JP4763622B2 - 電圧制御発振回路およびそれを用いた通信機器 - Google Patents
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Description
無線通信装置や記憶装置などの通信機器において発振周波数が可変の発振器は必須の回路である。通信機器の進展と共に、最近は、発振周波数がマイクロ波から高マイクロ波(6〜30GHz)、ミリ波(30〜300GHz)に及ぶ高周波の発振器が用いられるようになってきている。近年の無線通信システム用の無線通信モジュールでは、特にミリ波帯無線通信用途では発振器はミキサ回路に位相雑音が低く信号電力の大きなLO信号を供給する必要がある。
図1は、本発明の電圧制御発振回路による第1の実施形態を説明するための回路構成図である。図2は、第1の実施形態の電圧制御発振回路が基板上に作製された状態を示す斜視図である。図3は、第1の実施形態の電圧制御発振回路の反射特性を示す図である。
差動交流電流生成回路20によって生成された交流電流は、共振回路10に含まれないトランスフォーマ31、32とインピーダンス整合回路40によって所定の出力インピーダンスにインピーダンス変換され、出力される。トランスフォーマ31、32は共振回路に含まれないため、共振回路10は出力インピーダンスに関係なく電圧制御発振回路の性能(周波数可変範囲や位相雑音特性等)を最適になるように設計できる。そのため、共振回路のインピーダンスを所定のインピーダンスに整合させて直接出力するよりも、位相雑音特性を改善できる。
ミキサ303に接続された結線370は、図2の配線82、83に相当し、発振器305側から見た場合、各配線には、所定のインピーダンス例えば50Ωの入力インピーダンス(負荷抵抗)が各々接続されている。本発明によれば、発振器305の発振信号が、電源回路と分離して、トランスフォーマを介して出力されるので、低消費電力で0dBm以上の大きな信号電力をミキサ303に供給できる。
Claims (14)
- 第1のバイポーラ・トランジスタと第2のバイポーラ・トランジスタで構成される一対のバイポーラ・トランジスタを用いて構成され制御電圧によって共振周波数が変更される共振回路を含む差動コルピッツ発振回路と、
各々、誘導結合で結合された1次側インダクタと2次側インダクタを含む、第1のトランスフォーマと第2のトランスフォーマで構成される一対のトランスフォーマと、
前記一対のトランスフォーマの前記各2次側インダクタ間に接続されたインピーダンス整合回路と、
電流源回路とを備え、
前記第1のトランスフォーマの前記1次側インダクタの一端が前記第1のバイポーラ・トランジスタのエミッタ電極に接続され、
前記第2のトランスフォーマの前記1次側インダクタの一端が前記第2のバイポーラ・トランジスタのエミッタ電極に接続され、
前記一対のトランスフォーマの前記各1次側インダクタの各々の他端が結合されて前記電流源回路に接続され、
前記差動コルピッツ発振回路から出力される差動の交流電流が前記一対のトランスフォーマの前記1次側インダクタに入力され、入力された前記交流電流に対応する出力信号が前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタから出力される
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 第1のMOSトランジスタと第2のMOSトランジスタで構成される一対のMOSトランジスタを用いて構成され制御電圧によって共振周波数が変更される共振回路を含む差動コルピッツ発振回路と、
各々、誘導結合で結合された1次側インダクタと2次側インダクタを含む、第1のトランスフォーマと第2のトランスフォーマで構成される一対のトランスフォーマと、
前記一対のトランスフォーマの前記各2次側インダクタ間に接続されたインピーダンス整合回路と、
電流源回路とを備え、
前記第1のトランスフォーマの前記1次側インダクタの一端が前記第1のMOSトランジスタのソース電極に接続され、
前記第2のトランスフォーマの前記1次側インダクタの一端が前記第2のMOSトランジスタのソース電極に接続され、
前記一対のトランスフォーマの前記各1次側インダクタの各々の他端が結合されて前記電流源回路に接続され、
前記差動コルピッツ発振回路から出力される差動の交流電流が前記一対のトランスフォーマの前記1次側インダクタに入力され、入力された前記交流電流に対応する出力信号が前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタから出力される
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 請求項1または2において、
前記共振回路が、インダクタと可変容量で構成されて成る
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 請求項3において、
前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各一端は、一対の出力端子として構成され、
前記インピーダンス整合回路は、前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各他端の間に前記2次側インダクタと直列に接続されて成る
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 請求項3において、
前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各一端は、一対の出力端子として構成され、
前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各他端は互いに接続され、
前記インピーダンス整合回路は前記一対の出力端子の間に接続されて成る
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 請求項1において、
前記第1のバイポーラ・トランジスタに対応する第1の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1及び第2の固定容量と、
前記第2のバイポーラ・トランジスタに対応する第2の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1及び第2の固定容量とを備えて成り、
前記第1のバイポーラ・トランジスタのベース端子に、前記第1の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第2のバイポーラ・トランジスタのベース端子に、前記第2の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第1、第2組に属する前記共振回路用インダクタの他端は互いに接続されて第1の電圧端子に接続され、
前記第1組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第1組に属する前記第2の固定容量の一端と該第1組に属する前記可変容量の一端に夫々接続され、
前記第2組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第2組に属する前記第2の固定容量の一端と該第2組に属する前記可変容量の一端に夫々接続され、
前記第1組に属する前記第2の固定容量の他端は、前記第1のバイポーラ・トランジスタのエミッタ端子に接続され、
前記第2組に属する前記第2の固定容量の他端は、前記第2のバイポーラ・トランジスタのエミッタ端子に接続され、
前記第1、第2組に属する前記可変容量の他端は、互いに接続されて前記制御電圧の入力端子に接続されて成り、
前記一対のバイポーラ・トランジスタのコレクタ端子は、互いに接続されて第2の電圧端子に接続されて成り、
前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各一端は、一対の出力端子として構成され、該2次側インダクタの各他端は前記インピーダンス整合回路に接続されており、
前記インピーダンス整合回路は、抵抗と容量の並列回路を含んでいる
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 請求項2において、
前記第1のMOSトランジスタに対応する第1の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1及び第2の固定容量と、
前記第2のMOSトランジスタに対応する第2の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1及び第2の固定容量とを備えて成り、
前記第1のMOSトランジスタのゲート端子に、前記第1の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第2のMOSトランジスタのゲート端子に、前記第2の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第1、第2組に属する前記共振回路用インダクタの他端は互いに接続されて第1の電圧端子に接続され、
前記第1組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第1組に属する前記第2の固定容量の一端と該第1組に属する前記可変容量の一端に夫々接続され、
前記第2組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第2組に属する前記第2の固定容量の一端と該第2組に属する前記可変容量の一端に夫々接続され、
前記第1組に属する前記第2の固定容量の他端は、前記第1のMOSトランジスタのソース電極に接続され、
前記第2組に属する前記第2の固定容量の他端は、前記第2のMOSトランジスタのソース電極に接続され、
前記第1、第2組に属する前記可変容量の他端は、互いに接続されて前記制御電圧の入力端子に接続されて成り、
前記一対のMOSトランジスタのドレイン端子は、互いに接続されて第2の電圧端子に接続されて成り、
前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各一端は、一対の出力端子として構成され、該2次側インダクタの各他端は前記インピーダンス整合回路に接続されており、
前記インピーダンス整合回路は、抵抗と容量の並列回路を含んでいる
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 請求項1において、
前記第1のバイポーラ・トランジスタに対応する第1の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1の固定容量と、
前記第2のバイポーラ・トランジスタに対応する第2の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1の固定容量とを備えて成り、
前記第1のバイポーラ・トランジスタのベース端子に、前記第1の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第2のバイポーラ・トランジスタのベース端子に、前記第2の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第1、第2組に属する前記共振回路用インダクタの他端は互いに接続されて第1の電圧端子に接続され、
前記第1組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第1組に属する前記可変容量の一端と、前記第1のバイポーラ・トランジスタのエミッタ端子に夫々接続され、
前記第2組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第2組に属する前記可変容量の一端と、前記第2のバイポーラ・トランジスタのエミッタ端子に夫々接続され、
前記第1、第2組に属する前記可変容量の他端は、互いに接続されて前記制御電圧の入力端子に接続されて成り、
前記一対のバイポーラ・トランジスタのコレクタ端子は、互いに接続されて第2の電圧端子に接続されて成り、
前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各一端は、一対の出力端子として構成され、該2次側インダクタの各他端は前記インピーダンス整合回路に接続されており、
前記インピーダンス整合回路は、抵抗と容量の並列回路を含んでいる
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 請求項2において、
前記第1のMOSトランジスタに対応する第1の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1の固定容量と、
前記第2のMOSトランジスタに対応する第2の組に属する共振回路用インダクタ、可変容量、及び第1の固定容量とを備えて成り、
前記第1のMOSトランジスタのゲート端子に、前記第1の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第2のMOSトランジスタのゲート端子に、前記第2の組に属する前記共振回路用インダクタの一端と前記第1の固定容量の一端が夫々接続されて成り、
前記第1、第2組に属する前記共振回路用インダクタの他端は互いに接続されて第1の電圧端子に接続され、
前記第1組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第1組に属する前記可変容量の一端と、前記第1のMOSトランジスタのソース電極に夫々接続され、
前記第2組に属する前記第1の固定容量の他端は、該第2組に属する前記可変容量の一端と、前記第2のMOSトランジスタのソース電極に夫々接続され、
前記第1、第2組に属する前記可変容量の他端は、互いに接続されて前記制御電圧の入力端子に接続されて成り、
前記一対のMOSトランジスタのドレイン端子は、互いに接続されて第2の電圧端子に接続されて成り、
前記一対のトランスフォーマの前記2次側インダクタの各一端は、一対の出力端子として構成され、該2次側インダクタの各他端は前記インピーダンス整合回路に接続されており、
前記インピーダンス整合回路は、抵抗と容量の並列回路を含んでいる
ことを特徴とする電圧制御発振回路。 - 基板と、
該基板上に設けられた請求項1または2に記載の電圧制御発振器と、
前記基板上に設けられ、前記電圧制御発振器の出力信号を局部発振信号に用いるミキサと、
前記基板上に設けられ前記電圧制御発振器と前記ミキサとを接続する結線とを備えて成る
ことを特徴とする通信機器。 - 送信する信号の周波数を変換する送信用ミキサ及び低雑音増幅器の出力信号の周波数を変換する受信用ミキサを有し、
低雑音増幅器と、前記受信用ミキサと、周波数変換のための局部発振信号を生成して前記受信用ミキサに出力する受信用発振器と、前記送信用ミキサと、周波数変換のための局部発振信号を生成して前記送信用ミキサに出力する送信用発振器を含んで成る送受信回路が、同一実装基板上に構成されて成り、
前記受信用発振器もしくは前記送信用発振器の少なくとも1つが、請求項1または2に記載の前記電圧制御発振器で構成されて成る
ことを特徴とする通信機器。 - 請求項11において、
受信用アンテナによって受信された受信信号を増幅する前記低雑音増幅器と、
前記送信用ミキサの出力信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力を送信する送信用アンテナとを具備して成る
ことを特徴とする通信機器。 - 請求項12において、
前記低雑音増幅器と、前記受信用ミキサと、前記受信用発振器と、前記送信用ミキサと、前記送信用発振器とを含んで成る送受信回路が、同一半導体基板上に構成されて成る
ことを特徴とする通信機器。 - 請求項1または2に記載の電圧制御発振器と、鋸歯状波発生器の出力により開閉するオン/オフ変調器とを備えた通信機器であって、
前記通信機器がパルスレーダ形式の無線レーダ送受信機であり、
前記電圧制御発振器の出力信号が前記オン/オフ変調器で変調され、アンテナから送信されるように構成されて成る
ことを特徴とする通信機器。
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