(57)【要約】【課題】位相ずれを確認する技術を提供する。【解決手段】プッシュ・プッシュ発振回路１００は、相互に逆位相で動作する、２つの発振器１、２と、２つの発振器１、２から出力された第1出力信号を合成する合成器１０１と、合成器１０１から出力された第２出力信号に含まれる第１出力信号の基本波を監視するための基本波監視回路１０２と、を備えている。即ち、基本波監視回路１０２を用いることで、合成器１０１から出力された第２出力信号に含まれる第１出力信号の基本波を確認することができる。第１出力信号の基本波を確認することで、合成器１０１に入力された２つの第１出力信号が逆位相であったか確認することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に逆位相で動作する２つの発振器と、
前記２つの発振器から出力された第1の出力信号を合成する合成器と、
前記合成器から出力された第２の出力信号に含まれる前記第１の出力信号の基本波を監視するための基本波監視回路と、
を備えたプッシュ・プッシュ発振回路。
【請求項２】
請求項１に記載のプッシュ・プッシュ発振回路であって、
前記２つの発振器のうち少なくとも何れかの前記第1の出力信号の位相を調整するための位相調整手段を有する、
プッシュ・プッシュ発振回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプッシュ・プッシュ発振回路であって、
前記基本波監視回路は、前記合成器から出力された第２の出力信号から、前記第１の出力信号の基本波を取り出すためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを通過した信号を半波整流する半波整流器と、
前記半波整流器によって半波整流された信号の電圧を時間平均する時間平均器と、
を有して構成されている、
プッシュ・プッシュ発振回路。
【請求項４】
相互に逆位相で動作する２つの発振器から出力された第１の出力信号を合成し、
合成後の第２の出力信号から前記第１の出力信号の基本波を取り出して半波整流し、半波整流後の信号の電圧を時間平均する、
プッシュ・プッシュ発振回路の位相ずれ監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプッシュプッシュ発振器及び位相ずれ監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、特許文献１は、コルピッツ型のプッシュ・プッシュ電圧制御発振回路を開示している。
【０００３】
一般に、プッシュ・プッシュ電圧制御発振回路は、同一構成の２つの発振器を逆位相で動作させ、各発振器からの出力信号を合成することで、理想的には、基本波は完全に抑圧され、２倍波のみを取り出すことができる回路とされる。また、相関関係にある２波の和は電圧和となるから約６ｄBアップとなるのに対し、相関関係にないノイズの和は電力和となるので約３ｄBアップとなり、これらの差分が位相雑音特性の向上に寄与するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５１３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、現実には、チップ部品とパッケージに実装されたディスクリートのデバイスをプリント基板上に配置することで２つの完全同一な発振器を構成することは無論、不可能である。デバイスやチップ部品の特性のバラツキ、パッケージ内部のワイヤー長のバラツキ、プリント基板の製造や部品実装条件の誤差などをゼロにすることができないからである。また、２つの発振器が仮にしっかりと逆位相で動作していたとしても、２波を合成する合成器に至るまでの回路において何らかの原因により位相がずれてしまうこともある。このため、位相雑音特性が低下したり、基本波の抑圧量が不十分となったりして、プッシュ・プッシュ電圧制御発振回路特有の上述したメリットを最大限引き出せないという問題があった。
【０００６】
本願発明の目的は、上述した課題の解決に寄与す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】
本願発明の第１の観点によれば、相互に逆位相で動作する２つの発振器と、前記２つの発振器から出力された第1の出力信号を合成する合成器と、前記合成器から出力された第２の出力信号に含まれる前記第１の出力信号の基本波を監視するための基本波監視回路と、を備えたプッシュ・プッシュ発振回路が提供される。
【０００８】
本願発明の第２の観点によれば、相互に逆位相で動作する２つの発振器から出力された第１の出力信号を合成し、合成後の第２の出力信号から前記第１の出力信号の基本波を取り出して半波整流し、半波整流後の信号の電圧を時間平均する、プッシュ・プッシュ発振回路の位相ずれ監視方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明によれば、前記基本波監視回路を用いることで、前記合成器から出力された第２の出力信号に含まれる前記第１の出力信号の基本波を確認することができる。前記第１の出力信号の基本波を確認することで、前記合成器に入力された２つの前記第１の出力信号が逆位相であったか確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、プッシュ・プッシュ発振回路の回路図である（第１実施形態）。
【図２】図２は、プッシュ・プッシュ発振回路の回路図である（第２実施形態）。
【図３】図３は、シミュレーション結果である（第２実施形態）。
【図４】図４は、シミュレーション結果である（第２実施形態）。
【図５】図５は、シミュレーション結果である（第２実施形態）。
【図６】図６は、プッシュ・プッシュ発振回路の回路図である（第３実施形態）。
【図７】図７は、シミュレーション結果である（第３実施形態）。
【図８】図８は、シミュレーション結果である（第３実施形態）。
【図９】図９は、シミュレーション結果である（第３実施形態）。
【図１０】図１０は、プッシュ・プッシュ発振回路の回路図である（第４実施形態）。
【図１１】図１１は、シミュレーション結果である（第４実施形態）。
【図１２】図１２は、シミュレーション結果である（第４実施形態）。
【図１３】図１３は、シミュレーション結果である（第４実施形態）。
【図１４】図１４は、プッシュ・プッシュ発振回路の回路図である（第５実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、図１を参照しつつ、本願発明の第１実施形態を説明する。
【００１２】
図１に示すプッシュ・プッシュ発振回路１００は、相互に逆位相で動作する２つの発振器１、２と、２つの発振器１、２から出力された第1の出力信号を合成する合成器１０１（合成回路）と、合成器１０１から出力された第２の出力信号に含まれる第１の出力信号の基本波を監視するための基本波監視回路１０２と、を備えて構成されている。
【００１３】
この基本波監視回路１０２を用いることで、合成器１０１から出力された第２の出力信号に含まれる第１の出力信号の基本波を確認することができる。第１の出力信号の基本波を確認することで、合成器１０１に入力された２つの第１の出力信号が逆位相であったか確認することができる。
【００１４】
（第２実施形態）
次に、図２〜５を参照しつつ、本願発明の第２実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
【００１５】
図２に、本実施形態に係るプッシュ・プッシュ発振回路としてのプッシュ・プッシュ電圧制御発振回路１００を示す。発振器１、２はコレクタ接地のクラップ型(コルピッツ型の変形回路)電圧制御発振器である。発振器１は、以下のように構成されている。
【００１６】
発振周波数を決めるために重要となるマイクロストリップ共振器Ln１の両端には、周波数の安定度を高めるコンデンサC10、C11が接続されている。コンデンサC11の他端は、発振トランジスタTr1のベース端と、抵抗R2と、抵抗R6に接続している。発振トランジスタTr1は、本実施形態においてバイポーラトランジスタである。抵抗R2の他端は接地している。抵抗R6の他端はオープンスタブOpenStub1と、発振トランジスタTr1のコレクタ端に接続している。発振トランジスタTr1のエミッタ端は、抵抗R4に接続している。抵抗R4の他端は、インダクタンスL3に接続している。インダクタンスL3の他端は接地している。
【００１７】
コンデンサC10の他端は、インダクタンスL1と、周波数を調整するためのバラクタダイオードX1に接続している。インダクタンスL1の他端は接地している。バラクタダイオードX1の他端は、節点Aに接続している。
【００１８】
発振器２は、発振器１と同構成となっている。即ち、マイクロストリップ共振器Ln2は、マイクロストリップ共振器Ln１に相当する。コンデンサC12、C13は、コンデンサC10、C11に夫々相当する。発振トランジスタTr2は、発振トランジスタTr1に相当する。抵抗R7は抵抗R6に、抵抗R3は抵抗R2に、抵抗R5は抵抗R4に、インダクタンスL4はインダクタンスL3に、オープンスタブOpenStub2はオープンスタブOpenStub1に、インダクタンスL2はインダクタンスL1に、バラクタダイオードX2はバラクタダイオードX1に夫々相当している。
【００１９】
そして、節点Aは、抵抗R1に接続している。抵抗R1の他端は電源APCVと、コンデンサC1に接続している。電源APCVは、バラクタダイオードX1とバラクタダイオードX2に負電圧を印加し、バラクタダイオードX1とバラクタダイオードX2の容量を調整する。コンデンサC1の他端は接地している。
【００２０】
発振トランジスタTr1には、電源Vcc1より電圧を印加し動作させる。詳しくは、発振トランジスタTr1のコレクタ端は、インダクタンスL5が接続している。インダクタンスL5の他端は、コンデンサC3と電源VCC1に接続している。コンデンサC3の他端は接地している。
【００２１】
同様に、発振トランジスタTr2には、電源Vcc2（位相調整手段）より電圧を印加し動作させる。詳しくは、発振トランジスタTr2のコレクタ端は、インダクタンスL6が接続している。インダクタンスL6の他端は、コンデンサC2と電源VCC2に接続している。コンデンサC2の他端は接地している。このように、発振トランジスタTr1を作動させる電源VCC1と、発振トランジスタTr２を作動させるVCC2は、夫々の発振トランジスタのバイアス条件や動作条件（動作点）を自在に別個独立して調整できるよう、共通電源ではなく個別電源としている。
【００２２】
発振トランジスタTr1のバイアスはセルフバイアス回路となっていて、抵抗R6,R2の分圧により発振トランジスタTr1のベース電圧を決定している。抵抗R6,R2の定数は、ベース電流が過大とならないように適度の高インピーダンスのものに選定する。発振器２についても同様である。
【００２３】
発振トランジスタTr1のベース端とバラクタダイオードX1との間には、前述の通りコンデンサC11、マイクロストリップ共振器Ln１、コンデンサC10を直列に接続している。発振器２についても同様である。
【００２４】
オープンスタブOPEN STUB1は所望の発振周波数の1/4λの長さのオープンスタブであり、RF的に発振トランジスタTr1の根本においてショートとする。発振器２についても同様である。
【００２５】
そして、発振トランジスタTr1のコレクタ端は、更に、コンデンサC4を介して合成器１０１に接続している。発振トランジスタTr1からの出力信号である第１出力信号（第１の出力信号）は、合成器１０１に入力される。同様に、発振トランジスタTr2のコレクタ端は、更に、コンデンサC5を介して合成器１０１に接続している。発振トランジスタTr2からの出力信号である第１出力信号（第１の出力信号）は、合成器１０１に入力される。本実施形態において合成器１０１は、ウィルキンソンディバイダである。合成器１０１は、発振器１（発振トランジスタTr1のコレクタ端）と、発振器２（発振トランジスタTr2のコレクタ端）と、から取り出した２波を合成する。合成器１０１は、両端がコンデンサC4とコンデンサC5に接続する抵抗R8を有して構成されている。プッシュ・プッシュ発振回路１００の出力端子１００ａは、合成器１０１の抵抗R8の両端に接続している。
【００２６】
この合成器１０１と出力端子１００ａを結ぶ信号線には、基本波監視回路１０２が設けられている。基本波監視回路１０２は、合成器１０１から出力された第２出力信号（第２の出力信号）に含まれる第１出力信号の基本波を監視するためのものである。基本波監視回路１０２は、フォトカプラｃｐ１と、抵抗R9と、ローパスフィルタLPF1と、ショットキーダイオードX4（半波整流器）と、抵抗R10と、コンデンサC6（時間平均器）と、を備えて構成されている。フォトカプラｃｐ１は、合成器１０１と出力端子１００ａを結ぶ信号線から第２出力信号を取り出す。フォトカプラｃｐ１の一端は抵抗R9に接続している。抵抗R9の他端は接地している。フォトカプラｃｐ１の他端はローパスフィルタLPF1に接続している。ローパスフィルタLPF1は、合成器１０１から出力されフォトカプラｃｐ１が取り出した第２出力信号から高調波を切り取り、第１出力信号の低調波から成る基本波のみを取り出すためのものである。ローパスフィルタLPF1の他端はショットキーダイオードX4と抵抗R10に接続している。ショットキーダイオードX4は、ローパスフィルタLPF1を通過した信号を半波整流する半波整流器である。ショットキーダイオードX4の他端は接地している。抵抗R10の他端はコンデンサC6に接続している。コンデンサC6は、ショットキーダイオードX4によって半波整流された信号の電圧を時間平均する時間平均器である。コンデンサC6の他端は接地している。ショットキーダイオードX4によって半波整流され、コンデンサC6により時間平均された基本波の電圧は、検波端子DET_Vでモニタ可能となっている。
【００２７】
図３〜図５には、電源APCV＝−１〜−５V時における発振器１、２の片側のシミュレーション結果である。図３ではVcc2=5[V]とし、図４ではVcc2=6[V]とし、図５ではVcc2=7[V]としている。Magnitude＞1.0且つPhase=0の時に発振可能であることを示している。Magnitudeは発振器１、２の負性抵抗(NR：Negative Resistance)と同義である。
【００２８】
図１において、発振器１と発振器２は発振を持続させるために逆位相で動作する。それは、２つの発振器１、２が相関関係をもって逆位相で動作するとき節点Aは仮想的に接地となり抵抗R1が見えず、逆位相で動作しないときは抵抗R1が終端抵抗と見えて発振が持続しないためである。しかし、節点Aにおいて逆位相となっていても前述したような課題により、２波を合成するときには位相がずれている場合が多い。それを判別するのが２波を合成した後に設けた基本波監視回路１０２である。フォトカプラｃｐ１により信号を取り出し、ローパスフィルタLPF1を通して２倍波などの高調波を切って基本波のみを得る。その基本波をショットキーダイオードX4により半波整流させ、検波端子DET_Vにてその半波整流された基本波の時間平均した電圧をモニターする。そして、その電圧値が最小となるようにVcc1もしくはVcc2を可変させて発振トランジスタTr1もしくは発振トランジスタTr2のセルフバイアス回路の条件を調整し、発振トランジスタTr1、Tr2の動作条件を調整する。発振トランジスタTr1、Tr2の動作条件等を調整することにより図３〜５のように発振器１、２のMagnitude・Phaseを変化させ、２つの発振器１、２からの第1出力信号をより逆位相に近い状態に追い込み、合成することが出来る。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態においては、基本波監視回路１０２を設けて基本波を電圧としてモニターし、その電圧値が最小となるように発振トランジスタTr1、Tr2のバイアス・動作条件を調整し２つの発振器１、２の信号をより逆位相に近くなるよう追い込むことにより、プッシュプッシュ構成のメリットを最大限引き出すことが出来るようになる。
【００３０】
詳しくは、上記第２実施形態は、要するに、以下の特徴を有している。
【００３１】
プッシュ・プッシュ発振回路１００は、相互に逆位相で動作する２つの発振器１、２と、２つの発振器１、２から出力された第1出力信号を合成する合成器１０１と、合成器１０１から出力された第２出力信号に含まれる第１出力信号の基本波を監視するための基本波監視回路１０２と、を備えている。即ち、基本波監視回路１０２を用いることで、合成器１０１から出力された第２出力信号に含まれる第１出力信号の基本波を確認することができる。第１出力信号の基本波を確認することで、合成器１０１に入力された２つの第１出力信号が逆位相であったか確認することができる。
【００３２】
また、２つの発振器１、２のうち少なくとも何れかの第1出力信号の位相を調整するための電源Vcc2（位相調整手段）を有する。以上の構成によれば、基本波監視回路１０２を用いつつ、合成器１０１に入力される２つの第１出力信号を逆位相に追い込むことが可能となる。
【００３３】
また、基本波監視回路１０２は、合成器１０１から出力された第２出力信号から、第１出力信号の基本波を取り出すためのローパスフィルタLPF1と、ローパスフィルタLPF1を通過した信号を半波整流するショットキーダイオードX4と、ショットキーダイオードX4によって半波整流された信号の電圧を時間平均するコンデンサC6と、を有して構成されている。以上の構成によれば、合成器１０１に入力された２つの第１出力信号が逆位相の関係からどの程度ずれていたかを定量的に把握することが可能となる。
【００３４】
（第３実施形態）
次に、図６〜９を参照しつつ、本願発明の第３実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
【００３５】
上記第１実施形態では、電源Vcc1もしくは電源Vcc2の出力電圧を増減させることにより発振トランジスタTr1もしくは発振トランジスタTr2のセルフバイアス回路の条件を調整し、発振トランジスタTr1、Tr2の動作条件を調整していた。これに対し、本実施形態では、図２に示す発振器２の発振トランジスタTr2のエミッタ端の抵抗R5（固定抵抗）を図６に示すように可変抵抗R5（位相調整手段）としている。そして、この可変抵抗R5の抵抗値を増減させることにより、発振トランジスタTr2のバイアス回路の条件や動作条件を調整することにしている。図７ではR5＝１５０[Ω]とし、図８ではR5=220[Ω]とし、図９ではR5=３３０[Ω]としたときのシミュレーション結果である。これら図７〜９に示すように、本実施形態の構成でも、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
（第４実施形態）
次に、図１０〜１３を参照しつつ、本願発明の第４実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
【００３７】
上記第１実施形態では、電源Vcc1もしくは電源Vcc2の出力電圧を増減させることにより発振トランジスタTr1もしくは発振トランジスタTr2のセルフバイアス回路の条件を調整し、発振トランジスタTr1、Tr2の動作条件を調整していた。これに対し、本実施形態では、図２に示す発振器２の発振トランジスタTr2のベース端とマイクロストリップ共振器Ln2との間にあるコンデンサC13を、図１０に示すように例えばバラクタダイオードのような可変型コンデンサC13（位相調整手段）としている。そして、この可変型コンデンサC13の容量を増減させることにより、発振トランジスタTr2のバイアス回路の条件や動作条件を調整することにしている。図１１ではC13＝0.55[pF]とし、図12ではC13=0.57[pF]とし、図１３ではC13=0.59[pF]としたときのシミュレーション結果である。これら図11〜13に示すように、本実施形態の構成でも、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３８】
（第５実施形態）
次に、図１４を参照しつつ、本願発明の第５実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第１実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
【００３９】
本実施形態では、２つの発振器１、２が完全に逆位相で動作はしているものの、発振器１、２と合成器１０１との間において位相がずれてしまっている場合を想定している。そこで、本実施形態では、発振器２の信号取り出し部の後ろに位相調整用回路１０３（位相調整手段）を設けている。位相調整用回路１０３は発振器２の発振トランジスタTr2のコレクタ端と、合成器１０１との間に、発振トランジスタTr2側から順に、コンデンサC5、バラクタダイオードX3、コンデンサC8を直列に接続した上で、更に、一端がコンデンサC5とバラクタダイオードX3の間に接続され他端が接地するコンデンサC6と、一端がバラクタダイオードX3とコンデンサC8の間に接続され他端が接地するインダクタンスL7と、によって構成されている。この構成で、バラクタダイオードX3の容量を電源Vadjにて調整することにより、２波の位相のずれを補正し、２波がより逆位相に近くなるように追い込むことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  発振器
２  発振器
１００  プッシュ・プッシュ電圧制御発振回路（プッシュ・プッシュ発振回路）
１０１  合成器
１０２  基本波監視回路
１０３  位相調整用回路（位相調整手段）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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