(57)【要約】【課題】  周波数を可変制御できるリング発振器において、回路パラメータ等のばらつきにより、高い発振周波数でのばらつきが顕著となる。【解決手段】  高速パスを構成する増幅器２２と低速パスを構成する増幅器２４とからなる各増幅段２０の遅延時間をインターポレータ２８が増幅器２２，２４に供給する電流により制御し、多段接続された増幅段２０からなるリング発振器の発振周波数を可変する。ここで、最大発振周波数のばらつき範囲の下限値が、発振周波数の目的可変範囲の上限値に応じた値となるように設定する。さらに、増幅段２０相互間にＲＣ回路からなるＬＰＦ２６を挿入する。ＬＰＦ２６のカットオフ周波数は、最大発振周波数のばらつき範囲の下限値に応じて設定し、ばらつきが生じても、最大発振周波数は当該下限値近傍範囲内となるように高発振周波数を抑制する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の増幅器がループ状に多段接続されたリング発振器において、
前記増幅器での信号の遅延時間を制御して発振周波数を可変し、前記遅延時間の最小値に対応して最大発振周波数を実現し得る周波数制御回路と、
前記ループの途中に配置される低域通過フィルタと、
を有し、
前記低域通過フィルタは、前記最大発振周波数のばらつき範囲の下限値に応じたカットオフ周波数を設定されること、
を特徴とするリング発振器。
【請求項２】
請求項１に記載のリング発振器において、
前記下限値は、前記発振周波数の目的可変範囲の上限値に応じて設定されること、を特徴とするリング発振器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のリング発振器において、
前記低域通過フィルタは、ＲＣフィルタであること、を特徴とするリング発振器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のリング発振器において、
前記増幅器は、並列に設けられた高速パス及び低速パスと当該両パスの出力を合成する合成回路とを有する補間型遅延回路であること、を特徴とするリング発振器。
【請求項５】
請求項４に記載のリング発振器において、
前記低域通過フィルタは、前記高速パスの出力端子と前記合成回路との間に配置されること、を特徴とするリング発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数を可変制御できるリング発振器に関し、特に特性ばらつきの抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のリング発振器の模式的な回路構成図である。このリング発振器は、複数の増幅段２が直鎖的に接続され、かつループを構成する。各増幅段２は、高速パスを構成する増幅器４及び低速パスを構成する増幅器６を含む補間型遅延回路であり、それら各増幅器４，６は互いに並列に配置され、両増幅器４，６の出力電流は加算合成され後段の入力信号となる。周波数制御回路８は、各増幅段２の増幅器４，６の動作に必要な電流を供給すると共に、当該周波数制御回路８に供給されるチューニング電圧Ｖtに応じて両増幅器４，６それぞれに供給する電流の比率を可変制御する。この周波数制御回路８による供給電流の制御により、高速パス、低速パスそれぞれからの出力電流の比率が調節され、各増幅段２での信号伝達時間が増減され、リング発振器の発振周波数ｆが調節される。
【０００３】
図５は、従来のリング発振器における発振周波数の制御特性を示す模式的なグラフである。図５において、横軸はチューニング電圧Ｖt、縦軸は発振周波数ｆを表す。ここで、ｆ−Ｖ特性曲線１０は、Ｖtに応じて周波数ｆが下限値ｆ1と上限値ｆ2との間で変化し、これを目標特性として、各増幅器４，６が構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
増幅器４，６を構成するトランジスタの相互コンダクタンスｇmや遮断周波数ｆTの他、抵抗値、容量値など、多くのパラメータのばらつきの影響により、発振周波数ｆもばらつきを生じる。図５において、点線で示すｆ−Ｖ特性曲線１２，１４は、パラメータのばらつきの影響を受けた特性曲線を表している。あるＶtでの周波数のばらつき幅の絶対値Δｆは、ｆの値が大きいほど大きくなる傾向がある。すなわち、発振周波数を高域側へ制御したときに発振周波数のばらつきが顕著となるという問題があった。
【０００５】
また、例えば、ｆ−Ｖ特性曲線１４は、目標とする周波数範囲の上限ｆ2まで到達しない。すなわち、特性ばらつきにより、必要とする発振周波数を網羅できない場合が生じるという問題があった。
【０００６】
また、特性ばらつきにより、ｆ−Ｖ特性曲線の傾きもばらつく。これは、この発振器を用いてＰＬＬ（Phase Locked Loop）を構成するような場合に、位相ノイズの最適化の点で問題であった。
【０００７】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、リング発振器において、回路のパラメータのばらつき等に起因するｆ−Ｖ特性のばらつきを改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るリング発振器は、複数の増幅器がループ状に多段接続されたものにおいて、前記増幅器での信号の遅延時間を制御して発振周波数を可変し、前記遅延時間の最小値に対応して最大発振周波数を実現し得る周波数制御回路と、前記ループの途中に配置される低域通過フィルタと、を有し、前記低域通過フィルタが、前記最大発振周波数のばらつき範囲の下限値に応じたカットオフ周波数を設定される。
【０００９】
他の本発明に係るリング発振器においては、前記下限値が、前記発振周波数の目的可変範囲の上限値に応じて設定される。
【００１０】
本発明の好適な態様は、前記低域通過フィルタが、ＲＣフィルタであるリング発振器である。
【００１１】
本発明の他の好適な態様は、前記増幅器が、並列に設けられた高速パス及び低速パスと当該両パスの出力を合成する合成回路とを有する補間型遅延回路であるリング発振器である。
【００１２】
本発明の他の好適な態様は、前記低域通過フィルタが、前記高速パスの出力端子と前記合成回路との間に配置されるリング発振器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、本来、回路パラメータ等の条件の相違によるばらつきが大きくなる発振周波数の高域において、低域通過フィルタが発振周波数を抑制する。低域通過フィルタのカットオフ周波数を最大発振周波数のばらつき範囲の下限値に応じて設定することで、最大発振周波数の実際のばらつき範囲は、当該下限値近傍の範囲に縮小される。高域側において各種条件の相違による周波数のばらつきが縮小されることにより、周波数制御回路による制御に対する発振周波数の変化特性の当該条件の相違による差異も縮小する。最大発振周波数のばらつき範囲の下限値が、発振周波数の目的可変範囲の上限値に応じた値となるように、当該ばらつき範囲を設定しておくことで、低域通過フィルタにより高域側での発振周波数を当該ばらつき範囲の下限値近傍に抑制しても、目的可変範囲を網羅した発振周波数の制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るリング発振器の模式的な回路構成図である。本発振器は、複数の増幅段２０が直鎖的に接続され、かつループを構成する。各増幅段２０は、高速パスを構成する増幅器２２及び低速パスを構成する増幅器２４を含む補間型遅延回路であり、それら各増幅器２２，２４は互いに並列に配置され、両増幅器２２，２４の出力電流は加算合成され後段の入力信号となる。本発振器の主な特徴の１つは、このように構成された増幅段２０相互間にＲＣ回路からなる低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２６が挿入される点である。すなわち、増幅段２０の出力端子と次段の増幅段２０の入力端子との間に抵抗素子Ｒが挿入され、Ｒの一方端にコンデンサＣが接続される。コンデンサＣの他方端は接地される。
【００１６】
各増幅段２０における補間動作を制御するインターポレータ２８は、本発振器の発振周波数を可変制御する周波数制御回路として機能する。インターポレータ２８は、電源３０からチューニング電圧Ｖtを供給される。電源３０は出力電圧Ｖtを調整可能であり、インターポレータ２８は入力される電圧Ｖtに応じて、増幅器２２につながる信号線に流れる電流Ｉfと、増幅器２４につながる信号線に流れる電流Ｉsとに相反する変化を生じる。
【００１７】
増幅器２２，２４の出力電流は、それぞれインターポレータ２８から供給される電流Ｉf，Ｉsに応じて増減する。例えば、Ｖtが増加するとインターポレータ２８はＩfを増加させ、またＩsを減少させる。これにより、高速パスの増幅器２２の出力電流が増加する一方、低速パスの増幅器２４の出力電流が減少して、増幅段２０での遅延時間が減少し、発振周波数は高くなる。反対に、Ｖtが減少するとインターポレータ２８はＩfを減少させ、またＩsを増加させる。これにより、高速パスの増幅器２２の出力電流が減少する一方、低速パスの増幅器２４の出力電流が増加して、増幅段２０での遅延時間が増加し、発振周波数は低くなる。
【００１８】
本発振器において、発振周波数の目的制御範囲の下限値をｆ1、上限値をｆ2とする。図２は、本リング発振器の設定について説明するための、発振周波数の制御特性を示す模式的なグラフである。図２において、横軸はチューニング電圧Ｖt、縦軸は発振周波数ｆを表す。ここで、ｆ−Ｖ特性曲線４０は、増幅器２２，２４の回路パラメータ等が標準的な状態である場合の特性曲線であり、ｆ−Ｖ特性曲線４２，４４は回路パラメータ等のばらつきによって標準的な状態からずれた限界的な状態での特性曲線である。ここで、ばらつきは一般に所定の分布関数に従い、限界的な状態は、例えば、その分布関数における標準偏差をσとして、標準的な状態からの偏差が３σとなる等の基準に基づいて定義することができる。ｆ−Ｖ特性曲線４２は発振周波数が高くなる方向での限界的な状態であり、ｆ−Ｖ特性曲線４４は発振周波数が低くなる方向での限界的な状態である。本リング発振器においては、インターポレータ２８により発振周波数を高域側へ制御した場合に、発振周波数が低くなる限界的な状態に対応する発振周波数がｆ2を超えるように、標準的な状態での回路パラメータ等を設定する。すなわち、図２に示すように、標準的な状態に対応するｆ−Ｖ特性曲線４０は、それを中心としたばらつき範囲の下限値に対応するｆ−Ｖ特性曲線４４の最大発振周波数がｆ2を上回るように設定される。
【００１９】
図２のような特性を示すリング発振器に対して、ＬＰＦ２６を挿入し、発振周波数の高域側を抑制する。図３は、ＬＰＦ２６を挿入した図１に示す構成での発振周波数の制御特性を示す模式的なグラフである。図３において横軸、縦軸は図２と同じであり、それぞれチューニング電圧Ｖt、発振周波数ｆを表す。図３に示すｆ−Ｖ特性曲線５０，５２，５４はそれぞれ、ｆ−Ｖ特性曲線４０，４２，４４に対応する場合においてＬＰＦ２６による高域抑制を行った特性曲線を表している。ＬＰＦ２６の高域抑制は、図３に示す特性が実現されるように設定される。例えば、ＬＰＦ２６のカットオフ周波数がｆ−Ｖ特性曲線４４の最大発振周波数に応じた値となるように設定することができる。
【００２０】
このように設定することで、回路パラメータ等のばらつきが生じても、発振周波数を高くするように制御したときに発振周波数にばらつきが発生することが抑制される。また、回路パラメータ等のばらつきが生じても、目的制御範囲を網羅した発振周波数の可変制御が可能となる。さらに、回路パラメータ等のばらつきが生じても、ｆ−Ｖ特性曲線の傾きのばらつきが抑制され、本リング発振器によるＶＣＯゲインのばらつきを抑制することができる。
【００２１】
上述の構成では、ＬＰＦ２６はＲＣ回路を用いたが、他の構成の低域通過フィルタを用いても良い。また、高速パスである増幅器２２と低速パスである増幅器２４との電流合成がなされる前の段階にて、増幅器２２の出力にＬＰＦ２６を作用させてもよい。この場合、ＬＰＦ２６は増幅器２２の出力端子に接続され、ＬＰＦ２６の出力端子が低速パスである増幅器２４の出力端子と共に次段の増幅段２０の入力端子に接続される。
【００２２】
上述の構成ではＬＰＦ２６は増幅段２０の各段に対応して挿入したが、一部の箇所に挿入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るリング発振器の模式的な回路構成図である。
【図２】本実施形態に係るリング発振器の設定について説明するための、発振周波数の制御特性を示す模式的なグラフである。
【図３】本実施形態に係るリング発振器の発振周波数の制御特性を示す模式的なグラフである。
【図４】従来のリング発振器の模式的な回路構成図である。
【図５】従来のリング発振器における発振周波数の制御特性を示す模式的なグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
２０  増幅段、２２，２４  増幅器、２６  ＬＰＦ、２８  インターポレータ、３０  電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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