(57)【要約】  注入同期型分周器１００は、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１１とＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１１３を含む第１増幅回路１４１と、第１増幅回路１４１と同様な構成の第２増幅回路１４２と第３増幅回路１４３とを３段、縦続接続させたリング発振器と、入力端子１５１と、出力端子１５２と、制御電圧端子１５３とを含む。各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２のゲート端子には、高周波信号が入力される。各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子には、所定の直流制御電圧が供給される。
2014136399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、第１のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタと、第２のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタと、を含む増幅回路を、（２ｎ＋１）（ｎ：１以上の整数）段、縦続接続したリング発振器を、備え、
前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記第１のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、高周波信号が入力され、
前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記第２のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、所定の直流制御電圧が供給される、
注入同期型発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の注入同期型発振器であって、
前記各増幅回路の前記第２のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子に入力する前記所定の直流制御電圧を、前記高周波信号の振幅に応じて、前記高周波信号に切り替えて出力するスイッチと、を前記増幅回路毎に更に備える、
注入同期型発振器。
【請求項３】
ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタと、を含む増幅回路を、（２ｎ＋１）（ｎ：１以上の整数）段、縦続接続したリング発振器と、
前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと接続された第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、
前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと接続された第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、を備え、
前記第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、高周波信号が入力され、
前記第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、所定の直流制御電圧が供給される、
注入同期型発振器。
【請求項４】
請求項３に記載の注入同期型発振器であって、
前記第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子に入力する前記所定の直流制御電圧を、前記高周波信号の振幅に応じて、前記高周波信号に切り替えて出力するスイッチと、を更に備える、
注入同期型発振器。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の注入同期型発振器であって、
前記（２ｎ＋１）個の増幅回路における各前記第１のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、前記リング発振器の発振周波数のｍ（２ｎ＋１）（ｍ：１以上の整数）倍又は（２ｎ＋１）／ｍ倍の周波数の注入信号が入力される、
注入同期型発振器。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の注入同期型発振器であって、
前記第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、前記リング発振器の発振周波数のｍ（２ｎ＋１）（ｍ：１以上の整数）倍又は（２ｎ＋１）／ｍ倍の周波数の注入信号が入力される、
注入同期型発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高周波信号を分周又は逓倍する注入同期型発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年普及している携帯可能な無線通信装置には、高速なスループットが求められ、無線通信における周波数シンセサイザとして高周波数帯域において動作するＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路が要求される。【０００３】
ＰＬＬ回路は、高周波数帯域の信号を低周波数帯域の信号まで分周する分周器を含む。分周器には、例えば１０［ＧＨｚ］以上の高い周波数帯域において低消費電力によって高速動作が可能な注入同期型分周器（ＩＬＦＤ：Injection Locked Frequency Divider）が用いられる（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に示す注入同期型分周器については、図１１を参照して後述する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】５８．８／３９．２ＧＨｚデュアルモードＣＭＯＳ周波数分周器、電子情報通信学会総合大会、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１に示す注入同期型分周器の構成では、注入信号の振幅（例えば電圧振幅）が所定値より大きい場合に、注入信号を所定倍に分周する分周器として動作せず、所定の発振周波数（以下、「フリーラン周波数」という）を出力するという課題がある。【０００６】
本開示は、上述した従来の課題を解決するために、注入信号の振幅が所定値より大きくても発振器として安定的に動作し、動作周波数を広帯域化する注入同期型発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、第１のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタと、第２のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタと、を含む増幅回路を、（２ｎ＋１）（ｎ：１以上の整数）段、縦続接続したリング発振器を、備え、前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記第１のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、高周波信号が入力され、前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記第２のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、所定の直流制御電圧が供給される、注入同期型発振器である。【０００８】
また、本開示は、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタと、を含む増幅回路を、（２ｎ＋１）（ｎ：１以上の整数）段、縦続接続したリング発振器と、前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと接続された第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、前記（２ｎ＋１）個の増幅回路の各前記ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと接続された第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタと、を備え、前記第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、高周波信号が入力され、前記第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子には、所定の直流制御電圧が供給される、注入同期型発振器である。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、注入信号の振幅が所定値より大きくても発振器として安定的に動作し、動作周波数を広帯域化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の注入同期型分周器の回路構成を示す図
【図２】従来の注入同期型分周器と第１の実施形態の注入同期型分周器とにおける、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図
【図３】注入同期型逓倍器の出力信号の周波数と電力との関係を示す図
【図４】第２の実施形態の注入同期型分周器の回路構成を示す図
【図５】従来の注入同期型分周器と第１の実施形態の注入同期型分周器と第２の実施形態の注入同期型分周器とにおける、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図
【図６】第３の実施形態の注入同期型分周器の回路構成を示す図
【図７】従来の注入同期型分周器と第１の実施形態の注入同期型分周器と第３の実施形態の注入同期型分周器とにおける、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図
【図８】第４の実施形態の注入同期型分周器の回路構成を示す図
【図９】第５の実施形態の注入同期型分周器の回路構成を示す図
【図１０】第６の実施形態の注入同期型分周器の回路構成を示す図
【図１１】従来の注入同期型分周器の回路構成を示す図
【図１２】従来の注入同期型分周器の注入信号と出力信号の周波数と電力との関係を示す図
【図１３】従来の注入同期型分周器における、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図
【図１４】注入信号の電圧振幅が小さい場合における各時間特性を示すグラフ、（Ａ）ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート電圧振幅の時間特性、（Ｂ）ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電圧振幅の時間特性、（Ｃ）ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電流の時間特性
【図１５】注入信号の電圧振幅が大きい場合における各時間特性を示すグラフ、（Ａ）ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート電圧振幅の時間特性、（Ｂ）ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電圧振幅の時間特性、（Ｃ）ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電流の時間特性
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（各実施形態の内容に至る経緯）
先ず、本開示に係る注入同期型発振器の各実施形態を説明する前に、各実施形態の内容に至る経緯について図１１〜図１５を参照して説明する。図１１は、従来の注入同期型分周器１０の回路構成を示す図である。
【００１２】
図１１に示す注入同期型分周器１０は、第１増幅回路４１と、第２増幅回路４２と、第３増幅回路４３とがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、入力端子５１と、出力端子５２とを含む。
【００１３】
第１増幅回路４１は、第３増幅回路４３の帰還出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタ１１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２とを含む。
【００１４】
第２増幅回路４２は、第１増幅回路４１の出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ２１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ２２とを含む。
【００１５】
第３増幅回路４３は、第２増幅回路４２の出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ３１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ３２とを含む。
【００１６】
各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２，２２，３２のゲート端子は入力端子５１に接続され、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２，２２，３２のソース端子は高電位電源Ｖｄｄに接続され、各ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１，２１，３１のソース端子は接地される。
【００１７】
図１１に示す注入同期型分周器１０の動作について、図１２を参照して説明する。図１２は、従来の注入同期型分周器１０の注入信号と出力信号の周波数と電力との関係を示す図である。
【００１８】
図１２において、入力端子５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子５２、即ち注入同期型分周器１０の出力端子５２には、フリーラン周波数ｆ０の発振信号（フリーラン信号）Ｆ１と周波数２ｆ０の２次高調波成分Ｆ２と周波数３ｆ０の３次高調波成分Ｆ３とが生じる。
【００１９】
次に、入力端子５１に周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、注入信号Ｉ１と２次高調波成分Ｆ２とのミキシングによってフリーラン周波数ｆ０付近に注入信号Ｉ１がダウンコンバートされた出力信号Ｉ２が生じ、注入同期型分周器１０のフリーラン信号Ｆ１は出力信号Ｉ２の周波数に引き寄せられて同期する。即ち、注入同期型分周器１０は、周波数３ｆ０の注入信号Ｉ１に対して周波数ｆ０の出力信号Ｉ２を出力するので、３分周器として動作する。
【００２０】
図１３は、従来の注入同期型分周器１０における、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図である。注入同期型分周器１０は、図１３に示す曲線（実線）により囲まれる範囲内では分周器として動作し、図１３に示す曲線（実線）により囲まれる範囲外では分周器として動作しない。
【００２１】
図１３では、注入同期型分周器１０のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数付近では、注入信号の電圧振幅が最も小さい。注入同期型分周器１０は、注入信号のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数の注入信号が入力されると、注入信号の電圧振幅を最小化でき、消費電力を低減できる。また、図１３では、注入同期型分周器１０を分周器として動作させるためには、注入信号の電圧振幅としてＶ０以上が必要となる。
【００２２】
しかし、図１１に示す従来の注入同期型分周器１０には、以下の課題があった。
【００２３】
図１３では、注入同期型分周器１０のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数付近では、注入信号の電圧振幅が大きくなり過ぎても同期しなくなるので、注入信号の電圧振幅がＶ１を超えると、注入同期型分周器１０は分周器として動作しなくなる。
【００２４】
図１４は、注入信号の電圧振幅が小さい場合における各時間特性を示すグラフである。図１４（Ａ）は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート電圧振幅の時間特性を示すグラフである。図１４（Ｂ）は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電圧振幅の時間特性を示すグラフである。図１４（Ｃ）は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電流の時間特性を示す。
【００２５】
図１５は、注入信号の電圧振幅が大きい場合における各時間特性を示すグラフである。図１５（Ａ）は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート電圧振幅の時間特性を示すグラフである。図１５（Ｂ）は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電圧振幅の時間特性を示すグラフである。図１５（Ｃ）は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのドレイン電流の時間特性である。
【００２６】
図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）では、注入信号の電圧振幅が小さい場合、ドレイン電圧振幅波形と、ドレイン電流波形とは歪みの少ないサイン波形となる。図１４（Ｂ）に示すドレイン電圧振幅は図１１に示す注入同期型分周器１０が発振する出力信号の波形を表す。図１４（Ｂ）では、注入同期型分周器１０は、注入信号の電圧振幅の周波数の１／３の周波数において同期して発振する。即ち、注入同期型分周器１０は、注入信号を３分周する分周器として動作し、注入信号の周波数の１／３倍の周波数の出力信号を出力する。
【００２７】
一方、図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）では、注入信号の電圧振幅が大きい場合、ドレイン電圧振幅波形と、ドレイン電流波形とには、歪みが生じる（図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）の点線参照）。これは、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのゲート端子に入力される電圧振幅が大きいため、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのソース端子間とゲート端子間との電圧差がＰチャネルＭＯＳ型トランジスタの閾値電圧よりも低くなり、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタがオフになるためである。
【００２８】
従って、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタのソース端子間とゲート端子間との電圧差がＰチャネルＭＯＳ型トランジスタの閾値電圧よりも低くなると、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタに電流が流れず、図１５（Ｂ）に示すドレイン電圧振幅と図１５（Ｃ）に示すドレイン電流には注入信号の周波数の歪み成分が現れる。
【００２９】
また、注入信号の電圧振幅が更に大きくなると、図１１に示す注入同期型分周器１０の出力信号波形の大きさよりも歪み成分の方が大きくなるため、注入信号が分周されずに出力される。即ち、注入信号の電圧振幅が所定値より大きくなると、図１１に示す注入同期型分周器１０は、注入信号の周波数の１／３の周波数における同期が困難となり、分周器として動作しなくなるという課題がある。
【００３０】
そこで、以下の各実施形態では、注入信号の振幅が所定値より大きくても発振器として安定的に動作し、動作周波数を広帯域化する注入同期型発振器の例を説明する。
【００３１】
以下、本開示に係る注入同期型発振器の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態では、本開示に係る注入同期型発振器の一例として、注入同期型分周器を用いて説明するが、必要に応じて、注入同期型逓倍器を用いて説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の注入同期型分周器１００の回路構成を示す図である。図１に示す注入同期型分周器１００は、第１増幅回路１４１と第２増幅回路１４２と第３増幅回路１４３とがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、入力端子１５１と、出力端子１５２と、制御電圧端子１５３とを含む。
【００３３】
第１増幅回路１４１は、第３増幅回路１４３の帰還出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１１３とを含む。
【００３４】
第２増幅回路１４２は、第１増幅回路１４１の出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２２，１２３とを含む。
【００３５】
第３増幅回路１４３は、第２増幅回路１４２の出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３２，１３３とを含む。
【００３６】
各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２のゲート端子は注入信号（高周波信号）が入力される入力端子１５１に接続され、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲートはＤＣゲートバイアス電圧が入力される制御電圧端子１５３に接続される。また、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３のソース端子は高電位電源Ｖｄｄに接続され、各ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１１，１２１，１３１のソース端子は接地される。
【００３７】
入力端子１５１には、注入同期型分周器１００に入力される高周波信号（注入信号、例えば１０［ＧＨｚ］）が入力される。
【００３８】
出力端子１５２には、注入同期型分周器１００の出力信号、即ち注入同期型分周器１００が分周した分周信号、又は注入同期型分周器１００が発振したフリーラン信号が出力される。
【００３９】
制御電圧端子１５３には、注入同期型分周器１００以外のゲートバイアス生成回路（不図示）が出力したＤＣゲートバイアス電圧Ｖｃｏｎｔが入力される。
【００４０】
次に、本実施形態の注入同期型分周器１００の動作について説明する。
【００４１】
入力端子１５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子１５２、即ち注入同期型分周器１００の出力端子１５２には、フリーラン周波数ｆ０のフリーラン信号Ｆ１と周波数２ｆ０の２次高調波成分Ｆ２と周波数３ｆ０の３次高調波成分Ｆ３とが生じる（図９参照）。
【００４２】
次に、入力端子１５１に周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、注入信号Ｉ１と２次高調波成分Ｆ２とのミキシングによってフリーラン周波数ｆ０付近に注入信号Ｉ１がダウンコンバートされた出力信号Ｉ２が生じ、注入同期型分周器１００のフリーラン信号Ｆ１は出力信号Ｉ２の周波数に引き寄せられて同期する。
【００４３】
従って、注入同期型分周器１００は、周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力端子１５１に入力されると、フリーラン周波数ｆ０付近の出力信号Ｉ２を出力端子１５２に出力するので、周波数を１／３倍（３分周）する分周器として動作する。
【００４４】
本実施形態では、入力端子１５１に入力される注入信号は、負荷としての一部のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２の各ゲート端子に入力される。注入信号の電圧振幅が所定値より大きい場合には、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２がオフになるので、ドレイン電流が流れなくなる。
【００４５】
しかし、本実施形態では、注入信号が入力されない負荷としての一部のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３の各ゲート端子には所定のＤＣゲートバイアス電圧Ｖｃｏｎｔが供給されるので、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３にはドレイン電流が流れる。即ち、注入同期型分周器１００において、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３は、電流源として動作する。
【００４６】
これにより、注入同期型分周器１００は、入力端子１５１に入力される注入信号の電圧振幅が所定値より大きい場合でも、各増幅回路１４１，１４２，１４３におけるドレイン電圧振幅とドレイン電流に生じる歪み成分を低減できる。
【００４７】
図２は、従来の注入同期型分周器と第１の実施形態の注入同期型分周器とにおける、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図である。注入同期型分周器１００は、図２に示す曲線（実線）により囲まれる範囲内では分周器として動作し、図２に示す曲線（実線）により囲まれる範囲外では分周器として動作しない。
【００４８】
図２では、注入同期型分周器１００のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数付近では、注入信号の電圧振幅が最も小さい。注入同期型分周器１００は、注入信号のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数の注入信号が入力されると、注入信号の電圧振幅を最小化でき、消費電力を低減できる。また、図２では、注入同期型分周器１００を分周器として動作させるためには、注入信号の電圧振幅としてＶ０以上が必要となる。
【００４９】
図２では、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）は、注入信号の電圧振幅がＶ１を超えると分周器として動作しないが、注入同期型分周器１００は、注入信号の電圧振幅がＶ１を超えても分周器として動作できる。
【００５０】
これは、注入同期型分周器１００において、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子にＤＣゲートバイアス電圧が供給されるので、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３が電流源として動作し、各増幅回路１４１，１４２，１４３におけるドレイン電圧振幅とドレイン電流とが歪まないので、注入信号が注入同期型分周器１００において正しく分周されるためである。
【００５１】
また、注入同期型分周器１００は、注入信号の電圧振幅がＶ２を超えると、分周器として動作しないが、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）に比べて、注入信号の電圧振幅が大きい場合でも分周器として動作できる。
【００５２】
以上により、本実施形態の注入同期型分周器１００は、第１増幅回路１４１と第２増幅回路１４２と第３増幅回路１４３とがループ上に３段縦続接続されたリング発振器において、各増幅回路１４１〜１４３のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２のゲート端子に注入信号（高周波信号）が入力され、更に、各増幅回路１４１〜１４３のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子にＤＣゲートバイアス電圧Ｖｃｏｎｔが供給される。
【００５３】
これにより、注入同期型分周器１００は、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２に高周波信号が入力され、高周波信号が入力されないＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３、１２３、１３３を電流源として動作させることで、注入信号の電圧振幅が所定値より大きい場合でも、ドレイン電流が流れることになり、分周器としての動作周波数を広帯域化できる。例えば、図１に示す注入同期型分周器１００は、注入信号の電圧振幅が大きくても、注入信号を１／３分周する分周器として広帯域において動作できる。
【００５４】
また、本実施形態の注入同期型分周器１００は、回路構成が簡易であるため、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０に比べて、回路規模の増加を抑制でき、部品点数を低減できる。
【００５５】
なお、本実施形態では、リング発振器を構成する増幅回路の段数が３段であるとして説明したが、３段に限定されず、例えばリング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）（ｎ：１以上の整数）段としても良い。注入同期型分周器１００は、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数を、リング発振器のフリーラン周波数ｆ０のｍ（２ｎ＋１）倍付近とすれば良い。
【００５６】
例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を５段とした場合、注入同期型分周器１００は、リング発振器のフリーラン周波数の５倍或いは１０倍の周波数の信号を注入する。これにより、注入同期型分周器１００は、上述した３段構成と同様の効果が得られる。
【００５７】
また、本実施形態では、注入同期型分周器について説明したが、例えば注入信号の高調波成分に同期させる注入同期型逓倍器としても同様な効果が得られる。なお、注入同期型逓倍器は、図１に示す注入同期型分周器１００と同様の回路構成を有するので、以下の説明では同一の符号を用いて同一の内容の説明は省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
【００５８】
図３は、注入同期型逓倍器１００Ｘの出力信号の周波数と電力との関係を示す図である。
【００５９】
図３において、入力端子１５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子１５２、即ち注入同期型逓倍器１００Ｘの出力端子１５２にはフリーラン周波数ｆ０のフリーラン信号Ｆ１が生じる。
【００６０】
次に、入力端子１５１に周波数ｆ０／３付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、周波数２ｆ０／３の２次高調波成分Ｉ２と周波数ｆ０の３次高調波成分Ｉ３とが生じる。これにより、リング発振器のフリーラン信号Ｆ１、即ち注入同期型逓倍器１００Ｘのフリーラン信号Ｆ１は注入信号Ｉ１の３次高調波成分Ｉ３の周波数に引き寄せられて同期する。即ち、注入同期型逓倍器１００Ｘは、周波数ｆ０／３の注入信号Ｉ１に対して周波数ｆ０の出力信号Ｉ３を出力するため、周波数を３倍する３逓倍器として動作する。
【００６１】
また、注入同期型逓倍器１００Ｘにおけるリング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段とし、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数を、リング発振器のフリーラン周波数ｆ０の１／（ｍ（２ｎ＋１））（ｍ：１以上の整数）倍付近としても良い。これにより、注入同期型逓倍器１００Ｘは、注入信号の周波数をｍ（２ｎ＋１）倍する注入同期型逓倍器として動作できる。
【００６２】
本開示に係る注入同期型発振器は、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が高い注入信号に同期した場合は注入同期型分周器として動作し、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が低い注入信号に同期した場合は注入同期型逓倍器として動作する。
【００６３】
また、本実施形態では、各増幅回路のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタに注入信号（高周波信号）が入力される回路構成について説明したが、例えばＰチャネルＭＯＳ型トランジスタとＮチャネルＭＯＳ型トランジスタとを入れ替えても同様な効果が得られ、以下の各実施形態においても同様である。
【００６４】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の注入同期型分周器１０１の回路構成を示す図である。図４に示す注入同期型分周器１０１では、図１に示す注入同期型分周器１００と同一の回路構成には同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
【００６５】
図４に示す注入同期型分周器１０１は、第１増幅回路１４１と第２増幅回路１４２と第３増幅回路１４３とがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、入力端子１５１と、出力端子１５２と、制御電圧端子１５３と、スイッチ１８１〜１８３と、制御回路１９１とを含む。なお、制御回路１９１は、注入同期型分周器１００の構成として含まれなくても良い。
【００６６】
スイッチ１８１は、制御回路１９１が出力した制御信号に応じて、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３のゲート端子に、入力端子１５１に入力された注入信号（高周波信号）又は制御電圧端子１５３に入力されたＤＣゲートバイアス電圧を切り替えて出力する。
【００６７】
スイッチ１８２は、制御回路１９１が出力した制御信号に応じて、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２３のゲート端子に、入力端子１５１に入力された注入信号（高周波信号）又は制御電圧端子１５３に入力されたＤＣゲートバイアス電圧を切り替えて出力する。
【００６８】
スイッチ１８３は、制御回路１９１が出力した制御信号に応じて、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３３のゲート端子に、入力端子１５１に入力された注入信号（高周波信号）又は制御電圧端子１５３に入力されたＤＣゲートバイアス電圧を切り替えて出力する。
【００６９】
制御回路１９１は、入力端子１５１に入力される注入信号（高周波信号）の電圧振幅に応じて、各増幅回路１４１〜１４３のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子に注入信号又はＤＣゲートバイアス電圧を入力させるための制御信号を生成して各スイッチ１８１〜１８３に出力する。
【００７０】
具体的には、制御回路１９１は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより大きい場合には、各増幅回路１４１〜１４３のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子にＤＣゲートバイアス電圧を入力させるための制御信号を生成して各スイッチ１８１〜１８３に出力する。ＶＳＷは、注入同期型分周器１０１において既定の閾値である。
【００７１】
また、制御回路１９１は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷ以下である場合には、各増幅回路１４１〜１４３のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子に注入信号を入力させるための制御信号を生成して各スイッチ１８１〜１８３に出力する。
【００７２】
次に、本実施形態の注入同期型分周器１０１の動作について説明する。
【００７３】
入力端子１５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子１５２、即ち注入同期型分周器１０１の出力端子１５２には、フリーラン周波数ｆ０のフリーラン信号Ｆ１と周波数２ｆ０の２次高調波成分Ｆ２と周波数３ｆ０の３次高調波成分Ｆ３とが生じる（図９参照）。
【００７４】
次に、入力端子１５１に周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、注入信号Ｉ１と２次高調波成分Ｆ２とのミキシングによってフリーラン周波数ｆ０付近に注入信号Ｉ１がダウンコンバートされた出力信号Ｉ２が生じ、注入同期型分周器１０１のフリーラン信号Ｆ１は出力信号Ｉ２の周波数に引き寄せられて同期する。
【００７５】
従って、注入同期型分周器１０１は、周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力端子１０５１に入力されると、フリーラン周波数ｆ０付近の出力信号Ｉ２を出力端子１５２に出力するので、１／３分周する分周器として動作する。
【００７６】
本実施形態では、制御回路１９１が生成した制御信号に応じて、スイッチ１８１〜１８３が各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子に注入信号が入力される場合、注入同期型分周器１０１の回路構成は、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）と同じ回路構成となる。
【００７７】
また、制御回路１９１が生成した制御信号に応じて、スイッチ１８１〜１８３が各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲート端子にＤＣゲートバイアス電圧が供給される場合、注入同期型分周器１０１の回路構成は、第１の実施形態の注入同期型分周器１００と同じ回路構成となる。本実施形態では、注入同期型分周器１０１は、制御回路１９１が生成した制御信号に応じて、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）と第１の実施形態の注入同期型分周器１００とを切り替えできる。
【００７８】
図５は、従来の注入同期型分周器と第１の実施形態の注入同期型分周器１００と第２の実施形態の注入同期型分周器１０１とにおける、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図である。注入同期型分周器１０１は、図５に示す曲線（太い実線）により囲まれる範囲内では分周器として動作し、図５に示す曲線（太い実線）により囲まれる範囲外では分周器として動作しない。
【００７９】
図５では、注入同期型分周器１０１のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数付近では、注入信号の電圧振幅が最も小さい。注入同期型分周器１００は、注入信号のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数の注入信号が入力されると、注入信号の電圧振幅を最小化でき、消費電力を低減できる。また、図５では、注入同期型分周器１０１を分周器として動作させるためには、注入信号の電圧振幅としてＶ０以上が必要となる。
【００８０】
図５において、本実施形態の注入同期型分周器１０１は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷよりも大きい場合、スイッチ１８１〜１８３の切り替えによって、第１の実施形態の注入同期型分周器１００と同様の回路構成を得る。これにより、注入同期型分周器１０１は、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）と比較して、第１の実施形態の注入同期型分周器１００と同様に、注入信号の電圧振幅の最大値がＶ１からＶ２に増加し、注入信号の電圧振幅が大きくても分周器として動作できる。
【００８１】
一方、本実施形態の注入同期型分周器１０１は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷよりも小さい場合、スイッチ１８１〜１８３の切り替えによって、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）と同様の回路構成を得る。これにより、注入同期型分周器１０１は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより小さいＶＬでは、分周器としての動作周波数帯域の減少を抑制できる。
【００８２】
以上により、本実施形態の注入同期型分周器１０１は、第１の実施形態の注入同期型分周器１００の回路構成に、スイッチ１８１〜１８３と、制御回路１９１とを更に含む。注入同期型分周器１０１は、入力端子１５１に入力される注入信号の電圧振幅の大きさに応じたスイッチ１８１〜１８３の切り替えによって、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより大きい場合は第１の実施形態の注入同期型分周器１００と同様の回路構成とし、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷ以下である場合は従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）とする。
【００８３】
これにより、注入同期型分周器１０１は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより大きい場合には注入信号の電圧振幅の最大値がＶ１からＶ２に増加でき、注入信号の電圧振幅が大きくても分周器として動作できる。また、注入同期型分周器１０１は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷ以下である場合には分周器としての動作周波数帯域の減少を抑制できる。従って、本実施形態の注入同期型分周器１０１は、第１の実施形態の注入同期型分周器１００に比べて、分周器としての動作周波数を広帯域化できる。
【００８４】
なお、本実施形態では、リング発振器を構成する増幅回路の段数が３段であるとして説明したが、３段に限定されず、例えばリング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段としても良い。注入同期型分周器１０１は、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数を、リング発振器のフリーラン周波数ｆ０のｍ（２ｎ＋１）倍付近とすれば良い。
【００８５】
例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を５段とした場合、注入同期型分周器１０１は、リング発振器のフリーラン周波数の５倍或いは１０倍の周波数の信号を注入する。これにより、注入同期型分周器１０１は、上述した３段構成と同様な効果が得られる。
【００８６】
また、本実施形態では、注入同期型分周器について説明したが、例えば注入信号の高調波成分に同期させる注入同期型逓倍器としても同様な効果が得られる。なお、注入同期型逓倍器は、図４に示す注入同期型分周器１０１と同様の回路構成を有する。例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段とし、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数をリング発振器のフリーラン周波数ｆ０の１／（ｍ（２ｎ＋１））倍付近とすれば良い。これにより、注入同期型逓倍器１０１Ｘは、ｍ（２ｎ＋１）倍する逓倍器として動作できる。
【００８７】
本開示に係る注入同期型発振器は、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が高い注入信号に同期した場合は注入同期型分周器として動作し、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が低い注入信号に同期した場合は注入同期型逓倍器として動作する。
【００８８】
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態の注入同期型分周器１０４の回路構成を示す図である。図６に示す注入同期型分周器１０４では、図１に示す注入同期型分周器１００と同一の回路構成には同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
【００８９】
図６に示す注入同期型分周器１０４は、第１増幅回路１４１Ｂと第２増幅回路１４２Ｂと第３増幅回路１４３Ｂとがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、入力端子１５１と、出力端子１５２と、制御電圧端子１５３とを含む。
【００９０】
第１増幅回路１４１Ｂは、第３増幅回路１４３Ｂの帰還出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３と、アンプとしてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２とＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１４とを含む。
【００９１】
第２増幅回路１４２Ｂは、第１増幅回路１４１Ｂの出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２３と、アンプとしてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２２とＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２４とを含む。
【００９２】
第３増幅回路１４３Ｂは、第２増幅回路１４２Ｂの出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３３と、アンプとしてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３２とＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３４とを含む。
【００９３】
各ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１４，１２４，１３４のゲート端子とドレイン端子とは、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２のゲート端子とドレイン端子とにそれぞれ接続されている。また、各ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタの１１４，１２４，１３４のソース端子は接地される。
【００９４】
次に、本実施形態の注入同期型分周器１０４の動作について説明する。
【００９５】
入力端子１５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子１５２、即ち注入同期型分周器１０４の出力端子１５２には、フリーラン周波数ｆ０のフリーラン信号Ｆ１と周波数２ｆ０の２次高調波成分Ｆ２と周波数３ｆ０の３次高調波成分Ｆ３とが生じる（図１２参照）。
【００９６】
次に、入力端子１５１に周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、注入信号Ｉ１と２次高調波成分Ｆ２とのミキシングによってフリーラン周波数ｆ０付近に注入信号Ｉ１がダウンコンバートされた出力信号Ｉ２が生じ、注入同期型分周器１０４のフリーラン信号Ｆ１は出力信号Ｉ２の周波数に引き寄せられて同期する。
【００９７】
従って、注入同期型分周器１０４は、周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力端子１５１に入力されると、フリーラン周波数ｆ０付近の出力信号Ｉ２を出力端子１５２に出力するので、１／３分周する分周器として動作する。
【００９８】
本実施形態では、入力端子に接続されている各ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１４，１２４，１３４と、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２とがインバータアンプとして動作するため、入力信号は増幅されて注入される。また、注入同期型分周器１０４の電流源として動作する各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲートに注入信号を入力しないため、ドレイン電流は安定して流れることになり、各増幅回路１４１Ｂ、１４２Ｂ、１４３Ｂにおけるドレイン電圧振幅とドレイン電流の歪み成分を低減することができる。
【００９９】
図７は、従来の注入同期型分周器と第１の実施形態の注入同期型分周器１００と第３の実施形態の注入同期型分周器１０４とにおける、注入信号の電圧振幅と動作周波数との関係を示す図である。注入同期型分周器１０４は、図７に示す曲線（太い実線）により囲まれる範囲内では分周器として動作し、図７に示す曲線（太い実線）により囲まれる範囲外では分周器として動作しない。
【０１００】
図７では、注入同期型分周器１０４のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数付近では、注入信号の電圧振幅が最も小さい。注入同期型分周器１００，１０４は、注入信号のフリーラン周波数ｆ０の３倍の周波数の注入信号が入力されると、注入信号の電圧振幅を最小化でき、消費電力を低減できる。また、図７では、注入同期型分周器１０４を分周器として動作させるためには、注入信号の電圧振幅としてＶ０以上が必要となる。
【０１０１】
図７では、従来の注入同期型分周器（例えば図１１に示す注入同期型分周器１０）は注入信号の電圧振幅がＶ１、第１の実施形態の注入同期型分周器１００は注入信号の電圧振幅がＶ2を超えると分周器として動作しないが、注入同期型分周器１０４は、注入信号の電圧振幅がＶ２を超えても分周器として動作できる。
【０１０２】
これは、注入同期型分周器１０４において、電流源として動作する各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲートに注入信号が入力されないため、ドレイン電流は安定して流れることになり、各増幅回路１４１Ｂ，１４２Ｂ，１４３Ｂにおけるドレイン電圧振幅とドレイン電流とが歪まないので、注入信号が注入同期型分周器１０４において正しく分周されるためである。
【０１０３】
また、注入同期型分周器１０４は、注入信号の電圧振幅がＶ３を超えると、分周器として動作しないが、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０）や第１の実施形態の注入同期型分周器に比べて、注入信号の電圧振幅が大きい場合でも分周器として動作できる。
【０１０４】
以上により、本実施形態の注入同期型分周器１０４は、第１の実施形態の注入同期型分周器１００の回路構成に、ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１４，１２４，１３４を更に含む。
【０１０５】
これにより、注入同期型分周器１０４は、入力端子に接続されている各ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１４，１２４，１３４と、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２とがインバータアンプとして動作するため、入力信号は増幅されて注入される。また、注入同期型分周器１０４の電流源として動作する各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１３，１２３，１３３のゲートに注入信号が入力されないため、ドレイン電流は安定して流れることになり、分周器としての動作帯域を広帯域化でき、かつ注入信号の電圧振幅が大きくても、注入信号を１／３分周する分周器として広帯域において動作できる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、リング発振器を構成する増幅回路の段数が３段であるとして説明したが、３段に限定されず、例えばリング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段としても良い。注入同期型分周器１０４は、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数を、リング発振器のフリーラン周波数ｆ０のｍ（２ｎ＋１）倍付近とすれば良い。
【０１０７】
例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を５段とした場合、注入同期型分周器１０４は、リング発振器のフリーラン周波数の５倍或いは１０倍の周波数の信号を注入する。これにより、注入同期型分周器１０４は、上述した３段構成と同様な効果が得られる。
【０１０８】
また、本実施形態では、注入同期型分周器について説明したが、例えば注入信号の高調波成分に同期させる注入同期型逓倍器１０４Ｘとしても同様な効果が得られる。なお、注入同期型逓倍器１０４Ｘは、図６に示す注入同期型分周器１０４と同様の回路構成を有する。例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段とし、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数をリング発振器のフリーラン周波数ｆ０の１／（ｍ（２ｎ＋１））倍付近とすれば良い。これにより、注入同期型逓倍器１０４Ｘは、ｍ（２ｎ＋１）倍する逓倍器として動作できる。
【０１０９】
本開示に係る注入同期型発振器は、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が高い注入信号に同期した場合は注入同期型分周器として動作し、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が低い注入信号に同期した場合は注入同期型逓倍器として動作する。
【０１１０】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態の注入同期型分周器１０２の回路構成を示す図である。図８に示す注入同期型分周器１０２は、第１増幅回路１４１Ａと第２増幅回路１４２Ａと第３増幅回路１４３Ａとがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、入力端子１５１と、出力端子１５２と、制御電圧端子１５３と、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１と、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２とを含む。
【０１１１】
第１増幅回路１４１Ａは、第３増幅回路１４３Ａの帰還出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２とを含む。
【０１１２】
第２増幅回路１４２Ａは、第１増幅回路１４１Ａの出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１２２とを含む。
【０１１３】
第３増幅回路１４３Ａは、第２増幅回路１４２の出力をゲート端子に受けるＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３１と、負荷としてのＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１３２とを含む。
【０１１４】
各ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１１，１２１，１３１のソース端子は、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１及び第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２の各ドレイン端子に接続される。
【０１１５】
第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１のゲート端子には注入信号（高周波信号）が入力される入力端子１５１が接続され、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子にはＤＣゲートバイアス電圧が入力される制御電圧端子１５３に接続される。
【０１１６】
また、各ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１２，１２２，１３２のソース端子は高電位電源Ｖｄｄに接続され、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１及び第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のソース端子は接地される。
【０１１７】
入力端子１５１には、注入同期型分周器１０２に入力される高周波信号（注入信号、例えば１０［ＧＨｚ］）が入力される。
【０１１８】
出力端子１５２には、注入同期型分周器１０２の出力信号、即ち注入同期型分周器１０２が分周した分周信号又は注入同期型分周器１０２が発振したフリーラン信号が出力される。
【０１１９】
制御電圧端子１５３には、注入同期型分周器１００以外のゲートバイアス生成回路（不図示）が出力したＤＣゲートバイアス電圧Ｖｃｏｎｔが入力される。
【０１２０】
次に、本実施形態の注入同期型分周器１０２の動作について説明する。
【０１２１】
入力端子１５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子１５２、即ち注入同期型分周器１０２の出力端子１５２には、フリーラン周波数ｆ０のフリーラン信号Ｆ１と周波数２ｆ０の２次高調波成分Ｆ２と周波数３ｆ０の３次高調波成分Ｆ３とが生じる（図１２参照）。
【０１２２】
次に、入力端子１５１に周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、注入信号Ｉ１と２次高調波成分Ｆ２とのミキシングによってフリーラン周波数ｆ０付近に注入信号Ｉ１がダウンコンバートされた出力信号Ｉ２が生じ、注入同期型分周器１０２のフリーラン信号Ｆ１は出力信号Ｉ２の周波数に引き寄せられて同期する。
【０１２３】
従って、注入同期型分周器１０２は、周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力端子１５１に入力されると、フリーラン周波数ｆ０付近の出力信号Ｉ２を出力端子１５２に出力するので、１／３分周する分周器として動作する。
【０１２４】
本実施形態では、入力端子１５１に入力される注入信号は、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１のゲート端子に入力される。注入信号の電圧振幅が大きい場合には、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１がオフになるので、ドレイン電流が流れなくなる。
【０１２５】
しかし、本実施形態では、注入信号が入力されない第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子には所定のＤＣゲートバイアス電圧Ｖｃｏｎｔが供給されるので、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２にはドレイン電流が流れる。即ち、注入同期型分周器１０２において、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２は、電流源として動作する。
【０１２６】
これにより、注入同期型分周器１０２は、入力端子１５１に入力される注入信号の電圧振幅が大きい場合でも、各増幅回路１４１Ａ，１４２Ａ，１４３Ａにおけるドレイン電圧振幅とドレイン電流に生じる歪み成分を低減できる。
【０１２７】
以上により、本実施形態の注入同期型分周器１０２は、第１増幅回路１４１Ａと第２増幅回路１４２Ａと第３増幅回路１４３Ａとがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１と、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２とにおいて、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１のゲート端子に注入信号（高周波信号）が入力され、更に、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子にＤＣゲートバイアス電圧Ｖｃｏｎｔが供給される。
【０１２８】
更に、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１のドレイン端子と、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のドレイン端子と、各増幅回路１４１Ａ〜１４３ＡのＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１１１，１２１，１３１のソース端子とが接続される。
【０１２９】
これにより、注入同期型分周器１０２は、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１に高周波信号が入力され、高周波信号が入力されない第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２を電流源として動作させることで、注入信号の電圧振幅が所定値より大きい場合でも、ドレイン電流が流れることになり、分周器としての動作周波数を広帯域化できる。例えば、図８に示す注入同期型分周器１０２は、注入信号の電圧振幅が所定値より大きくても、注入信号を１／３分周する分周器として広帯域において動作できる。
【０１３０】
また、本実施形態の注入同期型分周器１０２は、回路構成が簡易であるため、従来の注入同期型分周器（例えば図８に示す注入同期型分周器１０に比べて、回路規模の増加を抑制でき、部品点数を低減できる。
【０１３１】
なお、本実施形態では、リング発振器を構成する増幅回路の段数が３段であるとして説明したが、３段に限定されず、例えばリング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段としても良い。注入同期型分周器１００は、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数を、リング発振器のフリーラン周波数ｆ０のｍ（２ｎ＋１）倍付近とすれば良い。
【０１３２】
例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を５段とした場合、注入同期型分周器１０２は、リング発振器のフリーラン周波数の５倍或いは１０倍の周波数の信号を注入する。これにより、注入同期型分周器１０２は、上述した３段構成と同様の効果が得られる。
【０１３３】
また、本実施形態では、注入同期型分周器について説明したが、例えば注入信号の高調波成分に同期させる注入同期型逓倍器としても同様な効果が得られる。なお、注入同期型逓倍器は、図８に示す注入同期型分周器１０２と同様の回路構成を有する。例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段とし、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数をリング発振器のフリーラン周波数ｆ０の１／（ｍ（２ｎ＋１））倍付近とすれば良い。これにより、注入同期型逓倍器１０２Ｘは、ｍ（２ｎ＋１）倍する逓倍器として動作できる。
【０１３４】
本開示に係る注入同期型発振器は、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が高い注入信号に同期した場合は注入同期型分周器として動作し、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が低い注入信号に同期した場合は注入同期型逓倍器として動作する。
【０１３５】
（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態の注入同期型分周器１０３の回路構成を示す図である。図９に示す注入同期型分周器１０３では、図８に示す注入同期型分周器１０２と同一の回路構成には同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
【０１３６】
図９に示す注入同期型分周器１０３は、第１増幅回路１４１Ａと第２増幅回路１４２Ａと第３増幅回路１４３Ａとがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、入力端子１５１と、出力端子１５２と、制御電圧端子１５３と、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１と、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２と、スイッチ１８４と、制御回路１９２とを含む。なお、制御回路１９２は、注入同期型分周器１０３の構成として含まれなくても良い。
【０１３７】
スイッチ１８４は、制御回路１９２が出力した制御信号に応じて、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子に、入力端子１５１に入力された注入信号（高周波信号）又は制御電圧端子１５３に入力されたＤＣゲートバイアス電圧を切り替えて出力する。
【０１３８】
制御回路１９２は、入力端子１５１に入力される注入信号（高周波信号）の電圧振幅に応じて、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子に注入信号又はＤＣゲートバイアス電圧を入力させるための制御信号を生成してスイッチ１８４に出力する。
【０１３９】
具体的には、制御回路１９２は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより大きい場合には、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子にＤＣゲートバイアス電圧を入力させるための制御信号を生成してスイッチ１８４に出力する。ＶＳＷは、注入同期型分周器１０３において既定の閾値である。
【０１４０】
また、制御回路１９２は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷ以下である場合には、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子に注入信号を入力させるための制御信号を生成してスイッチ１８４に出力する。
【０１４１】
次に、本実施形態の注入同期型分周器１０３の動作について説明する。
【０１４２】
入力端子１５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子１５２、即ち注入同期型分周器１０３の出力端子１５２には、フリーラン周波数ｆ０のフリーラン信号Ｆ１と周波数２ｆ０の２次高調波成分Ｆ２と周波数３ｆ０の３次高調波成分Ｆ３とが生じる（図１２参照）。
【０１４３】
次に、入力端子１５１に周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、注入信号Ｉ１と２次高調波成分Ｆ２とのミキシングによってフリーラン周波数ｆ０付近に注入信号Ｉ１がダウンコンバートされた出力信号Ｉ２が生じ、注入同期型分周器１０３のフリーラン信号Ｆ１は出力信号Ｉ２の周波数に引き寄せられて同期する。
【０１４４】
従って、注入同期型分周器１０３は、周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力端子１５１に入力されると、フリーラン周波数ｆ０付近の出力信号Ｉ２を出力端子１５２に出力するので、１／３分周する分周器として動作する。
【０１４５】
本実施形態では、制御回路１９２が生成した制御信号に応じて、スイッチ１８４が第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子に注入信号が入力される場合、注入同期型分周器１０３において、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１及び第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２に注入信号が入力される。
【０１４６】
注入同期型分周器１０３は、図４に示す注入同期型分周器１０１と同様に、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより小さい場合には、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより小さいＶＬでは、分周器としての動作周波数帯域の減少を抑制できる。
【０１４７】
また、制御回路１９２が生成した制御信号に応じて、スイッチ１８４が第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲート端子にＤＣゲートバイアス電圧が供給される場合、注入同期型分周器１０３の回路構成は、第４の実施形態の注入同期型分周器１０２と同じ回路構成となる。
【０１４８】
以上により、本実施形態の注入同期型分周器１０３は、第４の実施形態の注入同期型分周器１０２の回路構成に、スイッチ１８４と、制御回路１９２とを更に含む。注入同期型分周器１０３は、入力端子１５１に入力される注入信号の電圧振幅の大きさに応じたスイッチ１８４の切り替えによって、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより大きい場合は第４の実施形態の注入同期型分周器１０２と同様の回路構成とし、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷ以下である場合は、注入信号を第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１及び第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２の各ゲート端子に入力させる。
【０１４９】
これにより、注入同期型分周器１０３は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷより大きい場合には注入信号の電圧振幅の最大値がＶ１からＶ２に増加でき、注入信号の電圧振幅が大きくても分周器として動作できる。また、注入同期型分周器１０３は、注入信号の電圧振幅が所定値ＶＳＷ以下である場合には分周器としての動作周波数帯域の減少を抑制できる。従って、本実施形態の注入同期型分周器１０３は、第４の実施形態の注入同期型分周器１０２に比べて、分周器としての動作周波数を広帯域化できる。
【０１５０】
なお、本実施形態では、リング発振器を構成する増幅回路の段数が３段であるとして説明したが、３段に限定されず、例えばリング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段としても良い。注入同期型分周器１０１は、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数を、リング発振器のフリーラン周波数ｆ０のｍ（２ｎ＋１）倍付近とすれば良い。
【０１５１】
例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を５段とした場合、注入同期型分周器１０３は、リング発振器のフリーラン周波数の５倍或いは１０倍の周波数の信号を注入する。これにより、注入同期型分周器１０３は、上述した３段構成と同様な効果が得られる。
【０１５２】
また、本実施形態では、注入同期型分周器について説明したが、例えば注入信号の高調波成分に同期させる注入同期型逓倍器としても同様な効果が得られる。なお、注入同期型逓倍器は、図９に示す注入同期型分周器１０３と同様の回路構成を有する。例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段とし、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数をリング発振器のフリーラン周波数ｆ０の１／（ｍ（２ｎ＋１））倍付近とすれば良い。これにより、注入同期型逓倍器１０３Ｘは、ｍ（２ｎ＋１）倍する逓倍器として動作できる。
【０１５３】
本開示に係る注入同期型発振器は、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が高い注入信号に同期した場合は注入同期型分周器として動作し、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が低い注入信号に同期した場合は注入同期型逓倍器として動作する。
【０１５４】
（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態の注入同期型分周器１０５の回路構成を示す図である。図１０に示す注入同期型分周器１０５では、図８に示す注入同期型分周器１０２と同一の回路構成には同一の符号を付して説明を省略又は簡略化し、異なる内容について説明する。
【０１５５】
図１０に示す注入同期型分周器１０５は、第１増幅回路１４１Ａと第２増幅回路１４２Ａと第３増幅回路１４３Ａとがループ上に３段縦続接続されたリング発振器と、入力端子１５１と、出力端子１５２と、制御電圧端子１５３と、第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１と、第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２と、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１４２Ｚとを含む。
【０１５６】
ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１４２Ｚのゲートとドレインとは、それぞれ第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１のゲートとドレインに接続される。また、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１４２Ｚのソースは電源に接続される。
【０１５７】
次に、本実施形態の注入同期型分周器１０５の動作について説明する。
【０１５８】
入力端子１５１に入力される注入信号が無い場合、リング発振器の出力端子１５２、即ち注入同期型分周器１０５の出力端子１５２には、フリーラン周波数ｆ０のフリーラン信号Ｆ１と周波数２ｆ０の２次高調波成分Ｆ２と周波数３ｆ０の３次高調波成分Ｆ３とが生じる（図１２参照）。
【０１５９】
次に、入力端子１５１に周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力された場合、注入信号Ｉ１と２次高調波成分Ｆ２とのミキシングによってフリーラン周波数ｆ０付近に注入信号Ｉ１がダウンコンバートされた出力信号Ｉ２が生じ、注入同期型分周器１０５のフリーラン信号Ｆ１は出力信号Ｉ２の周波数に引き寄せられて同期する。
【０１６０】
従って、注入同期型分周器１０５は、周波数３ｆ０付近の注入信号Ｉ１が入力端子１５１に入力されると、フリーラン周波数ｆ０付近の出力信号Ｉ２を出力端子１５２に出力するので、１／３分周する分周器として動作する。
【０１６１】
本実施形態では、入力端子に接続されている第１のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１と、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１４２Ｚとがインバータアンプとして動作するため、入力信号は増幅されて注入される。また、注入同期型分周器１０５の電流源として動作する第２のＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲートに注入信号が入力されないため、ドレイン電流は安定して流れることになり、各増幅回路１４１Ａ、１４２Ａ、１４３Ａにおけるドレイン電圧振幅とドレイン電流の歪み成分を低減することができる。
【０１６２】
以上により、本実施形態の注入同期型分周器１０５は、第４の実施形態の注入同期型分周器１０２の回路構成に、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１４２Ｚを更に含む。
【０１６３】
これにより、注入同期型分周器１０５は、入力端子に接続されているＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６１と、ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ１４２Ｚとがインバータアンプとして動作するため、入力信号は増幅されて注入される。また、注入同期型分周器１０５の電流源として動作する第２のＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ１６２のゲートに注入信号が入力されないため、ドレイン電流は安定して流れることになり、分周器としての動作帯域を広帯域化でき、かつ注入信号の電圧振幅が大きくても、注入信号を１／３分周する分周器として広帯域において動作できる。
【０１６４】
なお、本実施形態では、リング発振器を構成する増幅回路の段数が３段であるとして説明したが、３段に限定されず、例えばリング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段としても良い。注入同期型分周器１０５は、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数を、リング発振器のフリーラン周波数ｆ０のｍ（２ｎ＋１）倍付近とすれば良い。
【０１６５】
例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を５段とした場合、注入同期型分周器１０５は、リング発振器のフリーラン周波数の５倍或いは１０倍の周波数の信号を注入する。これにより、注入同期型分周器１０５は、上述した３段構成と同様な効果が得られる。
【０１６６】
また、本実施形態では、注入同期型分周器について説明したが、例えば注入信号の高調波成分に同期させる注入同期型逓倍器１０５Ｘとしても同様な効果が得られる。なお、注入同期型逓倍器１０５Ｘは、図１０に示す注入同期型分周器１０５と同様の回路構成を有する。例えば、リング発振器を構成する増幅回路の段数を（２ｎ＋１）段とし、入力端子１５１に入力される注入信号の周波数をリング発振器のフリーラン周波数ｆ０の１／（ｍ（２ｎ＋１））倍付近とすれば良い。これにより、注入同期型逓倍器１０５Ｘは、ｍ（２ｎ＋１）倍する逓倍器として動作できる。
【０１６７】
本開示に係る注入同期型発振器は、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が高い注入信号に同期した場合は注入同期型分周器として動作し、フリーラン周波数ｆ０よりも周波数が低い注入信号に同期した場合は注入同期型逓倍器として動作する。
【０１６８】
以上、図面を参照して各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１６９】
なお、本出願は、２０１３年３月５日出願の日本特許出願（特願２０１３−０４３４９７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本開示は、例えばＰＬＬ回路に用いられ、注入信号の振幅が所定値より大きくても発振器として安定的に動作し、動作周波数を広帯域化する注入同期型発振器として有用である。
【符号の説明】
【０１７１】
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５  注入同期型分周器
１００Ｘ，１０１Ｘ，１０２Ｘ，１０３Ｘ，１０４Ｘ，１０５Ｘ  注入同期型逓倍器
１１１，１２１，１３１，１６１，１６２  ＮチャネルＭＯＳ型トランジスタ
１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３，１４２Ｚ  ＰチャネルＭＯＳ型トランジスタ
４１，１４１，１４１Ａ  第１増幅回路
４２，１４２，１４２Ａ  第２増幅回路
４３，１４３，１４３Ａ  第３増幅回路
１８１，１８２，１８３，１８４  スイッチ
１９１，１９２  制御回路
【図１】
2014136399.tif 000003
【図２】
2014136399.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014136399.tif 000007
【図６】
2014136399.tif 000008
【図７】
2014136399.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014136399.tif 000011
【図１０】
2014136399.tif 000012
【図１１】
2014136399.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2014136399.tif 000015
【図１４】
2014136399.tif 000016
【図１５】
2014136399.tif 000017
【国際調査報告】
2014136399.tif 000018
2014136399.tif 000019