JPH08154040A - 可変周波数発振器 - Google Patents

可変周波数発振器

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JPH08154040A
JPH08154040A JP6315504A JP31550494A JPH08154040A JP H08154040 A JPH08154040 A JP H08154040A JP 6315504 A JP6315504 A JP 6315504A JP 31550494 A JP31550494 A JP 31550494A JP H08154040 A JPH08154040 A JP H08154040A
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基準電圧を制御することにより、1周期毎に
周波数等を任意に設定でき、クロックに同期して周波数
を可変できる。 【構成】 コンパレータ29の他方の入力端子は、スイ
ッチ30の出力端子fに接続され、スイッチ30の一方
の入力端子eは、固定電圧源32に接続され、スイッチ
30の他方の入力端子dは、可変電圧発生回路31の出
力端子に接続される。可変電圧発生回路31の入力端子
には、発振出力fout が供給される。また、この発振出
力によって、スイッチ27及び30が制御される。上側
基準電圧VthH を切り換え、その結果、発振周波数を切
り換える。これは、端子電圧Vint が基準電圧VthH 及
びVthL に達するまでの約半周期以内にVthH 及び/ま
たはVthL を設定すればよい。下側基準電圧VthL を固
定とし、上側基準電圧VthH を可変とすることによっ
て、クロック毎に周波数の可変を実現している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電圧制御による可変
周波数発振器(VCO)において、クロックに同期して
周波数を可変できる可変周波数発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のVCO(Voltage Controlled Osc
ilator)の周波数制御法は、大きく分けて2通りの方法
が一般に知られている。その一つは、コンデンサの充電
電流を制御する(時間制御)方法である。他方は、電圧
制御が可能なコンデンサの電圧を制御する(容量制御)
方法である。
【0003】従来のVCOを説明する。図11に従来の
VCOの一例の回路図を示し、この動作を説明するため
の波形図を図12に示す。電源端子(+Vcc)と接続さ
れた定電流源20は、スイッチ22の端子a−cを介し
てコンパレータ24の一方の入力端子に接続され、スイ
ッチ22の出力端子cとコンパレータ24の一方の入力
端子と接地間には、コンデンサ23が接続されている。
また、コンパレータ24の他方の入力端子は、コンパレ
ータ24の出力端子に接続される。コンパレータ24か
ら発振出力fout が取り出されると共に、この発振出力
fout によって、スイッチ22が制御される。スイッチ
22の他の入力端子bが定電流源21を介して電源端子
(−Vcc)に接続される。
【0004】ここで、スイッチ22の出力端子cが入力
端子aに接続される場合、定電流源20からの充電電流
icによってコンデンサ23が充電される。この時のコン
デンサ23の両端の端子電圧Vint は、図12aに示す
ように直線状に増加する。この端子電圧Vint が出力レ
ベルVthH に達すると、コンパレータ24の出力がVth
L に反転する。すると、スイッチ22の出力端子cが入
力端子bに接続される状態に切り換わり、定電流源21
によってコンデンサ23が放電される。ここで、定電流
源21の放電電流idc の絶対値と定電流源20の充電電
流icの絶対値が同一に選ばれる。
【0005】これによって、端子電圧Vint は図12a
のようにレベル増大時とは逆の傾きで直線状に減少す
る。その後、端子電圧Vint が出力レベルVthL に達す
ると、コンパレータ24の出力がVthH に反転する。以
上の繰り返しにより、出力端子から発振出力fout が得
られる。
【0006】上述の従来のVCOで周波数を可変する場
合には、コンデンサ23の充電電流ic及び放電電流idc
を制御する。即ち、この方法は時間制御の方法である。
例えば、充電電流ic及び放電電流idc を共に減少させる
ことによって、図12bに示すように、発振出力fout
は周波数をf1からf2に低下する。また、電圧制御が
可能なコンデンサの電圧を制御する(容量制御)方法を
採用するVCOも知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た時間制御の方法は、クロックと同時に充放電電流を変
化させることはできない。言い換えると、周波数の変化
をクロックと同期させることができない。更に、出力の
1周期毎に所望の周波数を得ることができない。なぜな
ら、従来の2通りの方法は、共にコンデンサの充電を制
御するために応答が遅く、出力中の周波数が変化してし
まう。また、出力の周期とのタイミングの同期がとりに
くい。
【0008】従って、この発明の目的は、基準電圧を制
御することにより、1周期毎に周波数等を任意に設定で
き、クロックに同期して周波数を可変できる可変周波数
発振器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、電圧制御に
よる可変周波数発振器において、充電用の第1の定電流
源と、放電用の第2の定電流源と、第1及び第2の定電
流源によって充放電がなされるコンデンサと、コンデン
サの端子電圧が一方の入力として供給され、その出力が
出力信号とされるコンパレータと、出力信号によって切
り換えられ、上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくと
も一方を上記コンパレータに対してその他方の入力とし
て与えるスイッチとからなり、上側基準電圧及び下側基
準電圧の少なくとも一方の出力信号に同期して可変する
ことを特徴とする可変周波数発振器である。
【0010】
【作用】発振出力fout によって、スイッチが制御され
る。上側基準電圧VthH を発振出力fout と同期して切
り換え、その結果、発振周波数を切り換える。これは、
端子電圧Vint が基準電圧VthH 及びVthL に達するま
での約半周期以内に基準電圧(VthH 及び/またはVth
L )を設定すればよい。下側基準電圧VthL を固定と
し、上側基準電圧VthH を可変とすることによって、ク
ロック毎に周波数の可変を実現している。
【0011】
【実施例】この発明によるVCOの一実施例の回路図を
図1に示す。電源端子(+Vcc)と接続された定電流源
25は、充電・放電を切り換えるスイッチ27の端子a
−cを介してコンパレータ29の一方の入力端子に接続
され、スイッチ27の出力端子cとコンパレータ29の
一方の入力端子と接地間には、コンデンサ28が接続さ
れている。
【0012】また、コンパレータ29の他方の入力端子
は、スイッチ30の出力端子fに接続される。スイッチ
30の一方の入力端子eは、固定電圧源32に接続され
る。この固定電圧源32は、下側基準電圧VthL を発生
するものである。スイッチ30の他方の入力端子dは、
可変電圧発生回路31の出力端子に接続される。可変電
圧発生回路31の入力端子には、発振出力fout が供給
される。また、この発振出力fout によって、スイッチ
27及びスイッチ30が制御される。スイッチ27の他
方の入力端子bが、放電用の定電流源26を介して電源
端子(−Vcc)に接続される。
【0013】この一実施例では、上側基準電圧VthH を
切り換え、その結果、発振周波数を切り換えている。こ
れは、端子電圧Vint が基準電圧VthH 及びVthL に達
するまでの約半周期以内に基準電圧(VthH 及び/また
はVthL )を設定すればよい。この例では、下側基準電
圧VthL を固定とし、上側基準電圧VthH を可変とする
ことによって、クロック毎に周波数の可変を実現してい
る。
【0014】基準電圧(VthH 、VthL )が安定するま
での時間的余裕があるため、スイッチ30は簡易な構成
で実現可能である。また、周波数の切り換えは、充電及
び放電のタイミングを切り換えることによってなされる
ので、充電と放電の割合は変化せず、発振周波数の分解
能は基準電圧だけに依存する。従って、基準電圧の生成
にディジタル回路を使用することによって、制御の行な
い易い回路が構成できる。
【0015】図2は、図1の可変電圧発生回路31の一
例を説明するためのブロック図である。33は、カウン
タである。このカウンタ33に、発振出力fout を入力
する。カウンタ33は、発振出力fout の例えば立ち上
がりエッジによってカウント動作を行う。カウンタ33
によって、周波数のパターンが記億されているROM3
4のアドレス36が生成される。ROM34には、アド
レス36に対応して所望の周波数を出力すべくディジタ
ルデータが記憶されている。
【0016】このディジタルデータ37がD/Aコンバ
ータ35に供給され、D/Aコンバータ35は、上側基
準電圧VthH を出力する。このように、発振周波数と対
応した上側基準電圧VthH 1,VthH 2,・・・を形成
するためのディジタルデータ37をROM34に記億し
ておくことで、必要なクロックのパターンを発生するこ
とができる。
【0017】上述のこの発明によるVCOの一実施例の
動作を説明するための波形図を図3に示す。初期状態で
は、カウンタ33からのアドレス36が0とされ、RO
M34から読み出されたディジタルデータ37がD/A
コンバータ35に供給され、上側基準電圧VthH 1がス
イッチ30を介してコンパレータ29に供給される。コ
ンデンサ28が定電流源25の充電電流icによって充電
され、端子電圧Vintが直線的に増大し、これが上側基
準電圧VthH 1に達するとコンパレータ29の発振出力
fout が反転する。
【0018】これによって、スイッチ回路27の端子b
−c間が接続されると共に、スイッチ回路30の端子e
−f間が接続される。コンデンサ28が定電流源26の
放電電流idc により放電され、直線状にその値が減少
し、これが下側基準電圧VthLに達すると、コンパレー
タ29の発振出力fout が反転する。発振出力fout の
最初の周期の周波数がf1であるが、発振出力fout の
立ち上がりエッジによってカウンタ33がインクリメン
トし、そのアドレスが0から1に変化する。
【0019】それによって、ROM34から読み出され
るディジタルデータ37が変化し、可変電圧発生回路3
1から上側基準電圧VthH 2(VthH 2>VthH 1)が
発生する。この第2番目の周期における発振周波数は、
f2(f1>f2)に変化する。以下同様の動作によっ
て、次の周期では発振周波数がf3(f2>f3)に変
化する。この一実施例では、更に次の周期ではROM3
4に対するアドレスが+1される。このアドレス2に
は、上側基準電圧VthH 2に対応するディジタルデータ
37が記憶され、従って、VthH 2の上側基準電圧が発
生する。それによって、発振周波数がf3からf2に変
化する。以下同様にして、発振出力foutの1周期ごと
に発振周波数が(f1→f2→f3→f2→f1→f2
・・・)と可変される。
【0020】尚、上述の可変電圧発生回路31の構成
は、D/Aコンバータ35等を用いたディジタル回路に
限らない。また、この一実施例では下側基準電圧VthL
を固定とし、上側基準電圧VthH を出力毎に切り換えた
が、反対に上側基準電圧VthHを固定とし、下側基準電
圧VthL を出力毎に切り換えるようにしても良い。
【0021】この発明によるVCOの他の実施例とし
て、簡易型任意波形発生回路を図4に示す。図4に示す
ように、図1に示すVCOの回路の出力に積分回路40
を付加することで、簡易型任意波形発生回路が構成され
る。
【0022】上述のこの発明によるVCOは、例えばレ
ーザーディスプレイ、CRTディスプレイ等においてビ
ーム偏向信号を形成するために使用される。そこで、こ
の発明の応用例を以下に説明する。
【0023】先ず始めに、レーザーディスプレイ(蛍光
体励起ディスプレイ)の原理を説明する。図5は、この
発明を適用することができるレーザーディスプレイの一
例の概要を示す略線図である。1は、レーザー光源であ
り、2はレーザー光線である。レーザー光源1から発せ
られたレーザー光線2は、光変調器3によって強度変調
され、変調光4を出力する。変調光4は、偏向するため
のミラー5に入射され、水平及び垂直の両方向に偏向さ
れたレーザー光線6となる。偏向されたレーザー光線6
は、スクリーン7に照射される。スクリーン7には蛍光
体8が塗布されており、レーザー光線6によって蛍光体
8が励起され発光する。
【0024】ここで、図6を参照して、ミラー5による
偏向と、蛍光体8との間隔の関係を説明する。レーザー
光は、P点でミラー11によって偏向され、平面なスク
リーン9に照射される。また、スクリーン9とP点から
スクリーン9へ垂直に延長した線との交点をOとする。
今、レーザー光線12がミラー11により偏向され、そ
の偏向角の角度をP−Oからの角度aとすると、O−s
間の距離Lは、 L=d×tan(a) (1) で得られる。dは、P−O間の距離である。ミラー11
が角周波数ωで動いているとすると、時刻tにおける角
度a(t)は、 a(t)=ωt (2) で示される。
【0025】式(1)、式(2)より、 L=d×tan(ωt) (3) が得られる。ωtに対するtan(ωt)の変化のグラ
フを、図7に示す。図7において、ωtが増大すると、
レーザー光線12の照射位置がスクリーン中心から外側
に変化する。図7より、角周波数ωが一定の場合、レー
ザー光線12がスクリーン9を走査する速度は、中心か
ら外側に向けて非線形に加速することが分かる。
【0026】従って、図5に示した光変調器3の変調タ
イミングも式(3)に同期させる必要がある。更に、図
6において破線で示すように、スクリーン9が湾曲スク
リーン10である場合には、蛍光体8のピッチ(図8、
スクリーン13参照)との関係が複雑になる。なぜなら
ば、塗布されている蛍光体8に所望の変調をかけたレー
ザー光線を照射する必要があるからである。従って、上
述したこの発明によるVCOにより、蛍光体8のピッチ
の変化とミラーの動きに合わせ、変調するタイミングを
変化させればよい。
【0027】また、レーザーディスプレイにおいて、レ
ーザー照射面での走査速度が一定でない場合、或いは、
走査速度は一定であるが照射間隔が一定でない場合、レ
ーザー光線の輝度変調のタイミングは一定ではない。こ
のような場合にも、この発明のVCOにより、1クロッ
ク毎のプログラムが可能であるためこの問題を解決する
ことができる。
【0028】更に、CRTディスプレイにおいて、従来
のCRTディスプレイは、赤・緑・青の三色用の電子ビ
ームを用いて蛍光体を発光させている。これは、図8の
ように、赤・緑・青の電子ビームを一組としており、同
一色同士の間隔1pは、色に依存していない。しかし、
1pが異色間の間隔1cと異なるため、一本の電子ビー
ムで走査するためには電子ビームの変調のタイミングが
複雑になる。そこで、変調のタイミングを記億できれ
ば、一本の電子ビームで三色の発光が可能となる。
【0029】尚、以下に示す方法は、この発明を必ずし
も必要としない。CRTディスプレイの場合について述
べる。この場合、図9に示すように、電子銃16から出
射された電子ビームは、コイル15が発生する磁界によ
り偏向される。この際にコイル15に流す電流値を、蛍
光面14の3原色蛍光体のピッチに合わせて変化させて
偏向している。従って、変調は等間隔に行えばよい。
【0030】次に、プリンタの場合について述べる。こ
の場合、図10に示すように、レーザー光源19から出
射されたレーザー光は、ミラー20によってレーザーデ
ィスプレイの場合と同様に偏向される。但し、f−θレ
ンズ18によって紙面17上の線速度は一定になってい
る。従って、変調は等間隔に行えばよい。
【0031】
【発明の効果】この発明は、従来の発振回路を若干修正
することで、発振出力と同期して、出力周波数をプログ
ラマブルに可変できるVCOを可能とする。また、この
発明は、レーザープロジェクタ関連、スキャニングに限
らず応用範囲が広い技術である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるVCOの一実施例の回路図であ
る。
【図2】この発明によるVCOの一実施例の可変電圧発
生回路の一例のブロック図である。
【図3】この発明によるVCOの一実施例の動作を説明
するための波形図である。
【図4】この発明によるVCOの他の実施例の簡易型任
意波形発生回路のブロック図である。
【図5】この発明を適用することができるレーザーディ
スプレイの一例の概要を示す略線図である。
【図6】レーザーディスプレイの偏向スピードと蛍光体
間隔の関係を示す略線図である。
【図7】レーザーディスプレイの説明するためのtan
(ωt)のグラフである。
【図8】この発明を適用することができるCRTディス
プレイの一例の蛍光面のピッチの略線図である。
【図9】CRTディスプレイにおける蛍光面とビームの
関係の略線図である。
【図10】プリンタにおける印刷面とビームの関係の略
線図である。
【図11】従来のVCOの一例の回路図である。
【図12】従来のVCOの動作を説明するための波形図
である。
【符号の説明】
28 コンデンサ 29 コンパレータ 31 可変電圧発生回路 32 固定電圧源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧制御による可変周波数発振器におい
    て、 充電用の第1の定電流源と、 放電用の第2の定電流源と、 上記第1及び第2の定電流源によって充放電がなされる
    コンデンサと、 上記コンデンサの端子電圧が一方の入力として供給さ
    れ、その出力が出力信号とされるコンパレータと、 上記出力信号によって切り換えられ、上側基準電圧及び
    下側基準電圧の少なくとも一方を上記コンパレータに対
    してその他方の入力として与えるスイッチとからなり、 上記上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方の
    上記出力信号に同期して可変することを特徴とする可変
    周波数発振器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電圧制御による可変周波
    数発振器において、 出力信号をカウントするカウンタと、上記カウンタの出
    力がアドレスとして供給され、周波数のパターンが記憶
    されるメモリと、上記メモリの読み出し出力が供給され
    るD/Aコンバータとからなる可変電圧発生回路によっ
    て、上側基準電圧及び下側基準電圧の少なくとも一方を
    出力信号に同期して可変することを特徴とする可変周波
    数発振器。
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