(57)【要約】  電圧制御発振器(VCO)の中核部に制御電圧を供給する電圧源と、出力が前記電圧源の入力に接続した位相同期ループと、各バラクタの無ノイズバイアスを有する増幅器回路及び無ノイズバイアスを有するタンク回路を備え、出力が前記位相同期ループの入力に接続したVCO中核部と、前記電圧源及び前記VCO中核部の間に位置し、前記電圧源から前記VCO中核部への位相ノイズを低減する減衰器と、を具備した低位相ノイズVCO。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧制御発振器(VCO: voltage-controlled oscillator)の中核部に制御電圧を供給する電圧源と、
出力が前記電圧源の入力に接続した位相同期ループと、
増幅器回路及びタンク回路を備え、出力が前記位相同期ループの入力に接続したVCO中核部と、
前記電圧源及び前記VCO中核部の間に位置し、前記電圧源から前記VCO中核部に送られるノイズを低減して、前記電圧源の周波数変動を低減する容量性デバイダ回路減衰器と、を具備したことを特徴とする低位相ノイズVCO。
【請求項２】
前記減衰器が第１及び第２のコンデンサを備えた容量性デバイダ回路を具備したことを特徴とする請求項１に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項３】
前記減衰器が寄生リーク経路を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項４】
前記容量性デバイダ回路に結合したダイオードを更に具備したことを特徴とする請求項３に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項５】
前記ダイオードが前記第１のコンデンサに並列に結合したことを特徴とする請求項４に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項６】
前記ダイオードが順方向にバイアスされていることを特徴とする請求項４に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項７】
前記減衰器の出力を前記減衰器の入力に接続するフィードバックループを更に具備したことを特徴とする請求項５に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項８】
前記減衰器が前記第２のコンデンサに差し渡って位置する第２の容量性デバイダを更に具備したことを特徴とする請求項７に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項９】
前記増幅器回路に接続した増幅器バイアスと、
前記タンク回路に接続したタンクバイアスと、を更に具備し、
前記増幅器バイアスが前記増幅器回路のバイアスを制御すると共に、前記タンクバイアスが前記タンク回路のバイアスを制御することを特徴とする請求項１に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項１０】
前記増幅器バイアス及び前記タンクバイアスに接続し、前記増幅器バイアス及び前記タンクバイアスを制御するバイアス制御装置を更に具備したことを特徴とする請求項９に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項１１】
前記増幅器バイアスが、
増幅器バイアス用電圧源と、
前記バイアス制御装置によって開閉される一対のスイッチと、を更に具備し、
前記各スイッチが開かれたとき、前記各スイッチは前記増幅器バイアス用電圧源から前記増幅器回路への電圧用の経路をもたらし、前記各スイッチが閉じられたとき、前記増幅器バイアス用電圧源が前記増幅器回路から切り離されることを特徴とする請求項９に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項１２】
前記タンクバイアスが、
タンクバイアス用電圧源と、
前記バイアス制御装置によって開閉される一対のスイッチと、を更に具備し、
前記各スイッチが開かれたとき、前記各スイッチは前記タンクバイアス用電圧源から前記タンク回路への電圧用の経路をもたらし、前記各スイッチが閉じられるたとき、前記タンクバイアス用電圧源が前記タンク回路から切り離されることを特徴とする請求項９に記載の低位相ノイズVCO。
【請求項１３】
電圧制御発振器(VCO: voltage-controlled oscillator)でのノイズを低減する方法において、
増幅器回路及びタンク回路を備えたVCO中核部に減衰した電圧をもたらす段階と、
各増幅器スイッチを備えた増幅器バイアスを介して前記増幅器回路をバイアスすると共に、各タンクスイッチを備えたタンクバイアスを介して前記タンク回路をバイアスして、前記VCO中核部の出力でのノイズを低減する段階と、を具備したことを特徴とする前記方法。
【請求項１４】
バイアスする前記段階が、
閉増幅器スイッチ信号を前記各増幅器スイッチに送信する段階と、
前記各増幅器スイッチを閉じる段階と、
前記各閉じた増幅器スイッチを介して、バイアス用電圧源から前記増幅器回路へ電圧を送信する段階と、
所定の時間後に前記各増幅器スイッチを開いて前記バイアス用電圧源から前記増幅器回路を切り離して、前記バイアス用電圧源から前記増幅器回路に供給されるノイズを低減する段階と、を具備したことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記各増幅器スイッチを開く前記段階の前に、
開増幅器スイッチ信号を前記各増幅器スイッチに送信する段階を更に具備したことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
バイアスする前記段階が、
閉タンクスイッチ信号を前記各タンクスイッチに送信する段階と、
前記各タンクスイッチを閉じる段階と、
前記各閉じたタンクスイッチを介してバイアス用電圧源から前記タンク回路に電圧を送信する段階と、
所定の時間後に前記各タンクスイッチを開いて前記バイアス用電圧源から前記タンク回路を切り離して、前記バイアス用電圧源から前記タンク回路に供給されるにノイズを低減する段階と、を具備したことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記各タンクスイッチを開く前記段階の前に、
開タンクスイッチ信号を前記各タンクスイッチに送信する段階を更に具備したことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
減衰した電圧をもたらす前記段階が、
電圧源から入力電圧を受信する段階と、
前記入力電圧を容量性的に分割する段階と、
前記減衰した電圧を前記VCO中核部に送信する段階と、を具備したことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
減衰した電圧をもたらす前記段階が、
フィードバックループでの前記減衰した電圧を前記入力電圧に送信する段階を更に具備したことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記減衰した電圧を送信する前記段階の前に、減衰した電圧をもたらす前記段階が、
前記入力電圧を容量性的に分割する前記段階に起因する前記電圧を容量性的に分割する段階を更に具備したことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般に発振器の分野に関する。詳細には、この発明は無線通信アプリケーションにて信号を発生する電圧制御発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧制御発振器(VCO: voltage-controlled oscillator)は、増幅、フィードバック及び共振回路を使用してその出力周波数がその入力電圧に比例するようにして発振信号を生成して、繰返しの電圧波形を発生する回路である。
【０００３】
無線通信アプリケーションでは、VCOは大きな周波数範囲に渡って動作する。VCOは、それらの動作は周知であるが、一般にタンク回路及び増幅器回路を備えている。こういった回路をバイアスすることもまた既知であり、特許文献１に記載されている。特許文献１は、異なる周波数帯域で帯域切換え可能なVCOを動作させる方法を述べている。典型的な帯域スイッチング回路では、増幅器またはタンク回路をバイアスするとノイズを導いてしまい、この結果、VCOの出力に位相ノイズが出ることになる。
【０００４】
従って、低減ノイズ帯域スイッチング回路用の方法及び装置を提供することが望ましい。
【特許文献１】米国特許第６，６７４，３３３号（Peckham他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、以前の電圧制御発振器回路の少なくとも１つの不利益を除去するかまたは軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様において、本発明は、電圧制御発振器(VCO: voltage-controlled oscillator)の中核部に制御電圧を供給する電圧源と、出力が前記電圧源の入力に接続した位相同期ループと、増幅器回路及びタンク回路を備え、出力が前記位相同期ループの入力に接続したVCO中核部と、前記電圧源及び前記VCO中核部の間に位置し、前記電圧源から前記VCO中核部に送られるノイズを低減して、前記電圧源の周波数変動を低減する容量性デバイダ回路減衰器と、を具備したことを特徴とする低位相ノイズVCOを提供する。
【０００７】
別の実施例では、電圧制御発振器(VCO: voltage-controlled oscillator)でのノイズを低減する方法において、増幅器回路及びタンク回路を備えたVCO中核部に減衰した電圧をもたらす段階と、各増幅器スイッチを備えた増幅器バイアスを介して前記増幅器回路をバイアスすると共に、各タンクスイッチを備えたタンクバイアスを介して前記タンク回路をバイアスして、前記VCO中核部の出力でのノイズを低減する段階と、を具備したことを特徴とする前記方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様及び特徴は、添付図面と共にこの発明の特定の実施例に関する以下の説明を吟味すれば直ちに当業者にとって明瞭となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の各実施例は添付した各図を参照して例示的にのみここで説明することとする。
【００１０】
一般に、本発明は低減ノイズ帯域スイッチング回路用の方法及び装置を提供する。
【００１１】
図１を参考にすると、従来技術の電圧制御発振器(VCO: voltage-controlled oscillator)の略図が示されている。VCO１０は増幅器バイアス１４及びタンクバイアス１６に接続したバイアス制御装置１２を備えている。電圧源18及びデジタル制御装置２０は、増幅器バイアス１４及びタンクバイアス１６と共にVCO中核部２２に接続している。このVCO中核部２２は増幅器２４及びタンク２６を備えている。増幅器２４及びタンク２６からの各出力は出力電圧２８として送信される。
【００１２】
図２はVCO１０が動作中の周波数に関する出力電圧２８のグラフ３０を提供している。
【００１３】
ここで図３を参考にすると、低減ノイズ帯域スイッチング回路用の装置が示されている。この装置は無線ラジオ周波数(RF: radio frequency)アプリケーションにて信号を発生するVCO向きである。この装置、即ちVCO５０は増幅器バイアス５４及びタンクバイアス５６に接続したバイアス制御装置５２を備えている。これら２つのバイアス５４及び５６は、減衰器６０によって減衰された電圧源５８と共にVCO中核部６２に接続している。このVCO中核部６２は増幅器、即ち増幅器回路６４及びタンク、即ちタンク回路６６を備え、電圧源５８の入力に接続した位相同期ループ(PLL: phase locked loop)６８にその出力が接続している。VCO中核部６２内では、増幅器回路６４が増幅器バイアス５４によってバイアスされると共に、タンク回路６６がタンクバイアス５６によってバイアスされた状態で、増幅器回路６４がタンク回路６６に結合している。
【００１４】
動作においては、電圧源５８がVCO中核部６２のタンク回路６６用の入力電圧を発生する。同時に、バイアス制御装置１２は第１のセットの制御信号を増幅器バイアス５４に、また第２のセットの制御信号をタンクバイアス５６にそれぞれ送信する。
【００１５】
入力電圧を発生した後、この入力電圧はタンク回路６６に送信される前に減衰器６０に送信される。この入力電圧が減衰されている間、以下に述べるようなノイズの無いバイアス電圧をもたらすことによって、増幅器バイアス５４及びタンクバイアス５６は増幅器回路６４及びタンク回路６６の動作を制御する。減衰した入力電圧とノイズの無いバイアス用電圧を組み合わせることによって、出力もまた無ノイズとなり、この結果、クリアな出力信号が得られる。この出力の例を図４に示し、図４はまた出力電圧(Vout)に関して出力周波数(fout)についての減衰の結果を示している。
【００１６】
減衰において、fout対電圧源電圧、即ちKVCOの傾斜は減少し、この結果、電圧源電圧のどんな変化に対しても、foutの変化は小さい。KVCOがより低くなると、次式に示すように位相ノイズが低減される。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
従って、入力電圧が減衰すると、タンク回路に対して低減ノイズ信号がもたらされ、更にVCO中核部の出力のノイズを低減できるようになる。
【００１９】
図５を参照すると、減衰器６０の第１の実施例が容量性電圧デバイダとして示されている。減衰器６０は、以下の式でC２として示されると共にアース７４に接続した第２のコンデンサ７２と直列に接続し、以下の式でC１としても示される第１のコンデンサ７０を備えている。減衰器６０はまたスイッチ７１を備えている。第１のコンデンサ７０は電圧源５８からその入力(Vin)を受信し、減衰器６０の出力(Vout)８０はVCO中核部６２のタンク回路６６に通じている。減衰器６０の出力８０は第1及び第２のコンデンサ７０及び７２の間にある。容量性電圧デバイダは次のようにして入力電圧を減衰させる。
【００２０】
【数２】
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【００２１】
入力電圧が引き渡されたとき、位相同期ループ６８は動作を開始し、スイッチ７１が閉じて（ON状態）経路を生成して、入力電圧(Vin)の値まで第２のコンデンサ７２を充電する。位相同期ループ６８が同期できるようになった後、容量性電圧デバイダは使用可能状態であると判り、従って、小さなループ利得のみが点Aになり、この点Aでは電圧信号のノイズが低減されることが考慮され、この結果、順次、ノイズに起因する周波数の変動が小さく抑えられる。この理由は、入力電圧の直流部分が比較的一定であると共に、入力電圧の交流部分が減衰されてきており、これによって入力電圧からのノイズもまた減衰させられ、順次、ノイズに起因する周波数変動が低減されることによる。
【００２２】
減衰器の出力８０はタンク回路に接続し、タンク回路６６に対して同調、即ち制御の電圧として機能する。減衰器の出力は図９に示すように、一対のバラクタ１０８の間に接続している。
【００２３】
図６は減衰器６０の代替実施例を示している。この実施例において、減衰器６０はダイオード８０が付加された点を除いて図５の実施例と同様である。このダイオード８０は順方向にバイアスされることが好ましい。更に、減衰器６０の出力８１はまた、負の位相同期ループ８３における減衰器の入力Vinに対してスイッチ７９を介してフィードバックされる。フィードバックループはVoutを所望の電圧に引き戻すように入力電圧のどんな変動の補正にも考慮している。リーク経路抵抗（抵抗器７８による経路プロバイダ）による変化におけるどんな損失をもまたフィードバックループ８３及びダイオード８０によって補正される。
【００２４】
入力電圧が引き渡されたとき、スイッチ７９が閉じられ（ON状態）経路が生成されて、入力電圧(Vin)の値まで第２のコンデンサ７２を充電する。第２のコンデンサ７２がVinの値に達した後、容量性電圧デバイダは使用可能状態にあると判り、従って、小さいループ利得のみがノイズによる周波数の小さい変動が考慮される点Aになる。
【００２５】
図６aは時間に渡ってのVout及び入力電圧Vinの比較を示している。負のフィードバックループ８３において、Vinが５Vに変動するとき、Voutは容量性電圧デバイダの式によって決定されるように2.5Vまで増加し、次いでVoutがフィードバックされ、これによって電圧源を補正して、Vinを１Vまで引き戻す。
【００２６】
図７は減衰器６０の別の実施例を示している。この実施例において、減衰器６０はダブル容量性電圧デバイダを備えている。減衰器６０は電圧源５８からその入力(Vin)を受信し、かつ第２のコンデンサ８４及びアース８６に直列に接続した第１のコンデンサ８２を備えている。この第１のコンデンサ８２はまた直列接続の第３のコンデンサ８８及び第４のコンデンサ９０を介してアース８６に接続している。これら第３及び第４のコンデンサ８８及び９０は第２のコンデンサ８４と並列である。コンデンサ８２、８４、８８及び９０は順方向にバイアスされたダイオード９２と並列に接続している。更に図に示すように、第１及び第２のコンデンサ８２及び８４が第３及び第４のコンデンサ８８及び９０によって分割されるようにして、第１の容量性電圧デバイダは第２の容量性電圧デバイダによって分割される。第１及び第３のコンデンサ８２及び８８は順方向にバイアスされたダイオード９２に並列である。
【００２７】
減衰器６０はまた、位相同期ループ６８が同期しようとしているときの最初の期間の際に各コンデンサの充電を助長するのに使用される一対のスイッチ９４及び９６を備えている。
【００２８】
出力電圧Voutは以下に示す式に従って減衰される。
【００２９】
【数３】
2007515904.tif 000005
【００３０】
減衰器の減衰した出力は、仮に電圧源５８がタンク回路６６に直接接続されるとした場合よりもタンク回路６６に対するよりノイズの少ない入力電圧を考慮している。何故ならば、ダブル容量性電圧デバイダがαの値を下げ、このことによって順次、回路の位相ノイズが低減されるからである。
【００３１】
図８を参考にすると、VCO５０の一部分の略図が示されている。バイアス制御装置５２は、VCO中核部６２の増幅器回路６４に接続した増幅器バイアス５４に接続している。増幅器回路６４の動作及び内容は当業者にとって周知であろう。
【００３２】
増幅器バイアス５４は、増幅器バイアス用電圧源１０２と一緒に、バイアス制御装置５２によって制御される一対のスイッチ１００を備えている。バイアス制御装置５２はまた増幅器バイアス用電圧源１０２を制御する。増幅器回路６４にノイズの無いバイアス電圧をもたらすために、バイアス制御装置５２が(VCO１０に対するパワーアップ状態を示す)論理的ハイ(high)を検知したとき、増幅器スイッチ制御信号及びVバイアス増幅器制御信号をそれぞれ備えた第１のセットの制御信号が増幅器バイアス５４及び増幅器バイアス用電圧源１０２にそれぞれ送出される。
【００３３】
増幅器スイッチ制御信号を受信すると直ちに、増幅器バイアス５４の各スイッチ１００は閉じられ、Vバイアス増幅器制御信号を受信すると直ちに、バイアス用電圧源１０２が起動する。増幅器バイアス用電圧源１０２は各スイッチ１００間に通電して、増幅器回路６４に出力電圧をもたらす。所定の期間の経過後、バイアス制御装置５２は増幅器バイアス５４に信号を送信して、各スイッチ１００を開く。このことは各スイッチ１００の出力電圧が所定の値に達した後に生じる。
【００３４】
所定の電圧に達した後に各スイッチ１００を開くことによって、各スイッチ１００から増幅器回路６４に送信中の電圧は無ノイズとして判り得る。何故ならば、増幅器バイアス用電圧源１０２及び増幅器回路６４の間に直接接続はないからである。従って、VCO中核部６２はノイズの無いバイアス条件下で動作し得る。サンプルタイミング図を図８aに示す。
【００３５】
図９を参考にすると、VCO中核部、タンクバイアス回路及びバイアス制御装置の略図が示されている。バイアス制御装置５２は、VCO中核部６２のタンク回路６６に接続したタンクバイアス５６に接続している。タンク回路６４の動作及び内容は当業者には周知となろう。
【００３６】
増幅器バイアスに関しては、タンクバイアス５６は、タンクスイッチ制御信号を含んだ第２のセットの制御信号を用いてバイアス制御装置５２によって制御される一対のスイッチ１０４を備えている。タンクバイアス電圧源１０６は、バイアス制御装置５２によって送信されるVバイアスタンク制御制御信号によって制御される。タンクバイアス５６の動作は図８に関して前述したように、増幅器バイアス５４の動作と同様である。
【００３７】
本発明の減衰器に要求される部品の寸法及びコストに起因して、これらの減衰器は集積回路に用いて有益であることが理解されよう。
【００３８】
減衰した電圧及びバイアス制御電圧をVCO中核部に設けることによって、低減ノイズ帯域スイッチング回路が提供される。
【００３９】
この発明の前述した各実施例は例としてのみ意図されたものである。変更、修正及び変形は、特許請求の範囲によってのみ規定されるこの発明の範囲から逸脱することなく当業者によって特定の実施例に対して行うことができよう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】典型的VCOのブロック図の従来技術である。
【図２】典型的VCOの周波数対電圧のグラフである。
【図３】VCOの一般的構成を概説するブロック図である。
【図４】本発明のVCOの周波数対電圧のグラフである。
【図５】減衰器の第１の実施例の図である。
【図６】減衰器の第２の実施例の図である。
【図６ａ】図６の減衰器の入力電圧と出力電圧の間の関係を示すグラフある。
【図７】減衰器の第３の実施例の図である。
【図８】バイアス制御装置、増幅器バイアス及びVCO中核部の図である。
【図８ａ】図８の装置に対する１セットの制御信号を示すグラフある。
【図９】バイアス制御装置、タンクバイアス及びVCO中核部の図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０、５０  VCO
１２、５２  バイアス制御装置
１４、５４  増幅器バイアス
１６、５６  タンクバイアス
１８、５８  電圧源
２０  デジタル制御装置
２２、６２  VCO中核部
２４  増幅器
２６  タンク
２８  出力電圧
３０  グラフ
６０  減衰器
６４  増幅器回路
６６  タンク回路
６８  PLL
７０，８２  第１のコンデンサ
７１、７９、１００  スイッチ
７２，８４  第２のコンデンサ
７４、８６  アース
７８  抵抗器
８０  ダイオード
８１  出力
８３  負の位相同期ループ
８８  第３のコンデンサ
９０  第４のコンデンサ
９２  順方向にバイアスされたダイオード
１０２  増幅器バイアス用電圧源
１０８  バラクタ
【図１】
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【図２】
2007515904.tif 000007
【図３】
2007515904.tif 000008
【図４】
2007515904.tif 000009
【図５】
2007515904.tif 000010
【図６】
2007515904.tif 000011
【図６ａ】
2007515904.tif 000012
【図７】
2007515904.tif 000013
【図８】
2007515904.tif 000014
【図８ａ】
2007515904.tif 000015
【図９】
2007515904.tif 000016
【国際調査報告】
2007515904.tif 000017
2007515904.tif 000018