(57)【要約】【課題】ドライブレベルを抑制しつつ、所望の発振周波数で発振させる。【解決手段】発振回路１は、水晶振動子Ｘと、水晶振動子Ｘと直列接続された第１抵抗Ｒｘと、水晶振動子Ｘ及び第１抵抗Ｒｘと直列接続されたインダクタＬｘと、水晶振動子Ｘ、第１抵抗Ｒｘ及びインダクタＬｘを含む直列回路ＳＣの一端とグランドとの間に設けられた第１キャパシタＣ１と、直列回路ＳＣの他端とグランドとの間に設けられた第２キャパシタＣ２と、直列回路ＳＣと並列に設けられた増幅回路Ａと、を備える。【選択図】図１
2015070311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子と、
前記水晶振動子と直列接続された第１抵抗と、
前記水晶振動子及び前記第１抵抗と直列接続されたインダクタと、
前記水晶振動子、前記第１抵抗及び前記インダクタを含む直列回路の一端とグランドとの間に設けられた第１キャパシタと、
前記直列回路の他端とグランドとの間に設けられた第２キャパシタと、
前記直列回路と並列に設けられた増幅回路と、
を備える発振回路。
【請求項２】
前記増幅回路と前記直列回路との間に設けられた第２抵抗をさらに備える、
請求項１に記載の発振回路。
【請求項３】
前記増幅回路、第１抵抗、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタが、単一の半導体集積回路に設けられており、
前記水晶振動子及び前記インダクタが、前記半導体集積回路の外部に設けられている、
請求項１又は２に記載の発振回路。
【請求項４】
前記半導体集積回路が、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの容量を調整する調整部を有する、
請求項３に記載の発振回路。
【請求項５】
前記水晶振動子を着脱可能に接続する接続部をさらに備える、
請求項１から４のいずれか１項に記載の発振回路。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の発振回路と、
前記発振回路が設けられた基板と、
前記基板を収容する筐体と、
を備える水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振回路及び水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水晶振動子を用いた発振回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７は、従来の発振回路１００の電気回路図である。
発振回路１００は、水晶振動子１０１と、第１キャパシタ１０２と、第２キャパシタ１０３と、増幅回路１０４と、帰還抵抗１０５と、制限抵抗１０６と、出力端子１０７を有する。
【０００３】
水晶振動子１０１の第１端子とグランドとの間には、第１キャパシタ１０２が接続され、水晶振動子１０１の第２端子とグランドとの間には、第２キャパシタ１０３が接続されている。水晶振動子１０１と、増幅回路１０４と、帰還抵抗１０５とは、並列に接続されている。制限抵抗１０６は、水晶振動子１０１と、増幅回路１０４との間に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−５４３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発振回路１００において、振動による水晶振動子１０１の破壊を防止するために、水晶振動子１０１に対して直列に抵抗を接続し、ドライブレベルを抑制することが行われている。しかしながら、水晶振動子１０１に対して直列に抵抗を接続しても、ドライブレベルが十分に抑制しきれない場合がある。
【０００６】
この場合、第１キャパシタ１０２及び第２キャパシタ１０３の負荷容量を小さくすることで、ドライブレベルをさらに抑制することが考えられるが、第１キャパシタ１０２及び第２キャパシタ１０３の容量を小さくすると、発振周波数が高くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ドライブレベルを抑制しつつ、所望の発振周波数で発振させることができる発振回路及び当該発振回路を備える水晶発振器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】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る発振回路は、水晶振動子と、前記水晶振動子と直列接続された第１抵抗と、前記水晶振動子及び前記第１抵抗と直列接続されたインダクタと、前記水晶振動子、前記第１抵抗及び前記インダクタを含む直列回路の一端とグランドとの間に設けられた第１キャパシタと、前記直列回路の他端とグランドとの間に設けられた第２キャパシタと、前記直列回路と並列に設けられた増幅回路と、を備えることを特徴とする。上記の発振回路は、前記増幅回路と前記直列回路との間に設けられた第２抵抗をさらに備えていてもよい。
【０００９】
また、前記増幅回路、第１抵抗、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタが、単一の半導体集積回路に設けられており、前記水晶振動子及び前記インダクタが、前記半導体集積回路の外部に設けられていてもよい。前記半導体集積回路が、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタの容量を調整する調整部を有していてもよい。
【００１０】
また、上記の発振回路は、前記水晶振動子を着脱可能に接続する接続部をさらに備えていてもよい。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る水晶発振器は、上記の発振回路と、前記発振回路が設けられた基板と、前記基板を収容する筐体と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ドライブレベルを抑制しつつ、所望の発振周波数で発振させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る発振回路の電気回路図である。
【図２】第１の実施形態に係る発振回路における各素子の値と、負性抵抗、ドライブレベル及び周波数の周波数偏差の測定結果とを示す図である。
【図３】従来の発振回路の電気回路図である。
【図４】従来の発振回路における各素子の値と、負性抵抗、ドライブレベル及び周波数の周波数偏差の測定結果とを示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る発振回路の構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る発振回路の構成を示す図である。
【図７】従来の発振回路の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る発振回路１の電気回路図である。
発振回路１は、水晶振動子Ｘと、第１抵抗Ｒｘと、インダクタＬｘと、第１キャパシタＣ１と、第２キャパシタＣ２と、第３キャパシタＣ３と、第４キャパシタＣ４と、増幅回路Ａと、第２抵抗Ｒｄと、第３抵抗Ｒｆと、出力端子Ｔを備える。水晶振動子Ｘは、例えば、ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動子（ＡＴカット水晶振動子）である。
【００１５】
第１抵抗Ｒｘは、水晶振動子Ｘと直列に接続されている。第１抵抗Ｒｘは、水晶振動子Ｘの等価抵抗の値が変動し、発振回路１の発振周波数が変化する場合に、発振周波数の変化量を抑制することができる。例えば、水晶振動子Ｘの等価抵抗が、周囲温度の変化に伴い５０Ωから１００Ωの範囲で変化する場合には、等価抵抗の変化率は１００％である。これに対して、１００Ωの第１抵抗Ｒｘが水晶振動子Ｘと直列に設けられている場合、第１抵抗Ｒｘと水晶振動子Ｘの等価抵抗とを合わせた抵抗値は、１５０Ωから２００Ωの範囲で変化するので、抵抗値の変化率は３３％である。このように、抵抗値の変化率が小さくなることにより、発振周波数の変化量を抑制することができる。
【００１６】
また、第１抵抗Ｒｘは、水晶振動子Ｘに流れる電流量を抑制することができる。したがって、第１抵抗Ｒｘを水晶振動子Ｘと直列に設けることにより、ドライブレベルを抑制することができる。
【００１７】
インダクタＬｘは、水晶振動子Ｘ及び第１抵抗Ｒｘと直列に接続されている。発振回路１がインダクタＬｘを備えることにより、発振回路１の共振周波数は、インダクタＬｘを備えない場合に比べて低くなる。
【００１８】
水晶振動子Ｘ、インダクタＬｘ及び第１抵抗Ｒｘは、直列回路ＳＣを構成している。
第１キャパシタＣ１は、直列回路ＳＣの一端と、グランドとの間に接続されている。
第２キャパシタＣ２は、直列回路ＳＣの他端と、グランドとの間に接続されている。
第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の容量に基づいて、発振回路１の発振周波数及びドライブレベルが定められる。
【００１９】
第３キャパシタＣ３及び第４キャパシタＣ４は、直列に接続されている。第３キャパシタＣ３は、直列回路ＳＣの他端と、第４キャパシタＣ４との間に接続されている。第４キャパシタＣ４は、第３キャパシタＣ３と、グランドとの間に接続されている。第４キャパシタＣ４は、トリマコンデンサであり、主に発振周波数の調整に用いられる。
【００２０】
増幅回路Ａは、例えばインバータであり、直列回路１４と並列に接続されている。増幅回路Ａは、発振回路１において発振した発振信号を増幅して出力端子Ｔに出力する。
第２抵抗Ｒｄは、増幅回路Ａと直列回路ＳＣとの間に設けられており、ドライブレベルを調整するために用いられる。第２抵抗Ｒｄは、水晶振動子Ｘに過大電流が流入し、水晶振動子Ｘが破壊されることを防止する。
第３抵抗Ｒｆは、増幅回路Ａと並列に接続されており、増幅回路Ａから出力される電流を帰還させて、発振を持続させる。
【００２１】
［調整手順］
続いて、発振回路１の調整手順について説明する。
まず、ドライブレベルを所定の目標範囲の値とするべく、第１抵抗Ｒｘの値を調整する。  続いて、第１抵抗Ｒｘの調整により、ドライブレベルが十分に抑制できていない場合、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の容量を小さくすることで、発振回路１のインピーダンスを増加させ、ドライブレベルをさらに抑制させる。
【００２２】
ところが、第１キャパシタＣ１、及び第２キャパシタＣ２の容量を小さくすることにより、発振周波数が高くシフトする。発振周波数が目標とする発振周波数に比べて高い場合、インダクタＬｘのインダクタンスを高くすることで、発振周波数を低くシフトさせる。これにより、発振回路１のドライブレベルを抑制しつつ、所望の発振周波数で発振させることができる。
【００２３】
［実測結果］
続いて、本実施形態に係る発振回路１において負性抵抗及びドライブレベル特性の調整を行った場合の実測結果を示す。図２は、本実施形態に係る発振回路１における各素子の値と、負性抵抗（−Ｒ）、ドライブレベル（ＤＬ）及び周波数偏差（ｄＦ／Ｆ）の測定結果とを示す図である。
【００２４】
ここでは、負性抵抗の目標値を１００Ω以上、ドライブレベルの目標値を１００μＷ以下とした。ドライブレベルを抑制するために、Ｒｄを１５００Ω、Ｒｘを４７０Ωとした。また、従来の発振回路に比べて、第１キャパシタＣ１及び第３キャパシタの容量を低くした。また、第４キャパシタＣ４については、最大値を１０ｐＦとし、３．５ｐＦから１０ｐＦの間で調整を行った。第１キャパシタＣ１及び第３キャパシタの容量を低くした状態での周波数偏差を十分に小さくするために、Ｌｘのインダクタンスを２．２μＨとした。
【００２５】
測定の結果、周波数偏差が０ｐｐｍ、負性抵抗が３４０Ω、ドライブレベルが７０．０μＷとなり、所望の発振周波数で発振させつつ、負性抵抗及びドライブレベルを目標範囲の値にすることができた。
【００２６】
［比較例］
続いて、従来の発振回路２００において負性抵抗及びドライブレベル特性の調整を行った場合の実測結果を示す。図３は、従来の発振回路２００の電気回路図である。従来の発振回路２００は、図３に示すように、本実施形態の発振回路１からインダクタＬｘを除いた回路である。図４は、従来の発振回路２における各素子の値と、負性抵抗、ドライブレベル及び周波数偏差の測定結果とを示す図である。
【００２７】
図４に示すように、従来の発振回路２００の測定では、発振回路２００における各素子の値を変更し、４つのパターンについて測定を行った。
測定の結果、いずれのパターンについても周波数偏差が少なくとも３０ｐｐｍを超え、所望の発振周波数で発振させることができなかった。さらに、負性抵抗及びドライブレベルの両方を同時に目標範囲内の値にすることができなかった。
【００２８】
［本実施形態の効果］
以上、本実施形態によれば、発振回路１は、水晶振動子Ｘと、水晶振動子Ｘと直列接続された第１抵抗Ｒｘと、水晶振動子Ｘ及び第１抵抗Ｒｘと直列接続されたインダクタＬｘと、水晶振動子Ｘ、第１抵抗Ｒｘ及びインダクタＬｘを含む直列回路ＳＣの一端とグランドとの間に設けられた第１キャパシタＣ１と、直列回路ＳＣの他端とグランドとの間に設けられた第２キャパシタＣ２と、直列回路ＳＣと並列に設けられた増幅回路Ａと、を備える。
【００２９】
このようにすることで、発振回路１は、第１抵抗Ｒｘを調整することで、ドライブレベルを抑制するとともに、水晶振動子Ｘの等価抵抗の変化に伴う周波数変化を抑制することができる。そして、発振回路１は、第１抵抗Ｒｘによるドライブレベルの抑制後、ドライブレベルをさらに抑制させるために、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の容量を小さくして発振周波数が高くシフトしても、インダクタＬｘのインダクタンスを調整することで、発振周波数を低くシフトさせることができる。よって、発振回路１は、ドライブレベルを抑制しつつ、所望の発振周波数で発振させることができる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態に係る発振回路２の構成を示す図である。発振回路２は、一部の回路が半導体集積回路２０に設けられている点で、第１の実施形態に係る発振回路１と異なり、他の点で同じである。具体的には、図５に示すように、増幅回路Ａ、第１抵抗Ｒｘ、第２抵抗Ｒｄ、第３抵抗Ｒｆ、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２が、単一の半導体集積回路２０に設けられている。また、水晶振動子Ｘ及びインダクタＬｘは、半導体集積回路２０の外部に設けられている。
【００３１】
半導体集積回路２０において、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２は、キャパシタアレイ又はバリキャップダイオードによって構成されている。また、半導体集積回路２０は、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の少なくともいずれかの容量を調整する調整部２１を有する。
【００３２】
調整部２１は、例えば、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２が、それぞれ複数のキャパシタを有するキャパシタアレイから構成される場合に、複数のキャパシタのうちの一部のキャパシタを選択するセレクタを有する。調整部２１は、半導体集積回路２０の外部から入力される制御信号に応じて、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の少なくともいずれかのセレクタを切り替えることにより、容量を調整する。
【００３３】
調整部２１は、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２が、バリキャップダイオードにより構成される場合に、半導体集積回路２０の外部から入力される制御信号に応じた電圧をバリキャップダイオードに印加することにより、容量を調整する。
【００３４】
上記のとおり、発振回路２は、増幅回路Ａ、第１抵抗Ｒｘ、第２抵抗Ｒｄ、第３抵抗Ｒｆ、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２を半導体集積回路２０に内蔵することにより、小型化が可能になる。また、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２を半導体集積回路２０に内蔵することにより、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２としてキャパシタアレイやバリキャップダイオードを用いることができる。その結果、調整部２１が、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２の容量を外部からの制御信号により微調整できるので、発振回路２によれば、回路構成を変更することなく発振周波数を調整することができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、調整部２１がキャパシタの容量を調整する例について説明したが、調整部２１は、第１抵抗Ｒｘ、第２抵抗Ｒｄ及び第３抵抗Ｒｆのいずれかを調整してもよい。
【００３６】
＜第３の実施形態＞
図６は、第３の実施形態に係る発振回路３の構成を示す図である。発振回路３は、水晶振動子Ｘを着脱可能に接続する接続部３０を備える点で、第１の実施形態に係る発振回路１と異なり、他の点で同じである。接続部３０は、水晶振動子Ｘの両端と、発振回路３における水晶振動子Ｘ以外の素子との接続点に設けられている。
【００３７】
接続部３０は、例えば、水晶振動子Ｘの両端を他の素子に接続するソケットである。発振回路３が備える増幅回路Ａ、第１抵抗Ｒｘ、第２抵抗Ｒｄ、第３抵抗Ｒｆ、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２、第３キャパシタＣ３、第４キャパシタＣ４及び接続部３０は、例えばプリント基板に半田付けにより固定されている。水晶振動子Ｘを接続部３０に挿入することで、発振回路３として機能する。
【００３８】
発振回路３が接続部３０を備えることにより、発振回路３のユーザは、水晶振動子Ｘを交換することで、発振信号の周波数を始めとする電気的特性を容易に変更することができる。
【００３９】
発振回路３において、第２の実施形態に係る発振回路２と同様に、発振回路３は、増幅回路Ａ、第１抵抗Ｒｘ、第２抵抗Ｒｄ、第３抵抗Ｒｆ、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２及び調整部２１を半導体集積回路２０に内蔵させてもよい。このようにすることで、水晶振動子Ｘを交換した場合に、外部からの制御信号により、所望の周波数に容易に調整することができる。
【００４０】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る水晶発振器は、上記の実施形態に係る発振回路１、発振回路２又は発振回路３が実装されたプリント基板と、当該プリント基板を収容する筐体とを備える。筐体には、上記の発振回路のグランドに接続されるグランド端子、上記の発振回路の増幅回路Ａに供給される電源を入力するための電源端子、及び上記の発振回路から出力される発振信号を出力するための出力端子が設けられている。
【００４１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４２】
例えば、上記の実施形態においては、インダクタＬｘ、水晶振動子Ｘ及び第１抵抗Ｒｘがこの順序で直列に接続されている例について説明したが、これらの素子の接続順序は任意である。例えば、水晶振動子Ｘ、インダクタＬｘ、第１抵抗Ｒｘの順に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・発振回路、２・・・発振回路、３・・・発振回路、２０・・・半導体集積回路、２１・・・調整部、３０・・・接続部、Ａ・・・増幅回路、Ｃ１・・・第１キャパシタ、Ｃ２・・・第２キャパシタ、Ｃ３・・・第３キャパシタ、Ｃ４・・・第４キャパシタ、Ｌｘ・・・インダクタ、Ｒｘ・・・第１抵抗、Ｒｄ・・・第２抵抗、Ｒｆ・・・第３抵抗、Ｔ・・・出力端子、Ｘ・・・水晶振動子、１００・・・従来の発振回路、１０１・・・水晶振動子、１０２・・・第１キャパシタ、１０３・・・第２キャパシタ、１０４・・・増幅回路、１０５・・・帰還抵抗、１０６・・・制限抵抗、１０７・・・出力端子、２００・・・発振回路
【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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【図６】
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【図７】
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