びその調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定の使用周波数の電波を発振させる発振回路及びその調整方法に関するものである。

レーダ装置や各種無線通信装置では、あらかじめ定められた使用周波数の電波を用いて対象物の検知や通信を行っている。それぞれの装置は、所定の使用周波数の信号を安定的に発生させるために、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路のような発振回路を備えている。一般的なＰＬＬ回路を図８に示す。ＰＬＬ回路９００は、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）９０１、位相比較器９０２、フィルタ９０３、入力基準信号９０４、及び分周器９０５を備えている。

ＶＣＯ９０１が駆動電圧Ｖｔｕｎｅ［Ｖ］で安定して動作しているＰＬＬ回路９００のロック状態において、何らかの外乱が加わることで周波数が変動する可能性がある。例えば、温度変動が生じて周波数が高くなる場合を想定する。周波数が高くなると、それに対応する誤差信号パルスが位相比較器９０２から出力される。この誤差信号パルスは、フィルタ９０３を通過することで直流電圧となり、これが駆動電圧Ｖｔｕｎｅに加算される。ＶＣＯ９０１は、駆動電圧Ｖｔｕｎｅが上昇すると出力信号の周波数が低下する、といった特性を有しており、駆動電圧Ｖｔｕｎｅの上昇分だけ周波数が低下する。その結果、周波数は再び元の使用周波数に復帰する。

ＰＬＬ回路９００は、上記のように、外乱による周波数のずれを駆動電圧Ｖｔｕｎｅを変化させることで補償するフィードバックループを形成しており、これにより周波数を使用周波数に安定的に維持したロック状態で発振できるように構成されている。

ＶＣＯ９０１は、内部に可変容量ダイオード等の可変容量素子を有しており、駆動電圧Ｖｔｕｎｅを変化させると容量が変化することで周波数が変化するように構成されている。可変容量素子は、１つで変動可能な容量には限りがあることから、例えば温度が大きく変化すると１つの可変容量素子では周波数のずれを補償しきれないことがある。そこで、複数の可変容量素子を切り替えて用いるように構成された発振回路が知られている（例えば特許文献１）。

容量変動範囲の異なる可変容量素子を複数備えた発振回路の一例を図９に示す。同図に示す発振回路９１０は、ＶＣＯ９０１と並列にインダクタ９１１とｎ個の可変容量素子９１２（９１２−１〜ｎ）が配置されており、選択スイッチ９１３でｎ個の可変容量素子９１２のいずれか１つを選択して接続するように構成されている。同図では、１番目の可変容量素子が接続されている状態を示している。ｎ個の可変容量素子９１２は、図１０に例示するように、それぞれ異なる周波数変動域を有している。それぞれの可変容量素子９１２は、駆動電圧Ｖｔｕｎｅを変化させることでそれぞれの周波数変動域内で周波数を変化させることができる。図１０は、現在選択されている可変容量素子９１２−ｍの周波数変動域と、それに近い周波数変動域を有する可変容量素子９１２を示している。

特開２００５−２９５２７３号公報

複数の可変容量素子を備えた発振回路では、最適な可変容量素子を選択して用いる必要がある。しかし、各可変容量素子の周波数変動域は、温度等の条件や個々の特性等によって変化する。そのため、それぞれの可変容量素子が使用周波数でロック状態になるかを確認し、ロック状態になる可変容量素子の中でも駆動電圧Ｖｔｕｎｅによる調整幅ができるだけ大きいものを選択する必要がある。

発振回路の運用中に、例えば温度が急激に変化すると、それまで使用していた可変容量素子の周波数変動域が変化するため、それに近い周波数変動域を有する可変容量素子から順次、例えば数秒おきに切り替えていく必要が生じる。可変容量素子の個数は、例えば１００以上備えるものもあり、全数の可変容量素子に対してロック状態になるか等の確認を行っていくと、かなりの時間がかかる。一例として、１つの可変容量素子の確認に数ｍｓかかるとすると、１００個の可変容量素子の確認に数百ｍｓかかることになる。その間は、発振回路を使用することができず、発振信号の出力が停止される。

特許文献１では、ロック状態等の確認を行う可変容量素子の個数を減らして全数の確認を不要とする方法が提案されている。しかしながら、このような方法を用いてもある程度の個数の可変容量素子の確認を行う必要があり、可変容量素子の確認に時間を要している。そのため、例えば発振回路から発振信号を出力させる周期内の空き時間より長い時間を可変容量素子の確認に要する場合には、発振信号を所定の周期で出力させることができなくなり、発振回路を使用するシステムを一時的に停止させる必要が生じる、といった問題が発生する。例えば、このような発振回路を搭載した車載レーダでは、上記のように数百ｍｓの間レーダ機能を停止させる必要が生じると、その間歩行者や障害物の検知が行えず安全上大きな問題となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発振信号を周期的に出力する期間外の空き時間を利用して複数備える可変容量素子から最適なものを選択して切り替えることが可能な発振回路及びその調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の発振回路の第１の態様は、駆動電圧により調整された周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、前記発振信号の周波数と所定の入力基準信号との誤差に対応する誤差信号パルスを出力する位相比較器と、前記誤差信号パルスを通過させて直流電圧に変換するフィルタと、を備え、前記駆動電圧が前記直流電圧を加算して更新されることで前記発振信号の周波数が所定の使用周波数にロックされるように構成された発振回路であって、さらに、２以上の可変容量素子と、前記２以上の可変容量素子のいずれか１つを選択して前記電圧制御発振器と接続する選択スイッチと、前記電圧制御発振器から前記駆動電圧を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータから前記駆動電圧のデジタル値を入力して所定の判定処理を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させない非動作期間に前記２以上の可変容量素子から、ロック状態の確認結果と前記駆動電圧とに基づいた所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子を１つ選択し、前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させる動作期間に前記非動作期間から切り替える前に前記選択スイッチで前記動作用可変容量素子を接続し、
前記２以上の可変容量素子は、前記非動作期間に前記制御部により選択されて前記電圧制御発振器と接続されたときに前記使用周波数でロックされるかの確認が行われる順番に、それぞれの周波数変動域が高周波側または低周波側に順次移動し、
前記非動作期間に前記電圧制御発振器と接続したときに前記使用周波数でロックされる前記可変容量素子のうち選択の順番が最も中央に近い前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択し、
前記２以上の可変容量素子を複数の前記非動作期間に分けて順次前記選択スイッチで選択して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記２以上の可変容量素子のすべての確認を終了したときに前記動作用可変容量素子を選択する
ことを特徴とする。

本発明の発振回路の他の態様は、前記制御部は、前記２以上の可変容量素子のうち現在の前記動作用可変容量素子とその前後に選択される所定個数の前記可変容量素子に対して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記所定個数の可変容量素子のうち前記使用周波数でロックされなかった可変容量素子の個数分だけ前記現在の動作用可変容量素子から順番をずらした前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択することを特徴とする。

本発明の発振回路の調整方法の第１の態様は、駆動電圧により調整された周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、前記発振信号の周波数と所定の入力基準信号との誤差に対応する誤差信号パルスを出力する位相比較器と、前記誤差信号パルスを通過させて直流電圧に変換するフィルタと、２以上の可変容量素子と、前記２以上の可変容量素子のいずれか１つを選択して前記電圧制御発振器と接続する選択スイッチと、前記電圧制御発振器から前記駆動電圧を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータから前記駆動電圧のデジタル値を入力して所定の判定処理を行う制御部と、を備え、前記駆動電圧が前記直流電圧を加算して更新されることで前記発振信号の周波数が所定の使用周波数にロックされるように構成された発振回路の調整方法であって、前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させない非動作期間に、前記２以上の可変容量素子から、ロック状態の確認結果と前記駆動電圧とに基づいた所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子を１つ選択し、前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させる動作期間に前記非動作期間から切り替える前に、前記選択スイッチで前記動作用可変容量素子を接続し、
前記非動作期間に前記制御部により選択されて前記電圧制御発振器と接続されたときに前記使用周波数でロックされる前記可変容量素子のうち、前記制御部により選択される順番が最も中央に近い前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択し、
前記２以上の可変容量素子を複数の前記非動作期間に分けて順次前記選択スイッチで選択して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記２以上の可変容量素子のすべての確認を終了したときに前記動作用可変容量素子を選択する
ことを特徴とする。

本発明の発振回路の調整方法の他の態様は、前記２以上の可変容量素子のうち現在の前記動作用可変容量素子とその前後に選択される所定個数の前記可変容量素子に対して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記所定個数の可変容量素子のうち前記使用周波数でロックされなかった可変容量素子の個数分だけ前記現在の動作用可変容量素子から順番をずらした前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択することを特徴とする。

本発明によれば、発振信号を周期的に出力する期間外の空き時間を利用して複数備える可変容量素子から最適なものを選択して切り替えることが可能な発振回路及びその調整方法を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る発振回路の構成を示すブロック図である。 ｎ個の可変容量素子の周波数変動域を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る発振回路の調整方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る発振回路の調整方法の処理の流れを示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態に係る発振回路の調整方法の処理の流れを示すフローチャートである。 発振回路のロック信号と駆動電圧Ｖｔｕｎｅの変化の一例を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る発振回路の調整方法の処理の流れを示すフローチャートである。 従来の一般的なＰＬＬ回路の構成を示すブロック図である。 従来の可変容量素子を複数備えた発振回路の構成を示すブロック図である。 複数個の可変容量素子の周波数変動域を示す図である。

本発明の好ましい実施の形態における発振回路及びその調整方法について、図面を参照して詳細に説明する。同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る発振回路及びその調整方法を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態の発振回路１００の構成を示すブロック図である。なお、以下の各ブロック図において、接続点の図示を省略している。本実施形態の発振回路１００は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０１、位相比較器１０２、フィルタ１０３、入力基準信号１０４、及び分周器１０５を備えたＰＬＬ回路を形成しており、これに加えてＶＣＯ１０１と並列にインダクタ１１１とｎ個の可変容量素子１１２（１１２−１〜ｎ）が配置されている。ｎ個の可変容量素子１１２（１１２−１〜ｎ）は、集積回路内に設けられた素子であってもよく、個別部品や集合部品であってもよい。また、可変容量素子１１２−１〜ｎのいずれか１つを選択して接続するための選択スイッチ１１３が設けられている。

実施形態の発振回路１００は、上記の構成に加えてさらに、ＶＣＯ１０１から駆動電圧Ｖｔｕｎｅを入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１２１と、Ａ／Ｄコンバータ１２１から駆動電圧Ｖｔｕｎｅのデジタル値を入力して所定の演算処理を行う制御部（制御ＩＣ）１２２と、ＶＣＯ１０１からの発振信号を外部に出力可能にするか否かを切り替える切替スイッチ１２３とを備えている。

ｎ個の可変容量素子１１２は、図２に示すように、所定の条件におけるそれぞれの周波数変動域（可変容量素子の容量の変動域に対応）が、可変容量素子１１２−１から１１２−ｎへと順次移動（図２では低周波側から高周波側へ移動：可変容量素子の容量の変動域が大きい側から小さい側へ移動）するように選択される。ここで、所定の条件における周波数変動域とは、例えば発振回路１００の製造時の経年劣化のない状態でかつ基準温度であることを所定の条件として、位相比較器１０２による周波数変動のフィードバックを行わずに駆動電圧Ｖｔｕｎｅを所定の範囲で変化させたときの周波数変動域を意味する。図２に示す各可変容量素子１１２の周波数変動域は、例えば温度が変化するとほぼ一様に高周波側または低周波側に移動する。

ｎ個の可変容量素子１１２−１〜ｎの各周波数変動域が図２に示すように設定されているとき、発振信号の出力に用いるのに最適な可変容量素子として、下記の条件を満たす可変容量素子１１２−ｍを選択し、これを動作用可変容量素子とする。最適な可変容量素子１１２−ｍを選択する条件として、
（１）使用周波数に対してロックされる（ロック状態になる）こと、
（２）駆動電圧Ｖｔｕｎｅが、ロック状態になる最大値と最小値の中央値にできるだけ近いこと、
の２つがある。

上記の選択条件のうち（２）の条件について、発振回路１００が入力基準信号１０４に対応して使用周波数にロックされる状態では、各可変容量素子１１２の駆動電圧Ｖｔｕｎｅの最大値と最小値を直接取得することはできない。そこで、可変容量素子１１２−１〜ｎのうちまず条件（１）のロック状態になるものを、例えば可変容量素子１１２−１から順番に選択して判定していく。使用周波数にロックされる可変容量素子１１２は、図２に例示する（ｍ−１）番目の可変容量素子１１２−（ｍ−１）、ｍ番目の可変容量素子１１２−ｍ、及び（ｍ＋１）番目の可変容量素子１１２−（ｍ＋１）のように、連続する３つ（あるいはそれ以上）の可変容量素子１１２が存在する。そこで、これら３つ（あるいはそれ以上）の可変容量素子１１２のうち選択される順番が最も中央に近い可変容量素子１１２−ｍを、選択条件（２）を満たすものとして選択する。

可変容量素子１１２−１〜ｎは、それぞれの周波数変動域が順次一方向（高周波側または低周波側）に移動するように設定されていることから、使用周波数にロックさせるための駆動電圧Ｖｔｕｎｅも単調に変化する。従って、選択条件（１）のロック状態になる可変容量素子１１２のうち選択される順番ができるだけ中央に近いものを選択することで、選択条件（２）を満たす可変容量素子１１２を選択することができる。

選択条件（２）を満たす可変容量素子１１２を動作用可変容量素子として選択することで、低温側及び高温側への温度変化等の外乱に対してロック状態を維持するための駆動電圧Ｖｔｕｎｅの調整幅をできるだけ大きくすることができる。すなわち、選択条件（２）は、駆動電圧Ｖｔｕｎｅの電圧可変域を上昇側及び下降側の両方に同程度にするように動作用可変容量素子１１２を選択することを要求するものである。

図１では、一例として発振回路１００の出力端に、増幅器１３１を介してアンテナ１３２が接続されているものとしており、切替スイッチ１２３は、ＶＣＯ１０１から出力される発振信号をアンテナ１３２に出力可能にするか否かを切り替えることができる。本実施形態の発振回路１００は、例えば車両に搭載されるレーダ装置に用いることができる。車載レーダ装置では、歩行者や障害物等の対象物を検知（以下では、レーダ検知と称する）するために、使用周波数の発振信号を所定の繰り返し周期でアンテナから放射している。そして、対象物で反射された反射波を受信し、所定の処理を行うことで対象物までの距離等を検知している。

車載レーダ装置は、上記のようなレーダ検知を所定の検知周期で行っている。この検知周期として、例えば４０ｍｓに設定することができる。検知周期を４０ｍｓとした場合、１回の検知周期の間に例えば時速１００ｋｍ／ｈの車両が約１．１ｍ走行することになるが、危険を回避するには十分な検知周期と考えられる。以下では、本実施形態の発振回路１００が車載レーダ装置に搭載されて用いられる場合を例に説明する。

本実施形態の発振回路１００は、発振信号を外部に出力することが可能な動作期間と、発振信号を外部に出力できないようにした非動作期間とを適宜切り替え、非動作期間に各可変容量素子１１２のロック状態の確認や駆動電圧Ｖｔｕｎｅの取得を行うように構成されている。動作期間は、切替スイッチ１２３をオンにして発振信号がアンテナ１３２に出力されるようにし、非動作期間は、切替スイッチ１２３をオフにして発振信号がアンテナ１３２に出力されないようにする。

可変容量素子１１２の確認は、レーダ装置の初期化時にまず行うことができる。初期化時はまだレーダ検知を行っていないことから、全数の可変容量素子１１２を確認するのに必要な時間を確保することができる。発振回路１００が仮に１００個（ｎ＝１００）の可変容量素子１１２を備え、１つの可変容量素子１１２の確認に数ｍｓかかるとすると、全数の可変容量素子１１２の確認に数百ｍｓの時間を要することになるが、レーダ検知を開始する前であれば全く問題ない時間と考えられる。全数の可変容量素子１１２の確認の結果より、可変容量素子１１２の選択条件（１）、（２）を満たす最適なもの（図２に示す動作用可変容量素子１１２−ｍ）を動作用可変容量素子として選択し、選択スイッチ１１３をこれに合わせる。

レーダ装置の作動中は、初期化時のように全数の可変容量素子１１２の確認を一括して行うことはせず、本実施形態ではこれを複数回の非動作期間に分割して行うようにしている。１回の非動作期間に１個の可変容量素子１１２の確認を行うようにすると、非動作期間の長さを数ｍｓに大幅に短縮することができる。動作期間におけるレーダ検知と非動作期間における可変容量素子１１２の確認とを交互に切り替えて行うようにすると、これをｎ回繰り返すことですべての可変容量素子１１２の確認を終了することができる。非動作期間の時間が極めて短いことから、各検知周期においてレーダ検知を終了したのちの空き時間内に非動作期間を設けることができ、所定の検知周期でレーダ検知を継続することが可能となる。

なお、上記では１回の非動作期間に１個の可変容量素子１１２の確認を行うとしているが、これに限定されず、各検知周期の空き時間内で可能な限り、１回の非動作期間に複数個の可変容量素子１１２の確認を行うようにすることも可能である。これにより、すべての可変容量素子１１２の確認を行うのに必要な非動作期間の回数を減らすことができ、再び同じ可変容量素子１１２の確認を行うまでの期間を短くすることができる。

本実施形態の発振回路１００では、可変容量素子１１２の確認や選択を制御部１２２で行っている。また、切替スイッチ１２３をオン／オフさせて動作期間と非動作期間の切り替えを、制御部１２２で行わせるようにすることができる。あるいは、レーダ装置の動作を制御している上位の制御部で切替スイッチ１２３を制御させるようにしてもよい。１回の検知周期において、動作期間でのレーダ検知を終了すると、切替スイッチ１２３をオフにして非動作期間に切り替え、所定個数（１個または複数個）の可変容量素子１１２の確認を行う。そして、所定個数の可変容量素子１１２の確認を終了すると、切替スイッチ１２３をオンに戻して再び動作期間に切り替える。

制御部１２２で行う本実施形態の発振回路１００の調整方法を、図３を用いて詳細に説明する。図３は、本実施形態の発振回路１００の調整方法の処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、１回の非動作期間に１個の可変容量素子１１２の確認を行うものとして説明する。

ステップＳ１でレーダ装置が起動されると、ステップＳ２でレーダ装置の初期化時に全数の可変容量素子１１２の確認が行われ、条件（１）、（２）を満たす可変容量素子１１２−ｍが動作用可変容量素子に選択される。そして、選択スイッチ１１３が、動作用可変容量素子に選択された可変容量素子１１２−ｍに切り替えられる。つぎのステップＳ３以降の処理は、レーダ装置の検知周期ごとに繰り返し行われる処理である。なお、各検知周期の非動作期間にロック状態の確認が行われる可変容量素子１１２を、以下では可変容量素子１１２−Ｃで示すものとする。

ステップＳ３では、切替スイッチ１２３がオンにされた動作期間に発振回路１００から発振信号が出力され、アンテナ１３２から放射されてレーダ検知が行われる。レーダ検知が終了すると、ステップＳ４で切替スイッチ１２３をオフにして発振回路１００を非動作期間に切り替える。

次のステップＳ５では、ロック状態の確認を行う可変容量素子１１２−Ｃの選択が行われる。レーダ装置が起動されたのちの最初のステップＳ５では、Ｃ＝１として可変容量素子１１２−１が選択される。それ以降は、Ｃがｎに達するまで１ずつ加算されていく。また、Ｃがｎに達したのちは、Ｃが再び１に戻されて可変容量素子１１２−１からの確認が繰り返されていく。可変容量素子１１２−Ｃが選択されると、選択スイッチ１１３が動作用可変容量素子である可変容量素子１１２−ｍから可変容量素子１１２−Ｃに切り替えられる。

ステップＳ６では、ステップＳ５で選択された可変容量素子１１２−Ｃがロックされる（ロック状態になる）かを確認する。続くステップＳ７では、可変容量素子１１２−Ｃがロックされたときの駆動電圧Ｖｔｕｎｅを取得する。これにより、可変容量素子１１２−Ｃの確認を終了する。

つぎのステップＳ８では、すべての可変容量素子１１２の確認が終了したか（Ｃ＝ｎか）を判定し、Ｃ＝ｎが成立するときはステップＳ９に進む一方、Ｃ＝ｎが成立しないときはステップＳ１０に進む。

ステップＳ９では、すべての可変容量素子１１２の確認結果より、ロック状態になる可変容量素子１１２のうち、取得された駆動電圧Ｖｔｕｎｅが最も中心値となる可変容量素子１１２−ｍ’を、条件（２）を満たす最適な動作用可変容量素子として選択する。その後ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、選択スイッチ１１３を可変容量素子１１２−Ｃから動作用可変容量素子に切り替える。このとき、ステップＳ９で動作用可変容量素子が更新されているときは新たに最適とされた可変容量素子１１２−ｍ’に切り替えられ、それ以外のときは元の可変容量素子１１２−ｍに切り替えられる。そして、ステップＳ１１で切替スイッチ１２３をオンにして発振回路１００を動作期間に戻す。以下、つぎの検知周期でステップＳ３から処理を繰り返す。

上記の処理の流れを模式的にタイムチャートで表したものを図４に示す。同図において、Ｔａがレーダ検知を行う動作期間を示し、Ｔｂが可変容量素子１１２の確認を行う非動作期間を示している。検知周期Ｔｃは、期間ＴａとＴｂを合わせた時間より長くなるように設定されている。検知周期Ｔｃを４０ｍｓとし、可変容量素子の個数ｎを１００とすると、すべての可変容量素子１１２を確認して動作用可変容量素子が最適なものに更新されるまでに４ｓの時間がかかることになる。しかし、外乱が温度変化のときは、可変容量素子１１２の温度変化に伴う特性変化の時定数が４ｓより長いと考えられることから、可変容量素子１１２の特性変化に対し十分短い更新周期で動作用可変容量素子１１２を最適なものに更新することができる。

本実施形態の発振回路１００及びその調整方法によれば、発振信号を周期的に出力する動作期間外の空き時間を利用して複数備える可変容量素子から最適なものを選択して切り替えることが可能となっている。本実施形態では、１回の非動作期間に確認する可変容量素子の個数を少なくしていることから、検知周期内の空き時間内に可変容量素子の確認を終了させることができる。これにより、発振信号を用いた所定の処理を継続させながら、最適な可変容量素子を動作用可変容量素子に選択して切り替えることができる。また、全数の可変容量素子の確認に要する時間も、熱変動による特性変化の時定数に比べて短く、熱変動の外乱に対して十分短い周期で動作用可変容量素子を最適な可変容量素子に更新していくことが可能となっている。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る発振回路の調整方法を、図５を用いて以下に説明する。図５は、本実施形態の発振回路の調整方法の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態の発振回路の調整方法では、図５に示すフローチャートのステップＳ２０が追加されている。

発振回路１００では、ＶＣＯ１０１から出力される発振信号の周波数に変動があると、位相比較器１０２から誤差信号パルスが出力され、この誤差信号パルスがフィルタ１０３を通過することで直流電圧となり、これが駆動電圧Ｖｔｕｎｅに加算されてＶＣＯ１０１の周波数が調整される。ここで、フィルタ１０３の特性（時定数）によっては、誤差信号パルスがフィルタ１０３を通過して安定した直流電圧に達するまでに時間がかかることになる。そのため、使用周波数でロックされても駆動電圧Ｖｔｕｎｅがしばらく変化することが考えられる。

発振回路１００がロックされたことを示すロック信号と駆動電圧Ｖｔｕｎｅの変化の一例を図６に示す。同図に示すように、発振回路１００がロックされてから駆動電圧Ｖｔｕｎｅが安定するまでに時間を要することから、非動作期間における可変容量素子１１２の確認では、ロックされたことを確認してから所定の時間が経過したときの駆動電圧Ｖｔｕｎｅを取得するのがよい。この所定の経過時間は、フィルタ１０３の特性に基づいて好適に設定するのがよく、たとえば数ｍｓ程度となる。図５に示すステップＳ２０は、この所定の経過時間が経過するのを待つものである。

（第３実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る発振回路の調整方法を、図７を用いて以下に説明する。図７は、本実施形態の発振回路の調整方法の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態の発振回路の調整方法では、非動作期間にロック状態を確認する可変容量素子１１２の個数を大幅に低減することができる。

可変容量素子１１２の特性変化は、主に温度変化や経年劣化などの外乱に起因することから、その変化は比較的ゆっくりとしている。従って、最適な可変容量素子がそれまでの可変容量素子１１２−ｍから別の可変容量素子１１２に変化するのは、例えば数秒後にせいぜい可変容量素子１１２−（ｍ−１）または可変容量素子１１２−（ｍ＋１）に変化する程度である。そこで、ロック状態の確認を行う可変容量素子１１２を、現在動作用可変容量素子に選択されている可変容量素子１１２−ｍとその前後の可変容量素子１１２−（ｍ−１）、（ｍ＋１）に限定することができる。ロック状態の確認を行う可変容量素子１１２をこのように限定しても、これらの確認を完了して動作用可変容量素子を最適な可変容量素子１１２に更新する更新周期を例えば１秒程度以下とすれば問題ないと考えられる。

図７は、上記のようにロック状態の確認を行う可変容量素子１１２を３個に限定したときの処理の流れを示している。まず、ステップＳ２の初期化終了後に、ステップＳ３０で最初に確認する可変容量素子１１２−Ｃとして可変容量素子１１２−（ｍ−１）を選択しておく。

また、ステップＳ７で駆動電圧Ｖｔｕｎｅを取得したのち、ステップＳ３１で現在の確認対象の可変容量素子１１２−Ｃが可変容量素子１１２−（ｍ＋１）に一致するか否かを判定する。可変容量素子１１２−（ｍ＋１）に一致しないと判定されたときは、ステップＳ３２で確認対象の可変容量素子１１２−Ｃをつぎのものに更新する。

一方、ステップＳ３１で可変容量素子１１２−Ｃが可変容量素子１１２−（ｍ＋１）に一致すると判定されたときは、可変容量素子１１２−（ｍ−１）、ｍ、（ｍ＋１）の３つの確認が終了したことになる。そこで、ステップＳ３３でまず可変容量素子１１２−（ｍ−１）がロックされなかったかを判定し、ロックされなかったときは、ステップＳ３４で可変容量素子１１２−（ｍ＋１）を動作用可変容量素子として選択する。その後、ステップＳ１０に進む。

また、可変容量素子１１２−（ｍ−１）がロックされたときは、ステップＳ３５で可変容量素子１１２−（ｍ＋１）がロックされなかったかを判定し、ロックされなかったときは、ステップＳ３６で可変容量素子１１２−（ｍ−１）を動作用可変容量素子として選択する。本実施形態の発振回路の調整方法では、動作用可変容量素子が更新されるのは、ステップＳ３３とステップＳ３５の判定のいずれか一方だけが成立するときとしている。

上記のように、可変容量素子１１２−（ｍ−１）がロックされないときは可変容量素子１１２−（ｍ＋１）が最適な可変容量素子として新たに動作用可変容量素子に設定され、可変容量素子１１２−（ｍ＋１）がロックされないときは可変容量素子１１２−（ｍ−１）が最適な可変容量素子として新たに動作用可変容量素子に設定される。ここで、更新前の動作用可変容量素子を１１２−ｍ’とし、動作用可変容量素子が可変容量素子１１２−（ｍ’＋１）に更新されたとすると、次回の更新周期における可変容量素子１１２の確認では、可変容量素子１１２−ｍ’、（ｍ’＋１）、（ｍ’＋２）が確認対象となる。

図７に示すフローチャートの処理では、確認対象の可変容量素子１１２を３個に限定している。検知周期を４０ｍｓとすると、３個の可変容量素子１１２を確認して動作用可変容量素子を更新するのに要する時間、すなわち更新周期は、
４０ｍｓ×３＝１２０ｍｓ
となる。これは、温度変化や経年劣化などの外乱による可変容量素子１１２の特性変化に比べて、十分に短い時間となっている。

なお、上記説明の発振回路の調整方法では、確認対象の可変容量素子１１２を３個としていたが、これに限定されず、例えば可変容量素子１１２−（ｍ−２）、（ｍ−１）、ｍ、（ｍ＋１）、（ｍ＋２）のように、確認対象の可変容量素子１１２の個数を増やしてもよい。確認対象の可変容量素子１１２の個数を５個にした場合でも、動作用可変容量素子の更新周期は２００ｍｓであり、十分に短い時間となる。

本実施の形態における記述は、本発明に係る発振回路及びその調整方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における発振回路及びその調整方法の細部構成及び詳細な動作などに関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１００ 発振回路
１０１ 電圧制御発振器
１０２ 位相比較器
１０３ フィルタ
１０４ 入力基準信号
１０５ 分周器
１１１ インダクタ
１１２ 可変容量素子
１１３ 選択スイッチ
１２１ Ａ／Ｄコンバータ
１２２ 制御部
１２３ 切替スイッチ
１３１ 増幅器
１３２ アンテナ

Claims (4)

1. 駆動電圧により調整された周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、前記発振信号の周波数と所定の入力基準信号との誤差に対応する誤差信号パルスを出力する位相比較器と、前記誤差信号パルスを通過させて直流電圧に変換するフィルタと、を備え、前記駆動電圧が前記直流電圧を加算して更新されることで前記発振信号の周波数が所定の使用周波数にロックされるように構成された発振回路であって、
   さらに、２以上の可変容量素子と、
   前記２以上の可変容量素子のいずれか１つを選択して前記電圧制御発振器と接続する選択スイッチと、
   前記電圧制御発振器から前記駆動電圧を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
   前記Ａ／Ｄコンバータから前記駆動電圧のデジタル値を入力して所定の判定処理を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させない非動作期間に前記２以上の可変容量素子から、ロック状態の確認結果と前記駆動電圧とに基づいた所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子を１つ選択し、
   前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させる動作期間に前記非動作期間から切り替える前に前記選択スイッチで前記動作用可変容量素子を接続し、
   前記２以上の可変容量素子は、前記非動作期間に前記制御部により選択されて前記電圧制御発振器と接続されたときに前記使用周波数でロックされるかの確認が行われる順番に、それぞれの周波数変動域が高周波側または低周波側に順次移動し、
   前記非動作期間に前記電圧制御発振器と接続したときに前記使用周波数でロックされる前記可変容量素子のうち選択の順番が最も中央に近い前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択し、
   前記２以上の可変容量素子を複数の前記非動作期間に分けて順次前記選択スイッチで選択して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記２以上の可変容量素子のすべての確認を終了したときに前記動作用可変容量素子を選択する
   ことを特徴とする発振回路。
2. 前記制御部は、前記２以上の可変容量素子のうち現在の前記動作用可変容量素子とその前後に選択される所定個数の前記可変容量素子に対して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記所定個数の可変容量素子のうち前記使用周波数でロックされなかった可変容量素子の個数分だけ前記現在の動作用可変容量素子から順番をずらした前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の発振回路。
3. 駆動電圧により調整された周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、前記発振信号の周波数と所定の入力基準信号との誤差に対応する誤差信号パルスを出力する位相比較器と、前記誤差信号パルスを通過させて直流電圧に変換するフィルタと、２以上の可変容量素子と、前記２以上の可変容量素子のいずれか１つを選択して前記電圧制御発振器と接続する選択スイッチと、前記電圧制御発振器から前記駆動電圧を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータから前記駆動電圧のデジタル値を入力して所定の判定処理を行う制御部と、を備え、前記駆動電圧が前記直流電圧を加算して更新されることで前記発振信号の周波数が所定の使用周波数にロックされるように構成された発振回路の調整方法であって、
   前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させない非動作期間に、前記２以上の可変容量素子から、ロック状態の確認結果と前記駆動電圧とに基づいた所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子を１つ選択し、
   前記電圧制御発振器から外部に前記発振信号を出力させる動作期間に前記非動作期間から切り替える前に、前記選択スイッチで前記動作用可変容量素子を接続し、
   前記非動作期間に前記制御部により選択されて前記電圧制御発振器と接続されたときに前記使用周波数でロックされる前記可変容量素子のうち、前記制御部により選択される順番が最も中央に近い前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択し、
   前記２以上の可変容量素子を複数の前記非動作期間に分けて順次前記選択スイッチで選択して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記２以上の可変容量素子のすべての確認を終了したときに前記動作用可変容量素子を選択する
   ことを特徴とする発振回路の調整方法。
4. 前記２以上の可変容量素子のうち現在の前記動作用可変容量素子とその前後に選択される所定個数の前記可変容量素子に対して前記使用周波数でロックされるかを確認し、前記所定個数の可変容量素子のうち前記使用周波数でロックされなかった可変容量素子の個数分だけ前記現在の動作用可変容量素子から順番をずらした前記可変容量素子を前記所定の選択条件を満たす動作用可変容量素子に選択する
   ことを特徴とする請求項３に記載の発振回路の調整方法。

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