ＰＬＬ回路
【課題】高周波動作において、互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えて電圧制御発振器の発振周波数帯域を切り替える際に、全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることが可能なＰＬＬ回路を提供することを目的とする。
【解決手段】互いに容量が異なる複数のコンデンサ５１−１〜５１−ｎの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器２を備えるＰＬＬ回路１において、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、容量が比較的大きなコンデンサ５２−４又はコンデンサ５２−５が選択されなくなる場合、補正用のコンデンサ５−１又はコンデンサ５−２を選択して電圧制御発振器２の全体の容量を大きくする。
【解決手段】互いに容量が異なる複数のコンデンサ５１−１〜５１−ｎの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器２を備えるＰＬＬ回路１において、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、容量が比較的大きなコンデンサ５２−４又はコンデンサ５２−５が選択されなくなる場合、補正用のコンデンサ５−１又はコンデンサ５−２を選択して電圧制御発振器２の全体の容量を大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い帯域に渡り発振する電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ）を備えるＰＬＬ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上波デジタル放送のような広い周波数をカバーする場合、容量を切り替えて発振周波数帯域を切り替えるＶＣＯ回路を用いてＰＬＬ回路を構成する。ここで連続的に周波数をカバーするためには、容量切り替え前後の隣接する設定間で発振周波数帯域同士が重なりを持つ必要がある。
【０００３】
しかし、ＶＣＯの発振周波数を決める容量が周波数特性をもつことは周知であり、例えば図５（a）のAが理想特性であるが、Bに示すように発振周波数が高くなるとコンデンサの容量が大きくみえてしまう。このため、特に高周波動作になると、容量切り替え前後の容量変化が大きくなり、発振周波数帯域同士の重なりが無くなるという問題がある。
【０００４】
例えば、図５（ｂ）に示すように、ＶＣＯが比較的低周波動作しているとき（例えば、１−２ＧＨｚで動作時）、隣接するＶＣＯの各発振周波数帯域同士は重なり合うが、図５（ｃ）に示すように、ＶＣＯが比較的高周波動作しているとき（例えば、２−４ＧＨｚで動作時）、発振周波数帯域同士が重なり合わなくなることが問題として発生する。
【０００５】
特許文献１には、ＩＣにＶＣＯを内蔵して全体を小型化にすること、ＩＣプロセスのばらつきにより周波数がばらついても、少ない個数のＶＣＯで広い周波数範囲がカバーできる装置が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、高周波数発振に従い、コンデンサの浮遊インダクタンスによる影響で発振が困難になる従来の問題を複数の部分コンデンサで設けることで解決し、低コストで安定した高周波発振ができるＶＣＯが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９５３６４号公報
【特許文献２】特開平８−２２２９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明では、高周波動作において、互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えて電圧制御発振器の発振周波数帯域を切り替える際に、隣接する全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることが可能なＰＬＬ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＰＬＬ回路は、互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器を備えるＰＬＬ回路であって、前記電圧制御発振器が高周波動作しているとき、前記複数のコンデンサのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる場合、補正用コンデンサを選択して前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする。
【００１０】
これにより、電圧制御発振器が高周波動作しているとき、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなっても、電圧制御発振器の全体の容量が大きくなり、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器の全体の容量差を小さくすることができるので、隣接する電圧制御発振器の全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることができる。
【００１１】
また、本発明のＰＬＬ回路は、入力される容量選択信号に基づいて、互いに容量が異なる複数のコンデンサの中から所定のコンデンサを選択することにより全体の容量を変化させて発振周波数帯域を切り替えるとともに、入力されるＶＣＯ制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、入力される分周比に基づいて、前記電圧制御発振器から出力される発振信号を分周する分周器と、入力される基準信号と、前記分周器から出力される発振信号との互いの位相を比較し、その位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器から出力される信号に応じた電流を出力するチャージポンプと、前記チャージポンプから出力される電流の直流成分をＶＣＯ制御電圧として前記電圧制御発振器に出力するループフィルタと、前記ループフィルタから出力されるＶＣＯ制御電圧が所定範囲に入るように容量選択信号を前記電圧制御発振器に出力する容量選択手段と、前記分周比に基づいて、補正容量選択信号を出力する補正容量選択手段とを備え、前記電圧制御発振器は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする補正容量回路を備え、前記補正容量選択手段は、前記分周器の分周比が所定値以上のときで、かつ、前記複数のコンデンサのうち、所定のコンデンサが選択されなくなったとき、前記補正容量選択信号を出力する。
【００１２】
また、前記補正容量回路は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量が大きくなるように選択される補正用コンデンサを備えるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器を備えるＰＬＬ回路において、高周波動作時でも隣接する電圧制御発振器の全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示す図である。
【図２】本発明の電圧制御発振器の発振周波数帯域を示す図である。
【図３】本発明の容量可変回路及び補正容量回路の一例を示す図である。
【図４】本発明の各スイッチのオン、オフの組み合わせにおける発振周波数帯域同士の重なり量を示す図である。
【図５】従来の各スイッチのオン、オフの組み合わせにおける発振周波数帯域同士の重なり量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示す図である。
図１（ａ）に示すＰＬＬ回路１は、バッファ増幅器４１と、電圧制御発振器２と、増幅器４３と、１／Ｎ分周器４４（分周器）と、位相比較器４５と、チャージポンプ４６と、ループフィルタ４７と、ＶＳＢ選択部４８（容量選択手段）と、補正容量選択部３（補正容量選択手段）とを備えて構成される。
【００１６】
バッファ増幅器４１は、電圧制御発振器２から出力される発振信号Sp及びその発振信号Spの反転信号である発振信号Snをそれぞれ増幅して出力する。
増幅器４３は、バッファ増幅器４１から出力される発振信号Sp、Snに基づくパルス信号を出力する。
【００１７】
１／Ｎ分周器４４は、入力される分周比Ｎに基づいて、増幅器４３から出力されるパルス信号を１／Ｎに分周して出力する。
位相比較器４５は、入力されるパルス信号REFCLK（基準信号）と、１／Ｎ分周器４４から出力されるパルス信号との互いの位相を比較し、その位相差に応じたパルス幅のパルス信号を出力する。
【００１８】
チャージポンプ４６は、位相比較器４５から出力されるパルス信号のパルス幅に応じた大きさの電流を出力する。
ループフィルタ４７は、チャージポンプ４６から出力される電流の直流成分をＶＣＯ制御電圧VTとして出力する。
【００１９】
電圧制御発振器２は、ＶＳＢ選択部４８から出力される選択信号VSBに基づいて、電圧制御発振器２の発振周波数帯域を切り替えるとともに、ループフィルタ４７から出力されるＶＣＯ制御電圧VTに応じた周波数の発振信号Sp、Snを出力する。
【００２０】
ＶＳＢ選択部４８は、ループフィルタ４７から出力されるＶＣＯ制御電圧VTが所定範囲に入るように選択信号ＶＳＢを出力する。
なお、本実施形態のＰＬＬ回路１は、例えば、無線受信機に備えられ、受信信号からベースバンド信号を取り出す際に、その受信信号に乗算されるキャリア信号を出力するものとし、ユーザが受信を希望する放送局の周波数（目標周波数）に対応する分周比Ｎが１／Ｎ分周器４４に入力されるものとする。
【００２１】
補正容量選択部３は、分周比Ｎに基づく選択信号FC（補正容量選択信号）を電圧制御発振器２に出力することにより、電圧制御発振器２（容量可変回路５３）の全体の容量を補正する。
【００２２】
図１（ｂ）は、電圧制御発振器２の一例を示す図である。
図１（ｂ）に示す電圧制御発振器２は、インダクタ４９、５０と、容量可変回路５３と、可変容量ダイオード５４、５５と、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴ５６、５７と、電流源５８と、電圧源５９と、補正容量回路４とを備えて構成されている。なお、ＭＯＳＦＥＴ５６、５７は、特に限定されず、例えば、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタでもよい。
【００２３】
容量可変回路５３は、複数のコンデンサ５１−１〜５１−ｎと、複数のスイッチ５２−１〜５２−ｎとを備えて構成されている。すなわち、コンデンサ５１−１〜５１−ｎとスイッチ５２−１〜５２−ｎはそれぞれ互いに直列接続され、ＭＯＳＦＥＴ５６のドレインとグランドとの間、及びＭＯＳＦＥＴ５７のドレインとグランドとの間にそれぞれ設けられている。
【００２４】
補正容量回路４は、複数のコンデンサ５−１〜５−ｎ（補正用コンデンサ）と、複数のスイッチ６−１〜６−ｎとを備えて構成されている。すなわち、コンデンサ５−１〜５−ｎとスイッチ６−１〜６−ｎはそれぞれ互いに直列接続され、ＭＯＳＦＥＴ５６のドレインとグランドとの間、及びＭＯＳＦＥＴ５７のドレインとグランドとの間にそれぞれ設けられている。
【００２５】
図１（ｂ）に示す電圧制御発振器２では、可変容量ダイオード５４、５５の接続点に入力されるＶＣＯ制御電圧VTが大きくなると、出力端子Opから出力される発振信号Sp及び出力端子Onから出力される発振信号Spの反転信号である発振信号Snの周波数がそれぞれ高くなるものとする。また、ＶＳＢ選択部４８から出力される選択信号VSB（容量選択信号）により複数のスイッチ５２のそれぞれのオン、オフが制御され、容量可変回路５３の全体の容量が単位容量ずつ小さくなっていくと、電圧制御発振器２の発振周波数帯域（ＶＣＯ制御電圧VTを下限値（Ａ）から上限値（Ｂ）まで変化させるときの発振周波数の幅）の上限値及び下限値が所定値ずつ高くなっていくものとする。
【００２６】
図２は、電圧制御発振器２の発振周波数帯域を示す図である。
スイッチ５２−１〜５２−ｎが全てオンになりコンデンサ５１−１〜５１−ｎが全て選択される場合、容量可変回路５３の全体の容量が最も大きくなり、電圧制御発振器２の発振周波数帯域の上限値及び下限値は最も小さくなる。また、スイッチ５２−１〜５２−ｎが全てオフになりコンデンサ５１−１〜５１−ｎが全て選択されない場合、容量可変回路５３の全体の容量が最も小さくなり、電圧制御発振器２の発振周波数帯域の上限値及び下限値が最も大きくなる。
【００２７】
なお、各発振周波数帯域同士の重なり量は、コンデンサ５１−１〜５１−ｎの個数を削減するために、できるだけ小さいことが望ましい。
ここで、電圧制御発振器２から出力される発振信号Ｓｐ、Ｓｎの周波数を、分周比Ｎに対応する目標周波数ｘにロックする場合のＶＳＢ選択部４８の動作の一例を説明する。
【００２８】
まず、ＶＳＢ選択部４８は、コンデンサ５１−１〜５１−ｎが全て選択され容量可変回路５３の全体の容量が最も大きくなるように選択信号VSBを出力する。すると、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ１になる。
【００２９】
次に、ＶＳＢ選択部４８は、発振周波数帯域Ｓ１においてＶＣＯ制御電圧VTが上限値（B）を超えると判断すると、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、所定のコンデンサが選択され容量可変回路５３の全体の容量が単位容量分小さくなるように選択信号VSBを出力する。すると、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ２になる。
【００３０】
次に、ＶＳＢ選択部４８は、発振周波数帯域Ｓ２においてＶＣＯ制御電圧VTが上限値を超えると判断すると、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、所定のコンデンサが選択され容量可変回路５３の全体の容量が単位容量分さらに小さくなるように選択信号VSBを出力する。すると、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ３になる。
【００３１】
次に、ＶＳＢ選択部４８は、発振周波数帯域Ｓ３においてＶＣＯ制御電圧VTが上限値を超えないと判断すると、そのときの選択信号VSBを維持する。
そして、この発振周波数帯域Ｓ３において、ＶＣＯ制御電圧VTにより電圧制御発振器２から出力される発振信号Ｓｐ、Ｓｎの周波数が目標周波数ｘに制御される。
【００３２】
なお、上述では、電圧制御発振器２から出力される発振信号Ｓｐ、Ｓｎの周波数を、分周比Ｎに対応する目標周波数ｘにロックする場合のＶＳＢ選択部４８の動作として、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ１から順番に上げるようにコンデンサ５１−１〜５１−ｎが選択される動作を説明したが、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳｎから順番に下がるようにコンデンサ５１−１〜５１−ｎが選択されてもよい。
【００３３】
また、上述では、電圧制御発振器２の発振周波数帯域を一番下のＳ１又は一番上のＳｎを初期状態として切り替えを開始する構成であるが、途中の発振周波数帯域を初期状態としてもよい。
【００３４】
図３（ａ）は、容量可変回路５３及び補正容量回路４の一例を示す図である。
図３（ａ）に示す容量可変回路５３は、コンデンサ５１−１〜５１−５と、スイッチ５２−１〜５２−５と、インバータ６０−１〜６０−５とを備えて構成されている。
【００３５】
コンデンサ５１−１の容量を単位容量とすると、コンデンサ５１−２の容量は、単位容量の２倍に設定され、コンデンサ５１−３の容量は、単位容量の４倍に設定され、コンデンサ５１−４の容量は、単位容量の８倍に設定され、コンデンサ５１−５の容量は、単位容量の１６倍に設定されているものとする。スイッチ５２−１〜５２−５がそれぞれオン、オフすることにより容量可変回路５３の全体の容量を３２通り（ＶＣＯ０〜ＶＣＯ３１）に可変することができる。
【００３６】
図３（ａ）に示す補正容量回路４は、コンデンサ５−１、５−２と、スイッチ６−１、６−２と、インバータ７−１、７−２と、ＡＮＤ回路８−１、８−２と、バッファ回路９とを備えて構成されている。
【００３７】
図３（ｂ）は、電圧制御発振器２が低周波動作しているとき、ＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５にそれぞれ出力される制御信号VSB0〜VSB4と、スイッチ５２−１〜５２−５のそれぞれのオン、オフとの関係、及び、補正容量選択部３からバッファ回路９を介してＡＮＤ回路８−１、８−２にそれぞれ出力される選択信号FCと、スイッチ６−１、６−２のそれぞれのオン、オフとの関係を示す図である。また、図３（ｃ）は、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、ＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５にそれぞれ出力される制御信号VSB0〜VSB4と、スイッチ５２−１〜５２−５のそれぞれのオン、オフとの関係、及び、補正容量選択部３からバッファ回路９を介してＡＮＤ回路８−１、８−２にそれぞれ出力される選択信号FCと、スイッチ６−１、６−２のそれぞれのオン、オフとの関係を示す図である。なお、スイッチ５２−１は、インバータ６０−１から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−２は、インバータ６０−２から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−３は、インバータ６０−３から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−４は、インバータ６０−４から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−５は、インバータ６０−５から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになるものとする。
【００３８】
全て「０」の制御信号VSB0〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５に出力されると、スイッチ５２−１〜５２−５が全てオン（１）になり、容量可変回路５３の全体の容量が最も大きくなる。
【００３９】
次に、「１」の制御信号VSB0がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１に出力され、「０」の制御信号VSB1〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−２〜６０−５に出力されると、スイッチ５２−１がオフ（０）、スイッチ５２−２〜５２−ｎがそれぞれオンになり、容量可変回路５３の全体の容量がコンデンサ５１−１の容量すなわち単位容量分小さくなる。
【００４０】
以降、容量可変回路５３の全体の容量が単位容量分ずつ小さくなるような制御信号VSB0〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５に出力される。
そして、全て「１」の制御信号VSB0〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５に出力されると、スイッチ５２−１〜５２−５が全てオフになり、容量可変回路５３の全体の容量が最も小さくなる。
【００４１】
このように、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのそれぞれの容量をある単位容量に対して１倍、２倍、４倍、８倍、１６倍、３２倍、・・・となるように設定することにより、コンデンサ５１の個数とインバータ６０の個数、VSBの制御本数などを低減することができる。
【００４２】
次に、補正容量回路４の動作を説明する。
スイッチ６−１は、ＡＮＤ回路８−１から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ６−２は、ＡＮＤ回路８−２から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになるものとする。また、ＶＳＢ選択部４８から出力される制御信号VSB3が「１」で、かつ、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「１」のとき、ＡＮＤ回路８−１から出力される信号が「１」になるものとする。また、ＶＳＢ選択部４８から出力される制御信号VSB4が「１」で、かつ、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「１」のとき、ＡＮＤ回路８−２から出力される信号が「１」になるものとする。
【００４３】
なお、コンデンサ５−１〜５−ｎの個数や個々の容量は特には限定されないが、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、容量が比較的大きなコンデンサ（例えば、コンデンサ５１−４やコンデンサ５１−５）が選択されなくなる前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器２の全体の容量差が小さくなるように、例えば、容量差が上記単位容量以内になるように、設定されているものとする。
【００４４】
例えば、分周比Ｎが２０００のとき、電圧制御発振器２の発振周波数が２ＧＨｚになり、分周比Ｎが２０００より小さいとき、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「０」になり、分周比Ｎが２０００以上のとき、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「１」になる場合を考える。
【００４５】
分周比Ｎが３０００のとき、「１」の選択信号FCが補正容量選択部３から出力されるため、スイッチ５２−４がオンからオフになりコンデンサ５１−４が選択されなくなるとき、スイッチ６−１がオフからオンになりコンデンサ５−１が選択される。また、スイッチ５２−５がオンからオフになりコンデンサ５１−５が選択されなくなるとき、スイッチ６−２がオフからオンになりコンデンサ５−２が選択される。そのため、本実施形態のＰＬＬ回路１では、コンデンサ５１−４やコンデンサ５１−５が選択されなくなるときの電圧制御発振器２の全体の容量を、コンデンサ５−１やコンデンサ５−２の容量分大きくすることができるため、コンデンサ５１−４やコンデンサ５１−５が選択されなくなるときの前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器２の全体の容量差を小さくすることができる。
【００４６】
このように、本実施形態のＰＬＬ回路１では、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなっても、補正用のコンデンサ５−１〜５−ｎを選択して電圧制御発振器２の全体の容量を大きくしているので、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器２の全体の容量差を小さくすることができるので、図４に示すように、電圧制御発振器２を高周波動作させる場合（２−４ＧＨｚで動作時）においても、電圧制御発振器２の全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ＰＬＬ回路
２ 電圧制御発振器
３ 補正容量選択部
４ 補正容量回路
５１−１〜５１−ｎ コンデンサ
５２−１〜５２−ｎ スイッチ
４１ バッファ増幅器
４３ 増幅器
４４ １／Ｎ分周器
４５ 位相比較器
４６ チャージポンプ
４７ ループフィルタ
４８ ＶＳＢ選択部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い帯域に渡り発振する電圧制御発振器（以下、ＶＣＯ）を備えるＰＬＬ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上波デジタル放送のような広い周波数をカバーする場合、容量を切り替えて発振周波数帯域を切り替えるＶＣＯ回路を用いてＰＬＬ回路を構成する。ここで連続的に周波数をカバーするためには、容量切り替え前後の隣接する設定間で発振周波数帯域同士が重なりを持つ必要がある。
【０００３】
しかし、ＶＣＯの発振周波数を決める容量が周波数特性をもつことは周知であり、例えば図５（a）のAが理想特性であるが、Bに示すように発振周波数が高くなるとコンデンサの容量が大きくみえてしまう。このため、特に高周波動作になると、容量切り替え前後の容量変化が大きくなり、発振周波数帯域同士の重なりが無くなるという問題がある。
【０００４】
例えば、図５（ｂ）に示すように、ＶＣＯが比較的低周波動作しているとき（例えば、１−２ＧＨｚで動作時）、隣接するＶＣＯの各発振周波数帯域同士は重なり合うが、図５（ｃ）に示すように、ＶＣＯが比較的高周波動作しているとき（例えば、２−４ＧＨｚで動作時）、発振周波数帯域同士が重なり合わなくなることが問題として発生する。
【０００５】
特許文献１には、ＩＣにＶＣＯを内蔵して全体を小型化にすること、ＩＣプロセスのばらつきにより周波数がばらついても、少ない個数のＶＣＯで広い周波数範囲がカバーできる装置が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、高周波数発振に従い、コンデンサの浮遊インダクタンスによる影響で発振が困難になる従来の問題を複数の部分コンデンサで設けることで解決し、低コストで安定した高周波発振ができるＶＣＯが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９５３６４号公報
【特許文献２】特開平８−２２２９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明では、高周波動作において、互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えて電圧制御発振器の発振周波数帯域を切り替える際に、隣接する全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることが可能なＰＬＬ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＰＬＬ回路は、互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器を備えるＰＬＬ回路であって、前記電圧制御発振器が高周波動作しているとき、前記複数のコンデンサのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる場合、補正用コンデンサを選択して前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする。
【００１０】
これにより、電圧制御発振器が高周波動作しているとき、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなっても、電圧制御発振器の全体の容量が大きくなり、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器の全体の容量差を小さくすることができるので、隣接する電圧制御発振器の全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることができる。
【００１１】
また、本発明のＰＬＬ回路は、入力される容量選択信号に基づいて、互いに容量が異なる複数のコンデンサの中から所定のコンデンサを選択することにより全体の容量を変化させて発振周波数帯域を切り替えるとともに、入力されるＶＣＯ制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、入力される分周比に基づいて、前記電圧制御発振器から出力される発振信号を分周する分周器と、入力される基準信号と、前記分周器から出力される発振信号との互いの位相を比較し、その位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、前記位相比較器から出力される信号に応じた電流を出力するチャージポンプと、前記チャージポンプから出力される電流の直流成分をＶＣＯ制御電圧として前記電圧制御発振器に出力するループフィルタと、前記ループフィルタから出力されるＶＣＯ制御電圧が所定範囲に入るように容量選択信号を前記電圧制御発振器に出力する容量選択手段と、前記分周比に基づいて、補正容量選択信号を出力する補正容量選択手段とを備え、前記電圧制御発振器は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする補正容量回路を備え、前記補正容量選択手段は、前記分周器の分周比が所定値以上のときで、かつ、前記複数のコンデンサのうち、所定のコンデンサが選択されなくなったとき、前記補正容量選択信号を出力する。
【００１２】
また、前記補正容量回路は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量が大きくなるように選択される補正用コンデンサを備えるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器を備えるＰＬＬ回路において、高周波動作時でも隣接する電圧制御発振器の全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示す図である。
【図２】本発明の電圧制御発振器の発振周波数帯域を示す図である。
【図３】本発明の容量可変回路及び補正容量回路の一例を示す図である。
【図４】本発明の各スイッチのオン、オフの組み合わせにおける発振周波数帯域同士の重なり量を示す図である。
【図５】従来の各スイッチのオン、オフの組み合わせにおける発振周波数帯域同士の重なり量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１（ａ）は、本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示す図である。
図１（ａ）に示すＰＬＬ回路１は、バッファ増幅器４１と、電圧制御発振器２と、増幅器４３と、１／Ｎ分周器４４（分周器）と、位相比較器４５と、チャージポンプ４６と、ループフィルタ４７と、ＶＳＢ選択部４８（容量選択手段）と、補正容量選択部３（補正容量選択手段）とを備えて構成される。
【００１６】
バッファ増幅器４１は、電圧制御発振器２から出力される発振信号Sp及びその発振信号Spの反転信号である発振信号Snをそれぞれ増幅して出力する。
増幅器４３は、バッファ増幅器４１から出力される発振信号Sp、Snに基づくパルス信号を出力する。
【００１７】
１／Ｎ分周器４４は、入力される分周比Ｎに基づいて、増幅器４３から出力されるパルス信号を１／Ｎに分周して出力する。
位相比較器４５は、入力されるパルス信号REFCLK（基準信号）と、１／Ｎ分周器４４から出力されるパルス信号との互いの位相を比較し、その位相差に応じたパルス幅のパルス信号を出力する。
【００１８】
チャージポンプ４６は、位相比較器４５から出力されるパルス信号のパルス幅に応じた大きさの電流を出力する。
ループフィルタ４７は、チャージポンプ４６から出力される電流の直流成分をＶＣＯ制御電圧VTとして出力する。
【００１９】
電圧制御発振器２は、ＶＳＢ選択部４８から出力される選択信号VSBに基づいて、電圧制御発振器２の発振周波数帯域を切り替えるとともに、ループフィルタ４７から出力されるＶＣＯ制御電圧VTに応じた周波数の発振信号Sp、Snを出力する。
【００２０】
ＶＳＢ選択部４８は、ループフィルタ４７から出力されるＶＣＯ制御電圧VTが所定範囲に入るように選択信号ＶＳＢを出力する。
なお、本実施形態のＰＬＬ回路１は、例えば、無線受信機に備えられ、受信信号からベースバンド信号を取り出す際に、その受信信号に乗算されるキャリア信号を出力するものとし、ユーザが受信を希望する放送局の周波数（目標周波数）に対応する分周比Ｎが１／Ｎ分周器４４に入力されるものとする。
【００２１】
補正容量選択部３は、分周比Ｎに基づく選択信号FC（補正容量選択信号）を電圧制御発振器２に出力することにより、電圧制御発振器２（容量可変回路５３）の全体の容量を補正する。
【００２２】
図１（ｂ）は、電圧制御発振器２の一例を示す図である。
図１（ｂ）に示す電圧制御発振器２は、インダクタ４９、５０と、容量可変回路５３と、可変容量ダイオード５４、５５と、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴ５６、５７と、電流源５８と、電圧源５９と、補正容量回路４とを備えて構成されている。なお、ＭＯＳＦＥＴ５６、５７は、特に限定されず、例えば、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタでもよい。
【００２３】
容量可変回路５３は、複数のコンデンサ５１−１〜５１−ｎと、複数のスイッチ５２−１〜５２−ｎとを備えて構成されている。すなわち、コンデンサ５１−１〜５１−ｎとスイッチ５２−１〜５２−ｎはそれぞれ互いに直列接続され、ＭＯＳＦＥＴ５６のドレインとグランドとの間、及びＭＯＳＦＥＴ５７のドレインとグランドとの間にそれぞれ設けられている。
【００２４】
補正容量回路４は、複数のコンデンサ５−１〜５−ｎ（補正用コンデンサ）と、複数のスイッチ６−１〜６−ｎとを備えて構成されている。すなわち、コンデンサ５−１〜５−ｎとスイッチ６−１〜６−ｎはそれぞれ互いに直列接続され、ＭＯＳＦＥＴ５６のドレインとグランドとの間、及びＭＯＳＦＥＴ５７のドレインとグランドとの間にそれぞれ設けられている。
【００２５】
図１（ｂ）に示す電圧制御発振器２では、可変容量ダイオード５４、５５の接続点に入力されるＶＣＯ制御電圧VTが大きくなると、出力端子Opから出力される発振信号Sp及び出力端子Onから出力される発振信号Spの反転信号である発振信号Snの周波数がそれぞれ高くなるものとする。また、ＶＳＢ選択部４８から出力される選択信号VSB（容量選択信号）により複数のスイッチ５２のそれぞれのオン、オフが制御され、容量可変回路５３の全体の容量が単位容量ずつ小さくなっていくと、電圧制御発振器２の発振周波数帯域（ＶＣＯ制御電圧VTを下限値（Ａ）から上限値（Ｂ）まで変化させるときの発振周波数の幅）の上限値及び下限値が所定値ずつ高くなっていくものとする。
【００２６】
図２は、電圧制御発振器２の発振周波数帯域を示す図である。
スイッチ５２−１〜５２−ｎが全てオンになりコンデンサ５１−１〜５１−ｎが全て選択される場合、容量可変回路５３の全体の容量が最も大きくなり、電圧制御発振器２の発振周波数帯域の上限値及び下限値は最も小さくなる。また、スイッチ５２−１〜５２−ｎが全てオフになりコンデンサ５１−１〜５１−ｎが全て選択されない場合、容量可変回路５３の全体の容量が最も小さくなり、電圧制御発振器２の発振周波数帯域の上限値及び下限値が最も大きくなる。
【００２７】
なお、各発振周波数帯域同士の重なり量は、コンデンサ５１−１〜５１−ｎの個数を削減するために、できるだけ小さいことが望ましい。
ここで、電圧制御発振器２から出力される発振信号Ｓｐ、Ｓｎの周波数を、分周比Ｎに対応する目標周波数ｘにロックする場合のＶＳＢ選択部４８の動作の一例を説明する。
【００２８】
まず、ＶＳＢ選択部４８は、コンデンサ５１−１〜５１−ｎが全て選択され容量可変回路５３の全体の容量が最も大きくなるように選択信号VSBを出力する。すると、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ１になる。
【００２９】
次に、ＶＳＢ選択部４８は、発振周波数帯域Ｓ１においてＶＣＯ制御電圧VTが上限値（B）を超えると判断すると、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、所定のコンデンサが選択され容量可変回路５３の全体の容量が単位容量分小さくなるように選択信号VSBを出力する。すると、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ２になる。
【００３０】
次に、ＶＳＢ選択部４８は、発振周波数帯域Ｓ２においてＶＣＯ制御電圧VTが上限値を超えると判断すると、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、所定のコンデンサが選択され容量可変回路５３の全体の容量が単位容量分さらに小さくなるように選択信号VSBを出力する。すると、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ３になる。
【００３１】
次に、ＶＳＢ選択部４８は、発振周波数帯域Ｓ３においてＶＣＯ制御電圧VTが上限値を超えないと判断すると、そのときの選択信号VSBを維持する。
そして、この発振周波数帯域Ｓ３において、ＶＣＯ制御電圧VTにより電圧制御発振器２から出力される発振信号Ｓｐ、Ｓｎの周波数が目標周波数ｘに制御される。
【００３２】
なお、上述では、電圧制御発振器２から出力される発振信号Ｓｐ、Ｓｎの周波数を、分周比Ｎに対応する目標周波数ｘにロックする場合のＶＳＢ選択部４８の動作として、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳ１から順番に上げるようにコンデンサ５１−１〜５１−ｎが選択される動作を説明したが、電圧制御発振器２の発振周波数帯域がＳｎから順番に下がるようにコンデンサ５１−１〜５１−ｎが選択されてもよい。
【００３３】
また、上述では、電圧制御発振器２の発振周波数帯域を一番下のＳ１又は一番上のＳｎを初期状態として切り替えを開始する構成であるが、途中の発振周波数帯域を初期状態としてもよい。
【００３４】
図３（ａ）は、容量可変回路５３及び補正容量回路４の一例を示す図である。
図３（ａ）に示す容量可変回路５３は、コンデンサ５１−１〜５１−５と、スイッチ５２−１〜５２−５と、インバータ６０−１〜６０−５とを備えて構成されている。
【００３５】
コンデンサ５１−１の容量を単位容量とすると、コンデンサ５１−２の容量は、単位容量の２倍に設定され、コンデンサ５１−３の容量は、単位容量の４倍に設定され、コンデンサ５１−４の容量は、単位容量の８倍に設定され、コンデンサ５１−５の容量は、単位容量の１６倍に設定されているものとする。スイッチ５２−１〜５２−５がそれぞれオン、オフすることにより容量可変回路５３の全体の容量を３２通り（ＶＣＯ０〜ＶＣＯ３１）に可変することができる。
【００３６】
図３（ａ）に示す補正容量回路４は、コンデンサ５−１、５−２と、スイッチ６−１、６−２と、インバータ７−１、７−２と、ＡＮＤ回路８−１、８−２と、バッファ回路９とを備えて構成されている。
【００３７】
図３（ｂ）は、電圧制御発振器２が低周波動作しているとき、ＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５にそれぞれ出力される制御信号VSB0〜VSB4と、スイッチ５２−１〜５２−５のそれぞれのオン、オフとの関係、及び、補正容量選択部３からバッファ回路９を介してＡＮＤ回路８−１、８−２にそれぞれ出力される選択信号FCと、スイッチ６−１、６−２のそれぞれのオン、オフとの関係を示す図である。また、図３（ｃ）は、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、ＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５にそれぞれ出力される制御信号VSB0〜VSB4と、スイッチ５２−１〜５２−５のそれぞれのオン、オフとの関係、及び、補正容量選択部３からバッファ回路９を介してＡＮＤ回路８−１、８−２にそれぞれ出力される選択信号FCと、スイッチ６−１、６−２のそれぞれのオン、オフとの関係を示す図である。なお、スイッチ５２−１は、インバータ６０−１から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−２は、インバータ６０−２から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−３は、インバータ６０−３から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−４は、インバータ６０−４から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ５２−５は、インバータ６０−５から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになるものとする。
【００３８】
全て「０」の制御信号VSB0〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５に出力されると、スイッチ５２−１〜５２−５が全てオン（１）になり、容量可変回路５３の全体の容量が最も大きくなる。
【００３９】
次に、「１」の制御信号VSB0がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１に出力され、「０」の制御信号VSB1〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−２〜６０−５に出力されると、スイッチ５２−１がオフ（０）、スイッチ５２−２〜５２−ｎがそれぞれオンになり、容量可変回路５３の全体の容量がコンデンサ５１−１の容量すなわち単位容量分小さくなる。
【００４０】
以降、容量可変回路５３の全体の容量が単位容量分ずつ小さくなるような制御信号VSB0〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５に出力される。
そして、全て「１」の制御信号VSB0〜VSB4がＶＳＢ選択部４８からインバータ６０−１〜６０−５に出力されると、スイッチ５２−１〜５２−５が全てオフになり、容量可変回路５３の全体の容量が最も小さくなる。
【００４１】
このように、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのそれぞれの容量をある単位容量に対して１倍、２倍、４倍、８倍、１６倍、３２倍、・・・となるように設定することにより、コンデンサ５１の個数とインバータ６０の個数、VSBの制御本数などを低減することができる。
【００４２】
次に、補正容量回路４の動作を説明する。
スイッチ６−１は、ＡＮＤ回路８−１から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになり、スイッチ６−２は、ＡＮＤ回路８−２から出力される信号が「１」のときオン、「０」のときオフになるものとする。また、ＶＳＢ選択部４８から出力される制御信号VSB3が「１」で、かつ、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「１」のとき、ＡＮＤ回路８−１から出力される信号が「１」になるものとする。また、ＶＳＢ選択部４８から出力される制御信号VSB4が「１」で、かつ、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「１」のとき、ＡＮＤ回路８−２から出力される信号が「１」になるものとする。
【００４３】
なお、コンデンサ５−１〜５−ｎの個数や個々の容量は特には限定されないが、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、容量が比較的大きなコンデンサ（例えば、コンデンサ５１−４やコンデンサ５１−５）が選択されなくなる前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器２の全体の容量差が小さくなるように、例えば、容量差が上記単位容量以内になるように、設定されているものとする。
【００４４】
例えば、分周比Ｎが２０００のとき、電圧制御発振器２の発振周波数が２ＧＨｚになり、分周比Ｎが２０００より小さいとき、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「０」になり、分周比Ｎが２０００以上のとき、補正容量選択部３から出力される選択信号FCが「１」になる場合を考える。
【００４５】
分周比Ｎが３０００のとき、「１」の選択信号FCが補正容量選択部３から出力されるため、スイッチ５２−４がオンからオフになりコンデンサ５１−４が選択されなくなるとき、スイッチ６−１がオフからオンになりコンデンサ５−１が選択される。また、スイッチ５２−５がオンからオフになりコンデンサ５１−５が選択されなくなるとき、スイッチ６−２がオフからオンになりコンデンサ５−２が選択される。そのため、本実施形態のＰＬＬ回路１では、コンデンサ５１−４やコンデンサ５１−５が選択されなくなるときの電圧制御発振器２の全体の容量を、コンデンサ５−１やコンデンサ５−２の容量分大きくすることができるため、コンデンサ５１−４やコンデンサ５１−５が選択されなくなるときの前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器２の全体の容量差を小さくすることができる。
【００４６】
このように、本実施形態のＰＬＬ回路１では、電圧制御発振器２が高周波動作しているとき、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなっても、補正用のコンデンサ５−１〜５−ｎを選択して電圧制御発振器２の全体の容量を大きくしているので、コンデンサ５１−１〜５１−ｎのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる前と後のそれぞれにおける電圧制御発振器２の全体の容量差を小さくすることができるので、図４に示すように、電圧制御発振器２を高周波動作させる場合（２−４ＧＨｚで動作時）においても、電圧制御発振器２の全ての発振周波数帯域同士を重なり合わせることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ ＰＬＬ回路
２ 電圧制御発振器
３ 補正容量選択部
４ 補正容量回路
５１−１〜５１−ｎ コンデンサ
５２−１〜５２−ｎ スイッチ
４１ バッファ増幅器
４３ 増幅器
４４ １／Ｎ分周器
４５ 位相比較器
４６ チャージポンプ
４７ ループフィルタ
４８ ＶＳＢ選択部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器を備えるＰＬＬ回路であって、
前記電圧制御発振器が高周波動作しているとき、前記複数のコンデンサのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる場合、補正用コンデンサを選択して前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする
ことを特徴とするＰＬＬ回路。
【請求項２】
入力される容量選択信号に基づいて、互いに容量が異なる複数のコンデンサの中から所定のコンデンサを選択することにより全体の容量を変化させて発振周波数帯域を切り替えるとともに、入力されるＶＣＯ制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、
入力される分周比に基づいて、前記電圧制御発振器から出力される発振信号を分周する分周器と、
入力される基準信号と、前記分周器から出力される発振信号との互いの位相を比較し、その位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、
前記位相比較器から出力される信号に応じた電流を出力するチャージポンプと、
前記チャージポンプから出力される電流の直流成分をＶＣＯ制御電圧として前記電圧制御発振器に出力するループフィルタと、
前記ループフィルタから出力されるＶＣＯ制御電圧が所定範囲に入るように容量選択信号を前記電圧制御発振器に出力する容量選択手段と、
前記分周比に基づいて、補正容量選択信号を出力する補正容量選択手段と、
を備え、
前記電圧制御発振器は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする補正容量回路を備え、
前記補正容量選択手段は、前記分周比が所定値以上のときで、かつ、前記複数のコンデンサのうち、所定のコンデンサが選択されなくなったとき、前記補正容量選択信号を出力する
ことを特徴とするＰＬＬ回路。
【請求項３】
請求項２に記載のＰＬＬ回路であって、
前記補正容量回路は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量が大きくなるように選択される補正用コンデンサを備える
ことを特徴とするＰＬＬ回路。
【請求項１】
互いに容量が異なる複数のコンデンサの組み合わせを切り替えることにより発振周波数帯域を切り替える電圧制御発振器を備えるＰＬＬ回路であって、
前記電圧制御発振器が高周波動作しているとき、前記複数のコンデンサのうち、容量が比較的大きなコンデンサが選択されなくなる場合、補正用コンデンサを選択して前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする
ことを特徴とするＰＬＬ回路。
【請求項２】
入力される容量選択信号に基づいて、互いに容量が異なる複数のコンデンサの中から所定のコンデンサを選択することにより全体の容量を変化させて発振周波数帯域を切り替えるとともに、入力されるＶＣＯ制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器と、
入力される分周比に基づいて、前記電圧制御発振器から出力される発振信号を分周する分周器と、
入力される基準信号と、前記分周器から出力される発振信号との互いの位相を比較し、その位相差に応じた信号を出力する位相比較器と、
前記位相比較器から出力される信号に応じた電流を出力するチャージポンプと、
前記チャージポンプから出力される電流の直流成分をＶＣＯ制御電圧として前記電圧制御発振器に出力するループフィルタと、
前記ループフィルタから出力されるＶＣＯ制御電圧が所定範囲に入るように容量選択信号を前記電圧制御発振器に出力する容量選択手段と、
前記分周比に基づいて、補正容量選択信号を出力する補正容量選択手段と、
を備え、
前記電圧制御発振器は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量を大きくする補正容量回路を備え、
前記補正容量選択手段は、前記分周比が所定値以上のときで、かつ、前記複数のコンデンサのうち、所定のコンデンサが選択されなくなったとき、前記補正容量選択信号を出力する
ことを特徴とするＰＬＬ回路。
【請求項３】
請求項２に記載のＰＬＬ回路であって、
前記補正容量回路は、前記補正容量選択手段から補正容量選択信号が出力されると、前記電圧制御発振器の全体の容量が大きくなるように選択される補正用コンデンサを備える
ことを特徴とするＰＬＬ回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２５８７６４（Ｐ２０１０−２５８７６４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６２２６（Ｐ２００９−１０６２２６）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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