(57)【要約】【課題】電流源の代わりにアクティブ負荷を採用して利得の調整により電流源による位相雑音を除去し位相雑音特性を有する自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機を提供する。【解決手段】自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機は共振信号を生成する共振回路と、共振信号をフィードバックして相互１８０°の位相差を有する２つの発振信号を生成する差動増幅回路と、差動増幅回路から生成される発振信号の利得を制御するアクティブ負荷を含む電圧制御発振部、及び２つの発振信号を変換して直流電圧を生成した後直流電圧と事前に設定された基準電圧を比較して上記アクティブ負荷の抵抗値を決定する制御電圧を出力する自動振幅制御部を含む。出力される発振信号の振幅を効果的に制御することが可能で、差動増幅回路のスイッチング時電流源により流入されるノイズ成分による位相雑音を減少させることが可能である。【選択図】図２
2007028613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントロール電圧により共振周波数が決定され共振信号を生成する共振回路と、上記共振回路の共振信号をフィードバックして相互１８０°の位相差を有する２つの発振信号を生成して２つの出力端から出力する差動増幅回路と、上記差動増幅回路から生成される上記発振信号の利得を制御するアクティブ負荷を含む電圧制御発振部、及び
上記２つの発振信号の入力を受け各々のピークを検出して整流するピーク検出器と、上記ピーク検出器の整流された信号の入力を受け直流電圧に変換出力する低帯域通過フィルタと、上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧と事前に設定された基準電圧を比較してその比較した結果に伴い上記アクティブ負荷の抵抗値を制御する制御電圧を出力する比較器を含む自動振幅制御部を含み、
上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧が事前に設定された基準電圧より小さい場合、上記比較器は上記アクティブ負荷の抵抗値を増加させる制御電圧を出力して上記差動増幅機の利得を増加させ、上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧が事前に設定された基準電圧より大きい場合、上記比較器は上記アクティブ負荷の抵抗値を減少させる制御電圧を上記差動増幅機の利得を減少させることを特徴とする自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【請求項２】
上記共振回路は、
上記２つの出力端の間に連結されたインダクタンスと、上記２つの出力端の間に連結され上記コントロール電圧によりキャパシタンス値が変動される可変キャパシタからなる並列共振回路であることを特徴とする請求項１に記載の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【請求項３】
上記差動増幅回路は、
上記両出力端にドレインが各々連結され、ゲートとドレインが相互接続され、ソースが接地された２つのトランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【請求項４】
上記２つのトランジスタは同一なｎチャネルＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項３に記載の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【請求項５】
上記アクティブ負荷は、
上記両出力端にドレインが各々連結され、ソースが電源に連結され、ゲートが相互連結された２つのトランジスタを含み、
上記両トランジスタのゲートに上記比較器の制御電圧が入力されることを特徴とする請求項１に記載の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【請求項６】
上記２つのトランジスタは同一なｐチャネルＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項５に記載の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【請求項７】
上記自動振幅制御部は、
任意の基準電圧を生成する基準電圧源をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【請求項８】
２つの出力端の間に連結されたインダクタンスと、上記２つの出力端の間に連結され上記コントロール電圧によりキャパシタンス値が変動される可変キャパシタからなる並列共振回路と、
上記両出力端にドレインが各々連結され、ゲートとドレインが相互接続され、ソースが接地された２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴを含み、上記共振回路の共振信号をフィードバックして相互１８０°の位相差を有する２つの発振信号を生成して２つの出力端から出力する差動増幅回路と、
上記両出力端にドレインが各々連結され、ソースが電源に連結され、ゲートが相互連結された２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴを含む電圧制御発振部、及び
上記２つの発振信号の入力を受け各々のピークを検出して整流するピーク検出器と、
上記ピーク検出器の整流された信号の入力を受け直流電圧に変換出力する低帯域通過フィルタと、
上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧と事前に設定された基準電圧を比較してその比較した結果に伴う制御電圧を上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートから出力する自動振幅制御部を含み、
上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧が事前に設定された基準電圧より小さい場合、上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を増加させ上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴの抵抗値を増加させることにより上記差動増幅回路から生成される上記発振信号の利得を増加させ、上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧が事前に設定された基準電圧より大きい場合、上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を減少させ上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴの抵抗値を減少させることにより上記差動増幅回路から生成される上記発振信号の利得を減少させることを特徴とする振幅制御機能を有する電圧制御発振機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機に関するものとして、より詳細には、電流源を使用せず代わりにアクティブ負荷を採用して上記アクティブ負荷によって利得を調整することにより電流源による位相雑音を除去して優秀な位相雑音特性を有する自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、活発に開発されているデジタルマルチメディア放送を始めとする様々な無線応用サービスに使用される無線機器において、受信信号を復調することが可能な低周波信号に周波数変換し送信信号を高周波の信号に周波数変換するに用いられる局部発振回路は広い発振周波数範囲と共に、発振周波数辺りで低い位相雑音が要求される。
【０００３】
特にアナログ放送とは違ってデジタル放送はしきい値以下の信号で映像を出力することが不可能となりその基準は周波数領域で位相雑音で判断することが可能となる。従って、アナログ放送受信システムとは違ってデジタル放送受信システムでは高い水準の位相雑音特性が要求されている。  
このような位相雑音は受信システムのうち特に電圧制御発振機（Voltage Controlled Oscillator：ＶＯＣ）の性能により大きく影響を受けるため、この電圧制御発振機による位相雑音を最大限減少させることが全体受信システムの位相雑音を最小化するに大きい割合を占める。  
図１は従来の自動振幅制御（Auto Amplitude Control：ＡＡＣ）機能を有する電圧制御発振機を図示した回路図である。図１を参照すると、従来の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機は大きく電圧制御発振部１００と自動振幅制御部２００からなる。
【０００４】
上記電圧制御発振部１００は、２つの出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２の間に連結されたインダクタＬ及び相互直列連結され上記両出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２の間に連結された２つの可変キャパシタＣ１、Ｃ２からなる共振回路１１０と、ゲート（gate）とドレイン（drain）が相互接続され各ドレインが上記両出力端に各々連結された２つのトランジスタＮ１、Ｎ２からなる差動増幅回路１２０及び上記両トランジスタＮ１、Ｎ２のソース（source）と接地の間に連結された電流源Ｉｓを含む。
【０００５】
この従来の電圧制御発振機は、上記トランジスタＮ１、Ｎ２によるポジティブフィードバック回路のネガティブ抵抗特性を利用した発振回路として、上記２つの可変キャパシタＣ１、Ｃ２の間にコントロール電圧Ｖｃｔ１が印加され可変キャパシタＣ１、Ｃ２の容量を制御することにより共振周波数が決定され、上記共振回路１１０による共振信号はトランジスタＮ１、Ｎ２のゲートに入力されることにより両出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２で相互１８０°の位相差を有する発振信号を得ることが可能である。
【０００６】
また、自動振幅制御部２００は、上記電圧制御回路部１１０の両出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２端から出力される両発振信号の入力を受け各々のピークを検出して整流するピーク検出器２１０と上記ピーク検出器２１０の整流された信号の入力を受け直流電圧に変換出力する低帯域通過フィルタ２２０及び上記低帯域通過フィルタ２２０の出力直流電圧と事前に設定された基準電圧Ｖｒｅｆを比較してその比較した結果を出力する比較器２４０を含む。
【０００７】
このような構成を有する従来の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機は電圧制御発振機の出力レベル（振幅）を調整するため、上記比較器２４０により出力された値を利用して電圧制御発振部１１０の電流源Ｉｓのトランスコンダクタンスｇｍを調節する。
【０００８】
即ち、低帯域通過フィルタ２２０の出力直流電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合には、トランスコンダクタンスｇｍを増加させ利得を増加させることにより電圧制御発振機の出力レベルを高め、低帯域通過フィルタ２２０の出力直流電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合には、トランスコンダクタンスｇｍを減少させ利得を減少させることにより電圧制御発振機の出力レベルを落とす。
【０００９】
しかし、このような従来の自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機は、上記電流源Ｉｓに流入される雑音及び上記電流源Ｉｓから上記トランジスタＮ１、Ｎ２のスイッチング時に伝達される様々な形態の雑音らにより位相雑音が増加する問題点を有する。
【００１０】
また、上記電流源Ｉｓによる位相雑音の増加問題を解消するため電流源を利用しない電圧制御発振部を構成した場合には、電流源のトランスコンダクタンスを利用して利得を制御する従来の自動振幅制御部を適用することが不可能な問題点が発生することとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するため案出されたものとして、その目的は、従来の電圧制御発振部に採用していた電流源を除去し、その代わりにアクティブ負荷を採用することにより、従来のトランスコンダクタンスを制御する代わりに負荷の抵抗値を調整して利得を制御する自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機を提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための技術的構成として、本発明は、
コントロール電圧により共振周波数が決定され共振信号を生成する共振回路と、上記共振回路の共振信号をフィードバックして相互１８０°の位相差を有する２つの発振信号を生成して２つの出力端から出力する差動増幅回路と、上記差動増幅回路から生成される上記発振信号の利得を制御するアクティブ負荷を含む電圧制御発振部、及び
上記２つの発振信号の入力を受け各々のピークを検出して整流するピーク検出器と、上記ピーク検出器の整流された信号の入力を受け直流電圧に変換出力する低帯域通過フィルタと、上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧と事前に設定された基準電圧を比較してその比較した結果に伴い上記アクティブ負荷の抵抗値を制御する制御電圧を出力する比較器を含む自動振幅制御部を含み、
上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧が事前に設定された基準電圧より小さい場合、上記比較器は上記アクティブ負荷の抵抗値を増加させる制御電圧を出力して上記差動増幅回路から生成される上記発振信号の利得を増加させ、上記低帯域通過フィルタの出力直流電圧が事前に設定された基準電圧より大きい場合、上記比較器は上記アクティブ負荷の抵抗値を減少させる制御電圧を上記差動増幅回路から生成される上記発振信号の利得を減少させることを特徴とする自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機を提供する。
【００１３】
本発明のの好ましい実施形態において、上記共振回路は、上記２つの出力端の間に連結されたインダクタンスと、上記２つの出力端の間に連結され上記コントロール電圧によりキャパシタンス値が変動される可変キャパシタからなる並列共振回路である。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態において、上記差動増幅回路は、上記両出力端にドレインが各々連結され、ゲートとドレインが相互接続され、ソースが接地された２つのトランジスタを含むことが可能である。この際、上記２つのトランジスタは同一なｎチャネルＭＯＳＦＥＴであることが好ましい。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、上記アクティブ負荷は、上記両出力端にドレインが各々連結され、ソースが電源に連結され、ゲートが相互連結された２つのトランジスタを含むことが可能である。この場合、上記両トランジスタのゲートに上記自動振幅制御部内の比較器の制御電圧が入力される。上記２つのトランジスタは同一なｐチャネルＭＯＳＦＥＴであることが好ましい。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態において、上記自動振幅制御部は、任意の基準電圧を生成する基準電圧源をさらに含むことが可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、従来の電圧制御発振部に採用した電流源を除去した代わりにアクティブ負荷を適用してその抵抗値を調整することにより、出力される発振信号の振幅を効果的に制御することが可能で、電流源により流入されるノイズ成分による位相雑音を減少させることが可能な効果がある。また、本発明によると、電流源を利用しないことにより電流源による電圧消耗を低減することにより低電圧応用分野に適する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照に本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることが可能で、本発明の範囲が以下に説明される実施形態に限定されることではない。本発明の実施形態は本発明が属する技術分野において通常の知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供される。
【００１９】
図２は本発明の一実施形態に伴う自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機を図示した回路図である。図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態に伴う自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機は大きく電圧制御発振部１０と自動振幅制御部２０からなる。
【００２０】
上記電圧制御発振部１０は、コントロール電圧Ｖｃｔ１により共振周波数が決定され共振信号を生成する共振回路１１と、上記共振回路１１の共振信号をフィードバックして相互１８０°の位相差を有する２つの発振信号を生成して２つの出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２から出力する差動増幅回路１２と、上記差動増幅回路１２の利得を制御するアクティブ負荷Ｐ１、Ｐ２を含む。
【００２１】
より具体的に説明すると、上記共振回路１１は、２つの出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２の間に連結されたインダクタンスＬと、上記２つの出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２の間に連結され上記コントロール電圧Ｖｃｔ１によりキャパシタンス値が変動される可変キャパシタＣ１、Ｃ２からなる並列共振回路である。上記コントロール電圧Ｖｃｔ１は相互直列連結された可変キャパシタＣ１、Ｃ２の連結ノードに印加されることが可能である。
【００２２】
上記差動増幅回路１２は、上記両出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２にドレインが各々連結され、ゲートとドレインが相互接続され、ソースが接地された２つのトランジスタＮ１、Ｎ２を具備する。この際、上記２つのトランジスタＮ１、Ｎ２は相互同一なｎチャネルＭＯＳＦＥＴであることが好ましい。
【００２３】
上記アクティブ負荷Ｐ１、Ｐ２は、上記両出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２にドレインが各々連結され、ソースが電源に連結され、ゲートが相互連結された２つのトランジスタＰ１、Ｐ２を具備する。上記両トランジスタＰ１、Ｐ２のゲートに自動振幅制御部２０内の比較器２４の制御電圧が入力されその負荷の抵抗値が調整される。この際、上記２つのトランジスタＰ１、Ｐ２は同一なｐチャネルＭＯＳＦＥＴＰ１、Ｐ２であることが好ましい。
【００２４】
上記自動振幅制御部２０は、上記電圧制御発振部１０の両出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２から出力される２つの発振信号の入力を受け各々のピークを検出して整流するピーク検出器２１と、上記ピーク検出器２１の整流された信号の入力を受け直流電圧に変換出力する低帯域通過フィルタ２２と、上記低帯域通過フィルタ２２の出力直流電圧と事前に設定された基準電圧Ｖｒｅｆを比較してその比較した結果に従い上記電圧制御発振部１０内のアクティブ負荷Ｐ１、Ｐ２の抵抗値を制御する制御電圧を出力する比較器２４を具備する。
【００２５】
さらに、上記自動振幅制御部２０は、任意の基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧源２３をさらに含む。上記基準電圧源２３はシステムの要求条件などに従い使用者の設定により任意の値に調整された基準電圧を生成することが可能である。  
以上のような構成を有する本発明の好ましい実施形態に伴う自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機の作用を図２を参照にさらに詳細に説明する。
【００２６】
先ず、上記発振回路１０内の上記２つの可変キャパシタＣ１、Ｃ２の間にコントロール電圧Ｖｃｔ１が印加され可変キャパシタＣ１、Ｃ２の容量を制御することにより周波数が決定された共振信号が生成される。    
一方、上記差動増幅回路１２は２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｎ１、Ｎ２が相互軌還され差動形態のネガティブ（negative）抵抗を具現している。従って、上記発振回路１０から生成された共振信号の周波数をｆ０とすると、差動形態のネガティブ（negative）抵抗を具現する差動増幅回路１２の出力端（電圧制御発振部の出力端）ｏｕｔ１、ｏｕｔ２では各々ｆ０の周波数を有し相互１８０°の位相差を有する発振信号が発生される。従来には、上記差動増幅回路１２の利得を制御するためｎチャネルＭＯＳＦＥＴのソースに共通で連結された電流源（図１のＩｓ）を使用したが、本発明では電流源を使用せず、上記２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｎ１、Ｎ２の各ソースは共通で接地される。本発明は電流源により利得を制御せず、下記にさらに詳細に説明されるアクティブ負荷Ｐ１、Ｐ２により利得が制御される特徴を有する。
【００２７】
このように生成された２つの発振信号は自動振幅制御部２０のピーク検出器２１に入力される。上記ピーク検出器２１は各発振信号のピークを検出して、ポジティブ値の信号のみからなる整流された形態の信号を生成する。上記電圧制御発振部１０の出力端から出力される発振信号の周波数をｆ０とすると、上記ピーク検出器２１により整流された信号は２ｆ０の周波数を有することとなる。  
次いで、上記ピーク検出器２１によりｆ０の周波数を有する整流された信号は低域通過フィルタ２２に入力され、上記整流された信号のピーク部を相互繋ぐような形態の直流電圧に変換される。
【００２８】
次に、基準電圧源２３で事前に決定された任意の基準電圧Ｖｒｅｆと上記低帯域通過フィルタ２２から出力される直流電圧を比較器２４で比較してその比較された結果に伴う制御電圧を出力する。
【００２９】
上記比較器２４から出力される制御電圧は、上記低帯域通過フィルタのアクティブ負荷Ｐ１、Ｐ２の抵抗値を制御するに利用される。上記アクティブ負荷の抵抗値を制御することにより差動増幅機の利得を制御することが可能である。上記利得は下記数学式１のように表現されることが可能である。
【数１】
2007028613.tif 000003
【００３０】
（Ａｖ：利得、ｇｍ：トランスコンダクタンス、Ｒｄ：負荷の抵抗値）
従来の、自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機は上記式１でトランスコンダクタンスのｇｍを制御して利得を調整する反面、本発明ではｇｍを制御することが可能な電流源を除去したため、負荷抵抗値のＲｄを調整することにより利得を制御することとなる。
【００３１】
例えば、上記低帯域通過フィルタ２２の出力直流電圧が事前に設定された基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合、上記比較器２４は上記アクティブ負荷の抵抗値を増加させる制御電圧を出力して上記差動増幅回路１２から生成される上記発振信号の利得を増加させる。逆に、上記低帯域通過フィルタ２２の出力直流電圧が事前に設定された基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合、上記比較器２４は上記アクティブ負荷Ｐ１、Ｐ２の抵抗値を減少させる制御電圧を出力して上記差動増幅回路１２から生成される上記発振信号の利得を減少させる。
【００３２】
このように利得を増減させることにより出力される発振信号の出力スイング、即ち発振信号の振幅を所望の大きさに制御することが可能となる。上記基準電圧Ｖｒｅｆを適切に調整することにより発振信号の振幅を所望の大きさに制御することが可能となる。
【００３３】
本実施形態のように、上記アクティブ抵抗が、上記電圧制御発振部１０の両出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２にドレインが各々連結され、ソースが電源Ｖｄｄに連結され、ゲートが相互連結された２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴからなっている場合に、上記比較器２４は次のように動作する。
【００３４】
上記低帯域通過フィルタ２２の出力直流電圧が事前に設定された基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合、上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｐ１、Ｐ２のゲート電圧を増加させ上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｐ１、Ｐ２の抵抗値を増加させることにより上記差動増幅機の利得を増加させ、上記低帯域通過フィルタ２２の出力直流電圧が事前に設定された基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合、上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｐ１、Ｐ２のゲート電圧を減少させ上記２つのｐチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｐ１、Ｐ２の抵抗値を減少させることにより上記差動増幅機の利得を減少させることとなる。
【００３５】
このように、本発明に伴う振幅制御機能を有する電圧制御発振機は、電流源を使用しないことにより、電流源により流入されるノイズ成分による位相雑音を減少させながらも、自動振幅制御部を利用して効果的に電圧制御発振機の出力スイング（出力される発振信号の振幅）を制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の電圧制御発振機を図示した回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に伴う自動振幅制御機能を有する電圧制御発振機を図示した回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電圧制御発振部            ２０  自動振幅制御部
１１  共振回路                  ２１  ピーク検出器
２２  低帯域通過フィルタ                ２３  基準電圧源
２４  比較器
【図１】
2007028613.tif 000004
【図２】
2007028613.tif 000005