JPH09260944A - 電圧制御発振器 - Google Patents

電圧制御発振器

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JPH09260944A
JPH09260944A JP9605296A JP9605296A JPH09260944A JP H09260944 A JPH09260944 A JP H09260944A JP 9605296 A JP9605296 A JP 9605296A JP 9605296 A JP9605296 A JP 9605296A JP H09260944 A JPH09260944 A JP H09260944A
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JP
Japan
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circuit
impedance
controlled oscillator
voltage controlled
impedance transformation
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Application number
JP9605296A
Other languages
English (en)
Inventor
Sotaro Tsukamoto
宗太郎 塚本
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インピーダンス整合が容易な電圧制御発振器
を提案する。 【解決手段】 インピーダンス整合回路Mを、出力端子
の直前段に接続したため、該インピーダンス整合回路M
を調整することにより、インピーダンスZ0 の値が50
Ωとなる出力信号を発生させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハム,トランシー
バー,携帯電話,自動車電話,ポケベル,モービルコン
ピューティング,無線LAN,モービルターミナル,ラ
ジオ,TV等あらゆる無線機器等に適用される電圧制御
発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】電圧制御発振器(VCO)は、一般に、
図11で一例を示すように、共振回路xと、負性抵抗回
路yと、緩衝回路zとを備えて構成される。この回路は
発振用トランジスタTrと周波数可変用の可変容量ダイ
オードDとを備えており、共振回路Xは、厚膜又は薄膜
LC素子や水晶、誘電体共振器、弾性表面波素子等を用
いたLCR共振器RESと、可変容量ダイオアードD等
により構成される。尚、緩衝回路zは負荷変動によって
発振周波数が変動するのを防止するものであるが、必ず
しも必要なものではない。
【0003】かかる電圧制御発振器は、多層基材の表面
にトランジスタ,ダイオード等のディスクリート部品を
実装することにより構成して、小型化、薄肉化を計って
いる。一方、通常、通信回路の特性インピーダンスは5
0Ωと決まっているため、電圧制御発振器の出力端子側
からみた出力インピーダンスZOUT も50Ωでなくては
ならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の電圧制御発振器
にあって、上述したように出力インピーダンスZOUT が
50Ωとなるようにするためには、電圧制御発振器を構
成する多層基材の配線の特性インピーダンスZO を全
て、50Ωとなるようにするのが望ましい。
【0005】ところで、基板基材の材料と層構造が決ま
れば、インピーダンス整合を取るためには、配線幅は一
義的に決まってしまう。このため、多層基材の全配線
で、特性インピーダンスZ0 が50Ωとなるようにする
ためには、各薄膜上に形成されるストリップ線路の線幅
が100μmより細い配線になってしまい、線幅が狭す
ぎて、製造上の限界を越えてしまう場合があり得る。
【0006】例えば、図12の構成にあって、特性イン
ピーダンスZ0 を50Ωに整合した場合の配線幅は、導
体層M3 (接地電極層)からの離間距離と関係する誘電
率により、理論上、導体層M6 :300μm,導体層M
5 :150μm,導体層M4:60μmとなったとす
る。ところが、セラミックスの同時焼成の限界配線幅は
100μmであり、これ以下の配線幅にあっては、焼成
時に断線を生じる恐れがある。従って、導体層M4 に
は、配線幅100μm未満であるため、配線路を形成す
ることができないことになる。そこで配線が設けられる
ような、無駄のある層構造とするか、または、インピー
ダンス整合を諦めるかのいずれかを選択せざるをえな
い。しかしこのように、多層基材の配線で、インピーダ
ンス整合がとれないと、反射損失が大きくなり、この多
層基材を用いては、C/Nの良好な電圧制御発振器を実
現することが困難となる。
【0007】逆に、特性インピーダンス50Ωの線幅で
は太くなりすぎて、小型化の支障となるという事態も予
想される。尚、図12中、NはTiO2 −BaO3 系の
高誘電率、低損失の磁器よりなる多数の誘電体層であ
り、導体層Mを該誘電体層Nに一体に積層している。本
発明は、かかる従来構成の問題点を除去することを目的
とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、共振回路を備
えた電圧制御発振器において、該発振器からの出力イン
ピーダンスを所要値に設定するためのインピーダンス変
成回路を備えると共に、単層基材あるいは多層基材と、
その基材に実装した回路部品によりインピーダンス変成
回路と共振回路等を一体的に組み付けて構成したことを
特徴とする電圧制御発振器である。
【0009】この構成例としては、インピーダンス変成
回路を薄膜上に形成し、該薄膜を含む多層基材によりイ
ンピーダンス変成回路と共振回路等を一体的に組み付け
たものが提案され得る。
【0010】また、プリント基板上にインピーダンス変
成回路及び共振回路等を担持して、共振回路の出力側に
インピーダンス変成回路を接続することにより、プリン
ト基板を介して一体的に組み付けて構成してもよい。こ
の場合に、インピーダンス変成回路をプリント基板上に
担持し、かつ該プリント基板上に共振回路を備える多層
基材を担持して、共振回路の出力側にインピーダンス変
成回路を接続することにより、プリント基板を介して一
体的に組み付けて構成することもできる。
【0011】ここで、前記インピーダンス変成回路を、
出力端子の直前段に配置する構成が提案される。また、
前記インピーダンス変成回路を、共振回路の出力端に接
続するようにした回路構成としても良い。さらには、前
記インピーダンス変成回路を、電圧制御発振器を構成す
る発振用あるいは、緩衝回路用の能動素子の前後、ある
いは前後いずれか一方に配置するようにした回路構成と
しても良い。
【0012】また、上述の各構成にあって、前記インピ
ーダンス整合回路を含む、電圧制御発振器回路を構成す
る受動素子、すなわちインダクタ、キャパシタ、抵抗、
あるいは、それらの合成である分布定数素子等の一部、
又は、全部を前記プリント基板の内部に埋設するか、あ
るいは、プリント基板上に薄膜パターンとして担持する
ようにしても良い。
【0013】かかる構成にあって、インピーダンス変成
回路を共振回路の出力側に接続したため、該インピーダ
ンス変成回路を調整して、出力インピーダンスZOUT の
値を50Ωとし、かつ、多層基材内の配線の全部あるい
は、一部の特性インピーダンスZO を50Ω以外の値に
することができる。従って、多層基材の配線幅を自由自
在に、所望の値に変えられ、かつインピ−ダンス整合を
取ることが可能となるから、反射損失によるC/Nの劣
化も起きない。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の電圧制御発振器
(VCO)の回路構成の一例を示すものである。この回
路構成は、共振回路x,負性抵抗回路y及び緩衝回路z
のほか、出力端子の直前段に、本発明の要部に係るイン
ピーダンス変成回路Mが配置されてなる。
【0015】ここで、この共振回路xと負性抵抗回路y
は、発振用トランジスタTr、各種コンデンサC、各種
抵抗R、共振器L、周波数可変用の可変容量ダイオード
D等で構成されている。また共振器RESは厚膜又は薄
膜LC素子や水晶、誘電体共振器、弾性表面波素子等が
用いられる。そしてこの回路のコントロール端子に制御
電圧を印加すると、該制御電圧の大きさに対応した周波
数で発振し、コンデンサC0 を介して緩衝回路zへ出力
信号が送り出されることとなる。尚、回路によっては結
合コンデンサC0 を除く場合もある。
【0016】この緩衝回路zは、バッファアンプAPに
より構成され、インピーダンス変成回路Mへ出力信号を
送り出す。尚、この緩衝回路zは負荷変動によって発振
周波数が変動するのを防止するものであるから、必須な
ものではない。
【0017】このインピーダンス変成回路Mとしては、
図1で示すLCの並列回路のほかに、RCの並列回路、
トランス等によって構成され、その各要素のL,C,R
等を選定することにより、出力インピーダンスZout を
50Ωに、インピーダンス変成回路の入力インピーダン
スZinを、図中でインピーダンス変成回路より左の回路
において、望む配線幅の特性インピーダンスZO と等し
くなるようにすれば良い。
【0018】このインピーダンス変成回路Mは、具体的
には、図2,3で示すマイクロストリップ線路10,2
0をあらかじめ誘電体薄膜3上に形成することにより構
成され、これを他の薄膜に積層することによって、図
7,8で示す多層基材2に組み込まれる。
【0019】ここで、図2は、ミアンダ線路11によ
り、インダクタンスLを形成すると共に、扇状のコンデ
ンサ電極12を分岐してなるマイクロストリップ線路1
0からなる集中定数型のインピーダンス変成回路Mを示
し、ミアンダ線路11を電圧制御発振器(VCO)の内
部回路と接続すると共に、図8で示すように誘電体薄膜
3の厚みにより絶縁部を形成して、コンデンサ電極12
と、他の導電路側に形成されたコンデンサ電極13間で
コンデンサーCを構成するようにしている。図6はこの
等価回路を示すものである。かかる構成にあっては、
L,Cを設定することにより、任意のインピーダンスを
生成することが可能となる。この場合にL,Cと、出力
端子又はアース端子との接続関係は、図1と図6とを比
較して解るように、逆配列としても良い。
【0020】この構成にあって、電圧制御発振器(VC
O)の内部回路側から、50Ω以外のインピーダンスか
らなる出力が発生する場合には、上述のL,Cをあらか
じめ設定することにより、該インピーダンス変成回路M
の出力側を50Ωの出力インピーダンスZ0UT とするこ
とができる。
【0021】また、図3は、電圧制御発振器(VCO)
の内部回路と接続する直線状の主導電路21に、直交状
に開放スタブ22を延出して構成した分布定数型のマイ
クロストリップ線路20からなるインピーダンス変成回
路Mを示し、図中L1 とL2の長さを設定することによ
り、インピーダンスを随意に生成できる。このため、出
力側のインピーダンスZ0UT が50Ωとなるように、調
整可能となる。
【0022】上述の図2,3の構成にあっては、誘電体
薄膜3上にスクリーン印刷等で、ストリップ線路10,
20を形成するだけでインピーダンス変成回路Mを構成
し得るから、多層基材2への組み付けが容易となる。そ
のほか、インピーダンス変成回路Mとしては、ディスク
リート部品のコイル、コンデンサを用いたり、トランス
を用いる等種々の構成が採用され得る。
【0023】図4,図5にそれぞれ分布定数型マイクロ
ストリップ線路で形成したインピーダンス変成回路の例
の他の形態を示した。図4のインピーダンス変成回路
は、所望の入出力インピーダンスZin,Zout に対し、
Zinと特性インピーダンスが等しくなるように、線幅W
1 を設定した入力線路31と、同様に、Zout と特性イ
ンピーダンスが等しい線幅W2 に設定した出力線路32
及びその間に直列に挿入した、特性インピーダンスが等
しい線幅W3 を設定し、かつ長さλg/4の分布定数線
路33からなる、マイクロストリップ線路30aで構成
されている。また、図5は入出力線路31,32の間に
テーパ状をなす所要長さの分布線路33’を直列に挿入
したマイクロストリップ線路30bで構成したものであ
る。
【0024】かかるマイクロストリップ線路10,2
0,30a,30b等を形成された誘電体薄膜3をセラ
ミックス多層基材2に積層して、電圧制御発振器(VC
O)を、モジュール化するには、図7,8で示すよう
に、所要の薄膜の表面に、ストリップ線路からなる共振
器Lや各種コンデンサ,コイル及び所要の配線を構成し
得る導電パターンを形成し、前記誘電体薄膜3を他の薄
膜と共に積層して、同時焼成することにより、セラミッ
クス多層基材2を構成する。そして、その表面に、トラ
ンジスタ,ダイオード等のディスクリート部品を実装し
たプリント基板5を積層して、電圧制御発振器1aを構
成する。
【0025】ここで図7,8で示すように、セラミック
ス多層基材2の最上部にマイクロストリップ線路10が
形成された誘電体薄膜3を配置した場合には、直下層に
形成したアース電路7と、緩衝回路zの出力端8とに接
続する。また前記コンデンサCは、誘電体薄膜3を介し
て、コンデンサ電極12,13間に形成される。尚、誘
電体薄膜3は、セラミックス多層基材2の中間層に配設
しても良い。
【0026】而して、誘電体薄膜3が積層されてなるセ
ラミックス多層基材2を同時焼成し、さらにその上にデ
ィスクリート部品を実装することによって、電圧制御発
振器が一体的に形成される。尚、このセラミックス多層
基材2は、上下の表層のみ二次的にメタライズして、導
電パターンを形成するようにしても良い。また、このほ
か、プラスチックスセラミックス多層基材2を用いても
良い。そして、このセラミックス多層基材2上に、トラ
ンジスタ、ダイオード、チップコンデンサ、チップ抵抗
等のディスクリート部品が実装されることとなる。さら
には、共振器Lも、内側の薄膜層上でストリップライン
により構成しないで、上述のディスクリート部品と同様
に、同軸共振器,誘電体共振器等を表面実装することに
より、回路に組み込むようにしても良い。
【0027】かかる構成にあっては、出力端子の直前段
に、所要のインピーダンスに変換するインピーダンス変
成回路を接続したため、上述したように、該インピーダ
ンス変成回路Mを調整して、出力インピーダンスZ0 の
値が50Ωの出力を生じるようにすることができ、かか
る調整により、セラミックス多層基材2内の配線の全部
あるいは、一部の特性インピーダンスを50Ω以外の値
となっても、支障はない。
【0028】例えば、図6に示すように、インピーダン
ス変成回路Mの前段の、緩衝回路zで、Z0 =30Ωと
なった場合にあっても、インピーダンス変成回路Mによ
るインピーダンス調整により、出力端子からインピーダ
ンスZout =50Ωの出力を生じさせることができ、こ
のため、インピーダンス変成回路Mの前段でZ0 =30
Ωが可能となり、図12にあって、M6 :400μm,
M5 :250μm,M4 :100μmとなり、M4 〜M
6 のすべての層で、100μm以上の充分な線幅とする
ことができる。従って、同時焼成した場合にも、各配線
の切断がなく、インピーダンス整合をとっても、所要の
配線が可能となる。
【0029】従って、インピーダンス変成回路Mを入れ
ることにより、セラミックス多層基材2の配線幅を自由
自在に、所望の値に変えられ、かつインピーダンス整合
を取ることが可能となるから、反射損失によるC/Nの
劣化も起きない。
【0030】上述の構成にあっては、セラミックス多層
基材2により電圧制御発振器1aを一体的に形成したも
のであるが、図9で示すように、プリント基板P上に、
共振回路x,負性抵抗回路y及び緩衝回路z等と、本発
明に係るインピーダンス変成回路Mとを担持して、その
緩衝回路zの出力側に、インピーダンス変成回路Mを接
続することにより、図1の回路を備える電圧制御発振器
1bを構成でき、これによりプリント基板Pを介して一
体的に組み付けて構成される。この場合に、インピーダ
ンス変成回路Mを単一の基板上にマイクロストリップ線
路10,20を形成することにより構成し、該基板をプ
リント基板Pに実装するようにしても良い。
【0031】また、図10で示すように、インピーダン
ス変成回路Mを、直接又はマイクロストリップ線路1
0,20を形成した基板を実装することにより、プリン
ト基板P上に設け、かつ該プリント基板P上に共振回路
x,負性抵抗回路y及び緩衝回路zを備える多層基材4
0を設け、その緩衝回路zの出力側に、プリント基板P
上の導電路を介して前記インピーダンス変成回路Mを接
続することにより、プリント基板Pを介して一体的に組
み付けて電圧制御発振器1cを構成するようにしても良
い。
【0032】さらには、上述の各構成にあって、インピ
ーダンス整合回路Mを含む、電圧制御発振器回路を構成
するインダクタ、キャパシタ、抵抗等の受動素子、ある
いは、それらの合成である分布定数素子等の一部、又
は、全部を前記プリント基板の内部に埋設するか、ある
いは、プリント基板上に薄膜パターンとして担持するよ
うにしても良い。
【0033】そしてさらに、上述の実施例は、インピー
ダンス変成回路Mを、出力端子の直前段に配置する構成
を示したが、インピーダンス変成回路Mを、共振回路の
出力端に接続するようにした回路構成としても良く、イ
ンピーダンス変成回路Mを、電圧制御発振器を構成する
発振用あるいは、緩衝回路用の能動素子の前後、あるい
は前後いずれか一方に配置するようにした回路構成とし
ても良い。
【0034】
【発明の効果】本発明は、かかる構成にあって、インピ
ーダンス変成回路Mを出力端子の直前段に配設したた
め、該インピーダンス変成回路Mを調整して、出力イン
ピーダンスZout の値が50Ωにし、かつ多層基材2内
の配線の全部あるいは、一部の特性インピーダンスを5
0Ω以外の値にすることができる。従って、セラミック
ス多層基材2の配線幅を自由自在に、所望の値に変えら
れ、かつインピ−ダンス整合を取ることが可能となるか
ら、反射損失によるC/Nの劣化も起きない。さらに
は、この電圧制御発振器をセラミックス多層基材2で構
成したり、又はプリント基板Pを介して一体化したもの
であるから、取り扱いが容易で、後発的に電気的接続等
を行なう必要がない等の優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電圧制御発振器(電圧制御発振器(V
CO))の回路構成の一例を示す回路図である。
【図2】マイクロストリップ線路10により構成したイ
ンピーダンス変成回路Mの平面図である。
【図3】マイクロストリップ線路20により構成したイ
ンピーダンス変成回路Mの平面図である。
【図4】マイクロストリップ線路30aにより構成した
インピーダンス変成回路Mの平面図である。
【図5】マイクロストリップ線路30bにより構成した
インピーダンス変成回路Mの平面図である。
【図6】インピーダンス変成回路Mの等価回路図であ
る。
【図7】インピーダンス変成回路Mを備えたセラミック
ス多層基材2の平面図である。
【図8】電圧制御発振器1aの縦断側面図であり、プリ
ント基板5を分離して示す。
【図9】他の構成の電圧制御発振器1bの縦断側面図で
ある。
【図10】さらに他の構成の電圧制御発振器1cの縦断
側面図である。
【図11】従来構成の電圧制御発振器の回路構成の一例
を示す回路図である。
【図12】セラミックス多層基材2の構成と、配線幅と
の関係を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
1a,1b,1c 電圧制御発振器 2 多層基材 3 誘電体薄膜 10,20,30a,30b マイクロストリップ線路 x 共振回路 z 緩衝回路 M インピーダンス変成回路 P プリント基板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】共振回路を備えた電圧制御発振器におい
    て、該発振器からの出力インピーダンスを所要値に設定
    するためのインピーダンス変成回路を備えると共に、単
    層基材あるいは多層基材と、その基材に実装した回路部
    品によりインピーダンス変成回路と共振回路等を一体的
    に組み付けて構成したことを特徴とする電圧制御発振
    器。
  2. 【請求項2】インピーダンス変成回路を薄膜上に形成
    し、該薄膜を含む多層基材によりインピーダンス変成回
    路と共振回路等を一体的に組み付けて構成したことを特
    徴とする請求項1記載の電圧制御発振器。
  3. 【請求項3】共振回路を備えた電圧制御発振器におい
    て、該発振器からの出力インピーダンスを所要値に設定
    するためのインピーダンス変成回路を備えると共に、プ
    リント基板上にインピーダンス変成回路及び共振回路等
    を担持して、共振回路の出力側にインピーダンス変成回
    路を接続することにより、プリント基板を介して一体的
    に組み付けて構成したことを特徴とする電圧制御発振
    器。
  4. 【請求項4】インピーダンス変成回路をプリント基板上
    に担持し、かつ該プリント基板上に共振回路を備える多
    層基材を担持して、共振回路の出力側にインピーダンス
    変成回路を接続することにより、プリント基板を介して
    一体的に組み付けて構成したことを特徴とする請求項3
    記載の電圧制御発振器。
  5. 【請求項5】出力端子の直前段に、所要のインピーダン
    スに変換するインピーダンス変成回路が配置された回路
    構成を備える請求項1乃至請求項4記載の電圧制御発振
    器。
  6. 【請求項6】共振回路の出力端に、所要のインピーダン
    スに変換するインピーダンス変成回路を接続するように
    した回路構成を備える請求項1乃至請求項4記載の電圧
    制御発振器。
  7. 【請求項7】電圧制御発振器を構成する発振用あるい
    は、緩衝回路用の能動素子の前後、あるいは前後いずれ
    か一方に、所要の入出力インピーダンスに変換するイン
    ピーダンス変成回路が配置された回路構成を備える請求
    項1乃至請求項4記載の電圧制御発振器。
  8. 【請求項8】前記インピーダンス整合回路を含む、電圧
    制御発振器回路を構成する受動素子、すなわちインダク
    タ、キャパシタ、抵抗、あるいは、それらの合成である
    分布定数素子等の一部、又は、全部を前記プリント基板
    の内部に埋設しているか、あるいは、プリント基板上に
    薄膜パターンとして担持している請求項1乃至請求項4
    記載の電圧制御発振器。
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