JPH0659022B2 - Cr積ばらつき自己補正装置 - Google Patents

Cr積ばらつき自己補正装置

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JPH0659022B2
JPH0659022B2 JP60095737A JP9573785A JPH0659022B2 JP H0659022 B2 JPH0659022 B2 JP H0659022B2 JP 60095737 A JP60095737 A JP 60095737A JP 9573785 A JP9573785 A JP 9573785A JP H0659022 B2 JPH0659022 B2 JP H0659022B2
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誠 塩見
邦昭 三浦
勇夫 福島
重明 金成
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は容量抵抗積(以下、CR積と呼ぶ)ばらつき自
己補正装置に関し、特に高周波動作可能なエミッタ結合
形マルチ・バイブレータを用いたCR積ばらつき自己補
正装置に関する。
〔発明の背景〕
エミッタ結合形マルチ・バイブレータは、高周波発振可
能であり、回路構成が左右対称形であるため、トランジ
スタ及び抵抗が比精度良く作れるという利点を有してい
る。したがって、該マルチ・バイブレータはIC内回路
として非常に適している。このマルチ・バイブレータは
刊行物、近代科学社発行「アナログ集積回路」第33
3,334頁に記載されている。
第2図は、IC化したエミッタ結合形マルチ・バイブレ
ータの従来回路の一例を示す。図において、1はダイオ
ード、2〜9はトランジスタ、10〜15は抵抗、19
は定電圧源、21は可変電圧源に接続することで発振周
波数を制御することができる周波数制御端子、22,2
3はIC外部端子、24は外部接続容量、40および4
1は発振信号出力端子である。
また、第3図は第2図の回路の主要個所の信号波形を示
し、同図(A),(B),(C),(D)はそれぞれ、第2図の
a,vb,vcおよびvdの発振波形を示す。
以下に、第2図の回路の動作原理を説明する。
第2図において、抵抗12,13の値は等しく選ばれて
いる。すなわち、抵抗12および13の値をそれぞれR
12,R13とすると、次の関係が成立する。
12=R13=R このとき、抵抗12,13に流れる電流値は等しくな
る。これをIとする。また、容量24容量値をCとす
ると、 という関係が成立しこの回路の発振周期Tは、(1)式の
ように表わすことができる。
T=4C(VCC−VA)/I ……(1) また、発振周波数fは f=1/T=I0/4C(VCC−VA) ……(2) と表わすことができる。
また、周波数制御端子21に加えられた電圧をV21とす
れば、次の(3)式が成立する。
0=(V21−VBE)/R ……(3) したがって、(2),(3)式より、発振周波数は次の(4)
式のように表わすことができる。
f=(V21−VBE)/4CR(VCC−VA) ……(4) 上記(4)式より、第2図の発振器の発振周波数fはCR
積に逆比例することがわかる。
ところで、第2図において、容量24は外部接続端子を
通して接続される外付け容量である。この容量をIC回
路内に内蔵することを考えると、CR積の絶対値ばらつ
きが問題となる。
実際、IC内で作られる抵抗や容量の絶対値ばらつき
は、±15%〜20%とかなり大きい。このため、容量
24をMOS容量や接合容量で作成することにより、単
純にIC回路内に内蔵した場合、発振周波数f(∝1/C
R)は大きくばらつくことになる。
このCR積の絶対値ばらつきに起因する発振周波数fの
ばらつきを自己補正するシステムが本出願人によって既
に提案されている。
以下に、この自己補正システムの概略について説明す
る。
第4図は、該自己補正システムのブロック図を示す。2
5は基準発振器(例えば水晶発振子を用いた安定な発振
器)、26は位相検波器、27は低域通過フィルタ(以
下LPFと略す)、28は電圧制御形発振器(以下VC
Oと略す)、29は前記各構成要素から成るCRばらつ
き自己補正信号発生回路、30は該自己補正信号により
補正される被補正VCO、31はCRばらつき自己補正
信号である。
前記(4)式で代表される様に、発振器の発振周波数は一
般にCR積に比例する。したがつて、VCO28の発振
周波数をf、VCO30の発振周波数をf とすると、 f1=K1/C11 ……(5) f2=K2/C22 ……(6) と表わすことができる。
ここに、K1,K2は比例係数、C11はVCO28のC
R積、C22はVCO30のCR積である。
第2図の回路を第4図のVCO28として用いるとすれ
ば、(4)式と(5)式との比較により、 K1=(V21−VBE)/4(VCC−VA) ……(7) と表わされる。
今、説明を簡略化するために、周波数制御端子21への
印加電圧V21を固定電圧と考えれば、K1は定数と見な
おすことができる。K2についても同様に定数と見なすこ
とができる。
第4図のCRばらつき自己補正信号発生装置29は、Phas
e−Locked−Loop(以下PLLと略す)を構成してい
る。以下は、該CRばらつき自己補正信号発生装置29
をPLL29と呼ぶことにする。ただし、該PLL29
において特に注目すべき所は、VCO28の容量C1
よびVCO30の容量Cは可変容量ダイオードを用い、V
CO発振周波数制御信号31は、該可変容量ダイオード
の容量値C1およびC2を変化させるための逆方向印加電
圧信号とする点である。該PLL29のシステムにおい
ては、VCO28の発振周波数f1は、容量値Cが変化
することで基準発振器25の発振周波数frに一致す
る。
今、(5)式においてKを定数と見なせば、発振周波数
はC11積にのみ依存する。絶対値ばらつきが無い
ときのCおよびRの値(例えば、設定値)をそれぞ
れC10,R10とし、このとき発振周波数をf10とすれ
ば、 f10=K1/C1010 ……(8) となる。K,C10,R10の値を適当に選ぶことで、 f10=fr ……(9) となる様に設計すれば、(8),(9)式より fr=K1/C1010 ……(10) となる。
ところで、実際の回路では、VCO28の抵抗Rの絶
対値ばらつきにより、一般にR≠R10となる。しか
し、この場合においても、第4図のPLL29がロック
状態にあれば、常に次の関係式が成り立つ。
fr=K1/C11 ……(11) (10),(11)式の比較から、 C11=C1010 ……(12) の関係が保たれるようにすることができることが解る。
すなわち、制御信号31により、可変容量ダイオードの
容量値Cが C1=C1010/R ……(13) なる値をとるように変化することが解る。
以上の機構により、PLLシステムが非動作時のC11
積に絶対値ばらつきが生じても、PLL29がロック状態に
入れば、該ばらつきは容量値Cの変化により吸収さ
れ、(12)式の関係が成立する。
第4図のVCO30において、発振周波数fを決定す
る抵抗および容量の設計値R20,C20を、VCO28の
抵抗R10およびC10と比精度良く設計する。すなわち、
次の関係が成立するように設計する。
20=αR10,C20=βC10 ……(14) これをIC回路に実装すると、VCO30の前記抵抗お
よび容量の値RおよびCは前記VCO28の抵抗R
よびCと比精度良く作成できるので、次の関係が成立
する。
2=αR1,C2=βC1 したがって、 C22=αβC11 ……(15) の関係が成り立つ。
ここで、第4図に示す様に、VCO28とVCO30を同一
の制御信号31で制御すれば、PLL29がロック状態
に入ると、式(12),(14),(15)より C22=αβC1 =αβC1010 =C2020 となり、VCO30のC22積の絶対値ばらつきも吸収
される。このとき該VCOの発振周波数fはばらつき
の無い所望の発振周波数f20に一致する。
以上説明した様なCR積絶対値ばらつきの自己補正シス
テムにおいて、VCO28あるいはVCO30として、
第2図に示す様なエミッタ結合形マルチ・バイブレータ
を用いる事を考えると、回路構成に工夫が必要となる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、簡単な構成で実現することのできるC
R積ばらつき自己補正装置を提供すること、また、他の
目的は、IC内回路として好適な回路構成を有するエミ
ッタ結合形マルチ・バイブレータを用いたCR積ばらつ
き自己補正装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、従来のエミッタ結合形マルチ・バイブ
レータの容量に代えて逆向きに直列接続されたバリキャ
ップ対を用い、中央接続部に制御電圧を印加する方式に
より、印加電圧を常に逆方向にすること、およびこの条
件を満たしながら制御電圧による可変が可能であること
という条件を満足するエミッタ結合形マルチ・バイブレ
ータを用いたCR積ばらつき自己補正装置を提供した
点、および容量を内蔵化したCR積ばらつき無調整化回
路に用いて好適なエミッタ結合形マルチ・バイブレータ
を用いたCR積ばらつき自己補正装置を提供した点にあ
る。
〔発明の実施例〕
以下に、本発明の一実施例を第1図により説明する。図
は本発明に使用して好適なエミッタ結合形マルチ・バイ
ブレータの一実施例を示し、16は抵抗、17および1
8は可変容量ダイオード、20は可変容量ダイオード制
御電圧印加端子である。上記以外の符号は第2図を同一
又は同等物を示す。
発振の原理は第2図の従来例と同様であるので詳細な説
明は省略する。
本実施例は、第1図に示されているように、可変容量ダ
イオード17および18のアノード側を共通とし、カソ
ード側をトランジスタ6のコレクタおよびトランジスタ
7のコレクタにそれぞれ接続する。該2つの可変容量ダ
イオード17,18は、完全に特性の揃ったものが望ま
しい。このとき、該2つの可変容量ダイオードのカソー
ドの電位は、第3図(A)および(B)に示す様な変化をす
る。同図(A),(B)の平均電位は、いずれもVCC−2VBE
である。
今、端子20から、 V20<VCC−2VBE ……(16) なる関係を満足する様な電圧V20を印加すれば、該2つ
の可変容量ダイオードには Vj=VCC−2VBE−V20(>0) なる電圧Vjが常に逆方向に印加される。よって(16)
式を満たす範囲で端子20の印加電圧V20を変化させる
ことにより、可変容量ダイオード17,18の容量値を
変化させることができ、第1図の回路の発振周波数を変
化させることができる。
また、可変容量ダイオード17,18の接続方法は、第
5図の様にカソード側を共通にしても同様の動作状態が
得られる。ただし、このときは式(16)に代り次の条件
式を満たすことが必要となる。
20>VCC−2VBE ……(6′) 条件式(6′)が満たされることにより、可変容量ダイオ
ード印加電圧は逆方向に保たれる。
抵抗16の値の選び方は制御電圧V20と関連して選ぶ必
要がある。端子20に印加される制御電圧V20が直流も
しくは低周波であれば(例えば、PLL引込み後)、抵
抗16のインピーダンスを十分大きく選ぶことで、可変
容量側から制御端子20側を見たときのインピーダンス
を等価的に無限大と見なすことができる。このようにす
ると発振器の発振出力が端子20側へ漏れないという利
点がある。
また、可変容量ダイオード17および18の容量値
17,C18を、例えば、 C17=C18=2C24 と選ぶことで、第2図の回路と同様の発振状態が得られ
る。
端子20に印加される電圧V20が高周波信号で、それに
応答して周波数が変化する様なVCOを第1図において
実現することが必要な場合(例えばPLL引込み過程)
には、抵抗16と可変容量ダイオード17,18で構成
されるLPFが問題となる。
17=C18=Cj ……(17) とすると、カットオフ周波数fは、おおよそ f=1/4πCj16 ……(18) となる。このことを考慮して抵抗16の値R16は選ばれ
なければならない。
この様にして定数設計された第1図の発振器の発振周波
数は、(2)式に を代入することで次の様に求められる。
f=I0/2Cj(VCC−VA) ……(20) 以上述べた本実施例によれば、次のような効果がある。
本実施例のエミッタ結合形マルチ・バイブレータは、P
LLを基本原理とするCR積絶対値ばらつき自己補正シ
ステムに用いるのに適している。すなわち、2個の可変
容量ダイオードの共通接続端子に、PLL29のLPF
27から出力された逆バイアスの制御電圧を印加するよ
うにするだけの簡単な構成で、前記自己補正システムの
VCO28およびVCO30として通用することができる。
この場合、VCO28として用いる場合は第1図の発振
器の端子21に固定電圧を印加する。また、VCO30
として用いる場合は、端子20に印加された制御信号に
より発振中心周波数fのばらつきが補正された状態
で、端子21に可変電圧源から適当な電圧を印加する。
このようにして、VCO本来の周波数可変動作を行なわ
せるようにすればよい。
また、本実施例によれば、前記可変容量ダイオードの共
通接続端子に接続された抵抗16の値R16を適当な大き
さに選び抵抗16と可変容量ダイオード17,18で構
成されるLPFのカットオフ周波数f((18)式参
照)が所望の大きさになるようにすると、PLL29の
LPF27を前記抵抗16と可変容量ダイオード17,
18で代用することができ、回路素子が節約できるとい
う大きな効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、エミッタ結合形マルチ・バイブレータ
に組込まれる容量を、可変容量ダイオード化したので、
第4図のCR積ばらつき自己補正システムにおけるVC
O28あるいはVCO30として用いることができ、C
R積ばらつき自己補正装置を簡単な構成で実現できると
いう効果がある。
また、このため、高周波動作が必要なVCOを、発振中
心周波数fのばらつきを自己補正するシステムのIC内
に完全に内蔵化する事が可能となった。さらに、これに
よりICピン数の削減、VCO発振中心周波数fの調整
工程削減ができ、経済性の向上を計ることができる。
また、VCO28とVCO30を同様の構成の発振器を
用いるなどして両者の温特を揃えておけば、温特の自己
補正も同時になされ、性能の向上を計ることができる。
さらに、2個の可変容量ダイオードの共通接続点に接続
される抵抗の大きさを適当に選ぶと、該抵抗と可変容量
ダイオードとによりLPFを兼用させることができる。
このため、回路部品が節約でき、回路構成が簡単になる
と共に、経済的な効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は従来のエ
ミッタ結合形マルチ・バイブレータの回路図、第3図は
第1図および第2図の発振信号の波形図、第4図はCR
ばらつき自己補正システムのブロック図、第5図は前記
実施例の一変形例の要部回路図を示す。 17〜18……可変容量ダイオード、19……定電圧
源、20……可変容量ダイオード制御電圧印加端子、2
1……周波数制御端子、25……基準発振器、26……
位相検波器、27……LPF、28……VCO、29…
…CRばらつき自己補正信号発生装置(PLLシステ
ム)、30……VCO、31……CRばらつき自己補正
信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 邦昭 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者 福島 勇夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者 金成 重明 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 日 立ビデオエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−151814(JP,A) 特開 昭58−1324(JP,A) 特開 昭50−40057(JP,A) 実公 昭50−28678(JP,Y1)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準発振器と、該基準発振器に接続された
    位相比較器と、該位相比較器の出力を入力とし制御電圧
    を発生する低域通過フィルタと、該制御電圧によって発
    振周波数を制御されその出力信号を前記位相比較器へ供
    給する電圧制御発振器とからなるPLL回路と、該PL
    L回路の前記制御電圧により特性を制御される被制御回
    路とからなる容量抵抗積(以下、CR積と呼ぶ)ばらつ
    き自己補正装置において、 前記電圧制御発振器は、 発振に必要な正帰還回路を構成するために互いのコレク
    タ反転出力を相手のベース入力とする一対のトランジス
    タと、 該一対のトランジスタのコレクタ負荷抵抗と、 該一対のトランジスタのエミッタに接続された定電流回
    路と、 該一対のトランジスタの両エミッタ間に接続されたアノ
    ード共通もしくはカソード共通な一対の可変容量ダイオ
    ードと、 該一対の可変容量ダイオードの共通端子に接続された抵
    抗とからなり、 該抵抗の前記共通端子と反対側の端子を前記可変容量ダ
    イオードの容量値を変化させるための制御電圧印加端子
    とするエミッタ結合形マルチバイブレータで構成され、 前記被制御回路は、可変容量ダイオードを構成要素とし
    て含み、 前記制御電圧印加端子に前記制御電圧を印加することに
    より負帰還制御を施して、前記電圧制御発振器の発振周
    波数を制御するようにして、さらに、前記被制御回路の
    可変容量ダイオードの一端にも前記制御電圧を印加して
    特性制御するようにしたことを特徴とするCR積ばらつ
    き自己補正装置。
  2. 【請求項2】前記可変容量ダイオードと前記抵抗とによ
    り低域通過フィルタを形成し、前記PLL回路の前記低
    域通過フィルタのフィルタ特性の一部を実現したことを
    特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載のCR積ばら
    つき自己補正装置。
  3. 【請求項3】前記エミッタ結合形マルチバイブレータを
    IC化したことを特徴とする前記特許請求の範囲第1項
    または第2項記載のCR積ばらつき自己補正装置。
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