专利名称：Fm信号振荡电路和调制电平修正方法
技术领域：
本发明涉及用在谐振电路中使用变容二极管的压控振荡器进行FM调制信号振荡的FM信号振荡电路，特别是涉及对FM调制电平进行修正的调制电平修正方法。
以往，在这种FM信号振荡电路中，采用给压控振荡器加上控制电压，设定压控振荡器的振荡频率，用调制信号使该控制电压微小变化的办法，进行FM调制。这时，在使控制电压变化以使振荡频率变化的情况下，出于电波管理方面等的限制，FM调制时的调制度必须作成为不随着振荡频率变动。
图7的电路图示出了现有的FM信号振荡电路的构成例。本例是在谐振电路中使用变容二极管的压控振荡器，是进行FM调制情况的一个例子。FM信号振荡电路，由驱动器电路1、谐振电路2和向谐振电路2输入控制电压Vc和调制信号Vm的电阻8、9构成。
在这里，谐振电路具有变容二极管21、电容器22、电感器23、电容器24与电阻25的并联电路构成LC谐振电路。另外，驱动器电路1和谐振电路2构成压控振荡器。
当通过电阻8把从频率控制电路输入进来的控制电压Vc加到变容二极管21的阴极上时，与控制电压Vc的电压值相对应地设定变容二极管21的电容，决定谐振电路2的谐振频率。借助于此，决定用驱动器电路1和谐振电路2构成的压控振荡器的振荡频率fo，从振荡输出端子6输出振荡信号。
这时，由于当给变容二极管21的阳极一侧加上输入端子输入的调制信号Vm时，谐振电路2的谐振频率因该变容二极管21的电容与该调制信号Vm相对应地微小地进行变化，故振荡信号以上述振荡频率为中心进行变化，变成为已进行了所谓FM调制的信号。
在上述现有例中，采用使用使在谐振电路51中使用的变容二极管21的结面变成为超突变结的变容二极管的办法，设定为使得即便是使控制电压Vc变化，压控振荡器的变换灵敏度也不改变。为此，要作成为使得即便是借助于使控制电压Vc变化而使谐振频率fo变化，FM调制时的调制度也不会变化。
图8的特性图模式性地示出了在上述谐振电路中使用的变容二极管21的结面变成为缓变结、超突变结的情况下的振荡频率对控制电压Vc的关系。如该图所示，由于可以采用使用结面变成为超突变结的变容二极管21的办法，使振荡频率fo对控制电压Vc的关系变成为线性关系，故即便是振荡频率因使控制电压Vc变化而变化，也可以设定为使得FM调制时的调制度不变。另外，如果使用缓变结、突变结的变容二极管21，由于振荡频率fo对控制电压Vc的关系将变成为非线性，故当用使控制电压Vc变化的办法使振荡频率变化时，FM调制时的调制度就会变化。
但是，当把使用在上边所说的谐振电路中使用的变容二极管21的FM信号振荡电路作成为集成电路的情况下，若使用一般的集成电路制造工艺的话，在集成电路上边制作的二极管中，只能制作从缓变结到突变结范围的二极管。因此，作为在集成电路上边制作的变容二极管21要想制作成超突变结的二极管，仅仅用通常的集成电路制作工艺是不可能的，要制造就必须追加更多的制造工艺，于是存在着集成电路的制造费用因上述制造工艺的增加量而变得比较高的缺点。
本发明就是为解决上边所说的那样的课题而发明的，其目的在于提供作成为使得即便是在谐振电路中使用缓变结或突变结的变容二极管，FM调制时的调制度也不会因振荡频率而变化，因而仅仅用通常的集成电路制造工艺就可以使电路集成化的低价格的FM信号振荡电路和调制电平修正方法。
为实现上述目的，第1方面的发明的特征在于采用在构成要素中具有可以借助于所施加的控制电压设置电容的变容二极管的办法，具备谐振频率可变的谐振电路、驱动上述谐振电路的驱动器电路和根据上述谐振电路的谐振频率变化特性进行变化的调制信号修正电路，采用用上述调制信号修正电路给上述变容二极管同时加上相当于调制信号的信号和相当于上述控制电压的信号的办法，借助于上述驱动器电路产生FM调制信号振荡。
第2方面的发明的上述调制信号修正电路的特征在于使上述调制信号的电平与上述变容二极管的两端电压对应地进行变化。
第3方面的发明的上述调制信号修正电路的特征在于使上述调制信号的电平与上述控制电压对应地进行变化。
第4方面的发明的上述调制信号修正电路的特征在于具有借助于上述控制电压使放大增益变化的增益可变放大器，借助于上述增益可变放大器设定上述调制信号的电平。
第5方面的发明的特征在于在用上述驱动器电路和上述谐振电路构成差动压控振荡器的情况下，上述调制信号修正电路具有对相当于加在上述谐振电路内的2个变容二极管的共通的阴极上的上述控制电压的信号和相当于各个变容二极管的阳极电压的信号进行比较得到两电压的差分电压的比较器，和与从上述比较器得到的差分电压对应地使放大增益变化的增益可变放大器，并用上述增益可变放大器设定上述调制信号的电平。
第6方面的发明的特征在于上述变容二极管作为其结面具有缓变结或突变结。
第7发明的发明的上述FM信号振荡电路的特征在于是半导体集成电路。
第8方面的发明的特征在于在以控制信号设定的频率为中心频率，用具有可变电容的振荡电路，产生与另外输入进来的调制信号对应的FM调制信号振荡的FM信号振荡方法中，具备放大上述控制信号的步骤；用与上述已放大的控制信号对应地设定的增益放大上述调制信号的步骤；把上述被放大的调制信号重叠到上述控制信号上的步骤；使得对上述调制信号的上述振荡电路中的振荡频率的调制增益变成为大致上恒定那样地，把将上述放大后的调制信号重叠到上述调制信号上得到的电压加到上述可变电容上，使上述振荡电路的谐振频率变化的步骤。
第9方面的发明的特征在于在以控制信号设定的频率为中心频率，用具有可变电容的振荡电路，产生与另外输入进来的调制信号对应的FM调制信号振荡的FM信号振荡方法中，具备放大上述控制信号的步骤；用与上述已放大的控制信号对应地设定的增益放大上述调制信号的步骤；使得对上述调制信号的上述振荡电路中的振荡频率的调制增益变成为大致上恒定那样地，把将上述放大后的调制信号重叠到上述调制信号上得到的电压加到上述可变电容上，使上述振荡电路的谐振频率变化的步骤。
第10方面的发明的特征在于在以控制信号设定的频率为中心频率，用具有可变电容的振荡电路，产生与另外输入进来的调制信号对应的FM调制信号振荡的FM信号振荡方法中，具备以上述控制信号为比较对象，抽出与上述可变电容端子间的电压对应的电压的步骤；用与上述所抽出的上述可变电容的端子间电压对应的设定的增益放大上述调制信号的步骤；使得对上述调制信号的上述振荡电路中的振荡频率的调制增益变成为大致上恒定那样地，把已把上述放大后的调制信号重叠到上述控制信号上得到的电压加到上述可变电容上，使上述振荡电路的谐振频率变化的步骤。
本发明检测由驱动器电路和谐振电路构成的FM信号振荡电路的变容二极管的两端电压(简称为控制电压)，采用与该电压值对应起来，根据谐振电路的谐振频率变化特性把调制信号电平设定为规定的电平的办法，作成为使得即便是使用缓变结或突变结的变容二极管，在用振荡频率进行FM调制时的调制度也不会变化。
图1的电路图示出了本发明的FM信号振荡电路的实施形态1的构成。
图2的特性图用来说明图1所示的调制信号谐振电路的修正动作的原理。
图3的电路图示出了图1所示的运放的详细构成例。
图4的电路图示出了图1所示的可变增益放大器的详细构成例。
图5的电路图示出了本发明的FM信号振荡电路的实施形态2的构成。
图6的电路图示出了本发明的FM信号振荡电路的实施形态3的构成。
图7的电路图示出了现有的FM信号振荡电路的构成例。
图8示出了振荡频率对因变容二极管的结面的构造产生的控制电压的变化特性的不同。
以下，根据
本发明的实施形态。图1的电路图示出了本发明的FM信号振荡电路的实施形态1的构成。但是，那些与现有例同样的部分则赋予同一标号进行说明。
FM信号振荡电路具有驱动器电路1和谐振电路2和调制信号修正电路3；输入设定振荡频率fo的控制电压Vc的频率控制输入端子4；输入调制信号Vm的输入端子5；中心频率为fo的FM调制信号的振荡输出端子6。
在这里，谐振电路2由变容二极管21、电容器22和电感器23构成。调制信号修正电路3由运放31、可变增益放大器32、加法器33和电阻34构成。另外，本例的变容二极管21，其结面例如变成为缓变结，是一种可以用一般的集成电路制造工艺在半导体集成电路上边容易制造的构造。
其次，参看图2对本实施形态的动作进行说明。由频率控制输入端子4输入进来的控制电压Vc被运放31放大后输入至可变增益放大器32的控制端子，设定可变增益放大器32的放大增益。从输入端子5输入进来的调制信号Vm，以上述所设定的增益被可变增益放大器32放大后变成为Vmc，该Vmc被输入至加法器33。
加法器33对从可变增益放大器32输出的调制信号Vmc和频率控制输入端子4输入的控制电压Vc进行加法运算，把调制信号Vmc叠加到控制电压Vc上，通过电阻34把它加到谐振电路2的变容二极管21的阴极一侧。
借助于此，变容二极管21以由控制电压Vc决定的电容为中心，根据上述调制信号Vmc进行微小电容变化。借助于此，由驱动器电路1和谐振电路2得到振荡信号，变成为以由上述控制电压Vc决定的频率fo为中心，跟随着上述调制信号Vmc变化的FM调制信号，从振荡输出端子6输出。这时，由于FM调制信号的调制度由上述调制信号Vmc的电平决定，故结果变成为由可变增益放大器32的增益，就是说由控制电压Vc进行控制。
在这里，在变容二极管21具有缓变结的情况下，如果象以往那样什么也不作，则可知由频率控制输入端子4输入的控制电压Vc，与由驱动器电路1和谐振电路2构成的压控振荡器的振荡频率fo之间的关系，大体上具有例如图2的(a)所示那样的特性。为此，振荡频率fo对控制电压Vc的变化的变化量(dfo/dVc)，对于控制电压Vc变成为图2的(b)那样。
于是，在使从输入端子5输入进来的调制信号Vm通过具有图2的(c)那样的增益特性的可变增益放大器32后，用加法器33与控制电压Vc进行加法运算后加到变容二极管21上。借助于此，如图2的(d)所示，起因于控制电压Vc的变化，对调制信号Vm的变换增益(dfo/dVm)，就是说对FM调制度，将变成为大致上恒定。换句话说，采用使得FM调制度变成为恒定而与控制电压Vc的变化无关(与振荡频率fo无关)那样地，根据控制电压Vc设定可变增益放大器32的增益的办法，进行设定调制信号Vmc的电平的控制。
不言而喻，归因于所使用的变容二极管21的倾斜系数的值或驱动器电路1的特性等，人们认为控制电压Vc与压控振荡器(由驱动器电路1和谐振电路2构成)的振荡频率fo的关系，如图2的(a)所示，会某种程度地变化，但这种变化，只要对可变增益放大器32的增益控制特性进行调整，使得对调制信号Vm的变换增益与其关系的变化相吻合地变成为大致上恒定即可。
图3的电路图示出了图1所示的运放31的详细构成例。晶体管T1、T2形成差分放大级。从输入端子61(在该情况下，输入端子62接地)输入的控制电压Vc被差分放大级放大。这时，在晶体管T1、T3中流动的电流，由于晶体管T3、T4形成电流镜(current mirror)电路，故变成为在晶体管T4中流动的电流。此外，在晶体管T5、T6中流动的电流，由于晶体管T5、T6形成电流镜电路，故变成为在晶体管T6、T7中流动的电流，此外，由于晶体管T7、T8形成电流镜电路，故变成为在晶体管T8中流动的电流。借助于此，与在晶体管T4和T8中流动的电流的差分对应的电流，从输出端子63输出。
另外，运放31的构成虽然与后边要讲(参看图6的实施形态3)的比较器39的构成是一样的，但是，在比较器39的情况下，结果变成为向输入端子61输入控制电压，向输入端子62输入来自电阻37、38的电压，结果变成为可以得到两电压的差分。
图4的电路图示出了图1所示的可变增益放大器32的详细构成例。晶体管T9、T10形成放大级，晶体管T13、T14在形成电流源的同时还形成电流镜电路。从输入端子5输入进来的调制信号Vm被晶体管T13、T14放大，其放大电流在晶体管T11中流动。由于晶体管T11和晶体管T12形成电流镜电路，故上述放大电流在晶体管T12中流动，在晶体管T12的发射极一侧变成为Vmc后输出。
另一方面，当从控制端子63输入由上边所说的运放31输出的控制电压时，由于在晶体管T14中流动的电流归因于该控制电压而变化，故在晶体管T13中流动的电流发生变化。就是说，由于连接到由晶体管T1、T2形成的放大级上的电流源的电流发生变化，故放大级的放大增益变化，因而实现可变增益放大。
倘采用本实施形态，即便是对于振荡频率fo对在谐振电路2中使用缓变结的变容二极管21的情况下的控制电压Vc的非线性的关系，采用借助于控制电压使由可变增益放大器32得到的调制信号Vm的放大增益变化的办法，就可以进行使对振荡频率fo的变化的FM调制变成为总是恒定的修正。
借助于此，即便是在使用缓变结变容二极管的情况下，在借助于使控制电压Vc变化而使振荡频率fo变化的情况下，不论是在什么频率下，也可以使FM调制变成为同一。为此，即便是把在谐振电路2中使用变容二极管21的FM信号振荡电路作成为集成电路的情况下，也可以把用一般的集成电路的制造工艺在集成电路上边制作的二极管用做变容二极管21，所以即便是借助于使控制电压Vc变化而使振荡频率fo变化，也可以用集成电路用低价格实现FM调制时的调制度不变化的FM信号振荡电路而无须追加另外的制造工艺。
图5的电路图示出了本发明的FM信号振荡电路的实施形态2的构成。本例的FM信号振荡电路也由驱动器电路1、谐振电路2和调制信号修正电路3构成，该构成大体上与图1所示的实施形态1是一样的。
不同之处在于通过电阻35把通过了可变增益放大器32的调制信号Vm输入到谐振电路2的缓变结变容二极管21的阳极一侧，另一方面，通过电阻36把控制电压Vc加到变容二极管21的阴极一侧，省略了加法器。
由于借助于这样的构成，把已把调制信号Vm重叠到控制电压Vc上的电压加到变容二极管21上，故就算是不使用加法器，也具有与实施形态1同样的作用、效果。
另外，向本例的谐振电路2的变容二极管21的阳极一侧与接地电位之间，插入电阻24和电容器25的并联电路，使得把上边所说的调制信号Vmc加到变容二极管21上。
图6的电路图示出了本发明的FM信号振荡电路的实施形态的构成。本例的FM信号振荡电路，由驱动器电路1、谐振电路2、调制信号修正电路3和电流供给电路7构成，驱动器电路1和谐振电路2构成差动电压控制振荡器。
在这里，驱动器电路1由晶体管11、12和电阻13构成。谐振电路2由把阴极共通地连接起来的2个缓变结的变容二极管21和电感器23构成。调制信号修正电路3，由比较器39、可变增益放大器32和2个缓变结变容二极管21的中点电压取出用电阻37、38构成。
其次，对本实施形态的动作进行说明。由频率控制输入端子4输入的控制电压Vc输入到比较器39的一方的输入端子(+)。同时，该输入控制电压Vc还加到谐振电路2的变容二极管21的共通阴极上。各个变容二极管21的阳极的电压与通过电阻R3、R4输入到比较器39的另一方输入端子(-)上并与上述控制电压Vc比较，其差分电压(相当于变容二极管21的端子间电压)被输入至可变增益放大器32的控制端子，设定该可变增益放大器32的放大增益。
另一方面，从输入端子5输入进来的调制信号Vm，用可变增益放大器32用上述所设定的增益放大后变成为调制信号Vmc，该调制信号Vmc被输入至驱动器电路1的振荡晶体管11、12的公共发射极。
借助于此，给变容二极管21加上已把调制信号Vmc重叠到上述控制电压Vc上的电压，在根据上述控制电压Vc设定其电容的同时，借助于上述调制信号Vmc使上述电容微小地变化。为此，驱动器电路1的振荡晶体管11、12进行中心频率为fo的FM调制信号振荡，其振荡输出(差动输出)从连接到晶体管11、12的集电极上的输出端子41、42取出至外部。这时，从电流供给电路7的加上基准电压的电流源71、72，通过谐振电路2向驱动器电路1供给动作电流。在该情况下，由于FM调制信号的调制度也由上述调制信号Vmc的电平决定，故结果变成为由可变增益放大器32的增益、就是说由控制电压Vc控制。
倘采用本实施形态，在使控制电压Vc与通过可变增益放大器32的调制信号Vmc进行加法运算后加到变容二极管21上这一点，与图1所示的实施形态1是一样的，即便是在谐振电路3中使用可以用一般的集成电路的制造工艺制作的缓变结变容二极管21，借助于使控制电压Vc变化使振荡频率fo变化，也可以使由调制信号Vmc实施的FM调制时的调制度大体上变成为恒定，具有与实施形态1同样的效果。
另外，在上述实施形态中，虽然说明的是作为变容二极管21具有缓变结的情况，但是即便是使用具有突变结的变容二极管，借助于使用同样的构成的调制信号修正电路，也可以得到同样的效果。
此外，本发明的并不受限于上述实施形态，在不偏离其要旨的范围内，在具体的构成、功能、作用和效果方面，也可以用其它的种种的形态实施。
如以上详细说明的那样，倘采用本发明，作成为使得即便是在谐振电路中使用缓变结或突变结的变容二极管，在借助于振荡频率使FM调制时的调制度不变化，就可以仅仅用通常的集成电路的制造工艺使电路集成化，可以容易且低价格地制造集成化的FM信号振荡电路。
权利要求
1.一种FM信号振荡电路，具备采用在构成要素中具有可以借助于所施加的控制电压设置电容的变容二极管的办法使谐振频率可变的谐振电路；驱动上述谐振电路的驱动器电路；根据上述谐振电路的谐振频率变化特性使调制信号的电平进行变化的调制信号修正电路，其特征是采用用上述调制信号修正电路给上述变容二极管同时加上相当于调制信号的信号和相当于上述控制电压的信号的办法，借助于上述驱动器电路产生FM调制信号振荡。
2.权利要求1所述的FM信号振荡电路，其特征是上述调制信号修正电路使上述调制信号的电平与上述变容二极管的两端电压对应地进行变化。
3.权利要求1所述的FM信号振荡电路，其特征是上述调制信号修正电路使上述调制信号的电平与上述控制电压对应地进行变化。
4.权利要求3所述的FM信号振荡电路，其特征是上述调制信号修正电路具有借助于上述控制电压使放大增益变化的增益可变放大器，借助于上述增益可变放大器设定上述调制信号的电平。
5.权利要求1或2所述的FM信号振荡电路，其特征是在用上述驱动器电路和上述谐振电路构成差动压控振荡器的情况下，上述调制信号修正电路具有对相当于加在上述谐振电路内的2个变容二极管的共通的阴极上的上述控制电压的信号和相当于各个变容二极管的阳极(anode)电压的信号进行比较得到两电压的差分电压的比较器；和与从上述比较器得到的差分电压对应地使放大增益变化的增益可变放大器，用上述增益可变放大器设定上述调制信号的电平。
6.权利要求1所述的FM信号振荡电路，其特征是上述变容二极管作为其结面具有缓变结或突变结。
7.权利要求1所述的FM信号振荡电路，其特征是上述FM信号振荡电路是半导体集成电路。
8.一种以控制信号设定的频率为中心频率，用具有可变电容的振荡电路，产生与另外输入进来的调制信号对应的FM调制信号振荡的FM信号振荡方法，其特征是具备用与放大后的上述控制信号对应设置的增益放大上述调制信号的步骤；把上述被放大后的调制信号重叠到上述控制信号上的步骤；使得对上述调制信号的上述振荡电路中的振荡频率的调制增益变成为大致上恒定那样地，把将上述放大后的调制信号重叠到上述调制信号上得到的电压加到上述可变电容上，使上述振荡电路的谐振频率变化的步骤。
9.一种以控制信号设定的频率为中心频率，用具有可变电容的振荡电路，产生与另外输入进来的调制信号对应的FM调制信号振荡的FM信号振荡方法，其特征是具备用与上述放大后的上述控制信号对应设定的增益放大上述调制信号的步骤；使得对上述调制信号的上述振荡电路中的振荡频率的调制增益变成为大致上恒定那样地，把将上述放大后的调制信号重叠到上述调制信号上得到的电压加到上述可变电容上，使上述振荡电路的谐振频率变化的步骤。
10.一种以控制信号设定的频率为中心频率，用具有可变电容的振荡电路，产生与另外输入进来的调制信号对应的FM调制信号振荡的FM信号振荡方法，其特征是具备以上述控制信号为比较对象，抽出与上述可变电容端子间的电压对应的电压的步骤；用与上述所抽出的上述可变电容的端子间电压对应设定的增益放大上述调制信号的步骤；使得对上述调制信号的上述振荡电路中的振荡频率的调制增益变成为大致上恒定那样地，把上述放大后的调制信号供给上述振荡电路，使上述振荡电路的谐振频率变化的步骤。
全文摘要
在谐振电路中使用缓变结或突变结的变容二极管而FM调制时的调制度不会因振荡频率而变化,用通常的集成电路制造工艺就可以使电路集成化。使得FM调制时的调制度变成为恒定,用上述控制电压使增益变化的可变增益放大器放大调制信号,设定了调制信号的电平之后,重叠到上述控制电压上之后加到上述变容二极管上,就可以由驱动器电路得到恒定的FM调制信号而与上述控制电压无关。
文档编号H04L27/12GK1339872SQ01121849
公开日2002年3月13日 申请日期2001年6月29日 优先权日2000年6月30日
发明者永田稔 申请人:株式会社东芝