JPH03296307A - 電圧制御発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電圧制御発振器に関し、特に、発振周波数に拘
らず所定の発振周波数調整幅を得て集積回路化に好適の
電圧制御発振器に関する。

（従来の技術） 第４図は従来の電圧制御発振器を示す回路図である。第
４図の回路は水晶発振子を使用した例であり、増幅回路
１．９０度移相器３及び合成回路２は集積回路化されて
いる。

発振用の増幅回路１の発振出力を合成回路２及び９０度
移相器３に与える。９０度移相器３は入力された発振出
力の位相を９０度変化させて合成回路２に与える。発振
出力の位相を０度とすると、合成回路２には、例えば第
５図の実線又は破線波形にて示すように、位相０度の発
振出力と位相が９０度又は２７０度の信号とが与えられ
ることになる。合成回路２には制御電圧が与えられおり
、合成回路２は制御電圧に基づいて９０度移相器３の出
力振幅を調整した後、この信号と増幅回路１の発振出力
とをベクトル合成することにより、制御電圧に基づく位
相の信号を出力する。この出力を抵抗Ｒ１を介して増幅
回路１０反転入力端に与えると共に、抵抗Ｒ２を介して
増幅回路１の非反転入力端に与える。

増幅回路１の反転入力端を端子４に外付けしたコンデン
サＣ１、水晶発振子５及び抵抗Ｒ３の直列回路を介して
基準電位点に接続する。増幅回路１の出力が帰還される
ことにより、増幅回路１は発振し、その発振周波数は端
子４に外付けした水晶発振子５に基づくものとなる。水
晶発振子５は第６図に示す位相特性を有する。

第６図は横軸に発振周波数をとり縦軸に発振出力と合成
回路２の出力との位相差をとって、水晶発振子５の位相
特性を示している。この第６図に示すように、合成回路
２から帰還される信号の位相が進んでいる場合には、水
晶発振子５に基づいて増幅回路１の発振周波数は低下し
、帰還信号の位相が遅れている場合には水晶発振子５に
基づ（発振周波数は上昇する。この合成回路２の出力の
位相は、前述したように、制御電圧に基づいて変化する
。したがって、制御電圧を変化させることにより、発振
周波数を調整することができる。

第７図は他の従来の電圧制御発振器を示す回路図である
。

端子６は外付は部品である水晶発振子５、コンデンサＣ
２及び抵抗Ｒ３の直列回路を介して端子７に接続すると
共に、コンデンサＣ３を介して基準電位点にも接続する
。増幅回路８の出力を端子７を介してこの直列回路に与
える。水晶発振子５に基づく周波数成分のみが端子６を
介して合成回路６及び９０度移相器１０に与えられ、合
成回路９の出りが増幅回路８に帰還される。増幅回路８
は水晶発振子５に基づく発振周波数で発振する。第６図
に示す水晶発振子５の位相特性によって、発振周波数は
増幅回路８に帰還される帰還信号の位相変化に基づいて
変化する。合成回路９は、制御電圧に基づいて９０度移
相器１０からの信号の振幅を調整して、端子６からの信
号とベクトル合成しており、制御電圧を変化させること
により、帰還信号の位相を変化させて発振周波数を調整
することができる。

第８図は第４図及び第７図中の９０度移相器の具体的な
構成を示す回路図である。

９０度移相器は積分回路によって構成する。入力端子１
１を介して入力される入力信号は抵抗Ｒ４を介して差動
増幅器１２の反転入力端に与える。差動増幅器１２の出
力端は出力端子１３に接続すると共に、コンデンサＣ４
を介して反転入力端にも接続し、非反転入力端は基準電
位点に接続している。

いま、入力信号電圧をＶｉｎとし、入力信号周波数をｆ
とし、出力端子１３の出力信号電圧をｙｏｕｔとし、抵
抗Ｒ４の抵抗値をＲとし、コンデンサＣ４の容量をＣと
すると、下記式（１）が成立する。

この式（１）から明らかなように、出力端子１３には入
力信号に対して９０度位相差を有する出力信号が現れる
。これにより、第８図の積分回路を９０度移相器として
使用している。

ところで、上記式（１）に示すように、出力信号の振幅
は入力信号の周波数ｆ並びに抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ
４によって変化する。例えば、入力信号の周波数ｆが高
（なると、出力信号の振幅は小さくなる。つまり、増幅
回路１，８の発振周波数を６く設定した場合には、９０
度移相器３゜１０からは夫々小さいレベルの出力が合成
回路２゜９に与えられることになる。合成回路２，９は
、前述したように、９０度移相器３．１０の出力振幅を
制１１１ｆｔ圧に基づいて変化させて９０度移相器３゜
１０の入出力信号をベクトル合成しており、９０度移相
器３．１０の出力振幅が小さくなると、合成回路２．９
からの出力の制御電圧による位相可変幅は小さくなる。

そうすると、発振周波数の可変幅も小さくなってしまう
。したがって、発振周波数に応じて、９０度移相器を構
成する抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ４の値を設定する必要
がある。

ところが、通常、第４図及び第７図中の増幅回路、９０
度移相器及び合成回路は集積回路化されている。このた
め、９０度移相器の抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ４によっ
て発振周波数の可変幅は限定されてしまい、外付けした
水晶発振子５を取換えて発振周波数を変化させると、所
定の発振周波数調整幅を得ることができなくなるという
問題点があった。

なお、９０ｆＩ移相器を外付は部品とした場合には、当
然、ビン数が増大して集積回路化が困難となってしまう
。

（発明が解決しようとする課題） このように、上述した従来の電圧制御発振器においては
、９０度移相器を構成する抵抗及びコンデンサによって
、合成回路出力の位相可変幅が限定されてしまい、異な
る発振周波数において同一の発振周波数調整幅を得るこ
とができないという問題点があった。

本発明かかる問題点に鑑みてなされたものであって、発
振周波数に拘らず所定の発振周波数調整幅を得ることが
できる電圧制御発振器を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明に係る電圧制御発振器は、発振出力を出力する増
幅回路と、この増幅回路に接続されて発振周波数を決定
する水晶発振子と、スイッチ及びコンデンサを有し前記
発振出力に基づく信号をスイッチ切換制御信号として取
入れて前記スイッチを切換えることにより、入力される
前記発振出力を積分して出力するスイッチトキャバシタ
積分器と、前記発振出力及びこの発振出力と位相が９０
度異心る前記スイッチトキャパシタ積分器の出力の振幅
を制御電圧に基づいて調整してベクトル合成することに
より前記制御電圧に基づく位相の信号を前記増幅回路に
帰還させる合成回路とを具備したものである。

（作用） 本発明においては、増幅回路からの発振出力をスイッチ
トキャバタシタ積分器に与えて積分させる。スイッチト
キャパシタ積分器は、発振出力に基づく信号がスイッチ
切換制御信号として与えられており、発振周波数に応じ
て積分時定数が変化し、発振周波数に拘らず一定振幅の
出力を出力する。スイッチトキャパタシタ積分器の出力
は発振出力と位相が９０度相違しており、合成回路はこ
れらの信号の振幅を制御電圧に基づいて調整してベクト
ル合成することにより、制御電圧に基づく位相の信号を
増幅回路に帰還させている。水晶発振子の位相特性によ
って、増幅回路の発振周波数は合成回路からの位相に基
づくものとなる。合成回路に入力される２信号の振幅比
は発振周波数に拘らず一定であり、合成回路による位相
可変幅は常に一定である。したがって、発振周波数が変
化しても、常に所定の周波数調整幅を確保することがで
きる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する
。第１図は本発明に係る電圧制御発振器の一実施例を示
す回路図である。第１図において第４図と同一の構成要
素には同一符号を付しである。なお、破線部は集積回路
化されている。

端子４はコンデンサＣ１、水晶発振子５及び抵抗Ｒ３の
直列回路を介して基準電位点に接続すると共に、増幅回
路１の反転入力端にも接続する。

増幅回路１は反転入力端及び非反転入力−に入力される
信号を差動増幅して出りする。増幅回路１の出力を合成
回路２に与えると共に、スイッチトキャパシタ積分器１
５及びｎ逓倍回路１６にも与える。

ｎ逓倍回路１６は増幅回路１の発振出力の周波数をｎ逓
倍して出力する。ｎ逓倍回路１６の出力をインバータ１
７によって反転させてスイッチトキャバシタ積分器１５
の制御入力端に与える。更に、インバータ１７の出力を
インバータ１８によって反転させてスイッチトキャパシ
タ積分器１５の制御入力端に与える。

スイッチトキャバシタ積分器１５は増幅回路１の発振出
力の位相を９０度変化させて合成回路２に与える。スイ
ッチトキャパシタ積分器１５の出力振幅はｎ３１倍回路
１６の出力周波数に基づいて変化するようになっている
。合成回路２はスイッチトキャパシタ積分器１５の出力
の振幅を制御電圧に基づいて調整して増幅回路１の発振
出力とベクトル合成することにより、制御電圧に基づく
位相の信号を出力する。この出力を抵抗Ｒ２を介して増
幅回路１の非反転入力端に与えると共に、抵抗Ｒ１を介
して増幅回路１の反転入力端に与えるようになっている
。

第２図は第１図中のスイッチトキャバシタ積分器１５の
具体的な構成を示す回路図である。

入力端子１９には増幅回路１の発振出力を与える。

入力端子１９はスイッチＳ１、コンデンサＣ５及びスイ
ッチＳ３を介して差動増幅回路２０の反転入力端に接続
する。コンデンサＣ５の両端は夫々スイッチ３２．３４
を介して基準電位点に接続する。

差動増幅回路２０の出力端は出力端子２１に接続すると
共にコンデンサＣ６を介して反転入力端に接続し、非反
転入力端は基準電位点に接続する。出力端子２１に現れ
る信号を合成回路２に与えている。

スイッチＳ１．３３は図示しない制御入力端を介してイ
ンバータ１７からの信号が与えられてオン。

オフ制御され、スイッチＳ２　、Ｓ４はインバータ１８
からの信号が与えられてオン、オフ制御される。

スイッチ８１．８３同士は同時にオン、オフし、スイッ
チＳ２．８４同士も同時にオン、オフづる。

すなわち、スイッチ８１　、Ｓ３とスイッチ８２゜Ｓ４
とはｎ逓倍回路１６の出力周波数で交互にオン。

オフする。

スイッチトキャパシタ積分器１５の時定数はスイッチＳ
１乃至Ｓ４の切換周期によって変化する。

増幅回路１の発振出力周波数をｆとすると、ｎ逓倍回路
１６の出力周波数はｎｆであり、スイッチＳ１乃至Ｓ４
は１／ｎｆ周期でオン、オフする。これにより、増幅回
路１からの発振出力電圧を■ｉｎとし、出力端子２１に
現れる出力信号電圧をｙｏｕｔとすると、下記式（２）
が成立する。

この式（２）から明らかなように、スイツチトキャパシ
タ積分器１５の出力は、増幅回路１の発振出力と位相が
９０度異心り、入力される発振出力の周波数に拘らず、
常に一定振幅である。

次に、このように構成された電圧制御発振器の動作につ
いて説明する。

増幅回路１は合成回路２からの出力が帰還されて発振す
る。この発振周波数は増幅回路１の反転入力端に接続し
た水晶発振子５に基づいて定まる。

一方、合成回路２は増幅回路１の出力とこの出力に位相
が９０度異心るスイッチトキャバシタ積分器１５の出力
とをベクトル合成する。この場合には、合成回路２はス
イッチトキャパシタ積分器１５の出力の振幅を制御電圧
に基づいて変化させており、増幅回路１の発振出力の位
相は制御電圧に基づいて変化して増幅回路１に帰還され
る。水晶発振子５は位相特性を有しており、増幅回路１
の発振出力は、合成回路２からの帰還信号の位相差に基
づいて変化する。すなわち、帰還信号の位相が進んでい
る場合には、増幅回路１の発振周波数は低下し、遅れて
いる場合には発振周波数は増加する。

こうして、制御電圧による発振周波数の調整が可能であ
る。

一方、増幅回路１の発振出力はｎ逓倍回路１６によって
ｎ逓倍されて、スイツチトキャパシタ積分器１５のスイ
ッチＳ１乃至Ｓ４の制御用の信号として使用される。ス
イッチ８１　、Ｓ３はインバータ１７からの信号の“Ｈ
”でオンし、スイッチ８２゜Ｓ４はインバータ１８から
の信号の“Ｈ”でオンする。したがって、増幅回路１の
発振周波数が高くなった場合にはスイッチＳ１乃至Ｓ４
の切換周期も早くなり、発振周波数が低くなった場合に
はスイッチＳ１乃至Ｓ４の切換周期も遅くなって、上記
式（２）に示すように、スイツチトキャパシタ積分器１
５の出力振幅は増幅回路１の発振周波数に拘らず一定と
なる。

したがって、水晶発振子５を取換えて、増幅回路１の発
振周波数を変化させた場合でも、スイツチトキャパシタ
積分器１５の出力振幅は変化しない。

つまり、合成回路２に入力される２つの信号の振幅比は
一定となり、制御電圧による合成回路の位相可変幅は発
振周波数に拘らず一定となる。こうして、発振周波数に
拘らず一定の発振周波数調整幅を得ることができる。

このように、本実施例においては、スイッチトキャパシ
タ積分器１５のスイッチＳ１乃至Ｓ４を増幅回路１の発
振出力を利用してオン、オフ制御することにより、発振
周波数に拘らず一定振幅の信号を合成回路２に与えてお
り、発振周波数を変化させた場合でも、制御電圧によっ
て同一の発振周波数可変幅を得ることができる。すなわ
ち、増幅回路１、スイッチトキャパシタ積分器１５、ｎ
逓倍回路１６及び合成回路２を集積回路化する場合でも
、所定の発振周波数可変幅を得るために発振周波数別の
集積回路を用意する必要はなく、発振周波数を切換える
場合には、外付は部品である水晶発振子５を取換えるだ
けでよい。

第３図は本発明の他の実施例を示す回路図である。第３
図において第７図と同一の構成要素には同一符号を付し
である。

本実施例は第７図の従来例に適用したものである。すな
わち、端子６は水晶発振子５、コンデンサＣ２及び抵抗
Ｒ３の直列回路を介して端子７に接続すると共に、コン
デンサＣ３を介して基準電位点に接続する。端子６に現
れる発振出力を合成回路９、ｎ逓倍回路１６及びスイツ
チトキャパシタ積分器１５に与え、合成回路９から増幅
回路８に帰還させる。スイッチトキャバシタ積分器１５
及びｎ逓倍回路１６の構成は第１図と同様である。ｎ逓
倍回路１６の出力をインバータ１１を介してスイッチト
キャパシタ積分器１５のスイッチ８１．８３に与え、イ
ンバータ１７の出力を更にインバータ１８を介してスイ
ッチトキャパシタ積分器１５のスイッチ８２゜Ｓ４に与
える。これにより、スイッチトキャパシタ積分器１５は
、端子６に現れる発振出力と９０度の位相差を有し、発
振周波数に拘らず一定の振幅の信号を合成回路９に与え
る。合成回路９は、制御電圧に基づいて、スイッチトキ
ャパシタ積分器１５の出力の振幅を調整して端子６から
の信号とベクトル合成することにより、制ｔｌ［圧に基
づく位相の信号を増幅回路８に帰還させる。

このように構成された実施例によれば、スイッチトキャ
パシタ積分器１５の出力振幅が発振周波数に拘らず一定
であるので、発振周波数が変化した場合でも、合成回路
９はＳＵ＋ａ電圧によって一定の位相可変幅を得ること
ができる。水晶発振子５の位相特性によって、増幅回路
８は合成回路９からの信号の位相差に基づいた発振周波
数の発振出力を出力する。

本実施例においても第１図の実施例と同様の効果を得る
ことができることは明らかである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、発振周波数に拘ら
ず所定の発振周波数調整幅を得ることができるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電圧制御発振器の一実施例を示す
回路図、第２図は第１図中のスイッチトキャパシタ積分
器を示す回路図、第３図は本発明の他の実施例を示す回
路図、１４図及び第７図は従来の電圧制御発振器を示す
回路図、第５図は合成回路の動作を説明するための説明
図、第６図は水晶発振子の位相特性を示すグラフ、第８
図は第４図及び第７図中の９０度移相器を示す回路図で
ある。 １・・・ＪＩＩＩＩＡ回路、２・・・合成回路、５・・
・水晶発振子、１５・・・スイッチトキャパシタ積分器
、１６・・・ｎ逓倍回路、１７．１８・・・インバータ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　発振出力を出力する増幅回路と、 この増幅回路に接続されて発振周波数を決定する水晶発
   振子と、 スイッチ及びコンデンサを有し前記発振出力に基づく信
   号をスイッチ切換制御信号として取入れて前記スイッチ
   を切換えることにより、入力される前記発振出力を積分
   して出力するスイッチトキャパシタ積分器と、 前記発振出力及びこの発振出力と位相が９０度異なる前
   記スイッチトキャパシタ積分器の出力の振幅を制御電圧
   に基づいて調整してベクトル合成することにより前記制
   御電圧に基づく位相の信号を前記増幅回路に帰還させる
   合成回路とを具備したことを特徴とする電圧制御発振器
   。