JPH1197928A - 電圧制御発振器 - Google Patents

電圧制御発振器

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JPH1197928A
JPH1197928A JP27194897A JP27194897A JPH1197928A JP H1197928 A JPH1197928 A JP H1197928A JP 27194897 A JP27194897 A JP 27194897A JP 27194897 A JP27194897 A JP 27194897A JP H1197928 A JPH1197928 A JP H1197928A
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JP
Japan
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voltage
capacitance
inductors
voltage source
controlled oscillator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP27194897A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Wakimoto
力 脇本
Masayuki Ishikawa
正幸 石川
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH1197928A publication Critical patent/JPH1197928A/ja
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変周波数範囲を拡大すること、位相雑音を
低減すること。 【解決手段】 電圧源26とトランジスタ30,31の
コレクタとの間にインダクタ20,21を接続し、トラ
ンジスタ30のコレクタと電圧源28との間に可変容量
ダイオード24とインダクタ22を直列接続し、トラン
ジスタ31のコレクタと電圧源28との間に可変容量ダ
イオード25とインダクタ23を直列接続し、トランジ
スタ30,31の共通接続されたエミッタに電流源32
を接続し、ダイオード24,25とインダクタ21,2
2,23,24で共振回路を形成し、そのダイオード2
4,25の容量値で発振周波数を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低位相雑音性能を
実現することが可能な電圧制御発振器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】複数のインダクタと容量を直列接続した
共振回路を用いて、等価的な発振振幅を大きくする従来
の電圧制御発振器の構成を図4に示す。1,2は可変容
量ダイオード、3,4は交流結合用固定容量、5,6は
インダクタ、7〜10はダイオード1,2の直流バイア
ス用抵抗、11はダイオード1,2の逆バイアス接合容
量値を制御するための制御電圧源、12,13はクロス
カップルされた負性抵抗発生用のMOSトランジスタ、
14,15は電流源、16は電圧源、17,18は出力
端子である。
【0003】図4においては、ダイオード1,2の逆バ
イアス接合容量、固定容量3,4、インダクタ5,6で
共振回路を構成し、ダイオード1,2の容量値を電圧源
11で調整することにより、発振周波数の制御を行う。
トランジスタ12,13は負性抵抗を発生して、共振回
路の寄生直列抵抗をキャンセルし、発振条件を満足させ
るためのものである
【0004】図4の共振回路の等価回路は、図5に示す
ように、2つのインダクタ5,6と2つの容量40,4
1で表現できる。容量40は図4の固定容量3とダイオ
ード1の逆バイアス接合容量との直列接続容量、同様に
容量41は固定容量4とダイオード2の逆バイアス接合
容量との直列接続容量である。
【0005】発振時に流れる電流をi、インダクタ5,
6の値を各々L、容量40,41の値を各々Cとする
と、発振周波数foは、 fo=1/[2π(L・C)1/2] ・・・(1) となる。
【0006】この場合の共振回路内の電圧降下の様子
を、図6に示す。発振時に出力振幅A1は、インダクタ
あるいは容量1つ当りの電圧降下に等しく、 A1=2π・fo・L・i=i/(2π・fo・C) ・・・(2) となる。ここで、インダクタ5,6を直列接続すると、
その値は2Lに、容量40,41を直列接続するとその
値はC/2になり、共振回路に同じ発振電流iが流れる
とすると、発振周波数は前記式(1)で表されるもの同
じで、等価出力振幅A2は、 A2=4π・fo・L・i=i/(π・fo・C) ・・・(3) となる。
【0007】すなわち、図4に示した電圧制御発振器の
等価出力振幅A2は、実際の出力振幅A1の2倍とな
る。このタイプの発振器の位相雑音は、次式で与えられ
るように、発振振幅(つまり、等価出力振幅)の2乗に
反比例するため、位相雑音を6dB改善できる。Kは比
例定数である。 位相雑音=K/(発振振幅)2 ・・・(4)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成方法の場合、図4からわかるように、可変容量ダイオ
ード1,2を逆バイアスするための抵抗7〜10と交流
結合用容量3,4が必要となり、ダイオード1,2の逆
バイアス接合容量と固定容量3,4がそれぞれ直列接続
となるため、たとえば各々の容量値が等しい場合、可変
容量ダイオード1,2のみの場合と比較して、周波数可
変範囲が2.5分の1と狭くなってしまうという問題が
ある。
【0009】すなわち、周波数可変範囲は式(1)から
明らかなように、容量値の変化量に比例するので、図4
において固定容量3,4が無く、ダイオード1,2の容
量値をC、その最大変化量を0.5Cとすると、変化率
は50%となる。これに対して、図4のように固定容量
3,4が接続されていて、その値をCとすると、ダイオ
ード1,2の容量の最大変化量が0.5Cであっても、
固定容量とダイオード容量の直列容量の変化率は20%
となる。したがって、可変容量のみの場合と比較して、
周波数可変範囲が2.5分の1になる。
【0010】また、複数の容量を直列接続する関係か
ら、同一容量値を実現するための素子サイズが大きくな
るため、集積回路上に構成した場合、それに伴うレイア
ウトパターンの寄生容量に伴う特性劣化という2次的な
問題も発生する。さらに、ダイオード1,2用のバイア
ス抵抗7〜10および電流源14,15も雑音源とし
て、電圧制御発振器の位相雑音の劣化を招くという問題
があった。
【0011】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、等価出力振幅を実際の出力振
幅よりも大きくできるタイプの電圧制御発振器におい
て、共振回路の構成法を簡略化することにより、周波数
可変範囲の増大、集積回路として構成した場合の素子数
低減に伴うパターンレイアウト寄生容量の低減、雑音源
の低減を図り、低位相雑音化を図ることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1の発明は、複数の可変容量素子と、複数のインダ
クタと、クロスカップルされたペアトランジスタによる
正帰還回路と、該ペアトランジスタのコレクタ又はドレ
イン端子に所定バイアスを与える第1の電圧源と、前記
可変容量素子へ容量変化を起こすための可変電圧バイア
スを与える第2の電圧源とを有し、前記複数の可変容量
素子と前記複数のインダクタとで共振回路を形成し、前
記複数の可変容量素子の容量値で発振周波数を制御する
電圧制御発振器において、前記第1の電圧源と前記正帰
還回路中の各トランジスタのコレクタ又はドレイン端子
との間に前記複数のインダクタのうちの一部のインダク
タを接続し、前記正帰還中の各トランジスタのコレクタ
又はドレイン端子と前記第2の電圧源との間に前記可変
容量素子と前記複数のインダクタのうちの残りのインダ
クタを直列接続し、前記正帰還回路中の各トランジスタ
の共通接続されたエミッタ又はソース端子に電流源を接
続して構成した。第2の発明は、第1の発明において、
前記可変容量素子は逆バイアスされたダイオードであ
り、かつ該ダイオードのカソード端子が前記第2の電圧
源に接続されているよう構成した。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の1つの実施の形態
の電圧制御発振器を示す図である。共振回路は、インダ
クタ20〜23,可変容量ダイオード24,25で構成
され、その可変容量ダイオード24,25の容量値は電
圧源28で制御される。クロスカップルされたトランジ
スタ30,31は共振回路の寄生抵抗をキャンセルして
発振条件を満足させるための負性抵抗を発生する。
【0014】なお、図1において、トランジスタ30,
31はバイポーラトランジスタとなっているが、他のデ
バイス、例えばMOSFET、GaAsMESFET等
にしても良い。この場合、エミッタ、ベース、コレクタ
の端子は、それぞれソース、ゲート、ドレインの端子と
なる。
【0015】この図1に示した電圧制御発振器の回路
は、以下のような考えに基づくものである。図4に示し
た従来の回路では、MOSトランジスタ12,13のド
レイン側に2個の電流源14,15を用いて回路をバイ
アスしているが、図1のようにこの電流源をエミッタ側
(MOSトランジスタのときはソース側)に持ってくる
ことによって、差動増幅器のように電流源の数を1個減
らすことができ、雑音源を削減することができる。
【0016】そして、削除した2つの電流源14,15
のところに、図4におけるインダクタ6を2分割しても
ってくることにより、図1におけるインダクタ20,2
1のように、トランジスタ30,31をバイアスするこ
とができる。このように、トランジスタ30,31のコ
レクタをインダクタ20,21を介して直流電源29に
接続することにより、これらのインダクタ20,21を
介してダイオード24,25をバイアスすることが可能
になり、図4に示した交流結合用固定容量3,4とバイ
アス抵抗7〜10が不要となり、図1に示したような構
成となる(ダイオードとインダクタの順番を入れ替えて
いる)。
【0017】図1の共振回路の等価回路は、図2に示す
ように、3つのインダクタ22,23,44と、2つの
容量42,43で表現することができる。ここで、イン
ダクタ44は図1のインダクタ20,21を直列接続し
たものであり、42,43は図1のダイオード24,2
5の逆バイアス接合容量である。
【0018】インダクタ44の値をL、インダクタ2
2,23の値をそれぞれL/2、容量42,43の値を
それぞれCとすると、合計容量値はC/2、合計インダ
クタンスは2Lとなるので、発振周波数foは、 fo=1/[2π(L・C)1/2] ・・・(5) となり、前記式(1)で表したものと同じとなる。
【0019】また、この場合の共振回路内の電圧降下の
様子を図3に示す。この共振回路に従来例で説明したの
と同じ共振電流iが流れるとすると、図3からわかるよ
うに、出力端子33,34間に得られる出力振幅A1は
インダクタ44の電圧降下に等しく、従来例の場合の式
(2)と同様に、 A1=2π・fo・L・i=i/(2π・fo・C) ・・・(6) となる。
【0020】さらに、前述したように、インダクタ2
2,23,44を直列接続するとその値は2L、また容
量42,43を直列接続するとその値はC/2であるの
で、同じ発振周波数で等価出力振幅A2は A2=4π・fo・L・i=i/(π・fo・C) ・・・(7) となる。したがって、図4で示した従来回路での式
(3)と同様に、等価出力振幅は実際の出力振幅の2倍
となり、位相雑音を6dB改善できる。
【0021】ここで、図3を図6と比較すると、図3で
は内部振幅が図6に比べて2倍になっているように見え
るが、それぞれの容量に加わる電圧は図6の場合と同じ
で、ノード33,34間、すなわち出力端子間に加わる
電圧も図6の場合と同一である。すなわち、アクティブ
素子に加わる電圧が同じなので、デバイスの耐圧に関し
ても同一条件である。
【0022】ところで、ダイオード24,25を直接直
流電圧源28に接続しているのは、この回路を集積回路
上に構成したとき、通常カソードに付随する大きな寄生
容量を交流接地するためである。図1のインダクタ2
2,23とダイオード24,25をそれぞれ入れ替えて
も良いが、この場合、ダイオード24,25のカソード
が交流接地にならないので、前記寄生容量が生じ不利で
ある。図3はノード35が交流接地になることから、横
軸はAC電圧ゼロを意味する。図6では縦軸は相対目盛
である。図4に示した従来回路では、可変容量ダイオー
ド1,2のバイアスは電圧源11で決まるが、図1に示
した本発明の可変容量ダイオード24,25では、電圧
源29と28の電圧差で決まる。
【0023】以上のように、本発明を適用することによ
り、発振周波数制御用の可変容量ダイオードの直流バイ
アス抵抗および交流結合用固定容量が不要となるため、
発振周波数を決める容量が逆バイアス容量のみとなり、
従来回路に比べて発振周波数範囲を約2.5倍拡大する
ことができる。また、発振器を構成する素子数を低減で
きるので、すなわちパターンレイアウトを簡略化できる
ためそれに付随する寄生容量を低減できるので、これら
による周波数可変範囲の低減および特性劣化を防ぐこと
ができる。さらに、図4における電流源14,15が不
要となるので、ダイオードバイアス用抵抗7〜10と併
せて雑音発生源が少なくなり、それだけ電圧制御発振器
の位相雑音を低減できる。
【0024】
【発明の効果】以上から本発明によれば、電圧制御発振
器の共振回路を構成する可変容量ダイオードの直流バイ
アス抵抗、交流結合用固定容量を削除でき、また直流バ
イアス用の電流源も削除できるため、周波数可変範囲を
拡大できると共に、位相雑音を低減できるという利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1つの実施の形態の電圧制御発振器
の回路図である。
【図2】 図1の共振回路の等価回路図である。
【図3】 図2の共振回路内の電圧降下の様子を示す図
である。
【図4】 従来の電圧制御発振器の回路図である。
【図5】 図4の共振回路の等価回路図である。
【図6】 図5の共振回路内の電圧降下の様子を示す図
である。
【符号の説明】
17,18,33,34・・・出力端子 1,2,24,25・・・可変容量ダイオード 3,4,40,41,42,43・・・容量 5,6,20,21,22,23,44・・・インダク
タ 7,8,9,10・・・抵抗 12,13・・・MOSトランジスタ 30,31・・・バイポーラトランジスタ 14,15,32・・・電流源 11,16,28,29・・・電圧源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の可変容量素子と、複数のインダクタ
    と、クロスカップルされたペアトランジスタによる正帰
    還回路と、該ペアトランジスタのコレクタ又はドレイン
    端子に所定バイアスを与える第1の電圧源と、前記可変
    容量素子へ容量変化を起こすための可変電圧バイアスを
    与える第2の電圧源とを有し、前記複数の可変容量素子
    と前記複数のインダクタとで共振回路を形成し、前記複
    数の可変容量素子の容量値で発振周波数を制御する電圧
    制御発振器において、 前記第1の電圧源と前記正帰還回路中の各トランジスタ
    のコレクタ又はドレイン端子との間に前記複数のインダ
    クタのうちの一部のインダクタを接続し、 前記正帰還中の各トランジスタのコレクタ又はドレイン
    端子と前記第2の電圧源との間に前記可変容量素子と前
    記複数のインダクタのうちの残りのインダクタを直列接
    続し、 前記正帰還回路中の各トランジスタの共通接続されたエ
    ミッタ又はソース端子に電流源を接続した、ことを特徴
    とする電圧制御発振器。
  2. 【請求項2】前記可変容量素子は逆バイアスされたダイ
    オードであり、かつ該ダイオードのカソード端子が前記
    第2の電圧源に接続されていることを特徴とする請求項
    1に記載の電圧制御発振器。
JP27194897A 1997-09-19 1997-09-19 電圧制御発振器 Withdrawn JPH1197928A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6545557B2 (en) 2000-06-30 2003-04-08 Kabushiki Kaisha Toshiba FM signal oscillator circuit and modulation level control method
WO2003030350A1 (fr) * 2001-09-27 2003-04-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Oscillateur, circuit d'emission et appareil de radio
WO2003056697A1 (fr) * 2001-12-25 2003-07-10 Ntt Electronics Corporation Oscillateur
JP2012074920A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk クロスカップルmosトランジスタ回路及び半導体集積回路装置

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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20041207