(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧制御された温度補償水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）における周波数不安定性をさらに低減することを可能にする実践可能なＶＣＸＯ有効伝達関数線形化技術を提供する。【解決手段】電圧制御された発振器は、プラトー領域及びより大きい勾配領域を有する関数を介して、周波数制御信号を生成及び適用することによって、その有効な周波数対電圧伝達関数の最適化を実装し、より大きい勾配領域の水平位置、より大きい勾配領域の勾配値、及びより大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いが、調節可能である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧制御された発振器であって、初期周波数制御信号の関数として生成される少なくとも１つの信号を含む、再生された周波数制御信号を生成するように構成された電子回路を備え、前記関数が、以下の要件：
−前記関数が、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を有すること、ならびに
−前記実質的により大きい勾配領域の水平位置、前記実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び前記実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いが、調節可能であること、を満たす、電圧制御された発振器。
【請求項２】
前記再生された周波数制御信号が、初期周波数制御信号の関数として生成される２つ以上の信号の組み合わせを含み、前記関数のうちの少なくとも１つが、以下の要件：
−前記関数が、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を有すること、ならびに
−前記実質的により大きい勾配領域の水平位置、前記実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び前記実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いが、調節可能であること、を満たす、請求項１に記載の電圧制御された発振器。
【請求項３】
前記関数（１つ）が、シグモイド関数を含むか、または前記関数（複数）が、シグモイド関数を含む、請求項１または請求項２に記載の電圧制御された発振器。
【請求項４】
前記シグモイド関数が、双曲線正接（Ｔａｎｈ）関数を含む、請求項３に記載の電圧制御された発振器。
【請求項５】
前記シグモイド関数が、逆正接（ａｒｃｔａｎ）関数を含む、請求項３に記載の電圧制御された発振器。
【請求項６】
前記関数のうちの２つ以上が、前記要件を満たす、請求項２に記載の電圧制御された発振器。
【請求項７】
前記関数のうちの２つ以上が、シグモイド関数を含む、請求項６に記載の電圧制御された水晶発振器。
【請求項８】
電圧制御された発振器を構築するために好適な集積回路であって、初期周波数制御信号の関数として生成される少なくとも１つの信号を含む、再生された周波数制御信号を生成するように構成された電子回路を備え、前記関数が、以下の要件：
−前記関数が、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を有すること、ならびに
−前記実質的により大きい勾配領域の水平位置、前記実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び前記実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いが、調節可能であること、を満たす、集積回路。
【請求項９】
前記再生された周波数制御信号が、初期周波数制御信号の関数として生成される２つ以上の信号の組み合わせを含み、前記関数のうちの少なくとも１つが、以下の要件：
−前記関数が、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を有すること、ならびに
−前記実質的により大きい勾配領域の水平位置、前記実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び前記実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いが、調節可能であること、を満たす、請求項８に記載の集積回路。
【請求項１０】
前記関数（１つ）が、シグモイド関数を含むか、または前記関数（複数）が、シグモイド関数を含む、請求項８または請求項９に記載の集積回路。
【請求項１１】
前記シグモイド関数が、双曲線正接（Ｔａｎｈ）関数を含む、請求項１０に記載の集積回路。
【請求項１２】
前記シグモイド関数が、逆正接（ａｒｃｔａｎ）関数を含む、請求項１０に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記関数のうちの２つ以上が前記要件を満たす、請求項９に記載の集積回路。
【請求項１４】
前記関数のうちの２つ以上が、シグモイド関数を含む、請求項１３に記載の集積回路
【請求項１５】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電圧制御された水晶発振器を備える、電子機器。
【請求項１６】
初期周波数制御信号の関数として生成される少なくとも１つの信号を含む、再生された周波数制御信号を生成するように構成された電子回路を各々備える、電圧制御された発振器を製造する方法であって、
−各々の発振器の周波数対電圧伝達関数を特徴付けるステップと、
−前記少なくとも１つの信号に、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を含ませるステップと、
−各々の発振器について、前記実質的により大きい勾配領域の水平位置、前記実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び前記実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いのうちのいずれか１つ以上を個々に調節して、前記個々の発振器に対して前記再生された制御信号を最適化するステップと、を含む、方法。
【請求項１７】
各々の発振器、または少なくともいくつかの発振器について、前記実質的により大きい勾配領域の水平位置、前記実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び前記実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いの全てを個々に調節して、個々の発振器の前記温度補償信号を最適化することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項１８】
電圧制御された発振器であって、初期周波数制御信号の関数として生成される少なくとも１つの信号を含む、再生された周波数制御信号を生成するように構成された電子回路を備え、関数が、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を含み、前記実質的により大きい勾配領域の水平位置、前記実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び前記実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いのうちのいずれか１つ以上が、調節可能である、電圧制御された発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器の有効伝達関数が、周波数制御信号を、初期周波数制御信号の好適な関数として生成された単一の信号、または複数の信号の組み合わせとして再生することによって修正される、電圧制御された発振器に関する
【背景技術】
【０００２】
電圧制御された発振器は、特定の公称周波数ＦＯＵＴの出力信号を生成することができる電子回路であり、周波数制御電圧入力に適用される周波数制御電圧の値を変更することによって出力周波数を制御することができる。
【０００３】
電圧制御された水晶発振器（ＶＣＸＯ）では、電圧制御された可変容量（「バラクタ」）またはバラクタと機能的に同等の回路に周波数制御電圧が適用され、周波数制御電圧値が変化するとバラクタ容量も変化し、発振器の周波数ＦＯＵＴを変化させ、所望の出力周波数制御関数が達成される。
【０００４】
ＶＣＸＯの周波数対電圧伝達関数は、通常、バラクタの容量対電圧伝達関数の非線形性、ならびに発振回路の非線形性のために非線形である。さらに、ＶＣＸＯの周波数対電圧伝達関数の形状は、ＶＣＸＯサンプルごとに異なる。
【０００５】
ＶＣＸＯは、位相ロックループ（ＰＬＬ）、電子周波数逓倍器、温度補償された水晶発振器（ＴＣＸＯ）などを含むが、これに限定されない、多くの電子回路機能及び装置の実装において用途を見出す。
【０００６】
少なくともいくつかの用途では、電圧制御された発振器は、その有効周波数対電圧伝達関数の特定の一貫した形状を示すことが望ましい。しばしば直線形状が必要とされる。このような用途の例は、電圧制御されて温度補償された水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）と呼ばれる水晶発振器のタイプである。現在の多くのＶＣＴＣＸＯでは、温度依存性補償電圧を生成して、それを内部電圧制御された水晶発振器（ＶＣＸＯ）に適用することによって、温度補償が達成される。このようなＶＣＴＣＸＯ装置の構造を、図１（先行技術）に示す。この図において、ＶＣＸＯは、必要な周波数ＦＯＵＴの出力信号を生成する調整可能な回路である。出力周波数ＦＯＵＴは、温度依存性である。温度安定性に対する周波数ＦＯＵＴを改善するために、温度補償関数発生器は、温度補償電圧ＶＣＯＭＰを生成するために使用され、後者が、周囲温度変化の効果に対する出力周波数を補正するためにＶＣＸＯに適用される。補償電圧は、温度センサ出力信号の関数として生成され、この関数は、ＶＣＸＯの周波数対温度特性に関連して、ＶＣＯＭＰ電圧の適用が、周囲温度変化によって引き起こされる出力周波数ＦＯＵＴの不安定性が低減されるように適合される。
【０００７】
ユーザ制御ＶＣＯ電圧により、ＶＣＴＣＸＯユーザは、ＶＣＯ電圧レベルを変更することによってＶＣＴＣＸＯ装置を調整することができる。温度補償関数発生器によって生成された温度補償電圧ＶＣＯＭＰは、通常、ＶＣＯ電圧範囲の中間点など、外部から適用されるＶＣＯ電圧の特定の固定レベルで最適化される。これは、ＶＣＯＭＰ電圧がＶＣＸＯの周波数対電圧特性勾配の単一の値に対して最適化されていることを意味する。ユーザ制御ＶＣＯ電圧がＶＣＯ範囲内の異なる値に変更されると、ＶＣＸＯの周波数対電圧特性の勾配も変化するが、補償電圧ＶＣＯＭＰは同じままであり、これは、ＶＣＴＣＸＯ装置が、ＶＣＯＭＰが最適化されたもの以外のＶＣＯ電圧で過大補償または過小補償のいずれかになることに繋がる。外部周波数制御電圧レベルが変化するとき、温度補償精度の劣化を指定する業界用語は、「プリングスキュー（ｐｕｌｌｉｎｇ  ｓｋｅｗ）」、「トリミングスキュー（ｔｒｉｍｍｉｎｇ  ｓｋｅｗ）」、「補償チルト（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｔｉｌｔ）」などである。当業者であれば、ＶＣＸＯの周波数対電圧特性勾配が一定であれば、温度補償電圧ＶＣＯＭＰの効果は、周波数制御電圧ＶＣＯ値にかかわらず同じであることが理解されよう。換言すれば、線形有効ＶＣＸＯ伝達関数は、「補償チルト」を排除する。
【０００８】
外部周波数制御電圧が変化したときの温度補償精度のこのような望ましくない劣化を低減する試みが知られている。例えば、米国特許第６，５４９，０５５号に開示されている調整可能な回路のための入力信号を生成する方法を使用して、ＶＣＸＯ回路の非線形性を「実質的に補正する」多項式近似関数を用いてＶＣＸＯ制御信号を予め歪ませることにより、有効ＶＣＸＯ周波数特性対電圧特性の線形性を改善することが可能である。そのような多項式近似法は、有効ＶＣＸＯ伝達特性の非線形性を約１％まで低減することができ、ＶＣＸＯの周波数対電圧伝達関数を多項式関数のような単純な数式で正確に定義することができないため、このような方法によるさらなる非線形性の低減は不可能である。
【０００９】
本発明は、ＶＣＸＯ制御信号を、初期周波数制御信号の好適な関数として生成された単一、または複数の信号の組み合わせとして再生することによって、ＶＣＴＣＸＯ装置における補償チルト誤差をさらに低減する有用な方法を提供する。
【発明の概要】
【００１０】
広義には、本発明は、電圧制御された発振器の有効周波数対電圧伝達関数を所望の形状に適合させるように調節する有用な方法を提供する。
【００１１】
可能な用途及び実施形態の１つとして、本発明は、電圧制御された温度補償水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）における周波数不安定性をさらに低減することを可能にする実践可能なＶＣＸＯ有効伝達関数線形化技術を提供する。
【００１２】
本発明によると、周波数制御信号は、初期周波数制御信号の関数として生成される１つの信号、または２つ以上の信号の組み合わせとして再生され、このように形成された調整信号が、電圧制御された発振器に適用されて、発振器の有効な周波数対電圧伝達関数形状を修正する。本発明の周波数制御電圧信号を生成するために使用される関数は、以下の要件を満たす任意の１つ以上の関数とすることができる。
−関数が、プラトーに近似する領域、及び実質的により大きい勾配領域を有すること、ならびに
−前記２つの領域が、連続的に（すなわち、不連続性を伴わずに）かつ滑らかに接続していること、ならびに
−実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び実質的により大きい勾配領域の関数値変化度合いが、調節可能であること。
【００１３】
最後の要件は、制御信号を調節して、特定の電圧制御された発振器の有効周波数対電圧伝達関数を修正して、現在の技術水準よりもはるかに近い所望の伝達関数形状に一致させることを可能にする。
【００１４】
少なくともいくつかの実施形態では、「プラトーに近似する領域」または「プラトー領域」は、ゼロ勾配（水平）線に対して線形漸近的手法を示す関数曲線の領域を意味する。
【００１５】
「実質的により大きい勾配領域」は、プラトー領域における勾配よりも実質的に大きい勾配を有する関数曲線の領域であり、少なくともいくつかの実施形態では、関数の実質的により大きい勾配領域の勾配値は、０．０１Ｖ／Ｖ〜８０Ｖ／Ｖの範囲内、またはその範囲の一部内で調節可能である。
【００１６】
前述の要件を満たすいくつかの関数を用いて、本発明の装置における制御信号発生器を実装することができる。例えば、シグモイド関数は前述の要件を満たすので、シグモイド関数は、制御信号発生技術を実装するのに好適である。特に、シグモイド関数は、一対の水平漸近線によって境界が定められ、シグモイド関数の１次導関数（すなわち、勾配）はベル形状であるので、シグモイド関数は、プラトーに近似する２つの領域と、関数勾配値が、プラトー領域における関数勾配値より実質的に大きい領域を有する。
【００１７】
大部分の特定の関数の選択は、所与の装置で使用される種類の電子ハードウェアでそれを生成するためにどのように実践可能であるかに依存する。
【００１８】
前記単一、またはいくつかの生成された関数信号の度合い、勾配、及び水平位置は、単一の生成された関数信号、または２つ以上の生成された関数信号の組み合わせとして形成された周波数制御信号が、特定の電圧制御された発振器の周波数対制御電圧伝達曲線の形状に対して最適化されるように、各装置ごとに調節される。
【００１９】
周波数制御信号を形成するために１つ以上の信号を生成するために使用されるように選択された関数が、実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いから互いに独立して調節可能である場合が最良であるが、最適なパラメータ値が決定されているときの相互作用を考慮することができるので、これらのパラメータ間の相互作用を有する関数も展開することができる。
【００２０】
本発明に従って形成された再生された周波数制御信号の形状は、ＶＣＸＯの伝達関数曲線の形状に依存する。全てのＶＣＸＯサンプルの伝達関数曲線の形状は異なるため、本発明に従って生成された関数信号の勾配、関数の水平位置、及びその度合いが調節可能である。
【００２１】
必要な勾配調節範囲は、所与のＶＣＸＯの母集団によって示される伝達関数曲線勾配の範囲に依存する。少なくともいくつかの実施形態では、約０．０４Ｖ／Ｖ〜約１０Ｖ／Ｖの関数勾配調節で十分であり、他の実施形態では、約０．１Ｖ／Ｖ〜約２５Ｖ／Ｖのより広い勾配調節範囲が必要とされ、さらに他の実施形態では、約０．３Ｖ／Ｖ〜約７５Ｖ／Ｖのさらにより広い勾配調節範囲が必要とされる。所与のＶＣＸＯ母集団内の伝達関数曲線変動の程度に適するように、再生された制御信号を形成するために、上述したものとは異なる関数勾配調節範囲が必要とされることがある。
【００２２】
生成された関数の各々の水平位置は、所与のＶＣＸＯ母集団に対して指定された少なくとも初期周波数制御電圧範囲を覆うように調節可能である。いくつかの実施形態では、生成された関数の水平位置は、約０．２５Ｖ〜約２．６５Ｖの電圧範囲内で調節可能であるように構成され、他の実施形態では、ゼロボルト付近〜約４Ｖのより広い水平位置調節範囲が必要とされる。上述したものとは異なる水平位置調節範囲が、所与のＶＣＸＯ母集団の制御電圧範囲に適するように必要とされることがある。
【００２３】
生成される関数の各々の度合いは、必要な度合いの再生された制御信号を生成するように調節可能である。少なくともいくつかの実施形態では、本発明に従って生成される関数信号の度合いは、約±１Ｖの範囲（すなわち、約２Ｖの全範囲）内で調節可能であることで十分であり、他の実施形態では、必要とされる関数度合い調節範囲はより広く、約±２Ｖ（すなわち、約４Ｖの全範囲）に及ぶ。所与のＶＣＸＯ母集団における周波数制御信号を再生するために、上述したものとは異なる関数度合い調節範囲が必要とされることがある。
【００２４】
本発明の概念の一般性を犠牲にすることなく、本発明は、シグモイド関数セット内の関数の１つである双曲線正接（Ｔａｎｈ）関数の使用を介して本明細書でさらに説明される。この関数は、バイポーラ半導体集積回路プロセスにおいて実装される装置に特に好適である。本発明の概念から逸脱することなく、当業者は、本発明の装置を実装するために異なる関数を選択することができ、例えば、異なる半導体プロセスで実装される装置の場合、逆正接（ａｒｃｔａｎ）関数がより好適であり得る。どの特定関数が選択されても、上述の要件を満たさなければならない。
【００２５】
広義には、別の態様において、本発明は、初期周波数制御信号の関数として生成される少なくとも１つの信号を含む、再生された周波数制御信号を生成するように構成された電子回路を各々備える、電圧制御された発振器を製造する方法であって、
−各々の発振器の周波数対電圧伝達関数を特徴付けるステップと、
−前記少なくとも１つの信号に、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を含ませるステップと、
−各々の発振器について、実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いを個々に調節して、個々の発振器に対して再生された制御信号を最適化するステップと、を含む、方法を含む。
【００２６】
広義には、さらなる態様において、本発明は、電圧制御された発振器であって、初期周波数制御信号の関数として生成される少なくとも１つの信号を含む、再生された周波数制御信号を生成するように構成された電子回路を備え、関数が、プラトー領域、及び連続的にかつ滑らかに接続された実質的により大きい勾配領域を含み、実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いのうちのいずれか１つ以上が、調節可能である、電圧制御された発振器を含む。
【００２７】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、「少なくとも一部分を構成する」を意味する。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語を含む本明細書及び特許請求の範囲における各々の記述の解釈において、それ以外の特徴または用語の前に記載された特徴も存在し得る。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの関連用語も同様に解釈されるべきである。
【００２８】
電圧制御された発振器に関して使用される用語「周波数対電圧伝達関数」は、発振器の出力周波数を発振器の電圧制御入力における電圧に関連付ける関数を意味する。「有効周波数対電圧伝達関数」という用語は、発振器の出力周波数を初期周波数制御信号の電圧に関連付ける関数を意味する。初期周波数制御信号が変更されずまたは再生されずに電圧制御された発振器の入力に接続される場合、「周波数対電圧伝達関数」及び「有効周波数対電圧伝達関数」が一致することが理解されるであろう。
【００２９】
少なくともいくつかの実施形態では、実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域における勾配値、及び実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いの前述の調節のうちの任意の１つ以上は、間接的に及び他の関数パラメータを調節することの結果として影響を及ぼされ得る。例えば、実質的に大きい勾配領域及びプラトー領域が接続している領域の水平位置を調節することは、実質的により大きい勾配領域の水平位置を効果的に調節する効果を有する。同様に、また別の例として、シグモイド関数において実質的により大きい勾配領域が２つのプラトー領域のそれぞれに接続している領域の相対的な水平位置または間隔を調節することは、より大きい勾配領域の勾配を効果的に調節する効果を有する。さらに別の例として、別の領域にわたって関数変化の度合いを調節することは、実質的により大きい勾配領域にわたって関数値変化度合いを調節するという結果的な効果を有し得る。換言すれば、実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いのうちのいずれか１つ以上の関数調節を、これらの関数パラメータの直接的または間接的な調節として、実装することができる。本明細書及び特許請求の範囲において、実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域における勾配値、及び実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いを調節することまたはこれらの調節に対する言及は、それに応じて理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明は、添付図面を参照してさらに説明される。
【００３１】
【図１】アナログＶＣＴＣＸＯ（先行技術）の構造を示す。
【図２】Ｔａｎｈ関数の例示的なプロットを示す。
【図３−３ｂ】異なる値の調節可能な係数を使用して形成された２つのＴａｎｈ関数（図３及び３ａ）の例、ならびにこれら２つの関数の合計（図３ｂ）を示す。
【図４】所望の形状関数を形成するために組み合わされた６つの個々のＴａｎｈ関数信号を示す。
【図５】Ｔａｎｈ関数信号を生成するように構成された電子回路の一例を示す。
【図６−６ｂ】生成されたＴａｎｈ関数の調節を示す。
【図７】本発明の技術を用いて線形化されたＶＣＸＯの測定データを示す。
【図８】本発明のＶＣＸＯ線形化技術を展開したＶＣＴＣＸＯ集積回路Ｃの構造例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
さらに、本明細書では、本発明は、「補償チルト」誤差を減少させることによってＶＣＴＣＸＯ装置における周波数安定性を改善するために使用される実施形態によって説明される。
【００３３】
ＶＣＴＣＸＯの周波数安定度誤差を最小にするために、本発明の技術を用いてＶＣＸＯ制御信号が生成され、ＶＣＸＯ（後者は図１（先行技術）に示されるＶＣＴＣＸＯの一部を構成する）に適用される。ＶＣＸＯの周波数対電圧伝達関数の形状に依存して、ＶＣＸＯ制御信号は、上記の特定の要件のセットを満たす前記関数とともに初期の周波数制御信号の関数として生成される１つの信号、または２つ以上の信号の組み合わせとして形成される。
【００３４】
そのような関数の例は、双曲線正接（Ｔａｎｈ）関数である。Ｔａｎｈ関数のプロットの例を図２に示す。有利には、双曲線正接（Ｔａｎｈ）関数は、ＶＣＴＣＸＯの「補償チルト」誤差を最小にするのに高度に好適な、滑らかで丸みのある有界のアナログ曲線を生成する。
【００３５】
Ｔａｎｈ関数の別の利点は、双極差動トランジスタ対がＴａｎｈ応答を有するので、Ｔａｎｈ関数信号が、バイポーラ電子回路を用いて容易に生成され得ることである。
【００３６】
Ｔａｎｈ関数は、数学的にさまざまな方法で表現できる。次の式は、便利な操作に役立つ。
【数１】
2018137754.tif 000002
【００３７】
上記の式に調節可能な係数を加えることにより、Ｔａｎｈ曲線の度合い（垂直ゲイン）、勾配、及び水平位置（変曲点）を調節することができる。
【数２】
2018137754.tif 000003
【００３８】
さらに、複数のＴａｎｈ曲線を生成して組み合わせることにより、所与のＶＣＸＯの伝達関数曲線に密接に一致する高度に可変な滑らかな曲線を形成することが可能である。図３に示すプロットは、「ａ」、「ｂ」、及び「ｃ」係数の異なるセット、及びこれらの２つの関数の合計を使用して生成される、２つのＴａｎｈ関数の例を提示する。３つのプロットのうち第１のプロットは、ａ＝１、ｂ＝５、及びｃ＝１．５で形成された第１のＴａｎｈ関数を示す。第２のプロットは、ａ＝−１．５、ｂ＝１、及びｃ＝２．５で形成された第２のＴａｎｈ関数を示す。第３のプロットは、２つのＴａｎｈ関数の合計を示す。
【００３９】
１つ以上のＴａｎｈ信号（電圧または電流）を生成し、それらを組み合わせることにより、ＶＣＸＯの有効伝達関数非線形性、したがって、ＶＣＴＣＸＯの「補償チルト」周波数誤差を低減するのに適したＶＣＸＯ制御信号を形成することができる。図４に示すプロットは、所望の形状関数を形成するために組み合わされた６つの個々のＴａｎｈ関数信号を示す。
【００４０】
Ｔａｎｈ関数信号を生成するように構成された電子回路の例を図５に示す。この回路では、入力電圧及びＴａｎｈ関数の引数の１つとして「Ｌｉｎｅａｒ  ＶＣＯ」という名前の適切な勾配を有するＶＣＸＯ周波数制御電圧が使用され、トランジスタＱＮ０〜ＱＮ４及びスイッチＳＷ１〜ＳＷ５からなるバイナリスイッチ電流ミラーによって規定される差動増幅器ＱＮ５、ＱＮ６のテイル電流は、Ｔａｎｈ関数のゲインを設定し、「Ｖｓｅｔ  Ｔａｎｈ変曲点」電圧は、Ｔａｎｈ関数の水平位置を設定する。この回路は、ターゲットＶＣＸＯ伝達関数の所望の形状に一致させるために、他の同様に生成された他のＴａｎｈ関数信号と組み合わせることができる１つのＴａｎｈ関数信号（電流「Ｔａｎｈ  ＩＯＵＴ」）を生成する。
【００４１】
図６、図６ａ及び図６ｂに示される３つのグラフは、ピーク対ピーク振幅（実質的により大きい勾配領域にわたる関数値変化度合い）の方法を示し、対応する入力信号を変化させることによって、実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び図５に示す回路によって生成されたＴａｎｈ関数の変曲点（実質的により大きい勾配領域の水平位置）を調節することができる。
【００４２】
可能なＴａｎｈ関数生成回路の実装は、図５に示される例に限定されず、電子回路設計の当業者は、Ｔａｎｈ関数信号を生成するための代替回路を思い付くことができる。
【００４３】
図５に示された回路のいくつかの例、選択された好適な関数信号を代替回路のいくつかの例は、本発明の典型的な実施形態では、いくつかの生成された関数信号を生成及び組み合わせる、かつＶＣＴＣＸＯの「補償チルト」誤差を低減するためのＶＣＸＯ制御信号を形成するために使用される可能性が高い。このようなＶＣＸＯ線形化技術は、残存する有効な周波数対電圧伝達関数の非線形性を、約１％（現行技術水準）から少なくとも一桁小さい値（すなわち、約０．１％以下）にさらに低減することを可能にする。
【００４４】
本発明による周波数制御信号を形成するために生成される関数信号の数は、所与のＶＣＸＯの伝達関数の形状に依存することは、当業者には理解されるであろう。本発明の少なくともいくつかの実施形態では、いくつかの（２つ以上の）関数信号が生成される。前述の要件を満たす多くの関数があるが、少なくともいくつかの実施形態では、同じ関数タイプのいくつかの信号が生成され、展開される電子機器ハードウェア内の関数を生成する実用性によって主に定義される特定の関数タイプの選択が行われる。
【００４５】
図７のグラフは、生成された６つのＴａｎｈ関数信号を組み合わせた線形化回路で線形化されたＶＣＸＯの測定データを示す。上の点線１は、ＶＣＸＯ回路の初期非線形周波数対電圧伝達関数を示す。下の点線２は、線形有効ＶＣＸＯ伝達曲線を達成するためにＴａｎｈ線形化回路によって生成される必要な制御電圧を示す。連続した曲線３は再生された周波数制御信号を示す。このグラフからわかるように、必要な制御電圧曲線と実際の制御電圧曲線は非常に近い。達成され変更された有効ＶＣＸＯ伝達関数は、プロットの中間線４として示されている。この線に対して行われた線形適合は、結果として生じる有効ＶＣＸＯ伝達曲線の残留非線形性が約０．０１％であることを示している。
【００４６】
本発明のＶＣＸＯ有効伝達関数線形化技術は、多項式関数近似または区分的近似よりも多くの利点を有する。例えば、
−本発明のＶＣＴＣＸＯ装置内に展開された全ての関数生成回路は、周波数制御電圧範囲全体にわたってアクティブであり、結果として得られる有効周波数対電圧曲線に不連続性を生じさせない。
−個々の関数曲線は、任意のまたはほとんど全ての個々のＶＣＸＯ残留誤差曲線に適するＶＣＸＯ制御信号を形成するために調節することができる。
【００４７】
本発明のＶＣＸＯ線形化技術は、ＶＣＴＣＸＯ集積回路（ＩＣ）の一部として実施することができる。本発明のＶＣＸＯ線形化技術を展開するＶＣＴＣＸＯ  ＩＣの構造例を図８に示す。この例では、温度補償関数発生器によって生成された温度補償電圧ＶＣＯＭＰは、外部から適用される周波数制御電圧ＶＣＯと組み合わされ、組み合わされた信号は、本発明による「Ｔａｎｈ線形化回路」ブロックにおいてＴａｎｈ関数として生成された信号の単一の、または２つ以上の信号の組み合わせとして、ＶＣＸＯ周波数制御電圧を形成するために使用され、このようにして形成された制御信号が、ＶＣＸＯ回路に適用される。この例では、Ｔａｎｈ線形化回路は、Ｔａｎｈ関数信号を生成し、前述したように、選択された関数が以下の要件を満たす限り、他の好適な関数を使用することができる。
−関数が、プラトーに近似する領域、及び実質的により大きい勾配領域を有しなければならないこと、ならびに
−前記２つの領域が、連続的に（すなわち、不連続性を伴わずに）かつ滑らかに接続していること、ならびに
−実質的により大きい勾配領域の水平位置、実質的により大きい勾配領域の勾配値、及び実質的により大きい勾配領域の関数値変化度合いが、調節可能であること。
【００４８】
本発明の概念から逸脱することなく、Ｔａｎｈ関数として、または前述の要件を満たす他の関数として生成された信号は、アナログ回路（例えば、図５に示す回路など）または（マイクロコントローラのような）デジタル回路のいずれかによって生成することができる。いずれの場合でも、信号は、アナログ信号（例えば、ユーザ制御されたアナログ調整信号）、またはデジタル信号（例えば、ユーザ制御されたデジタル調整信号、もしくはデジタル化されたアナログ調整信号）であり得る、初期周波数制御信号の関数として生成される。
【００４９】
上述の実施形態では、より大きい勾配領域の水平位置、より大きい勾配領域の勾配値、及びより大きい勾配領域にわたる関数値変化度合いの全てが、調節可能である。しかしながら、他の実施形態では、より大きい勾配領域の水平位置、より大きい勾配領域の勾配値、及びより大きい勾配領域にわたる関数値変化度合い、のうちのいずれか１つのみ、または２つのみが調節可能であり得る。例えば、一部の用途においては、水平位置及び関数値変化度合いのみが調節可能であることが、十分であり得る。
【００５０】
本発明の技術を使用して実装されたＶＣＴＣＸＯ装置のより高い周波安定性は、安定した基準周波数対温度特性が必要とされる任意の電子機器の性能に有益である。そのような装置には、携帯型及び固定式電気通信機器、高速ネットワーキング機器、無線通信機器、及びナビゲーション機器などが含まれるが、これらに限定されない。
【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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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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