電圧制御発振器、並びにそれを用いたＰＬＬ回路、ＦＬＬ回路、及び無線通信機器
【課題】発振周波数が温度によって変化する場合に、発振周波数の可変範囲を狭くすることなく発振周波数を所望の値に保持することができる電圧制御発振器、並びにそれを用いたＰＬＬ回路、ＦＬＬ回路、及び無線通信機器の提供。
【解決手段】可変容量回路１２０を構成する可変容量素子１２１，１２２の接続点Ｙには、制御電圧Ｖｔが印加される。容量スイッチ回路１３０を構成するスイッチング素子１３２には、制御信号Ｆｓｅｌが印加される。インダクタ回路１１０を構成するインダクタ１１１，１１２の接続点Ｘには、制御部１７０によって電源電圧Ｖｄｄが印加される。この電源電圧Ｖｄｄの電圧値は、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定となるように制御される。
【解決手段】可変容量回路１２０を構成する可変容量素子１２１，１２２の接続点Ｙには、制御電圧Ｖｔが印加される。容量スイッチ回路１３０を構成するスイッチング素子１３２には、制御信号Ｆｓｅｌが印加される。インダクタ回路１１０を構成するインダクタ１１１，１１２の接続点Ｘには、制御部１７０によって電源電圧Ｖｄｄが印加される。この電源電圧Ｖｄｄの電圧値は、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定となるように制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信機器で用いられる電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）、並びにそれを用いたＰＬＬ回路、ＦＬＬ回路、及び無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線通信機器の局部発振信号を発生させるデバイスとして、電圧制御発振器が広く使用されている。図１２は、従来の電圧制御発振器の構成例を示す図である。図１２に示された電圧制御発振器は、２つのインダクタ１１，１２と、２つの可変容量素子２１，２２と、スイッチング素子３２と、２つの容量性素子３１，３３と、２つの発振トランジスタ４１，４２と、電流源５０とを備えている。インダクタ１１，１２の接続点には、ＬＤＯ（低ドロップアウトレギュレータ）から一定の電源電圧Ｖｄｄが印加される。そして、可変容量素子２１，２２の接続点に制御電圧Ｖｔが印加され、スイッチング素子３２に制御信号Ｆｓｅｌが入力される。この電圧制御発振器では、制御電圧Ｖｔ及び制御信号Ｆｓｅｌを制御することによって電圧制御発振器全体の容量値を変化させている。その結果、電圧制御発振器から出力される局部発振信号の発振周波数が変化する。図１３は、制御信号ＦｓｅｌがＬＯＷである場合の制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を実線で、制御信号ＦｓｅｌがＨＩＧＨである場合の制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を破線で示している。
【０００３】
ところで、電圧制御発振器の使用中に温度変化が生じた場合、それに伴って例えばインダクタ１１，１２のインダクタンスが変化する。その結果、局部発振信号の発振周波数が変動する。このような発振周波数の変動を抑制するために、電圧制御発振器の温度を検知して、その検知結果に応じて制御電圧Ｖｔを可変範囲内で変化させることが考えられる。ここで、図１３に示す制御電圧Ｖｔの可変範囲とは、制御電圧Ｖｔの取り得る範囲であり、この範囲外では安定した発振周波数特性を得ることができない。また、電圧制御発振器の温度を検知する手段としては、特許文献１，２に開示されているものが知られている。特許文献１には、抵抗及びＮＴＣサーミスタからなる温度補償回路が示されている。特許文献２には、ＮＴＣサーミスタが示されている。
【特許文献１】特開平１０−１２６１５４号公報
【特許文献２】特開平９−２２３９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように温度変化が生じた場合、発振周波数の温度特性は、図１４（Ａ）に示されるようなものとなる。図１４（Ａ）において、実線は常温時の発振周波数特性を、点線は低温時の発振周波数特性を、破線は高温時の発振周波数特性を示す。ここで、低温時に制御電圧Ｖｔを可変範囲内のＶｔＡに設定することによって、発振周波数がｆ0に選択されているとする。次に、この状態で温度が上昇して高温になると、発振周波数をｆ0に保持するために、制御電圧ＶｔをＶｔＡからＶｔＢに変更する必要がある。しかしながら、ＶｔＢは制御電圧Ｖｔの可変範囲外の電圧値であるため、発振周波数をｆ0に保持できないことになる。したがって、発振周波数が温度によって変化するような場合は、図１４（Ｂ）に示されるようにＦｓｅｌがＬＯＷである場合とＦｓｅｌがＨＩＧＨである場合の周波数バンドの間隔を狭くして、ＶｔＢが制御電圧Ｖｔの可変範囲内となるようにする必要がある。すなわち、温度変化を原因とするインダクタンスの変化に対して制御電圧Ｖｔを調整して発振周波数を保持する方法では、発振周波数の可変範囲が狭くなるという問題点があった。
【０００５】
それ故に、本発明の目的は、発振周波数が温度によって変化する場合に、発振周波数の可変範囲を狭くすることなく発振周波数を所望の値に保持することができる電圧制御発振器、並びにそれを用いたＰＬＬ回路、ＦＬＬ回路、及び無線通信機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一局面は、局部発振信号を発生させる電圧制御発振器である。この電圧制御発振器は、インダクタ回路と、可変容量回路と、少なくとも１つの容量スイッチ回路と、負性抵抗回路と、制御部とを備える。インダクタ回路は、インダクタが直列接続されたものである。可変容量回路は、両端子間の電位差によって容量値が変化する可変容量素子が直列接続されたものである。容量スイッチ回路は、容量性素子及びスイッチング素子から構成されている。インダクタ回路、可変容量回路、少なくとも１つの容量スイッチ回路、及び負性抵抗回路は、互いに並列接続されている。この構成において、制御部は、インダクタの接続点に電源電圧を印加する。また、可変容量素子の接続点に制御電圧が印加されると共に、容量スイッチ回路に制御信号が入力される。制御部は、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定となるように、温度変化に伴って電源電圧を変化させる。
【０００７】
上記構成によれば、温度変化に伴う電源電圧の制御により、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定に保持される。すなわち、温度変化に対しては、制御電圧の制御はほとんど必要なくなる。
【０００８】
他の局面では、制御部は、温度上昇に伴って電源電圧を大きくする。
【０００９】
温度が上昇した場合、例えばインダクタのインダクタンスが大きくなり、その結果、局部発振信号の発振周波数が大きくなってしまう。この発振周波数は、インダクタのインダクタンスと、可変容量回路の容量値及び容量スイッチ回路の容量値との積に依存する。上記構成によれば、インダクタンスの増加を打ち消すように可変容量素子の容量値が小さくなる。その結果、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定に保持される。
【００１０】
他の局面では、制御部は、記憶部と、検知部と、設定部とを含んでいる。記憶部は、温度と電圧値とを対応付けて記憶している。検知部は、温度を検知する。設定部は、検知部によって検知された温度に対応する電圧値を記憶部から読み出して電源電圧に設定する。
【００１１】
記憶部の電圧値を適切な値に設定しておくことにより、温度変化に伴う局部発振信号の発振周波数の変化を容易に抑制することが可能となる。
【００１２】
他の局面では、記憶部が記憶する温度と電圧値とは、温度が上昇するほど電圧値が大きくなるように設定されている。
【００１３】
上記構成によれば、検知部によって検知された温度が高くなるほど、電源電圧がより大きな値に設定されるので、インダクタンスの増加が可変容量素子の容量値の減少によって相殺される。その結果、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定に保持されるという効果が得られる。
【００１４】
他の局面では、制御部は、抵抗及びトランジスタを備える低ドロップアウトレギュレータである。抵抗の抵抗値は、発振周波数が温度変化に対して一定となるように設定されている。
【００１５】
従来の低ドロップアウトレギュレータは、電源電圧が常に一定となるように構成されている。抵抗は、温度の上昇に伴って電圧値が増加するという正の特性を有している。上記構成によれば、抵抗の特性により、電源電圧が温度上昇に伴って大きくなり、その結果、発振周波数が温度変化に対して一定となる。
【００１６】
他の局面では、電圧制御発振器は、当該電圧制御発振器の出力を取り出すバッファアンプを更に備えている。制御部は、インダクタの接続点に加えて、バッファアンプに電源電圧を印加する。
【００１７】
これにより、電圧制御発振器から、温度によらずほぼ一定の出力が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電源電圧を変化させることによって可変容量素子の両端の電位差が変更されて、電圧制御発振器の容量値が変化する。この容量値の変化によって発振周波数が調整されるので、発振周波数が温度によって変化する場合に、周波数可変範囲を狭くすることなく発振周波数を所望の値に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電圧制御発振器１００の構成例を示す図である。電圧制御発振器１００は、携帯電話等の無線通信機器の局部発振信号を発生させるデバイスである。図１に示されるように、電圧制御発振器１００は、インダクタ回路１１０、可変容量回路１２０、容量スイッチ回路１３０、負性抵抗回路１４０、電流源１５０、及び制御部１７０を備えている。インダクタ回路１１０、可変容量回路１２０、容量スイッチ回路１３０、及び負性抵抗回路１４０は、互いに並列接続されている。なお、本実施形態では、電圧制御発振器１００が１つの容量スイッチ回路１３０を備えている形態について説明するが、電圧制御発振器１００に複数の容量スイッチ回路１２０が設けられていてもよい。
【００２０】
インダクタ回路１１０は、直列に接続されたインダクタ１１１，１１２で構成されている。インダクタ１１１とインダクタ１１２との接続点Ｘには、制御部１７０から電源電圧Ｖｄｄが印加される。この電源電圧Ｖｄｄについては後述する。
【００２１】
可変容量回路１２０は、本実施形態では、直列に接続された可変容量素子１２１，１２２で構成されている。可変容量素子１２１，１２２は、ＣＭＯＳプロセスで用いられるゲート容量を利用した可変容量素子である。可変容量素子１２１，１２２は、両端子間の電位差によってその容量値が変化するものである。なお、本発明の電圧制御発振器の可変容量回路には、図１等で示す構成以外にも、Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ型やＡｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ型のＭＯＳトランジスタやＣ結合を用いた構成（図２（Ａ）〜図２（Ｄ））を用いることも可能である。
【００２２】
容量スイッチ回路１３０は、スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ１３２、及び容量性素子１３１，１３３から構成されている。容量性素子１３１，１３３は、ＭＯＳトランジスタ１３２のドレイン及びソースにそれぞれ接続されている。この容量スイッチ回路１３０は、バンド切り換え回路を構成する。
【００２３】
負性抵抗回路１４０は、２つのトランジスタ１４１，１４２が互いにクロスカップリングされることによって構成されている。トランジスタ１４１，１４２としては、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が用いられる。
【００２４】
電圧制御発振器１００が出力する局部発振信号の発振周波数をフィードバック制御するために、可変容量素子１２１と可変容量素子１２２との接続点Ｙに制御電圧Ｖｔが印加される。また、ＭＯＳトランジスタ１３２のゲートには制御信号Ｆｓｅｌが印加され、制御信号ＦｓｅｌがＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルとの間で切り換えられることによって、局部発振信号の発振周波数のバンドが変化する。このＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルとは、電源電圧Ｖｄｄとグランド電圧（＝０Ｖ）が適している。このように、電圧制御発振器１００から出力される局部発振信号の発振周波数は、制御電圧Ｖｔと制御信号Ｆｓｅｌが変化することによって変化する。
【００２５】
制御部１７０は、接続点Ｘに印加する電源電圧Ｖｄｄを制御するものである。この制御部１７０は、入力部１７１、出力部１７２、検知部１７３、設定部１７４、及び記憶部１７５を有している。
【００２６】
入力部１７１は、バッテリー等から入力された入力電圧を出力部１７２へ出力する。出力部１７２は、入力部１７１からの入力電圧を設定部１７４によって設定された電圧値に変圧して、電源電圧Ｖｄｄとして接続点Ｘに印加する。検知部１７３は、インダクタ１１１，１１２周辺の温度を検知するものである。検知部１７３としては、ＮＴＣサーミスタなどが挙げられるが、検知部１７３は、その他の温度検知手段であってもよい。記憶部１７５は、温度と電圧値とを対応付けて記憶している（図４参照）。設定部１７４は、検知部１７３によって検知された温度に対応する電圧値を記憶部１７５から読み出して、出力部１７２から出力される電源電圧Ｖｄｄの電圧値に設定する。
【００２７】
ところで、電圧制御発振器１００から出力される局部発振信号の発振周波数ｆ0は、以下の式１で表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
式１において、Ｌはインダクタ１１１，１１２のインダクタンスであり、ＣVは可変容量素子１２１，１２２の容量値であり、ＣCは容量性素子１３１，１３３の容量値である。ここで、温度変化が生じた場合に、例えば可変容量素子１２１，１２２の容量値ＣV及び容量性素子１３１，１３３の容量値ＣCは変動せず、インダクタ１１１，１１２のインダクタンスＬの値が変動したとする。インダクタンスＬの値は、通常、温度の上昇に伴って大きくなるので、温度が上昇した場合には、式１から明らかなように、発振周波数ｆ0が小さくなる。この温度上昇による発振周波数ｆ0の変動を抑制するには、式１から明らかなように、可変容量素子１２１，１２２の容量値ＣVを小さくすればよい。可変容量素子１２１，１２２は、両端子間の電位差によってその容量値が変化するものである。このため、制御電圧Ｖｔを一定にして可変容量素子１２１，１２２の容量値ＣVを小さくするためには、可変容量素子１２１，１２２の両端の電位差、つまり、制御電圧Ｖｔと電源電圧Ｖｄｄの電位差を制御すれば良い。
【００３０】
図３は、電源電圧Ｖｄｄが１．７Ｖである場合の制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を破線で示し、電源電圧Ｖｄｄが１．８Ｖである場合の制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を実線で示し、電源電圧Ｖｄｄが１．９Ｖである場合の制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を点線で示している。図３から明らかなように、制御電圧Ｖｔを変えなくても、電源電圧Ｖｄｄを大きくすることで、容量値ＣVを小さくすることが可能である。このため、制御部１７０は、温度の上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄの電圧値が大きくなるように、電源電圧Ｖｄｄの電圧値を制御する。
【００３１】
以下、電源電圧Ｖｄｄの制御方法について説明する。図４は、記憶部１７５に記憶されているルックアップテーブル１７６を例示する図である。このルックアップテーブル１７６によって、温度と電源電圧Ｖｄｄとが対応付けられて記憶部１７５に記憶されている。設定部１７４は、検知部１７３によって検知された温度に対応する電圧値をルックアップテーブル１７６から読み出して出力部１７２へ出力する。これに対して、出力部１７２は、入力部１７１からの入力電圧を設定部１７４から出力された電圧値に変圧して、電源電圧Ｖｄｄとして接続点Ｘに印加する。すなわち、設定部１７４は、検知部１７３によって検知された温度に対応する電圧値を記憶部１７５から読み出して電源電圧Ｖｄｄの電圧値に設定する。
【００３２】
例えば検知部１７３によって検知された温度が摂氏−４０度である場合、電源電圧Ｖｄｄが１．７Ｖに設定される。例えば検知部１７３によって検知された温度が摂氏２５度である場合、電源電圧Ｖｄｄは１．８Ｖに設定される。また、例えば検知部１７３によって検知された温度が摂氏１００°である場合、電源電圧Ｖｄｄは１．９Ｖに設定される。このように、ルックアップテーブル１７６に格納されている電圧値は、設定部１７４によって設定される電源電圧Ｖｄｄが温度上昇に伴って大きくなるように適切な値に設定されている。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、制御部１７０が温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを大きくすることで、容量値ＣVが小さくなる。その結果、温度上昇に伴うインダクタＬの増加が容量値ＣVの減少によって相殺され、発振周波数ｆ0が温度変化に対して一定となる。換言すれば、共振回路を構成する構成要素の容量値又はインダクタンスが温度によって変動しても、その変動分を可変容量回路１２０（本実施形態では、可変容量素子１２１，１２２）で吸収することができるので、制御電圧Ｖｔをほとんど変えることなく、同じ発振周波数ｆ0を取り出すことができる。このことについて、図５及び図６を参照しつつ、以下に説明する。
【００３４】
図５は、電源電圧Ｖｄｄを補正しなかった場合における制御電圧Ｖｔに対する発振周波数ｆ0の変化を示す図である。図６は、電源電圧Ｖｄｄを補正した場合における制御電圧Ｖｔに対する発振周波数ｆ0の変化を示す図である。図５，６において、点線は摂氏−４０度における発振周波数ｆ0の周波数特性を示し、実線は摂氏２７度における発振周波数ｆ0の周波数特性を示し、破線は摂氏１００度における発振周波数ｆ0の周波数特性を示す。
【００３５】
図５，６からも明らかなように、電源電圧Ｖｄｄを温度変化（本実施形態ではインダクタンスＬの変化）に応じて補正することで、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動が抑制されている。すなわち、局部発振信号の発振周波数ｆ0が温度変化に対してほぼ一定となっている。
【００３６】
図７は、バッファアンプ１８１，１８２を備える電圧制御発振器１００の構成例を示す図である。バッファアンプ１８１，１８２は、電圧制御発振器１００の出力を取り出すためのものである。バッファアンプ１８１は、ＤＣカットコンデンサ１８３を介して電圧制御発振器１００の一方の出力端子に接続されている。バッファアンプ１８２は、ＤＣカットコンデンサ１８４を介して電圧制御発振器１００の他方の出力端子に接続されている。そして、接続点Ｘに加えて、バッファアンプ１８１，１８２に対して電源電圧Ｖｄｄが電源として制御部１７０から印加される。インバータアンプや差動アンプ等をバッファアンプとして用いる場合、温度が高くなるとトランジスタのゲインが小さくなって出力電力が小さくなるので、上述のように温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを大きくすることで、温度変化と関係なくほぼ一定の出力電力を得ることが可能である。
【００３７】
以上のように、第１の実施形態に係る電圧制御発振器１００によれば、検知部１７３によって検知される温度が高くなるほど、設定部１７４によって電源電圧Ｖｄｄがより大きな値に設定される。このため、発振周波数ｆ0に対するインダクタ１１１，１１２のインダクタンスの増加の影響が、可変容量素子１２１，１２２の容量値の減少によって相殺される。よって、制御電圧Ｖｔをほとんど変化させなくても、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制することができる。したがって、発振周波数ｆ0の可変範囲を狭くすることなく発振周波数ｆ0を所望の値に保持することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、電源電圧Ｖｄｄを制御して温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制する場合について説明したが、電源電圧Ｖｄｄと制御電圧Ｖｔとの両方を制御して、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制するようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを大きくする形態について説明したが、温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを小さくするように制御してもよい。なぜなら、共振回路の温度特性や可変容量素子（可変容量回路）の容量特性によっては、温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを小さくする必要がある場合も考えられるからである。本実施形態で説明したようにルックアップテーブル１７６を使用する場合、温度が上昇するほど電源電圧Ｖｄｄが小さくなるように、温度と電圧値とを対応付けておけばよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器２００の構成例を示す図である。電圧制御発振器２００は、制御部１７０（図１参照）に代えて低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）１９０を備えている他は、電圧制御発振器１００と同様の構成である。したがって、第２の実施形態では、電圧制御発振器１００と共通する構成についてはその説明を省略する。なお、図８では、バッファアンプ１８１，１８２が省略されている。
【００４１】
インダクタ１１１，１１２の接続点Ｘには、低ドロップアウトレギュレータ１９０から電源電圧Ｖｄｄが印加される。図９は、低ドロップアウトレギュレータ１９０の回路構成の一例を示す図である。低ドロップアウトレギュレータ１９０は、抵抗１９１，１９２，１９３と、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５と、演算増幅器１９６とを備える。
【００４２】
図９に示されるように、抵抗１９１の一端側は、抵抗１９３の一端側、及び演算増幅器１９６の出力端子と接続されている。抵抗１９１の他端側は、ＰＮＰ型トランジスタ１９４のエミッタ、及び演算増幅器１９６の入力端子の一方と接続されている。抵抗１９２の一端側は、抵抗１９３の他端側、及び演算増幅器１９６の他方の入力端子と接続されている。抵抗１９２の他端側は、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のエミッタと接続されている。抵抗１９３の一端側は、抵抗１９１の一端側、及び演算増幅器１９６の出力端子と接続されている。抵抗１９３の他端側は、抵抗１９２の一端側、及び演算増幅器１９６の他方の入力端子と接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９４のエミッタは、抵抗１９１の他端側、及び演算増幅器１９６の一方の入力端子と接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９４のベース及びコレクタは接地されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９５のエミッタは、抵抗１９２の他端側と接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９５のベース及びコレクタは接地されている。
【００４３】
ところで、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５は、例えば、温度が１度上昇する毎に電源電圧Ｖｄｄを２ｍＶ減少させるというように、温度の上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを減少させるという負の温度特性を有している。一方、抵抗１９１，１９２，１９３は、例えば温度が１度上昇する毎に電源電圧Ｖｄｄを１０ｍＶ増加させるというように、温度の上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを増加させるという正の温度特性を有している。したがって、抵抗１９１，１９２，１９３の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５のＱ１，Ｑ２の値によって、電源電圧Ｖｄｄの温度特性を決定することができる。
【００４４】
従来のＬＤＯであれば、抵抗１９１，１９２，１９３の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５のＱ１，Ｑ２の値は、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５と抵抗１９１，１９２，１９３との温度特性を相殺するように、すなわち温度変化に対して電源電圧Ｖｄｄが一定となるように設定されている。これに対して、本実施形態に係る電圧制御発振器２００では、電源電圧Ｖｄｄが温度上昇に伴って大きくなり、その結果、制御電圧Ｖｔをほとんど変化させなくても発振周波数ｆ0が温度変化に対して一定となるように、抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＱ１，Ｑ２の値が設定されている。換言すれば、抵抗１９１，１９２，１９３の温度に対する電源電圧Ｖｄｄの変化が、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５の温度に対する電源電圧Ｖｄｄの変化よりも大きくなるように、抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＱ１，Ｑ２の値が設定されている。
【００４５】
以上のように、第２の実施形態に係る電圧制御発振器２００によれば、抵抗１９１，１９２，１９３の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を変更するだけで電源電圧Ｖｄｄの制御が可能である。このため、新規な回路構成を追加することなく、ＬＤＯを利用して電源電圧Ｖｄｄを変化させて、温度変化に対する発振周波数ｆ0の変動を抑制することができる。よって、制御電圧Ｖｔをほとんど変化させなくても、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制することができる。したがって、発振周波数ｆ0の可変範囲を狭くすることなく発振周波数ｆ0を所望の値に保持することができる。
【００４６】
［電圧制御発振器を用いた構成例］
図１０は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る電圧制御発振器１００，２００を用いたＰＬＬ回路３００の構成例を示す図である。図１０に示されるように、ＰＬＬ回路３００は、位相比較器（ＰＤ）３０１、ループフィルタ３０２、本発明の電圧制御発振器３０３（１００，２００）、及び分周器３０４を備える。
【００４７】
位相比較器３０１は、入力される基準信号と、電圧制御発振器３０３の出力信号を分周器３０４で分周した信号とを比較する。位相比較器３０１から出力される信号は、ループフィルタ３０２を介して電圧制御発振器３０３に制御電圧Ｖｔとして入力される。電圧制御発振器３０３は、制御電圧Ｖｔに基づいて所望周波数の局部発振信号を出力する。この構成により、ＰＬＬ回路３００は、所望とされる周波数を固定（ロック）する。なお、分周器３０４の代わりにミキサを用いてもよいし、分周器３０４とミキサとを併用してもよい。
【００４８】
図１１は、ＰＬＬ回路３００を用いた無線通信機器４００の構成例を示す図である。図１１に示されるように、無線通信機器４００は、アンテナ４０１、電力増幅器４０２、変調器４０３、スイッチ４０４、低雑音増幅器４０５、復調器４０６、及びＰＬＬ回路３００を備える。
【００４９】
無線信号を送信する場合、変調器４０３は、ＰＬＬ回路３００から出力される所望の高周波信号をベースバンド変調信号で変調して出力する。変調器４０３から出力される高周波変調信号は、電力増幅器４０２によって増幅され、スイッチ４０４を介してアンテナ４０１から放射される。無線信号を受信する場合、アンテナ４０１から受信された高周波変調信号は、スイッチ４０４を介して低雑音増幅器４０５に入力されて増幅され、復調器４０６に入力される。復調器４０６は、ＰＬＬ回路３００から出力される高周波信号によって、入力された高周波変調信号をベースバンド変調信号に復調する。なお、ＰＬＬ回路３００は、送信側及び受信側で複数用いてもよい。また、ＰＬＬ回路３００が変調器を兼ねてもよい。
【００５０】
なお、ここでは電圧制御発振器１００，２００がＰＬＬ回路３００に適用された場合について説明したが、電圧制御発振器１００，２００は、ＦＬＬ回路に適用されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の電圧制御発振器は、無線通信機器の局部発振信号の生成等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電圧制御発振器１００の構成例を示す図
【図２】可変容量回路１２０の構成の変形例を示す図
【図３】制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を示す図
【図４】ルックアップテーブル１７６を示す図
【図５】電源電圧Ｖｄｄを補正しなかった場合における制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【図６】電源電圧Ｖｄｄを補正した場合における、制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【図７】バッファアンプ１８１，１８２を備える電圧制御発振器１００の構成例を示す図
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器２００の構成例を示す図
【図９】ＬＤＯ１９０の回路構成の一例を示す図
【図１０】本発明の電圧制御発振器を用いたＰＬＬ回路３００の構成を示す図
【図１１】ＰＬＬ回路３００を用いた無線通信機器４００の構成を示す図
【図１２】従来の電圧制御発振器の構成を示す図
【図１３】制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【図１４】温度が変化した場合における、制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【符号の説明】
【００５３】
１００ 電圧制御発振器
１１０ インダクタ回路
１１１，１１２ インダクタ
１２０ 可変容量回路
１２１，１２２ 可変容量素子
１３０ 容量スイッチ回路
１３１，１３３ 容量性素子
１３２ ＭＯＳトランジスタ１３２
１４０ 負性抵抗回路
１７０ 制御部
１７３ 検知部
１７４ 設定部
１７５ 記憶部
１８１，１８２ バッファアンプ
１９０ 低ドロップアウトレギュレータ
１９１，１９２，１９３ 抵抗
１９４，１９５ ＰＮＰ型トランジスタ
３００ ＰＬＬ回路
４００ 無線通信機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信機器で用いられる電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）、並びにそれを用いたＰＬＬ回路、ＦＬＬ回路、及び無線通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無線通信機器の局部発振信号を発生させるデバイスとして、電圧制御発振器が広く使用されている。図１２は、従来の電圧制御発振器の構成例を示す図である。図１２に示された電圧制御発振器は、２つのインダクタ１１，１２と、２つの可変容量素子２１，２２と、スイッチング素子３２と、２つの容量性素子３１，３３と、２つの発振トランジスタ４１，４２と、電流源５０とを備えている。インダクタ１１，１２の接続点には、ＬＤＯ（低ドロップアウトレギュレータ）から一定の電源電圧Ｖｄｄが印加される。そして、可変容量素子２１，２２の接続点に制御電圧Ｖｔが印加され、スイッチング素子３２に制御信号Ｆｓｅｌが入力される。この電圧制御発振器では、制御電圧Ｖｔ及び制御信号Ｆｓｅｌを制御することによって電圧制御発振器全体の容量値を変化させている。その結果、電圧制御発振器から出力される局部発振信号の発振周波数が変化する。図１３は、制御信号ＦｓｅｌがＬＯＷである場合の制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を実線で、制御信号ＦｓｅｌがＨＩＧＨである場合の制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を破線で示している。
【０００３】
ところで、電圧制御発振器の使用中に温度変化が生じた場合、それに伴って例えばインダクタ１１，１２のインダクタンスが変化する。その結果、局部発振信号の発振周波数が変動する。このような発振周波数の変動を抑制するために、電圧制御発振器の温度を検知して、その検知結果に応じて制御電圧Ｖｔを可変範囲内で変化させることが考えられる。ここで、図１３に示す制御電圧Ｖｔの可変範囲とは、制御電圧Ｖｔの取り得る範囲であり、この範囲外では安定した発振周波数特性を得ることができない。また、電圧制御発振器の温度を検知する手段としては、特許文献１，２に開示されているものが知られている。特許文献１には、抵抗及びＮＴＣサーミスタからなる温度補償回路が示されている。特許文献２には、ＮＴＣサーミスタが示されている。
【特許文献１】特開平１０−１２６１５４号公報
【特許文献２】特開平９−２２３９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように温度変化が生じた場合、発振周波数の温度特性は、図１４（Ａ）に示されるようなものとなる。図１４（Ａ）において、実線は常温時の発振周波数特性を、点線は低温時の発振周波数特性を、破線は高温時の発振周波数特性を示す。ここで、低温時に制御電圧Ｖｔを可変範囲内のＶｔＡに設定することによって、発振周波数がｆ0に選択されているとする。次に、この状態で温度が上昇して高温になると、発振周波数をｆ0に保持するために、制御電圧ＶｔをＶｔＡからＶｔＢに変更する必要がある。しかしながら、ＶｔＢは制御電圧Ｖｔの可変範囲外の電圧値であるため、発振周波数をｆ0に保持できないことになる。したがって、発振周波数が温度によって変化するような場合は、図１４（Ｂ）に示されるようにＦｓｅｌがＬＯＷである場合とＦｓｅｌがＨＩＧＨである場合の周波数バンドの間隔を狭くして、ＶｔＢが制御電圧Ｖｔの可変範囲内となるようにする必要がある。すなわち、温度変化を原因とするインダクタンスの変化に対して制御電圧Ｖｔを調整して発振周波数を保持する方法では、発振周波数の可変範囲が狭くなるという問題点があった。
【０００５】
それ故に、本発明の目的は、発振周波数が温度によって変化する場合に、発振周波数の可変範囲を狭くすることなく発振周波数を所望の値に保持することができる電圧制御発振器、並びにそれを用いたＰＬＬ回路、ＦＬＬ回路、及び無線通信機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一局面は、局部発振信号を発生させる電圧制御発振器である。この電圧制御発振器は、インダクタ回路と、可変容量回路と、少なくとも１つの容量スイッチ回路と、負性抵抗回路と、制御部とを備える。インダクタ回路は、インダクタが直列接続されたものである。可変容量回路は、両端子間の電位差によって容量値が変化する可変容量素子が直列接続されたものである。容量スイッチ回路は、容量性素子及びスイッチング素子から構成されている。インダクタ回路、可変容量回路、少なくとも１つの容量スイッチ回路、及び負性抵抗回路は、互いに並列接続されている。この構成において、制御部は、インダクタの接続点に電源電圧を印加する。また、可変容量素子の接続点に制御電圧が印加されると共に、容量スイッチ回路に制御信号が入力される。制御部は、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定となるように、温度変化に伴って電源電圧を変化させる。
【０００７】
上記構成によれば、温度変化に伴う電源電圧の制御により、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定に保持される。すなわち、温度変化に対しては、制御電圧の制御はほとんど必要なくなる。
【０００８】
他の局面では、制御部は、温度上昇に伴って電源電圧を大きくする。
【０００９】
温度が上昇した場合、例えばインダクタのインダクタンスが大きくなり、その結果、局部発振信号の発振周波数が大きくなってしまう。この発振周波数は、インダクタのインダクタンスと、可変容量回路の容量値及び容量スイッチ回路の容量値との積に依存する。上記構成によれば、インダクタンスの増加を打ち消すように可変容量素子の容量値が小さくなる。その結果、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定に保持される。
【００１０】
他の局面では、制御部は、記憶部と、検知部と、設定部とを含んでいる。記憶部は、温度と電圧値とを対応付けて記憶している。検知部は、温度を検知する。設定部は、検知部によって検知された温度に対応する電圧値を記憶部から読み出して電源電圧に設定する。
【００１１】
記憶部の電圧値を適切な値に設定しておくことにより、温度変化に伴う局部発振信号の発振周波数の変化を容易に抑制することが可能となる。
【００１２】
他の局面では、記憶部が記憶する温度と電圧値とは、温度が上昇するほど電圧値が大きくなるように設定されている。
【００１３】
上記構成によれば、検知部によって検知された温度が高くなるほど、電源電圧がより大きな値に設定されるので、インダクタンスの増加が可変容量素子の容量値の減少によって相殺される。その結果、局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定に保持されるという効果が得られる。
【００１４】
他の局面では、制御部は、抵抗及びトランジスタを備える低ドロップアウトレギュレータである。抵抗の抵抗値は、発振周波数が温度変化に対して一定となるように設定されている。
【００１５】
従来の低ドロップアウトレギュレータは、電源電圧が常に一定となるように構成されている。抵抗は、温度の上昇に伴って電圧値が増加するという正の特性を有している。上記構成によれば、抵抗の特性により、電源電圧が温度上昇に伴って大きくなり、その結果、発振周波数が温度変化に対して一定となる。
【００１６】
他の局面では、電圧制御発振器は、当該電圧制御発振器の出力を取り出すバッファアンプを更に備えている。制御部は、インダクタの接続点に加えて、バッファアンプに電源電圧を印加する。
【００１７】
これにより、電圧制御発振器から、温度によらずほぼ一定の出力が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電源電圧を変化させることによって可変容量素子の両端の電位差が変更されて、電圧制御発振器の容量値が変化する。この容量値の変化によって発振周波数が調整されるので、発振周波数が温度によって変化する場合に、周波数可変範囲を狭くすることなく発振周波数を所望の値に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電圧制御発振器１００の構成例を示す図である。電圧制御発振器１００は、携帯電話等の無線通信機器の局部発振信号を発生させるデバイスである。図１に示されるように、電圧制御発振器１００は、インダクタ回路１１０、可変容量回路１２０、容量スイッチ回路１３０、負性抵抗回路１４０、電流源１５０、及び制御部１７０を備えている。インダクタ回路１１０、可変容量回路１２０、容量スイッチ回路１３０、及び負性抵抗回路１４０は、互いに並列接続されている。なお、本実施形態では、電圧制御発振器１００が１つの容量スイッチ回路１３０を備えている形態について説明するが、電圧制御発振器１００に複数の容量スイッチ回路１２０が設けられていてもよい。
【００２０】
インダクタ回路１１０は、直列に接続されたインダクタ１１１，１１２で構成されている。インダクタ１１１とインダクタ１１２との接続点Ｘには、制御部１７０から電源電圧Ｖｄｄが印加される。この電源電圧Ｖｄｄについては後述する。
【００２１】
可変容量回路１２０は、本実施形態では、直列に接続された可変容量素子１２１，１２２で構成されている。可変容量素子１２１，１２２は、ＣＭＯＳプロセスで用いられるゲート容量を利用した可変容量素子である。可変容量素子１２１，１２２は、両端子間の電位差によってその容量値が変化するものである。なお、本発明の電圧制御発振器の可変容量回路には、図１等で示す構成以外にも、Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ型やＡｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ型のＭＯＳトランジスタやＣ結合を用いた構成（図２（Ａ）〜図２（Ｄ））を用いることも可能である。
【００２２】
容量スイッチ回路１３０は、スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ１３２、及び容量性素子１３１，１３３から構成されている。容量性素子１３１，１３３は、ＭＯＳトランジスタ１３２のドレイン及びソースにそれぞれ接続されている。この容量スイッチ回路１３０は、バンド切り換え回路を構成する。
【００２３】
負性抵抗回路１４０は、２つのトランジスタ１４１，１４２が互いにクロスカップリングされることによって構成されている。トランジスタ１４１，１４２としては、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が用いられる。
【００２４】
電圧制御発振器１００が出力する局部発振信号の発振周波数をフィードバック制御するために、可変容量素子１２１と可変容量素子１２２との接続点Ｙに制御電圧Ｖｔが印加される。また、ＭＯＳトランジスタ１３２のゲートには制御信号Ｆｓｅｌが印加され、制御信号ＦｓｅｌがＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルとの間で切り換えられることによって、局部発振信号の発振周波数のバンドが変化する。このＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルとは、電源電圧Ｖｄｄとグランド電圧（＝０Ｖ）が適している。このように、電圧制御発振器１００から出力される局部発振信号の発振周波数は、制御電圧Ｖｔと制御信号Ｆｓｅｌが変化することによって変化する。
【００２５】
制御部１７０は、接続点Ｘに印加する電源電圧Ｖｄｄを制御するものである。この制御部１７０は、入力部１７１、出力部１７２、検知部１７３、設定部１７４、及び記憶部１７５を有している。
【００２６】
入力部１７１は、バッテリー等から入力された入力電圧を出力部１７２へ出力する。出力部１７２は、入力部１７１からの入力電圧を設定部１７４によって設定された電圧値に変圧して、電源電圧Ｖｄｄとして接続点Ｘに印加する。検知部１７３は、インダクタ１１１，１１２周辺の温度を検知するものである。検知部１７３としては、ＮＴＣサーミスタなどが挙げられるが、検知部１７３は、その他の温度検知手段であってもよい。記憶部１７５は、温度と電圧値とを対応付けて記憶している（図４参照）。設定部１７４は、検知部１７３によって検知された温度に対応する電圧値を記憶部１７５から読み出して、出力部１７２から出力される電源電圧Ｖｄｄの電圧値に設定する。
【００２７】
ところで、電圧制御発振器１００から出力される局部発振信号の発振周波数ｆ0は、以下の式１で表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
式１において、Ｌはインダクタ１１１，１１２のインダクタンスであり、ＣVは可変容量素子１２１，１２２の容量値であり、ＣCは容量性素子１３１，１３３の容量値である。ここで、温度変化が生じた場合に、例えば可変容量素子１２１，１２２の容量値ＣV及び容量性素子１３１，１３３の容量値ＣCは変動せず、インダクタ１１１，１１２のインダクタンスＬの値が変動したとする。インダクタンスＬの値は、通常、温度の上昇に伴って大きくなるので、温度が上昇した場合には、式１から明らかなように、発振周波数ｆ0が小さくなる。この温度上昇による発振周波数ｆ0の変動を抑制するには、式１から明らかなように、可変容量素子１２１，１２２の容量値ＣVを小さくすればよい。可変容量素子１２１，１２２は、両端子間の電位差によってその容量値が変化するものである。このため、制御電圧Ｖｔを一定にして可変容量素子１２１，１２２の容量値ＣVを小さくするためには、可変容量素子１２１，１２２の両端の電位差、つまり、制御電圧Ｖｔと電源電圧Ｖｄｄの電位差を制御すれば良い。
【００３０】
図３は、電源電圧Ｖｄｄが１．７Ｖである場合の制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を破線で示し、電源電圧Ｖｄｄが１．８Ｖである場合の制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を実線で示し、電源電圧Ｖｄｄが１．９Ｖである場合の制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を点線で示している。図３から明らかなように、制御電圧Ｖｔを変えなくても、電源電圧Ｖｄｄを大きくすることで、容量値ＣVを小さくすることが可能である。このため、制御部１７０は、温度の上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄの電圧値が大きくなるように、電源電圧Ｖｄｄの電圧値を制御する。
【００３１】
以下、電源電圧Ｖｄｄの制御方法について説明する。図４は、記憶部１７５に記憶されているルックアップテーブル１７６を例示する図である。このルックアップテーブル１７６によって、温度と電源電圧Ｖｄｄとが対応付けられて記憶部１７５に記憶されている。設定部１７４は、検知部１７３によって検知された温度に対応する電圧値をルックアップテーブル１７６から読み出して出力部１７２へ出力する。これに対して、出力部１７２は、入力部１７１からの入力電圧を設定部１７４から出力された電圧値に変圧して、電源電圧Ｖｄｄとして接続点Ｘに印加する。すなわち、設定部１７４は、検知部１７３によって検知された温度に対応する電圧値を記憶部１７５から読み出して電源電圧Ｖｄｄの電圧値に設定する。
【００３２】
例えば検知部１７３によって検知された温度が摂氏−４０度である場合、電源電圧Ｖｄｄが１．７Ｖに設定される。例えば検知部１７３によって検知された温度が摂氏２５度である場合、電源電圧Ｖｄｄは１．８Ｖに設定される。また、例えば検知部１７３によって検知された温度が摂氏１００°である場合、電源電圧Ｖｄｄは１．９Ｖに設定される。このように、ルックアップテーブル１７６に格納されている電圧値は、設定部１７４によって設定される電源電圧Ｖｄｄが温度上昇に伴って大きくなるように適切な値に設定されている。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、制御部１７０が温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを大きくすることで、容量値ＣVが小さくなる。その結果、温度上昇に伴うインダクタＬの増加が容量値ＣVの減少によって相殺され、発振周波数ｆ0が温度変化に対して一定となる。換言すれば、共振回路を構成する構成要素の容量値又はインダクタンスが温度によって変動しても、その変動分を可変容量回路１２０（本実施形態では、可変容量素子１２１，１２２）で吸収することができるので、制御電圧Ｖｔをほとんど変えることなく、同じ発振周波数ｆ0を取り出すことができる。このことについて、図５及び図６を参照しつつ、以下に説明する。
【００３４】
図５は、電源電圧Ｖｄｄを補正しなかった場合における制御電圧Ｖｔに対する発振周波数ｆ0の変化を示す図である。図６は、電源電圧Ｖｄｄを補正した場合における制御電圧Ｖｔに対する発振周波数ｆ0の変化を示す図である。図５，６において、点線は摂氏−４０度における発振周波数ｆ0の周波数特性を示し、実線は摂氏２７度における発振周波数ｆ0の周波数特性を示し、破線は摂氏１００度における発振周波数ｆ0の周波数特性を示す。
【００３５】
図５，６からも明らかなように、電源電圧Ｖｄｄを温度変化（本実施形態ではインダクタンスＬの変化）に応じて補正することで、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動が抑制されている。すなわち、局部発振信号の発振周波数ｆ0が温度変化に対してほぼ一定となっている。
【００３６】
図７は、バッファアンプ１８１，１８２を備える電圧制御発振器１００の構成例を示す図である。バッファアンプ１８１，１８２は、電圧制御発振器１００の出力を取り出すためのものである。バッファアンプ１８１は、ＤＣカットコンデンサ１８３を介して電圧制御発振器１００の一方の出力端子に接続されている。バッファアンプ１８２は、ＤＣカットコンデンサ１８４を介して電圧制御発振器１００の他方の出力端子に接続されている。そして、接続点Ｘに加えて、バッファアンプ１８１，１８２に対して電源電圧Ｖｄｄが電源として制御部１７０から印加される。インバータアンプや差動アンプ等をバッファアンプとして用いる場合、温度が高くなるとトランジスタのゲインが小さくなって出力電力が小さくなるので、上述のように温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを大きくすることで、温度変化と関係なくほぼ一定の出力電力を得ることが可能である。
【００３７】
以上のように、第１の実施形態に係る電圧制御発振器１００によれば、検知部１７３によって検知される温度が高くなるほど、設定部１７４によって電源電圧Ｖｄｄがより大きな値に設定される。このため、発振周波数ｆ0に対するインダクタ１１１，１１２のインダクタンスの増加の影響が、可変容量素子１２１，１２２の容量値の減少によって相殺される。よって、制御電圧Ｖｔをほとんど変化させなくても、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制することができる。したがって、発振周波数ｆ0の可変範囲を狭くすることなく発振周波数ｆ0を所望の値に保持することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、電源電圧Ｖｄｄを制御して温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制する場合について説明したが、電源電圧Ｖｄｄと制御電圧Ｖｔとの両方を制御して、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制するようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを大きくする形態について説明したが、温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを小さくするように制御してもよい。なぜなら、共振回路の温度特性や可変容量素子（可変容量回路）の容量特性によっては、温度上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを小さくする必要がある場合も考えられるからである。本実施形態で説明したようにルックアップテーブル１７６を使用する場合、温度が上昇するほど電源電圧Ｖｄｄが小さくなるように、温度と電圧値とを対応付けておけばよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器２００の構成例を示す図である。電圧制御発振器２００は、制御部１７０（図１参照）に代えて低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）１９０を備えている他は、電圧制御発振器１００と同様の構成である。したがって、第２の実施形態では、電圧制御発振器１００と共通する構成についてはその説明を省略する。なお、図８では、バッファアンプ１８１，１８２が省略されている。
【００４１】
インダクタ１１１，１１２の接続点Ｘには、低ドロップアウトレギュレータ１９０から電源電圧Ｖｄｄが印加される。図９は、低ドロップアウトレギュレータ１９０の回路構成の一例を示す図である。低ドロップアウトレギュレータ１９０は、抵抗１９１，１９２，１９３と、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５と、演算増幅器１９６とを備える。
【００４２】
図９に示されるように、抵抗１９１の一端側は、抵抗１９３の一端側、及び演算増幅器１９６の出力端子と接続されている。抵抗１９１の他端側は、ＰＮＰ型トランジスタ１９４のエミッタ、及び演算増幅器１９６の入力端子の一方と接続されている。抵抗１９２の一端側は、抵抗１９３の他端側、及び演算増幅器１９６の他方の入力端子と接続されている。抵抗１９２の他端側は、ＰＮＰ型トランジスタ１９５のエミッタと接続されている。抵抗１９３の一端側は、抵抗１９１の一端側、及び演算増幅器１９６の出力端子と接続されている。抵抗１９３の他端側は、抵抗１９２の一端側、及び演算増幅器１９６の他方の入力端子と接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９４のエミッタは、抵抗１９１の他端側、及び演算増幅器１９６の一方の入力端子と接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９４のベース及びコレクタは接地されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９５のエミッタは、抵抗１９２の他端側と接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ１９５のベース及びコレクタは接地されている。
【００４３】
ところで、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５は、例えば、温度が１度上昇する毎に電源電圧Ｖｄｄを２ｍＶ減少させるというように、温度の上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを減少させるという負の温度特性を有している。一方、抵抗１９１，１９２，１９３は、例えば温度が１度上昇する毎に電源電圧Ｖｄｄを１０ｍＶ増加させるというように、温度の上昇に伴って電源電圧Ｖｄｄを増加させるという正の温度特性を有している。したがって、抵抗１９１，１９２，１９３の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５のＱ１，Ｑ２の値によって、電源電圧Ｖｄｄの温度特性を決定することができる。
【００４４】
従来のＬＤＯであれば、抵抗１９１，１９２，１９３の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５のＱ１，Ｑ２の値は、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５と抵抗１９１，１９２，１９３との温度特性を相殺するように、すなわち温度変化に対して電源電圧Ｖｄｄが一定となるように設定されている。これに対して、本実施形態に係る電圧制御発振器２００では、電源電圧Ｖｄｄが温度上昇に伴って大きくなり、その結果、制御電圧Ｖｔをほとんど変化させなくても発振周波数ｆ0が温度変化に対して一定となるように、抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＱ１，Ｑ２の値が設定されている。換言すれば、抵抗１９１，１９２，１９３の温度に対する電源電圧Ｖｄｄの変化が、ＰＮＰ型トランジスタ１９４，１９５の温度に対する電源電圧Ｖｄｄの変化よりも大きくなるように、抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、及びＱ１，Ｑ２の値が設定されている。
【００４５】
以上のように、第２の実施形態に係る電圧制御発振器２００によれば、抵抗１９１，１９２，１９３の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を変更するだけで電源電圧Ｖｄｄの制御が可能である。このため、新規な回路構成を追加することなく、ＬＤＯを利用して電源電圧Ｖｄｄを変化させて、温度変化に対する発振周波数ｆ0の変動を抑制することができる。よって、制御電圧Ｖｔをほとんど変化させなくても、温度変化に伴う発振周波数ｆ0の変動を抑制することができる。したがって、発振周波数ｆ0の可変範囲を狭くすることなく発振周波数ｆ0を所望の値に保持することができる。
【００４６】
［電圧制御発振器を用いた構成例］
図１０は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る電圧制御発振器１００，２００を用いたＰＬＬ回路３００の構成例を示す図である。図１０に示されるように、ＰＬＬ回路３００は、位相比較器（ＰＤ）３０１、ループフィルタ３０２、本発明の電圧制御発振器３０３（１００，２００）、及び分周器３０４を備える。
【００４７】
位相比較器３０１は、入力される基準信号と、電圧制御発振器３０３の出力信号を分周器３０４で分周した信号とを比較する。位相比較器３０１から出力される信号は、ループフィルタ３０２を介して電圧制御発振器３０３に制御電圧Ｖｔとして入力される。電圧制御発振器３０３は、制御電圧Ｖｔに基づいて所望周波数の局部発振信号を出力する。この構成により、ＰＬＬ回路３００は、所望とされる周波数を固定（ロック）する。なお、分周器３０４の代わりにミキサを用いてもよいし、分周器３０４とミキサとを併用してもよい。
【００４８】
図１１は、ＰＬＬ回路３００を用いた無線通信機器４００の構成例を示す図である。図１１に示されるように、無線通信機器４００は、アンテナ４０１、電力増幅器４０２、変調器４０３、スイッチ４０４、低雑音増幅器４０５、復調器４０６、及びＰＬＬ回路３００を備える。
【００４９】
無線信号を送信する場合、変調器４０３は、ＰＬＬ回路３００から出力される所望の高周波信号をベースバンド変調信号で変調して出力する。変調器４０３から出力される高周波変調信号は、電力増幅器４０２によって増幅され、スイッチ４０４を介してアンテナ４０１から放射される。無線信号を受信する場合、アンテナ４０１から受信された高周波変調信号は、スイッチ４０４を介して低雑音増幅器４０５に入力されて増幅され、復調器４０６に入力される。復調器４０６は、ＰＬＬ回路３００から出力される高周波信号によって、入力された高周波変調信号をベースバンド変調信号に復調する。なお、ＰＬＬ回路３００は、送信側及び受信側で複数用いてもよい。また、ＰＬＬ回路３００が変調器を兼ねてもよい。
【００５０】
なお、ここでは電圧制御発振器１００，２００がＰＬＬ回路３００に適用された場合について説明したが、電圧制御発振器１００，２００は、ＦＬＬ回路に適用されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の電圧制御発振器は、無線通信機器の局部発振信号の生成等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電圧制御発振器１００の構成例を示す図
【図２】可変容量回路１２０の構成の変形例を示す図
【図３】制御電圧Ｖｔに対する容量値ＣVの変化を示す図
【図４】ルックアップテーブル１７６を示す図
【図５】電源電圧Ｖｄｄを補正しなかった場合における制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【図６】電源電圧Ｖｄｄを補正した場合における、制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【図７】バッファアンプ１８１，１８２を備える電圧制御発振器１００の構成例を示す図
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電圧制御発振器２００の構成例を示す図
【図９】ＬＤＯ１９０の回路構成の一例を示す図
【図１０】本発明の電圧制御発振器を用いたＰＬＬ回路３００の構成を示す図
【図１１】ＰＬＬ回路３００を用いた無線通信機器４００の構成を示す図
【図１２】従来の電圧制御発振器の構成を示す図
【図１３】制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【図１４】温度が変化した場合における、制御電圧Ｖｔに対する発振周波数の変化を示す図
【符号の説明】
【００５３】
１００ 電圧制御発振器
１１０ インダクタ回路
１１１，１１２ インダクタ
１２０ 可変容量回路
１２１，１２２ 可変容量素子
１３０ 容量スイッチ回路
１３１，１３３ 容量性素子
１３２ ＭＯＳトランジスタ１３２
１４０ 負性抵抗回路
１７０ 制御部
１７３ 検知部
１７４ 設定部
１７５ 記憶部
１８１，１８２ バッファアンプ
１９０ 低ドロップアウトレギュレータ
１９１，１９２，１９３ 抵抗
１９４，１９５ ＰＮＰ型トランジスタ
３００ ＰＬＬ回路
４００ 無線通信機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局部発振信号を発生させる電圧制御発振器であって、
インダクタが直列接続されたインダクタ回路と、
両端子間の電位差によって容量値が変化する可変容量素子が直列接続された可変容量回路と、
容量性素子及びスイッチング素子から構成された少なくとも１つの容量スイッチ回路と、
負性抵抗回路と、
前記インダクタの接続点に電源電圧を印加する制御部とを備え、
前記インダクタ回路、前記可変容量回路、前記少なくとも１つの容量スイッチ回路、及び前記負性抵抗回路が互いに並列接続されており、
前記可変容量素子の接続点に制御電圧が印加されると共に、前記容量スイッチ回路に制御信号が入力され、
前記制御部は、前記局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定となるように、温度変化に伴って前記電源電圧を変化させることを特徴とする、電圧制御発振器。
【請求項２】
前記制御部は、温度上昇に伴って前記電源電圧を大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項３】
前記制御部は、
温度と電圧値とを対応付けて記憶する記憶部と、
温度を検知する検知部と、
前記検知部によって検知された温度に対応する電圧値を前記記憶部から読み出して前記電源電圧に設定する設定部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項４】
前記記憶部が記憶する温度と電圧値とは、温度が上昇するほど電圧値が大きくなるように設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の電圧制御発振器。
【請求項５】
前記制御部は、抵抗及びトランジスタを備える低ドロップアウトレギュレータであって、
前記抵抗の抵抗値は、前記発振周波数が温度変化に対して一定となるように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項６】
当該電圧制御発振器の出力を取り出すバッファアンプを更に備え、
前記制御部は、前記インダクタの接続点に加えて、前記バッファアンプに前記電源電圧を印加することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の電圧制御発振器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の電圧制御発振器を備えた、ＰＬＬ回路。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の電圧制御発振器を備えた、ＦＬＬ回路。
【請求項９】
請求項１から６のいずれかに記載の電圧制御発振器を備えた、無線通信機器。
【請求項１】
局部発振信号を発生させる電圧制御発振器であって、
インダクタが直列接続されたインダクタ回路と、
両端子間の電位差によって容量値が変化する可変容量素子が直列接続された可変容量回路と、
容量性素子及びスイッチング素子から構成された少なくとも１つの容量スイッチ回路と、
負性抵抗回路と、
前記インダクタの接続点に電源電圧を印加する制御部とを備え、
前記インダクタ回路、前記可変容量回路、前記少なくとも１つの容量スイッチ回路、及び前記負性抵抗回路が互いに並列接続されており、
前記可変容量素子の接続点に制御電圧が印加されると共に、前記容量スイッチ回路に制御信号が入力され、
前記制御部は、前記局部発振信号の発振周波数が温度変化に対して一定となるように、温度変化に伴って前記電源電圧を変化させることを特徴とする、電圧制御発振器。
【請求項２】
前記制御部は、温度上昇に伴って前記電源電圧を大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項３】
前記制御部は、
温度と電圧値とを対応付けて記憶する記憶部と、
温度を検知する検知部と、
前記検知部によって検知された温度に対応する電圧値を前記記憶部から読み出して前記電源電圧に設定する設定部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項４】
前記記憶部が記憶する温度と電圧値とは、温度が上昇するほど電圧値が大きくなるように設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の電圧制御発振器。
【請求項５】
前記制御部は、抵抗及びトランジスタを備える低ドロップアウトレギュレータであって、
前記抵抗の抵抗値は、前記発振周波数が温度変化に対して一定となるように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の電圧制御発振器。
【請求項６】
当該電圧制御発振器の出力を取り出すバッファアンプを更に備え、
前記制御部は、前記インダクタの接続点に加えて、前記バッファアンプに前記電源電圧を印加することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の電圧制御発振器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の電圧制御発振器を備えた、ＰＬＬ回路。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の電圧制御発振器を備えた、ＦＬＬ回路。
【請求項９】
請求項１から６のいずれかに記載の電圧制御発振器を備えた、無線通信機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２３９５２７（Ｐ２０１０−２３９５２７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８７０３８（Ｐ２００９−８７０３８）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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