(57)【要約】  無線端末（１０）の所望の基準周波数を生成するための、低減された起動時間を有するＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator）（１００）のような電圧制御発振器（１００）が本願明細書において記載されている。本発明によれば、ＶＣＸＯ（１００）は、電圧コントローラ（１１０）によって発振器（１２０）に印加された可変電圧に基づいて、所望の基準周波数を生成する発振器（１２０）を含む。加えて、ＶＣＸＯ（１００）は、発振器（１２０）に伴うキャパシタンスを低減するためバイアス電圧を発振器の入力ノードに印加し、ＶＣＸＯ（１００）のＤＣ電流消費または同調レンジに悪影響を与えること無く起動時間を低減する起動コントローラ（１３０）を含む。
2008507894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末（１０）の電圧制御発振器（１００）であって、
発振器（１２０）であって、該発振器（１２０）の入力ノードに印加された可変電圧に基づいて基準周波数を生成する発振器（１２０）と、
前記発振器（１２０）に伴うキャパシタンスを低減することにより前記電圧制御発振器（１００）の起動時間を低減するため、一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加するための前記発振器（１２０）の入力ノードに動作可能に接続された起動コントローラ（１３０）と、
を含むことを特徴とする電圧制御発振器（１００）。
【請求項２】
前記起動コントローラ（１３０）は、
発振器の出力電圧の前記存在を検出すると制御信号を生成する検出器（１３２）と、
前記検出器（１３２）に動作可能に接続され、制御信号に応答して前記一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加する高速起動回路（１３４）と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項３】
前記高速起動回路（１３４）は、
前記一時的なバイアス電圧を供給するための電圧源と、
前記検出器の制御信号に応答して前記電圧源を前記発振器の入力ノードに選択的に接続するスイッチと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項４】
前記スイッチは、前記発振器出力電圧が閾値を満たすかまたは上回ることを前記検出器が感知するとき、前記発振器の入力ノードから前記電圧源を選択的に分離することを特徴とする請求項３に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項５】
前記閾値は、可変閾値であることを特徴とする請求項４に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項６】
前記閾値は、発振器の出力電圧の所定のパーセンテージとして定義されることを特徴とする請求項４に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項７】
前記閾値は、前記発振器の出力電圧の９０％として定義されることを特徴とする請求項６に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項８】
前記スイッチは、所定の時間期間の満了に応答して前記発振器入力ノードから前記電圧源を選択的に分離することを特徴とする請求項３に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項９】
前記高速起動回路（１３４）は、抵抗およびキャパシタを含み、
前記抵抗および前記キャパシタに基づく時定数は、前記所定の期間を定めることを特徴とする請求項８に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１０】
前記発振器（１２０）は、タンク回路（１２２）とアクティブ発振コア（１２８）を含み、
前記起動コントローラ（１３０）は、前記一時的なバイアス電圧を前記タンク回路（１２２）に印加することを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１１】
前記タンク回路（１２２）は、バラクタダイオード（１２４）を含み、
前記起動コントローラ（１３０）は、前記一時的なバイアス電圧を前記バラクタダイオード（１２４）に印加することを特徴とする請求項１０に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１２】
前記可変電圧を前記発振器（１２０）に印加するため、前記発振器（１２０）に動作可能に接続された電圧コントローラ（１１０）を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１３】
前記電圧コントローラ（１１０）は、前記起動時間の間前記起動コントローラ（１３０）により生成される電流をシンクすることを特徴とする請求項１２に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１４】
前記電圧制御発振器（１００）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１５】
前記電圧制御発振器（１００）は、セルラ電話（１０）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１６】
無線端末（１０）の電圧制御発振器（１００）を作動する方法であって、
前記電圧制御発振器（１００）が電源オンされたことを感知するステップと、
発振器の入力ノードに伴う初期キャパシタンスを低減することにより前記電圧制御発振器（１００）の起動時間を低減するため、一時的なバイアス電圧を発振器の入力ノードに印加するステップと、
所定の動作条件を満たす前記電圧制御発振器（１００）に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加する前記ステップは、前記発振器の入力ノードに電圧源を選択的に接続するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
所定の動作条件を満たす前記電圧制御発振器（１００）に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去する前記ステップは、発振器の出力電圧が動作閾値を満たすかまたは上回ることの前記電圧制御発振器（１００）による感知に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを含むことをことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
所定の動作条件を満たす前記電圧制御発振器（１００）に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去する前記ステップは、
所定の時間期間の満了後に前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを含むことをことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記所定の時間期間は、前記電圧制御発振器（１００）に伴う抵抗−キャパシタ（ＲＣ）の時定数により定義されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記発振器（１２０）は、タンク回路（１２２）を含み、
前記一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加する前記ステップは、前記一時的なバイアス電圧を前記タンク回路（１２２）に印加する前記ステップを含むことをことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記電圧制御発振器（１００）が前記所定の動作条件を満たすまで、電圧コントローラ（１１０）の前記バイアス電圧と関連する電流をシンクするステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記電圧制御発振器（１００）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記電圧制御発振器（１００）は、セルラ電話（１０）に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
発振回路（１２０）の起動時間を低減する方法であって、
発振器の出力電圧の状態を感知することにより前記発振回路（１２０）が電源オンされたことを検出するステップと、
前記発振回路（１２０）のキャパシタンスを低減することにより前記発振回路（１２０）の起動時間を低減するため、一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）に印加するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）に印加する前記ステップは、前記発振回路（１２０）の入力ノードに電圧源を選択的に接続するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
電圧コントローラ（１１０）の前記一時的なバイアス電圧と関連する電流をシンクするステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記発振器の出力電圧が動作閾値を満たすかまたは上回るのに応答して、前記発振回路（１２０）から前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の所定のパーセンテージとして定義されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の９０％として定義されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
所定の時間期間の満了後、前記発振回路（１２０）から前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記所定の時間期間は、前記予め定められた期間は、抵抗−キャパシタの時定数により定義されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記発振回路（１２０）は、タンク回路（１２２）を含み、
前記一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）に印加するステップは、前記一時的なバイアス電圧を前記タンク回路（１２２）に印加するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記発振回路（１２０）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記発振回路（１２０）は、無線端末（１０）に配置されていることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
発振回路（１２０）の起動時間を低減するための起動コントローラ（１３０）であって、該起動コントローラ（１３０）は、
発振器の出力電圧の状態を感知し制御信号を生成するための検出回路（１３２）と、
前記発振器の入力ノードに伴うキャパシタンスを低減することにより前記発振回路（１２０）の起動時間を低減するため、前記検出器制御信号に応答して一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）の入力ノードに印加するための高速起動回路（１３４）と、
を含むことを特徴とする起動コントローラ（１３０）。
【請求項３７】
前記高速起動回路（１３４）は、
前記一時的なバイアス電圧を供給するための電圧源と、
前記検出器制御信号に応答して前記発振器の入力ノードに前記電圧源を選択的に接続するため、前記検波回路（１３２）に動作可能に接続されたスイッチと、
を含むことを特徴とする請求項３６に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項３８】
前記スイッチは、前記発振器の出力電圧が動作閾値を満たすかまたは上回ることを前記検出器（１３２）が感知するとき、前記発振器の入力ノードから前記電圧源を選択的に切断することを特徴とする請求項３７に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項３９】
前記動作閾値は、可変閾値を含むことを特徴とする請求項３８に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４０】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の所定のパーセンテージとして定義されることを特徴とする請求項３９に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４１】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の９０％として定義されることを特徴とする請求項４０に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４２】
前記スイッチは、時間期間の満了に応答して、前記発振器の入力ノードから前記電圧源を選択的に切断することを特徴とする請求項３７に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４３】
前記所定の時間期間は、前記高速起動回路に伴う抵抗−キャパシタの時定数により定義されることを特徴とする請求項４２に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４４】
前記発振回路（１２０）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項３６に記載の起動コントローラ（１３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に周波数発生器に関し、特に無線端末に使用する電圧制御発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線端末は、当該無線端末の動作に必要なクロック信号および基準周波数を提供するために、一般的にＰＬＯ（Phase Lock Oscillator）、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）および／またはＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator）のような周波数発生器を一つ以上含む。印加する制御電圧に比例して周波数を変化する水晶発振器であるＶＣＸＯは、概して主たる基準周波数を無線端末に提供する。ＶＣＸＯは、一般的に同調レンジ、ＤＣ電流消費および起動時間の３つの相互関係のある動作パラメータを有する。同調レンジは、最大ＶＣＸＯ周波数および最小ＶＣＸＯ周波数の差を表す。ＶＣＸＯの典型的同調レンジは±３０ｐｐｍである。ＤＣ電流消費は、動作中のＶＣＸＯによって消費されるＤＣ電流量である。一般的に、ＶＣＸＯは約１０ｍＡを消費する。起動時間は、ＶＣＸＯ出力電圧が最終的なＶＣＸＯ出力電圧振幅の約９０％に達するのに必要とする時間を意味する。典型的な最悪起動時間は４〜５ミリ秒の範囲である。
【０００３】
通常、ＶＣＸＯ設計技術者の目的はＤＣ電流消費および起動時間を最小化しつつ同調レンジを最大にすることである。しかしながら、これらの３つの動作パラメータの相関関係により、この目的の達成は困難である。これらの動作パラメータの相関関係から生じる設計トレードオフを理解するために以下を考慮する。ＶＣＸＯにより生成される周波数は、当該ＶＣＸＯの可変負荷キャパシタンスに印加される逆バイアス電圧と比例している。最大の逆バイアス電圧キャパシタンスに対する最小の逆バイアス電圧キャパシタンスの比率により同調レンジが決定される。その結果、大きなキャパシタンス比率は同調レンジを最大にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大きなキャパシタンス比率は概して大きい最小の逆バイアス電圧キャパシタンスから生じ、起動時間は最小の逆バイアス電圧キャパシタンスと比例しているので、結果として大きなキャパシタンス比率により起動時間は長くなる。従って、所望の同調レンジを達成するためにＶＣＸＯは望ましくない長い起動時間となり得る。
【０００５】
従来のＶＣＸＯデザインは、起動時間がバイアス電流の増加と共に減少するという事実を利用することによってこの長い起動時間を低減するかもしれない。しかしながら、大きいバイアス電流は、結果として大きいＤＣ電流消費となる。その結果、増加したバイアス電流により所望の起動時間となるかもしれない一方で、結果として生じるＤＣ電流消費によりＶＣＸＯの電池の寿命は望ましくなく低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電圧制御発振器のような発振回路の起動時間を低減するためのための方法と装置を含む。本発明の典型的な電圧制御発振器には、電圧コントローラによって発振器に印加される可変電圧に基づいて基準周波数を生成する発振器を含む。加えて、典型的な電圧制御発振器は、電圧制御発振器がいつ電源オンされたかを感知する起動コントローラを含む。一旦、起動コントローラが、電圧制御発振器が電源オンされたと決定すると、起動コントローラは発振器のキャパシタンスを低減するために発振器の入力ノードに一時的なバイアス電圧を印加し、起動時間を低減する。一時的なバイアス電圧を発振器の入力ノードに印加する間、起動コントローラは発振器の出力電圧をモニタする。一旦、起動コントローラが、発振器の出力電圧が閾値と一致するかより大きくなったことを検出すると、起動コントローラは発振回路が所望の基準周波数を生成可能にするためバイアス電圧を取り除く。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、無線通信ネットワークで使用される典型的な無線端末１０を示す図である。ここで使用されるように、用語”無線端末”は、セルラ電話、衛星電話、パーソナル通信サービス（ＰＣＳ）デバイス、パーソナル・データ・アシスタント（ＰＤＡ）、パームトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、ベージャなどを含む。
【０００８】
端末１０は、アンテナ１２、ＲＦ（無線周波数）回路１４、ベースバンド回路１６、ユーザ・インターフェース１８を有し、周波数発生器１００を備える。ＲＦ回路１４は、所定の通信標準に従ってアンテナ１２を介して無線通信信号を送受信するための送信機および受信機を含む。更に、ＲＦ回路１４は、送信されるかあるいは受信されたＲＦを処理するために、フィルタ、ミキサ、コンバータ、その他を含んでもよい。ベースバンド回路１６は、マイクロプロセッサ、メモリ、ＲＦ回路１４による送信のためユーザ・インターフェース１８により提供される信号を処理するための他の回路を含む。更に、ベースバンド回路１６は、アンテナ１２により受信された情報をユーザ・インターフェース１８を介してユーザに伝達するためにＲＦ回路１４から提供される信号を処理する。
【０００９】
無線端末１０は、所定の通信標準（例えばGlobal System for Mobile Communications（ＧＳＭ）、Universal Mobile Telecommunication System（ＵＭＴＳ）、ＴＩＡ／ＥＩＡ-１３６、Code Division Multiple Access（ＣＤＭＡ）、ｃｄｍａＯｎｅ、ｃｄｍａ2000およびＷｉｄｅｂａｎｄ  ＣＤＭＡ、など）に従って動作する。各標準は、無線インタフェースを介して送信される無線通信信号を生成し処理するために周波数の所定の範囲を使用する。無線端末１０が所定の通信標準に従って動作するために、周波数発生器１００は、所定の通信標準と関連する基準周波数（ｆ）をＲＦ回路１４およびベースバンド回路１６に提供する。提供された周波数は、無線端末１０の基準周波数だけでなく、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の無線端末１０内の様々な電子部品のクロック源として用いられる。
【００１０】
無線端末１０は一般的に主たる周波数発生器として、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator）１００を使用する。本発明ではＶＣＸＯ１００に関して記載するが、当業者は本発明を周知の任意の発振回路に対して適用しうることを認めるであろう。図２は、典型的なＶＣＸＯ１００のブロック図である。ＶＣＸＯ１００は、電圧コントローラ１１０、発振器１２０、起動コントローラ１３０を備えている。ＶＣＸＯ１００が電源オンされると、０Ｖ付近の小さい逆バイアス電圧が発振器の入力ノードＡに印加される。一旦定常状態になると、発振器１２０は、クロック信号を生成するために無線端末１０に必要な基準周波数を提供する。新しく提供されたクロック信号を使用して、無線端末１０は、当該無線端末１０の完全な動作を可能にするため様々な電子部品を起動する。 
一旦、クロック信号は提供されると、電圧コントローラ１１０は、発振器１２０が所望の基準周波数で振動する発振器出力電圧を生成するように、可変電源電圧（Ｖｓｏｕｒｃｅ）を発振器の入力ノードＡに印加し始める。当業者により理解されるように、発振器の入力ノードＡに印加される可変電源電圧は発振器１２０のキャパシタンスを変化させ、発振器１２０により生成される周波数を所望の基準周波数に変化させる。
【００１１】
上述したように、電源立ち上げ時の発振器の入力ノードＡへの逆バイアス印加電圧は０Ｖ付近である。その結果、発振器１２０の初期のキャパシタンスは最大のキャパシタンス（最小の逆バイアス電圧キャパシタンス）になり、ＶＣＸＯ１００の起動時間を最速にする。従来のＶＣＸＯは、最小の逆バイアス電圧キャパシタンスを低減することにより起動時間を低減するかもしれない。しかしながら、最小の逆バイアスキャパシタンスを低減することにより、ＶＣＸＯの同調レンジに望ましくない影響を及ぼし得る。あるいは、従来のＶＣＸＯは、バイアス電流を増やすことによって起動時間を低減するかもしれない。しかしながら、バイアス電流を増やすことにより、ＤＣ電流消費に望ましくない影響を及ぼし得る。このように、これらのオプションは、ＶＣＸＯおよび／または無線端末の性能に望ましくない影響を及ぼす。
【００１２】
本発明のＶＣＸＯ１００は、ＶＣＸＯ１００の同調レンジまたはＤＣ電流消費に悪影響を与えることなくＶＣＸＯ起動時間を低減する起動コントローラ１３０を含む。そのため、起動コントローラ１３０は、起動検出器１３２および高速起動回路１３４を含む。起動検出器１３２はＶＣＸＯ１００がいつ電源オンされたかを感知する検出システムを含み、それはハードウェア、ソフトウェア、あるいは、ハードウェアおよびソフトウェアの任意の組合せにより実現され得る。更に、ＶＣＸＯ１００が電源オンされた後、検出器１３２は、発振器の出力電圧を閾値として比較することにより、発振器の出力電圧（ＶＯ）の振幅をモニタする。検出器１３２により使用される閾値は、固定あるいは可変閾値であってもよく、発振器１２０の動作条件に典型的に由来する。例えば、閾値は、発振器の最大の出力電圧に基づいてもよい。好ましい実施例において、閾値は、発振器の出力電圧のパーセンテージ（例えば９０％）にセットされ得る。
【００１３】
いずれにしても、検出器１３２が、発振器の出力電圧が閾値以下であると感知するとき、高速起動電圧（ＶＦＳ）を発振器の入力ノードＡに印加するために検出器１３２は高速起動回路１３４のスイッチ１３６を閉じる。ＶＦＳを発振器の入力ノードＡに印加することによって、起動コントローラ１３０は発振器１２０の初期のキャパシタンスを低減し、起動時間を低減する。発振器の出力電圧が閾値以下である限り、発振器１２０のキャパシタンスを最小にするため高速起動回路１３４はＶＦＳを発振器の入力ノードＡに印加し続ける。しかしながら、一旦、発振器の出力電圧が閾値と同じかより大きくなると、検出器１３２は発振器１２０が定常状態となったと決定し、発振器の入力ノードＡから高速起動電圧を切り離す。一旦起動コネクタ１３０から切り離されると、発振器１２０は、公知技術の任意の手段に従って、電圧コントローラ１１０によって提供される電源電圧に基づいて所望の基準周波数を生成する。
【００１４】
図３は、ＶＣＸＯ１００の例示的実施態様を実装するため概略図である。図３の典型的なＶＣＸＯ１００において、発振器１２０は、タンク回路１２２およびアクティブ発振コア１２８を含む。タンク回路１２２は、バラクタダイオード１２４（ＤＶ）を含む可変キャパシタ回路、および、バラクタダイオード１２４に印加された電源電圧の大きさに基づいて発振器１２０によって生成される基準周波数をセットする水晶共振子（ＸＴＡＬ）１２６を含む。一般に、タンク回路１２２は、電圧コントローラ１１０によってバラクタダイオード１２４のカソード（発振器の入力ノードＡ）に印加された電源電圧に応答して発振器１２０によって生成される基準周波数をシフトするアクティブ発振コア１２８のためのフィードバック回路である。
【００１５】
電圧コントローラ１１０は、インピーダンス回路に接続したデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１１２を含み、インピーダンス回路はＲ１、Ｒ２およびＣ１により定義される。ＤＡＣ１１２は、受信されたデジタル制御信号をアナログＤＣ電圧に変換する。ＤＡＣ１１２に入力されるデジタル制御信号は、たとえば、０００〜３ＦＦの間の１６進のコマンドワードであってもよく、ここで、０００は最小の電源電圧（例えば０．３Ｖ）に対応し、３ＦＦは最大の電源電圧（例えば２．６Ｖ）に対応する。いずれにしても、制御信号は、所定の基準周波数を生成するために発振器１２０に必要とされる電源電圧を定める。 制御信号は、また、無線端末１０または無線通信ネットワークに関連する端末（例えば基地局）識別された周波数誤差を修正する電源電圧を定めてもよい。
【００１６】
起動時間を低減するために、起動コントローラ１３０の高速起動回路１３４は、図３に示すように実装しても良い。図３に示した実施例において、高速起動回路１３４は、供給電圧ＶＣＣ、スイッチ１３６、および、ｐチャネル電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）１３８を含む。以下では、ＰＦＥＴに関して高速起動回路１３４を記載するが、当業者は本発明を実現するため他方式のトランジスタもまた使用されうることを認めるであろう。
【００１７】
検出器１３２は、ＶＣＸＯ１００が電源オンされたと検出すると、ＶＣＣをＰＦＥＴ１３８に接続するため検出器１３２はスイッチ１３６を閉じる。この動きにより、ＰＦＥＴ１３８をオンにし、バラクタダイオード１２４のカソードにＶＣＣに由来する高速起動電圧（ＶＦＳ）を印加する。ＶＣＣとバラクタダイオード１２４のカソードの間の電圧降下を最小化するために、したがってＶＦＳを最大にすることによりバラクタダイオードのキャパシタンスを最小化するために、抵抗比率Ｒ４／（Ｒ１＋Ｒ２）は小さく（＜０．１）設計されている。図３の実施例では、Ｒ４は、Ｒ４にわたる最小のＶＣＣ電圧降下、および、（ため良好な位相雑音パフォーマンスのための）タンク回路の最大の”Ｑ”となる最良の妥協点から選択される。
【００１８】
ＶＣＣの標準値は、調節後、約２．８５Ｖである。従って、ＰＦＥＴ１３８およびＲ４のインピーダンスに従い、スイッチ１３６を閉じることにより最高２．８５Ｖをバラクタダイオード１２４のカソードに印加し得る。そして、それはバラクタダイオードのキャパシタンスを有意に低減する。最終的な結果として、発振器１２０はより小さなキャパシタンスを有し、従って、低減された起動時間を有する。予備試験では、本発明のＶＣＸＯ１００は１ミリ秒未満の起動時間が達成され得ることを示し、それは従来のＶＣＸＯの起動時間の４〜５倍の改善を示す。
【００１９】
逆バイアスされたバラクタダイオード１２４および水晶共振子１２６はＤＣにおいてオープン回路となるため、起動コントローラ１３０により印加されるいかなる電流も、ＶＣＸＯ１００の他の電気的径路によりシンクされなければならない。バラクタダイオードのカソードに接続しているシャント抵抗（不図示）のような単純なリターンパスを、高速起動回路１３４により生成される電流を消去するために用いてもよい。しかしながら、この種のシャント抵抗は他の接続ポイントをタンク回路１２２に加える。そして、それはタンク回路１２２の”Ｑ”、従って、ＶＣＸＯ１００のパフォーマンスに悪影響を与える。起動コントローラ１３０により出力されるバイアス電流の電流シンクとして電圧コントローラ１１０を使用するために、代わりに、起動時間の間、電圧コントローラ１１０を本発明の起動コントローラ１３０によりオーバーライドしてもよい。たとえば、本発明の起動コントローラ１３０により生成される電流の典型的なリターンパスは、電圧コントローラ１１０のＤＡＣ１１２の出力トランジスタ段を通過してもよい。
【００２０】
電圧コントローラ１１０が起動コントローラ１３０により生成されるバイアス電流をシンクするため、起動コントローラ１３０がＶＣＸＯ１００の正常動作に干渉するのを防止するため、発振器の出力電圧が閾値と同じかより大きくなったとき起動コントローラ１３０を無効にすることが重要である。上述のように、検出器１３２が発振器の出力電圧が閾値を満たすかまたは上回ることを感知するとき、検出器１３２が切断スイッチ１３６により起動コントローラ１３０を無効にしてもよい。更に、図３に例示される起動コントローラ１３０はまた、所定時間が経過したあと自動的にＰＦＥＴ１３６を無効にするように設計しても良い。当業者により理解されるように、Ｒ５およびＣ２に基づくＲＣ時定数は、Ｃ２を完全に充電するための時間を定める。Ｃ２はＰＦＥＴ１３８のゲートに接続されているので、ＰＦＥＴ１３８はＣ２にわたる電圧、それゆえ、ＰＦＥＴ１３８ゲート電圧がＰＦＥＴ１３８のゲート−ソース電圧閾値より低い限り”オン”のままである。しかしながら、一旦Ｃ２にわたる電圧がゲート−ソース電圧閾値を満たすかまたは上回るとき、ＰＦＥＴ１３８はオフにされる。オフにされるときに、ＰＦＥＴ１３８はタンク回路１２２から供給電圧ＶＣＣを効果的に分離するオープン回路となる。従って、Ｒ５およびＣ２のインピーダンス値は、タンク回路１２２に高速起動電圧を印加するための制限時間を定めるよう選択され得る。要約すると、図３の起動コントローラ１３０は、発振器の出力電圧が閾値を満たすかまたは上回ると検出器１３２が決定するとき、または、所定の時間が経過するとき、何れかが先に発生したとしても無効にするようにしてもよい。
【００２１】
図４は、本発明のＶＣＸＯ起動時間を低減するための更に典型的な方法２００を示すフローチャートである。典型的な方法２００によれば、無線端末１０が電源オンされるか、または、無線端末１０がスリープ・モードから起動（ウェイクアップ）するときのように、ＶＣＸＯ１００が電源オンされる（ブロック２１０）たびに、検出器１３２は発振器の出力電圧が閾値より小さいかどうか決定する（ブロック２２０）。発振器の出力電圧が閾値より小さい場合、起動コントローラ１３０はＶＦＳを発振器の入力ノードＡに印加する（ブロック２４０）。しかしながら、発振器の出力電圧が閾値を満たすかまたは上回る場合、起動コントローラ１３０は無効にされＶＣＸＯ１００は無線端末１０の所望の周波数を生成するために通常の動作モードに入る（ブロック２３０）。ＶＣＸＯ１００が電源オンされている限り（ブロック２１０）、検出器１３２は発振器の出力電圧をモニタし続ける（ブロック２２０）。しかしながら、ＶＣＸＯ１００がオフにされると処理は終了する。
【００２２】
上記では、ＶＣＸＯ１００の電源オン後の発振器１２０に伴うキャパシタンスを低減することによって、無線端末１０のＶＣＸＯ１００の起動時間を低減する方法と装置を記載している。当業者は、上記では単一の周波数発生器のみ有する無線端末１０が示されているが、無線端末１０は多数の周波数発生器を含んでもよいことを認めるであろう。たとえば、ベースバンド回路１６は、無線端末１０がスリープ・モードである間クロック信号を維持する、デジタルＰＬＯのような第２の周波数発生器（不図示）を含んでもよい。無線端末１０がスリープ・モードから起動するとき、ＲＦ回路１４およびベースバンド回路１６に所望の周波数およびクロック信号を提供する義務を引き継ぐため、主たる周波数発生器１００を有効にするため第２の周波数発生器は無効にされる。短い起動時間により、無線端末１０が第２の周波数発生器から主たる周波数発生器への移行する間のクロック喪失の可能性を低減するので、本発明は特に多数の周波数発生システムのタイプに有益である。
【００２３】
前述の効果に加えて、本発明のＶＣＸＯ１００は、従来のＶＣＸＯ１００に勝るいくつかの利点を提供する。最初に、電圧コントローラ１１０を用い起動コントローラ１３０により生成される電流をシンクするために、本発明は、多数の短絡部材をタンク回路１２２に追加することを回避する。その結果、高速起動回路１３４はタンク回路１２２の唯一の余分な接続ポイントである。これはタンク回路全体の高い”Ｑ”を維持するのを助け、それは発振器１２０に伴う所望の位相雑音を維持するのを助ける。更に、起動コントローラ１３０がごくわずかなバイアス電流（一般的に３００〜５００μＡのオーダ）しか使用しないので、起動コントローラ１３０はＶＣＸＯ１００のＤＣ電流消費にほとんど影響を与えない。事実、ＶＣＸＯの位相雑音および本発明の起動コントローラ１３０の任意の出力振幅必要条件に従い、無線端末１０全体の直流バイアス電流を低減するのを助けてもよい。さらに、起動コントローラ１３０がＶＣＸＯに伴う従来の起動問題を回避するので、本発明は効果的に同調レンジおよび起動モード期間の関係への影響を除去する。その結果、本発明のＶＣＸＯ１００はフレキシブルな同調レンジおよびＤＣバイアス電流オプションを可能にする。そして、それにより開発時間および開発資金が節約できる。
【００２４】
本発明は、もちろん、本発明の基本的特性から逸脱することなく、本願明細書に記載したものよりさらに別の方法で実行されてもよい。本実施例は例示的なものであり限定的なものでなくあらゆる側面が考慮されることになっており、添付の請求の範囲の意味および等価の範囲内の全ての変更が含まれることを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による典型的なＶＣＸＯを利用する移動端末のブロック図である。
【図２】本発明によるＶＣＸＯシステムの典型的なブロック図である。
【図３】本発明による典型的なＶＣＸＯシステムの概略図である。
【図４】本発明による典型的な方法を示す図である。
【図１】
2008507894.tif 000003
【図２】
2008507894.tif 000004
【図３】
2008507894.tif 000005
【図４】
2008507894.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月25日(2007.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末（１０）の電圧制御発振器（１００）であって、  発振器（１２０）であって、該発振器（１２０）の入力ノードに印加された可変電圧に基づいて基準周波数を生成する発振器（１２０）と、  前記発振器（１２０）に伴うキャパシタンスを低減することにより前記電圧制御発振器（１００）の起動時間を短縮するため、一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加するための前記発振器（１２０）の入力ノードに動作可能に接続された起動コントローラ（１３０）と、を含むことを特徴とする電圧制御発振器（１００）。
【請求項２】
前記起動コントローラ（１３０）は、  発振器の出力電圧の前記存在を検出すると制御信号を生成する検出器（１３２）と、  前記検出器（１３２）に動作可能に接続され、制御信号に応答して前記一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加する高速起動回路（１３４）と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項３】
前記高速起動回路（１３４）は、  前記一時的なバイアス電圧を供給するための電圧源と、  前記検出器の制御信号に応答して前記電圧源を前記発振器の入力ノードに選択的に接続するスイッチと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項４】
前記スイッチは、前記発振器出力電圧が閾値を満たすかまたは上回ることを前記検出器が感知するとき、前記発振器の入力ノードから前記電圧源を選択的に分離することを特徴とする請求項３に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項５】
前記閾値は、可変閾値であることを特徴とする請求項４に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項６】
前記閾値は、発振器の出力電圧の所定のパーセンテージとして定義されることを特徴とする請求項４に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項７】
前記閾値は、前記発振器の出力電圧の９０％として定義されることを特徴とする請求項６に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項８】
前記スイッチは、所定の時間期間の満了に応答して前記発振器入力ノードから前記電圧源を選択的に分離することを特徴とする請求項３に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項９】
前記高速起動回路（１３４）は、抵抗およびキャパシタを含み、  前記抵抗および前記キャパシタに基づく時定数は、前記所定の期間を定めることを特徴とする請求項８に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１０】
前記発振器（１２０）は、タンク回路（１２２）とアクティブ発振コア（１２８）を含み、  前記起動コントローラ（１３０）は、前記一時的なバイアス電圧を前記タンク回路（１２２）に印加することを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１１】
前記タンク回路（１２２）は、バラクタダイオード（１２４）を含み、  前記起動コントローラ（１３０）は、前記一時的なバイアス電圧を前記バラクタダイオード（１２４）に印加することを特徴とする請求項１０に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１２】
前記可変電圧を前記発振器（１２０）に印加するため、前記発振器（１２０）に動作可能に接続された電圧コントローラ（１１０）を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１３】
前記電圧コントローラ（１１０）は、前記起動時間の間前記起動コントローラ（１３０）により生成される電流をシンクすることを特徴とする請求項１２に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１４】
前記電圧制御発振器（１００）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１５】
前記電圧制御発振器（１００）は、セルラ電話（１０）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器（１００）。
【請求項１６】
無線端末（１０）の電圧制御発振器（１００）を作動する方法であって、  前記電圧制御発振器（１００）が電源オンされたことを感知するステップと、  発振器の入力ノードに伴う初期キャパシタンスを低減することにより前記電圧制御発振器（１００）の起動時間を短縮するため、一時的なバイアス電圧を発振器の入力ノードに印加するステップと、  所定の動作条件を満たす前記電圧制御発振器（１００）に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加する前記ステップは、前記発振器の入力ノードに電圧源を選択的に接続するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
所定の動作条件を満たす前記電圧制御発振器（１００）に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去する前記ステップは、発振器の出力電圧が動作閾値を満たすかまたは上回ることの前記電圧制御発振器（１００）による感知に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを含むことをことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
所定の動作条件を満たす前記電圧制御発振器（１００）に応答して、前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去する前記ステップは、  所定の時間期間の満了後に前記発振器の入力ノードから前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを含むことをことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記所定の時間期間は、前記電圧制御発振器（１００）に伴う抵抗−キャパシタ（ＲＣ）の時定数により定義されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記発振器（１２０）は、タンク回路（１２２）を含み、  前記一時的なバイアス電圧を前記発振器の入力ノードに印加する前記ステップは、前記一時的なバイアス電圧を前記タンク回路（１２２）に印加する前記ステップを含むことをことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記電圧制御発振器（１００）が前記所定の動作条件を満たすまで、電圧コントローラ（１１０）の前記バイアス電圧と関連する電流をシンクするステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記電圧制御発振器（１００）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記電圧制御発振器（１００）は、セルラ電話（１０）に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
発振回路（１２０）の起動時間を短縮する方法であって、  発振器の出力電圧の状態を感知することにより前記発振回路（１２０）が電源オンされたことを検出するステップと、  前記発振回路（１２０）のキャパシタンスを低減することにより前記発振回路（１２０）の起動時間を短縮するため、一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）に印加するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）に印加する前記ステップは、前記発振回路（１２０）の入力ノードに電圧源を選択的に接続するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
電圧コントローラ（１１０）の前記一時的なバイアス電圧と関連する電流をシンクするステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記発振器の出力電圧が動作閾値を満たすかまたは上回るのに応答して、前記発振回路（１２０）から前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の所定のパーセンテージとして定義されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の９０％として定義されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
所定の時間期間の満了後、前記発振回路（１２０）から前記一時的なバイアス電圧を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記所定の時間期間は、前記予め定められた期間は、抵抗−キャパシタの時定数により定義されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記発振回路（１２０）は、タンク回路（１２２）を含み、  前記一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）に印加するステップは、前記一時的なバイアス電圧を前記タンク回路（１２２）に印加するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記発振回路（１２０）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記発振回路（１２０）は、無線端末（１０）に配置されていることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
発振回路（１２０）の起動時間を短縮するための起動コントローラ（１３０）であって、該起動コントローラ（１３０）は、  発振器の出力電圧の状態を感知し制御信号を生成するための検出回路（１３２）と、  前記発振器の入力ノードに伴うキャパシタンスを低減することにより前記発振回路（１２０）の起動時間を短縮するため、前記検出器制御信号に応答して一時的なバイアス電圧を前記発振回路（１２０）の入力ノードに印加するための高速起動回路（１３４）と、を含むことを特徴とする起動コントローラ（１３０）。
【請求項３７】
前記高速起動回路（１３４）は、  前記一時的なバイアス電圧を供給するための電圧源と、  前記検出器制御信号に応答して前記発振器の入力ノードに前記電圧源を選択的に接続するため、前記検波回路（１３２）に動作可能に接続されたスイッチと、を含むことを特徴とする請求項３６に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項３８】
前記スイッチは、前記発振器の出力電圧が動作閾値を満たすかまたは上回ることを前記検出器（１３２）が感知するとき、前記発振器の入力ノードから前記電圧源を選択的に切断することを特徴とする請求項３７に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項３９】
前記動作閾値は、可変閾値を含むことを特徴とする請求項３８に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４０】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の所定のパーセンテージとして定義されることを特徴とする請求項３９に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４１】
前記動作閾値は、前記発振器の出力電圧の９０％として定義されることを特徴とする請求項４０に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４２】
前記スイッチは、時間期間の満了に応答して、前記発振器の入力ノードから前記電圧源を選択的に切断することを特徴とする請求項３７に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４３】
前記所定の時間期間は、前記高速起動回路に伴う抵抗−キャパシタの時定数により定義されることを特徴とする請求項４２に記載の起動コントローラ（１３０）。
【請求項４４】
前記発振回路（１２０）は、電圧制御水晶発振器を含むことを特徴とする請求項３６に記載の起動コントローラ（１３０）。
【国際調査報告】
2008507894.tif 000007
2008507894.tif 000008