KR100676344B1 - 발진기 - Google Patents

Abstract

발진을 안정화시켜 C/N비 특성을 개선한 발진기를 제공한다. 공진 회로(10)와 귀환 회로(20)를 갖는 발진기에 있어서, 상기 공진 회로 내의 주 공진 소자 회로의 출력 전압을 분압하여 상기 귀환 회로에 출력하는 분압 회로(C3, C4)를 구비한다. 출력 전압을 분압하여 귀환 회로에 제공하기 때문에, 회로 소자의 변동이나 외부로부터 인가되는 전압의 변화 등에 대하여 귀환 회로를 안정적으로 동작시킬 수 있고, 발진이 안정화되어, C/N비 특성이 개선된다.

발진기, 귀환 회로, 분압 회로, 공진 소자 회로, C/N비

Description

발진기{OSCILLATOR HAVING VOLTAGE DIVIDING CIRCUIT}

도 1은 종래의 클랩(clap) 발진기의 구성예를 나타내는 도면.

도 2는 종래 및 본 발명의 발진기의 주파수 제어 전압 대 C/N비의 특성을 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발진기의 회로도.

도 4는 도 3에 도시한 발진기의 실시예를 도시하는 회로도.

도 5는 도 3에 도시한 발진기의 변형예를 도시하는 회로도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발진기의 회로도.

도 7은 도 6에 도시한 발진기의 일 실시예를 도시하는 회로도.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발진기의 회로도.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발진기의 회로도.

도 10은 가변 인덕터의 일 구성예를 나타내는 도면.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발진기의 회로도.

도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 발진기의 회로도.

도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발진기의 회로도.

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 발진기의 회로도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1, 10, 10A, 10B : 공진 회로

11 : 주 공진 소자 회로

12 : 주파수 제어 단자

20, 20A : 귀환 회로

21 : 트랜지스터

22 : FET

23, 33 : 인덕터

34 : 전원 단자

35 : 버퍼 증폭기

36 : 출력 단자

38 : 반도체 칩 또는 패키지

40 : 유전체 기판

41 : 도체

42 : 선로

본 발명은 발진기에 관한 것으로, 특히 고주파 회로(RF 회로)에 이용되는 발진기에 관한 것이다.

종래부터, FM 튜너용 국부 발진기, 수정 발진기나 전압 제어 발진기 등, 일 반적으로 고주파수대에서 사용되고 있는 발진기에는 여러 가지가 있다. 예를 들면, 콜피츠(Colpittz) 발진기나 하틀리(hartley) 발진기 등은 LC 발진기로서 널리 이용되고 있다. LC 발진기는 인덕터 L과 콘덴서 C와의 조합으로 공진 회로를 형성한다. 이 공진 회로는 넓은 주파수대에서 발진 신호를 출력할 수 있다. 또한, L과 C의 값을 바꿈으로써, 연속적으로 발진 주파수를 바꿀 수 있다. 그러나, 여러 가지 원인으로 발진 주파수가 변동된다.

예를 들면, 콜피츠 발진기에 있어서, 온도 특성 등을 개선한 클랩 발진기가 알려져 있다. 클랩 발진 회로는 낮은 주파수대로부터 VHF대까지, 폭넓은 주파수대에서 사용할 수 있는 발진 회로로서 일반적으로 널리 사용되고 있다.

도 1에, 종래의 클랩 발진기의 구성예를 나타낸다. 도 1에서, 클랩 발진기는 공진 회로(1)와 귀환 회로(feedback circuit)(20)를 포함한다. 공진 회로(1)는 공진 주파수를 주로 결정하고, 귀환 회로(20)는 발진기의 발진 조건을 주로 결정한다. 귀환 회로(20)는 nPn 바이폴라 트랜지스터로 형성되는 발진용 트랜지스터(21)와, 귀환용 콘덴서 C1, C2로 구성되어 있다. 트랜지스터(21)의 베이스와 에미터 사이, 에미터와 콜렉터 사이에는, 각각 귀환용 콘덴서 C1 및 콘덴서 C2가 접속되어 있다. 한편, 트랜지스터(21)의 베이스는 공진 회로(1)에 접속되고, 트랜지스터(21)의 베이스는 클랩 콘덴서 C3을 통하여, 공진 회로(1)의 주 공진 소자 회로(11)에 접속되어 있다. 주 공진 소자 회로(11)는 콘덴서나 인덕터, 다이오드나 압전 소자 등, 자기 공진 또는 직렬·병렬 공진으로 구성되고, 목적의 용도에 따른 공진 주파수를 얻을 수 있도록 조정되어 있다. 클랩 콘덴서 C3은 주 공진 소자 회로(11)와 귀환 회로(20)를 "코스" 접속(coarse coupling))이 되도록 설치되어 있다. 또한, 주 공진 소자 회로(11)와 클랩 콘덴서 C3이 접속되는 노드에는 외부로부터의 주파수 제어 전압이 인가되는 주파수 제어 단자(12)가 설치되어 있다. 이 주파수 제어 단자(12)는 공진 회로(1)에 필수적인 구성 요소가 아니며, 설치되어 있지 않는 구성도 있다. 주파수 제어 단자(12)에 주어지는 주파수 제어 전압에 의해, 주 공진 소자 회로(11) 내의 용량 변화 소자를 기능시킨다. 용량 변화 소자는, 예를 들면 바리캡 다이오드(variable capacitance diode; 가변 용량 다이오드)이다. 바리캡 다이오드에 인가하는 전압을 주파수 제어 단자(12)를 통하여 변화시킴으로써, 전압 제어 발진기로서 기능하는 발진기가 된다.

그러나, 휴대 전화 등의 기술 동향에도 나타나는 바와 같이, 사용 주파수대의 고주파수화가 최근 진행되고 있으며, 회로에 사용되는 각 소자의 용량값이 작아지고 있다. 그에 수반하여, 각 소자의 용량값의 변동에 의한 회로의 불안정성의 증대가 문제가 됨으로써, 각 사용 소자의 편차를 감소시키는 것이 요구되고 되고 있다. 특히, 도 1에 도시된 클랩 발진기에서는 공진 주파수를 주로 결정하는 주 공진 소자 회로(11)는 작은 값이고, 또한 귀환용 콘덴서 C1 및 C2도 작은 값이 된다. 클랩 발진기에서는 트랜지스터(21)의 부유 용량 등이나 발진기의 부하 변동에 의한 공진 회로(1)에의 영향을 작게 하기 위해서, 일반적으로, (클랩 콘덴서 C3)<(귀환용 콘덴서 C1 또는 C2)의 조건으로 용량을 설계하는 경우가 많기 때문에, 당연히 클랩 콘덴서 C3에 대해서도 작은 값이 된다. 클랩 콘덴서 C3에 작은 값을 사용 해 가는 가운데에 있어서, 클랩 발진기를 안정적으로 동작시키기 위해서는 클랩 콘덴서 C3의 편차를 감소시키는 것은 필수 조건이다. 그러나, 실제로는 전원 전압이나 주위 온도에 의해 트랜지스터(21)의 부유 용량이나 귀환용 콘덴서 C1, C2에 변화가 생긴다. 주 공진 소자 회로(11)에서는, 예를 들면 바리캡 다이오드나 수정 진동자 등, 외부로부터의 입력되는 신호의 변화에 의해 공진기의 임피던스를 변화시키는 소자를 사용한 경우, 공진 회로(1)의 임피던스 변화와 트랜지스터(21)측의 임피던스 변화에 대하여, 안정적인 회로로서 동작할 수 있는 클랩 콘덴서 C3의 용량값 폭이 정해진다. 그러나, 클랩 콘덴서 C3은 용량이 작기 때문에 편차를 감소시키는 것에는 한계가 있어, 양산성의 관점에서 볼 때 타당하지 않은 경우가 발생된다.

구체적으로는, 주파수 제어 단자(12)에 인가되는 주파수 제어 전압에 의해 변화하는 주 공진 소자 회로(11)의 임피던스와 클랩 콘덴서 C3의 임피던스의 비율이 항상 일정하면, 귀환 회로(20)로부터 본 공진 회로(1)의 임피던스 변화는 작아진다. 그런데, 실제로는 주 공진 소자 회로(11)의 임피던스와 클랩 콘덴서 C3의 변동에 수반하는 임피던스의 비율에 변화가 생겨, 귀환 회로(20)로부터 본 임피던스에 변화가 보인다. 이로 인해, 발진기 전체로서는, 예를 들면 도 2의 B1이나 B2에 도시된 바와 같은 특성을 갖는다. 도 2에서, 횡축은 주파수 제어 단자(12)에 인가되는 주파수 제어 전압, 종축은 C/N(carrier to noise ratio)이다. 도 2에 도시한 바와 같이 C/N값이 주파수 제어 단자(12)에 인가되는 주파수 제어 전압의 변화(즉, 주파수의 변화)에 의해 크게 변화하는 현상이 생김과 함께, 발진기별로 다 른 B1이나 B2의 C/N 특성을 갖는다고 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하여, 발진을 안정화시켜 C/N비 특성을 향상시킨 발진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 상기 공진 회로 내의 주 공진 소자 회로의 출력 전압을 분압하여 상기 귀환 회로에 출력하는 분압 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기이다. 출력 전압을 분압하여 귀환 회로에 제공하기 때문에, 회로 소자의 변동이나 외부로부터 인가되는 전압의 변화 등에 대하여 귀환 회로를 안정적으로 동작시킬 수 있어, 발진이 안정화되어, C/N비 특성이 개선된다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 분압 회로는 직렬로 접속된 복수의 콘덴서를 포함하는 직렬 회로를 포함하고, 상기 직렬 회로의 중간 노드는 상기 귀환 회로에 접속되어 있다. 이와 같이 분압 회로는 적어도 2개의 콘덴서를 직렬로 접속한 회로로 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 분압 회로는 직렬로 접속된 복수의 인덕터를 포함하는 직렬 회로를 포함하고, 상기 직렬 회로의 중간 노드는 상기 귀환 회로에 접속되어 있다. 이와 같이 분압 회로는 적어도 2개의 인덕터를 직렬로 접속한 회로로 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 분압 회로는 상기 출력 전압의 분압비를 조정하는 회로를 포함한다. 분압비를 조정할 수 있도록 함으로써, 원하는 발진 조건으로 발진기를 발진시킬 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 분압 회로는 용량을 가변시킬 수 있는 콘덴서를 포함하고, 상기 콘덴서의 용량을 조정하여 상기 출력 전압의 분압비를 조정한다. 분압비의 조정은 용량을 가변시킬 수 있는 콘덴서를 이용하여 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 분압 회로는 용량을 가변시킬 수 있는 인덕터를 포함하고, 상기 인덕터의 용량을 조정하여 상기 출력 전압의 분압비를 조정한다. 분압비의 조정은 인덕턴스를 가변시킬 수 있는 인덕터를 이용하여 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 분압 회로는 전송 선로 구성의 인덕터를 포함하고, 상기 전송 선로의 중간 점은 상기 귀환 회로에 접속되어 있다. 인덕터를 실현하는 일례로서 전송 선로 구성을 이용할 수 있다. 전송 선로 구성은 선로의 패턴을 트리밍(trimming) 등으로 변화시킴으로써, 용이하게 인덕턴스를 조정할 수 있다. 이 경우, 청구항 8에 기재한 바와 같이 상기 전송 선로 구성은 마이크로 스트립 라인 또는 스트립 라인을 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 콘덴서와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 콘덴서를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단과 상기 제어 단자를 결합하는 제3 콘덴서와, 상기 주 공진 소자 회로의 타단과 상기 제어 단자를 결합하는 제4 콘덴서를 포함한다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 일례이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 콘덴서와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 콘덴서를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단과 상기 제어 단자를 결합하는 제1 인덕터와, 상기 주 공진 소자 회로의 타단과 상기 제어 단자를 결합하는 제2 인덕터를 포함한다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 다른 예이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 콘덴서와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 콘덴서를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단 및 타단에 접속되는 가변 용량 콘덴서를 포함하고, 상기 가변 용량 콘덴서는 용량을 분할하는 중점을 가지며, 상기 중점은 상기 제어 단자에 접속되어 있다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 다른 예이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 콘덴서와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 콘덴서를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단 및 타단에 접속되는 가변 용량 인덕터를 포함하고, 상기 가변 용량 인덕터는 용량을 분할하는 중점을 가지며, 상기 중점은 상기 제어 단자에 접속되어 있다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 또 다른 예이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 인덕터와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 인덕터를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단과 상기 제어 단자를 결합하는 제1 콘덴서와, 상기 주 공진 소자 회로의 타단과 상기 제어 단자를 결합하는 제2 콘덴서를 포함한다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 또 다른 예이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 인덕터와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 인덕터를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단과 상기 제어 단자를 결합하는 제3 인덕터와, 상기 주 공진 소자 회로의 타단과 상기 제어 단자를 결합하는 제4 인덕터를 포함한다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 또 다른 예이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 인덕터와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 인덕터를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단 및 타단에 접속되는 가변 용량 콘덴서를 포함하고, 상기 가변 용량 콘덴서는 용량을 분할하는 중점을 가지며, 상기 중점은 상기 제어 단자에 접속되어 있다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 또 다른 예이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 귀환 회로는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 제1 단자와 제어 단자를 결합하는 제1 인덕터와, 상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 제2 단자를 결합하는 제2 인덕터를 포함하고, 상기 분압 회로는 상기 주 공진 소자 회로의 일단 및 타단에 접속되는 가변 용량 인덕터를 포함하고, 상기 가변 용량 인덕터는 용량을 분할하는 중점을 가지며, 상기 중점은 상기 제어 단자에 접속되어 있다. 이 구성은 귀환 회로의 구성과 분압 회로의 구성과의 조합의 또 다른 예이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 주 공진 소자 회로의 상기 타단과 상기 트랜지스터의 상기 제2 단자는 접지되어 있다. 이 구성은, 구체적인 회로 구성에 있어서의 접속 관계의 일례이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 주 공진 소자 회로는 외부로부터의 주파수 제어 전압에 따라 공진 주파수가 변화한다. 외부로부터의 주파수 제어 전압으로 공진 주파수를 변화시키기 때문에, 발진 주파수를 원하는 범위에서 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이 경우, 발진기는 분압 회로를 구비하고 있기 때문에, 발진 제어 전압이 변화해도 귀환 회로에 인가되는 전압의 변동을 억제할 수 있으므로, 발진기를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 주 공진 소자 회로는 외부로부터의 주파수 제어 전압에 따라 용량이 변화하는 소자를 포함하고, 상기 소자는 상기 분압 회로에 접속되어 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 적어도 1개의 버랙터(varactor) 다이오드를 포함하는 용량성 소자와 유도성 소자 또는 저항 소자를 포함한다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 주 공진 소자 회로는 진동자를 포함한다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 발진기는 상기 귀환 회로로부터 얻어지는 발진 주파수를 증폭하는 버퍼 증폭기를 더 포함한다. 이에 의해, 발진 출력을 적절한 레벨로 증폭하여 출력할 수 있다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 공진 회로와 상기 귀환 회로는 반도체 칩 상에 형성되어 있다. 구체적으로, 회로를 형성하는 경우의 일례이다.

본 발명에 따른 발진기에 있어서, 예를 들면 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 공진 회로와 상기 귀환 회로는 패키지 내에 수용되어 있다. 이에 의해, 여러 가지 용도에 이용할 수 있는 반도체 디바이스를 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

<제1 실시예>

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 도 3에서, 도 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 병기하고 있다.

도시한 발진기는 공진 회로(10)와 귀환 회로(20)를 구비한다. 귀환 회로(20)는 발진용 트랜지스터(21)와 귀환용 콘덴서 C1, C2를 포함한다. 공진 회로(10)는 상술한 주 공진 소자 회로(11)와 콘덴서 C3 외에, 새롭게 콘덴서 C4를 포함한다. 즉, 도 3에 도시한 발진기는 귀환 회로(20)가 트랜지스터(21)와, 트랜지스터(21)의 제1 단자인 에미터와 제어 단자인 베이스를 결합하는 제1 콘덴서 C1과, 트랜지스터(21)의 제2 단자인 콜렉터와 에미터를 결합하는 제2 콘덴서 C2를 포함하고, 공진 회로(10)는 주 공진 소자 회로(11)의 일단과 트랜지스터(21)의 베이스를 결합하는 제3 콘덴서 C3과, 주 공진 소자 회로(11)의 타단과 베이스를 결합하는 제4 콘덴서 C4와의 직렬 회로를 포함하는 회로 구성이다.

콘덴서 C3과 C4는 주 공진 소자 회로(11)의 출력 전압을 분압하여, 귀환 회로(20)에 출력하는 것이다. 콘덴서 C3과 C4는 직렬 회로를 구성하고, 이 중간 노드, 즉 콘덴서 C3과 C4의 접속점이 귀환 회로(20)의 트랜지스터(21)의 베이스에 접 속되어 있다. 또한, 이 직렬 회로의 일단은 주 공진 소자 회로(11)의 일단 및 주파수 제어 단자(12)에 접속되고, 타단은 주 공진 소자 회로(11)의 타단에 접속되어 있다. 주 공진 소자 회로(11)의 출력 전압(공진 신호)은 콘덴서 C3과 C4로 분압되어, 분압된 전압이 트랜지스터(21)의 베이스에 인가된다. 또, 주 공진 소자 회로(11)의 콘덴서 C4 측은 접지되어도 된다.

주 공진 소자 회로(11)의 출력 전압을 분압하여 트랜지스터(21)의 베이스에 인가함으로써, 주파수 제어 단자(12)를 통하여 인가되는 주파수 제어 전압의 변화에 대하여 베이스 전위를 안정화시킬 수 있어, 그 결과, 공진 회로(10)와 귀환 회로(20)와의 임피던스비의 변화를 상대적으로 작게 할 수 있다. 이 점에 있어서, 콘덴서 C3 및 C4로 이루어지는 분압 회로는 공진 회로(10)와 귀환 회로(20)와의 임피던스비를 제어하는 수단이다. 또한, 도 3에 도시한 회로 소자의 변동이 있어도, 주 공진 소자 회로(11)의 출력 전압을 직접 트랜지스터(21)의 베이스에 제공하는 것이 아니라 분압 전압을 인가하기 때문에, 변동에 의한 베이스 전압의 변동은 분압 회로에서 흡수된다. 따라서, 제조 시에 발생한 회로 소자의 변동에 기인한 발진기에서의 특성의 상위를 경감시킬 수 있다.

상기 구성의 발진기의 주파수 제어 전압(주파수) 대 C/N 특성을 도 2의 곡선 A1, A2로서 나타낸다. 상술한 종래의 발진기의 C/N 특성 B1이나 B2에 대하여, 주파수 제어 전압에 대한 C/N의 변동은 적고, 또한 다른 발진기의 특성 A1, A2도 크게 다르지 않다. 이와 같이 종래의 발진기에 비하여, 발진의 안정성은 향상되어 있다. 또한, 콘덴서 C4를 추가함으로써 상기한 개선이 가능하게 되기 때문에, 양 산성이나 제조 비용의 면에서 매우 우수하다.

또, 콘덴서 C3과 C4의 분압비의 설정은 설계 사항이고, 공진 회로(10)와 귀환 회로(20)의 임피던스비를 최적의 조건이 되도록 설정한다.

도 3에 도시한 회로에서는 편의상, 직류 회로인 트랜지스터(21)의 바이어스 회로 등은 생략되어 있다. 이 직류 회로나 그 밖의 주변 소자를 포함하는 발진기의 일 실시예를 도 4에 도시한다. 도 4에서, 상술한 구성 요소와 동일한 것에는 동일한 참조 번호를 병기하고 있다. 저항 R1, R2 및 R3은 트랜지스터(21)의 바이어스 회로를 구성한다. 저항 R1과 R2는 트랜지스터(21)의 베이스에 제공하는 바이어스 전압을 생성하는 회로이다. 저항 R1과 R2는 전원 단자(34)와 접지 사이에 직렬로 접속되고, 분압된 전압을 트랜지스터(21)의 베이스에 인가한다. 저항 R3은 에미터를 바이어스함으로써, 트랜지스터(21)의 에미터와 접지 사이에 접속되어 있다.

주 공진 소자 회로(11)는 인덕터(32), 바리캡 다이오드 D, 콘덴서 C6, C7 및 인덕터(33)를 갖는 일반적인 구성이다. 애노드가 접지된 바리캡 다이오드 D의 캐소드에는 주파수 제어 단자(12) 및 인덕터(32)를 통하여, 외부로부터 주파수 제어 전압이 인가된다. 바리캡 다이오드 D의 용량은 주파수 제어 전압에 의존한 용량을 갖는다. 인덕터(32)는 고주파 전류를 차단하는 초크 코일로서 기능한다. 인덕터(32) 대신에, 저항을 이용하여 이 부분을 간략화할 수도 있다. 바리캡 다이오드 D의 캐소드는 교류적으로 인덕터(33)의 일단에 접속되어 있다. 콘덴서 C6은, 직류 성분을 컷트하기 위해서 설치되어 있다. 바리캡 다이오드 D와 콘덴서 C7과 인덕터(33)는 공진 회로를 구성한다. 또, 주파수 제어 단자(12)와 접지와의 사이에 설치되어 있는 콘덴서 C5는 고주파 전류를 접지에 흘려, 직류 전압인 주파수 제어 전압을 주 공진 소자 회로(11)에 인가하는 역할을 갖는다. 또, 필요에 따라, 콘덴서 C5를 생략할 수도 있다.

트랜지스터(21)의 에미터로부터 추출되는 발진 주파수는 버퍼 증폭기(35)로 선형에 증폭되어, 출력 단자(36)로부터 외부로 출력된다. 이에 의해, 발진 출력을 적절한 레벨로 증폭하여 출력할 수 있다. 트랜지스터(21)의 콜렉터와 접지 사이에 설치된 콘덴서 C8은 트랜지스터(21)의 콜렉터의 임피던스가 최적의 발진 조건이 되도록 설정되어 있다.

도 4에 도시한 발진기는 1개의 반도체 칩(38) 상에 형성 가능하다. 도 4에 도시한 회로 소자는, 전부 반도체 칩 상에 형성된다. 예를 들면, 인덕터(32)나 인덕터(33)는 반도체 기판 상에 형성된 마이크로스트립 선로나 스트립 선로 등의 전송 선로의 구성을 이용하여 형성된다. 또한, 콘덴서 C1 ~ C8은 MIM(Metal Insulator Metal)이나 인터디지털(interdigital) 콘덴서 등으로 형성된다. 반도체 칩(38)은 통상 수지 등을 이용하여 패키징하는 것이 바람직하다. 따라서, 참조 번호(38)는, 또한 발진기의 패키지를 나타내고 있다. 이에 의해, 여러 가지 용도에 이용할 수 있는 반도체 디바이스를 실현할 수 있다. 주파수 제어 단자(12), 전원 단자(34) 및 출력 단자(36)는 패키지(38)에 부착되어 있다. 또, 도시를 생략하지만, 패키지(38)에는 접지 단자도 설치되어 있다. 또한, 도 4에 도시한 발진기의 구성 요소를 전부 하나의 반도체 칩(38)에 형성하는 것이 아니라, 몇 개의 부품은 반도체 칩(38)의 외부 부착 부품으로 하거나, 또는 패키지의 외부 부착 부품으로 해도 된다. 또한, 주 공진 소자 회로(11)는 수정 진동자나 세라믹 진동자 등, 외부로부터의 전압에 의해 임피던스가 변화하는 진동자나, 그 밖의 회로 소자를 이용할 수도 있다.

도 4에 도시한 주 공진 소자 회로(11)는 LC 병렬 공진 회로이지만, 상기 구성 이외의 LC 병렬 공진 회로를 이용할 수 있다. 또한, LC 직렬 공진 회로나, 저항과 콘덴서를 사다리형으로 접속한 RC 공진 회로에서 주 공진 소자 회로(11)를 구성할 수도 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이 npn형 바이폴라 트랜지스터(21) 대신에, 전계 효과형 트랜지스터(FET)(22)를 이용할 수도 있다.

<제2 실시예>

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 도 6에서, 상술한 구성 요소와 동일한 것에는 동일한 참조 번호를 병기하고 있다.

공진 회로(10A)는 인덕터 L3과 L4를 구비한다. 인덕터 L3, L4는 각각 도 3의 콘덴서 C3, C4로 치환되는 것이다. 도 6의 발진기의 구성을 특정하면, 귀환 회로(20)는 트랜지스터(21)와, 트랜지스터(21)의 제1 단자인 에미터와 제어 단자인 베이스를 결합하는 제1 콘덴서 C1과, 트랜지스터(21)의 제2 단자인 콜렉터와 에미터를 결합하는 제2 콘덴서를 포함하고, 공진 회로(10A)는 주 공진 소자 회로(11)의 일단과 베이스를 결합하는 제1 인덕터 L3과, 주 공진 소자 회로(11)의 타단과 베이스를 결합하는 제2 인덕터 L4와의 직렬 회로를 포함하는 구성이다.

인덕터 L3과 L4로 주 공진 소자 회로(11)의 출력 전압을 분압하고, 분압한 전압을 트랜지스터(21)의 베이스에 인가하는 구성으로 하였기 때문에, 주파수 제어 단자(12)를 통하여 인가되는 주파수 제어 전압의 변화에 대하여 베이스 전위를 안정화시킬 수 있어, 그 결과, 공진 회로(10A)와 귀환 회로(20)와의 임피던스의 변화를 상대적으로 작게 할 수 있다. 또한, 도 6에 도시한 회로 소자의 변동이 있어도, 주 공진 소자 회로(11)의 출력 전압을 직접 트랜지스터(21)의 베이스에 제공하는 것이 아니라, 분압 전압을 인가하기 때문에, 그 영향을 경감시킬 수 있다.

도 7은 도 6의 회로 구성에 대하여, 트랜지스터(21)의 바이어스 회로나 주 공진 소자 회로(11)의 내부 회로 등을 포함시킨 발진기의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 4에 도시한 콘덴서 C3과 C4가 각각 L3과 L4로 치환된 것 이외에는, 도 7에 도시한 발진기는 도 4와 마찬가지이다.

또한, 도 6 및 도 7의 회로에서, 도 5에 도시한 구성과 마찬가지로, 트랜지스터(21)를 FET(22)로 대체할 수 있다.

<제3 실시예>

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 본 실시예는 도 3에 도시한 콘덴서 C3과 C4를 하나의 가변 콘덴서 Cv로 치환한 것이다. 가변 콘덴서 Cv의 일단은 주 공진 소자 회로(11) 및 주파수 제어 단자(12)에 접속되고, 타단은 주 공진 소자 회로(11)의 타단에 접속되어 있다. 또한, 가변 콘덴서 Cv는 용량을 분할하는 중점을 갖는다. 이 중점은 트랜지스터(21)의 베이스에 접속되어 있다. 도면 상에서, 중점으로 분할되는 한쪽의 용량은 콘덴서 C3에 상당하고, 다른 쪽의 용량은 콘덴서 C4에 상당한다. 따라서, 도 8에 도시한 회로는 도 3에 도시한 제1 실시예와 마찬가지의 작용·효과를 발휘한다. 또한, 용량을 가변시킬 수 있으므로, 트랜지스터(21)의 베이스 전압을 조정할 수 있어, 콘덴서 C3과 C4에 상당하는 용량의 분압비, 다시 말하면, 베이스 전압을 임의로 조정할 수 있다고 하는 효과도 함께 갖는다.

가변 콘덴서 Cv로서는 MIM 캐패시터나 인터디지털 캐패시터를 이용할 수 있다. 예를 들면, 2개의 인터디지털 캐패시터를 직렬로 접속하여 하나의 가변 콘덴서로 한다. 2개의 인터디지털 캐패시터의 중간 노드를 트랜지스터(21)의 베이스에 접속한다. 인터디지털 캐패시터는 GaAs나 Si 등의 반도체 기판 상에 1쌍의 빗형(comb-like) 전극을 형성하고, 이들의 전극 핑거를 교대로 배열된 것이다. 빗형 전극을 레이저 등으로 트리밍함으로써 용량을 변화시킬 수 있다. 2개의 인터디지털 캐패시터의 적어도 한쪽의 용량을 변화시킴으로써, 주 공진 소자 회로(11)의 출력 전압을 분압하는 비율을 바꿀 수 있다.

<제4 실시예>

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 본 실시예는 도 6에 도시한 인덕터 L3과 L4를 하나의 가변 인덕터 Lv로 치환한 것이다. 가변 인덕터 Lv의 일단은 주 공진 소자 회로(11) 및 주파수 제어 단자(12)에 접속되고, 타단은 주 공진 소자 회로(11)의 타단에 접속되어 있다. 또한, 가변 인덕터 Lv는 용량을 분할하는 중점을 갖는다. 이 중점은 트랜지스터(21)의 베이스에 접속되어 있다. 도면 상에서, 중점으로 분할되는 한쪽의 인덕턴스는 인덕터 L3에 상당하고, 다른 쪽의 인덕터는 인덕터 L4에 상당한다. 따라서, 도 9에 도시한 회로는 도 6에 도시한 제2 실시예와 마찬가지의 작용·효과를 발휘한다. 또한, 인덕턴스를 가변시킬 수 있으므로, 트랜지스터(21)의 베이스 전압을 조정할 수 있어, 인덕터 L3과 L4에 상당하는 용량의 분압비, 다시 말하면, 베이스 전압을 임의로 조정할 수 있다고 하는 효과도 함께 갖는다 ．

도 10은 가변 인덕터 Lv의 일 구성예를 나타내는 도면이다. 도 10은, 마이크로 스트립 라인으로 형성되는 가변 인덕터 Lv를 도시한다. Si₃N₄나 유리 에폭시 등의 유전체 기판(40)의 한쪽의 면에 접지가 되는 도전체(41)가 형성되고, 대향하는 다른 쪽의 면에 선로(42)가 형성되어 있다. 선로(42)의 제1 부분(42₁)은 주파수 제어 단자(12) 및 주 공진 소자 회로(11)의 일단에 접속되는 쪽의 선로 부분이다. 선로의 제2 부분(42₂)은 상기 주 공진 소자 회로(11)의 타단에 접속되는 쪽의 선로 부분이다. 제3 부분(42₃)은 트랜지스터(21)의 베이스에 접속되는 측의 선로 부분이다. 선로(42)의 임의의 위치를 트리밍함으로써, 제1 부분(42₁)과 제2 부분(42₂)의 인덕턴스값을 변화시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 인덕터 L3과 L4의 비율을 최적의 조건에 설정하는 조정 작업을 용이하게 행할 수 있다.

<제5 실시예>

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 상기 제1 실시예 내지 제4 실시예는 콜피츠 발진기이었다. 이에 대하여, 제5 실시예는 하틀리형 의 발진기이다. 또, 도 11에서, 상술한 구성 요소와 동일한 것에는 동일한 참조 번호를 병기하고 있다.

도 11에 도시한 회로는 도 3에 도시한 콜피츠 발진기의 콘덴서 C1과 C2를 각각 L1과 L2로 치환한 것이다. 도 11의 발진기의 구성을 특정하면, 귀환 회로(20A)는 트랜지스터(21)와, 트랜지스터(21)의 제1 단자인 에미터와 제어 단자인 베이스를 결합하는 제1 인덕터 L1과, 트랜지스터(21)의 제2 단자인 콜렉터와 에미터를 결합하는 제2 인덕터 L2를 포함하고, 공진 회로(10)는 주 공진 소자 회로(11)의 일단과 베이스를 결합하는 제1 콘덴서 C3과, 주 공진 소자 회로(11)의 타단과 베이스를 결합하는 제2 콘덴서 C4와의 분압 회로를 포함하는 구성이다. 이 구성으로도, 콘덴서 C3과 C4가 도 3을 참조하여 설명한 작용·효과와 마찬가지의 작용·효과를 발휘한다.

<제6 실시예>

도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 도 12에 도시한 회로는 상술한 도 6에 도시한 콜피츠 발진기의 콘덴서 C1과 C2를 각각 L1과 L2로 치환한 것이다. 도 12의 발진기의 구성을 특정하면, 귀환 회로(20A)는 트랜지스터(21)와, 트랜지스터(21)의 제1 단자인 에미터와 제어 단자인 베이스를 결합하는 제1 인덕터 L1과, 트랜지스터(21)의 제2 단자인 콜렉터와 에미터를 결합하는 제2 인덕터 L2를 포함하고, 공진 회로(10)는 주 공진 소자 회로(11)의 일단과 베이스를 결합하는 제3 인덕터 L3과, 주 공진 소자 회로(11)의 타단과 베이스를 결합하는 제4 인덕터 L4를 포함하는 구성이다. 이 구성으로도, 인덕터 L3과 L4가 도 6을 참조하여 설명한 작용·효과와 마찬가지의 작용·효과를 발휘한다.

<제7 실시예>

도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 도 13에 도시한 회로는 상술한 도 8에 도시한 콜피츠 발진기의 콘덴서 C1과 C2를 각각 L1과 L2로 치환한 것이다. 도 13의 발진기의 구성을 특정하면, 귀환 회로(20A)는 트랜지스터(21)와, 트랜지스터(21)의 제1 단자인 에미터와 제어 단자인 베이스를 결합하는 제1 인덕터 L1과, 트랜지스터(21)의 제2 단자인 콜렉터와 에미터를 결합하는 제2 인덕터 L2를 포함하고, 공진 회로(10B)는 주 공진 소자 회로(11)의 양단에 접속되는 가변 콘덴서 Cv를 포함한다. 그리고, 가변 콘덴서 Cv는 용량을 분할하는 중점을 가지며, 이 중점은 트랜지스터(21)의 베이스에 접속되어 있다. 이 구성으로도, 가변 콘덴서 Cv가 도 8을 참조하여 설명한 작용·효과와 마찬가지의 작용·효과를 발휘한다.

<제8 실시예>

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 발진기의 회로도이다. 도 14에 도시한 회로는 상술한 도 9에 도시한 콜피츠 발진기의 콘덴서 C1과 C2를 각각 L1과 L2로 치환한 것이다. 도 14의 발진기의 구성을 특정하면, 귀환 회로(20A)는 트랜지스터(21)와, 트랜지스터(21)의 제1 단자인 에미터와 제어 단자인 베이스를 결합하는 제1 인덕터 L1과, 트랜지스터(21)의 제2 단자인 콜렉터와 에미터를 결합하는 제2 인덕터 L2를 포함하고, 공진 회로(10C)는 주 공진 소자 회로(11)의 양단에 접속되는 가변 인덕터 Lv를 포함한다. 그리고, 가변 인덕터 Lv는 용량을 분할하는 중점을 가지며, 이 중점은 트랜지스터(21)의 베이스에 접속되어 있다. 이 구성으로도, 가변 인덕터 Lv가 도 9를 참조하여 설명한 작용·효과와 마찬가지의 작용·효과를 발휘한다.

이상, 본 발명의 실시예를 설명하였다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다른 여러 가지의 변형, 변경이 가능하다. 예를 들면, 저항이나 인덕터에 의한 분압 회로는 원리적으로는 저항 소자를 이용할 수 있다. 또한, 분압 회로는 1개의 가변 콘덴서나 가변 인덕터 및 2개의 직렬로 접속된 콘덴서나 인덕터에 한정되지 않는다. 3개 이상의 콘덴서나 인덕터를 직렬로 접속하여, 임의의 중간 노드로부터 얻어지는 분압 전압을 트랜지스터의 베이스 또는 게이트에 인가하는 구성이어도 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 발진을 안정화시켜 C/N비 특성을 개선한 발진기를 제공할 수 있다. 본 발명은 고주파 회로에 이용되는 발진기로서 적합하다.

Claims (24)

1. 발진기에 있어서,

   공진 회로; 및

   상기 공진 회로에 접속되고, 제어 단자, 제1 단자, 및 제2 단자를 갖는 트랜지스터로 이루어진 귀환 회로

   를 포함하며,

   상기 공진 회로는,

   인덕터를 갖는 주 공진 소자 회로; 및

   상기 인덕터를 통해 이용가능한 상기 주 공진 소자 회로의 출력 전압을 분압하고 분압된 전압을 상기 귀환 회로 내의 상기 트랜지스터의 상기 제어 단자에 직접 인가하는 분압 회로를 포함하고,

   상기 주 공진 소자 회로의 일단은 상기 분압 회로에 후속하는 상기 인덕터에 의해 제공되고 그 타단은 접지되며,

   상기 트랜지스터의 제2 단자는 콘덴서를 통해 접지되고,

   상기 제어 단자, 상기 트랜지스터의 제1 단자, 및 상기 트랜지스터의 제2 단자는 각각 베이스, 에미터, 및 콜렉터인 발진기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 분압 회로는 직렬로 접속된 복수의 콘덴서를 포함하고, 상기 귀환 회로에 접속된 중간 노드를 갖는 발진기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 귀환 회로는,

   상기 트랜지스터의 제1 단자와 상기 트랜지스터의 제어 단자를 접속시키는 제1 콘덴서; 및

   상기 트랜지스터의 상기 제1 단자와 상기 트랜지스터의 제2 단자를 접속시키는 제2 콘덴서를 포함하고,

   상기 분압 회로는,

   상기 주 공진 소자 회로의 일단과 상기 제어 단자를 접속시키는 제3 콘덴서; 및

   상기 주 공진 소자 회로의 타단과 상기 제어 단자를 접속시키는 제4 콘덴서를 포함하는 발진기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 주 공진 소자 회로의 상기 타단 및 상기 트랜지스터의 제2 단자는 접지되어 있는 발진기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 주 공진 소자 회로는 외부의 주파수 제어 전압에 의하여 변경되는 공진 주파수를 갖는 발진기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 주 공진 소자 회로는 외부의 주파수 제어 전압에 의하여 변경되는 용량을 갖는 소자를 포함하고,

   상기 소자는 상기 분압 회로에 접속되는 발진기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 주 공진 소자 회로는 용량 변화 소자 및 저항 소자를 더 포함하는 발진기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 주 공진 소자 회로는 진동기(vibrator)를 포함하는 발진기.
9. 제1항에 있어서,

   상기 귀환 회로로부터 획득된 발진 신호를 증폭하는 버퍼 증폭기를 더 포함하는 발진기.
10. 제1항에 있어서,

    상기 공진 회로 및 상기 귀환 회로는 반도체 칩 위에 형성되는 발진기.
11. 제1항에 있어서,

    상기 공진 회로 및 상기 귀환 회로는 패키지 안에 수용되는 발진기.
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