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JP2008172470A - Voltage controlled oscillator and method for controlling oscillation frequency of voltage controlled oscillator - Google Patents

Voltage controlled oscillator and method for controlling oscillation frequency of voltage controlled oscillator Download PDF

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JP2008172470A
JP2008172470A JP2007003065A JP2007003065A JP2008172470A JP 2008172470 A JP2008172470 A JP 2008172470A JP 2007003065 A JP2007003065 A JP 2007003065A JP 2007003065 A JP2007003065 A JP 2007003065A JP 2008172470 A JP2008172470 A JP 2008172470A
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bias
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frequency
frequency control
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JP2007003065A
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Takatoshi Tanaka
崇敏 田中
Tokio Endo
斗紀雄 遠藤
Satoshi Yamaguchi
悟司 山口
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

【課題】電圧制御発振器で使用される可変容量において、回路のグラウンド電位から電源電位以上に広い可変容量の線形領域を使用することが可能な電圧制御発振器を提供する。
【解決手段】共振回路を構成するインダクタ2a、2bと可変容量10a、10b、11a、11b、12a、12bと、共振回路の共振周波数を制御するための周波数制御端子5とを備えた発振部200に加え、共振回路にバイアス電圧を与えるバイアス回路201と、周波数制御電圧に応じてバイアス回路201のバイアス電圧を切り替え制御するバイアス制御回路202を設ける。バイアス制御回路202は周波数制御電圧が変化してしきい値を超えたときに、周波数制御電圧を目的の制御電圧に近づける方向にバイアス電圧を切り替える。
【選択図】図1
In a variable capacitor used in a voltage controlled oscillator, a voltage controlled oscillator capable of using a linear region of a variable capacitor wider than a ground potential of a circuit to a power supply potential or more is provided.
An oscillating unit including inductors 2a and 2b, variable capacitors 10a, 10b, 11a, 11b, 12a and 12b constituting a resonance circuit, and a frequency control terminal 5 for controlling the resonance frequency of the resonance circuit. In addition, a bias circuit 201 that applies a bias voltage to the resonance circuit and a bias control circuit 202 that switches and controls the bias voltage of the bias circuit 201 according to the frequency control voltage are provided. When the frequency control voltage changes and exceeds a threshold value, the bias control circuit 202 switches the bias voltage in a direction to bring the frequency control voltage closer to the target control voltage.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、無線通信の送受信機に利用される電圧制御発振器および電圧制御発振器の発振周波数制御方法に関するものである。   The present invention relates to a voltage controlled oscillator used in a radio communication transceiver and an oscillation frequency control method of the voltage controlled oscillator.

電圧制御発振器は、無線通信機の局部発振信号を発生させる手段として広く使用されている。このような従来の電圧制御発振器の構成例を図11に示す。   A voltage controlled oscillator is widely used as a means for generating a local oscillation signal of a wireless communication device. An example of the configuration of such a conventional voltage controlled oscillator is shown in FIG.

同図において、符号1a、1bは負性抵抗素子である発振トランジスタを示し、符号2a、2bはインダクタを示し、符号3a、3bは自己の両端子間に印加される直流電圧の大きさに応じて容量値が変化する可変容量を示す。また、符号4は電源端子を示し、符号5は周波数制御端子を示し、符号6は電流源を示す。   In the figure, reference numerals 1a and 1b indicate oscillation transistors which are negative resistance elements, reference numerals 2a and 2b indicate inductors, and reference numerals 3a and 3b correspond to the magnitude of a DC voltage applied between both terminals. Indicates a variable capacitor whose capacitance value changes. Reference numeral 4 represents a power supply terminal, reference numeral 5 represents a frequency control terminal, and reference numeral 6 represents a current source.

以下、図11を参照しながら従来の電圧制御発振器の動作について説明する。図11において、インダクタ2a、2bと可変容量3a、3bとは並列共振回路を構成している。可変容量素子3a、3bの容量値は、その両端子間の電位差によって変化する。そのため、周波数制御端子5に加えられる周波数制御電圧によって可変容量3a、3bの容量値が変化し、その結果並列共振回路の共振周波数が変化することになる。   The operation of the conventional voltage controlled oscillator will be described below with reference to FIG. In FIG. 11, inductors 2a and 2b and variable capacitors 3a and 3b constitute a parallel resonance circuit. The capacitance values of the variable capacitance elements 3a and 3b vary depending on the potential difference between the two terminals. Therefore, the capacitance values of the variable capacitors 3a and 3b change depending on the frequency control voltage applied to the frequency control terminal 5, and as a result, the resonance frequency of the parallel resonance circuit changes.

電圧制御発振器の発振周波数は、共振回路の共振周波数近傍で発振するので、制御電圧を調整することで、電圧制御発振器の発振周波数を所望の周波数に制御することができる。発振トランジスタ1a、1bは負性抵抗を発生して共振回路の寄生抵抗成分による損失をキャンセルし、発振条件を満足させる。   Since the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator oscillates in the vicinity of the resonance frequency of the resonance circuit, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator can be controlled to a desired frequency by adjusting the control voltage. The oscillation transistors 1a and 1b generate a negative resistance to cancel the loss due to the parasitic resistance component of the resonance circuit and satisfy the oscillation condition.

ここで、電圧制御発振器の制御電圧と発振周波数との関係は、可変容量3a、3bの特性でほぼ決定される。そのため、使用する可変容量3a、3bとしては、広い制御電圧範囲にわたって緩やかに容量変化することが望ましい。なぜなら、電圧制御発振器を用いてPLL(Phase Locked Loop)回路を構成した場合、PLL回路の過渡応答特性や雑音帯域特性は制御電圧に対する周波数感度に依存するので、周波数によって周波数感度が異なると、PLL回路自身の特性が周波数によって変動するからである。また、周波数制御電圧に対する周波数感度が高い領域では、周波数制御端子に加わるわずかな雑音によっても周波数が変動するため、位相雑音特性が劣化するという問題もある。   Here, the relationship between the control voltage and the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator is substantially determined by the characteristics of the variable capacitors 3a and 3b. Therefore, it is desirable for the variable capacitors 3a and 3b to be used to change their capacitance gradually over a wide control voltage range. This is because, when a PLL (Phase Locked Loop) circuit is configured using a voltage controlled oscillator, the transient response characteristics and noise band characteristics of the PLL circuit depend on the frequency sensitivity with respect to the control voltage. This is because the characteristics of the circuit itself vary with frequency. Further, in a region where the frequency sensitivity with respect to the frequency control voltage is high, there is a problem that the phase noise characteristic is deteriorated because the frequency fluctuates even by a slight noise applied to the frequency control terminal.

しかしながら、電圧制御発振器を半導体基板上に実現する際、可変容量素子を形成するために特殊なプロセスを導入するとコストアップにつながるため、実際には線形性の高い可変容量素子を利用することが難しい。   However, when a voltage-controlled oscillator is realized on a semiconductor substrate, introducing a special process to form the variable capacitance element leads to an increase in cost, so it is actually difficult to use a highly linear variable capacitance element. .

図12(a)は、CMOSプロセスで広く用いられるMOSトランジスタのゲート容量を利用した可変容量素子を示す。図12(b)は、MOSトランジスタのゲートに基準電圧(基準電位)を加え、ドレイン・ソース側に周波数制御電圧を印加した場合のゲート容量値の変化を示している。図12(b)において、横軸には、MOSトランジスタのゲートに加わる電圧とドレイン・ソース側に加わる電圧との電圧差をとり、縦軸にはMOSトランジスタのゲート容量の容量値をとっている。   FIG. 12A shows a variable capacitance element using the gate capacitance of a MOS transistor widely used in the CMOS process. FIG. 12B shows changes in the gate capacitance value when a reference voltage (reference potential) is applied to the gate of the MOS transistor and a frequency control voltage is applied to the drain / source side. In FIG. 12B, the horizontal axis represents the voltage difference between the voltage applied to the gate of the MOS transistor and the voltage applied to the drain / source side, and the vertical axis represents the capacitance value of the gate capacitance of the MOS transistor. .

このように、一般的に用いられるMOSトランジスタのゲート容量を利用した可変容量素子ではしきい値電圧近傍で容量が急峻に変化するため、発振周波数もしきい値電圧近傍の領域で急峻に変化する。その結果、本電圧制御発振器を用いたPLL回路の過渡応答特性や雑音帯域特性は、周波数によって大きく変動するといった問題が生じる。   As described above, in a variable capacitance element using a gate capacitance of a MOS transistor that is generally used, the capacitance changes steeply in the vicinity of the threshold voltage, so the oscillation frequency also changes sharply in the region near the threshold voltage. As a result, there arises a problem that the transient response characteristic and noise band characteristic of the PLL circuit using the voltage controlled oscillator greatly vary depending on the frequency.

このような問題を解決するために、以下に述べる回路がすでに提案されている。   In order to solve such a problem, a circuit described below has already been proposed.

図13は、従来の可変容量の線形性を改善する回路例を示す(特許文献1を参照)。同図において、図8と同様の部分には同じ符号を付しており説明は省略する。図13において、符号10a、10b、11a、11b、12a、12bは可変容量素子を示し、符号13a、13b、14a、14b、15a、15bは直流分を遮断する直流阻止コンデンサを示し、符号16a、16b、17a、17b、18a、18bは抵抗を示し、符号50は基準電圧発生回路を示す。   FIG. 13 shows a circuit example for improving the linearity of a conventional variable capacitor (see Patent Document 1). In this figure, the same parts as those in FIG. In FIG. 13, reference numerals 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b indicate variable capacitance elements, reference numerals 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b indicate DC blocking capacitors that block DC components, and reference numerals 16a, Reference numerals 16b, 17a, 17b, 18a and 18b denote resistors, and reference numeral 50 denotes a reference voltage generation circuit.

この回路では、インダクタ2a、2bが直列接続され、インダクタ2a、2bの直列回路に対して、直流阻止コンデンサ13a、可変容量素子10a、可変容量素子10bおよび直流阻止コンデンサ13bの直列回路が並列に接続され、同様に直流阻止コンデンサ14a、可変容量素子11a、可変容量素子11bおよび直流阻止コンデンサ14bの直列回路が並列に接続され、さらに直流阻止コンデンサ15a、可変容量素子12a、可変容量素子12bおよび直流阻止コンデンサ15bの直列回路が並列に接続されている。   In this circuit, inductors 2a and 2b are connected in series, and a series circuit of DC blocking capacitor 13a, variable capacitance element 10a, variable capacitance element 10b and DC blocking capacitor 13b is connected in parallel to the series circuit of inductors 2a and 2b. Similarly, a series circuit of a DC blocking capacitor 14a, a variable capacitance element 11a, a variable capacitance element 11b, and a DC blocking capacitor 14b is connected in parallel, and further, a DC blocking capacitor 15a, a variable capacitance element 12a, a variable capacitance element 12b, and a DC blocking A series circuit of capacitors 15b is connected in parallel.

そして、直流阻止コンデンサ13aと可変容量素子10aの接続点と可変容量素子10bと直流阻止コンデンサ13bの接続点との間に抵抗16a、16bの直列回路が接続されている。同様に、直流阻止コンデンサ14aと可変容量素子11aの接続点と可変容量素子11bと直流阻止コンデンサ14bの接続点との間に抵抗17a、17bの直列回路が接続されている。さらに、直流阻止コンデンサ15aと可変容量素子12aの接続点と可変容量素子12bと直流阻止コンデンサ15bの接続点との間に抵抗18a、18bの直列回路が接続されている。   A series circuit of resistors 16a and 16b is connected between a connection point between the DC blocking capacitor 13a and the variable capacitance element 10a and a connection point between the variable capacitance element 10b and the DC blocking capacitor 13b. Similarly, a series circuit of resistors 17a and 17b is connected between a connection point between the DC blocking capacitor 14a and the variable capacitance element 11a and a connection point between the variable capacitance element 11b and the DC blocking capacitor 14b. Furthermore, a series circuit of resistors 18a and 18b is connected between a connection point between the DC blocking capacitor 15a and the variable capacitance element 12a and a connection point between the variable capacitance element 12b and the DC blocking capacitor 15b.

さらに、可変容量素子10a、10bの接続点、可変容量素子11a、11bの接続点、および可変容量素子12a、12bの接続点に周波数制御端子5が共通に接続されている。また、抵抗16a、16bの接続点に基準電圧発生回路50の出力端子50aが接続されている。同様に、抵抗17a、17bの接続点に基準電圧発生回路50の出力端子50bが接続されている。さらに、抵抗18a、18bの接続点に基準電圧発生回路50の出力端子50cが接続されている。   Further, the frequency control terminal 5 is commonly connected to the connection point of the variable capacitance elements 10a and 10b, the connection point of the variable capacitance elements 11a and 11b, and the connection point of the variable capacitance elements 12a and 12b. The output terminal 50a of the reference voltage generation circuit 50 is connected to the connection point of the resistors 16a and 16b. Similarly, the output terminal 50b of the reference voltage generation circuit 50 is connected to the connection point of the resistors 17a and 17b. Further, the output terminal 50c of the reference voltage generation circuit 50 is connected to the connection point of the resistors 18a and 18b.

バイアス回路である基準電圧発生回路50の3つの出力端子50a、50b、50cからは、それぞれVb、Vb−Vd、Vb−2Vd、のように電圧Vdずつシフトした電圧が出力されることになる。また、周波数制御端子5には周波数制御電圧Vcが与えられる。したがって、可変容量素子10a、10bの両端子間の電位差は、それぞれ周波数制御電圧Vcと電圧Vbとの差電圧となる。同様に、可変容量素子11a、11bの両端子間の電位差は、それぞれ周波数制御電圧Vcと電圧Vb−Vdとの差電圧となる。さらに、可変容量素子12a、12bの両端子間の電位差は、それぞれ周波数制御電圧Vcと電圧Vb−2Vdとの差電圧となる。   From the three output terminals 50a, 50b and 50c of the reference voltage generation circuit 50 which is a bias circuit, voltages shifted by the voltage Vd such as Vb, Vb−Vd and Vb−2Vd are output. The frequency control terminal 5 is supplied with a frequency control voltage Vc. Therefore, the potential difference between both terminals of the variable capacitance elements 10a and 10b is a difference voltage between the frequency control voltage Vc and the voltage Vb, respectively. Similarly, the potential difference between both terminals of the variable capacitance elements 11a and 11b is a difference voltage between the frequency control voltage Vc and the voltage Vb−Vd, respectively. Furthermore, the potential difference between both terminals of the variable capacitance elements 12a and 12b is a difference voltage between the frequency control voltage Vc and the voltage Vb-2Vd.

図14は周波数制御電圧に対する各可変容量素子10a、10b、11a、11b、12a、12bの容量値の特性と各可変容量素子10a、10b、11a、11b、12a、12bの合計の特性とを示している。図14において、曲線X1は可変容量素子10a、10bの容量値の特性を示し、曲線X2は可変容量素子11a、11bの容量値の特性を示し、曲線X3は可変容量素子12a、12bの容量値の特性を示し、曲線X4は可変容量素子の合計の特性を示している。図14において、横軸には、周波数制御電圧Vcをとり、縦軸には、各可変容量素子またはその合計の容量値をとっている。   FIG. 14 shows the characteristics of the capacitance values of the variable capacitance elements 10a, 10b, 11a, 11b, 12a and 12b and the total characteristics of the variable capacitance elements 10a, 10b, 11a, 11b, 12a and 12b with respect to the frequency control voltage. ing. In FIG. 14, a curve X1 indicates the capacitance value characteristics of the variable capacitance elements 10a and 10b, a curve X2 indicates the capacitance value characteristics of the variable capacitance elements 11a and 11b, and a curve X3 indicates the capacitance value of the variable capacitance elements 12a and 12b. The curve X4 shows the total characteristic of the variable capacitance element. In FIG. 14, the horizontal axis represents the frequency control voltage Vc, and the vertical axis represents each variable capacitance element or the total capacitance value thereof.

したがって、図14に示すように電圧Vdずつ各可変容量素子の特性をシフトさせることができ、それらを合成することができる。そのため、周波数制御電圧に対する容量の変化を緩やかにすることができる。結果として、PLL回路の過渡応答特性や雑音帯域特性の周波数依存性を無くすことができる。
特開2004−147310号公報
Therefore, as shown in FIG. 14, the characteristics of the variable capacitance elements can be shifted by the voltage Vd, and they can be synthesized. For this reason, the change in capacitance with respect to the frequency control voltage can be moderated. As a result, the frequency dependence of the transient response characteristic and noise band characteristic of the PLL circuit can be eliminated.
JP 2004-147310 A

しかしながら、上記電圧制御発振器をPLL回路に組み込んだ場合、回路のグラウンド電位から回路の電源電位までの電圧範囲を超える範囲に可変容量の線形領域があったとしても、周波数制御電圧の範囲に制限があるため、可変容量の線形領域を全て使用できないという課題がある。その理由を以下に示す。   However, when the voltage controlled oscillator is incorporated in a PLL circuit, the range of the frequency control voltage is limited even if there is a linear region of variable capacitance that exceeds the voltage range from the ground potential of the circuit to the power supply potential of the circuit. For this reason, there is a problem that it is not possible to use all of the variable capacitance linear region. The reason is as follows.

PLL回路は、一般的に図15に示すように、電圧制御発振器(VCO)100と、電圧制御発振器100の出力を分周する分周器(DIV)101と、分周器101の出力と基準周波数信号とを比較する位相比較器(PD)102と、位相比較器102の出力に応じて電流を出し入れするチャージポンプ(CP)103と、チャージポンプ103の出力を平均化するローパスフィルタ(LPF)104とから構成され、そして、ローパスフィルタ104の出力を周波数制御電圧として、電圧制御発振器100の電圧制御端子にフィードバックするクローズドループ回路である。   As shown in FIG. 15, the PLL circuit generally includes a voltage controlled oscillator (VCO) 100, a frequency divider (DIV) 101 that divides the output of the voltage controlled oscillator 100, an output of the frequency divider 101, and a reference. A phase comparator (PD) 102 that compares frequency signals, a charge pump (CP) 103 that inputs and outputs current according to the output of the phase comparator 102, and a low-pass filter (LPF) that averages the output of the charge pump 103 And a closed-loop circuit that feeds back the output of the low-pass filter 104 to the voltage control terminal of the voltage-controlled oscillator 100 as a frequency control voltage.

チャージポンプ103は、その出力が自回路のグラウンド電位もしくは電源電位に近づくと、出力される電流値が0に近づき、PLL回路の特性が不安定になってしまう。チャージポンプ103の出力電圧とローパスフィルタ104の出力電圧とが等しく、このため周波数制御端子の電圧がグラウンド電位もしくは電源電位付近になるということは、チャージポンプ103の出力電圧もグラウンド電位もしくは電源電位付近になるということであり、PLL回路の特性が不安定になってしまうため、周波数制御電圧としてグラウンド電位もしくは電源電位の近傍の電圧は使用することができない。   When the output of the charge pump 103 approaches the ground potential or power supply potential of its own circuit, the output current value approaches 0 and the characteristics of the PLL circuit become unstable. The output voltage of the charge pump 103 is equal to the output voltage of the low-pass filter 104. Therefore, the voltage of the frequency control terminal is near the ground potential or the power supply potential. This means that the output voltage of the charge pump 103 is also near the ground potential or the power supply potential. Since the characteristics of the PLL circuit become unstable, a voltage near the ground potential or the power supply potential cannot be used as the frequency control voltage.

また、上記電圧制御発振器では可変容量の温度特性は一切考慮されておらず、温度変化により可変容量値が変化すると、通信時の周波数は固定されるので容量値を一定に保持するため周波数制御端子の電圧が変動する。このとき周波数制御端子の電圧がグラウンド電位もしくは電源電位付近になるとPLL回路の特性が不安定になってしまう。   The voltage controlled oscillator does not consider the temperature characteristics of the variable capacitor at all. If the variable capacitance value changes due to temperature change, the frequency at the time of communication is fixed, so the frequency control terminal holds the capacitance value constant. The voltage of fluctuates. At this time, if the voltage at the frequency control terminal is near the ground potential or the power supply potential, the characteristics of the PLL circuit become unstable.

また、一般的に用いられるMOSトランジスタのゲート容量を可変容量として使用する場合、可変容量両端の電位差が大きくなると電荷の充放電に時間がかかるというデバイス的な欠点も考慮しなければならない。   In addition, when the gate capacitance of a commonly used MOS transistor is used as a variable capacitor, it is necessary to consider a device-like drawback that it takes time to charge and discharge charges when the potential difference between both ends of the variable capacitor becomes large.

本発明は上記の課題に鑑み、回路のグラウンド電位から電源電位までの範囲を超える広い制御電圧範囲を有する可変容量の線形領域を有効に使用することができる電圧制御発振器および電圧制御発振器の発振周波数制御方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a voltage-controlled oscillator capable of effectively using a variable capacitance linear region having a wide control voltage range exceeding the range from the ground potential of the circuit to the power supply potential, and the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator An object is to provide a control method.

また、本発明は、可変容量の温度特性をキャンセルし温度変化があっても、周波数制御端子の電圧が変動しない電圧制御発振器を提供することを他の目的とする。   Another object of the present invention is to provide a voltage controlled oscillator in which the voltage at the frequency control terminal does not fluctuate even if the temperature characteristic of the variable capacitor is canceled and the temperature changes.

上記課題を解決するために、本発明の電圧制御発振器は、インダクタおよび可変容量で構成され、共振周波数を制御するための周波数制御電圧と共振周波数を制御するための基準となるバイアス電圧とが与えられ、バイアス電圧を基準として周波数制御電圧が変化することにより、周波数制御電圧対共振周波数特性曲線に従って共振周波数が変化する共振回路と、共振回路に接続された負性抵抗回路とを有する発振部と、共振回路にバイアス電圧を与えるバイアス回路と、バイアス回路から出力されるバイアス電圧を周波数制御電圧に応じて切り替えるバイアス制御回路とを備えている。   In order to solve the above problems, a voltage controlled oscillator according to the present invention includes an inductor and a variable capacitor, and is provided with a frequency control voltage for controlling a resonance frequency and a bias voltage serving as a reference for controlling the resonance frequency. An oscillation unit having a resonance circuit in which the resonance frequency changes according to the frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve by changing the frequency control voltage with reference to the bias voltage, and a negative resistance circuit connected to the resonance circuit; A bias circuit for applying a bias voltage to the resonance circuit, and a bias control circuit for switching the bias voltage output from the bias circuit in accordance with the frequency control voltage.

ここで、バイアス制御回路は、バイアス電圧を切り替え可能とすることにより、周波数制御電圧が順次シフトした複数の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を共振回路で切り替え可能とし、周波数制御電圧が変化することによって共振回路の共振周波数が変化する過程で、周波数制御電圧が所定のしきい値電圧に達したときにバイアス電圧を切り替えることによって、共振回路の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を、現在の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線から周波数制御電圧を目的の制御電圧に近づける方向にシフトした周波数制御電圧対共振周波数特性曲線へ切り替えるようにしている。   Here, the bias control circuit can switch a plurality of frequency control voltages vs. resonant frequency characteristic curves in which the frequency control voltage is sequentially shifted by switching the bias voltage, and the frequency control voltage can be changed. By changing the bias voltage when the frequency control voltage reaches a predetermined threshold voltage in the process of changing the resonance frequency of the resonance circuit, the frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve of the resonance circuit is changed to the current frequency. The control voltage vs. resonance frequency characteristic curve is switched to the frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve shifted in the direction to bring the frequency control voltage closer to the target control voltage.

この構成によれば、回路のグラウンド電位から電源電位までの電圧範囲を超える広い制御電圧範囲を有する可変容量の線形領域を使用することができる。しかも、回路のグラウンド電位から電源電位までの電圧範囲より狭い範囲で変化する周波数制御電圧で上記の広い可変容量の線形領域を制御できる。   According to this configuration, it is possible to use a variable capacitance linear region having a wide control voltage range exceeding the voltage range from the ground potential of the circuit to the power supply potential. In addition, the above-described wide variable capacitance linear region can be controlled by a frequency control voltage that changes in a narrower range than the voltage range from the circuit ground potential to the power supply potential.

上記本発明の構成において、可変容量は、直流阻止容量素子と可変容量素子とからなる直列回路を複数並列接続した構成を有し、直流阻止容量素子と可変容量素子とからなる複数の直列回路のそれぞれにおいて、可変容量素子の一端に周波数制御端子が設けられ、可変容量素子の他端にバイアス端子が設けられ、バイアス回路は、直流阻止容量素子と可変容量素子とからなる複数の直列回路のそれぞれにおいて、バイアス端子に各々異なるバイアス電圧を与えることが好ましい。   In the configuration of the present invention, the variable capacitor has a configuration in which a plurality of series circuits each including a DC blocking capacitance element and a variable capacitance element are connected in parallel. In each, a frequency control terminal is provided at one end of the variable capacitive element, a bias terminal is provided at the other end of the variable capacitive element, and the bias circuit is a plurality of series circuits each including a DC blocking capacitive element and a variable capacitive element. It is preferable to apply different bias voltages to the bias terminals.

上記本発明の構成において、バイアス制御回路は、ヒステリシス特性を有するコンパレータを備え、コンパレータは、周波数制御電圧をしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じてバイアス回路が出力するバイアス電圧を切り替えることが好ましい。   In the configuration of the present invention, the bias control circuit includes a comparator having hysteresis characteristics, the comparator compares the frequency control voltage with the threshold voltage, and switches the bias voltage output from the bias circuit according to the comparison result. It is preferable.

上記本発明の構成において、バイアス制御回路は、ヒステリシス特性を有し、かつ各々異なるしきい値電圧を有する複数のコンパレータを備え、複数のコンパレータは、周波数制御電圧を各々のしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じてバイアス回路の出力するバイアス電圧を切り替えることが好ましい。   In the configuration of the present invention described above, the bias control circuit includes a plurality of comparators having hysteresis characteristics and different threshold voltages, and the plurality of comparators compare the frequency control voltage with each threshold voltage. It is preferable to switch the bias voltage output from the bias circuit according to the comparison result.

上記本発明の構成において、バイアス回路は、ダイオードまたはダイオードと抵抗の直列回路を複数段縦積み接続した構成を有し、複数段のダイオードの段間点または複数段のダイオードと抵抗の直列回路の段間点からバイアス電圧を出力する構成を有することが好ましい。   In the above configuration of the present invention, the bias circuit has a configuration in which a plurality of stages of diodes or series circuits of diodes and resistors are connected in cascade. It is preferable that the bias voltage is output from the interstage point.

上記本発明の構成においては、バイアス回路は、出力するバイアス電圧に温度特性を有し、バイアス電圧の温度特性によって可変容量の温度特性をキャンセルすることが好ましい。なお、バイアス回路に温度特性を持たせるには、バイアス回路をダイオードで構成し、ダイオードの温度特性を利用するか、もしくは演算増幅器で構成したバイアス回路に温度特性をもたせることでも実現可能である。   In the configuration of the present invention, it is preferable that the bias circuit has a temperature characteristic in the output bias voltage, and cancels the temperature characteristic of the variable capacitor by the temperature characteristic of the bias voltage. Note that the bias circuit can be provided with temperature characteristics by configuring the bias circuit with a diode and using the temperature characteristics of the diode, or by providing the bias circuit with an operational amplifier with temperature characteristics.

この構成によれば、可変容量の温度特性をキャンセルし温度変化があっても、周波数制御電圧が変動しない電圧制御発振器を提供することができる。   According to this configuration, it is possible to provide a voltage controlled oscillator in which the frequency control voltage does not fluctuate even when the temperature characteristic of the variable capacitor is canceled and the temperature changes.

また、本発明の構成においては、タイマ回路を備え、電源電圧投入後の任意の時間バイアス回路を複数あるバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定し、その後バイアス状態の固定を解除する機能を有することが好ましい。   In addition, in the configuration of the present invention, a timer circuit is provided, and a function for fixing an arbitrary time bias circuit after turning on the power supply voltage to any one of a plurality of bias states and then releasing the fixation of the bias state It is preferable to have.

また、本発明の構成においては、バイアス制御回路は、タイマ回路を備え、電源電圧投入後の第1の任意の時間バイアス回路を複数あるバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定し、その後の第2の任意の時間バイアス状態の固定を解除し、その後バイアス状態の固定の解除期間の最後の状態でバイアス状態を固定する機能を有することが好ましい。   Further, in the configuration of the present invention, the bias control circuit includes a timer circuit, and fixes the first arbitrary time bias circuit after turning on the power supply voltage to any one of a plurality of bias states, and then It is preferable to have a function of releasing the fixation of the bias state in the second arbitrary time period and then fixing the bias state in the final state of the release period of the fixation of the bias state.

また、電圧制御発振器がPLL回路に含まれる場合、バイアス制御回路は、PLL回路のロック状態を検出するPLLロック検出信号を入力とし、PLLロック検出信号がPLL非ロック状態を示す期間(PLLロック検出期間)バイアス回路を複数あるバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定し、PLLロック検出信号がPLL非ロック状態を示す状態からPLLロック状態を示す状態への変化に応答してバイアス状態の固定を解除する機能を有することが好ましい。   When the voltage controlled oscillator is included in the PLL circuit, the bias control circuit receives a PLL lock detection signal for detecting the lock state of the PLL circuit, and the period during which the PLL lock detection signal indicates the PLL non-lock state (PLL lock detection). Period) The bias circuit is fixed to any one of a plurality of bias states, and the bias lock state is changed in response to the change of the PLL lock detection signal from the state indicating the PLL non-lock state to the state indicating the PLL lock state. It preferably has a function of releasing the fixation.

本発明の電圧制御発振器を含んで構成されるPLL回路は、上記本発明の電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力を分周する分周器と、分周器の信号と外部からの基準周波数信号とを比較する位相比較器と、位相比較器の出力を入力するチャージポンプと、チャージポンプの出力を入力するローパスフィルタ回路と、ローパスフィルタ回路の出力を電圧制御発振器の電圧制御端子に与えるPLL回路であって、分周回路の出力信号と基準周波数信号とを用いてPLLのロック状態を検出するPLLロック検出回路を設け、PLLロック検出回路のロック検出信号に応じてバイアス状態を固定状態から固定解除状態にすることによりロック後PLLを安定的に動作させることができる。   A PLL circuit including the voltage controlled oscillator according to the present invention includes a voltage controlled oscillator according to the present invention, a frequency divider that divides the output of the voltage controlled oscillator, a signal of the frequency divider, and a reference frequency from the outside. A phase comparator that compares signals, a charge pump that receives the output of the phase comparator, a low-pass filter circuit that receives the output of the charge pump, and a PLL that provides the output of the low-pass filter circuit to the voltage control terminal of the voltage-controlled oscillator A PLL lock detection circuit that detects a PLL lock state using an output signal of the frequency divider circuit and a reference frequency signal is provided, and the bias state is changed from a fixed state according to the lock detection signal of the PLL lock detection circuit. By setting the unlocked state, the PLL can be stably operated after being locked.

上記のダイオードは、例えばコレクタとベースとを結合したトランジスタから形成される。また、上記可変容量は、例えばCMOSプロセスにより形成されるMOSトランジスタのゲート容量で構成される。   The diode is formed of a transistor in which a collector and a base are combined, for example. The variable capacitor is composed of a gate capacitor of a MOS transistor formed by, for example, a CMOS process.

本発明の電圧制御発振器の発振周波数制御方法は、インダクタおよび可変容量で構成される共振回路に対して、共振周波数を制御するための基準となるバイアス電圧と共振周波数を制御するための周波数制御電圧とを与え、バイアス電圧を基準として周波数制御電圧を変化させることにより、周波数制御電圧対共振周波数特性曲線に従って共振回路の共振周波数を変化させる電圧制御発振器の発振周波数制御方法であって、
バイアス電圧を切り替え可能とすることにより、周波数制御電圧が順次シフトした複数の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を共振回路で切り替え可能とし、
周波数制御電圧を変化させることによって共振回路の共振周波数を変化させる過程で、周波数制御電圧が所定のしきい値電圧に達したときにバイアス電圧を切り替えることによって、共振回路の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を、現在の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線から周波数制御電圧を目的の制御電圧に近づける方向にシフトした周波数制御電圧対共振周波数特性曲線へ切り替える。
An oscillation frequency control method for a voltage controlled oscillator according to the present invention includes a bias voltage serving as a reference for controlling a resonance frequency and a frequency control voltage for controlling the resonance frequency for a resonance circuit including an inductor and a variable capacitor. An oscillation frequency control method for a voltage controlled oscillator that changes the resonance frequency of the resonance circuit according to the frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve by changing the frequency control voltage with reference to the bias voltage,
By making the bias voltage switchable, it is possible to switch a plurality of frequency control voltages vs. resonant frequency characteristic curves in which the frequency control voltage is sequentially shifted by the resonance circuit,
In the process of changing the resonant frequency of the resonant circuit by changing the frequency control voltage, switching the bias voltage when the frequency controlled voltage reaches a predetermined threshold voltage, the frequency control voltage of the resonant circuit vs. the resonant frequency The characteristic curve is switched from the current frequency control voltage versus resonance frequency characteristic curve to a frequency control voltage versus resonance frequency characteristic curve that is shifted in a direction that brings the frequency control voltage closer to the target control voltage.

この方法によれば、回路のグラウンド電位から電源電位までの電圧範囲を超える広い制御電圧範囲を有する可変容量の線形領域を使用することができる。しかも、回路のグラウンド電位から電源電位までの電圧範囲より狭い範囲で変化する周波数制御電圧で上記の広い可変容量の線形領域を制御できる。   According to this method, it is possible to use a variable capacitance linear region having a wide control voltage range exceeding the voltage range from the ground potential of the circuit to the power supply potential. In addition, the above-described wide variable capacitance linear region can be controlled by a frequency control voltage that changes in a narrower range than the voltage range from the circuit ground potential to the power supply potential.

本発明の電圧制御発振器およびその発振周波数制御方法によれば、回路のグラウンド電位から電源電位までの電圧範囲を超える広い制御電圧範囲を有する可変容量の線形領域を使用することができる。しかも、回路のグラウンド電位から電源電位までの電圧範囲より狭い範囲で変化する周波数制御電圧で上記の広い可変容量の線形領域を制御できる。   According to the voltage controlled oscillator and the oscillation frequency control method of the present invention, it is possible to use a variable capacitance linear region having a wide control voltage range exceeding the voltage range from the ground potential of the circuit to the power supply potential. In addition, the above-described wide variable capacitance linear region can be controlled by a frequency control voltage that changes in a narrower range than the voltage range from the circuit ground potential to the power supply potential.

また、本発明の電圧制御発振器によれば、可変容量の温度特性をキャンセルし温度変化があっても、周波数制御電圧が変動しないこと特徴とする電圧制御発振器を提供することができる。   Further, according to the voltage controlled oscillator of the present invention, it is possible to provide a voltage controlled oscillator characterized in that the frequency control voltage does not fluctuate even if the temperature characteristic of the variable capacitor is canceled and the temperature changes.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における電圧制御発振器のブロック図を示したものである。この電圧制御発振器は、発振部200と、発振部200の可変容量へバイアスを与えるバイアス回路201と、バイアス回路201のバイアスを制御するバイアス制御回路202とから構成されている。発振部200については、図13に示した先行技術と同様の構成である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a voltage controlled oscillator according to the first embodiment of the present invention. The voltage controlled oscillator includes an oscillation unit 200, a bias circuit 201 that applies a bias to the variable capacitor of the oscillation unit 200, and a bias control circuit 202 that controls the bias of the bias circuit 201. The oscillating unit 200 has the same configuration as that of the prior art shown in FIG.

周波数制御端子5が発振部200とバイアス制御回路202とに接続されている。例として、バイアス回路201の出力端子201a、201b、201cから発振部200の可変容量への3つのバイアス電圧Vb1、Vb2、Vb3が与えられ、バイアス制御回路202の出力端子202a、202bからバイアス回路201の入力端子201d、201eへの2つの出力信号Vbc1、Vbc2が与えられているものとする。   The frequency control terminal 5 is connected to the oscillation unit 200 and the bias control circuit 202. As an example, three bias voltages Vb1, Vb2, and Vb3 from the output terminals 201a, 201b, and 201c of the bias circuit 201 to the variable capacitor of the oscillating unit 200 are given, and the bias circuit 201 is output from the output terminals 202a and 202b of the bias control circuit 202. Assume that two output signals Vbc1 and Vbc2 are supplied to the input terminals 201d and 201e.

図1における発振部200とバイアス回路201とバイアス制御回路202の具体的な回路図を図2に示す。   A specific circuit diagram of the oscillation unit 200, the bias circuit 201, and the bias control circuit 202 in FIG. 1 is shown in FIG.

発振部200は、先行技術と同様に、負性抵抗回路としての発振トランジスタ1a、1bと、インダクタ2a、2bと、可変容量素子10a、10b、11a、11b、12a、12bと可変容量素子10a、10b、11a、11b、12a、12bに直列に接続される直流阻止コンデンサ13a、13b、14a、14b、15a、15bとから構成される。可変容量素子10a、10b、11a、11b、12a、12bの一方の端子をそれぞれバイアス電圧Vb1、Vb2、Vb3に固定し、他方の端子には周波数制御端子5からそれぞれ抵抗16a、16b、17a、17b、18a、18bを介して周波数制御電圧Vcが印加される。   As in the prior art, the oscillation unit 200 includes oscillation transistors 1a and 1b as negative resistance circuits, inductors 2a and 2b, variable capacitance elements 10a, 10b, 11a, 11b, 12a and 12b, and variable capacitance elements 10a, DC blocking capacitors 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b connected in series to 10b, 11a, 11b, 12a, 12b. One terminal of the variable capacitance elements 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, and 12b is fixed to the bias voltages Vb1, Vb2, and Vb3, respectively, and the other terminal is connected to the resistors 16a, 16b, 17a, and 17b from the frequency control terminal 5, respectively. , 18a, 18b, the frequency control voltage Vc is applied.

バイアス回路201は、グラウンド電位と電源電位との間にダイオードD0、D1、D2、D3と抵抗Rxとを直列に接続して構成されている。バイアス電圧Vb1は、ダイオードD3のアノードから出力される。バイアス電圧Vb2はダイオードD2のアノード(ダイオードD3のカソード)から出力される。バイアス電圧Vb3は、ダイオードD1のアノード(ダイオードD2のカソード)から出力される。バイアス電圧Vb2は、バイアス電圧Vb1に比べて、ダイオードD3の順電圧Vd分低い値となっている。また、バイアス電圧Vb3は、バイアス電圧Vb2に比べてダイオードD2の順電圧Vd分低い値となっている。この構成により図14に示したような特性の合成が行われる。   The bias circuit 201 is configured by connecting diodes D0, D1, D2, and D3 and a resistor Rx in series between a ground potential and a power supply potential. The bias voltage Vb1 is output from the anode of the diode D3. The bias voltage Vb2 is output from the anode of the diode D2 (the cathode of the diode D3). The bias voltage Vb3 is output from the anode of the diode D1 (the cathode of the diode D2). The bias voltage Vb2 is lower than the bias voltage Vb1 by the forward voltage Vd of the diode D3. The bias voltage Vb3 is lower than the bias voltage Vb2 by the forward voltage Vd of the diode D2. With this configuration, the characteristics are synthesized as shown in FIG.

バイアス制御回路202は、周波数制御端子5に加えられる周波数制御電圧Vcと基準電圧(しきい値電圧)Vref1、Vref2とをそれぞれ比較するコンパレータCom1、Com2と、コンパレータCom1、Com2の出力の状態に応じてオンオフするスイッチS1、S2とから構成されている。スイッチS1、S2は一端がダイオードD1、D0のアノードに接続され、他端がグラウンドに接続されている。コンパレータCom1、Com2は各々ヒステリシス特性を有している。スイッチS1、S2は例えば、MOSトランジスタからなる。   The bias control circuit 202 compares the frequency control voltage Vc applied to the frequency control terminal 5 with the reference voltages (threshold voltages) Vref1 and Vref2, respectively, according to the output states of the comparators Com1 and Com2, and the comparators Com1 and Com2. The switches S1 and S2 are turned on and off. The switches S1 and S2 have one end connected to the anodes of the diodes D1 and D0 and the other end connected to the ground. The comparators Com1 and Com2 each have hysteresis characteristics. The switches S1 and S2 are composed of, for example, MOS transistors.

コンパレータCom1、Com2の出力は、それぞれスイッチS1、S2の制御端子と接続されている。スイッチS1、S2の状態によって、発振部200の可変容量に与えられるバイアス電圧Vb1、Vb2、Vb3は、電圧Vdまたは電圧2Vd分シフトすることになる。   The outputs of the comparators Com1 and Com2 are connected to the control terminals of the switches S1 and S2, respectively. Depending on the state of the switches S1 and S2, the bias voltages Vb1, Vb2, and Vb3 applied to the variable capacitor of the oscillating unit 200 are shifted by the voltage Vd or the voltage 2Vd.

したがって、発振部200の可変容量の容量値と周波数制御電圧の特性は、図2の回路では、3種類できることになり、バイアス電圧Vb1、Vb2、Vb3をスイッチS1、S2のオンオフによって切り替えることで、3つの特性のうち、いずれか一つを選択することができる。   Therefore, there are three types of characteristics of the variable capacitance of the oscillation unit 200 and the frequency control voltage in the circuit of FIG. 2. By switching the bias voltages Vb1, Vb2, and Vb3 by turning the switches S1 and S2 on and off, Any one of the three characteristics can be selected.

ここで、3つの特性をband1、band2、band3と表す。スイッチS1、S2の状態が、S1=任意(ONまたはOFF)、S2=ONの場合をband1とし、S1=ON、S2=OFFの状態をband2とし、S1=OFF、S2=OFFの状態をband3として、周波数制御電圧Vcに対する可変容量の容量値の変化を図3に示す。図3において、横軸には周波数制御電圧をとり、縦軸には可変容量の容量値をとっている。また、図3には、コンパレータCom1、Com2に与えられる基準電圧Vref1、Vref2を、グラウンド電位および回路電源電圧と合わせて示している。先行技術では、周波数制御端子の電圧範囲は、グラウンド電位から回路電源電圧までの範囲であったが、本発明の実施の形態1では、周波数制御端子の電圧範囲は、先行技術よりも狭い基準電圧Vref1から基準電圧Vref2(Vref1<Vref2)までの範囲である。   Here, the three characteristics are represented as band1, band2, and band3. The state of the switches S1 and S2 is band1 when S1 = arbitrary (ON or OFF) and S2 = ON, the state of S1 = ON and S2 = OFF is band2, the state of S1 = OFF and S2 = OFF is band3 FIG. 3 shows a change in the capacitance value of the variable capacitor with respect to the frequency control voltage Vc. In FIG. 3, the horizontal axis represents the frequency control voltage and the vertical axis represents the variable capacitance value. In FIG. 3, reference voltages Vref1 and Vref2 given to the comparators Com1 and Com2 are shown together with the ground potential and the circuit power supply voltage. In the prior art, the voltage range of the frequency control terminal is a range from the ground potential to the circuit power supply voltage. However, in the first embodiment of the present invention, the voltage range of the frequency control terminal is a reference voltage narrower than that of the prior art. The range is from Vref1 to the reference voltage Vref2 (Vref1 <Vref2).

上記のように、周波数制御端子の電圧範囲は、先行技術よりも狭く設定しても、上記のように、3つの特性のいずれかを周波数制御電圧の変化に応じて選択することにより、先行技術の場合と同等以上の広い範囲にわたって容量値を変化させることが可能となる。ここで、基準電圧Vref1をグラウンド電位より十分高くし、基準電圧Vref2を回路電源電圧より十分低くすることにより、先行技術で説明した、PLL回路の動作の不安定という課題を解決できるものである。なお、基準電圧Vref1、Vref2は任意に設定可能である。例としてはグラウンド電位及び回路電源電圧から0.5V程度離れた電圧が好ましい。   As described above, even if the voltage range of the frequency control terminal is set narrower than that of the prior art, as described above, by selecting one of the three characteristics according to the change of the frequency control voltage, the prior art It is possible to change the capacitance value over a wide range equal to or greater than that of the case. Here, by making the reference voltage Vref1 sufficiently higher than the ground potential and making the reference voltage Vref2 sufficiently lower than the circuit power supply voltage, the problem of unstable operation of the PLL circuit described in the prior art can be solved. The reference voltages Vref1 and Vref2 can be arbitrarily set. As an example, a voltage about 0.5 V away from the ground potential and the circuit power supply voltage is preferable.

すると、たとえば先行技術では可変容量の特性はband2のみであったが、本発明の実施の形態1を使用することにより、3つの特性band1〜band3を選択的に利用することができ、従来ではグラウンド電位から回路電源電圧(VCC電位)まで周波数制御電圧を変化させなければ得られなかった可変容量値を、グラウンド電位からVCC電位の範囲の内側で得ることができる。したがって前述しているようにPLL回路の特性を安定させることができる。   Then, for example, in the prior art, the characteristic of the variable capacitor is only band2, but by using the first embodiment of the present invention, the three characteristics band1 to band3 can be selectively used, and conventionally, the ground is ground. A variable capacitance value that cannot be obtained without changing the frequency control voltage from the potential to the circuit power supply voltage (VCC potential) can be obtained within the range from the ground potential to the VCC potential. Therefore, as described above, the characteristics of the PLL circuit can be stabilized.

また、PLL回路として使用する場合は、周波数制御端子電圧は目的の周波数へ自動で調整されるが、コンパレータがヒステリシスを持っているため、目的の周波数の調整を失敗することはない。つまり、コンパレータがヒステリシスをもっているため、しきい値付近で動作が不安定にならない。   When used as a PLL circuit, the frequency control terminal voltage is automatically adjusted to the target frequency. However, since the comparator has hysteresis, adjustment of the target frequency will not fail. That is, since the comparator has hysteresis, the operation does not become unstable near the threshold value.

図4に目的の周波数を高いほうから低いほうへ変化させていったとき、つまり可変容量の値が小さいほうから大きいほうへ変化させていったときの周波数制御電圧の変化を、太い実線の矢印で示す。また、目的の周波数を低いほうから高いほうへ変化させていったとき、つまり可変容量の値が大きいほうから小さいほうへ変化させていったときの周波数制御電圧の変化を、太い破線の矢印で示す。   In FIG. 4, when the target frequency is changed from high to low, that is, when the variable capacitance value is changed from small to large, the change in frequency control voltage is indicated by a thick solid arrow. It shows with. In addition, when the target frequency is changed from low to high, that is, when the variable capacitance value is changed from large to small, the change in frequency control voltage is indicated by a thick broken arrow. Show.

ここで、コンパレータCom1、Com2のヒステリシス動作と周波数制御電圧の変化の関連について、以下に説明する。一般に、電源電圧投入後、周波数制御電圧はグラウンド電位からスタートする。そのため、周波数制御電圧がグラウンド電位のとき、特性band3からスタートするようにスイッチS1とスイッチS2を設定している。そして、目的の周波数つまり目的の容量になるまで周波数制御電圧が変化していくが、このとき周波数制御電圧が基準電圧Vref1もしくはVref2付近になってしまうと、ヒステリシスがない場合、温度変動や電源電圧変動によるわずかな容量変化で特性の切り替わりが起こってしまい動作が不安定になる。本回路では、ヒステリシスにより、基準電圧Vref1を超えた電圧Vref1′で特性band3から特性band2へ移動する。移動後はコンパレータがヒステリシスをもつので、しきい値は電圧Vref1となる。また、特性band2から特性band1へは基準電圧Vref2を超えると移動し、移動後はコンパレータがヒステリシスをもつのでしきい値は電圧Vref2′になる。   Here, the relationship between the hysteresis operation of the comparators Com1 and Com2 and the change in the frequency control voltage will be described below. Generally, after the power supply voltage is turned on, the frequency control voltage starts from the ground potential. Therefore, when the frequency control voltage is the ground potential, the switch S1 and the switch S2 are set so as to start from the characteristic band3. The frequency control voltage changes until the target frequency, that is, the target capacity is reached. At this time, if the frequency control voltage becomes close to the reference voltage Vref1 or Vref2, if there is no hysteresis, temperature fluctuation or power supply voltage A slight change in capacitance due to fluctuation causes characteristic switching, resulting in unstable operation. In this circuit, due to the hysteresis, the voltage Vref1 'exceeds the reference voltage Vref1, and the characteristic band3 is shifted to the characteristic band2. Since the comparator has hysteresis after the movement, the threshold value is the voltage Vref1. Further, the characteristic band2 moves to the characteristic band1 when the reference voltage Vref2 is exceeded, and after the movement, the comparator has hysteresis, so the threshold value becomes the voltage Vref2 ′.

周波数制御電圧が回路電源電圧からスタートする場合には、以下のようになる。周波数制御電圧が回路電源電圧のとき、特性band1からスタートするようにスイッチS1とスイッチS2を設定している。そして、目的の周波数つまり目的の容量になるまで周波数制御電圧が変化していくが、このとき周波数制御電圧が基準電圧Vref1もしくはVref2付近になってしまうと、ヒステリシスがない場合、温度変動や電源電圧変動によるわずかな容量変化で特性の切り替わりが起こってしまい動作が不安定になる。本回路では、ヒステリシスにより、基準電圧Vref2を下回った電圧Vref2′で特性band1から特性band2へ移動する。移動後はコンパレータがヒステリシスをもつので、しきい値は電圧Vref2となる。また、特性band2から特性band3へは基準電圧Vref1を下回ると移動し、移動後はコンパレータがヒステリシスをもつのでしきい値は電圧Vref1′になる。   When the frequency control voltage starts from the circuit power supply voltage, the following occurs. When the frequency control voltage is the circuit power supply voltage, the switches S1 and S2 are set so as to start from the characteristic band1. The frequency control voltage changes until the target frequency, that is, the target capacity is reached. At this time, if the frequency control voltage becomes close to the reference voltage Vref1 or Vref2, if there is no hysteresis, temperature fluctuation or power supply voltage A slight change in capacitance due to fluctuation causes characteristic switching, resulting in unstable operation. In this circuit, due to the hysteresis, the characteristic band1 is shifted to the characteristic band2 at a voltage Vref2 ′ that is lower than the reference voltage Vref2. Since the comparator has hysteresis after the movement, the threshold value is the voltage Vref2. Further, the characteristic band2 moves to the characteristic band3 when it falls below the reference voltage Vref1, and after the movement, the comparator has hysteresis, so that the threshold value becomes the voltage Vref1 ′.

上記動作において、電圧Vref1’ - Vref1 がコンパレータCom1のヒステリシス量になり、また同様に Vref2 - Vref2’ がコンパレータCom2のヒステリシス量になる。   In the above operation, the voltage Vref1'-Vref1 becomes the hysteresis amount of the comparator Com1, and similarly, Vref2-Vref2 'becomes the hysteresis amount of the comparator Com2.

ここで、図4において、バイアス電圧の切り替えによって、周波数制御電圧が急激に変化している理由について説明する。バイアス電圧の切り替えによって周波数制御電圧が急変するのは、PLL周波数シンセサイザは目的の周波数になるようなクローズドループ回路を形成しているからである。周波数制御電圧対容量曲線が変化すると、容量を元に戻そうと周波数制御電圧が変化していく。例えば、いま目的の周波数で安定動作しているとき、特性band2から特性band3へ容量曲線を変化させると、周波数制御電圧が変化しなければ容量が変わってしまい目的の周波数ではなくなってしまう。   Here, in FIG. 4, the reason why the frequency control voltage is rapidly changed by switching the bias voltage will be described. The reason why the frequency control voltage changes suddenly by switching the bias voltage is that the PLL frequency synthesizer forms a closed loop circuit that achieves the target frequency. When the frequency control voltage vs. capacity curve changes, the frequency control voltage changes to restore the capacity. For example, when the capacitance curve is changed from the characteristic band 2 to the characteristic band 3 when the stable operation is performed at the target frequency, the capacitance is changed unless the frequency control voltage is changed, and the target frequency is not reached.

(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2における電圧制御発振器を示し、図6はその具体回路を示している。この実施の形態では、電圧制御回路200の可変容量の正または負の温度特性による発振周波数の温度変動をキャンセルするために、温度変動に応じてバイアス電圧を変化させるバイアス回路301と、バイアス回路301におけるバイアス電圧の変化量を制御する温度特性補正信号6を出力するバイアス制御回路302が、図1および図2のバイアス回路201およびバイアス制御回路202に代えて設けられている。温度特性補正信号6はバイアス回路301に供給され、それによって可変容量の温度補償を行うことができる。
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows a voltage controlled oscillator according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a specific circuit thereof. In this embodiment, in order to cancel the temperature fluctuation of the oscillation frequency due to the positive or negative temperature characteristic of the variable capacitor of the voltage control circuit 200, the bias circuit 301 that changes the bias voltage according to the temperature fluctuation, and the bias circuit 301 1 is provided in place of the bias circuit 201 and the bias control circuit 202 shown in FIGS. 1 and 2. The temperature characteristic correction signal 6 is supplied to the bias circuit 301, thereby enabling variable capacitor temperature compensation.

図6において、バイアス回路301は、図2とは異なり、ダイオードと抵抗の直列回路を複数段縦積みした構造となっているが、図2と同様にダイオードのみ縦積みした構造でもよい。図6において、符号R0〜R3はそれぞれ抵抗を示す。   6, the bias circuit 301 has a structure in which a series circuit of a diode and a resistor is vertically stacked, unlike FIG. 2, but may have a structure in which only the diode is vertically stacked as in FIG. In FIG. 6, symbols R0 to R3 each indicate a resistance.

電流源から電流をバイアス回路301へ流すことよりバイアス電圧を微調整することができる。バイアス電圧が変化すると、容量曲線も変化し、制御電圧も変化する。またバイアス回路301及び可変容量は温度特性がある。つまり容量曲線が温度特性を持ってしまうので、制御電圧の値も温度特性がある。この可変容量の温度特性をキャンセルするために、バイアス回路301へ電流を供給する電流源を含む温度特性調整回路400を使用し、バイアス回路301へ供給する電流に温度特性をもたせている。   The bias voltage can be finely adjusted by flowing current from the current source to the bias circuit 301. When the bias voltage changes, the capacitance curve also changes and the control voltage also changes. The bias circuit 301 and the variable capacitor have temperature characteristics. That is, since the capacitance curve has temperature characteristics, the value of the control voltage also has temperature characteristics. In order to cancel the temperature characteristic of the variable capacitor, a temperature characteristic adjusting circuit 400 including a current source that supplies current to the bias circuit 301 is used, and the current supplied to the bias circuit 301 has temperature characteristics.

この温度特性調整回路400は、NPNバイポーラトランジスタ20と、NPNバイポーラトランジスタ20のN倍の並列数であるバイポーラトランジスタ21とでカレントミラーが構成され、バイポーラトランジスタ21のエミッタに抵抗Rvが接続されている。   In this temperature characteristic adjusting circuit 400, a current mirror is constituted by the NPN bipolar transistor 20 and the bipolar transistor 21 that is N times the parallel number of the NPN bipolar transistor 20, and a resistor Rv is connected to the emitter of the bipolar transistor 21. .

具体的には、NPNバイポーラトランジスタ20のベースとNPNバイポーラトランジスタ21のベースとが接続されて共通化され、共通化されたベースがバイポーラトランジスタ20のコレクタに接続されて、カレントミラーを構成している。また、ベースが共通化されてもう一つのカレントミラーを構成するPNPトランジスタ30、31、32において、PNPトランジスタ30、31のコレクタがそれぞれNPNトランジスタ20、21のコレクタに接続されている。そしてPNPトランジスタ32のコレクタから可変電流Ivが出力されて、スイッチS10を介してバイアス回路301に供給される。   Specifically, the base of the NPN bipolar transistor 20 and the base of the NPN bipolar transistor 21 are connected and shared, and the shared base is connected to the collector of the bipolar transistor 20 to form a current mirror. . In the PNP transistors 30, 31, and 32 that form another current mirror with a common base, the collectors of the PNP transistors 30 and 31 are connected to the collectors of the NPN transistors 20 and 21, respectively. The variable current Iv is output from the collector of the PNP transistor 32 and supplied to the bias circuit 301 via the switch S10.

ここで、温度特性調整回路400の動作について説明する。補正信号6、つまり温度特性調整回路400からバイアス回路301に供給される電流は、トランジスタの電流利得hFEを無限大であると仮定し、PNPトランジスタ30、31、32のミラー比が同じ、つまり1対1対1ならば、電流は、
Iv=(Vt/Rv)×lnN
Vt=kT/q
ただし、 k:ボルツマン定数
T:温度(K)
q:素電荷
さらに、
Vb3-Vb2 = R3×(Vt/Rv)×lnN + VD3
ただし、VD3はダイオードD3のベース-エミッタ間電圧である。
Here, the operation of the temperature characteristic adjusting circuit 400 will be described. The correction signal 6, that is, the current supplied from the temperature characteristic adjustment circuit 400 to the bias circuit 301 assumes that the current gain h FE of the transistor is infinite, and the mirror ratios of the PNP transistors 30, 31, and 32 are the same, If one to one to one, the current is
Iv = (Vt / Rv) × lnN
Vt = kT / q
Where k: Boltzmann constant
T: Temperature (K)
q: Elementary charge
Vb3-Vb2 = R3 × (Vt / Rv) × lnN + VD3
However, VD3 is the base-emitter voltage of the diode D3.

このとき右辺第1項は温度に対して正の傾きを持ち、第2項は負の傾きを持つ。したがって右辺第1項の係数 (R3/Rv) による重み付けで、Vb3-Vb2は温度に対して正もしくは負の傾きを持たせることができるし、温度依存性を無くすこともできる。つまり可変容量の温度特性をキャンセルするように、バイアス電圧の温度特性を設定すればよい。   At this time, the first term on the right side has a positive slope with respect to the temperature, and the second term has a negative slope. Therefore, by weighting with the coefficient (R3 / Rv) of the first term on the right side, Vb3-Vb2 can have a positive or negative slope with respect to temperature, and temperature dependence can be eliminated. That is, the temperature characteristic of the bias voltage may be set so as to cancel the temperature characteristic of the variable capacitor.

上式でわかるように、バイアス電圧の差Vb3-Vb2に温度特性をもたせることが可能であり、このバイアス電圧の差Vb3-Vb2に応じて、バイアス電圧も温度により変化していく。また、可変容量の温度特性をキャンセルする方向にバイアス電圧を調整することによって、可変容量の温度特性をキャンセルすることができる。   As can be seen from the above equation, the bias voltage difference Vb3-Vb2 can have temperature characteristics, and the bias voltage also changes with temperature in accordance with the bias voltage difference Vb3-Vb2. Further, the temperature characteristic of the variable capacitor can be canceled by adjusting the bias voltage in the direction in which the temperature characteristic of the variable capacitor is canceled.

ここで、MOS容量の温度特性の補償について簡単に説明する。バイアス電圧が一定でも、MOS容量の温度特性によって、温度が変化すると、容量−制御電圧特性が図7(a)に示すように、破線の特性から実線の状態へシフトする。そこで、バイアス回路301による温度補償動作によって、図7(b)に示すように容量−制御電圧特性をもとに戻すのである。図7(c)にシンボルを示したMOS容量は、図7(d)に示すような温度特性を有していると想定している。なお、図7(d)には、MOS容量の両端に印加される電圧をVgbとしたときの、容量−電圧Vgbの特性を、温度をパラメータとして3つ示している。   Here, the compensation of the temperature characteristic of the MOS capacitor will be briefly described. Even if the bias voltage is constant, if the temperature changes due to the temperature characteristic of the MOS capacitor, the capacitance-control voltage characteristic shifts from the broken line characteristic to the solid line state as shown in FIG. Therefore, the temperature-compensating operation by the bias circuit 301 restores the capacitance-control voltage characteristics as shown in FIG. 7B. It is assumed that the MOS capacitor whose symbol is shown in FIG. 7C has a temperature characteristic as shown in FIG. FIG. 7D shows three characteristics of the capacitance-voltage Vgb when the voltage applied to both ends of the MOS capacitor is Vgb, using temperature as a parameter.

この実施の形態によれば、温度特性調整回路400を設けて、温度特性を有する電流Ivをバイアス回路301に供給するので、バイアス電圧が発振部200の可変容量の温度特性をキャンセルするように変化する。したがって、温度変動による発振部200の発振周波数の変動を防止することができ、したがって、周波数制御電圧の温度変動を防止することができる。   According to this embodiment, since the temperature characteristic adjusting circuit 400 is provided and the current Iv having the temperature characteristic is supplied to the bias circuit 301, the bias voltage changes so as to cancel the temperature characteristic of the variable capacitor of the oscillation unit 200. To do. Therefore, fluctuations in the oscillation frequency of the oscillation unit 200 due to temperature fluctuations can be prevented, and therefore temperature fluctuations in the frequency control voltage can be prevented.

(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3における電圧制御発振器の要部の回路図を示している。発振部の図示は省いている。この電圧制御発振器は、図8に示すように、初期設定回路401と、タイマ回路402と、スイッチS11−S14とを設け、バイアス制御回路202とバイアス回路201とをスイッチS11、S12を介して接続し、初期設定回路402をバイアス回路201にスイッチS13、S14を介して接続している。また、タイマ回路402は、スイッチS11〜S14のオンオフを切り替えるために設けられている。その他の構成は図2と同様である。
(Embodiment 3)
FIG. 8 shows a circuit diagram of a main part of the voltage controlled oscillator according to the third embodiment of the present invention. The illustration of the oscillation unit is omitted. As shown in FIG. 8, the voltage controlled oscillator includes an initial setting circuit 401, a timer circuit 402, and switches S11 to S14, and connects the bias control circuit 202 and the bias circuit 201 via the switches S11 and S12. The initial setting circuit 402 is connected to the bias circuit 201 via switches S13 and S14. The timer circuit 402 is provided for switching on and off the switches S11 to S14. Other configurations are the same as those in FIG.

この電圧制御発振器は、電源投入後の任意の期間、つまり、タイマ回路402のタイマ時間が経過するまでは、スイッチS11、S12がオフで、スイッチS13、14がオンとなっている。このとき、初期設定回路401により、バイアス回路201が複数のバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定される。具体的には、初期設定回路401は例えばバイアス回路201のダイオードD1、D0のアノードを例えばそれぞれ接地する状態に回路設定されていて、スイッチS13、S14がオンとなることにより有効に作用する。   In this voltage-controlled oscillator, the switches S11 and S12 are off and the switches S13 and S14 are on for an arbitrary period after the power is turned on, that is, until the timer time of the timer circuit 402 elapses. At this time, the bias circuit 201 is fixed to any one of a plurality of bias states by the initial setting circuit 401. Specifically, the initial setting circuit 401 is set, for example, so that the anodes of the diodes D1 and D0 of the bias circuit 201 are grounded, for example, and works effectively when the switches S13 and S14 are turned on.

上記タイマ時間の経過後は、スイッチS11、S12がオンとなり、スイッチS13、14がオフとなる。その結果、タイマ回路402により、初期設定回路401によるバイアス状態の固定が解除され、バイアス制御回路202によりバイアス回路201のバイアス電圧が周波数制御電圧に応じて制御される。   After the timer time elapses, the switches S11 and S12 are turned on and the switches S13 and S14 are turned off. As a result, the timer circuit 402 releases the fixing of the bias state by the initial setting circuit 401, and the bias control circuit 202 controls the bias voltage of the bias circuit 201 in accordance with the frequency control voltage.

この実施の形態によれば、上記電圧制御発振器をPLL回路(図15参照)において使用すると、バイアス状態の固定を解除した後は、バンド切り替えが1回ですむため、目的の周波数へロックするロックアップタイムを高速化することができる。   According to this embodiment, when the voltage controlled oscillator is used in the PLL circuit (see FIG. 15), the band is switched once after the bias state is released. Uptime can be increased.

(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4における電圧制御発振器の要部の回路図を示している。発振部の図示は省いている。この電圧制御発振器は、図9に示すように、初期設定回路401と、第1のタイマ時間と第2のタイマ時間とを設定するタイマ回路402と、外部基準周波数403によって動作するラッチ回路404と、スイッチS13〜S18とを設け、バイアス制御回路202とバイアス回路201とをスイッチS15、S16、ラッチ回路404およびスイッチS17、S18を介して接続し、初期設定回路402をバイアス回路201にスイッチS13、S14を介して接続している。また、タイマ回路402は、スイッチS13〜S18のオンオフを切り替えるために設けられている。その他の構成は図2と同様である。
(Embodiment 4)
FIG. 9 shows a circuit diagram of a main part of the voltage controlled oscillator in the fourth embodiment of the present invention. The illustration of the oscillation unit is omitted. As shown in FIG. 9, the voltage controlled oscillator includes an initial setting circuit 401, a timer circuit 402 that sets a first timer time and a second timer time, and a latch circuit 404 that operates by an external reference frequency 403. , Switches S13 to S18 are provided, the bias control circuit 202 and the bias circuit 201 are connected via the switches S15 and S16, the latch circuit 404 and the switches S17 and S18, and the initial setting circuit 402 is connected to the bias circuit 201, the switches S13, Connected via S14. Further, the timer circuit 402 is provided for switching the switches S13 to S18 on and off. Other configurations are the same as those in FIG.

この電圧制御発振器は、電源投入後の任意の期間(第1のタイマ時間)は、スイッチS13、S14がオンで、スイッチS15−S18はオフとなっている。このとき、初期設定回路401により、バイアス回路201が複数のバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定される。具体的には、初期設定回路401は例えばバイアス回路201のダイオードD1、D0のアノードをそれぞれ例えば接地する状態に回路設定されていて、スイッチS13、S14がオンとなることにより有効に作用する。   In this voltage controlled oscillator, the switches S13 and S14 are on and the switches S15 to S18 are off for an arbitrary period (first timer time) after the power is turned on. At this time, the bias circuit 201 is fixed to any one of a plurality of bias states by the initial setting circuit 401. Specifically, the initial setting circuit 401 is set, for example, so that the anodes of the diodes D1 and D0 of the bias circuit 201 are grounded, for example, and works effectively when the switches S13 and S14 are turned on.

上記第1のタイマ時間の経過後は、スイッチS13、S14がオフとなり、スイッチS15−S18がオンとなる。その結果、タイマ回路402により、初期設定回路401によるバイアス状態の固定が解除され、バイアス制御回路202によりバイアス回路201のバイアス電圧が周波数制御電圧に応じて制御される。このとき、バイアス制御回路202とバイアス回路201との間に設けたラッチ回路404が、外部基準周波数の周期の間隔でバイアス制御回路202の出力をラッチして、バイアス回路201へ与える。この期間は第2のタイマ時間継続する。   After the elapse of the first timer time, the switches S13 and S14 are turned off and the switches S15 to S18 are turned on. As a result, the timer circuit 402 releases the fixing of the bias state by the initial setting circuit 401, and the bias control circuit 202 controls the bias voltage of the bias circuit 201 in accordance with the frequency control voltage. At this time, the latch circuit 404 provided between the bias control circuit 202 and the bias circuit 201 latches the output of the bias control circuit 202 at intervals of the period of the external reference frequency and supplies the latch circuit 201 with the latch circuit 404. This period continues for a second timer time.

第2のタイマ時間の経過後は、スイッチS13、S14、S15、S16がオフとなり、スイッチS17−S18がオンとなる。これによって、バイアス回路201のバイアス状態が再びタイマ回路402により固定される。つまり、バイアス回路201のバイアス状態の固定が解除されている状態における最後にラッチされたバイアス状態で、バイアス回路201のバイアス状態が固定される。   After the elapse of the second timer time, the switches S13, S14, S15, and S16 are turned off and the switches S17 to S18 are turned on. As a result, the bias state of the bias circuit 201 is again fixed by the timer circuit 402. That is, the bias state of the bias circuit 201 is fixed in the last latched bias state in the state where the bias state of the bias circuit 201 is released.

この実施の形態によれば、上記電圧制御発振器をPLL回路(図15参照)において使用すると、バイアス回路は、最後にラッチされたバイアス状態で固定されるため、PLL回路のロック後の動作を安定的に行わせることができる。   According to this embodiment, when the voltage controlled oscillator is used in the PLL circuit (see FIG. 15), the bias circuit is fixed in the last latched bias state, so that the operation after locking of the PLL circuit is stabilized. Can be done automatically.

(実施の形態5)
図10は、本発明の実施の形態5における電圧制御発振器の要部の回路図を示している。発振部の図示は省いている。この電圧制御発振器は、図10に示すように、初期設定回路401と、PLL回路のロックを検出したときにPLLロック検出信号をアクティブにするPLLロック検出回路405と、スイッチS11−S14とを設け、バイアス制御回路202とバイアス回路201とをスイッチS11、S12を介して接続し、初期設定回路402をバイアス回路201にスイッチS13、S14を介して接続している。また、PLLロック検出回路405は、スイッチS11〜S14のオンオフを切り替えるために設けられている。その他の構成は図2と同様である。
(Embodiment 5)
FIG. 10 shows a circuit diagram of a main part of the voltage controlled oscillator in the fifth embodiment of the present invention. The illustration of the oscillation unit is omitted. As shown in FIG. 10, the voltage controlled oscillator includes an initial setting circuit 401, a PLL lock detection circuit 405 that activates a PLL lock detection signal when lock of the PLL circuit is detected, and switches S11 to S14. The bias control circuit 202 and the bias circuit 201 are connected via the switches S11 and S12, and the initial setting circuit 402 is connected to the bias circuit 201 via the switches S13 and S14. The PLL lock detection circuit 405 is provided for switching on and off of the switches S11 to S14. Other configurations are the same as those in FIG.

また、この電圧制御発振器を含んで構成されるPLL回路は、発振部と、発振部の出力を分周する分周器と、分周器の出力と基準周波数信号とを比較する位相比較器と、位相比較器の出力に応じて電流を出し入れするチャージポンプと、チャージポンプの出力を平均化するローパスフィルタとを備え、ローパスフィルタの出力を周波数制御電圧として周波数制御端子から電圧制御発振器とバイアス制御回路にフィードバックする構成である。また、PLLロック検出回路は、分周器の出力と基準周波数信号とをもとに、PLLロックを検出する構成になっている。   A PLL circuit including the voltage controlled oscillator includes an oscillation unit, a frequency divider that divides the output of the oscillation unit, a phase comparator that compares the output of the frequency divider and a reference frequency signal, and A charge pump that inputs and outputs current according to the output of the phase comparator, and a low-pass filter that averages the output of the charge pump, and a voltage-controlled oscillator and bias control from the frequency control terminal using the output of the low-pass filter as a frequency control voltage This configuration feeds back to the circuit. The PLL lock detection circuit is configured to detect the PLL lock based on the output of the frequency divider and the reference frequency signal.

この電圧制御発振器は、ロック検出回路405のロック検出期間中(非ロック検出状態)は、スイッチS11、S12がオフで、スイッチS13、14がオンとなっている。このとき、初期設定回路401により、バイアス回路201が複数のバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定される。具体的には、初期設定回路401は例えばバイアス回路201のダイオードD1、D0のアノードを例えばそれぞれ接地する状態に回路設定されていて、スイッチS13、S14がオンとなることにより有効に作用する。   In this voltage-controlled oscillator, the switches S11 and S12 are off and the switches S13 and S14 are on during the lock detection period (non-lock detection state) of the lock detection circuit 405. At this time, the bias circuit 201 is fixed to any one of a plurality of bias states by the initial setting circuit 401. Specifically, the initial setting circuit 401 is set, for example, so that the anodes of the diodes D1 and D0 of the bias circuit 201 are grounded, for example, and works effectively when the switches S13 and S14 are turned on.

上記ロック検出回路405のPLLロック検出信号がアクティブとなると、スイッチS11、S12がオンとなり、スイッチS13、14がオフとなる。その結果、初期設定回路401によるバイアス状態の固定が解除され、バイアス制御回路202によりバイアス回路201のバイアス電圧が周波数制御電圧に応じて制御される。   When the PLL lock detection signal of the lock detection circuit 405 becomes active, the switches S11 and S12 are turned on and the switches S13 and 14 are turned off. As a result, the fixing of the bias state by the initial setting circuit 401 is released, and the bias voltage of the bias circuit 201 is controlled by the bias control circuit 202 according to the frequency control voltage.

この実施の形態によれば、上記電圧制御発振器をPLL回路(図15参照)において使用すると、PLL回路のロック後のロック検出信号によりバイアス状態の固定を解除するので、その後はバンド切り替えが1回ですみ、そのため目的の周波数へロックするロックアップタイムを高速化することができる。   According to this embodiment, when the voltage-controlled oscillator is used in the PLL circuit (see FIG. 15), the bias state is released by the lock detection signal after the PLL circuit is locked. For this reason, the lock-up time for locking to the target frequency can be increased.

本発明にかかる、電圧制御発振器は、回路のグラウンド電位から電源電位までの範囲を超える広い制御電圧範囲を有する可変容量の線形領域を使用することが可能であり、特に無線通信機器で利用される電圧制御発振器に有用である。   The voltage controlled oscillator according to the present invention can use a variable capacitance linear region having a wide control voltage range exceeding the range from the ground potential of the circuit to the power supply potential, and is used particularly in a wireless communication device. Useful for voltage controlled oscillators.

本発明の実施の形態1の電圧制御発振器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the voltage controlled oscillator of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の電圧制御発振器のさらに具体的な回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the more concrete circuit structure of the voltage controlled oscillator of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における電圧制御発振器の可変容量の周波数制御弾圧に対する容量値の特性図である。It is a characteristic view of the capacitance value with respect to the frequency control repression of the variable capacitance of the voltage controlled oscillator in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における周波数制御電圧の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the frequency control voltage in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the voltage controlled oscillator of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2の電圧制御発振器のさらに具体的な構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the more concrete structure of the voltage controlled oscillator of Embodiment 2 of this invention. ゲート容量の温度特性の補正の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the correction | amendment of the temperature characteristic of gate capacitance. 本発明の実施の形態3の電圧制御発振器の要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the voltage controlled oscillator of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4の電圧制御発振器の要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the voltage controlled oscillator of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5の電圧制御発振器の要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the voltage controlled oscillator of Embodiment 5 of this invention. 先行技術の電圧制御発振器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the voltage control oscillator of a prior art. (a)は可変容量素子のシンボルを示す図、(b)は可変容量素子の両端子間の電圧差と容量値の関係を示す特性図である。(A) is a figure which shows the symbol of a variable capacitance element, (b) is a characteristic view which shows the voltage difference between the both terminals of a variable capacitance element, and the relationship of a capacitance value. 他の先行技術の電圧制御発振器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the voltage control oscillator of another prior art. 電圧制御発振器の可変容量の周波数制御電圧に対する容量値の特性図である。It is a characteristic view of the capacitance value with respect to the frequency control voltage of the variable capacitor of the voltage controlled oscillator. PLL回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a PLL circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1a、1b 発振トランジスタ
2a、2b インダクタ
4 電源端子
5 周波数制御端子
6 電流源
10a、10b、11a、11b、12a、12b 可変容量素子
13a、13b、14a、14b、15a、15b 直流阻止コンデンサ
16a、16b、17a、17b、18a、18b 抵抗
D0〜D3 ダイオード
Com1、Com2 コンパレータ
S1、S2 スイッチ
101 分周器
102 位相比較器
103 チャージポンプ
104 ローパスフィルタ
105 ロック検出器
200 発振部
201 バイアス回路
202 バイアス制御回路
301 バイアス回路
302 バイアス制御回路
400 温度特性調整回路
1a, 1b Oscillation transistor 2a, 2b Inductor 4 Power supply terminal 5 Frequency control terminal 6 Current source 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b Variable capacitance element 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b DC blocking capacitor 16a, 16b , 17a, 17b, 18a, 18b Resistor D0 to D3 Diode Com1, Com2 Comparator S1, S2 Switch 101 Frequency divider 102 Phase comparator 103 Charge pump 104 Low pass filter 105 Lock detector 200 Oscillator 201 Bias circuit 202 Bias control circuit 301 Bias circuit 302 Bias control circuit 400 Temperature characteristic adjustment circuit

Claims (12)

インダクタおよび可変容量で構成され、共振周波数を制御するための周波数制御電圧と共振周波数を制御するための基準となるバイアス電圧とが与えられ、前記バイアス電圧を基準として前記周波数制御電圧が変化することにより、周波数制御電圧対共振周波数特性曲線に従って共振周波数が変化する共振回路と、前記共振回路に接続された負性抵抗回路とを有する発振部と、
前記共振回路に前記バイアス電圧を与えるバイアス回路と、
前記バイアス回路から出力される前記バイアス電圧を前記周波数制御電圧に応じて切り替えるバイアス制御回路とを備え、
前記バイアス制御回路は、前記バイアス電圧を切り替え可能とすることにより、周波数制御電圧が順次シフトした複数の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を前記共振回路で切り替え可能とし、前記周波数制御電圧が変化することによって前記共振回路の共振周波数が変化する過程で、前記周波数制御電圧が所定のしきい値電圧に達したときに前記バイアス電圧を切り替えることによって、前記共振回路の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を、現在の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線から前記周波数制御電圧を目的の制御電圧に近づける方向にシフトした周波数制御電圧対共振周波数特性曲線へ切り替える電圧制御発振器。
A frequency control voltage for controlling the resonance frequency and a bias voltage serving as a reference for controlling the resonance frequency are provided, and the frequency control voltage changes based on the bias voltage. An oscillation unit having a resonance circuit whose resonance frequency changes according to a frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve, and a negative resistance circuit connected to the resonance circuit;
A bias circuit for applying the bias voltage to the resonant circuit;
A bias control circuit that switches the bias voltage output from the bias circuit according to the frequency control voltage;
The bias control circuit can switch a plurality of frequency control voltages vs. resonance frequency characteristic curves in which the frequency control voltage is sequentially shifted by the resonance circuit by switching the bias voltage, and the frequency control voltage changes. By switching the bias voltage when the frequency control voltage reaches a predetermined threshold voltage in the process of changing the resonance frequency of the resonance circuit, the frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve of the resonance circuit Is a voltage-controlled oscillator that switches from a current frequency control voltage versus resonance frequency characteristic curve to a frequency control voltage versus resonance frequency characteristic curve that is shifted in a direction that brings the frequency control voltage closer to the target control voltage.
前記可変容量は、直流阻止容量素子と可変容量素子とからなる直列回路を複数並列接続した構成を有し、前記直流阻止容量素子と前記可変容量素子とからなる複数の直列回路のそれぞれにおいて、前記可変容量素子の一端に周波数制御端子が設けられ、前記可変容量素子の他端にバイアス端子が設けられ、
前記バイアス回路は、前記直流阻止容量素子と前記可変容量素子とからなる複数の直列回路のそれぞれにおいて、前記バイアス端子に各々異なるバイアス電圧を与える請求項1記載の電圧制御発振器。
The variable capacitor has a configuration in which a plurality of series circuits each including a DC blocking capacitor and a variable capacitor are connected in parallel. In each of the plurality of series circuits including the DC blocking capacitor and the variable capacitor, A frequency control terminal is provided at one end of the variable capacitance element, and a bias terminal is provided at the other end of the variable capacitance element,
2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the bias circuit applies different bias voltages to the bias terminals in each of a plurality of series circuits including the DC blocking capacitive element and the variable capacitive element.
前記バイアス制御回路は、ヒステリシス特性を有するコンパレータを備え、前記コンパレータは、前記周波数制御電圧をしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じて前記バイアス回路が出力するバイアス電圧を切り替える請求項1記載の電圧制御発振器。   The bias control circuit includes a comparator having hysteresis characteristics, the comparator compares the frequency control voltage with a threshold voltage, and switches a bias voltage output from the bias circuit according to the comparison result. The voltage controlled oscillator described. 前記バイアス制御回路は、ヒステリシス特性を有し、各々異なるしきい値電圧を有する複数のコンパレータを備え、前記複数のコンパレータは、前記周波数制御電圧を各々のしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じて前記バイアス回路の出力するバイアス電圧を切り替える請求項1記載の電圧制御発振器。   The bias control circuit includes a plurality of comparators each having a hysteresis characteristic and having different threshold voltages, and the plurality of comparators compare the frequency control voltage with each threshold voltage, and the comparison result The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the bias voltage output from the bias circuit is switched according to the frequency. 前記バイアス回路は、ダイオードまたはダイオードと抵抗の直列回路を複数段縦積み接続した構成を有し、複数段のダイオードの段間点または複数段のダイオードと抵抗の直列回路の段間点からバイアス電圧を出力する構成を有する請求項1記載の電圧制御発振器。   The bias circuit has a configuration in which a plurality of stages of diodes or series circuits of diodes and resistors are connected in cascade. The voltage controlled oscillator according to claim 1, having a configuration for outputting 前記バイアス回路は、出力するバイアス電圧に温度特性を有し、バイアス電圧の温度特性によって前記可変容量の温度特性をキャンセルするようにしている請求項1記載の電圧制御発振器。   2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the bias circuit has a temperature characteristic in the output bias voltage, and cancels the temperature characteristic of the variable capacitor according to the temperature characteristic of the bias voltage. 前記バイアス制御回路は、タイマ回路を備え、電源電圧投入後の任意の時間前記バイアス回路を複数あるバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定し、その後バイアス状態の固定を解除する機能を有する請求項1記載の電圧制御発振器。   The bias control circuit includes a timer circuit, and has a function of fixing the bias circuit to any one of a plurality of bias states for an arbitrary time after turning on a power supply voltage, and thereafter releasing the fixation of the bias state. The voltage controlled oscillator according to claim 1. 前記バイアス制御回路は、タイマ回路を備え、電源電圧投入後の第1の任意の時間前記バイアス回路を複数あるバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定し、その後の第2の任意の時間バイアス状態の固定を解除し、その後バイアス状態の固定の解除期間の最後の状態でバイアス状態を固定する機能を有する請求項1記載の電圧制御発振器。   The bias control circuit includes a timer circuit, and fixes the bias circuit to any one of a plurality of bias states after a first arbitrary time after turning on a power supply voltage, and then a second arbitrary time thereafter 2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the voltage controlled oscillator has a function of releasing the fixation of the bias state and then fixing the bias state in the last state of the release period of the fixation of the bias state. PLL回路に含まれる電圧制御発振器であって、
前記バイアス制御回路は、前記PLL回路のロック状態を検出するPLLロック検出信号を入力とし、前記PLLロック検出信号がPLL非ロック状態を示す期間前記バイアス回路を複数あるバイアス状態のうちのいずれか一つの状態に固定し、前記PLLロック検出信号がPLL非ロック状態を示す状態からPLLロック状態を示す状態への変化に応答してバイアス状態の固定を解除する機能を有する請求項1記載の電圧制御発振器。
A voltage controlled oscillator included in a PLL circuit,
The bias control circuit receives a PLL lock detection signal for detecting a lock state of the PLL circuit as an input, and the bias control circuit is any one of a plurality of bias states during a period when the PLL lock detection signal indicates a PLL non-lock state. 2. The voltage control according to claim 1, wherein the voltage control has a function of releasing the fixation of the bias state in response to a change from a state indicating the PLL unlocked state to a state indicating the PLL locked state. Oscillator.
前記ダイオードはコレクタとベースとを結合したトランジスタから形成される請求項5記載の電圧制御発振器。   6. The voltage controlled oscillator according to claim 5, wherein said diode is formed of a transistor having a collector and a base combined. 前記可変容量は、CMOSプロセスにより形成されるMOSトランジスタのゲート容量で構成される請求項1記載の電圧制御発振器。   2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the variable capacitor is configured by a gate capacitor of a MOS transistor formed by a CMOS process. インダクタおよび可変容量で構成される共振回路に対して、共振周波数を制御するための基準となるバイアス電圧と共振周波数を制御するための周波数制御電圧とを与え、前記バイアス電圧を基準として前記周波数制御電圧を変化させることにより、周波数制御電圧対共振周波数特性曲線に従って前記共振回路の共振周波数を変化させる電圧制御発振器の発振周波数制御方法であって、
前記バイアス電圧を切り替え可能とすることにより、周波数制御電圧が順次シフトした複数の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を前記共振回路で切り替え可能とし、
前記周波数制御電圧を変化させることによって前記共振回路の共振周波数を変化させる過程で、前記周波数制御電圧が所定のしきい値電圧に達したときに前記バイアス電圧を切り替えることによって、前記共振回路の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線を、現在の周波数制御電圧対共振周波数特性曲線から前記周波数制御電圧を目的の制御電圧に近づける方向にシフトした周波数制御電圧対共振周波数特性曲線へ切り替えることを特徴とする電圧制御発振器の発振周波数制御方法。
A bias voltage serving as a reference for controlling the resonance frequency and a frequency control voltage for controlling the resonance frequency are provided to a resonance circuit including an inductor and a variable capacitor, and the frequency control is performed based on the bias voltage. An oscillation frequency control method of a voltage controlled oscillator that changes a resonance frequency of the resonance circuit according to a frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve by changing a voltage,
By making the bias voltage switchable, it is possible to switch a plurality of frequency control voltages versus resonance frequency characteristic curves in which the frequency control voltage is sequentially shifted in the resonance circuit,
In the process of changing the resonance frequency of the resonance circuit by changing the frequency control voltage, the frequency of the resonance circuit is switched by switching the bias voltage when the frequency control voltage reaches a predetermined threshold voltage. The control voltage vs. resonance frequency characteristic curve is switched from a current frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve to a frequency control voltage vs. resonance frequency characteristic curve shifted in a direction to bring the frequency control voltage closer to the target control voltage. An oscillation frequency control method for a voltage controlled oscillator.
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