(57)【要約】【課題】共振回路全体のＱが高く、位相雑音特性の劣化が少ないＩＣ化された電圧制御発振器を提供する。【解決手段】マイクロストリップラインＬ１とコンデンサＣ２の並列回路は、コンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２の直列回路を介して、第１可変容量ダイオードＶＤ１のカソードに接続されている。第２可変容量ダイオードＶＤ２のカソードはコンデンサＣ５に接続し、アノードはマイクロストリップラインＬ１の他端に接続されている。コンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２のカソードとの接続点には、大きな抵抗値を有する抵抗Ｒを介して第２可変容量ダイオード用バイアス端子１１が接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振回路と増幅回路を備えた電圧制御発振器において、前記共振回路が、
制御電圧端子から入力される制御電圧によって静電容量を変えて前記共振回路の共振周波数の可変に寄与する、アノードが接地された第１可変容量ダイオードと、
共振周波数が固定されている、一端が接地された共振器と、
前記第１可変容量ダイオードのカソードと前記共振器の他端とを電気的に接続するためのコンデンサと第２可変容量ダイオードの直列回路とを備え、
前記第１可変容量ダイオードと前記コンデンサと前記第２可変容量ダイオードとがＩＣ内に集積化され、
前記第２可変容量ダイオードが、前記制御電圧端子から入力される制御電圧による前記共振回路の共振周波数の可変に実質的に寄与しないように構成されていること、
を特徴とする電圧制御発振器。
【請求項２】
前記第２可変容量ダイオードに所定のバイアス電圧を供給することにより、前記第２可変容量ダイオードが、前記制御電圧端子から入力される制御電圧による前記共振回路の共振周波数の可変に実質的に寄与しないように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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御発振器、特に、半導体集積回路（ＩＣ）を用いた電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に示すように、従来の電圧制御発振器２１は、共振回路２２と増幅回路２３から構成されている。共振回路２２は、共振周波数が固定されているλ／４共振器（マイクロストリップライン）Ｌ１と、コンデンサＣ２と、可変容量ダイオードＶＤ１と、λ／４共振器Ｌ１と可変容量ダイオードＶＤ１を接続する接続用コンデンサＣ４とを有している。制御電圧端子１０から入力される制御電圧によって可変容量ダイオードＶＤ１の静電容量を変えることにより、共振回路２２全体の共振周波数を変更し、発振周波数を調整する。図２において、符号Ｌ２はチョークコイル、符号Ｃ３はバイパス（直流阻止）コンデンサ、符号Ｃ１は共振回路２２と増幅回路２３の結合コンデンサである。
【０００３】
なお、これ以外に従来の電圧制御発振器として、特許文献１や特許文献２に記載されたものが知られている。これらの電圧制御発振器は、図２の接続用コンデンサＣ４の代わりに接続用可変容量ダイオードを使用し、この接続用可変容量ダイオードの静電容量も制御電圧によって変えることによって、共振回路全体の共振周波数を変更する。すなわち、接続用可変容量ダイオードも発振周波数可変の目的で使用されている。また、特許文献１や特許文献２には、電圧制御発振器をＩＣ化することについての記載はない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３６６５７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−３０８６３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図２に示す回路をもつ電圧制御発振器２１を半導体集積回路（ＩＣ）で構成した場合，ＩＣ内に構成されるコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部抵抗が大きく、十分な電気特性が得られないという問題があった。特に、接続用コンデンサＣ４の内部抵抗が位相雑音特性に与える影響が大きく、電圧制御発振器のＩＣ化を妨げる主要因の一つとなっていた。
【０００７】
より詳細に説明すると、ＩＣの中において、コンデンサは酸化物（例えばシリコンＩＣの場合はＳｉＯ２）を２つの電極で挟む構造を採用している。酸化物の種類はＩＣ化しやすいものに限られるが、そのような酸化物一般に誘電損失が大きいため、コンデンサの内部抵抗が大きくなってしまうのである。そして、可変容量ダイオードＶＤ１とλ／４共振器Ｌ１を接続する接続用コンデンサＣ４の内部抵抗が大きくなると、共振回路２２全体のＱが低下し、例えば位相雑音特性が劣化するという問題が発生する。
【０００８】
なお、コンデンサＣ１〜Ｃ４として個別部品の積層チップコンデンサを用いる場合は、誘電損失の小さい材料を利用できるので、内部抵抗が大きくなるという問題は発生しない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、共振回路全体のＱが高く、位相雑音特性の劣化が少ないＩＣ化された電圧制御発振器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る電圧制御発振器は、共振回路と増幅回路を備え、共振回路が、
（ａ）制御電圧端子から入力される制御電圧によって静電容量を変えて共振回路の共振周波数の可変に寄与する、アノードが接地された第１可変容量ダイオードと、
（ｂ）共振周波数が固定されている、一端が接地された共振器と、
（ｃ）第１可変容量ダイオードのカソードと共振器の他端とを電気的に接続するためのコンデンサと第２可変容量ダイオードの直列回路とを備え、
（ｄ）第１可変容量ダイオードとコンデンサと第２可変容量ダイオードとがＩＣ内に集積化され、
（ｅ）第２可変容量ダイオードが、制御電圧端子から入力される制御電圧による共振回路の共振周波数の可変に実質的に寄与しないように構成されていること、
を特徴とする。
【００１１】
より具体的には、第２可変容量ダイオードに所定のバイアス電圧を供給することにより、第２可変容量ダイオードが、制御電圧端子から入力される制御電圧による共振回路の共振周波数の可変に実質的に寄与しないようにする。
【００１２】
以上の構成により、ＩＣ内に形成された第２可変容量ダイオードは内部抵抗が小さい。また、第２可変容量ダイオードと直列回路を構成するコンデンサは、直流阻止コンデンサとして働き、静電容量が大きいものが使用される。従って、静電容量の大きなコンデンサと所定の静電容量の第２可変容量ダイオードを直列に接続する構成を採用することによって、所望の値の合成静電容量が得られる。コンデンサと第２可変容量ダイオードの直列回路の合成内部抵抗も小さい。
【００１３】
なお、「制御電圧による共振回路の共振周波数の可変に実質的に寄与しない」とは、わずかであれば制御電圧によって第２可変容量ダイオードの静電容量が変化してよいという意味である。つまり、実用上無視できる程度のわずかな共振周波数の可変は本発明に含まれるという意味である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電圧制御発振器の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１５】
図１に示すように、電圧制御発振器１は、共振回路２と増幅回路３から構成されている。本実施形態の場合、電圧制御発振器１は、共振回路２と増幅回路３の全てを半導体集積回路（ＩＣ）で構成している。
【００１６】
共振回路２は、λ／４共振器（マイクロストリップライン）Ｌ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５と、可変容量ダイオードＶＤ１，ＶＤ２と、チョークコイルＬ２とからなる。
【００１７】
第１可変容量ダイオードＶＤ１のカソードには、チョークコイルＬ２とバイパス（直流阻止）コンデンサＣ３を介して、制御電圧端子１０が接続されている。第１可変容量ダイオードＶＤ１のアノードは接地されている。
【００１８】
マイクロストリップラインＬ１の長さは、発振周波数に対する波長の略１／４に設定されている。マイクロストリップラインＬ１の一端は接地され、他端は結合コンデンサＣ１を介して増幅回路３に接続されている。マイクロストリップラインＬ１と並列にコンデンサＣ２が接続されている。
【００１９】
マイクロストリップラインＬ１とコンデンサＣ２の並列回路は、コンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２の直列回路を介して、第１可変容量ダイオードＶＤ１のカソードに接続されている。第２可変容量ダイオードＶＤ２のカソードはコンデンサＣ５に接続し、アノードはマイクロストリップラインＬ１の他端に接続されている。
【００２０】
この場合、コンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２の合成静電容量が、図２に示す従来の電圧制御発振器２１の接続用コンデンサＣ４の静電容量と等しくなるように設計する。つまり、コンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２の直列回路は、図２に示す従来の電圧制御発振器２１の接続用コンデンサＣ４の代わりをするものである。
【００２１】
さらに、コンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２のカソードとの接続点には、大きな抵抗値を有する抵抗Ｒを介して第２可変容量ダイオード用バイアス端子１１が接続されている。
【００２２】
電圧制御発振器１は、制御電圧端子１０から入力される制御電圧Ｖｓによって第１可変容量ダイオードＶＤ１の静電容量を変えることにより、共振回路２全体の共振周波数を変更し、発振周波数を調整する。このとき、第２可変容量ダイオードＶＤ２には、第２可変容量ダイオード用バイアス端子１１から供給される所定の直流バイアス電圧が印加される。これにより、第２可変容量ダイオードＶＤ２は、制御電圧端子１０から入力される制御電圧の影響を受けず、第２可変容量ダイオードＶＤ２の静電容量は実質的に変化しない。従って、第２可変容量ダイオードＶＤ２は、共振回路２の共振周波数の可変に実質的に寄与しない。
【００２３】
コンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２の直列接続構造を採用する理由は以下の通りである。
【００２４】
一般に、ＩＣ内に形成された可変容量ダイオードの内部抵抗は、ＩＣ内に形成されたコンデンサの内部抵抗より小さい。従って、電圧制御発振器１の第２可変容量ダイオードＶＤ２は内部抵抗が小さい。
【００２５】
また、コンデンサＣ５は、直流阻止コンデンサとして働き、静電容量が大きいものが使用される。通常、ＩＣ内でコンデンサを形成する場合、静電容量の大きなものや小さなものを自由に作るのは難しく、最小単位のコンデンサを設定して、それを目的の静電容量に合わせて並列に接続するということが行われる。コンデンサの内部抵抗は並列接続によって小さくなる。例えばｎ個の最小単位コンデンサを並列接続すると、静電容量はｎ倍になるが、内部抵抗は１／ｎになる。すなわち、静電容量が大きいほど内部抵抗は小さくなる。
【００２６】
ここで、第１可変容量ダイオードＶＤ１とマイクロストリップラインＬ１とを接続する静電容量は、大きくても小さくてもよいというものではなく、回路設計に合った所定の静電容量が必要とされる。そのため、ＩＣ化に際してコンデンサＣ５の静電容量を必要以上に大きくして内部抵抗を小さくするという方法は採れない。
【００２７】
そこで、静電容量の大きなコンデンサＣ５と所定の静電容量の第２可変容量ダイオードＶＤ２を直列に接続する構成を採用することによって、内部抵抗を小さくするとともに、所望の値の合成静電容量を得るようにした。
【００２８】
以上の結果、共振回路２全体のＱが劣化せず、位相雑音特性の優れた電圧制御発振器１が得られる。
【００２９】
また、第１可変容量ダイオードＶＤ１とマイクロストリップラインＬ１を、第２可変容量ダイオードＶＤ２とコンデンサＣ５の直列回路で接続することにより、制御電圧Ｖｓ対周波数感度が低い電圧制御発振器１が得られる。具体的には、制御電圧Ｖｓ対周波数感度を低く保ちつつ、約１ｄＢの位相雑音改善効果が得られた。
【００３０】
なお、本発明に係る電圧制御発振器は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、共振回路２と増幅回路３の全てをＩＣで構成する必要はなく、第１可変容量ダイオードＶＤ１とコンデンサＣ５と第２可変容量ダイオードＶＤ２が少なくともＩＣで構成されていればよい。
【００３１】
また、第２可変容量ダイオード用バイアス端子１１から供給される直流バイアス電圧は、一定の電圧値であれば良く、正電位、負電位、あるいは、グランド電位であってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、第１可変容量ダイオードと共振器を、第２可変容量ダイオードとコンデンサの直列回路で接続したので、共振回路全体のＱが高く、位相雑音特性の劣化が少な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】本発明に係る電圧制御発振器の一実施形態を示す電気回路図。
【図２】従来の電圧制御発振器を示す電気回路図。
【符号の説明】
１…電圧制御発振器
２…共振回路
３…増幅回路
１０…制御電圧端子
１１…第２可変容量ダイオード用バイアス端子
ＶＤ１…第１可変容量ダイオード
ＶＤ２…第２可変容量ダイオード
Ｃ５…固定コンデンサ
【図１】
2004297303.tif 000003
【図２】
2004297303.tif 000004