(57)【要約】【課題】ピアース型の温度補償型電圧制御圧電発振器に於いては、正規の発振出力信号レベルに対して雑音信号レベルの比率が増大し、位相特性が劣化するほか、小信号負荷抵抗が少なくなるので発振開始時間(起動時間)が遅くなる等の弊害も生じると云う問題があった。【解決手段】ピアース型圧電発振器を構成する圧電振動子の一端と接地との間に第１の可変容量手段を配置し、圧電振動子の他端と接地との間に第１のＤＣカット用のコンデンサと第２の可変容量手段とを直列に配置したものであって、第１の可変容量手段に温度補償回路からの温度補償用電圧を供給し、第２の可変容量手段に周波数制御用電圧を供給するよう構成したことを特徴とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピアース型圧電発振器を構成する圧電振動子の一端と接地との間に第１の可変容量手段を配置し、圧電振動子の他端と接地との間に第１のＤＣカット用のコンデンサと第２の可変容量手段とを直列に配置したものであって、第１の可変容量手段に温度補償回路からの温度補償用電圧を供給し、第２の可変容量手段に周波数制御用電圧を供給するよう構成したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記圧電振動子の一端がピアース型圧電発振器を構成するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、圧電振動子の他端が前記トランジスタのエミッタ端子と第２のＤＣカット用のコンデンサを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記第２のＤＣカット用のコンデンサは５ｐＦ以上の容量値であることを特徴とする請求項２に記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度補償型電圧制御圧電発振器、特に位相雑音特性の優れたピアース型の温度補償型電圧制御圧電発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種電子機器の周波数源として水晶発振器が広く用いられている。
水晶発振器の発振回路には幾つかの種類があり、低電源電圧化への対応が可能な水晶発振器として図３に示すようなピアース型水晶発振器が知られている。
【０００３】
ここで、水晶発振器の周波数決定素子である水晶振動子、特に広く用いられているＡＴカット水晶振動子は温度周波数特性に優れ、安定した周波数出力が得られることは周知の通りである。
ところが、ＡＴカット水晶振動子に於いても温度変化に対する若干の周波数変動を生じるため、高精度な周波数源を必要とする分野では温度補償回路を付加した温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）が用いられる。
【０００４】
図４はピアース型水晶発振器に温度補償回路を付加した温度補償型のピアース型水晶発振器の回路図である。
同図から明らかなように、図３に示すピアース型水晶発振器の水晶振動子の一端と接地との間のコンデンサＣ２に代えて、ＤＣカット用コンデンサＣｂ１と可変容量ダイオードＶＣＤ１とを直列に配置したものである。
そして、図示しない温度補償回路から供給される温度補償電圧を可変容量ダイオードＶＣＤ１のカソード側に印加すと可変容量ダイオードＶＣＤ１の両端には印加した温度補償電圧に応じた容量値が得られる。これにより、発振ループ中の負荷容量が変化しこれに応じて発振周波数がすることになる。水晶振動子の温度周波数特性を相殺するよう温度補償電圧を変化させれば、温度変化に対してフラットな安定した周波数出力が得られることになる。このとき、可変容量ダイオードＶＣＤ１の感度は４０ｐｐｍ／Ｖ程度が必要となる。
【０００５】
また、水晶発振器の発振周波数を外部からの周波数制御電圧により制御する電圧制御型水晶発振器が通信機器の変調手段やシンセサイザなどとして利用されている。
図５は、図４の温度補償型のピアース型水晶発振器を電圧制御機能を追加した温度補償型電圧制御タイプのピアース型水晶発振器を示す回路図である。
これは、図４の回路のＤＣカット用コンデンサＣｂ１と可変容量ダイオードＶＣＤ１との直列回路と並列に抵抗Ｒ５を接続すると共にＤＣカット用コンデンサＣｂ１と水晶振動子との間に電圧制御用の可変容量ダイオードＶＣＤ２を挿入し、そのカソード側に外部から供給される周波数制御電圧を印加するように構成したものである。
ここで、可変容量ダイオードＶＣＤ２の感度は２０ｐｐｍ／Ｖ程度が必要となる。
【特許文献１】特開２００２−１６４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５のような回路においては、２つの可変容量ダイオードにそれぞれ所定の感度が必要となるため、水晶振動子の一端と接地との間に挿入した２つの可変容量ダイオードとＤＣカット用コンデンサとの直列回路の合成容量が５ｐＦ程度と小さい値となり発振が不安定となる。
そこで例えば、水晶振動子の他端と接地との間に接続されているコンデンサＣ２の容量を３０〜４０ｐＦ程度の容量値として発振ループの負荷容量値を増やしてやる必要がある。
しかしながら、コンデンサＣ２の容量を増やすとトランジスタのベース側から見たときのインピーダンス、即ち発振ループを構成する増幅回路部側の入力インピーダンスが低下することとなり、正規の発振出力信号レベルに対して雑音信号レベルの比率が増大し、位相特性が劣化するほか、小信号負荷抵抗が少なくなるので発振開始時間(起動時間)が遅くなる等の弊害も生じると云う問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため請求項１に係る発明は、ピアース型圧電発振器を構成する圧電振動子の一端と接地との間に第１の可変容量手段を配置し、圧電振動子の他端と接地との間に第１のＤＣカット用のコンデンサと第２の可変容量手段とを直列に配置したものであって、第１の可変容量手段に温度補償回路からの温度補償用電圧を供給し、第２の可変容量手段に周波数制御用電圧を供給するよう構成したことを特徴とするものであり、
更に、請求項２に係る発明は、前記圧電振動子の一端がピアース型圧電発振器を構成するトランジスタのコレクタ端子に接続されており、圧電振動子の他端が前記トランジスタのエミッタ端子と第２のＤＣカット用のコンデンサを介して接続されていることを特徴とするものであり、
また、請求項３に係る発明は、前記第２のＤＣカット用のコンデンサは５ｐＦ以上の容量値であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、電圧制御と温度補償を兼ね備えたピアース型圧電発振器に於いて、電圧制御用の可変容量素子と温度補償用の可変容量素子とを直列に配置するのではなく、圧電振動子の両端にそれぞれ配置したことにより、発振器の位相雑音特性を改善するという著効を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施形態例に基づいて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１０】
図１は、本発明に係るピアース型の温度補償型電圧制御水晶発振器の第１の実施形態例を示す回路図である。
従来の構成を示す図５の回路とは、温度補償用の可変容量ダイオードＶＣＤ１と電圧制御用の可変容量ダイオードＶＣＤ２とを直列に配置するのではなく、圧電振動子の両端にそれぞれ配置したところが大きく異なる。
【００１１】
尚、電圧制御用の可変容量ダイオードＶＣＤ２に供給する周波数制御電圧が増幅回路側の直流バイアスに影響を与えないようにＤＣカット用コンデンサＣｂ２をトランジスタＱ１のベース端子と水晶振動子（可変容量ダイオードＶＣＤ２のカソード端子側）との間に挿入している。
【００１２】
ここで、２つの可変容量ダイオードＶＣＤ１とＶＣＤ２は、何れも感度を２０ｐｐｍ／Ｖと小さい値にすることが可能であり、温度補償側の可変容量ダイオードＶＣＤ１の容量値も２０ｐＦ程度に小さく設定できるので、温度補償電圧の電圧ノイズに起因する発振器の位相雑音特性が低減できることとなる。更に、小信号負性抵抗を充分取ることができる。
【００１３】
ここで、ＤＣカット用コンデンサＣｂ２の容量値は５ｐＦ以上とするのが望ましい。これより小さい値にすると、水晶振動子と増幅回路部との間の結合が弱まるので、発振出力信号レベルに対する雑音レベルの比率が高くなってしまうからである。
【００１４】
一方、ＤＣカット用コンデンサＣｂ１の容量値は２０ｐＦ程度を基準として温度補償用の可変容量ダイオードＶＣＤ１の容量値に応じて適宜設定することになる。
【００１５】
図２は、図１の回路用いた場合の位相雑音特性を図示したものであり、比較のため図５に示す回路を用いた場合の位相雑音特性を重ね書きしたものである。
【００１６】
以上、本発明を水晶振動子を用いた水晶発振器を例示して説明してきたが、本発明は上記の実施例のみに限定されるものではなく、構成要素、種類、組み合わせ、形状などは適宜選択して構成することも可能である。例えば、水晶振動子以外の圧電材料を用いた周波数決定素子を用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る水晶発振器の回路図である。
【図２】本発明に係る水晶発振器の位相雑音特性を示した図である。
【図３】従来の水晶発振器の回路図である。
【図４】従来の温度補償型水晶発振器の回路図である。
【図５】従来の温度補償型電圧制御水晶発振器の回路図である。
【符号の説明】
【００１８】
Ｘｔａｌ  ・・・水晶振動子
ＶＣＤ１，ＶＣＤ２  ・・・可変容量ダイオード
Ｑ１  ・・・トランジスタ
Ｃｂ１，Ｃｂ２  ・・・ＤＣカット用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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