JPS6120405A - 発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は周波数制御又は周波数変調可能な発振器に関す
るものである。

従来例の構成とその問題点 従来、周波数変調可能な発振器として、発振回路の周波
数決定素子の一部に可変容量ダイオードなどを用い、制
御信号により発振周波数を変調することが行なわれてい
る。この様な回路は構成は簡単であるが、可変容量ダイ
オード固有の温度特性や基準バイアスを与える電源の変
動のために、発振周波数か変化しやすく、可変容量ダイ
オードの容量値のバラツキや容量変化特性のバラツキの
ために周波数変調感度が変わること、また周波数可変の
直線性があまり良くないことなどの欠点を有している。

また発振器を午導体集積回路で構成しようとする場合、
回路と同時に可変容量ダイオードを集積化することは困
難であり、集積回路化した発振器に可変容量ダイオード
を付加して用いることは安定度や感度のバラツキの解決
にはならないばかりでなく、経済的にもコスト高となる
。

発明の目的 本発明は、弾性表面波素子を周波数選択性の移相素子と
して用いることにより、従来例の欠点をなくし、かつ生
導体集積回路に適した周波数変調可能な発振器を提供す
ることを目的とするものである。

発明の構成 本発明の構成は、平衡入力に対し、２つの異なる出力位
相を有する弾性表面波素子と、位相が異なる複数の信号
を合成し、かつ信号合成比を制御する位相合成器と、平
衡出力を有する差動増巾器を具備し、前記弾性表面波素
子の２つの出力を前記位相合成器の２つの入力側に加え
、差動増巾器の平衡出力を前記弾性表面波素子の平衡入
力側に接続して正帰還ループを形成すると共に平衡・不
平衡変換器を介して出力を取出すように構成したもので
ある。

実施例の説明 以下にその実施例について説明する。第１図は本発明の
基本ブロック図であり、第２図は弾性表面素子の振巾特
性１１および位相特性１２を示す。

１は入力に対し、振巾特性は同じで、位相特性の異なる
２つの出力ともつ弾性表面波素子であり、各々の出力を
位相合成器２の入力端子４，６に接続し、位相合成後の
出力を平衡出力を有する差動増巾器３を介して、その平
衡出力の２つの端子６゜７を元の弾性表面波素子の平衡
入力に接続して正帰還ループを形成している。８は平衡
出力端子６゜７から入力された信号を不平衡信号に変換
する平衡−不平衡変換器、９はその出力端子である１位
相合成器２は位相の異なる複数の入力信号をベクトル合
成するもので、制御入力端子１ｏより与えられる制御信
号のレベルにより移相量が調節できる移相器である。第
２図の弾性表面波素子の特性において、発振可能な発振
ループ利得をもち、正帰還するようなある位相θ。の点
の周波数ｆ。で安定な発振をし、発振ループ内の位相合
成器２により、最大θ、からθ２だけ移相量を調節する
ことにより、発振周波数けｆｌからｆ２まで変化１制御
入力信号により、周波数変調されることになる。

ここでΔθ＝θ２−θ１燃拠崩ｌ仔の出願相差に対応す
る。周波数選択性の移相素子である弾性表面波素子は振
巾特性が同じで、異なる位相をもつ出力を取出すことは
容易であり、位相特性の直線性が良好なため、前述のよ
うに、発振器を構成すると、振巾一定で、周波数可変範
囲が広く直線性の良好な発振器となる。また弾性表面波
素子を平衡駆動して発振させているため、不平衡で駆動
する場合に比べて庖圧利得が２倍（ｅｄＢアップ）とな
るので、発振器のＣ／Ｎ改善や低消費電力化に対して有
利となる。

なお、第１図の点線内は発振器の増巾器系を示す。

第３図は第１図に示す基本構成の発振器を更に高性能化
した発振器のブロック図を示す。第１図と同様の役目を
する素子は同一の番号で示しておく。第３図の構成は第
１図の構成に加えて、弾性表面波素子１の２つの出力と
、位相合成器の２つの入力との間に各々同じ特性を有す
る前置増巾器１３．１４を接続し、また差動増巾器３の
平衡出力の２つの端子と弾性表面波素子の平衡入力の２
つの端子との間に、各々同じ特性を有する出力増巾器１
５．ｉ６を接続する構成になっている。普通１弾性表面
波素子の減衰量は大きく、前置増巾器１３．１４と出力
増巾器１５．１６により、更にＣ／Ｈの良好な発振器が
実現できる。

第４図は第３図のブロック図の要部回路構成を示すもの
で、位相合成回路を詳細に示している。

前述と同様の効果を示す素子は同様の符号で示している
。１け第２図に示すような特性を有する弾性表面波素子
であり、２つの出力は同じ振巾特性で位相差Δθ＝０１
−０２の２つ異なる出力位相をもつ素子である。１３．
１４は同じ特性の前置増巾器であり、１３より０１の位
相で、１２より０２の位相で出力される。

次に位相合成回路部について説明する。位相θ１の信号
はトランジスタＱ１のベース電極に、位相θ２の信号は
Ｑ２のベース電極に加えられ、Ｑ３゜Ｑ４の各々のベー
ス電極には接地容量Ｃ１，Ｃ２が接続されているため、
各々−０１，−０２の位相の信号が加えられたと同様に
なる。前置増巾器１３゜１４については、あらかじめ平
衡出力で構成し、トランジスタＱ１．Ｑ３あるいＦｉＱ
２．Ｑ４に直接平衡入力で加えても同様の効果となる。

Ｑｌ、Ｑ３のエミッタ電極は共通接続され、Ｑ６のコレ
クタ電極に接続され、またＱ２．Ｑ４のエミッタ電極は
共通接続され、Ｑ６のコレクタ電極に接続されている。

Ｑ６．Ｑ６は差動増巾構成で各々のエミッタ電極は電流
源１７に接続されている。更にＱｌ、Ｑ２のコレクタ・
電極は共通接続され、Ｑ３．Ｑ４のコレクタ電極も共通
接続されて、差動増巾器３に接続される。このような接
続にすると、負荷抵抗Ｒ１には−０１と−０２　の入力
によりベクトル合成され反信号が、また負荷抵抗Ｒ２に
は＋０１と＋０２の入力によりベクトル合成された信号
が生ずる。その合成比は差動接続された制御用トランジ
スタＱ６゜０６に加えられる。制御入力端子１ｏからの
制御信号により、トランジスタＱ１．Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４
に流れる電流を制御し、例えば、負荷抵抗Ｒ２にはトラ
ンジスタＱ１．Ｑ２による入力信号の位相反転を考慮す
れば、（０１〜θ２）＋πの位相の信号が生じる。同様
にＲ１には（−０１−０２）十πの位相の信号が現れる
。つまり、Ｒ，、Ｒ２全通してθ１〜θ２の移相景が変
化する平衡出力が取出せるのである。

このような回路にしたことによる第１の効果は弾性表面
波素子で異なる位相の２つの信号を出し、この２つの信
号の合成比を制御信号により調節する移相回路を正帰還
ループ内に設けて周波数制御を行なうことによシ可変容
量ダイオードを用いないで周波数変調を可能とすること
である。第２の効果は、位相合成器の信号経路を正逆２
相とすることＫより、電流路金相補的に共通接続するこ
とが可能になり、電源、アース路に信号成分かもｎ出す
ことが防げ、電源、アース等の線路インピーダンスの高
くなりがちな集積回路を安定に構成することができる。

すなわち、負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる電流は制御入力
がどの様な場合にも相補的であり、それらを共通接続す
ることにより、電源端子１８からの電流には信号成分は
含まれない。

又、トランジスタＱ１．Ｑ３のエミッタ電流、トランジ
スタＱ２．Ｑ４のエミッタ電流も各々相補的であり、そ
れらを共通接続することにより、制御用トランジスタＱ
５ＩＱ６には信号電流は流れない。

このため、合成比の制御は直流的ないしは変調信号周波
数での考慮のみで行なえることになる。

第６図は本発明の具体的実殉例を示す。前述と同様の効
果を示す素子は同様の符号で示す。又回路図上でバイア
ス回路については省略している。

前述したように弾性表面波素子の出力端子には位相Δθ
＝θ１−θ２＝９ｏ０をもつ２つの信号が取出され、接
地容量Ｃ７，Ｃ８により、ベース接地増巾器になってい
るトランジスタＱ７およびＱＱ　の各々のエミッタ電極
に入力される。ここで入力段をベース接地型にしたのは
実施例における弾性表面波素子とのインピーダンス整合
に適していたためであり、特に限定されるものではない
。

入力端子４，６に加えられた異なる位相の２信号は、全
く同じ特性ともつベース接地型前置増巾器で増巾され、
位相的には弾性表面波素子の出力信号の位相差Δθ＝０
１−０２＝９Ｑ０の１まで、不平衡信号として結合容量
Ｃ３，Ｃ４を介して位相合成器に入力される。前述した
位相合成器の動作により、負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２にはΔθ
＝９００の位相変化が可能となる平衡・信号が取出さｎ
、トランジスタ０９？ＱｆＯにより構成される差動増巾
器により増巾され、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４に平衡信号とし
て現れる。そして、結合容量Ｃ６，Ｃ６を介して、トラ
ンジスタＱ１１とＣ１２で構成される同じ特性をもつエ
ミッタ接地型増巾器を介して、元の弾性表面波素子の入
力側に平衡型で接続され、正帰還ループを形成して発振
する。そして、平衡出力端子６と７つ間に容量Ｃ１３と
インダクタンスＬ１を接続して並列共振負荷とし、イン
ダクタンスＬ２ヲ介して出力される。Ｃ１１，Ｃ１２は
結合容量である。

位相合成器が最適に動作するためには、合成出力信号の
振巾が制御信号により、すなわち、出力位相角によジ変
化しないことが望ましい。このことはＣ５，Ｃ６が平衡
状態にある時、Ｑｌ、Ｃ２，Ｃ３゜Ｃ４の利得は最大利
得（不平衡状態で生ずる）の１／′ｆ２であわばよい。

この時、合成出力は各トランジスタＱ１．Ｑ２．Ｑ３．
Ｑ４のエミッタ電極に各々抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６，Ｒ６
が接続されている。

又抵抗Ｒ７，Ｒ８けトランジスタＱ５．　Ｃ６による差
動増巾器の増巾度を調節しており、すなわち、変調感度
の調節金する。又、接地容量結合容量の値については、
ＶＨＦ帯ぐらいで使用する場合には１ｏ〜２０ＰＦぐら
いで正常に動作するので集積回路化する場合でも実現可
能な値である。父、並列共振負荷を構成する容量Ｃ１３
とインダクタンスＬ、により、弾性表面波素子１のバラ
ツキや温特などによる発振周波数のバラツキを補正する
ことができる。

第６図に本発明の発振器をＩＣ化する際のピン配置図を
示す。前述と同様の効果を示すものは同様の符号で示し
ている。点線内の部分がＩＣ化するブロクツク図であり
、ＤＩＬｓビンのパッケージに納めている。ＩＣの増巾
浮糸の２つの入力端子を１番ビンＰ１と８番ビンＰ８と
し、平衡出力の２つの端子を４番ビンＰ４と６番ビンＰ
５と踵対称型にしている。普通は弾性表面波素子の減衰
量は大きく、その減衰量以上の増巾が必要であるそのた
め、高周波帯になるほどビン間容量の入出力間の結合に
よる異常発振現象が問題となる。この問題を容量Ｃ１３
とインダクタンスＬ１による並列共振負荷による平衡正
帰還ループを形成すると共にＩＣのピン配置を対称型に
することにょジ防いでいる。

次に前述した弾性表面波素子について若干の説廊をする
。第７図は本発明に用いられている弾性表面波素子の概
略図であり、一般にはＺｎＯ基板などの上にくし型すだ
れ状電極２４，２５．２６が交叉して設けられている。

平衡入力端子２０゜２１より入力信号が加えられると、
出力電極２６゜２６へと表面波として伝わジ、ある周波
７ｆ。近傍の信号だけが出力端子２２．２３より取出さ
れる。この際遅延時間τ１およびτ２全適当な値になる
ように電極中心間距離を設定しておくと、振巾特性が同
じで出力位相の異なる２つの出力が取出せるわけである
。本発明の実施例ではｆ。＝＝１４５眼で位相差Δθ中
９００に設計されている。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は次のＬうな効
果がある。

（１）振巾特性が同じで出力位相の異なる弾性表面波素
子を周波数選択性移相素子とし、位相差をもつ２信号の
位相合成器および差動増巾器を具備し、平衡出力の正帰
還ループを形成すると共に、平衡・不平衡変換器を介し
て出力を取出すことＫよシ、振巾特性が〜定、直線性良
好。

Ｃ／Ｎ良好、低消費電力のＦＭ発振器、電圧制御型発振
器として用いることができる。

（２ン　　上記１に加えて、前置増巾器および出力用増
巾器を付は加えることにより、Ｃ／Ｎが更によいＦＭ発
振器、電圧制御型発振器となる。

（３）全ての信号経路金相補的に構成し、かつ直流的に
は平衡型となるような位相合成回路を構成することによ
り、集積回路に適した発振器となる。また移相回路の移
相量も位相合成器の入力信号の極性を入れかえるだけで
、はり了全範囲をカバーすることができる。すなわち、
１つの組合せで、移相量が９００であり、極性の組合せ
が４通りであるため、３６００全範囲をカバーできる。

（４）平衡出力端子間に容量とインダクタンスによる並
列共振負荷を接続する平衡・不平衡変換器の構成にする
ことＫより、高い利得が得られると共に、弾性表面波素
子のバラツキや温特などによる発振周波数のバラツキを
補正することができる。

（５）増巾型系の入出力端子をＤＩＬパッケージの両端
に接続し、対称型のピン配置によるＩＣ化を実現するこ
とにより、ピン間容量などによる異常発振現象を防ぐこ
とができる。特に高周波帯でのＩＣ化の際には有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実櫂例による発振器のブロック図、
第２図は弾性表面波素子の特性図、第３図は他の実施例
のブロック図、第４図は同要部回路の構成図、第６図は
本発明のさらに具体的な実施例の結線図、第６図は本発
明のＩＣ化の際のピンの配置図、第７図は弾性表面波素
子の概略図である。 １・・・・・弾性表面波素子、２・・・・・位相合成器
、３・・・・・・差動増巾器、１３，１４・・・・・・
前置増巾器、１５．１６・・・・・・出力増巾器、Ｑｌ
、Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４゜・・・・・・位相合成用トランジ
スタ、Ｑ６．Ｑ６・・・・・・位相合成制御用トランジ
スタ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）平衡入力に対し、２つの異なる出力位相を有する
   弾性表面波素子と、位相が異なる複数の信号を合成し、
   かつ信号合成比を制御する位相合成器と、平衡出力を有
   する差動増巾器を具備し、前記弾性表面波素子の２つの
   出力を前記位相合成器の２つの入力側に加え、差動増巾
   器の平衡出力を前記弾性表面波素子の平衡入力側に接続
   して正帰還ループを形成すると共に、平衡・不平衡変換
   器を介して出力を取出すことを特徴とする発振器。 （２）弾性表面波素子の２つの出力端子と前記位相合成
   器の２つの入力端子との間に、各々同じ特性の増巾器を
   接続し、又、前記差動増巾器の平衡出力の２つの端子と
   、前記弾性表面波素子の平衡入力の２つの端子との間に
   、各々同じ特性の増巾器を接続することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の発振器。 位相合成器は、各々エミッタを共通接続した第１と第２
   トランジスタおよび第３と第４のトランジスタと、エミ
   ッタを共通にして差動接続された第５と第６のトランジ
   スタを有し、前記第１と第３のトランジスタのコレクタ
   および第２と第４のトランジスタのコレクタは各々共通
   接続され、前記第１と第２のトランジスタのエミッタお
   よび前記第３と第４のトランジスタのエミッタは、各々
   前記第５と第６のトランジスタの各コレクタに接続され
   、前記第１と第２のトランジスタのベース対および第３
   と第４のトランジスタのベース対を位相合成入力とし、
   かつ前記第５と第６のトランジスタの少なくとも一方の
   ベースに前記位相合成比の制御信号を与えられ、前記第
   １と第３のトランジスタのコレクタと第２と第４のトラ
   ンジスタのコレクタより、平衡型の位相合成信号を得る
   ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の発振器。 （４）最終段増巾器の平衡出力の２つの端子間に容量素
   子およびインダクタンス素子を接続して、平衡・不平衡
   変換器を構成することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項のいづれかに記載の発振器。 （５）増巾器系の入力の２つの端子と平衡出力の２つの
   端子を各々ＩＣ−ＤＩＬパッケージの両端ピンを用いて
   対称型に接続してＩＣ化することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項〜第４項のいづれかに記載の発振器。