(57)【要約】【課題】温度変動に対して一定の出力電圧振幅を確保するとともに、消費電力を低く抑えた低消費電力な発振器を提供する。【解決手段】圧電振動子１０と、圧電振動子１０を発振させ発振信号２２を出力する発振回路２０と、発振信号ａを入力するバッファー回路３０と、バッファー回路３０の出力信号ｂを出力するＮｃｈトランジスターＮ１とＰｃｈトランジスターＰ１とを含むプッシュプル型出力回路４０と、ＮｃｈトランジスターＮ１のゲート端子に接続されたＮｃｈカレントミラー回路５０と、ＰｃｈトランジスターＰ１のゲート端子に接続されたＰｃｈカレントミラー回路６０とを含み、第１のカレントミラー回路がＮｃｈトランジスターＮ１の温度特性を補償し、第２のカレントミラー回路がＰｃｈトランジスターＰ１の温度特性を補償することによって、プッシュプル型出力回路４０が持つ温度特性をキャンセルさせ、温度変動によらずほぼ一定の電圧振幅を出力する。【選択図】図１
2010193330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、
前記圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、
前記発振信号を入力するバッファー回路と、
前記バッファー回路が出力した信号をインピーダンス変換した信号を出力する第１のトランジスターと第２のトランジスターとを含むプッシュプル型出力回路と、
前記第１のトランジスターのゲート端子に接続された第１のカレントミラー回路と、
前記第２のトランジスターのゲート端子に接続された第２のカレントミラー回路と、
を含む、
ことを特徴とする発振器。
【請求項２】
請求項１に記載の発振器において、前記第１のトランジスター及び前記第１のカレントミラー回路はＮｃｈトランジスターで構成され、前記第２のトランジスター及び前記第２のカレントミラー回路はＰｃｈトランジスターで構成されていることを特徴とする発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器に関し、特に電源ノイズによる位相ノイズ特性の劣化を防止しつつ、小型化を図った発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の移動体通信における携帯機器の小型軽量化が強く求められ、これら携帯機器の周波数基準として用いられる水晶発振器においても小型化が求められている。小型化の要求に応えるために、水晶発振器の安定化電源の出力回路に挿入するバイパスコンデンサーを省くと、発振出力に不要な高周波スペクトル成分が現れ、安定化電源が発するノイズ成分によって、発振出力信号が位相変調を受けやすくなり、位相ノイズ特性におけるノイズフロアが劣化する、といった問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、例えば特許文献１には、ＣＭＯＳプッシュプル出力回路の前段のインバーターのＰｃｈ型ＭＯＳトランジスターのソースにデプレッション型のＮｃｈ型ＭＯＳトランジスターを配置し、前段インバーターの駆動電流を電源端子から供給する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７４４１６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、最終段のＣＭＯＳプッシュプル出力回路を構成するＭＯＳトランジスターが持つ温度特性により、出力の電圧振幅レベルが温度によって変動し、それに伴って電力消費も増加する側へ大きく変動するため、更なる低消費電力化が難しいという課題がある。例えば、高温時ではＭＯＳトランジスターは駆動能力が高くなる特性がある。その為、ＣＭＯＳプッシュプル出力回路のゲート側の電圧振幅やＤＣバイアス電位を安定させても、ＯＵＴ端子側の電圧振幅は低温状態と比較して必要以上に大きくなる場合がある。そしてこれに伴い水晶発振器の消費電流も増加してしまい、この結果、広い温度範囲にわたって消費電流を安定して低く抑えるのが困難となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
圧電振動子と、前記圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、前記発振信号を入力するバッファー回路と、前記バッファー回路が出力した信号をインピーダンス変換した信号を出力する第１のトランジスターと第２のトランジスターとを含むプッシュプル型出力回路と、前記第１のトランジスターのゲート端子に接続された第１のカレントミラー回路と、前記第２のトランジスターのゲート端子に接続された第２のカレントミラー回路と、を含む、ことを特徴とする発振器。
【０００８】
この構成によれば、第１のカレントミラー回路がプッシュプル型出力回路を構成する第１のトランジスターの温度特性を打ち消し、第２のカレントミラー回路がプッシュプル型出力回路を構成する第２のトランジスターの温度特性を打ち消すように働くことで、プッシュプル型出力回路の出力電圧振幅レベルが温度変動によらずほぼ一定となるので、消費電流の変動も抑えられ、高温時でも消費電力を低く抑えた低消費電力な発振器を実現することができる。
【０００９】
［適用例２］
上記に記載の発振器において、前記第１のトランジスター及び前記第１のカレントミラー回路はＮｃｈトランジスターで構成され、前記第２のトランジスター及び前記第２のカレントミラー回路はＰｃｈトランジスターで構成されていることを特徴とする発振器。
【００１０】
この構成によれば、第１のカレントミラー回路がプッシュプル型出力回路を構成する第１のトランジスターの温度特性を打ち消し、第２のカレントミラー回路がプッシュプル型出力回路を構成する第２のトランジスターの温度特性を打ち消すように働くことで、プッシュプル型出力回路の電圧振幅レベルが温度変動によらずほぼ一定となるので、消費電流の変動も抑えられ、高温時でも消費電力を低く抑えた低消費電力な発振器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る発振器の構成を示す回路図。
【図２】第１実施形態に係る発振器の動作を示すグラフ。
【図３】変形例１に係る発振器の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発振器の実施形態について図面に従って説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
＜発振器の構成＞
先ず、第１実施形態に係る発振器の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る発振器の構成を示す回路図である。
【００１４】
図１に示すように、発振器１は、圧電振動子１０と、発振回路２０と、バッファー回路３０と、プッシュプル型出力回路４０と、第１のカレントミラー回路であるＮｃｈカレントミラー回路５０と、第２のカレントミラー回路であるＰｃｈカレントミラー回路６０と、コンデンサーＣ５と、から構成されている。発振回路２０は、圧電振動子１０を発振させた発振信号ａを出力線２２から出力する。バッファー回路３０は、入力端子が出力線２２と接続され、発振信号ａを入力し、出力信号ｂを出力線３１から出力する。プッシュプル型出力回路４０は、出力線３１と接続され、出力信号ｂを入力し、これをインピーダンス変換し、コンデンサーＣ５を介して出力信号ＯＵＴとして出力する。
【００１５】
発振回路２０は、発振増幅用のインバーター２１と帰還抵抗Ｒ１とコンデンサーＣ１，Ｃ２とから構成されている。帰還抵抗Ｒ１と圧電振動子１０は発振増幅用のインバーター２１に並列に接続されている。コンデンサーＣ１は、発振増幅用のインバーター２１の入力端子と接地電位との間に接続されている。コンデンサーＣ２は、発振増幅用のインバーター２１の出力端子と接地電位との間に接続されている。発振増幅用のインバーター２１は、一定電圧である安定化電源電圧Ｖｒｅｇにより駆動する。同様に、バッファー回路３０についても、一定電圧である安定化電源電圧Ｖｒｅｇにより駆動する。
【００１６】
プッシュプル型出力回路４０は、第１のトランジスターであるＮｃｈトランジスターＮ１と、第２のトランジスターであるＰｃｈトランジスターＰ１と、コンデンサーＣ３，Ｃ４と、抵抗Ｒ８，Ｒ９と、から構成されている。ＮｃｈトランジスターＮ１とＰｃｈトランジスターＰ１とは、電源電位Ｖｃｃと接地電位との間に直列に接続されている。ＮｃｈトランジスターＮ１のソース端子及びＰｃｈトランジスターＰ１のソース端子はコンデンサーＣ５の一方の端子に接続されている。
【００１７】
コンデンサーＣ３は、出力線３１とＮｃｈトランジスターＮ１のゲート端子との間に接続されている。コンデンサーＣ４は、出力線３１とＰｃｈトランジスターＰ１のゲート端子との間に接続されている。抵抗Ｒ８は、Ｎｃｈカレントミラー回路５０の出力線５１とＮｃｈトランジスターＮ１のゲート端子との間に接続されている。抵抗Ｒ９は、Ｐｃｈカレントミラー回路６０の出力線６１とＰｃｈトランジスターＰ１のゲート端子との間に接続されている。
【００１８】
Ｎｃｈカレントミラー回路５０は、ＮｃｈトランジスターＮ２，Ｎ３と、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と、から構成されている。ＮｃｈトランジスターＮ２は、ソース端子が接地電位に接続され、ゲート端子がドレイン端子及びＮｃｈトランジスターＮ３のゲート端子と接続され、ドレイン端子が抵抗Ｒ５を介して安定化電源電圧Ｖｒｅｇに接続されている。ＮｃｈトランジスターＮ３は、ソース端子が接地電位に接続され、ゲート端子がＮｃｈトランジスターＮ２のゲート端子と接続され、ドレイン端子が抵抗Ｒ６，Ｒ７を介して安定化電源電圧Ｖｒｅｇに接続されている。抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との接続線は、出力線５１となる。Ｎｃｈカレントミラー回路５０は、ＮｃｈトランジスターＮ２，Ｎ３によりカレントミラー回路を構成し、抵抗Ｒ６，Ｒ７で抵抗分割した電圧ｃが出力線５１から出力される。
【００１９】
Ｐｃｈカレントミラー回路６０は、ＰｃｈトランジスターＰ２，Ｐ３と、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、から構成されている。ＰｃｈトランジスターＰ２は、ソース端子が安定化電源電圧Ｖｒｅｇに接続され、ゲート端子がドレイン端子及びＰｃｈトランジスターＰ３のゲート端子と接続され、ドレイン端子が抵抗Ｒ２を介して接地電位に接続されている。ＰｃｈトランジスターＰ３は、ソース端子が安定化電源電圧Ｖｒｅｇに接続され、ゲート端子がＰｃｈトランジスターＰ２のゲート端子と接続され、ドレイン端子が抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して接地電位に接続されている。抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続線は、出力線６１となる。Ｐｃｈカレントミラー回路６０は、ＰｃｈトランジスターＰ２，Ｐ３によりカレントミラー回路を構成し、抵抗Ｒ３，Ｒ４で抵抗分割した電圧ｄが出力線６１から出力される。
【００２０】
＜発振器の動作＞
次に、第１実施形態に係る発振器の動作について、図２を参照して説明する。図２は、第１実施形態に係る発振器の動作を示すグラフである。
【００２１】
図２（ａ）は、Ｎｃｈカレントミラー回路５０に流れる電流ＩＳと温度との関係を示すグラフである。図２（ａ）に示すように、Ｎｃｈカレントミラー回路５０に流れる電流ＩＳは、温度の上昇とともに増加する。
【００２２】
図２（ｂ）は、プッシュプル型出力回路４０のＮｃｈトランジスターＮ１のゲート電圧Ｖｇと温度との関係を示すグラフである。図２（ｂ）に示すように、ＮｃｈトランジスターＮ１のゲート電圧Ｖｇは、温度の上昇とともに減少する。
【００２３】
図２（ｃ）は、出力信号ＯＵＴの電圧振幅レベルと温度との関係を示すグラフである。図２（ｃ）に示すように、出力信号ＯＵＴは、温度の上昇に伴い電流ＩＳが増加する特性と温度の上昇に伴いゲート電圧Ｖｇが減少する特性とが打ち消しあうので、温度の変動に対して安定する。
【００２４】
Ｐｃｈカレントミラー回路６０及びプッシュプル型出力回路４０のＰｃｈトランジスターＰ１に関しても、同様の効果が得られる。
【００２５】
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００２６】
本実施形態では、Ｎｃｈカレントミラー回路５０がプッシュプル型出力回路４０を構成するＮｃｈトランジスターＮ１の温度特性を打ち消し、Ｐｃｈカレントミラー回路６０がプッシュプル型出力回路４０を構成するＰｃｈトランジスターＰ１の温度特性を打ち消すように働くことで、プッシュプル型出力回路４０の出力信号ＯＵＴの電圧振幅レベルが温度変動によらずほぼ一定となるので、消費電流の変動も抑えられ、高温時でも消費電力を低く抑えた低消費電力な発振器１を実現することができる。
【００２７】
以上、発振器の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００２８】
（変形例１）発振器の変形例１について説明する。図３は、変形例１に係る発振器３の構成を示す回路図である。図３に示すように、Ｎｃｈカレントミラー回路１５０は、第１実施形態のＮｃｈカレントミラー回路５０の抵抗Ｒ６，Ｒ７の換わりに可変抵抗ＶＲ６，ＶＲ７が用いられている。また、Ｐｃｈカレントミラー回路１６０は、第１実施形態のＰｃｈカレントミラー回路６０の抵抗Ｒ３，Ｒ４の換わりに可変抵抗ＶＲ３，ＶＲ４が用いられている。可変抵抗ＶＲ３，ＶＲ４，ＶＲ６，ＶＲ７の抵抗値は、記憶回路１７０に記憶されたデータＤＡに基づき設定することができる。
【００２９】
この構成によれば、半導体の製造時におけるプロセス変動などに起因してトランジスターの閾値が変動した場合においても、プッシュプル型出力回路４０の駆動能力を調整することが可能となり、安定した出力信号ＯＵＴを得ることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…発振器、１０…圧電振動子、２０…発振回路、２１…インバーター、２２…出力線、３０…バッファー回路、３１…出力線、４０…プッシュプル型出力回路、５０…Ｎｃｈカレントミラー回路、５１…出力線、６０…Ｐｃｈカレントミラー回路、６１…出力線、１５０…Ｎｃｈカレントミラー回路、１６０…Ｐｃｈカレントミラー回路、１７０…記憶回路。
【図１】
2010193330.tif 000003
【図２】
2010193330.tif 000004
【図３】
2010193330.tif 000005