JPH10284937A - 発振器共振回路内の寄生発振モードを回避する回路 - Google Patents
発振器共振回路内の寄生発振モードを回避する回路Info
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Abstract
避する回路を提供すること。 【解決手段】 調波発振器は、通常、集積増幅器および
外部LC共振回路を含んでいる。LC共振回路の周波数
選択性質は、マルチバイブレータよりも優れた位相雑音
を有する調波発振器をもたらす。しかしながら、インダ
クタンスおよび可変容量ダイオードは集積が困難であ
り、またLC共振回路は一般に外部になければならない
ことが欠点である。ボンディング・ワイヤのインダクタ
ンスあるいは接続ピンの容量など、ハウジングの寄生要
素(したがって集積増幅器と外部LC共振回路の間にあ
る)は、寄生無線周波数発振モードをもたらす。本発明
は、これらの妨害影響を小さくする目的に基づいてい
る。本発明による回路では、ハウジングの妨害要素を共
振回路内に含めることによって、集積回路を有するLC
共振回路内の妨害影響を小さくする効果がある。これ
は、寄生無線周波数発振モードの発生を防ぐ。これはま
た、優れた無線周波数特性および広い周波数同調範囲を
保証する。
Description
の寄生発振モードを回避する回路に基づいている。
発振器の2つの部類に分類できる。
の内部切替しきい値間で充電および放電を行うことによ
って発振する。この回路は、2つの切替しきい値の一方
に達するたびに一方の状態から他方の状態に交互に切り
替わる。コンデンサの充電および放電動作は、交互の切
替の時定数を決定する。マルチバイブレータは、外部構
成要素、特にインダクタンスおよび可変容量ダイオード
を必要としないので集積発振器として非常に安定してい
る。さらに、マルチバイブレータは、広い周波数範囲内
で十分かつ確実に設定できる。しかしながら、マルチバ
イブレータは制限を有する。それらの無線周波数能力は
切替時間によって制限され、それらのスペクトル純度
は、切替しきい値および充電電流が位相ジッタをもたら
すランダムな変化を受けるので不十分である。
は、マルチバイブレータ部類に属する。リング発振器も
十分に集積でき、GHz範囲内でも動作できるが、マル
チバイブレータのそれと同様に不十分な位相雑音を有す
る。
としてLC共振回路または石英結晶を必要とし、したが
って十分に集積できない。一方、それらの位相雑音は良
好であり、LC共振回路の周波数選択性質(高い品質フ
ァクタ)によって与えられる。ただし、広帯域用途で
は、ある状況下で、周波数設定範囲を拡大するためによ
り不十分な品質ファクタおよび位相雑音の対応する劣化
を許容する兼ね合いをとる必要がある。
ある。特に、例えば、衛星伝送およびケーブル・テレビ
伝送用のQPSKやQAM、またはGSMおよびDEC
T移動電話用のGMSKやGFSKなど、現代のデジタ
ル変調方法を受信する場合、厳しい位相雑音要件が課せ
られる。
内で安定する。デジタル衛星受信の場合は0.95〜
2.15GHz、GSMおよびDECTの場合は0.9
および/または1.8GHzである。現在の傾向は、さ
らに有望な用途でこの低い1〜6GHz範囲内の周波数
帯域が使用できることを示している。この点で、受信
機、特に良好な無線周波数特性を有する発振器を設計す
ることが重要な課題である。
増幅器および外部LC共振回路を含んでおり、それらの
間にハウジングの一部がある。これは、ある状況下で、
寄生共振回路を形成し、その結果寄生発振モードもその
ときに発生する。発振器ループ内の利得ファクタおよび
位相シフトは、所望の発振モードが確立されるか、ある
いは寄生発振モードが確立されるかを支配する。高い発
振周波数、例えば1GHz以上を達成することが望まれ
る場合、ボンディング・ワイヤ・インダクタンスおよび
ピン容量が外部共振回路の有効な要素の大きさ程度にな
り、したがってより大きい影響を及ぼす、すなわち他の
場合よりも一層大きい妨害をもたらすので問題は悪化す
る。さらに広い周波数範囲を包含することが望まれる場
合、外部LC共振回路の高い周波数選択性または高い品
質ファクタが利用できなくなり、また無線周波数寄生発
振モードの抑制が一層困難になる。
器では、ハウジングによって生じる無線周波数寄生発振
モードは、所望の発振モードのみが発生するように、お
そらく集積抵抗によって減衰することができる。ただ
し、この方法は、回路品質ファクタおよび発振器の位相
雑音を損なう。さらに、この方法は、ハウジングを所要
の確度でモデル化することが困難であり、またこれは結
局試行錯誤によってのみ達成されるので、減衰抵抗が最
適化されるまで実験を必要とし、おそらく時間のかかる
方法である。
路を有する調波発振器内の妨害影響を小さくする目的に
基づいている。この目的は、請求の範囲に記載されてい
る本発明の特徴によって達成される。本発明の有利な発
展形は、サブクレームに記載されている。
ハウジングの妨害要素を共振回路内に含めることによっ
て、集積回路を有するLC共振回路内の妨害影響を小さ
くする効果がある。妨害要素は、2つのピンを介して直
列共振回路を形成することによって含められる。ハウジ
ング(ボンディング・ワイヤおよびリード線フレーム)
およびプリント基板上の外部接続のインダクタンスは、
LC共振回路の有効インダクタンスに加えられる。した
がって、これらの値を共振回路計算に組み込むことがで
き、その結果さもなければ妨害影響を及ぼす要因が最初
からすでに考慮される。したがって、直列LC共振回路
は、原則として、集積キャパシタンス、および2つのピ
ンを介するハウジング・インダクタンスおよびプリント
基板上の外部(寄生および/または有効)インダクタン
スから構成されるインダクタンスを含んでいる。
容量ダイオードが使用される。良好な同調能力を有する
可変容量ダイオードは、集積が困難なだけである。広帯
域用途では外部に配置することが好ましい。
内に含まれ、全直列容量を小さくする短縮コンデンサと
考えることができる。これにより高い周波数が設定でき
る。容量が小さい、すなわち「C」の値が小さい場合、
発振周波数f=1/2π√(LC)は高くなり、これら
の高い周波数の後でも良好な位相雑音が維持される。
化する。しかしながら、位相雑音はまた、回路品質ファ
クタQ=(1/Rseries)*√(LC)に比例する。Q
は、この場合、容量が小さい、すなわち「C」の値が小
さい、すなわち周波数が高くなるほど向上する。
振器として構成されることが好ましい。外部可変容量ダ
イオードが必要な場合、少なくとも1つの接続ピンが必
要になる。LC共振回路の外部部分内で発生する無線周
波数電流に復帰経路を与えるために、LC共振回路を平
衡させる、言い換えれば2つの接続ピンを使用すること
が有利である。この平衡構成は、さらに発振器を妨害に
対してより強くし、発振器自体が他の回路ブロックを妨
害する危険を少なくする。
は、外部LC共振回路用に4つの接続ピンを必要とす
る。本発明の回路では接続ピンは2つで済み、その場合
共振回路の一部は組み込まれる。これにより外部構成要
素の数が減り、またプリント基板に対するスペース要件
が小さくなる。このより高い集積レベルは、ポータブル
用途に特に有利である。ただし、自由になった2つのピ
ンを完全になくし、より小さいあまり費用のかからない
ハウジングを選択するか、あるいは例えばよりよい熱放
散のためまたはクリティカルな無線周波数ピン上の二重
ボンドのために、IC機能を改善するためのみに前記ピ
ンを使用することもできる。
器は、本質的に良好な位相雑音を有する。これは、LC
共振回路の品質ファクタによって厳密に決定される。
の寄生直列抵抗が最小であれば、高い品質ファクタが達
成できる。可変容量ダイオード自体は、最小の寄生抵抗
を有するようになされる。集積容量は、レイアウト内で
慎重に構成される。集積容量は、2つの接続ピンのでき
るだけ近くに配置し、広い低インピーダンス金属トラッ
クを使用して、接続ピンに接触させることが有利であ
る。集積容量を長く作製した場合、すなわち長さと幅の
比率を大きくした場合(これは、多数の正方形抵抗の低
インピーダンス平行接続に対応する)、その寄生直列抵
抗を最小限に抑えることができる。
無線周波数発振モードを抑制するが、同時に、例えば減
衰抵抗など位相雑音を損なう特定の手段をとる必要はな
い。
回路構成が無線周波数寄生発振モードの発生を防ぐの
で、特に0.5〜4GHz範囲内の無線周波数用途に適
しており、また約1オクターブまでの広い周波数同調範
囲を与える。さらに、この調波発振器は、良好な位相雑
音を有する。
波数範囲を包含することができるように設計される。
ルピッツ発振器は知られているが、発展した回路内で実
現されている形、すなわち、内部容量を有する共振回路
の部分、およびインダクタンス構成要素を可変容量ダイ
オードによって設定することができる外部部分は知られ
ていない。
ンジスタおよび共振回路から形成された差動増幅器であ
る。各場合に補助物としてコレクタベース・クロスカッ
プリングを使用した。ただし、クロスカップリングは、
この場合、1つのトランジスタのコレクタをエミッタ・
フォロワおよびキャパシタンスCCBを介して第2のトラ
ンジスタのベースに結合し、かつ第2のトランジスタの
コレクタをエミッタ・フォロワおよびキャパシタンスC
CBを介して第1のトランジスタのベースに結合すること
によって形成する。結合は、コンデンサによって実施す
ることが好ましい。
各トランジスタごとに、コレクタとベースが逆位相であ
る。したがって、識別が行われる、すなわちコレクタと
ベースが同位相になるようにクロスカップリングされ
る。しかしながら、信号線が追加され、増幅器段の無線
周波数利得ファクタの増大に寄与する。上述の識別は、
位相関係とも呼ばれる。この位相関係は、容量による位
相シフトが起こらない場合に限り適用できる。これをよ
り詳細に考慮するために、クロスカップリングの容量に
ついて、コレクタ負荷抵抗に関連して考えてみる。これ
らは、フィードバック信号用の高域フィルタを形成す
る。振幅および位相は、高域フィルタを特徴付ける。振
幅の場合、信号は、まず通過させられ、カットオフ点か
ら始まる減衰が起こる。位相の場合、カットオフ点から
始まる位相シフトがもたらされる。クロスカップリング
の発展形では、位相シフトは、可能な最も高い周波数に
おいてのみ達成されるようになされる。これは、さもな
ければコレクタとベースが発振周波数において同位相で
なくなるからである。これを達成するために、本発明に
従って高域フィルタの通過帯域を広くしなければならな
い。これは、本発明によれば、上述のようにコレクタ抵
抗ではなく、この場合エミッタ・フォロワを使用するこ
とによって達成される。これによりカットオフ周波数が
高くなり、その結果発振器の基本周波数のカットオフ周
波数からの距離がより大きくなる。
よって計算できる。 Fg =1/(2π×RC ×CCB)
高域フィルタ内のエミッタ・フォロワの出力抵抗を使用
することができる。したがって、高域フィルタの抵抗を
小さくし、かつカットオフ周波数を大きくすることがで
きる。エミッタ・フォロワの出力抵抗は、エミッタ・フ
ォロワの電流によって設定できる。
する。
差動増幅器および直列共振回路を示す。トランジスタT
1、T2はコモンベース差動増幅器を形成する。トラン
ジスタT1、T2はベース抵抗RB に接続され、ベース
抵抗RB は電圧源U2に接続される。トランジスタT
1、T2はコレクタ抵抗RC に接続され、コレクタ抵抗
RC は、負荷の働きをし、電圧源U1に接続される。エ
ミッタは、電流源S1、S2に接続される。出力OUT
は、例えばミキサおよび/またはPLL回路に供給され
る。コンデンサCBEはベースとエミッタの間に接続さ
れ、コンデンサCEEは、トランジスタT1、T2の平衡
エミッタ間に接続される。トランジスタT1、T2のベ
ースおよびコレクタはそれぞれコンデンサCCBによって
接続され、コンデンサCCBは、正のフィードバックを形
成し、無線周波数発振を支持する。コンデンサCD は、
交流電圧に関して、外部インダクタンスLF および可変
容量ダイオードDC を共振回路の集積部分、すなわち直
列キャパシタンスCBE、CEE、CBEに結合する働きをす
る。可変容量ダイオードの値は、直流電圧によって設定
される。LP は、接続ワイヤのインダクタンスを表す。
直列共振回路の外部部分CD 、DC 、LF は、これらの
接続ワイヤLP を介して集積回路CBE、CEE、CBEおよ
び差動増幅器に接続される。
が固定容量CBE、CEE、CBEの形で組み込まれ、一部が
発振周波数を設定するために可変インダクタンスの形で
外部にある。この可変外部インダクタンスは、可変容量
ダイオードDC に直列の固定インダクタンスLF から構
成され、これにより周波数設定が可能になる。内部固定
容量および外部可変インダクタンスは、ハウジングおよ
び2つのピンを介して平衡した形で接続される。これら
は、ボンディング・ワイヤ・インダクタンスLP として
モデル化される。それらは、有効な共振回路の構成要素
部分であるので、寄生共振回路を形成することはなく、
したがって寄生無線周波数発振モードの発生が妨げられ
る。いま説明した回路から、これらの妨害要素が共振回
路内に含まれていることが理解できる。
回路図を示す。図2から、すべての容量およびインダク
タンスが直列共振回路を形成することは明らかである。
同じ構成要素表示は、図1の参照番号を指す。図3は、
直列共振回路を再び等価回路図の形で示すために個々の
構成要素の総和が形成されていることを示す。これは等
価回路図であるので、電圧は入っていないが、電圧を印
加すれば、インダクタンスおよび容量の数から生じる周
波数において発振する共振回路が生じることは明らかで
ある。
構成要素表示は、図1の参照番号を指す。電流源S1お
よびS2は、抵抗リングによって形成される。この図で
は、共振回路の一部は集積回路内にあり、2つの外部可
変容量ダイオードDC およびインダクタンスLF はイン
ダクタンスLP を形成する接続ピンを介して接続される
ことは明らかに理解できる。電源電圧VCCは、トラン
ジスタT3を介してコレクタ抵抗に送られる。共振回路
は、構成要素の固有雑音によって発振する。同調は、可
変容量ダイオードDC によって外部から実施できる。妨
害要素、すなわち2つの接続ピンLP およびそれらのボ
ンディング・ワイヤのインダクタンスは、共振回路内に
組み込まれているので、さもなければ妨害をもたらす影
響が抑制される。
発振器であることが好ましい。この発振器は、2つのピ
ンを介して平衡した形で構成され、可変容量ダイオード
を介して、すなわち容量を介して同調させることができ
る。
同じ構成要素表示は同じ機能表示を指し、したがって、
さらに詳細には説明しない。ただし、図5にはさらにト
ランジスタT3およびT4および電流源S3およびS4
を有するエミッタ・フォロワE1、E2が挿入されてい
る。
1、T2から形成される。さらに、コレクタベース・ク
ロスカップリングが使用される。クロスカップリング
は、トランジスタT1の一方のコレクタをエミッタ・フ
ォロワE1および容量CCBを介して第2のトランジスタ
T2のベースに接続し、かつ第2のトランジスタT2の
コレクタをエミッタ・フォロワE2および容量CCBを介
して第1のトランジスタT1のベースに接続することに
よって形成される。
シフトが発生せず、したがってコレクタとベースが同位
相になる。さらに、上述のカットオフ点fg をもたらす
カットオフ周波数fg ’が高くなり、その結果発振器の
基本周波数fn のカットオフ周波数fg ’からの距離が
より大きくなる。
C の代わりに、高域フィルタのエミッタ・フォロワの出
力抵抗が使用されている。したがって、高域フィルタの
抵抗を小さくし、カットオフ周波数を高くすることがで
きる。エミッタ・フォロワの出力抵抗は、エミッタ・フ
ォロワの電流によって設定できる。
方法について、図6に関して説明する。図6に、振幅プ
ロファイルAを周波数fの関数として示し、さらに高域
フィルタを特徴付ける位相プロファイルφを周波数fの
関数として示す。振幅の場合、信号は、まず通過させら
れ、カットオフ点から始まる減衰が起こる。位相の場
合、カットオフ点から始まる位相シフトがもたらされ
る。振幅および位相の曲線プロファイルaは、差動増幅
器T1、T2のクロスカップリング中にコレクタ抵抗を
使用した場合のプロファイルを示す。カットオフ周波数
はfg で、基本周波数はfn で示される。
fg ’がより高い周波数範囲にずれるように高域フィル
タのプロファイルをどのようにして変化させるかを示
す。位相シフトのカットオフ周波数fg ’もより高いプ
ロファイルにずれる。クロスカップリング中のエミッタ
・フォロワの結果として高域フィルタのプロファイルが
変化したので、基本周波数fn とカットオフ周波数f
g ’の間の領域を広くすることができる。
す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 さもなければ妨害をもたらす要素が発振
器共振回路内に含まれており、その結果、有効な要素と
して動作することを特徴とする、共振回路を有する発振
器内の寄生無線周波数発振モードを回避する回路構成。 - 【請求項2】 接続ピンおよび/またはボンディング・
ワイヤが妨害要素を形成すること、かつ/または共振回
路がLC共振回路として設計されることを特徴とする、
請求項1に記載の回路。 - 【請求項3】 妨害要素が、発振器の集積増幅器と発振
器の外部LC共振回路とを接続することを特徴とする、
請求項1に記載の回路。 - 【請求項4】 発振器LC共振回路が、一部が組み込ま
れ、かつ/または一部が2つの接続ピンを介して外部に
あるように構成されること、ならびに/あるいはその回
路が平衡した形で構成されることを特徴とする、請求項
1に記載の回路。 - 【請求項5】 発振器LC共振回路が、接続ピンを介し
て接続された集積容量および外部インダクタンスから構
成された直列共振回路であること、かつ/または接続ピ
ンが、直列LC共振回路の全インダクタンスに寄与する
インダクタンスの働きをすることを特徴とする、請求項
1に記載の回路。 - 【請求項6】 接続ピンが、プリント基板上にボンディ
ング・ワイヤ、ハウジングおよび接続リード線を含んで
おり、かつインダクタンスとして設計されることを特徴
とする、請求項1に記載の回路。 - 【請求項7】 周波数同調用の外部手段が、可変容量ダ
イオードに対して直列の固定インダクタンスを含んでい
る可変インダクタンスによって形成されることを特徴と
する、請求項1に記載の回路。 - 【請求項8】 外部可変容量ダイオードが、直列共振回
路内の周波数同調用に役立ち、かつそれにより全直列容
量を設定することができる短縮コンデンサとして動作す
ること、かつ/または1つまたは複数の外部可変容量ダ
イオードが周波数同調用に使用できることを特徴とす
る、請求項1に記載の回路。 - 【請求項9】 差動増幅器(T1、T2)がクロスカッ
プリング(CCB)を介して接続され、かつ/または差動
増幅器(T1、T2)のコレクタとベースが2つの集積
容量(CCB)を介してクロスカップリングされることを
特徴とする、請求項1に記載の回路。 - 【請求項10】 クロスカップリングが直列の2つの容
量(CCB)および2つのエミッタ・フォロワ(T3、T
4)によって形成されることを特徴とする、請求項1に
記載の回路。
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