JP2000516430A - 発振器の周波数ずれの補償 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 発振器（ＯＳＣ）中の種々の異なるバイアスパラメータ（Ｖ，Ｉ）を変えることにより発振器（ＯＳＣ）の周波数ずれ（ΔＦ）を補償する。変化させるバイアスパラメータ（Ｖ，Ｉ）には、例えば電圧（Ｖ）又は電流（Ｉ）を独立的に又は組合せて含めることができ、これらは発振器（ＯＳＣ）の一部を形成するトランジスタに供給される。バイアスパラメータ（Ｖ，Ｉ）は、温度係数を適切に選択した１つ以上の素子により、或いは温度の関数として変化するバイアス電圧又はバイアス電流を生じる１つ以上のバイアス回路により、或いはこれらの双方により温度の関数として変えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 発振器の周波数ずれの補償発明の分野 本発明は、発振器の周波数ずれの補償に関するものである。背景技術 欧州特許出願公開第７４０，４２１号明細書には温度補償された圧電結晶発振 器が開示されている。この場合、発振周波数決定素子として用いられる圧電振動 子の温度依存周波数変化を補償するようにしている。発振器は、この振動子に加 えて、この振動子を駆動する発振器回路と、周囲の温度を検出する温度センサ回 路と、温度センサ回路により検出された温度に応答して振動子の周波数−温度特 性を補償するように制御される電源電圧ＶＤＤ（Ｔ）を発振器回路に供給する可 変電源回路とを具えている。発明の概要 本発明の目的は、種々の分野に対し、前記の背景技術で述べた場合よりも良好 に適した、発振器周波数ずれの補償を行うことにある。本発明による発振器、周 波数ずれ補償方法、集積回路及び受信機はそれぞれ、請求の範囲１、６、７及び ８に規定してある。本発明を実行するのに任意に用いて有利な追加の特徴は請求 の範囲の従属項に規定してある。 本発明は以下のことを考慮している。発振器に供給される電源電圧が変化する と、これにより周波数に影響を及ぼすばかりではなく、例えば位相雑音の点で発 振器の動作にも影響を及ぼす。従って、電源電圧を変えることにより発振器の周 波数ずれを補償すると、動作が許容しえない程度に悪くなるおそれがある。この おそれは、満足な周波数ずれ補償を達成するために電源電圧を比較的大きく変え る必要がある場合に、特に重大となる。電源電圧に最大レベルを与える場合、電 源電圧を変えうる範囲はあまりにも小さく、発振器の動作を劣化させることのな い満足な周波数ずれ補償を達成しえない場合もある。 本発明によれば、種々の異なるバイアスパラメータを変えて、発振器の周波数 ずれを補償する。発振器では、異なるバイアスパラメータの各々が変化すると、 これにより周波数と動作との双方に異なって影響を及ぼす。従って、種々の異な るバイアスパラメータを変えることにより、周波数ずれの補償に比較的大きな自 由度を与えるとともに、動作を満足に保つ。その結果、本発明による周波数ずれ 補償は比較的広範囲の分野に満足に適用しうる。 電源電圧が、変えられるバイアスパラメータの１つである場合には、この電源 電圧は比較的小範囲だけ変えれば足りる。その理由は、他のバイアスパラメータ が周波数ずれ補償に寄与する為である。しかし、電源電圧は必ずしも、変えられ るバイアスパラメータの１つとする必要はなく、この場合この電源電圧は固定値 にすることができる。いかなる場合にも、本発明では、電源電圧を比較的小範囲 のみで変えれば足り、或いは全く変えないでもよい為、本発明は低電圧分野に特 に適している。 或るバイアスパラメータを変化させる場合、発振器の周波数が変化する範囲は 一般に発振器の周波数に依存する。例えば、発振器の周波数が低い場合、この周 波数は或るバイアスパラメータの変化に応答して比較的小さい範囲で変化でき、 一方、発振器の周波数が高い場合、この周波数はバイアスパラメータの同じ変化 に応答して比較的大きな範囲で変化しうる。周波数ずれ特性が発振器の周波数の 関数とほぼ同様に変化しない場合には、周波数ずれを過補償又は不足補償するお それがある。本発明では、種々のバイアスパラメータを変える為、１つのバイア スパラメータによる過補償は他のバイアスパラメータによる不足補償により補償 でき、或いはその逆の補償を行うことができる。従って、発振器周波数の全範囲 に亙って満足な周波数ずれ補償を達成しうる。それ故、本発明は、例えば発振器 を可同調とした広帯域分野に特に適している。 本発明は、外部の共振回路に接続されて発振器を構成するように設計された集 積回路に適用して有利である。多くの分野では、この種類の通常の集積回路は、 満足な周波数ずれ補償を得るためのある温度係数を有する１つ以上の外部素子を 必要とする。更に、集積回路には、これらの素子を適切に接続するために比較的 多数のピンを設ける必要がある。これに対し、本発明によれば、集積回路中に設 けうる種々の異なるバイアスパラメータを変える回路又は素子又はこれらの双方 によって満足な周波数ずれ補償を達成しうる。この場合、満足な周波数ずれ補償 を達成するのに特別な外部素子を全く必要としないか、或いは少なくとも、この ような素子は比較的少数で足りる。更に、この理由で、外部の共振回路を集積回 路に接続するのに比較的少数のピンで足りる。従って、本発明によれば、この種 類の集積回路の適用分野及びピン効率を高めることができる。 本発明は、例えば受信信号の周波数を変換する混合搬送波を生じる発振器を有 する受信機に適用しうる。本発明は、前述したように、集積回路と比較的少数の 外部素子とを用いて発振器を構成しうる。従って、本発明は、このような受信機 の設計の容易性及び価格の低廉化に寄与する。 本発明及び本発明を実行する上で任意的に用いうる有利な追加の特徴は、以下 の図面に関する説明から明らかになるであろう。図面の簡単な説明 図中、 図１は、請求の範囲１に記載した本発明の基本的特徴を示す概念図であり、 図２〜５は、それぞれ、請求の範囲２〜５に記載した追加の特徴を示す概念図 であり、 図６は、本発明による集積回路の一例を示す回路図であり、 図７ａ及び７ｂは、図６の集積回路に用いるバイアス電圧源の例を示す回路図 であり、 図７ｃは、図７ａ及び７ｂのバイアス電圧源の電圧対温度特性を示すグラフで ある。図面の詳細な説明 最初に、符号の使用に関して幾つかの注意を行う。図面全体に亙って同様なも のには同じ文字符号を付した。１つの図に複数の同じものを示す場合がある。こ の場合、文字符号に数字を付し、同じものを互いに区別している。明細書及び請 求の範囲において、適切である場合には、符号中のいかなる数字も省略する。 図１は、本発明の基本的特徴を実線で示す。発振器ＯＳＣの周波数ずれΔＦは 、この発振器中の複数の異なるバイアスパラメータＶ，Ｉを変えることにより補 償される(≒−ΔＦ)。変化させるバイアスパラメータＶ，Ｉには、例えば電圧Ｖ 又 は電流Ｉを独立的に又は組合せて含めることができ、これらは発振器の一部を形 成するトランジスタに供給される。バイアスパラメータは、温度係数を適切に選 択した１つ以上の素子により、或いは温度の関数として変化するバイアス電圧又 はバイアス電流を生じる１つ以上のバイアス回路により、或いはこれらの双方に より温度の関数として変えることができる。 図１は、以下の特徴をも破線で示している。発振器ＯＳＣは、外部の共振回路 ＲＥＳに結合された集積回路ＩＣを以て構成することができる。発振器ＯＳＣは 受信機ＲＥＣ内に含め、例えばミクサＭＩＸにより受信信号Ｓrfの周波数を変換 する混合信号Ｓmixを生じるようにすることができる。 図２、３及び４は、以下のことを共通に有する追加の特徴を示す。すなわち、 発振器ＯＳＣ内の発振ループＬＯＯＰの一部を構成する増幅トランジスタＱＡが 存在する。 図２は、変化させられるバイアスパラメータの１つが増幅トランジスタＱＡの 制御端子Ｂにおけるバイアス電圧Ｖｂであることを示している。電圧Ｖｂを変え ることによりキャパシタンスＣcb／Ｃdgが変化する。このキャパシタンスは、増 幅トランジスタＱＡがバイポーラ型であるか或いは電界効果型であるかに応じて コレクタ及びベース間或いはドレイン及びゲート間にあるものである。殆どの分 野では、キャパシタンスＣcb／Ｃdgが発振周波数に比較的大きく影響を及ぼす。 従って、バイアス電圧Ｖｂの比較的わずかな変化でも、周波数ずれの補償に対し 適切に寄与させるのに充分である。従って、図２の特徴は低電圧分野で用いるの に特に適している。 図３は、変化させられるバイアスパラメータの１つが、主電流端子Ｃ、すなわ ち増幅トランジスタＱＡのコレクタ又はドレインにおけるバイアス電圧Ｖｃであ ることを示している。バイアス電圧は例えば、適切な温度係数を有する負荷抵抗 を主電流端子Ｃに接続することにより温度の関数として変えることができる。図 ３の特徴によっても前述したキャパシタンスＣcb／Ｃdgを変化させるため、図２ の特徴の利点に類似する利点が得られる。 図４は、変化させられるバイアスパラメータの１つが、主電流端子Ｅ、すなわ ち増幅トランジスタＱＡのエミッタ又はソースにおけるバイアス電流Ｉａである ことを示している。図４の特徴は以下のことを考慮している。殆どのバイアスパ ラメータに対しては、以下のことが当てはまる。バイアスパラメータが変化する ことにより、発振器の周波数決定回路に対し実際上並列に結合されているキャパ シタンスを変化させる。このような場合、例えば図２及び３で説明した特徴が当 てはまる。周波数決定回路が可同調である場合には、キャパシタンスの或る変化 の関数としての発振周波数の変化は発振周波数自体に依存する。一般に、発振周 波数が低い場合には、周波数決定回路自体のキャパシタンスは高く、従ってバイ アスパラメータを変化させることにより発振周波数に及ぼす影響は比較的わずか となる。しかし、発振周波数が高い場合には、周波数決定回路自体のキャパシタ ンスは低く、従ってバイアスパラメータを変化させることにより発振周波数に及 ぼす影響は比較的大きくなる。従って、発振周波数が低い場合不足補償となり、 或いは発振周波数が高い場合過補償となり、或いはその双方が生じるおそれがあ る。 図４の特徴を適用する場合、バイアス電流Ｉａの変化の関数としての発振周波 数の変化はその正負符号を変えて行うことができるということを確かめた。例え ば、発振周波数が低い場合、バイアス電流Ｉａの値を増大させることにより、発 振周波数を減少させることができ、これに対し、発振周波数が高い場合、バイア ス電流Ｉａの値を増大させることにより、発振周波数を増大させることができる 。発振周波数変化に当ってのこのような正負符号の変化により、いかなる過補償 又は不足補償をも減少させる。従って、図４の特徴は、例えば比較的広い周波数 範囲に亙って発振周波数を可同調とする広帯域分野に用いるのに特に適している 。 図５は以下の追加の特徴を示している。変化させられるバイアスパラメータの １つは、発振器ＯＳＣにおける発振ループＬＯＯＰから発振出力信号Ｓoscを取 出すバッファトランジスタＱＢの主電流端子Ｅにおけるバイアス電流Ｉｂである 。バッファトランジスタＱＢは発振ループＬＯＯＰに対する容量性負荷を構成す る。バイアス電流Ｉｂが変化すると、容量性負荷のインピーダンスが変化し、従 って発振周波数が変化する。発振周波数を適切に変化させるには、バイアス電流 Ｉｂを比較的わずかに変化させれば良い為、図２の特徴の利点に類似する利点が 得られる。 図６は本発明による集積回路ＩＣの一例を示す。この図６の集積回路ＩＣは２ つの接続ピンＰ１，Ｐ２を介して外部の共振回路（図６に図示せず）に結合しう る。適切な電源電圧が接続ピンＰ３，Ｐ４に与えられた状態で差動発振信号Ｓos cが生ぜしめられる。この差動発振信号Ｓoscは例えば、集積回路ＩＣに含めるこ ともできるミクサ回路を駆動するのに用いることができる。図６の集積回路は、 外部の共振回路が、テレビジョン帯域に亙って同調を達成するインダクタ及び電 圧制御キャパシタを有するテレビジョンチューナ分野に用いるのに特に適してい る。 図６の集積回路ＩＣは、差動対構造に配置した２つの増幅トランジスタＱＡ１ ，ＱＡ２より成る増幅器ＡＭＰと、容量性帰還回路網ＣＦＢとを有する。これら の素子が外部の共振回路と相俟って発振ループを構成する。差動発振信号Ｓosc は、カスコードトランジスタを介して出力抵抗Ｒｏに結合されている差動トラン ジスタ対ＱＢ１，ＱＢ２の形態のバッファＢＵＦＦにより発振ループから取出さ れる。 増幅器ＡＭＰ及びバッファＢＵＦＦは以下の通りにバイアスされる。バイアス 電圧源ＤＣＩ，ＤＣ２はそれぞれ温度依存バイアス電圧Ｖdc１及びＶdc２を生じ る。バイアス電圧Ｖdc１は、増幅器ＡＭＰ中の増幅トランジスタＱＡ１，ＱＡ２ のベースに、ベース抵抗ＲＢを介して印加される。バイアス電圧Ｖdc２は、テー ル電流トランジスタＱＴ１，ＱＴ２のベースに、ベース抵抗Ｒib及びＲibuffを それぞれ介して印加される。テール電流トランジスタＱＴ１，ＱＴ２はそれぞれ 、増幅器ＡＭＰ及びバッファＢＵＦＦに対しテール電流Ｉamp，Ｉbuffを生じる 。テール電流Ｉamp，Ｉbuffとバイアス電圧Ｖdc２との間の関係はそれぞれエミ ッタ抵抗Ｒamp，Ｒbuffの値に依存する。増幅トランジスタＱＡ１，ＱＡ２のコ レクタ電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２はそれぞれコレクタ抵抗Ｒｃの値に依存する。図６に 示す抵抗はＮ型拡散又はＰ型拡散のいづれかにより形成され、このＮ型拡散又は Ｐ型拡散をそれぞれ各抵抗に対し括弧中の２つの文字符号ＢＮ又はＰＸで示して ある。Ｎ型拡散によって形成した抵抗の温度係数はＰ型拡散によって形成した抵 抗の温度係数とは異なる。Ｐ又はＮの拡散の正しい選択はコレクタ抵抗Ｒｃに対 し特に重要である。その理由は、これらの拡散が、発振周波数に大きく影響を及 ぼすコレクタ電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２を決定する為である。 図７ａ及び７ｂはそれぞれバイアス電圧源ＤＣ１及びＤＣ２の例を示す。バイ アス電圧源ＤＣ１，ＤＣ２はトランジスタと抵抗とを以て構成され、これら抵抗 の値は図７ａ及び７ｂに一例として与えてある。接続ライン＋，Ｏ，−は図６に 示す接続ラインに対応する。図７ｃは、図７ａ及び７ｂのバイアス電圧源ＤＣ１ 及びＤＣ２のバイアス電圧対温度特性を示す。図７ｃでは、温度Ｔが横軸にプロ ットされ、２５℃でのバイアス電圧に対するバイアス電圧のずれの百分率ΔＶdc が縦軸にプロットされている。 本発明は図面及びこれらに関する説明に制限されるるものではない。請求の範 囲に入る種々の変形が存在すること明らかである。従って、以下の点に注意すべ きである。 種々のユニットに対する機能及び素子は物理的に種々に広がりを持たすことが できる。すなわち、図面は線図的なものであり、各図は本発明の可能な一実施例 のみを示すものである。 請求の範囲の括弧付符号は、請求の範囲の構成をこれらの符号の素子に限定す るものではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．発振器中のバイアスパラメータを変えることにより周波数ずれ（ΔＦ）を補 償する補償手段を有する当該発振器において、前記補償手段は、発振器中の種 々の異なるバイアスパラメータ（Ｖ，Ｉ）を変えるように配置されていること を特徴とする発振器。 ２．請求の範囲１に記載の発振器において、前記補償手段は、発振器中の発振ル ープ（ＬＯＯＰ）の一部を構成する増幅トランジスタ（ＱＡ）の制御端子（Ｂ ）におけるバイアス電圧（Ｖｂ）を変えるように配置されていることを特徴と する発振器。 ３．請求の範囲１に記載の発振器において、前記補償手段は、発振器中の発振ル ープ（ＬＯＯＰ）の一部を構成する増幅トランジスタ（ＱＡ）の主電流端子（ Ｃ）におけるバイアス電圧（Ｖｃ）を変えるように配置されていることを特徴 とする発振器。 ４．請求の範囲１に記載の発振器において、前記補償手段は、発振器中の発振ル ープ（ＬＯＯＰ）の一部を構成する増幅トランジスタ（ＱＡ）の主電流端子（ Ｅ）におけるバイアス電流（Ｉａ）を変えるように配置されていることを特徴 とする発振器。 ５．請求の範囲１に記載の発振器において、前記補償手段は、発振器中の発振ル ープ（ＬＯＯＰ）から発振出力信号（Ｓosc）を取出すバッファトランジスタ （ＱＢ）のバイアス電流（Ｉｂ）を変えるように配置されていることを特徴と する発振器。 ６．発振器（ＯＳＣ）の周波数ずれ（ΔＦ）を補償する方法において、この方法 が、発振器（ＯＳＣ）中の種々の異なるバイアスパラメータ（Ｖ，Ｉ）を変え る工程を有していることを特徴とする方法。 ７．外部の共振回路（ＲＥＳ）に接続されて発振器（ＯＳＣ）を構成するように 設計された集積回路（ＩＣ）において、この集積回路が、集積回路（ＩＣ）中 の種々の異なるバイアスパラメータ（Ｖ，Ｉ）を変えることにより発振器（Ｏ ＳＣ）の周波数ずれ（ΔＦ）を補償する手段を有していることを特徴とする集 積回路。 ８．請求の範囲７に記載の集積回路（ＩＣ）に結合された共振回路（ＲＥＳ）よ り成る発振器（ＯＳＣ）を具える受信機(ＲＥＣ)。