JPH0879069A - Vco回路及びpll回路 - Google Patents

Vco回路及びpll回路

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JPH0879069A
JPH0879069A JP6214742A JP21474294A JPH0879069A JP H0879069 A JPH0879069 A JP H0879069A JP 6214742 A JP6214742 A JP 6214742A JP 21474294 A JP21474294 A JP 21474294A JP H0879069 A JPH0879069 A JP H0879069A
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voltage
frequency
vco
adjustment
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Kazuhiro Mori
和広 森
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 VCO回路の制御電圧と発振周波数の関係を
電気的に調整できるようにして、VCO回路の製造歩留
を向上する。 【構成】 VCO回路の共振子を構成する誘導素子L1
に直列に接続されたコンデンサC3 に電圧可変型容量素
子CVD2 を直列もしくは並列に接続し、電圧可変容量素
子CVD2 の陰極に調整電圧VD2を印加するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、VCO(Voltag
e Controlled Oscillator)回
路の製造時の周波数調整及びPLL(Phase Lo
cked Loop)回路に組み込まれたVCO回路の
周波数調整に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図11は「高周波回路の設計と実装」
(日本放送出版協会)のP144に示されたクラップ回
路の原理を説明する回路図である。この回路はコンデン
サC1 ,C2 ,C3 、インダクタンスL1 からなるLC
共振回路を構成し、その共振周波数f0 はおむね数1で
表すことができる。
【0003】
【数1】
【0004】図12は従来のクラップ回路型の電圧制御
型発振器(以下VCOと称す)の回路図である。図にお
いて、RA ,RB ,RC はトランジスタTr のバイアス
を決める抵抗、C1 ,C2 ,C3 ,C4 は共振回路を構
成するコンデンサ、CVD1 はバリキャップダイオードで
あり、コントロール端子に印加される制御電圧VD1によ
り容量値が変化する。L1 は誘導素子であり共振回路の
主要構成要素の一つである。CA は出力取り出し用のコ
ンデンサであり通常発振周波数f0 に対して極めて大き
いインピーダンスとなるように設定されている。CB
発振周波数に対して十分低インピーダンスとなるように
設定されたコンデンサ、RD はノイズ低減用の抵抗であ
る。LA はコントロール端子電圧VD1の入力端をハイイ
ンピーダンスとするためのコイルである。図12に示す
VCOの発振周波数f0 は主にコンデンサC1 ,C2
3 ,C4 及びバリキャップダイオードCVD1 と誘導素
子L1 により決定される。
【0005】図13は図12の発振に主に寄与する部分
を取り出して表現した回路図であり、発振周波数f0
コンデンサC1 ,C2 ,C3 ,C4 ,バリキャップダイ
オードCVD1 ,誘導素子L1 の値により生ずる共振周波
数できまる。図14は図13の共振にかかわる部分を示
した回路図である。したがって、図12の発振周波数f
0 はおおむね数2で表すことができる。
【0006】
【数2】
【0007】バリキャップCVD1 の容量値は、印加され
る制御電圧VD1により決まる。すなわち、バリキャップ
VD1 は印加される逆電圧が大なる時に小なる容量値と
なり、印加される逆電圧が小なる時に大なる容量値とな
る。従って、発振周波数f0はコントロ−ル端子に印加
される制御電圧VD1の値により変化する。
【0008】誘導素子L1 は、発振する周波数、VCO
に要求される規格等により、コイル,マイクロストリッ
プライン,誘電体共振子,SAW(表面弾性波)共振
子,クリスタル振動子等が使用されるが、いずれの場合
も誘導子L1 は純粋な誘導値ではなく、コイル以外は、
直列共振点付近の誘導性となる領域を利用している。
【0009】通常VCOは電源電圧等の理由によりVC
Oが希望の周波数帯を発振するとき制御電圧VD1が所定
の範囲に収まることが要求される。発振周波数f0 と制
御電圧VD1との関係を図15に示す。図において、fL
〜fH は希望する発振周波数の範囲を示し、VL 〜VH
はこの発振周波数fL 〜fH を発生する時に要求される
制御電圧VD1の範囲を示す。すなわち、VD1=VLの時
0 <fL ,VD1=VH の時f0 >fH であることが要
求される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のVCO回路は以
上のように構成されているため、コンデンサC1
2,C3 ,C4 ,バリキャップダイオードCVD1 等の
ばらつきにより、一定の制御電圧VD1の時にVCOの発
振周波数がばらつき、図15に示す制御電圧VD1と発振
周波数f0 の関係に収るというVCOの性能要求を満た
すために、例えば誘導素子L1 がマイクロストリップ線
路の場合は、マイクロストリップラインの長さの調整、
又は、コンデンサC1 ,C2 ,C3 ,C4 の容量値を変
化させる等の物理的な調整作業が必要なため作業時間が
長くなり、更にVCOの製造歩留が低い等の問題があっ
た。
【0011】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、第1の目的はVCOの制御電圧
D1と発振周波数f0 の関係の調整を電気的に行なえる
VCO回路を提供すること、第2の目的はVCO回路を
PLL回路に組み込んだ場合に自動的に制御電圧VD1
発振周波数f0 の関係の調整が行なえるPLL回路を提
供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係るVCO回
路は、クラップ回路の共振周波数を可変とする第1の電
圧可変容量素子とを備えたVCO回路において、前記ク
ラップ回路の構成要素の一つである誘導素子と直列に接
続された容量素子に直列又は並列に接続され、前記第1
の電圧可変容量素子へ印加する制御電圧と前記クラップ
回路の共振周波数との関係のばらつきを調整する調整電
圧が印加される第2の電圧可変容量素子を具備するよう
にしたものである。
【0013】また、次の発明に係るVCO回路は、第2
の電圧可変容量素子に調整電圧を印加する直流電圧発生
手段を具備するようにしたものである。
【0014】また、次の発明に係るPLL回路は、請求
項第1項に記載のVCO回路と、基準周波数を発信する
基準周波数発振器と、前記基準周波数を分周する固定分
周器と、前記VCO回路の発振周波数を分周する可変分
周器と、この可変分周器により分周された周波数と前記
固定分周器により分周された周波数の位相を比較する位
相比較器と、この位相比較器の出力を平滑した制御電圧
を前記VCO回路の第1の電圧可変容量素子に印加する
フィルタと、当該PLL回路とは別に設けられた外部制
御装置から指示された前記VCO回路が発振すべき周波
数と前記フィルタが出力した制御電圧とを比較して前記
VCO回路の第2の電圧可変容量素子に印加すべき調整
電圧を出力する調整回路を備え、前記VCO回路の発振
周波数を前記外部装置から指示された周波数に近づける
ようにしたものである。
【0015】更に、次の発明に係るPLL回路は、調整
回路を、VCO回路の発振周波数範囲の中間付近の周波
数を発振する場合に、フィルタの出力する制御電圧がV
CO回路の制御電圧範囲の中間付近となるように第2の
電圧可変容量素子に印加する調整電圧を出力するように
したものである。
【0016】
【作用】この発明におけるVCO回路は、クラップ回路
の構成要素の一つである誘導素子と直列に接続された容
量素子に直列又は並列に接続され、第1の電圧可変容量
素子へ印加する制御電圧とクラップ回路の共振周波数と
の関係のばらつきを調整する調整電圧が印加される第2
の電圧可変容量素子を具備するようにしたので、第2の
電圧可変容量素子に印加される調整電圧により、第1の
電圧可変容量素子へ印加する制御電圧が変化する。
【0017】また、次の発明におけるVCO回路は、直
流電圧発生手段が出力する調整電圧により、第1の電圧
可変容量素子へ印加する制御電圧とクラップ回路の共振
周波数との関係のばらつきを調整する。
【0018】また、次の発明におけるPLL回路は、外
部制御装置から指示されたVCO回路が発振すべき周波
数とフィルタが平滑して出力した制御電圧とを比較して
VCO回路の第2の電圧可変容量素子に印加すべき調整
電圧を出力する調整回路を備えたので、調整回路が出力
する調整電圧によりVCO回路の発振周波数は外部装置
から指示された周波数に近づくようになる。
【0019】更に、次の発明におけるPLL回路は、調
整回路が、VCO回路の発振周波数範囲の中間付近の周
波数を発振する場合に、フィルタの出力する制御電圧が
VCO回路の制御電圧範囲の中間付近となるように第2
の電圧可変容量素子に印加する調整電圧を出力する。
【0020】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの実施例のVCO回路を示す。図1は、
図12のコンデンサC3 に容量調整手段C32を並列に接
続したものである。容量調整手段C32は、制御部1より
出力されるデータにより所定の直流の調整電圧VD2を出
力するD/Aコンバータ2、D/Aコンバータ2の出力
ノイズを低減するための抵抗RE 、コンデンサCC によ
り構成された直流電源、この直流電源をコンデンサC3
に並列につながれたコンデンサC5 及び上記直流電源と
バリキャップダイオードCVD2 の可変容量部をインピー
ダンス的に分離するためのコイルLB より成る。
【0021】また、図1の回路の発振に主に寄与する部
分を取り出すと図2のようになる。更に、図2の共振回
路のみを取り出すと図3のようになる。したがって、図
1のVCO回路の発振周波数f0 はおおむね数3で表す
ことができる。
【0022】
【数3】
【0023】数3において、制御電圧VD1を固定して調
整電圧VD2のみを変化するとf0 の変化は、図4のよう
になる。
【0024】ここで、調整電圧VD2の値をVA ,VB
C とした時のバリキャップダイオードCVD2 の値をC
VD2A,CVD2B,CVD2C、数3に示すCの値をCA ,C
B ,CC 、この時の発振周波数f0 の値をf0A,f0B
0Cとすると、VA >VB >VC ならばCVD2A<CVD2B
<CVD2CとなるからCA <CB <CC となり、調整電圧
D2の値VA ,VB ,VC に対応する発振周波数はf0A
>f0B>f0Cとなる。したがって、調整電圧VA ,V
B ,VC をパラメータとして制御電圧VD1を変化させる
と、制御電圧VD1と発振周波数f0 の関係は図5のよう
になる。すなわち、図3に示すクラップ回路型VCO回
路のC1 〜C3 に並列にバリキャップダイオードCVD2
を接続し、このバリキャップダイオードCVD2 に印加す
る調整電圧VD2を変化すると、制御電圧VD1と発振周波
数f0 の関係は図5に示すようにほぼ平行移動する。
【0025】上述のようにVCO回路を構成すると、発
振部分を構成する部品のばらつきによる制御電圧VD1
発振周波数f0 の関係のばらつきをバリキャップダイオ
ードCVD2 に印加する調整電圧VD2により調整すること
が出来る。例えば図6でVCOに要求される性能がVD1
=VL のときf0 <fL 、VD1=VH のときf0 >f1
なるとき曲線4を目標として設計を行ったが部品ばらつ
きにより要求仕様を満たさない曲線4,5のVCOが出
来た時、曲線4の場合VD2を大きくすれば曲線3に近づ
き、曲線5の場合VD2を小さくすれば曲線3に近づく。
D2は、制御部1よりD/Aコンバータ2に入力される
データにより決定されるので、物理的な作業による周波
数調整を行なわずに、ソフトウェアの変更のみで周波数
調整が行なえる。このとき調整後のD/Aコンバータ2
の入力データは、当然制御部内メモリに記憶されていな
ければならない。
【0026】また、VCO回路を上述の構成とすること
により調整電圧VD2を変化すると制御電圧VD1と発振周
波数f0 がほぼ平行移動するので、VCO回路の制御が
容易となり、自動制御を行う場合に、発振周波数f0
収束時間が変化しない等の効果がある。
【0027】実施例2.次に、バリキャップダイオード
VD2 をコンデンサC3 に直列に接続した実施例につい
て説明する。図7にこの実施例のVCO回路を示す。図
において、CVD 2 はバリキャップダイオードでコンデン
サC3 に直列に接続され、調整電圧VD2はバリキャップ
VD2 とコンデンサC3 の間に印加されている。この構
成において、調整電圧VD2を変えることにより、バリキ
ャップCVD2 の値が変化し、共振回路の容量値が変るの
で、実施例1の場合と同様に制御電圧VD1と発振周波数
0 の関係を図5のように平行移動することができ、同
様の効果を奏する。また、この実施例ではバリキャップ
VD2 をコンデンサC3 に直列に接続したので図1に示
すコンデンサC5 が不要となり、コンデンサの個数を減
ずることができる。
【0028】実施例3.実施例1及び実施例2ではVC
O回路に制御部1及びD/Aコンバータ2を備えたもの
について説明したが、この実施例ではこれらの部分を取
り去ったものについて説明する。図8はこの実施例の一
例を示すVCO回路図である。図8は図7から制御部
1、D/Aコンバータ2及び抵抗RE を取り去ったもの
であり、6は制御電圧VD1を印加するコントロール端
子、7は調整電圧VD3を印加する調整端子である。この
VCO回路ではこの回路のライン試験時に制御電圧VD1
と発振周波数f0の関係を確認し、この関係が所定のも
のとなる調整電圧VD3を求めておき、VCOにその調整
電圧VD3の値を表示し、VCOを他の機器に組込む時点
で、他の電源から表示された調整電圧VD3を印加するよ
うにしても、VCOは所要の性能を発揮することができ
る。
【0029】実施例4.実施例1及び実施例2ではコン
デンサC3 にバリキャップダイオードCVD2 を直列又は
並列に接続した例について説明したが、クラップ回路形
VCOは図13及び図14のように示すことができるも
のであるので、図14に示す誘導素子L1 に直列に接続
されたコンデンサC1 又はコンデンサC2 にバリキャッ
プダイオードCVD2 を直列又は並列に接続し、実施例
1,2及び3と同様の調整をすることが可能である。図
9はこの実施例のVCO回路図の一例を示すもので、図
中、図8と同一符号は同一又は相当部分を示す。図にお
いて、バリキャップダイオードCVD2 はコンデンサC1
に直列に接続され、バリキャップダイオードCVD2 とコ
ンデンサC1の間に調整端子8より調整電圧VD3が印加
され、制御電圧VD1と発振周波数f0との関係が調整さ
れるようになっている。図9の構成はバリキャップダイ
オードCVD2 をコンデンサC1 に直列に接続した例を示
したが、コンデンサC1 、コンデンサC2 にバリキャッ
プダイオードCVD2 を直接又は並列に接続しても実施例
1〜3と同様な効果を奏する。
【0030】尚、実施例1,2,3,4は何れもクラッ
プ回路型のVCO回路に対してのものであるが、LC共
振子を有するVCO回路の共振子の構成要素である任意
のコンデンサに、電圧可変型容量素子を直列もしくは並
列に備え、前記電圧可変型容量素子に一定の直流電圧を
印加することにより、実施例1,2,3,4と同様に周
波数の調整を行うことができる。
【0031】実施例5.次に、この発明のVCO回路を
備えたPLL回路の一実施例を説明する。図10は、こ
の発明のVCO回路を備えたPLL回路の構成図であ
る。図において、10は基準周波数fP を出力する発振
器TCXO、11は固定分周器、12は位相比較器F
D、13は例えば図8に示したVCO回路、14はVC
O回路13の発振周波数f0 を1/Nに分周するプログ
ラマブル分周器、15は位相比較器12の出力電圧を平
滑し制御電圧VD1を出力するロ−パスフィルタLPF、
16は当該PLL回路とは別に設けられて制御電圧VD1
をアナログ・デジタル変換するA/D変換器、17は当
該PLL回路とは別に設けられてCPU18に発振周波
数f0 を出力するように指令する制御部、19はVCO
回路13の制御電圧VD1と発振周波数f0 の関係が所定
の関係となる調整電圧VD2のデジタル値を記憶したメモ
リ−、20はメモリ−19に記憶された調整電圧VD2
デジタル・アナログ変換するD/A変換器であり、調整
電圧VD2をを出力する調整回路はCPU18、メモリ−
19及びD/A変換器20から構成されている。
【0032】次に、動作について説明する。発振器10
から出力された基準波fP は固定分周器11で分周され
r となり位相比較器12に入力される。VCO回路1
3の発振周波数f0 はプログラマブル分周器14で1/
Nに分周されfa となり位相比較器12に入力される。
r とfa は位相比較器12にて位相比較され位相差に
応じたパルスが出力され(fr >fa のとき正電圧、f
r <fa のときGND電圧、fr =fa のときOPE
N)ロ−パスフィルタ15にて平滑され制御電圧VD1
VCO回路13の図8に示すコントロ−ル端子6に印加
される。ここで、VD1が大なるときf0 は大となりVD1
が小なるときf0 は小となる。このように構成された系
は、系が安定したときf0 =N×fr の関係になる。
【0033】ここでPLL回路がPLLシンセサイザー
として例えば、図15に示すように、発振周波数f0
領域fL 〜fH と制御電圧VD1の範囲VL 〜VH が、V
D1=VL のときf0 <fL 、VD1=VH のときf0 >f
H の性能が要求されるとする。このときVCO回路13
に指令された発振周波数fM をfL とfH の中間近辺の
周波数、VM =(VL +VH )/2とすると、ここで制
御部17よりCPU18に対し発振周波数fM を発振す
るように命令を出すとともに、A/D変換器16より制
御部17にフイ−ドバックされた制御電圧VD1を出力す
る。次に、CPU18はVD 1 >VM のときは、調整電
圧VD2を大きく、VD1<VM のときは、調整電圧VD2
小さくするようにして制御電圧VD1がVM の近く(VM
−ΔV<VD1<VM +ΔV)になるようにし、そのとき
のD/A変換器20のデジタル値をメモリ19内に常駐
させる。このようにして調整電圧VD2の値を一定になら
しめた場合、発振周波数f0 の領域fL 〜fH と制御電
圧VD1の範囲VL 〜VH の関係が互いに中間近辺の値を
基準に設定され、VCO回路13は制御電圧VD1に対し
て所定の周波数f0 を発振するようになるので、上記性
能要求に対しVCO回路13の製造歩留が最も良くなる
と共に、PLL回路の要求性能をも満足することができ
る。
【0034】上述したように、外部装置として、専用の
制御部17及びA/D変換器16を設け、PLL回路が
備えるCPU18に制御部17より指示された発振周波
数fM に対して制御電圧VD1がVM に近づくような調整
電圧VD2を出力する調整用のソフトウエアを用意してお
くにより、制御電圧VD1と発振周波数f0 の関係を容易
に調整することができる。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、VC
O回路を、クラップ回路の構成要素の一つである誘導素
子と直列に接続された容量素子に直列又は並列に接続さ
れ、第1の電圧可変容量素子へ印加する制御電圧とクラ
ップ回路の共振周波数との関係のばらつきを調整する調
整電圧が印加される第2の電圧可変容量素子を具備する
ようにしたので、第2の電圧可変容量素子に印加される
調整電圧により、第1の電圧可変容量素子へ印加する制
御電圧を電気的に調整することが可能となり、クラップ
回路を構成する素子の調整又は交換などの作業を廃止で
きると共に、VCO回路の製造歩留を向上することがで
きる効果がある。
【0036】また、次の発明によれば、VCO回路を、
直流電圧発生手段が出力する調整電圧により、第1の電
圧可変容量素子へ印加する制御電圧とクラップ回路の共
振周波数との関係のばらつきを調整するようにすると、
第1の電圧可変容量素子へ印加する制御電圧のクラップ
回路の共振周波数との関係のばらつきを事前調整できる
効果がある。
【0037】また、次の発明によれば、PLL回路を、
外部制御装置から指示されたVCO回路が発振すべき周
波数とフィルタが平滑して出力した制御電圧とを比較し
てVCO回路の第2の電圧可変容量素子に印加すべき調
整電圧を出力する調整回路を備えたので、調整回路が出
力する調整電圧によりVCO回路の発振周波数は外部装
置から指示された周波数に近づくようにすると、PLL
回路はVCO回路の制御電圧が所定値に納まるように第
2の電圧可変容量素子に印加する調整電圧を出力するよ
うになり、VCO回路の制御電圧とクラップ回路の共振
周波数との関係のばらつきを自動的に調整するので、調
整作業が短縮できると共に、VCO回路の製造歩留を向
上することができる効果がある。
【0038】更に、次の発明によれば、PLL回路を、
調整回路が、VCO回路の発振周波数範囲の中間付近の
周波数を発振する場合に、フィルタの出力する制御電圧
がVCO回路の制御電圧範囲の中間付近となるように第
2の電圧可変容量素子に印加する調整電圧を出力するよ
うにすると、更に、VCO回路の製造歩留を向上するこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1のVCO回路図である。
【図2】この発明の実施例1のVCO回路の発振部分を
示す等価回路図である。
【図3】この発明の実施例1のVCO回路の共振回路部
分を示す回路図である。
【図4】この発明の実施例1のVCO回路の調整電圧と
発振周波数の関係を示す説明図である。
【図5】この発明の実施例1のVCO回路の調整電圧に
対する制御電圧と発振周波数の関係を示す説明図。
【図6】この発明の実施例1のVCO回路の調整電圧に
対する制御電圧と発振周波数の関係の調整方法を示す説
明図。
【図7】この発明の実施例2のVCO回路図である。
【図8】この発明の実施例3のVCO回路図である。
【図9】この発明の実施例4のVCO回路図である。
【図10】この発明の実施例6のPLL回路図である。
【図11】この発明及び従来のVCO回路を説明するク
ラップ回路図である。
【図12】従来のVCO回路図である。
【図13】従来のVCO回路の発振部分を示す等価回路
図である。
【図14】従来のVCO回路の共振部分を示す等価回路
図である。
【図15】この発明及び従来のVCO回路の制御電圧と
発振周波数の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
1 制御部、2 D/Aコンバータ、10 発振器、1
1 固定分周器、12位相比較器、13 VCO回路、
14 プログラマブル分周器、15 ローパスフィル
タ、16 A/D変換器、17 制御部、18 CP
U、19 メモリ−、20 D/A変換器、C1 〜C4
コンデンサ、CVDx バリキャップダイオード、L1
誘導性素子、VD1 制御電圧、VD2 調整電圧。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クラップ回路の共振周波数を可変とする
    第1の電圧可変容量素子を備えたVCO回路において、
    前記クラップ回路の構成要素の一つである誘導素子と直
    列に接続された容量素子に直列又は並列に接続され、前
    記第1の電圧可変容量素子へ印加する制御電圧と前記ク
    ラップ回路の共振周波数との関係のばらつきを調整する
    調整電圧が印加される第2の電圧可変容量素子を具備し
    たことを特徴とするVCO回路。
  2. 【請求項2】 第2の電圧可変容量素子に調整電圧を印
    加する直流電圧発生手段を具備したことを特徴とする請
    求項第1項に記載のVCO回路。
  3. 【請求項3】 請求項第1項に記載のVCO回路と、基
    準周波数を発信する基準周波数発振器と、前記基準周波
    数を分周する固定分周器と、前記VCO回路の発振周波
    数を分周する可変分周器と、この可変分周器により分周
    された周波数と前記固定分周器により分周された周波数
    の位相を比較する位相比較器と、この位相比較器の出力
    を平滑した制御電圧を前記VCO回路の第1の電圧可変
    容量素子に印加するフィルタと、当該PLL回路本体と
    は別に設けられた外部制御装置から指示された前記VC
    O回路が発振すべき周波数と前記フィルタが出力した制
    御電圧とを比較して前記VCO回路の第2の電圧可変容
    量素子に印加すべき調整電圧を出力する調整回路を備
    え、前記VCO回路の発振周波数を前記外部装置から指
    示された周波数に近づけることを特徴とするPLL回
    路。
  4. 【請求項4】 調整回路は、VCO回路が発振周波数範
    囲の中間付近の周波数を発振する場合に、フィルタの出
    力する制御電圧がVCO回路の制御電圧範囲の中間付近
    となるように調整電圧を出力することを特徴とする請求
    項第3項に記載のPLL回路。
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