(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタとキャパシタとが並列接続されたタンク回路と、
該タンク回路のインピーダンスを負荷として駆動する高周波回路と、
を備えたタンク回路付高周波回路モジュールにおいて、
前記タンク回路は、前記インダクタに直列接続する第１抵抗器と、該第１抵抗器と前記インダクタとの直列回路、および、前記キャパシタに並列接続する第２抵抗器とを備え、
該第２抵抗器の抵抗値と前記第１抵抗器の抵抗値との相対比が略一定となるように両抵抗器を形成することを特徴とするタンク回路付高周波回路モジュール。
【請求項２】
インダクタとキャパシタとが並列接続されたタンク回路と、
該タンク回路のインピーダンスを負荷として駆動する高周波回路と、
を備えたタンク回路付高周波回路モジュールにおいて、
前記タンク回路は、前記インダクタに直列接続する第１抵抗器と、該第１抵抗器と前記インダクタとの直列回路、および、前記キャパシタに並列接続する第２抵抗器とを備え、
該第２抵抗器と前記第１抵抗器とが同一チップの同層に同じ素材を用いて形成されることを特徴とするタンク回路付高周波回路モジュール。
【請求項３】
前記第１抵抗器の抵抗値と前記第２抵抗器の抵抗値との乗算値が、使用周波数における前記インダクタのインピーダンスの２乗値以下の関係に設定される請求項１または請求項２に記載のタンク回路付高周波回路モジュール。
【請求項４】
高周波回路のＱ値が３よりも大きい場合に、
前記第１抵抗器の抵抗値と前記第２抵抗器の抵抗値との乗数と前記使用周波数における前記インダクタのインピーダンスの２乗とが略一致する関係に設定される請求項３に記載のタンク回路付高周波回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はタンク回路のインピーダンスを利用するアンプ、オシレータ等のタンク回路付高周波回路モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンク回路を用いた高周波回路モジュールとして、例えば、特許文献１に示す電圧制御発振装置のようなものが各種存在する。
【０００３】
図５（Ａ）は従来のタンク回路を備えた高周波増幅器の主要構成を示す回路図であり、図５（Ｂ）は特許文献１に類似する従来のタンク回路を備えた発振器の主要構成を示す回路図である。
【０００４】
図５（Ａ）に示す高周波増幅器は、ｎｐｎ型トランジスタ（以下、本明細書中では、単に「トランジスタ」と称す。）Ｔｒ０、タンク回路１１、入力端子１０、および出力端子２０を備える。
トランジスタＴｒ０のベースは、入力端子１０に接続し、コレクタはタンク回路１１の一方端および出力端子２０に接続し、エミッタはグランドに接続する。タンク回路１１は、インダクタＬｐ０とキャパシタＣｐ０との並列回路からなり、他方端は駆動電圧入力端子に接続する。
【０００５】
このような構成では、タンク回路１１のインピーダンスをＺｔａｎｋとし、トランジスタＴｒ０の電流増幅率をｇｍとすると、高周波増幅器の電圧利得Ａｖは、
【０００６】
【数１】
0004637020.tif 000002
【０００７】
となる。
【０００８】
また、図５（Ｂ）に示す発振器は、タンク回路１１Ａ，１１Ｂ、差動回路１２、定電流源ＣＳ０、出力端子２１を備える。
差動回路１２は、互いにエミッタが接続するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を備える。このエミッタ接続点が定電流源Ｃｓ０を介してグランドに接続する。トランジスタＴｒ１のベースはトランジスタＴｒ２のコレクタに接続し、トランジスタＴｒ２のベースはトランジスタＴｒ１のコレクタに接続する。
【０００９】
タンク回路１１Ａは、インダクタＬｐ１とキャパシタＣｐ１との並列回路からなり、一方端がトランジスタＴｒ２のベースとトランジスタＴｒ１のコレクタとの接続点に接続し、他方端が駆動電圧入力端子に接続する。タンク回路１１Ｂは、インダクタＬｐ２とキャパシタＣｐ２との並列回路からなり、一方端がトランジスタＴｒ１のベースとトランジスタＴｒ２のコレクタとの接続点に接続し、他方端が駆動電圧入力端子に接続する。
【００１０】
また、トランジスタＴｒ２のベースとトランジスタＴｒ１のコレクタとの接続点と、トランジスタＴｒ１のベースとトランジスタＴｒ２のコレクタとの接続点との間が出力端子２１となる。
【００１１】
このような構成では、タンク回路１１Ａ，１１ＢのインピーダンスをＺｔａｎｋとし、定電流源の電流をＩｂｉａｓとすると、発振器の出力電圧Ｖｏｕｔは、
【００１２】
【数２】
0004637020.tif 000003
【００１３】
となる。
【００１４】
ところで、インダクタＬとキャパシタＣとの並列回路によるタンク回路では、Ｑ値が高くなり、インピーダンスが急峻な狭周波数帯域特性となる。しかし、現在、図５に示した高周波数信号用のアンプや発振器では、急峻な周波数数特性ではなく、或る程度の周波数帯域幅を有するものが必要とされている。このような広帯域化を実現する方法として、タンク回路に抵抗器を挿入する方法がある。
【００１５】
図６（Ａ）はインダクタＬｐ０とキャパシタＣｐ０とに抵抗器Ｒｐ０を並列接続したタンク回路１０１Ａの回路図であり、図６（Ｂ）はインダクタＬｓ０に抵抗器Ｒｓ０を直列接続し、且つこのＬｓ０，Ｒｓ０直列回路に、キャパシタＣｐ０を並列接続したタンク回路１０１Ｂの回路図である。
【００１６】
図６（Ａ）に示すように、インダクタＬｐ０、キャパシタＣｐ０、抵抗器Ｒｐ０の並列回路からなるタンク回路１０１ＡのＱ値ＱｔａｎｋＡは、
【００１７】
【数３】
0004637020.tif 000004
【００１８】
となる。
【００１９】
また、図６（Ｂ）に示すように、インダクタＬｓ０、抵抗器Ｒｓ０の直列回路にキャパシタＣｐ０が並列接続するタンク回路１０１ＢのＱ値ＱｔａｎｋＢは、
【００２０】
【数４】
0004637020.tif 000005
【００２１】
となる。
【特許文献１】特開２００１−１１１３４１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところが、図６（Ａ）に示すような回路の場合、タンク回路１０１Ａの共振周波数でのインピーダンスＺｔａｎｋＡは、
【００２３】
【数５】
0004637020.tif 000006
【００２４】
と、近似できる。したがって、タンク回路１０１ＡのインピーダンスＺｔａｎｋＡは、抵抗器の抵抗Ｒｐに比例し、インピーダンスＺｔａｎｋＡの精度は、抵抗器Ｒｐの精度と略同等になる。
【００２５】
また、図６（Ｂ）に示すような回路の場合、Ｑｔａｎｋが３より大きければ、タンク回路１０１Ｂの共振周波数でのインピーダンスＺｔａｎｋＢは、
【００２６】
【数６】
0004637020.tif 000007
【００２７】
と、近似できる。したがって、タンク回路１０１ＢのインピーダンスＺｔａｎｋＢは、抵抗器の抵抗Ｒｓに反比例し、インピーダンスＺｔａｎｋＢの精度は、誤差範囲がさほど大きくない範囲（±３０％程度）では、抵抗器Ｒｓの精度と略同等になる。
【００２８】
これらを図示すると図７となる。
図７は、抵抗器の誤差とタンク回路の等価並列抵抗の誤差との関係を示す図である。
【００２９】
図７に示すように、図６（Ａ）の構成では、抵抗器の誤差が＋方向に増加するとタンク回路の等価並列抵抗の誤差も＋方向に増加し、抵抗器の誤差が−方向に増加するとタンク回路の等価並列抵抗の誤差も−方向に増加する。また、図６（Ｂ）の構成では、抵抗器の誤差が＋方向に増加するとタンク回路の等価並列抵抗の誤差は−方向に増加し、抵抗器の誤差が−方向に増加するとタンク回路の等価並列抵抗の誤差は＋方向に増加する。すなわち、いずれの場合にしても、抵抗器の誤差が増加すると、これに略等しい割合でタンク回路の等価並列抵抗の誤差も増加する。
【００３０】
ところで、抵抗器の誤差は抵抗器の製造方法等により異なるが、一般的な仕様では精度が±２０％程度のものが多く用いられている。このため、タンク回路の等価並列抵抗の精度（誤差）も±２０％程度となってしまい、高周波回路モジュールの出力振幅を高精度にすることができない。この際、抵抗器の精度を向上する方法もあるが、高精度の抵抗器は高コストであり、汎用装置に利用することが難しい。
【００３１】
したがって、本発明の目的は、使用周波数帯域を広く設定しても、特に高精度な抵抗器等を用いることなく、出力振幅を高精度にすることができる高周波回路モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
この発明は、インダクタとキャパシタとが並列接続されたタンク回路と、該タンク回路のインピーダンスを負荷として駆動する高周波回路と、を備えた高周波回路モジュールにおいて、インダクタに直列接続する第１抵抗器と、該第１抵抗器とインダクタとの直列回路およびキャパシタに並列接続する第２抵抗器をタンク回路に備え、第２抵抗器の抵抗値と第１抵抗器の抵抗値との相対比が略一定となるように両抵抗器を形成することを特徴としている。
【００３３】
また、この発明は、インダクタとキャパシタとが並列接続されたタンク回路と、該タンク回路のインピーダンスを負荷として駆動する高周波回路と、を備えたタンク回路付高周波回路モジュールにおいて、前記インダクタに直列接続する第１抵抗器と、該第１抵抗器とインダクタとの直列回路、および、キャパシタに並列接続する第２抵抗器とをタンク回路に備え、同一チップの同層に同じ素材を用いて、第２抵抗器と第１抵抗器とを形成することを特徴とする。
【００３４】
この構成では、第２抵抗器と第１抵抗器とを同一チップの同層に同じ素材で形成することにより、第１抵抗器の抵抗値と第２抵抗器の抵抗値との相対比が略一定になる。ここで、相似比とは、各抵抗器の抵抗値のバラツキの度合いや傾向の類似性を示すものであり、相似比が高精度で一定な場合ほど、各抵抗器のバラツキ度合いや傾向が一致する。したがって、これら抵抗器の抵抗値変動特性が略同じになる。そして、第１抵抗器と第２抵抗器との抵抗値がともに＋方向に増加すると、第１抵抗器によるタンク回路のインピーダンスの変動は＋方向となり、第２抵抗器によるタンク回路のインピーダンスの変動は−方向となる。これらの変動量は、図７に示したように、±２０％程度の範囲では、符号が逆なだけで殆ど同じ大きさとなる。これにより、これら２つの変動量は打ち消し合い、タンク回路のインピーダンスの変動量は極めて小さくなる。
【００３５】
また、この発明のタンク回路付き高周波回路モジュールは、タンク回路の第１抵抗器の抵抗値と第２抵抗器の抵抗値との乗算値が、使用周波数におけるインダクタのインピーダンスの２乗値以下の関係に設定されることを特徴としている。
【００３６】
この構成では、第１抵抗器の抵抗値をＲ１とし、第２抵抗器の抵抗値をＲ２とし、インダクタのインダクタンスをＬとし、使用周波数の中心周波数での角速度をωとした場合に、
【００３７】
【数７】
0004637020.tif 000008
【００３８】
の関係に各インピーダンスＲ１，Ｒ２、インダクタンスＬを設定する。これにより、後述する図４に示すように、タンク回路のインピーダンス（等価並列抵抗）の変動が抑圧される。
【００３９】
また、この発明のタンク回路付き高周波回路モジュールは、高周波回路のＱ値が３よりも大きい場合に、第１抵抗器の抵抗値と第２抵抗器の抵抗値との乗数値と使用周波数におけるインダクタのインピーダンスの２乗値とが略一致する関係に設定されることを特徴としている。
【００４０】
この構成では、特に、高周波回路のＱ値が３よりも大きい場合、第１抵抗器の抵抗値をＲ１とし、第２抵抗器の抵抗値をＲ２とし、インダクタのインダクタンスをＬとし、使用周波数の中心周波数での角速度をωとして、
【００４１】
【数８】
0004637020.tif 000009
【００４２】
の関係に各インピーダンスＲ１，Ｒ２、インダクタンスＬを設定する。これにより、後述する図４に示すように、タンク回路のインピーダンス（等価並列抵抗）の変動が抑圧される。
【発明の効果】
【００４３】
この発明によれば、使用周波数帯域を広くすることができるとともに、タンク回路の等価並列抵抗を殆ど変動させず、安定した出力振幅を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の実施形態に係るタンク回路付高周波回路モジュールについて、図１〜図４を参照して説明する。なお、本実施形態では、タンク回路付高周波回路モジュールとして、高周波増幅器を例に説明する。
図１は、本実施形態の高周波増幅器の等価回路図である。
図１に示すように、高周波増幅器は、タンク回路１、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ０、入力端子１０、出力端子２０、および、駆動電圧入力端子３０を備える。
【００４５】
本発明の「高周波回路」に相当する、トランジスタＴｒ０のベースは、入力端子１０に接続し、コレクタはタンク回路１１の一方端および出力端子２０に接続し、エミッタはグランドに接続する。
タンク回路１は、インダクタＬｓと第１抵抗器Ｒｓとが直列接続し、当該直列回路にキャパシタＣｐと、第２抵抗器Ｒｐとがそれぞれ並列接続された回路からなり、一方端がトランジスタＴｒ０のコレクタに接続し、他方端が駆動電圧入力端子３０に接続する。
【００４６】
また、第１抵抗器Ｒｓと第２抵抗器Ｒｐとを抵抗値の相対比が略一定になるように形成する。例えば、第１抵抗器Ｒｓと第２抵抗器Ｒｐとを同一チップの高周波モジュールの同層に、同じ素材、同じ組成、同じ製造工程で製造する。これにより、第１抵抗器Ｒｓと第２抵抗器Ｒｐとの製造時バラツキや電気特性が略一致する。
【００４７】
このような構成のタンク回路１は、等価回路的に以下の変形が可能である。
図２（Ａ）は、タンク回路１のインダクタＬｓと第１抵抗器Ｒｓとの直列回路を、インダクタＬｓｔと抵抗器Ｒｐｔとの並列回路に変換した等価回路図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）で変換された抵抗器Ｒｐｔと第２抵抗器Ｒｐとを合成した後の等価回路図である。
【００４８】
図２（Ａ）に示すように、タンク回路１のインダクタＬｓと第１抵抗器Ｒｓとの直列回路は、インダクタＬｓｔと第１抵抗器Ｒｐｔとの並列回路に置き換えることができる。この際、並列回路のインダクタＬｓｔおよび抵抗器Ｒｐｔは、
【００４９】
【数９】
0004637020.tif 000010
【００５０】
となる。さらに、図２（Ｂ）に示すように、抵抗器ＲｐｔとＲｐとを合成した抵抗Ｒｐｔｔは、
【００５１】
【数１０】
0004637020.tif 000011
【００５２】
となる。
【００５３】
図３は、本実施形態のタンク回路１と前述の従来のタンク回路１０１Ａ，１０１Ｂのコーナ解析結果であり、図３（Ａ）が従来のタンク回路１０１Ａの場合、図３（Ｂ）が従来のタンク回路１０１Ｂの場合、図３（Ｃ）が本実施形態のタンク回路１の場合を示す。なお、図３において、Ｒｍａｘ曲線は、タンク回路を構成する各回路素子の素子値が全て大きくなる方向にずれた場合を示し、Ｒｍｉｎ曲線は、タンク回路を構成する各回路素子の素子値が全て小さくなる方向にずれた場合を示す。また、Ｒｔｙｐ曲線は、タンク回路を構成する各回路素子の素子値が規格値である場合を示す。
【００５４】
図３に示すように、従来例に対応する図３（Ａ）、（Ｂ）のタンク回路１０１Ａ，１０１Ｂではインピーダンスのバラツキが最大で２ｄＢ以上となるのに対し、本実施形態のタンク回路１ではインピーダンスのバラツキが殆ど発生しない。このように、本実施形態のタンク回路１を用いることにより、タンク回路を構成する各回路素子のバラツキに影響されることなく、タンク回路のインピーダンスの周波数特性が同じなる。
【００５５】
これにより、安定した出力特性の高周波増幅器を構成することができる。
【００５６】
ところで、第１の抵抗器Ｒｓ、第２の抵抗器Ｒｐ、インダクタＬｓを、次の関係が成り立つように設定する。なお、ωは使用周波数（タンク回路１の共振周波数）である。
【００５７】
【数１１】
0004637020.tif 000012
【００５８】
この場合、タンク回路１のＱ値Ｑｔａｎｋは、
【００５９】
【数１２】
0004637020.tif 000013
【００６０】
となる。
【００６１】
また、
【００６２】
【数１３】
0004637020.tif 000014
【００６３】
とする。
【００６４】
ここで、タンク回路１のＱ値Ｑｔａｎｋと式１１の関係とを変化させた場合に、各抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの誤差によるタンク回路１のインピーダンスの変化を図４に示す。
【００６５】
図４は、タンク回路１のＱ値Ｑｔａｎｋと式１１の関係とを変化させた場合における、各抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの誤差によるタンク回路１のインピーダンスの変化をシミュレートした結果を表す図である。
図４（Ａ）は、Ｑ値Ｑｔａｎｋが３であり、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの乗算値（式１１の左辺）が、インダクタＬｓのインピーダンスの２乗値（式１１の右辺）に対して、０．７倍から１．３倍まで変化した場合を示す。
図４（Ｂ）は、Ｑ値Ｑｔａｎｋが２であり、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの乗算値が、インダクタＬｓのインピーダンスの２乗値に対して、０．７倍から１．３倍まで変化した場合を示す。
図４（Ｃ）は、Ｑ値Ｑｔａｎｋが１．５であり、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの乗算値が、インダクタＬｓのインピーダンスの２乗値に対して、０．６倍から１．０倍まで変化した場合を示す。
図４（Ｄ）は、Ｑ値Ｑｔａｎｋが１．０であり、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの乗算値が、インダクタＬｓのインピーダンスの２乗値に対して、０．４倍から１．０倍まで変化した場合を示す。
タンク回路１のＱ値を３に設定した場合、式１１の関係となるように、第１の抵抗器Ｒｓ、第２の抵抗器Ｒｐ、インダクタＬｓを設定することで、図４（Ａ）に示すように、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの誤差が±２０％であっても、タンク回路のインピーダンスは約３％の範囲に収まる。
また、タンク回路１のＱ値を２に設定した場合、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの乗算値が、インダクタＬｓのインピーダンスの２乗値に対して０．８５倍程度（式１３の関係）となるように、第１の抵抗器Ｒｓ、第２の抵抗器Ｒｐ、インダクタＬｓを設定することで、図４（Ｂ）に示すように、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの誤差が±２０％であっても、タンク回路１のインピーダンスは約２％の範囲に収まる。
また、タンク回路１のＱ値を１．５に設定した場合、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの乗算値が、インダクタＬｓのインピーダンスの２乗値に対して０．７倍程度（式１３の関係）となるように、第１の抵抗器Ｒｓ、第２の抵抗器Ｒｐ、インダクタＬｓを設定することで、図４（Ｃ）に示すように、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの誤差が±２０％であっても、タンク回路１のインピーダンスは約１％の範囲に収まる。
さらに、タンク回路１のＱ値を１に設定した場合、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの乗算値が、インダクタＬｓのインピーダンスの２乗値に対して０．５５倍程度（式１３の関係）となるように、第１の抵抗器Ｒｓ、第２の抵抗器Ｒｐ、インダクタＬｓを設定することで、図４（Ｄ）に示すように、抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの誤差が±２０％であっても、タンク回路１のインピーダンスは約３％の範囲に収まる。
このように、Ｑ値が３であれば、第１の抵抗器Ｒｓ、第２の抵抗器Ｒｐ、インダクタＬｓを式１１の関係に準じて設定することで、各抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの抵抗値誤差によるタンク回路１のインピーダンスのバラツキを極めて小さい状態まで抑圧することができる。なお、Ｑ値が３よりも大きい場合でも、式１１を満たすことにより、タンク回路１のインピーダンスのバラツキを抑圧することができる。また、Ｑ値が３よりも小さい場合でも、第１の抵抗器Ｒｓ、第２の抵抗器Ｒｐ、インダクタＬｓを式１３の関係に準じて適当な値とすることで、各抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの抵抗値誤差によるタンク回路１のインピーダンスのバラツキを極めて小さい状態まで抑圧することができる。
【００６６】
これにより、安定した出力の高周波増幅器を構成することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、高周波増幅器を例に説明したが、タンク回路を備え、該タンク回路のインピーダンスに基づいて動作特性が決定する、他の高周波回路モジュールに対しても、前述の構成を適用することができ、前述の効果を奏することができる。例えば、図５（Ｂ）に示すような高周波発振器の場合、各タンク回路１１Ａ，１１Ｂのそれぞれを本実施形態のタンク回路１と同様の構成にすればよい。すなわち、タンク回路１１Ａでは、インダクタＬｐ１に直列に第１抵抗器を接続し、この直列回路に並列に第２抵抗器を接続する。また、これら第１抵抗器と第２抵抗器とを同一チップの同層に同じ素材で形成する。さらに、タンク回路１１Ｂでは、インダクタＬｐ２に直列に第３抵抗器を接続し、この直列回路に並列に第４抵抗器を接続する。また、これら第３抵抗器と第４抵抗器とを同一チップの同層に同じ素材で形成する。そして、第１抵抗器と第３抵抗器とを同抵抗値に設定し、第２抵抗器と第４抵抗器とを同抵抗値に設定する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態の高周波増幅器の等価回路図である。
【図２】タンク回路１のインダクタＬｓと第１抵抗器Ｒｓとの直列回路を、インダクタＬｓｔと抵抗器Ｒｐｔとの並列回路に変換した等価回路図と、図２（Ａ）で変換された抵抗器Ｒｐｔと第２抵抗器Ｒｐとを合成した後の等価回路図である。
【図３】本実施形態のタンク回路１と前述の従来のタンク回路１０１Ａ，１０１Ｂのコーナ解析結果である。
【図４】タンク回路１のＱ値Ｑｔａｎｋと式１１の関係とを変化させた場合における、各抵抗器Ｒｓ，Ｒｐの誤差によるタンク回路１のインピーダンスの変化をシミュレートした結果を表す図である。
【図５】従来のタンク回路を備えた高周波増幅器の主要構成を示す回路図と、特許文献１に類似する従来のタンク回路を備えた発振器の主要構成を示す回路図である。
【図６】インダクタＬｐ０とキャパシタＣｐ０とに抵抗器Ｒｐ０を並列接続したタンク回路１０１Ａの回路図と、インダクタＬｓ０に抵抗器Ｒｓ０を直列接続し、且つこのＬｓ０，Ｒｓ０直列回路に、キャパシタＣｐ０を並列接続したタンク回路１０１Ｂの回路図である。
【図７】抵抗器の誤差とタンク回路の等価並列抵抗の誤差との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１，１１，１１Ａ，１１Ｂ−タンク回路、１０−入力端子、１２−差動回路、２０，２１−出力端子、３０−駆動電圧入力端子
【図１】
0004637020.tif 000015
【図２】
0004637020.tif 000016
【図３】
0004637020.tif 000017
【図４】
0004637020.tif 000018
【図５】
0004637020.tif 000019
【図６】
0004637020.tif 000020
【図７】
0004637020.tif 000021