JPH10285023A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

電圧制御発振回路

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JPH10285023A
JPH10285023A JP9089422A JP8942297A JPH10285023A JP H10285023 A JPH10285023 A JP H10285023A JP 9089422 A JP9089422 A JP 9089422A JP 8942297 A JP8942297 A JP 8942297A JP H10285023 A JPH10285023 A JP H10285023A
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voltage
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control bias
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電圧を高めずに、且つ、位相同期回路の
C/N比を悪化させることなく、自動的に自走発振周波
数の補正を行うことができる電圧制御発振回路を提供す
る。 【解決手段】 PLLIC1が低域通過フィルタ3を介
して出力する制御バイアス電圧Vcを、コンパレータ4
a,4bによって上限値V及び下限値Vと比較す
る。インダクタ9の精度誤差に応じてVCO2の自走発
振周波数fsが変化すると、信号保持回路12a,12
bはコンパレータ4a,4bの出力信号に応じて、制御
バイアス電圧Vcが上限値V以上となった場合はイン
ダクタ9に補正用インダクタ7を並列に接続し、制御バ
イアス電圧Vcが下限値V以下となった場合はインダ
クタ9に補正用インダクタ10を直列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相同期回路に使
用される電圧制御発振回路に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】位相同期回路(以下、
PLLと称す)に使用される電圧制御発振回路(以下、
VCOと称す)においては、VCOを構成する素子の定
数にばらつきがあるため、出力信号の自走発振周波数を
補正する必要がある。従来、その補正は、調整用の素子
を用意して定数の合わせ込みを行ったり、レーザトリミ
ングにより素子値そのものを調整するなど非常に手間を
要するものであった。
【0003】また、そのような手間を要さず自動的に補
正を行い得る例が、特開平7−122996号公報に開
示されている。これは、VCOの制御電圧と予め定めら
れた基準電圧との誤差電圧をバリキャップに印加するこ
とによりその容量を変化させて、VCO内のLC発振回
路の自走発振周波数を自動的に補正するものである。
【0004】上記の特開平7−122996号公報に開
示されているものでは、PLLが動作するロックレンジ
に素子の定数のばらつきを加えたものを、バリキャップ
の容量変化で吸収するようになっている。従って、これ
らを含めて自走発振周波数の十分な調整を行うには、バ
リキャップに印加する電圧の範囲を拡げる必要がある。
しかしながら、そのためには電源電圧を高める必要があ
り、低消費電力化の要請によって動作電圧を低下させる
場合が多い現状においては、採用し難い。
【0005】逆に、電源電圧を高めずに、容量変化率の
高い、即ち電圧感度が高いバリキャップを使用すること
も考えられるが、その場合、ノイズに対する感度も同様
に高くなることから、PLLのC/N比(信号と雑音と
のレベル比)が悪化してしまうという新たな問題が出て
くる。
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、電源電圧を高めずに、且つ、位相同
期回路のC/N比を悪化させることなく、自動的に自走
発振周波数の補正を行うことができる電圧制御発振回路
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による電圧制御発
振回路によれば、比較手段は、入力信号の周波数と位相
同期回路の出力信号の発振周波数との差に応じて位相同
期回路内で出力される制御バイアス電圧を基準電圧と比
較し、接続切替え手段は、比較手段の比較結果に応じ
て、前記出力信号の発振周波数を決定するパラメータの
インダクタに対して補正用インダクタの接続切替えを行
う(請求項1)。具体的には、比較手段は、制御バイア
ス電圧を基準電圧たる上限値及び下限値と比較して、接
続切替え手段は、制御バイアス電圧が上限値以上となっ
た場合はインダクタに補正用インダクタを並列に接続
し、制御バイアス電圧が下限値以下となった場合はイン
ダクタに補正用インダクタを直列に接続する(請求項
2)。
【0008】斯様に構成して、例えば、補正用インダク
タのインダクタンスを前記インダクタの精度誤差分に応
じた値に設定すれば、そのインダクタの精度誤差が最大
となる場合であっても補正用インダクタを接続して精度
誤差を補正することができ、位相同期回路の出力信号の
自走発振周波数を適正な値に補正することが可能であ
る。
【0009】従って、インダクタ及び発振回路を構成す
るその他の回路素子に特に精度の高いものを使用せずと
も、十分な範囲で自動的に補正を行うことができる。ま
た、前記回路素子にバリキャップを用いた場合でも、そ
のバリキャップの容量変化のみで十分な補正範囲を確保
するために電源電圧を高める必要がなく、しかも、位相
同期回路のC/N比を悪化させることもなくなる。
【0010】請求項3記載の電圧制御発振回路によれ
ば、インダクタ及び補正用インダクタをストリップ線路
で構成するので、発振周波数が比較的高く設定される場
合には、インダクタ及び補正用インダクタを形成するの
に大きな面積を要することがなく、回路全体を小形に構
成することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を無線機の局部発振
器に適用した場合の一実施例について図面を参照して説
明する。図1は、PLL(位相同期回路)の電気的構成
を示す図である。この図1において、PLLIC1は、
外部より与えられる入力信号(受信信号)の周波数f
r,及び電圧制御発振回路たるVCO2の出力信号の周
波数foを夫々適当に分周、例えば、夫々M,N(M,
Nは任意の自然数)分周した後に位相比較器で比較し、
その比較結果に応じたチャージポンプ出力を、低域通過
フィルタ(LPF)3に与えるようになっている。
【0012】低域通過フィルタ3は、前記チャージポン
プ出力の高周波成分を除去した直流レベルの電圧信号V
cを、制御バイアス電圧としてVCO2及びコンパレー
タ(比較手段)4a,4bの非反転入力端子に出力する
ようになっている。
【0013】VCO2は、母線5とアースとの間に、バ
リキャップ6,補正用インダクタ(インダクタンスL
1)7と常開形のスイッチ(接続切替え手段)8との直
列回路,インダクタ(インダクタンスL0)9と補正用
インダクタ(インダクタンスL2)10との直列回路が
夫々接続された構成となっている。また、補正用インダ
クタ10には、常閉形のスイッチ(接続切替え手段)1
1が並列に接続されている。これらのバリキャップ6と
インダクタ7,9,10とによってLC発振回路が構成
されている。
【0014】ここで、一例として、インダクタ9のイン
ダクタンスL0は27nH,VCO2の自走発振周波数
fsは130MHz程度を想定している。また、インダ
クタ9の精度(許容差)は標準品程度の10%とする。
そして、補正用インダクタ7及び10のインダクタンス
L1及びL2は、インダクタ9の精度10%に応じて後
述するように設定される。
【0015】コンパレータ4a,4bの反転入力端子に
は、制御バイアス電圧Vcの上限値V,下限値V
夫々与えられるようになっている。この上限値V,下
限値Vは、PLLIC1,VCO2,低域通過フィル
タ3などにより構成される位相同期回路たるPLL13
のフィードバックループにおいて、制御バイアス電圧V
cが変動する値の上限,下限に夫々設定されるものであ
り、即ち、PLL13が有しているロックレンジ(周波
数)の上限,下限に対応するようになっている。尚、P
LL13は、電源電圧3Vで動作するものとする。
【0016】コンパレータ4a,4bの出力端子は、例
えばフリップフロップなどで構成される信号保持回路
(接続切替え手段)12a,12bを介してVCO2内
部にあるスイッチ8,11の制御端子に夫々接続されて
いる。コンパレータ4a,4bの出力信号に応じて、ス
イッチ8,11の開閉が制御されるようになっている。
【0017】次に、本実施例の作用について説明する。
初期状態としては、スイッチ8は開,スイッチ11は閉
の状態にある。PLL13としての動作は、周知のよう
に、入力信号の周波数frがロックレンジ内にある場合
には、その周波数frとVCO2の出力信号の周波数f
o(初期状態では自走発振周波数fs)との周波数差に
応じた制御バイアス電圧VcがVCO2に与えられ、V
CO2は、その制御バイアス電圧Vcに応じて出力信号
の周波数foを変化させる。
【0018】そして、フィードバックループの作用によ
り、VCO2の出力信号の周波数foは、最終的にはf
o=(N/M)・frとなって、入力信号の周波数fr
を(N/M)分周した周波数に追従するようになる。こ
のようなVCO2の出力信号が、入力信号(受信信号)
の周波数変換などに使用される。
【0019】PLL13に電源が投入されると、VCO
2は、バリキャップ6とインダクタ9(インダクタンス
L0)との並列共振によって自走発振周波数fsで発振
する。この場合、VCO2を構成する回路素子の定数に
誤差があると、自走発振周波数fsが当初設定した値か
らずれを生じるが、主な原因はインダクタ9のインダク
タンスの誤差によるものである。
【0020】インダクタ9のインダクタンスの誤差によ
る自走発振周波数fsの変動がある程度小さければ、制
御バイアス電圧Vcが変化してバリキャップ6の容量が
変化することにより、その変動を吸収することができ
る。しかし、この場合でも、PLL13のロックレンジ
は設計値から若干のずれを生じてしまう。
【0021】そして、インダクタ9のインダクタンスの
精度誤差分が例えばフルに10%相当存在する場合に
は、バリキャップ6の容量変化分のみでは、変動を吸収
することができなくなる。特に、電源電圧が3V程度に
設定されている場合には、バリキャップ6の容量変化範
囲が限定されてしまうことになる。
【0022】この時、例えばインダクタ9のインダクタ
ンスが設計値より高く、自走発振周波数fsが大きく低
下して制御バイアス電圧Vcが上限値V以上になった
場合は、コンパレータ4aの出力信号がハイレベルとな
る。そして、信号保持回路12aは、その出力信号の例
えば立上がりエッジを検出してスイッチ8にハイレベル
の制御信号を出力する。
【0023】すると、スイッチ8は閉状態となってイン
ダクタ9に補正用インダクタ7が並列に接続されること
により、LC発振回路の共振インダクタンスはL0から
L0・L1/(L0+L1)に低下する。共振インダク
タンスが低下した分だけ自走発振周波数fsは上昇する
ので、制御バイアス電圧Vcが適正なロックレンジに対
応する値となるように補正される。
【0024】また、インダクタ9のインダクタンスが設
計値より低く、自走発振周波数fsが設定値より大きく
上昇して電圧信号Vcが下限値V以下になった場合
は、コンパレータ4bの出力信号がハイレベルとなる。
そして、信号保持回路12bは、同様に出力信号の立上
がりエッジを検出してスイッチ11にハイレベルの制御
信号を出力する。
【0025】すると、スイッチ11は開状態となってイ
ンダクタ9に補正用インダクタ10が直列に接続される
ことにより、LC発振回路の共振インダクタンスはL0
から(L0+L2)に増加する。そして、共振インダク
タンスが増加した分だけ自走発振周波数fsは低下し
て、制御バイアス電圧Vcが補正される。
【0026】以上から、補正用インダクタ7,10のイ
ンダクタンスL1,L2は以下のように設定する。L0
=27nH,精度10%であれば、 (1.1×L0)×L1/((1.1×L0)+L1)=L0 1.1×L1=1.1×L0+L1 L1= 11×L0= 11×27=297(nH) …(1) L2=0.1×L0=0.1×27=2.7(nH) …(2) この様にインダクタンスL1,L2を設定することによ
って、インダクタ9の精度誤差が最大となる場合であっ
ても,補正用インダクタ7,10を接続してその精度誤
差を補正することができる。
【0027】以上のように本実施例によれば、コンパレ
ータ4a,4bは、制御バイアス電圧Vcを上限値
,下限値Vと比較し、信号保持回路12a,12
bはコンパレータ4a,4bの出力信号に応じて、制御
バイアス電圧Vcが上限値V以上となった場合はイン
ダクタ9に補正用インダクタ7を並列に接続し、制御バ
イアス電圧Vcが下限値V以下となった場合はインダ
クタ9に補正用インダクタ10を直列に接続するように
した。
【0028】従って、インダクタ9の精度誤差に応じて
PLL13の出力信号の自走発振周波数fsが変化して
も、補正用インダクタ7を並列または直列に接続するこ
とによって、その精度誤差分を補正して、自走発振周波
数fsが適正な範囲となるように補正することができ
る。よって、インダクタ9及びVCO2を構成するその
他の回路素子に特に精度の高いものを使用せずとも、十
分な範囲で自動的に補正を行うことができる。また、従
来のバリキャップ6のみで補正を行うものとは異なり、
十分な補正範囲を確保するために電源電圧を高める必要
がなく、PLL13のC/N比を悪化させることもな
い。
【0029】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。接続切替え手段の構成は図示したも
のに限らず、例えば、インダクタに補正用インダクタと
スイッチとの並列回路を複数直列に接続して、それらの
スイッチの開閉によって共振インダクタンスを増減させ
ても良い。自走発振周波数の設定が比較的高い(例え
ば、500MHz以上)場合には、インダクタ及び補正
用インダクタをストリップ線路などで構成しても良い。
斯様に構成すれば、インダクタ及び補正用インダクタを
形成するのに大きな面積を要することがなく、回路全体
を小形に構成することができる。自走発振周波数fsや
その他の回路定数などは一例であり、適宜変更して実施
して良い。補正用インダクタのインダクタンス値は、必
ずしもインダクタの精度誤差相当分でなくても良い。無
線機の局部発振器に限ることなく、PLLを使用する回
路であれば適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電気的構成図
【符号の説明】
2はVCO(電圧制御発振回路)、4a,4bはコンパ
レータ(比較手段)、7は補正用インダクタ、8はスイ
ッチ(接続切替え手段)、9はインダクタ、10は補正
用インダクタ、11はスイッチ(接続切替え手段)、1
2a,12bは信号保持回路(接続切替え手段)、13
はPLL(位相同期回路)を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相同期回路に使用される電圧制御発振
    回路において、 出力信号の発振周波数を決定するパラメータであるイン
    ダクタと、 前記位相同期回路内において入力信号の周波数と前記出
    力信号の発振周波数との差に応じて出力される制御バイ
    アス電圧を基準電圧と比較する比較手段と、 この比較手段の比較結果に応じて、前記インダクタに対
    して補正用インダクタの接続切替えを行う接続切替え手
    段とを備えたことを特徴とする電圧制御発振回路。
  2. 【請求項2】 前記比較手段は、前記制御バイアス電圧
    を、その制御バイアス電圧の上限及び下限に対応して設
    定される前記基準電圧の上限値及び下限値と比較し、 前記接続切替え手段は、前記制御バイアス電圧が前記上
    限値以上となった場合は、前記インダクタに補正用イン
    ダクタを並列に接続し、前記制御バイアス電圧が前記下
    限値以下となった場合は、前記インダクタに補正用イン
    ダクタを直列に接続することを特徴とする請求項1記載
    の電圧制御発振回路。
  3. 【請求項3】 前記インダクタ及び前記補正用インダク
    タは、ストリップ線路で構成されていることを特徴とす
    る請求項1または2記載の電圧制御発振回路。
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