JPH01236802A - 電圧制御発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 局部発振回路などに使用される電圧制御発振器に関し、 安定性が高く、かつ周波数の可変幅の広い電圧制御発振
回路を実現することを目的とし、互いに同一の温度特性
を有し、電圧増加に対し周波数が上昇する特性を有する
電圧制御発振回路と、電圧増加に対し周波数が下降する
特性を有する電圧制御発振回路に対し、共通に同一制御
電圧を印加し、両電圧制御発振回路の出力信号をミキサ
ーにより混合しうるように、二つの電圧制御発振回路を
並列に接続し、両出力信号の差の周波数の信号を出力す
るように構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、局部発振回路などに使用される電圧制御発振
器に関する。

〔従来の技術］ 安定性の高い可変周波数の発振器として、第７図に示す
ようなフェイズロックドループ（ＰＬＬ）　シンセサイ
ザがよく用いられる。同図において、５は直流の制御電
圧■により、その出力周波数ｆｏが可変される電圧制御
発振回路であり、６は任意の分周比ｎが設定できる分周
回路、７は位相比較回路、８は低域通過フィルタである
。

位相比較回路７には、例えば水晶発振器などのような、
非常に安定性の高い基準発振器からの基準信号ｆｒと、
電圧制御発振回路５からの出力信号ｆｏを分周回路６に
おいてｎ分の１に分周した信号ｆｄが入力される。ここ
に基準信号ｆｒと信号ｆｄの周波数が異なるときは、そ
の位相の差に応じた電圧が位相比較回路７から出力し、
低域通過フィルタ８でろ波されて直流の制御電圧Ｖとな
る。そして、信号ｆｄの周波数が基準信号ｆｒの周波数
と一致するように、電圧制御発振回路５が動作し、出力
信号ｆｏを変化させる。すなわち分周比ｎを、例えば６
とし、基準信号ｒｒの周波数を１０ＭＨｚとすると、信
号ｆｄの周波数も１０ＭＨｚとなるように、出力信号ｆ
。

の周波数は、基準信号ｆｒの６倍の周波数である６０Ｍ
Ｈｚとなる。さらにこの出力信号ｆｏは、信号ｆｄとし
て帰還され、位相比較回路７において、常に基準信号ｆ
ｒと一致するように比較されているため、その安定度は
基準信号ｆｒの安定度に相当する。

また、分周比ｎを変えることにより、任意の周波数の出
力信号ｆｏを得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように安定性が高く、任意の可変周波数が得られる
ことから、ＰＬＬシンセサイザは広く普及しているが、
使用上の要求から、周波数の可変幅はより広いことが望
まれる。一方この要望を実現するためには、主として温
度特性に起因する電圧制御発振回路５における周波数安
定性を高める必要がある。第８図において、横軸を制御
電圧■、縦軸を出力信号ｆｏとして、電圧制御発振回路
５の特性を表すと、温度変化に対して完全に安定である
ときは、直線■７で示される。ところが、電圧制御発振
回路５の安定性が悪く、温度が変化することにより出力
信号ｆｏの周波数が変化するときは、同一制御電圧■に
対して、出力信号ｆｏの周波数は、ある幅をもつことに
なる。例えば、特性直線りに対する制御電圧ｖ１および
ｖ２における出力信号ｆｏを、それぞれｆｌ、ｆ２とす
ると、その周波数の可変範囲はｆｌｆｌ　（−Ｓｌ）と
なる。

一方電圧制御発振回路５の温度安定性が悪く、制御電圧
ｖ１における出力信号ｆｏの温度変化に対する周波数変
動幅の上限周波数をｆ３とし、制御電圧ｖ２における周
波数変動幅の下限周波数をｆ４とすると、周波数の可変
範囲はｆ４−ｆ３（＝Ｓ２）となり、図からも明らかな
ように、制御電圧■に対する電圧制御発振回路５の出力
信号ｆｏの可変範囲は狭くなる。

電圧制御発振回路５における回路素子として、従来から
水晶やコイルとコンデンサ（ＬＣ）による回路が主とし
て使用されてきた。水晶は安定性は高いが周波数の可変
幅が極端に狭く、またＬＣ回路は比較的可変幅は広いが
安定性が悪く、充分にその性能を発揮できない。

近年、リチウムタンタレ−）　（ＬｉＴａＯ３）振動子
を用いた電圧制御発振回路が開発され、水晶とＬＣ回路
の中間の特性が確認されているが、完全な問題点の解決
には至っていない。

本発明の技術的課題は、従来の電圧制御発振回路が持つ
このような問題点を解決し、安定性が高く、かつ周波数
の可変幅の広い電圧制御発振回路を実現することにある
。

〔課題を解決するための手段］ 第１図は本発明による電圧制御発振器の基本原理を説明
するブロック図である。■、２は電圧制御発振回路であ
り、互いに同一の温度特性を有するものとする。そして
電圧制御発振回路１は、電圧増加に対し周波数が上昇す
る特性を有し、電圧制御発振回路２は、電圧増加に対し
周波数が下降する周波数特性を有する。そして両型圧制
御発振回路１．２に対し、共通に同一制御電圧Ｖｆｃを
印加し、両型圧制御発振回路１．２の出力信号ｆ１、ｆ
２をミキサー３により混合しうるように、電圧制御発振
回路１と２を並列に接続し、岡山力信号ｆ１、ｆ２の差
の周波数の信号を出力するようになっている。

〔作用］ 第１図において、いま電圧制御発振回路１の制御電圧Ｖ
ｆｃに対する出力信号ｆ１の特性を、第２図に示すよう
に正の傾きを持つ特性とする。一方共通の制御電圧Ｖｆ
ｃにより制御される電圧制御発振回路２の、制御電圧Ｖ
ｆｃに対する出力信号ｆ２の特性は、第３図に示すよう
に負の特性を持つものとする。百出力信号ｆ１、Ｔ２は
、ミキサー３で混合されて、その差の周波数（ｆｌ−Ｔ
２）が選択され、さらに低域通過フィルタ４により高周
波成分が除去され、出力信号ｆ３として出力される。こ
の関係を第４図に示す。

例えば制御電圧ＶｆｃがＴ３のときの、出力信号ｆ１の
周波数を１５．０ＭＨｚとし、出力信号ｆ２の周波数を
１０．０ＭＩ（ｚとすると、出力信号ｆ３はその差の５
Ｍｌ１ｚになる。さらに制御電圧Ｖｆｃを変化し、Ｔ４
としたときの出力信号ｆｌの周波数が１５．１５ＭＨ２
、出力信号ｆ２の周波数が９．９ＭＨｚとすると、これ
らの差である出力信号ｆ３は５．２５Ｍ！（ｚとなる。

すなわち、制御電圧Ｖｆｃを、Ｔ３からＴ４に変化する
ことにより、０．２５Ｍ１ｌｚの周波数変化を得ること
ができる。このことは、単一の電圧制御発振回路１ある
いは２について考えてみたとき、同一の制御電圧Ｖｆｃ
の変化に対し、電圧制御発振回路１については０．１５
Ｍｔｌｚの周波数変化であり、また電圧制御発振回路２
については０．１　ＭＨｚの周波数変化しか得られない
のに対し、周波数変化の大幅な拡大が達成されたことに
なる。

また、温度変化に対する出力信号ｆ３の周波数の安定性
については、いま第５図に示すように、横軸を温度、縦
軸をある制御電圧Ｖｏにおける温度に対する周波数変化
Δｆとして表すと、ある基準の温度ｔｏにおける両型圧
制御発振回路１．２の周波数変化Δｆはゼロである。一
般に同一回路構成を採用すると、電圧制？１１１発振回
路１．２の温度特性は同様な傾向を示す。両型圧制御発
振回路１．２の温度係数を負とすると、第５図に示すよ
うに、温度上昇と共に周波数は低下する。しかし両型圧
制御発振回路１．２は、それぞれ固有の係数を持ち、電
圧制御発振回路１の温度特性はＴ１、電圧制御発振回路
２の温度特性はＴ２で示されるように、両温度特性Ｔ１
、Ｔ２の間には若干の差が生じる。両型圧制御発振回路
１．２は、制御電圧Ｖｆｃに対し出力信号ｆ１およびＴ
２の周波数が変化する方向が逆であるため、百出力信号
ｆ１とＴ２の差から求めた出力信号ｆ３の温度特性は、
両温度特性Ｔ１とＴ２の差であるＴ３として表される。

このことは、本来単一の電圧制御発振回路１あるいは２
においては、温度特性はＴ１あるいはＴ２に示されるよ
うに、大きな値を持っているのに対し、二つの電圧制御
発振回路１．２の出力信号ｆ１、Ｔ２を合成して出力信
号ｆ３を得るようにしたことにより、破線Ｔ３で示すよ
うに、温度変化に対する周波数変化が大幅に減少したこ
とになる。

〔実施例〕

次に本発明による電圧制御発振器が、実際上どのように
具体化されるかを実施例で説明する。第６図は本発明に
よる電圧制御発振器の実施例を示す回路図で、破線９１
で囲まれる部分が第１図の電圧制御発振回路１に、また
破線９２で囲まれる部分が電圧制御発振回路２に相当す
る。それぞれの回路はコルピッツ発振回路を形成してい
るが、共通の制御電圧Ｖｆｃにより、バリキャップ１１
．１２の容量を変化させ、発振周波数を変化させている
。バリキャップ１１．１２は、その両端にかかる電圧が
増加すると容量が小さ（なる。電圧制御発振回路９１に
おけるバリキャップ１１には、抵抗１３を介して制御電
圧Ｖｆｃがその両端に印加される。したがって制御電圧
Ｖｆｃを増加させると、バリキャップ１１の容量は減少
し、出力信号ｆ１の周波数は上昇する。

また電圧制御発振回路９２については、ハリキャップ１
２に加わる電圧は、電源電圧Ｖｃｃから制御電圧Ｖｆｃ
を差し引いた値となるため、制御電圧Ｖｆｃを増加させ
ると、ハリキャップ１２に印加される電圧は減少する。

したがってハリキャップ１２の容量は増加し、出力信号
「２の周波数は低下する。

破線１０で囲まれた部分は、第１図のミキサー３に相当
し、コイル１４とコンデンサ１５で形成される共振回路
により、出力信号ｆ１とＴ２の差の周波数が選択される
。

破線１６で囲まれた部分は、低域通過フィルタ４に相当
し、コンデンサＣとコイルＬで決まる遮断周波数（＝１
÷２πνＬ　Ｃ，’）より高い周波数は減衰させ、出力
信号ｆ１とｆ２の差の周波数の出力信号ｆ３を出力する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、電圧増加に対し周波数が
上昇する特性を有する電圧制御発振回路１と、電圧増加
に対し周波数が下降する特性を有する電圧制御発振回路
２を並列に接続して、共通に同一制御電圧Ｖｆｃを印加
し、両型圧制御発振回路１．２の出力信号ｆＬ　ｆ２を
ミキサー３により混合して、岡山力債号ｆ１、ｆ２の差
の周波数の信号ｆ３を出力する構成としたことにより、
周波数の可変幅を大幅に増加させることが可能になった
。また両型圧制御発振回路１．２の温度特性の差に相当
する温度特性を確保でき、非常に安定性を高めることが
可能となった。このことは、例えば可変幅＋１％、安定
度±５００ｐｐｍ、および可変幅−１％、安定度±５０
０ｐｐｍの二つの電圧制御発振回路を組み合わせて、本
発明による電圧制御発振器を構成したとすると、可変幅
斗２％、安定度±２５０ｐｐｍの電圧制御発振器を実現
できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電圧制御発振器の基本原理を示す
ブロック図、第２図、第３図は各電圧制御発振回路の周
波数特性図、第４図は各出力信号を示す図、第５図は電
圧制御発振回路の温度特性を示す図、第６図は本発明に
よる電圧制御発振器の実施例を示す回路図、第７図はＰ
ＬＬシンセサイザを示す図、第８図は電圧制御発振回路
の周波数可変特性を示す図である。 図において、１．９Ｌ２．９２は電圧制御発振回路、３
はミキサー、４は低域通過フィルタ、１１．１２はバリ
キャップをそれぞれ示す。 特許出願人　　　　　富士通株式会社 復代理人　弁理士　　福　島　康　文 水弁日月の慕木源埋 第曹図 ｃｏ　ｉ 周波数斜柱 第２図 ＣＯ２ 周液数將肚 第３図 出力信号ｑ持・圧 第４図 温度＠挫 第５図 り（＃０．の電圧索」部グヒ坂咎 第７図 圏ニｆ式Ｅ＠１ジ＝１変特）ｉ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに同一の温度特性を有し、電圧増加に対し周波数が
   上昇する特性を有する電圧制御発振回路（１）と、電圧
   増加に対し周波数が下降する特性を有する電圧制御発振
   回路（２）に対し、共通に同一制御電圧を印加し、両電
   圧制御発振回路（１）、（２）の出力信号（ｆ１）、（
   ｆ２）をミキサー（３）により混合しうるように、二つ
   の電圧制御発振回路（１）と（２）を並列に接続し、両
   出力信号（ｆ１）、（ｆ２）の差の周波数の信号を出力
   するように構成したことを特徴とする電圧制御発振器。