KR101190051B1 - 전압 제어 발진기 및 그것을 이용한 무선통신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압 제어 발진기 및 그것을 이용한 무선통신기에 관한 것으로서 차동출력용의 공진노드 (OUT?OUTB)를 가지는 차동형의 부성컨덕턴스 발진회로 (11)과 용량치가 전압제어에 의해 제어되는 가변용량과 인덕턴스가 병렬접속된 차동형의 공진회로 (10)과 차동형의 부성임피던스회로 (13)을 구비한다. 공진노드간에 공진회로와 부성임피던스회로가 접속된다. 공진노드간에 발생하고 있는 고정용량의 용량치가 부성임피던스회로가 가지는 부성임피던스에 의해 저감된다. 공정용량은 공진노드 (OUT)과 접지전위의 사이 및 공진 노드 (OUTB)와 접지전위의 사이의 각각에 발생하고 있는 부유용량으로 대표되어 전압제어발진기의 공진용량치 중 고정용량의 용량치를 등가적으로 감소시키는 것으로 공진용량의 가변분을 증가시키고 발진주파수 범위를 확대하는 기술을 제공한다.

Description

전압 제어 발진기 및 그것을 이용한 무선통신기{VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR AND WIRELESS TRANSCEIVER USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제 1의 실시 형태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 차동부성 임피던스 회로의 기본 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 LC공진형 전압 제어 발진기의 공진 용량의 내역을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명의 용량 전환부의 예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제 2의 실시 형태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제 3의 실시 형태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제 4의 실시 형태를 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제 5의 실시 형태를 설명하기 위한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제 6의 실시 형태를 설명하기 위한 구성도이다.
도 10은 일반적인 전압 제어 발진기를 설명하기 위한 구성도이다.
도 11은 일반적인 전압 제어 발진기를 설명하기 위한 회로도이다.
도 12A는 가변 용량의 제어 특성의 예를 나타내는 도이다.
도 12B는 가변 용량의 제어 특성의 다른 예를 나타내는 도이다.
**주요부위를 나타내는 도면부호의 설명**
10???차동LC공진 회로
11???차동 부성 컨덕턴스 발생 회로
12???용량 전환부
100???주파수 제어용 단자
120???기준 전압 인가 단자
121 ?122 ?12n???전환 전압 인가 단자
301???저잡음 증폭기
302???밴드 패스 필터
303???다이렉트 컨버젼?믹서
304???증폭기
308???전압 제어 발진기
309???가변 분주 회로
310???신호 분배 회로
311???국부발진 발생 회로(local-osciL1ator circuit)
401???가변 이득 증폭기
403???다이렉트 컨버젼?변조기
405???출력 증폭기
Cn???부성 임피던스 회로의 용량
(CBP1?CBP2)???바이패스 용량
(Cp1?Cp2)???기생 용량
(D1?D2)???가변 용량 다이오드
D3?D4???다이오드
lcs11cs2???바이어스용 정전류원
lcsn???부성 임피던스 회로의 정전류원
(L1?L2)???인덕터
Mn1~Mn6???n형 MOS트랜지스터
OUT???정상(正相) 공진 노드
OUTB???역상(逆相) 공진 노드
Q1?Q2???부성 컨덕터 발생용 트랜지스터
Qn1?Qn2???부성 임피던스 회로를 구성하는 트랜지스터
Qcsn1?Qcsn2?Qcs1???전류원용 트랜지스터
V1?V2?V3 V4?V5?V6?V120???정전압
본 발명은 무선통신기에 적용하는 매우 적합한 발진기에 관하여 특히 집적회로상에서 실현되고 또한 넓은 주파수 가변 범위를 가지는 전압 제어 발진기에 관한다.
무선통신기에 필요 불가결한 원가요소로서 국부 발진 신호(이하 「국부발진 신호」라고 약칭한다) 발생 회로가 있다. 통상 국부발진 신호발생 회로에 전압 제어 발진기가 이용되어 전압 제어 발진기의 발진 주파수를 제어하는 것으로써 국부발진 신호의 주파수 범위가 결정된다. 비특허 문헌 1에 LC공진형 차동발진기의 공진 노드로 전환가능한 용량 소자를 접속해 발진 주파수를 이산적으로 바꾸는 전압 제어 발진기의 예가 개시되고 있다. 또 압전 진동자를 포함한 공진 회로와 접지의 사이에 마이너스의 용량값을 주는 부값 컨덴서를 접속해 공진 회로에 병렬로 접속한 컨덴서의 용량값을 감소하는 방향으로 조정 가능하게 한 발진기 및 필터의 예가 특허 문헌 1에 개시되고 있다. 또한 부성 임피던스 회로를 이용해 제어 전압에 의해 그 임피던스를 변화시키는 것으로 발진 주파수를 변화시키는 발진 회로의 예가 특허 문헌 2에 개시되고 있다. 또한 상기 발진 회로에 이용되는 부성 임피던스 회로를 증폭기에 채용한 부성 증폭 회로의 예가 특허 문헌 3에 개시되고 있다.
[비특허 문헌 1] Takahiro Nakamura (나카무라 타카히로) 외; 「아?풀리?인테그레이텟드?39.8-/43-GHz?VCO(A fully lntegrated 39.8-/43-GHz VC0-featuring Wide Tuning Range and Low Temperature-drift-for Sing1e-chiP MUX/DEMUXLSls)」 (미국) 2004?아이 이 이 이?라디오?프리퀀시?인테그레이텟드?심포지엄(2004 1EEE Radio Frequency inte9rated SymPosium) 논문집 2004년 강연 번호 TU3A-2; p.317-320
[특허 문헌 1] 일본 특개평8-204451호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특개평10-256830호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특개평10-247830호 공보
현재 전압 제어 발진기를 견인하는 응용은 GSM (GIobal System for Mobile communications)나 PDC (Persona1?Digital CeL1ar) ;PHS (Personal Handy-Phone System); PCS (Personal Communication Services)등의 통신 방식의 휴대전화용 무선통신기나 IEEE 규격에 정해진 무선통신 사양인 802.11a, 802.11b 802.11g에 준거하는 무선 LAN(LocalAreaNetwork)를 구성하는 무선통신기가 주류이다. 또 이들의 통신 방식이나 무선통신 사양에서는 사용하는 주파수가 여러가지이다. 이들 무선통신기에는 항상 저가격화 소형화 그리고 장시간 동작을 위한 저소비 전력화가 요구되고 있다. 이들의 요구에 응하는 방법의 하나로 무선통신용 회로를 보다 적은 개수의 반도체 집적회로(이하 「IC : Integrated Circuit」라고 한다)에 의해 실현되는 방법이 있다. 특히 기판 재료가 저비용인 것으로 반도체 프로세스가 높은 성숙도에 의해 고제품 비율이 확보되고 있는 것으로부터 실리컨(Si) IC에서 무선통신용 회로를 실현하는 시도가 많이 되어 현재까지 많은 저가격 또한 소형인 무선통신기가 제공되어 왔다. 향후의 개발에서는 새로운 저가격화와 소형화가 요구됨과 동시에 유저의 소재나 그 목적에 따라 최적인 무선통신을 행하기 위해서 상기의 복수의 무선통신 사양에 대응 가능한 무선통신기의 실현이 기대되고 있다.
그렇지만 상기의 여러가지 통신 주파수에 대해서 상기의 종래의 IC상의 무선통신용 회로에서는 IC내의 전압 제어 발진기의 주파수 범위가 좁기 때문에 대응이 불가능하고 그 때문에 복수의 발진기를 탑재하는 것에 의해 대응하게 되어 소비 전류의 증가나 칩 면적의 증가를 피할 수 없다. 비특허 문헌 1에 기재의 발진기는 이 문제를 어느 정도 완화한 것이지만 용량소자값의 최소치는 제로는 아니고 최대치와 최소치의 비가 작기 때문에 필요하게 되는 발진 주파수의 범위에 따라서는 단일의 전압 제어 발진기로 실현될 수가 없다고 하는 문제가 있다.
이 문제는 전압 제어 발진기의 공진 노드에 생기는 용량값이 변화하지 않는 고정 용량(부유 용량등)이 소정의 발진 주파수를 실현하기 위해서 필요한 용량값 가운데 대부분을 차지하는 것이 원인이다. 원인의 정량적인 해석은 후술 한다.
특허 문헌 1의 부성 컨덴서는 고정의 용량값을 저감 하기 위해서 이용된다. 부성 컨덴서 수단을 이용한 발진기의 예로는 특허 문헌 1의 도 3a에 있는 바와 같이 연산증폭기와 저항 (Rs; Rf)로 구성되는 비반전 증폭 회로의 입력과 출력간에 용량 (Cf)를 삽입하는 회로가 부가된다. 이 회로 구성에 의해 연산증폭기의 정상입력 단자와 지구의 사이에 등가적으로 부성의 용량이 발생한다. 그렇지만 동 도의 발진기는 연산증폭기의 사용을 전제로 하고 있다. 그 이득을 A로 하면 A?1로 한편 부성 용량을 발생시키는 주파수에 있어서 연산증폭기(operational amplifier) 자신의 입력으로부터 출력으로의 위상 회전이 제로라고 하는 이상적인 조건 아래에서만 비반전 증폭 회로에 있어서 부성 용량 발생의 회로 동작이라는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 현상태에서의 연산증폭기의 동작 대역은 높아도 50 OMHz 정도이고 그 때문에 특허 문헌 1에 의한 회로 기술은 GHz대로 발진하는 전압 제어 발진기에 적용하는 것은 곤란하다.
발명이 해결하려고 하는 과제에 대해서 이하에 도를 이용해 상세하게 설명한다. 도 10은 차동형의 LC공진 회로(DRC, 10)와 같이 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로(NGC, 11)에 의해 구성된 일반적인 LC공진형 차동전압 제어 발진기를 나타낸 다. 공진 회로의 C성분 즉 공진 용량은 용량 제어 단자 (100)에 인가되는 전압으로 변화하는 것으로 한다. 또 공진 회로의 L성분 즉 공진 인덕턴스는 IC상의 패드를 개재하여 IC외부 부착 소자에 의해 실현되거나 또는 IC상의 소자에 의해 실현되는 것으로 한다.
LC공진 회로 (10)의 차동단자인 정상단자 (+)와 역상 단자 (-)는 각각 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11)의 정상단자 (+)와 역상 단자(-)에 접속되는 것으로 정상의 공진 노드 (OUT)과 역상의 공진 노드 (OUTB)가 형성된다. 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11)은 부의 컨덕턴스를 발생시키는 것으로 공진 노드 (OUT? OUTB)로 발생하는 전력의 손실을 보완해 발진기로서 발진을 지속시키는 목적으로 이용된다. 공진 노드 (OUT? OUTB)로부터 차동신호가 출력된다.
용량 전환부 (VCC,12)는 공진 용량의 용량값을 이산적으로 큰폭으로 변경시키는 목적으로 공진 노드 (OUT? OUTB)에 접속되는 것이다. 차동형의 노드 (OUT? OUTB)에 접속해 이용되기 때문에 2개의 같은 용량 전환부(VCC,12)로 차동형의 용량 전환부가 형성된다. 2개의 용량 전환부 (VCC,12)로 같은 부호의 단자는 서로 접속된다. 기준 전압 인가 단자 (120)에 일정한 전압값의 직류 전압이 인가되어 복수 구비된 전환 전압 인가 단자 (121~12n)에 대해서는 그 임의의 단자에 전환용의 직류 전압이 인가된다. 직류 전압이 인가된 단자 (121~12n)와 단자 (120)의 사이의 전위차에 의해 공진 노드 (OUT? OUTB)의 각각에 나타나는 용량값이 단계적으로 변화한다.
이 전압 제어 발진기의 구체 회로의 예를 도 11에 나타낸다. 도 11에서는 차 동형의 LC공진 회로 (10)은 인덕터 (L1?L2); 가변 용량 다이오드 (D1?D2) ;바이어스용 저항 (R1)에 의해 구성된다. 인덕터 (L1?L2)의 인덕턴스 값은 동일하고 가변 용량 다이오드 (D1?D2)의 용량값은 동일하다. 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11)은 이미터 결합된 트랜지스터 (Q1?Q2); 정전류원 (Ics1); 바이패스 용량 (CBP1?CBP2) 그리고 바이어스 저항 (R2?R3)에 의해 구성되고 있다.
용량 전환부 (12)는 단자 (120)과 (121)의 사이의 전위차에 의해 대소 2값의 용량값을 받는 Cs1로부터 Csn까지의 n개(n:정의 정수)의 용량에 의해 구성된다. 공진 노드 (OUT? OUTB)에 생기는 배선과 지구간의 기생 용량을 각각 (Cp1?Cp2)로 하고 2개의 용량값은 동일한 것으로 한다. 전원 전압 V1?V2?V3로서 각각의 소정의 정전압이 인가된다.
발진 주파수는 공진 노드 (OUT? OUTB)의 한쪽과 접지(차동동작의 중성점)의 사이부터 본 인덕턴스 (L)과 용량 (C)에 의해 정해지고 다음의 식(1)에 의해 나타내진다.
Fosc=1/(2p
Figure 112006034442760-pat00001
(L?C ) ??? (1)
이 때 L=L1 (=L2) ;C=Cv+Cs+Cp로 하여,
Fosc=1/(2p
Figure 112006034442760-pat00002
(L1? (Cv+Cs+Cp)))??? (2)가 된다.
여기서 Cv는 가변 용량 다이오드 (D1)의 용량값(=가변 용량 다이오드 (D2)의 용량값); Cs는 용량 전환부 (12)의 용량값; Cp는 공진 노드 (OUT)의 기생 용량 (Cp1)의 용량값(=기생 용량 (Cp2)의 용량값))을 나타낸다.
여기서 원하는 주파수 범위의 목표의 상한을 4400MHz 하한을 3200 MHz로서 설명한다. 인덕터 L1 (=L2)의 값을 O.5 nH로 가정하면 공진 노드 (OUT? OUTB)의 한쪽의 용량값은 440OMHz의 경우에는 2.62 pF ; 3200 MHz의 경우에는 4.95 pF가 필요하다. 이들의 용량은 식 (2)으로부터 Cv+Cs+Cp에 의해 실현되지만 용량값 (Cv ? Cs)에는 각각 상하한(Cmax와 Cmin)이 존재한다. 용량값 (Cv)는 도 12A에 나타나는 바오 같이 용량 제어 단자 (100)에게 줄 수 있는 제어 전압 (Vcnt)에 의해 연속적으로 변화한다. 그 Cmin/Cmax를 비 a (여기에서는 O.85)로 한다. 또 Cmin와 Cmax의 용량차이를 ACv로 한다. 또한 용량값 (Cs)는 도 12B에 나타나는 바와 같이 용량 전환부 (12)가 단자 (121)과 (120)의 사이의 전위차에 의해 실현되는 최대와 최소의 용량이 있고 그 비 β(Cmin/Cmax)를 0.3으로 한다. 또 Cmin와 Cmax의 용량차이를 △Cs로 하는 Cv=1.55 pF와 Cs=O.77 pF의 최소치와 기생 용량 Cp (=O.3pF)를 조합해 공진 용량 2.62 pF를 실현한 경우 발진 주파수 4400 MHz를 얻을 수 있게 된다.
동일하 구성에서 용량값(Cv?Cs)를 각각 최대치로 하는 것으로 목표의 320O MHz의 발진 주파수를 얻을 수 있는지 아닌지를 계산한다. 상기의 비 a와 β으로부터 Cv의 최대치는 1.82 pF; Cs의 최대치는 2.58 pF이다. 기생 용량 0.3 pF와 합해도 공진 용량은 4.7 pF가 되어 발진 주파수는 3285 MMHz가 되어 목표의 3200 MHz를 채울 수가 없다. a와 B의 용량비나 CV와 CS의 비를 변화시키는 것으로 발진 주파수 범위는 확대할 수가 있지만 상기의 수치예는 Si?RFIC에서의 대표적인 값인 것으로부터 이 예와 같은 4400 MHz에서 3200 MHz의 주파수 범위를 가지는 전압 제어 발진기를 실현하는 것은 곤란한 것은 분명하다고 말할 수 있다.
도 3에 공진 용량의 목표와 예시한 용량값(Cv?Cs)의 내역을 「부성 용량 없음」의 란에 나타내고 있다. 목표의 공진 용량을 얻기에는 공진 용량에 있어서의 고정값을 감소시켜 거기에 따라 용량값 (Cv?Cs)를 크게 하고 상대적으로 가변분 ((△Cv; △Cs)을 증가시키는 것이 필요하다.
또한 특허 문헌 2의 발진 회로는 LC공진 회로를 이용하지 않고 구성되고 따라서 인덕터는 이용되지 않는다. 그 대신에 부성 컨덕턴스 발생 회로의 양이미터를 배선으로 접속하는 경우 없이 저항과 용량의 직렬 회로로 접속하도록 해 부성 커패시턴스를 발생시켜 이 부성 커패시턴스가 상기 인덕터로서 이용된다. 따라서 LC공진 회로를 이용해 그 용량의 가변 범위를 넓히는 것에 대하여는 언급되어 있지 않다. 또 특허 문헌 2에서는 부성 커패시턴스가 이용되고 있지만 대상이 증폭기이고 발진기와는 구성이 다르다.
본 발명은 상기의 과제를 극복하기 위해서 이루어진 것으로 전압 제어 발진기의 공진 용량에 있어서의 고정 용량의 용량값을 등가적으로 감소시키는 것으로 공진 용량의 가변분을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적이지만 일례를 나타내면 이하와 같이 이루어진다. 즉 본 발명의 전압 제어 발진기는 차동출력용의 제 1의 단자 및 제 2의 단자를 가지는 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로와 용량값이 전압 제어에 의해 제어되는 가변 용량과 인덕턴스가 병렬 접속된 차동형의 공진 회로로서 상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 상기 공진 회로와 상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 차동형의 부성 임피던스 회로를 구비해 완성되고 상기 제 1의 단자 및 상기 제 2의 단자의 사이에 생기고 있는 고정 용량의 용량값이 상기 부성 임피던스 회로가 나타내는 부성 임피던스에 의해 저감되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 고정 용량의 용량값이 저감되기 때문에 공진 회로에 있어서의 공진 용량의 가변분을 증가시키는 것이 가능하게 되어 전압 제어 발진기의 발진 주파수의 가변 범위를 확대할 수가 있다. 상기 고정 용량은 상기 제 1의 단자와 접지 전위의 사이 및 상기 제 2의 단자와 상기 접지 전위의 사이의 각각에 생기고 있는 부유용량으로 대표된다.
또한 직렬 접속된 2개의 용량을 1조의 용량으로 해 병렬 접속된 적어도 1조의 용량을 갖고 상기 적어도 1조의 용량의 각각이 인가전압의 대소에 의해 용량값이 2가지로 변화하는 차동형의 용량 전환부를 상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속하는 것이 바람직하다. 혹은 병렬 접속된 적어도 1개의 용량을 갖고 상기 적어도 1개의 용량의 각각이 인가 전압의 대소에 의해 용량값이 2가지로 변화하는 용량 전환부를 상기 제 1의 단자와 접지 전위의 사이 및 제 2의 단자와 상기 접지 전위의 사이의 각각 접속하는 것이 바람직하다. 발진 주파수의 가변 범위를 한층 확대할 수가 있다.
또 상기 부성 컨덕턴스 발생 회로는 상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 1의 트랜지스터와, 상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 2의 트랜지스터를 구비하고, 상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자가 제 1의 용량을 개재하여 상기 제 2의 단자에 접속되고, 상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자가 제 2의 용량을 개재하여 상기 제 1의 단자에 접속되고 상기 제 1의 트랜지스터 및 상기 제 2의 트랜지스터의 접지 단자가 서로 접속되고 그 접속점에 제 1의 전류원 접속되고 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 부성 임피던스 회로는 상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 3의 트랜지스터와 상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 4의 트랜지스터와, 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자와, 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자의 사이에 접속된 제 3의 용량을 구비하고, 상기 제 3의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 4의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 제 2의 전류원이 접속되고, 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 제 3의 전류원이 접속되고 있는 것이 바람직하다.
이하 본 발명과 관련되는 전압 제어 발진기 및 그것을 이용한 무선통신기를 도면에 나타낸 실시 형태를 참조해 더욱 상세하게 설명한다.
도 1에 본 발명의 제 1의 실시 형태를 나타낸다. 전압 제어 발진기는 차동형의 LC공진 회로 (10)과 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11)과 2개의 용량 전환부 (12)와 기생 용량 (Cp1?Cp2)와 차동형의 부성 임피던스 회로 (13)을 포함해 구성된다. 차동형의 LC공진 회로 (10); 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11) 및 차동형의 부성 임피던스 회로 (13)의 각각의 정상단자 (+) 및 역상 단자 (-) 동지는 서로 접속되어 정상의 공진 노드 (OUT) (제 1의 단자) 및 역상의 공진 노드 (OUTB)(제 2의 단자)가 형성된다. 2개의 용량 전환부 (12)는 각각 공진 노드 (OUT? OUTB)에 접속되어 쌍방 일체로 차동형의 용량 전환부를 이룬다. 기생 용량 (Cp1?Cp2)는 각각 공진 노드 (OUT? OUTB)의 배선에 발생하고 있다. 공진 노드 (OUT? OUTB)로부터 차동신호가 출력된다.
차동형의 LC공진 회로 (10)은 인덕터 (L1?L2) ;가변 용량 다이오드 (D1?D2); 바이어스용 저항 (R1)에 의해 구성된다. 용량 제어 단자 (100)에 주파수 제어용 전압 (Ccnt)가 주어진다. 또한 차동형의 LC공진 회로 (10)은 직렬 접속의 인덕터 (L1?L2)에 의한 인덕터와 직렬 접속의 가변 용량 다이오드 (D1?D2)에 의한 가변 용량이 병렬 접속되어 구성되고 있는 것으로 하여 나타내진다.
차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11)은 이미터 결합된 트랜지스터 (Q1 ?제 1의 트랜지스터); (Q2?제 2의 트랜지스터) 이미터가 V2에 결합되어 정전류원(제 1의 전류원)을 형성하는 트랜지스터 (Qcs1?제 5의 트랜지스터) 및 저항 (R4);바이패스 용량 (CBP1?제 1의 용량); (CBP2?제 2의 용량) 그리고 바이어스 저항 (R2?R3)에 의해 구성된다. 전원 전압 (V1); 저항 (R4)에 접속되는 (V2 ?제 2의 전압원) 및 V3으로서 각각의 소정의 정전압이 인가되어 트랜지스터 Qcs1에 전해지는 바이어스 전압 (V4?제 1의 전압원)으로서 소정의 정전압이 인가된다. 또한 본 명세서에서는 A와 B의 사이에 어떠한 소자 또는 배선이 개재해 A와 B가 연결되는 경우에 A와 B는 결합하고 있다고 하는 것으로 한다.
용량 전환부 (12)는 단자 (120)과 단자 (121)~단자 (12n)의 사이의 전위차에 의해 각각 대소 2값의 용량값을 받는 (Cs1~Csn)까지의 n개(n:정의 정수)의 용량에 의해 구성된다. 2개의 용량 전환부 (VCC,12)로 같은 부호의 단자는 서로 접속된다. 기준 전압 인가 단자 (120)에 일정한 전압값의 직류 전압이 인가되어 복수 구비된 전환 전압 인가 단자 (121~12n)에 대해서는 그 임의의 단자에 전환용의 직류 전압이 인가된다. 직류 전압이 인가된 단자 (121~12n)과 단자 (120)의 사이의 전위차에 의해 공진 노드 (OUT?OUTB)의 각각 나타나는 용량값이 단계적으로 변화한다. 또한공진 노드 (OUT? OUTB)간에 접속되는 차동형의 용량 전환부로서 보면 2개의 용량 전환부 (12)의 Cs1?Cs2 ??? Csn의 각각은 직렬 접속의 1조의 용량으로 나타내진다. 그리고 1조의 용량의 각각이 공진 노드 (OUT? OUTB)간에 병렬 접속되고 있는 것으로 나타내진다.
부성 임피던스 회로 (13)은 트랜지스터 (Qn1?제 3의 트랜지스터); (Qn2?제 4의 트랜지스터) 이미터가 (V5?제 4의 전압원)에 결합되어 트랜지스터 Qn1측의 정전류원(제 2의 전류원)을 형성하는 트랜지스터 (Qcsn1?제 6의 트랜지스터) 및 저항 (Rcsn1); 이미터가 V5에 결합되어 트랜지스터 (Qn2)측의 정전류원(제 3의 전류원)을 형성하는 트랜지스터 (Qcsn2?제7의 트랜지스터) 및 저항 (Rcsn2) 이미터간 결합 용량 (Cn?제 3의 용량)에 의해 구성된다. 저항 (Rcsn1) (Rcsn2)에 접속되는 전원 전압 V5 및 트랜지스터 (Qcsn1?Qcsn2)에게 전해지는 바이어스 전압 V6(제 3의 전압원)로서 각각 소정의 정전압이 인가된다.
이상의 구성에 있어서 각 트랜지스터에는 바이폴러 트랜지스터가 이용되므로 본 실시 형태의 전압 제어 발진기는 바이폴러형이고 3 V정도의 전원 전압으로 동작한다.
이하 부성 임피던스 회로 (13)의 동작을 도 2에 나타내는 원리 회로를 이용해 설명한다. 도 2는 이미터를 임피던스 (Z)에 의해 결합한 트랜지스터 (Qn1?Qn2)와 각각의 트랜지스터를 바이어스 하는 정전류원 ICsn로 구성된다. 도중의 파형은 전압 및 전류의 신호의 위상을 명시하기 위해서 기재한 것이다.
트랜지스터 Qn1의 베이스의 교류 전압을 vi로 하면 그 역상의 교류 전압 (vib;진폭은 vi와 동일하다)는 트랜지스터 (Qn2)의 베이스에 인가되는 것으로 한다. 여기서 트랜지스터 (Qn1?Qn2)가 정전류원 ICsn에 의해 이미터 팔로우(emitter follower)로서 동작하고 있으므로 이미터의 교류 전압 (ve?veb)는 근사적으로 각각 교류 전압 (vi ?vib)로 생각할 수가 있다. 그 때문에 이미터간의 임피던스 (Z)를 흐르는 전류 iz는 이하의 식(3)으로 나타내진다.
iz=(ve-veb) /Z=(vi-vib) /Z=2vi/Z ??? (3)
또 트랜지스터 (Qn1?Qn2)에 흐르는 교류 전류를 각각 io? iob로 하면
iz=io=-iob ??? (4)
이다. 여기서 │Vi│=│vib│이다.
부성의 임피던스를 발생시키기에는 도 2의 교류 전압 (vi)와 교류 전류 (iob)가 같은 노드로 발생하도록 선을 연결하면 좋다.
이 때 io-iz=O ; iob+iz=0 ; vi=-vib=ve=-veb; iz=(ve-veb)/Z가 되고 이것에 의해 Zneg=vi/iob=vi/(-iz) =-Z/2 ??? (5)
의 부성 임피던스 (Zneg)를 정상단자 (+)와 접지의 사이(동일하게 역상 단자 (-)로 하는 접지의 사이)에 발생할 수가 있다. 바꾸어 말하면 정상단자 (+)와 역상 단자 (-)의 사이에 2 Zneg를 발생할 수가 있다. 부성 용량을 발생시키기 위해서는 임피던스 (Z)에 용량 (C)를 배치하면 좋다. 그 경우 식 (5)는 이하와 같이 되고 정상단자 (+)와 접지의 사이(같이 역상 단자 (-)와 접지의 사이)에 ?2C의 부성 용량이 구해진다.
Zneg=-(1/(jωC?2))=1/(jω? (-2C)) ??? (6)
이?2C의 부성 용량에 의해 공진 노드 (OUT? OUTB)의 각각에 발행하고 있는 고정 용량의 용량값이 등가적으로 감소된다. 바꾸어 말하면 정상단자 (+)와 역상 단자 (-)의 사이에 ?C의 부성 용량을 구할 수 있고 이것에 의해 공진 노드 (OUT)과 공진 노드 (OUTB)의 사이의 고정 용량의 용량값이 등가적으로 감소된다.
또한 도 2의 부성 임피던스 회로를 GHz 이상의 주파수대로 이용하는 경우에는 각 주파수 (ω)자체가 커지기 때문에 상대적으로 용량 (C)의 값이 작아진다. 이 때문에 회로를 구성하는 기생 저항의 영향이 커져 실효적인 부성 임피던스가 변화한다. 여기서 고려하는 기생 저항 성분은 트랜지스터 (Q1?Q2)의 상호 컨덕턴스에 의해 발생하는 저항 (Rgm)이다. Rgm은 부성 임피던스에 대해서 직렬로 발생하고 그 값은 ?1/gm와 마이너스 값을 가지고 있다. 또 트랜지스터 (Q1?Q2)의 기생 이미터 저항 (RE)도 이와 같이 부성의 저항으로서 발생하고 기생 소자의 영향을 고려한 부성 임피던스 (Zneg')는
Zneg'=-1/gm-RE+1/ (jω? (-2C) ) ... (7)로 나타내진다.
도 1에 나타내는 제 1의 실시 형태의 부성 임피던스 회로 (13)은 도 2를 이용해 해설한 부성 임피던스 회로를 변형하여 전압 제어 발진기에 적용시킨 것이다. 용량 (C)는 이미터간 결합 용량 (Cn)로서 주어진다. 트랜지스터 (Qn1)의 콜렉터(역상 단자 (-))가 공진 노드 (OUTB)에 결합되고 트랜지스터 (Qn2)의 콜렉터(동상단자 (+))가 공진 노드 (OUT)에 결합된다. 도 1에 나타내는 부성 임피던스 회로 (13)에 있어서는 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 베이스가 공진 노드 (OUT? OUTB)가 아닌 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11)내의 트랜지스터 (Q2?Q1)의 베이스에 각각 접속된다.
이 접속에는 2가지의 효과가 있다. 하나는 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 입력 기생 용량을 공진 노드 (OUT? OUTB)에 접속하는 경우 없이 공진 노드 (OUT? OUTB)의 전압 변화를 검출할 수가 있기 때문이다. 이것에 의해 부성 임피던스 회로 (13)을 부가하는 것에 의해 공진 노드 (OUT? OUTB)의 기생 용량이 증가하는 것을 억제할 수가 있다. 또 하나의 효과는 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 베이스?콜렉터간 바이패스를 마이너스로 할 수 있는 것이다. 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 베이스는 각각의 트랜지스터의 도통시에 베이스?콜렉터간 바이어스가 마이너스가 되도록 바이어스 전압이 설정된다. 이것에 의해 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 동작 속도가 고속화된다.
한편 도 2의 회로 구성과 같이 트랜지스터 (Qn1?Qn2)로 베이스를 상대의 콜렉터에 접속하는 것은 직류 바이어스 전압에 관해서 말하면 트랜지스터의 베이스와 콜렉터는 동일 전위이다. 이 때문에 도 1의 부성 컨덕턴스 발생 회로 (11)안의 트랜지스터 (Q1?Q2) 정도의 고속 동작은 기대할 수 없다. 이 결점을 극복하기 위해서 도 1안의 부성 임피던스 회로 (13)에서는 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 베이스는 각각 부성 컨덕턴스 회로의 트랜지스터 (Q2?Q1)과 동일한 바이어스 전위의 단자에 접속된다. 따라서 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 베이스에 나타나는 전압 진폭은 공진 노드 (OUT? OUTB)의 전압과는 다르지만 부성 임피던스 회로 (13)의 용량값 (Cn)의 값을 조정함으로서 원하는 부성 용량을 공진 노드 (OUT? OUTB)에 발생시킬 수 있다.
본 실시 형태의 효과를 도 3을 이용해 정량적으로 설명한다. 이미터간 결합 용량 (Cn)의 값을 0.2 pF 그렇다면 식 (7)을 이용해 공진 노드 (OUT?OUTB)에 ?0.4 pF의 부성 용량을 발생할 수가 있다. 이것에 의해 공진 노드 (OUT? OUTB)의 고정값의 용량을 증가시킬 수가 있기 때문에 다이오드 (D1?D2)의 용량값인 Cv와 용량 전환부 (12)의 용량값인 Cs의 값을 증가시킬 수가 있다. 공진 노드 (OUT)의 기생 용량 Cp1(=Cp2)는 부성 임피던스 회로 자신의 기생 용량을 위해서 O.4 pF로 한다. 2.62 pF의 공진 용량을 얻기 위해 부성 용량과 기생 용량 Cp의 값을 고려해 용량 (Cv)(Cs)의 최소치를 각각 1.75 pF와 O.87 pF로 설정한다. 용량 (Cs)(Cv)의 최대치는 각각 최소치의 1/0.85배; 1/0.3배이기 때문에 2.055 pF와 2.911 pF가 된다. 부성 용량 -0.4 pF와 기생 용량 O.4 PF가 합해지는 것으로 공진 용량의 최대치는 4.961 pF가 되고 공진 인덕턴스가 0.5 pH시에 3200 MHz의 발진 주파수를 얻을 수 있게 된다. 즉 부성 임피던스 회로 (13)을 구비한 전압 제어 발진기에 의해 발진 주파수 범위를 확대할 수가 있고 예로서 3200 MHz와 4400MHz의 발진 주파수를 하나의 전압 제어 발진기로 실현될 수가 있다. 이상에 대해서 도 3의 「부성 용량 있음」란에 공진 용량에 있어서의 고정값을 감소시키기 위해서 부성 용량 Cneg=-0.4 pF를 이용해 목표의 공진 용량을 얻는 예가 나타난다.
상기의 설명에서는 부성 임피던스 회로 (13)의 정전류원용 트랜지스터 Qcsn1와 Qcsn2의 베이스의 전압은 소정의 정전압이라고 했다. 또한 이 설정을 바꾸어 베이스의 전압 V5를 부성 임피던스 회로 (13)의 전원 전압 V4와 동일하게 하면 트랜지스터 (Qcsn1?Qcsn2) 또한 트랜지스터 (Qn1?Qn2)를 각각 커트오프시켜 부성 임피던스 회로의 동작을 무효로 할 수 있다. 이 기능에 의해 공진 용량을 일시적으로 증가시킬 수가 있기 때문에 더욱 발진 주파수를 낮게 해 주파수 가변 범위를 증가시킬 수가 있다.
이어서 도 4에 용량 전환부 (12)의 구체 회로의 예를 나타낸다. n개의 용량 (Cs1~Csn)은 각각 단위 용량 셀로서 구성된다. 단위 용량 셀은 용량 (C1)과 드레인과 소스가 결합된 M0S 트랜지스터 (M1)와 그 게이트 바이어스용 저항 (R1)에 의해 구성된다. 단위 용량 셀중의 MOS의 드레인과 소스는 모두 공통화되어 단자 (120)에 정전압 (V120)이 주어진다. 또 개개의 단위 용량 셀의 R1의 한쪽의 단자는 단자 (121)(122 ??? 12n)로서 설정되어 단자 (120)의 정전압에 대해서 높낮이의 2값의 정전압 값 V121(V122 ??? V12n)이 설정된다. 전위의 관계가 V121>V120의 경우에 MOS 용량값은 Cmin의 값을; V121<V120의 경우에 MOS용량값은 Cmax의 값을 취한다.
용량 (C1)의 값은 Cmax에 대해서 10배정도 큰 값으로 설정하고 용량 단자 (1201)로부터 보는 용량값이 MOS용량에 의해 정해진다. 상기 단위 용량 셀은 MOS의 게이트 면적을 변경하는 것에 의해 그 MOS용량 값을 임의로 변경 가능하다. 따라서 도 4의 단위 용량 셀은 어디까지나 회로 구성을 나타내고 있고 그 MOS용량값의 값은 개개로 설정할 수가 있다.
도 5에 본 발명의 제 2의 실시형태를 나타낸다 도 1에 나타낸 제 1의 실시형 태가 바이폴라형 전압 제어발진기로서 구성되는 것에 대하여 본 실시형태는 MOS트랜지스터를 이용한 MOS형 전압 제어발진기로서 구성된다. 이하에 본 실시형태를 설명하지만 설명되지 않는 그 외의 구성은 제 1의 실시형태와 동일하다. 또한 본 명세서에 있어서는 바이폴라 트랜지스터 및 MOS 트랜지스터에 대해서 베이스와 게이트를 입력단자, 콜렉터와 드레인을 출력단자, 이미터와 소스를 접지단자로 부르기로 한다.
도 5에 있어서 부성 컨덕턴스 발생회로는 2개의 상보적으로 이용되는 부성 컨덕턴스 발생회로 (11a ? 제 1의 부성 컨덕턴스 발생회로)와 부성 컨덕턴스 회로 (11b? 제 2의 부성 컨덕턴스 발생회로)로 구성된다. 부성 컨덕턴스 발생회로 (11a)는 소스 결합된 nMOS 트랜지스터 (Mn1? 제 1 nMOS 트랜지스터);(Mn2?제 2 nMOS 트랜지스터); 정전류원 (ICS1? 제 1의 전류원)에 의해 구성된다. 또한 부성컨덕턴스 회로 (11b)는 소스 결합된 pMOS 트랜지스터 (Mp1? 제 1의 pMOS 트랜지스터); (Mp2? 제 2의 pMOS 트랜지스터) ; 정전류원 (ICS2? 제 2의 전류원)에 의해 구성된다. 부성 임피던스 회로 (13a)는 nMOS 트랜지스터 (Mn3? 제 3 nMOS 트랜지스터);(Mn4?제 4 nMOS 트랜지스터); 소스 결합용량 (Cn); 트랜지스터 (Mn3)측의 정전류원 (제 3의 전류원)이 되는 nMOS 트랜지스터 (Mn5?제 5의 nMOS트랜지스터) ; 트랜지스터 Mn4측의 정전류원(제 4의 전류원)이 되는 nMOS트랜지스터 (Mn6?제 6의 nMOS트랜지스터)에 의해 구성된다. 트랜지스터 (Mn5; Mn6)의 게이트에 바이어스 전압 (V6 ?제 1의 전압원)이 주어지고 트랜지스터 (Mn5? Mn6n)의 소스에 전원 전압 (V5?제 2의 전압원)이 주어진다.
트랜지스터 (Mn1~Mn4; Mp1; Mp2)의 게이트는 각각 쌍이 되는 상대의 드레인에 접속된다. MOS트랜지스터의 드레인?게이트간의 전압의 설정에는 자유도가 있어 본 실시 형태와 같이 트랜지스터(Mn1~Mn4; Mp1; Mp2)의 게이트를 각각 쌍이 되는 상대의 드레인에 접속해도 제 1의 실시 형태의 경우와 같은 동작 원리와 효과를 얻을 수 있다. 또 트랜지스터 (Mn5 Mn6)에 적절한 바이어스 전압을 줄 수가 있다.
nMOS트랜지스터 (Mn3)의 드레인(정상단자 (+))는 공진 노드 (OUT)에 결합되고 nMOS트랜지스터 (Mn4)의 드레인(역상 단자 (-))은 공진 노드 (OUTB)에 결합된다. nMOS트랜지스터 (Mn1)과 pMOS트랜지스터 (Mp1)은 드레인끼리 및 게이트끼리가 각각 접속되는 것으로 CMOS (Complementary CM0S) 트랜지스터를 이룬다. 동일하게 nMOS트랜지스터 (Mn2)와 pMOS트랜지스터 (Mp2)도 드레인끼리 및 게이트끼리가 각각 접속되는 것으로 CMOS트랜지스터를 이룬다. LC공진 회로 (10a)는 인덕터 (L)과 직렬 접속의 가변 용량 다이오드 (D1?D2)에 의해 구성된다. 전원 전압 V1?V2?V5 바이어스 전압 V6으로서 각각 소정의 전압이 인가된다.
본 실시 형태에서는 부성 컨덕턴스 회로로서 부성 컨덕턴스 회로 (11a) 및 부성 컨덕턴스 회로 (11b)의 2개를 상보적으로 이용하는 것에 의해 바이폴러 트랜지스터에 대해서 MOS트랜지스터의 gm이 낮은 점을 보충할 수가 있다. 또한 도 5의 구성을 채용하는 것에 의해 MOS트랜지스터의 한계치 전압 (Vth)에 대해 │Vth│=0.2V로 설정하는 것으로써 1.5V정도의 낮은 전원 전압으로 동작시키는 것이 가능하게 된다. 도 1의 바이 폴라형의 전압 제어 발진기가 3V정도로 동작하는것에 대해 전원 전압은 약 50 %저감된다.
도 6에 본 발명의 제 3의 실시 형태를 나타낸다. 제 1의 실시 형태의 회로 구성에 대해서 부성 임피던스 회로의 구성이 차이가 난다. 도 6의 부성 임피던스 회로 (13b)는 트랜지스터 (Qn1?Qn2)의 베이스와 콜렉터를 서로 교차 접속해 각각의 콜렉터와 공진 노드의 사이에 다이오드 (D3?제 1의 다이오드) ;(D4?제 2의 다이오드)를 배치해 구성된다. 그것에 의해 트랜지스터 (Qn1)의 콜렉터가 다이오드 (D3)을 개재하여 공진 노드 (OUTB)에 결합되고 트랜지스터 (Qn2)의 콜렉터가 다이오드 (D4)를 개재하여 공진 노드 (OUT)에 결합된다.
트랜지스터 (Qn1 와 Qn2)의 콜렉터의 임피던스값은 식(7)에서 나타난다. 다이오드 (D3?D4)의 각각의 양단에 나타나는 임피던스는 1/gmD+RD이다. 여기서 gmD는 다이오드 (D3?D4)의 상호 컨덕턴스 (RD)는 기생 직렬 저항이다. 이 때문에 부성 임피던스 회로 (13b)가 공진 노드 (OUT?OUTB)의 각각 발생시키는 임피던스Zneg''는 식(8)에 나타낼 수가 있다.
Zneg''=-1/gm-RE+1/ (jω?(-2C) )+1/gmD+RD ? ? ? (8)
다이오드 (D3?D4)의 접합 면적과 트랜지스터(Qn1? Qn2)의 이미터 면적을 조정하는 것으로써 임피던스 Zneg''에 있어서의 저항 성분(-1/gm-RE+1/gmD+RD)을 작게 할 수가 있어 이것에 의해 공진 노드 (OUT?OUTB)로 본 공진의 예리함 (Q)를 크게 할 수가 있다.
도 7에 본 발명의 제 4의 실시 형태를 나타낸다. 도 6에 나타내는 제 3의 실시 형태를 MOS트랜지스터로 실현된 것이고 nMOS트랜지스터 (Mn3)의 드레인이 다이오드 (D3?제 1의 다이오드)를 개입시켜 공진 노드 (OUTB)에 결합되고 nMOS트랜지 스터 (Mn4)의 드레인이 다이오드 (D4?제 2의 다이오드)를 개입시켜 공진 노드 (OUT)에 결합되는 외는 도 5와 동일하다.
본 실시 형태는 다이오드 (D3?D4)에 의해 공진 노드 (OUT?OUTB)로 본 공진의 (Q)를 향상시키는 외에 MOS트랜지스터의 사용에 의해 동작 가능한 전원 전압을1.8 V정도와 도 6의 바이폴러형의 전압 제어 발진기가 3 V정도로 동작하는 것에 대해 약 40 %의 전원 전압의 저감을 가능하게 하는 이점을 가지고 있다.
도 8에 본 발명의 제 5의 실시 형태를 나타낸다. 도 8은 제 1~ 제 4의 실시 형태의 전압 제어 발진기로부터 선택된 본 발명의 전압 제어 발진기 (308)을 포함해 구성한 무선통신기이다. 본 실시 형태의 무선통신기는 무선 주파수의 3개의 수신 신호 (RFin1? RFin2 ?RFin3)을 입력해 이들을 직접 저주파 신호로 변환하는 다이렉트 컨버젼 방식의 3입력형 무선 수신기로서 구성된다. 저주파 신호는 저주파 신호 동상 성분(I상신호) 및 저주파 신호 직교 성분(Q상신호)로 이루어진다.
주파수 (RF1)의 수신 신호 (RFin1)에 대해서 수신 신호 (RFin1)을 증폭하는 저잡음 증폭기 (301a); 저잡음 증폭기 (301a)의 출력 신호의 불필요 진동을 제거하는 대역 통과 필터 (302a); 대역 통과 필터 (302a)의 출력 신호를 상기 저주파 신호로 변환하는 다이렉트 컨버젼?믹서 (303a)가 구비된다. 동일하게 주파수 (RF2)의 수신 신호 (RFin2)에 대해서 저잡음 증폭기 (301b); 대역 통과 필터 (302b); 다이렉트 컨버젼?믹서 (303b)를 구비되고 주파수 (RF3)의 수신 신호 (RFin3)에 대해서 저잡음 증폭기 (301c) ; 대역 통과 필터 (302c); 다이렉트 컨버젼?믹서 (303c)가 구비된다. 이와 같이 수신 신호 (RFin1? RFin2 ?RFin3)에 대해서 독자적인 회 로부터 이루어지는 3개의 수신 계통을 갖출 수 있다. 주파수 (RFl? RF2 ?RF2)는 서로 다르다.
다이렉트 컨버젼?믹서 (303a?303b ?303c)에 대해서 국부발진 발생 회로(311)에 있어서 생성되는 서로 주파수가 다른 3종의 국부발진 신호 (LO1?LO2 ?LO3)이 공급된다. 국부발진 신호(LO1?LO2 ?LO3)의 각각은 서로 90도 위상이 다르다 즉 직교하고 있는 2개의 신호로부터 완성된다. 믹서 (303a?303b ?303c)로부터 저주파 신호가 공통 출력으로서 출력된다.
여기서 상기의 3개의 수신 계통은 동시에 동작하지 않고 통신 상황이나 유저의 선택에 의해 하나의 계통만이 동작한다. 선택된 계통의 모두가 저주파 신호동상성분 및 저주파 신호 직교 성분을 공통 출력으로서 출력한다. 믹서 (303a~303c)의 공통 출력은 증폭기 (304a ?304b)로 증폭되고 나서 저역 통과 필터(305a ?305b)로 불필요 진동을 제거시켜 단계간 용량(306a ?306b)을 거쳐 가변 이득 증폭기(307a ?307b)로 다시 증폭된다. 가변 이득 증폭기(307a?307b)로부터 I/Q 양상(兩相)의 신호(Data_I ?Data_Q)가 출력된다. 증폭기(304a ?304b); 저역 통과 필터(305a ?305b); 단계간 용량(306a ?306b) 및 가변 이득 증폭기(307a ?307b)를 포함해 출력 계통이 구성된다.
국부발진 발생 회로 (311)은 제 1~ 제 4의 실시 형태의 전압 제어 발진기로부터 선택된 본 발명의 전압 제어 발진기 (308)과 2분주와 분주 없음의 2개의 특성을 교체시키는 가변 분주 회로 (309)와 2분주 기능과 90도 위상 차이를 낸 신호를 생성하는 기능을 갖춘 신호 분배 회로 (310)에 의해 구성된다. 신호 분배 회로 (310)로부터 국부발진 신호 (LO1?LO2 ?LO3)이 출력된다.
본 발명의 전압 제어 발진기 (308)를 탑재하는 것으로 넓은 발진 주파수를 단일의 발진기로 출력할 수가 있는 것으로부터 국부발진 발생 회로 (311)을 3계통으로 공통으로 사용하는 것이 가능하게 되어 따라서 칩 면적의 축소가 가능해져 저비용화를 실현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 9에 본 발명의 제 6의 실시 형태를 나타낸다. 도 9는 제 1~ 제 4의 실시 형태의 전압 제어 발진기로부터 선택된 본 발명의 전압 제어 발진기 (308)를 포함해 구성한 다른 무선통신기이다. 본 실시 형태의 무선통신기는 입력되는 변조 신호MOD_1 (변조 신호 동상 성분) ; MOD_Q (변조 신호 직교 성분)을 직접 3개의 무선 주파수의 송신 신호 (RFout1 ?RFout2? RFout3)로 변환하는 다이렉트 컨버젼 방식의 3입력형 무선 송신기로서 구성된다. 송신 신호 (RFout1 ?RFout2? RFout3) 주파수는 서로 다른 (RF1? RF2 ?RF3)이다.
변조 신호 (MOD-I; MOD-Q)는 차동형식에서 각각 가변 이득 증폭기(401a? 401b)에 입력된다. 가변 이득 증폭기(401a? 401b)의 출력 신호는 저역 통과 필터(402a? 402b)를 거쳐 불필요 진동이 제거된다. 가변 이득 증폭기(401a? 401b) 및 저역 통과 필터(402a? 402b)를 포함해 입력 계통이 구성된다.
저역 통과 필터(402a? 402b)의 출력 신호는 다이렉트 컨버젼?변조기 (403)에 입력되어 송신 신호(RFout1 ?RFout2? RFout3)로부터 선택된 1송신 신호에 변환된다. 다이렉트 컨버젼?변조기 (403)로부터 출력된 송신 신호는 가변 이득 증폭 기 (404)로 증폭되고 나서 3계통으로 나누어진 출력 증폭기(405a? 405b? 405c)의 어느 쪽 등에 의해서 증폭된다. 송신 신호 (RFout1 ?RFout2? RFout3)의 선택은 통신 상황이나 유저의 선택에 의해 이루어진다. 이와 같이 상기의 3계통은 동시에는 동작하지 않고 선택된 1계통의 출력 증폭기로부터 해당하는 무선 수신 신호가 출력된다.
이 송신기에 있어서도 다이렉트 컨버젼?변조기 (403)에 대해서 국부 발진 발생 회로 (311)이 생성한다 서로 주파수가 다른 3종의 국부발진 신호(LO1?LO2 ?LO3)이 공급된다. 위에서 설명한 바와 같이 국부발진 신호(LO1?LO2 ?LO3)의 각각은 서로 90도 위상이 다르다. 즉 직교하고 있는 2개의 신호로부터 완성된다. 본 실시 형태에 있어서도 발명의 전압 제어 발진기 (308)를 탑재하는 것으로 넓은 발진 주파수를 단일의 발진기로 출력할 수 있는 것으로부터 국부발진 발생 회로 (311)을3계통으로 공통으로 사용하는 것이 가능하게 되어 따라서 칩 면적의 축소가 가능해져 저비용화를 실현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상의 각 실시 형태에 있어서 본 발명의 효과는 바이폴러 트랜지스터나 MOS트랜지스터를 이용했을 경우에만 발생하는 것은 아니고 전계 효과 트랜지스터 ;헤테로 접합 바이폴러 트랜지스터 ; 고전자 이동도 트랜지스터 ; 금속 반도체 접합 전계 효과 트랜지스터등에 옮겨놓아도 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또 바이폴러 트랜지스터에 관해서는 npn형; MOS트랜지스터는 부성 컨덕턴스 에 있어서 p형태 및 n형을 이용한 CMOS형태의 회로 구성을 나타냈지만 전원 전압의 극성을 고려한 다음 pnp형태 및 MOS트랜지스터에서는 n형 및 p형태로 바꾸어 넣은 회로 구성을 취하여도 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
본 발명에 의하면 전압 제어 발진기에 부성 임피던스를 나타내는 회로를 설치하는 것에 의해 고정 용량의 용량값이 저감되기 때문에 공진 회로에 있어서의 공진 용량의 가변분을 증가시키는 것이 가능하게 되어 전압 제어 발진기의 발진 주파수의 가변 범위를 확대할 수가 있다.

Claims (23)

  1. 차동출력용의 제 1의 단자 및 제 2의 단자를 가지는 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로와,
    용량값이 전압 제어에 의해 제어되는 가변 용량과 인덕턴스가 병렬 접속된 차동형의 공진 회로로서 상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 상기 공진 회로와,
    상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 차동형의 부성 임피던스 회로를 구비하여 이루어지고,
    상기 제 1의 단자 및 상기 제 2의 단자의 사이에 생기고 있는 고정 용량의 용량값이 상기 부성 임피던스 회로가 나타내는 부성 임피던스에 의해 저감되고,
    상기 부성 컨덕턴스 발생 회로는,
    상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 1의 트랜지스터와,
    상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 2의 트랜지스터를 구비하고,
    상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자가 제 1의 용량을 개재하여 상기 제 2의 단자에 접속되고,
    상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자가 제 2의 용량을 개재하여 상기 제 1의 단자에 접속되고, 상기 제 1의 트랜지스터 및 상기 제 2의 트랜지스터의 접속 단자가 상호 접속되어, 그 접속점에 제 1의 전류원이 접속되어 있고,
    상기 부성 임피던스 회로는,
    상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 3의 트랜지스터와,
    상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 4의 트랜지스터와 제 3의 용량을 구비하고,
    상기 제 3의 용량의 한 쪽의 단자가 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 접속되고, 상기 제 3의 용량의 다른 쪽의 단자가 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 접속되고,
    상기 제 3의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고,
    상기 제 4의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 제 2의 전류원이 접속되고, 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 제 3의 전류원이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 고정 용량은 상기 제 1의 단자와 접지 전위의 사이 및 상기 제 2의 단자와 상기 접지 전위의 사이의 각각에 생기고 있는 부유 용량을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  3. 청구항 1에 있어서
    제 3 및 제 4의 단자를 갖는 2개의 용량 전환부를 더 포함하고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 3의 단자 및 제 4의 단자 사이에 적어도 1개의 용량 셀이 접속되고, 상기 용량 셀은, 직렬 접속된 2개의 용량으로 이루어지고, 또는, 상기 용량 셀에 인가되는 인가 전압의 대소에 의해 용량값이 2가지로 변화하여, 한 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 1의 단자에 접속되고, 다른 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 2의 단자에 접속되고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 4의 단자가 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  4. 청구항 1에 있어서
    제 3 및 제 4의 단자를 갖는 2개의 용량 전환부를 더 포함하고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 3의 단자 및 제 4의 단자 사이에 적어도 1개의 용량이 접속되고, 상기 용량은, 상기 용량에 인가되는 인가 전압의 대소에 의해 용량값이 2가지로 변화하여, 한 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 1의 단자에 접속되고, 다른 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 2의 단자에 접속되고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 4의 단자가 접지 전위에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  5. 청구항 1에 있어서
    상기 제 1의 전류원은, 상기 접속점에 출력 단자가 접속된 제 5의 트랜지스터를 구비하고, 상기 제 5의 트랜지스터의 입력 단자가 제 1의 전압원에 접속되고, 상기 제 5의 트랜지스터의 접지 단자가 제 2의 전압원에 결합되고,
    상기 제 2의 전류원은, 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 출력 단자가 접속된 제 6의 트랜지스터를 구비하고, 상기 제 6의 트랜지스터의 입력 단자가 제 3의 전압원에 접속되고, 상기 제 6의 트랜지스터의 접지 단자가 제 4의 전압원에 결합되고,
    상기 제 3의 전류원은, 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 출력 단자가 접속된 제 7의 트랜지스터를 구비하고, 상기 제 7의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 3의 전압원에 접속되고, 상기 제 7의 트랜지스터의 접지 단자가 상기 제 4의 전압원에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1~ 제 7의 트랜지스터는 바이폴러 트랜지스터이고, 출력 단자가 콜렉터, 입력 단자가 베이스, 접지 단자가 에미터인 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
  7. 무선 주파수의 수신 신호를 저주파 신호로 변환하는 복수의 수신 계통과,
    상기 복수의 수신 계통에, 수신 계통마다 주파수가 다른, 직교하는 국부 발진 신호를 공급하는 국부 발진 신호 발생 회로와,
    상기 저주파 신호를 증폭하여 출력하는 출력 계통을 구비하여 이루어지고,
    상기 수신 신호는 수신 계통마다 주파수가 다르고,
    상기 복수의 수신 계통은 어느 쪽인가 하나의 수신 계통이 동작되고, 다른 수신 계통은 동작되지 않고,
    상기 복수의 수신 계통의 각각은,
    상기 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와, 상기 저잡음 증폭기의 출력 신호의 불요파를 제거하는 대역 통과 필터와, 상기 직교하는 국부 발진 신호를 입력하여 상기 대역 통과 필터의 출력 신호를 상기 저주파 신호로 변환하는 믹서를 구비하고,
    상기 국부 발진 신호 발생 회로는, 발진 신호를 생성하는 전압 제어 발진기와, 상기 전압 제어 발진기가 출력하는 발진 신호를 분주하는, 분주 회로와, 상기 분주 회로의 출력 신호로부터 상기 복수의 수신 계통으로의 상기 직교하는 국부 발진 신호를 생성하는 신호 분배 회로를 구비하고,
    상기 신호 분배 회로는, 상기 복수의 수신 계통의 상기 믹서의 각각에 접속되고,
    상기 전압 제어 발진기는,
    차동 출력용의 제 1의 단자 및 제 2의 단자를 갖는 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로와,
    용량값이 전압 제어에 의해 제어되는 가변 용량과 인덕턴스가 병렬 접속된 차동형의 공진 회로로서, 상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 상기 공진 회로와,
    상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 차동형의 부성 임피던스 회로를 구비하여 이루어지고,
    상기 제 1의 단자 및 상기 제 2의 단자 사이에 발생되고 있는 고정 용량의 용량값이 상기 부성 임피던스 회로가 나타내는 부성 임피던스에 의해 등가적으로 저감되고,
    상기 부성 컨덕턴스 발생 회로는,
    상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 1의 트랜지스터와,
    상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 2의 트랜지스터를 구비하고,
    상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자가 제 1의 용량을 개재하여 상기 제 2의 단자에 접속되고,
    상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자가 제 2의 용량을 개재하여 상기 제 1의 단자에 접속되고, 상기 제 1의 트랜지스터 및 상기 제 2의 트랜지스터의 접지 단자가 상호 접속되어, 그 접속점에 제 1의 전류압이 접속되어 있고,
    상기 부성 임피던스 회로는,
    상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 3의 트랜지스터와,
    상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 4의 트랜지스터와 제 3의 용량을 구비하고,
    상기 제 3의 용량의 한 쪽의 단자가 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 접속되고, 상기 제 3의 용량의 다른 쪽의 단자가 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 접속되고,
    상기 제 3의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 4의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 제 2의 전류원이 접속되고, 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 제 3의 전류원이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신기.
  8. 청구항 7에 있어서
    상기 고정 용량은, 상기 제 1의 단자와 접지 전위와의 사이 및 상기 제 2의 단자와 상기 접지 전위와의 사이의 각각에 발생되고 있는 부유 용량을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신기.
  9. 청구항 7 있어서,
    제 3 및 제 4의 단자를 갖는 2개의 용량 전환부를 더 포함하고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 3의 단자 및 제 4의 단자 사이에 적어도 1개의 용량이 접속되고, 상기 용량은, 상기 용량에 인가되는 인가 전압의 대소에 의해 용량값이 두가지로 변화하고, 한 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 1의 단자에 접속되고, 다른 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 2의 단자에 접속되고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 4의 단자가 접지 전위에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신기.
  10. 변조 신호를 증폭하여, 증폭후 변조 신호를 출력하는 입력 계통과,
    상기 입력 계통이 출력하는 상기 증폭후 변조 신호를, 복수의 무선 주파수의 송신 신호로부터 선택된 1 송신 신호로 변환하는 변조기로서, 상기 복수의 송신 신호는 서로 주파수가 다른 상기 변조기와,
    상기 변조기가 출력하는 송신 신호마다 설치되어, 상기 송신 신호를 증폭하는 복수의 출력 증폭기와,
    상기 변조기에, 상기 변조기가 상기 증폭후 변조 신호를 상기 송신 신호에 변환하기 위한, 송신 신호마다 주파수가 다른 국부 발진 신호를 공급하는 국부 발진 신호 발생 회로를 구비하여 이루어지고,
    상기 복수의 출력 증폭기는 어느 쪽인가 하나의 출력 증폭기가 동작되고, 다른 출력 증폭기는 동작되지 않고,
    상기 국부 발진 신호 발생 회로는, 발진 신호를 생성하는 전압 제어 발진기와, 상기 전압 제어 발진기가 출력하는 발진 신호를 분주하는 분주 회로와, 상기 분주 회로의 출력 신호로부터 상기 변조기로의 상기 국부 발진 신호를 생성하는 신호 분배 회로를 구비하고,
    상기 전압 제어 발진기는,
    차동출력용의 제 1의 단자 및 제 2의 단자를 갖는 차동형의 부성 컨덕턴스 발생 회로와,
    용량값이 전압 제어에 의해 제어되는 가변 용량과 인덕턴스가 병렬 접속된 차동형의 공진 회로로서, 상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 상기 공진 회로와,
    상기 제 1의 단자 및 제 2의 단자의 사이에 접속된 차동형의 부성 임피던스 회로를 구비하여 이루어지고,
    상기 제 1의 단자 및 상기 제 2의 단자의 사이에 발생되고 있는 고정 용량의 용량값이 상기 부성 임피던스 회로가 나타내는 부성 임피던스에 의해 등가적으로 저감되고,
    상기 부성 컨덕턴스 발생 회로는,
    상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 1의 트랜지스터와,
    상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 2의 트랜지스터를 구비하고,
    상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자가 제 1의 용량을 개재하여 상기 제 2의 단자에 접속되고,
    상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자가 제 2의 용량을 개재하여 상기 제 1의 단자에 접속되고, 상기 제 1의 트랜지스터 및 상기 제 2의 트랜지스터의 접지 단자가 상호 접속되어, 그 접속점에 제 1의 전류원이 접속되어 있고,
    상기 부성 임피던스 회로는,
    상기 제 1의 단자에 출력 단자가 접속된 제 3의 트랜지스터와,
    상기 제 2의 단자에 출력 단자가 접속된 제 4의 트랜지서터와 제 3의 용량을 구비하고,
    상기 제 3의 용량의 한 쪽의 단자가 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 접속되고, 상기 제 3의 용량의 다른 쪽의 단자가 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 접속되고,
    상기 제 3의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 1의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 4의 트랜지스터의 입력 단자가 상기 제 2의 트랜지스터의 입력 단자에 접속되고, 상기 제 3의 트랜지스터의 접지 단자에 제 2의 전류원이 접속되고, 상기 제 4의 트랜지스터의 접지 단자에 제 3의 전류원이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 고정 용량은, 상기 제 1의 단자와 접지 전위와의 사이 및 상기 제 2의 단자와 상기 접지 전위와의 사이의 각각에 발생되고 있는 부유 용량을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신기.
  12. 청구항 10에 있어서,
    제 3 및 제 4의 단자를 갖는 2개의 용량 전환부를 더 포함하고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 3의 단자 및 제 4의 단자 사이에 적어도 1개의 용량이 접속되고, 상기 용량은, 상기 용량에 인가되는 인가 전압의 대소에 의해 용량값이 2가지로 변화하고, 한 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 1의 단자에 접속되고, 다른 쪽의 상기 용량 전환부의 제 3의 단자가 상기 제 2의 단자에 접속되고, 상기 2개의 용량 전환부의 각각의 제 4의 단자가 접지 전위에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신기.
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