(57)【要約】【課題】  所望の周波数以外での異常発振を防ぐと共に、位相雑音特性が良好な周波数信号を出力することができる発振器を提供する。【解決手段】  共振回路１を備えた受動回路と、受動回路からの出力を増幅するトランジスタ２を備えた能動回路とを有し、受動回路において、共振回路１とトランジスタ２のベースとの間に伸長インダクタＬeを設け、伸長インダクタＬeに並列にダンピング抵抗Ｒsを設け、共振回路１に並列に並列インダクタＬpを設けた発振器としており、従来に比べてダンピング抵抗Ｒsの値を大きくでき、ＬＣ自己共振による異常発振を防ぎつつ、受動回路での損失を小さくして位相雑音特性を向上させることができるものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振回路を有する受動回路と、前記受動回路からの出力信号を増幅するトランジスタを有する能動回路とを備えた発振器であって、
前記受動回路が、前記共振回路の出力側に直列に接続する伸長インダクタと、前記伸長インダクタに並列に接続するダンピング抵抗と、前記共振回路に並列に接続する並列インダクタとを備えたことを特徴とする発振器。
【請求項２】
並列インダクタの値が、伸長インダクタの値より大きいことを特徴とする請求項１記載の発振器。
【請求項３】
並列インダクタ、ダンピング抵抗、伸長インダクタの値は、前記伸長インダクタのインダクタ成分と共振回路のキャパシタ成分によるＬＣ自己共振周波数を、前記共振回路の共振周波数から遠ざけるように調整されていることを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
【請求項４】
共振回路が、ＬＣ共振回路、水晶振動子、ＳＡＷ共振子、圧電薄膜共振子のいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器に係り、特に、所望の周波数以外での異常発振を防ぐと共に、位相雑音特性が良好な周波数信号を出力することができる発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図５］
ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator；電圧制御発振器）等の発振器は、通常、受動回路と能動回路とで構成されている。
従来の発振器について図５を用いて説明する。図５は、従来の発振器の構成を示す概略回路図である。
図５に示す従来の発振器は、コルピッツ発振回路であり、受動回路と能動回路とから成る。
【０００３】
図５に示すように、受動回路は、共振回路１と、伸長インダクタＬeと、ダンピング抵抗Ｒsとを備えている。
また、能動回路は、トランジスタ２と、帰還容量であるコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ１とを備えている。
【０００４】
受動回路の共振回路１は、ＳＡＷ共振子等で構成される。
伸長インダクタＬeの一端は、共振回路１に接続され、他端は、能動回路のトランジスタ２のベースに接続されている。共振回路１の他端は接地されている。
また、ダンピング抵抗Ｒsは、伸長インダクタＬeに並列に接続されている。
【０００５】
能動回路のトランジスタ２のベースと、伸長インダクタとの間の点に、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の直列接続の一端が接続され、他端が接地されている。
抵抗Ｒ１は、一端がトランジスタ２のエミッタに接続すると共にコンデンサＣ１とＣ２の間の点に接続し、他端が接地されている。
尚、図５では、電源電圧とバイアス電圧は省略されている。また、トランジスタ２のコレクタに出力端子が設けられているが、図示は省略する。
【０００６】
［ＬＣ自己共振］
伸長インダクタＬeは、発振周波数を調整することを目的として挿入されるものであるが、目的とする発振周波数がGHz帯まで高くなると、伸長インダクタのインダクタ成分と共振回路１のキャパシタ成分によって発生するＬＣ自己共振の共振周波数が、発振器で実現したい所望の周波数に近い場合には、ＬＣ自己共振で発振してしまうことがある。
【０００７】
そこで、ＬＣ自己共振による発振を防ぐために、従来の発振器では、伸長インダクタＬeに並列にダンピング抵抗Ｒsを設けている。
ダンピング抵抗Ｒsは、受動回路のクオリティファクター（「Ｑ」とする）を小さくしてＬＣ自己共振を抑制するものである。
しかし、それと共に、共振回路１のＱも低下してしまい、発振器全体の特性の劣化、特に位相雑音の劣化を招いてしまう。
【０００８】
［従来の発振器の反射特性：図６］
従来の発振器の受動回路部における反射特性のシミュレーション結果について図６を用いて説明する。図６は、従来の発振器の反射特性を示す特性図であり、（ａ）は減衰特性、（ｂ）及び（ｄ）は位相特性、（ｃ）はスミスチャートである。尚、図６（ｄ）は、（ｂ）の目的周波数付近を拡大して示したものである。
図６では、図５に示した発振器において、能動回路側のパラメータとして、Ｃ１＝Ｃ２＝2.0[pF]、Ｒ１＝56[Ω（オーム）]とし、受動回路側のパラメータとして、伸長インダクタＬe＝5.0[nH]、ダンピング抵抗Ｒs＝370[Ω（オーム）]、共振回路１を2GHzの１ポートＳＡＷ共振子として、その条件下で受動回路側の反射特性を求めたシミュレーション結果を示している。
【０００９】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、2GHz付近に共振回路１によるピークが見られるが、それと共に、2.3〜2.5GHz付近にもＬＣ共振による減衰及び位相変化のピークが認められる。
更に、図６（ｃ）に示すように、スミスチャート上の特性もあまり良好ではない。
【００１０】
［従来の発振器の発振スペクトル：図７］
次に、図６と同じ条件でシミュレーションした場合の発振器特性について説明する。図７は、従来の発振器の発振スペクトルを示す特性図である。
図７に示すように、図５に示した従来の発振器では、発振周波数1.98312[GHz]が得られる。
【００１１】
［従来の発振器の位相雑音特性：図８］
同様に、図６と同じ条件でシミュレーションした場合の従来の発振器の位相雑音特性を示す。図８は、従来の発振器の位相雑音特性を示す特性図である。
図８に示すように、図５に示した従来の発振器では、オフセット1kHzにおいて、位相雑音-108.016[dBc/Hz]が得られる。
【００１２】
［関連技術］
尚、発振器に関する技術としては、特開２００５−２６８２９号公報「電圧制御型発振器、クロック変換器及び電子機器」（セイコーエプソン株式会社、特許文献１）、実公昭６３−１１７１０７号公報「電圧制御発振器」（株式会社東芝、特許文献２）がある。
【００１３】
特許文献１には、ＳＡＷ共振子を備えたコルピッツ型の発振回路において、ＳＡＷ共振子に並列に伸張コイルを接続し、周波数可変範囲を拡大できる電圧制御型発振器が記載されている。
【００１４】
また、特許文献２には、可変容量ダイオードのカソードに、伸長コイルを介してＳＡＷ共振器（ＳＡＷＲ）が接続された構成として、容量変化率の低下を生ぜず、制御感度の向上を図ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−２６８２９号公報
【特許文献２】実公昭６３−１１７１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、従来の伸長インダクタを備えた発振器では、自己共振による異常発振を抑えるためにダンピング抵抗を設けると、共振回路のＱ値が低下し、出力周波数の位相雑音特性が悪化してしまうという問題点があった。
【００１７】
尚、特許文献１及び２には、伸長インダクタとダンピング抵抗に加えて、共振回路に並列に並列インダクタを設けることは記載されていない。
【００１８】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、共振回路と伸長インダクタの自己共振による異常発振を抑制しつつ、位相雑音特性が良好な出力周波数を得ることができる発振器を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、共振回路を有する受動回路と、受動回路からの出力信号を増幅するトランジスタを有する能動回路とを備えた発振器であって、受動回路が、共振回路の出力側に直列に接続する伸長インダクタと、伸長インダクタに並列に接続するダンピング抵抗と、共振回路に並列に接続する並列インダクタとを備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明は、上記発振器において、並列インダクタの値が、伸長インダクタの値より大きいことを特徴としている。
【００２１】
また、本発明は、上記発振器において、並列インダクタ、ダンピング抵抗、伸長インダクタの値は、伸長インダクタのインダクタ成分と共振回路のキャパシタ成分によるＬＣ自己共振周波数を、共振回路の共振周波数から遠ざけるように調整されていることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明は、上記発振器において、共振回路が、ＬＣ共振回路、水晶振動子、ＳＡＷ共振子、圧電薄膜共振子のいずれかで構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、共振回路を有する受動回路と、受動回路からの出力信号を増幅するトランジスタを有する能動回路とを備えた発振器であって、受動回路が、共振回路の出力側に直列に接続する伸長インダクタと、伸長インダクタに並列に接続するダンピング抵抗と、共振回路に並列に接続する並列インダクタとを備えた発振器としているので、従来に比べてダンピング抵抗の値を大きくすることができ、所望の周波数以外でのＬＣ自己共振による異常発振を抑えると共に、受動回路での損失を小さくして位相雑音特性を良好にすることができる効果がある。
【００２４】
また、本発明によれば、並列インダクタの値が、伸長インダクタの値より大きい上記発振器としているので、受動回路における損失を小さくして、位相雑音特性を確実に良好にする効果がある。
【００２５】
また、本発明によれば、並列インダクタ、ダンピング抵抗、伸長インダクタの値は、伸長インダクタのインダクタ成分と共振回路のキャパシタ成分によるＬＣ自己共振周波数を、共振回路の共振周波数から遠ざけるように調整されている上記発振器としているのでＬＣ自己共振による異常発振を確実に抑えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る発振器の概略回路図である。
【図２】本発振器の反射特性を示す特性図である。
【図３】本発振器の発振スペクトルを示す特性図である。
【図４】本発振器の位相雑音特性を示す特性図である。
【図５】従来の発振器の構成を示す概略回路図である。
【図６】従来の発振器の反射特性を示す特性図である。
【図７】従来の発振器の発振スペクトルを示す特性図である。
【図８】従来の発振器の位相雑音特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振器は、共振回路と、共振回路の出力側に設けられた並列接続の伸長インダクタ及びダンピング抵抗とを備えた受動回路と、受動回路からの信号を増幅して出力するトランジスタを備えた能動回路とを有し、受動回路において、共振回路に並列に接続する並列インダクタを備えたものであり、従来に比べてダンピング抵抗の値を大きくすることができ、所望の周波数以外でのＬＣ自己共振による異常発振を抑えつつ、受動回路での損失を小さくして位相雑音特性を良好にすることができるものである。
【００２８】
［実施の形態に係る発振器：図１］
本発明の実施の形態に係る発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振器の概略回路図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る発振器（本発振器）は、ＶＣＸＯ等の発振器であって、基本的な構成は図５に示した従来の発振器とほぼ同様であり、共振回路１と、共振回路１の一端に接続する伸張インダクタＬe及びダンピング抵抗Ｒsの並列回路とを備えた受動回路と、共振回路１からの信号を増幅して外部に出力するトランジスタ２を備えた能動回路とから成る。
並列接続の伸長インダクタＬe及びダンピング抵抗Ｒsの他端は、トランジスタ２のベースに接続している。
【００２９】
また、能動回路は、トランジスタ２のベースに、直列接続のコンデンサＣ１，Ｃ２の一端が接続され、他端が接地されている。トランジスタ２のエミッタには抵抗Ｒ１の一端が接続され、他端が接地されている。
トランジスタ２のコレクタ側に出力端子が設けられているが、ここでは図示を省略する。
【００３０】
そして、本発振器の特徴として、受動回路において、共振回路１に並列に接続する並列インダクタＬpが設けられている。
並列インダクタＬpを設けることにより、所望の発振周波数からＬＣ共振周波数を遠ざけ、ダンピング抵抗を用いない若しくはダンピング抵抗の値を大きくして、共振回路１におけるＱの低下を抑えるものである。
【００３１】
これにより、本発振器では、共振回路１と伸長インダクタＬeの自己共振による異常発振を防ぐと共に、Ｑの低下を防ぎ、発振器出力の位相雑音特性を良好にすることができるものである。
【００３２】
［本発振器における反射特性：図２］
次に、本発振器の受動回路部における反射特性のシミュレーション結果について図２を用いて説明する。図２は、本発振器の反射特性を示す特性図であり、（ａ）は減衰特性、（ｂ）及び（ｄ）は位相特性、（ｃ）はスミスチャートである。尚、図６（ｄ）は、（ｂ）の目的周波数付近を拡大して示したものである。
図２では、図１に示した発振器において、能動回路側のパラメータとして、Ｃ１＝Ｃ２＝2.0[pF]、Ｒ１＝56[Ω（オーム）]とし、受動回路側のパラメータとして、伸長インダクタＬe＝5.0[nH]、ダンピング抵抗Ｒs＝1000[Ω（オーム）]、並列インダクタＬp＝25[nH]、共振回路１を2GHzの１ポートＳＡＷ共振子として、その条件下で受動回路側の反射特性を求めたシミュレーション結果を示している。
また、比較のために、図６に示した従来の発振器の特性を破線で示している。
【００３３】
ここで、本発振器の特徴として、並列インダクタＬeの値を伸長インダクタＬeの値より大きくしている。
本発振器では、伸長インダクタＬeより大きい並列インダクタＬpを設けることにより、ダンピング抵抗Ｒsの値を図６に示した従来の発振器の場合（370[Ω（オーム）]）に比べて大きくすることが可能となっている。
これにより、ＬＣ自己共振による発振を防ぎつつ、受動回路の損失を小さくして、位相雑音特性の改善を図るものである。
【００３４】
但し、ダンピング抵抗Ｒsの値を大きくするとＬＣ自己共振が発生しやすくなるので、位相雑音特性向上の効果とＬＣ自己共振防止の効果とを合わせて考慮して、所望の特性が得られるよう、並列インダクタＬp及びダンピング抵抗Ｒs及び伸長インダクタＬeの値を最適な値に設定することが望ましい。
【００３５】
図２のシミュレーション結果では、（ａ）（ｂ）に示すように、2GHz付近に共振回路１によるピークが見られる。
特に、本発振器では、（ａ）に示すように、従来の発振器で認められた2.3〜2.5GHz付近のＬＣ自己共振による減衰は小さくなっており、（ｂ）に示すように、ＬＣ自己共振による位相変化のピークは、従来に比べて共振回路１の共振周波数から遠いところに現れている。
【００３６】
すなわち、本発振器では従来の発振器に比べてＬＣ自己共振による異常発振は起こりにくくなっている。
更に、図２（ｃ）に示すように、スミスチャートで示した特性も、図６に示した従来の特性に比べて良好になっている。
【００３７】
［本発振器の発振スペクトル：図３］
次に、図２と同じ条件でシミュレーションした発振器特性について説明する。図３は、本発振器の発振スペクトルを示す特性図である。
図３に示すように、図１に示した本発振器では、発振周波数1.98332[GHz]が得られる。
【００３８】
［本発振器の位相雑音特性：図４］
図２と同じ条件でシミュレーションした場合の本発振器の位相雑音特性について図４を用いて説明する。図４は、本発振器の位相雑音特性を示す特性図である。
図４に示すように、本発振器では、オフセット1kHzでの位相雑音は-112.65[dBc/Hz]が得られており、これは、図８に示した従来の発振器の位相雑音（-108.016[dBc/Hz]）に比べて改善されている。
【００３９】
尚、特許文献１には、共振回路に並列に伸張コイルを接続し、周波数可変範囲を拡大する構成が記載されているが、並列接続の伸張コイル及びダンピング抵抗を、共振回路とトランジスタとの間に設けた構成において、更に、共振回路に並列に別のインダクタを接続して、ＬＣ自己共振による異常発振を防ぐと共に位相雑音特性を向上させる構成については、特許文献１及び２には記載されていない。
【００４０】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る発振器によれば、共振回路１を備えた受動回路と、受動回路からの出力を増幅するトランジスタ２を備えた能動回路を有し、共振回路１とトランジスタ２との間に並列接続の伸長インダクタＬeとダンピング抵抗Ｒsを備え、共振回路１に並列に接続する並列インダクタＬpを設けた発振器としているので、従来に比べてダンピング抵抗Ｒsの値を大きくすることができ、ＬＣ自己共振による異常発振を防ぎつつ、受動回路における損失を小さくして、位相雑音特性を向上させることができる効果がある。
【００４１】
また、本発振器によれば、並列インダクタＬpの値を伸長インダクタＬeよりも大きく設定しているので、受動回路における損失を小さくして、位相雑音特性を確実に向上させることができる効果がある。
【００４２】
また、本発振器によれば、並列インダクタＬP、伸長インダクタＬe、ダンピング抵抗Ｒsの値を適宜調整することにより、簡易な構成で良好な特性の出力信号を得ることができる効果がある。
【００４３】
また、本発振器は、共振回路としてＬＣ共振回路、水晶振動子、ＳＡＷ共振子に限らず、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）やＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）といったバルク波弾性振動を一部又は全部用いた圧電薄膜共振子から成る共振回路についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、所望の周波数以外での異常発振を防ぐと共に、位相雑音特性が良好な周波数信号を出力することができる発振器に適している。
【符号の説明】
【００４５】
１...共振回路、  ２...トランジスタ、  Ｌe...伸長インダクタ、  Ｌp...並列インダクタ、  Ｃ１，Ｃ２...コンデンサ、  Ｒ１...抵抗、  Ｒs...ダンピング抵抗
【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７】
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【図８】
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