JPH0637599A

JPH0637599A - 電圧制御発振器及び電子機器

Info

Publication number: JPH0637599A
Application number: JP5132553A
Authority: JP
Inventors: Katsu Takeda; 克竹田; Shigeyoshi Hayashi; 成嘉林
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低い周波数までも安定して発振し、しかも回路
全体がＩＣ化に適した構成の電圧制御発振器を実現す
る。【構成】可変ｇｍアンプ２ａ，４ａとコンデンサ３，５
とにより発振ループの充放電回路２，４を構成する。こ
れにより、コンデンサ３，５が小容量化できて、発振ル
ープをＩＣ化できる。さらに、抵抗回路を有する電流値
調整回路８が設けられ、この抵抗回路の抵抗値を設定す
ることにより、制御電圧Ｃの変換された制御電流Ｄが、
予め調整される。この調整された制御電流Ｅによってア
ンプ２ａ，４ａが制御される。そこで、調整回路等の外
付け回路までも不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電圧制御発振器及び
電子機器に関し、詳しくは、オーディオ機器や映像機器
等の信号処理回路に用いられる電圧制御発振器及びこれ
を有する電子機器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電圧制御発振器の発振回路例を図
５に示す。ここで、３１は充放電切換え回路、３２はコ
ンデンサ、３３は放電抵抗、３４は制御電圧入力用の端
子である。充放電切換え回路３１はコンデンサ３２への
充電，放電を切換える回路であって、上方閾値と下方閾
値との２つの閾値を有する。そして、コンデンサ３２の
充電電圧が上方閾値に至ると、コンデンサ３２への充電
を停止する。すると、コンデンサ３２に並列に接続され
た放電抵抗３３により放電が行われて充電電圧が降下す
る。充電電圧が下方閾値まで降下すると、充放電切換え
回路３１はコンデンサ３２への充電を行う。

【０００３】このとき、放電抵抗３３による放電に勝る
電流で充電が行われるので、コンデンサ３２の充電電圧
が上昇する。そして、充電電圧が上方閾値に至る。この
ようにして上記のことが繰り返されて、鋸歯状波または
三角波の発振信号が出力される。さらに、制御電圧入力
用の端子３４を介して受けた制御電圧に応じて、上方閾
値と下方閾値の何れか一方が変化する。これにより発振
信号の振幅が変化させられることとなる。一方、発振信
号の傾きを規定する充放電の定数等は固定されている。
よって、繰り返し周期が変化するので、その発振周波数
が変化する。このようにして制御電圧により出力信号の
発振周波数が制御される。

【０００４】しかし、この種の発振回路は、外付けで比
較的大きな容量のコンデンサを必要とすることから、そ
のコンデンサの経年変化による周波数変動を生じ易い。
図６に、経年変化や温度変化等の特性を改善すべくセラ
ミックスや水晶の発振子４１を用いた電圧制御発振回路
の例を示す。やはり、端子４４を介する制御電圧に応じ
てコンデンサ４２，４３に対する充放電の時定数が変化
することにより、出力信号の発振周波数が制御される。
図７には、オペアンプを用いた場合の発振回路の例を示
すが、抵抗５１を介するコンデンサ５２への充放電、お
よび抵抗５３を介するコンデンサ５４への充放電により
発振が行われる。図では省略されているが、可変抵抗に
等価な回路によってこの回路の抵抗が置き換えられる。
そして、その等価な回路のみかけの抵抗値が制御電圧に
応じて変化することで、発振周波数が制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す回路は、正
確な発振周波数を得るには外部に調整回路を外付けする
必要がある。このような従来の電圧制御発振回路では、
回路のＩＣ化に際し、回路の全てをＩＣ化することはで
きない。また、充放電切換え回路（図５）やオペアンプ
の回路（図７）では、安定した発振周波数の発振信号を
得るためには、容量の大きなコンデンサを用いる必要が
ある。これをＩＣ内に作り込むことは困難なので、外付
け部品として接続せざるを得ない。したがって、コンデ
ンサの経年変化等によって発振周波数変動が変動し易
い。特に、低い周波数での発振信号が必要な場合、単純
に内蔵抵抗の抵抗値を大きくすることで充放電時定数を
大きくすると漏洩電流やノイズ等の影響により発振状態
が不安定になるので、その代わりに非常に大きな容量の
コンデンサを用いる必要がある。大容量のコンデンサ
は、先の欠点の他に、高価格である上に、信頼性にも劣
り、しかも実装密度の低下をも招くので問題である。

【０００６】それを避けようとして、セラミックス等の
発振子を用いて一旦高い周波数の発振信号を生成し（図
６）、それを分周することも行われる。しかし、必要な
周波数を得るまでには何回も分周する必要があり、分周
回路の占めるチップ面積が激増する。チップ面積の増大
は、ウエハー当たりのチップ収量や歩留り低下等によ
り、ＩＣの生産コストを上昇させるので問題である。し
かも、発振子は外付けせざるを得ないので機器の生産コ
ストの上昇を招くので不都合である。この発明の目的
は、このような従来技術の問題点を解決するものであっ
て、低い周波数までも安定して発振し、しかも回路全体
がＩＣ化に適し、その発振周波数が経年変化の影響を受
け難い回路の電圧制御発振器及びこれを有する電子機器
を実現することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の電圧制御発振器の構成は、制御電圧に応じ
て出力信号の発振周波数が制御される電圧制御発振器に
おいて、以下の発振ループと、制御電流発生回路とを備
えるものである。この発振ループは、反転電圧信号を第
１の入力電圧として受け第１の入力電圧が第１のトラン
ジスタ回路による第１の変換比率に従って変換された第
１の充放電電流により第１のコンデンサを充放電するこ
とで第１の充放電電圧信号を発生する第１の充放電回路
と、第１の充放電電圧信号を第２の入力電圧として受け
第２の入力電圧が第２のトランジスタ回路による第２の
変換比率に従って変換された第２の充放電電流により第
２のコンデンサを充放電することで第２の充放電電圧信
号を発生する第２の充放電回路と、第２の充放電電圧信
号を受けて反転した値の前記反転電圧信号を発生する反
転回路と、を備え、前記反転電圧信号と第１の充放電電
圧信号と第２の充放電電圧信号の何れか１つが前記出力
信号として出力される。さらに、前記制御電流発生回路
は、前記制御電圧に従う電流値の第１の制御電流を出力
する電圧電流変換回路と、複数の抵抗からなる抵抗回路
の抵抗値に応じて決まる電流値の調整電流を生成する電
流値調整回路と、を備え、第１の制御電流に前記調整電
流が加えれて又は第１の制御電流から前記調整電流が減
じられて第２の制御電流が生成される。そして、第２の
制御電流に従って第１のトランジスタ回路および第２の
トランジスタ回路についての動作電流が制御されて、前
記発振ループにおける第１の変換比率および第２の変換
比率が変化することにより、前記出力信号の発振周波数
が制御される。なお、第１，第２のトランジスタ回路の
具体的なものとしては、いわゆる可変ｇｍアンプ等が用
いられる。また、先の目的を達成するこの発明の電子機
器の構成は、上記の電圧制御発振器を有するものであ
る。

【０００８】

【作用】このような構成のこの発明の電圧制御発振器及
びこれを有する電子機器の電圧制御発振回路では、制御
電流に従う動作電流で動作するトランジスタ回路により
入力電圧から充放電電流への変換比率が定められる。こ
の構成により、変換比率が採りうる値の範囲が広くなっ
て、十分に小さな値まで採ることもできるようになるの
で、充放電電流を微小なものとしても安定した充放電制
御をすることが可能である。充放電電流が小さければ、
それに対応して充放電用のコンデンサ容量を小さくして
も、充放電の時定数は維持される。そして、そのことに
よって発振ループにおける発振周波数も維持される。そ
こで、出力信号の発振周波数の制御範囲を損ねることな
く、容量が小さくなった充放電用のコンデンサをＩＣに
内蔵することができる。

【０００９】また、制御電圧は一旦制御電流に変換され
る。そして、その制御電流は発振ループの制御に用いら
れる前に調整電流による調整を受ける。さらに、この調
整電流は、複数の抵抗からなる抵抗回路の抵抗値に応じ
て決まる構成になっている。そこで、ＩＣのパッケージ
ング前に一部の抵抗の接続状態を変えることで抵抗値を
設定することができる。このようにして予め調整電流の
値を設定しておくことで、変換比率のばらつきが発生し
やすいトランジスタ回路の動作電流の基準状態での値を
調整し、予め変換比率を揃えておくことができる。

【００１０】よって、ＩＣのパッケージング後の電圧制
御発振回路は、基準となる制御電圧に対して所定の発振
周波数で安定して発振する。そこで、調整用の外付け部
品等も一切不要となる。したがって、この発明の電圧制
御発振器及びこれを有する電子機器の電圧制御発振回路
は、低い周波数までも安定して発振することが可能であ
り、しかも、調整用回路までも含めた意味で回路全体を
ＩＣに内蔵することが可能であり、コンデンサの経年変
化による周波数変動が少ない。その結果、機器の生産時
の調整を不要とした発振器が実現できる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の構成の電圧制御発振器の一
実施例について、図１のブロック図および図２の回路図
を参照しながら説明する。ここで、１は反転アンプ、２
は充放電回路、２ａは可変ｇｍアンプ、３はコンデン
サ、４は充放電回路、４ａは可変ｇｍアンプ、５はコン
デンサ、６は制御電圧入力用の端子、７は電圧−電流変
換回路（Ｖ／Ｉ変換回路）、８は電流値調整回路、９は
抵抗回路、１０は温度補償回路である。

【００１２】反転アンプ１，充放電回路２，充放電回路
４は、この順に一巡して接続されて、発振ループを形成
する。そして、充放電回路２における充放電電圧による
信号Ａ、および、充放電回路４における充放電電圧によ
る信号Ｂが出力信号として出力される。なお、このとき
出力信号が出力側からの影響を受けないように、充放電
電圧が直接そのまま出力されるのではなくて、一旦トラ
ンジスタを介することで出力信号Ａ，Ｂが生成される。

【００１３】充放電回路２は、反転電圧信号を入力電圧
として受け、アンプ２ａがその入力電圧を充放電電流に
変換する。さらに、コンデンサ３がその充放電電流によ
り充放電されて充放電電圧信号（Ａ）を発生する。この
充放電により、充放電電圧信号（Ａ）の位相は、反転電
圧信号から９０°遅れる。充放電回路４も、全く同様の
構成であり、充放電電圧信号（Ａ）を受けて、さらに９
０°位相が遅れた充放電電圧信号（Ｂ）を発生する。

【００１４】そして、反転アンプ１により充放電電圧信
号（Ｂ）が反転されて、さらに１８０°位相が遅れた反
転電圧信号とされる。こうして一巡した反転電圧信号は
その位相が３６０°回っており、一巡前の反転電圧信号
が繰り替えされたものといえる。よって、この発振ルー
プは継続して発振することができる。ここで、発振周波
数は、充放電電流とコンデンサ容量とによって左右され
る。しかも、充放電電流を生成する回路がトランジスタ
回路（この実施例では、いわゆる可変ｇｍアンプ）であ
り、そのトランジスタ回路の動作電流が制御電流Ｅによ
り制御されることで充放電電流のレベルが制御される。

【００１５】つまり、充放電電流が、例えば差動信号と
して生成され、それよりも大きな電流値レベルであって
制御することが容易な動作電流を介して制御される。よ
って、充放電電流が微小な電流であっても、その電流値
レベルは安定している。そこで、コンデンサ３，５の容
量が小さなものであっても、充放電時定数を大きな値に
維持することができる。そして、コンデンサの容量が小
さければ、さしたるチップ面積の増大を招くこともな
く、コンデンサをＩＣ内に作り込むことができる。しか
も、発振信号は高調波を含まない調和関数の信号波形と
なるので、ノイズを発生することが少ない。したがっ
て、この構成の発振ループは、安定して低い発振周波数
で発振することができて、しかも、充放電コンデンサま
でもＩＣに内蔵することが可能である。

【００１６】もっとも、アンプ２ａ，４ａやコンデンサ
３，５は、製造状態等に起因する増幅率や容量について
の個々のばらつきが無視できない。このため、このまま
単純に全回路をＩＣ化したのでは、端子６を介する制御
電圧Ｃとして同一の電圧が与えられた場合であっても、
ＩＣごとにその発振周波数が大きくばらついてしまう。
これでは、このＩＣを採用した回路に別途調整回路を付
加し、機器に組み込んでから一々調整しなければならな
い。

【００１７】この対策として、Ｖ／Ｉ変換回路７、電流
値調整回路８が設けられている。さらに、電流値調整回
路８は抵抗回路９を有している。この例の抵抗回路９
は、４つの抵抗が並列接続されたものであり、各抵抗値
は１，２，４，８の比率となっている。よって、これら
の抵抗の接続をレーザトリミング装置等で切断すること
により、残った抵抗の組み合わせによる１６種類の抵抗
値が設定可能である。そして、この抵抗回路９の抵抗値
によって調整電流が決定される。制御電圧Ｃが変換され
た制御電流Ｄはこの調整電流分だけ差し引かれて、最終
的な制御電流Ｅとされる。この制御電流Ｅに従って、ア
ンプ２ａ，４ａの動作電流が変化することは、上述した
通りである。

【００１８】そこで、ＩＣのプローブテストの段階にお
いて、制御電圧Ｃとして基準の電圧を与えて、信号Ａ等
の発振周波数を測定する。そして、その発振周波数が基
準の発振周波数から遷移している程度に応じて、その遷
移を最もよく相殺する抵抗回路９の抵抗値を選択し、上
述の如くにして設定する。このようにしてＩＣの製造段
階で予め調整された電圧制御発振器は、その発振周波数
等の特性のばらつきや変動が極めて少なく、安定した動
作を行う。そしてその後は、所定の制御電圧Ｃが入力さ
れると、何らの調整をすることもなく、それに対応した
所定の発振周波数の出力信号Ａ，Ｂが出力される。

【００１９】よって、このＩＣを採用した回路には調整
回路等が不要であり、機器に組み込んでからの調整も不
要である。したがって、この発明の構成の電圧制御発振
器は、低い周波数までも安定して発振することができ
て、しかも、調整回路までも含めた回路全体が１チップ
にＩＣ化でき、その後の調整が不要である。

【００２０】なお、この実施例の抵抗回路の構成は、一
例であり、必要とされる精度に応じて抵抗の数を増やし
てもよいし、同一抵抗値の抵抗を有してもよい。また、
直列接続を併用した構成であってもよい。さらに、この
実施例では電流値調整回路８の一部として温度補償回路
１０も設けられている。これにより、制御電流Ｅについ
てばかりでなく、制御対象でない定電流源への信号Ｆに
ついても温度補償がなされて、温度特性の一層の向上も
図られている。

【００２１】また、電流値調整回路の具体的な他の構成
を、図３に示す。この場合、複数の定電流回路が並んで
おり、その総和の電流Ｇが調整電流とされる。各定電流
回路には、２つの抵抗が直列接続された抵抗回路が対応
しており、その分圧に応じて、初期状態ではそれぞれ電
流値Ｉ０，２×Ｉ０，４×Ｉ０…の定電流が流れる。さ
らに、切断対象個所８ａ，８ｂ，８ｃ…を切断すること
により、切断された抵抗回路に対応する定電流回路の定
電流が流れなくなる。そこで、上述の例と同様にして調
整電流が設定でき、同様の効果が得られる。

【００２２】この発明の構成の電子機器の一実施例とし
てのステレオチューナを説明する。図４は、その主要部
のブロック図である。ここで、１００はアンテナ、２０
０はステレオチューナ、２０１はフロントエンド部、２
０２は中間周波増幅部、２０３は検波回路、２０４はＰ
ＬＬ回路、２０５はマトリクス回路、３００はこの発明
の電圧制御発振器（ＶＣＯ）である。このステレオチュ
ーナは、ＦＭステレオ放送を受信して、マトリクス方式
で左右一対のステレオ信号（Ｒ，Ｌ）を発生する。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明の構成の電圧制御発振器及びこれを有する電子機器
にあっては、その電圧制御発振回路が、可変ｇｍアンプ
とコンデンサとにより発振ループの充放電回路を構成す
る。これにより、コンデンサが小容量化できて、発振ル
ープをＩＣ化できる。さらに、抵抗回路を有する電流値
調整回路が設けられ、抵抗値の設定により制御電流の調
整が予め行なわれる。これにより、調整回路等の外付け
回路まで不要となる。その結果、低い周波数までも安定
して発振し、しかも回路全体がＩＣ化でき、その発振周
波数がコンデンサ等の経年変化による影響を受け難いと
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の構成の電圧制御発振器の一
実施例についてのブロック図である。

【図２】図２は、この発明の構成の電圧制御発振器の一
実施例の回路図である。

【図３】図３は、この発明の構成の電圧制御発振器にお
ける電流値調整回路の回路図である。

【図４】図４は、この発明の構成の電子機器の一実施例
としてのステレオチューナの主要部のブロック図であ
る。

【図５】図５は、従来の電圧制御発振回路の図である。

【図６】図６は、従来の電圧制御発振回路の図である。

【図７】図７は、従来の発振回路の図である。

【符号の説明】

１反転アンプ２充放電回路２ａ可変ｇｍアンプ３コンデンサ４充放電回路４ａ可変ｇｍアンプ５コンデンサ６端子７電圧−電流変換回路（Ｖ／Ｉ変換回路）８電流値調整回路９抵抗回路１０温度補償回路３１充電切換え回路３２コンデンサ３３放電抵抗３４端子４１発振子４２，４３コンデンサ４４端子５１抵抗５２コンデンサ５３抵抗５４コンデンサ１００アンテナ２００ステレオチューナ２０１フロントエンド部２０２中間周波増幅部２０３検波回路２０４ＰＬＬ回路２０５マトリクス回路３００電圧制御発振器（ＶＣＯ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御電圧に応じて出力信号の発振周波数が
制御される電圧制御発振器において、反転電圧信号を第１の入力電圧として受け第１の入力電
圧が第１のトランジスタ回路による第１の変換比率に従
って変換された第１の充放電電流により第１のコンデン
サを充放電することで第１の充放電電圧信号を発生する
第１の充放電回路と、第１の充放電電圧信号を第２の入
力電圧として受け第２の入力電圧が第２のトランジスタ
回路による第２の変換比率に従って変換された第２の充
放電電流により第２のコンデンサを充放電することで第
２の充放電電圧信号を発生する第２の充放電回路と、第
２の充放電電圧信号を受けて反転した値の前記反転電圧
信号を発生する反転回路と、前記制御電圧に従う電流値
の第１の制御電流を出力する電圧電流変換回路と、複数
の抵抗からなる抵抗回路の抵抗値に応じた電流値の調整
電流を生成する電流値調整回路と、を備え、前記反転電圧信号と第１の充放電電圧信号と第
２の充放電電圧信号の何れか１つが前記出力信号とさ
れ、第１の制御電流に前記調整電流が加えれて又は第１
の制御電流から前記調整電流が減じられて第２の制御電
流が生成され、第２の制御電流に従って第１のトランジ
スタ回路および第２のトランジスタ回路についての動作
電流が制御されて第１の変換比率および第２の変換比率
が変化することにより、前記出力信号の発振周波数が制
御されることを特徴とする電圧制御発振器。
【請求項２】請求項１記載の電圧制御発振器であって、
前記電流値調整回路は、前記抵抗回路に代えて、それぞ
れが複数の抵抗の分圧により発生した電圧に応じた電流
値の定電流を流す複数の定電流回路を具備し、前記複数
の定電流回路の定電流の和の電流を前記調整電流として
生成することを特徴とする電圧制御発振器。
【請求項３】制御電圧に応じて出力信号の発振周波数が
制御される電圧制御発振器を有する電子機器において、反転電圧信号を第１の入力電圧として受け第１の入力電
圧が第１のトランジスタ回路による第１の変換比率に従
って変換された第１の充放電電流により第１のコンデン
サを充放電することで第１の充放電電圧信号を発生する
第１の充放電回路と、第１の充放電電圧信号を第２の入
力電圧として受け第２の入力電圧が第２のトランジスタ
回路による第２の変換比率に従って変換された第２の充
放電電流により第２のコンデンサを充放電することで第
２の充放電電圧信号を発生する第２の充放電回路と、第
２の充放電電圧信号を受けて反転した値の前記反転電圧
信号を発生する反転回路と、前記制御電圧に従う電流値
の第１の制御電流を出力する電圧電流変換回路と、複数
の抵抗からなる抵抗回路の抵抗値に応じた電流値の調整
電流を生成する電流値調整回路と、を備え、前記反転電圧信号と第１の充放電電圧信号と第
２の充放電電圧信号の何れか１つが前記出力信号とさ
れ、第１の制御電流に前記調整電流が加えれて又は第１
の制御電流から前記調整電流が減じられて第２の制御電
流が生成され、第２の制御電流に従って第１のトランジ
スタ回路および第２のトランジスタ回路についての動作
電流が制御されて第１の変換比率および第２の変換比率
が変化することにより、前記出力信号の発振周波数が制
御されることを特徴とする電子機器。