(57)【要約】      （修正有）【課題】  本発明は、発振器の感度を確保でき、且つ感度を確保しつつ低電圧動作を実現する水晶発振器の提供。【解決手段】水晶発振器１０１の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路１０２の出力と前記水晶発振器１０１の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路１０３の出力とを足し合わせた信号が入力された正転増幅器１０５と反転増幅器１０６からそれぞれ出力される第１の出力信号と第２の出力信号が、前記第１と第２の電圧可変容量素子１１３、１１４のカソードと前記第１と第２の電圧可変容量素子１１３、１１４のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子１１３、１１４が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号とが印加されるものである。【選択図】  図１
2006100985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を備える水晶発振器であって、
前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路の出力と前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路の出力とを足し合わせた信号が入力された正転増幅器と反転増幅器からそれぞれ出力される第１の出力信号と第２の出力信号が、前記第１と第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第１と第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号とが印加される水晶発振器。
【請求項２】
増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を含む水晶発振器と、
前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路と、
前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路と、
前記温度補償電圧発生回路と前記周波数制御電圧発生回路から入力された信号を足し合わして出力する加算器と、
前記加算器から出力された信号が入力される正転増幅器と、
前記加算器から出力された信号が入力される反転増幅器と、
を備える発振回路であって、
前記水晶発振器は、前記正転増幅器と前記反転増幅器からそれぞれ出力された第１の出力信号と第２の出力信号が、前記第１と第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第１と第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号とが印加される発振回路。
【請求項３】
増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を備える水晶発振器であって、
前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路から出力された信号が入力された第１の正転増幅器と第１の反転増幅器からそれぞれ出力される第１の出力信号と第２の出力信号とが、前記第１の電圧可変容量素子のカソードと前記第１の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、
前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路から出力された信号が入力された第２の正転増幅器と第２の反転増幅器からそれぞれ出力される第３の出力信号と第４の出力信号が、前記第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、
前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号と第３の出力信号と第４の出力信号とが印加される水晶発振器。
【請求項４】
増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を含む水晶発振器と、
前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路と、
前記温度補償電圧発生回路から出力された信号が入力される第１の正転増幅器と、
前記温度補償電圧発生回路から出力された信号が入力される第１の反転増幅器と、
前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路と、
前記周波数制御電圧発生回路から出力された信号が入力される第２の正転増幅器と、
前記周波数制御電圧発生回路から出力された信号が入力される第２の反転増幅器と、
を備える発振回路であって、
前記水晶発振回路は、前記第１の正転増幅器と前記第１の反転増幅器からそれぞれ出力された第１の出力信号と第２の出力信号とが、前記第１の電圧可変容量素子のカソードと前記第１の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第２の正転増幅器と前記第２の反転増幅器からそれぞれ出力された第３の出力信号と第４の出力信号が、前記第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号と第３の出力信号と第４の出力信号とが印加される発振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力周波数を電圧で制御する温度補償型の水晶発振器、特に、その水晶発振器を備える、高感度、低消費電力の発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度補償型の水晶発振器は、様々な環境の変化や周囲温度の変化に対応し、安定した出力周波数が得られるため、携帯電話端末等に広く用いられている。近年、この携帯電話端末の高機能化、待ち受け時間の長寿命化に伴い、その実装部品も小型化、低背化、低消費電力化が進んでいるが、水晶振動子の小型化、低背化による水晶感度の低下を補うために、温度補償型水晶発振器の高感度化が求められてきている。また、低消費電力化を実現するために、温度補償型水晶発振器の更なる低電圧動作が求められている。
【０００３】
このような温度補償型水晶発振器を用いた、従来の発振装置として、図５に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図５に従来の発振装置の回路構成を示す。
【０００４】
この発振装置は、増幅器１６の入力側端子と出力側端子の間に帰還回路１５を並列に接続するとともに、増幅器１６の入力側端子に第１の固定容量素子１１を介して第１の電圧可変容量素子１３を接続し、出力側端子に第２の固定容量素子１２を介して第２の電圧可変容量素子１４を接続し、更に、第１の固定容量素子１１と第１の電圧可変容量素子１３の接続点と第２の固定容量素子１２と第２の電圧可変容量素子１４の接続点とに両端が接続された水晶振動子１７と、を含む水晶発振器１を有している。
【０００５】
そして、水晶発振器１の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路２と、外部より周波数の制御を行うための周波数制御電圧を発生する外部周波数制御電圧発生回路３と、から入力された信号を加算器４により足し合わして正転増幅器５に出力し、正転増幅器５の出力信号を水晶発振器１の第１の電圧可変容量素子１３と第２の電圧可変容量素子１４のカソード側へそれぞれ抵抗９ａ、９ｂを介して入力する。これにより、水晶発振器１の増幅器１６から外部電圧により制御された所望周波数の発振出力が得られる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４８２７２２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような従来の発振装置は、水晶発振器１の感度を確保しようとすると、温度補償電圧発生回路２と正転増幅器５のダイナミックレンジが不足するといった問題が生じ、温度補償型水晶発振器の低電圧動作を実現するために、上記温度補償電圧発生回路２と正転増幅器５のダイナミックレンジを狭めると、水晶発振器１の感度の確保が困難になるといった問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、温度補償電圧発生回路と正転増幅器のダイナミックレンジが不足せずに発振器の感度を確保することができ、また、発振器の感度を確保しながら温度補償電圧発生回路と正転増幅器のダイナミックレンジを狭めた低電圧動作を実現することができる水晶発振器及びその水晶発振器を用いた発振装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の水晶発振器は、増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を備える水晶発振器であって、前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路の出力と前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路の出力とを足し合わせた信号が入力された正転増幅器と反転増幅器からそれぞれ出力される第１の出力信号と第２の出力信号が、前記第１と第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第１と第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号とが印加されるものである。
【００１０】
本発明の発振装置は、増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を含む水晶発振器と、前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路と、前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路と、前記温度補償電圧発生回路と前記周波数制御電圧発生回路から入力された信号を足し合わして出力する加算器と、前記加算器から出力された信号が入力される正転増幅器と、前記加算器から出力された信号が入力される反転増幅器と、を備える発振回路であって、前記水晶発振器が、前記正転増幅器と前記反転増幅器からそれぞれ出力された第１の出力信号と第２の出力信号が、前記第１と第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第１と第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号とが印加されるものである。
【００１１】
この構成により、従来よりも大きな制御電圧で水晶発振器を駆動することができるため、発振器出力が大きくなり、発振感度を高くすることができる。
【００１２】
また、本発明の水晶発振器は、増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を備える水晶発振器であって、前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路から出力された信号が入力された第１の正転増幅器と第１の反転増幅器からそれぞれ出力される第１の出力信号と第２の出力信号とが、前記第１の電圧可変容量素子のカソードと前記第１の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路から出力された信号が入力された第２の正転増幅器と第２の反転増幅器からそれぞれ出力される第３の出力信号と第４の出力信号が、前記第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号と第３の出力信号と第４の出力信号とが印加されるものである。
【００１３】
また、本発明の発振装置は、増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側とに両端が接続された帰還回路と、前記増幅器の入力側に第１の固定容量を介して接続された第１の電圧可変容量素子と、前記増幅器の出力側に第２の固定容量を介して接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の固定容量と前記第１の電圧可変容量素子との接続点と前記第２の固定容量と前記第２の電圧可変容量素子の接続点とに両端が接続された水晶振動子と、を含む水晶発振器と、前記水晶発振器の周波数温度特性を補償する温度補償電圧発生回路と、前記温度補償電圧発生回路から出力された信号が入力される第１の正転増幅器と、前記温度補償電圧発生回路から出力された信号が入力される第１の反転増幅器と、前記水晶発振器の周波数の制御を行う周波数制御電圧発生回路と、前記周波数制御電圧発生回路から出力された信号が入力される第２の正転増幅器と、前記周波数制御電圧発生回路から出力された信号が入力される第２の反転増幅器と、を備える発振回路であって、前記水晶発振回路は、前記第１の正転増幅器と前記第１の反転増幅器からそれぞれ出力された第１の出力信号と第２の出力信号とが、前記第１の電圧可変容量素子のカソードと前記第１の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第２の正転増幅器と前記第２の反転増幅器からそれぞれ出力された第３の出力信号と第４の出力信号が、前記第２の電圧可変容量素子のカソードと前記第２の電圧可変容量素子のアノードとへそれぞれ抵抗を介して入力され、前記第１、第２の電圧可変容量素子が順バイアスにならないように第１の出力信号と第２の出力信号と第３の出力信号と第４の出力信号とが印加されるものである。
【００１４】
この構成により、従来よりも大きな制御電圧で水晶発振器を駆動することができるため、発振器出力が大きくなり、発振感度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水晶発振器及びその水晶発振器を用いた発振装置によれば、温度補償電圧発生回路と正転増幅器のダイナミックレンジが不足せずに発振部の感度を確保することができ、また、発振部の感度を確保しながら温度補償電圧発生回路と正転増幅器のダイナミックレンジを狭めた低電圧動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の発振回路について、図面を参照して詳細に説明する。図１に、本発明の第１実施形態の発振装置の回路構成を示す。
【００１７】
１０１は水晶発振器であり、この水晶発振器１０１は、増幅器１１６と、増幅器１１６の入力側端子と出力側端子に並列に接続された帰還回路１１５と、増幅器１１６の入力側端子に第１の固定容量素子１１１を介して接続された第１の電圧可変容量素子１１３と、増幅器１１６の出力側端子に第２の固定容量素子１１２を介して接続された第２の電圧可変容量素子１１４と、第１の固定容量素子１１１と第１の電圧可変容量素子１１３の接続点と第２の固定容量素子１１２と第２の電圧可変容量素子１１４の接続点とに両端が接続された水晶振動子１１７とで構成されている。
【００１８】
１０２は水晶発振器１０１の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧発生回路、１０３は外部より周波数の制御を行うための外部周波数制御電圧発生回路であり、温度補償電圧発生回路１０２と外部周波数制御電圧発生回路１０３から入力された信号を足し合わして出力する加算器１０４の出力側端子は正転増幅器１０５の入力側端子と反転増幅器１０６の入力側端子にそれぞれ接続され、正転増幅器１０５の出力側端子は水晶発振器１０１の第１、第２の電圧可変容量素子１１３、１１４のカソード側へ抵抗１０９ａ、１０９ｂをそれぞれ介して接続され、反転増幅器１０６の出力側端子は第１、第２の電圧可変容量素子１１３、１１４のアノード側へ抵抗１０９ｃ、１０９ｄをそれぞれ介して接続されている。
【００１９】
水晶発振器１０１には、第１、第２の電圧可変容量素子１１３、１１４が順バイアスにならないように設定された、正転増幅器１０５の出力信号と反転増幅器１０６の出力信号が印加される。
【００２０】
図２に、本発明の本実施形態の発振回路における水晶発振器への印加電圧例を示す。横軸は温度（ｔｅｍｐ）［℃］、縦軸は電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）［Ｖ］を示している。また、１１９は正転増幅器１０５の出力信号、１２０は反転増幅器１０６の出力信号、１２１は常温時の正転増幅器１０５の出力電圧、１２２は常温時の反転増幅器１０６の出力電圧、１２３は第１、第２の電圧可変容量素子１１３、１１４の順バイアス電圧を示している。
【００２１】
図２に示すように、第１、第２の電圧可変容量素子１１３、１１４が順バイアスにならないように設定した正転増幅器１０５の出力信号１１９と反転増幅器１０６の出力信号１２０を水晶発振器１０１に印加する。これにより、温度補償電圧と外部周波数制御電圧の和の信号が第１、第２電圧可変容量素子１１３、１１４それぞれの両端において、温度に対して逆の特性を有するように印加されることから、従来回路と同等の温度補償回路及び増幅器のダイナミックレンジにて２倍の発振部感度を実現でき、また、従来回路と同等の発振部感度の場合には、ダイナミックレンジが従来の１／２で済むため、温度補償電圧発生回路１０２、正転増幅器１０５及び外部周波数制御電圧発生回路１０３の低電圧化が可能になる。
【００２２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の発振装置について、図面を参照して詳細に説明する。図３に、本発明の第２実施形態の発振装置の回路構成示す。
【００２３】
水晶発振器２０１の構成は、第１の実施形態と同様であり、増幅器２１６と、この増幅器２１６の入力側端子と出力側端子に並列に接続された帰還回路２１５と、増幅器２１６の入力側端子に第１の固定容量素子２１１を介して接続された第１の電圧可変容量素子２１３と、増幅器２１６の出力側端子に第２の固定容量素子２１２を介して接続された第２の電圧可変容量素子２１４と、第１の固定容量素子２１１と第１の電圧可変容量素子２１３の接続点と第２の固定容量素子２１２と第２の電圧可変容量素子２１４の接続点とに両端が接続された水晶振動子２１７とで構成されている。
【００２４】
水晶発振器２０１の周波数温度特性を補償するための温度補償電圧発生回路２０２の出力側端子は、第１の正転増幅器２０５の入力端子と第１の反転増幅器２０６の入力側端子に接続される。第１の正転増幅器２０５の出力側端子は、水晶発振部２０１の第１の電圧可変容量素子２１３のカソード側へ抵抗２０９ａを介して接続され、第１の反転増幅器２０６の出力側端子は、第１の電圧可変容量素子２１３のアノード側へ抵抗２０９ｂを介して接続されている。また、外部より周波数の制御を行うための外部周波数制御電圧発生回路２０３の出力側端子は、第２の正転増幅器２０７の入力側端子と第２の反転増幅器２０８の入力側端子に接続される。第２の正転増幅器２０７の出力側端子は、上記水晶発振器２０１の第２の電圧可変容量素子２１４のカソード側へ抵抗２０９ｃを介して接続され、第２の反転増幅器２０８の出力側端子は、第２の電圧可変容量素子２１４のアノード側へ抵抗２０９ｄを介して接続されている。
【００２５】
水晶発振器２０１には、第１と第２の電圧可変容量素子２１３、２１４が順バイアスにならないように設定された、第１の正転増幅器２０５及び第１の反転増幅器２０６の出力信号と第２の正転増幅器２０７及び第２の反転増幅器２０８の出力信号が印加されるようになっている。
【００２６】
図４に、本発明の第２実施形態の発振回路における水晶発振器への印加電圧例を示す。横軸は温度（ｔｅｍｐ）［℃］、縦軸は電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）［Ｖ］を示している。また、図４（ａ）の２１９は第１の正転増幅器２０５の出力信号、２２０は第１の反転増幅器２０６の出力信号、２２１は常温時の第１の正転増幅器２０５の出力電圧、２２２は常温時の第１の反転増幅器２０６の出力電圧、２２３は電圧可変容量素子２１３、２１４の順バイアス電圧を示し、図４（ｂ）の２２４は第２の正転増幅器２０７の出力信号、２２５は第２の反転増幅器２０８の出力信号、２２６は常温時の第２の正転増幅器２０７の出力電圧、２２７は常温時の第２の反転増幅器２０８の出力電圧、２２８は電圧可変容量素子２１３、２１４の順バイアス電圧を示している。
【００２７】
図４に示すように、第１、第２の電圧可変容量素子２１３、２１４が順バイアスにならないように設定した、第１の正転増幅器２０５の出力信号２１９、第１の反転増幅器２０６の出力信号２２０、第２の正転増幅器２０７の出力信号２２４、及び第２の反転増幅器２０８の出力信号２２５を水晶発振器２０１に印加する。これにより、第１実施形態と同様、従来と同等のダイナミックレンにて２倍の発振部感度の確保を可能とし、また従来と同等の発振部感度にて１／２のダイナミックレンジでの低電圧動作を可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の水晶発振器及び発振装置によれば、温度補償電圧発生回路と正転増幅器のダイナミックレンジが不足せずに発振部の感度を確保することができ、また、発振部の感度を確保しながら温度補償電圧発生回路と正転増幅器のダイナミックレンジを狭めた低電圧動作を実現することができるという効果を有し、出力周波数を電圧で制御する温度補償型の水晶発振器、特に高感度、低消費電力の発振装置に関して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態の発振装置の回路構成
【図２】本発明の第１の実施形態の発振装置における水晶発振器への印加電圧例
【図３】本発明の第２の実施形態の発振装置の回路構成
【図４】本発明の第２の実施形態の発振装置における水晶発振器への印加電圧例
【図５】従来の発振装置の回路構成図
【符号の説明】
【００３０】
１、１０１、２０１  水晶発振器
２、１０２、２０２  温度補償電圧発生回路
３、１０３、２０３  外部周波数制御電圧発生回路
４、１０４  加算器
５、１０５、２０５、２０７  正転増幅器
１０６、２０６、２０８  反転増幅器
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ  抵抗
１１、１１１、２１１  第１の固定容量素子
１２、１１２、２１２  第２の固定容量素子
１３、１１３、２１３  第１の電圧可変容量素子
１４、１１４、２１４  第２の電圧可変容量素子
１６、１１６、２１６  増幅器
１５、１１５、２１５  帰還回路
１７、１１７、２１７  水晶振動子
【図１】
2006100985.tif 000003
【図２】
2006100985.tif 000004
【図３】
2006100985.tif 000005
【図４】
2006100985.tif 000006
【図５】
2006100985.tif 000007