JPH1197929A - 発振器、及びアップ／ダウン・チューナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な位相雑音特性を得ることができ、しか
も小型化も可能な発振器を提供する。 【解決手段】 固有の振動数を有し共振作用により発振
周波数を決定する共振回路と、前記共振回路の出力ノー
ドにベースが接続され、直流電圧が印加される電源ノー
ドにコレクタが接続されたトランジスタと、前記トラン
ジスタのベース／エミッタ間に接続された帰還容量と、
前記電源ノードと前記出力ノードとの間に接続された第
１のバイアス抵抗と、前記出力ノードとグランドとの間
に接続された第２のバイアス抵抗と、前記トランジスタ
のエミッタとグランドとの間に接続された第３のバイア
ス抵抗とを備え、前記トランジスタのエミッタより発振
出力を取り出す構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばヘテロダイ
ン方式の送受信システムにおいて、アップコンバータや
ダウンコンバータの周波数変換動作に用いられる発振
器、この発振器を用いたアップ／ダウン・チューナシス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の分野の技術としては、例
えば図８に示すようなものがあった。図８は、従来の発
振器の一構成例を示す回路図である。

【０００３】この発振器は、固有の振動数を有する共振
部２００と、２つのＮＰＮトランジスタ１０１，１０２
の差動対から成るマルチバイブレータで構成された発振
部３００とを備えている。

【０００４】トランジスタ１０１，１０２のベース及び
コレクタは、共振部（タンク回路）２００に接続されて
いる。さらに、トランジスタ１０１，１０２のエミッタ
は共通接続されて電流源１０３に接続されている。ＤＣ
電圧は、端子１０４からコレクタ負荷抵抗１０５，１０
６を介してトランジスタ１０１，１０２に供給される。
トランジスタ１０１，１０２のベース電圧は、端子１０
７に接続されたバイアス回路１０８から抵抗１０９，１
１０を介して印加される。そして、トランジスタ１０
１，１０２のベースが出力端子１１１，１１２にそれぞ
れ接続され、この出力端子１１１，１１２から発振出力
Ｐo が取り出されるようになっている。

【０００５】共振部２００では、ある周波数と当該回路
の固有振動数が一致したとき共振作用が起こる。すなわ
ち、ある周波数の可変電圧ＶT に対して、特に大きな電
圧や電流を生ずる。このときの可変電圧ＶT の周波数を
共振周波数ｆｏｓｃという。

【０００６】図９に共振部２００の内部構成を示す回路
図を示す。

【０００７】図中２０１〜２０４は、上記発振部３００
と接続するための端子であり、２１０は可変電圧ＶT 入
力用の入力端子である。２１１は抵抗、２１２はインダ
クタである。なお、抵抗２１１には、可変電圧ＶT の電
源インピーダンスを見えなくするために一般的に高抵抗
が使用される。

【０００８】２１３，２１４は可変容量ダイオード、２
１５，２１６は高抵抗、２１７，２１８は直流分カット
用の容量である。さらに、２１９，２２０は帰還容量で
ある。

【０００９】このように構成される発振器によれば、入
力端子２１０から印加された可変電圧ＶT が可変容量ダ
イオード２１３，２１４に印加されることにより、その
可変容量ダイオード２１３，２１４の容量が変化し、発
振周波数を変化させる。発振周波数は、主に共振部２０
０のインダクタ２１２と可変容量ダイオード２１３，２
１４の共振作用によって決定される。また、発振信号
は、発振出力Ｐｏとして出力端子１１１，１１２から平
行出力されると同時に、一方のトランジスタのベースか
ら帰還容量２１９，２２０を介してそれぞれトランジス
タ１０１，１０２のコレクタへと戻される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発振器では、トランジスタ１０１，１０２のベース
及びエミッタ抵抗の熱雑音や、抵抗１０５，１０６，１
０９，１１０の熱雑音等により、位相雑音特性が劣化す
るという問題があった。

【００１１】この点について実際に１ＧＨｚ帯の発振器
で実験すると、図１０に示すように、約−７５ｄＢｃ／
Ｈｚ（１０ＫＨｚ ｏｆｆｓｅｔ）となり、位相雑音特
性の劣化が明らかとなった。

【００１２】さらに、発振部３００が差動対であること
から小型化に不向きであるという問題もあった。

【００１３】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、良好な位相雑
音特性を実現でき、しかも回路規模も小型にできる発振
器を提供することである。またその他の目的は、上記目
的の発振器を用いたアップ／ダウン・チューナシステム
を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明である発振器の特徴は、固有の振動数を
有し共振作用により発振周波数を決定する共振回路と、
前記共振回路の出力ノードにベースが接続され、直流電
圧が印加される電源ノードにコレクタが接続されたトラ
ンジスタと、前記トランジスタのベース／エミッタ間に
接続された帰還容量と、前記電源ノードと前記出力ノー
ドとの間に接続された第１のバイアス抵抗と、前記出力
ノードとグランドとの間に接続された第２のバイアス抵
抗と、前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に
接続された第３のバイアス抵抗とを備え、前記トランジ
スタのエミッタより発振出力を取り出す構成にしたこと
にある。

【００１５】この第１の発明によれば、共振回路は、共
振作用により発振周波数を決定し、トランジスタは、そ
の共振回路の出力を増幅する。前記トランジスタより出
力された発振出力は、帰還容量を介してトランジスタの
ベースからコレクタへフィードバックされ、発振が持続
する。これにより、トランジスタ及び抵抗の数を従来回
路よりも少なくして構成でき、トランジスタのベース及
びエミッタ抵抗の熱雑音や抵抗の熱雑音が従来回路より
も小さくなる。

【００１６】第２の発明である発振器の特徴は、固有の
振動数を有し共振作用により発振周波数を決定する共振
回路と、前記共振回路の出力ノードにベースが接続さ
れ、直流電圧が印加される電源ノードにコレクタが接続
されたトランジスタと、前記トランジスタのベース／エ
ミッタ間に接続された帰還容量と、前記電源ノードと前
記出力ノードとの間に接続された第１のバイアス抵抗
と、前記出力ノードとグランドとの間に接続された第２
のバイアス抵抗と、前記トランジスタのエミッタとグラ
ンドとの間に接続された第３のバイアス抵抗と、前記電
源ノードとグランドとの間に接続されたコレクタ接地容
量と、前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に
接続されたエミッタ接地容量とを備え、前記トランジス
タのエミッタより発振出力を取り出す構成にしたことに
ある。

【００１７】この第２の発明によれば、共振回路は、共
振作用により発振周波数を決定し、トランジスタは、そ
の共振回路の出力を増幅する。前記トランジスタより出
力された発振出力は、帰還容量を介してトランジスタの
ベースからコレクタへフィードバックされ、発振が持続
する。このとき、コレクタ接地容量及びエミッタ接地容
量で決定された発振可能帯域で的確に発振動作を行う。
これにより、トランジスタ及び抵抗の数を従来回路より
も少なくして構成でき、トランジスタのベース及びエミ
ッタ抵抗の熱雑音や抵抗の熱雑音が従来回路よりも小さ
くなる。

【００１８】第３の発明である発振器の特徴は、上記第
２の発明において、前記トランジスタのエミッタとグラ
ンドとの間に第１と第２の抵抗を直列に接続し、この第
１と第２の抵抗によって分圧される出力を前記発振出力
として取り出す構成にしたことにある。

【００１９】この第３の発明によれば、発振出力を第１
及び第２の抵抗で分圧してから出力するので、発振出力
レベルを容易にコントロールすることができる。

【００２０】第４の発明である発振器の特徴は、上記第
３の発明において、前記第１と第２の抵抗は、前記第３
のバイアス抵抗を２分割して代用したことにある。

【００２１】この第４の発明によれば、少ない部品点数
で上記第３の発明と同等の作用を呈する。

【００２２】第５の発明である発振器の特徴は、上記第
２の発明において、前記トランジスタのエミッタとグラ
ンドとの間に第１と第２の容量を直列に接続し、この第
１と第２の容量によって分圧される出力を前記発振出力
として取り出す構成にし、前記第１と第２の容量は、前
記エミッタ接地容量を２分割して代用したことにある。

【００２３】この第５の発明によれば、少ない部品点数
で上記第３の発明と同等の作用を呈する。

【００２４】第６の発明であるアップ／ダウン・チュー
ナシステムの特徴は、受信電波の所定ノイズ領域をカッ
トする第１のノイズフィルタと、前記第１のノイズフィ
ルタの出力周波数を上げる第１の周波数変換部と、前記
第１の周波数変換部の出力信号の所定ノイズ領域をカッ
トする第２のノイズフィルタと、前記第２のノイズフィ
ルタの出力周波数を下げる第２の周波数変換部と、前記
第２の周波数変換部の出力信号の所定ノイズ領域をカッ
トする第３のノイズフィルタとを備えたアップ／ダウン
・チューナシステムにおいて、前記第１及び第２の周波
数変換部は、請求項１乃至請求項５記載の発振器の発振
出力を用いて、それぞれの周波数変換動作を行うことに
ある。

【００２５】この第６の発明によれば、第１及び第２の
周波数変換部における周波数変換機能が向上する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係
る発振器の回路図である。

【００２７】この発振器は、固有の振動数を有する共振
部１０と、発振部２０とで構成されている。

【００２８】共振部１０は、インダクタと静電容量を有
するいわゆるタンク回路から成り、ある周波数（共振周
波数）と当該回路の固有振動数が一致したとき共振作用
が起こる。具体的構成は、図２に示すように、所定の周
波数の可変電圧ＶT が印加される入力端子１１と出力ノ
ード２２との間に、抵抗１２と容量１３とが直列接続さ
れている。ここで、抵抗１２は、可変電圧ＶT の電源イ
ンピーダンスを見えなくするために一般的に高抵抗が使
用される。容量１３は、直流分カット用の容量である。
そして、抵抗１２と容量１３の接続点であるノードＮと
グランドとの間には、可変容量ダイオード１４とインダ
クタ１５からなる直列共振回路が接続されている。

【００２９】この共振部１０においては、入力端子１１
から印加された可変電圧ＶT が可変容量ダイオード１４
に印加されることにより、その可変容量ダイオード１４
の容量が変化し、発振周波数を変化させる。

【００３０】発振部２０は、共振部１０の出力を増幅す
る１つのＮＰＮトランジスタ２１を備えている。該トラ
ンジスタ２１のベースには共振部１０の出力ノード２２
が接続され、コレクタには、ＤＣ電圧が印加される電源
ノード２３が接続されている。

【００３１】トランジスタ２１のベース／エミッタ間に
は帰還容量２４が接続されている。さらに、電源ノード
２３と前記出力ノード２２との間にはバイアス抵抗２５
が、また出力ノード２２とグランドＧＮＤとの間にはバ
イアス抵抗２６が接続され、トランジスタ２１のエミッ
タとグランドＧＮＤとの間にはバイアス抵抗２７が接続
されている。すなわち、電源ノード２３に印加されるＤ
Ｃ電圧は、バイアス抵抗２５，２６によりトランジスタ
２１のベースに印加され、トランジスタ２１のエミッタ
電圧はバイアス抵抗２７とエミッタ電流により決定され
る。

【００３２】また、トランジスタ２１のコレクタは、コ
レクタ接地容量２８によって高周波的に接地され、トラ
ンジスタ２１のエミッタとグランドＧＮＤには、エミッ
タインピーダンスを下げる働きをするエミッタ接地容量
２９が接続されている。ここで、コレクタ接地容量２８
とエミッタ接地容量２９により、本実施形態の発振器の
発振可能帯域が決定される。そして、トランジスタ２１
のエミッタに接続された出力端子３０から発振出力Ｐo
が取り出されるようになっている。

【００３３】本実施形態の発振器によれば、発振周波数
は、主に共振部１０の可変容量ダイオード１４とインダ
クタ１５の共振によって決定される。発振信号は帰還容
量２４を介してトランジスタ２１のベースからコレクタ
へと戻される。このフィードバックによって発振が持続
し、発振信号は発振出力Ｐｏとして出力端子３０から出
力される。

【００３４】本実施形態の発振器においては、トランジ
スタは１個で済み、且つ抵抗の数も従来回路に比べて少
ないので、トランジスタのベース及びエミッタ抵抗の熱
雑音や、抵抗の熱雑音を従来回路よりも小さくすること
ができ、良好な位相雑音特性が得られる。さらに、発振
部だけでなく、共振部の構成も簡単な構成で済むので、
回路規模も小型化することが可能になる。

【００３５】実際に、１ＧＨｚ帯で実測すると、帰還容
量２４を２［ＰＦ］とし、コレクタ接地容量２８を１０
００［ＰＦ］とした時に、本実施形態の位相雑音特性図
を表す図３に示すように、−８５〜９０ｄＢｃ／Ｈｚ
（１０ＫＨｚ ｏｆｆｓｅｔ）と良好な位相雑音特性を
得ることができる。なお、図３中の実線Ｚ１が本実施形
態の特性であり、破線Ｚ２が図１０に示す従来回路の特
性を示している。

【００３６】さらに、本実施形態では、チップ面積も容
量２４，２９を内蔵しても従来回路の約１／４以下にす
ることが可能である。

【００３７】次に、本発明の第２実施形態を説明する。

【００３８】図４は、本発明の第２実施形態に係る発振
器の回路図であり、上記図１と共通の要素には同一の符
号が付されている。

【００３９】本実施形態は、上記図１の回路構成におい
て、トランジスタ２１のエミッタとグランドＧＮＤとの
間に分圧抵抗４１，４２を直列に接続し、この分圧抵抗
４１，４２の接続点から出力端子３０を引き出すように
したものである。

【００４０】この回路構成によれば、出力端子３０から
分圧抵抗４１，４２により分圧された信号が発振出力Ｐ
o として取り出される。この分圧抵抗４１，４２の抵抗
値を任意に設定することにより、発振出力Ｐo のレベル
を容易に所望のレベルに落とすことができる。

【００４１】周波数変換器等に用いられる発振器は、発
振出力Ｐo の歪みを補正したりゲインをとるために発振
出力Ｐo のレベルをある範囲でコントロールする必要が
あるが、発振出力Ｐo のレベルを精度良く設計すること
が難しい。この点を考慮して本実施形態では、分圧抵抗
４１，４２を設け、発振出力Ｐo を分圧抵抗４１，４２
で分圧してから出力するので、発振出力Ｐo のレベルを
容易にコントロールすることができ、さらにアイソレー
ションも向上するので、高周波信号のリークを抑圧する
ことができる。

【００４２】１ＧＨｚ帯での実測によれば、分圧抵抗４
１，４２による分圧を行わず出力した場合（第１実施形
態）の発振出力Ｐo のレベルは約＋２ｄＢｍであるのに
対し、本実施形態において分圧抵抗４１を９００
［Ω］、分圧抵抗４２を３００［Ω］とした場合は−７
ｄＢｍ程度となる。また、アイソレーションは約１０ｄ
Ｂ向上する。

【００４３】次に、本発明の第３実施形態を説明する。

【００４４】図５は、本発明の第３実施形態に係る発振
器の回路図であり、上記図４と共通の要素には同一の符
号が付されている。

【００４５】本実施形態は、上記図４の回路構成におい
て、エミッタ抵抗２７に分圧抵抗４１，４２の働きを代
用させたものである。すなわち、エミッタ抵抗２７を２
分割して分圧抵抗２７ａ，２７ｂとすることにより、少
ない部品点数で上記第２実施形態と同等の効果を得るこ
とができる。

【００４６】次に、本発明の第４実施形態を説明する。

【００４７】図６は、本発明の第４実施形態に係る発振
器の回路図であり、上記図４と共通の要素には同一の符
号が付されている。

【００４８】本実施形態は、上記図４の回路構成におい
て、エミッタ接地間容量２９を２分割して分圧容量２９
ａ，２９ｂとし、その接続点に出力端子３０を接続する
ことにより、少ない部品点数で上記第２実施形態と同等
の効果を得ることができる。

【００４９】なお、上記２つの分圧容量２９ａ，２９ｂ
うちの一方を外付け部品としてＩＣ外に出し、発振出力
Ｐo のレベルを外部からコントロールすることも可能で
ある。

【００５０】次に、本発明の発振器に係る適用例を説明
する。

【００５１】図７は、本発明の発振器の適用例を示すア
ップ／ダウン・チューナシステムの要部構成ブロック図
である。

【００５２】このアップ／ダウン・チューナシステム
は、例えば、ヘテロダイン方式（ホモスーパー、ダイブ
ルスーパー等）の受信システムに設けられるもので、ア
ンテナ６１、ノイズフィルタ６２、及びアップコンバー
タ６３が順次接続されている。さらに、アップコンバー
タ６３の出力側には、ノイズフィルタ６４、ダウンコン
バータ６５、ノイズフィルタ６６、及びチューナ６７が
順次接続されている。

【００５３】そして、前記アップコンバータ６３及びダ
ウンコンバータ６５は、それぞれ発振器６３Ａ及び６５
Ａの発振出力によりアップ／ダウンの周波数変換を行
う。この発振器６３Ａ及び６５Ａは、上記第１乃至第４
実施形態で説明した本発明の発振器で構成されている。

【００５４】このアップ／ダウン・チューナシステムに
よれば、アンテナ６１で受信した電波は、ノイズフィル
タ６２で所定ノイズ領域がカットされた後、アップコン
バータ６３に入力される。

【００５５】アップコンバータ６３では、本発明の発振
器６３Ａの発振出力Ｐo を用いて受信信号の周波数をア
ップ変換する。アップ変換された信号は、さらにノイズ
フィルタ６４を経由して、前記アップコンバータ６３の
変換周波数に対応した所定ノイズ領域がカットされ、ダ
ウンコンバータ６５に入力される。

【００５６】ダウンコンバータ６５では、本発明の発振
器６５Ａの発振出力Ｐo を用いて、前記ノイズフィルタ
６４の出力をチューナ６７に必要な周波数にダウンす
る。その後、ダウンコンバータ６５の出力は、さらにノ
イズフィルタ６６を経由してチューナ６７に入力する。

【００５７】このようなアップ／ダウン・チューナシス
テムに本発明の発振器を使用したので、アップコンバー
タ６３及びダウンコンバータ６５における周波数変換機
能が向上し、精度良くチューニング動作を行うことが可
能になる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
である発振器によれば、共振回路と、１つのトランジス
タと、帰還容量と、第１乃至第３のバイアス抵抗とを備
えたので、トランジスタ及び抵抗の数が従来回路に比べ
て少なくなり、トランジスタのベース及びエミッタ抵抗
の熱雑音や、抵抗の熱雑音を従来回路よりも小さくする
ことができ、良好な位相雑音特性を得ることが可能にな
る。さらに、発振部だけでなく共振部の構成も簡単な構
成で済むので、回路規模も小型化することができる。こ
れにより、集積回路に向く発振器を実現することが可能
になる。

【００５９】第２の発明である発振器によれば、上記第
１の発明と同等の効果を得ることができ、しかもコレク
タ接地容量及びエミッタ接地容量で決定された発振可能
帯域で的確に発振動作を行うことが可能になる。

【００６０】第３の発明である発振器によれば、発振出
力を第１及び第２の抵抗で分圧してから出力するので、
発振出力レベルを容易にコントロールすることができ、
所望の発振出力レベルを得ることが可能になる。さら
に、アイソレーションも向上するので、高周波信号のリ
ークを抑圧することができる。

【００６１】第４の発明である発振器によれば、少ない
部品点数で上記第３の発明と同等の効果を奏する。

【００６２】第５の発明である発振器によれば、少ない
部品点数で上記第３の発明と同等の効果を奏する。

【００６３】第６の発明であるアップ／ダウン・チュー
ナシステムによれば、第１及び第２の周波数変換部に本
発明の発振器を使用したので、第１及び第２の周波数変
換部における周波数変換機能が向上し、精度良くチュー
ニング動作を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る発振器の回路図で
ある。

【図２】図１に示した共振部の回路図である。

【図３】第１実施形態における位相雑音特性図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る発振器の回路図で
ある。

【図５】本発明の第３実施形態に係る発振器の回路図で
ある。

【図６】本発明の第４実施形態に係る発振器の回路図で
ある。

【図７】本発明の発振器に係る適用例を示すアップ／ダ
ウン・チューナシステムの要部構成ブロック図である。

【図８】従来の発振器の一構成例を示す回路図である。

【図９】従来の共振部の回路図である。

【図１０】従来の発振器の位相雑音特性図である。

【符号の説明】

１０ 共振部 １２ 抵抗 １３ 容量 １４ 可変容量ダイオード １５ インダクタ ２０ 発振部 ２１ ＮＰＮトランジスタ ２４ 帰還容量 ２５，２６，２７ バイアス抵抗 ２８ コレクタ接地容量 ２９ エミッタ接地容量 Ｐo 発振出力 ＶT 可変電圧

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固有の振動数を有し共振作用により発振
   周波数を決定する共振回路と、 前記共振回路の出力ノードにベースが接続され、直流電
   圧が印加される電源ノ ードにコレクタが接続されたトランジスタと、前記トラ
   ンジスタのベース／エミッタ間に接続された帰還容量
   と、 前記電源ノードと前記出力ノードとの間に接続された第
   １のバイアス抵抗と、 前記出力ノードとグランドとの間に接続された第２のバ
   イアス抵抗と、 前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続さ
   れた第３のバイアス抵抗とを備え、 前記トランジスタのエミッタより発振出力を取り出す構
   成にしたことを特徴とする発振器。
2. 【請求項２】 固有の振動数を有し共振作用により発振
   周波数を決定する共振回路と、 前記共振回路の出力ノードにベースが接続され、直流電
   圧が印加される電源ノードにコレクタが接続されたトラ
   ンジスタと、 前記トランジスタのベース／エミッタ間に接続された帰
   還容量と、 前記電源ノードと前記出力ノードとの間に接続された第
   １のバイアス抵抗と、前記出力ノードとグランドとの間
   に接続された第２のバイアス抵抗と、 前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続さ
   れた第３のバイアス抵抗と、 前記電源ノードとグランドとの間に接続されたコレクタ
   接地容量と、 前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続さ
   れたエミッタ接地容量とを備え、 前記トランジスタのエミッタより発振出力を取り出す構
   成にしたことを特徴とする発振器。
3. 【請求項３】 前記トランジスタのエミッタとグランド
   との間に第１と第２の抵抗を直列に接続し、この第１と
   第２の抵抗によって分圧される出力を前記発振出力とし
   て取り出す構成にしたことを特徴とする請求項２記載の
   発振器。
4. 【請求項４】 前記第１と第２の抵抗は、前記第３のバ
   イアス抵抗を２分割して代用したことを特徴とする請求
   項３記載の発振器。
5. 【請求項５】 前記トランジスタのエミッタとグランド
   との間に第１と第２の容量を直列に接続し、この第１と
   第２の容量によって分圧される出力を前記発振出力とし
   て取り出す構成にし、 前記第１と第２の容量は、前記エミッタ接地容量を２分
   割して代用したことを特徴とする請求項２記載の発振
   器。
6. 【請求項６】 受信電波の所定ノイズ領域をカットする
   第１のノイズフィルタと、前記第１のノイズフィルタの
   出力周波数を上げる第１の周波数変換部と、前記第１の
   周波数変換部の出力信号の所定ノイズ領域をカットする
   第２のノイズフィルタと、前記第２のノイズフィルタの
   出力周波数を下げる第２の周波数変換部と、前記第２の
   周波数変換部の出力信号の所定ノイズ領域をカットする
   第３のノイズフィルタとを備えたアップ／ダウン・チュ
   ーナシステムにおいて、 前記第１及び第２の周波数変換部は、 請求項１乃至請求項５記載の発振器の発振出力を用い
   て、それぞれの周波数変換動作を行うことを特徴とする
   アップ／ダウン・チューナシステム。