(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板に実装され、少なくとも発振用トランジスタとバッファ用トランジスタとを備えたＩＣチップと、前記実装基板の表面に形成された発振周波数調整用の共振器電極とを備え、該共振器電極を前記ＩＣチップに導通させてなる高周波発振器において、
前記ＩＣチップは、前記発振用トランジスタのベースにコンデンサを介して接続する共振器接続端子と、前記発振用トランジスタのエミッタにコンデンサを介して接続する発振回路用グランド端子と、前記発振用トランジスタのエミッタに第１の抵抗素子を介して接続する発振回路用エミッタ端子とを有し、
前記実装基板は、前記発振回路用グランド端子が接続されるランドと、前記共振器接続端子が接続されるランドと、前記発振回路用エミッタ端子が接続されるランドとを含む複数のランドを表面に有するとともに、前記発振回路用グランド端子が接続されるランドを起点として、該発振回路用グランド端子が接続されるランドと前記実装基板の端面との距離よりも短い位置に、スルーホールを有し、該スルーホールが前記実装基板の表面の前記発振回路用グランド端子が接続されるランドと前記実装基板の裏面に設けられたグランド電極とを電気的に接続し、
前記実装基板の表面に形成される前記共振器電極は、一方端が前記共振器接続端子が接続されるランドに接続され、他方端が前記発振回路用グランド端子が接続されるランドに直接接続されるとともに、前記一方端と前記他方端との間の途中点が、前記実装基板に形成された分岐線路を介して、前記発振回路用エミッタ端子が接続されるランドへ接続されることを特徴とする高周波発振器。
【請求項２】
前記共振器電極は、全てが前記実装基板の表面に形成されている請求項１に記載の高周波発振器。
【請求項３】
前記分岐線路上には、前記共振器電極と前記発振回路用エミッタ端子との間に直列接続される抵抗として、第２の抵抗素子が実装されている請求項１または請求項２に記載の高周波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の高周波信号を発振する高周波発振器、特に、発振回路の主要部がＩＣチップ化され、該ＩＣチップが実装された基板にＩＣチップに導通する共振器が形成されてなる高周波発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波発振器、例えば電圧制御発振器は、印加されるコントロール電圧により決定される所定周波数で共振させるための共振器と、この共振器に接続し、前記共振周波数の信号を増幅して発振する発振回路とからなる。このような構成の電圧制御発振器としては特許文献１に示すような回路構成のものがある。
【０００３】
この回路構成を実現する構造としては、特許文献２に示すように、多層基板の内層電極や上下面電極で共振器電極パターンを形成するとともに、この基板上に発振回路を構成する各実装部品を搭載しているものがある。また、特許文献３に示すように、共振器以外の発振回路をＩＣチップ化し、このＩＣチップが実装される基板に共振器電極パターンを形成する構造もある。
【０００４】
このような発振器の共振器を除く部分をＩＣチップ化した電圧制御発振器の一例を図７、図８を参照して説明する。
図７は従来の電圧制御発振器の概略構成を示す斜視図であり、（ａ）はＩＣチップ実装面側からの斜視図、（ｂ）は（ａ）の対向面側からの斜視図である。
また、図８（ａ）は図７に示す電圧制御発振器の基板の上面図であり、図８（ｂ）はこの基板の下面図である。
なお、以下では説明を簡単にするため、図８（ａ）に示す面を表面、図８（ｂ）に示す面を裏面と称す。
【０００５】
図７、図８に示すように、誘電体基板１の表面にはＩＣチップ２が実装される複数のランドが形成されるとともに、マイクロストリップラインからなる所定形状の共振器電極パターン１１が形成されている。共振器電極パターン１１は、一方端が表面から側面（図７（ａ）の左奥面）の電極を介して裏面の接地電極１６に導通され、他方端がＩＣチップ２の共振器接続端子（Ｒｅｓ端子）が実装されるランドに導通されている。また、誘電体基板１の表面には接地電極パターン１３が形成されており一方端がこの面から側面（図７（ａ）の右手前面）の電極を介して裏面の接地電極１６に導通され、他方端がＩＣチップ２の接地端子（ＧＮＤ２端子）が実装されるランドに導通されている。また、共振器電極パターン１１の途中部は、配線電極パターン１２によりＩＣチップ２の発振用トランジスタのエミッタ接続端子（Ｅｍｉ端子）が実装されるランドに導通されている。さらに、ＩＣチップ２の発振用トランジスタ接地端子（ＧＮＤ１端子）が実装されるランドは電極パターン１４および導電体を備えたスルーホール１５を介して裏面の接地電極１６に導通されている。
【０００６】
また、誘電体基板１のＩＣチップ２が実装される面（表面）には、ＩＣチップ２を含み略全面を覆う金属ケース３が設置されている。
【特許文献１】特開平１１−７４７２７号公報
【特許文献２】特開２０００−３０７３４５公報
【特許文献３】特開平８−２９３７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような構造の電圧制御発振器では、図９に示すような回路が構成される。
図９は図７に示す電圧制御発振器の等価回路図である。
図７、図８に示す構造では、電圧制御発振器は誘電体基板１の側面（図７の右奥面）付近の電極で実質的に接地するため、図９に示すように、ＩＣチップ２の発振用トランジスタＴｒ１のエミッタ側接地端子（ＧＮＤ１端子）と共振器電極パターン１１（Ｌ１）の一方端との間に、配線電極パターン１４によるインダクタＬP と、スルーホール１５によるインダクタＬTHと、裏面の接地電極１６によるインダクタＬG とが直列接続される構造となる。
【０００８】
この電圧制御発振器は、発振用トランジスタＴｒ１とコンデンサＣ３，Ｃ６と共振器Ｌ１とからなるコルピッツ型の発振器であるが、前述の構造では、トランジスタＴｒ１のコレクタ−ベース間、すなわちコルピッツ発振器のＬ部に、共振器Ｌ１とインダクタＬP ，ＬTH，ＬG との直列接続による合成インダクタが接続されることとなる。
【０００９】
ところで、このような電圧制御発振器に用いられるＩＣチップは小型化される傾向にあるが、ＩＣチップが小型化されると各端子間隔が短くなり、配線電極パターンの幅も狭くなる傾向になる。このため、前述のインダクタＬP の値は大きくなる。また、スルーホール１５は導体で形成されているためインダクタＬTHも或る程度の値を有し、さらに、裏面に設けられた接地電極１６は比較的広い面積を備えるが、スルーホール１５から端面の実質的な接地点までの距離が長いため、インダクタＬG も或る程度の値を有するようになる。
【００１０】
ここで、これらのインダクタは発振器の外形や回路パターンの構成上、或る程度の形状の制約を受けるので、前記インダクタの値を所定値に制御することが難しい。このため、コルピッツ発振器のＬ成分を一定にすることが難しく、発振周波数のバラツキの原因となっている。
また、基板の表面から裏面にかけて発振器の一部の配線パターンが形成されるので、配線パターンが長くなり導体損が生じてしまい、発振信号のＣ／Ｎ特性が劣化してしまう。
【００１１】
さらには、裏面側がこの電圧制御発振器を実装するモジュール基板に近接して実装されるので、接地電極とモジュール基板に形成された電極とにより電気的結合が生じ、コルピッツ発振器の定数が変化してしまい、発振周波数が変化する可能性がある。また、モジュール基板からのノイズが裏面の接地電極に伝搬されて発振信号に影響を及ぼす可能性がある。
【００１２】
このため、この発明の目的は、共振器電極を形成した基板上に、共振器を除く部分を備える発振器機能を有するＩＣチップを実装してなる構成を用いて、安定した発振周波数で優れたＣ／Ｎ特性を備える高周波発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、実装基板に実装され、少なくとも発振用トランジスタとバッファ用トランジスタとを備えたＩＣチップと、実装基板の表面に形成された発振周波数調整用の共振器電極とを備え、該共振器電極を前記ＩＣチップに導通させてなる高周波発振器において、ＩＣチップは、発振用トランジスタのベースにコンデンサを介して接続する共振器接続端子と、発振用トランジスタのエミッタにコンデンサを介して接続する発振回路用グランド端子と、発振用トランジスタのエミッタに第１の抵抗素子を介して接続する発振回路用エミッタ端子とを有し、実装基板は発振回路用グランド端子が接続されるランドと、共振器接続端子が接続されるランドと、発振回路用エミッタ端子が接続されるランドとを含む複数のランドを表面に有するとともに、発振回路用グランド端子が接続されるランドを起点として、該発振回路用グランド端子が接続されるランドと実装基板の端面との距離よりも短い位置に、スルーホールを有し、該スルーホールが実装基板の表面の発振回路用グランド端子が接続されるランドと実装基板の裏面に設けられたグランド電極とを電気的に接続し、実装基板の表面に形成される共振器電極は、一方端が共振器接続端子が接続されるランドに接続され、他方端が発振回路用グランド端子が接続されるランドに直接接続されるとともに、一方端と他方端との間の途中点が、実装基板に形成された分岐線路を介して、発振回路用エミッタ端子が接続されるランドへ接続されることを特徴としている。
【００１４】
この構成では、共振器の片端がＩＣチップの発振回路用グランド端子を介して接地される。ここで、発振回路用グランド端子とは発振回路の高周波的な接地点を接地するための端子である。このため、共振器が発振回路に直接接続されるので、発振回路用グランド端子と接地との間の電極が発振回路と接地との間のインダクタとなるとともに、共振器と接地との間のインダクタとなる。この結果、共振器と発振回路とからなる高周波信号伝送経路（コルピッツ型発振器のＬ部）にこれら不安定なインダクタが挿入されない。また、共振器とＩＣチップの共振器接続端子との間が短くなり、導体損が低下する。
【００１５】
また、この発明は、実装基板が複数の層をなす内部電極を備える積層基板で構成され、共振器電極の少なくとも一部を内部電極で形成することを特徴としている。
【００１６】
この構成では、共振器電極が実装基板内に形成されることにより、実装基板の表面積が小さくなる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、共振器とＩＣチップの発振回路とからなる高周波信号伝送経路に実装基板に設けられたパターン電極による不安定なインダクタやパターン電極抵抗が挿入されないので、安定した発振周波数で優れたＣ／Ｎ特性を備える優れた発振特性の高周波発振器を形成することができる。
【００１８】
また、この発明によれば、共振器電極を内層化することで、安定した発振周波数で優れたＣ／Ｎ特性を備える高周波発振器を小型に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の第１の実施形態に係る高周波発振器について図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施形態では、高周波発振器の一例として電圧制御発振器について説明する。
図１は、本実施形態の電圧制御発振器の概略構成を示す斜視図であり、（ａ）はＩＣチップ実装面側からの斜視図、（ｂ）は（ａ）の対向面側からの斜視図である。
また、図２（ａ）は図１に示す電圧制御発振器の基板の上面図であり、図２（ｂ）はこの基板の下面図である。
また、図３は本実施形態の電圧制御発振器の等価回路図である。
【００２０】
なお、以下では説明を簡単にするため、図２（ａ）に示す面を誘電体基板１の表面、図２（ｂ）に示す面を誘電体基板１の裏面と称す。
【００２１】
図１、図２に示すように、誘電体基板１の表面と裏面とに電極が形成されており、表面にはＩＣチップ２が実装される複数のランドが配列形成され、裏面には略全面に接地電極１６が形成されている。
【００２２】
ＩＣチップ２には、次に示すように前記複数のランドにそれぞれ実装される複数の端子が存在する。具体的には、コントロール電圧信号入力端子であるＶｃ端子、駆動電圧信号入力端子であるＶｂ端子、共振器接続端子であるＲｅｓ端子、発振用トランジスタのエミッタ接続端子であるＥｍｉ端子、発振用トランジスタの接地端子であるＧＮＤ１端子、駆動電圧信号入力端子であるＶｂ端子のコンデンサを介しての接地端子であるＧＮＤ２端子、発振信号出力端子であるＯＵＴ端子を備える。ここで、ＧＮＤ１端子は発振用トランジスタのコレクタをコンデンサを介して高周波的に接地するためのグランド端子であるので、本発明の「発振回路用グランド端子」に相当する。
【００２３】
また、誘電体基板１の表面には共振器電極パターン１１がマイクロストリップラインで形成されており、その一方端が前記複数のランドのうちのＲｅｓ端子用ランドに導通され、他方端がＧＮＤ１端子用ランドに導通されている。また、誘電体基板１の表面には共振器電極パターン１１の途中点とＥｍｉ端子用ランドとを導通させる配線電極パターン１２がマイクロストリップラインで形成されている。
【００２４】
また、誘電体基板１のＧＮＤ１端子用ランドの近傍には、誘電体基板１を貫通し内部に導電体が充填されたスルーホール１５が形成されており、ＧＮＤ１端子用ランドはマイクロストリップラインの配線電極パターン１４とスルーホール１５とを介して裏面の接地電極１６に導通されている。
【００２５】
また、誘電体基板１の対向する所定の２端面（図１（ａ）における、右手前面と左奥面）には円弧状の切り欠き部が設けられており、この円弧状の切り欠き部の側面には電極が形成されており、この電極に導通するように誘電体基板１の表面の前記切り欠き部周辺にも電極が形成されている。そして、これらの電極は裏面の接地電極１６に導通されている。ここで、誘電体基板１の表面には、ＧＮＤ２端子用ランドと前記円弧状の切り欠き部周辺に形成された電極とを導通させる接地電極パターン１３が形成されている。
【００２６】
また、誘電体基板１の４つの角部のうちの３つにはコントロール電圧信号入力電極１０１、駆動電圧信号入力電極１０２、および発振信号出力電極１０３が形成されており、残りの角部はＮＣ端子となっている。
【００２７】
ＩＣチップ２は、前述の各端子が備えられるとともに、図３に示すように、共振器Ｌ１（図１、図２における共振器電極パターン１１）を除く、次に示す発振回路の各回路素子および回路パターンを備えている。具体的には、コンデンサＣ１の一方端には、可変容量ダイオードＶＤのカソードが接続されるとともに、インダクタＬ０を介してＶｃ端子が接続されている。可変容量ダイオードＶＤのアノードはＧＮＤ１端子に接続されており、Ｖｃ端子もコンデンサＣ０を介してＧＮＤ１端子に接続されている。コンデンサＣ１の他方端はコンデンサＣ２を介して発振用トランジスタＴｒ１のベースに接続されるとともにＲｅｓ端子に接続される。
【００２８】
発振用トランジスタＴｒ１のエミッタは抵抗素子Ｒ４を介してＥｍｉ端子に接続されるとともに、コンデンサＣ６を介してＧＮＤ１端子に接続されている。また、発振用トランジスタＴｒ１のエミッタはコンデンサＣ４を介してバッファ用トランジスタＴｒ２のベースに接続されている。また、発振用トランジスタＴｒ１のエミッタとベースとの間には帰還用コンデンサＣ３が接続されている。
【００２９】
発振用トランジスタＴｒ１のコレクタとバッファ用トランジスタＴｒ２のエミッタとはコンデンサＣ５を介してＧＮＤ１端子に接続されている。
【００３０】
バッファ用トランジスタＴｒ２のコレクタは、インダクタＬ２を介して駆動電圧信号入力端子であるＶｂ端子に接続されるとともに、コンデンサＣ７を介して発振信号出力端子であるＯＵＴ端子に接続されている。
【００３１】
Ｖｂ端子はコンデンサＣ８を介してＧＮＤ２端子に接続されている。また、Ｖｂ端子とＧＮＤ１端子との間には、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が直列接続されており、この抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の接続点がバッファ用トランジスタＴｒ２のベースに接続され、抵抗素子Ｒ２，Ｒ３の接続点が発振用トランジスタＴｒ１のベースに接続されている。
【００３２】
このようなＩＣチップ２が誘電体基板１に形成されたランドに実装される。
【００３３】
このような構成とすることで、共振器部を除く発振回路を備えたＩＣチップ２を、共振器電極パターン１１が形成された誘電体基板１に実装してなる電圧制御発振器が形成される。そして、この電圧制御発振器は、図３に示すように、発振用トランジスタＴｒ１のエミッタ−ベース間にコンデンサＣ３が接続され、エミッタ−コレクタ間にコンデンサＣ６が接続され、ベース−コレクタ間に共振器Ｌ１が接続されるので、これらの素子によりコルピッツ型の発振器が構成される。なお、コンデンサＣ５については実質的に非常にインピーダンスが低い状態になるので、接続関係の説明を省略している。
【００３４】
このような構成の電圧制御発振器を他の機能回路が形成されたモジュール基板に実装する際には、このモジュール基板の接地電極に、誘電体基板１の側面および裏面の電極を半田等で接合し、電圧制御発振器の接地電位を確保する。そして、電圧制御発振器の前記Ｖｂ端子、Ｖｃ端子、ＯＵＴ端子を、モジュール基板のこれらが実装されるランドに電気的に接合させることで、電圧制御発振器に駆動電圧信号およびコントロール電圧信号が供給され、共振器と発振回路とで所定周波数の発振信号を出力する。
【００３５】
このような構成とすることで、前述のように共振器電極パターン１１の一方端が発振用トランジスタＴｒ１のエミッタと接地とに導通するＧＮＤ１端子用ランドに直接接続されるので、誘電体基板１の表面の配線電極パターン１４、スルーホール１５、および裏面の接地電極１６によるインダクタＬP ，ＬTH，ＬG がコルピッツ型の発振器を構成する発振用トランジスタＴｒ１のベース−コレクタ間に挿入されないので、これらのインダクタに影響されることなく、所望の発振周波数で安定して発振する電圧制御発振器を構成することができる。また、従来例のように電極パターン、スルーホール、接地電極からなる比較的長い経路を介して前記ベース−コレクタ間が接続されないので、これらの電極による導体損の発生を抑制することができ、Ｃ／Ｎ特性に優れる電圧制御発振器を構成することができる。
【００３６】
また、このような構成とすることで、誘電体基板裏面の接地電極にモジュール基板からノイズが伝搬しても、発振回路および共振器電極が形成された誘電体基板表面にはノイズが殆ど伝搬されず安定した発振特性を備える電圧制御発振器を構成することができる。
【００３７】
なお、図１に示すように、本実施形態の電圧制御発振器ではＩＣチップ２が実装された誘電体基板１の表面側には、この表面およびＩＣチップ２を覆うように金属ケース３が設置されている。この金属ケース３は前記誘電体基板１の側面に形成された電極に導通しているので、誘電体基板１に形成された電圧制御発振器が外部回路からの信号の影響を受けることが抑制される。これにより、さらに発振特性に優れる電圧制御発振器を構成することができる。
【００３８】
次に、第２の実施形態に係る電圧制御発振器について、図４〜図６を参照して説明する。
図４は本実施形態の電圧制御発振器の概略構成を示す斜視図である。また、図５は図１に示す電圧制御発振器の基板の上面図である。また、図６は本実施形態の電圧制御発振器の等価回路図である。
【００３９】
図４、図５に示す電圧制御発振器は、図１、図２に示した電圧制御発振器の配線電極パターン１２の途中点に抵抗素子４を挿入したものであり、他の構成は図１、図２に示した電圧制御発振器と同じである。抵抗素子４を等価回路図上でＲ５とし、これを等価回路図で表すと、図６に示す等価回路図となる。図６の等価回路図に示すように、本実施形態の電圧制御発振器は発振用トランジスタＴｒ１のエミッタと共振器Ｌ１の途中点と間に抵抗素子Ｒ４と抵抗素子Ｒ５が直列接続されたものであり、他の構成は第１の実施形態に示した電圧制御発振器と同じである。ここで、抵抗素子Ｒ５はＩＣチップ２内に形成されるものではなく、誘電体基板１表面に実装されるので、この抵抗素子Ｒ５の抵抗値を変化させることで、発振回路に流れる電流を調整することができる。
【００４０】
したがって、このような構成とすることにより、１種類の発振用ＩＣチップで複数種類の消費電流量や出力レベルを得ることができる。すなわち、１種類のＩＣチップで複数種類の電圧制御発振器を形成することができる。
【００４１】
なお、前述の各実施形態では、共振器電極を誘電体基板の表面に形成したが、多層誘電体基板を用いて、内層電極で共振器電極を形成してもよい。このような構造とすることで、誘電体基板表面にＩＣチップを実装し、その下層（内層）に共振器電極を形成することが可能となり、電圧制御発振器の形状を小さくすることができる。
【００４２】
また、前述の各実施形態では電圧制御発振器を例に説明したが、共振器とこの共振器以外の部分からなる発振回路を備えたＩＣチップとからなる高周波発振器であれば、前述の構成を適用でき、前述の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１の実施形態の電圧制御発振器の概略構成を示す斜視図
【図２】図１に示す電圧制御発振器の基板の上面図および下面図
【図３】図１に示す電圧制御発振器の等価回路図
【図４】第２の実施形態の電圧制御発振器の概略構成を示す斜視図
【図５】図４に示す電圧制御発振器の基板の上面図
【図６】図４に示す電圧制御発振器の等価回路図
【図７】従来の電圧制御発振器の概略構成を示す斜視図
【図８】図７に示す電圧制御発振器の基板の上面図および下面図
【図９】図７に示す電圧制御発振器の等価回路図
【符号の説明】
【００４４】
１−誘電体基板
２−ＩＣチップ
３−金属ケース
４−抵抗素子
１１−共振器電極
１２−配線電極パターン
１３−接地電極パターン
１４−配線電極パターン
１５−スルーホール
１６−接地電極
１０１−コントロール電圧信号入力電極
１０２−駆動電圧信号入力電極
１０３−発振信号出力電極
【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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【図９】
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