(57)【要約】【課題】容易に実施でき、かつ微分非線形性への要求の達成を容易にするデジタル制御発振回路を提供する。【解決手段】可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路は、デジタル制御ワードのためのデータ入力部（３１）と、信号の可変周波数を変更する容量回路（３４）を有する。容量回路（３４）は、制御信号のための制御入力部（３３）を有し、かつその総容量が制御信号に依存して変化する。データ入力部（３１）と制御入力部（３３）との間に、マッピング装置（３２）が接続される。マッピング装置は、デジタル制御ワードから制御信号を確定するように構成される。【選択図】  図３
2005236984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路であって、
デジタル制御ワードのためのデータ入力部（３１）と、
該信号の該可変周波数を変更する容量回路であって、制御信号のための制御入力部（３３）を有し、かつその総容量が該制御信号に依存して変化する容量回路（２，３４）と、
該データ入力部（３１）と該制御入力部（３３）との間に接続されるマッピング装置であって、該デジタル制御ワードに対する該総容量の所定の依存性を得るために、該制御信号上に該デジタル制御ワードをマッピングするマッピング装置（３２）と
を備える、デジタル制御発振回路。
【請求項２】
前記マッピング装置（３２）は、プログラム可能な論理演算ユニットあるいはマイクロプロセッサを有する、請求項１に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項３】
前記マッピング装置（３２）は、前記プログラム可能な論理演算ユニットあるいは前記マイクロプロセッサに接続されるメモリーを有する、請求項２に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項４】
前記マッピング装置（３２）は、前記デジタル制御ワードの値に対する前記制御信号の値の各割り当てを含むメモリーを有する、請求項１に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項５】
前記容量回路（２，３４）は、前記制御信号に依存して接続可能な、あるいは切り離し可能なコンデンサの並列回路を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項６】
前記容量回路（２，３４）は、前記制御信号に依存して接続可能な、あるいは切り離し可能な少なくとも１つのバラクタを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項７】
前記コンデンサは、前記総容量が２進数の制御信号に線形的に依存するように選択される、請求項５または６に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項８】
前記コンデンサは、実質的に同一の容量値を有する、請求項５または６に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項９】
前記マッピング装置（３２）は、前記制御信号が代数関数を用いて前記制御ワードから算出されるように構成される、請求項１から８のいずれか１項に記載のデジタル制御発振回路。
【請求項１０】
前記マッピング装置（３２）は、前記周波数が前記制御ワードに線形的に依存するように構成される、請求項９に記載のデジタル制御発振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ伝送システムにおいて、デジタル制御装置によって設定可能な可変周波数を有する信号の提供がしばしば望まれる。例えば、これは、データ伝送システムにおけるクロック信号、あるいは搬送波信号または変調信号に当てはまる。周波数は、スペクトラムの所定のバンド幅内において所望の正確さで調整可能でなければならない。その信号の生成のために、デジタル制御発振回路が使用される。デジタル制御発振回路によって生成される信号は、その際、デジタル制御ワードを用いて可変容量によって調整される。可変容量は、共振回路あるいは水晶振動子に直列に接続される。発振回路の周波数ｆは、以下の規則にしたがえば、可変容量の総容量値Ｃに対して非線形的に依存する：
ｆ〜Ｃ−１／２                  （１）
実際においては、デジタル制御ワードによる線形的な制御が望まれる。そのため、可変容量は、様々な個別コンデンサから構成される容量アレイ（Ｋａｐａｚｉｔａｅｔｆｅｌｄ）の形態において提供される。各設定可能な容量値のために、対応する個別コンデンサがサイズ化される。容量値の設定のために、対応する個別コンデンサが選定され、かつ追加接続され、一方、他の個別コンデンサが切り離される。そのため、必要とされる個別コンデンサの数Ｎは、かなり大きい。例えば、１３ビット制御ワードの場合、Ｎ＝２１３＝８１９２個の個別コンデンサが要求される。そのため、各異なる大きさを有するＮ個の異なる個別コンデンサの実施は、労力を要する。
【０００３】
容量アレイに関し、さらに、デジタル制御ワードへの周波数依存性に対して、必要な単調性が要求される。この大きさは、微分非線形性あるいはＤＮＬによって表現される。この大きさは、制御ワードの１ビットの変更に依存する周波数変化に対応する。ＤＮＬによって、容量アレイの品質が示される。同時に、微分非線形性ＤＮＬは、周波数が設定され得る正確性を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、容易に実施でき、かつ微分非線形性への要求の達成を容易にするデジタル制御発振回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、独立請求項の特徴を有する信号生成デジタル制御発振回路によって解決される。
【０００６】
可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路は、
−デジタル制御ワードのためのデータ入力部、
−信号の可変周波数を変更する容量回路であって、制御信号のための制御入力部を有し、かつその総容量が制御信号に依存して変化する容量回路、および
−データ入力部と制御入力部との間に接続されるマッピング装置であって、デジタル制御ワードに対する総容量の所定の依存性を得るために、制御信号上に該デジタル制御ワードをマッピングするマッピング装置を備える。
【０００７】
デジタル制御ワードの制御信号へのマッピングによって、総容量の値はデジタル制御ワードによって制御される。総容量のデジタル制御ワードへの依存性は、その際、制御信号とデジタル制御ワードとの間のマッピングによって実質的に規定される。
【０００８】
有利にも、デジタル制御ワードに対する総容量の依存は、デジタル発振回路の要求に適合し得る。外部から見ると、発振回路の制御は、総容量の制御信号に対する依存には依存しない。それにより、発振回路は２つの局面に関して最適化され得る。
【０００９】
１つの局面では、容量回路は、同一の実施が簡易化されるように選択され得る。
【００１０】
マッピング装置を用いたデジタル制御ワードからの制御信号の確定により、微分非線形性は影響を受け、かつ容量回路の特性に対応して最適化され得る。
【００１１】
さらなる利点は、発振回路、例えば水晶振動子の構成要素の変更には、それに接続された容量アレイのいかなる変更も要求されないということにある。半導体集積回路の設計の際において、異なるバージョンの際に個別の要素が異なって実施される場合、まさに、労力のかかる容量アレイの変更が本発明によって回避される。単に、マッピング装置を対応して調整するだけでよい。
【００１２】
発振回路のさらなる形態において、マッピング装置はプログラム可能な論理演算ユニット（ＡＬＵ）あるいはマイクロプロセッサを有する。それによって、デジタル制御ワードからの制御信号の計算が、変化する様々な要求に対して適合され得る。
【００１３】
典型的には、そのようなマッピング装置は、プログラム可能な論理演算ユニットあるいはマイクロプロセッサに接続されるメモリーを有する。メモリー内には、例えば、デジタル制御ワードからの制御信号の算出あるいは計算に必要な係数が格納される。それは、特に、係数を有する代数関数あるいは多項式によって計算が行われる場合に有効である。
【００１４】
発振回路のさらなる変形例において、ひずみ装置は、デジタル制御ワードの値に対する各制御信号の値の割り当てを含むメモリーを有する。それにより、労力のかかる計算論理が回避され得る。割り当て方法は、さらに変更可能である。具体的には、メモリーはテーブルメモリあるいはいわゆる「ルック−アップ−テーブル」に相当する。
【００１５】
典型的には、容量アレイは、制御信号に依存して接続可能なあるいは切り離し可能なコンデンサの並列回路を有する。総容量は、接続されるコンデンサの総数から容易な方法によって得られる。容量アレイの様々な容量の並列回路によって、所定の総容量が提供され得る。それにより、実質的に、コンデンサの必要数が低減される。本発明のデジタル制御発振回路を含む集積部品において、正に、半導体上の必要面積が低減され、かつそれにより製造コストが低減される。
【００１６】
一実施形態において、容量回路は、前記制御信号に依存して接続可能あるいは切り離し可能な少なくとも１つのバラクタを有する。
【００１７】
可能なさらなる実施形態において、コンデンサは、総容量が２進数の制御信号に線形的に依存するように選択される。必要な容量の個数は２ＮからＮに低減される。そのような属性は、例えば、コンデンサの並列回路を有する容量アレイのような、容量の２進数の段階化によって得られる。その場合、ｉ番目のコンデンサは容量値２（ｉ−１）Ｃ０を有する。それによって、設定可能な総容量は２進数にコード化される。以下において、そのような並列回路は２進数にコード化された容量アレイとして示される。
【００１８】
容量は実質的に同一の容量値を有するため、例えば、制御信号の１ビットによって総容量はこの容量値だけ変更され得る。
【００１９】
一実施形態において、マッピング装置は、制御信号が代数関数を用いて制御ワードから算出されるように構成される。
【００２０】
そのような代数関数の係数は、選択された容量アレイ、使用される発振回路によって、あるいは外部からの条件によって与えられる。代数的依存性によって、制御信号とデジタル制御ワードとの間の簡単な関係が生成され得る。それは、ひずみ装置の、特にマッピング装置の論理演算ユニットの簡易な構築を可能にする。その際、計算は論理回路あるいはプログラムコードによって実施され得る。
【００２１】
好ましくは、マッピング装置は、周波数が制御ワードに線形的に依存するように構成される。それは、デジタル制御ワードが直接、設定された周波数の値としてみなされ得るため、特にデジタル制御発振回路の制御を容易にする。
【００２２】
従って、本発明は以下を提供する。
【００２３】
（１）  可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路であって、
デジタル制御ワードのためのデータ入力部（３１）と、
上記信号の上記可変周波数を変更する容量回路であって、制御信号のための制御入力部（３３）を有し、かつその総容量が上記制御信号に依存して変化する容量回路（２，３４）と、
上記データ入力部（３１）と上記制御入力部（３３）との間に接続されるマッピング装置であって、上記デジタル制御ワードに対する上記総容量の所定の依存性を得るために、上記制御信号上に上記デジタル制御ワードをマッピングするマッピング装置（３２）と
を備える、デジタル制御発振回路。
【００２４】
（２）  上記マッピング装置（３２）は、プログラム可能な論理演算ユニットあるいはマイクロプロセッサを有する、項目１に記載のデジタル制御発振回路。
【００２５】
（３）  上記マッピング装置（３２）は、上記プログラム可能な論理演算ユニットあるいは上記マイクロプロセッサに接続されるメモリーを有する、項目２に記載のデジタル制御発振回路。
【００２６】
（４）  上記マッピング装置（３２）は、上記デジタル制御ワードの値に対する上記制御信号の値の各割り当てを含むメモリーを有する、項目１に記載のデジタル制御発振回路。
【００２７】
（５）  上記容量回路（２，３４）は、上記制御信号に依存して接続可能な、あるいは切り離し可能なコンデンサの並列回路を有する、項目１から４のいずれか１項に記載のデジタル制御発振回路。
【００２８】
（６）  上記容量回路（２，３４）は、上記制御信号に依存して接続可能な、あるいは切り離し可能な少なくとも１つのバラクタを有する、項目１から５のいずれか１項に記載のデジタル制御発振回路。
【００２９】
（７）  上記コンデンサは、上記総容量が２進数の制御信号に線形的に依存するように選択される、項目５または６に記載のデジタル制御発振回路。
【００３０】
（８）  上記コンデンサは、実質的に同一の容量値を有する、項目５または６に記載のデジタル制御発振回路。
【００３１】
（９）  上記マッピング装置（３２）は、上記制御信号が代数関数を用いて上記制御ワードから算出されるように構成される、項目１から８のいずれか１項に記載のデジタル制御発振回路。
【００３２】
（１０）  上記マッピング装置（３２）は、上記周波数が上記制御ワードに線形的に依存するように構成される、項目９に記載のデジタル制御発振回路。
【発明の効果】
【００３３】
可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路が提供される。微分非線形性への要求の達成を容易にするデジタル制御発振回路が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明が、添付図面を参照して実施例のもとに詳細に説明される。
【００３５】
図１は、水晶振動子１を有するデジタル制御発振回路の例を示す。水晶振動子１は、容量回路２と直列に接続され、この際、水晶振動子１の第１の出力部は容量回路２を介してグランドに接続される。容量回路２の作用は、調節可能な容量に一致する。容量回路２は並列に接続されたコンデンサからなる容量アレイとして実施され得る。各回路要素によって、容量アレイ内において、個別のコンデンサが接続され、あるいは切り離され得る。その結果、容量回路２の総容量は、制御信号によって変更可能である。好ましくは、制御信号が総容量の対応する値と線形に関連するように、２進数にコード化された容量アレイが重要となる。
【００３６】
水晶振動子１と並行に、第１のコンデンサ３が接続される。同様に、容量回路２と並行に、第２のコンデンサ４が接続される。
【００３７】
水晶振動子１は、容量回路２、第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４とともに、上記配置にしたがって、容量回路２の総容量によって変更可能な共振周波数を有する共振回路を形成する。この共振回路は、ノード２．１を介して水晶振動子１の第２の出力部において、第３のコンデンサ５によってバイポーラトランジスタ８のベース端子と接続される。トランジスタ８のエミッタ端子は、抵抗９を介してグランドに接続される。第４のコンデンサ６はトランジスタ８のベース端子とエミッタ端子との間に接続される。抵抗９と並行に、第５のコンデンサ７が接続される。第４のコンデンサ６および第５のコンデンサ７は、トランジスタ８のコレクタ端子に供給される信号を平滑する。
【００３８】
共振回路のトランジスタ８のベース端子への接続によって、トランジスタ８は、容量回路２によって提供される共振周波数をともなって、コレクタ−エミッタ間経路を周期的に開閉する。コレクタ端子を一定の電圧に接続した場合、容量回路の共振周波数において発振する周期信号がコレクタ端子に得られる。信号の強さは供給電圧および抵抗９の大きさによって決定される。
【００３９】
図２は水晶振動子および水晶振動子の等価回路を示す。図２（ａ）の回路図には、第６のコンデンサ２２に並列に接続された水晶振動子２１が示される。この並列回路は、図２（ｂ）の回路図において等価回路として示される。水晶振動子２１は、第７のコンデンサ２３、インピーダンス、例えばコイル２４、およびオーミック抵抗成分２５からなる直列回路を有する共振回路に相当する。直列回路は第８のコンデンサ２６と並行に接続される。
【００４０】
図３は、デジタル制御ワードによって制御される容量回路３４の概略図を示す。容量回路３４は、図１に示された容量回路２の１つの可能な実施形態である。デジタル制御ワードは、並列あるいは直列のデータ入力部３１を介してマッピング装置３２に提供される。マッピング装置３２は並列の制御入力部３３を介して容量回路３４に接続される。制御入力部３３を介して、マッピング装置３２はデジタル制御ワードに基づいて確定された制御信号を容量回路３４に提供する。容量回路３４は、第９のコンデンサ３５．７を有する。第９のコンデンサ３５．７と並行に、各々、並列接続可能なコンデンサ（３５．１〜３５．６）とスイッチ要素（３６．１〜３６．６）とからなる複数の対が接続される。スイッチ要素（３６．１〜３６．６）を用いて、対応するコンデンサ（３５．１〜３５．６）が第９のコンデンサ３５．７と並行に接続され得、あるいはそれから切り離され得る。そのため、スイッチ要素（３６．１〜３６．６）によって、容量回路３４の総容量が設定される。その際、スイッチ要素（３６．１〜３６．６）の設定は、制御信号によって決定される。示された例においては、制御信号は６ビットのデジタルワードを有する。
【００４１】
好ましい実施形態においては、コンデンサアレイは２進数にコード化される。その際、７番目のコンデンサ３５．７は、ＣＭＩＮの容量値を有する。これは、容量回路３４の最小容量である。並列可能なコンデンサ（３５．１〜３５．６）は、異なる容量を有する。その際、最小の容量はＣＳの大きさを有し、次に大きい容量は２ＣＳの容量値を有し、その次に大きい容量は４ＣＳの容量値を有し、引き続き、最大の容量では２６ＣＳの容量値を有する。それにより、容量回路の総容量は２進数にコード化される。その結果、総容量は、制御信号に依存して、初期値ＣＭＩＮから開始してＣＳのステップで変更され得る。
【００４２】
図４は、本発明の第１の実施形態による、制御信号のデジタル制御ワードに対する依存性の例を示す。表示において、横座標のデジタル制御ワードＸに対して縦座標の制御信号Ｘがプロットされる。簡易化のために、以下、デジタル制御ワードＸおよび制御信号の連続する値は割愛される。しかしながら、実際、２つの大きさに関して、好ましくはビットワードを用いるような２進数で表記された不連続な値の重要性が、留意され得る。
【００４３】
デジタル制御ワードＸと制御信号Ｙとの間の依存性は、発振回路によって生成される周波数Ｆとデジタル制御ワードＸとの間に、線形関係が存在するように選定される。線形関係は、周波数変動Ｆ０および傾きに対応する分解（Ａｕｆｌｏｅｓｕｎｇ）周波数Ｋによって定義される
Ｆ＝ＫＸ＋Ｆ０  。                （２）
この線形関係を形成するために、デジタル制御ワードＸと制御信号Ｙとの間に以下の代数関係が存在する
【００４４】
【数１】
2005236984.tif 000003
【００４５】
ここで、係数α、βおよびγは、共振回路のそれに依存する。図１および図２に示された回路に対して、該係数に関して以下の関係が生じる
【００４６】
【数２】
2005236984.tif 000004
【００４７】
その際、提供されたシステム値は、以下に示される。
−Ｃｖｍは、容量回路（２あるいは３４）の最小容量；
−ｄＣＶは、容量回路（２あるいは３４）が下位ビットの変更によって変更され得るステップ値；図３の場合、ステップ値は値ＣＳに相当する。ステップ値は、図１に示される第３のコンデンサ５、第４のコンデンサ６および第５のコンデンサ７による直列回路から生じる。
−ＣＶＳは、図１のノード２．１から見た共振回路の総容量；
−ＣＸは、第１のコンデンサ３の容量；
−Ｃ０は、第８のコンデンサ２６の容量；
−Ｃ１は、第７のコンデンサ２３の容量；
−Ｃ２は、第２のコンデンサ４の容量；
−Ｃ１ｎｏｍは、第６のコンデンサ２２の容量。
【００４８】
これらの係数の指示は、図１および図２に示された実施例のための具体的な表現である。共振回路の他の実現において、それら係数は対応して適合される。
【００４９】
図５には、本発明による発振回路の微分非線形性ＤＮＬの、容量回路の総容量Ｃに対する依存性が例示される。ここでは、横座標の総容量Ｃに対して縦座標の微分非線形性ＤＮＬがプロットされる。
【００５０】
図６は、本発明による発振回路の周波数変動の、本発明の様々な実施形態におけるデジタル制御ワードに対する依存性を例示する。そのために、デジタル制御ワードＸの１ビットの変化に関連する周波数変動が縦座標に示される。横座標は最大値ｍを有するデジタル制御ワードＸを示す。図には３つの曲線が示される。第１の曲線６１は、周波数とデジタル制御ワードＸとの間に線形関係がある場合を示す。第１の曲線６１は、デジタルワードの値の全領域において値Ｋを有する。第２の曲線６２および第３の曲線６３は、他の推移を示す。デジタル制御ワードＸの最小値に対しては、第２の曲線６２および第３の曲線６３は値Ｋを有する。デジタル制御ワードＸの最大値ｍに対しては、２つの曲線は値（Ｋ−ｐ）を有する。そのため、周波数の増加は、大きな値のデジタル制御ワードにおいては減少する。周波数増加の減少は、実質的に周波数差ｐによって決定される。これは、微分非線形性ＤＮＬへの厳しい要求が設定された場合に、特に有利である。
【００５１】
第２の曲線６２は、制御信号Ｙとデジタル制御ワードＸとの間の特別な代数関係に対応する。その代数関係は、すでに上記された係数α、βおよびγの他に、最大デジタル制御ワードｍおよび周波数差ｐに依存する
【００５２】
【数３】
2005236984.tif 000005
【００５３】
第３の曲線６３もまた、制御信号Ｙとデジタル制御ワードＸとの間の特別な代数関係に対応する。その代数関係は、すでに上記された係数α、βおよびγの他に、最大デジタル制御ワードｍおよび周波数差ｐに依存する
【００５４】
【数４】
2005236984.tif 000006
【００５５】
デジタル制御ワードからの制御信号の算出に代えて、マッピング装置は「ルック−アップ−テーブル」を有し得る。そのようなテーブル内において、制御信号の値は、対応するデジタル制御ワードの値に割り当てられる。この割り当を可能にするために、事前に計算が行われる。そのようなテーブルは、デジタル制御ワードの値の数に依存してサイズ化され、通常、少ないビット数を含む。
【００５６】
これに依存せず、デジタル発振回路の制御は、常に同様に経過する。提供されたデジタル制御ワードから、マッピング装置によって制御信号が確定される。これは、論理演算ユニットあるいはマイクロプロセッサを用いた計算によって、あるいは「ルック−アップ−テーブル」への参照によって行われる。総容量は、制御信号に基づき変更され、決定される。デジタル制御ワードの変更によって制御信号が更新され、それにより総容量が更新される。その結果、生成される信号の周波数が変化し、それにより、信号周波数の可変設定が可能となる。
【００５７】
（要旨）
容易に実施でき、かつ微分非線形性への要求の達成を容易にするデジタル制御発振回路を提供する。可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路は、デジタル制御ワードのためのデータ入力部（３１）と、信号の可変周波数を変更する容量回路（３４）を有する。容量回路（３４）は、制御信号のための制御入力部（３３）を有し、かつその総容量が制御信号に依存して変化する。データ入力部（３１）と制御入力部（３３）との間に、マッピング装置（３２）が接続される。マッピング装置は、デジタル制御ワードから制御信号を確定するように構成される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
可変周波数を有する信号を生成するためのデジタル制御発振回路が提供される。微分非線形性への要求の達成を容易にするデジタル制御発振回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】水晶振動子を有するデジタル制御発振回路の例示する回路図である。
【図２】（ａ）は水晶振動子を示す図であり、（ｂ）は水晶振動子の等価回路図である。
【図３】デジタル制御ワードによって制御される容量回路の概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による制御信号の、デジタル制御ワードに対する依存性を例示するグラフである。
【図５】本発明による発振回路の微分非線形性の、容量回路の総容量Ｃに対する依存性を例示するグラフである。
【図６】本発明による発振回路の周波数変動の、本発明の様々な実施形態におけるデジタル制御ワードに対する依存性を例示するグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１    水晶振動子
２    容量回路
３    第１のコンデンサ
４    第２のコンデンサ
５    第３のコンデンサ
６    第４のコンデンサ
７    第５のコンデンサ
８    トランジスタ
９    第１の抵抗
２１  水晶振動子
２２  第６のコンデンサ
２３  第７のコンデンサ
２４  等価コイル
２５  等価抵抗
２６  第８のコンデンサ
３１  データ入力部
３２  マッピング装置
３３  制御入力部
３４  容量回路
３５．１〜３５．６  接続可能コンデンサ
３５．１〜３５．６  スイッチ要素
３５．７  第９のコンデンサ
６１  第１の曲線
６２  第２の曲線
６３  第３の曲線
【図１】
2005236984.tif 000007
【図２】
2005236984.tif 000008
【図４】
2005236984.tif 000009
【図５】
2005236984.tif 000010
【図６】
2005236984.tif 000011
【図３】
2005236984.tif 000012