(57)【要約】【課題】高域でのノイズゲインに対する高いフィルタリング効果を図りつつ、電流制御型発振器の発振周波数の変化に対してセトリングが十分に小さく、発振周波数の温度依存性も十分に低い電流ドライブ回路を実現することにある。【解決手段】電流量に応じて発振周波数が変化する電流制御型発振器（例えば、ＹＩＧ発振器）に電流を供給する電流ドライブ回路に改良を加えたものである。本回路は、ＹＩＧ発振器に並列に設けられるコンデンサと、ＹＩＧ発振器に並列に設けられる抵抗と、ＹＩＧ発振器、コンデンサ、抵抗それぞれに接続され、印加される電圧に応じた電流量を流す電流出力部と、ＹＩＧ発振器の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出した温度に基づいて、電流出力部への電圧を増減させるゲイン可変手段とを設けたことを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流量に応じて発振周波数が変化する電流制御型発振器に電流を供給する電流ドライブ回路において、
前記電流制御型発振器に並列に設けられるコンデンサと、
前記電流制御型発振器に並列に設けられる抵抗と、
前記電流制御型発振器、前記コンデンサ、前記抵抗それぞれに接続され、印加される電圧に応じた電流量を流す電流出力部と、
前記電流制御型発振器の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段の検出した温度に基づいて、前記電流出力部への電圧を増減させるゲイン可変手段と
を設けたことを特徴とする電流ドライブ回路。
【請求項２】
電流出力部は、トランジスタと抵抗とが直列に接続され、前記トランジスタのベースにゲイン可変手段からの電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載の電流ドライブ回路。
【請求項３】
温度検出手段は、温度によって抵抗値が変化する抵抗であり、
ゲイン可変手段は、前記抵抗を帰還抵抗とするオペアンプであることを特徴とする請求項１または２記載の電流ドライブ回路。
【請求項４】
電流制御型発振器は、ＹＩＧ発振器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電流ドライブ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域な高周波信号（例えば、数［ｋＨｚ］〜数十［ＧＨｚ］）を発生する測定器や、広帯域な高周波信号を測定・解析する測定器（例えば、変調信号の復調装置、スペクトラムアナライザ等）等に用いられる電流制御型発振器（例えば、ＹＩＧ発振器）の発振周波数を制御する電流ドライブ回路に関し、詳しくは、高域でのノイズゲインに対する高いフィルタリング効果を図りつつ、ＹＩＧ発振器の発振周波数の変化に対してセトリングが十分に小さく、発振周波数の温度依存性も十分に低い電流ドライブ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広帯域な高周波信号を発生する測定器や、広帯域な高周波信号を測定・解析する測定器等には、周波数特性（例えば、温度に対する安定性、ノイズが少ない等）のよい発振器を用いる必要がある。このような発振器には、例えば、ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット：Yttrium-Iron-Garnet）発振器（以下、ＹＩＧ発振器をＹＴＯ（YIG Tuned Oscillator）と略す）が用いられる。ＹＴＯでは、ＹＩＧの磁気共鳴を応用して、ＹＴＯのメインコイルに流れる電流量を電流ドライブ回路にて制御して、出力信号の発振周波数を制御する（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
図４は、従来の電流ドライブ回路の構成を示した図である。
図４において、ＹＴＯ１０、パワートランジスタ１１、抵抗１２は、直列に接続され、所定の電圧Ｖｃｃが印加される。バイパスコンデンサ１３は、ＹＴＯ１０と並列に設けられる。なお、パワートランジスタ１１のコレクタ側が、ＹＴＯ１０、バイパスコンデンサ１３と接続され、エミッタ側が、抵抗１２の一端に接続される。そして、抵抗１２の他端が共通電位に接続される。ここで、トランジスタ１１、抵抗１２によって、電流出力部を構成している。
【０００４】
コイル１０ａは、ＹＴＯ１０のメインコイルであり、抵抗１０ｂは、コイル１０ａの等価直列抵抗である。なお、ＹＴＯ１０には、ＹＩＧ，ＹＩＧを励起させる磁石、コイル１０ａが巻かれて磁路を構成するヨーク等を備えるが、これらの図示は省略している。
【０００５】
このような回路の動作を説明する。
トランジスタ１１のベースに、制御用電圧発生部（図示せず）から制御用電圧Ｖ１が入力される。これにより、トランジスタ１１のベース−エミッタ間電圧（以下、Ｖｂｅ）と抵抗１２に準じた制御電流Ｉ１が生成される。すなわち、抵抗１２は、電流電圧変換するための素子とみなせる。
【０００６】
そして、制御電流Ｉ１は、ＹＴＯ１０のメインコイル１０ａとバイパスコンデンサ１３とのインピーダンス比に対応して、ＹＴＯ１０に流れるドライブ電流Ｉ２と、コンデンサ１３に流れるバイパス電流Ｉ３に分流される。さらに、ドライブ電流Ｉ２の電流量（電流値）によって、ＹＴＯ１０から出力される出力信号の周波数が制御される。
【０００７】
また、制御電流Ｉ１に含まれる電流性ノイズがドライブ電流Ｉ２にも流れてＹＴＯ１０の出力信号を周波数変調するが、コンデンサ１３を設けることにより、コンデンサ１３が電流性ノイズを抑えて周波数変調を防いでいる。これにより、出力信号の信号純度が低下することを防ぐことができる。
【０００８】
図５は、従来の電流ドライブ回路のその他の構成を示した図である。ここで、図４と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図５において、ダンピング抵抗１４が、ＹＴＯ１０、コンデンサ１３と並列に設けられる。また、ダンピング抵抗１４の一端に所定の電圧Ｖｃｃが印加され、他端がトランジスタ１１のコレクタ側に接続される。
【０００９】
このような回路の動作を説明する。
制御電流Ｉ１が、ＹＴＯ１０のメインコイル１０ａ、バイパスコンデンサ１３、抵抗１４とのインピーダンス比に対応して、ドライブ電流Ｉ２と、バイパス電流Ｉ３と、抵抗１４に流れる電流Ｉ４に分流される。その他の動作は、図４に示す装置と同様なので説明を省略する。
【００１０】
図６は、従来の電流ドライブ回路のその他の構成を示した図である。ここで、図４と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図６において、コンデンサ１３の代わりに、ダンピング回路１５が設けられる。ダンピング回路１５は、コンデンサ１５ａ、抵抗１５ｂが直列に接続される。
【００１１】
このような回路の動作を説明する。
制御電流Ｉ１が、ＹＴＯ１０のメインコイル１０ａとダンピング回路１５とのインピーダンス比に対応して、ドライブ電流Ｉ２と、ダンピング回路１５に流れる電流Ｉ５に分流される。その他の動作は、図４に示す装置と同様なので説明を省略する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１４１７６５号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図４に示す回路では、メインコイル１０ａのインダクタンス値と、バイパスコンデンサ１３の静電容量によって共振周波数が定まる。そして、共振周波数以上のノイズゲインは、コンデンサ１３の容量を選択することによって、−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］で減衰させる特性を得ることができる。つまり、セトリングに必要な帯域以上のノイズに対するフィルタリング効果を得られる。
【００１４】
しかしながら、この共振は電流共振であり、一般に、メインコイル１０ａの等価直列抵抗１０ｂの抵抗値は、数［Ω］程度と非常に小さい。そのため、一旦共振した電流が収束するには長い時間を必要とし、例えば、制御用電圧Ｖ１をステップ状に変化させると、共振周波数に準じたドライブ電流Ｉ２のセトリングが発生するという問題があった。
【００１５】
ここで、図７は、図４〜図６に示す回路のノイズの周波数特性を示した図である。横軸は、ノイズ周波数であり、縦軸はノイズゲインである。また、図７（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、図４〜図６に示す回路の周波数特性であり、図７（ｂ）、（ｃ）では、図４に示す回路の周波数特性を点線で示してある。
【００１６】
図５に示す回路では、図４に示す電流共振を改善するために、ダンピング抵抗１４が設けられる。しかしながら、ダンピング抵抗１４を設けることによって、図４に示す回路では存在しなかった直流状態での制御電流Ｉ１の分流（電流Ｉ２と電流Ｉ４）が発生する。
【００１７】
一般に、メインコイル１０ａの等価直列抵抗１０ｂは、コイル１０ａの導線に使用する金属の導電率温度変化に起因した温度依存性を持つ。そのため、ＹＴＯ１０の温度が変化すると、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値も変化するので、電流Ｉ２と電流Ｉ４の分流比も温度依存性を持つ。従って、ドライブ電流Ｉ２も温度依存性を持つこととなり、ＹＴＯ１０の出力信号の周波数にも温度依存性が生じるという問題があった。
【００１８】
ここで、図８は、図５に示す回路で生ずる等価直列抵抗１０ｂの抵抗値の変化による出力信号の周波数の変化の特性を示した図である。図８に示すように、ＹＴＯ１０の温度の上昇によって等価直列抵抗１０ｂの抵抗値が上昇し、その結果、発振周波数が下がる。
【００１９】
図６に示す回路では、図５に示す直流状態での制御電流Ｉ１の分流を改善するためにダンピング回路１５を用いて、等価直列抵抗１０ｂの温度依存性の影響を抑えている。しかしながら、ダンピング回路１５の内部にある抵抗１５ｂは、コンデンサ１５ａによるフィルタリング効果を打ち消す働きをする（電流性ノイズのノイズ周波数が高くなるにつれ、コンデンサ１５ａが抵抗として働くため）ので、図７に示すように、高域でのノイズゲインが−２０［ｄＢ／ｄｅｃ］程度でしか減衰せず、ノイズのフィルタリング効果が低下するという問題があった。
【００２０】
そこで本発明の目的は、高域（共振周波数以上）でのノイズゲインに対する高いフィルタリング効果を図りつつ、ＹＴＯ１０の発振周波数の変化に対してセトリングが十分に小さく、発振周波数の温度依存性も十分に低い電流ドライブ回路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１記載の発明は、
電流量に応じて発振周波数が変化する電流制御型発振器に、電流を供給する電流ドライブ回路において、
前記電流制御型発振器に並列に設けられるコンデンサと、
前記電流制御型発振器に並列に設けられる抵抗と、
前記電流制御型発振器、前記コンデンサ、前記抵抗それぞれに接続され、印加される電圧に応じた電流量を流す電流出力部と、
前記電流制御型発振器の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段の検出した温度に基づいて、前記電流出力部への電圧を増減させるゲイン可変手段と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
電流出力部は、トランジスタと抵抗とが直列に接続され、前記トランジスタのベースにゲイン可変手段からの電圧が印加されることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、
温度検出手段は、温度によって抵抗値が変化する抵抗であり、
ゲイン可変手段は、前記抵抗を帰還抵抗とするオペアンプであることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
電流制御型発振器は、ＹＩＧ発振器であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜４によれば、コンデンサ、抵抗が、電流制御型発振器と並列に設けられ、ゲイン可変手段が、電流制御型発振器の環境温度を検出する温度検出手段の温度によってゲインを変更して電流出力部への電圧を増減するので、高域でのノイズゲインのフィルタリグ効果の特性を確保しつつ、発振周波数の制御用電圧をステップ状に変化させたとしてもセトリングを十分に小さく、電流制御型発振器の環境温度が変化しても発振周波数の温度依存性を十分に小さくした特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例を示した構成図である。ここで、図５と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図１において、温度検出手段２０、ゲイン可変手段２１が新たに設けられる。
【００２４】
温度検出手段２０は、ＹＴＯ１０のコイル１０ａ近傍の温度を検出する。例えば、一般にＹＴＯ１０は、所定のケースに収納されて販売される。そして、ＹＴＯ１０のケース内の温度は一定とみなせるので、温度検出手段２０をケースに接してケース温度を検出する。もちろん、ケース内のコイル１０ａ近傍に温度検出手段２０を設けてもよい。要は、コイル１０ａの温度変化を検出できればよい。
【００２５】
ゲイン可変手段２１は、制御用電圧発生部（図示せず）から制御用電圧Ｖ１が入力され、温度検出手段２０が検出した温度に基づいてゲインを変更し、つまり制御用電圧Ｖ１の振幅（電圧値）を増減させて、トランジスタ１１のベースに出力する。
【００２６】
このような回路の動作を説明する。
まず、ケース温度が一定の場合の動作を説明する。
温度検出手段２０が、ＹＴＯ１０のケース温度を検出し、検出した温度をゲイン可変手段２１に出力する。そして、ゲイン可変手段２１が、温度に基づいてゲインを調整し、制御用電圧発生部（図示せず）からの制御用電圧Ｖ１を増減させ、電圧値を調整した制御用電圧Ｖ１’を、トランジスタ１１のベースに印加する。これにより、トランジスタ１１の電圧Ｖｂｅと抵抗１２に準じた制御電流Ｉ１が生成される。
【００２７】
そして、制御電流（トランジスタ１１のコレクタ電流）Ｉ１は、ＹＴＯ１０のメインコイル１０ａ、バイパスコンデンサ１３、ダンピング抵抗１４とのインピーダンス比に対応して、ＹＴＯ１０に流れるドライブ電流Ｉ２と、コンデンサ１３に流れるバイパス電流Ｉ３、抵抗１４に流れる電流Ｉ４に分流される。さらに、ドライブ電流Ｉ２によって、ＹＴＯ１０から出力される出力信号の周波数が制御される。例えば、出力信号の周波数を高くする場合、制御用電圧発生部（図示せず）から制御用電圧Ｖ１を大きくし、周波数を低くする場合制御用電圧Ｖ１を小さくする。
【００２８】
次に、ケース温度が変化する場合の動作を説明する。
温度検出手段２０が、変化したケース温度を検出し、検出した温度をゲイン可変手段２１に出力する。そして、ゲイン可変手段２１が、変化前後においてドライブ電流Ｉ２が一定となるようにゲインを調整し、制御用電圧Ｖ１を調整した電圧Ｖ１’をトランジスタ１１に出力する。つまり、直流状態（制御用電圧Ｖ１が変化しない状態）では、制御電流Ｉ１は電流Ｉ２と電流Ｉ４に分流されるが、抵抗１４の抵抗値は一定なので、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値の変化に基づいてドライブ電流Ｉ２が変化する。従って、温度と等価直列抵抗１０ｂの抵抗値の関係から、ゲイン可変手段２１が、温度に依存せずにドライブ電流Ｉ２を一定とするように電圧Ｖ１に対するゲインを調整する。
【００２９】
例えば、２５℃において、制御電流Ｉ１＝３００［ｍＡ］、等価直列抵抗１０ｂ＝１０［Ω］、ダンピング抵抗１４＝１００［Ω］とする。この状態におけるドライブ電流Ｉ２は、約２７３［ｍＡ］（＝３００［ｍＡ］×１００［Ω］／（１０［Ω］＋１００［Ω］））であり、電流Ｉ４は、約２７［ｍＡ］（＝３００［ｍＡ］−２７３［ｍＡ］）となる。
【００３０】
次に、ＹＴＯ１０の環境温度が、２５℃から７５℃に変化し、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値が１０［Ω］から１２［Ω］に変化した場合で説明する。
【００３１】
図５に示す回路では、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値が変化（１０［Ω］から１２［Ω］）することにより、ドライブ電流Ｉ２は、約２６８［ｍＡ］（＝３００［ｍＡ］×１００［Ω］／（１２［Ω］＋１００［Ω］））に減少し、電流Ｉ４は、約３２［ｍＡ］（３００［ｍＡ］−２６８［ｍＡ］）に増加する。このようにＹＴＯ１０の温度の上昇に伴って、ＹＴＯ１０の出力信号の周波数が低くなる。
【００３２】
一方、本発明の図１に示す回路では、温度検出手段２０が、ケース温度を検出し、検出した温度をゲイン可変手段２１に出力する。そして、ゲイン可変手段２１が、検出した温度に基づいてゲインを調整して制御用電圧Ｖ１を大きくする。すなわち、ゲイン可変手段２１が、電圧Ｖ１のゲインを１．８［％］（＝（１１２［Ω］−１１０［Ω］）／１１０［Ω］×１００）大きくする。これにより、ドライブ電流Ｉ２は、温度２５℃と同じ約２７３［ｍＡ］（＝３００［ｍＡ］×１００［Ω］／（１２［Ω］＋１００［Ω］）×（１＋０．０１８））が流れる。従って、温度が２５℃から７５℃に変化したとしても、ドライブ電流Ｉ２が一定であり、ＹＴＯ１０の出力信号の周波数も一定に保たれる。
【００３３】
ここで図２は、図１に示す回路のノイズの周波数特性、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値の変化による出力信号の周波数の変化の特性を示した図である。コンデンサ１３、抵抗１４が、ＹＴＯ１０と並列に設けられ、制御電流Ｉ１を分流するので、高域のノイズゲインの特性（例えば、−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］）が図られ、発振周波数の制御用電圧をステップ状に変化させたとしてもセトリングを十分に小さくなる（図２（ａ）参照）。また、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値が変化しても、ＹＴＯ１０の出力信号の周波数は一定に保たれる（図２（ｂ）参照）。
【００３４】
このように、コンデンサ１３、抵抗１４が、ＹＴＯ１０と並列に設けられ、ゲイン可変手段２１が、ＹＴＯ１０の環境温度を検出する温度検出手段２０の温度によってゲインを変更して制御用電圧Ｖ１を増減するので、（ａ）高域のノイズゲインの特性（例えば、−４０［ｄＢ／ｄｅｃ］）を確保しつつ、（ｂ）発振周波数の制御用電圧をステップ状に変化させたとしてもセトリングを十分に小さく、（ｃ）ＹＴＯの環境温度が変化しても発振周波数の温度依存性を十分に小さくした特性を得ることができる。
【００３５】
図３は、図１に示す装置の具体的な実施例を示した構成図である。ここで、図１と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。温度検出手段２０に薄膜リニア抵抗２０ａが用いられ、ＹＴＯ１０のケースに取り付けられる。薄膜リニア抵抗２０ａは、正温度係数を持ち、温度が上がると抵抗値が大きくなり、温度が下がると抵抗値が小さくなるものであり、温度と抵抗値の特性は直線性を持つ。また、薄膜リニア抵抗２０ａの一端が、トランジスタ１１と抵抗１２の間に接続される。
【００３６】
可変ゲイン手段２１にオペアンプ２１ａ、抵抗２１ｂが用いられる。オペアンプ２１ａの非反転入力端子に制御用電圧Ｖ１が入力され、反転入力端子に薄膜リニア抵抗２０ｂの他端が接続される。また、反転入力端子は、抵抗２１ｂを介して共通電位に接続される。また、オペアンプ２１ａの出力端子が、トランジスタ１１のベースに接続される。つまり、オペアンプ２１ａ、抵抗２０ａ、２１ｂで、非反転増幅回路を形成している。
【００３７】
このような回路の動作を説明する。
温度が上昇すると、薄膜リニア抵抗２０の抵抗値が大きくなり、オペアンプ２１ａのゲインも大きくなる。そして、トランジスタ１１に印加される電圧Ｖ１’も大きくなり、制御電流Ｉ１も増加する。これにより、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値が増加しても、ドライブ電流Ｉ２が一定に保たれ、ＹＴＯ１０の出力信号の周波数も温度に依存せずに一定に保たれる。逆に、温度が下がると、薄膜リニア抵抗２０の抵抗値が小さくなり、オペアンプ２１ａのゲインも小さくなり、電圧Ｖ１’も小さくなり、制御電流Ｉ１も減少する。これにより、等価直列抵抗１０ｂの抵抗値が減少しても、ドライブ電流Ｉ２が一定に保たれ、ＹＴＯ１０の出力信号の周波数も温度に依存せずに一定にに保たれる。もちろん、等価直列抵抗１０ｂの温度依存性を補償するように、抵抗２１ｂの抵抗値、薄膜リニア抵抗２０ａの抵抗値および変化率を、あらかじめ選んでおく。
【００３８】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
電流出力部として、トランジスタ１１、抵抗１２で構成する例を示したが、印加される電圧に比例して電流量（電流値）が増減するものであればどのようなものでもよい。
【００３９】
温度検出手段２０に、抵抗値が正の温度係数を持つ薄膜リニア抵抗２０ａを用いる構成を示したが、負の温度係数を持つ抵抗でもよく、この場合、オペアンプ２１ａを反転増幅回路にするとよい。
【００４０】
温度検出手段２０に、抵抗値が温度に対してリニアに変化する薄膜リニア抵抗２０ａを用いる構成を示したが、非線形に抵抗値が変化する抵抗を用いてもよい。
【００４１】
ゲイン可変手段２１として、オペアンプ２１ａを用いてゲインを調整する構成を例を示したが、温度に基づいてゲインを調整できるものであればどのようなものでもよい。
【００４２】
ＹＴＯ１０の出力信号の周波数を制御する一例を挙げたが、本回路は、ＹＴＯ１０に限らず、電流量に応じて発振周波数が変化する電流制御型発振器に用いてよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】図１に示す回路のノイズの周波数特性、等価直列抵抗の抵抗値の変化による出力信号の周波数の変化の特性を示した図である。
【図３】図１に示す装置の温度検出手段、ゲイン可変手段の一例を示した構成図である。
【図４】従来の電流ドライブ回路の構成を示した図である。
【図５】従来の電流ドライブ回路のその他の構成を示した図である。
【図６】従来の電流ドライブ回路のその他の構成を示した図である。
【図７】図４〜図６に示す回路のノイズの周波数特性を示した図である。
【図８】図５に示す回路における等価直列抵抗の抵抗値の変化による出力信号の周波数の変化の特性を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ＹＩＧ発振器
１０ａ  メインコイル
１０ｂ  メインコイルの等価直列抵抗
１１  パワートランジスタ
１２、１４、２１ｂ  抵抗
１３  コンデンサ
２０  温度検出手段
２０ａ  薄膜リニア抵抗
２１  ゲイン可変手段
２１ａ  オペアンプ
【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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