(57)【要約】【課題】増幅用のトランジスタに帰還容量成分Ｃ１及び結合容量成分Ｃ２の直列回路を接続したコルピッツ発振回路を用いた電圧制御発振器において、部品点数の削減に寄与できる技術を提供すること。【解決手段】トランジスタ２１のベースに接続された第１の伝送線路４１とトランジスタ２１のエミッタとアースとの間に接続された第２の伝送線路４２と、を備え、第１の伝送線路４１及び第２の伝送線路４２を互いに接近させて両者の間に線路間容量成分を形成する。この線路間容量成分を前記帰還容量成分Ｃ１として利用すると共に第２の伝送線路４２とアースとの間に形成される寄生容量成分を前記結合容量成分Ｃ２として利用する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振部にベースが接続された増幅用のトランジスタと、このトランジスタのベースとアースとの間に接続されると共に互いに直列に接続され、その間が前記トランジスタのエミッタに接続された帰還容量成分及び結合容量成分と、を備えたコルピッツ発振回路を用いた電圧制御発振器において、
前記トランジスタのベースに接続された第１の伝送線路と、
前記トランジスタのエミッタとアースとの間に接続された第２の伝送線路と、を備え、
前記第１の伝送線路及び第２の伝送線路を互いに接近させて両者の間に線路間容量成分を形成し、この線路間容量成分を前記帰還容量成分として利用すると共に、第２の伝送線路とアースとの間に形成される寄生容量成分を前記結合容量成分として利用するように構成したことを特徴とする電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルピッツ発振回路を用いた電圧制御発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、コルピッツ発振回路を用いた電圧制御発振器の回路構成の概略を示す図である。制御電圧は、可変容量素子であるバリキャップダイオードＶＤを介してコンデンサ１０１及びインダクタンス素子１０２を含む共振部に供給される。前記コンデンサ１０１は増幅部であるＮＰＮ型トランジスタ１０３のベースに接続され、前記ベースとコンデンサ１０１との接続点とアースとの間には、帰還容量であるコンデンサＣ１０及び結合容量であるコンデンサＣ２０の直列回路が接続されている。この例では、共振部により共振した周波数信号がトランジスタ２１により増幅されて、結合容量であるコンデンサＣ２０を介して共振部に帰還することにより、発振ループが構成されている。
【０００３】
この種の電圧制御発振器は、例えば携帯端末などの通信機器に使用されるが、機器の小型化に伴って配置スペースの狭小化が要求され、このため部品搭載数を低減して回路を簡素化するという要請がある。
【０００４】
特許文献１には、全体がマイクロストリップ線路で構成された高周波発振器において、平行に形成された２つのマイクロストリップ線路からなる結合線路を用いた技術が記載されている。また特許文献２には、互いに平行に伸びるマイクロストリップラインからなる結合線路を用いた誘電体共振器が記載されている。これら特許文献１、２は、上記の要請を解決するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６３９１９（図１、段落００１５）
【特許文献２】特開２００３−３４７８４５（図６及び段落００５１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、増幅用のトランジスタに帰還容量成分及び結合容量成分の直列回路を接続したコルピッツ発振回路を用いた電圧制御発振器において、部品点数の削減に寄与できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、共振部にベースが接続された増幅用のトランジスタと、このトランジスタのベースとアースとの間に接続されると共に互いに直列に接続され、その間が前記トランジスタのエミッタに接続された帰還容量成分及び結合容量成分と、を備えたコルピッツ発振回路を用いた電圧制御発振器において、
前記トランジスタのベースに接続された第１の伝送線路と、
前記トランジスタのエミッタとアースとの間に接続された第２の伝送線路と、を備え、
前記第１の伝送線路及び第２の伝送線路を互いに接近させて両者の間に線路間容量成分を形成し、この線路間容量成分を前記帰還容量成分として利用すると共に、第２の伝送線路とアースとの間に形成される寄生容量成分を前記結合容量成分として利用するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、増幅用のトランジスタに帰還容量成分及び結合容量成分の直列回路を接続したコルピッツ発振回路を用いた電圧制御発振器において、第１の伝送線路及び第２の伝送線路を互いに接近させて両者の間に線路間容量成分を形成し、この線路間容量成分を前記帰還容量成分として利用すると共に、第２の伝送線路とアースとの間に形成される寄生容量成分を前記結合容量成分として利用するように構成しているため、両容量成分を構成する素子を削減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る電圧制御発振器の一実施形態の回路構成示す回路図である。
【図２】前記実施形態に用いられる結合線路の等価回路を示す回路図である。
【図３】前記実施形態に係る電圧制御発振器の概観を示す概観図である。
【図４】前記実施形態の回路の要部について基板に実装した状態の一例を示す平面図である。
【図５】前記実施形態に用いられる結合線路を示す説明図である。
【図６】本発明に係る電圧制御発振器の他の実施形態の回路構成示す回路図である。
【図７】本発明に係る電圧制御発振器の更に他の実施形態の回路構成示す回路図である。
【図８】本発明の動作を確認するために行ったシミュレーションに基づく特性図である。
【図９】本発明の動作を確認するために行ったシミュレーションに基づく特性図である。
【図１０】従来のコルピッツ発振回路を適用した電圧制御発振器の回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明に係る電圧制御発振器の実施形態の全体構成を示す回路図である。共振部１は、導電線路からなるインダクタンス素子１１と容量素子であるコンデンサ１２との直列共振用の直列回路を備えている。インダクタンス素子１１には、可変容量素子であるバリキャップダイオード１３、１４及び容量素子であるコンデンサ１５からなる直列回路が並列に接続されていて、並列共振用の並列回路を構成している。即ちこの共振部１は、前記直列回路の直列共振周波数（共振点）と前記並列回路の並列共振周波数（反共振点）とを有しており、共振点の周波数により発振周波数が決まる。例えば共振点が反共振点よりも大きくなるように各回路要素の定数が設定されており、このように反共振点を持たせることにより共振点付近の周波数特性が急峻になる。
【００１１】
１６は制御電圧用の入力端子であり、この入力端子１６に供給される制御電圧によりバリキャップダイオード１３及び１４の容量値が調整され、これにより前記並列回路の反共振点が移動し、その結果共振点も移動して発振周波数が調整される。１７は電圧安定化用のコンデンサ、１８、１９はバイアス用のインダクタである。
【００１２】
また共振部１の後段側には、増幅部をなすＮＰＮ型トランジスタ２１が設けられており、このトランジスタ２１は、前記コンデンサ１２にベースが接続されている。トランジスタ２１のコレクタは、高周波カット用のインダクタンス素子３１、及びトランジスタ２１のコレクタ−エミッタ間の電位を決める抵抗素子３２の直列回路を介して電源端子３３に接続され、この電源端子３３とアースとの間にはトランジスタ２１のベース電位を決めるための抵抗素子３４、３５の直列回路が接続されている。
【００１３】
抵抗素子３４、３５の中点とトランジスタ２１のベースとの間には、第１の伝送路４１が接続されている。またトランジスタ２１のエミッタとアースとの間には、第２の伝送路４２、高周波カット用のインダクタンス素子４３及びトランジスタ２１のエミッタ電流を決めるための抵抗素子４４が接続されている。なお、各部を特定するために使用している「素子」という用語は、回路上その機能を発揮させる部位を意味し、独立した部品に限定されるものではなく、例えば導電路の抵抗値や形状を他の部位と変えることで構成する場合なども含まれる。
【００１４】
第１の伝送路４１及び第２の伝送路４２は、後述するように基板に互いに平行に接近して配置され、両者の間に適切な容量値の線路間容量成分が形成されるように構成されている。第１の伝送路４１及び第２の伝送路４２は、例えばマイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナ線路などにより構成される。
この容量値は、図１０に示した帰還容量素子Ｃ１０の容量値に相当する値であり、容量値が形成されている様子を図２（ａ）に模式的に示す。また第２の伝送路４２はアースとの間に寄生容量成分を形成しており、この寄生容量成分の容量値は、図１０に示した結合容量素子Ｃ２０の容量値に相当する値である。
【００１５】
従って図１におけるトランジスタ２１の周辺の回路は、図２（ｂ）に示す回路と等価である。Ｃ１、Ｃ２を夫々帰還容量成分及び結合容量成分という用語を用いて以降の説明を行う。図２（ｂ）に示すように、トランジスタ２１のエミッタからの高周波電流の一部は帰還容量成分Ｃ１を介してトランジスタ２１のベースに帰還されると共に、高周波電流の一部は結合容量成分Ｃ２を介して前記共振部１に戻る。このような回路では、外部から制御電圧が入力端子１６に入力されると、共振部１及びトランジスタ２１からなる発振ループにより前記共振点の周波数例えば１０ＧＨｚで発振する。
【００１６】
図１に戻って２２はバッファアンプであり、トランジスタ２１及びバッファアンプ２２は、ＩＣ回路部であるＩＣチップ２３の中に形成されている。図３は、この実施形態の電圧制御発振器の概観を示す斜視図である。５１は絶縁基板上に配線を形成したベース基板であり、５２は抵抗素子やインダクタンス素子などの部品を代表して模式的に示してある。Ｔ１〜Ｔ３はＩＣチップ２３の端子が装着される端子部を示している。絶縁基板としては例えばＡＴカット板の水晶を用いることができる。絶縁基板（水晶）５１の特性は、誘電率εが３．８程度、電気エネルギーの損失（誘電正接：ｔａｎδ）が０．００００８程度となっている。従って、このベース基板５のＱ値は、１２５００（＝１／０．００００８）程度となっている。
【００１７】
図４はベース基板５１の一部の領域を切り欠いて拡大して描画しており、ＩＣチップ２３がベース基板５に装着されている状態を模式的に表すためにＩＣチップ２３の輪郭を点線で示し、ＩＣチップ２３の端子部Ｔ１、Ｔ２を白丸で記載している。  
ベース基板５１上には図４に示すように、導電線路６とこの導電線路６から離間して配置された接地電極６１とが形成されている。これら導電線路６及び接地電極６１は例えばＣｒ（クロム）とＣｕ（銅）とが下側からこの順番で積層された金属膜により形成されたコプレナ線路に相当する。接地電極６１に相当する部分はハッチングを記載し、また導電線路６は前記ハッチングよりも線間隔の狭いハッチングを記載してある。
【００１８】
図４中、図１に示す符号と同じ符号が示しているものは、対応する素子あるいは成分を模式的に記載したものである。第１の伝送路４１及び第２の伝送路４２の寸法の一例を図５に示すと、第１の伝送路４１の幅Ｗ１は０．１ｍｍ、長さＬは２．５ｍｍ、第２の伝送路４１の幅Ｗ２は０．５ｍｍ、長さＬは２．５ｍｍ、であり、伝送路４１、４２の離間距離Ｄは０．０１ｍｍである。また例えば帰還容量Ｃ１及び結合容量は夫々３ｐＦ及び４ｐＦであり、発振周波数は例えば８ＧＨｚ〜９ＧＨｚである。
【００１９】
上述実施の形態では、前記第１の伝送線路４１及び第２の伝送線路４２を互いに接近させて両者の間に線路間容量成分を形成し、この線路間容量成分を帰還容量成分Ｃ１として利用し、また第２の伝送線路４２とアースとの間に形成される寄生容量成分を結合容量成分Ｃ２として利用するように構成している。このためこれら容量成分を容量素子により構成していた場合に比べて部品点数を減らすことができ、電圧制御発振器の設置スペースの狭小化を図る上で有効である。
【００２０】
また第１の伝送路４１の配置については、図１の配置に限らず、図６に示すように第１の伝送路４１の一端側をトランジスタ２１のべースに接続すると共に他端側を抵抗成分３５及びコンデンサ１２に接続する配置であってもよい。あるいは図７に示すように、第１の伝送路４１の一端側をトランジスタ２１のべース及び抵抗成分３５に接続すると共に他端側をコンデンサ１２に接続する配置であってもよい。
【００２１】
ここで図６の回路を用い、第１の伝送路４１及び第２の伝送路４２について図５にて記載した寸法で構成した場合において、制御電圧を０Ｖから１０Ｖに変化させたときの発振周波数と、１００ｋＨｚ離調時の位相雑音（キャリアに対する位相雑音の相対値）と、をシミュレーションにより求めたところ、図８及び図９に示す結果が得られた。なおインダクタンス素子１１は１．４ｎＨに、コンデンサ１２は０．１２ｐＦに夫々設定している。この結果から分かるように、第１の伝送路４１及び第２の伝送路４２を用いて帰還容量成分Ｃ１及び結合容量成分Ｃ２を構成しても、回路が動作することが裏付けられた。
【符号の説明】
【００２２】
１            共振部
１１          インダクタンス素子
１２          コンデンサ
２１          増幅部をなすトランジスタ
４１          第１の伝送路
４２          第２の伝送路
Ｃ１          帰還容量成分
Ｃ２          結合容量成分            
５１          ベースプレート
６            導電線路
６１          接地電極
【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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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月2日(2011.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2012216950.tif 000017
【図６】
2012216950.tif 000018
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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