(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力（１６）を有する電圧制御発振回路（１０）であって：
（ａ）全体的に負抵抗を有する発振ループを有する発振段であって、前記発振段は出力に所定の周波数を有する発振信号を発生するように構成されており：
（ｉ）前記発振ループ内にある第１トランジスタ（２０）であって、前記第１トランジスタは第１および第２通電電極と制御電極とを有し、前記第１および第２通電電極は、前記発振段の前記出力と第１供給電圧端子（ＶＥＥ）との間に結合されており、前記第１トランジスタの前記制御電極は第１バイアス電圧を受け取るように結合されている、前記第１トランジスタ；および
（ｉｉ）前記発振段の前記出力と第２供給電圧端子（ＶＤＤ）との間に結合されており、前記第１トランジスタが低供給電圧で動作できるようにする、第１インダクタ（３８）；
から成る前記発振段；
（ｂ）前記発振段から前記電圧制御発振回路の出力に、前記発振信号を転送する、出力段であって：
（ｉ）第１および第２通電電極と制御電極とを有する第２トランジスタ（５０）であって、前記第２通電電極は前記発振段の前記出力に容量的に結合されており、前記第２トランジスタの前記制御電極は、第２バイアス電圧を受け取るように結合されている、前記第２トランジスタ；
（ｉｉ）前記第２供給電圧端子と、前記第２トランジスタの前記第１通電電極との間に結合されている第２インダクタ（５２）；および
（ｉｉｉ）前記第２トランジスタの前記第１通電電極と、前記電圧制御発振回路の出力との間に結合されている第１コンデンサ（５１）
から成る前記出力段；および
（ｃ）前記第１および第２供給電圧端子間に接続された同一バイアスネットワーク（２８、５６、７６）であって、前記第１および第２トランジスタにそれぞれ所定の電流を通電させるべく、前記第１および第２トランジスタの制御電極に、それぞれ前記第１および第２バイアス電圧を供給する前記同一バイアスネットワーク、
から成り、前記第２インダクタおよび前記第１コンデンサを用いて、前記電圧制御発振回路の出力に、所定の抵抗を与えることを特徴とする、電圧制御発振回路。
【請求項２】
請求項１記載の電圧制御発振回路において、前記発振段は更に：
第１および第２端子を有する第３インダクタ（２４）であって、前記第２端子が前記第１供給電圧端子に結合されている、前記第３インダクタ；
第１および第２端子を有する第２コンデンサ（２２）であって、前記第１端子が前記第３インダクタの前記第１端子に結合されており、前記第２端子が前記第１供給電圧端子に結合されている、前記第２コンデンサ；
前記第３インダクタの前記第１端子と前記第１トランジスタの前記制御電極との間に結合されている、第３コンデンサ（２１）；
前記第１トランジスタの前記第２通電電極と前記第１供給電圧端子との間に結合されている、第１抵抗器（３２）；
前記第１トランジスタの前記制御電極と前記第１供給電圧端子との間に結合されている、第２抵抗器（２８）；および
前記第１トランジスタの前記第２通電電極と前記第１供給電圧端子との間に結合されている、第４コンデンサ（３４）、
を含むことを特徴とする電圧制御発振回路。
【請求項３】
請求項２記載の電圧制御発振回路において、前記発振段は、更に、前記第１トランジスタの前記制御および第２通電電極間に結合されている、第５コンデンサ（３６）を含むことを特徴とする電圧制御発振回路。
【請求項４】
請求項１記載の電圧制御発振回路において、前記出力段は、更に：
前記第２トランジスタの前記第２通電電極と前記第１供給電圧端子との間に結合されている、第１抵抗器（６０）；および
前記第２トランジスタの前記制御電極と前記第１供給電圧端子との間に結合されている、第２コンデンサ（７２）、
を含むことを特徴とする電圧制御発振回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発振器に関し、例えば、低供給電圧で動作する、電圧制御発振回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電圧制御発振（ＶＣＯ）回路は、当技術では公知であり、例えば、位相ロックループにおけるように、多数の用途において利用されている。ＶＣＯ回路は、典型的にコンデンサのような可変素子を備えており、これを変化させてＶＣＯ回路の出力信号の周波数を調整できるようにしたものである。
【０００３】
ＶＣＯ回路は、典型的に、あるタイプの出力段を備えており、ＶＣＯ回路の出力インピーダンスが適切な値となるようにしている。結合コンデンサを介して発振回路に結合されている出力段が、１９９２年４月２１日に特許された米国特許第５１０７２２８号に開示されている。この特許は、調整可能な出力インピーダンスを与えるための、出力増幅器を有するＶＣＯ回路を開示している。しかしながら、図１および図２に示された回路は、共通エミッタ出力段を有しているが、これは高い利得増幅をもたらすものではない。更に、図１および図２に示された回路は、出力増幅器及び発振段の両方に、別個のバイアス電流を必要とするので、電力が効率的でない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、調整可能な出力インピーダンスを備えた出力段を有し、低供給電圧で動作するようにした、改良されたＶＣＯ回路を提供することが、必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＶＣＯ回路は、発振に負抵抗技術を利用した発振段を備え、更にこの発振段が低供給電圧で動作できるようにする第１インダクタを備えている。また、本発明のＶＣＯ回路は、第２インダクタと第１コンデンサとを含む出力段も備えており、ＶＣＯ回路の出力抵抗を、最大出力駆動能力に対して、調節することができる。
【０００６】
【実施例】
図１を参照すると、端子１６に出力を有する電圧制御発振（ＶＣＯ）回路１０を例示する、詳細な回路図が示されている。ＶＣＯ回路１０は、発振トランジスタ２０を含む発振段を備えている。発振トランジスタ２０は、ベースがコンデンサ２１を介して、並列接続された可変コンデンサ２２及びインダクタ２４の第１端子に結合されている。コンデンサ２２およびインダクタ２４の第２端子は、電位ＶEEが印加される第１供給電圧端子に結合されている。コンデンサ２１は、直流を遮断して、コンデンサ２２およびインダクタ２４からの洩れ電流が、トランジスタ２０のベースに流入するのを防止する。
【０００７】
トランジスタ２０のベースも、抵抗器２８を介して、第１供給電圧端子に結合されている。また、トランジスタ２０のベースは、コンデンサ３６を介して、回路ノード３０にも結合されている。コンデンサ３６は、トランジスタ２０のベース・エミッタ間容量の変動を最少に抑えるものである。トランジスタ２０のエミッタは、回路ノード３０に結合されており、抵抗器３２とコンデンサ３４とが、回路ノード３０と第１供給電圧端子との間に、並列に結合されている。トランジスタ２０のコレクタは、発振段の出力を表わすものである。また、トランジスタ２０のコレクタは、インダクタ３８を介して、電位ＶCCが供給される第２供給電圧端子に、結合されている。
【０００８】
ＶＣＯ回路１０は、トランジスタ５０を含む共通ベース出力バッファ段も備えており、当該出力バッファ段の出力を表わすトランジスタ５０のコレクタが、コンデンサ５１を介して端子１６に結合されている。また、トランジスタ５０のコレクタは、インダクタ５２を介して、動作電位ＶCCにも結合されている。トランジスタ５０のベースは、抵抗器５６を介して、トランジスタ２０のベースに結合されている。更に、トランジスタ５０のベースは、抵抗器７６を介して、動作電位ＶCCに結合されている。トランジスタ５０のエミッタは、出力バッファ段の入力を表わすものであり、コンデンサ５８を介して、トランジスタ２０のコレクタに結合されている。更に、トランジスタ５０のエミッタは、抵抗器６０を介して、動作電位ＶEEに結合されている。トランジスタ５０のベースは、コンデンサ７２を介して、動作電位ＶEEに結合されている。
【０００９】
動作中、発振段は、トランジスタ２０、抵抗器２８および３２、コンデンサ２１，２２，３４，３６、ならびにインダクタ２８および３８によって構成される。抵抗器２８は（抵抗器５６および７６と共に）、バイアスネットワークを形成し、トランジスタ２０および５０のベースに、所定のバイアス電圧を供給する。これら所定のバイアス電圧は、トランジスタ５０および２０に、所定の電流を通電させるものである。
【００１０】
ＶＣＯ回路１０は、インダクタ２４、コンデンサ２１，２２，３４，３６、トランジスタ２０および抵抗器３２とコンデンサ３４との並列結合で形成されたループにおける総合抵抗が負の場合、発振する。これは、エネルギを散逸する抵抗要素がない場合、理想的に調節された回路の発振に規則性がない(indefinite)という事実に基づいている。したがって、トランジスタの入力インピーダンスの実部分が十分負側にあり、ループに対して全体的に負の抵抗を生じるならば、ＶＣＯ回路１０は発振する。
【００１１】
トランジスタ２０の入力抵抗の計算についての分析は、「Modern Communication Circuit」(McGrwa-Hill Publishing Co.,1985)の第２４３〜２４５ページに詳しく論じられている。トランジスタ２０の入力インピーダンス（ｒi）の実部についての最終結果を、式１に示す。
【００１２】
ｒi = -ｇm／（Ｗ2 ｘ （ＣBE ＋ Ｃ36） Ｘ ＣE）
ここで、
ｇmはトランジスタ２０のトランスコンダクタンス、
Ｗは動作周波数、
ＣBEはトランジスタ２０のベース・エミッタ間容量、
Ｃ36はコンデンサ３６の容量、
ＣEはトランジスタ２０のエミッタから見た容量である。
【００１３】
式１に示したｒiの強度が、ループ内の他の全ての抵抗の合計より大きい場合、トランジスタ２０はインダクタ（またはコンデンサ）の散逸エネルギを供給することができることは、理解されなくてはならない。したがって、ＶＣＯ回路１０は、発振を維持することができる。
【００１４】
結果として、トランジスタ２０のコレクタに現れる信号は、［２  ｘ  ｐｉ  ｘ  （Ｌ  ｘＣequiv) -1/2]に実質的に等しい中央周波数（Ｆｃ）で発振する発振状信号である。ここで、ｐｉ＝３．１４１５９２７、Ｌはインダクタ２４のインダクタンス、そしてＣequivは式２で表わされるループの等価容量である。
【００１５】
Ｃequiv ＝  Ｃ22 ＋Ｃ21 ／／  ［（ＣBE20 ＋  Ｃ36 ）  ／／  Ｃ34 ＋ＣBE20  // (ＣCS20  ＋  Ｃ58 ／／Ｃ72／／ＣBE50) ]
ここで、
ＣBE20はトランジスタ２０のベース・エミッタ間容量、
ＣCB20はトランジスタ２０のコレクタ・ベース間容量、
ＣCS20はトランジスタ２０のコレクタ・基板間容量、
ＣBE50はトランジスタ５０のベース・エミッタ間容量であり、
／／は、「並列である」ことを意味する。
【００１６】
コンデンサ２２の値を変化させると、式２で表わした等価容量も変化し、これによってトランジスタ２０のコレクタに現れる信号の中央周波数を変化させることになることは、理解すべきである。更に、コンデンサ２２はバラクタの形を取ることもでき、このバラクタ間に印加される電圧を調整すれば、中央周波数も調整されることは、注意するに値しよう。
【００１７】
共通ベース出力バッファ段は、トランジスタ５０、抵抗器６０、およびコンデンサ７２を備えており、ここで、抵抗器２８，５６，７６が、前述のように、トランジスタ５０のベースに、所定のバイアス電圧を供給することが理解されよう。同一バイアスネットワークを備えてトランジスタ２０および５０のベースにバイアスすることによって、ＶＣＯ回路の全電力消費を低減することを実現することは重要である。共通ベース出力バッファ段は、トランジスタ５０のエミッタに入力を、そしてトランジスタ５０のコレクタに出力を有し、ここでトランジスタ５０は、トランジスタ２０のコレクタに現れる発振信号を出力端子１６に転送することによって、電流バッファとして作用する。また、トランジスタ５０は、トランジスタ２０のコレクタにおいて、低インピーダンス（そのエミッタ抵抗−ｒe）を与え、トランジスタ２０のコレクタ・ベース間容量のミラー逓倍(miller multiplier) 効果を減少させることによって、ＶＣＯ回路１０の上側の遮断周波数を高める。
【００１８】
コンデンサ７２は、出力バッファ段のための安定コンデンサ(stability capacitor)であり、一方抵抗器６０は、動作電位ＶCC、インダクタ５２、トランジスタ５０及び抵抗器６０からのバイアス電流経路を完成させるものである。
【００１９】
インダクタ３８は、インピーダンスの整合、およびトランジスタ２０のコレクタ電圧のための経路をもたらすものである。インダクタ３８を利用することによって、トランジスタ２０のコレクタは、トランジスタ２０を飽和させることなく、電圧ＶCC周囲で揺動できるようになっていることは、注意するに値しよう。更に、インダクタ３８も、インダクタ３８と関連する低い内部抵抗のために、ＶＣＯ回路１０がより低い供給電圧で動作できるようにするものである。
【００２０】
整合要素５１および５２を利用して、ＶＣＯ１０の出力（端子１６）に、所定の抵抗を与えることができる。更に、インダクタ５２も、上述のようにインダクタ３８がトランジスタ２０のコレクタにバイアスを供給するのと同様に、トランジスタ５０のコレクタにバイアスを供給する。ＶＣＯ回路１０の出力抵抗（ＲOUT）の計算は非常に複雑であり、簡素化した表現は含まれていない。しかしながら、実際の検査結果では、インダクタ５２またはコンデンサ５１の値を変化させることによって、端子１６における出力抵抗を、例えば５０オームのような所定値に調整することができることが、示されている。
【００２１】
要約すると、端子１６から見た出力抵抗は、整合要素５１および５２によって調整することができる。したがって、図１のＶＣＯ回路の出力インピーダンスは、端子１６に結合される回路（図示せず）の入力インピーダンスを、最大駆動能力に対して整合させるように設計することができる。更に、ＶＣＯ回路１０は、共通ベース出力バッファ段を備えており、これによって、電力散逸を最少に抑えると共に、高周波数特性を改良することができる。
【００２２】
先に論じたことから、低供給電圧で動作する新規な電圧制御発振（ＶＣＯ）回路が提供されたことは、今では明らかなはずである。ＶＣＯ回路は、負抵抗技術を利用して発振を行う発振段を備え、更に発振段が低供給電圧で動作できるようにする第１インダクタを備えている。また、ＶＣＯは、第２インダクタとコンデンサとを備え、ＶＣＯ回路の出力抵抗を最大出力駆動能力に対して調整できるようにした、出力段も備えている。
【００２３】
本発明をその具体的実施例について記載したが、多くの変更、修正および改造は、上述の説明を参照すれば、当業者には明白であろう。したがって、そのような変更、修正および改造は、添付の請求の範囲内に含まれることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、低供給電圧で動作する電圧制御発振回路を示す、詳細回路図。
【符号の説明】
１６  出力
１０  電圧制御発振回路
２０，５０  トランジスタ
２４，３８，５２  インダクタ
２１，２２，３４，３６，５１，７２  コンデンサ
２８，３２，６０  抵抗器
【図１】
0003802081.tif 000002