(57)【要約】【課題】発振周波数の可変幅が大きい電圧制御発振器を提供する。【解決手段】ＬＣ−ＶＣＯ１に負性抵抗部２、ＬＣ回路部４、負性抵抗部３を設ける。ＬＣ回路部４には、出力端子７及び８を設け、この出力端子７と出力端子８との間にインダクタ９を接続し、インダクタ９と並列に、可変キャパシタ１０及び１１を直列に接続する。また、ＬＣ回路部４において、出力端子７とノードＮ２との間に可変キャパシタ１２を設け、出力端子８とノードＮ３との間に可変キャパシタ１３を設け、ノードＮ２及びＮ３と接地電位配線ＧＮＤとの間に夫々スイッチ１４及び１５を設け、ノードＮ２及びＮ３と電源電位配線ＶＣＣとの間に夫々スイッチ１９及び２０を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の出力端子を備えこの第１及び第２の出力端子から相補の交流信号を発振する共振部と、前記第１及び第２の出力端子から出力された信号を夫々ハイの電位を第１の電位、ロウの電位を前記第１の電位より低い第２の電位に固定する増幅部と、を有し、前記共振部は、前記第１及び第２の出力端子間に接続されたインダクタと、このインダクタに並列に接続された第１の可変キャパシタと、一方の電極が前記第１の出力端子に接続された第２の可変キャパシタと、一方の電極が前記第２の出力端子に接続された第３の可変キャパシタと、前記第２の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか第３の電位を印加するかを切換える第１のスイッチと、前記第２の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか前記第３の電位とは異なる第４の電位を印加するかを切換える第２のスイッチと、前記第３の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか前記第３の電位を印加するかを切換える第３のスイッチと、前記第３の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか前記第４の電位を印加するかを切換える第４のスイッチと、を有し、前記第１及び第３のスイッチが相互に連動して前記第２及び第３の可変キャパシタの他方の電極を共にフローティング状態にするか第３の電位を印加し、前記第２及び第４のスイッチが相互に連動して前記第２及び第３の可変キャパシタの他方の電極を共にフローティング状態にするか第４の電位を印加することを特徴とする電圧制御発振器。
【請求項２】
前記第１の可変キャパシタが、制御電圧が入力され、この制御電圧に応じて容量が変化するバラクタ素子であることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項３】
前記第２及び第３の可変キャパシタが、制御電圧が入力され、この制御電圧に応じて容量が変化するバラクタ素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧制御発振器。
【請求項４】
前記第３の電位が前記第４の電位よりも高く、前記第１及び第３のスイッチがＰチャネルトランジスタであり、前記第２及び第４のスイッチがＮチャネルトランジスタであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
【請求項５】
前記第１及び第３の電位が電源電位であり、前記第２及び第４の電位が接地電位であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
【請求項６】
前記インダクタが基板上に形成されたスパイラルインダクタであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
【請求項７】
前記増幅部が、ソース・ドレインの一方に前記第１の電位が印加され他方が前記第１の出力端子に接続されゲートが前記第２の出力端子に接続された第１のＰチャネルトランジスタと、ソース・ドレインの一方に前記第１の電位が印加され他方が前記第２の出力端子に接続されゲートが前記第１の出力端子に接続された第２のＰチャネルトランジスタと、ソース・ドレインの一方に前記第２の電位が印加され他方が前記第１の出力端子に接続されゲートが前記第２の出力端子に接続された第１のＮチャネルトランジスタと、ソース・ドレインの一方に前記第２の電位が印加され他方が前記第２の出力端子に接続されゲートが前記第１の出力端子に接続された第２のＮチャネルトランジスタと、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
【請求項８】
前記第２及び第３の可変キャパシタ並びに前記第１乃至第４のスイッチからなる容量スイッチ部が複数設けられており、これらの容量スイッチ部が前記第１及び第２の出力端子間に相互に並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
【請求項９】
フェーズ・ロックド・ループ回路のローカルオシレータであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列ＬＣタンク回路の共振現象を利用した電圧制御発振器に関し、特に、容量スイッチを備え発信周波数を段階的に変化させることができる電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、周波数逓倍及び位相同期を目的として使用されるフェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路のローカルオシレータ（ＬＯ）として、リングオシレータ等の電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が使用されてきた。
【０００３】
これに対して、近時、このようなローカルオシレータとして、並列ＬＣタンク回路の共振現象を利用した電圧制御発振器（ＬＣ−ＶＣＯ）が使用されている。このＬＣ−ＶＣＯにおいては、インダクタと可変キャパシタとが相互に並列に接続されて並列ＬＣタンク回路が形成されており、この並列ＬＣタンク回路の共振現象により、周波数が共振周波数である交流信号を発振するようになっている。共振周波数とは、並列ＬＣタンク回路のインピーダンスが無限大となる周波数をいい、共振現象とは、並列ＬＣ回路においてインダクタ及び可変キャパシタに電流が交互に流れる現象をいう。また、可変キャパシタにはバラクタ素子等が使用され、印加される制御電圧に応じて容量が変化するようになっている。インダクタのインダクタンスをＬとし、可変キャパシタの容量をＣとすると、共振周波数ｆは下記数式１により与えられる。下記数式１より、可変キャパシタの容量Ｃを増加させれば、共振周波数ｆが減少することがわかる。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
リングオシレータ等を使用した従来のＶＣＯと比較して、ＬＣ−ＶＣＯには以下に示す利点がある。第１に、ＬＣ−ＶＣＯは、リングオシレータ等を使用した従来のＶＣＯと比較して雑音が小さい。これは、ＬＣ−ＶＣＯは並列ＬＣタンク回路の共振を基本原理としているため、雑音の原因となるトランジスタの数が少ないことに起因する。このため、ＬＣ−ＶＣＯは、高速光通信、携帯電話、無線ＬＡＮ等に好適である。第２に、ＬＣ−ＶＣＯはＬＣ回路の共振を基本原理としているため、トランジスタにより構成され論理ゲート遅延を利用したＶＣＯよりも高発振周波数を得やすい。第３に、制御電圧に対する発振周波数の可変幅が小さい。このため、チューニング感度が低く、制御電圧の変動に起因する発振周波数の変動が少なく、この結果、雑音が低い。
【０００６】
一方、ＬＣ−ＶＣＯの欠点として、前述のチューニング感度の低さが挙げられる。前述の如く、チューニング感度の低さは、雑音に対しては有利に働くが、発振周波数の可変幅が小さくなるため、所望の発振周波数を実現するＬＣ−ＶＣＯの設計が困難になる。
【０００７】
この欠点を克服するために、容量スイッチを設けたＬＣ−ＶＣＯが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。図６は従来の容量スイッチを設けたＬＣ−ＶＣＯを示す等価回路図である。また、図７は横軸に可変キャパシタに印加される制御電圧をとり、縦軸にＬＣ−ＶＣＯの発振周波数をとって、この従来のＬＣ−ＶＣＯにおける発振周波数の可変幅を示すグラフ図である。
【０００８】
図６に示すように、この従来のＬＣ−ＶＣＯ１０１は、電源電位配線ＶＣＣ及び接地電位配線ＧＮＤに接続されている。ＬＣ−ＶＣＯ１０１には、電源電位配線ＶＣＣから接地電位配線ＧＮＤに向かって、負性抵抗部２、ＬＣ回路部１０４、負性抵抗部３がこの順に配置されている。
【０００９】
負性抵抗部２においては、Ｐチャネルトランジスタ５及び６が設けられている。Ｐチャネルトランジスタ５におけるソース・ドレインの一方は電源電位配線ＶＣＣに接続されており、ソース・ドレインの他方はＬＣ回路部１０４の出力端子７に接続されており、ゲートは出力端子８に接続されている。また、Ｐチャネルトランジスタ６におけるソース・ドレインの一方は電源電位配線ＶＣＣに接続されており、ソース・ドレインの他方はＬＣ回路部１０４の出力端子８に接続されており、ゲートは出力端子７に接続されている。
【００１０】
ＬＣ回路部１０４において、出力端子７及び８の間には、インダクタ９が設けられている。また、出力端子７及び８の間には、インダクタ９と並列に、可変キャパシタ１０及び１１が直列に接続されている。可変キャパシタ１０及び１１は入力される制御電圧に応じて容量が変化するキャパシタであり、具体的にはバラクタ素子である。更に、ＬＣ回路部１０４には、容量スイッチ部１１６が設けられており、容量スイッチ部１１６には、キャパシタ１１２及び１１３、スイッチ１４及び１５が設けられている。出力端子７はキャパシタ１１２の一方の電極１１２ｂに接続され、このキャパシタ１１２の他方の電極１１２ａはスイッチ１４の一方の端子に接続され、このスイッチ１４の他方の端子は接地電極に接続されている。即ち、スイッチ１４は電極１１２ａを接地電極に接続するかフローティング状態とするかを切換えるものである。同様に、出力端子８はキャパシタ１１３、スイッチ１５を介して、接地電極に接続されている。即ち、スイッチ１５はキャパシタ１１３の電極１１３ａを接地電極に接続するかフローティング状態とするかを切換えるものである。スイッチ１４及び１５はＮチャネルトランジスタにより構成されている。
【００１１】
負性抵抗部３においては、Ｎチャネルトランジスタ１７及び１８が設けられており、Ｎチャネルトランジスタ１７におけるソース・ドレインの一方はＬＣ回路部１０４の出力端子７に接続されており、ソース・ドレインの他方は接地電位配線ＧＮＤに接続されており、ゲートは出力端子８に接続されている。また、Ｎチャネルトランジスタ１８のソース・ドレインの一方は出力端子８に接続されており、ソース・ドレインの他方は接地電位配線ＧＮＤに接続されており、ゲートは出力端子７に接続されている。
【００１２】
次に、この従来のＬＣ−ＶＣＯ１０１の動作について説明する。例えば、ＬＣ−ＶＣＯ１０１が電源電位配線ＶＣＣ及び接地電位配線ＧＮＤに接続されること等により、ＬＣ回路部１０４に何らかの電気的な刺激が印加されると、ＬＣ回路部１０４の共振周波数を周波数とする交流信号を出力端子７及び８から発振する。このとき、出力端子７及び８から出力される信号は相補信号である。
【００１３】
但し、ＬＣ回路部１０４のみでは、寄生抵抗による電流の損失が生じるため、発振はいずれ止まってしまう。そこで、電源電位配線ＶＣＣに正の電源電位を印加し、接地電位配線ＧＮＤに接地電位を印加して、ＬＣ−ＶＣＯ１０１に電流を供給すると共に、負性抵抗部２及び３を設けることにより、ＬＣ回路部１０４に恒久的に共振波を発振させることができる。即ち、例えば出力端子７がロウになり、出力端子８がハイになると、Ｐチャネルトランジスタ５がオフになり、Ｎチャネルトランジスタ１７がオンになる。この結果、出力端子７には接地電位が印加される。また、Ｐチャネルトランジスタ６がオンになり、Ｎチャネルトランジスタ１８がオフになるため、出力端子８には電源電位が印加される。同様に、出力端子７がハイになり、出力端子８がロウになると、出力端子７には電源電位が印加され、出力端子８に接地電位が印加される。これにより、出力端子７及び８からの発振が減衰することなく持続する。
【００１４】
そして、可変キャパシタ１０及び１１に印加する制御電圧を変えることにより、可変キャパシタ１０及び１１の容量がリニアに変化する。この結果、図７に示すように、制御電圧に応じてＬＣ回路部１０４の共振周波数が変化し、ＬＣ−ＶＣＯ１０１から発振される交流信号の周波数を変化させることができる。
【００１５】
また、スイッチ１４及び１５を切換えることにより、容量スイッチ部１１６全体の容量が変化する。スイッチ１４をオフにすると、キャパシタ１１２におけるスイッチ１４側の電極１１２ａが高インピーダンス状態となり、その電位がキャパシタ１１２における出力端子７側の電極１１２ｂの電位とほぼ等しくなるため、キャパシタ１１２が容量として働かなくなる。同様に、スイッチ１５をオフにすると、電極１１３ａが高インピーダンス状態となり、キャパシタ１１３が容量として働かなくなる。従って、スイッチ１４及び１５をオフにすると、ＬＣ回路部１０４全体の容量が小さくなり、上記数式１により、発振周波数が高くなる。
【００１６】
一方、スイッチ１４をオンにすると、キャパシタ１１２の電極１１２ａが接地電極に接続され、キャパシタ１１２が容量として働く。同様に、スイッチ１５をオンにすると、キャパシタ１１３の電極１１３ａが接地電極に接続され、キャパシタ１１３が容量として働く。従って、スイッチ１４及び１５をオンにすると、ＬＣ回路部１０４全体の容量が大きくなり、上記数式１により、発振周波数が低くなる。このように、スイッチ１４及び１５を開閉することにより、発振周波数を非連続的に変化させることができる。
【００１７】
この結果、図７に示すように、容量スイッチ部１１６により発振周波数を段階的に変化させ、可変キャパシタ１０及び１１の制御電圧を変化させて発振周波数を連続的に変化させることにより、容量スイッチ部１１６を設けない場合と比較して、チューニング感度を低く維持して制御電圧の変動による発振周波数の変動を抑制したまま、発振周波数の可変幅を増大させることができる。また、容量スイッチ部１１６を設けることにより、発振周波数の帯域を任意に変化させることができるため、通信システムの誤り訂正等において要求される複数の周波数への対応も容易になる。
【００１８】
【非特許文献１】
Ａ．  Ｋｒａｌ  ｅｔ  ａｌ．，  ”ＲＦ−ＣＭＯＳ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｔｕｎｉｎｇ”，  ＩＥＥＥ  Ｃｕｓｔｏｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｎｆ．，  ｐｐ．５５５−５５８，  １９９８
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示す問題点がある。図６に示す従来のＬＣ−ＶＣＯ１０１は、スイッチ１４及び１５を切換えることにより、図７に示すように、発振周波数を２段階に変化させ、発振周波数の可変幅をある程度広げることができる。しかし、所詮はスイッチ１４及び１５をオン又はオフすることによる２水準の切換えしかできないため、発振周波数の可変幅の大きさがまだ不十分である。
【００２０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、発振周波数の可変幅が大きい電圧制御発振器を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電圧制御発振器は、第１及び第２の出力端子を備えこの第１及び第２の出力端子から相補の交流信号を発振する共振部と、前記第１及び第２の出力端子から出力された信号を夫々ハイの電位を第１の電位、ロウの電位を前記第１の電位より低い第２の電位に固定する増幅部と、を有し、前記共振部は、前記第１及び第２の出力端子間に接続されたインダクタと、このインダクタに並列に接続された第１の可変キャパシタと、一方の電極が前記第１の出力端子に接続された第２の可変キャパシタと、一方の電極が前記第２の出力端子に接続された第３の可変キャパシタと、前記第２の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか第３の電位を印加するかを切換える第１のスイッチと、前記第２の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか前記第３の電位とは異なる第４の電位を印加するかを切換える第２のスイッチと、前記第３の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか前記第３の電位を印加するかを切換える第３のスイッチと、前記第３の可変キャパシタの他方の電極をフローティング状態にするか前記第４の電位を印加するかを切換える第４のスイッチと、を有し、前記第１及び第３のスイッチが相互に連動して前記第２及び第３の可変キャパシタの他方の電極を共にフローティング状態にするか第３の電位を印加し、前記第２及び第４のスイッチが相互に連動して前記第２及び第３の可変キャパシタの他方の電極を共にフローティング状態にするか第４の電位を印加することを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、インダクタ並びに第１乃至第３の可変キャパシタにより共振部が構成され、この共振部に、増幅部により第１及び第２の電位を供給することにより、周波数が共振部の共振周波数に等しい交流信号を出力することができる。このとき、第１及び第２の出力端子から相補の信号が出力される。そして、第１の可変キャパシタの容量を変化させることにより、共振部の共振周波数を連続的に変化させ、出力される交流信号の周波数を連続的に変化させることができる。
【００２３】
また、本発明においては、第１乃至第４のスイッチの全てをオフとすることにより、前記第２及び第３の可変キャパシタの他方の電極を高インピーダンス状態とし、第２及び第３の可変キャパシタの容量を極めて小さくすることができる。これにより、共振部全体の容量値が小さくなり、第１及び第２の出力端子から発振される交流信号の周波数が高くなる。このときの交流信号の周波数を第１の周波数とする。また、第１及び第３のスイッチをオンとすると共に第２及び第４のスイッチをオフとすることにより、第２及び第３の可変キャパシタの他方の電極に第３の電位を印加し、第２及び第３の可変キャパシタの容量を所定の値とすることができる。これにより、前述の第１乃至第４のスイッチの全てをオフとした場合と比較して、共振部全体の容量値が大きくなり、交流信号の周波数を、前記第１の周波数よりも高い第２の周波数とすることができる。更に、第１及び第３のスイッチをオフとすると共に第２及び第４のスイッチをオンとすることにより、第２及び第３の可変キャパシタの他方の電極に第４の電位を印加し、第２及び第３の可変キャパシタの容量を他の所定の値とすることができる。これにより、交流信号の周波数を、前記第１の周波数よりも高く第２の周波数とは異なる第３の周波数とすることができる。この結果、第１及び第２の出力端子から発振される交流信号の周波数を３段階に変化させることができる。このため、交流信号の周波数の可変幅を増大させることができる。
【００２４】
また、前記第１の可変キャパシタが、制御電圧が入力され、この制御電圧に応じて容量が変化するバラクタ素子であることが好ましく、前記第２及び第３の可変キャパシタが、制御電圧が入力され、この制御電圧に応じて容量が変化するバラクタ素子であることが好ましい。これにより、占有面積が小さい可変キャパシタを実現することができる。
【００２５】
更に、前記第２及び第３の可変キャパシタ並びに前記第１乃至第４のスイッチからなる容量スイッチ部が複数設けられており、これらの容量スイッチ部が前記第１及び第２の出力端子間に相互に並列に接続されていてもよい。これらの複数の容量スイッチ部を相互に独立して制御することにより、出力される交流信号の周波数を４段階以上に変化させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯを示す等価回路図であり、図２は可変キャパシタとして使用するバラクタ素子を示す等価回路図であり、図３は、横軸にバラクタ素子に印加される端子間電圧、即ち、ＳＤ端子に対するＧ端子の電位をとり、縦軸にこのバラクタ素子の容量値をとって、バラクタ素子の容量値の電圧依存性を示すグラフ図であり、図４は横軸に可変キャパシタに印加される制御電圧をとり縦軸にＬＣ−ＶＣＯの発振周波数をとって本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯの発振周波数の可変幅を示すグラフ図である。また、図５（ａ）乃至（ｆ）は、夫々横軸に制御電圧をとり縦軸に発振周波数をとってＬＣ−ＶＣＯの発振周波数の可変幅を示すグラフ図であり、（ａ）乃至（ｃ）は従来のＬＣ−ＶＣＯの可変幅を示し、（ｄ）乃至（ｆ）は本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯの可変幅を示す。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る電圧制御発振器であるＬＣ−ＶＣＯ１は、電源電位配線ＶＣＣ及び接地電位配線ＧＮＤに接続されている。ＬＣ−ＶＣＯ１は、例えば半導体基板（図示せず）上に集積回路として形成されており、例えば、周波数逓倍及び位相同期を目的として使用されるフェーズ・ロックド・ループ回路（ＰＬＬ回路）のローカルオシレータ（ＬＯ）として使用される。
【００２８】
本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯ１には、電源電位配線ＶＣＣから接地電位配線ＧＮＤに向かって、負性抵抗部２、共振部としてのＬＣ回路部４、負性抵抗部３がこの順に配置されている。負性抵抗部２及び３の構成は、前述の従来のＬＣ−ＶＣＯ１０１（図６参照）に設けられている負性抵抗部２及び３と同じである。なお、負性抵抗部２及び３により増幅部が形成されている。
【００２９】
ＬＣ回路部４においては、負性抵抗部２のＰチャネルトランジスタ５のソース・ドレインのうち電源電位配線ＶＣＣに接続されていない側、及び負性抵抗部３のＮチャネルトランジスタ１７のソース・ドレインのうち接地電位配線ＧＮＤに接続されていない側に接続された出力端子７が設けられている。また、負性抵抗部２のＰチャネルトランジスタ６のソース・ドレインのうち電源電位配線ＶＣＣに接続されていない側、及び負性抵抗部３のＮチャネルトランジスタ１８のソース・ドレインのうち接地電位配線ＧＮＤに接続されていない側に接続された出力端子８が設けられている。出力端子７及び８はＬＣ共振部４の出力信号を、相補信号として出力するものである。
【００３０】
また、この出力端子７と出力端子８との間には、インダクタ９が接続されている。インダクタ９は例えば、半導体基板上に設けられた多層配線層のうち最上層の配線層に形成されたスパイラルインダクタである。更に、出力端子７と出力端子８との間には、可変キャパシタ１０及び１１が直列に接続されている。即ち、可変キャパシタ１０及び１１からなる回路は、インダクタ９に並列に接続されている。可変キャパシタ１０及び１１は入力される制御電圧に応じて容量が変化するキャパシタであり、例えばバラクタ素子である。可変キャパシタ１０と可変キャパシタ１１の間のノードＮ１には、制御電圧が入力されるようになっている。
【００３１】
更にまた、ＬＣ回路部４には、出力端子７及び８に接続された容量スイッチ部１６が設けられており、容量スイッチ部１６には、可変キャパシタ１２及び１３、並びにスイッチ１４、１５、１９及び２０が設けられている。可変キャパシタ１２の一方の電極は出力端子７に接続され、他方の電極はノードＮ２に接続されている。ノードＮ２と接地電位配線ＧＮＤとの間にはスイッチ１４が設けられており、ノードＮ２と電源電位配線ＶＣＣとの間にはスイッチ１９が設けられている。即ち、スイッチ１４はノードＮ２を接地電位配線ＧＮＤに接続するかフローティング状態とするかを切換えるものであり、スイッチ１９はノードＮ２を電源電位配線ＶＣＣに接続するかフローティング状態とするかを切換えるものである。また、可変キャパシタ１３の一方の電極は出力端子８に接続され、他方の電極はノードＮ３に接続されている。ノードＮ３と接地電位配線ＧＮＤとの間にはスイッチ１５が設けられており、ノードＮ３と電源電位配線ＶＣＣとの間にはスイッチ２０が設けられている。即ち、スイッチ１５はノードＮ３を接地電位配線ＧＮＤに接続するかフローティング状態とするかを切換えるものであり、スイッチ２０はノードＮ３を電源電位配線ＶＣＣに接続するかフローティング状態とするかを切換えるものである。スイッチ１４及び１５は例えばＮチャネルトランジスタにより構成されており、スイッチ１９及び２０は例えばＰチャネルトランジスタにより構成されている。
【００３２】
図２に示すように、可変キャパシタ１２及び１３は例えば、ＭＯＳ型のバラクタ素子である。例えば、可変キャパシタ１２を構成するバラクタ素子のＳＤ端子（ソース・ドレイン端子）ＳＤはノードＮ２に接続され、Ｇ端子（ゲート端子）Ｇは出力端子７に接続されている。同様に、可変キャパシタ１３を構成するバラクタ素子のＳＤ端子はノードＮ３に接続され、Ｇ端子は出力端子８に接続されている。そして、各バラクタ素子において、ＳＤ端子とＧ端子との間に容量が形成されている。
【００３３】
図３に示すように、バラクタ素子の容量は、ＳＤ端子とＧ端子の間に印加される端子間電圧、即ち、ＳＤ端子に対するＧ端子の電位に依存する。端子間電圧が高くなると、バラクタ素子の容量値は単調増加する。図３において、端子間電圧が負の領域はＧ端子の電位がＳＤ端子の電位よりも低い領域、即ち、出力端子７の電位がノードＮ２の電位よりも低い領域であり、端子間電圧が正の領域はＧ端子の電位がＳＤ端子の電位よりも高い領域、即ち、出力端子７の電位がノードＮ２の電位よりも高い領域である。
【００３４】
次に、このＬＣ−ＶＣＯ１の動作について説明する。先ず、図１に示すように、ＬＣ−ＶＣＯ１を電源電位配線ＶＣＣ及び接地電位配線ＧＮＤに接続する。これにより、ＬＣ回路部４内の電位が非平衡となり、ＬＣ回路部４に電気的な刺激が印加される。この結果、ＬＣ回路部４が、周波数がＬＣ回路部４の共振周波数である交流信号を出力端子７及び８から発振する。このとき、出力端子７及び８から出力される信号は相補信号である。そして、前述の従来のＬＣ−ＶＣＯと同様に、出力端子７及び８の電位変化に同期して、負性抵抗部２及び３がＬＣ回路部４に電流を供給する。即ち、負性抵抗部２及び３からなる増幅部が、出力端子７及び８から出力された信号を夫々ハイの電位を電源電位、ロウの電位を接地電位に固定する。これにより、出力端子７及び８からの発振が持続する。
【００３５】
このとき、スイッチ１４、１５、１９、２０を全てオフにすると、ノードＮ２及びＮ３がフローティング状態、即ち高インピーダンス状態となり、可変キャパシタ１２及び１３が容量として働かなくなる。これにより、容量スイッチ部１６全体の容量が極めて小さくなり、ＬＣ回路部４の容量が相対的に小さくなる。このため、前記数式１により、出力端子７及び８から出力される出力信号の発振周波数が高くなる。
【００３６】
また、スイッチ１４及び１５をオフにし、スイッチ１９及び２０をオンとすると、ノードＮ２及びＮ３に電源電位が印加される。これにより、可変キャパシタ１２及び１３を構成するバラクタ素子のＳＤ端子には、電源電位が印加される。一方、これらのバラクタ素子のＧ端子には、出力端子７及び８から出力される交流信号が印加される。この交流信号電位の時間的な平均値は、電源電位と接地電位の間の値となるため、Ｇ端子に印加される電位の平均値は電源電位よりも低くなる。このため、図３に示すように、各バラクタ素子において、端子間電圧、即ち、ＳＤ端子に対するＧ端子の電位は負の値ＶＬとなり、これらのバラクタ素子の容量値は所定値ＣＬとなる。これにより、スイッチ１４、１５、１９及び２０を全てオフにした場合と比較して、容量スイッチ部１６全体の容量が大きくなり、ＬＣ回路部４の容量が大きくなる。このため、前記数式１により、出力端子７及び８から出力される出力信号の発振周波数が、スイッチ１４、１５、１９及び２０を全てオフにした場合よりも低くなる。
【００３７】
更に、スイッチ１４及び１５をオンにし、スイッチ１９及び２０をオフとすると、ノードＮ２及びＮ３に接地電位が印加される。これにより、可変キャパシタ１２及び１３を構成するバラクタ素子のＳＤ端子には、接地電位が印加される。一方、これらのバラクタ素子のＧ端子には、出力端子７及び８から出力される交流信号が印加される。Ｇ端子に印加される電位の平均値は接地電位よりも高くなるため、図３に示すように、各バラクタ素子において、端子間電圧、即ち、ＳＤ端子に対するＧ端子の電位は正の値ＶＨをとり、これらのバラクタ素子の容量値は、前記ＣＬよりも大きい値ＣＨとなる。これにより、前述のスイッチ１４及び１５をオフとし、スイッチ１９及び２０をオンとした場合と比較して、容量スイッチ部１６全体の容量がより一層大きくなり、ＬＣ回路部４の容量がより一層大きくなる。このため、前記数式１により、出力端子７及び８から出力される出力信号の発振周波数がより一層低くなる。
【００３８】
この結果、図４に示すように、スイッチ１４、１５、１９及び２０を全てオフとし、ノードＮ２及びＮ３を高インピーダンス状態とすると、ＶＣ−ＬＣＯ１の発振周波数は相対的に高くなる。一方、ノードＮ１に印加する制御電圧を変化させると、可変キャパシタ１０及び１１の容量値が変化し、ＶＣ−ＬＣＯ１の発振周波数は連続的に変化する。これにより、ＶＣ−ＬＣＯ１の発振周波数は図４の線２１に従うようになる。また、スイッチ１４及び１５をオフとすると共にスイッチ１９及び２０をオンとし、ノードＮ２及びＮ３の電位を電源電位とすると、ＶＣ−ＬＣＯ１の発振周波数は線２１よりも低い線２２に従うようになる。更に、スイッチ１４及び１５をオンとすると共にスイッチ１９及び２０をオフとし、ノードＮ２及びＮ３の電位を接地電位とすると、ＶＣ−ＬＣＯ１の発振周波数は線２１及び２２よりも低い線２３に従うようになる。本実施形態のＬＣ−ＶＣＯ１における上記以外の動作は、前述の従来のＬＣ−ＶＣＯ１０１の動作と同様である。
【００３９】
これにより、本実施形態のＬＣ−ＶＣＯにおいては、従来のＬＣ−ＶＣＯと比較して、以下に示すような効果が得られる。例えば、図５（ａ）に示すように、従来のＬＣ−ＶＣＯにおいて、発振周波数の２の可変域３１及び３２が相互に離隔しており、可変域３１と可変域３２との間にカバーされない周波数帯域３３が生じてしまっている場合、この従来のＬＣ−ＶＣＯの替わりに本実施形態のＬＣ−ＶＣＯを使用することにより、図５（ｄ）に示すように、カバーされない周波数帯域をなくすことができる。
【００４０】
また、図５（ｂ）に示すように、従来のＬＣ−ＶＣＯにおいて、発振周波数の２の可変域３４及び３５が相互に接していて１の可変域３６を形成している場合、この従来のＬＣ−ＶＣＯの替わりに本実施形態のＬＣ−ＶＣＯを使用することにより、図５（ｅ）に示すように、可変域３６の１．５倍の可変範囲を持つ可変域３７を形成することができる。
【００４１】
但し、図５（ｂ）及び（ｅ）に示す例では、２の可変域が相互に接する部分に、制御電圧により連続的に変化させることができない周波数が生じてしまう。これを避けるためには、各可変域をオーバーラップさせることが必要である。図５（ｃ）は、従来のＬＣ−ＶＣＯにおいて、発振周波数の２の可変域３８及び３９が相互に重なっている場合を示す。この場合においても、この従来のＬＣ−ＶＣＯの替わりに本実施形態のＬＣ−ＶＣＯを使用することにより、図５（ｆ）に示すように、全体の可変域４０を拡大することができる。なお、ＬＣ−ＶＣＯにおいて良好な操作性を得るためには、制御電圧により連続的に変化させることができる可変域のうち、約（１／２）の領域を、他の可変域とオーバーラップさせることが好ましい。
【００４２】
このように、本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯ１においては、スイッチ１４、１５、１９、２０を開閉することにより、発振周波数を３段階に変化させることができる。これにより、図６に示すような従来のＬＣ−ＶＣＯと比較して、発振周波数の可変幅を大きくすることができる。また、ノードＮ１に印加する制御電圧を変化させることにより、発振周波数を連続的に変化させることができる。この結果、チューニング感度が低いと共に発振周波数の可変幅が大きいＬＣ−ＶＣＯを得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯ１においては、容量スイッチ部１６を設けることにより、発振周波数の帯域を任意に変化させることができるため、通信システムの誤り訂正等において要求される複数の周波数への対応も容易になる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、可変キャパシタ１２及び１３を構成するバラクタ素子のＳＤ端子を夫々ノードＮ２及びＮ３に接続し、Ｇ端子を夫々出力端子７及び８に接続する例を示したが、逆に接続してもよい。この場合、ノードＮ２及びＮ３に電源電位を印加すると、ノードＮ２及びＮ３に接地電位を印加した場合よりも、ＬＣ−ＶＣＯ１の発振周波数が低くなる。
【００４５】
また、ＬＣ−ＶＣＯ１には容量スイッチ部１６は１個しか設けられていないが、容量スイッチ部１６を複数個設け、出力端子７及び８の間に相互に並列に接続してもよい。そして、容量スイッチ部１６内のスイッチを夫々独立に開閉すれば、ＬＣ−ＶＣＯ１の発振周波数を４水準以上の水準に段階的に変化させることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、第１の可変キャパシタの容量値を変化させることにより、出力される交流信号の周波数を連続的に変化させることができると共に、第１及び第２のスイッチを制御することにより、この交流信号の周波数を３段階に変化させることができるため、出力信号の周波数の可変幅が大きい電圧制御発振器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯを示す等価回路図である。
【図２】可変キャパシタとして使用するバラクタ素子を示す等価回路図である。
【図３】横軸にバラクタ素子に印加される端子間電圧をとり、縦軸にこのバラクタ素子の容量値をとって、バラクタ素子の容量値の電圧依存性を示すグラフ図である。
【図４】横軸に可変キャパシタに印加される制御電圧をとり縦軸にＬＣ−ＶＣＯの発振周波数をとって本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯの発振周波数の可変幅を示すグラフ図である。
【図５】（ａ）乃至（ｆ）は、夫々横軸に制御電圧をとり縦軸に発振周波数をとってＬＣ−ＶＣＯの発振周波数の可変幅を示すグラフ図であり、（ａ）乃至（ｃ）は従来のＬＣ−ＶＣＯの可変幅を示し、（ｄ）乃至（ｆ）は本実施形態に係るＬＣ−ＶＣＯの可変幅を示す。
【図６】従来の容量スイッチを設けたＬＣ−ＶＣＯを示す等価回路図である。
【図７】横軸に可変キャパシタに印加される制御電圧をとり、縦軸にＬＣ−ＶＣＯの発振周波数をとって、この従来のＬＣ−ＶＣＯにおける発振周波数の可変幅を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１、１０１；ＬＣ−ＶＣＯ
２、３；負性抵抗部
４、１０４；ＬＣ回路部
５、６；Ｐチャネルトランジスタ
７、８；出力端子
９；インダクタ
１０、１１、１２、１３；可変キャパシタ
１４、１５、１９、２０；スイッチ
１６、１１６；容量スイッチ部
１７、１８；Ｎチャネルトランジスタ
２１、２２、２３；線
３１、３２、３４、３５、３６、３７、３８、３９；可変域
３３；カバーされない周波数帯域
４０；全体の可変域
１１２、１１３；キャパシタ
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３；ノード
ＧＮＤ；接地電位配線
ＶＣＣ；電源電位配線
ＶＬ、ＶＨ；端子間電圧
ＣＬ、ＣＨ；バラクタ素子の容量値
ＳＤ；ソース・ドレイン端子
Ｄ；ゲート端子
【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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