(第1の実施形態)
 図1は、本発明の第1の実施形態に係る電圧� �御発振器101の構成例を示す図である。ただ� �、バイアス回路等は省略してある。図1にお� ��て、第1の実施形態の電圧制御発振器101は、 インダクタ回路110と、第1の可変容量回路120� �、第2の可変容量回路130と、第1の容量スイッ チ回路140と、第2の容量スイッチ回路150と、� �性抵抗回路160と、電流源170と、周波数感度� �御部180とを備える。インダクタ回路110、第1� ��可変容量回路120、第2の可変容量回路130、第 1の容量スイッチ回路140、第2の容量スイッチ� ��路150、及び負性抵抗回路160は、互いに並列� ��続されて発振回路を構成する。

 インダクタ回路110は、直列に接続された� ��ンダクタ111及び112で構成され、インダクタ1 11とインダクタ112との接続点には、電源電位V ddが供給される。負性抵抗回路160は、2つのト ランジスタ161及び162が互いにクロスカップリ ングされた構成である。このトランジスタ161 及び162は、MOSトランジスタ又はバイポーラト ランジスタが適している。

 第1の可変容量回路120は、直列に接続され た可変容量素子121及び122で構成され、可変容 量素子121と可変容量素子122との接続点Aには� �発振周波数をフィードバック制御するため� �制御電位Vtが印加される。第2の可変容量回� �130は、直列に接続された可変容量素子131及� �132で構成され、可変容量素子131と可変容量� �子132との接続点Bには、周波数感度制御部180� ��介して制御電位Vt又は制御信号Fsel1が印加さ れる。可変容量素子121、122、131、及び132は、 CMOSプロセスで用いられるゲート容量を利用� �た可変容量素子である。

 第1の容量スイッチ回路140は、MOSトランジ スタ143と、MOSトランジスタ143のドレイン及び ソースにそれぞれ接続される容量141及び142と で構成され、MOSトランジスタ143のゲートには 、制御信号Fsel2が印加される。第2の容量スイ ッチ回路150は、MOSトランジスタ153と、MOSトラ ンジスタ153のドレイン及びソースにそれぞれ 接続される容量151及び152とで構成され、MOSト ランジスタ153のゲートには、制御信号Fsel3が� ��加される。第1及び第2の容量スイッチ回路14 0及び150は、バンド切り替え回路を構成する� �

 次に、上記のように構成された第1の実施 形態に係る電圧制御発振器101における具体的 な動作の一例を、さらに図2A~図9Bを用いて説� ��する。

 まず、第1の可変容量回路120の接続点A及� �第2の可変容量回路130の接続点Bの両方に、制 御電位Vtが固定的に印加されている場合を考� ��る。この場合、電圧制御発振器101の周波数� ��変範囲は、第1の容量スイッチ回路140に印加 される制御信号Fsel2のハイレベル(論理値1)/ロ ーレベル(論理値0)と、第2の容量スイッチ回� �150に印加される制御信号Fsel3のハイレベル(� �理値1)/ローレベル(論理値0)との組み合わせ� �得られる、4つの周波数範囲a(論理値00)、b(論 理値01)、c(論理値10)、及びd(論理値11)に基づ� �て決定される(図2A)。このハイレベルとロー� ��ベルは、電源電圧(=Vdd)とグランド電圧(=0V)� �適している。

 しかし、この場合の電圧制御発振器101の周� ��数感度は、低い周波数範囲では感度が低く� ��高い周波数範囲で感度が高くなるという課� ��がある(図2B)。つまり、電圧制御発振器101の 発振周波数fは、インダクタ回路110のインダ� �タンス値L、可変容量回路120及び130による可� ��容量値Cv、容量スイッチ回路140及び150の容� �や負性抵抗回路160等で発生する寄生容量に� �る固定容量値Ccを用いて、次式で表される。
  f=1/(2π×√(L×(Cv+Cc)))
 ここで、インダクタンス値Lは、一定である 。また、固定容量値Ccは、4つの周波数範囲a~d で異なり、発振周波数が最も高い周波数範囲 aが最も小さく、発振周波数が最も低い周波� �範囲dが最も大きい。なお、可変容量値Cvは� �制御電位Vtが一定であれば周波数範囲a~dが変 化しても、全て同じ値となる。このため、上 式において、発振周波数fが最も低い周波数� �囲dでは、可変容量値Cv対全容量値Cc+Cvの容量 値比率Cv/(Cc+Cv)が最も小さくなって周波数感� �は低くなる。一方、発振周波数fが最も高い� ��波数範囲aでは、容量値比率Cv/(Cc+Cv)が最も� �きくなって周波数感度は高くなる。

 そこで、本発明では、周波数感度制御部1 80によって、第1及び第2の容量スイッチ回路14 0及び150で選択された周波数範囲が高い時に� �、第2の可変容量回路130の接続点Bに印加する 制御電位Vtを制御信号Fsel1に切り替える、す� �わち第2の可変容量回路130を固定容量回路と� ��て機能させることで、第2の可変容量回路130 をバンド切り替え回路として用いることを行 う。

 周波数感度制御部180は、制御信号Fsel2及� �Fsel3が共にローレベルとなる高い周波数範囲 aとなる場合に、第2の可変容量回路130の接続� ��Bに制御信号Fsel1を印加して、ハイレベルと� ��ーレベルとを切り替える。この制御により� ��高い周波数の可変範囲aが、上側周波数を基 準とする可変範囲ah(論理値000)と下側周波数� �基準とする可変範囲al(論理値001)との2つに分 離される(図3A)。これにより、高い周波数の� �変範囲aを狭くすることなく、周波数感度を� ��えることができる(図3B)。この実施例を実現 するための周波数感度制御部180の具体的な回 路例を、図4に示す。なお、図3A及び図4に記� �する“*”は、論理値が1又は0のいずれでも� �いことを示している。

 (第2の実施形態)
 図5は、本発明の第2の実施形態に係る電圧� �御発振器102の構成例を示す図である。ただ� �、バイアス回路等は省略してある。図5にお� ��て、第2の実施形態の電圧制御発振器102は、 上記第1の実施形態の電圧制御発振器101に、� �3の可変容量回路135を加えた構成である。

 第3の可変容量回路135は、直列に接続され た可変容量素子136及び137で構成され、可変容 量素子136と可変容量素子137との接続点Cには� �周波数感度制御部180を介して制御電位Vt又は 制御信号Fsel1が印加される。この第2の実施形 態では、周波数感度制御部180によって、第3� �可変容量回路135の接続点Cに制御電位Vt又は� �御信号Fsel1が印加されることで、第3の可変� �量回路135を可変容量回路としてだけではな� �、さらにバンド切り替え回路として用いる� �とを行う。

 周波数感度制御部180は、制御信号Fsel2及� �Fsel3が共にローレベルとなる高い周波数範囲 aとなる場合に、第2の可変容量回路130の接続� ��Bに制御信号Fsel1を印加して、ハイレベルと� ��ーレベルとを切り替える。この時、第3の可 変容量回路135の接続点Cには、制御信号Fsel1が 印加される。また、周波数感度制御部180は、 制御信号Fsel2がハイレベルかつFsel3がローレ� �ルとなる高い周波数範囲bとなる場合に、第3 の可変容量回路135の接続点Cに制御信号Fsel1を 印加して、ハイレベルとローレベルとを切り 替える。この時、第2の可変容量回路130の接� �点Bには、制御電位Vtが印加される。この制� �により、周波数可変範囲aが、上側周波数を� ��準とする可変範囲ah(論理値000)と下側周波数 を基準とする可変範囲al(論理値001)との2つに� ��離されると共に、周波数可変範囲bが、上側 周波数を基準とする可変範囲bh(論理値010)と� �側周波数を基準とする可変範囲bl(論理値011)� ��の2つに分離される(図6A)。これにより、高� �周波数の可変範囲a及びbを狭くすることなく 、周波数感度を抑えることができる(図6B)。� �の実施例を実現するための周波数感度制御� �180の具体的な回路例を、図7に示す。なお、� ��6A及び図7に記載する“*”は、論理値が1又� �0のいずれでもよいことを示している。

 (第3の実施形態)
 なお、図1及び図5で示した電圧制御発振器10 1及び102の構成は、一例に過ぎない。本発明� �電圧制御発振器は、2つ以上の可変容量回路� ��少なくとも1つの容量スイッチ回路を含んだ 構成であればよく、例えば図8A~図8Cに示す構� ��を用いれば次のような制御も可能である。

 1つの電圧制御発振器を用いて異なる周波 数(ハイバンド、ローバンド)の信号を出力す� ��ような場合、一般的には電圧制御発振器か� ��出力されるハイバンド信号を1/n分周器を介� ��てローバンド信号に変換する。この場合、1 /n分周器から出力されるローバンド信号の周� ��数感度と、電圧制御発振器から出力される� ��イバンド信号の周波数感度とを、合わせて� ��くことが好ましい。従って、このためには� ��ローバンド信号に関しては、電圧制御発振� ��から出力される時点で周波数感度をハイバ� ��ド信号のn倍にしておく必要がある。

 n=2における具体的な電圧制御発振器103の� ��成例を図8Aに、周波数感度制御部180内部の� �体的な接続を図8B及び図8Cに示す。これらの� ��に示すように、7つの可変容量回路mosv0~mosv6� ��1つの容量スイッチ回路swとを組み合わせて� ��ハイバンドについては6つの周波数範囲に、 ローバンドについては3つの周波数範囲に分� �し、ハイバンドの周波数感度をローバンド� �約1/2にすることができる(図9A及び図9B)。

 なお、本発明の電圧制御発振器の可変容� ��回路には、図1等で示した構成以外にも、Inv ersion型やAccumulation型のMOSトランジスタやC結� �を用いた構成(図10A~図10D)を用いることも可� �である。また、本発明の電圧制御発振器の� �量スイッチ回路も、図1等で示した構成以外� ��も、図10Eで示す構成を用いることも可能で� ��る。

 [電圧制御発振器を用いた構成例]
 図11は、本発明の第1~第3の実施形態に係る� �圧制御発振器101~103を用いたPLL回路300の構成� ��を示す図である。図11において、PLL回路300� �、位相比較器301と、ループフィルタ302と、� �発明の電圧制御発振器303と、分周器304とを� �える。

 位相比較器301は、入力される基準信号と� ��電圧制御発振器303の出力信号を分周器304で� ��周した信号とを比較する。位相比較器301か� ��出力される信号は、ループフィルタ302を介� ��て電圧制御発振器303に制御電位Vtとして入� �される。電圧制御発振器303は、制御電位Vtに 基づいて所望周波数の信号を出力する。この 構成により、PLL回路300は、所望とされる周波 数を固定(ロック)する。なお、分周器304の代� ��りにミキサを用いてもよいし、分周器304と� ��キサを併用してもよい。

 また、図12は、上記PLL回路300を用いた無� �通信機器400の構成例を示す図である。図12に おいて、無線通信機器400は、アンテナ401と、 電力増幅器402と、変調器403と、スイッチ404と 、低雑音増幅器405と、復調器406と、PLL回路300 とを備える。

 無線信号を送信する場合、変調器403は、P LL回路300から出力される所望の高周波信号を� ��ースバンド変調信号で変調して出力する。� ��調器403から出力される高周波変調信号は、� ��力増幅器402によって増幅され、スイッチ404� ��介してアンテナ401から放射される。無線信� ��を受信する場合、アンテナ401から受信され� ��高周波変調信号は、スイッチ404を介して低� ��音増幅器405に入力されて増幅され、復調器4 06に入力される。復調器406は、PLL回路300から� ��力される高周波信号によって、入力された� ��周波変調信号をベースバンド変調信号に復� ��する。なお、PLL回路300は、送信側及び受信� ��のそれぞれで用いてもよい。また、PLL回路3 00が変調器を兼ねてもよい。

 以上のように、本発明の電圧制御発振器� ��並びにそれを用いたPLL回路及び無線通信機� ��によれば、位相雑音特性の劣化を抑制しつ� ��、低い周波数感度のまま広い範囲にわたっ� ��発振周波数を可変制御することが可能とな� ��。