JP3956795B2 - 変調機能付き電圧制御発振器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は周波数変調機能を有する通信機器に使用される電圧制御発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の通信機器に使用されている周波数変調機能を有する電圧制御発振器（以降 ＶＣＯと記載）の一例を図２５に示す。
【０００３】
５は出力回路、１１、１２、１３、１４はバラクタダイオード、１６、１７はインダクタ、２６は電圧源を示している。
【０００４】
バラクタダイオード１３のアノード側とバラクタダイオード１４のアノード側が電圧入力端子に接続されており、バラクタダイオード１１のアノード側とバラクタダイオード１２のアノード側が変調信号端子に接続されており、バラクタダイオード１１とバラクタダイオード１３のカソード側がインダクタ１６の一端に接続されており、バラクタダイオード１２とバラクタダイオード１４のカソード側がインダクタ１７の一端に接続されており、インダクタ１６とインダクタ１７のバラクタダイオードに接続されていない側を電圧源２６に接続しておりインダクタとバラクタダイオードが共振することにより電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ回路という。）を構成している。
【０００５】
周波数変調をかけるためには変調信号端子に電圧を入力することによりバラクタダイオード１１、１２の容量値を変化させることにより行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＶＣＯ回路だとインダクタのＬ値やバリキャップの容量値がばらつくとＶＣＯの入力電圧対発振周波数の特性（以降、Ｋｖと記載）が変わってしまい、その状態で変調信号端子から変調電圧を一定振幅で入力すると出力信号の変調度がＫｖのばらつきに応じて変化してしまうという問題点がある。一定の変調度を得るためにはインダクタを外付け部品としてＬ値を調整したり、バラクタダイオードをばらつきの少ないディスクリート部品を使用してＶＣＯ回路を構成する必要がある。また、バラクタダイオードの電圧対容量の特性も一定ではなく、その非線形性によっても変調度が変化するので広い発振周波数範囲でＶＣＯを使用することが困難となっている。
【０００７】
近年では、通信機器の小型化が必要とされており、ＶＣＯ回路をＩＣに内蔵することが求められている。ＩＣにインダクタやバラクタダイオードを内蔵する場合、素子ばらつきはディスクリート部品で構成した場合よりも大きく、ＶＣＯの必要発振周波数範囲や周波数変調時の変調度のばらつきを補正するための手段が必要となってくる。
【０００８】
従来のＶＣＯ回路だとＶＣＯの発振周波数を決めるための電圧入力端子の電圧と変調度を決めるための変調信号端子での制御信号振幅には何の関係もないため変調度のばらつきを補正するのが困難となっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来の周波数変調機能付きＶＣＯではＶＣＯの発振周波数を決める電圧入力端子と周波数変調を行うための変調信号端子とは何の関係もなく、回路としては個別に制御される。
【００１０】
本発明のＶＣＯでは変調制御電流端子に対するＶＣＯ変調度を発振周波数の電圧制御端子に対するＶＣＯ発振周波数（Ｋｖ）の関数として実現することのできる回路構成により素子の相対ばらつきによる変調度の変動を補正することのできる回路構成をしている。
【００１１】
補正の手法としては周波数が変動した場合はＫｖもある比率で変動しているため、変調度を一定にするためにはその逆比率で補正をかければ変調度はすべての発振周波数で一定にすることができる。
【００１２】
また、固定容量を共振回路に対して可変することにより発振周波数をシフトさせ複数の発振周波数バンドを有するＶＣＯに対しては、バンドが切り替わることによりＫｖがある比率で変化する。バンドが切り替わった場合でもその逆比率で補正をかけるようにすればバンドが変化しても変調度は一定にすることができる。
【００１３】
広帯域な発振周波数範囲が必要な場合は、周波数に対する補正とバンド間の補正を組み合わせて使用することにより変調度が一定になるよう補正することができる。
【００１４】
補正回路のシステムとしては、変調データを周波数データとバンドデータを用いてある補正比率を計算し、そのデータをデジタル−アナログ変換器に入力してアナログ制御にすることも可能である。
【００１５】
デジタル−アナログ変換器を使用する場合はデジタル−アナログ変換器のクロックノイズを除去するフィルタを備えている場合もある。
【００１６】
また、送信信号の変調度信号を帯域制限するような複雑な送信システムの場合は変調ロジックが非常に複雑になる。この場合はＲＯＭに帯域制限後の変調データを持たせておき、変調データを周波数データ、バンドデータによる補正をしてＲＯＭを制御し変調度を一定に保つ補正をかけることができる。
【００１７】
実際に補正回路を構成すると、周波数に対する補正、バンド間に対する補正はできても変調度のセンターが回路の絶対ばらつきにより変動する。これはデジタル−アナログ変換器の出力レベルを変調度のセンターになるように調整することにより解決することができる。
【００１８】
つまり、本発明におけるＶＣＯでは変調度をＫｖの関数で表わす事のできる構造をとることにより、素子ばらつきの大きいＶＣＯ回路のＩＣ内蔵化をしても簡単に変調度の補正をすることを可能としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるＶＣＯ回路について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態で、図１において、５は出力回路、７、８、１５は抵抗、９、１０はコンデンサ、１１、１２、１３、１４はバラクタダイオード、１６、１７はインダクタ、２６は電圧源、３１、３２はトランジスタ、３３は電流源を示している。
【００２１】
上記バラクタダイオードはその両端の端子間電圧により容量値の変化する素子すべてを含むものとする。
【００２２】
インダクタ１６、１７とバラクタダイオード１１、１２、１３、１４および、コンデンサ９、１０は共振部を構成し、発振動作を機能させるために発振用トランジスタ３１、３２に接続されている。
【００２３】
無変調時における動作としては、変調電流端子には電流が流れていないかもしくは、固定のＤＣ電流が流れている状態になっている。この状態でＶＣＯが必要とされている発振周波数になるように電圧入力端子の電圧を決める。実際の動作としてはＶＣＯの発振周波数はＰＬＬで制御するものが一般的でありＰＬＬの周波数制御電圧を電圧入力端子に印加するようになっている。
【００２４】
周波数変調は無変調時の状態から変調電流を変調電流端子から変化させ、それによりバラクタダイオード１１、１２に容量値が変化することにより行うことができる。
【００２５】
ＶＣＯの発振周波数／電圧入力端子電圧をＫｖ（単位はＨｚ/Ｖ）とすると、Ｋｖはインダクタやコンデンサ、バラクタダイオード素子の相対ばらつきにより変化する。また、バラクタダイオードの非直線性のためにＶＣＯの発振周波数を変化させてもＫｖは変化する。しかし、本発明におけるＶＣＯの変調度はＫｖの関数として表わすことができる。
【００２６】
例として、バラクタダイオード１１、１２、１３、１４のばらつきを抑えるために同じ素子を並べて構成するとし、バラクタダイオード１３、１４は５個並列、バラクタダイオード１１、１２は１個の素子で構成した場合のＫｖと変調度の関係を下記に示すと
変調度＝Ｋｖ×１／６×変調電流×抵抗１５の抵抗値
となる。つまり、変調度を一定に保つためには、Ｋｖの変化に対して逆関数の変調電流を与えることにより、各素子の相対ばらつきに対して影響を受けず一定の変調度を得ることができるものである。
【００２７】
出力回路５は共振部から信号を取り出すためのものである。一例を図２０に示す。
【００２８】
図２における実施形態は図１のＶＣＯに周波数バンド切替機能を追加したものである。
【００２９】
１８〜２１はコンデンサ、２２〜２５はスイッチを示しており、固定容量を共振部に接続、切り離し、もしくは容量値を変化させる機能を有しており、電圧入力端子の電圧とは独立してＶＣＯ発振周波数をシフトさせることができる。それにより電圧入力端子の電圧変化に対し複数の周波数バンドを有したＶＣＯを構成することができ、結果として周波数バンドを切り替えることにより広いＶＣＯの発振周波数範囲を実現することができるものである。周波数バンドを切り替えた場合でも変調度は図１の実施形態で述べた関係式を満たしている。図２６に周波数バンド切替機能を使用した場合のＶＣＯ特性を示す。容量値は、容量１８（＝容量２０)＜容量１９(＝容量２１)と設定した。図２６の特性は周波数変調をかけていない状態、つまり変調電流端子に電流を入出力していないかもしくは定電流を流している状態である。この状態から周波数変調度に応じた電流を変調電流端子に入出力することにより図２６のＶＣＯ発振周波数を中心に周波数変調をかけることができる。
【００３０】
図３における実施形態は図１のＶＣＯに変調度を補正するための電流コントロール回路６を備えたものである。電流コントロール回路６は周波数データと変調データから所定の変調度になるように制御されている。
【００３１】
ここでいう周波数データとはある周波数バンドにおいてバラクタダイオードの端子間にかかる電圧がいくつかということを表しているものである。ＶＣＯの発振周波数特性を正確に記述するとバラクタダイオードの容量変化により図２７のような特性となる。これはバラクタダイオードの容量変化がバラクタダイオードの端子間にかかる電圧により図２８のような特性をしているからである。ＶＣＯ発振周波数の特性を微分した値がＫｖに相当するためある一定の変調電流を変調信号端子から入力するだけだとＶＣＯ周波数特性の傾きが一定でないと傾きがずれた分だけ変調度がずれてしまう。バラクタダイオードの容量変化の特性を補正するように変調電流を調整することによりすべてのＶＣＯ発振周波数において一定の変調度を満足するようにすることができる。補正値はＶＣＯの特性より設定周波数から逆算する方法と、ＰＬＬでロック動作させた状態における電圧入力端子電圧を使用する方法のどちらでもよい。
【００３２】
変調データは、補正前の変調信号のことであり、ＦＳＫだと変調度に応じて一定の変調振幅を持った信号のことである。電流コントロール回路６は変調信号に対しｇｍ変換回路などの変換回路により周波数データに応じた補正をかけて所定の変調電流にする動作をするためのものである。
【００３３】
周波数データにより補正をかける場合の実回路の一例を図２２に示す。
【００３４】
この回路はｇｍ変換回路であり変調データに応じた振幅を変調信号端子に流す電流に変換することができる。電流源３９の電流値をＩ１、電流源４３、４４の電流値Ｉ２とするとＩ１とＩ２の比によってｇｍ値は決定される。本回路はトランジスタ６０のコレクタから流れる電流をＩ３とおき、Ｉ２とＩ３をＩ２＝Ａ×Ｉ３（Ａは定数）、もしくはＩ２＝Ａ×Ｉ３＋Ｂ（ＡとＢは定数）の式を満たすように構成している。Ｉ３は周波数データ（バラクタダイオードに印加されている電圧）により変化する電流であり、図２８のダイオード特性によりＫｖが変化することにより変調度が変化するのをそのダイオード特性の容量変化比に合わせてＩ３を変化させることにより補正回路を実現している。
【００３５】
図４における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流コントロール回路６を備えたものである。電流コントロール回路６は周波数バンドデータと変調データから所定の変調度になるように制御されている。
【００３６】
これは図２６のように周波数バンドが変化するとＶＣＯの発振周波数の傾きが変化するためにバンドに応じた補正をかける必要があるためである。この補正により周波数バンドを変えることによるＫｖの変化による変調度のずれを補正することができる。
【００３７】
図２３にバンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す。
【００３８】
バンドによりＩ２の電流を変化させることによりｇｍ値を変化させバンドが変わったときの変調度のずれを補正することが可能となっている。動作としては周波数バンドによりスイッチ７９〜８２が開閉することによりｇｍ値が変化する。
【００３９】
図５における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流コントロール回路６を備えたものである。電流コントロール回路６は周波数データと周波数バンドデータと変調データから所定の変調度になるように制御されている。
【００４０】
図２４に周波数データ、バンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す。動作としては上記の図３、図４における回路動作の組み合わせとなる。
【００４１】
図６における実施形態は図１のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるデジタル−アナログ変換器２７とデジタル−アナログ変換器２７を制御するための演算回路２８を備えたものである。周波数データと変調データを演算回路２８に入力、補正後の変調電流をデジタル−アナログ変換器２７からＶＣＯが所定の変調度を出力するように制御されている。
【００４２】
図７における実施形態は図６のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるフィルタ２９をデジタル−アナログ変換器２７と変調電流端子間に備えたものである。フィルタ２９はデジタル−アナログ変換器２７のクロックノイズを落とす機能を有している。
【００４３】
図８における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるデジタル−アナログ変換器２７とデジタル−アナログ変換器２７を制御するための演算回路２８を備えたものである。周波数バンドデータと変調データを演算回路２８に入力、補正後の変調電流をデジタル−アナログ変換器２７からＶＣＯが所定の変調度を出力するように制御されている。
【００４４】
図９における実施形態は図８のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるフィルタ２９をデジタル−アナログ変換器２７と変調電流端子間に備えたものである。フィルタ２９はデジタル−アナログ変換器２７のクロックノイズを落とす機能を有している。
【００４５】
図１０における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるデジタル−アナログ変換器２７とデジタル−アナログ変換器２７を制御するための演算回路２８を備えたものである。周波数データと周波数バンドデータと変調データを演算回路２８に入力、補正後の変調電流をデジタル−アナログ変換器２７からＶＣＯが所定の変調度を出力するように制御されている。
【００４６】
図１１における実施形態は図１０のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるフィルタ２９をデジタル−アナログ変換器２７と変調電流端子間に備えたものである。フィルタ２９はデジタル−アナログ変換器２７のクロックノイズを落とす機能を有している。
【００４７】
図１２における実施形態は図７のＶＣＯにデジタル−アナログ変換器２７と演算回路２８間にＲＯＭ３０を備えたものである。ＲＯＭ３０を備えることにより演算回路２８の回路を簡略化すること、また、帯域制限した変調データ等をＲＯＭ３０に入力しておくことによりより複雑な変調信号を出力することを可能としている。
【００４８】
図１３における実施形態は図９のＶＣＯにデジタル−アナログ変換器２７と演算回路２８間にＲＯＭ３０を備えたものである。
【００４９】
図１４における実施形態は図１１のＶＣＯにデジタル−アナログ変換器２７と演算回路２８間にＲＯＭ３０を備えたものである。
【００５０】
図１５における実施形態は図１２のＶＣＯのデジタル−アナログ変換器２７に振幅補正データにより出力レベルを補正する機能を備えたものである。振幅補正はＲＯＭ３０、デジタル−アナログ変換器２７、フィルタ２９の回路を信号が通るときの振幅ばらつきを補正するためのものであり、ＶＣＯの変調度を規格のセンターに調整するためのものである。
【００５１】
図１６における実施形態は図１３のＶＣＯのデジタル−アナログ変換器２７に振幅補正データにより出力レベルを補正する機能を備えたものである。
【００５２】
図１７における実施形態は図１４のＶＣＯのデジタル−アナログ変換器２７に振幅補正データにより出力レベルを補正する機能を備えたものである。
【００５３】
図１８における実施形態は図１のＶＣＯのバラクタダイオード極性を反転した場合のものである。ダイオード極性反転に伴い、図１でＶＣＯのバラクタダイオード１３、１４のアノード側をＧｎｄにしたところを反転後のバラクタダイオード１３、１４のカソード側を電圧源３４０とするものである。電圧源３４０の電圧は電源入力端子の電圧より高い電圧になるように設定する。この構成は図１〜図１７の実施形態すべてに応用することができる。
【００５４】
図１９は図５のＶＣＯをＰＬＬ制御する場合の一例である。
【００５５】
ここで１は基準信号器、２は位相比較器、３はループフィルタ、４は分周器を示している。その動作は基準信号発振器１の信号とＶＣＯの信号を分周した信号を位相比較器２にて比較し、位相比較の出力をループフィルタ３にて平滑化し、ループフィルタ出力をＶＣＯの電圧入力端子に与えるという構成をしている。図２１に位相比較器とフィルタの一例を示す。位相比較器はチャージポンプ機能を有している構成をしている。この構成によりＶＣＯの発振周波数が一定になるように制御されるし、ＶＣＯの発振周波数を変える場合には、分周器の分周比を変えることにより実現できる。
【００５６】
周波数変調動作をする場合は、位相比較器出力を強制的にハイインピーダンス状態とする。ＶＣＯの電圧入力端子の電圧はフィルタ３の容量により固定される。この状態で変調電流端子に電流を入出力することにより変調動作が行われる。
【００５７】
このＰＬＬ回路の構成は図１〜図１８の回路でも同様に構成することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、周波数変調度をＫｖの関数として表わす事のできる構成のＶＣＯを有することにより各素子ばらつきがあっても所定の変調度を得ることのできる補正回路を容易に構成することのできるＶＣＯを実現するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１の実施形態を示す回路図
【図２】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第２の実施形態を示す回路図
【図３】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第３の実施形態を示す回路図
【図４】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第４の実施形態を示す回路図
【図５】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第５の実施形態を示す回路図
【図６】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第６の実施形態を示す回路図
【図７】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第７の実施形態を示す回路図
【図８】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第８の実施形態を示す回路図
【図９】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第９の実施形態を示す回路図
【図１０】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１０の実施形態を示す回路図
【図１１】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１１の実施形態を示す回路図
【図１２】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１２の実施形態を示す回路図
【図１３】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１３の実施形態を示す回路図
【図１４】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１４の実施形態を示す回路図
【図１５】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１５の実施形態を示す回路図
【図１６】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１６の実施形態を示す回路図
【図１７】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１７の実施形態を示す回路図
【図１８】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１８の実施形態を示すバラクタダイオードを反転した場合の構成回路図の一例を示す図
【図１９】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第５の実施形態の場合においてＰＬＬ回路を構成する場合の回路図の一例を示す図
【図２０】出力回路の一例を示す図
【図２１】位相器とフィルタの一例を示す図
【図２２】周波数データによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す図
【図２３】バンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す図
【図２４】周波数データ、バンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す図
【図２５】従来回路における変調機能を有するＶＣＯを示す図
【図２６】ＶＣＯの周波数バンド特性の一例を示す図
【図２７】ＶＣＯの発振周波数特性を示す図
【図２８】バラクタダイオードの容量変化特性を示す図
【符号の説明】
１ 基準信号器
２ 位相比較器
３ ループフィルタ
４ 分周器
５ 出力回路
６ 電流コントロール回路
７、８、１５、６６〜７４ 抵抗
９、１０、１８、１９、２０、２１、７５、７６ コンデンサ
１１、１２、１３、１４ バラクタダイオード
１６、１７ インダクタ
２２、２３、２４、２５、７７〜８２ スイッチ
２６、６２〜６５、３４０ 電圧源
２７ デジタル−アナログ変換器
２８ 演算回路
２９ フィルタ
３０ ＲＯＭ
３１、３２、４９〜６０、８３、８４ トランジスタ
６１ ＭＯＳトランジスタ
３３〜４８ 電流源
【発明の属する技術分野】
本発明は周波数変調機能を有する通信機器に使用される電圧制御発振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の通信機器に使用されている周波数変調機能を有する電圧制御発振器（以降 ＶＣＯと記載）の一例を図２５に示す。
【０００３】
５は出力回路、１１、１２、１３、１４はバラクタダイオード、１６、１７はインダクタ、２６は電圧源を示している。
【０００４】
バラクタダイオード１３のアノード側とバラクタダイオード１４のアノード側が電圧入力端子に接続されており、バラクタダイオード１１のアノード側とバラクタダイオード１２のアノード側が変調信号端子に接続されており、バラクタダイオード１１とバラクタダイオード１３のカソード側がインダクタ１６の一端に接続されており、バラクタダイオード１２とバラクタダイオード１４のカソード側がインダクタ１７の一端に接続されており、インダクタ１６とインダクタ１７のバラクタダイオードに接続されていない側を電圧源２６に接続しておりインダクタとバラクタダイオードが共振することにより電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ回路という。）を構成している。
【０００５】
周波数変調をかけるためには変調信号端子に電圧を入力することによりバラクタダイオード１１、１２の容量値を変化させることにより行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＶＣＯ回路だとインダクタのＬ値やバリキャップの容量値がばらつくとＶＣＯの入力電圧対発振周波数の特性（以降、Ｋｖと記載）が変わってしまい、その状態で変調信号端子から変調電圧を一定振幅で入力すると出力信号の変調度がＫｖのばらつきに応じて変化してしまうという問題点がある。一定の変調度を得るためにはインダクタを外付け部品としてＬ値を調整したり、バラクタダイオードをばらつきの少ないディスクリート部品を使用してＶＣＯ回路を構成する必要がある。また、バラクタダイオードの電圧対容量の特性も一定ではなく、その非線形性によっても変調度が変化するので広い発振周波数範囲でＶＣＯを使用することが困難となっている。
【０００７】
近年では、通信機器の小型化が必要とされており、ＶＣＯ回路をＩＣに内蔵することが求められている。ＩＣにインダクタやバラクタダイオードを内蔵する場合、素子ばらつきはディスクリート部品で構成した場合よりも大きく、ＶＣＯの必要発振周波数範囲や周波数変調時の変調度のばらつきを補正するための手段が必要となってくる。
【０００８】
従来のＶＣＯ回路だとＶＣＯの発振周波数を決めるための電圧入力端子の電圧と変調度を決めるための変調信号端子での制御信号振幅には何の関係もないため変調度のばらつきを補正するのが困難となっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来の周波数変調機能付きＶＣＯではＶＣＯの発振周波数を決める電圧入力端子と周波数変調を行うための変調信号端子とは何の関係もなく、回路としては個別に制御される。
【００１０】
本発明のＶＣＯでは変調制御電流端子に対するＶＣＯ変調度を発振周波数の電圧制御端子に対するＶＣＯ発振周波数（Ｋｖ）の関数として実現することのできる回路構成により素子の相対ばらつきによる変調度の変動を補正することのできる回路構成をしている。
【００１１】
補正の手法としては周波数が変動した場合はＫｖもある比率で変動しているため、変調度を一定にするためにはその逆比率で補正をかければ変調度はすべての発振周波数で一定にすることができる。
【００１２】
また、固定容量を共振回路に対して可変することにより発振周波数をシフトさせ複数の発振周波数バンドを有するＶＣＯに対しては、バンドが切り替わることによりＫｖがある比率で変化する。バンドが切り替わった場合でもその逆比率で補正をかけるようにすればバンドが変化しても変調度は一定にすることができる。
【００１３】
広帯域な発振周波数範囲が必要な場合は、周波数に対する補正とバンド間の補正を組み合わせて使用することにより変調度が一定になるよう補正することができる。
【００１４】
補正回路のシステムとしては、変調データを周波数データとバンドデータを用いてある補正比率を計算し、そのデータをデジタル−アナログ変換器に入力してアナログ制御にすることも可能である。
【００１５】
デジタル−アナログ変換器を使用する場合はデジタル−アナログ変換器のクロックノイズを除去するフィルタを備えている場合もある。
【００１６】
また、送信信号の変調度信号を帯域制限するような複雑な送信システムの場合は変調ロジックが非常に複雑になる。この場合はＲＯＭに帯域制限後の変調データを持たせておき、変調データを周波数データ、バンドデータによる補正をしてＲＯＭを制御し変調度を一定に保つ補正をかけることができる。
【００１７】
実際に補正回路を構成すると、周波数に対する補正、バンド間に対する補正はできても変調度のセンターが回路の絶対ばらつきにより変動する。これはデジタル−アナログ変換器の出力レベルを変調度のセンターになるように調整することにより解決することができる。
【００１８】
つまり、本発明におけるＶＣＯでは変調度をＫｖの関数で表わす事のできる構造をとることにより、素子ばらつきの大きいＶＣＯ回路のＩＣ内蔵化をしても簡単に変調度の補正をすることを可能としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明におけるＶＣＯ回路について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態で、図１において、５は出力回路、７、８、１５は抵抗、９、１０はコンデンサ、１１、１２、１３、１４はバラクタダイオード、１６、１７はインダクタ、２６は電圧源、３１、３２はトランジスタ、３３は電流源を示している。
【００２１】
上記バラクタダイオードはその両端の端子間電圧により容量値の変化する素子すべてを含むものとする。
【００２２】
インダクタ１６、１７とバラクタダイオード１１、１２、１３、１４および、コンデンサ９、１０は共振部を構成し、発振動作を機能させるために発振用トランジスタ３１、３２に接続されている。
【００２３】
無変調時における動作としては、変調電流端子には電流が流れていないかもしくは、固定のＤＣ電流が流れている状態になっている。この状態でＶＣＯが必要とされている発振周波数になるように電圧入力端子の電圧を決める。実際の動作としてはＶＣＯの発振周波数はＰＬＬで制御するものが一般的でありＰＬＬの周波数制御電圧を電圧入力端子に印加するようになっている。
【００２４】
周波数変調は無変調時の状態から変調電流を変調電流端子から変化させ、それによりバラクタダイオード１１、１２に容量値が変化することにより行うことができる。
【００２５】
ＶＣＯの発振周波数／電圧入力端子電圧をＫｖ（単位はＨｚ/Ｖ）とすると、Ｋｖはインダクタやコンデンサ、バラクタダイオード素子の相対ばらつきにより変化する。また、バラクタダイオードの非直線性のためにＶＣＯの発振周波数を変化させてもＫｖは変化する。しかし、本発明におけるＶＣＯの変調度はＫｖの関数として表わすことができる。
【００２６】
例として、バラクタダイオード１１、１２、１３、１４のばらつきを抑えるために同じ素子を並べて構成するとし、バラクタダイオード１３、１４は５個並列、バラクタダイオード１１、１２は１個の素子で構成した場合のＫｖと変調度の関係を下記に示すと
変調度＝Ｋｖ×１／６×変調電流×抵抗１５の抵抗値
となる。つまり、変調度を一定に保つためには、Ｋｖの変化に対して逆関数の変調電流を与えることにより、各素子の相対ばらつきに対して影響を受けず一定の変調度を得ることができるものである。
【００２７】
出力回路５は共振部から信号を取り出すためのものである。一例を図２０に示す。
【００２８】
図２における実施形態は図１のＶＣＯに周波数バンド切替機能を追加したものである。
【００２９】
１８〜２１はコンデンサ、２２〜２５はスイッチを示しており、固定容量を共振部に接続、切り離し、もしくは容量値を変化させる機能を有しており、電圧入力端子の電圧とは独立してＶＣＯ発振周波数をシフトさせることができる。それにより電圧入力端子の電圧変化に対し複数の周波数バンドを有したＶＣＯを構成することができ、結果として周波数バンドを切り替えることにより広いＶＣＯの発振周波数範囲を実現することができるものである。周波数バンドを切り替えた場合でも変調度は図１の実施形態で述べた関係式を満たしている。図２６に周波数バンド切替機能を使用した場合のＶＣＯ特性を示す。容量値は、容量１８（＝容量２０)＜容量１９(＝容量２１)と設定した。図２６の特性は周波数変調をかけていない状態、つまり変調電流端子に電流を入出力していないかもしくは定電流を流している状態である。この状態から周波数変調度に応じた電流を変調電流端子に入出力することにより図２６のＶＣＯ発振周波数を中心に周波数変調をかけることができる。
【００３０】
図３における実施形態は図１のＶＣＯに変調度を補正するための電流コントロール回路６を備えたものである。電流コントロール回路６は周波数データと変調データから所定の変調度になるように制御されている。
【００３１】
ここでいう周波数データとはある周波数バンドにおいてバラクタダイオードの端子間にかかる電圧がいくつかということを表しているものである。ＶＣＯの発振周波数特性を正確に記述するとバラクタダイオードの容量変化により図２７のような特性となる。これはバラクタダイオードの容量変化がバラクタダイオードの端子間にかかる電圧により図２８のような特性をしているからである。ＶＣＯ発振周波数の特性を微分した値がＫｖに相当するためある一定の変調電流を変調信号端子から入力するだけだとＶＣＯ周波数特性の傾きが一定でないと傾きがずれた分だけ変調度がずれてしまう。バラクタダイオードの容量変化の特性を補正するように変調電流を調整することによりすべてのＶＣＯ発振周波数において一定の変調度を満足するようにすることができる。補正値はＶＣＯの特性より設定周波数から逆算する方法と、ＰＬＬでロック動作させた状態における電圧入力端子電圧を使用する方法のどちらでもよい。
【００３２】
変調データは、補正前の変調信号のことであり、ＦＳＫだと変調度に応じて一定の変調振幅を持った信号のことである。電流コントロール回路６は変調信号に対しｇｍ変換回路などの変換回路により周波数データに応じた補正をかけて所定の変調電流にする動作をするためのものである。
【００３３】
周波数データにより補正をかける場合の実回路の一例を図２２に示す。
【００３４】
この回路はｇｍ変換回路であり変調データに応じた振幅を変調信号端子に流す電流に変換することができる。電流源３９の電流値をＩ１、電流源４３、４４の電流値Ｉ２とするとＩ１とＩ２の比によってｇｍ値は決定される。本回路はトランジスタ６０のコレクタから流れる電流をＩ３とおき、Ｉ２とＩ３をＩ２＝Ａ×Ｉ３（Ａは定数）、もしくはＩ２＝Ａ×Ｉ３＋Ｂ（ＡとＢは定数）の式を満たすように構成している。Ｉ３は周波数データ（バラクタダイオードに印加されている電圧）により変化する電流であり、図２８のダイオード特性によりＫｖが変化することにより変調度が変化するのをそのダイオード特性の容量変化比に合わせてＩ３を変化させることにより補正回路を実現している。
【００３５】
図４における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流コントロール回路６を備えたものである。電流コントロール回路６は周波数バンドデータと変調データから所定の変調度になるように制御されている。
【００３６】
これは図２６のように周波数バンドが変化するとＶＣＯの発振周波数の傾きが変化するためにバンドに応じた補正をかける必要があるためである。この補正により周波数バンドを変えることによるＫｖの変化による変調度のずれを補正することができる。
【００３７】
図２３にバンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す。
【００３８】
バンドによりＩ２の電流を変化させることによりｇｍ値を変化させバンドが変わったときの変調度のずれを補正することが可能となっている。動作としては周波数バンドによりスイッチ７９〜８２が開閉することによりｇｍ値が変化する。
【００３９】
図５における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流コントロール回路６を備えたものである。電流コントロール回路６は周波数データと周波数バンドデータと変調データから所定の変調度になるように制御されている。
【００４０】
図２４に周波数データ、バンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す。動作としては上記の図３、図４における回路動作の組み合わせとなる。
【００４１】
図６における実施形態は図１のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるデジタル−アナログ変換器２７とデジタル−アナログ変換器２７を制御するための演算回路２８を備えたものである。周波数データと変調データを演算回路２８に入力、補正後の変調電流をデジタル−アナログ変換器２７からＶＣＯが所定の変調度を出力するように制御されている。
【００４２】
図７における実施形態は図６のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるフィルタ２９をデジタル−アナログ変換器２７と変調電流端子間に備えたものである。フィルタ２９はデジタル−アナログ変換器２７のクロックノイズを落とす機能を有している。
【００４３】
図８における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるデジタル−アナログ変換器２７とデジタル−アナログ変換器２７を制御するための演算回路２８を備えたものである。周波数バンドデータと変調データを演算回路２８に入力、補正後の変調電流をデジタル−アナログ変換器２７からＶＣＯが所定の変調度を出力するように制御されている。
【００４４】
図９における実施形態は図８のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるフィルタ２９をデジタル−アナログ変換器２７と変調電流端子間に備えたものである。フィルタ２９はデジタル−アナログ変換器２７のクロックノイズを落とす機能を有している。
【００４５】
図１０における実施形態は図２のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるデジタル−アナログ変換器２７とデジタル−アナログ変換器２７を制御するための演算回路２８を備えたものである。周波数データと周波数バンドデータと変調データを演算回路２８に入力、補正後の変調電流をデジタル−アナログ変換器２７からＶＣＯが所定の変調度を出力するように制御されている。
【００４６】
図１１における実施形態は図１０のＶＣＯに変調度を補正するための電流出力することのできるフィルタ２９をデジタル−アナログ変換器２７と変調電流端子間に備えたものである。フィルタ２９はデジタル−アナログ変換器２７のクロックノイズを落とす機能を有している。
【００４７】
図１２における実施形態は図７のＶＣＯにデジタル−アナログ変換器２７と演算回路２８間にＲＯＭ３０を備えたものである。ＲＯＭ３０を備えることにより演算回路２８の回路を簡略化すること、また、帯域制限した変調データ等をＲＯＭ３０に入力しておくことによりより複雑な変調信号を出力することを可能としている。
【００４８】
図１３における実施形態は図９のＶＣＯにデジタル−アナログ変換器２７と演算回路２８間にＲＯＭ３０を備えたものである。
【００４９】
図１４における実施形態は図１１のＶＣＯにデジタル−アナログ変換器２７と演算回路２８間にＲＯＭ３０を備えたものである。
【００５０】
図１５における実施形態は図１２のＶＣＯのデジタル−アナログ変換器２７に振幅補正データにより出力レベルを補正する機能を備えたものである。振幅補正はＲＯＭ３０、デジタル−アナログ変換器２７、フィルタ２９の回路を信号が通るときの振幅ばらつきを補正するためのものであり、ＶＣＯの変調度を規格のセンターに調整するためのものである。
【００５１】
図１６における実施形態は図１３のＶＣＯのデジタル−アナログ変換器２７に振幅補正データにより出力レベルを補正する機能を備えたものである。
【００５２】
図１７における実施形態は図１４のＶＣＯのデジタル−アナログ変換器２７に振幅補正データにより出力レベルを補正する機能を備えたものである。
【００５３】
図１８における実施形態は図１のＶＣＯのバラクタダイオード極性を反転した場合のものである。ダイオード極性反転に伴い、図１でＶＣＯのバラクタダイオード１３、１４のアノード側をＧｎｄにしたところを反転後のバラクタダイオード１３、１４のカソード側を電圧源３４０とするものである。電圧源３４０の電圧は電源入力端子の電圧より高い電圧になるように設定する。この構成は図１〜図１７の実施形態すべてに応用することができる。
【００５４】
図１９は図５のＶＣＯをＰＬＬ制御する場合の一例である。
【００５５】
ここで１は基準信号器、２は位相比較器、３はループフィルタ、４は分周器を示している。その動作は基準信号発振器１の信号とＶＣＯの信号を分周した信号を位相比較器２にて比較し、位相比較の出力をループフィルタ３にて平滑化し、ループフィルタ出力をＶＣＯの電圧入力端子に与えるという構成をしている。図２１に位相比較器とフィルタの一例を示す。位相比較器はチャージポンプ機能を有している構成をしている。この構成によりＶＣＯの発振周波数が一定になるように制御されるし、ＶＣＯの発振周波数を変える場合には、分周器の分周比を変えることにより実現できる。
【００５６】
周波数変調動作をする場合は、位相比較器出力を強制的にハイインピーダンス状態とする。ＶＣＯの電圧入力端子の電圧はフィルタ３の容量により固定される。この状態で変調電流端子に電流を入出力することにより変調動作が行われる。
【００５７】
このＰＬＬ回路の構成は図１〜図１８の回路でも同様に構成することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、周波数変調度をＫｖの関数として表わす事のできる構成のＶＣＯを有することにより各素子ばらつきがあっても所定の変調度を得ることのできる補正回路を容易に構成することのできるＶＣＯを実現するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１の実施形態を示す回路図
【図２】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第２の実施形態を示す回路図
【図３】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第３の実施形態を示す回路図
【図４】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第４の実施形態を示す回路図
【図５】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第５の実施形態を示す回路図
【図６】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第６の実施形態を示す回路図
【図７】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第７の実施形態を示す回路図
【図８】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第８の実施形態を示す回路図
【図９】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第９の実施形態を示す回路図
【図１０】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１０の実施形態を示す回路図
【図１１】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１１の実施形態を示す回路図
【図１２】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１２の実施形態を示す回路図
【図１３】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１３の実施形態を示す回路図
【図１４】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１４の実施形態を示す回路図
【図１５】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１５の実施形態を示す回路図
【図１６】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１６の実施形態を示す回路図
【図１７】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１７の実施形態を示す回路図
【図１８】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第１８の実施形態を示すバラクタダイオードを反転した場合の構成回路図の一例を示す図
【図１９】本発明における変調機能付き電圧制御発振器において第５の実施形態の場合においてＰＬＬ回路を構成する場合の回路図の一例を示す図
【図２０】出力回路の一例を示す図
【図２１】位相器とフィルタの一例を示す図
【図２２】周波数データによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す図
【図２３】バンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す図
【図２４】周波数データ、バンドデータによる補正をかける場合の電流コントロール回路の一例を示す図
【図２５】従来回路における変調機能を有するＶＣＯを示す図
【図２６】ＶＣＯの周波数バンド特性の一例を示す図
【図２７】ＶＣＯの発振周波数特性を示す図
【図２８】バラクタダイオードの容量変化特性を示す図
【符号の説明】
１ 基準信号器
２ 位相比較器
３ ループフィルタ
４ 分周器
５ 出力回路
６ 電流コントロール回路
７、８、１５、６６〜７４ 抵抗
９、１０、１８、１９、２０、２１、７５、７６ コンデンサ
１１、１２、１３、１４ バラクタダイオード
１６、１７ インダクタ
２２、２３、２４、２５、７７〜８２ スイッチ
２６、６２〜６５、３４０ 電圧源
２７ デジタル−アナログ変換器
２８ 演算回路
２９ フィルタ
３０ ＲＯＭ
３１、３２、４９〜６０、８３、８４ トランジスタ
６１ ＭＯＳトランジスタ
３３〜４８ 電流源
Claims (18)
- 第１のバラクタダイオードのアノード側と第２のバラクタダイオードのアノード側が接地電圧に接続されており、第３のバラクタダイオードのアノード側と第４のバラクタダイオードのアノード側が接続されており、第３のバラクタダイオードと第４のバラクタダイオードの接続点と第１のバラクタダイオードと第２のバラクタダイオードのアノード側との間に抵抗を備えており、第３のバラクタダイオードと第４のバラクタダイオードのアノード側に周波数変調をかけるための変調電流端子を備えており、第１のバラクタダイオードと第３のバラクタダイオードのカソード側が接続され、第２のバラクタダイオードと第４のバラクタダイオードのカソード側が接続され、第１のバラクタダイオードと第３のバラクタダイオードのカソード側の接続点と電圧入力端子の間に抵抗を備えており、第２のバラクタダイオードと第４のバラクタダイオードのカソード側の接続点と上記の電圧入力端子間に抵抗を備えており、第１のバラクタダイオードと第３のバラクタダイオードのカソード側の接続点と第１のインダクタの一端との間に第１のコンデンサが接続されており、第２のバラクタダイオードと第４のバラクタダイオードのカソード側接続点と第２のインダクタの一端に第２のコンデンサが接続されており、第１のインダクタと第２のインダクタのコンデンサに接続されていない側がそれぞれ電圧源に接続されている構成をすることにより電流制御により周波数変調波を得るように構成したことを特徴とする変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項１の変調機能付き電圧制御発振器において、
前記第１のインダクタと協動して第１のＬＣ共振部を構成する前記第１のコンデンサを含めたコンデンサの容量値と、前記第２のインダクタと協動して第２のＬＣ共振部を構成する前記第２のコンデンサを含めたコンデンサの容量値を変化せることで、発振周波数をシフトさせ、複数の周波数バンドを得るように構成した変調機能付き電圧制御発振器。 - 請求項１の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子から入力される変調電流を制御するために、変調データと周波数データから変調電流を決めることのできる電流コントロール回路を前記変調電流端子に備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項２の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子から入力される変調電流を制御するために、変調データとバンドデータから変調電流を決めることのできる電流コントロール回路を前記変調電流端子に備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項２の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子から入力される変調電流を制御するために、変調データと周波数データ、バンドデータから変調電流を決めることのできる電流コントロール回路を前記変調電流端子に備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項１の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子から入力される変調電流を制御するために、デジタル−アナログ変換器を前記変調電流端子に備えており、前記デジタル−アナログ変換器の制御に変調データと周波数データを演算するための演算回路を備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項６の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子と前記デジタル−アナログ変換器の間に前記デジタル−アナログ変換器のデジタルノイズを除去するためのフィルタを備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項２の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子から入力される変調電流を制御するために、デジタル−アナログ変換器を前記変調電流端子に備えており、前記デジタル−アナログ変換器の制御に変調データとバンドデータを演算するための演算回路を備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項８の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子と前記デジタル−アナログ変換器の間に前記デジタル−アナログ変換器のデジタルノイズを除去するためのフィルタを備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項２の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子から入力される変調電流を制御するために、デジタル−アナログ変換器を前記変調電流端子に備えており、前記デジタル−アナログ変換器の制御に変調データと周波数データとバンドデータを演算するための演算回路を備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項１０の変調機能付き電圧制御発振器において、前記変調電流端子とデジタル−アナログ変換器の間にデジタル−アナログ変換器のデジタルノイズを除去するためのフィルタを備えた変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項７の変調機能付き電圧制御発振器において、前記デジタル−アナログ変換器を制御するためのデジタルデータを備えたＲＯＭを有しており、前記ＲＯＭを制御するために変調データと周波数データを演算するための演算回路を備えている変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項９の変調機能付き電圧制御発振器において、デジタル−アナログ変換器を制御するためのデジタルデータを備えたＲＯＭを有しており、前記ＲＯＭを制御するために変調データとバンドデータを演算するための演算回路を備えている変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項１１の変調機能付き電圧制御発振器において、前記デジタル−アナログ変換器を制御するためのデジタルデータを備えたＲＯＭを有しており、前記ＲＯＭを制御するために変調データと周波数データとバンドデータを演算するための演算回路を備えている変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項１２の変調機能付き電圧制御発振器において、変調度のセンター値を補正するためにデジタル−アナログ変換器出力振幅をばらつき補正データにより変化させるデジタル−アナログ変換器を備えている変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項１３の変調機能付き電圧制御発振器において、変調度のセンター値を補正するためにデジタル−アナログ変換器出力振幅をばらつき補正データにより変化させるデジタル−アナログ変換器を備えている変調機能付き電圧制御発振器。
- 請求項１４の変調機能付き電圧制御発振器において、変調度のセンター値を補正するためにデジタル−アナログ変換器出力振幅をばらつき補正データにより変化させるデジタル−アナログ変換器を備えている変調機能付き電圧制御発振器。
- 第１のバラクタダイオードと、
カソード側が前記第１のバラクタダイオードのカソード側と接地電圧に接続された第２のバラクタダイオードと、
アノード側が前記第１のバラクタダイオードのアノード側に接続された第３のバラクタダイオードと、
カソード側が前記第３のバラクタダイオードのカソード側に接続され、アノード側が前記第２のバラクタダイオードのアノード側に接続された第４のバラクタダイオードと、
前記第３のバラクタダイオードと前記第４のバラクタダイオードのカソード側接続点と、前記第１のバラクタダイオードと前記第２のバラクタダイオードのカソード側接続点との間に接続された第１の抵抗と、
前記第３のバラクタダイオードと前記第４のバラクタダイオードのカソード側に接続され、周波数変調をかけるための変調電流端子と、
前記第１のバラクタダイオードと前記第３のバラクタダイオードのアノード側接続点と電圧入力端子との間に接続された第２の抵抗と、
前記第２のバラクタダイオードと前記第４のバラクタダイオードのアノード側接続点と前記電圧入力端子との間に接続された第３の抵抗と、
前記第１のバラクタダイオードと前記第３のバラクタダイオードのアノード側接続点に一端が接続された第１のコンデンサと、
一端が前記第１のコンデンサの他端に接続された第１のインダクタと、
前記第２のバラクタダイオードと前記第４のバラクタダイオードのアノード側接続点に一端が接続された第２のコンデンサと、
一端が前記第２のコンデンサの他端に接続された第２のインダクタと、
前記第１および第２のインダクタの他端に接続された電圧源とを備え、
電流制御により周波数変調波を出力するように構成したことを特徴とする変調機能付き電圧制御発振器。
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