(57)【要約】【課題】  発振周波数の温度依存を改善し、水晶発振器と同等の温度安定度を有する狭帯域弾性表面波フィルタを用いたフィードバック型電圧制御発振器を提供する。【解決手段】  ＳＡＷフィルタの有する２次の周波数温度係数をキャンセルするために、発振周波数をコントロールする制御入力端子に対して、温度センサ回路と絶対値回路による補正か、或いはＡ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ回路を含むマイコンによる補正を加え、２次の周波数温度係数の影響を削減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波フィルタと、該弾性表面波フィルタの前段および後段に設けられた整合回路と、フィードバックループの損失を補完するための増幅回路と、発振条件および発振周波数を決定する固定移相器と、発振周波数を外部からの電圧信号によってコントロールするための電圧制御可変移相器と、外部出力とループ内出力への分配を決める分配器とをシリーズに配置して構成される電圧制御発振器であって、前記電圧制御可変移相器の制御入力端子の前段に、温度を検出する温度検出回路と、該温度検出回路からの出力電圧の絶対値を出力する絶対値回路と、該絶対値回路からの出力電圧と制御入力端子からの信号とを加算する加算回路を有することを特徴とする弾性表面波電圧制御発振器。
【請求項２】
請求項１の弾性表面波電圧制御発振器において、前記絶対値回路の代わりにＡ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータと演算回路からなるマイコンを利用することを特徴とする弾性表面波電圧制御発振器。
【請求項３】
弾性表面波フィルタと、これの前段および後段に設けられた整合回路と、フィードバックループの損失を補完するための増幅回路と、発振条件および発振周波数を決定する固定移相器と、発振周波数を外部からの電圧信号によってコントロールするための電圧制御可変移相器と、外部出力とループ内出力への分配を決める分配器とをシリーズに配置して構成される電圧制御発振器であって、前記電圧制御可変移相器が２段から成り、一方の電圧制御可変移相器が前記電圧制御可変移相器の制御入力端子に直接接続され、他方の電圧制御可変移相器が、温度を検出する温度検出回路および該温度検出回路からの出力電圧の絶対値を出力する絶対値回路とからなる補正回路に接続されていることを特徴とする弾性表面波電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、狭帯域弾性表面波フィルタを用いたフィードバック型電圧制御発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波フィルタを用いたフィードバック型電圧制御発振器の基本回路は、例えば特開昭５９−１５８１０６号公報により公知である。従来のこの種の電圧制御発振器の一例として、図５にシリーズフィードバック型弾性表面波発振器のブロック図を示す。周波数選択素子として、弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）１が設けられており、このフィルタの前段および後段には整合回路２が配置される。増幅回路３はフィードバックループの損失を補完して適正なループゲインを確保するためのもので、分配器４によって発振出力とフィードバックープに信号が振り分けられる。固定移相器６はＳＡＷフィルタの製造バラツキや実装バラツキによる位相誤差を補正して発振周波数を調整するためのもので、電圧制御可変移相器５は、固定移相器６によってセットされた発振周波数から適当な周波数可変帯域内で、周波数制御入力に従って発振周波数をコントロールするものである。
【０００３】
なお、整合回路２は、ＳＡＷフィルタの入出力インピーダンスとその前後の回路との整合条件により省略されることがあり、固定移相器６についても、電圧制御可変移相器５のみで可変帯域が確保できる場合は省略されることがある。
【０００４】
このタイプの発振器の発振条件は、フィードバックループの位相条件がｎ×３６０度（ｎ＝１、２、‥・ｎ）で、且つ、ループゲインが０ｄB以上になることであり、通常はＳＡＷフィルタの通過帯域内において位相条件を満たすように設計される。
【０００５】
電圧制御可変移相器５には、電圧可変素子として、一般に可変容量ダイオードが用いられる。具体的には、図４に示したオールバスフィルタ型電圧制御移相器や、ハイパスフィルタ型、９０度ハイブリッドを用いたもの等が適用される。
【０００６】
ところで、狭帯域弾性表面波フィルタを用いたフィードバック型電圧制御発振器は、水晶振動子を用いる電圧制御発振器に比較して高周波化に適しており、数ギガヘルツ帯に至る高周波まで逓倍回路を使わずに直接発振することが可能である。特に、特開昭６１−７３４０９号公報にある如く回転Ｙ板であるＳＴカット基板の＋９０度X伝搬の表面波が横波表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｗａｖｅ、以下省略ＳＴＷともいう）として公知のＳＴＷを利用した共振型狭帯域フィルタは、弾性表面波フィルタの中でも小型化に有利で、かつ、雑音の少ない信号源として高性能な発振器を実現することができる。しかし、一方でＳＴカットのＸ伝搬の水晶基板に比べて周波数温度係数（ＴＣＦ）が極めて大きいという欠点がある（特開昭６１−２２２３１２号公報参照）。
【０００７】
この様なＳＴＷを使用する従来のフィードバック型弾性表面波電圧制御発振器では、弾性表面波フィルタの２次の温度係数により、発振周波数の温度依存が大きく、水晶振動子を利用する発振器に比べて１０倍程度の変動を見込まなければならなかった。そのため、発振周波数の可変帯域幅は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）に比べて広く設計する必要があった。
【特許文献１】特開昭５９−１５８１０６号公報
【特許文献２】特開昭６１−７３４０９号公報
【特許文献３】特開昭６１−２２２３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７に示したのは、典型的なＳＴＷ弾性表面波フィルタを用いた電圧制御発振器の発振周波数の温度依存性である。これ例では、発振周波数が最大値となる温度、所謂ターンオーバー温度は約３０°Ｃ付近にあり、このときの発振周波数に対する−４０°Ｃ及び＋９０°Ｃにおける発振周波数の変動値は、およそ＋０、−２００ｐｐｍ程度である。一般に高精度な電圧制御発振器では、要求される周波数可変幅は用途に合わせて±５０ｐｐｍや±１００ｐｐｍ程度が必要であり、前述の温度による変動幅と電源電圧や負荷条件等の変動要因も含めて設計するため、合計で３００ｐｐｍ以上の制御可能な周波数可変領域が必要である。水晶発振器では、同じ温度範囲で考えた場合、温度による変動が一桁近く小さいため、ＳＴＷ弾性波フィルタを用いた電圧制御発振器よりも可変周波数領域を小さく設計できることになり、この点で有利であった。
【０００９】
本発明はこの様な従来技術の課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、発振周波数の温度による変動幅を簡便な補正回路によって削減し、水晶振動子を用いる発振器と同等の温度安定性の高い電圧制御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】
【００１０】
請求項１における発振器は、弾性表面波フィルタと、これの前段および後段に設けられた整合回路と、フィードバックループの損失を補完するための増幅回路と、発振条件および発振周波数を決定する固定移相器と、発振周波数を外部からの電圧信号によってコントロールするための電圧制御可変移相器と、外部出力とループ内出力への分配を決める分配器とをシリーズに配置して構成される電圧制御発振器であって、前記電圧制御可変移相器の制御入力端子の前段に、温度を検出する温度検出回路と、該温度検出回路からの出力電圧の絶対値を出力する絶対値回路と、該絶対値回路からの出力電圧と制御入力端子からの信号とを加算する加算回路を有することを特徴としており、これによって弾性表面波フィルタのターンオーバー温度付近を中心に上下に分割した温度範囲で直線的な補正を加えることができる。
【００１１】
そして、請求項２による発振器は、前記絶対値回路の代わりにＡ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータと演算回路からなるマイコンを利用することを特徴としており、請求項１による場合よりも、２次の係数を持つ温度変化分に対して更に精密に補正を加えることができる。
【００１２】
更に、請求項３による発振器は、前記電圧制御可変移相器が２段から成り、一方の電圧制御可変移相器が前記電圧制御可変移相器の制御入力端子に直接接続され、他方の電圧制御可変移相器が、温度を検出する温度検出回路および該温度検出回路からの出力電圧の絶対値を出力する絶対値回路とからなる補正回路に接続されていることを特徴としており、請求項１と同様な効果がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、温度センサ回路と絶対値回路により電圧制御移相回路の移相量に対して温度による補正を加えるという簡便な手法によって、この温度変動分を補正して変動幅を抑えることができるため、従来＋０、−２００ｐｐｍ程度の変動を見込まなければならなかったものが、±５０ｐｐｍ以内の変動を考慮すればよいことになる。つまり、簡便な補正によって発振周波数の温度による変動を半分以下にできる安定な電圧制御発振器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の請求項１になる実施例の構成を示すブロック図である。また、図２は本発明の請求項２になる実施例の構成を示すブロック図である。更に、図３は本発明の請求項３になる実施例の構成を示すブロック図である。以下、図１、図２および図３に従って弾性表面波電圧制御発振器１０、１１、１２について説明する。
【００１６】
請求項１による弾性表面波電圧制御発振器と請求項２によるものの異なる点は、温度センサ回路から出た信号を受ける回路が絶対値回路かＡ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータを有するマイコンかの違いであり、その他の構成は両者とも同一である。また、請求項１による弾性表面波発振器と請求項３によるものの異なる点は、ループ内に電圧制御可変移相器が２つ入るか否かと、それに伴い制御電圧の補正回路が入る位置が異なることであり、その他の構成は両者とも同一である。
【００１７】
すなわち、図１に示したように、弾性表面波フィルタ（ＳＡＷフィルタ）１と、これの前段および後段に設けられた整合回路２と、フィードバックループの損失を補完するための増幅回路３と、発振条件および発振周波数を決定する固定移相器６と、発振周波数を外部からの電圧信号によってコントロールするための電圧制御可変移相器５と、外部出力とループ内出力への分配を決める分配器４とをシリーズに配置して、フィードバックループを構成している。また、前記電圧制御可変移相器の制御入力端子の前段に加算回路と、更にその前段に温度センサ（温度検出回路）８と絶対値回路９からなる制御電圧の補正回路を配置している。
【００１８】
ＳＡＷフィルタには、ＳＴＷを利用する狭帯域ＳＡＷフィルタを使用しているが、その他のモードのＳＡＷフィルタについても２次の周波数温度依存性を削減する目的には有効である。整合回路は、Ｌ、Ｃ、Ｒの集中定数デバイスを用いて実現しているが、その他にマイクロストリップライン等の分布定数回路を用いたものが適用できる。固定移相器には、ＬＣフィルタ回路を採用しているが、他に、ＲＣフィルタ回路や、勿論文字通り遅延線や、更には外部調整を可能にする目的で電圧制御可変移相器を用いることもできる。また、電圧制御可変移相器には、電圧可変素子として可変容量ダイオードを用い、図４に示したようなオールバスフィルタ型電圧制御移相器を採用しているが、他に９０度ハイブリッドを用いたものが適用できる。
【００１９】
温度センサ回路には、サーミスタや感温抵抗を用いたブリッジ回路を用いても良いし、最近ではそれら集積化したＩＣが数多くあり、もちろん適用可能である。絶対値回路には、図９に示したようなオペアンプを用いた回路や全波整流回路等の簡便なものが適用できる。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータを有するマイコンについては、演算により２次の温度補正を加えることにより精度の高い補正を加えることが可能であるが、部品コストが上昇するため用途に応じて選択することが適当である。
【００２０】
このような構成において、電源電圧が印加されると、各素子が発生するノイズを増幅回路３が増幅して分配器、固定移相器、電圧制御可変移相器、整合回路、ＳＡＷフィルタ、整合回路の順番でループ内を循環するが、ＳＡＷフィルタを通過する際に必要な周波数成分のみが抽出されて増幅回路に帰還される。このときの発振条件は、フィードバックループの位相条件がｎ×３６０度（ｎ＝１、２、…ｎ）で、且つ、ループゲインが０ｄＢ以上になることであり、ＳＡＷフィルタの通過帯域内において位相条件を満たすように設計することにより、安定した発振出力が得られる。
【実施例】
【００２１】
本発明の請求項１にかかる実施例を実施例１、請求項２にかかる実施例を実施例２、請求項３にかかる実施例を実施例３として、以下に続ける。
図６は、実施例１によって製作した弾性表面波電圧制御発振器の発振周波数の温度依存性を示したものである。従来例では−４０°Ｃから＋９０°Ｃに、およそ２００ｐｐｍ程度の周波数の変動であったものが、実施例１によって半分の±５０ｐｐｍ以内に変動幅を抑えることができていることが確認できる。下記の表１は、実施例１〜３について発振周波数の温度依存性を比較したものである。実施例２については、更に半分の５０ｐｐｍ程度まで変動幅を抑えることができることが確認され、実施例３については、実施例１とほぼ同様の効果が確認された。
【００２２】
実施例２については、実施例１よりも効果が大きいが、比較的高価なマイコンを搭載する必要があることから、必要とされる変動幅とコストのトレードオフで設定することが適当である。実施例３については、補正回路と制御入力部が独立できるため、高速応答性が要求される場合など、少しでも干渉を嫌うような用途では有効である。
【００２３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施例２を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施例３を示す機能ブロック図である。
【図４】実施例１〜３で使用した電圧制御可変移相回路の回路図である。
【図５】従来例を示す機能ブロック図である。
【図６】実施例による発振周波数の温度依存性を示すグラフである。
【図７】従来例による発振周波数の温度依存性を示すグラフである。
【図８】実施例による絶対値回路の出力の温度依存性を示すグラフである。
【図９】実施例による絶対値回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ＳＡＷフィルタ
２  整合回路
３  ＲＦ増幅回路
４  分配器
５  電圧制御可変移相入力
６  増幅回路
８  温度センサ回路
９  絶対値回路
１０  請求項１による弾性表面波電圧制御発振器
１１  請求項２による弾性表面波電圧制御発振器
１２  請求項３による弾性表面波電圧制御発振器
１３  加算回路
１４  Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータを有するマイコン
【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】
2005210542.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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