JP2008252774A - 電圧制御発振器、及び電圧制御発振方法 - Google Patents

電圧制御発振器、及び電圧制御発振方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2008252774A
JP2008252774A JP2007094501A JP2007094501A JP2008252774A JP 2008252774 A JP2008252774 A JP 2008252774A JP 2007094501 A JP2007094501 A JP 2007094501A JP 2007094501 A JP2007094501 A JP 2007094501A JP 2008252774 A JP2008252774 A JP 2008252774A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
output terminal
switch
resonance circuit
voltage controlled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007094501A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Shibata
透 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Electronics Corp
Original Assignee
NEC Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Electronics Corp filed Critical NEC Electronics Corp
Priority to JP2007094501A priority Critical patent/JP2008252774A/ja
Priority to US12/076,405 priority patent/US20080238560A1/en
Publication of JP2008252774A publication Critical patent/JP2008252774A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1212Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising a pair of transistors, wherein an output terminal of each being connected to an input terminal of the other, e.g. a cross coupled pair
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1206Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification
    • H03B5/1221Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device using multiple transistors for amplification the amplifier comprising multiple amplification stages connected in cascade
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/124Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/1262Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising switched elements
    • H03B5/1265Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising switched elements switched capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

【課題】発振周波数の可変範囲を大きくすることができる電圧制御発振器を提供する。
【解決手段】本発明による電圧制御発振器は、LC共振回路1と、LC共振回路1と電源VDD及び電源VSSとの間に設けられ、複数の負性抵抗を備える負性抵抗部2、3と、複数の容量群41〜44と、複数の負性抵抗回路と、複数の容量群41〜44とから選択的に任意の数の負性抵抗回路と容量群とをLC共振回路1に接続する選択回路107とを具備する。選択回路107によって選択接続された負性抵抗回路は、共振回路1に電流を供給する。LC共振回路1は、選択回路107によって選択接続された容量群によって決定される周波数fvcoで発振する。
【選択図】図2

Description

本発明は、電圧制御発振器に関し、特にLC共振回路を利用した電圧制御発振器に関する。
PLL回路は、カウンタが組み込まれることで入力信号の整数倍の周波数で信号を出力することが可能である。このため、マイクロプロセッサの内部クロック周波数を、外部クロックの整数倍にして高速化する技術にも応用されている。PLL回路は、例えばSerDes(SERializer/DESerializer)に等の多くの高速デバイスに採用されている。又、このようなPLL回路の周波数を制御する電圧制御発振器として、LC共振回路を用いた電圧制御発振器が普及している。
LC共振回路を利用した従来技術による電圧制御発振器が、特開2004−140471号公報に記載されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の電圧制御発振器は、入力される電圧に応じて出力信号の周波数を変化することができる。このため、複数の周波数に応じた発振動作が可能となる。
図7は、従来技術による電圧制御発振器の構成を示す回路図である。従来技術による電圧制御発振器200は、LC共振回路10と、ともに負性コンダクタンスを有するPチャネルクロスカップルトランジスタ20及びNチャネルクロスカップルトランジスタ30と、容量スイッチ群410及び420とを具備する。
LC共振回路10は、出力端子60、70を介して並列接続されるインダクタL10と可変容量C10、C20とを備える。共振回路10は、負性抵抗となるPチャネルクロスカップルトランジスタ20を介して第1の電源VDD(以下、電源VDDと称す)に接続され、負性抵抗となるNチャネルクロスカップルトランジスタ30を介して第2の電源VSS(以下、電源VSSと称す)と接続される。可変容量C10と可変容量C20とは制御電圧入力端子50を介して接続される。可変容量C10及びC20の容量値は制御電圧入力端子50に入力される制御電圧に応じて変動する。
Pチャネルクロスカップルトランジスタ20は、Pチャネル型MOSトランジスタP10及びP20(以下トランジスタP10、P20と称す)を備え、負性抵抗を構成する。詳細には、トランジスタP10、P20のそれぞれのソース/ドレインの一方は、第1の電源VDDに接続される。トランジスタP10のソース/ドレインの他方は出力端子60に接続され、ゲートは出力端子70に接続される。又、トランジスタP20のソース/ドレインの他方は出力端子70に接続され、ゲートは出力端子60に接続される。すなわち、トランジスタP10とP20はクロスカップル接続される。
同様に、Nチャネルクロスカップルトランジスタ30は、Nチャネル型MOSトランジスタN10及びN20(以下トランジスタN10、N20と称す)を備え、負性抵抗を構成する。詳細には、トランジスタN10、N20のそれぞれのソース/ドレインの一方は、第2の電源VSSに接続される。トランジスタN10のソース/ドレインの他方は出力端子60に接続され、ゲートは出力端子70に接続される。又、トランジスタN20のソース/ドレインの他方は出力端子70に接続され、ゲートは出力端子60に接続される。ここで、トランジスタP10とトランジスタN10のゲートは出力端子70を介して相互に接続される。同様にトランジスタP20とトランジスタN20のゲートは出力端子60を介して相互に接続される。
容量スイッチ群410は、出力端子70と電源VSSとの間に設けられた複数の容量C110〜C113と複数のスイッチS110〜S113とを備える。複数の容量C110〜C113は、それぞれ複数のスイッチS110〜S113を介して電源VSSに接続される。複数のスイッチS110〜S113は、それぞれスイッチ制御信号SW000〜SW300によってオン・オフが制御され、容量C110〜C113と電源VSSとを選択的に接続する。同様に、容量スイッチ群420は、出力端子60と電源VSSとの間に設けられた複数の容量C120〜C123と複数のスイッチS120〜S123とを備える。複数の容量C120〜C123は、それぞれ複数のスイッチS120〜S123を介して電源VSSに接続される。複数のスイッチS120〜S123は、それぞれスイッチ制御信号SW000〜SW300によってオン・オフが制御され、容量C120〜C123と電源VSSとを選択的に接続する。
以上のような構成により、従来技術による電圧制御発振器200は、LC共振回路10における共振周波数で発振し、その共振周波数を有するクロック信号が出力端子60及び70から差動信号として出力される。この際、可変容量C10、C20の容量値に応じて共振周波数が変化する。すなわち、差動信号の発振周波数は、制御電圧入力端子50に入力される電圧によって変化する。
更に、容量スイッチ群410、420内の容量は、スイッチ制御信号SW000〜SW300に応じてLC共振回路10に選択的に接続される。LC共振回路10の共振周波数は、接続される容量の大きさに応じて変化する。このため、図8に示すようにスイッチ制御信号SW000〜SW300によって、電圧制御発振器200の発振周波数の可変範囲を±5〜10%の範囲で非連続的に制御することができる。例えば、スイッチS110〜S113及びスイッチS120〜S123が全てオンとなり、全ての容量C110〜C113及び容量C120〜C123が、LC共振回路10に接続されると、LC共振回路10を含む共振回路全体の容量値が大きくなるため差動信号の発振周波数は相対的に低くなる。これとは逆に、スイッチS110〜S113及びスイッチS120〜S123が全てオフとなり、全ての容量C110〜C113及び容量C120〜C123が、LC共振回路10に接続されない場合、LC共振回路10全体の容量値が小さくなるため、差動信号の発振周波数は相対的に高くなる。
LC共振回路を利用した電圧制御発振器は、リングオシレータ型電圧制御発振器に比べて、以下のような利点を有する。第1の利点は、より高い発振周波数を得ることができる。第2の利点は、雑音が少ないことである。第3の利点は、制御電圧に対する発振周波数の変化(周波数可変幅)が小さく、制御電圧に重畳される雑音に対する発振周波数の変動が小さいため雑音が小さい。しかし、第3の利点の裏返しとして、制御電圧に対する発振周波数の変化は小さいため、所望の発振周波数を実現する設計が困難であった。このような欠点を補うため、従来技術による電圧制御発振器200は、容量スイッチ群410及び420を備えることで、LC共振回路を利用しながら、発振周波数を5〜10%の可変範囲で制御することが可能となった。
特開2004−140471号公報
従来技術による電圧制御発振器の発振周波数の可変範囲は最大で±10%程度である。容量スイッチ群410、420の最大容量値を大きくすれば、周波数可変範囲を拡大することはできる。しかし、容量値を大きくすると、LC共振回路は、発振条件、すなわちg/g≧1を満足しなくなり、発振動作を停止する可能性がある。ただし、gはクロスカップルトランジスタの相互コンダクタンス、gはLC共振回路(LC共振回路10と容量スイッチ群410、420とを含む共振回路)のコンダクタンスである。
一方、例えば、1つの製品で複数のアプリケーションに対応させることを要求される場合がある。この場合PLL回路としては、そのアプリケーションに応じた複数の周波数を出力する必要がある。この場合、電圧制御発振器も複数の周波数を発振することが要求される。すなわち、広範囲の周波数範囲の中から所望の周波数の信号を選択して利用できる電圧制御発振器の登場が期待されている。
上記の課題を解決するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]の記載との対応関係を明らかにするために、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号が付加されている。ただし、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
本発明による電圧制御発振器は、出力端子対(6、7)間に接続されるインダクタ素子(L1)と、インダクタ素子(L1)に並列接続された可変容量(C1、C2)とを有するLC共振回路(1)と、LC共振回路(1)と電源(VDD又はVSS)との間に設けられる複数の負性抵抗回路と、複数の容量群と、複数の負性抵抗回路から任意の数の負性抵抗回路を選択し、出力端子対(6、7)を介してLC共振回路(1)に並列接続する第1のスイッチ回路と、複数の容量群から任意の数の容量群を選択し、出力端子対(6、7)を介してLC共振回路に接続する第2のスイッチ回路とを具備する。第1のスイッチ回路によって選択接続された負性抵抗回路は、LC共振回路(1)に電流を供給する。LC共振回路(1)は、第2のスイッチ回路によって選択接続された容量群によって決定される周波数で発振し、出力端子対(6、7)からこの周波数に応じた差動信号を出力する。
ここで、第1のスイッチ回路は、第2のスイッチ回路によってLC共振回路(1)に選択接続された容量群の容量値に対応する数の負性抵抗回路を、LC共振回路(1)に並列接続することが好ましい。
複数の負性抵抗回路は、ドレインが出力端子対の一方(7)を介してLC共振回路(1)に接続され、ソースが第1の電源(例えばVDD)に接続される第1の導電型の第1のトランジスタ(例えばP2)と、ドレインが出力端子対の他方(6)を介してLC共振回路(1)に接続され、ソースが第1の電源(例えばVDD)に接続される第1の導電型の第2のトランジスタ(例えばP5)とを有する負性抵抗回路を備えることが好ましい。この際、第1のスイッチ回路(例えばP3、T1、P6、及びT2)は、第1及び第2のトランジスタ(例えばP2及びP5)のゲートと出力端子対(6、7)との接続を制御する。更に、複数の負性抵抗回路は、ドレインが出力端子対の一方(7)を介してLC共振回路(1)に接続され、ソースが第2の電源(例えばVSS)に接続される第2の導電型の第3のトランジスタ(例えばN2)と、ドレインが出力端子対の他方(6)を介してLC共振回路(1)に接続され、ソースが第2の電源(例えばVSS)に接続される第2の導電型の第4のトランジスタ(例えばN5)とを有する負性抵抗回路を備えることが好ましい。この際、第1のスイッチ回路(例えば、N3、T3、N6、及びT4)は、第3及び第4のトランジスタ(例えばN2及びN5)のゲートと出力端子対(6、7)との接続を制御することが好ましい。
第2のスイッチ回路は、複数のスイッチ素子(例えばS10)を備える。又、複数の容量群の各々は、一端が出力端子対の一方(7)を介してLC共振回路(1)に接続され、他端が複数のスイッチ素子を介して基準電極(VSS)にそれぞれ接続される複数の容量素子(例えばC10)を備える。この場合、複数のスイッチ素子のそれぞれ(例えばS10)は、複数の容量素子(例えばC10)と基準電極(VSS)との接続を制御する。
更に、モード信号(MODE)に応じて複数のスイッチ制御信号を生成する選択回路(107)を更に具備することが好ましい。この際、第1のスイッチ回路は、モード信号(MODE)に応じて、LC共振回路(1)に接続する容量群の容量値に対応する数の負性抵抗回路を、LC共振回路(1)に並列接続する。又、複数のスイッチ素子のそれぞれ(例えばS10)は、複数のスイッチ制御信号(例えばSW00)に基づいて複数の容量素子(例えばC10)と基準電極(VSS)との接続を制御する。
本発明による電圧制御発振器(100)は、PLL回路(1000)に設けられることが好ましい。
更に、本発明による電圧制御発振方法は、出力端子対(6、7)間に接続されるインダクタ素子(L1)と、インダクタ素子(L1)に並列接続された可変容量(C1、C2)とを有するLC共振回路(1)を具備する電圧制御発振器において、(A)第1のスイッチ回路が、複数の負性抵抗回路から任意の数の負性抵抗回路を選択し、出力端子対(6、7)を介してLC共振回路に並列接続するステップと、(B)第2のスイッチ回路が、複数の容量群から任意の数の容量群を選択し、出力端子対(6、7)を介してLC共振回路(1)に接続するステップと、(C)第1のスイッチ回路によって選択接続された負性抵抗回路が、LC共振回路(1)に電流を供給するステップと、(D)LC共振回路(1)が、第2のスイッチ回路によって選択接続された容量群に基づき決定される周波数で発振し、出力端子対(6、7)からこの周波数に応じた差動信号を出力するステップとを具備する。
本発明によれば、電圧制御発振器の発振周波数の可変範囲を大きくすることができる。
又、電圧制御発振器の面積コストを低減できる。
更に、電圧制御発振器の製造コストを削減できる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態が説明される。図面において同一、又は類似の参照符号は、同一、類似、又は等価な構成要素を示している。
1.PLL回路1000の構成
図1は、本発明によるPLL回路1000の構成を示すブロック図である。図1を参照して、本発明によるPLL回路1000は、電圧制御発振回路106及び選択回路107を備える電圧制御発振器100、基準周波数発振器101、基準分周器102、比較分周器103、位相比較器104、ループフィルタ105、及び出力バッファ108を具備する。
基準周波数発振器101は、例えば水晶発振器等の安定度の高い発振器であり、基準分周器102に対し基準周波数fbasを有するクロック信号を出力する。基準分周器102は、基準周波数fbasを比較周波数frefに分周する。比較分周器103は、電圧制御発振回路106からの出力信号の発振周波数fvcoを比較周波数fdivに分周する。位相比較器104は、比較周波数frefと比較周波数fdivとを比較し、比較結果として両者の位相差を図示しないチャージポンプを介してループフィルタ105に出力する。ループフィルタ105は、この位相差信号の高周波成分を遮断し、電圧制御発振回路106の発振周波数fvcoを制御する電圧制御信号を出力する。
電圧制御発振回路106は、ループフィルタ105から出力された電圧制御信号に応じた発振周波数fvcoの出力信号を、出力バッファ108を介して出力する。この際、選択回路107は、後述する外部からのモード信号Mode、及びスイッチ制御信号SW00〜30に応じて電圧制御発振回路106を制御し、発振周波数fvcoを決定する。
2.電圧制御発振回路106の構成
図2は、本実施の形態における電圧制御発振回路106の構成を示す回路図である。図2を参照して、電圧制御発振回路106は、LC共振回路1、Pチャネルクロスカップルトランジスタ2、Nチャネル型クロスカップルトランジスタ3、容量スイッチ群41〜44を具備する。
LC共振回路1は、出力端子6、7を介して並列接続されるインダクタL1と可変容量C1、C2とを備える。LC共振回路1は、負性抵抗となるPチャネルクロスカップルトランジスタ2を介して第1の電源VDD(以下、電源VDDと称す)に接続され、負性抵抗となるNチャネルクロスカップルトランジスタ3を介して第2の電源VSS(以下、電源VSSと称す)と接続される。可変容量C1と可変容量C2とは制御電圧入力端子5を介して接続される。可変容量C1及びC2の容量値は制御電圧入力端子5に入力される制御電圧に応じて変動する。
Pチャネルクロスカップルトランジスタ2は、複数の負荷抵抗回路と第1のスイッチ回路を備える。本実施の形態におけるPチャネルクロスカップルトランジスタ2は、それぞれが負性抵抗回路として機能する2つのPチャネルクロスカップルトランジスタと、2つのPチャネルクロスカップルトランジスタの間に設けられた第1のスイッチ回路とを備える。詳細には、2つのPチャネルクロスカップルトランジスタは、それぞれPチャネル型MOSトランジスタP1及びP2、P4及びP5を備える。又、第1のスイッチ回路は、トランスミッションゲートT1及びT2と、Pチャネル型MOSトランジスタP3及びP6とを備える。第1のスイッチ回路は、ノード8、9のそれぞれから入力されるモード信号MT、MBに応じて、負性抵抗回路を選択してLC共振回路に接続する。以下、Pチャネル型MOSトランジスタP1〜P6をトランジスタP1〜P6と称す。
トランジスタP1〜P6のそれぞれのソースは、電源VDDに接続される。トランジスタP1及びP2のドレインは出力端子7に接続される。又、トランジスタP1のゲートは出力端子6に接続され、トランジスタP2のゲートはトランスミッションゲートT1を介して出力端子6に接続される。トランジスタP3のドレインは、トランジスタP2のゲートに接続され、ゲートは、モード信号MTが入力されるノード8に接続される。トランジスタP3は、ノード8を介して入力されるモード信号MTに応じてトランジスタP2のゲートと電源VDDとの接続を制御するスイッチ素子として機能する。
トランジスタP4及びP5のドレインは出力端子6に接続される。又、トランジスタP4のゲートは出力端子7に接続され、トランジスタP5のゲートはトランスミッションゲートT2を介して出力端子7に接続される。トランジスタP6のドレインは、トランジスタP5のゲートに接続され、ゲートはノード8に接続される。トランジスタP6は、ノード8を介して入力されるモード信号MTに応じてトランジスタP5のゲートと電源VDDとの接続を制御するスイッチ素子として機能する。
トランスミッションゲートT1及びT2は、ゲートがノード8に接続されるNチャネル型MOSトランジスタと、ゲートがノード9に接続されるPチャネル型トランジスタとから構成される。ここでノード9にはモード信号MBが入力される。トランスミッションゲートT1は、入力されるモード信号MT及びMBに応じて、トランジスタP2のゲートと出力端子7との接続を制御する。トランスミッションゲートT2は、入力されるモード信号MT及びMBに応じて、トランジスタP5のゲートと出力端子6との接続を制御する。
Nチャネルクロスカップルトランジスタ3は、複数の負荷抵抗回路と第1のスイッチ回路を備える。本実施の形態におけるNチャネルクロスカップルトランジスタ3は、負性抵抗回路として機能する2つのNチャネルクロスカップルトランジスタと、2つのNチャネルクロスカップルトランジスタの間に設けられた第1のスイッチ回路とを備える。詳細には、2つのNチャネルクロスカップルトランジスタは、それぞれNチャネル型MOSトランジスタN1及びN2、N4及びN5を備える。又、第1のスイッチ回路は、トランスミッションゲートT3及びT4と、Nチャネル型MOSトランジスタN3及びN6とを備える。第1のスイッチ回路は、ノード8、9のそれぞれから入力されるモード信号MT、MBに応じて、負性抵抗回路を選択し、LC共振回路に接続する。以下、Nチャネル型MOSトランジスタN1〜N6をトランジスタN1〜N6と称す。
トランジスタN1〜N6のそれぞれのソースは、電源VSSに接続される。トランジスタN1及びN2のドレインは出力端子7に接続される。又、トランジスタN1のゲートは出力端子6に接続され、トランジスタN2のゲートはトランスミッションゲートT3を介して出力端子6に接続される。トランジスタN3のドレインは、トランジスタN2のゲートに接続され、ゲートはモード信号MBが入力されるノード9に接続される。トランジスタN3は、ノード9を介して入力されるモード信号MBに応じてトランジスタN2のゲートと電源VSSとの接続を制御するスイッチ素子として機能する。
トランジスタN4及びN5のドレインは出力端子6に接続される。又、トランジスタN4のゲートは出力端子7に接続され、トランジスタN5のゲートはトランスミッションゲートT4を介して出力端子7に接続される。トランジスタN6のドレインは、トランジスタN5のゲートに接続され、ゲートは、ノード9に接続される。トランジスタN6は、ノード9を介して入力されるモード信号MBに応じてトランジスタN5のゲートと電源VSSとの接続を制御するスイッチ素子として機能する。
トランスミッションゲートT3及びT4は、ゲートがノード9に接続されるPチャネル型MOSトランジスタと、ゲートがノード8に接続されるNチャネル型トランジスタとから構成される。トランスミッションゲートT3は、入力されるモード信号MT及びMBに応じて、トランジスタN2のゲートと出力端子7との接続を制御する。トランスミッションゲートT4は、入力されるモード信号MT及びMBに応じて、トランジスタN5のゲートと出力端子6との接続を制御する。
本発明による電圧制御発振回路106には、従来技術に係る容量スイッチ群と同様な構成の容量スイッチ群が複数設けられる。本実施の形態における電圧制御発振回路106は、4つの容量スイッチ群41〜44を具備する。容量スイッチ群41〜44は、それぞれ容量素子と、容量素子とLC共振回路1との接続を制御する第2のスイッチ回路とを備える。容量スイッチ群41〜44は、スイッチ制御信号SW00〜SW30によってLC共振回路1への接続が制御される1対の容量スイッチ群41及び42と、スイッチ制御信号SW01〜SW31によってLC共振回路1への接続が制御される1対の容量スイッチ群43及び44とを備える。
容量スイッチ群41は、出力端子7と電源VSSとの間に設けられた複数の容量C10〜C13と、第2のスイッチ回路としての複数のスイッチS10〜S13とを備える。複数の容量C10〜C13は、それぞれ複数のスイッチS10〜S13を介して電源VSSに接続される。複数のスイッチS10〜S13は、それぞれスイッチ制御信号SW00〜SW30によってオン・オフが制御され、容量C10〜C13と電源VSSとを選択的に接続する。同様に、容量スイッチ群42は、出力端子6と電源VSSとの間に設けられた複数の容量C20〜C23と、第2のスイッチ回路としての複数のスイッチS20〜S23とを備える。複数の容量C20〜C23は、それぞれ複数のスイッチS20〜S23を介して電源VSSに接続される。複数のスイッチS20〜S23は、それぞれスイッチ制御信号SW00〜SW30によってオン・オフが制御され、容量C20〜C23と電源VSSとを選択的に接続する。すなわち、容量C10〜C13及び容量C20〜C23のいずれかは、スイッチ制御信号SW00〜SW30のそれぞれに応じて選択的にLC共振回路1に接続される。この際、全ての容量C10〜C13、C20〜C23をLC共振回路1に選択接続しなくても良い。
容量スイッチ群43は、出力端子7と電源VSSとの間に設けられた複数の容量C30〜C33と、第2のスイッチ回路としての複数のスイッチS30〜S33とを備える。複数の容量C30〜C33は、それぞれ複数のスイッチS30〜S33を介して電源VSSに接続される。複数のスイッチS30〜S33は、それぞれスイッチ制御信号SW01〜SW31によってオン・オフが制御され、容量C30〜C33と電源VSSとを選択的に接続する。同様に、容量スイッチ群44は、出力端子6と電源VSSとの間に設けられた複数の容量C40〜C43と、第2のスイッチ回路としての複数のスイッチS40〜S43とを備える。複数の容量C40〜C43は、それぞれ複数のスイッチS40〜S43を介して電源VSSに接続される。複数のスイッチS40〜S43は、それぞれスイッチ制御信号SW00〜SW30によってオン・オフが制御され、容量C40〜C43と電源VSSとを選択的に接続する。すなわち、容量C30〜C33及び容量C40〜C43のいずれかは、スイッチ制御信号SW01〜SW31のそれぞれに応じて選択的にLC共振回路1に接続される。この際、全ての容量C30〜C33、C40〜C43をLC共振回路1に選択接続しなくても良い。
又、スイッチS10〜S13、S20〜S23、S30〜S33、S40〜S43は同一の導電型のトランジスタが、好ましい。同一の導電型とすることで、スイッチS10〜S13、S20〜S23、S30〜S33、S40〜S43の構成、及びスイッチ制御信号SW00〜SW30、SW01〜31の出力制御を単純化できる。尚、本実施の形態におけるスイッチS10〜S13、S20〜S23、S30〜S33、S40〜S43はNチャネル型MOSトランジスタで構成される。
3.選択回路107の構成
図3は、本発明による選択回路107の構成を示すブロック図である。図3を参照して、本発明による選択回路107は、モード信号MODEを反転してモード信号MBを生成するインバータI1と、インバータI1からの出力(モード信号MB)を反転してモード信号MTを生成するインバータI2と、モード信号MODEとスイッチ制御信号SW00〜SW30のそれぞれとの否定論理積を出力するNANDゲートNA01〜NA31と、NANDゲートNA01〜NA31からの出力を反転してスイッチ制御信号SW01〜SW31を出力するインバータI01〜I31とを備える。このような構成により、
選択回路107は、モード信号MTをノード8に、モード信号MBをノード9に出力する。又、選択回路107は、スイッチ選択信号SW00〜SW30及びSW01〜SW31をそれぞれ対応する容量スイッチ群41〜44の各スイッチに出力する。
スイッチ制御信号SW00〜SW30は、スイッチS10〜S13、S20〜S23のオン・オフを制御する信号である。本実施の形態におけるスイッチS10〜S13、S20〜S23は、Nチャネル型MOSトランジスタであるため、容量スイッチ群41及び42内の容量をLC共振回路1に接続する場合はハイレベル、接続を切り離す場合はローレベルのスイッチ制御信号SW00〜SW30が選択回路107に入力される。
スイッチ制御信号SW01〜SW31は、スイッチS30〜S33、S40〜S43のオン・オフを制御する信号である。スイッチ制御信号SW01〜SW31の信号レベル(ハイ又はロー)は、スイッチ制御信号SW00〜SW30とモード信号MODEとに応じて決定される。本実施の形態では、モード信号MODEがハイの場合、スイッチ制御信号SW01〜SW31は、スイッチ制御信号SW00〜SW30と同じ信号レベルで出力され、モード信号MODEがローの場合、スイッチ制御信号SW00〜SW30の信号レベルによらずローレベルのスイッチ制御信号SW01〜SW31が出力される。すなわち、ハイレベルのモード信号MODEが選択回路107に入力される場合、選択回路107は、全ての容量スイッチ群41〜44から接続する容量を選択する。又、ローレベルのモード信号MODEが選択回路107に入力される場合、選択回路107は、容量スイッチ群41及び42のみから共振回路1に接続する容量を選択する。
選択回路107に入力されるスイッチ制御信号SW00〜SW30、SW01〜31はそれぞれ個別の信号レベル(ハイ又はロー)である。このため選択回路107は、スイッチS10〜S13、S20〜S23、S30〜S33、S40〜S43をそれぞれ独立的に制御することができる。ただし、同じスイッチ制御信号が入力されるスイッチは、同一の制御となることは言うまでもない。
ここでモード信号MODEは、電圧制御発振器100の発振周波数fvcoの高低を決定する制御信号である。例えば、モード信号MODEがローレベルである場合、発振周波数fvcoは高い周波数領域で可変となる(MODE“L”:高周波数モード)。又、モード信号MODEがハイレベルである場合、発振周波数fvcoは低い周波数領域で可変となる(MODE“H”:低周波数モード)となる。詳細には、モード信号MODEは、LC共振回路1に接続可能となる容量スイッチ群を指定するとともに、LC共振回路1に接続して負性抵抗回路として機能するクロスカップルトランジスタを指定する。
以上のような構成により、電圧制御発振回路106は、LC共振回路1に接続する容量及び負性抵抗の大きさを変更し、出力端子6及び7から出力される差動信号の発振周波数fvcoの周波数可変範囲を拡張することができる。
4.電圧制御発振器の動作
以下、図面を参照して、本実施の形態における電圧制御発振器100の発振動作及び発振周波数変更動作の詳細を説明する。
(高周波数モード)
高周波数モードの場合、すなわち、ローレベルのモード信号MODEが選択回路107に入力される場合、ローレベルのモード信号MTとハイレベルのモード信号MBが電圧制御発振回路106に入力される。この際、モード信号MT及びMBに応答して、トランスミッションゲートT1〜T4は高インピーダンスとなり、トランジスタP1、P4、N1、N4とトランジスタP2、P5、N2、N5のゲート間の接続は切断される。又、モード信号MTに応答してトランジスタP3、P6がオンとなり、トランジスタP2及びP5のゲートが電源VDDに接続される。すなわち、トランジスタP2及びP5のゲートとソースとが接続され、トランジスタP2及びP5の動作は停止する。同様にモード信号MBに応答してトランジスタN3、N6がオンとなり、トランジスタN2及びN5の動作は停止する。これにより、LC共振回路1に接続される負性抵抗回路は、トランジスタP1及びP4とから構成されるPチャネルクロスカップルトランジスタと、トランジスタN1及びN4とから構成されるNチャネルクロスカップルトランジスタとなる。
上述のように、ローレベルのモード信号MODEによって、スイッチ制御信号SW01〜31は全てローレベル信号となり、スイッチS30〜S33、S40〜43の全てはオフとなる。すなわち、容量スイッチ群43及び44はLC共振回路1に接続されない。従って、高周波数モードにおける電圧制御発振器100の発振周波数fvcoは、選択回路107によって容量スイッチ群41及び42から選択接続された容量の総容量値によって決定する。
図4は、本発明による電圧制御発振器100の発振周波数fvcoと、制御電圧入力端子5に入力される制御電圧との関係を示すシミュレーション結果である。図4を参照して、高周波数モードにおける電圧制御発振器100の発振周波数fvcoは、MODE“L”で示される周波数領域で変更できる。ここでは、LC共振回路1に接続する容量の数を変更して発振周波数fvcoが非連続的に変更される。例えば、LC共振回路1に接続する容量を、容量C10及びC20(A)、容量C10、C11、C20、C21(B)、容量C10〜C12、C20〜C22(C)、容量C10〜C13、C20〜C23(D)とすることで、図4に示すように発振周波数fvcoを非連続的に変更できる。この際、容量C10〜C13、C20〜C23のそれぞれの容量値は同じ値でも異なった値でもよく、適切な値が設定され得る。ただし、発振周波数の制御が容易となるため、容量スイッチ群41、42において同じスイッチ制御信号によって接続が制御される容量の容量値は同一であることが好ましい。
更に、制御電圧入力端子5に制御電圧を印加することで、可変容量C1及びC2の容量値が変化し、図4に示す特性(例えば、(A))のように制御電圧に従い連続的に発振周波数fvcoが変更されるため、より詳細な発振周波数の制御が可能となる。
図4に示すように、高周波数モードにおいて、本発明による電圧制御発振器100は、高い周波数領域(例えば6.4GHz帯)において広範囲(例えば中心周波数6.4GHzから±5〜10%)に発振周波数fvcoを変更することができる。
(低周波数モード)
低周波数モードの場合、すなわち、ハイレベルのモード信号MODEが選択回路107に入力される場合、ハイレベルのモード信号MTとローレベルのモード信号MBが電圧制御発振回路106に入力される。この際、モード信号MT及びMBに応答して、トランスミッションゲートT1〜T4のインピーダンスは零(低インピーダンス)となり、トランジスタP1、P4、N1、N4のそれぞれとトランジスタP2、P5、N2、N5とのゲート間が接続される(ショートとなる)。すなわち、トランジスタP2、N2のそれぞれのゲートは、トランジスタP1、N2のゲートとともに出力端子6に接続される。トランジスタP5、N5のそれぞれのゲートは、トランジスタP4、N4のゲートとともに出力端子7に接続される。又、モード信号MTに応答してトランジスタP3、P6がオフとなる。同様に、モード信号MBに応答してトランジスタN3、N6がオフとなる。これにより、LC共振回路1に接続される負性抵抗回路は、トランジスタP1、P2及びP4、P5とから構成される2つのPチャネルクロスカップルトランジスタと、トランジスタN1、N2及びN4、N5とから構成される2つのNチャネルクロスカップルトランジスタとなる。
上述のように、ハイレベルのモード信号MODEによって、スイッチ制御信号SW01〜31のそれぞれは、スイッチ信号SW00〜SW30と同じ信号レベルとなる。例えば、スイッチ制御信号SW00がハイレベルである場合、スイッチ制御信号SW01もハイレベル信号となる。従って、低周波数モードにおける電圧制御発振器100の発振周波数fvcoは、選択回路107によって容量スイッチ群41〜44から選択接続された容量の総容量値によって決定する。この場合、LC共振回路1に接続可能な容量数(容量値)が、高周波数モードのときより多いため、電圧制御発振器100は、より周波数の低い発振周波数fvcoで発振することができる。
図4を参照して、低周波数モードにおける電圧制御発振器100の発振周波数fvcoは、MODE“H”で示される周波数領域で変更できる。ここでは、LC共振回路1に接続する容量の数を変更して発振周波数fvcoが非連続的に変更される。例えば、LC共振回路1に接続する容量を、容量C10及びC20、C30及びC40(E)、容量C10、C11、C20、C21及びC30、C31、C40、C41(F)、容量C10〜C12、C20〜C22及びC30〜C32、C40〜C42(G)、容量C10〜C13、C20〜C23、C30〜C33、C40〜C43(H)とすることで、図4に示すように発振周波数fvcoを非連続的に変更できる。この際、容量C10〜C13、C20〜C23、C30〜C33、C40〜C43のそれぞれの容量値は同じ値でも異なった値でも、適切な値が設定され得る。ただし、本実施の形態では、容量スイッチ群43及び44内の各容量は、スイッチ制御信号が対応する容量スイッチ群41及び42内の各容量の容量値より大きい容量が設けられる。このため、高周波数モードにおける可変周波数範囲と、低周波数モードにおける可変周波数範囲との間(図4におけるDとEとの間)にギャップを設けることができる。尚、容量スイッチ群41〜42内の容量を適切な値に設定することで、高周波数モードにおける可変周波数範囲と、低周波数モードにおける可変周波数範囲とのギャップをなくす、あるいは重複させることができる。
更に、高周波数モードと同様に、低周波数モードにおいても制御電圧入力端子5に制御電圧を印加することで、可変容量C1及びC2の容量値が変化し、図4に示す特性のように連続的に発振周波数fvcoが変更されるため、より詳細な発振周波数fvcoの制御が可能となる。
図4に示すように、低周波数モードにおいて、本発明による電圧制御発振器100は、低い周波数領域(例えば4.8GHz帯)において広範囲(例えば中心周波数4.8GHzから±5〜10%)に発振周波数fvcoを変更することができる。
以上のように、本発明による電圧制御発振器100は、複数の容量スイッチ群41〜44が設けられ、選択回路107によってLC共振回路1に接続する容量を選択することで、発振周波数fvcoの可変範囲を±25〜30%まで拡張することができる。又、数多くの容量を接続する低周波数モードでは、発振の駆動力を高めるため、負性コンダクタンスを有するトランジスタを多く使用した負性抵抗回路がLC共振回路1に接続される。
近年、1つの製品で複数のアプリケーションに対応したPLL回路が要求されている。しかし、従来技術による電圧制御発振器では発振周波数の可変範囲が小さく、このような要求に応えることができない。このため、通常、アプリケーションに応じた複数の周波数のそれぞれを出力する複数の電圧制御発振器を1つの製品に搭載し、これらを選択的に利用している。従って、従来の電圧制御発振器をこのような製品に用いるとチップサイズが大きくなるという問題が生じていた。
本発明による電圧制御発振器100は、発振周波数fvcoの可変範囲を拡張するとともに、簡単な論理回路から構成される選択回路107によって発振周波数fvcoを制御するため、構成が簡単でチップサイズを抑制することができる。このため、面積コストや製造コストを削減することができる。
上述の実施の形態では、4つ(2対)の容量スイッチ群を備えた電圧制御発振器100で説明したが、この数より多くの容量スイッチ群が設けられても良い(ただし、対で設けられることが好ましい)。以下に、図5A、図5B及び図6を参照して、6つ(3対)の容量スイッチ群41〜46が設けられた電圧制御発振器100について説明する。図5A及び図5Bは、図2に示される電圧制御発振回路106に2つ(1対)の容量スイッチ群45及び46が更に設けられた電圧制御発振回路106の構成を示す回路図である。この場合、LC共振回路1に接続可能な容量数(容量値)は上述の構成より多く(大きく)なるため、Pチャネルクロストランジスタ2及びNチャネルクロストランジスタには、更に多くの負性抵抗回路が設けられることが好ましい。ここでは、負性抵抗回路として機能するPチャネルクロスカップルトランジスタ(Pチャネル型MOSトランジスタP7及びP9)と、Nチャネルクロスカップルトランジスタ(Nチャネル型MOSトランジスタN7及びN9)とが設けられる。又、これらの負性抵抗回路とLC共振回路1との接続を制御する第1のスイッチ回路が、Pチャネルクロストランジスタ2とNチャネルクロストランジスタ3のそれぞれに設けられる。詳細には、Pチャネル型MOSトランジスタP7及びP9とLC共振回路との接続を制御する第1のスイッチ回路として、Pチャネル型MOSトランジスタP8、P10及びトランスミッションゲートT5、T6がPチャネルクロストランジスタ2に設けられる。同様に、Nチャネル型MOSトランジスタN7及びN9とLC共振回路1との接続を制御する第1のスイッチ回路としてNチャネル型MOSトランジスタN8、N10及びトランスミッションゲートT7、T8が設けられる。以下、Pチャネル型トランジスタP7〜P10をトランジスタP7〜P10と称し、Nチャネル型トランジスタN7〜N10をトランジスタN7〜N10と称す。
図5A及び図5Bを参照して、6つ(3対)の容量スイッチ群41〜46を備える電圧制御発振回路106は、2ビットのモード信号(モード信号M0T及びM0B、モード信号M1T及びM1B)が入力される。ここで、モード信号M0T及びM0Bは、それぞれノード8及び9を介して入力され、モード信号M1T及びM1Bは、それぞれノード10及び11を介して入力されるものとする。
トランジスタP7、P8、P9、P10及びトランスミッションゲートT5、T6は、それぞれ、上述のトランジスタP2、P3、P5、P6及びトランスミッションゲートT1、T2の構成と同様であるので、その接続関係の説明は省略する。ただし、トランジスタP8及びP6のゲートは、ノード10に接続され、入力されるモード信号M1Tに応じて、トランジスタP7及びP9のゲートと電源VDDとの接続を制御する。又、トランスミッションゲートT5及びT6は、ノード10及び11に接続され、入力されるモード信号M1T及びM1Bに応じて、それぞれトランジスタP7及びP9のゲートと出力端子6及び7との接続を制御する。
トランジスタN7、N8、N9、N10及びトランスミッションゲートT7、T8は、それぞれ、上述のトランジスタN2、N3、N5、N6及びトランスミッションゲートT3、T4の構成と同様であるので、その接続関係の説明は省略する。ただし、トランジスタN8及びN6のゲートは、ノード11に接続され、入力されるモード信号M1Tに応じて、トランジスタN7及びN9のゲートと電源VSSとの接続を制御する。又、トランスミッションゲートT5及びT6は、ノード10及び11に接続され、入力されるモード信号M1T及びM1Bに応じて、それぞれトランジスタN7及びN9のゲートと出力端子6及び7との接続を制御する。
容量スイッチ群45、46のそれぞれは、容量スイッチ群41、42と同様な構成であり、スイッチ制御信号SW02〜SW32によってLC共振回路1への接続が制御される容量C50〜C52、C60〜C62を備える。容量C50〜C52、C60〜C62の一端は、それぞれ出力端子7、6に接続され、他端はそれぞれ、第2のスイッチ回路としての複数のスイッチS50〜S53、S60〜63を介して電源VSSに接続される。
電圧制御発振回路106内の容量スイッチ群が増加した場合、選択回路107は、図6のように、複数のモード信号(ここではモード信号MODE0及びMODE1)に応じてスイッチ制御信号SW00〜SW30、SW01〜SW31、SW02〜SW32、およびモード信号M0T、M0B、M1T、M1Bを生成し、電圧制御発振回路106に出力する。この場合の選択回路106には、図3に示される選択回路107の構成に、入力されるモード信号MODE1を反転するインバータI3、インバータI3からの出力(モード信号M1B)を判定してモード信号M1Tを出力するインバータI2、モード信号MODE1とスイッチ制御信号SW00〜SW30とが入力され、これらの否定論理積を演算するNAMDゲートNA02〜NA32、NAMDゲートNA02〜NA32からの出力を反転してスイッチ制御信号SW02〜SW32を出力するインバータI02〜I32が、更に設けられる。又、図3におけるモード信号MODEが、モード信号MODE0としてインバータI3に入力され、インバータI3からモード信号M1Tが出力され、インバータI4からモード信号M0Bが出力される。このような構成により、選択回路107は、入力されるスイッチ制御信号SW00〜30とモード信号MODE0からスイッチ制御信号SW01〜SW31を生成し、スイッチ制御信号SW00〜30とモード信号MODE1からスイッチ制御信号SW02〜SW32を生成する。
以上のような構成により、容量スイッチ群45及び46が追加された電圧制御発振器100は、モード信号MODE0及びMODE1の信号レベルの組み合わせにより、LC共振回路1に接続可能な容量スイッチ群を4通り設定することができる。すなわち、上述の周波数範囲より更に広範囲で発振周波数fvcoを変更することができる。
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。本実施の形態におけるスイッチS10〜S13、S20〜S23、S30〜S33、S40〜S43は、Nチャネル型MOSトランジスタが用いられたが、Pチャネル型MOSトランジスタでも構わない。ただし、この場合スイッチS10〜S13、S20〜S23、S30〜S33、S40〜S43はそれぞれ、容量C10〜C13、C20〜C23、C30〜C33、C40〜C43と電源VDDとの間に設けられる。又、負性抵抗となるトランジスタの駆動能力はそれぞれ同じでも異なっていても適切な値で設定されていればどちらでも構わない。更に、本実施の形態では、容量スイッチ群内の容量数を4つで説明したが、この限りではないのは言うまでもない。又、選択回路107は、電圧制御発振回路106の外部に設けられても構わない。
図1は、本発明によるPLL回路の実施の形態における構成を示すブロック図である。 図2は、本発明による電圧制御発振回路の実施の形態における構成を示す回路図である。 図3は、本発明による選択回路の実施の形態における構成を示すブロック図である。 図4は、本発明による電圧制御発振器の高周波数モード及び低周波数モードにおける発振周波数の可変範囲特性を示す図である。 図5Aは、容量スイッチ群を増加させた場合の本発明による電圧制御発振器の構成を示す回路図である。 図5Bは、容量スイッチ群を増加させた場合の本発明による電圧制御発振器の構成を示す回路図である。 図6は、容量スイッチ群を増加させた場合の本発明による選択回路の構成を示すブロック図である。 図7は、従来技術による電圧制御発振器の実施の形態における構成を示す回路図である。 図8は、本発明による電圧制御発振器の発振周波数の可変範囲特性を示す図である。
符号の説明
1:共振回路
2:Pチャネルクロスカップルトランジスタ
3:Nチャネルクロスカップルトランジスタ
41〜46:容量スイッチ群
5:制御電圧入力端子
6、7:出力端子
8、9、10、11:ノード
100:電圧制御発振器
101:基準周波数発振器
102:基準分周器
103:比較分周器
104:位相比較器
105:ループフィルタ
106:電圧制御発振回路
107:選択回路
108:出力バッファ
P1〜P10:Pチャネル型MOSトランジスタ
N1〜N10:Nチャネル型MOSトランジスタ
T1〜T8:トランスミッションゲート
L1:インダクタ
C1、C2:可変容量
C10〜C13、C20〜C23、C30〜C33、C40〜C43、C50〜C53、C60〜C63:容量
S10〜S13、S20〜S23、S30〜S33、S40〜S43、S50〜S53、S60〜S63:スイッチ
I1、I2、I3、I4、I01〜I31、I02〜I32:インバータ
NA01〜NA31、NA02〜NA32:NANDゲート
MODE、MB、MT、MODE0、M0B、M0T、MODE1、M1B、M1T:モード信号
SW00〜SW30、SW01〜SW31、SW02〜SW32:スイッチ制御信号
bas:基準周波数
ref:比較周波数
div:比較周波数
vco:発振周波数

Claims (18)

  1. 出力端子対間に接続されるインダクタ素子と、前記インダクタ素子に並列接続された可変容量とを有するLC共振回路と、
    前記LC共振回路と電源との間に設けられる複数の負性抵抗回路と、
    複数の容量群と、
    前記複数の負性抵抗回路から任意の数の負性抵抗回路を選択し、前記出力端子対を介して前記LC共振回路に並列接続する第1のスイッチ回路と、
    前記複数の容量群から任意の数の容量群を選択し、前記出力端子対を介して前記LC共振回路に接続する第2のスイッチ回路と、
    を具備し、
    前記選択接続された負性抵抗回路は、前記LC共振回路に電流を供給し、
    前記LC共振回路は、前記選択接続された容量群によって決定される周波数で発振し、前記出力端子対から前記周波数に応じた差動信号を出力する
    電圧制御発振器。
  2. 請求項1に記載の電圧制御発振器において、
    第1のスイッチ回路は、前記第2のスイッチ回路によって前記LC共振回路に選択接続された容量群の容量値に対応する数の負性抵抗回路を、前記LC共振回路に並列接続する
    電圧制御発振器。
  3. 請求項1又は2に記載の電圧制御発振器において、
    前記電源は第1の電源を備え、
    前記複数の負性抵抗回路は第1の負性抵抗回路を備え、
    前記第1の負性抵抗回路は、
    ドレインが前記出力端子対の一方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが前記第1の電源に接続される第1の導電型の第1のトランジスタと、
    ドレインが前記出力端子対の他方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが前記第1の電源に接続される第1の導電型の第2のトランジスタと、
    を備え、
    前記第1のスイッチ回路は、前記第1及び第2のトランジスタのゲートと前記出力端子対との接続を制御する
    電圧制御発振器。
  4. 請求項3に記載の電圧制御発振器において、
    前記電源は第2の電源を更に備え、
    前記複数の負性抵抗回路は、第2の負性抵抗回路を更に備え、
    前記第2の負性抵抗回路は、
    ドレインが前記出力端子対の一方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが前記第2の電源に接続される第2の導電型の第3のトランジスタと、
    ドレインが前記出力端子対の他方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが前記第2の電源に接続される第2の導電型の第4のトランジスタと、
    を備え、
    前記第1のスイッチ回路は、前記第3及び第4のトランジスタのゲートと前記出力端子対との接続を制御する
    電圧制御発振器。
  5. 請求項3に記載の電圧制御発振器において、
    前記第1のスイッチ回路は、前記第1のトランジスタのゲートと前記出力端子対の他方との間に接続される第1のトランスミッションゲートと、前記第2のトランジスタのゲートと前記出力端子対の一方との間に接続される第2のトランスミッションゲートとを含み、
    前記第1及び2のトランスミッションゲートは、前記第1及び第2のトランジスタのゲートと前記出力端子対との接続を制御する
    電圧制御発振器。
  6. 請求項4に記載の電圧制御発振器において、
    前記第1のスイッチ回路は、前記第3のトランジスタのゲートと前記出力端子対の他方との間に接続される第3のトランスミッションゲートと、前記第4のトランジスタのゲートと前記出力端子対の一方との間に接続される第4のトランスミッションゲートとを更に含み、
    前記第3及び4のトランスミッションゲートは、前記第3及び第4のトランジスタのゲートと前記出力端子対との接続を制御する
    電圧制御発振器。
  7. 請求項1から6いずれか1項に記載の電圧制御発振器において、
    前記第2のスイッチ回路は、複数のスイッチ素子を備え、
    前記複数の容量群の各々は、一端が前記出力端子対の一方を介して前記LC共振回路に接続され、他端が前記複数のスイッチ素子を介して基準電極にそれぞれ接続される複数の容量素子を備え、
    前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、前記複数の容量素子と前記基準電極との接続を制御する
    電圧制御発振器。
  8. 請求項7に記載の電圧制御発振器において、
    モード信号に応じて複数のスイッチ制御信号を生成する選択回路を更に具備し、
    前記第1のスイッチ回路は、前記モード信号に応じて、前記LC共振回路に接続する容量群の容量値に対応する数の負性抵抗回路を、前記LC共振回路に並列接続し、
    前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、前記複数のスイッチ制御信号に基づいて前記複数の容量素子と前記基準電極との接続を制御する
    電圧制御発振器。
  9. 請求項7又は8に記載の電圧制御発振器において、
    前記電源は2つの電源を備え、前記基準電極は、前記第2つの電源の一方である
    電圧制御発振器。
  10. 請求項8に記載の電圧制御発振器において、
    前記選択回路は、
    前記モード信号とスイッチ制御信号とが入力される論理回路を備え、
    前記論理回路は、前記モード信号と前記スイッチ制御信号との論理演算により、前記複数のスイッチ制御信号を生成する
    電圧制御発振器。
  11. 出力端子対間に接続されるインダクタ素子と、前記インダクタ素子に並列接続された可変容量とを有するLC共振回路を具備する電圧制御発振器において、
    (A)第1のスイッチ回路が、複数の負性抵抗回路から任意の数の負性抵抗回路を選択し、前記出力端子対を介してLC共振回路に並列接続するステップと、
    (B)第2のスイッチ回路が、複数の容量群から任意の数の容量群を選択し、前記出力端子対を介して前記LC共振回路に接続するステップと、
    (C)前記選択接続された負性抵抗回路が、前記LC共振回路に電流を供給するステップと、
    (D)前記LC共振回路が、前記選択接続された容量群によって決定される周波数で発振し、前記出力端子対から前記周波数に応じた差動信号を出力するステップと、
    を具備する
    電圧制御発振方法。
  12. 請求項11に記載の電圧制御発振方法において、
    前記ステップ(A)は、前記第1のスイッチ回路が、前記LC共振回路に接続された前記容量群の容量値に対応する数の負性抵抗回路を前記LC共振回路に並列接続するステップを備える
    電圧制御発振方法。
  13. 請求項11又は12に記載の電圧制御発振方法において、
    前記複数の負性抵抗回路は第1の負性抵抗回路を備え、
    前記第1の負性抵抗回路は、
    ドレインが前記出力端子対の一方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが第1の電源に接続される第1の導電型の第1のトランジスタと、
    ドレインが前記出力端子対の他方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが前記第1の電源に接続される第1の導電型の第2のトランジスタとを備え、
    前記ステップ(A)は、前記第1のスイッチ回路が、前記第1及び第2のトランジスタのゲートと前記出力端子対との接続を制御するステップを備える
    電圧制御発振方法。
  14. 請求項13に記載の電圧制御発振方法において、
    ドレインが前記出力端子対の一方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが第2の電源に接続される第2の導電型の第3のトランジスタと、
    ドレインが前記出力端子対の他方を介して前記LC共振回路に接続され、ソースが前記第2の電源に接続される第2の導電型の第4のトランジスタとを備え、
    前記ステップ(A)は、前記第1のスイッチ回路が、前記第3及び第4のトランジスタのゲートと前記出力端子対との接続を制御するステップを更に備える
    電圧制御発振方法。
  15. 前記第2のスイッチ回路は、複数のスイッチ素子を備え、
    前記複数の容量群の各々は、一端が前記出力端子対の一方を介して前記LC共振回路に接続され、他端が前記複数のスイッチ素子を介して基準電極にそれぞれ接続される複数の容量素子を備え、
    前記ステップ(B)は、前記複数のスイッチ素子のそれぞれが、前記複数の容量素子と前記基準電極との接続を制御するステップを備える
    電圧制御発振方法。
  16. 請求項14に記載の電圧制御発振方法において、
    (E)選択回路が、モード信号に応じて複数のスイッチ制御信号を生成するステップを更に具備し、
    前記ステップ(A)は、前記第1のスイッチ回路が、前記モード信号に応じて前記LC共振回路に接続する容量群の容量値に対応する数の負性抵抗回路を前記LC共振回路に並列接続するステップを備え、
    前記ステップ(B)は、前記複数のスイッチ素子のそれぞれが、前記複数のスイッチ制御信号に基づいて前記複数の容量素子と前記基準電極との接続を制御するステップを備える
    電圧制御発振方法。
  17. 請求項14又は15に記載の電圧制御発振方法において、
    前記電源は2つの電源を備え、前記基準電極は、前記第2つの電源の一方である
    電圧制御発振方法。
  18. 請求項15に記載の電圧制御発振方法において、
    前記ステップ(E)は、
    論理回路に前記モード信号とスイッチ制御信号とを入力するステップと、
    前記論理回路が、前記モード信号と前記スイッチ制御信号との論理演算により、前記複数のスイッチ制御信号を生成するするステップと、
    を備える電圧制御発振方法。
JP2007094501A 2007-03-30 2007-03-30 電圧制御発振器、及び電圧制御発振方法 Pending JP2008252774A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007094501A JP2008252774A (ja) 2007-03-30 2007-03-30 電圧制御発振器、及び電圧制御発振方法
US12/076,405 US20080238560A1 (en) 2007-03-30 2008-03-18 Voltage-controlled oscillator and method of operating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007094501A JP2008252774A (ja) 2007-03-30 2007-03-30 電圧制御発振器、及び電圧制御発振方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008252774A true JP2008252774A (ja) 2008-10-16

Family

ID=39793254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007094501A Pending JP2008252774A (ja) 2007-03-30 2007-03-30 電圧制御発振器、及び電圧制御発振方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20080238560A1 (ja)
JP (1) JP2008252774A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8542073B2 (en) 2010-06-22 2013-09-24 Renesas Electronics Corportion Variable-capacitance device

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200919945A (en) * 2007-10-26 2009-05-01 Realtek Semiconductor Corp Voltage controlled oscillator
US9407199B2 (en) * 2014-08-27 2016-08-02 Freescale Semiconductor, Inc. Integrated circuit comprising a frequency dependent circuit, wireless device and method of adjusting a frequency
US9515666B2 (en) 2014-08-27 2016-12-06 Freescale Semiconductor, Inc. Method for re-centering a VCO, integrated circuit and wireless device
JP6294846B2 (ja) * 2015-03-10 2018-03-14 株式会社ショーワ ストロークセンサシステム
NL2022369B9 (en) * 2019-01-10 2020-09-17 Champion Link Int Corp Panel suitable for assembling a floor covering
KR20200144396A (ko) * 2019-06-18 2020-12-29 삼성전자주식회사 지터 특성 및 동작 전력을 조절하는 클록 생성기, 이를 포함하는 반도체 장치 및 클록 생성기의 동작방법
CN110266271B (zh) * 2019-07-10 2020-12-01 清华大学 一种低温度系数的单端口rc振荡器电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111341A (ja) * 1999-10-05 2001-04-20 Toshiba Corp 電圧制御発振装置
JP2004048415A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Toyota Industries Corp セパレーション調整回路
JP2004140471A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Nec Electronics Corp 電圧制御発振器
JP2004266571A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Nec Electronics Corp 電圧制御発振器
JP2006339727A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Toyota Industries Corp 電圧制御発振器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2384927A (en) * 2002-02-05 2003-08-06 Zarlink Semiconductor Ltd Voltage controlled oscillators
EP1583221A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-05 NEC Compound Semiconductor Devices, Ltd. PLL frequency synthesizer circuit and frequency tuning method thereof
JP4713939B2 (ja) * 2005-05-19 2011-06-29 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電圧制御発振器及びそれを用いた無線通信機
KR100760196B1 (ko) * 2005-12-08 2007-09-20 한국전자통신연구원 적응성 부성 저항셀을 장착한 멀티밴드용 lc 공조전압제어발진기

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111341A (ja) * 1999-10-05 2001-04-20 Toshiba Corp 電圧制御発振装置
JP2004048415A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Toyota Industries Corp セパレーション調整回路
JP2004140471A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Nec Electronics Corp 電圧制御発振器
JP2004266571A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Nec Electronics Corp 電圧制御発振器
JP2006339727A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Toyota Industries Corp 電圧制御発振器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8542073B2 (en) 2010-06-22 2013-09-24 Renesas Electronics Corportion Variable-capacitance device

Also Published As

Publication number Publication date
US20080238560A1 (en) 2008-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5229218B2 (ja) スイッチング容量生成回路、電圧制御発振器、及びlcバンドパスフィルター
US7298183B2 (en) High frequency divider circuits and methods
JP2008252774A (ja) 電圧制御発振器、及び電圧制御発振方法
US7268635B2 (en) Circuits for voltage-controlled ring oscillators and method of generating a periodic signal
JP2002043842A (ja) Lc共振回路及び電圧制御型発振回路
US20050110537A1 (en) Programmable phase-locked loop
US7233211B2 (en) Method to improve high frequency divider bandwidth coverage
JPH06104638A (ja) 電流/電圧制御される高速オッシレータ回路
US8217725B2 (en) Electrical circuit and ring oscillator circuit including even-number inverters
JP2006245774A (ja) 電圧制御発振器
JP2009284329A (ja) 半導体集積回路装置
JP4067664B2 (ja) 集積回路構成のための広い周波数レンジ及び低ノイズの電圧制御オシレータ
JP2009260607A (ja) 電圧制御発振器及び位相同期回路
JP2010252094A (ja) Pll回路
JP4083894B2 (ja) 位相同期ループ回路および電圧制御型発振器
JPH11251877A (ja) 電圧制御発振回路
US6714087B2 (en) Voltage controlled oscillation circuit having easily controllable oscillation characteristic and capable of generating high frequency and low frequency internal clocks
US7511584B2 (en) Voltage controlled oscillator capable of operating in a wide frequency range
JP2001257534A (ja) 水晶発振器
US6683505B2 (en) High speed voltage controlled oscillator
US20070152764A1 (en) Delay unit of voltage control oscillator
US20030094978A1 (en) Voltage-controlled oscillator having short synchronous pull-in time
KR20230119141A (ko) 저온 계수 링 발진기, 칩 및 통신 단말기
JP2005124098A (ja) 電圧制御発振器
JP2006238084A (ja) 発振回路及びフェーズロックトループ回路

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100112

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100428

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100902