JP6206397B2 - 信号発生装置、及び、電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、キャパシターアレイを用いて発振周波数を調整することが可能な電圧制御発振器(VCO)、及び、そのような電圧制御発振器を用いて構成されるPLL(位相ロックドループ)回路を備えた信号発生装置に関する。さらに、本発明は、そのような電圧制御発振器又は信号発生装置を備えた電子機器等に関する。
無線通信を行う電子機器において、電圧制御発振器を用いて構成されるPLL回路を備えた信号発生装置が用いられている。電圧制御発振器の発振周波数は、使用される無線通信チャンネルの搬送周波数又はそれに対応した局部発振周波数と一致するように、PLL回路によって制御される。また、電圧制御発振器の制御電圧を変化させることによって、電圧制御発振器によって生成される発振信号に周波数変調をかけることができる。
しかしながら、電圧制御発振器の発振周波数は、プロセス変動や温度変動によってばらつくので、発振周波数の調整(キャリブレーション)が必要になる場合がある。発振周波数を調整するためには、例えば、キャパシターアレイに含まれている複数のキャパシターを、スイッチ用の複数のトランジスターを用いて、選択的に電圧制御発振器に接続することが行われている。
関連する技術として、特許文献1には、2つのノードの間に接続されたインダクターセクション及びバラクターセクションと、それらのノードの間に双方向に並列接続された2つのインバーターで構成されるネガティブGmセクションと、各々のノードに接続されたトリミングキャパシターアレイ及びバイアス回路とを備えた電圧制御発振器が開示されている。このバイアス回路は、キャパシターを切り離すトランジスターのドレインにバイアス電圧を与えることによって、寄生ダイオードがオンしないようにして、位相ノイズの増加を抑制することができる。ここで、バイアス電圧は、ネガティブGmセクションの増幅電圧よりも高くなるように設定される。
また、特許文献2には、チップ占有面積を低減すると共に、ディジタル制御発振器(DCO)の制御ゲインのばらつきを低減することを目的とする半導体集積回路が開示されている。このディジタル制御発振器は、発振トランジスターと共振回路とを含み、共振回路は、インダクタンスと周波数粗調整用可変容量アレーと周波数微調整用可変容量アレーとを含み、周波数粗調整用可変容量アレーは、所定ビット数の粗調整ディジタル制御信号によって制御される複数の粗調整容量ユニットセルを含み、周波数微調整用可変容量アレーは、所定ビット数の微調整ディジタル制御信号によって制御される複数の微調整容量ユニットセルを含み、粗調整容量ユニットセル及び微調整容量ユニットセルの容量値は、それぞれのバイナリウェイトに従って設定されている。
ところで、キャパシターアレイに含まれているキャパシターを選択的に電圧制御発振器に接続するトランジスターがオフ状態である場合に、ドレインと半導体基板又はウエルとの間の電圧が変化すると、ドレインと基準電位(交流的な接地電位)との間の寄生容量が変化するので、電圧制御発振器に付加される容量が変化してしまう。
電圧制御発振器に付加される容量が変化しても、PLL回路が動作していれば、容量変化を吸収するように制御電圧が変化して、電圧制御発振器の発振周波数が変化することはない。しかしながら、PLL回路の制御ループを切断してから、電圧制御発振器によって生成される発振信号に周波数変調をかける場合には、搬送周波数のドリフトが生じてしまう。
特開2006−60395号公報(要約書、段落0024) 特開2010−56856号公報(要約書、請求項1)
本発明の幾つかの観点によれば、キャパシターアレイを用いて発振周波数を調整することが可能な電圧制御発振器において、PLL回路の制御ループを切断してから発振信号に周波数変調をかける場合に、搬送周波数のドリフトを低減することが可能となる。
以上の課題を解決するため、本発明の第1の観点に係る電圧制御発振器は、第1のノードと第2のノードとの間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路と、第1のノードと第2のノードとの間に接続された少なくとも1つのインダクターと、第1のノードと第2のノードとの間に接続され、制御電圧に従って発振回路の発振周波数を制御する少なくとも一対の可変容量ダイオードと、第1のノードに接続された第1の端子を有する第1群のキャパシターと、第1群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続され、それぞれの制御信号に従ってオン又はオフする第1群のトランジスターと、第1群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第1群の抵抗と、第2のノードに接続された第1の端子を有する第2群のキャパシターと、第2群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続され、それぞれの制御信号に従ってオン又はオフする第2群のトランジスターと、第2群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第2群の抵抗とを具備する。
ここで、第1群のトランジスターのオン抵抗値の比と、対応する第1群のキャパシターの容量値の逆数の比とが略等しく、第2群のトランジスターのオン抵抗値の比と、対応する第2群のキャパシターの容量値の逆数の比とが略等しいようにしても良い。
また、本発明の第2の観点に係る電圧制御発振器は、第1のノードと第2のノードとの間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路と、第1のノードと第2のノードとの間に接続された少なくとも1つのインダクターと、第1のノードと第2のノードとの間に接続され、制御電圧に従って発振回路の発振周波数を制御する少なくとも一対の可変容量ダイオードと、第1のノードに接続された第1の端子を有する第1群のキャパシターと、第2のノードに接続された第1の端子を有する第2群のキャパシターと、第1群のキャパシターの第2の端子と第2群のキャパシターの第2の端子との間にそれぞれ接続され、それぞれの制御信号に従ってオン又はオフする複数のトランジスターと、第1群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続された第1群の抵抗と、第2群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続された第2群の抵抗とを具備する。
ここで、トランジスターのオン抵抗値の比と、対応する第1群のキャパシターの容量値の逆数の比と、対応する第2群のキャパシターの容量値の逆数の比とが略等しいようにしても良い。
本発明の第1の観点に係る信号発生装置は、本発明の第1の観点に係る電圧制御発振器と、電圧制御発振器によって生成される発振信号を分周して分周信号を出力する分周回路と、分周回路から出力される分周信号の少なくとも位相と基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、誤差信号生成回路によって生成される誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第1のフィルター回路と、第1のフィルター回路への誤差信号の供給をオン又はオフする第1のスイッチ回路と、変調信号にローパスフィルター処理を施すことにより、電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第2のフィルター回路と、第2のフィルター回路への変調信号の供給をオン又はオフする第2のスイッチ回路と、電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから、第1群及び第2群のキャパシターの容量値及び対応する第1群及び第2群の抵抗の抵抗値によってそれぞれ定まる時定数の最大値以上の期間が経過した後に、第1のスイッチ回路をオフさせて第2のスイッチ回路をオンさせる制御回路とを具備する。
あるいは、制御回路が、電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから、第1群及び第2群のトランジスターを一旦オンさせて第1群及び第2群のキャパシターの第2の端子の電荷を放電させ、第1群及び第2群のトランジスターの内の所定のトランジスターをオフさせて電圧制御発振器の発振周波数がロックされた後に、第1のスイッチ回路をオフさせて第2のスイッチ回路をオンさせるようにしても良い。その場合には、第1群及び第2群の抵抗を省略することができる。
また、本発明の第2の観点に係る信号発生装置は、本発明の第2の観点に係る電圧制御発振器と、電圧制御発振器によって生成される発振信号を分周して分周信号を出力する分周回路と、分周回路から出力される分周信号の少なくとも位相と基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、誤差信号生成回路によって生成される誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第1のフィルター回路と、第1のフィルター回路への誤差信号の供給をオン又はオフする第1のスイッチ回路と、変調信号にローパスフィルター処理を施すことにより、電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第2のフィルター回路と、第2のフィルター回路への変調信号の供給をオン又はオフする第2のスイッチ回路と、電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから、第1群及び第2群のキャパシターの容量値及び対応する第1群及び第2群の抵抗の抵抗値によってそれぞれ定まる時定数の最大値以上の期間が経過した後に、第1のスイッチ回路をオフさせて第2のスイッチ回路をオンさせる制御回路とを具備する。
さらに、本発明の1つの観点に係る電子機器は、上記いずれかの電圧制御発振器、又は、上記いずれかの信号発生装置を具備する。
本発明の第1の観点によれば、第1群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第1群の抵抗と、第2群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第2群の抵抗とを設けることにより、あるいは、電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから第1群及び第2群のトランジスターを一旦オンさせることにより、PLL回路の制御ループを切断してから発振信号に周波数変調をかける際に、搬送周波数のドリフトを従来よりも低減することが可能となる。
また、本発明の第2の観点によれば、第1群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続された第1群の抵抗と、第2群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続された第2群の抵抗とを設けることにより、複数のトランジスターがオン又はオフの動作を確実に行うことができると共に、PLL回路の制御ループを切断してから発振信号に周波数変調をかける際に、搬送周波数のドリフトを従来よりも低減することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る信号発生装置を用いた電子機器のブロック図。 図1に示すVCOの第1の構成例を示す回路図。 図2に示すキャパシターC13の両端電位の経時変化を示す図。 図1に示すVCOの第2の構成例を示す回路図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る信号発生装置を用いた電子機器の構成例を示すブロック図である。本発明は、無線通信を行う無線マウス、無線キーボード、パーソナルコンピューター等の電子機器に適用することが可能である。
図1に示す電子機器は、発振回路10と、PLL回路20と、ロック検出回路30と、制御回路40と、格納部50と、受信系の回路60〜68と、送信系の回路70〜73とを含んでいる。これらの回路は、半導体集積回路装置に内蔵されても良い。ここで、PLL回路20〜制御回路40、及び、送信系の回路70〜73は、基準信号に基づいて所望の周波数を有する送信信号を発生する信号発生装置を構成する。
発振回路10は、水晶振動子等を用いて発振動作を行うことにより、所定の周波数を有する基準信号を生成する。水晶振動子を用いる場合に、水晶振動子は、半導体集積回路装置の外部に設けられても良いし、半導体集積回路装置に内蔵されても良い。あるいは、発振回路10を省略して、半導体集積回路装置の外部から基準信号を供給するようにしても良い。
PLL回路20は、位相比較回路21と、チャージポンプ(CP)22と、スイッチ回路23と、ループフィルター(LF)24と、電圧制御発振器(VCO)25と、分周回路26とを含んでいる。
位相比較回路21及びチャージポンプ22は、分周回路26から出力される分周信号の少なくとも位相と発振回路10から出力される基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路を構成する。
位相比較回路21は、分周信号の位相と基準信号の位相とを比較することにより、両信号の位相の差に応じた誤差信号を出力しても良い。さらに、位相比較回路21は、分周信号の周波数と基準信号の周波数とを比較することにより、両信号の位相及び周波数の差に応じた誤差信号を出力しても良い。チャージポンプ22は、位相比較回路21から出力される誤差信号に基づいてチャージポンプ動作を行うことにより、誤差信号を電流に変換して出力する。
スイッチ回路23は、例えば、1つ又は複数のMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスター)によって構成され、制御回路40から出力される制御信号に従って、ループフィルター24への誤差信号の供給をオン又はオフする。なお、スイッチ回路23は、位相比較回路21とチャージポンプ22との間に設けられても良い。
ループフィルター24は、ローパス特性を有しており、チャージポンプ22から出力される電流を電圧に変換する。即ち、ループフィルター24は、誤差信号生成回路によって生成される誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、VCO25の発振周波数を制御するための制御電圧VCを生成する。
VCO25は、ループフィルター24によって生成される制御電圧VCが印加されたときに、制御電圧VCに従う発振周波数で発振動作を行うことによって、発振信号を生成する。分周回路26は、VCO25によって生成される発振信号を、制御回路40によって設定された分周比で分周して、分周信号を生成する。
このようにして、PLL回路20は、分周回路26によって分周された発振信号と基準信号とを比較して制御電圧VCを生成し、制御電圧VCを用いてVCO25の発振周波数を制御することによって、基準信号の周波数を逓倍した発振周波数を有する発振信号を生成する。
受信系の回路は、ローノイズアンプ(LNA)60と、ミキサー61〜63と、分周回路64と、位相シフト回路65と、2つのバンドパスフィルター(BPF)66と、2つのリミッター(LIM)67と、復調回路68とを含んでいる。
ローノイズアンプ60は、外部から送信される電波(無線信号)を受信したアンテナ(ANT)の出力電圧をローノイズで増幅することにより、受信信号を出力する。ミキサー61は、ローノイズアンプ60から出力される受信信号をPLL回路20から出力される発振信号(局部発振信号)と掛け合わせて受信信号をダウンコンバートし、中間周波数信号を出力する。
分周回路64は、PLL回路20から出力される局部発振信号を分周する。さらに、位相シフト回路65は、分周回路64の出力信号の位相を略90°だけ回転させる。ミキサー62は、ミキサー61から出力される中間周波数信号を位相シフト回路65の出力信号と掛け合わせて中間周波数信号をダウンコンバートし、I信号を出力する。一方、ミキサー63は、ミキサー61から出力される中間周波数信号を分周回路64の出力信号と掛け合わせて中間周波数信号をダウンコンバートし、Q信号を出力する。
I信号及びQ信号は、それぞれのバンドパスフィルター66及びリミッター67を通過することにより帯域制限及び波形整形が施されて、復調回路68に供給される。以下においては、図1に示す電子機器と外部との間の無線通信における変調方式として、GFSK(Gaussian filtered frequency shift keying)が用いられる場合について説明する。復調回路68は、供給されるI信号及びQ信号に対してGFSKに従う復調処理を施すことにより、I信号及びQ信号を復調して受信データを得る。
復調回路68によって得られた受信データは、制御回路40に出力される。制御回路40は、復調回路68から出力される受信データや、オペレーターの操作等に基づいて、図1に示す電子機器の各部を制御する。また、制御回路40は、送信データを送信系の回路に出力する。格納部50は、例えば、レジスター等によって構成され、制御回路40の制御の下で、VCO25のキャリブレーションに関する情報等を格納する。
送信系の回路は、パワーアンプ(PA)70と、ディジタル−アナログ変換回路(DAC)71と、スイッチ回路72と、ガウシアンフィルター73とを含んでいる。
DAC71は、制御回路40から出力される送信データにディジタル−アナログ変換処理を施すことにより、変調信号を生成する。スイッチ回路72は、例えば、1つ又は複数のMOSFETによって構成され、制御回路40から出力される制御信号に従って、ガウシアンフィルター73への変調信号の供給をオン又はオフする。ガウシアンフィルター73は、ガウシアン特性を有するローパスフィルターであり、変調信号を帯域制限することにより、搬送波を変調するための制御電圧(変調電圧)VMを生成する。
VCO25は、ガウシアンフィルター73によって生成される変調電圧VMが印加されたときに、変調電圧VMに従う発振周波数で発振動作を行うことによって、発振信号(搬送波)を変調する。パワーアンプ70は、VCO25によって変調された搬送波を電力増幅することにより、送信信号を生成してアンテナ(ANT)に供給する。これにより、アンテナから外部に電波(無線信号)が送信される。
次に、図1に示す電子機器の動作例について説明する。
電子機器が受信モードにおいて無線信号を受信する際、又は、送信モードにおいて無線信号を送信する際に、制御回路40は、スイッチ回路23をオンし、分周回路26に所定の分周比を設定して、PLL回路20を起動する。これにより、PLL回路20が発振信号を生成する。
受信モードにおいて、分周回路26における分周比をM:1に設定することにより、分周回路26が発振信号の周波数を1/Mに分周するので、基準信号の周波数をM倍に逓倍した発振信号(局部発振信号)が得られる。一方、送信モードにおいて、分周回路26における分周比をM:1に設定することにより、分周回路26が局部発振信号の周波数を1/Mに分周するので、基準信号の周波数をM倍に逓倍した発振信号(搬送波)が得られる。
さらに、送信モードにおいては、制御回路40が、VCO25の発振周波数がロックされた後に、スイッチ回路23をオフさせてスイッチ回路72をオンさせることにより、搬送波が変調される。このように、送信モードにおいて、PLL回路20をオープンループとしてから送信を行うことにより、クローズドループ動作を行うために必要な回路の電源電圧を落とすことができるので、消費電力が削減される。
図2は、図1に示すVCO25の第1の構成例を示す回路図である。図2に示すVCO25は、電流源CSと、PチャネルMOS電界効果トランジスターQP10及びQP20と、NチャネルMOS電界効果トランジスターQN10及びQN20とを含んでいる。これらは、ノードN1とノードN2との間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路を構成する。
また、VCO25は、ノードN1とノードN2との間に接続された少なくとも1つのインダクター(図2においては、2つのインダクターL1及びL2を示す)と、一対の可変容量ダイオード(バリキャップ又はバラクタダイオードともいう)D11及びD21と、もう一対の可変容量ダイオードD12及びD22とを含んでいる。
さらに、VCO25は、第1のキャパシターアレイを構成する第1群のキャパシターC11〜C13と、第1群のNチャネルMOS電界効果トランジスターQN11〜QN13と、第1群の抵抗R11〜R13と、第2のキャパシターアレイを構成する第2群のキャパシターC21〜C23と、第2群のNチャネルMOS電界効果トランジスターQN21〜QN23と、第2群の抵抗R21〜R23とを含んでいる。
電流源CSは、例えば、PチャネルMOS電界効果トランジスター又は抵抗によって構成され、電源電位VDDに接続された一端を有する。トランジスターQP10は、電流源CSの他端に接続されたソースと、ノードN1に接続されたドレインと、ノードN2に接続されたゲートとを有している。トランジスターQP20は、電流源CSの他端に接続されたソースと、ノードN2に接続されたドレインと、ノードN1に接続されたゲートとを有している。
トランジスターQN10は、ノードN1に接続されたドレインと、電源電位VSSに接続されたソースと、ノードN2に接続されたゲートとを有している。トランジスターQN20は、ノードN2に接続されたドレインと、電源電位VSSに接続されたソースと、ノードN1に接続されたゲートとを有している。なお、電源電位VDD及びVSSの内の一方を接地電位としても良い。
可変容量ダイオードD11は、ノードN1に接続されたアノードと、制御電圧VCが印加されるカソードとを有している。また、可変容量ダイオードD21は、ノードN2に接続されたアノードと、制御電圧VCが印加されるカソードとを有している。可変容量ダイオードD11及びD21は、制御電圧VCに従って発振回路の発振周波数を制御することにより、発振信号の周波数を設定する。
可変容量ダイオードD12は、ノードN1に接続されたアノードと、変調電圧VMが印加されるカソードとを有している。また、可変容量ダイオードD22は、ノードN2に接続されたアノードと、変調電圧VMが印加されるカソードとを有している。可変容量ダイオードD12及びD22は、変調電圧VMに従って発振回路の発振周波数を制御することにより、発振信号に周波数変調をかける。なお、変調電圧VMを制御電圧VCと共に可変容量ダイオードD11及びD21のカソードに印加することにより、可変容量ダイオードD12及びD22を省略しても良い。
第1のキャパシターアレイを構成する第1群のキャパシターC11〜C13は、ノードN1に接続された第1の端子を有している。第1群のトランジスターQN11〜QN13は、第1群のキャパシターC11〜C13の第2の端子にそれぞれ接続されたドレインと、交流的な接地電位である基準電位(図2においては電源電位VSS)に接続されたソースと、制御信号S11〜S13がそれぞれ供給されるゲートとを有している。トランジスターQN11〜QN13は、制御信号S11〜S13に従ってオン又はオフする。
また、第2のキャパシターアレイを構成する第2群のキャパシターC21〜C23は、ノードN2に接続された第1の端子を有している。第2群のトランジスターQN21〜QN23は、第2群のキャパシターC21〜C23の第2の端子にそれぞれ接続されたドレインと、基準電位(図2においては電源電位VSS)に接続されたソースと、制御信号S21〜S23がそれぞれ供給されるゲートとを有している。トランジスターQN21〜QN23は、制御信号S21〜S23に従ってオン又はオフする。
対応するトランジスターがオンすることによってノードN1又はN2と電源電位VSSとの間に接続されたキャパシターは、インダクターL1及びL2や可変容量ダイオードD11〜D22と共に共振回路を構成する。ノードN1又はN2と電源電位VSSとの間に接続されるキャパシターの数が少ない場合には、VCO25の発振周波数が高くなり、ノードN1又はN2と電源電位VSSとの間に接続されるキャパシターの数が多い場合には、VCO25の発振周波数が低くなる。
図2に示す構成例においては差動増幅型のVCOが用いられているので、第1群のキャパシターC11〜C13の容量値が、第2群のキャパシターC21〜C23の容量値とそれぞれ同一に設定されている。また、第1群のトランジスターQN11〜QN13は、第2群のトランジスターQN21〜QN23とそれぞれ同時にオン/オフするように制御される。
N個のキャパシターC11〜C13(C21〜C23)の容量値が互いに異なる場合には、制御回路40がトランジスターQN11〜QN13(QN21〜QN23)のオン/オフを制御することにより、2通りの発振周波数を実現することができる。従って、複数の無線通信チャンネルの搬送周波数に対応して、VCO25の発振周波数を補正するキャリブレーションを行うことが可能である。
例えば、図1に示す制御回路40は、無線通信に先立つキャリブレーションモードにおいて、無線通信において使用される複数の無線通信チャンネルについて、ノードN1又はN2と電源電位VSSとの間に接続されるキャパシターを変化させながらPLL回路20の制御ループ特性を測定することにより、VCO25の発振周波数を補正するためのキャパシターに関する情報を格納部50に格納しておく。
また、制御回路40は、実際に無線通信を行う受信モード又は送信モードにおいて、格納部50に格納されている情報を読み出して、その情報に基づいて制御信号S11〜S13及びS21〜S23を生成すると共に、VCO25を含むPLL回路20に電源電圧(VDD−VSS)を供給するように電源回路を制御する。
VCO25に電源電圧が供給されてキャパシターC11〜C13及びC21〜C23の第1の端子における電位が上昇した際に、トランジスターQN11〜QN13及びQN21〜QN23の内のいずれかがオフしていると、オフしているトランジスターのドレイン電位も上昇する。その後、ドレイン電位は下降するが、トランジスターのオフ抵抗は、例えば、10MΩ程度の非常に高い値であるので、トランジスターのオフ抵抗による放電のみでは、ドレイン電位が電源電位VSSに戻るまでに長い期間を要する。
一般に、Nチャネルトランジスターの場合には、N型のドレインとP型の半導体基板又はPウエルとの間に寄生容量(空乏層容量)が存在しており、空乏層容量の容量値は、PN接合に印加される電圧に依存して変化する(谷口研二、宇野重康、「絵から学ぶ半導体デバイス工学」、昭晃堂、P49参照)。なお、P型の半導体基板又はPウエルには、電源電位VSSが供給される。従って、オフしているトランジスターのドレイン電位が下降すると、ドレインと電源電位VSSとの間の寄生容量の値が増加する。
その際に、図1に示すスイッチ回路23がオンしていれば、PLL回路20における制御ループによってVCO25の発振周波数が制御されるので、VCO25の発振周波数はドリフトしない。ところが、送信モードにおいて、寄生容量の値が変化している間に、スイッチ回路23がオフしてPLL回路20における制御ループが切断されると、発振信号(搬送波)の周波数がドリフトしてしまう。
そこで、本実施形態においては、第1群のトランジスターQN11〜QN13にそれぞれ並列に接続された第1群の抵抗R11〜R13と、第2群のトランジスターQN21〜QN23にそれぞれ並列に接続された第2群の抵抗R21〜R23とが設けられている。抵抗R11〜R13及びR21〜R23の抵抗値は、キャパシターの第2の端子に蓄積された電荷を放電する際の時定数を小さくするために、トランジスターのオフ抵抗よりも十分小さい値、例えば100kΩ以下、望ましくは20kΩ以下とする。
図1に示す制御回路40は、VCO25に電源電圧が供給されてから、キャパシターC11〜C13及びC21〜C23の容量値、及び、対応する抵抗R11〜R13及びR21〜R23の抵抗値によってそれぞれ定まる時定数の最大値以上の期間が経過した後に、スイッチ回路23をオフさせてスイッチ回路72をオンさせる。
例えば、キャパシターC11、C12、・・・、C13の容量値の比を、1:2:4:8:・・・としても良い。その場合に、抵抗R11〜R13の抵抗値が同一であれば、キャパシターC13と抵抗R13とによって定まる時定数が最大値となる。従って、制御回路40は、VCO25に電源電圧が供給されてから、キャパシターC13と抵抗R13とによって定まる時定数以上の期間が経過した後に、スイッチ回路23をオフさせてスイッチ回路72をオンさせる。
また、第1群のトランジスターQN11、QN12、・・・、QN13のオン抵抗値の比と、対応するキャパシターC11、C12、・・・、C13の容量値の逆数の比とを略等しくしても良い。例えば、キャパシターC11、C12、・・・、C13の容量値の比が、1:2:4:8:・・・である場合に、トランジスターQN11、QN12、・・・、QN13のオン抵抗値の比を、1:1/2:1/4:1/8:・・・とする。
同様に、第2群のトランジスターQN21、QN21、・・・、QN23のオン抵抗値の比と、対応するキャパシターC21、C22、・・・、C23の容量値の逆数の比とを略等しくしても良い。例えば、キャパシターC21、C22、・・・、C23の容量値の比が、1:2:4:8:・・・である場合に、トランジスターQN21、QN22、・・・、QN23のオン抵抗値の比を、1:1/2:1/4:1/8:・・・とする。
その場合には、トランジスターの駆動能力を、キャパシターの容量値に合わせて設定することができる。トランジスターのオン抵抗値の設定は、例えば、ゲート長を一定にして、ゲート幅を変更することにより行われる。
図3は、図2に示すキャパシターC13の両端電位の経時変化を示す図である。図3(a)は、ノードN1(キャパシターC13の第1の端子)における直流電位の経時変化を示しており、図3(b)は、ノードN3(キャパシターC13の第2の端子)における直流電位の経時変化を示している。また、図3(b)において、破線は、抵抗R13が接続されていない場合を示し、実線は、抵抗R13が接続されている場合を示している。
時刻t0においてVCO25に電源電圧が供給されると、図3(a)に示すように、ノードN1の電位が上昇する。また、トランジスターQN13がオフしていると、図3(b)に示すように、ノードN3の電位も上昇する。図3(b)に破線で示すように、抵抗R13が接続されていない場合には、ノードN3の電位が電源電位VSSに戻るまでに長い期間を要する。一方、図3(b)に実線で示すように、抵抗R13が接続されている場合には、ノードN3の電位が電源電位VSSに戻るまでに要する期間が短縮される。
図1に示す制御回路40は、VCO25に電源電圧が供給されてから、キャパシターC13と抵抗R13とによって定まる時定数以上の期間が経過して、VCO25の発振周波数が所定の周波数の近くにロックされた時刻t1において、スイッチ回路23をオフさせる。時刻t1においては、ノードN3の電位が電源電位VSSに十分近付いているので、スイッチ回路23をオフさせても、VCO25における搬送周波数のドリフトは狭い範囲内に抑えられる。
あるいは、制御回路40は、VCO25に電源電圧が供給されてから、トランジスターQN11〜QN13及びQN21〜QN23を一旦オンさせて、キャパシターC11〜C13及びC21〜C23の第2の端子の電荷を放電させても良い。さらに、制御回路40は、トランジスターQN11〜QN13及びQN21〜QN23の内の所定のトランジスターをオフさせてVCO25の発振周波数がロックされた後に、スイッチ回路23をオフさせてスイッチ回路72をオンさせるようにしても良い。その場合には、図2に示す抵抗R11〜R13及びR21〜R23を省略することができる。
ここで、VCO25の発振周波数がロックされたか否かは、PLL回路20に電源電圧が供給されてから経過した時間に基づいて制御回路40が判断しても良いし、ロック検出回路30が判断しても良い。ロック検出回路30は、発振回路10から出力される基準信号と、PLL回路20から出力される分周信号とを比較することにより、それらの位相差に基づいて、PLL回路がロックしているか否かを検出する。例えば、ロック検出回路30は、基準信号と分周信号との位相差が所定の期間に亘って所定値以下である場合に、PLL回路20がロックしたことを検出する。
図4は、図1に示すVCO25の第2の構成例を示す回路図である。電流源CS及びトランジスターQP10、QP20、QN10、QN20によって構成される発振回路と、インダクターL1及びL2と、可変容量ダイオードD11〜D22とに関する接続は、図2に示す第1の構成例におけるのと同様である。なお、第2の構成例においては、電源電位VSSを接地電位としている。
さらに、VCO25は、第1のキャパシターアレイを構成する第1群のキャパシターC11〜C13と、第2のキャパシターアレイを構成する第2群のキャパシターC21〜C23と、複数のNチャネルMOS電界効果トランジスターQN1〜QN3と、第1群の抵抗R11〜R13と、第2群の抵抗R21〜R23とを含んでいる。
第1のキャパシターアレイを構成する第1群のキャパシターC11〜C13は、ノードN1に接続された第1の端子を有している。また、第2のキャパシターアレイを構成する第2群のキャパシターC21〜C23は、ノードN2に接続された第1の端子を有している。
複数のトランジスターQN1〜QN3は、第1群のキャパシターC11〜C13の第2の端子にそれぞれ接続されたドレイン又はソースと、第2群のキャパシターC21〜C23の第2の端子にそれぞれ接続されたソース又はドレインと、制御信号S1〜S3がそれぞれ供給されるゲートとを有している。トランジスターQN1〜QN3は、制御信号S1〜S3に従ってオン又はオフする。
対応するトランジスターがオンすることによってノードN1とノードN2との間に接続されたキャパシターは、インダクターL1及びL2や可変容量ダイオードD11〜D22と共に共振回路を構成する。ノードN1とノードN2との間に接続されるキャパシターの数が少ない場合には、VCO25の発振周波数が高くなり、ノードN1とノードN2との間に接続されるキャパシターの数が多い場合には、VCO25の発振周波数が低くなる。
図4に示す構成例においては差動増幅型のVCOが用いられているので、第1群のキャパシターC11〜C13の容量値が、第2群のキャパシターC21〜C23の容量値とそれぞれ同一に設定されている。
ここで、トランジスターQN1〜QN3のドレイン及びソースをフローティングとしておくと、オン又はオフの動作を確実に行うことができないおそれがある。そこで、本実施形態においては、第1群のキャパシターC11〜C13の第2の端子(トランジスターQN1〜QN3のドレイン又はソース)と基準電位(図4においては電源電位VSS)との間にそれぞれ接続された第1群の抵抗R11〜R13を設けている。
さらに、トランジスターQN1〜QN3の内のいずれかがオフしたときに、オフしたトランジスターにリーク電流が流れないように、好ましくは第1群の抵抗R11〜R13の抵抗値と同じ抵抗値をそれぞれ有する第2群の抵抗R21〜R23が、第2群のキャパシターC21〜C23の第2の端子(トランジスターQN1〜QN3のソース又はドレイン)と基準電位との間にそれぞれ接続されている。
抵抗R11〜R13及びR21〜R23の抵抗値は、キャパシターの第2の端子に蓄積された電荷を放電する際の時定数を小さくするために、例えば100kΩ以下、望ましくは20kΩ以下とする。
VCO25に電源電圧が供給されてキャパシターC11〜C13及びC21〜C23の第1の端子における電位が上昇した際に、トランジスターQN1〜QN3のドレイン電位及びソース電位も上昇する。その後、ドレイン電位及びソース電位は下降するが、それに伴って、ドレインと電源電位VSSとの間の寄生容量及びソースと電源電位VSSとの間の寄生容量の値が増加する。
その際に、図1に示すスイッチ回路23がオンしていれば、PLL回路20における制御ループによってVCO25の発振周波数が制御されるので、VCO25の発振周波数はドリフトしない。ところが、送信モードにおいて、寄生容量の値が変化している間に、図1に示すスイッチ回路23がオフしてPLL回路20における制御ループが切断されると、発振信号(搬送波)の周波数がドリフトしてしまう。
そこで、図1に示す制御回路40は、VCO25に電源電圧が供給されてから、キャパシターC11〜C13及びC21〜C23の容量値、及び、対応する抵抗R11〜R13及びR21〜R23の抵抗値によってそれぞれ定まる時定数の最大値以上の期間が経過した後に、スイッチ回路23をオフさせてスイッチ回路72をオンさせる。
例えば、キャパシターC11、C12、・・・、C13の容量値の比を、1:2:4:8:・・・としても良い。その場合に、抵抗R11〜R13の抵抗値が同一であれば、キャパシターC13と抵抗R13とによって定まる時定数が最大値となる。従って、制御回路40は、VCO25に電源電圧が供給されてから、キャパシターC13と抵抗R13とによって定まる時定数以上の期間が経過して、VCO25の発振周波数が所定の周波数の近くにロックされた後に、スイッチ回路23をオフさせてスイッチ回路72をオンさせる。
また、トランジスターQN1、QN2、・・・、QN3のオン抵抗値の比と、第1のキャパシターアレイにおいて対応する第1群のキャパシターC11、C12、・・・、C13の容量値の逆数の比と、第2のキャパシターアレイにおいて対応する第2群のキャパシターC21、C22、・・・、C23の容量値の逆数の比とを略等しくしても良い。
例えば、キャパシターC11、C12、・・・、C13の容量値の比、及び、キャパシターC21、C22、・・・、C23の容量値の比が、1:2:4:8:・・・である場合に、トランジスターQN1、QN2、・・・、QN3のオン抵抗値の比を、1:1/2:1/4:1/8:・・・とする。その場合には、トランジスターの駆動能力を、キャパシターの容量値に合わせて設定することができる。
以上の実施形態においては、MOSFETを用いる場合について説明したが、その他の電界効果トランジスターやバイポーラトランジスターを用いても良い。バイポーラトランジスターを用いる場合には、バイポーラトランジスターのベース、エミッター、コレクターが、電界効果トランジスターのゲート、ソース、ドレインに相当する。また、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、当該技術分野において通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
10…発振回路、20…PLL回路、21…位相比較回路、22…チャージポンプ、23…スイッチ回路、24…ループフィルター、25…VCO、26…分周回路、30…ロック検出回路、40…制御回路、50…格納部、60…ローノイズアンプ、61〜63…ミキサー、64…分周回路、65…位相シフト回路、66…バンドパスフィルター、67…リミッター、68…復調回路、70…パワーアンプ、71…DAC、72…スイッチ回路、73…ガウシアンフィルター、CS…電流源、QP10、QP20…PチャネルMOS電界効果トランジスター、QN1〜QN23…NチャネルMOS電界効果トランジスター、L1、L2…インダクター、D11〜D22…可変容量ダイオード、C11〜C23…キャパシター、R11〜R23…抵抗。

Claims (6)

  1. 第1のノードと第2のノードとの間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路と、前記第1のノードに接続された第1の端子を有する第1群のキャパシターと、前記第1群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続され、それぞれの制御信号に従ってオン又はオフする第1群のトランジスターと、前記第1群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第1群の抵抗と、前記第2のノードに接続された第1の端子を有する第2群のキャパシターと、前記第2群のキャパシターの第2の端子と前記基準電位との間にそれぞれ接続され、それぞれの制御信号に従ってオン又はオフする第2群のトランジスターと、前記第2群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第2群の抵抗とを含む電圧制御発振器と、
    前記電圧制御発振器によって生成される発振信号を分周して分周信号を出力する分周回路と、
    前記分周回路から出力される分周信号の少なくとも位相と基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
    前記誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、前記電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第1のフィルター回路と、
    前記第1のフィルター回路への前記誤差信号の供給をオン又はオフする第1のスイッチ回路と、
    変調信号にローパスフィルター処理を施すことにより、前記電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第2のフィルター回路と、
    前記第2のフィルター回路への変調信号の供給をオン又はオフする第2のスイッチ回路と、
    前記第1のスイッチ回路及び前記第2のスイッチ回路を制御する制御回路と、
    を具備し、
    前記制御回路は、前記電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから、前記第1群及び第2群のキャパシターの容量値及び対応する前記第1群及び第2群の抵抗の抵抗値によってそれぞれ定まる時定数の最大値以上の期間が経過した後に、前記第1のスイッチ回路をオフさせて前記第2のスイッチ回路をオンさせる、
    信号発生装置。
  2. 第1のノードと第2のノードとの間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路と、前記第1のノードに接続された第1の端子を有する第1群のキャパシターと、前記第1群のキャパシターの第2の端子と基準電位との間にそれぞれ接続され、それぞれの制御信号に従ってオン又はオフする第1群のトランジスターと、前記第1群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第1群の抵抗と、前記第2のノードに接続された第1の端子を有する第2群のキャパシターと、前記第2群のキャパシターの第2の端子と前記基準電位との間にそれぞれ接続され、それぞれの制御信号に従ってオン又はオフする第2群のトランジスターと、前記第2群のトランジスターにそれぞれ並列に接続された第2群の抵抗とを含む電圧制御発振器と、
    前記電圧制御発振器によって生成される発振信号を分周して分周信号を出力する分周回路と、
    前記分周回路から出力される分周信号の少なくとも位相と基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
    前記誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、前記電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第1のフィルター回路と、
    前記第1のフィルター回路への前記誤差信号の供給をオン又はオフする第1のスイッチ回路と、
    変調信号にローパスフィルター処理を施すことにより、前記電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成する第2のフィルター回路と、
    前記第2のフィルター回路への変調信号の供給をオン又はオフする第2のスイッチ回路と、
    前記第1のスイッチ回路及び前記第2のスイッチ回路を制御する制御回路と、
    を具備し、
    前記制御回路は、前記電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから、前記第1群及び第2群のトランジスターを一旦オンさせて前記第1群及び第2群のキャパシターの第2の端子の電荷を放電させ、前記第1群及び第2群のトランジスターの内の所定のトランジスターをオフさせて前記電圧制御発振器の発振周波数がロックされた後に、前記第1のスイッチ回路をオフさせて前記第2のスイッチ回路をオンさせる、
    信号発生装置。
  3. 第1のノードと第2のノードとの間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路と、
    前記第1のノードに接続された第1の端子を有する第1のキャパシターと、
    前記第1のキャパシターの第2の端子と基準電位との間に接続され、制御信号に従ってオン又はオフする第1のトランジスターと、
    前記第1のトランジスターと並列に接続された第1の抵抗と、
    前記第2のノードに接続された第1の端子を有する第2のキャパシターと、
    前記第2のキャパシターの第2の端子と前記基準電位との間に接続され、制御信号に従ってオン又はオフする第2のトランジスターと、
    前記第2のトランジスターと並列に接続された第2の抵抗と、
    を具備する電圧制御発振器と、
    前記電圧制御発振器によって生成される発振信号を分周して分周信号を出力する分周回路と、
    前記分周回路から出力される分周信号の少なくとも位相と基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
    前記誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、前記電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成するフィルター回路と、
    前記フィルター回路への前記誤差信号の供給をオン又はオフするスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路を制御する制御回路と、
    を含み、
    前記第1のキャパシターの容量値と前記第1の抵抗の抵抗値により定まる時定数を第1の時定数とし、前記第2のキャパシターの容量値と前記第2の抵抗の抵抗値により定まる時定数を第2の時定数とした場合に、前記制御回路は、前記第1の時定数と前記第2の時定数の最大値以上の期間が前記電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから経過した後に、前記スイッチ回路をオフさせる、
    信号発生装置。
  4. 第1のノードと第2のノードとの間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路と、
    前記第1のノードに接続された第1の端子を有する第1のキャパシターと、
    前記第2のノードに接続された第1の端子を有する第2のキャパシターと、
    前記第1のキャパシターの第2の端子と前記第2のキャパシターの第2の端子との間に接続され、制御信号に従ってオン又はオフするトランジスターと、
    前記第1のキャパシターの第2の端子と基準電位との間に接続された第1の抵抗と、
    前記第2のキャパシターの第2の端子と前記基準電位との間に接続された第2の抵抗と、
    を具備する電圧制御発振器と、
    前記電圧制御発振器によって生成される発振信号を分周して分周信号を出力する分周回路と、
    前記分周回路から出力される分周信号の少なくとも位相と基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
    前記誤差信号生成回路によって生成される前記誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、前記電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成するフィルター回路と、
    前記フィルター回路への前記誤差信号の供給をオン又はオフするスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路を制御する制御回路と、
    を含み、
    前記第1のキャパシターの容量値と前記第1の抵抗の抵抗値により定まる時定数を第1の時定数とし、前記第2のキャパシターの容量値と前記第2の抵抗の抵抗値により定まる時定数を第2の時定数とした場合に、前記制御回路は、前記第1の時定数と前記第2の時定数の最大値以上の期間が前記電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから経過した後に、前記スイッチ回路をオフさせる、
    信号発生装置。
  5. 第1のノードと第2のノードとの間に接続されるインダクタンス及び容量に応じた周波数で発振動作を行う発振回路と、
    前記第1のノードに接続された第1の端子を有する第1のキャパシターと、
    前記第1のキャパシターの第2の端子と基準電位との間に接続された第1の抵抗と、
    前記第1のキャパシターの第2の端子に接続されるソース端子又はドレイン端子を有するトランジスターと、
    を具備する電圧制御発振器と、
    前記電圧制御発振器によって生成される発振信号を分周して分周信号を出力する分周回路と、
    前記分周回路から出力される分周信号の少なくとも位相と基準信号の少なくとも位相とを比較することにより、それらの差に応じた誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
    前記誤差信号生成回路によって生成される前記誤差信号にローパスフィルター処理を施すことにより、前記電圧制御発振器の発振周波数を制御するための制御電圧を生成するフィルター回路と、
    前記フィルター回路への前記誤差信号の供給をオン又はオフするスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路を制御する制御回路と、
    を含み、
    前記第1のキャパシターの容量値と前記第1の抵抗の抵抗値により定まる時定数を第1の時定数とした場合に、前記制御回路は、前記電圧制御発振器に電源電圧が供給されてから前記第1の時定数以上の期間が経過した後に、前記スイッチ回路をオフさせる、
    信号発生装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項記載の信号発生装置を具備する電子機器。
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