JP2006060687A - Oscillator circuit - Google Patents
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- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Abstract
【課題】 負性抵抗の減少を抑制することを目的とし、また、発振周波数付近で負性抵抗を選択的に増大させること。
【解決手段】 増幅器の出力から入力への帰還によって発振を行う発振回路において、発振回路が通常備える発振のための第1の帰還とは別に、振幅及び位相推移を行う第2の帰還の2重帰還を行うことによって、発振回路の負性抵抗を所望の周波数で増加させると共に、等価リアクタンス成分を調整する。発振回路は、コルピッツ発振回路が備える負性抵抗を生成する第1の帰還回路と、コルピッツ発振回路の発振段トランジスタのエミッタ端子からベース端子に電流帰還する第2の帰還回路とによって構成することができる。エミッタ端子からベース端子への電流帰還は帰還容量を介して行う。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a decrease in negative resistance and selectively increase the negative resistance near an oscillation frequency.
In an oscillation circuit that oscillates by feedback from an output of an amplifier to an input, a second feedback double that performs amplitude and phase transition is provided separately from the first feedback for oscillation that is normally provided in the oscillation circuit. By performing feedback, the negative resistance of the oscillation circuit is increased at a desired frequency, and the equivalent reactance component is adjusted. The oscillation circuit may be configured by a first feedback circuit that generates a negative resistance included in the Colpitts oscillation circuit, and a second feedback circuit that performs current feedback from the emitter terminal of the oscillation stage transistor of the Colpitts oscillation circuit to the base terminal. it can. Current feedback from the emitter terminal to the base terminal is performed via a feedback capacitor.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、発振回路に関し、特にコルピッツ発振回路に関する。 The present invention relates to an oscillation circuit, and more particularly to a Colpitts oscillation circuit.
ネットワークの高速化、大容量化に伴い、SONET/SDHなどの光デジタル通信ネットワークにおける基準周波数発生源の需要が高まっている。このような基準周波数発生源として、150MHz基本波水晶発振を逓倍する発振器やSAW発振器が製品化されている。逓倍を行う方法では、ジッタ特性の劣化が課題であり、SAW発振器では周波数温度特性が課題である。 With an increase in network speed and capacity, demand for a reference frequency generation source in an optical digital communication network such as SONET / SDH is increasing. As such reference frequency generation sources, oscillators and SAW oscillators that multiply 150 MHz fundamental crystal oscillation have been commercialized. In the multiplication method, deterioration of jitter characteristics is a problem, and in the SAW oscillator, frequency temperature characteristics are a problem.
100MHz〜GHz帯において共振器を用いる発振器では、主にコルピッツ発振回路が用いられている。100MHz以上のコルピッツ発振回路では、十分な負性抵抗を得るために発振周波数を決定する容量の値を小さくしなければならず、設計が困難となったり、電圧制御発振器を構成する場合に周波数可変範囲が十分にとれないなどの問題が生じている。 In an oscillator using a resonator in the 100 MHz to GHz band, a Colpitts oscillation circuit is mainly used. In Colpitts oscillation circuits of 100 MHz or higher, the capacitance value that determines the oscillation frequency must be reduced in order to obtain sufficient negative resistance, making it difficult to design and variable frequency when configuring a voltage-controlled oscillator. There are problems such as insufficient range.
また、バイアス電流を増やして負性抵抗を増大させると、消費電力が増加し、発振時に共振子に流れる電流が大きくなり特性の劣化につながるという問題がある。 Further, when the negative resistance is increased by increasing the bias current, there is a problem that the power consumption increases and the current flowing through the resonator at the time of oscillation increases, leading to deterioration of characteristics.
このような問題に対して、コルピッツ発振回路のコレクタ端子からエミッタ端子に容量結合で帰還させることにより発振回路の負性抵抗を増加させる回路(非特許文献1)や、コルピッツ発振回路の出力をエミッタ・ホロワを介して帰還することにより負性抵抗を増加させる回路が提案されている(非特許文献2,3)。
To solve this problem, a circuit (Non-patent Document 1) that increases the negative resistance of the oscillation circuit by capacitively coupling back from the collector terminal to the emitter terminal of the Colpitts oscillation circuit, or the output of the Colpitts oscillation circuit is used as the emitter. A circuit that increases the negative resistance by feeding back through a follower has been proposed (Non-Patent
図27は非特許文献3の発振回路を示している。トランジスタQ1、容量CA,CB及び水晶振動子によりコルピッツ発振回路が構成される。図中の破線で囲まれる部分はエミッタ・ホロワであり、コルピッツ発振回路のエミッタ端子の信号電圧を検出し、それにほぼ等しい電圧がトランジスタQ1のコレクタ端子に加えられ負性抵抗の増大に寄与している。
FIG. 27 shows an oscillation circuit of Non-Patent
一般に、負性抵抗−Rと容量Ciの直列回路に容量Cpが並列接続された回路は、負性抵抗−R´と容量Ci´の直列回路で等価的に表すことができる。このとき、負性抵抗−R´の絶対値は負性抵抗−Rの絶対値よりも小さくなる。 In general, a circuit in which a capacitor Cp is connected in parallel to a series circuit of a negative resistor -R and a capacitor Ci can be equivalently expressed by a series circuit of a negative resistor -R 'and a capacitor Ci'. At this time, the absolute value of the negative resistance −R ′ is smaller than the absolute value of the negative resistance −R.
一方、コルピッツ発振回路は、インダクタンスLと能動回路とによって構成され。能動回路は、直列接続された2つの容量と、これらの容量に接続された電圧制御電流源(トランジスタ)とから構成され、負性抵抗−Rと容量Ciの直列回路からなる等価回路によって表すことができる。ここで、コルピッツ発振回路が備えるトランジスタのベース・コレクタ間には容量Cbc(トランジスタのベース・コレクタ間の容量)が存在するため、コルピッツ発振回路は、前記した負性抵抗−Rと容量Ciの直列回路に容量Cbcをトランジスタのベース端子から見た容量に換算した容量Cbc´が並列接続された回路として表すことができる。 On the other hand, the Colpitts oscillation circuit includes an inductance L and an active circuit. The active circuit is composed of two capacitors connected in series and a voltage controlled current source (transistor) connected to these capacitors, and is represented by an equivalent circuit composed of a series circuit of a negative resistance -R and a capacitor Ci. Can do. Here, since the capacitance Cbc (capacitance between the base and the collector of the transistor) exists between the base and collector of the transistor included in the Colpitts oscillation circuit, the Colpitts oscillation circuit includes the negative resistance −R and the capacitance Ci in series. The circuit can be represented as a circuit in which a capacitor Cbc ′ obtained by converting the capacitor Cbc into a capacitor viewed from the base terminal of the transistor is connected in parallel.
したがって、このコルピッツ発振回路の正味の負性抵抗−R´は、
−R´=−R/((1+Cbc´/Ci)2+(ωCbc´R)2)
で表されるため、本来の負性抵抗−Rよりも減少する。この効果は、高周波の発振器になると、Cbc´がCiに近い値となるためより大きくなる。
Therefore, the net negative resistance −R ′ of this Colpitts oscillation circuit is
−R ′ = − R / ((1 + Cbc ′ / Ci) 2 + (ωCbc′R) 2 )
Therefore, it is smaller than the original negative resistance -R. This effect becomes larger when a high-frequency oscillator is used, since Cbc 'becomes a value close to Ci.
ここで、トランジスタのコレクタ端子と電源との間に負荷抵抗Rcを接続してコルピッツ発振回路を構成すると、トランジスタの入力端子(ベース端子)から見た容量Cbc´は、トランジスタの増幅作用によって、トランジスタと負荷抵抗Rcで構成される増幅器の利得をAとしたとき、Cbc´=(1+A)Cbcとなる。利得A=gmRcであって1より十分に大きいため、Cbc´はCbcより大きくなる。上記の現象はミラー効果と呼ばれている。したがって、負荷抵抗Rcのあるコルピッツ発振回路ではトランジスタのベース・コレクタ間の容量Cbcの影響が顕著に表れる。トランジスタのベース・コレクタ間の容量Cbcの影響は、負性抵抗の減少として現れ、発振特性を低下させることになる。 Here, when a Colpitts oscillation circuit is configured by connecting a load resistor Rc between the collector terminal of the transistor and the power source, the capacitance Cbc ′ viewed from the input terminal (base terminal) of the transistor is And Cbc ′ = (1 + A) Cbc, where A is the gain of the amplifier constituted by the load resistor Rc. Since the gain A = gmRc and is sufficiently larger than 1, Cbc ′ is larger than Cbc. The above phenomenon is called a mirror effect. Therefore, in the Colpitts oscillation circuit having the load resistance Rc, the influence of the capacitance Cbc between the base and collector of the transistor appears remarkably. The influence of the capacitance Cbc between the base and collector of the transistor appears as a decrease in negative resistance, which degrades the oscillation characteristics.
非特許文献3の発振回路において、このCbcによる影響を除去するためには、Cbcに流れる電流を0とすればよい。これによってCbcは開放状態と同様となり、Cbcによる影響を除去することができる。
In the oscillation circuit of
Cbcに流れる電流を0とするには、Cbcの両端の電圧を等しくすればよく、非特許文献3の発振回路では、エミッタ・ホロワによって、発振器のコレクタ端子にベース端子と等しい電圧を返すことによって、Cbcの両端の電圧を等しくしている。
In order to reduce the current flowing through Cbc to 0, the voltage across Cbc may be equalized. In the oscillation circuit of
エミッタ・ホロワ回路を付加した高周波数用コルピッツ発振回路では、上記したように、発振器のコレクタ端子にベース端子と等しい電圧を返すことによって、トランジスタのベース・コレクタ間の容量Cbcの影響を除去し、負性抵抗の減少を抑えようとするものであるが、実際の回路においては、種々の要因によってCbcの影響が残るため、負性抵抗の減少の抑制は不十分なものであるという問題がある。 In the Colpitts oscillation circuit for high frequency to which the emitter-follower circuit is added, as described above, the influence of the capacitance Cbc between the base and collector of the transistor is removed by returning a voltage equal to the base terminal to the collector terminal of the oscillator. Although an attempt is made to suppress the decrease in negative resistance, in an actual circuit, the influence of Cbc remains due to various factors, and thus there is a problem that suppression of the decrease in negative resistance is insufficient. .
上記のCbcの影響が除去されずに残る要因として、例えば、ベース端子の電圧とエミッタ・ホロワ回路の入力電圧との間には交流電圧の大きさ及び位相において差が生じることや、エミッタ・ホロワ回路の出力インピーダンスが0とならないため、負荷抵抗RcとRo(エミッタ・ホロワ回路の出力抵抗)との関係から、コレクタ端子電圧はエミッタ・ホロワ回路の出力電圧よりも小さくなるなどの要因がある。これらの要因の影響によって、トランジスタのベース・コレクタ間の容量Cbcの両端の電圧は等しくならず、Cbcの影響が残ることになる。 Factors that remain without removing the influence of the Cbc include, for example, a difference in the magnitude and phase of the AC voltage between the voltage of the base terminal and the input voltage of the emitter-follower circuit, and the emitter-follower. Since the output impedance of the circuit does not become zero, the collector terminal voltage is smaller than the output voltage of the emitter-follower circuit due to the relationship between the load resistance Rc and Ro (output resistance of the emitter-follower circuit). Due to the influence of these factors, the voltage across the capacitor Cbc between the base and collector of the transistor is not equal, and the influence of Cbc remains.
本発明は前記した従来の問題点を解決し、負性抵抗の減少を抑制することを目的とし、また、発振周波数付近で負性抵抗を選択的に増大させることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, to suppress a decrease in negative resistance, and to increase the negative resistance selectively near the oscillation frequency.
本発明は、出力から入力への帰還増幅によって発振を行う発振回路において、発振回路が通常備える発振のための第1の帰還とは別に、振幅及び位相推移を行う第2の帰還の2重帰還を行うことによって、発振回路の負性抵抗を所望の周波数で増加させると共に、等価リアクタンス成分を調整する。 The present invention provides an oscillation circuit that oscillates by feedback amplification from an output to an input, and a second feedback double feedback that performs amplitude and phase transition separately from the first feedback for oscillation normally provided in the oscillation circuit. As a result, the negative resistance of the oscillation circuit is increased at a desired frequency, and the equivalent reactance component is adjusted.
発振回路が通常備える帰還回路(上記した第1の帰還)では、直列接続された2つの容量とインダクタンスとの並列回路によって増幅器に対する正帰還を行う構成である。本発明はこの帰還回路に、もう一つの帰還回路(上記した第2の帰還)を設けて、第1の帰還回路のインダクタンスからの電流Ixと同相の電流を帰還させて、増幅器に入る電流を増やし、これによって負性抵抗を増加させるものである。このとき、第2の帰還では振幅及び位相推移を行うことで帰還する電流を調整する。 The feedback circuit (first feedback) normally provided in the oscillation circuit is configured to perform positive feedback to the amplifier by a parallel circuit of two capacitors and an inductance connected in series. In the present invention, another feedback circuit (the above-described second feedback) is provided in this feedback circuit, and the current in phase with the current Ix from the inductance of the first feedback circuit is fed back, so that the current entering the amplifier is This increases the negative resistance. At this time, in the second feedback, the feedback current is adjusted by performing amplitude and phase transition.
なお、この電流帰還において、前記電流Ixと完全に同相とせずに積極的に位相差を付けることによって、発振回路の等価リアクタンス成分を調整することもできる。 In this current feedback, the equivalent reactance component of the oscillation circuit can be adjusted by positively adding a phase difference without being completely in phase with the current Ix.
本発明の発振回路は、2重帰還の構成とすることにより、通常の発振回路が備える発振段と第1の帰還回路に加えて第2の帰還回路を回路設計要素として備えるため、全体のループ利得の振幅及び位相の周波数特性を調整でき、従来のコルピッツ発振回路に比べて大幅に回路設計の自由度を高めることができる。 Since the oscillation circuit of the present invention has a double feedback configuration, the second feedback circuit is provided as a circuit design element in addition to the oscillation stage and the first feedback circuit included in the normal oscillation circuit. The frequency characteristics of the amplitude and phase of the gain can be adjusted, and the degree of freedom in circuit design can be greatly increased as compared with the conventional Colpitts oscillation circuit.
本発明の発振回路をコルピッツ発振回路で構成した場合には、発振回路は、コルピッツ発振回路が備える負性抵抗を生成する第1の帰還回路と、コルピッツ発振回路の発振段トランジスタのエミッタ端子からベース端子に電流帰還する第2の帰還回路とによって構成することができる。エミッタ端子からベース端子への電流帰還は帰還容量を介して行う。 When the oscillation circuit of the present invention is configured by a Colpitts oscillation circuit, the oscillation circuit includes a first feedback circuit that generates a negative resistance included in the Colpitts oscillation circuit, and a base from the emitter terminal of the oscillation stage transistor of the Colpitts oscillation circuit. And a second feedback circuit that feeds back current to the terminal. Current feedback from the emitter terminal to the base terminal is performed via a feedback capacitor.
本発明の第2の帰還回路は、受動回路に限らず能動回路で構成することができ、能動回路が備える増幅特性及び位相推移特性により負性抵抗及び/又は等価リアクタンス成分を変更する。 The second feedback circuit of the present invention is not limited to a passive circuit but can be configured by an active circuit, and the negative resistance and / or the equivalent reactance component is changed according to the amplification characteristic and phase transition characteristic of the active circuit.
本発明の第2の帰還回路の電圧利得の振幅特性及び位相特性を変化させることにより、負性抵抗の周波数特性を変化させることができる。つまり、負性抵抗のピークとなる周波数とその大きさを変えることができる。 By changing the amplitude characteristic and phase characteristic of the voltage gain of the second feedback circuit of the present invention, the frequency characteristic of the negative resistance can be changed. That is, the frequency and magnitude of the negative resistance peak can be changed.
また、第2の帰還回路の電圧利得の振幅特性及び位相特性を変化させることにより、発振回路の等価リアクタンス成分の容量値を変え、さらに誘導性に変化することもできる。 Further, by changing the amplitude characteristic and phase characteristic of the voltage gain of the second feedback circuit, the capacitance value of the equivalent reactance component of the oscillation circuit can be changed and further changed to be inductive.
第2の帰還回路による負性抵抗及び/又は等価リアクタンス成分の変更と、コルピッツ発振回路の周波数を決定する容量及びバイアス回路の抵抗や負荷抵抗とを独立とすることができるため、発振段の回路素子値を変えることなく、負性抵抗や等価リアクタンス成分を変更することができる。 Since the change of the negative resistance and / or equivalent reactance component by the second feedback circuit and the capacitance determining the frequency of the Colpitts oscillation circuit and the resistance and load resistance of the bias circuit can be made independent, the circuit of the oscillation stage The negative resistance and equivalent reactance component can be changed without changing the element value.
また、負性抵抗は発振段の容量と反比例するため、通常のコルピッツ発振回路では、発振段の容量を大きくすると、負性抵抗が減少し、発振が起動しにくくなったり、回路素子の変動による発振停止が起きやすくなったりするため、これらの容量値を大きく取ることができない。しかし、本発明の発振回路では、第2の帰還回路により発振段容量値とは独立に負性抵抗を増大できるので、発振段の容量を大きくとることができる。 In addition, since the negative resistance is inversely proportional to the capacity of the oscillation stage, in a normal Colpitts oscillation circuit, if the oscillation stage capacity is increased, the negative resistance will decrease, making it difficult to start oscillation, or due to fluctuations in circuit elements. Since it is easy for oscillation to stop, these capacitance values cannot be increased. However, in the oscillation circuit of the present invention, the negative resistance can be increased independently of the oscillation stage capacitance value by the second feedback circuit, so that the capacitance of the oscillation stage can be increased.
本発明の発振回路は、発振を行う能動素子にインバータを用いた構成に適用することもできる。 The oscillation circuit of the present invention can also be applied to a configuration in which an inverter is used as an active element that oscillates.
また、発振要素としてインダクタンス又は共振子を備えることができ、共振子として、水晶振動子、セラミック振動子、弾性表面波振動子、端面反射振動子、バルク振動子の何れかの圧電振動子、又は誘電体共振器を用いることができる。 Further, the oscillation element can include an inductance or a resonator, and the resonator includes a crystal resonator, a ceramic resonator, a surface acoustic wave resonator, an end surface reflection resonator, a piezoelectric resonator of a bulk resonator, or A dielectric resonator can be used.
本発明の発振回路は電圧制御発振回路に適用することができる。一般に、電圧制御発振回路では、発振段のインダクタンスと能動回路との間に可変容量Csを接続し、この可変容量Csを変えることによって周波数を変化させている。発振周波数は、インダクタンスのLと可変容量Csと能動回路の等価容量Ciの直列容量で決まり、可変容量Csと等価容量Ciとは直列接続であるため、小さい方の容量値で主に決まることになる。高周波の発振回路では、周波数を高めるために容量を小さくすると、等価容量Ciが小さくなるため、前記したように発振周波数は、この小さな等価容量Ciに主に依存し、可変容量Csを変化されても周波数を変えることが難しい。 The oscillation circuit of the present invention can be applied to a voltage controlled oscillation circuit. In general, in a voltage controlled oscillator circuit, a variable capacitor Cs is connected between an inductance of an oscillation stage and an active circuit, and the frequency is changed by changing the variable capacitor Cs. The oscillation frequency is determined by the series capacitance of the inductance L, the variable capacitance Cs, and the equivalent capacitance Ci of the active circuit. Since the variable capacitance Cs and the equivalent capacitance Ci are connected in series, the oscillation frequency is mainly determined by the smaller capacitance value. Become. In a high-frequency oscillation circuit, if the capacitance is reduced to increase the frequency, the equivalent capacitance Ci is reduced. Therefore, as described above, the oscillation frequency mainly depends on the small equivalent capacitance Ci, and the variable capacitance Cs is changed. It is difficult to change the frequency.
本発明の発振回路では、第2の帰還回路によって負性抵抗を高くすることができるため、発振器の容量を大きくとって等価容量Ciを大きくできるため、可変容量Csの変化による発振周波数の可変範囲が大きく取れる。さらに、この等価容量Ciを可変とすることで、可変容量Csを用いることなく発振周波数を変えることができる。可変容量Csは通常バリキャップを用いて構成するが、このバリキャップは容積や特性等の問題から集積化に不適であり、また、発振周波数制御の直線性の点からも周波数制御に不適である。これに対して、本発明の発振回路によれば、第2の帰還回路により等価容量Ciを変えることで、バリキャップ等の可変容量を用いることなく周波数を変えることができる。 In the oscillation circuit of the present invention, since the negative resistance can be increased by the second feedback circuit, the capacitance of the oscillator can be increased and the equivalent capacitance Ci can be increased. Therefore, the variable range of the oscillation frequency due to the change of the variable capacitance Cs. Can be taken greatly. Further, by making the equivalent capacitance Ci variable, the oscillation frequency can be changed without using the variable capacitance Cs. The variable capacitor Cs is usually configured using a varicap, but this varicap is not suitable for integration because of problems such as volume and characteristics, and is also unsuitable for frequency control from the viewpoint of linearity of oscillation frequency control. . On the other hand, according to the oscillation circuit of the present invention, the frequency can be changed without using a variable capacitor such as a varicap by changing the equivalent capacitance Ci by the second feedback circuit.
また、インダクタンスに代えて圧電振動子などの共振器を備えた電圧制御発振回路において、発振周波数の可変範囲を大きくとるためにはCiの影響を小さくする必要がある。通常、Ciの影響を小さくするため、伸張コイルを振動子に直列に挿入しているが、本発明の能動回路(第2の帰還回路)の等価リアクタンスを誘導性とすることで電圧制御発振回路の伸張用コイルの一部又は全部に代えることができるため、伸張用コイルを不要とする構成、あるいは、伸張用コイルを小さくすることができる。これによって、回路を小型とすることができる。 Further, in the voltage controlled oscillation circuit including a resonator such as a piezoelectric vibrator instead of the inductance, it is necessary to reduce the influence of Ci in order to increase the variable range of the oscillation frequency. Usually, in order to reduce the influence of Ci, an extension coil is inserted in series with the vibrator. However, a voltage controlled oscillation circuit can be obtained by making the equivalent reactance of the active circuit (second feedback circuit) of the present invention inductive. Since the extension coil can be replaced with a part or all of the extension coil, the configuration in which the extension coil is not required, or the extension coil can be made smaller. Thereby, the circuit can be reduced in size.
電圧制御発振器のインダクタンスとしては、水晶振動子、セラミック振動子、弾性表面波振動子、端面反射振動子、バルク振動子などの圧電振動子や誘電体共振器を用いることができる。 As the inductance of the voltage controlled oscillator, a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator, a ceramic vibrator, a surface acoustic wave vibrator, an end surface reflecting vibrator, a bulk vibrator, or a dielectric resonator can be used.
また、本発明の発振回路は温度補償発振回路に適用することができる。本発明の温度補償発振回路によれば、発振回路の能動回路の等価容量を、温度に応じて可変とすることにより、周波数温度特性の補償を行う。 The oscillation circuit of the present invention can be applied to a temperature compensation oscillation circuit. According to the temperature compensated oscillation circuit of the present invention, the frequency-temperature characteristic is compensated by making the equivalent capacitance of the active circuit of the oscillation circuit variable according to the temperature.
また、本発明の発振回路の発振段トランジスタは、バイポーラトランジスタ又はMOSトランジスタとすることができる。 Further, the oscillation stage transistor of the oscillation circuit of the present invention can be a bipolar transistor or a MOS transistor.
さらに、本発明の発振を行う発振段としてインバータ発振器を用いることもできる。発振段の発振要素としてインダクタンス又は共振子とすることができる。 Furthermore, an inverter oscillator can be used as an oscillation stage for performing the oscillation of the present invention. The oscillation element of the oscillation stage can be an inductance or a resonator.
本発明の発振回路は、複数の形態で構成することができる。 The oscillation circuit of the present invention can be configured in a plurality of forms.
本発明の発振回路の第1の形態において、コルピッツ発振回路の発振段トランジスタのエミッタ端子からベース端子への電流帰還に用いる帰還容量として、第2の帰還回路の出力端子と発振段トランジスタのベース端子との間に容量要素を接続し、出力端子から容量要素を介してベース端子に電流帰還する。 In the first form of the oscillation circuit of the present invention, the output terminal of the second feedback circuit and the base terminal of the oscillation stage transistor are used as feedback capacitors used for current feedback from the emitter terminal to the base terminal of the oscillation stage transistor of the Colpitts oscillation circuit. A capacitive element is connected between the output terminal and current feedback from the output terminal to the base terminal via the capacitive element.
本発明の発振回路の第2の形態では、前記の帰還容量として、発振段トランジスタのコレクタ・ベース間容量を用い、第2の帰還回路の出力端子を別の容量(十分大きい値の結合容量)を介して発振段トランジスタのコレクタ端子に接続し、コレクタ端子からコレクタ・ベース間容量を介してベース端子に電流帰還する。 In the second form of the oscillation circuit according to the present invention, the collector-base capacitance of the oscillation stage transistor is used as the feedback capacitance, and the output terminal of the second feedback circuit has a different capacitance (a sufficiently large coupling capacitance). Is connected to the collector terminal of the oscillation stage transistor, and current is fed back from the collector terminal to the base terminal via the collector-base capacitance.
第1の形態においては、発振トランジスタのコレクタ端子と電源との間は、直接に接続する構成、あるいは負荷抵抗を接続する構成とすることができる。 In the first embodiment, a configuration in which the collector terminal of the oscillation transistor and the power supply are directly connected or a configuration in which a load resistor is connected can be employed.
負荷抵抗はミラー効果によって負性抵抗を低減するため、コレクタ端子と電源との間を直接に接続して負荷抵抗をなくす構成とすることで、高い負性抵抗を得ることができる。 Since the load resistance reduces the negative resistance due to the mirror effect, a high negative resistance can be obtained by directly connecting the collector terminal and the power source to eliminate the load resistance.
第2の形態においては、発振トランジスタのコレクタ端子と電源との間には、負荷抵抗を接続する構成とする。 In the second embodiment, a load resistor is connected between the collector terminal of the oscillation transistor and the power supply.
また、第1の形態及び第2の形態において、第2の帰還回路は、2段のエミッタ接地増幅器により構成することができる。 In the first and second embodiments, the second feedback circuit can be composed of a two-stage grounded-emitter amplifier.
本発明の発振回路の第3の形態では、第2の帰還回路は共振特性を備える構成とすることができ、これにより狭帯域特性とすることができる。 In the third form of the oscillation circuit of the present invention, the second feedback circuit can be configured to have a resonance characteristic, and thereby have a narrow band characteristic.
また、第2の帰還回路は複数の共振特性を切り換え自在に備えることができ、発振周波数を切り換えて多周波切り換えを行うことができる。 In addition, the second feedback circuit can be provided with a plurality of resonance characteristics so as to be switchable, and can switch multi-frequency by switching the oscillation frequency.
本発明の発振回路の第4の形態では、第2の帰還回路は差動型帰還回路で構成する。これにより、差動出力を得ることができる他、同相雑音を除去することができる。また、エミッタ接地を2段接続した回路と比較して位相雑音を改善することができる。 In the fourth form of the oscillation circuit of the present invention, the second feedback circuit is constituted by a differential feedback circuit. As a result, a differential output can be obtained, and in-phase noise can be removed. Further, phase noise can be improved as compared with a circuit in which two stages of grounded emitters are connected.
本発明の発振回路では、第2の帰還回路のパラメータを切り換えることによって、負性抵抗が生じる周波数帯を切り換えることができる。 In the oscillation circuit of the present invention, the frequency band in which the negative resistance is generated can be switched by switching the parameter of the second feedback circuit.
以上説明したように、本発明によれば、負性抵抗の減少を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in negative resistance.
また、発振周波数付近で負性抵抗を選択的に増大させることができる。 Further, the negative resistance can be selectively increased near the oscillation frequency.
また、発振段の回路容量を大きくとることができ、電圧制御発振器を構成した場合、発振周波数の可変範囲を大きくとることができる。 Further, the circuit capacity of the oscillation stage can be increased, and when the voltage controlled oscillator is configured, the variable range of the oscillation frequency can be increased.
また、高い周波数帯(例えば、100MHz〜数10GHz帯)の発振器を容易に構成することができる。 In addition, an oscillator of a high frequency band (for example, 100 MHz to several tens GHz band) can be easily configured.
また、従来の回路と同程度又は低消費電力で負性抵抗が大幅に大きくなり、発振の起動が容易となる。共振子、回路の変動による発振の停止、発振の不発などに対する余裕を大きくとることができ、信頼度のある発振器を構成することができる。 Further, the negative resistance is greatly increased with the same or low power consumption as that of the conventional circuit, and the oscillation can be easily started. It is possible to provide a large margin for stopping oscillation due to resonator and circuit fluctuations, and to prevent oscillation from occurring, and thus a reliable oscillator can be configured.
また、電流帰還において、発振電流と完全に同相とせずに積極的に位相差を付加することによって、発振回路の等価リアクタンス分の大きさを変えたり、さらに、誘導性の等価リアクタンスとすることもできる。 In addition, in the current feedback, the magnitude of the equivalent reactance of the oscillation circuit can be changed by positively adding a phase difference without being completely in phase with the oscillation current, or inductive equivalent reactance can be obtained. it can.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
はじめに、図1〜図6を用いて本発明の発振回路の基本構成について説明する。なお、以下では、発振回路としてコルピッツ発振回路について説明する。 First, the basic configuration of the oscillation circuit of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, a Colpitts oscillation circuit will be described as the oscillation circuit.
図1は本発明の発振回路の基本的な回路構成を示し、図2は図1の回路において交流信号のみについて着目した回路構成を示し、図3は図2の回路構成を2ポート型に書き換えた回路構成を示し、図4は本発明の発振回路の基本的な回路構成の簡略化した等価回路を示し、図5は本発明の発振回路の基本的な回路構成の2ポート型の簡略化した等価回路を示している。 FIG. 1 shows a basic circuit configuration of the oscillation circuit of the present invention, FIG. 2 shows a circuit configuration focusing on only an AC signal in the circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is a rewrite of the circuit configuration of FIG. 4 shows a simplified equivalent circuit of the basic circuit configuration of the oscillation circuit of the present invention, and FIG. 5 shows a two-port simplification of the basic circuit configuration of the oscillation circuit of the present invention. An equivalent circuit is shown.
図1において、図1(a)は負荷抵抗Rcを接続しない構成例であり、図1(b)は負荷抵抗Rcを接続する構成例を示し、その他の構成は共通している。なお、発振回路において負性抵抗の発生には、負荷抵抗Rcを要さず、回路中の損失分も負荷抵抗Rcを備えていない回路構成の方が少なくなる。そこで、以下では主に図1(a)の構成例について説明する。 1A is a configuration example in which the load resistance Rc is not connected, FIG. 1B shows a configuration example in which the load resistance Rc is connected, and other configurations are common. It should be noted that the generation of the negative resistance in the oscillation circuit does not require the load resistance Rc, and the circuit configuration that does not include the load resistance Rc is less in the circuit. Therefore, the configuration example of FIG. 1A will be mainly described below.
図1(a)において、コルピッツ発振回路は、トランジスタQ1、容量CA,CB及びインダクタンスLにより構成され、トランジスタQ1のベース端子には、容量CA,CBの直列回路とインダクタンスLとを並列接続した回路が接続される。容量CA,CBとインダクタンスLは、トランジスタQ1のコレクタ端子の信号をベース端子に帰還する帰還回路(第1の帰還回路)を構成している。なお、ベース端子には抵抗RAと抵抗RBによって電源電圧VCCを分圧した電圧が印加されている。また、エミッタ端子には、バイアス電流を定めるための抵抗REが接続されている。第1の帰還回路は、発振段増幅器の出力から入力へ帰還して発振を行うための帰還回路を構成している。ここで、トランジスタQ1はコルピッツ発振回路の発振段トランジスタであって、発振回路の電流制御源を構成している。 In FIG. 1A, the Colpitts oscillation circuit includes a transistor Q1, capacitors CA and CB, and an inductance L, and a circuit in which a series circuit of capacitors CA and CB and an inductance L are connected in parallel to the base terminal of the transistor Q1. Is connected. The capacitors CA and CB and the inductance L constitute a feedback circuit (first feedback circuit) that feeds back the signal at the collector terminal of the transistor Q1 to the base terminal. Note that a voltage obtained by dividing the power supply voltage VCC by the resistors RA and RB is applied to the base terminal. In addition, a resistor RE for determining a bias current is connected to the emitter terminal. The first feedback circuit constitutes a feedback circuit for performing oscillation by feedback from the output of the oscillation stage amplifier to the input. Here, the transistor Q1 is an oscillation stage transistor of the Colpitts oscillation circuit, and constitutes a current control source of the oscillation circuit.
本発明の発振回路は、上記したコルピッツ発振回路に第2の帰還回路H2を備える。この第2の帰還回路H2は、トランジスタQ1のエミッタ端子の電圧に比例した電流をトランジスタQ1のベース端子に電流帰還させ、これによって、発振回路の負性抵抗を所定の周波数で増加させるとともに、等価リアクタンス成分を調整する。 The oscillation circuit of the present invention includes the second feedback circuit H2 in the Colpitts oscillation circuit described above. The second feedback circuit H2 feeds back a current proportional to the voltage at the emitter terminal of the transistor Q1 to the base terminal of the transistor Q1, thereby increasing the negative resistance of the oscillation circuit at a predetermined frequency and equivalently. Adjust reactance components.
ここで、第2の帰還回路H2からベース端子への電流帰還は、帰還容量CFを介して行う。なお、この帰還容量CFは、第2の帰還回路H2が備える容量素子として、この容量素子の一端をトランジスタQ1のベース端子に接続する構成とする他、トランジスタQ1が備えるコレクタ・ベース間容量によって代用し、第2の帰還回路H2の出力端子から先の帰還容量とは異なる容量(十分大きい結合容量)を介してトランジスタQ1のコレクタ端子に接続する構成とすることもできる。トランジスタQ1のコレクタ端子に接続された電流は、コレクタ・ベース間容量を介してトランジスタQ1のベース端子に帰還される。 Here, current feedback from the second feedback circuit H2 to the base terminal is performed via the feedback capacitor CF. The feedback capacitor CF is replaced by a collector-base capacitor provided in the transistor Q1 in addition to a configuration in which one end of the capacitor is connected to the base terminal of the transistor Q1 as a capacitor provided in the second feedback circuit H2. Alternatively, the output terminal of the second feedback circuit H2 may be connected to the collector terminal of the transistor Q1 via a capacitor (a sufficiently large coupling capacitor) different from the previous feedback capacitor. The current connected to the collector terminal of the transistor Q1 is fed back to the base terminal of the transistor Q1 via the collector-base capacitance.
この構成により、トランジスタQ1には、インダクタンスLからの電流Ixが入力すると共に、第2の帰還回路H2から同相の電流が帰還し、トランジスタQ1に入る電流が増加し、これによって負性抵抗が増加する。 With this configuration, the current Ix from the inductance L is input to the transistor Q1, and in-phase current is fed back from the second feedback circuit H2, and the current entering the transistor Q1 increases, thereby increasing the negative resistance. To do.
前記したように、図1(a)に示す回路は、トランジスタQ1のコレクタ端子を電源に直接接続する構成であるのに対して、図1(b)に示す回路はトランジスタQ1のコレクタ端子と電源との間に負荷抵抗Rcを接続した構成である。したがって、図1(a)の回路構成は、図1(b)の回路構成において負荷抵抗を0としたものと同じとすることができる。 As described above, the circuit shown in FIG. 1A has a configuration in which the collector terminal of the transistor Q1 is directly connected to the power supply, whereas the circuit shown in FIG. The load resistance Rc is connected between the two. Therefore, the circuit configuration of FIG. 1A can be the same as that of FIG. 1B in which the load resistance is zero.
図2は図1の回路において交流信号のみについて着目した回路構成を示し、図3は図2の回路構成を2ポート型に書き換えた回路構成を示している。発振回路は、2ポート型と1ポート型に分類される。1ポート型は、1端子対回路(2端子回路)であって、共振器の振動を利用して、共振器の損失分を能動回路の負性抵抗で補うことで振動を持続させる発振方式であり、2ポート型は、2端子対回路(4端子回路)であって、出力から入力に帰還をかけて発振を起こす発振方式である。1ポート型の発振器は2ポート回路に書き換えることで、帰還の解析を適用することができる。 2 shows a circuit configuration in which attention is paid only to an AC signal in the circuit of FIG. 1, and FIG. 3 shows a circuit configuration in which the circuit configuration of FIG. 2 is rewritten to a 2-port type. The oscillation circuit is classified into a 2-port type and a 1-port type. The 1-port type is a one-terminal pair circuit (two-terminal circuit) that uses the vibration of the resonator to compensate for the loss of the resonator with the negative resistance of the active circuit to maintain the vibration. Yes, the 2-port type is a two-terminal pair circuit (four-terminal circuit), and is an oscillation method in which oscillation is generated by feedback from output to input. The 1-port type oscillator can be rewritten into a 2-port circuit to apply feedback analysis.
図2は本発明の発振回路について交流信号のみについて1ポート型で示している。この図2の回路を2ポート型に書き換えると、本発明の発振回路は図3に示す2ポート型の回路構成で表すことができる。 FIG. 2 shows a single-port type only for an AC signal in the oscillation circuit of the present invention. When the circuit of FIG. 2 is rewritten to a 2-port type, the oscillation circuit of the present invention can be represented by the 2-port type circuit configuration shown in FIG.
図3において、第1の帰還回路H1はインダクタンスLと容量CA,CBのLC回路で表され、第2の帰還回路H2は帰還容量CFを介して発振段Aに帰還されている。 In FIG. 3, the first feedback circuit H1 is represented by an LC circuit having an inductance L and capacitors CA and CB, and the second feedback circuit H2 is fed back to the oscillation stage A through the feedback capacitor CF.
また、図4,5は等価回路であり、図4は図2の1ポート型の等価回路であり、図5は図3の2ポート型に書き換えたときの等価回路である。 4 and 5 are equivalent circuits, FIG. 4 is the one-port equivalent circuit of FIG. 2, and FIG. 5 is an equivalent circuit when rewritten to the two-port type of FIG.
図4,5の等価回路において、トランジスタは電流制御源で表され、入力した端子電圧VAを相互コンダクタンスgm倍して電流VAgmを出力する。また、第2の帰還回路H2は、電流制御源と第1の帰還回路H1による発振段の端子電圧VBに基づいて電流を出力し、帰還容量CFを介して電流制御源Aに入力端に帰還する。 4 and 5, the transistor is represented by a current control source, and multiplies the input terminal voltage VA by a mutual conductance gm to output a current VAgm. The second feedback circuit H2 outputs a current based on the terminal voltage VB of the oscillation stage by the current control source and the first feedback circuit H1, and feeds back to the input terminal of the current control source A via the feedback capacitor CF. To do.
図6は、本発明の第2の帰還回路H2の効果を説明するためのベクトル図である。 FIG. 6 is a vector diagram for explaining the effect of the second feedback circuit H2 of the present invention.
図6において、コルピッツ発振回路の容量CAの端子電圧は、振動子電流Ixに対して90度遅れる。また、トランジスタのコレクタ電流は容量CAの端子電圧VAと同位相でgm倍となる。 In FIG. 6, the terminal voltage of the capacitor CA of the Colpitts oscillation circuit is delayed by 90 degrees with respect to the transducer current Ix. The collector current of the transistor is gm times in phase with the terminal voltage VA of the capacitor CA.
トランジスタのコレクタ電流gm・VAが容量CBに流れて生じる電圧はgm・VAにCBのインピーダンスをかけたものであるから、コレクタ電流よりさらに90度位相が遅れる。従って、振動子電流Ixからちょうど180度位相が遅れることになる。即ち、容量CBには負の電圧が発生し、負性抵抗−Rとなる。 Since the voltage generated by the collector current gm · VA of the transistor flowing through the capacitor CB is obtained by multiplying the impedance of CB by gm · VA, the phase is further delayed by 90 degrees from the collector current. Therefore, the phase is exactly 180 degrees behind the transducer current Ix. That is, a negative voltage is generated in the capacitor CB and becomes a negative resistance -R.
図6(a)は、本発明による電流帰還を行わずにインダクタンスに流れる電流Ixのみがコルピッツ発振回路に流れる場合の負性抵抗について示している。これに対して、図6(b)は、本発明による電流帰還を行ってインダクタンスに流れる電流Ixに加えて帰還電流IFがコルピッツ発振回路に流れる場合の負性抵抗について示している。 FIG. 6A shows the negative resistance when only the current Ix flowing through the inductance flows through the Colpitts oscillation circuit without performing current feedback according to the present invention. On the other hand, FIG. 6B shows a negative resistance when the feedback current IF flows through the Colpitts oscillation circuit in addition to the current Ix flowing through the inductance by performing current feedback according to the present invention.
第2の帰還回路によって、コルピッツ発振回路に振動子電流Ixと同相の帰還電流IFが帰還されると、トランジスタに流れる電流Ibは(Ix+IF)となって増加する。この電流Ibの増加により、前記したと同様に、容量CBには負の電圧が発生し、その負性抵抗は−R´(=gmVA´/jωCB)となる。この負性抵抗−R´はコレクタ電流gmVA´のVA´が電流Ibの増加によって増大するため、電流を帰還することで増加する。
帰還容量CFの役割は、第1の形態においては、第2の帰還回路から発振段増幅回路に帰還する電流の大きさと位相を調整する役割と、第2の帰還回路と発信段増幅回路を直流的に分離し交流電流のみを帰還する役割を兼ね備える。第2の形態においては、帰還容量CFの役割は、第2の帰還回路から発振段増幅回路に帰還する電流の大きさと位相を調整する役割を果たす。
When the feedback current IF having the same phase as the vibrator current Ix is fed back to the Colpitts oscillation circuit by the second feedback circuit, the current Ib flowing through the transistor increases as (Ix + IF). Due to the increase in the current Ib, a negative voltage is generated in the capacitor CB, as described above, and its negative resistance is -R '(= gmVA' / jωCB). The negative resistance -R 'increases by feeding back the current because VA' of the collector current gmVA 'increases as the current Ib increases.
In the first embodiment, the feedback capacitor CF plays a role of adjusting the magnitude and phase of the current fed back from the second feedback circuit to the oscillation stage amplifier circuit, and connecting the second feedback circuit and the transmission stage amplifier circuit to a direct current. It also has the role of separating and returning only the alternating current. In the second embodiment, the feedback capacitor CF plays a role of adjusting the magnitude and phase of the current fed back from the second feedback circuit to the oscillation stage amplifier circuit.
図6について以下に詳細に説明する。なお、ここでは図4に示した簡略化等価回路を用いて説明する。また、第2の帰還回路の出力インピーダンスR0が無限大で、帰還容量が十分大きい理想的な場合について説明する。 FIG. 6 will be described in detail below. Here, description will be made using the simplified equivalent circuit shown in FIG. An ideal case where the output impedance R0 of the second feedback circuit is infinite and the feedback capacitance is sufficiently large will be described.
コイル(インダクター)から発振回路の能動回路に流れ込む電流をIxとする。 The current flowing from the coil (inductor) into the active circuit of the oscillation circuit is Ix.
まず、第2の帰還回路H2が無く、通常のコルピッツ発振回路の場合について説明する。容量CAの端子には、大きさがIxの(1/ωCA)倍で、Ixより90度位相が遅れた電圧VAが発生する。トランジスタの相互コンダクタンスをgmとすると、トランジスタの制御電流源には、VAのgm倍の電流が流れる。gmは実数なので、相互コンダクタンスにより生じる電流はVAと同位相となる。従って、Ixより90度遅れた電流となる。またその大きさは、VAの大きさが(Ix/ωCA)となるので、gm(Ix/ωCA)となる。この電流が容量CBに流れると、その端子に大きさがgm(Ix/ωCA)(1/ωCB)で、位相が相互コンダクタンスの電流よりさらに90度遅れた電圧が発生する。 First, the case of a normal Colpitts oscillation circuit without the second feedback circuit H2 will be described. At the terminal of the capacitor CA, a voltage VA having a magnitude of (1 / ωCA) times Ix and a phase delayed by 90 degrees from Ix is generated. When the transconductance of the transistor is gm, a current of gm times VA flows through the control current source of the transistor. Since gm is a real number, the current generated by the mutual conductance is in phase with VA. Therefore, the current is delayed by 90 degrees from Ix. Further, the magnitude thereof is gm (Ix / ωCA) since the magnitude of VA is (Ix / ωCA). When this current flows through the capacitor CB, a voltage having a magnitude of gm (Ix / ωCA) (1 / ωCB) and a phase delayed by 90 degrees from the mutual conductance current is generated at the terminal.
相互コンダクタンスの電流は、コイルから流れ込む電流Ixより90度遅れていたので、相互コンダクタンスに流れる電流によって容量CBに発生する電圧は、Ixより180度位相が遅れていることになる。 Since the mutual conductance current is 90 degrees behind the current Ix flowing from the coil, the voltage generated in the capacitor CB by the current flowing through the mutual conductance is 180 degrees behind the phase of Ix.
すなわち、Ixと丁度逆相の電圧が発生していることになり、Ixに対しては、負の電圧を発生していることになるため、抵抗としてみれば負性抵抗となる。 That is, a voltage just opposite in phase to Ix is generated, and a negative voltage is generated with respect to Ix. Therefore, when viewed as a resistance, it becomes a negative resistance.
一方、容量には、相互コンダクタンスによる電流だけでなく、本来トランジスタのベースから流れ込んだ電流Ixも流れる。この電流により容量CBの端子に発生する電圧は、容量CAの場合と同様、Ixより位相が90度遅れていて、大きさは(1/ωCB)となる。 On the other hand, not only current due to mutual conductance but also current Ix originally flowing from the base of the transistor flows in the capacitor. As in the case of the capacitor CA, the voltage generated at the terminal of the capacitor CB by this current is 90 degrees behind the phase Ix and has a magnitude of (1 / ωCB).
コイルから流れ込む電流Ixにより容量CA,CBに生じる電圧は足し合わされて、Ixより位相が90度遅れ、大きさが(Ix/ωCA)+(Ix/ωCB)の電圧となる。 The voltage generated in the capacitors CA and CB by the current Ix flowing from the coil is added, and the phase is delayed by 90 degrees from Ix, and the voltage is (Ix / ωCA) + (Ix / ωCB).
コイルの端子から見た能動回路側の電圧Vxは、この容量CA、CBによる電圧と、負性抵抗による電圧のベクトル合成となる。従って、VxはIxに対して位相が遅れ、その遅れは、0度から−180度の範囲となる。 The voltage Vx on the active circuit side as viewed from the coil terminal is a vector composition of the voltage due to the capacitors CA and CB and the voltage due to the negative resistance. Therefore, the phase of Vx is delayed with respect to Ix, and the delay is in the range of 0 degrees to -180 degrees.
すなわち、コイルの端子から見た能動回路は容量性となり、負性抵抗とCA、CBの直列容量の直列回路として表すことができる。 That is, the active circuit viewed from the coil terminal is capacitive, and can be represented as a series circuit of a negative resistance and a series capacitance of CA and CB.
負性抵抗が十分大きい場合、VxのIxに対する位相は、−180度に近い値となる。また、容量CBの端子電圧は、トランジスタの制御電流によって生じる電圧とIxによる電圧のベクトル合成となる。したがって、容量CBの端子電圧VBとVxとはCAの容量性電圧分だけ異なることになる。 When the negative resistance is sufficiently large, the phase of Vx with respect to Ix is close to −180 degrees. The terminal voltage of the capacitor CB is a vector composition of the voltage generated by the control current of the transistor and the voltage by Ix. Therefore, the terminal voltages VB and Vx of the capacitor CB differ by the capacitive voltage of CA.
ここで、帰還回路H2は、容量CBの端子電圧を検出、増幅・位相推移させてトランジスタのベース端子にIxと同じ向きに加える働きを有する。 Here, the feedback circuit H2 has a function of detecting, amplifying and phase-shifting the terminal voltage of the capacitor CB and applying it to the base terminal of the transistor in the same direction as Ix.
いま、H2の位相推移がV2のIxに対する位相遅れをキャンセルする場合を考える。この時、帰還電流IFは、もともと、トランジスタのベース端子に加えられる電流Ixと同位相になるので、トランジスタのベースに流れ込む電流は単純にこれらの和となり、Ix+IFとなる。 Consider the case where the phase transition of H2 cancels the phase lag of V2 with respect to Ix. At this time, since the feedback current IF is originally in phase with the current Ix applied to the base terminal of the transistor, the current flowing into the base of the transistor is simply the sum of these and becomes Ix + IF.
IF の大きさは、Ixに負性抵抗の大きさ(gm/(ω2CA・CB))及びH2の増幅度A2をかけた値となり、1より大きな値となる。従って、Ibは、Ixと同じ位相で大きさが大きくなる。 The magnitude of IF is a value obtained by multiplying Ix by the magnitude of negative resistance (gm / (ω 2 CA · CB)) and the degree of amplification A2 of H2, and is a value greater than 1. Therefore, Ib increases in magnitude at the same phase as Ix.
負性抵抗の発生メカニズムは上記の説明とまったく同様なので、Ixが大きくなったと考えればよく、従って、負性抵抗は増大する。 Since the generation mechanism of the negative resistance is exactly the same as described above, it can be considered that Ix has increased, and therefore the negative resistance increases.
言い換えれば、帰還回路H2を付加したことにより、コイルから流れ込む電流Ixが第2の帰還回路H2により増大・加算されて、トランジスタのベースに流れ込み、負性抵抗が増大される。 In other words, by adding the feedback circuit H2, the current Ix flowing from the coil is increased and added by the second feedback circuit H2, and flows into the base of the transistor, thereby increasing the negative resistance.
このように、第2の帰還回路H2の位相推移がV2のIxに対する位相遅れをキャンセルする場合には、負性抵抗の増大だけが実現される。 Thus, when the phase transition of the second feedback circuit H2 cancels the phase lag of V2 with respect to Ix, only an increase in negative resistance is realized.
次に、第2の帰還回路H2の位相推移が0か正、すなわち位相推移が無いか位相が進んでいる場合を考える。 Next, consider a case where the phase transition of the second feedback circuit H2 is 0 or positive, that is, there is no phase transition or the phase is advanced.
この時、第2の帰還回路H2によって帰還される帰還電流IFは、コイルより流れ込む電流Ixより位相が進んだ電流となるため、トランジスタのベースに流れ込む電流Ibは、IxとIFのベクトル合成となり、位相角は小さくなるものの、Ixより位相の進んだ電流となる。Ibの大きさは、Ixより大きくなる。 At this time, since the feedback current IF fed back by the second feedback circuit H2 is a current whose phase is advanced from the current Ix flowing from the coil, the current Ib flowing to the base of the transistor is a vector composition of Ix and IF, Although the phase angle is small, the current is advanced in phase from Ix. The magnitude of Ib is larger than Ix.
この場合も、負性抵抗の発生メカニズムはまったく同様なので、第2の帰還回路H2の無い場合のベクトル図において、Ixを大きくして位相を進める。即ち、ベクトル図上において、第2の帰還回路H2の無い場合のIxより上側に傾けたと考えればよい。 Also in this case, since the negative resistance generation mechanism is exactly the same, the phase is advanced by increasing Ix in the vector diagram without the second feedback circuit H2. That is, on the vector diagram, it may be considered that the inclination is higher than Ix when there is no second feedback circuit H2.
したがって、ベクトル図は大きさが大きくなるだけでなく、反時計方向に回転した形となるため、最終的に能動回路の端子電圧Vxも、第2の帰還回路H2の無い場合より、大きくなり、反時計方向に回転したものとなるため、負性抵抗だけでなく等価リアクタンス分も大きくなって等価容量値も大きくなる。 Therefore, the vector diagram not only increases in size but also rotates counterclockwise, so that the terminal voltage Vx of the active circuit finally becomes larger than that without the second feedback circuit H2, Since the rotation is counterclockwise, not only the negative resistance but also the equivalent reactance is increased and the equivalent capacitance value is also increased.
一方、第2の帰還回路H2の位相推移が負、すなわち位相遅れがある場合を考える。この時、第2の帰還回路H2によって帰還される電流IFは、コイルより流れ込む電流Ixより位相が遅れた電流となるため、トランジスタのベースに流れ込む電流Ibは、IxとIFのベクトル合成となり、Ixより位相が遅れた電流となる。Ibの大きさは、Ixより大きくなる。 On the other hand, let us consider a case where the phase transition of the second feedback circuit H2 is negative, that is, there is a phase delay. At this time, since the current IF fed back by the second feedback circuit H2 is a current delayed in phase from the current Ix flowing from the coil, the current Ib flowing to the base of the transistor is a vector composition of Ix and IF, and Ix The current is more delayed in phase. The magnitude of Ib is larger than Ix.
この場合も、負性抵抗の発生メカニズムはまったく同様なので、第2の帰還回路H2の無い場合のベクトル図において、Ixを大きくして位相を遅らせる。即ち、ベクトル図上において、第2の帰還回路H2の無い場合のIxより下側に傾けたと考えればよい。 Also in this case, since the negative resistance generation mechanism is exactly the same, in the vector diagram without the second feedback circuit H2, Ix is increased to delay the phase. That is, on the vector diagram, it may be considered that the inclination is lower than Ix when there is no second feedback circuit H2.
したがって、ベクトル図は大きさが大きくなるだけでなく、時計方向に回転した形となるため、最終的に能動回路の端子電圧Vxは、第2の帰還回路H2の無い場合より、大きくなり、時計方向に回転したものとなるため、Ixの線より上側となり、負性抵抗が大きくなるだけでなく、等価リアクタンス分は、誘導性となる。 Therefore, the vector diagram not only increases in size but also rotates in the clockwise direction, so that the terminal voltage Vx of the active circuit finally becomes larger than that without the second feedback circuit H2, and the clock Since it is rotated in the direction, it is above the line Ix and not only the negative resistance increases, but the equivalent reactance is inductive.
前記非特許文献3に示したエミッタ・ホロワを用いた帰還の場合には、エミッタ端子から発振段トランジスタのコレクタ端子に電圧を帰還することによって、ベース・コレクタ間容量Cbcの両端にかかる電圧を合わせることで、ベース・コレクタ間容量Cbcに流れる電流を抑制して、ベース・コレクタ間容量Cbcによる影響を低減している。
In the case of feedback using the emitter-follower shown in
これに対して、本発明の第2の帰還回路は、図6のベクトル図で説明したように、発振段トランジスタのベース端子に対して電流帰還を行うことによって、トランジスタQ1に入る電流を増加させて負性抵抗を増大させ、また、帰還電流に適切に位相推移を与えることによって、発振回路の等価リアクタンス分を変化させることができる。 On the other hand, the second feedback circuit of the present invention increases the current entering the transistor Q1 by performing current feedback to the base terminal of the oscillation stage transistor, as described in the vector diagram of FIG. Thus, by increasing the negative resistance and appropriately giving a phase shift to the feedback current, the equivalent reactance of the oscillation circuit can be changed.
なお、第2の帰還回路の出力インピーダンスR0が有限の値である場合には、発振段トランジスタへの電流帰還の効果を高めるように帰還容量を設定する必要がある。 When the output impedance R0 of the second feedback circuit is a finite value, it is necessary to set the feedback capacitance so as to enhance the effect of current feedback to the oscillation stage transistor.
具体的には、発振段トランジスタのベース・コレクタ容量(主にCbc)とR0の帰還回路のインピーダンスとのインピーダンス関係に基づいて帰還容量を定める。 Specifically, the feedback capacitance is determined based on the impedance relationship between the base-collector capacitance (mainly Cbc) of the oscillation stage transistor and the impedance of the feedback circuit of R0.
本発明の発振回路は、第2の帰還回路により負性抵抗を周波数軸上で選択的に増大させ、また、等価リアクタンスを改善する作用効果を奏する。そこで、以下、負性抵抗の周波数特性について図7〜図10を用いて説明し、等価リアクタンスについて図11を用いて説明する。 The oscillation circuit of the present invention has the effect of selectively increasing the negative resistance on the frequency axis by the second feedback circuit and improving the equivalent reactance. Therefore, hereinafter, the frequency characteristic of the negative resistance will be described with reference to FIGS. 7 to 10, and the equivalent reactance will be described with reference to FIG.
はじめに、コルピッツ発振回路の負性抵抗の周波数特性について図7を用いて説明する。 First, the frequency characteristic of the negative resistance of the Colpitts oscillation circuit will be described with reference to FIG.
図7は通常のコルピッツ発振回路において、容量CAを変化させたときの負性抵抗の周波数特性を示している。図7において、容量CA,CBを小さくしていくと、コルピッツ発振回路の負性抵抗はピーク周波数は高周波側に移動するが、ピーク値は次第に低下する。また、1GHz付近では容量値も著しく低下する。 FIG. 7 shows the frequency characteristic of the negative resistance when the capacitance CA is changed in a normal Colpitts oscillation circuit. In FIG. 7, when the capacitors CA and CB are reduced, the negative resistance of the Colpitts oscillation circuit moves to the high frequency side at the peak frequency, but the peak value gradually decreases. In addition, the capacitance value is significantly reduced in the vicinity of 1 GHz.
これに対して、本発明の発振回路によれば、負性抵抗を増加させることができる。ここで、図8に示すベース帰還型の回路構成を用いて、通常のコルピッツ発振回路との周波数特性の比較を行う。 On the other hand, according to the oscillation circuit of the present invention, the negative resistance can be increased. Here, the frequency characteristics of the normal Colpitts oscillation circuit are compared using the base feedback type circuit configuration shown in FIG.
図8は前記した図1(a)と同様の発振回路の構成例であり、負荷抵抗Rcが0の場合を示している。図9は、この発振回路の構成において、負性抵抗のピーク周波数が300MHzとなるように設計したシミュレーション結果を示している。図9のシミュレーション結果によれば、本発明の発振回路による負性抵抗の周波数特性(図中でproposedで示す)は、通常のコルピッツ発振回路による負性抵抗の周波数特性(図中でcolpittsで示す)と比較して、予定する300MHzにおける負性抵抗が大幅に増大することが確認される。 FIG. 8 shows a configuration example of an oscillation circuit similar to that shown in FIG. 1A, and shows a case where the load resistance Rc is zero. FIG. 9 shows a simulation result designed so that the peak frequency of the negative resistance is 300 MHz in the configuration of the oscillation circuit. According to the simulation result of FIG. 9, the frequency characteristic of negative resistance by the oscillation circuit of the present invention (indicated by “proposed” in the figure) is the frequency characteristic of negative resistance by the normal Colpitts oscillation circuit (indicated by “colpitts” in the figure). ), It is confirmed that the negative resistance at the planned 300 MHz is greatly increased.
本発明の発振回路において、負性抵抗と第2の帰還回路の相互コンダクタンスgm(図ではgm2で示す)との関係について図10を用いて説明する。なお、図10では、回路構成は前記した図8と同様にベース帰還型の回路構成を用い、負荷抵抗Rcを0として場合について説明する。図10は、第2の帰還回路H2の相互コンダクタンスgm(利得)を変化したときの、負性抵抗の周波数特性を示している。図10のシミュレーション結果によれば、相互コンダクタンスgmの増大に伴って負性抵抗が増大し、gmの特定の値で最大となることが確認される。 In the oscillation circuit of the present invention, the relationship between the negative resistance and the mutual conductance gm (indicated by gm2 in the figure) of the second feedback circuit will be described with reference to FIG. In FIG. 10, the case where the circuit configuration is the base feedback type circuit configuration as in FIG. 8 and the load resistance Rc is 0 will be described. FIG. 10 shows the frequency characteristic of the negative resistance when the mutual conductance gm (gain) of the second feedback circuit H2 is changed. According to the simulation result of FIG. 10, it is confirmed that the negative resistance increases as the mutual conductance gm increases, and becomes maximum at a specific value of gm.
また、本発明の発振回路において、等価リアクタンスと第2の帰還回路の相互コンダクタンスgm(図ではgm2で示す)との関係について図11を用いて説明する。なお、図11のシミュレーションに用いる回路構成は前記した図8に示したベース帰還型の回路構成と同様であり、負荷抵抗Rcを0とした場合である。図11は、第2の帰還回路H2の相互コンダクタンスgm(利得)を変化したときの、等価リアクタンスの周波数特性を示している。図11のシミュレーション結果によれば、相互インダクタンスgmによって等価リアクタンスが変化し、発振回路の等価リアクタンス成分を容量性(gm2=20m)から誘導性(gm2=60m)に変化できることが確認される。 In the oscillation circuit of the present invention, the relationship between the equivalent reactance and the mutual conductance gm (indicated by gm2 in the figure) of the second feedback circuit will be described with reference to FIG. The circuit configuration used for the simulation of FIG. 11 is the same as the base feedback type circuit configuration shown in FIG. 8, and the load resistance Rc is zero. FIG. 11 shows the frequency characteristic of the equivalent reactance when the mutual conductance gm (gain) of the second feedback circuit H2 is changed. According to the simulation result of FIG. 11, it is confirmed that the equivalent reactance is changed by the mutual inductance gm, and the equivalent reactance component of the oscillation circuit can be changed from capacitive (gm2 = 20 m) to inductive (gm2 = 60 m).
上記例では、負荷抵抗Rcを0とする構成例について説明したが、本発明の発振回路は、図1(b)に示すように負荷抵抗Rcを接続する構成例としてもよい。この負荷抵抗Rcによる影響について図12を用いて説明する。なお、図12のシミュレーションに用いる回路構成は前記した図8に示したベース帰還型の回路構成と同様であり、負荷抵抗Rc(図中ではRc1としている)を0,50,100Ωとした場合である。 In the above example, the configuration example in which the load resistance Rc is set to 0 has been described. However, the oscillation circuit of the present invention may be configured to connect the load resistance Rc as shown in FIG. The influence of this load resistance Rc will be described with reference to FIG. The circuit configuration used in the simulation of FIG. 12 is the same as that of the base feedback type circuit configuration shown in FIG. 8, and the load resistance Rc (indicated by Rc1 in the figure) is 0, 50, 100Ω. is there.
図12のシミュレーション結果によれば、負荷抵抗Rcが小さいほど負性抵抗は大きくなる。この負性抵抗の低下は、ミラー効果によるものと推定される。 According to the simulation result of FIG. 12, the negative resistance increases as the load resistance Rc decreases. This reduction in negative resistance is presumed to be due to the mirror effect.
発振回路では、負荷抵抗Rcは負性抵抗の生成には不要であるため、大きな負性抵抗を得るにはRc=0が望ましい。 In the oscillation circuit, the load resistance Rc is not necessary for the generation of the negative resistance, so that Rc = 0 is desirable to obtain a large negative resistance.
なお、第2帰還回路の相互コンダクタンスgmはバイアス条件で決めることができ、トランジスタのバイアス抵抗によって制御することができる。また、第2の帰還回路の振幅及び位相特性は、第2の帰還回路中の容量等のパラメータによっても制御することができる。 Note that the mutual conductance gm of the second feedback circuit can be determined by the bias condition and can be controlled by the bias resistance of the transistor. The amplitude and phase characteristics of the second feedback circuit can also be controlled by parameters such as capacitance in the second feedback circuit.
本発明の発振回路は複数の形態で構成することができる。以下、発振段トランジスタのエミッタ端子からベース端子への電流帰還に用いる帰還容量の形態を異にする第1の形態と第2の形態、第2の帰還回路に共振特性を備える第3の形態、及び第2の帰還回路を差動型帰還回路で構成する第4の形態について説明する。 The oscillation circuit of the present invention can be configured in a plurality of forms. Hereinafter, a first embodiment and a second embodiment in which the form of the feedback capacitor used for current feedback from the emitter terminal to the base terminal of the oscillation stage transistor is different, and a third form in which the second feedback circuit has resonance characteristics, A fourth embodiment in which the second feedback circuit is constituted by a differential feedback circuit will be described.
はじめに、図13,図14を用いて第1の形態について説明する。第1の形態は、コルピッツ発振回路の発振段トランジスタのエミッタ端子の電圧を第2の帰還回路で増幅位相推移させて、第2帰還回路の出力端子から帰還容量を介してベース端子に電流帰還する形態であって、直接ベース帰還型の形態である。 First, a 1st form is demonstrated using FIG. 13, FIG. In the first embodiment, the voltage of the emitter terminal of the oscillation stage transistor of the Colpitts oscillation circuit is amplified and phase-shifted by the second feedback circuit, and current is fed back from the output terminal of the second feedback circuit to the base terminal via the feedback capacitor. This is a direct base feedback type.
図13は第1の形態の回路構成例を示し、図14は第1の形態の回路構成例による負性抵抗の周波数特性を示している。なお、負荷抵抗Rcは0としている。 FIG. 13 shows a circuit configuration example of the first form, and FIG. 14 shows frequency characteristics of the negative resistance according to the circuit configuration example of the first form. The load resistance Rc is 0.
図13に示す回路構成例では、第2の帰還回路を2段のエミッタ接地増幅器により構成している。1段目のエミッタ接地増幅器の入力端はトランジスタQ1のエミッタ端子に接続され、2段目のエミッタ接地増幅器の出力端は帰還容量CF(十分小さい容量)を介してトランジスタQ1のベース端子に接続され、2段のエミッタ接地増幅器の出力電流が発振段のトランジスタQ1のベース端子に帰還される。 In the circuit configuration example shown in FIG. 13, the second feedback circuit is configured by a two-stage grounded-emitter amplifier. The input terminal of the first-stage grounded-emitter amplifier is connected to the emitter terminal of the transistor Q1, and the output terminal of the second-stage grounded-emitter amplifier is connected to the base terminal of the transistor Q1 via a feedback capacitor CF (a sufficiently small capacity). The output current of the two-stage grounded-emitter amplifier is fed back to the base terminal of the oscillation stage transistor Q1.
帰還容量CFは、CAとCBとの直列接続容量の1/10〜1/5程度の小さな値でよい。例えば、CA,CBが2〜3pFの場合には、帰還容量CFは0.2pF〜1pF程度であることが望ましい。 The feedback capacitance CF may be a small value of about 1/10 to 1/5 of the series connection capacitance of CA and CB. For example, when CA and CB are 2 to 3 pF, the feedback capacitance CF is preferably about 0.2 pF to 1 pF.
負性抵抗の周波数特性は、この第2の帰還回路のパラメータを変更することで変えることができる。例えば、第2の帰還回路を2段のエミッタ接地増幅器により構成した場合には、エミッタ接地増幅器を構成するコレクタ端子に接続される抵抗RD2,RD3、エミッタ端子に接続される抵抗RE2,RE3や容量CE2,CE3等の回路定数を変更することによって負性抵抗の周波数特性を変更することができる。 The frequency characteristic of the negative resistance can be changed by changing the parameter of the second feedback circuit. For example, when the second feedback circuit is constituted by a two-stage grounded-emitter amplifier, resistors RD2 and RD3 connected to the collector terminal constituting the grounded-emitter amplifier, resistors RE2 and RE3 connected to the emitter terminal, and capacitors The frequency characteristics of the negative resistance can be changed by changing circuit constants such as CE2 and CE3.
このパラメータの変更において、これら抵抗を並列接続した複数の抵抗をスイッチ手段を介して接続・切断自在に構成しておき、スイッチ手段の切り換えによって接続する抵抗値を選択することで、負性抵抗の周波数特性(負性抵抗のピークとなる周波数と大きさ)を選択することができる。 In changing this parameter, a plurality of resistors in which these resistors are connected in parallel can be connected and disconnected via the switch means, and the resistance value of the negative resistance is selected by selecting the resistance value to be connected by switching the switch means. Frequency characteristics (frequency and magnitude at which negative resistance peaks) can be selected.
例えば、無線LANにおいて使用される900MHzと1.2GHzの発振周波数を一つの発振回路で切り換えて出力することができる。 For example, the oscillation frequency of 900 MHz and 1.2 GHz used in the wireless LAN can be switched and output by one oscillation circuit.
図14に示す周波数特性は、300MHz,600MHz,900MHz,1.2GHzで設計した場合のシミュレーション結果である。 The frequency characteristics shown in FIG. 14 are simulation results when designed at 300 MHz, 600 MHz, 900 MHz, and 1.2 GHz.
回路定数の設定により、2.0GHzまで十分な負性抵抗を得る構成を設計することができる。 By setting circuit constants, it is possible to design a configuration that obtains sufficient negative resistance up to 2.0 GHz.
次に、図15,図16を用いて第2の形態について説明する。第2の形態は、帰還容量として、発振段トランジスタのコレクタ・ベース間容量を帰還容量CF´として用い、第2の帰還回路の出力端子を上記帰還容量CF´とは異なる容量(十分大きい結合容量)C31を介して発振段トランジスタのコレクタ端子に接続し、コレクタ端子からコレクタ・ベース間容量を介してベース端子に電流帰還する形態であり、コレクタ経由のベース帰還型の形態である。 Next, a 2nd form is demonstrated using FIG. 15, FIG. In the second embodiment, the collector-base capacitor of the oscillation stage transistor is used as the feedback capacitor CF ′ as the feedback capacitor, and the output terminal of the second feedback circuit is a capacitor different from the feedback capacitor CF ′ (a sufficiently large coupling capacitor). This is a mode in which the current is fed back from the collector terminal to the base terminal via the collector-base capacitance through the collector terminal of the oscillation stage transistor via C31.
図15は第2の形態の回路構成例を示し、図16は第2の形態の回路構成例による負性抵抗の周波数特性を示している。 FIG. 15 shows a circuit configuration example of the second form, and FIG. 16 shows frequency characteristics of the negative resistance according to the circuit configuration example of the second form.
図15の回路構成例は前記した図13の回路構成例とほぼ同様であり、第2の帰還回路を2段のエミッタ接地増幅器により構成している。図13に示す第1の形態の回路構成との相違は、2段目のエミッタ接地増幅器の出力電流を容量C31を介して発振段トランジスタであるトランジスタQ1のコレクタ端子に帰還し、このコレクタ端子には負荷抵抗Rcとして抵抗RD1を接続している点である。ここで、容量C31は、直流を遮断する交流結合容量であり、例えば、100pF〜1000pF程度の大きい容量が望ましい。なお、この場合には、抵抗RD1は必須である。 The circuit configuration example of FIG. 15 is substantially the same as the circuit configuration example of FIG. 13 described above, and the second feedback circuit is configured by a two-stage grounded-emitter amplifier. The difference from the circuit configuration of the first embodiment shown in FIG. 13 is that the output current of the second-stage grounded-emitter amplifier is fed back to the collector terminal of the transistor Q1, which is an oscillation stage transistor, via the capacitor C31. Is a point where a resistor RD1 is connected as the load resistor Rc. Here, the capacitor C31 is an AC coupling capacitor that blocks direct current, and for example, a large capacitance of about 100 pF to 1000 pF is desirable. In this case, the resistor RD1 is essential.
図15に示す回路構成例では、図13と同様に、第2の帰還回路を2段のエミッタ接地増幅器により構成している。1段目のエミッタ接地増幅器の入力端はトランジスタQ1のエミッタ端子に接続され、2段目のエミッタ接地増幅器の出力端は容量C31を介してトランジスタQ1のコレクタ端子に接続される。2段のエミッタ接地増幅器の出力電流は発振段のトランジスタQ1のコレクタ端子から、ベース・コレクタ間容量を介してベース端子に帰還される。 In the circuit configuration example shown in FIG. 15, the second feedback circuit is configured by a two-stage grounded-emitter amplifier as in FIG. The input terminal of the first-stage grounded-emitter amplifier is connected to the emitter terminal of the transistor Q1, and the output terminal of the second-stage grounded-emitter amplifier is connected to the collector terminal of the transistor Q1 via the capacitor C31. The output current of the two-stage grounded-emitter amplifier is fed back from the collector terminal of the oscillation stage transistor Q1 to the base terminal via the base-collector capacitance.
また、負性抵抗の周波数特性は、前記回路構成例と同様に、第2の帰還回路のパラメータを変更することで変えることができ、例えば、第2の帰還回路を2段のエミッタ接地増幅器により構成した場合には、エミッタ接地増幅器を構成するコレクタ端子に接続される抵抗RD2,RD3、エミッタ端子に接続される抵抗RE2,RE3や容量CE2,CE3等の回路定数を変更することによって負性抵抗の周波数特性を変更することができる。 Further, the frequency characteristic of the negative resistance can be changed by changing the parameter of the second feedback circuit, as in the above circuit configuration example. For example, the second feedback circuit is changed by a two-stage grounded emitter amplifier. When configured, the negative resistance is obtained by changing circuit constants such as resistors RD2 and RD3 connected to the collector terminal constituting the common-emitter amplifier, resistors RE2 and RE3 connected to the emitter terminal, and capacitors CE2 and CE3. The frequency characteristics can be changed.
また、パラメータの変更において、これら抵抗を並列接続した複数の抵抗をスイッチ手段を介して接続・切断自在に構成し、スイッチ手段の切り換えによって接続する抵抗値を選択することで、負性抵抗の周波数特性を選択することができる。 Also, in changing the parameters, a plurality of resistors connected in parallel with each other can be connected / disconnected via the switch means, and the resistance value to be connected is selected by switching the switch means, thereby reducing the frequency of the negative resistance. Properties can be selected.
図16に示す周波数特性は、300MHz,600MHz,900MHz,1.2GHzで設計した場合のシミュレーション結果である。 The frequency characteristics shown in FIG. 16 are simulation results when designed at 300 MHz, 600 MHz, 900 MHz, and 1.2 GHz.
回路定数の設定により、2.0GHzまで十分な負性抵抗を得る構成を設計することができる。 By setting circuit constants, it is possible to design a configuration that obtains sufficient negative resistance up to 2.0 GHz.
次に、図17〜図19を用いて第3の形態について説明する。第3の形態は、第2の帰還回路は共振特性を備える形態である。 Next, a 3rd form is demonstrated using FIGS. In the third form, the second feedback circuit has a resonance characteristic.
図17は第3の形態の回路の概略図を示し、図18は第3の形態の回路構成例を示し、図19は第3の形態の回路構成例による負性抵抗の周波数特性を示している。 17 shows a schematic diagram of the circuit of the third embodiment, FIG. 18 shows a circuit configuration example of the third embodiment, and FIG. 19 shows frequency characteristics of the negative resistance according to the circuit configuration example of the third embodiment. Yes.
図17の回路構成の概略は前記した図1の回路構成例において、第2の帰還回路に共振特性を持たせたものであり、図18はその一例としての回路構成例である。この回路構成において、インダクタンスと容量の並列回路Bを付加することによって共振特性を持たせることができる。この回路構成においても、2段のエミッタ接地増幅器からなる第2の帰還回路の出力は、発振段トランジスタのベース端子に帰還されている。 The schematic circuit configuration of FIG. 17 is obtained by giving resonance characteristics to the second feedback circuit in the circuit configuration example of FIG. 1, and FIG. 18 is an example of the circuit configuration. In this circuit configuration, resonance characteristics can be provided by adding a parallel circuit B of inductance and capacitance. Also in this circuit configuration, the output of the second feedback circuit composed of the two-stage grounded-emitter amplifier is fed back to the base terminal of the oscillation stage transistor.
この回路構成によれば、共振特性によって負性抵抗のピークが得られる周波数域を狭帯域とすることができる。 According to this circuit configuration, the frequency range where the peak of the negative resistance is obtained by the resonance characteristics can be narrowed.
図18の回路構成例は、第2の形態の図15で示した回路構成にも適用することができる。 The circuit configuration example of FIG. 18 can also be applied to the circuit configuration shown in FIG. 15 of the second embodiment.
また、第2の帰還回路は複数の共振特性を切り換え自在に備えることができ、発振周波数を切り換えて多周波切り換えを行うことができる。 In addition, the second feedback circuit can be provided with a plurality of resonance characteristics so as to be switchable, and can switch multi-frequency by switching the oscillation frequency.
図19に示す周波数特性は、Q=20として設計した場合のシミュレーション結果である。 The frequency characteristics shown in FIG. 19 are simulation results when designed with Q = 20.
前記第1の形態の図14及び第2の形態の図16に示すシミュレーション結果と比較すると、負性抵抗のピークの周波数帯域を狭帯域にできることがわかる。 Compared with the simulation results shown in FIG. 14 of the first embodiment and FIG. 16 of the second embodiment, it can be seen that the frequency band of the negative resistance peak can be narrowed.
次に、図20を用いて第4の形態について説明する。第4の形態は、第2の帰還回路を差動型帰還回路で構成する形態である。図20(a)は第4の形態の回路の概略図を示し、図20(b)は第4の形態の回路構成例を示している。 Next, a 4th form is demonstrated using FIG. The fourth form is a form in which the second feedback circuit is constituted by a differential feedback circuit. FIG. 20A shows a schematic diagram of the circuit of the fourth embodiment, and FIG. 20B shows an example of the circuit configuration of the fourth embodiment.
図20(a)の回路構成例は前記した図1の回路構成例において、第2の帰還回路を差動型帰還回路で構成したものであり、図20(b)その一例としての回路構成例である。 The circuit configuration example of FIG. 20A is obtained by configuring the second feedback circuit with a differential feedback circuit in the circuit configuration example of FIG. 1, and FIG. 20B shows an example of the circuit configuration. It is.
差動型帰還回路によれば、差動出力を得ることができる他、同相雑音を除去することができる。また、エミッタ接地を2段接続した回路と比較して位相雑音を改善することができる。 According to the differential feedback circuit, a differential output can be obtained and common-mode noise can be removed. Further, phase noise can be improved as compared with a circuit in which two stages of grounded emitters are connected.
なお、図20(b)において、差動出力は、差動ぺアの2つのトランジスタのコレクタ端子あるいは、図中で四角で示した負荷から取り出すことができる。 In FIG. 20B, the differential output can be taken out from the collector terminals of the two transistors of the differential pair or from the load indicated by the square in the drawing.
次に、本発明の第1の形態、第2の形態、通常のコルピッツ発振回路、及び非特許文献3で提案される回路例において負性抵抗を図21を用いて比較する。なお、第2帰還回路の効果を明確に比較するため、これらの回路において発振段(すなわち通常のコルピッッ発振回路部分)の回路素子値は等しくしてある。
Next, negative resistances in the first and second embodiments of the present invention, a normal Colpitts oscillation circuit, and a circuit example proposed in
図21に示す各構成例によるシミュレーション結果を比較すると、負性抵抗の大きさは、本発明の第1の形態(図中Base FBで示す)、第2の形態(図中Collector FBで示す)、非特許文献3で提案されるエミッタ・ホロワによる回路例(図中Followerで示す)、通常のコルピッツ発振回路(図中でcolpittsで示す)の順であり、本発明の構成とすることで十分に大きな負性抵抗を得ることができる。 When comparing the simulation results of the respective configuration examples shown in FIG. 21, the magnitude of the negative resistance is determined according to the first form (indicated by Base FB in the figure) and the second form (indicated by Collector FB in the figure). An example of a circuit using an emitter / follower proposed in Non-Patent Document 3 (indicated by “Follower” in the figure) and a normal Colpitts oscillation circuit (indicated by “colpitts” in the figure) are in this order. A large negative resistance can be obtained.
次に、ベース・コレクタ間容量による影響のシミュレーション結果について図22〜図24を用いて説明する。 Next, simulation results of the influence of the base-collector capacitance will be described with reference to FIGS.
図22は本発明の第1の形態でのベース・コレクタ間容量による影響のシミュレーション結果である。ここでは、ベース・コレクタ間容量による影響を調べるために、ベース・コレクタ間容量を取り除いた場合(図中のCjc=0の場合)と、存在する場合(図中のCjc=0.16pの場合)とを比較して示している。なお、ここではRc=0でありミラー効果はない。 FIG. 22 is a simulation result of the influence of the base-collector capacitance in the first embodiment of the present invention. Here, in order to investigate the influence of the base-collector capacity, the case where the base-collector capacity is removed (Cjc = 0 in the figure) and the case where it exists (Cjc = 0.16p in the figure) ). Here, Rc = 0 and there is no mirror effect.
シミュレーション結果によれば、ベース・コレクタ間容量を介して帰還信号がベース端子に注入される効果により、ベース・コレクタ間容量が存在する場合の方が大きな負性抵抗が得られる。 According to the simulation results, due to the effect that the feedback signal is injected into the base terminal via the base-collector capacitance, a larger negative resistance is obtained when the base-collector capacitance is present.
図23は本発明の第2の形態でのベース・コレクタ間容量による影響のシミュレーション結果である。ここでも、ベース・コレクタ間容量による影響を調べるために、ベース・コレクタ間容量を取り除いた場合(図中のCjc=0の場合)と、存在する場合(図中のCjc=0.16pの場合)とを比較して示している。なお、ここでは負荷抵抗Rが接続されているためミラー効果があり、これにより負性抵抗は図22で示した第1の形態と比較して小さい。また、シミュレーション結果によれば、ベース・コレクタ間容量を介して帰還信号がベース端子に注入される効果により、ベース・コレクタ間容量が存在する場合の方が大きな負性抵抗が得られる。 FIG. 23 is a simulation result of the influence of the base-collector capacitance in the second embodiment of the present invention. Again, in order to investigate the influence of the base-collector capacitance, the case where the base-collector capacitance is removed (Cjc = 0 in the figure) and the case where it exists (Cjc = 0.16p in the figure) ). Here, since the load resistance R is connected, there is a mirror effect, so that the negative resistance is smaller than that in the first embodiment shown in FIG. Further, according to the simulation result, due to the effect that the feedback signal is injected into the base terminal via the base-collector capacitance, a larger negative resistance can be obtained when the base-collector capacitance exists.
図24は非特許文献3で提案されるエミッタ・ホロワによる回路例でのベース・コレクタ間容量による影響のシミュレーション結果である。
FIG. 24 is a simulation result of the influence of the base-collector capacitance in the circuit example using the emitter-follower proposed in
このシミュレーション結果によれば、ベース・コレクタ間容量による変化は少ない。すなわち、エミッタ・ホロワ増幅器により、発振段トランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子の電圧がほぼ等しい値に設定され、負性抵抗の大きさが容量CBの 容量性の電圧より十分大きいことから、インダクタンスの両端の電圧がほぼ負性抵抗の電圧と等しくなっており、従って、トランジスタQ1のベースの電圧とコレクタの電圧がほぼ等しくなり、ベース・コレクタ容量の影響による負性抵抗の減少を低減する回路となっていると考えられる。 According to this simulation result, there is little change due to the base-collector capacitance. That is, the emitter-follower amplifier sets the voltage at the emitter terminal and the collector terminal of the oscillation stage transistor to be substantially equal, and the magnitude of the negative resistance is sufficiently larger than the capacitive voltage of the capacitor CB. Therefore, the voltage at the base of the transistor Q1 is almost equal to the voltage at the collector of the transistor Q1, thereby reducing the negative resistance due to the influence of the base-collector capacitance. It is thought that.
次に、本発明の発振回路の電圧制御発振回路への適用について図25を用いて説明する。電圧制御発振回路は、通常、インダクタンスLと能動回路との間に可変容量Csを挿入することにより周波数を変化させる。 Next, application of the oscillation circuit of the present invention to a voltage controlled oscillation circuit will be described with reference to FIG. The voltage controlled oscillation circuit usually changes the frequency by inserting a variable capacitor Cs between the inductance L and the active circuit.
発振周波数は、可変容量Csと能動回路の等価容量Ciとの直列容量とインダクタンスLによって決まる。従って、等価容量Ciが小さい場合には、可変容量Csと等価容量Ciとの直列容量は主に等価容量Ciによって決まるため、可変容量Csを変えても発振周波数の変化は小さい。従って、本発明の発振回路により負性抵抗を大きくとることによって、CA,CBを大きくすることによる負性抵抗の減少分を補うことができる。 The oscillation frequency is determined by the series capacitance of the variable capacitance Cs and the equivalent capacitance Ci of the active circuit and the inductance L. Therefore, when the equivalent capacitance Ci is small, the series capacitance of the variable capacitance Cs and the equivalent capacitance Ci is mainly determined by the equivalent capacitance Ci, so that the change in the oscillation frequency is small even if the variable capacitance Cs is changed. Therefore, the negative resistance can be compensated for by increasing CA and CB by increasing the negative resistance by the oscillation circuit of the present invention.
これにより、発振のし難さや変動による発振停止といったこと無く、周波数の可変量をとることができる。 This makes it possible to take a variable amount of frequency without difficulty in oscillation or stopping oscillation due to fluctuations.
可変容量Csは通常バリキャップを用いて構成するが、このバリキャップは容積や特性等の問題から集積化に不適であり、また、発振周波数制御の直線性の点からも周波数制御に不適である。これに対して、本発明の発振回路によれば、第2の帰還回路により等価容量Ciを直接変えることで、バリキャップ等の可変容量を用いることなく周波数を変えることができる。 The variable capacitor Cs is usually configured using a varicap, but this varicap is not suitable for integration because of problems such as volume and characteristics, and is also unsuitable for frequency control from the viewpoint of linearity of oscillation frequency control. . On the other hand, according to the oscillation circuit of the present invention, the frequency can be changed without using a variable capacitor such as a varicap by directly changing the equivalent capacitance Ci by the second feedback circuit.
図26は圧電振動子などの共振子を用いた電圧制御発振回路の構成例であり、伸張用コイルを備える例である。なお、図26(b)は共振子の等価回路である。 FIG. 26 shows a configuration example of a voltage-controlled oscillation circuit using a resonator such as a piezoelectric vibrator, which is an example including an extension coil. FIG. 26B is an equivalent circuit of a resonator.
インダクタンスに代えて圧電振動子を備えた電圧制御発振回路において、発振周波数の可変範囲を大きくとるためにはCiの影響を小さくする必要がある。通常、Ciの影響を小さくするため、伸張コイルを振動子を直列に挿入しているが、本発明の能動回路(第2の帰還回路)の等価容量を誘導性とすることで電圧制御発振回路の伸張用コイルに代えることができる。伸張用コイルを不要とする構成、あるいは、伸張用コイルを小さくすることができる。これによって、回路構成を小型とすることができる。 In a voltage controlled oscillation circuit including a piezoelectric vibrator instead of an inductance, it is necessary to reduce the influence of Ci in order to increase the variable range of the oscillation frequency. Usually, in order to reduce the influence of Ci, an extension coil is inserted in series with a vibrator. However, by making the equivalent capacitance of the active circuit (second feedback circuit) of the present invention inductive, a voltage controlled oscillation circuit The extension coil can be replaced. The structure which does not require the extension coil or the extension coil can be reduced. As a result, the circuit configuration can be reduced in size.
本発明は、無線システムの発振器、SONET/SDHなどの光伝送システムの発振器、ハイビジョンカメラなどの基準周波数源、無線LAN、UWBなどの発振器に適用することができる。 The present invention can be applied to an oscillator of a wireless system, an oscillator of an optical transmission system such as SONET / SDH, a reference frequency source such as a high-vision camera, and an oscillator such as a wireless LAN or UWB.
A…発振段
Q1…発振段トランジスタ
H1…第1の帰還回路
H2…第2の帰還回路
CF…帰還容量
A ... Oscillation stage Q1 ... Oscillation stage transistor H1 ... First feedback circuit H2 ... Second feedback circuit CF ... Feedback capacitance
Claims (21)
前記発振のための第1の帰還と、振幅及び位相推移を行う第2の帰還の二重帰還を行うことを特徴とする発振回路。 In an oscillation circuit that oscillates by feedback amplification from output to input,
An oscillation circuit characterized by performing a first feedback for the oscillation and a double feedback of a second feedback that performs amplitude and phase transition.
前記容量を前記請求項1乃至17の何れかに記載の発振回路の能動回路の等価容量とし、当該等価容量を可変とすることにより、周波数を制御することを特徴とする電圧制御発振回路。 It has inductance, extension coil and capacity,
18. A voltage-controlled oscillation circuit, wherein the frequency is controlled by using the capacitance as an equivalent capacitance of an active circuit of the oscillation circuit according to claim 1 and changing the equivalent capacitance.
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JP2015019241A (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | 新日本無線株式会社 | Oscillation circuit and method of adjusting the same |
CN108631729A (en) * | 2017-03-16 | 2018-10-09 | 精工爱普生株式会社 | Oscillating circuit, circuit device, oscillator, electronic equipment and moving body |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7733190B2 (en) | 2007-02-27 | 2010-06-08 | Seiko Epson Corporation | Oscillation circuit and oscillator |
JP2015019241A (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | 新日本無線株式会社 | Oscillation circuit and method of adjusting the same |
CN108631729A (en) * | 2017-03-16 | 2018-10-09 | 精工爱普生株式会社 | Oscillating circuit, circuit device, oscillator, electronic equipment and moving body |
CN108631729B (en) * | 2017-03-16 | 2023-10-20 | 精工爱普生株式会社 | Oscillator circuit, circuit device, oscillator, electronic apparatus, and moving object |
JP2025080040A (en) * | 2023-11-13 | 2025-05-23 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | Oscillator circuit and electronic device |
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