(57)【要約】平衡型水晶発振器回路であって、圧電性素子Ｘｔａｌ（２０７；２１５；２２２，２２１；３１３）と、トランジスタ（２０４；２１２；２２０；３０４）を有する第１の発振器下位回路（２０２；２１０；２１８；３０２）と、トランジスタ（２０３；２１１；２１９；３０３）を有する第２の発振下位回路（２０１；２０９；２１７；３０１）とを含み、前記トランジスタの各々には、異なるタイプのトランジスタ端子（Ｃ、Ｂ、Ｅ；Ｄ；Ｇ；Ｓ）を備え、前記発振下位回路は、少なくとも３つの相互接続を有している。各々の相互接続は、トランジスターター端子のようなペアを含み、前記相互接続のうち第１の接続は、接地基準（ｇｎｄ）への接続であり、前記相互接続のうち第２の接続は、第１の共振子（２０７；２１５；２２３；３１３）を介すものであり、前記相互接続のうち第３の接続は、第２の共振子（２０８；２１６；２２４；３１４）を介すものであり、前記第１及び第２の回路は、平衡発振信号を発生させるべく、前記第１及び第２の共振子によって相互に作用する。２重のベース共通構成または２重のコレクタ共通構成が好ましい。
2005538586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性素子（２０７；２１５；２２２，２２１；３１３）と、トランジスタ（２０４；２１２；２２０；３０４）を内蔵している第１の発振器下位回路（２０２；２１０；２１８；３０２）と、トランジスタ（２０３；２１１；２１９；３０３）を内蔵している第２の発振器下位回路（２０１；２０９；２１７；３０１）とを含み、該トランジスターらのそれぞれは、異なるタイプのトランジスタ端子（Ｃ、Ｂ、Ｅ；Ｄ；Ｇ；Ｓ）を有し、該発振器下位回路は、少なくとも３つの相互接続によって構成される平衡型水晶発振回路であって、
前記相互接続のそれぞれは、トランジスタ端子のような端子ペアを含み、
前記相互接続のうち第１の相互接続は、接地基準（ｇｎｄ；Ｖｃｃ）への接続を構成し、前記相互接続のうち第２の相互接続は、第１の共振子（２０７；２１５；２２３；３１３）を介す接続であり、前記相互接続のうち第３の相互接続は、第２の共振子（２０８；２１６；２２４；３１４）を介す接続であり、前記第１及び第２の発振器下位回路は、平衡発振信号を発生させるべく、前記第１及び第２の共振子によって相互作用するよう配置されていることを特徴とする平衡型水晶発振回路。
【請求項２】
前記平衡出力信号は、前記トランジスタ端子のような端子ペアの１つからそれぞれ第１または第２の端子へと接続される、第１の回路接点（Ｔ１ａ；Ｔ２ａ；Ｔ３ａ）と、第２の回路接点（Ｔ１ｂ；Ｔ２ｂ；Ｔ３ｂ）とにおいてそれぞれ提供され、前記トランジスタ端子のような端子らは共振素子（２０７；２０８；２１５；２１６；２２３；２２４；３１３；３２４）に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項３】
前記トランジスタは、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であることを特徴とする請求項１または２に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項４】
前記第１、第２および第３の前記相互接続には、コレクタタイプの端子ペアと、ベースタイプの端子ペアと、およびエミッタタイプの端子ペアとがそれぞれ含まれることで、二重トランジスタコレクタ共通接続を有する平衡発振回路を構成することを特徴とする請求項３に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項５】
前記第１、第２および第３の前記相互接続には、ベースタイプの端子ペアと、コレクタタイプの端子ペアと、およびエミッタタイプの端子ペアとがそれぞれ含まれることで、二重トランジスタコレクタ共通接続を有する平衡発振回路を構成することを特徴とする請求項３に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項６】
前記第１の共振素子は、圧電性素子（２０７；２１５；３１３）によって構成され、前記第２の共振素子（２０８；２１６；３１４）は、キャパシタによって構成されることを特徴とする請求項４または５に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項７】
前記第１、第２および第３の前記相互接続には、エミッタタイプの端子ペアと、コレクタタイプの端子ペアと、およびベースタイプの端子ペアとがそれぞれ含まれることで、二重トランジスタコレクタ共通接続を有する平衡発振回路を構成することを特徴とする請求項３に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項８】
前記トランジスタの少なくとも１つには、該トランジスタのエミッタと供給電圧との間に接続された抵抗（Ｒｅ）によってバイアス電流が供給されることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項９】
前記トランジスタの少なくとも１つには、有効電流源（４０３，４０１，４０２）によってバイアス電流が供給されることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記トランジスタはＣ級動作することを特徴とする請求項３ないし９の何れかに記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項１１】
前記トランジスタは、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）タイプのトランジスタであることを特徴とする請求項１または２に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項１２】
前記第１、第２および第３の前記相互接続には、ドレインタイプの端子ペアと、ゲートタイプの端子ペアと、およびソースタイプの端子ペアとがそれぞれ含まれることで、二重トランジスタコレクタ共通接続を有する平衡発振回路を構成することを特徴とする請求項１１に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項１３】
前記第１、第２および第３の前記相互接続には、ゲートタイプの端子ペアと、ドレインタイプの端子ペアと、およびソースタイプの端子ペアとがそれぞれ含まれることで、二重トランジスタコレクタ共通接続を有する平衡発振回路を構成することを特徴とする請求項１１に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項１４】
前記第１の共振素子は、圧電性素子によって構成され、前記第２の共振素子は、キャパシタによって構成されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項１５】
発振出力信号における主たる発振周波数を超える周波数レンジにおいて、ループゲインの極をなすＲＣ回路（Ｒｆ，Ｃｆ）を用いて構成される請求項１ないし１４の何れかに記載の平衡型水晶発振回路。
【請求項１６】
集積回路（５０２）であって、前記共振素子との組み合わせで、請求項１ないし請求項１５の何れかに記載の平衡型水晶発振回路を構成する回路と、前記共振素子と電気的に相互接続するための端子とを含むことを特徴とする集積回路。
【請求項１７】
集積回路であって、圧電性素子との組み合わせで、請求項１ないし請求項１５の何れかに記載の平衡型水晶発振回路を構成する回路と、前記圧電性素子と電気的に相互接続するための端子とを含むことを特徴とする集積回路。
【請求項１８】
請求項１ないし１５の何れかに記載の平衡型水晶発振回路を含むことを特徴とする移動電話機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平衡型水晶発振回路であって、圧電性素子と、トランジスタを有する第１の発振器下位回路と、トランジスタを有する第２の発振下位回路とを含み、前記トランジスタの各々は、異なるタイプのトランジスタ端子を備え、前記発振下位回路は、少なくとも３つの相互接続を有している。
【背景技術】
【０００２】
平衡型水晶発振回路は、様々な電子回路において利用することができる。その中でも、特別な応用分野が電気通信装置などの通信装置である。通信装置では、変調器、復調器、アップ／ダウン周波数変化器やタイミング回路その他において、周期的な信号として、基準周波数が発生または合成される。一般に、周期的な信号は矩形波信号である。
【０００３】
周期的な信号は、基本周波数を有し、いわゆる周波数シンセサイザーによって生成される。周波数シンセサイザーは、基準信号のための基本周波数の倍数として、周期的な信号の基本周波数を提供する。通信装置が準拠することを求めらる規格で定められた周波数の安定度やタイミング精度に関する要件を満たすようにすべく、一般には、十分に安定し、正確な基準信号を供給する水晶発振器が必要とされる。
【０００４】
異なる周波数帯内の信号処理を伴う通信装置では、ＲＦ搬送波信号の変調に関連した信号を処理するために、回路は、非常に高い周波数帯で動作することになる。この回路は、一般に、ＲＦ段と呼ばれる。搬送波信号に載せて通信するための信号に関連する信号を処理するための回路は、低い周波数帯で動作する。これは、ベースバンド段またはベースバンド回路と呼ばれる。
【０００５】
ＲＦ段は、本来、比較的に高い電力で、かつ、比較的に高い周波数の信号を処理する。ゆえに、ＲＦ段に起因する激しい雑音源が本来的に存在するといえる。一般に、ベースバンド回路は、比較的に低い電力で、かつ、比較的に低い周波数の信号を処理する。ベースバンド回路での信号処理は、一般に、デジタル信号処理によって実行されるため、デジタルのスイッチングが避けられない。ゆえに、ベースバンド回路も、このように激しい雑音源となる。
【０００６】
例えば、無線周波数（ＲＦ）対での無線通信を行う通信装置用の、いわゆるＲＦ周波数シンセサイザーには、一般に、１０−４０ＭＨｚで動作する水晶発振器からの基準信号が提供される。
【０００７】
携帯電話、ブルートース（ＴＭ）通信装置装置などの比較的に複雑でコンパクトな通信装置では、より高密度の集積レベルによって、単一の集積回路上に通信装置の様々な回路を統合することが望ましい。プリント基板（ＰＣＢ）との電気的接触を確保するための端子とともに、セラミック基板（あるいはいわゆる金属ヘッダー）上に収容された半導体チップ（シリコン基板）はパッケージ化される。ボンディングワイヤーによってシリコン基板とセラミック基盤との間の電気的接続が達成される。同様に、セラミック基板と、パッケージの端子との間の電気的接続はボンディングによって達成される。
【０００８】
上述のように回路を望ましく集積したことや、雑音の発生と放出に関する当該回路の個々の特性の結果として、発振回路は非常に雑音の多い環境下に置かれる。そのため、発振回路は、集積回路のシリコン基板からの干渉を受けることが往々にしてある。その上、発振回路の共振部品は、しばしば集積回路の外（すなわち、集積回路パッケージの外）に配置されるので、発振回路は、ボンディングワイヤーと端子とによって干渉を拾うことが往々にしてある。もちろん、水晶は非常に安定しているし、干渉を抑圧することもある程度はできるが、しかしながら、要求条件は非常に厳しいので、干渉感度を減少させることは、回路設計者にとって現在進行中の課題である。ＧＳＭ／ＧＰＲＳセルラー端末用については、例えば、周波数を変化させたり、オン／オフを切り替えたりする電圧制御発振器ＶＣＯのような典型的な部品が使用されるような状況では、最大限で０．１ｐｐｍの周波数偏移しか許容されない。 
しかしながら、望ましくない周波数偏移や周波数誤りの主な原因は、装置ｇｍや入力容量の変化に関連する非線形成分が変調されてしまう、動作点への偏移にある。これは、ＤＣ電圧降下に起因する干渉や、局所的なＤＣ偏移をもたらす干渉信号の整流や、水晶発振器に入力される干渉信号などが原因である。ある程度は、オンチップのシールドが有効かもしれないが、ボンディングワイヤーや金属トラックが磁場にさらされてしまうだろう。片側終端構造とは対照的に、平衡構造は有効であるが、同相モード（すなわち、平衡信号ペアの両方に影響する露出）干渉成分も同様に有害である。
【０００９】
一般に、水晶発振器は、供給電圧レベルの変動や負荷特性の変動にもかかわらず、非常に安定した発振周波数を提供するため、非常に強靱なタイプの発振器といえよう。
【００１０】
よく知られている発振器として、ＥｒｉｃＶｉｔｔｏｚ氏によって提案されたシングルＣＭＯＳゲインセルを伴う、いわゆるピアス発振器がある（「高性能水晶発振回路の理論と応用」、ＩＥＥＥジャーナル、ソリッドステート回路、７７４−７８３頁、１９８８年６月）。これまでの努力によって、多くの低周波水晶発振器が一般にＥｒｉｃＶｉｔｔｏｚ氏によって提案されたシングルＣＭＯＳゲインセルを使用しエチル。図１には、このような発振器を示している。こおゲインセルは、片側終端信号を使用しているが、その結果、大きなデジタルチップでは発振器の接地がシビアな問題となっている。十分に接地を確保できないことで、発振器のコアに対して雑音や干渉をもたらしてしまっている。同様に、集積回路基板を直接的に共振器の接地へと接続できず、それによって、回路中への干渉経路が存在することになる。しかしながら、この明らかな欠点にもかかわらず、シングルＣＭＯＳインバータを用いて実装することで、この発振器は、ポピュラーな発振器となっている。
【００１１】
上述のＣＭＯＳインバーテッドベースの発振器に代替案が存在する。ピアス発振器もまた、コレクタ共通接続により接続されたバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を基本とすることができる。余り好ましくはないが、バイポーラ接合トランジスタを有する片側終端水晶発振器も、エミッタ共通接続またはベース共通接続を基本とすることができる。
【００１２】
上述の片側終端発振器は、いずれも基板干渉に対して十分強靱とはいえないことから悪影響を被る。
【００１３】
ＳＵ１ ７７１ ０５８ によれば、２つのトランジスタと、供給電圧と２つのトランジスタのコレクタ端子との間にそれぞれ接続された２つの抵抗とにより構成される負性インピーダンスコンバータ（ＮＩＣ）を有する差動発振器が開示されている。一方のトランジスタのベース端子は、他方のトランジスタのコレクタ端子に接続されており、一方のトランジスタのコレクタ端子は、他方のトランジスタのベース端子にそれぞれ接続されている。２つのトランジスタのエミッタ端子間に水晶が接続されている。ＮＩＣは、水晶に負性抵抗をもたらし、大きさが正しければ回路の発振を減衰させないように働き、これにより水晶の共振周波数近くで発振することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
差動動作によって、ボンディングワイヤー上で誘発された干渉をある程度抑圧することは可能である。例えば、干渉は、ＲＦに誘発されたスプリアス周波数の形をとる。しかしながら、この発振器や他の発振器の欠点は、いわゆる基板干渉に対する強靱さが欠けていることである。例えば、強烈なデジタルスイッチングに関連する同一の基板上の回路で発生する。また、オンチップタイプの他のＲＦ発振器によって、発振器のノードで誘発される強力な干渉もある。この不完全な性能によって、発振周波数に小さな変動が生じ、いわゆる周波数偏移が発生することになる。例えば、回路の動作に応じてデジタルスイッチング動作を開始したり停止したりしたときや、送信（ＴＸ）モードと受信モード（ＲＸ）との間のアイドル期間に近くのＲＦ発振器がオンにされたりオフにされたりしたときや、ＲＸ ＲＦ発振器またはＴＸ ＲＦ発振器がオン又はオフに切り替えられたときに、典型的な周波数偏移が１ｐｐｍ程度発生しうる。ＧＳＭ／ＧＰＲＳの要求は、１ｐｐｍよりも締め付けが厳しいため、一般に、この発振器は、ＧＳＭ／ＧＰＲＳの要求に関しては十分に動作しない。
【００１５】
上述したように、集積された発振器は、基板干渉を拾ってしまうことが往々にしてある。ピアス発振器（図１）は、がいわゆるバックゲート効果（すなわち、基板とソース端子間の信号が前方相互コンダクタンスのおよそ３０％でもって増幅されること）によって、基板干渉に敏感となってしまう。さらに、ドレインは、基板に対する平行板容量を有しており、このパスが、雑音混入の原因となりうる。ＭＯＳデバイスをバイポーラトランジスタに置換することで、バックゲート効果を排除できるが、平行板基板容量を排除することはできない。
【００１６】
要するに、ＮＩＣベースの発振器には同相モード雑音の低減方法がいくつか存在するが、ピアス発振器やＮＩＣベースの発振器は、基板干渉に対して強靱ではない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
当初のパラグラフで説明した発振器を次のように構成することで上記課題を解決する。第１の発振器下位回路と、第２の発振下位回路との間の相互接続は、トランジスタ端子のようなペアを含み、前記相互接続のうち第１の接続は、接地基準または供給線のような信号接地基準への接続であり、前記相互接続のうち第２の接続は、第１の共振子を介す接続であり、前記相互接続のうち第３の接続は、第２の共振子を介す接続であり、前記第１及び第２の回路は、平衡発振信号を発生させるべく、前記第１及び第２の共振子によって相互に作用するように構成されている。
【００１８】
第１および第２の発振器下位回路は、バイポーラ接合トランジスタまたは金属酸化物半導体のトランジスタと、当該トランジスタをバイアスするバイアス回路と、非希望周波数成分を濾波する回路とを含むことができる。フィルタ回路は、例えば、簡素なＲＣフィルタの形式を採用できる。トランジスタ端子のペアは、コレクタ端子のペアとすることができる。これは、各トランジスタのコレクタ端子によって形成されるペアでもよいし、ＢＪＴまたはＭＯＳ用のドレイン端子のペアであってもよい。典型的には、第１及び第２の共振子は、それぞれ、コンデンサと圧電性の水晶である。２つの発振器下位回路は、共振（発振）周波数において、第１および第２の発振回路間で前後にエネルギーをラッピングすることによって相互に動作する。平衡出力信号は、好ましく、第１および第２の共振子を通じて提供される。
【００１９】
その結果、非常に精度の良い発振器（干渉に対して強靱である。）が提供される。発振器は上記した従来の発振器に比較し、干渉に５〜１０倍ほど敏感ではなくなる。
【００２０】
その上、発振器は、優れた周波数偏移性能を発揮するので、ＲＦ発振器など他のオンチップ発振器との組み合わせ使用することが可能となる。これにより全ての動作モードにおいて、安定した基準周波数を提供できる。周波数偏移性能は、本発明によれば、デジタルスイッチング回路または他の発振器がオンとオフを切り替えるなどの干渉が発生したときや、動作条件が変化したときに、発振器の周波数の変動として測定できる。本発明に係る発振器によれば、発振周波数が干渉によって影響される程度は非常に限られている。すなわち、変動を低減するための追加の回路を必要とすることなく、出力周波数の変動に関する要求を満たすことが可能となる。実験によれば、本発明の発振器がＧＳＭ／ＧＰＲＳ標準によって規定された要求を満たすことが確認された。
【００２１】
好ましくは、平衡出力信号が、トランジスタ端子のペアの１つからの第１の端子と第２の端子とを接続する第１の回路接続部（Ｔ１ａ；Ｔ２ａ；Ｔ３ａ）と、第２の回路接続部（Ｔ１ｂ；Ｔ２ｂ；Ｔ３ｂ）とに提供される。これらは、共振子によって相互接続される。
【００２２】
便宜上の実施形態においては、これらのトランジスタは、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）タイプである。ＢＪＴトランジスタは、ＭＯＳトランジスタが有しているようないわゆるバックゲート効果がないので、このソースから基板への干渉経路が回避される。  好ましい実施形態によれば、第１、第２、および第３の前記相互接続には、それぞれ、コレクタタイプの端子のペアと、ベースタイプの端子のペアと、およびエミッタタイプの端子ペアが含まれ、これにより、２重トランジスタコレクタ共通接続を有する平衡発振回路を構成することができる。この好ましい実施形態によれば、例えば、簡素な抵抗下位回路によってバイアスすることが相対的に簡単になるので有効である。さらに、コレクタが接地基準に接続されるので、トランジスタのコレクタを構成する基板部分が、トランジスタのエミッタやベースをシールドすることができる。よって、雑音信号から発振器を保護することができる。
【００２３】
他のタイプの実施形態によれば、第１、第２、および第３の前記相互接続には、それぞれ、ベースタイプの端子のペアと、コレクタタイプの端子のペアと、およびエミッタタイプの端子ペアが含まれ、これにより、２重トランジスタコレクタ共通接続を有する平衡発振回路を構成することができる。
【００２４】
第１の共振素子が圧電性素子によって構成され、第２の共振子がキャパシタによって構成されるときは、発振器の構成を有利に実現できる。発振器を平衡動作させるためにたった一つの水晶が必要となるにすぎないので、コスト的に有利な平衡発振器を提供できる。
【００２５】
エミッタタイプの端子のペア、コレクタタイプの端子のぺア、及びベースタイプの端子のペアをそれぞれ含む相互接続についての第１、第２および第３の実施形態の代替案として、二重トランジスタエミッタ共通接続を用いて平衡発振器を構成していもよい。
【００２６】
便宜的に、少なくとも１つのトランジスタは、トランジスタのエミッタと供給電圧との間に接続された抵抗によってバイアス電流を供給される。抵抗バイアス回路によって、有効な電流源に対して有利となる。すなわち、抵抗サブ回路によって基板絶縁に関する利点が提供される。よって、抵抗サブ回路によって、基板の他の部分からトランジスタへの干渉経路を招くことなく、トランジスタをバイアスできるようになる。
【００２７】
抵抗サブ回路よりも、さらにトランジスタの動作点を安定化させる必要があるときは、少なくとも１つのトランジスタに有効電流源によってバイアス電流を供給すればよい。集積回路の内部または外部の状態が動作点に顕著な影響を与え、それ以外にも動作点で制御不能となる場合に、このさらに安定した動作点では必要とされよう。
【００２８】
好ましくは、トランジスタをＣ級動作させることである。これによって、共振回路の負荷が減少するので、ＲＦ干渉による周波数偏移をより低減できよう。さらに、発振周期の２分の１以下の時間間隔でだけ出力電流が流れるので、電流の消費量を非常に小さくできる。また、時間間隔は導通角と呼ぶことできる。
【００２９】
トランジスタは、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）タイプであることが好ましい。
ＢＪＴデバイスにおいて、コレクタ共通接続を採用することで、ベースとエミッタとをシールドすることができる。しかしながら、コスト的に高価な３重ウェル技術を採用しない限り、ＭＯＳデバイスでは、同様のシールド効果をドレイン共通接続に提供することができない。しかしながら、前記第１、第２および第３の共通接続を、それぞれドレインタイプの端子ペア、ゲートタイプの端子ペア、ソースタイプの端子ペアで構成することを特徴とする発振器とすれば、二重トランジスタドレイン共通接続を形成できるので、ソース−基板間だけでなく、ゲート−基板間にも相対的に大きな信号変動が生じるので、基板干渉を相対的に小さくできる。
【００３０】
好ましくは、第１、第２および第３の共通接続を、それぞれゲートタイプの端子ペア、ドレインタイプの端子ペア、ソースタイプの端子ペアで構成することで、二重トランジスタゲート共通接続を有する平衡発振回路を構成することができる。
【００３１】
好ましくは、第１の共振素子が圧電性素子によって構成され、第２の共振子がキャパシタによって構成されることである。
【００３２】
水晶発振器での一般的な問題は、それらが非希望のモードで動作を開始するおそれがあるという事実である。原則として、ループゲインをを十分に大きくすれば（すなわち、１より大きく）、位相偏移を１８０度にしつつ、発振器は何れかの周波数で発振するであろう。そのような共振周波数は、しばしば水晶の振動数の整数倍となり、そのような周波数では、（典型的には高い周波数において）寄生発振が見られることもある。発振出力信号の主たる発振周波数を超える周波数レンジにおいて、ループゲインの極をなすＲＣ回路を用いて発振器回路を構築することで、この問題は解決できる。このような一般的な非希望の発振は、水晶に対して直列にＬＣフィルタを挿入することで好ましく抑圧することができる。
【００３３】
また、本発明は上述したように、共振素子との組み合わせで発振器を構成する回路を含む集積回路に関連する。前記集積回路は、共振素子と電気的に相互接続するための端子を含んでいる。これによって、これまで集積回路チップ上で広い領域を占有していた構成部品を、集積回路チップの外に配置できるようになる。これは、より空間効率が良く、しかもコスト的にもさらに有利な解決方法といえる。
【００３４】
さらに、本発明は、上述したように圧電性素子との組み合わせで発振器を構成する回路を含む集積回路に関連する。前記集積回路は、圧電性素子と電気的に相互接続するための端子を含んでいる。このように、もし集積回路チップ上で十分なスペースを利用可能であれば、容量性の構成部品を集積回路チップ上に搭載でき、その結果、圧電性素子だけを集積回路チップの外に配置すればよいことになる。
【００３５】
しかも、本発明は、上述したように、発振器を含む移動電話器に関連する。
【００３６】
以下では、好ましい実施形態に関連して図面を参照しつつより完全な形で本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は、片側終端型の水晶発振器を示している。発振回路は、第１および第２の下位回路を含むものとして説明される。第１の下位回路１０１は、一般に、プリント基板（ＰＣＢ）上に搭載された受動的な構成部品によって実装される。また、第２の下位回路１０２はＰＣＢ上に搭載される集積回路（ＩＣ）構成部品の基板上に実装される。
【００３８】
第１の下位回路１０１は、例えば、１０−４０ＭＨｚの範囲の公称周波数で通常発振する水晶（Ｘｔａｌ）１０３の形の発振デバイスを含む。当該水晶は、２つのコネクタ１０６及び１０７によって電気的に第２の下位回路１０２へと接続される。
【００３９】
一連の公称共振周波数において、水晶は、相対的に低いインピーダンスとなる。一方で、一連の共振周波数未満またはそれを超える周波数では、水晶は、相対的に高いインピーダンスとなる。このように、公称周波数未満の周波数、または、特に公称発振周波数を超える周波数では、水晶からの発振信号は、電磁的干渉に対して影響を受けやすい。こ電磁的干渉、すなわち雑音は、コネクタ１０６、１０７において発生する。キャパシタ１０４および１０５は、水晶に接続されており、これにより、所定の負荷と発振周波数をもたらし、さらに、高い周波数の信号成分を接地基準Ｇ１へと結合する。
【００４０】
第２の下位回路１０２は、電流源（ＩＱ）１１０によってバイアスされるＭＯＳトランジスタの形式で能動デバイス１０９を含んでいる。ＭＯＳトランジスタと電流源は接地基準Ｇ２に接続されている。接地基準Ｇ２は、コンダクタ１０８によって接地基準Ｇ１に接続されている。
【００４１】
このように、第２の下位回路において大文字「Ａ」で示した回路接点において、接地基準Ｇ２に関して発振している信号を検出できる。バイアス抵抗１１１を、トランジスタ１０９のドレイン端子とゲート端子との間に設けることで、当該トランジスタを好適な状態で動作させることができる。
【００４２】
上述したタイプの発振器は、一般に、例えば、２つのトランジスタＣＭＯＳインバータによって発振信号から導出したタイミング信号を供給することができる。このタイミング信号は、上述した集積回路における基板上の他の下位回路へと供給される。
【００４３】
図２ａは、二重トランジスタコレクタ共通接続に基づく平衡型水晶発振器がを示している。平衡型水晶発振器は、２つの発振器下位回路または下位回路２０１および２０２を含む。下位回路は、機能上、発振器の物理的な実装に司ることのない下位回路のようなものである。物理的実装に関しては、圧電性の水晶２０７と、オプションとしてのキャパシタ２０８，２０６及び２０５は、集積回路上で多くのスペースを占領してしまうので、集積回路の外に配置される。例えばトランジスタ２０３及び２０４のような発振器のその他の構成部品は、集積回路上に配置される。
【００４４】
バイポーラ（ＢＪＴ）タイプのトランジスタの場合、３つのトランジスタ端子、すなわち、コレクタ、ベースおよびエミッタを有している。金属酸化物半導体（ＭＯＳ）タイプのトランジスタであれば、ソース、ゲートおよびドレインを端子として有している。
【００４５】
下位回路は、３つの相互接続によって結合されている。この相互接続には、トランジスタ端子の如くのペアが含まれる。ゆえに、相互接続には、第１の下位回路のトランジスタ端子（コレクタ、ベース、エミッタ、またはドレイン、ゲート、ソース）から第２の下位回路のトランジスタ端子への回路経路が含まれる。ここでは、２つのトランジスタ端子が、端子ペアを形成している。３つある相互接続のうち第１の相互接続は、圧電性の水晶（Ｘｔａｌ）２０７を含み、これによりトランジスタ２０４のベース端子とトランジスタ２０３のベース端子とを接続する。３つのある相互接続のうち第２の相互接続は、キャパシタ２０８形式の共振素子を含み、これにより、トランジスタ２０４のエミッタ端子とトランジスタ２０３のエミッタ端子にとを接続している。３つある相互接続のうち第３の相互接続は、トランジスタ２０４のコレクタ端子およびトランジスタ２０３のコレクタ端子を、接地（ｇｎｄ）、または信号接地（例えば、Ｖｃｃ）基準に接続している。この接地基準は、集積回路の接地基準であることが好ましい。
【００４６】
図２ｂは、二重トランジスターベース共通接続に基づいた平衡型水晶発振器を示している。平衡型水晶発振器は、２つの発振器下位回路のような回路または下位回路２１０及び２０９を含む。下位回路のそれぞれは、キャパシタ２１４，２１３とトランジスタ２１２，２１１の形式の能動デバイスとを含む。バイポーラ（ＢＪＴ）タイプのトランジスタの場合、３つのトランジスタ端子、すなわち、コレクタ、ベースおよびエミッタを有している。金属酸化物半導体（ＭＯＳ）タイプのトランジスタであれば、ソース、ゲートおよびドレインを端子として有している。
【００４７】
下位回路は３つの相互接続によって結合されている。各相互接続には、トランジスタ端子のタイプのような相互接続を含んでいる。３つある相互接続のうち第１の相互接続は、圧電性の水晶（Ｘｔａｌ）２１５を含み、これによりトランジスタ２１２のコレクタ端子とトランジスタ２１１のコレクタ端子とを接続する。３つある相互接続のうち第２の相互接続は、キャパシタ２１６の形式の共振素子を含み、これにより、トランジスタ２１２のエミッタ端子とトランジスタ２１１のエミッタ端子とを接続している。３つある相互接続のうち第３の相互接続は、トランジスタ２１２のベース端子およびトランジスタ２１１のベース端子を、接地（ｇｎｄ）基準に接続している。繰り返しになるが、相互接続には、第１の下位回路のトランジスタ端子（コレクタ、ベース、エミッタ、またはドレイン、ゲート、ソース）から、２つのトランジスタ端子が端子ペアを形成している第２の下位回路のトランジスタ端子への回路経路が含まれることはいうまでもない。
【００４８】
平衡発振器の出力信号は、同様に、圧電性の水晶２１５を横切って端子Ｔ３ａ及びＴ３ｂ、またキャパシタ２１６の端子Ｔ４ａ及びＴ４ｂにおいて提供される。ゆえに、平衡出力信号は、トランジスタ端子のようなペア、コレクタ端子のペアまたはエミッタ端子のペアにおいて提供される。
【００４９】
なお、下位回路２１０、２０９は、機能上、発振器の物理的な実装を司ることのない下位回路のようなものである。物理的実装に関しては、共振素子２１５と、オプションとしての共振子２１４、２１３及び２１６は、集積回路の外に配置される。その他の構成部品は、典型的には、集積回路上に配置される。
【００５０】
図２ｃは、二重トランジスタエミッター共通接続に基づいた平衡型水晶発振器を示している。平衡型水晶発振器は、２つの発振器下位回路のような回路または下位回路２１８及び２１７を含む。下位回路のそれぞれは、圧電素子２２２、２２１と、トランジスタ２２０，２１９の形式の能動デバイスとを含む。バイポーラ（ＢＪＴ）タイプのトランジスタの場合、３つのトランジスタ端子、すなわち、コレクタ、ベースおよびエミッタを有している。金属酸化物半導体（ＭＯＳ）タイプのトランジスタであれば、ソース、ゲートおよびドレインを端子として有している。
【００５１】
下位回路は３つの相互接続によって結合されている。各相互接続には、トランジスタ端子のタイプのような相互接続を含んでいる。３つの相互接続のうち第１、第２の相互接続は、キャパシタ２２３、２２４の形式の共振素子をそれぞれ含み、これにより、トランジスタ２２０のコレクタ端子とトランジスタ２１９のコレクタ端子とを接続し、トランジスタ２２０のベース端子およびトランジスタ２１９のベース端子とをそれぞれ接続している。３つある相互接続のうち第３の相互接続は、トランジスタ２２０のエミッタ端子およびトランジスタ２１９のエミッタ端子を、接地基準（ｇｎｄ）に接続している。ゆえに、下位回路２１７、２１８の圧電性素子２２１、２２２は、それぞれ、公称発振周波数の如くによって動作し、これにより、公称発振周波数またはその近くにおける平衡発振信号を供給する。
【００５２】
平衡発振器の出力信号は、キャパシタ２２３を横切って端子Ｔ５ａ及びＴ５ｂ、あるいはキャパシタ２２４を横切って端子Ｔ６ａ及びＴ６ｂにおいて提供される。ゆえに、平衡出力信号は、トランジスタ端子のようなペア、すなわち、コレクタ端子のペアまたはエミッタ端子のペアにおいて提供される。なお、下位回路２１８、２１７は、機能上、発振器の物理的な実装を司ることのない下位回路のようなものである。
【００５３】
図３は、二重トランジスタコレクタ共通接続に基づいた平衡型水晶発振器を示している。まず、回路構成について説明し、続いて、機能上および設計上の問題について説明する。平衡型水晶発振器は、２つの発振器下位回路のような回路または下位回路３０２及び３０１を含む。下位回路のそれぞれは、キャパシタ３０６、３０５と、トランジスタ３０４，３０３の形式の能動デバイスとを含む。下位回路は、３つの相互接続によって結合されている。各相互接続には、トランジスタ端子のタイプのような相互接続を含んでいる。３つある相互接続のうち第１の相互接続は、圧電性の水晶（Ｘｔａｌ）３１３を含み、これによりトランジスタ３０４のベース端子とトランジスタ３０３のベース端子とを接続する。さらに、この相互接続には、各下位回路のそれぞれにおいて抵抗Ｒｆ３１１、３０８が含まれている。よって、ベース端子らは、抵抗３１１、３０８および水晶３１３を経由して相互接続されている。３つある相互接続のうち第２の相互接続は、キャパシタ３１４の形式の共振素子を含み、これにより、トランジスタ３０４のエミッタ端子とトランジスタ３０３のエミッタ端子とを接続している。３つある相互接続のうち第３の相互接続は、トランジスタ３０４のコレクタ端子およびトランジスタ３０３のコレクタ端子を、接地（ｇｎｄ）基準に接続している。
【００５４】
平衡（すなわち２線）発振器出力信号は、圧電性の水晶３１３を横切って端子Ｔ７ａ及びＴ７ｂで、キャパシタ３１４を横切って回路接点で、あるいは端子Ｔ８ａおよびＴ８ｂで提供される。ゆえに、平衡出力信号は、トランジスタ端子のようなペア、すなわち、ベース端子のペアまたはエミッタ端子のペアにおいて提供される。
【００５５】
図３に示したように、二重トランジスタコレクタ共通接続用のバイアス下位回路を実現することができる。ここで、抵抗Ｒｂ３１０，３０７は、ＢＪＴのベース端子をバイアス電圧源Ｖｂ３１７，３１８に接続している。このバイアス電圧は、分圧器を経由して、バンドギャップ基準などから導出される。Ｒｂ３１０，３０７は、共振回路の余計な負荷を避けるのに十分な大きさとすべきであるが、ＢＪＴの電流−ゲイン（ｐＦ）変動がバイアス店において不安定とならないように、高すぎない値を選択すべきである。抵抗Ｒｅ３１６，３１５は、能動デバイス３０４，３０３に対してバイアス電流を供給する。十分に高い供給電圧が利用可能ならば、抵抗３１６，３１５を能動デバイスに置換することも可能であるが、抵抗は、より良い基板絶縁を達成する観点からは有利であろう。
【００５６】
非希望のスプリアス発振モードは、抵抗Ｒｆ３１１，３０８およびキャパシタＣｆ３１２，３０９によって形成されたＲＣフィルターによって抑圧可能である。キャパシタＣｆ３１２，３０９とＢＪＴの入力容量とともに、これらの抵抗らは、希望モードでの発振のみを可能とするループゲインの極を形成する。キャパシタＣｆ ３１２、３０９は、能動デバイスの入力キャパシタが足りている場合には、省略されるか、あるいは共通モードの除去がふようなときはベースらを横切る単一のキャパシタへと置換されよう。これは、水晶と組み合わせて共振下位回路を形成するキャパシタ３０６，３０５及び３１４の変更を不要とするだろう。典型的に、キャパシタ３０６及び３０５は、キャパシタ３１４の容量の約２倍程度に選択される。
【００５７】
コレクタと基板とによる平行板キャパシタを介した、何れかの基板結合雑音は、単一の接地（例えば、ｇｎｄ）から離れ、トランジスタに入力されることはなくなるであろう。
【００５８】
図４は、電流源を示している。十分に高い供給電圧があり、かつ、トランジスタの安定的な動作点が必要とされるときには、この電流源、あるいは他の適切な電流源が、トランジスタ３０４および３０３にバイアス電流を供給するために使用できる。これは、抵抗３１６及び３１５を電流源または電流ミラーと置換することで実現できる。
【００５９】
トランジスタをバイアスするための電流源の使用方法は良く知られているが、より完全を期すと、端子Ｌ（これは、トランジスタ４０２のコレクタ端子に対応している。）をトランジスタ３０４、３０３のエミッタ端子に接続する。トランジスタ４０２のエミッタ端子を接地基準に接続する。トランジスタ４０２のベース端子をトランジスタ４０１のベース−コレクタ接合点に接続する。この接合点は、抵抗器４０３の一方の端に接続される。抵抗器４０３の他方の端は、電圧供給部（Ｖｃｃ）に接続される。トランジスタ４０１のエミッタ端子は、接地基準ｇｎｄに接続される。実際な実現例では、抵抗Ｒｅ３１６、３１５と置換される２つの電流源は、同一のトランジスタ４０１、４０３を共有するように実現され、これによって、トランジスタ４０１から４０２ａへと４０１から４０２ｂへのベース−ベース間接続が実現される。ここで、インデックスａ、ｂは、下位回路３０２あるいは３０１用の電流源を示している。
【００６０】
図５は、外的な共振素子を含む平衡型水晶発振器を示す図である。例えば、例えば、バッテリー５０３、または他の電力供給源によって動作する電気回路５０１は、集積回路５０２、当該集積回路の外部に配置された構成部品５０４、５０５、５０６および５０７を含む。典型的には、集積回路５０２と外部の構成部品５０４−５０７は、プリント基板ＰＣＢ上に取り付けられる。これらの構成部品５０４，５０５、５０６及び５０７を集積回路の外部に配置する理由は、一般に、これらの構成部品は、集積回路上で多くのスペースを占領しすぎてしまうという事実のためである。
【００６１】
二重コレクタ共通接続型の発振器について、キャパシタ２０８、３１４は、キャパシタ５０４として図示したように集積回路の外部に配置されてもよい。同じように、キャパシタ２０６、３０６、２０５、３０５および水晶２０７、３１３は、キャパシタ５０５，５０６および水晶５０７として図示したように、集積回路の外部に配置可能である。本発明によれば、平衡発振器のバイアス回路、能動デバイス（トランジスタ）、フィルタその他は、好ましくは集積回路上に配置される。
【００６２】
まとめると、共通モード除去、基板干渉の良好な排除、寄生発振モードに対する保護、ＲＦ干渉に対する鋭敏さの低下といった利点を有する高度に集積された差動水晶発振器を開示した。
【００６３】
上述の説明は、最も頻繁に選択される素子として水晶に基づいて説明してきたが、Ｘｔａｌ（水晶）を、適切なインピーダンス特性を有するインダクタ、セラミック、またはその他の部品に置換してもよい。しかしながら、水晶は、一般に、最も高い周波数安定性能をもたらすであろう。
【００６４】
一般に、用語「接地基準」は、信号モデル点の観点から捉えられる基準として用いている。ゆえに、接地基準は、電力供給電圧の電位（ｇｎｄあるいはＶｃｃ）や、他の実質的に固定された電位に密接に関連しているといえる。
【００６５】
一般的に、「下位回路」という用語は、電子回路の一部として使用してきたが、「回路網」、「網」または「回路」その他などが均等物である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、片側終端型の水晶発振器を示す図である。
【図２ａ】図２ａは、二重トランジスタコレクタ共通接続に基づく平衡型水晶発振器を示す図である。
【図２ｂ】図２ｂは、二重トランジスターベース共通接続に基づく平衡型水晶発振器を示す図である。
【図２ｃ】図２ｃは、二重トランジスターエミッタ共通接続に基づく平衡型水晶発振器を示す図である。
【図３】図３は、バイアス回路を伴う二重トランジスタコレクタ共通接続に基づく平衡型水晶発振器を示す図である。
【図４】図４は、電流源を示す図である。
【図５】図５は、外的な共振素子を有する平衡水晶発振器を示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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