JP4015856B2 - Voltage controlled oscillator - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話端末などのマイクロ波、ミリ波帯無線の高周波通信装置などで好適に使用される電圧制御発振器に関し、特に２つのトランジスタを直流的に接続したカスコード型トランジスタを用いた電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧制御発振器は、高周波無線通信機の局部発振信号を発生させる周波数シンセサイザの発振信号源として一般に用いられ、電圧によって発振周波数を変化させる機能を有している。また、通常、これらの電圧制御発振器においては、発振電力や発振周波数の変動を抑えることが必要である。
【０００３】
一般に電圧制御発振器は、発振回路部、同調回路部、バッファ増幅回路部により構成される。発振回路部の構成としては、並列帰還型や直列帰還型のものがある。また、トランジスタの接地方式についても、エミッタ（ソース）接地、ベース（ゲート）接地、コレクタ（ドレイン）接地型のものが知られている。
【０００４】
同調回路部の構成としては、共振回路部と可変容量素子を用いて構成されることが多く、可変容量素子の容量値を制御することにより発振周波数を変更可能としている。
【０００５】
さらに、通常出力部には、負荷変動を軽減するためのバッファ増幅回路が設けられる。
【０００６】
一方、直流電流を消費するトランジスタを有する発振回路部とバッファ増幅回路部の消費電流を低減するために、それらの回路の必要な直流電流が、発振回路部とバッファ増幅回路部に直列に流れるように縦続接続したカスコード接続型の電圧制御発振器が存在する。
【０００７】
図９は、特開平７−２２１５４５号に記載されている従来のカスコード接続型の電圧制御発振器を示したものである。この電圧制御発振器１０ｘは、主に発振回路部１０１、共振回路部１００、バッファ増幅回路部１０２により構成され、発振回路部１０１を構成するトランジスタ１０３に流れた直流電流がバッファ増幅回路部１０２を構成するトランジスタ１０４に流れるようにカスコード接続されている。発振回路部１０１では、容量素子１０５，１０６，１０７により帰還ループが形成されており、発振信号は、容量素子１０８によりバッファ増幅回路部１０２に入力され、バッファ増幅回路部１０２の出力端子１０９より取り出される。また、発振器が発振するためには、容量素子１０５，１０６，１０７を適切に定めることにより所望の周波数において、Ｆ点より発振回路部を見た反射係数「ｔが、負性抵抗特性（｜「ｔ｜＞１（｜「ｔ｜は「ｔの大きさを示す。））になるようにする必要がある。これは、発振器が発振するための条件が、
｜「ｒ｜×｜「ｔ｜＞１ （１）
∠「ｒ＋∠「ｔ＝２×ｎ×π （２）
と表されるためである。ここで、「ｒは、Ｆ点より共振回路側を見込んだ反射係数、｜「ｒ｜は「ｒの大きさ、∠「ｒは「ｒの位相、∠「ｔは「ｔの位相、ｎは整数をそれぞれ表している。
【０００８】
また、共振回路部１００の共振周波数は、所望の発振周波数に設定されており、この共振回路部に可変容量素子を設けることにより、発振周波数を変更可能としている。
【０００９】
このように、従来のカスコード接続型の電圧制御発振器１０ｘでは、カスコード接続された２つのトランジスタ１０３、１０４のうち、トランジスタ１０３は発振回路部１０１を、また、トランジスタ１０４はバッファ増幅回路部１０２をそれぞれ個別に構成している。
【００１０】
しかし、高い周波数、例えば、ミリ波帯（２０〜３００ＧＨｚ）の発振器を構成しようとした場合、発振回路部をトランジスタ１０３のみで構成したのでは、そのような周波数帯においてトランジスタ１０３の有する利得が小さいために、安定、かつ低位相雑音特性の発振回路部を構成することが困難になる。
【００１１】
また、高い周波数になるにしたがい、トランジスタ１０３の有する入出力帰還成分のために、トランジスタ１０３自身のアイソレーション特性が劣化する。その結果、帰還ループを逆流する成分が増し、発振回路部周辺の回路特性が、位相雑音特性を劣化させたり、所望の発振周波数や発振出力を得ることが困難になる。例えば、電源やバッファ増幅器１０２の特性変動により、トランジスタ１０３自身の帰還成分を介して、反射係数「ｔが変動してしまい、その結果発振周波数および発振出力の変動による不安定動作を招くとともに、所望の発振周波数での発振条件となる帰還回路を高精度に設計することが難しくなり、低位相雑音特性を実現することが困難であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、ミリ波帯において安定かつ低位相雑音の電圧制御発振器を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の電圧制御発振器を提供する。
【００１４】
電圧制御発振器は、発振回路部と、前記発振回路部の入出力端子間に接続された周波数を変更可能な同調回路部と、前記発振回路部と前記同調回路部とから、発振の帰還ループを形成する。そして、前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース又はゲート端子に接続され、前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ又はドレイン端子に接続され、前記第１のトランジスタ又は前記第２のトランジスタの接地端子部に、先端開放の伝送線路が設けられている。
また、電圧制御発振器は、発振回路部と、周波数を変更可能な同調回路部とを備え、前記発振回路部の入力端又は、出力端に前記同調回路部が縦続接続される。そして、前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース端子又はゲート端子に接続され、前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ端子又はドレイン端子に接続され、前記第１のトランジスタ又は前記第２のトランジスタの接地端子部に、先端開放の伝送線路が設けられている。
【００１５】
上記構成において、発振回路部を構成するカスコード型トランジスタは、ミリ波帯において高利得であるため、安定な発振回路部を構成することができる。また、２つの第１及び第２のトランジスタを一体として使用するため、回路の小型化が容易である。
【００１６】
さらに、発振回路部を構成するカスコード型トランジスタは、トランジスタ自身の入出力帰還成分が小さく、帰還成分を制御することが容易となる。例えば、所望の発振周波数で発振条件となる帰還回路を高精度で設計することが可能であり、高い負荷Ｑ値と低位相雑音特性を実現することができる。
【００１７】
また、本発明は、以下の構成の電圧制御発振器を提供する。
【００１８】
電圧制御発振器は、前記発振回路の入出力端子間に接続される発振回路部と、共振回路部と、電圧供給回路とを備え、前記発振回路部と前記共振回路部とから、発振の帰還ループを形成するものである。そして、前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース端子又はゲート端子に接続され、前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ端子又はドレイン端子に接続され、前記電圧供給回路は、前記発振回路部の第２のトランジスタのベース又はゲート端子の直流電位を個別に変更できるように構成され、前記直流電位により発振周波数を制御する。
また、電圧制御発振器は、発振回路部と、共振回路部と、電圧供給回路とを備え、発振回路部の入力端又は、出力端に共振回路部を縦続接続する。そして、前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース端子又はゲート端子に接続され、前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ端子又はドレイン端子に接続され、電圧供給回路は、前記発振回路部の第２のトランジスタのベース又はゲート端子の直流電位を個別に変更できるように構成され、前記直流電位により発振周波数を制御する。
【００１９】
上記構成において、第２のトランジスタのベース電位を変更可能とし、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタにおけるベース−コレクタ接合容量を制御することにより発振周波数を変更することが可能となる。そのため、可変容量素子を別途設ける必要がなくなり、回路の簡素化が可能である。また、カスコード型トランジスタに流れる電流は、第１のトランジスタのエミッタ−ベース間電圧によりほぼ決定されるため、第２のトランジスタのベース電位を変更した場合の電流値の変化は小さく、安定した発振出力を得ることができる。
【００２０】
本発明の電圧制御発振器は、具体的には以下のように種々の態様で構成することができる。
【００２１】
上記各構成において、好ましくは、電圧制御発振器は、前記第１のトランジスタのエミッタ又はソース端子部分に、前記エミッタ又はソース端子を交流的に設置するための回路をさらに備える。
【００２２】
上記構成によれば、第１のトランジスタの接地すべき端子に、所望の周波数において接地となる回路を付加することにより、接地インダクタンスなどの寄生成分の影響を低減し、カスコード型トランジスタの利得の高周波特性を改善することができる。したがって、高い周波数において用いられる電圧制御発振器を容易に実現することが可能となる。
【００２３】
好ましくは、電圧制御発振器は、同調回路部又は発振回路部に接続された、ｎ次高調波（ｎは整数）発生回路又はバッファ増幅回路の少なくとも１つからなる出力回路部をさらに備える。
【００２４】
上記構成によれば、ｎ次高調波（ｎは整数）を出力部に設けることにより、低位相雑音発振波のｎ次高調波を出力することが可能となる。また、バッファ増幅回路を出力部に設けることにより、発振回路部の負荷変動の影響を低減し、低位相雑音かつ高安定、高出力とすることが可能である。
【００２５】
好ましくは、電圧制御発振器は、前記第１のトランジスタ又は前記第２のトランジスタの接地端子部に、先端開放（又は短絡）の伝送線路を備える。
【００２６】
上記構成によれば、第１のトランジスタ又は第２のトランジスタの接地端子部分に先端開放（又は短絡）の伝送線路を設けることにより、所望の周波数において交流的に接地することが可能であり、接地インダクタンスなどの寄生成分による利得の低下を防止することが可能である。また、前記伝送線路の長さを調節することにより、所望の周波数にて、前記伝送線路の特性を誘導性や容量性とすることができ、より大きな負性抵抗が得られるように調整することができる。
【００２７】
好ましくは、前記第１又は第２のトランジスタの少なくとも一方は、へテロ接合バイポーラトランジスタである。
【００２８】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、高周波特性が優れかつ１／ｆ雑音が小さいため、電圧制御発振器の位相雑音をより低減することができる。さらにへテロ接合バイポーラトランジスタは電力密度が大きく、これを用いてカスコード型トランジスタを構成した場合には、所望の出力を得るための素子サイズが小さくてすむ。したがって、寄生成分が小さく、より入出力帰還成分を低減することが可能である。
【００２９】
好ましくは、本発明の電圧制御発振器は構成回路を少なくとも部分的に化合物半導体基板上に集積する。
【００３０】
上記構成によれば、化合物半導体基板上では、高いＱ値と低位相雑音特性を得ることが困難であるが、発振回路部をカスコード型トランジスタにより構成することにより、トランジスタ自身の入出力帰還成分を低減することができるため、化合物半導体基板上でも低位相雑音特性を実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る電圧制御発振器について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる電圧制御発振器の回路構造を示す図である。また、図２は図１の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。図１に示すように電圧制御発振器１０ａは、同調回路部１と発振回路部３が直列に接続され、さらに同調回路部１と出力回路部２とが接続されており、前記出力回路部２の出力端子２７より発振出力を取り出す構成である。ここで、発振回路部３は、後述するように２つのトランジスタが接続された構成を有する。すなわち、図２に示すように、同調回路部１とカスコード型トランジスタを用いた発振回路部３とを直列に接続し、さらに、同調回路部１と出力回路部２とを接続し、前記出力回路部２の出力端子２７より発振出力を取り出す構成である。
【００３３】
ここで、同調回路部１は、主に長さが概ねｎ×λｇ／４（ｎは整数、λｇは発振信号の波長）である結合線路よりなる共振回路４と可変容量素子５により構成されている。また、可変容量素子５の一端より引き出された端子２５に所望の電圧を印加することにより、可変容量素子５の容量を制御し、発振周波数を変更可能としている。
【００３４】
また、発振回路部３は、主に、エミッタ端子が接地されたトランジスタ２９のコレクタ端子と、ベース端子が容量素子１６により交流的に接地されたトランジスタ３０のエミッタ端子とを伝送線路１１を介して直流的に接続したカスコード型トランジスタにより構成している。
【００３５】
さらに、前記共振回路の端子４ｃに、伝送線路７ａ及び伝送線路７ｂを介して、バッファ増幅回路、又はｎ次高調波発生回路（ｎは整数）の少なくとも１つよりなる出力回路部２が接続され、出力回路部２の出力端子２７より発振出力を取り出す構成としている。
【００３６】
また、前記カスコード型トランジスタは、共振回路の端子４ａに接続している伝送線路６の一端に接続された端子２４に印加した電圧を、第１のトランジスタ２９のベース端子に供給し、また、端子２６に印加した電圧を第２のトランジスタ３０のコレクタ端子に供給し、また、端子２８に印加した電圧を第２のトランジスタ３０のベース端子に供給することにより動作する。
【００３７】
ここで、第１のトランジスタ２９と第２のトランジスタ３０よりなるカスコード型トランジスタ、伝送線路９、伝送線路１２及び同調回路部１によって帰還ループが構成されており、伝送線路９、伝送線路１２及び伝送線路１１の長さを調節することにより、所望の周波数で発振するように位相の調整を行うことができる。前記帰還ループを構成するカスコード型トランジスタは、第１のトランジスタと第２のトランジスタを用いて構成しているため、２つのトランジスタでの位相変化を利用することにより前記位相調整のための伝送線路９,１２の長さを短くすることが可能であり、回路の小型化が可能となる。
【００３８】
また、帰還ループ内に同調回路部１を備えており、所望の周波数で発振させることが可能であるとともに、位相雑音を低減することができる。
【００３９】
さらに、カスコード型トランジスタを用いることにより、トランジスタ自身が有する入出力帰還成分を非常に小さくすることが可能であり、前記帰還ループにおいて、信号の流れを一方向化させることができ、容易に帰還量を制御することができる。そのため、不要な雑音の発生を抑制することが可能となり、高いＱ値と低位相雑音特性を実現することができる。
【００４０】
次に図３を参照して本発明の第２実施形態にかかる電圧制御装置について説明する。図３は、本発明の第２実施形態にかかる電圧制御装置の回路構造を示す図である。電圧制御装置１０ｂは、図３に示すように、共振回路部４とカスコード型トランジスタを用いた発振回路部３とは直列に接続され、さらに共振回路部４と出力回路部２とを接続し、前記出力回路部２の出力端子２７より発振出力を取り出す構成としている。
【００４１】
共振回路部４は、長さが概ねｎ×λｇ／４（ｎは整数、λｇは発振信号の波長）である非対称結合線路により構成され、また、発振回路部３はカスコード型トランジスタにより構成されている。さらに、前記共振回路部４の端子４ｃより取り出された発振出力を、バッファ増幅回路、又は、ｎ次高調波発生回路（ｎは整数）の少なくとも１つよりなる出力回路部２の出力端子２７より取り出す構成としている。
【００４２】
ここで、発振周波数の変更は、端子２８に加える電圧により第２のトランジスタのベース端子に供給される電圧を制御し、第１のトランジスタ２９及び第２のトランジスタ３０における素子内部のベース−コレクタ接合容量を変更することにより行われる。このように構成することにより、可変容量素子を別途設ける必要がなく、回路を簡素化することができる。
【００４３】
また、カスコード型トランジスタを構成する第２のトランジスタ３０のベース端子には、所望の発振周波数において概ねλｇ／４の長さよりなる先端開放の伝送線路１３が設けられている。この先端開放の伝送線路１３を設けることにより、ベース端子は発振周波数近傍において接地となるため、接地インダクタンスなどの寄生成分の影響を小さくすることができる。その結果、カスコード型トランジスタの利得が向上し、より安定した発振動作を実現することができ、位相雑音を低減することができる。また、伝送線路１３の長さを調整することにより、発振周波数の微調整を行うことができる。
【００４４】
カスコード型トランジスタを構成する第１のトランジスタ２９のエミッタ端子は接地されているが、周波数が高くなるにしたがって接地インダクタンスなどの寄生成分の影響が大きくなる。よって、所望の発振周波数において概ねλｇ／４の長さよりなる先端開放の伝送線路を設け、交流的にも接地をすることがより好ましい。
【００４５】
次に図４及び図５を用いて、本発明の第３実施形態にかかる電圧制御発振器１０ｃについて説明する。図４は、本発明の第３実施形態にかかる電圧制御発振器の回路構造を示す図である。また、図５は図４の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。
【００４６】
電圧制御発振器１０ｃは、図４及び図５に示すように、同調回路部１とカスコード接続したトランジスタにより構成された発振回路部３を縦続接続し、さらに発振回路部３と出力回路部２とを縦続接続し、前記出力回路部２の出力端子２７より発振出力を取り出す構成である。
【００４７】
同調回路部１は、主に長さが概ねｎ×λｇ／２（ｎは整数、λｇは発振信号の波長）である伝送線路４４よりなる共振回路とその端子４４ａに容量素子４７を介して接続した可変容量素子４５ａ，４５ｂを備えている。また、端子２５に所望の電圧を印加することにより、可変容量素子４５ａ，４５ｂの容量を制御し、発振周波数を変更可能としている。
【００４８】
発振回路部３は、上記第１実施形態の発振回路部と同様の構成である。ここで、伝送線路１１及び容量素子１６の容量値を調整することにより、端子４４ｃより発振回路部側をみた反射係数「ｔの大きさを所望の周波数において１より大きくすることができ、負性抵抗特性を実現することができる。なお、帰還回路を別途設けることによって、負性抵抗特性を実現してもよい。
【００４９】
発振回路部３の端子４４ｄに、伝送線路７を介して、バッファ増幅回路又はｎ次高調波発生回路（ｎは整数）の少なくとも１つより構成される出力回路部２が接続され、出力端子２７より所望の発振出力を取り出すことができるように構成されている。
【００５０】
発振回路部３を構成するカスコード型トランジスタは、端子２４に印加した電圧を伝送線路４４の端子４４ｂに接続している伝送線路６を介して第１のトランジスタ２９のベース端子に供給し、また、端子２６に印加した電圧を伝送線路８及び伝送線路７を介して、第２のトランジスタ３０のコレクタ端子に供給し、また端子２８に印加した電圧を第２のトランジスタ３０のベース端子に供給することにより動作する。伝送線路４４の端子４４ｂは、伝送線路４４のほぼ中心に位置しており、伝送線路６、容量素子１４、抵抗１８、抵抗１９よりなる給電回路による共振回路４４への影響が小さくなるように構成されている。
【００５１】
ここで、発振回路部３をカスコード型トランジスタによって構成することにより、トランジスタ自身の有する入出力帰還成分を非常に小さくすることが可能であり、トランジスタ自身のアイソレーション特性を改善するとともに、発振回路部３の後段に設けた回路（バッファ増幅器、又はｎ次高調波発生回路）などの影響による、端子４４ｃにより発振回路部を見た反射係数「ｔの変動を防止することができる。よって、安定した発振と高い負荷Ｑ値と低位相雑音特性を実現することができる。
【００５２】
また、本実施の形態にかかる電圧制御発振器１０ｃにおいては、同調回路部１には、長さλｇ／２の伝送線路４４を用いたが、伝送線路と誘電体共振器との組み合わせや、ｎ×λｇ／４同軸線路共振器（ｎは整数）などの共振器を用いて構成してもよい。
【００５３】
次に図６及び図７を用いて、本発明の第４実施形態にかかる電圧制御発振器について説明する。図６は、本発明の第４実施形態にかかる電圧制御発振器の回路構造を示す図である。また、図７は、図６の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。
【００５４】
電圧制御発振器１０ｄの各回路部は、上記第３実施形態にかかる電圧制御発振器１０ｃの各回路部と同様の構成を有する。すなわち、発振回路部３、同調回路部１、バッファ増幅器又はｎ次高調波発生回路（ｎは整数）の少なくとも１つより構成される出力回路２の接続方法を変更したものである。具体的には、発振回路部３に同調回路部を縦続接続し、さらに同調回路部１に出力回路部２を縦続接続し、発振出力を取り出す構成である。
【００５５】
上記構成の電圧制御発振器においても、第３実施形態にかかる電圧制御発振器と同様に位相雑音を低減することができる。
【００５６】
（実施例）
上記電圧制御発振器を用いた高周波通信装置について説明する。図８は、本発明の電圧制御発振器を用いた高周波通信装置の一例を示すブロック図である。
【００５７】
送信機７０ａは、変調信号源５０、ミキサ５１、上記電圧制御発振器より構成される局部発振器５２、帯域通過フィルタ５３、パワーアンプ５４、アンテナ５５で構成される。また、受信機７０ｂは、アンテナ５６、ローノイズアンプ５７、帯域通過フィルタ５８、ミキサ５９、上記電圧制御発振器より構成される局部発振器６０、チューナ６１により構成される。
【００５８】
送信機７０ａの変調信号源５０で生成される中間周波信号は、ミキサ５１の中間周波信号入力端子に入力される。また、局部発振器５２より出力される局部発振信号は、ミキサ５１の局部発振信号用端子に入力され、ミキサ５１により中間周波信号が局部発振信号により上昇変換（アップコンバート）される。次いで、ミキサ５１より発生する信号のうち、所望の高周波信号のみが帯域通過フィルタ５３を通かし、パワーアンプ５４により増幅され、高周波電波６２としてアンテナ５５より放射される。
【００５９】
送信機７０ａから放射された高周波電波６２は、受信機７０ｂのアンテナ５６により受信され、ローノイズアンプ５７で増幅される。さらに、所望の高周波信号のみが帯域通過フィルタ５８を通過し、ミキサ５９の高周波信号用端子に入力される。一方、局部発振器６０より出力される局部発振信号は、ミキサ５９の局部発振信号用端子に入力される。高周波信号は、ミキサ５９の内部で局部発振信号と混合され、再び中間周波信号に下降変換（ダウンコンバート）される。中間周波信号はチューナ６１に入力され、所望の情報に変換される。
【００６０】
本発明の電圧制御発振器を局部発振器として用いることにより、低位相雑音の局部発振信号を得ることが可能であり、ビットエラーレートの小さいデジタル通信システムを容易に構成することが可能である。
【００６１】
以上説明したように、本発明の電圧制御発振器の発振回路部は、エミッタ端子を設置した第１のトランジスタのコレクタ端子と交流的にベース端子を設置した第２のトランジスタのエミッタ端子とを接続したカスコード型トランジスタにより構成することにより、ミリ波帯において安定な発振回路部を構成することができるとともに回路を容易に小型化することができる。
【００６２】
さらに、カスコード型トランジスタは、トランジスタ自身の入出力帰還成分が小さく、所望の発振周波数で発振条件となる帰還成分を制御することが容易となり、高い負荷Ｑ値と低位相雑音特性を実現することが可能である。
【００６３】
また、第２のトランジスタのベース電位を変更可能とし、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタにおけるベース−コレクタ接合容量を制御することにより発振周波数を変更することも可能である。このように構成することによって、可変容量素子を別途設ける必要がなくなり、回路をより簡素化することができる。
【００６４】
また、カスコード型トランジスタに流れる電流は、第１のトランジスタのエミッタ−ベース間電圧によりほぼ決まるため、第２のトランジスタのベース電位を変更した場合の電流値の変化は小さく、安定した発振出力を得ることができる。
【００６５】
また、第２のトランジスタのベース端子部に先端開放（又は短絡）の伝送線路を設けることにより、より安定した発振出力を得ることが可能である。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００６７】
例えば、電圧制御発振器に対して位相同期ループを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態にかかる電圧制御発振器の回路構造を示す図である。
【図２】 図１の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の第２実施形態にかかる電圧制御装置の回路構造を示す図である。
【図４】 本発明の第３実施形態にかかる電圧制御発振器の回路構造を示す図である。
【図５】 図４の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の第４実施形態にかかる電圧制御発振器の回路構造を示す図である。
【図７】 図６の電圧制御発振器の構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の電圧制御発振器を用いた高周波通信装置の一例を示すブロック図である。
【図９】 従来技術によるカスコード接続型トランジスタを用いた電圧制御発振器の回路構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 同調回路部
２ 出力回路部
３ 発振回路部
４ 共振回路部
５ 可変容量素子
１０ａ〜１０ｄ 電圧制御発振器
６，７，７ａ，７ｂ，９，１１，１２ 伝送線路
１３ 先端開放の伝送線路
１６ 容量素子
１８，１９ 抵抗
２４ 第１のトランジスタのベース端子へのバイアス供給端子
２５ 可変容量素子の制御用バイアス供給端子
２６ 第２のトランジスタのコレクタ端子へのバイアス供給端子
２７ 出力回路部の出力端子
２８ 第２のトランジスタのベース端子へのバイアス供給端子
２９ 第１のトランジスタ
３０ 第２のトランジスタ
４５ａ，４５ｂ 可変容量素子
５０ 変調信号源
５１，５９ ミキサ
５２，６０ 局部発振器
５３，５８ 帯域通過フィルタ
５４ パワーアンプ
５５，５６ アンテナ
５７ ローノイズアンプ
６２ 高周波電波
７０ａ 送信機
７０ｂ 受信機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage-controlled oscillator that is suitably used in microwave and millimeter-wave radio frequency communication devices such as mobile phone terminals, and in particular, voltage control using a cascode transistor in which two transistors are connected in a DC manner. It relates to an oscillator.
[0002]
[Prior art]
A voltage-controlled oscillator is generally used as an oscillation signal source of a frequency synthesizer that generates a local oscillation signal of a high-frequency wireless communication device, and has a function of changing an oscillation frequency according to a voltage. Usually, in these voltage controlled oscillators, it is necessary to suppress fluctuations in oscillation power and oscillation frequency.
[0003]
In general, a voltage controlled oscillator includes an oscillation circuit unit, a tuning circuit unit, and a buffer amplifier circuit unit. As a configuration of the oscillation circuit unit, there are a parallel feedback type and a series feedback type. As for the grounding method of transistors, emitter (source) grounding, base (gate) grounding, and collector (drain) grounding types are known.
[0004]
The tuning circuit unit is often configured using a resonant circuit unit and a variable capacitance element, and the oscillation frequency can be changed by controlling the capacitance value of the variable capacitance element.
[0005]
Further, the normal output unit is provided with a buffer amplifier circuit for reducing the load fluctuation.
[0006]
On the other hand, in order to reduce the current consumption of the oscillation circuit unit and the buffer amplifier circuit unit having transistors that consume direct current, the necessary DC current of these circuits flows in series in the oscillation circuit unit and the buffer amplifier circuit unit. There is a cascode-connected voltage-controlled oscillator connected in cascade.
[0007]
FIG. 9 shows a conventional cascode-connected voltage-controlled oscillator described in JP-A-7-221545. The voltage controlled oscillator 10x is mainly composed of an oscillation circuit unit 101, a resonance circuit unit 100, and a buffer amplification circuit unit 102, and a direct current that has flowed through a transistor 103 constituting the oscillation circuit unit 101 constitutes the buffer amplification circuit unit 102. The cascode is connected so as to flow to the transistor 104. In the oscillation circuit unit 101, a feedback loop is formed by the capacitive elements 105, 106, and 107, and the oscillation signal is input to the buffer amplification circuit unit 102 by the capacitive element 108 and is taken out from the output terminal 109 of the buffer amplification circuit unit 102. It is. Further, in order for the oscillator to oscillate, by appropriately determining the capacitive elements 105, 106, and 107, the reflection coefficient “t when the oscillation circuit unit is viewed from the point F at the desired frequency is a negative resistance characteristic (|“ t |> 1 (| “t | indicates the magnitude of t)) is required because the condition for the oscillator to oscillate is
| “R | × |“ t |> 1 (1)
∠ “r + ∠” t = 2 × n × π (2)
It is because it is expressed. Here, “r is a reflection coefficient on the resonance circuit side from the point F, || r |” is the magnitude of “r”, “r” is “r phase, ∠” t is “t phase, n is Each represents an integer.
[0008]
The resonance frequency of the resonance circuit unit 100 is set to a desired oscillation frequency, and the oscillation frequency can be changed by providing a variable capacitance element in the resonance circuit unit.
[0009]
Thus, in the conventional cascode-connected voltage-controlled oscillator 10x, of the two transistors 103 and 104 connected in cascode, the transistor 103 is the oscillation circuit unit 101, and the transistor 104 is the buffer amplifier circuit unit 102. Configured individually.
[0010]
However, when an oscillator having a high frequency, for example, a millimeter wave band (20 to 300 GHz) is to be configured, if the oscillation circuit unit is configured only by the transistor 103, the gain of the transistor 103 is small in such a frequency band. Therefore, it is difficult to configure an oscillation circuit unit that is stable and has low phase noise characteristics.
[0011]
Further, as the frequency increases, the isolation characteristics of the transistor 103 itself deteriorate due to the input / output feedback component of the transistor 103. As a result, the component that flows back through the feedback loop increases, and it becomes difficult for the circuit characteristics around the oscillation circuit section to deteriorate the phase noise characteristics and to obtain a desired oscillation frequency and oscillation output. For example, the reflection coefficient “t fluctuates via the feedback component of the transistor 103 itself due to fluctuations in the characteristics of the power supply and the buffer amplifier 102, resulting in unstable operation due to fluctuations in the oscillation frequency and oscillation output, as well as desired Therefore, it is difficult to design a feedback circuit as an oscillation condition at an oscillation frequency with high accuracy, and it is difficult to realize low phase noise characteristics.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to provide a voltage-controlled oscillator that is stable and has low phase noise in the millimeter wave band.
[0013]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to solve the above technical problem, the present invention provides a voltage controlled oscillator having the following configuration.
[0014]
The voltage controlled oscillator includes an oscillation circuit unit, Connected between the input and output terminals of the oscillation circuit section A tuning circuit that can change the frequency; An oscillation feedback loop is formed from the oscillation circuit section and the tuning circuit section. . In the oscillation circuit section, the collector or drain of the first transistor having the emitter or source as the ground terminal and the emitter or source of the second transistor having the base or gate terminal grounded in an AC manner are cascode-connected. A cascode transistor, The input terminal of the oscillation circuit unit is connected to the base or gate terminal of the first transistor, the output terminal of the oscillation circuit unit is connected to the collector or drain terminal of the second transistor, An open-ended transmission line is provided at the ground terminal portion of the first transistor or the second transistor.
The voltage-controlled oscillator includes an oscillation circuit unit and a tuning circuit unit capable of changing a frequency, and the tuning circuit unit is cascade-connected to an input end or an output end of the oscillation circuit unit. In the oscillation circuit section, the collector or drain of the first transistor having the emitter or source as the ground terminal and the emitter or source of the second transistor having the base or gate terminal grounded in an AC manner are cascode-connected. A cascode transistor, An input terminal of the oscillation circuit unit is connected to a base terminal or a gate terminal of the first transistor, and an output terminal of the oscillation circuit unit is connected to a collector terminal or a drain terminal of the second transistor, An open-ended transmission line is provided at the ground terminal portion of the first transistor or the second transistor.
[0015]
In the above configuration, since the cascode transistor constituting the oscillation circuit section has a high gain in the millimeter wave band, a stable oscillation circuit section can be constructed. Further, since the two first and second transistors are used as one body, the circuit can be easily downsized.
[0016]
Further, the cascode transistor that constitutes the oscillation circuit section has a small input / output feedback component of the transistor itself, and it is easy to control the feedback component. For example, a feedback circuit that becomes an oscillation condition at a desired oscillation frequency can be designed with high accuracy, and a high load Q value and low phase noise characteristics can be realized.
[0017]
The present invention also provides a voltage controlled oscillator having the following configuration.
[0018]
Voltage controlled oscillator Connected between input and output terminals of the oscillation circuit An oscillation circuit unit, a resonance circuit unit, and a voltage supply circuit; An oscillation feedback loop is formed from the oscillation circuit unit and the resonance circuit unit. Is. In the oscillation circuit section, the collector or drain of the first transistor having the emitter or source as the ground terminal and the emitter or source of the second transistor having the base or gate terminal grounded in an AC manner are cascode-connected. A cascode transistor, An input terminal of the oscillation circuit unit is connected to a base terminal or a gate terminal of the first transistor, and an output terminal of the oscillation circuit unit is connected to a collector terminal or a drain terminal of the second transistor, The voltage supply circuit is configured to be able to individually change the DC potential of the base or gate terminal of the second transistor of the oscillation circuit unit, and controls the oscillation frequency by the DC potential.
The voltage controlled oscillator includes an oscillation circuit unit, a resonance circuit unit, and a voltage supply circuit, and the resonance circuit unit is cascade-connected to an input end or an output end of the oscillation circuit unit. In the oscillation circuit section, the collector or drain of the first transistor having the emitter or source as the ground terminal and the emitter or source of the second transistor having the base or gate terminal grounded in an AC manner are cascode-connected. A cascode transistor, An input terminal of the oscillation circuit unit is connected to a base terminal or a gate terminal of the first transistor, and an output terminal of the oscillation circuit unit is connected to a collector terminal or a drain terminal of the second transistor, The voltage supply circuit is configured to be able to individually change the DC potential of the base or gate terminal of the second transistor of the oscillation circuit unit, and controls the oscillation frequency by the DC potential.
[0019]
In the above configuration, the base potential of the second transistor can be changed, and the oscillation frequency can be changed by controlling the base-collector junction capacitance in the first transistor and the second transistor. Therefore, it is not necessary to separately provide a variable capacitance element, and the circuit can be simplified. Further, since the current flowing through the cascode transistor is substantially determined by the emitter-base voltage of the first transistor, the change in the current value when the base potential of the second transistor is changed is small and stable oscillation output is achieved. Can be obtained.
[0020]
Specifically, the voltage controlled oscillator of the present invention can be configured in various modes as follows.
[0021]
In each of the above configurations, preferably, the voltage controlled oscillator further includes a circuit for installing the emitter or source terminal in an alternating manner at the emitter or source terminal portion of the first transistor.
[0022]
According to the above configuration, by adding a circuit that is grounded at a desired frequency to the terminal to be grounded of the first transistor, the influence of parasitic components such as ground inductance is reduced, and the gain of the cascode transistor is increased. The characteristics can be improved. Therefore, a voltage controlled oscillator used at a high frequency can be easily realized.
[0023]
Preferably, the voltage controlled oscillator is Connected to the tuning circuit or the oscillation circuit, An output circuit unit including at least one of an nth-order harmonic (n is an integer) generation circuit or a buffer amplifier circuit is further provided.
[0024]
According to the above configuration, it is possible to output the n-order harmonic of the low-phase noise oscillation wave by providing the output unit with the n-order harmonic (n is an integer). Further, by providing the buffer amplifier circuit in the output unit, it is possible to reduce the influence of the load fluctuation of the oscillation circuit unit, and to achieve low phase noise, high stability, and high output.
[0025]
Preferably, the voltage controlled oscillator includes a transmission line having an open end (or short circuit) at a ground terminal portion of the first transistor or the second transistor.
[0026]
According to the above configuration, by providing a transmission line with an open end (or short circuit) at the ground terminal portion of the first transistor or the second transistor, it is possible to ground in an alternating manner at a desired frequency. It is possible to prevent a decrease in gain due to parasitic components such as inductance. In addition, by adjusting the length of the transmission line, the characteristics of the transmission line can be made inductive or capacitive at a desired frequency, and adjusted so that a larger negative resistance can be obtained. Can do.
[0027]
Preferably, at least one of the first or second transistor is a heterojunction bipolar transistor.
[0028]
Since the heterojunction bipolar transistor has excellent high frequency characteristics and low 1 / f noise, the phase noise of the voltage controlled oscillator can be further reduced. Furthermore, the heterojunction bipolar transistor has a high power density. When a cascode transistor is formed using this, the element size for obtaining a desired output can be reduced. Therefore, the parasitic component is small, and the input / output feedback component can be further reduced.
[0029]
Preferably, the voltage controlled oscillator of the present invention at least partially integrates the constituent circuits on the compound semiconductor substrate.
[0030]
According to the above configuration, it is difficult to obtain a high Q value and a low phase noise characteristic on the compound semiconductor substrate. However, by configuring the oscillation circuit unit with a cascode transistor, the input / output feedback component of the transistor itself can be reduced. Therefore, low phase noise characteristics can be realized even on a compound semiconductor substrate.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, voltage controlled oscillators according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit structure of a voltage controlled oscillator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the voltage controlled oscillator of FIG. As shown in FIG. 1, the voltage controlled oscillator 10a includes a tuning circuit unit 1 and an oscillation circuit unit 3 connected in series, and further a tuning circuit unit 1 and an output circuit unit 2 connected to each other. The oscillation output is taken out from the output terminal 27. Here, the oscillation circuit unit 3 has a configuration in which two transistors are connected as will be described later. That is, as shown in FIG. 2, a tuning circuit unit 1 and an oscillation circuit unit 3 using a cascode transistor are connected in series, and further, the tuning circuit unit 1 and the output circuit unit 2 are connected, and the output circuit The oscillation output is taken out from the output terminal 27 of the unit 2.
[0033]
Here, the tuning circuit unit 1 is mainly composed of a resonance circuit 4 and a variable capacitance element 5 formed of a coupled line having a length of approximately n × λg / 4 (where n is an integer and λg is the wavelength of the oscillation signal). Yes. Further, by applying a desired voltage to the terminal 25 drawn from one end of the variable capacitance element 5, the capacitance of the variable capacitance element 5 can be controlled to change the oscillation frequency.
[0034]
In addition, the oscillation circuit unit 3 mainly connects the collector terminal of the transistor 29 whose emitter terminal is grounded and the emitter terminal of the transistor 30 whose base terminal is AC-grounded by the capacitive element 16 via the transmission line 11. A cascode transistor connected in a direct current is used.
[0035]
Further, an output circuit section 2 comprising at least one of a buffer amplifier circuit or an nth-order harmonic generation circuit (n is an integer) is connected to the terminal 4c of the resonance circuit via the transmission line 7a and the transmission line 7b. The oscillation output is taken out from the output terminal 27 of the output circuit section 2.
[0036]
The cascode transistor supplies the voltage applied to the terminal 24 connected to one end of the transmission line 6 connected to the terminal 4a of the resonance circuit to the base terminal of the first transistor 29. The voltage applied to the second transistor 30 is supplied to the collector terminal of the second transistor 30, and the voltage applied to the terminal 28 is supplied to the base terminal of the second transistor 30 to operate.
[0037]
Here, a cascode transistor composed of the first transistor 29 and the second transistor 30, the transmission line 9, the transmission line 12, and the tuning circuit unit 1 form a feedback loop, and the transmission line 9, the transmission line 12, and the transmission By adjusting the length of the line 11, the phase can be adjusted so as to oscillate at a desired frequency. Since the cascode transistor constituting the feedback loop is constituted by using the first transistor and the second transistor, the transmission line 9 for the phase adjustment is obtained by utilizing the phase change in the two transistors. , 12 can be shortened, and the circuit can be miniaturized.
[0038]
In addition, the tuning circuit unit 1 is provided in the feedback loop, so that it is possible to oscillate at a desired frequency and to reduce phase noise.
[0039]
Furthermore, by using a cascode transistor, the input / output feedback component of the transistor itself can be made very small, the signal flow can be unidirectional in the feedback loop, and the amount of feedback can be easily achieved. Can be controlled. Therefore, generation of unnecessary noise can be suppressed, and a high Q value and low phase noise characteristics can be realized.
[0040]
Next, a voltage control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a circuit structure of the voltage control apparatus according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the voltage control device 10b, the resonance circuit unit 4 and the oscillation circuit unit 3 using a cascode transistor are connected in series, and the resonance circuit unit 4 and the output circuit unit 2 are connected. The oscillation output is taken out from the output terminal 27 of the output circuit section 2.
[0041]
The resonance circuit unit 4 is configured by an asymmetrically coupled line having a length of approximately n × λg / 4 (n is an integer, λg is the wavelength of the oscillation signal), and the oscillation circuit unit 3 is configured by a cascode transistor. Yes. Furthermore, the oscillation output taken out from the terminal 4c of the resonance circuit unit 4 is output from the output terminal 27 of the output circuit unit 2 including at least one of a buffer amplifier circuit or an nth-order harmonic generation circuit (n is an integer). It is configured to take out.
[0042]
Here, the oscillation frequency is changed by controlling the voltage supplied to the base terminal of the second transistor by the voltage applied to the terminal 28, and the base-collector junction inside the element in the first transistor 29 and the second transistor 30. This is done by changing the capacity. With this configuration, it is not necessary to separately provide a variable capacitance element, and the circuit can be simplified.
[0043]
The base terminal of the second transistor 30 constituting the cascode transistor is provided with an open-ended transmission line 13 having a length of approximately λg / 4 at a desired oscillation frequency. By providing the transmission line 13 with the open end, the base terminal is grounded in the vicinity of the oscillation frequency, so that the influence of parasitic components such as ground inductance can be reduced. As a result, the gain of the cascode transistor is improved, a more stable oscillation operation can be realized, and phase noise can be reduced. Further, the oscillation frequency can be finely adjusted by adjusting the length of the transmission line 13.
[0044]
Although the emitter terminal of the first transistor 29 constituting the cascode transistor is grounded, the influence of parasitic components such as ground inductance increases as the frequency increases. Therefore, it is more preferable to provide an open-ended transmission line having a length of approximately λg / 4 at a desired oscillation frequency, and to ground it in an alternating manner.
[0045]
Next, a voltage controlled oscillator 10c according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a circuit structure of a voltage controlled oscillator according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the voltage controlled oscillator of FIG.
[0046]
As shown in FIGS. 4 and 5, the voltage controlled oscillator 10 c is formed by cascading an oscillation circuit unit 3 composed of transistors that are cascode-connected to the tuning circuit unit 1, and further connecting the oscillation circuit unit 3 and the output circuit unit 2. The oscillation output is taken out from the output terminal 27 of the output circuit unit 2 in cascade connection.
[0047]
The tuning circuit unit 1 is mainly connected to a resonance circuit composed of a transmission line 44 having a length of approximately n × λg / 2 (where n is an integer and λg is the wavelength of an oscillation signal) and a terminal 44a thereof via a capacitive element 47. The variable capacitance elements 45a and 45b are provided. Further, by applying a desired voltage to the terminal 25, the capacitance of the variable capacitance elements 45a and 45b can be controlled to change the oscillation frequency.
[0048]
The oscillation circuit unit 3 has the same configuration as the oscillation circuit unit of the first embodiment. Here, by adjusting the capacitance values of the transmission line 11 and the capacitive element 16, the magnitude of the reflection coefficient “t seen from the terminal 44c on the oscillation circuit unit side can be made larger than 1 at a desired frequency. The resistance characteristic can be realized, and the negative resistance characteristic may be realized by separately providing a feedback circuit.
[0049]
The output circuit unit 2 configured by at least one of a buffer amplifier circuit or an nth-order harmonic generation circuit (n is an integer) is connected to the terminal 44 d of the oscillation circuit unit 3 via the transmission line 7. More desired oscillation output can be taken out.
[0050]
The cascode transistor constituting the oscillation circuit unit 3 supplies the voltage applied to the terminal 24 to the base terminal of the first transistor 29 via the transmission line 6 connected to the terminal 44b of the transmission line 44, and The voltage applied to the terminal 26 is supplied to the collector terminal of the second transistor 30 via the transmission line 8 and the transmission line 7, and the voltage applied to the terminal 28 is supplied to the base terminal of the second transistor 30. It works by. The terminal 44b of the transmission line 44 is located substantially at the center of the transmission line 44, and is configured so that the influence on the resonance circuit 44 by the power feeding circuit including the transmission line 6, the capacitive element 14, the resistor 18, and the resistor 19 is reduced. Has been.
[0051]
Here, by configuring the oscillation circuit unit 3 with a cascode transistor, the input / output feedback component of the transistor itself can be made extremely small, improving the isolation characteristics of the transistor itself and improving the oscillation circuit unit. 3 can prevent the fluctuation of the reflection coefficient “t” when the oscillation circuit unit is viewed by the terminal 44c due to the influence of a circuit (buffer amplifier or n-order harmonic generation circuit) provided at the subsequent stage of the circuit 3. Oscillation, high load Q value and low phase noise characteristics can be realized.
[0052]
In the voltage controlled oscillator 10c according to the present embodiment, the transmission line 44 having the length λg / 2 is used for the tuning circuit unit 1. However, a combination of a transmission line and a dielectric resonator, or n × A resonator such as a λg / 4 coaxial line resonator (n is an integer) may be used.
[0053]
Next, a voltage controlled oscillator according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram showing a circuit structure of a voltage controlled oscillator according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the voltage controlled oscillator of FIG.
[0054]
Each circuit unit of the voltage controlled oscillator 10d has the same configuration as each circuit unit of the voltage controlled oscillator 10c according to the third embodiment. In other words, the connection method of the output circuit 2 constituted by at least one of the oscillation circuit unit 3, the tuning circuit unit 1, the buffer amplifier, or the nth harmonic generation circuit (n is an integer) is changed. Specifically, the tuning circuit unit is cascade-connected to the oscillation circuit unit 3, and the output circuit unit 2 is cascade-connected to the tuning circuit unit 1, thereby extracting the oscillation output.
[0055]
Also in the voltage controlled oscillator having the above configuration, the phase noise can be reduced in the same manner as the voltage controlled oscillator according to the third embodiment.
[0056]
(Example)
A high frequency communication apparatus using the voltage controlled oscillator will be described. FIG. 8 is a block diagram showing an example of a high frequency communication device using the voltage controlled oscillator of the present invention.
[0057]
The transmitter 70a includes a modulation signal source 50, a mixer 51, a local oscillator 52 composed of the voltage controlled oscillator, a band pass filter 53, a power amplifier 54, and an antenna 55. The receiver 70b includes an antenna 56, a low noise amplifier 57, a band pass filter 58, a mixer 59, a local oscillator 60 including the voltage controlled oscillator, and a tuner 61.
[0058]
The intermediate frequency signal generated by the modulation signal source 50 of the transmitter 70 a is input to the intermediate frequency signal input terminal of the mixer 51. The local oscillation signal output from the local oscillator 52 is input to the local oscillation signal terminal of the mixer 51, and the intermediate frequency signal is up-converted (up-converted) by the mixer 51 with the local oscillation signal. Next, of the signals generated from the mixer 51, only a desired high-frequency signal passes through the band-pass filter 53, is amplified by the power amplifier 54, and is radiated from the antenna 55 as a high-frequency radio wave 62.
[0059]
The high frequency radio wave 62 radiated from the transmitter 70 a is received by the antenna 56 of the receiver 70 b and amplified by the low noise amplifier 57. Further, only a desired high frequency signal passes through the band pass filter 58 and is input to the high frequency signal terminal of the mixer 59. On the other hand, the local oscillation signal output from the local oscillator 60 is input to the local oscillation signal terminal of the mixer 59. The high-frequency signal is mixed with the local oscillation signal inside the mixer 59 and is down-converted (down-converted) again to an intermediate frequency signal. The intermediate frequency signal is input to the tuner 61 and converted into desired information.
[0060]
By using the voltage controlled oscillator of the present invention as a local oscillator, a local oscillation signal with low phase noise can be obtained, and a digital communication system with a small bit error rate can be easily configured.
[0061]
As described above, the oscillation circuit unit of the voltage controlled oscillator of the present invention connects the collector terminal of the first transistor having the emitter terminal and the emitter terminal of the second transistor having the base terminal installed in an alternating manner. By configuring with a cascode transistor, a stable oscillation circuit unit in the millimeter wave band can be configured, and the circuit can be easily downsized.
[0062]
Furthermore, the cascode transistor has a small input / output feedback component of the transistor itself, which makes it easy to control a feedback component that becomes an oscillation condition at a desired oscillation frequency, and realizes a high load Q value and low phase noise characteristics. Is possible.
[0063]
In addition, the base potential of the second transistor can be changed, and the oscillation frequency can be changed by controlling the base-collector junction capacitance in the first transistor and the second transistor. With this configuration, there is no need to separately provide a variable capacitance element, and the circuit can be further simplified.
[0064]
Further, since the current flowing through the cascode transistor is substantially determined by the emitter-base voltage of the first transistor, the change in the current value when the base potential of the second transistor is changed is small, and a stable oscillation output is obtained. be able to.
[0065]
Further, by providing a transmission line having an open end (or short circuit) at the base terminal portion of the second transistor, a more stable oscillation output can be obtained.
[0066]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect.
[0067]
For example, a phase locked loop may be configured for the voltage controlled oscillator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit structure of a voltage controlled oscillator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of the voltage controlled oscillator of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a circuit structure of a voltage control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a circuit structure of a voltage controlled oscillator according to a third embodiment of the present invention.
5 is a block diagram showing a configuration of the voltage controlled oscillator of FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a circuit structure of a voltage controlled oscillator according to a fourth embodiment of the present invention.
7 is a block diagram showing a configuration of the voltage controlled oscillator of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a high-frequency communication device using the voltage controlled oscillator of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a circuit structure of a voltage controlled oscillator using a cascode-connected transistor according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Tuning circuit
2 Output circuit section
3 Oscillator circuit
4 Resonant circuit section
5 variable capacitance elements
10a-10d voltage controlled oscillator
6, 7, 7a, 7b, 9, 11, 12 Transmission line
13 Transmission line with open end
16 Capacitance element
18, 19 resistance
24 Bias supply terminal to base terminal of first transistor
25 Bias supply terminal for control of variable capacitance element
26 Bias supply terminal to collector terminal of second transistor
27 Output terminal of output circuit
28 Bias supply terminal to base terminal of second transistor
29 first transistor
30 Second transistor
45a, 45b variable capacitance elements
50 Modulation signal source
51, 59 mixer
52,60 local oscillator
53,58 Bandpass filter
54 Power Amplifier
55, 56 Antenna
57 Low noise amplifier
62 high frequency radio waves
70a transmitter
70b receiver

Claims (9)

発振回路部と、
前記発振回路部の入出力端子間に接続された周波数を変更可能な同調回路部と、
前記発振回路部と前記同調回路部とから、発振の帰還ループを形成する電圧制御発振回路であって、
前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、
前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース又はゲート端子に接続され、
前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ又はドレイン端子に接続され、
前記第１のトランジスタ又は前記第２のトランジスタの接地端子部に、先端開放の伝送線路を設けた
ことを特徴とする電圧制御発振器。An oscillation circuit section;
A tuning circuit unit capable of changing a frequency connected between input and output terminals of the oscillation circuit unit ;
A voltage-controlled oscillation circuit that forms an oscillation feedback loop from the oscillation circuit unit and the tuning circuit unit ,
The oscillation circuit unit includes a cascode in which a collector or a drain of a first transistor having an emitter or a source as a ground terminal and an emitter or a source of a second transistor whose base or gate terminal is grounded in an AC manner are cascode-connected. Type transistor,
An input terminal of the oscillation circuit unit is connected to a base or gate terminal of the first transistor,
An output terminal of the oscillation circuit unit is connected to a collector or drain terminal of the second transistor,
An open-ended transmission line is provided at a ground terminal portion of the first transistor or the second transistor. 発振回路部と、
周波数を変更可能な同調回路部とを備え、
前記発振回路部の入力端子及び、出力端子に前記同調回路部が縦続接続された電圧制御発振器であって、
前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、
前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース端子又はゲート端子に接続され、
前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ端子又はドレイン端子に接続され、
前記第１のトランジスタ又は前記第２のトランジスタの接地端子部に、先端開放の伝送線路を設けたことを特徴とする、電圧制御発振器。An oscillation circuit section;
It has a tuning circuit that can change the frequency,
A voltage controlled oscillator in which the tuning circuit unit is cascade-connected to an input terminal and an output terminal of the oscillation circuit unit,
The oscillation circuit unit includes a cascode in which a collector or a drain of a first transistor having an emitter or a source as a ground terminal and an emitter or a source of a second transistor whose base or gate terminal is grounded in an AC manner are cascode-connected. Type transistor,
An input terminal of the oscillation circuit unit is connected to a base terminal or a gate terminal of the first transistor,
An output terminal of the oscillation circuit unit is connected to a collector terminal or a drain terminal of the second transistor,
A voltage-controlled oscillator comprising a transmission line having an open end at a ground terminal portion of the first transistor or the second transistor. 発振回路部と、
前記発振回路の入出力端子間に接続される共振回路部と、
前記発振回路駆動用の電圧供給回路と、
を備え、前記発振回路部と前記共振回路部とから、発振の帰還ループを形成する電圧制御発振器であって、
前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、
前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース端子又はゲート端子に接続され、
前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ端子又はドレイン端子に接続され、
前記電圧供給回路は、前記発振回路部の第２のトランジスタのベース又はゲート端子の直流電位を個別に変更できるように構成され、前記直流電位により発振周波数を制御することを特徴とする電圧制御発振器。An oscillation circuit section;
A resonant circuit connected between the input and output terminals of the oscillation circuit ;
A voltage supply circuit for driving the oscillation circuit;
A voltage-controlled oscillator that forms an oscillation feedback loop from the oscillation circuit section and the resonance circuit section,
The oscillation circuit unit includes a cascode in which a collector or a drain of a first transistor having an emitter or a source as a ground terminal and an emitter or a source of a second transistor whose base or gate terminal is grounded in an AC manner are cascode-connected. Type transistor,
An input terminal of the oscillation circuit unit is connected to a base terminal or a gate terminal of the first transistor,
An output terminal of the oscillation circuit unit is connected to a collector terminal or a drain terminal of the second transistor,
The voltage supply circuit is configured to be able to individually change the DC potential of the base or gate terminal of the second transistor of the oscillation circuit unit, and controls the oscillation frequency by the DC potential. . 発振回路部と、
共振回路部と、
電圧供給回路とを備え、
前記発振回路部の入力側又は、出力側に前記共振回路部を縦続接続した電圧制御発振器であって、
前記発振回路部は、エミッタ又はソースを接地端子とする第１のトランジスタのコレクタ又はドレインと、ベース又はゲート端子が交流的に接地された第２のトランジスタのエミッタ又はソースがカスコード接続された、カスコード型トランジスタを備え、
前記発振回路部の入力端子は、前記第１のトランジスタのベース端子又はゲート端子に接続され、
前記発振回路部の出力端子は、前記第２のトランジスタのコレクタ端子又はドレイン端子に接続され、
前記電圧供給回路は、前記発振回路部の第２のトランジスタのベース又はゲート端子の直流電位を個別に変更できるように構成され、前記直流電位により発振周波数を制御することを特徴とする電圧制御発振器。An oscillation circuit section;
A resonant circuit,
A voltage supply circuit,
A voltage-controlled oscillator in which the resonance circuit unit is cascade-connected to the input side or the output side of the oscillation circuit unit,
The oscillation circuit unit includes a cascode in which a collector or a drain of a first transistor having an emitter or a source as a ground terminal and an emitter or a source of a second transistor whose base or gate terminal is grounded in an AC manner are cascode-connected. Type transistor,
An input terminal of the oscillation circuit unit is connected to a base terminal or a gate terminal of the first transistor,
An output terminal of the oscillation circuit unit is connected to a collector terminal or a drain terminal of the second transistor,
The voltage supply circuit is configured to be able to individually change the DC potential of the base or gate terminal of the second transistor of the oscillation circuit unit, and controls the oscillation frequency by the DC potential. . 前記第１のトランジスタ又は前記第２のトランジスタの接地端子部に、先端開放の伝送線路を設けたことを特徴とする、請求項３又は４に記載の電圧制御発振器。  5. The voltage controlled oscillator according to claim 3, wherein a transmission line having an open end is provided at a ground terminal portion of the first transistor or the second transistor. 同調回路部又は発振回路部に接続された、ｎ次高調波（ｎは整数）発生回路又はバッファ増幅回路の少なくとも１つからなる出力回路部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５いずれか１つに記載の電圧制御発振器。  6. An output circuit unit comprising at least one of an nth-order harmonic (n is an integer) generation circuit or a buffer amplifier circuit connected to the tuning circuit unit or the oscillation circuit unit. The voltage controlled oscillator according to any one of the above. 前記第１又は第２のトランジスタの少なくとも一方は、へテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１〜６いずれか１つに記載の電圧制御発振器。  7. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein at least one of the first and second transistors is a heterojunction bipolar transistor. 前記電圧制御発振器は、構成回路を少なくとも部分的に化合物半導体基板上に集積したことを特徴とする請求項１〜７いずれか１つに記載の電圧制御発振器。  The voltage controlled oscillator according to any one of claims 1 to 7, wherein the voltage controlled oscillator is configured such that a constituent circuit is at least partially integrated on a compound semiconductor substrate. 請求項１〜８いずれか１つに記載の電圧制御発振器を有する高周波通信装置。  A high frequency communication apparatus comprising the voltage controlled oscillator according to claim 1.
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