TWI459714B - 電壓控制振盪器 - Google Patents

電壓控制振盪器 Download PDF

Info

Publication number
TWI459714B
TWI459714B TW099129654A TW99129654A TWI459714B TW I459714 B TWI459714 B TW I459714B TW 099129654 A TW099129654 A TW 099129654A TW 99129654 A TW99129654 A TW 99129654A TW I459714 B TWI459714 B TW I459714B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
circuit
resonance
frequency
controlled oscillator
series
Prior art date
Application number
TW099129654A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201123709A (en
Inventor
Junichiro Yamakawa
Kazuo Akaike
Mikio Takano
Hiroshi Hoshigami
Kenji Kawahata
Kietsu Saito
Yasushi Yamamoto
Tatsunori Onzuka
Toshimasa Tsuda
Susumu Yoshimoto
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Dempa Kogyo Co filed Critical Nihon Dempa Kogyo Co
Publication of TW201123709A publication Critical patent/TW201123709A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI459714B publication Critical patent/TWI459714B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/124—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
    • H03B5/1243—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising voltage variable capacitance diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1203—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier being a single transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2200/00—Indexing scheme relating to details of oscillators covered by H03B
    • H03B2200/0002—Types of oscillators
    • H03B2200/0008—Colpitts oscillator

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

電壓控制振盪器 發明領域
本發明係有關於一種電壓控制振盪器。
從各種電子機器小型化發展之背景，在搭載於各電子機器之電壓控制振盪器(VCO)亦檢討了小型化。由於為謀求電子電路之小型化，將構成該電路之構件積體化，形成於1個晶片上為有效，故亦考慮在前述VCO，將構成該VCO之各電路構件形成於1個晶片上。
關於前述VCO之結構，詳細內容將在實施形態敘述，在此先極其簡單地說明，前述VCO具有構成串聯諧振電路之電感元件及為電容元件之電容器，可以此串聯諧振電路之諧振點，決定VCO之振盪頻率。又，VCO具有為用以將前述諧振電路之諧振點移關之可變電容元件的變容二極體。於由該等電感元件、電容元件、及可變電容元件構成之諧振部之後段側設有構成與該諧振部一同構成振盪迴路之放大部之電晶體及由反饋電容元件構成之反饋部。以該等諧振部、電晶體及反饋電容元件構成振盪迴路。此外，為於振盪時，產生負性電阻-Rv，而引發振盪，前述諧振部形成為電感性。
諧振部及反饋部之各電路元件需按VCO之振盪頻率設計，若要製造所有電路元件單一晶片化之VCO時，需就VCO之類別(振盪頻率)作成專用之遮罩，而導致包含開發費在內之製造成本增高。
在專利文獻1已記載有於與積體電路不同之基板形成有被動諧振器之VCO。然而，在此專利文獻1，未著眼於上述問題，在所揭示之VCO中，為反饋電容元件之電容器C1、C2包含在IC晶片中，而不足以解決上述問題。
再者，當振盪頻率增高時，亦有以下之課題。即，當可變電容元件之頻率增高，例如形成數GHz或十數GHz時會形成為電感性，而用於可變電容元件之連接之連接導線亦形成為電感性，結果，頻率之可變幅度(調整幅度)亦較設計值窄，或不再振盪。即，此點意指不易製造高頻帶之VCO。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1日本專利公開公報2000-183647號(第2圖等)
本發明係在此種情況下發明者，其目的係提供小型且可以低成本製造之電壓控制振盪器。
本發明之電壓控制振盪器特徵在於包含有諧振部、放大部及反饋部，該諧振部係具有可按從外部輸入之頻率控制用控制電壓使靜電容變化之可變電容元件及電感元件，而可按前述靜電容，調整串聯諧振頻率者；該放大部係用以將來自該諧振部之頻率信號放大者；該反饋部係具有反饋用電容元件，使業經前述放大部放大之頻率信號反饋至前述諧振部，與前述放大部及諧振部一同構成振盪迴路者；又，前述放大部設於積體電路晶片中，前述諧振部及反饋用電容元件係構成為與前述積體電路晶片不同之電路構件，前述積體電路晶片及電路構件搭載於基板而構成。
前述諧振部之電感元件係形成於水晶基板上之導電路。舉例言之，亦可在前述諧振部，於該可變電容元件串聯連接有補償用電容元件，俾補償高頻之前述可變電容元件之電感性，而於從前述電感元件觀察時，該可變電容元件形成為電容性，前述補償用電容元件由相互隔著間隔交叉之梳齒狀導電路對構成。前述串聯諧振頻率為5GHz以上。
又，另一本發明之電壓控制振盪器其特徵在於包含有諧振部、放大部及反饋部，該諧振部係具有可按從外部輸入之頻率控制用控制電壓使靜電容變化之可變電容元件及電感元件，而可按前述靜電容，調整串聯諧振頻率者；該放大部係用以將來自該諧振部之頻率信號放大者；該反饋部係具有反饋用電容元件，使業經以前述放大部放大之頻率信號反饋至前述諧振部，與前述放大部及諧振部一同構成振盪迴路者；又，在前述諧振部，於該可變電容元件串聯連接有補償用電容元件，俾補償高頻之前述可變電容元件之電感性，而於從前述電感元件觀察時，該可變電容元件形成為電容性。前述諧振部之電感元件係形成於水晶基板上之導電路。前述補償用電容元件由相互隔著間隔交叉之梳齒狀導電路對構成。
在本發明中，與諧振部及反饋部一同構成振盪迴路，用以將來自諧振部之頻率信號放大之放大部設於積體電路晶片中，前述諧振部及反饋用電容元件以與前述積體電路不同之電路構件構成。因將前述放大部設於積體電路晶片中，而可謀求小型化，又，可按振盪頻率，選擇諧振部及反饋部之電容元件之電路構件，搭載於基板，故不需按振盪頻率作成描繪有電路圖形之遮罩。因而，可謀求電壓控制器之小型化，且可以低成本製造該電壓控制器。
圖式簡單說明
第1圖係本發明電壓控制振盪器之電路圖。
第2圖係前述電壓控制振盪器之平面圖。
第3圖係顯示前述電壓控制振盪器之電容器之電極構造的平面圖。
第4(a)圖～第4(d)圖係電壓控制振盪器之諧振部之等效電路的說明圖。
第5(a)圖～第5(b)圖係變容二極體之橫切平面圖、縱截面圖。
第6圖係顯示前述電壓控制振盪器之頻率與控制電壓之關係的圖表。
第7圖係顯示前述電壓控制振盪器之相位雜訊與控制電壓之關係的圖表。
第8圖係顯示為實驗而構成之電路之控制電壓與電抗的關係之圖表。
第9(a)圖～第9(b)圖係顯示為實驗而構成之電路之控制電壓與電抗的關係之圖表。
第10(a)圖～第10(b)圖係顯示為實驗而構成之電路之控制電壓與電抗的關係之圖表。
第11(a)圖～第11(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第12(a)圖～第12(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第13(a)圖～第13(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第14(a)圖～第14(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第15(a)圖～第15(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第16(a)圖～第16(b)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第17(a)圖～第17(b)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第18(a)圖～第18(b)圖係顯示測量部之說明圖及顯示測量結果之圖表。
 用以實施發明之形態
關於本發明電壓控制振盪器之實施形態，於說明構造前，就電路結構，一面參照第1圖，一面敘述。在第1圖中，諧振部1具有如後述由導電線路構成之電感元件11及為電容元件之電容器12之串聯諧振用串聯電路。由第1變容二極體13、第2變容二極體14及為電容元件之電容器15構成之串聯電路並聯連接於電感元件11，而構成並聯諧振用之並聯電路。即，此諧振部具有前述串聯電路之串聯諧振頻率(諧振點)與前述並聯電路之並聯諧振頻率(反諧振點)，而以諧振點之頻率，決定振盪頻率。在此例中，設定各電路要件之常數，俾使諧振點大於反諧振點，如此，因具有反諧振點，諧振點附近之頻率特性變陡峻。
又，第1圖中，可以供給至控制電壓用輸入端子16之控制電壓調整第1變容二極體13及第2變容二極體14之電容值，藉此，前述並聯電路之反諧振點移動，結果，諧振點亦移動，而可調整振盪頻率。除了第1變容二極體13外，還使用第2變容二極體14之理由係為採用大範圍之頻率之調整幅度之故。17係電壓穩定化用電容器，電感器18、19係偏壓用電感器。
又，於諧振部1之後段側設有反饋部2，此反饋部2具有構成基極連接於前述電容器12之放大部之NPN型電晶體21、連接於電容器12及電晶體21之基極之連接點與接地間，構成反饋電容元件之電容器22、23的串聯電路。電晶體21之射極連接於電容器22、23之連接點，藉由電感24及電阻25接地。電晶體21設於以虛線所示之IC電路部(LSI)3之晶片內，電晶體21之基極及射極可藉由該晶片之端子部(電極)T1、T2，分別連接於電容器22之兩端。在此種電路中，當從外部將控制電壓輸入至輸入端子16時，可藉由諧振部1及反饋部2構成之振盪迴路，以前述諧振點之頻率、例如10GHz振盪。
於IC電路部3內設有相互並聯連接於電晶體21之連接器之2個緩衝放大器31、32，而構造成從一緩衝放大器31藉由端子部T3取出振盪輸出(振盪頻率之信號)，從另一緩衝放大器32藉由分頻電路33及端子部T4，取出振盪輸出。
又，電晶體21之連接器藉由電感器34連接於IC電路部3之端子部T5，端子部T5藉由串聯連接之電阻35、電感器36，連接於可施加+3.3V電源電壓之端子部T6。又，在端子部T6，電容器37、電阻38對電阻35及電感器36分別連接成並聯。前述電容器37接地，接地之電阻39串聯連接於前述電阻38。電阻38、39之中點連接於端子部T1與電容器22之中點。該等電容器37、電感器36、電阻35、38、39構成用以將偏壓電壓供給至電晶體21之偏壓電路元件部20。
於第2圖顯示在第1圖之電路圖所示之VCO的結構例。圖中之VCO4係於正方形電介體基板、例如陶瓷基板40上搭載IC電路部3之晶片、各種電路元件及由後述水晶構成之基板41而構成。基板40之一邊為5.0mm。關於各種電路元件，附上與第1圖之電路圖相同之標號來顯示，關於構成偏壓電路元件部20之各電路元件，則省略標號之記載。又，於陶瓷基板40之導電路、水晶基板41之導電路附上許多點來顯示。此外，實際上，陶瓷基板40表面構成為於前述導電路周圍形成有接地導體之共平面線路，因圖繁雜，故省略接地導體之圖式，僅以圖中虛線包圍之部份於箭號前顯示實際之表面構造。該等導電路及接地導體係藉以蝕刻等去除為形成於陶瓷基板40全體之導體之膜的不必要部份而形成。
接著，就水晶基板41作說明。第1圖之電感元件11以設於此水晶基板41之導電線路構成。又，於水晶基板41形成有電容器12、15、22、23。水晶基板41為AT切割，介電常數ε為4.0左右，電能之損耗(介質損耗角：tanδ)為0.00008左右。因而，此水晶基板41之Q值為12500(=1/0.00008)左右。如此，由於水晶基板41具有高Q值，故在寬頻率調整頻帶，可將相位雜訊抑制極低。即，可獲得良好之相位雜訊特性之頻率之可變幅度大。
在第2圖，關於該等電容器12、15、22、23，顯示以外包裝體被覆之狀態，在第3圖，則顯示卸除此外包裝體之狀態之電容器。如第3圖所示，各電容器藉形成梳齒狀之導電路圖形相互隔著間隔交叉而構成。
如此，當將電容器構成為梳齒狀導電圖形時，具有以下之優點。在構成電容器之兩電極，由於可取大範圍相互之相對區域(相對之電極部份之長度尺寸)，故為小型且低損耗，而且可以高度自由度設定電容值，因此，即使頻率高，仍可獲得不易形成電感性之電容元件。因而，適合為輸出高頻率之VCO，且謀求小型化者。
如上述，電容器15設成與電感用諧振元件11構成並聯諧振用並聯電路，關於此電容器15之作用，一面參照第4圖，一面詳細說明。第4(a)圖顯示具有諧振部54之VCO5，諧振部54除了未設有電容器15外，其餘與前述VCO4之諧振部1同樣地構成。在VCO5，諧振部54之後段為與第1圖相同之電路結構。VCO5構造成輸出高頻率，當高頻率流至構成該VCO5之各電路中時，如第4(b)圖所示，無法從高頻率看到電感器18、19。因而，此時，諧振部54之等效電路形成為第4(c)圖所示之電路，圖中之可變電容電容器55相當於變容二極體13、14。
在此，在本發明之VCO中，如前述，由於必須按振盪頻率設定電路常數之諧振部1之各電路元件未構成積體化，故構成諧振部54之變容二極體13、14藉2個晶片51、52以連接導線(bonding wire)53相互連接而構成。第5(a)圖、第5(b)圖分別顯示變容二極體13(14)之橫斷平面圖、縱斷側面圖。
又，考慮欲使此VCO5之輸出頻帶更高，而輸出微波頻帶之頻率時，當從在電路流動之微波觀察，於電感成份可看到前述連接導線53。即，連接導線53之電感值增大。結果，變容二極體13、14形成為電感性，變容二極體13、14之電感性相互調合，而形成如第4(d)圖所示，可變電感器56並聯連接於電感元件11之電路。因此，無法獲得在變容二極體13、14與電感元件間設計之並聯諧振頻率或不再引發並聯諧振，結果，振盪頻率之調整幅度較設計值窄，或不再振盪。
是故，在此實施形態中，為補償變容二極體13、14之電感性，將為補償用電容元件之電容器15對變容二極體13、14串聯連接，且對電感元件11並聯連接。第6圖顯示第1圖之諧振部1之等效電路，藉確保以圖中虛線57包圍，電容器15及前述可變電感器56串聯連接之部份之電容性，可與電感元件11引發並聯諧振，結果，可調整諧振部1之諧振點。具體言之，為確保串聯連接部份57之電容性，令前述電感器56之電抗為+jX1(jwL：L為可變電感器56之電感值)，令電容器15之電抗為-jXc(1/jwc：c為電容器15之電容值)時，設定電容器15之電容值，以滿足Xc＞X1之條件。
根據此實施形態之VCO，不將需按VCO之振盪頻率選擇之諧振部1之各電路元件及反饋部2的電容器22、23積體化，而以不同之構件配置於水晶基板41及陶瓷基板40上，另一方面，使構成反饋部2之電晶體21及該電晶體21後段之各電路元件積體化，構成為1個晶片之IC電路部3。因而，IC電路部3可小型化，另一方面，不包含在IC電路部3之各電路構件可按VCO之振盪頻率選擇，搭載於基板40、41，故不需按振盪頻率，作成IC晶片。結果，可以小型且低成本製造VCO。
又，因將電容器15串聯連接於變形二極體13、14，在微波頻帶，亦可在電感元件11與該電容器15間引發並聯諧振，故VCO可如上述，振盪微波頻帶之極高頻率信號。再者，由於將電容器12、15、22、23之電極形成梳齒狀，故可防止各電容器之大型化。因而，可防止VCO之大型化。
在上述之例中，設有2個變容二極體，亦可為1個。變容二極體對基板電極之連接使用連接導線，或於以連接導線將變容器二極體13、14間連接時，設電容元件，俾補償變容二極體自身之電感性及前述連接導線之電感性。此時，變容二極體13、14之電感性係指變容二極體13、14自身之感應性與連接導線之電感性兩者。又，本發明亦可將變容二極體與電感元件11串聯連接，而可以該等引發串聯諧振。
在VCO中，分為IC與電路構件之例不限於將微波頻帶之頻率振盪之例。又，如此分為IC與電路構件時，亦可不設補償用電容元件。又，在設補償用電容元件之結構中，IC及電路構件亦可不分開。舉例言之，反饋電容元件可放入IC中，電晶體亦可在IC外。
實驗1
接著，就在開發本發明VCO之階段進行之各種實驗作說明。實驗1係以模擬設定第1圖之VCO電路。又，關於各VCO，分別變更施加於輸入端子之控制電壓，而調查了振盪頻率及偏離振盪頻率10kHz之位置之相位雜訊特性。電感元件11分別設定為0.6nH、0.8nH、1.0nH，而進行了實驗。第7圖、第8圖之圖表顯示實驗1之結果，各圖表之橫軸顯示控制電壓(單位：V)之值。第7圖之縱軸顯示VCO之振盪頻率(單位：GHz)，第8圖之縱軸顯示相位雜訊特性(單位：dBc/Hz)。
從第7圖可知，藉變更電感元件11，振盪頻率產生變化。又，從第8圖可知，在各控制電壓、特別是低於5V之控制電壓，可將相位雜訊特性抑制較低，顯示良好之振盪。因而，從此實驗結果顯示了如上述，藉變更電感元件11，在不對特性造成大影響下，可變更振盪頻率。從此點可知，如上述，將電感元件11與IC電路部3分開，按振盪頻率選擇為有效。
實驗2
作成了第9(a)圖所示之電路61。此電路61與前述第1圖之VCO前段側同樣地，各電路元件相互連接，變容二極體14及電感器19之後段側連接於輸出端子62。於將施加於控制電壓用輸入端子16之控制電壓Vc1與在電路61流動之信號之頻率分別變更時，輸入端子16與輸出端子62間之阻抗Z(Ω)=R+jX，調查了其電抗(jX)之變化。
第9(b)圖係顯示實驗2之結果者，圖表之縱軸係顯示前述電抗jX，橫軸顯示前述控制電壓Vc1(單位：V)。在圖表，若電抗jX小於0，在電路61中，變容二極體13、14串聯連接之部份為電容性，如第1圖之VCO般，與電感元件11並聯連接時，可在與該電感元件11間引發並聯諧振。若電抗jX大於0，電路61之變容二極體13、14串聯連接之部份為電感性，與前述電感元件並聯連接時，無法在與該電感元件11間引發並聯諧振。如圖表所示，振盪頻率為5GHz時，不論控制電壓Vc1為何，關於前述變容二極體13、14之串聯連接部份顯示了電感性，當振盪頻率為10GHz時，控制電壓Vc1增大時，前述串聯連接部份形成為電感性。又，振盪頻率為15GHz時，不論控制電壓Vc1為何，是串聯連接部份為電感性。
實驗3
進行了與實驗2相同之實驗，在此實驗使用之電路63如第10(a)圖所示，在輸出端子62之後段，電容器15串聯連接於變容二極體13、14。又，實驗之結果，關於變容二極體13、14與電容器15串聯連接之部份之電抗jX，如第10(b)圖所示，不論控制電壓Vc1為何，在5GHz、10GHz、15GHz所有振盪頻率，皆形成電容性。從實驗2及實驗3顯示了，在第1圖之VCO，輸出低振盪頻率時，亦可不設電容器15，輸出10GHz以上之高振盪頻率時，藉設電容器15，可引發前述之並聯諧振。
實驗4
以模擬構成包含集中常數為2pF之電容器64之第11(a)圖所示之電路65。圖中，66、66係50Ω之電阻。又，使在第11(a)圖之電路65流動之頻率變化，測量了電容器64之電容。第11(b)圖、第11(c)圖係顯示實驗結果之圖表，橫軸顯示前述頻率，縱軸顯示前述電容。第11(c)圖係詳細顯示第11(b)圖之5.7GHz附近之電容變化者。如第11(c)圖所示，隨著頻率增加，接近5.7GHz，電容器64之電容急遽增加，之後，急遽減少。然後，在5.7GHz以上之頻率，電容器64具有作為電感器之功能。亦即，電容器64於5.7GHz頻帶具有截止。此外，在大於前述截止之頻率，圖表縱軸之單位應為亨利(H)，但在圖中省略此單位之記載。又，在此第11(b)圖、第11(c)圖中，以實線顯示電容器64具有電容性時之曲線，以虛線顯示具有電感性時之曲線。在顯示電容性、電感性因後述頻率而變化之元件之截止的各圖表中，亦與此第11(b)圖、第11(c)圖同樣地，以實線顯示電容器64具有電容性時之曲線，以虛線顯示具有電感性時之曲線。
實驗5
如第12(a)圖所示，以模擬構成包含集中常數為10nH之電感器67之電路68。使在第12(a)圖之電路65流動之頻率變化，測量了電感器64之電感。第12(b)圖、第122(c)圖係顯示實驗結果之圖表，橫軸顯示前述頻率，縱軸顯示前述電感。第12(c)圖係詳細顯示第12(b)圖之5.7GHz附近之電感之變化者。如第12(c)圖之曲線所示，隨著頻率增加，接近5.7GHz時，電感上升，當達到5.7GHz時，便急遽降低。然後，在5.7GHz以上之頻率，電感器67具有作為電容器之功能。亦即，電感器67於5.7GHz帶具有截止。此外，在大於前述截止之頻率，圖表縱軸之單位應為法拉(F)，但在圖中省略此單位之記載。
實驗6
接著，就第5圖所示之變容器14，測量了相對於頻率之電容及電感之變化。此變容二極體14之第5圖所示之長度L1、寬度L2分別為0.6mm、0.3mm。第13(a)圖係以測量而得之變容二極體14之史密斯表。第13(b)圖於橫軸顯示供給至變容二極體14之信號之頻率，於縱軸顯示變容二極體14之電容。第13(c)圖於橫軸顯示前述頻率，於縱軸顯示變容二極體14之電感。如第13(b)圖所示，於5GHz附近存在截止，在其以上之頻率，顯示電感性。此外，在第13(b)圖中，與第11(c)圖同樣地，在大於截止之頻率，顯示電感之變化，而在前述頻率，縱軸之單位原本應顯示為亨利，但在圖中，省略此單位之記載。
從實驗4、5顯示了當VCO之振盪頻率增高時，在電容器或電感器出現截止。又，從實驗6顯示了，變容二極體亦如前述出現截止，因此，如第4圖所說明，顯示了當頻率增高時，無法確保變容二極體之電容性。
實驗7
以模擬設定了第14(a)圖所示之電路71。又，在0V至10V之範圍變更圖中之直流電源72之電壓，調查了圖之變容二極體73之截止頻率及雜訊特性。圖中之電感器73之電感為10nH，電阻74、74為50Ω。第14(b)圖係與第13(b)圖同樣地，顯示了變容二極體73之電容與在電路中流動之振盪頻率之關係的圖表。第14(c)圖係顯示相位雜訊與前述頻率之關係之圖表，於橫軸、縱軸採用前述頻率、雜訊(單位dB)。如第14(b)圖所示，根據前述電壓之設定值，於1E9 ～1E10 Hz間出現截止。如第14(c)圖所示，在出現截止之頻率，雜訊特性惡化。
實驗8
實驗8係以模擬設定第15(a)圖所示之電路81。此電路81係除了將0.2pF之電容器82串聯連接於變容二極體73外，其餘為與第14(a)圖之電路71相同之結構。關於此電路81，與實驗7同樣地，調查了變容二極體73之截止及相位雜訊特性。第15(b)圖係與第14(b)圖同樣地，顯示了變容二極體73之電容與在電路中流動之振盪頻率之關係的圖表，第15(c)圖係與第14(c)圖同樣地顯示相位雜訊與前述頻率之關係之圖表。如第15(b)圖所示，截止在高於1E10 Hz之頻帶出現，對應於此，如第15(c)圖所示，雜訊特性之惡化之峰值亦在1E10 Hz以上之頻帶出現。從實驗7、8，因將電容器串聯連接於變容二極體，而可補償高頻之前述變容二極體之電感性，而可確保該變容二極體之電容性。因而，證明了在第4圖～第6圖所說明之上述電容器15之效果。
實驗9
以模擬設定了第16(a)圖所示之電路91。直流電源71之電壓為1V，電感器92、93、94之電感分別為100mH、1nH、100mHz。又，電容器95之電容設定為1pF，電阻96設定為50Ω。調查了使流至此電路91之信號之頻率變化時之電容器95的電容。第16(b)圖係顯示實驗結果之圖表，與第11(c)圖、第13(b)圖同樣地，在小於截止之頻帶，顯示電容變化，在大於截止之頻帶，顯示電感之變化。截止在5GHz出現
實驗10
以模擬設定了第17(a)圖所示之電路97。此電路97係於第17(a)圖之電路91追加了0.2pF之電容器98者。使用此電路97，進行了與實驗9相同之實驗。第17(b)圖與第16(b)圖同樣地顯示其實驗結果。在此，電容器95、98之合成電容為0.2pF×1pF/(0.2pF+1pF)=0.167Pf。又，截止頻率為1/(2×p×√(1nH×0.167pF)=12.328GHz。如此，電容器95、98之合成電容低於電容器95、98個別之電容。從上述計算式及第16(b)圖之圖表可知，因追加電容器98，相較於電路91，截止頻率提高。因而，從此實驗9、實驗10之結果亦顯示了藉在第1圖之VCO將電容器15串聯連接於變容二極體13、14，而可補償變容二極體13、14之電感性，使截止位移至高頻率側，而可確保該等變容二極體13、14之電容性。
實驗11
實驗11係如第17(a)圖所示，調查了設於水晶基板41上之電容器22、23之特性。第17(b)圖係顯示其測量結果者。於圖表之橫軸顯示供給至電容器22、23之信號之頻率，於縱顯示電容器22、23之合成電容。如圖表所示，即使頻率增高，仍無法看到截止，而顯示了正常地運作。圖表中所示之點之頻率為1.0GHz，此時之前述合成電容為6.742E-13 F。
1，54．．．諧振部
2．．．反饋部
3．．．IC電路部
4，5．．．VOC
11．．．電感元件
12，15，22，23，37，64，82，95，98，C1，C2．．．電容器
13．．．第1變容二極體
14．．．第2變容二極體
16．．．輸入端子
17．．．電壓穩定化用電容器
18，19．．．偏壓用電感器
20．．．偏壓電路元件部
21．．．電晶體
24．．．電感
25，35，38，39，66，74，96．．．電阻
31，32．．．緩衝放大器
33．．．分頻電路
34，36，67，92-94．．．電感器
40．．．陶瓷基板
41．．．水晶基板
51，52．．．晶片
53．．．連接導線
56．．．可變電感器
57．．．虛線
61，63，65，68，71，81，91，97．．．電路
62．．．輸出端子
71，72．．．直流電源
73．．．變容二極體
T1-T6．．．端子部
第1圖係本發明電壓控制振盪器之電路圖。
第2圖係前述電壓控制振盪器之平面圖。
第3圖係顯示前述電壓控制振盪器之電容器之電極構造的平面圖。
第4(a)圖～第4(d)圖係電壓控制振盪器之諧振部之等效電路的說明圖。
第5(a)圖～第5(b)圖係變容二極體之橫切平面圖、縱截面圖。
第6圖係顯示前述電壓控制振盪器之頻率與控制電壓之關係的圖表。
第7圖係顯示前述電壓控制振盪器之相位雜訊與控制電壓之關係的圖表。
第8圖係顯示為實驗而構成之電路之控制電壓與電抗的關係之圖表。
第9(a)圖～第9(b)圖係顯示為實驗而構成之電路之控制電壓與電抗的關係之圖表。
第10(a)圖～第10(b)圖係顯示為實驗而構成之電路之控制電壓與電抗的關係之圖表。
第11(a)圖～第11(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第12(a)圖～第12(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第13(a)圖～第13(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第14(a)圖～第14(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第15(a)圖～第15(c)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第16(a)圖～第16(b)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第17(a)圖～第17(b)圖係模擬之電路圖及顯示實驗結果之圖表。
第18(a)圖～第18(b)圖係顯示測量部之說明圖及顯示測量結果之圖表。
1．．．諧振部
2．．．反饋部
3．．．IC電路部
11．．．電感元件
12，15，22，23，37．．．電容器
13．．．第1變容二極體
14．．．第2變容二極體
16．．．輸入端子
17．．．電壓穩定化用電容器
18，19．．．偏壓用電感器
20．．．偏壓電路元件部
21．．．電晶體
24．．．電感
25，35，38，39．．．電阻
31，32．．．緩衝放大器
33．．．分頻電路
36．．．電感器
T1-T6．．．端子部

Claims (7)

  1. 一種電壓控制振盪器，其特徵在於包含有：諧振部，係具有靜電容會因應從外部輸入之頻率控制用控制電壓而變化之可變電容元件、及電感元件，且串聯諧振頻率是因應前述靜電容而被調整；放大部，係用以將來自該諧振部之頻率信號放大；及反饋部，係具有反饋用電容元件，並使業經前述放大部放大之頻率信號反饋至前述諧振部，且與前述放大部及諧振部一同構成振盪迴路；其中，前述放大部設於積體電路晶片中，前述諧振部及反饋用電容元件係構成為與前述積體電路晶片不同之電路構件，前述積體電路晶片及電路構件構成為搭載於基板，前述諧振部之電感元件係形成於水晶基板上之導電路。
  2. 如申請專利範圍第1項之電壓控制振盪器，其中在前述諧振部，於該可變電容元件串聯連接有補償用電容元件，以補償高頻所導致的前述可變電容元件之電感性，且於從前述電感元件來觀察時該可變電容元件成為電容性。
  3. 如申請專利範圍第1項之電壓控制振盪器，其中前述補償用電容元件由相互隔著間隔交叉之梳齒狀導電路對構成。
  4. 如申請專利範圍第1項之電壓控制振盪器，其中前述串聯諧振頻率為5GHz以上。
  5. 一種電壓控制振盪器，其特徵在於包含有：諧振部，係具有靜電容會因應從外部輸入之頻率控制用控制電壓而變化之可變電容元件、及電感元件，且串聯諧振頻率是因應前述靜電容而被調整；放大部，係用以將來自該諧振部之頻率信號放大；及反饋部，係具有反饋用電容元件，並使業經前述放大部放大之頻率信號反饋至前述諧振部，且與前述放大部及諧振部一同構成振盪迴路；其中，在前述諧振部，於該可變電容元件串聯連接有補償用電容元件，以補償高頻所導致的前述可變電容元件之電感性，且於從前述電感元件來觀察時該可變電容元件成為電容性，前述諧振部之電感元件係形成於水晶基板上之導電路。
  6. 如申請專利範圍第5項之電壓控制振盪器，其中前述補償用電容元件由相互隔著間隔交叉之梳齒狀導電路對構成。
  7. 一種電壓控制振盪器，其特徵在於包含有：諧振部，係具有靜電容會因應從外部輸入之頻率控制用控制電壓而變化之可變電容元件、及電感元件，且串聯諧振頻率是因應前述靜電容而被調整；放大部，係用以將來自該諧振部之頻率信號放大；及 反饋部，係具有反饋用電容元件，並使業經前述放大部放大之頻率信號反饋至前述諧振部，且與前述放大部及諧振部一同構成振盪迴路；其中，在前述諧振部，於該可變電容元件串聯連接有補償用電容元件，以補償高頻所導致的前述可變電容元件之電感性，且於從前述電感元件來觀察時該可變電容元件成為電容性，前述補償用電容元件是由在水晶基板相互隔著間隔形成的導電路對構成。
TW099129654A 2009-10-05 2010-09-02 電壓控制振盪器 TWI459714B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009231983A JP5027196B2 (ja) 2009-10-05 2009-10-05 電圧制御発振器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201123709A TW201123709A (en) 2011-07-01
TWI459714B true TWI459714B (zh) 2014-11-01

Family

ID=43822751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW099129654A TWI459714B (zh) 2009-10-05 2010-09-02 電壓控制振盪器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8547183B2 (zh)
JP (1) JP5027196B2 (zh)
CN (1) CN102035470B (zh)
TW (1) TWI459714B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102594342A (zh) * 2012-02-29 2012-07-18 中国科学院微电子研究所 一种压控振荡器
US9917547B2 (en) * 2013-01-09 2018-03-13 Nxp Usa, Inc. Voltage controlled oscillator
US9374037B2 (en) * 2014-10-30 2016-06-21 M/A-Com Technology Solutions Holdings, Inc. Voltage-controlled oscillator with mask-selectable performance
US10340057B2 (en) * 2015-11-24 2019-07-02 Cisco Technology, Inc. Unified power and data cable

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1287209A (en) 1970-12-23 1972-08-31 Mullard Ltd Gunn oscillator
JPS5812315A (ja) 1981-07-15 1983-01-24 Yokogawa Hokushin Electric Corp 薄膜コイルの製造方法
JPS62162317A (ja) 1986-01-13 1987-07-18 Oki Electric Ind Co Ltd マイクロ波集積回路
JPH04361407A (ja) 1991-06-07 1992-12-15 Tdk Corp 電圧制御発振器
JPH07131243A (ja) * 1993-10-28 1995-05-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電圧制御発振器
JPH0879069A (ja) 1994-09-08 1996-03-22 Mitsubishi Electric Corp Ｖｃｏ回路及びｐｌｌ回路
US5532651A (en) 1995-04-06 1996-07-02 Motorola, Inc. Tunable voltage controlled oscillator having microstrip resonator with cuts for better tuning
JPH10209714A (ja) 1996-11-19 1998-08-07 Sharp Corp 電圧制御通過帯域可変フィルタおよびそれを用いる高周波回路モジュール
JPH10215119A (ja) 1997-01-29 1998-08-11 Tdk Corp 電圧制御発振器
US6072371A (en) 1997-06-16 2000-06-06 Trw Inc. Quenchable VCO for switched band synthesizer applications
US6046647A (en) 1998-12-08 2000-04-04 Lucent Technologies Inc. Voltage-controlled oscillator
JP2000312115A (ja) * 1999-04-28 2000-11-07 Kyocera Corp 電圧制御型高周波発振回路
SE519915C2 (sv) * 1999-09-08 2003-04-22 Ericsson Telefon Ab L M Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator
JP2001223529A (ja) 2000-02-04 2001-08-17 Alps Electric Co Ltd 電圧制御発振器
JP2001339240A (ja) * 2000-05-30 2001-12-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電圧制御発振器
JP4024572B2 (ja) * 2002-03-28 2007-12-19 ユーディナデバイス株式会社 インタディジタルキャパシタを有するデバイス
JP2005072154A (ja) 2003-08-21 2005-03-17 Sanyo Electric Co Ltd 高周波発振装置及び光ディスク用光源装置
JP4361407B2 (ja) 2004-03-24 2009-11-11 住友ゴム工業株式会社 ビード用ゴム組成物および空気入りタイヤ
JP2007036822A (ja) 2005-07-28 2007-02-08 Tdk Corp 電圧制御発振器
JP2007201772A (ja) 2006-01-26 2007-08-09 Seiko Epson Corp 弾性波素子の製造方法、電子機器の製造方法、マスクおよびマスクの製造方法
JP4544181B2 (ja) 2006-03-03 2010-09-15 セイコーエプソン株式会社 電子基板、半導体装置および電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US8547183B2 (en) 2013-10-01
TW201123709A (en) 2011-07-01
US20110080223A1 (en) 2011-04-07
CN102035470A (zh) 2011-04-27
CN102035470B (zh) 2014-11-12
JP2011082711A (ja) 2011-04-21
JP5027196B2 (ja) 2012-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4024572B2 (ja) インタディジタルキャパシタを有するデバイス
TWI459714B (zh) 電壓控制振盪器
US20120313719A1 (en) Oscillator circuit
TWI515951B (zh) 旁通電路及其形成方法
US7145406B2 (en) Phase adjusting circuit and oscillator including the same
JP2012039574A (ja) 電圧制御発振器
JP3565245B2 (ja) 電圧制御発振器
JP5402887B2 (ja) 高周波増幅器
JP2012216967A (ja) 電圧制御発振器
US8289093B2 (en) Voltage controlled oscillator
JP3185175U (ja) 電源供給回路
US8283989B2 (en) Voltage controlled oscillator
RU2696207C1 (ru) Перестраиваемый генератор со связанными микрополосковыми линиями
JP3764688B2 (ja) 電圧制御型発振回路
JP2013255111A (ja) 電圧制御発振器
JP4261835B2 (ja) 電圧制御発振回路
JP2012216950A (ja) 電圧制御発振器
JP2002171130A (ja) 電圧制御発振回路
JP2007049280A (ja) 発振器
JP2004260623A (ja) 電圧制御型発振器
JP2000286635A (ja) 高周波発振器
JP2002299955A (ja) 電圧制御発振回路
JP2003017936A (ja) 電圧制御発振器
JP2006080806A (ja) 電圧制御発振器
JP2005286384A (ja) 電圧制御発振器およびその可変ｌｃ直列共振器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees