JP2007251228A - 電圧制御発振器、動作電流調整装置、および、電圧制御発振器の動作電流調整方法 - Google Patents

電圧制御発振器、動作電流調整装置、および、電圧制御発振器の動作電流調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電圧制御発振器の動作電流を自動的に調整し位相雑音特性を向上することが可能な動作電流調整装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る動作電流調整装置１００は、電圧制御発振器１と、発振周波数制御電圧を出力する電圧発生部１４と、発振信号の発振周波数を測定する周波数検出部１５と、電圧発生部１４が発振周波数制御電圧Vcontを制御するための電圧設定信号Svsetを出力するとともに、周波数検出部１５で測定された発振周波数に基づいて電源回路５が動作電流Iccを制御するための動作電流制御信号Scontを出力する制御部１６と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、所望の発振周波数の発振信号を出力する電圧制御発振器、この電圧制御発振器を制御する動作電流調整装置、および、電圧制御発振器の動作電流調整方法に関する。
従来、例えば、急速に市場が拡大している移動体通信端末においては、個々の端末にそれぞれ電圧制御発振器(VCO：Voltage Controlled Oscillator)を搭載することが必要とされる。
この電圧制御発振器の特性としては、その発振周波数、周波数可変範囲とともに発振する周波数の純度を示すパラメータである位相雑音特性が非常に重要である。
一般的な電圧制御発振器の場合、発振周波数に対する位相雑音特性の変化が大きい。これは、共振器での損失が発振周波数により異なることによるものである。また、製造条件によっても位相雑特性が異なる。これは、製造条件により共振器の損失が異なること、電圧制御発振器の増幅回路の特性が異なることや、また、電源回路の特性が異なること等によるものと考えられる。
ここで、上記従来の電圧制御発振器には、例えば、インダクタと可変容量素子とを含みこの可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路と、この増幅回路に動作電流を供給する電源回路と、を備えるものがある。
この電圧制御発振器では、発振周波数制御電圧と同時に電源回路を制御することで、発振周波数に対する位相雑音特性の変化を緩和している。すなわち、共振器の損失特性、位相雑音特性を予め直接測定し、位相雑音特性の変化を緩和するように電圧制御発振器を補償設計するものである（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、上記従来の電圧制御発振器では、それぞれの電圧制御発振器の製造ばらつきあるいは周囲温度などの使用条件等により共振器の損失特性が異なる場合がある。この場合、予め測定された共振器の損失特性、位相雑音特性に基づいて所望の補償設計を施しても結果的に位相雑音特性が劣化し得るという問題があった。
そして、上記位相雑音特性の測定には所定の外部装置が必要である。したがって、例えば、電圧制御発振器を含む半導体集積回路内の回路構成により自動的に位相雑音特性を調整することが困難であるという問題があった。
特開２００１−３１３５２７号公報
本発明は、上記課題を解決するものであり、電圧制御発振器の動作電流を自動的に調整し位相雑音特性を向上することが可能な動作電流調整装置を提供することを目的とする。
本発明に係る電圧制御発振器は、インダクタと可変容量素子とを含み前記可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路と、前記増幅回路に動作電流を供給する電源回路と、を備え、発振周波数制御電圧を所望の値に固定した状態で前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、前記発振信号の発振周波数が極大値近傍となる前記動作電流の値を抽出し、この抽出された動作電流の値を前記電源回路から出力される前記動作電流の値に設定することを特徴とする。
また、本発明に係る動作電流調整装置は、インダクタと可変容量素子とを含み前記可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する増幅回路、前記増幅回路に動作電流を供給する電源回路、を有する電圧制御発振器と、前記発振周波数制御電圧を出力する電圧発生部と、前記発振信号の発振周波数を測定する周波数検出部と、前記電圧発生部が発振周波数制御電圧を制御するための電圧設定信号を出力するとともに、前記周波数検出部で測定された発振周波数に基づいて前記電源回路が動作電流を制御するための動作電流制御信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧設定信号を前記電圧発生部に出力して発振周波数制御電圧を所望の値に固定させるとともに前記動作電流制御信号により前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、前記周波数検出部で測定された前記発振信号の発振周波数が極大値近傍となる前記動作電流の値を抽出し、前記電源回路から出力される前記動作電流をこの抽出された動作電流の値に設定するように前記動作電流制御信号を出力することを特徴とする。
また、もう一つの態様の動作電流調整装置は、インダクタと可変容量素子とを含みこの可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する増幅回路、この増幅回路に動作電流を供給する電源回路とを含む電圧制御発振器、前記発振信号をＮ分の１に分周した信号を出力するＮ分周器、および、このＮ分周器の出力信号の発振周波数と基準周波数とを比較し位相差信号を生成する位相比較器、この位相比較器が出力する位相差信号に基づいて前記発振周波数制御電圧を出力するループフィルタ、を有するＰＬＬ回路と、前記発振周波数制御電圧を測定する電圧測定部と、前記N分周器を制御するためのN分周設定信号を出力するとともに、前記電圧測定部で測定された発振周波数制御電圧に基づいて前記電源回路が動作電流を制御するための動作電流制御信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記N分周設定信号を前記N分周器に出力し発振周波数を所望の値に固定させるとともに前記動作電流制御信号により前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、前記電圧測定部で測定された前記発振周波数制御電圧の値が、発振周波数−発振周波数制御電圧特性が正の傾きを持つ電圧制御発振器の場合は極小値近傍、または発振周波数−発振周波数制御電圧特性が負の傾きを持つ電圧制御発振器の場合は極大値近傍、となる前記動作電流の値を抽出し、前記電源回路から出力される前記動作電流をこの抽出された動作電流の値に設定するように前記動作電流制御信号を出力することを特徴とする。
本発明に係る電圧制御発振器の動作電流調整方法は、インダクタと可変容量素子とを含み前記可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路と、この増幅回路に動作電流を供給する電源回路と、を備える電圧制御発振器の動作電流調整方法であって、発振周波数制御電圧を所望の値に固定した状態で前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、前記発振信号の発振周波数が極大値近傍となる前記動作電流の値を抽出し、前記動作電流の値を前記増幅回路から出力される前動作電流の値に設定することを特徴とする。
本発明の一態様に係る電圧制御発振器、動作電流調整装置、および、電圧制御発振器の動作電流調整方法によれば、電圧制御発振器の位相雑音特性を自動的に最適値に調整することができる。
本発明に係る動作電流調整装置は、例えば、電圧制御発振器の位相雑音を低く安定化するために通常使用前に動作電流の自動調整を行うものである。この自動調整は、測定困難な位相雑音を直接測定する代わりに、発振信号の周波数変化、または、発信周波数制御電圧変化を測定する方法を用いる。
以下、本発明に係る実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る電圧制御発振器の回路構成を示す図である。
図１に示すように、電圧制御発振器１は、インダクタ２と可変容量素子３を含みこの可変容量素子３に供給される発振周波数制御電圧Vcontに応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路４と、この増幅回路４に動作電流Iccを供給する電源回路５と、を備えている。
インダクタ２は、可変容量素子３とともに共振器を構成する。
可変容量素子３は、例えば、可変容量ダイオード３ａと可変容量ダイオード３ｂとを含む。この可変容量ダイオード３ａのアノードは、インダクタ２の一端２ａに接続されるとともに、可変容量ダイオード３ａのカソードは、可変容量ダイオード３ｂのカソードに接続される。そして、この可変容量ダイオード３ｂのアノードは、インダクタ２の他端２ｂに接続されている。これらの可変容量ダイオード３ａ、３ｂの共通接続されたカソードに発振周波数制御電圧端子６から入力される既述の発振周波数制御電圧Vcontが供給される。
ここで、増幅回路４は、既述のインダクタ２と、可変容量素子３と、ソースが電源回路５の出力端子５ａに接続され、ドレインがインダクタ２の一端２ａに接続され、ゲートがインダクタ２の他端２ｂに接続された第１のｐ型ＭＯＳトランジスタ７と、ソースが第１のｐ型ＭＯＳトランジスタ７のソースに接続され、ゲートが第１のｐ型ＭＯＳトランジスタ７のドレインに接続され、ドレインが第１のｐ型ＭＯＳトランジスタ７のゲートに接続された第２のｐ型ＭＯＳトランジスタ８と、ソースが接地電位に接続され、ドレインがインダクタ２の一端２ａに接続され、ゲートがインダクタ２の他端２ｂに接続された第１のｎ型ＭＯＳトランジスタ９と、ソースが第１のｎ型ＭＯＳトランジスタ９のソースに接続され、ゲートが第１のｎ型ＭＯＳトランジスタ９のドレインに接続され、ドレインが第１のｎ型ＭＯＳトランジスタ９のゲートに接続された第２のｎ型ＭＯＳトランジスタ１０とを有する。
この増幅回路４は、発振周波数制御電圧Vcontおよび動作電流Iccの入力に基づいて、発振信号Soscを出力端子４ａ、４ｂから出力する。
電源回路５は、ソースが電源電位Ｖｄｄに接続され、ドレインが動作電流制御端子１１に接続され、ゲートがドレインに接続された第３のｐ型ＭＯＳトランジスタ１２と、ソースが第３のｐ型ＭＯＳトランジスタ１２のソースに接続され、ドレインが電源回路５の出力端子５ａに接続され、ゲートが第３のｐ型ＭＯＳトランジスタ１２のゲートに接続された第４のｐ型ＭＯＳトランジスタ１３とを有する。
これらの第３、第４のｐ型ＭＯＳトランジスタ１２、１３は、ミラー回路を構成し、動作電流制御端子１１に入力された電流とカレントミラーとなる電流を出力端子５ａから動作電流Iccとして出力する。
ここで、既述のような構成を有する電圧制御発振器の発振周波数と発振周波数制御電圧との関係について説明する。
図２は、増幅回路の動作電流を固定した状態の電圧制御発振器の周波数制御特性を示す図である。
図２に示すように、発振周波数制御電圧が上昇するのに対応して発振周波数が上昇しており、増幅回路の動作電流を固定した状態においては、測定された範囲では発振周波数が発振周波数制御電圧の単調増加関数となっている。このように、増幅回路の動作電流を固定した状態では、発振周波数制御電圧と発振周波数とは、一対一に対応している。
このように図１の電圧制御発振器１は、発振周波数−発振周波数制御電圧特性が正の傾きを持つ。
なお、図１の可変容量ダイオード（pn接合型バリキャップ）３ａ、３ｂについて、容量−印加電圧特性が逆のバリキャップを使う、あるいは、可変容量ダイオード（pn接合型バリキャップ）３ａ、３ｂの接合の向きを逆にした場合は、図１の電圧制御発振器１は、発振周波数−発振周波数制御電圧特性が負の傾きを持つ。すなわち、発振周波数制御電圧が上昇するのに対応して発振周波数が下降し、増幅回路の動作電流を固定した状態においては、測定された範囲では発振周波数が発振周波数制御電圧の単調減少関数となる。
このように、周波数が上がったのを戻そうとするときに、発振周波数−発振周波数制御電圧特性が正の傾きの電圧制御発振器１の場合は制御電圧を下げる方向である（図２）が、発振周波数−発振周波数制御電圧特性が負の傾きの電圧制御発振器の場合は制御電圧を上げる方向になる。
次に、既述のような、インダクタと可変容量素子とを含み可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路と、この増幅回路に動作電流を供給する電源回路とを備える電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係および動作電流と発振周波数の関係について説明する。
図３は、電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係および動作電流と発振周波数の関係を示す図である。
ここで、従来、電圧制御発振器は制御電圧を入力として共振器の共振周波数を変化させ発振周波数を変化させるものである。しかし、制御電圧を固定した状態で、電圧制御発振器内の増幅回路に印加する電流を変化させると若干ではあるが発振周波数が変化する。このとき、位相雑音特性を同時に観測すると、両者の間には発振周波数が極大となった電流値において、位相雑音が最小となる関係がある。すなわち、発振周波数が極大となった電流値において、最も位相雑音特性が良好となる。
図３に示すように、動作電流の値が約5.7mAのとき、位相雑音が約-103dBc/Hzの最小値となる。したがって、この動作電流の値において最も位相雑音特性が良好となり最適である。
図４は、図３と製造条件の異なる電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係および動作電流と発振周波数の関係を示す図である。
図４に示すように、位相雑音特性および発振周波数特性の傾向は図３と同様である。この場合の最適な電流値は約6.3mAとなり、図３の場合とは異なる。
このように、製造条件や制御電圧によって位相雑音特性が良好となる電流値は異なるが、発振周波数が極大となった電流値において位相雑音が最小となる変化の傾向は一定である。
ここで、位相雑音特性の測定は大きな外部装置が必要となり、集積回路内で実現することは困難である。しかし、集積回路内部で発振周波数を測定するのは比較的容易に行うことができる。
そこで、本実施例では、位相雑音を直接測定する代わりに、この電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係を利用し、動作電流による発振周波数の変化を観測し、集積回路内で自動調整を行うものである。
次に、上記電圧制御発振器の動作電流と位相雑音との関係を利用して発振信号の位相雑音特性を調整する動作電流調整装置の構成について説明する。
図５は、本発明の実施例１に係る動作電流調整装置の要部構成を示す図である。
図５に示すように、動作電流調整装置１００は、電圧制御発振器１と、発振周波数制御電圧を出力する電圧発生部１４と、発振信号の発振周波数を測定する周波数検出部１５と、電圧発生部１４が発振周波数制御電圧Vcontを制御するための電圧設定信号Svsetを出力するとともに、周波数検出部１５で測定された発振周波数に基づいて電源回路５が動作電流Iccを制御するための動作電流制御信号Scontを出力する制御部１６と、を備えている。
動作電流調整装置１００は、制御部１６で抽出された動作電流Iccを記憶する記憶部１７を、さらに備える。
また、動作電流調整装置１００は、通常使用モードである第１のモードと自動調整を行うトレーニングモードである第２のモードとを切り替えるスイッチ回路１８、１９を備えている。
ここで、第１のモードでは、スイッチ回路１８、１９が切り替えられて、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路等の外部回路に接続された通常入力、通常出力に電圧制御発振器１が接続される。なお、動作電流制御信号Scontは第２のモードで決定された値が制御部１６から入力される。
一方、第２のモードでは、スイッチ回路１８、１９が切り替えられて、電圧発生部１４から出力された発振周波数制御電圧Vcontが電圧制御発振器１に入力され、電圧制御発振器１から出力された発振信号Soscが周波数検出部１５に入力される。
電圧発生部１４は、既述のように、制御部１６から出力された電圧設定信号Svsetにより、決まった電圧を発生し電圧制御発振器に発振周波数制御電圧Vcontを供給する。
周波数検出部１５は、電圧制御発振器１の発振信号Soscを受け取り発振周波数に変換し制御部１６に発振周波数の情報を含む検出信号Sfdを出力する。この周波数検出部１５は、例えば、発振周波数を測定するためのカウンタ等を内蔵している。
制御部１６は、第２のモードにおいて、電圧設定信号Svsetを電圧発生部１４に出力して発振周波数制御電圧Vcontを所望の値に固定させる。さらに、制御部１６は、動作電流制御信号Scontにより電源回路５から出力される動作電流Iccを変化させる。そして、制御部１６は、周波数検出部１５で測定された発振信号Soscの発振周波数が極大値近傍となる動作電流Iccの値を抽出する。そして、制御部１６は、電源回路５から出力される動作電流Iccをこの抽出された動作電流Iccの値に設定するように動作電流制御信号Scontを出力する。
なお、この第２のモードは、第１のモードとの動作条件の差を小さくするために、できるだけ実使用状態に近い条件で行われるのが好ましい。
また、所望の位相雑音特性を得るために、動作電流Iccは、第１のモードで使用する前に、第２のモードで自動調整される。
次に、以上のような構成・機能を有する動作電流調整装置１００の動作、すなわち電圧制御発振器１の動作電流調整方法について、フローチャートに沿って以下説明する。ここでは、特に、動作電流調整装置１００のスイッチ回路１８、１９が切り替えられてトレーニングする第２のモードにおける動作について説明する。
図６は、本発明の実施例１に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する動作例を示すフローチャートである。
図６に示すように、先ず、制御部１６は、電圧設定信号Svsetを電圧発生部１４に出力し、発振周波数制御電圧Vcontを設定する（ステップＳ１）。この発振周波数制御電圧Vcontは、通常使用モードである第１のモードで実際に使用する電圧値と同一であることが望ましい。
次に、制御部１６は、所望の動作電流制御信号Scontを出力して、電源回路５から出力される動作電流Iccを十分小さい値に設定する（ステップＳ２）。ここでは、電圧制御発振器の発振出力が継続可能な下限の電流まで小さくしてもよい。
次に、制御部１６は、周波数検出部１５により検出された発振周波数を記憶部１７に記憶する（ステップＳ３）。
次に、制御部１６は、動作電流制御信号Scontを変化させて、電源回路５から出力される動作電流Iccを所定値だけ増加させる（ステップＳ４）。
次に、制御部１６は、ステップＳ４の動作電流Iccで、周波数検出部１５により検出された発振周波数を、ステップＳ３で記憶された発振周波数と比較する。周波数検出部１５により検出された発振周波数が、ステップＳ３で記憶された発振周波数よりも、増加している場合はステップＳ３に戻りこの増加した発振周波数を記憶する（ステップＳ５）。
一方、ステップＳ５において、周波数検出部１５により検出された発振周波数が、ステップＳ３で記憶された発振周波数よりも減少している場合は、制御部１６は、この発振周波数が極大値近傍であると判断し、次のステップに進む。
以上のステップＳ１ないしＳ５により、発振周波数制御電圧Vcontを所望の値に固定した状態で電源回路５から出力される動作電流を変化させる。
ここで、ステップＳ４の動作電流Iccは、発振周波数が極大となる電流値を越えているので、該所定値だけ減少させた動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定する（ステップＳ６）。このとき、通常、動作電流Iccは電流最適値の低い側が安定した位相雑音特性が得られることから、該所望値よりも大きい値だけ減少させてもよい。また、電圧制御発振器１の要求される精度によっては、ステップＳ４で出力された動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定してもよい。
次に、制御部１６は、設定された発振周波数制御電圧値Vcontあるいは測定された発振周波数と動作電流制御信号Scontとを対にして記憶部１７に記憶する（ステップＳ７）。
以上のステップＳ６、Ｓ７により、発振信号の発振周波数が極大値近傍となる動作電流の値を抽出し、この動作電流の値を増幅回路から出力される動作電流の値に設定する。
以上のフローにより、動作電流調整装置１００の電圧制御発振器１の発振信号を調整するための動作が完了する。
なお、電圧制御発振器１に入力される発振周波数制御電圧Vcontが複数設定される場合には、ステップＳ１に戻り、再度異なる発振周波数制御電圧Vcontで上記フローが実施される。制御部１６は、通常動作である第１のモードでは、記憶部１７に記憶された動作電流制御信号Scontの中から発振周波数制御電圧Vcontあるいは発振周波数に対応する適切な値を読み込み、電圧制御発振器１に動作電流制御信号Scontを出力する。
これにより、電圧制御発振器１は、通常動作である第１のモードにおいて、位相雑音特性が安定した、発振信号を出力することができる。
ここで、上述のフローチャートにおいては、動作電流Iccを小さい値（最小値）から増加させて発振周波数の極大値近傍の動作電流Iccを求めているが、動作電流Iccを大きい値（最大値）から減少させて発振周波数の極大値近傍の動作電流Iccを求めてもよい。
図７は、本発明の実施例１に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する他の動作例を示すフローチャートである。
図７に示すように、先ず、制御部１６は、電圧設定信号Svsetを電圧発生部１４に出力し、発振周波数制御電圧Vcontを設定する（ステップＳ１）。この発振周波数制御電圧Vcontは、通常使用モードである第１のモードで実際に使用する電圧値と同一であることが望ましい。
次に、制御部１６は、所望の動作電流制御信号Scontを出力して、電源回路５から出力される動作電流Iccを十分大きい値（最大値）に設定する（ステップＳ８）。なお、例えば、発振周波数が極大となる動作電流Iccの概略値が認識されている場合は、この値よりも所定値以上大きい値に設定すればよい。
次に、制御部１６は、周波数検出部１５により検出された発振周波数を記憶部１７に記憶する（ステップＳ９）。
次に、制御部１６は、動作電流制御信号Scontを変化させて、電源回路５から出力される動作電流Iccを該所定値だけ減少させる（ステップＳ１０）。
次に、制御部１６は、ステップＳ１０の動作電流Iccで、周波数検出部１５により検出された発振周波数を、ステップＳ９で記憶された発振周波数と比較する。周波数検出部１５により検出された発振周波数が、ステップＳ９で記憶された発振周波数よりも増加している場合はステップＳ９に戻りこの増加した発振周波数を記憶する（ステップ１１）。
一方、ステップＳ１１において、周波数検出部１５により検出された発振周波数が、ステップＳ９で記憶された発振周波数よりも減少している場合は、制御部１６は、この発振周波数が極大値近傍であると判断し、次のステップに進む。
以上のステップＳ１ないしＳ１１により、発振周波数制御電圧Vcontを所望の値に固定した状態で電源回路５から出力される動作電流を変化させる。
ここで、ステップＳ１０の動作電流Iccは、発振周波数が極大となる電流値よりも小さいので、該所定値だけ増加させ、この増加させた動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定する（ステップＳ１２）。このとき、通常、動作電流Iccは電流最適値の低い側が安定した位相雑音特性が得られることから、該所定値だけ増加させずに、ステップＳ１１で出力された動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定してもよい。
次に、制御部１６は、設定された発振周波数制御電圧値Vcontあるいは測定された発振周波数と動作電流制御信号Scontとを対にして記憶部１７に記憶する（ステップＳ１３）。
以上のステップＳ１２、Ｓ１３により、発振信号の発振周波数が極大値近傍となる動作電流の値を抽出し、この動作電流の値を増幅回路から出力される動作電流の値に設定する。
以上のフローにより、動作電流調整装置１００の電圧制御発振器１の動作電流を調整するための動作が完了する。
なお、図６、図７のフローチャートに示す動作電流調整装置の動作電流調整方法以外にも、一度、掃引可能な動作電流Iccに対して発振周波数の特性を測定した後、計算により発振周波数の極大値近傍の動作電流Iccを求める方法等が考えられる。
以上のように、本実施例に係る動作電流調整装置によれば、発振周波数制御電圧を所望の値に固定した状態で電源回路から出力される動作電流を変化させ、発振信号の発振周波数が極大値近傍となる動作電流の値を抽出し、この動作電流の値を増幅回路から出力される動作電流の値に設定するので、電圧制御発振器の位相雑音特性を自動的に調整することができる。
なお、本実施例においては、増幅回路４、電源回路５を構成するトランジスタがＭＯＳトランジスタである場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタの導電型を逆にした場合についても、各回路構成の極性を逆にすることにより同様に適用できる。
また、本実施例においては、増幅回路４、電源回路５を構成するトランジスタがＭＯＳトランジスタである場合について説明したが、各回路構成において、バイポーラトランジスタを代替的に用いることもできる。
実施例１では、例えば、電圧制御発振器がＰＬＬ回路等の外部回路に含まれない構成について述べたが、本実施例では、電圧制御発振器がＰＬＬ回路に含まれた構成について述べる。
図８は、本発明の一態様である実施例２に係る動作電流調整装置２００の要部の構成を示す断面図である。なお、図中、実施例１と同じ符号は、実施例１と同様の構成を示している。
図８に示すように、動作電流調整装置２００は、インダクタ２と可変容量素子３とを含みこの可変容量素子３に供給される発振周波数制御電圧Vcontに応じた周波数の発振信号Soscを出力する増幅回路４、この増幅回路４に動作電流Iccを供給する電源回路５とを含む電圧制御発振器１、発振信号SoscをＮ分の１に分周し信号を出力するＮ分周器２０、および、このＮ分周器２０の出力信号の発振周波数と基準周波数Frefとを比較し位相差信号を生成する位相比較器２１、この位相比較器２１が出力する位相差信号に基づいて発振周波数制御電圧Vcontを出力するループフィルタ２７を有するＰＬＬ回路２２を備える。
さらに、動作電流調整装置２００は、発振周波数制御電圧Vcontを測定する電圧測定部２３と、この電圧測定部２３で測定された発振周波数制御電圧Vcontに基づいて電源回路５が動作電流Iccを制御するための動作電流制御信号Scontを出力する制御部２４とを備える。
また、動作電流調整装置２００は、抽出された動作電流Iccを記憶する記憶部２５をさらに備える。
N分周器２０は、制御部２４から入力されるN分周設定信号Sdsetにより制御され、既述のように発振信号SoscをＮ分の１に分周し信号を出力する。
位相比較器２１は、出力信号の発振周波数と基準周波数Frefとの位相比較を行ない、位相差をパルス状の位相差信号として生成する。
ループフィルタ２７は、位相比較器２１が出力した位相差信号から交流成分を取り除いて発振周波数制御電圧Vcontを生成し、電圧制御発振器１に入力する。
制御部２４は、動作電流制御信号Scontにより電源回路５から出力される動作電流Iccを変化させ、電圧測定部２３で測定された発振周波数制御電圧Vcontの値が極小値近傍となる動作電流Iccの値を抽出し、電源回路５から出力される動作電流Iccをこの抽出された動作電流Iccの値に設定するように動作電流制御信号Scontを出力する。
なお、ここでは上記のように、図１の電圧制御発振器の発振周波数−発振周波数制御電圧特性が正の傾きの場合（図２に示す）は極小値近傍となる動作電流Iccの値を抽出している。一方、電圧制御発振器の発振周波数−発振周波数制御電圧特性が負の傾きをとる場合は極大値近傍となる動作電流Iccの値を抽出する。以下、同様である。
また、動作電流調整装置２００は、通常使用モードである第１のモードと自動調整を行うトレーニングモードである第２のモードとを切り替えるスイッチ回路２６を備えている。
ここで、第１のモードでは、スイッチ回路２６が切り替えられて開放され、発振周波数制御電圧Vcontが電圧測定部２３に入力されない。そして、既述のように、電圧制御発振器１の制御電圧入力はループフィルタ２７の出力に接続され、電圧制御発振器１の発振信号Soscは、N分周器２０や外部回路（図示せず）に接続されており、通常のPLL動作を行う。なお、動作電流制御信号Scontは第２のモードで決定された値が制御部２４から入力される。
一方、第２のモードでは、スイッチ回路２６が切り替えられて、ループフィルタ２７から出力された発振周波数制御電圧Vcontが電圧測定部２３に入力され、この電圧測定部２３で測定された電圧値に応じた検出信号Svdが電圧測定部２３から制御部２４に入力される。
なお、この第２のモードは、第１のモードとの動作条件の差を小さくするために、できるだけ実使用状態に近い条件で行われるのが好ましい。
また、所望の位相雑音特性を得るために、動作電流Iccは、第１のモードで使用する前に、第２のモードで自動調整される。
ここで、既述のようなＰＬＬ回路に含まれた、インダクタと可変容量素子とを含み可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路と、この増幅回路に動作電流を供給する電源回路とを備える電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係および動作電流と発振周波数制御電圧の関係について説明する。
図９は、電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係および動作電流と発振周波数制御電圧の関係を示す図である。なお、ＰＬＬ回路２２において発振信号Soscの周波数を２４００ＭＨｚに固定している。
ここで、周波数を固定した状態で、電圧制御発振器１内の増幅回路４に印加する電流を変化させると若干ではあるが発振周波数制御電圧Vcontが変化する。このとき、位相雑音特性を同時に観測すると、両者の間には発振周波数制御電圧Vcontが極小となった電流値において、位相雑音が最小となる関係がある。すなわち、発振周波数制御電圧Vcontが極小となった電流値において、最も位相雑音特性が良好となる。
図９に示すように、動作電流の値が約5.２mAのとき、位相雑音が約-103dBc/Hzの最小値となる。したがって、この動作電流の値において最も位相雑音特性が良好となり最適である。
そこで、本実施例では、位相雑音を直接測定する代わりに、この電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係を利用し、動作電流による発振周波数制御電圧Vcontの変化を観測し、集積回路内で自動調整を行うものである。
次に、以上のような構成・機能を有する動作電流調整装置２００の動作、すなわち電圧制御発振器１の動作電流調整方法について、フローチャートに沿って以下説明する。ここでは、特に、動作電流調整装置２００のスイッチ回路２６が切り替えられてトレーニングする第２のモードにおける動作について説明する。
図１０は、本発明の実施例２に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する動作例を示すフローチャートである。
図１０に示すように、先ず、制御部２４は、N分周設定信号SdsetをN分周器２０に出力し、第１のモードで使用する発振周波数にPLL回路２２をロックする。（ステップＳ２１）。
次に、制御部２４は、所望の動作電流制御信号Scontを出力して、電源回路５から出力される動作電流Iccを十分小さい値に設定する（ステップＳ２２）。ここでは、電圧制御発振器の発振出力が継続可能な下限の電流まで小さくしてもよい。
次に、制御部２４は、電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontを記憶部２５に記憶する（ステップＳ２３）。
次に、制御部２４は、動作電流制御信号Scontを変化させて、電源回路５から出力される動作電流Iccを所定値だけ増加させる（ステップＳ２４）。
次に、制御部２４は、ステップＳ２４の動作電流Iccで、電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontを、ステップＳ２３で記憶された発振周波数制御電圧Vcontと比較する。電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontが、ステップＳ２３で記憶された発振周波数制御電圧Vcontよりも、下がっている場合はステップＳ２３に戻りこの下がった発振周波数制御電圧Vcontを記憶する（ステップＳ２５）。
一方、ステップＳ２５において、電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontが、ステップＳ２３で記憶された発振周波数制御電圧Vcontよりも上がっている場合は、制御部２４は、この発振周波数制御電圧Vcontが極小値近傍であると判断し、次のステップに進む。
以上のステップＳ２１ないしＳ２５により、発振周波数を所望の値に固定した状態で電源回路５から出力される動作電流を変化させる。
ここで、ステップＳ４の動作電流Iccは、発振周波数制御電圧Vcontが極大となる電流値を越えているので、該所定値だけ減少させた動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定する（ステップＳ２６）。このとき、通常、動作電流Iccは電流最適値の低い側が安定した位相雑音特性が得られることから、該所望値よりも大きい値だけ減少させてもよい。また、電圧制御発振器１の要求される精度によっては、ステップＳ２４で出力された動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定してもよい。
次に、制御部２４は、N分周設定信号Sdsetあるいは期待される発振周波数と設定された動作電流制御信号Scontとを対にして記憶部２５に記憶する（ステップＳ２７）。
以上のステップＳ２６、Ｓ２７により、発振信号の発振周波数が極大値近傍となる動作電流の値を抽出し、この動作電流の値を増幅回路から出力される動作電流の値に設定する。
以上のフローにより、動作電流調整装置２００の電圧制御発振器１の動作電流を調整するための動作が完了する。
なお、PLL回路２２の発振周波数が複数設定される場合には、ステップＳ２１に戻り、再度異なる発振周波数で上記フローが実施される。制御部２４は、通常動作である第１のモードでは、記憶部２５に記憶されたN分周設定信号Sdsetあるいは発振周波数と設定された動作電流制御信号Scontとの中から発振周波数に対応する適切な値を読み込み、電圧制御発振器１に動作電流制御信号Scontを出力しN分周器２０にN分周設定信号Sdsetを出力する。
これにより、電圧制御発振器１は、通常動作である第１のモードにおいて、位相雑音特性が安定した、発振信号を出力することができる。
ここで、上述のフローチャートにおいては、動作電流Iccを小さい値（最小値）から増加させて発振周波数制御電圧Vcontの極小値近傍の動作電流Iccを求めているが、動作電流Iccを大きい値（最大値）から減少させて発振周波数制御電圧Vcontの極小値近傍の動作電流Iccを求めてもよい。
図１１は、本発明の実施例２に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する他の動作例を示すフローチャートである。
図１１に示すように、先ず、制御部２４は、N分周設定信号SdsetをN分周器２０に出力し、第１のモードで使用する発振周波数にPLL回路２２をロックする。（ステップＳ２１）。
次に、制御部２４は、所望の動作電流制御信号Scontを出力して、電源回路５から出力される動作電流Iccを十分大きい値（最大値）に設定する（ステップＳ２８）。なお、例えば、発振周波数制御電圧Vcontが極小となる動作電流Iccの概略値が認識されている場合は、この値よりも所定値以上大きい値に設定すればよい。
次に、制御部２４は、電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontを記憶部２５に記憶する（ステップＳ２９）。
次に、制御部２４は、動作電流制御信号Scontを変化させて、電源回路５から出力される動作電流Iccを所定値だけ減少させる（ステップＳ２１０）。
次に、制御部２４は、ステップＳ２１０の動作電流Iccで、電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontを、ステップＳ２９で記憶された発振周波数制御電圧Vcontと比較する。電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontが、ステップＳ２９で記憶された発振周波数制御電圧Vcontよりも、下がっている場合はステップＳ２９に戻りこの下がった発振周波数制御電圧Vcontを記憶する（ステップ２１１）。
一方、ステップＳ２１１において、電圧測定部２３により測定された発振周波数制御電圧Vcontが、ステップＳ２９で記憶された発振周波数制御電圧Vcontよりも上がっている場合は、制御部２４は、この発振周波数制御電圧Vcontが極小値近傍であると判断し、次のステップに進む。
以上のステップＳ２１ないしＳ２１１により、発振周波数を所望の値に固定した状態で電源回路５から出力される動作電流を変化させる。
ここで、ステップＳ２１０の動作電流Iccは、発振周波数制御電圧Vcontが極小となる電流値よりも小さいので、該所定値だけ増加させ、この増加させた動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定する（ステップＳ１２）。このとき、通常、動作電流Iccは電流最適値の低い側が安定した位相雑音特性が得られることから、該所定値だけ増加させずに、ステップＳ２１１で出力された動作電流Iccを位相雑音特性が最適となるものとして設定してもよい。
次に、制御部２４は、設定されたN分周設定信号Sdsetあるいは期待される発振周波数と動作電流制御信号Scontとを対にして記憶部２５に記憶する（ステップＳ２１３）。
以上のステップＳ２１２、Ｓ２１３により、発振周波数制御電圧Vcontが極小値近傍となる動作電流の値を抽出し、この動作電流の値を増幅回路から出力される動作電流の値に設定する。
以上のフローにより、動作電流調整装置２００の電圧制御発振器１の動作電流を調整するための動作が完了する。
なお、PLL回路２２の発振周波数が複数設定される場合には、ステップＳ２１に戻り、再度異なる発振周波数で上記フローが実施される。制御部２４は、通常動作である第１のモードでは、記憶部２５に記憶されたN分周設定信号Sdsetあるいは発振周波数と設定された動作電流制御信号Scontとの中から発振周波数に対応する適切な値を読み込み、電圧制御発振器１に動作電流制御信号Scontを出力しN分周器２０にN分周設定信号Sdsetを出力する。
これにより、電圧制御発振器１は、通常動作である第１のモードにおいて、位相雑音特性が安定した、発振信号を出力することができる。
ここで、図１２に、実施例１に係る電圧制御発振器の発振周波数と位相雑音の関係を示す。図１２に示すように、製造条件が異なっても、良好な位相雑音特性が得られているのがわかる。
なお、図１０、図１１のフローチャートに示す動作電流調整装置の動作電流調整方法以外にも、一度、掃引可能な動作電流Iccに対して発振周波数の特性を測定した後、計算により発振周波数制御電圧Vcontの極小値近傍の動作電流Iccを求める方法等が考えられる。
以上のように、本実施例に係る動作電流調整装置によれば、発振周波数を所望の値に固定した状態で電源回路から出力される動作電流を変化させ、発振周波数制御電圧が極小値近傍となる動作電流の値を抽出し、この動作電流の値を増幅回路から出力される動作電流の値に設定するので、電圧制御発振器の位相雑音特性を自動的に調整することができる。
なお、以上各実施例においては、第２のモードを、動作電流調整装置の電源の投入後に、使用周波数の一部または全部において繰り返し行うことにより、より効率的に実施することができる。
また、以上各実施例においては、第２のモードを、使用する周波数が定まった後に、使用周波数の一部または全部において繰り返し行うことにより、より効率的に実施することができる。
本発明の一態様である実施例１に係る電圧制御発振器の回路構成を示す図である。 増幅回路の動作電流を固定した状態の電圧制御発振器の周波数制御特性を示す図である。 電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係、および動作電流と発振周波数の関係を示す図である。 電圧制御発振器の動作電流と位相雑音の関係、および動作電流と発振周波数の関係を示す図である。 本発明の一態様である実施例１に係る動作電流調整装置の要部構成を示す図である。 本発明の一態様である実施例１に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する動作例を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する他の動作例を示すフローチャートである。 本発明の一態様である実施例２に係る電圧制御発振器の回路構成を示す図である。 発振周波数を固定した場合の動作電流と発振周波数制御電圧との関係、および動作電流と位相雑音特性との関係を示す図である。 本発明の一態様である実施例２に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する動作例を示すフローチャートである。 本発明の一態様である実施例２に係る動作電流調整装置の電圧制御発振器の発振信号を調整する他の動作例を示すフローチャートである。 本発明の一態様である実施例２に係る電圧制御発振器の発振周波数と位相雑音の関係を示す図である。
符号の説明
１ 電圧制御発振器
２ インダクタ
３ 可変容量素子
３ａ 可変容量ダイオード
３ｂ 可変容量ダイオード
４ 増幅回路
４ａ 出力端子
４ｂ 出力端子
５ 電源回路
５ａ 出力端子
５ｂ 出力端子
６ 発振周波数制御電圧端子
７ 第１のｐ型ＭＯＳトランジスタ
８ 第２のｐ型ＭＯＳトランジスタ
９ 第１のｎ型ＭＯＳトランジスタ
１０ 第２のｎ型ＭＯＳトランジスタ
１１ 動作電流制御端子
１２ 第３のｐ型ＭＯＳトランジスタ
１３ 第４のｐ型ＭＯＳトランジスタ
１４ 電圧発生部
１５ 周波数検出部
１６ 制御部
１７ 記憶部
１８ スイッチ回路
１９ スイッチ回路
２０ 位相比較器
２１ N分周器
２２ ＰＬＬ回路
２３ 電圧測定部
２４ 制御部
２５ 記憶部
２６ スイッチ回路
２７ ループフィルタ
１００、２００ 動作電流調整装置

Claims (5)

  1. インダクタと可変容量素子とを含み前記可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路と、
    前記増幅回路に動作電流を供給する電源回路と、を備え、
    発振周波数制御電圧を所望の値に固定した状態で前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、前記発振信号の発振周波数が極大値近傍となる前記動作電流の値を抽出し、この抽出された動作電流の値を前記電源回路から出力される前記動作電流の値に設定する
    ことを特徴とする電圧制御発振器。
  2. インダクタと可変容量素子とを含み前記可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する増幅回路、前記増幅回路に動作電流を供給する電源回路、を有する電圧制御発振器と、
    前記発振周波数制御電圧を出力する電圧発生部と、
    前記発振信号の発振周波数を測定する周波数検出部と、
    前記電圧発生部が発振周波数制御電圧を制御するための電圧設定信号を出力するとともに、前記周波数検出部で測定された発振周波数に基づいて前記電源回路が動作電流を制御するための動作電流制御信号を出力する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記電圧設定信号を前記電圧発生部に出力して発振周波数制御電圧を所望の値に固定させるとともに前記動作電流制御信号により前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、前記周波数検出部で測定された前記発振信号の発振周波数が極大値近傍となる前記動作電流の値を抽出し、前記電源回路から出力される前記動作電流をこの抽出された動作電流の値に設定するように前記動作電流制御信号を出力する
    ことを特徴とする動作電流調整装置。
  3. インダクタと可変容量素子とを含みこの可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた周波数の発振信号を出力する増幅回路、この増幅回路に動作電流を供給する電源回路とを含む電圧制御発振器、前記発振信号をＮ分の１に分周した信号を出力するＮ分周器、および、このＮ分周器の出力信号の発振周波数と基準周波数とを比較し位相差信号を生成する位相比較器、この位相比較器が出力する位相差信号に基づいて前記発振周波数制御電圧を出力するループフィルタ、を有するＰＬＬ回路と、
    前記発振周波数制御電圧を測定する電圧測定部と、
    前記N分周器を制御するためのN分周設定信号を出力するとともに、前記電圧測定部で測定された発振周波数制御電圧に基づいて前記電源回路が動作電流を制御するための動作電流制御信号を出力する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記N分周設定信号を前記N分周器に出力し発振周波数を所望の値に固定させるとともに前記動作電流制御信号により前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、前記電圧測定部で測定された前記発振周波数制御電圧の値が、発振周波数−発振周波数制御電圧特性が正の傾きを持つ電圧制御発振器の場合は極小値近傍、または発振周波数−発振周波数制御電圧特性が負の傾きを持つ電圧制御発振器の場合は極大値近傍、となる前記動作電流の値を抽出し、前記電源回路から出力される前記動作電流をこの抽出された動作電流の値に設定するように前記動作電流制御信号を出力する
    ことを特徴とする動作電流調整装置。
  4. 抽出された前記動作電流を記憶する記憶部を、さらに備えることを特徴とする請求項３に記載の動作電流調整装置。
  5. インダクタと可変容量素子とを含み前記可変容量素子に供給される発振周波数制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を出力する増幅回路と、この増幅回路に動作電流を供給する電源回路と、を備える電圧制御発振器の動作電流調整方法であって、
    発振周波数制御電圧を所望の値に固定した状態で前記電源回路から出力される前記動作電流を変化させ、
    前記発振信号の発振周波数が極大値近傍となる前記動作電流の値を抽出し、
    前記動作電流の値を前記増幅回路から出力される前動作電流の値に設定する
    ことを特徴とする電圧制御発振器の動作電流調整方法。
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