(57)【要約】  本発明は、２つのワンポート表面波共振器を周波数規定エレメントとして含む発振器に関するものである。本発明の基礎とする課題は、音響表面波共振器を周波数規定エレメントとして含む公知の形式の発振器を改善し、それぞれの温度で調整される発振器周波数のパラメータ｜Ｓ２１｜が僅かしか温度に依存しないようにすることである。本発明による発振器は、所定の温度を基準にして、２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の同期周波数の一次の温度係数が異なる符合を有するか、またはゼロであり、２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の二次の温度係数が同じ符合を有する。２つのワンポート表面波共振器からなる回路は双極子または四極子である。変換器相互のアパーチャ比および櫛の歯数比は、発振器の使用温度領域において温度が発振器周波数に及ぼす影響が最小であるように選択されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数規定エレメントとしての２つのワンポート表面波発振器（２，３；１２，１３；４２，４３）とアクティブ電子構成素子とからなる回路を含む発振器回路からなる発振器であって、
各ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）は音響表面波のための１つの櫛形変換器（２３，３３；１２３，１３３；４２３，４３３）を含み、
ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）は同期周波数の温度依存性によって相互に区別される形式の発振器において、
ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）は異なる伝播方向を使用し、
ａ）  ２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の同期周波数の一次の温度係数が所定の温度を基準にして異なる符合を有し、またはゼロに等しく、
２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の同期周波数の二次の温度係数が所定の温度を基準にして同じ符合を有し、ここで、
ａａ）  ２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の同期周波数の一次の温度係数が異なる符合を有する場合、２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）からなる回路は双極子であり、
該双極子では、ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の少なくとも１つにインダクタンスが並列に接続されており、
ａｂ）  ２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の同期周波数の一次の温度係数がゼロである場合、２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）からなる回路は四極子であり、
ｂ）  変換器（２３，３３；１２３，１３３；４２３，４３３）では、それらのアパーチャ（２４，３４；１２４，１３４；４２４，４３４）の比おおよびそれら（２３，３３；１２３，１３３；４２３，４３３）の櫛の歯数の比は相互に次のように選択されている、すなわち、発振器の使用温度領域において発振器周波数への温度の影響が最小であるか、または最小とは異なる所望の値を有するように選択されている、ことを特徴とする発振器。
【請求項２】
請求項１記載の発振器において、
２つのワンポート表面波共振器（２，３）からなる回路は双極子であり、
該双極子では、それぞれ１つのワンポート表面波共振器（２，３）と１つのインダクタンス（２６，３６）が並列に接続された回路が２つ直列に接続されている、ことを特徴とする発振器。
【請求項３】
請求項１記載の発振器において、
四極子は導電タイプの四極子であり、
２つのワンポート表面波共振器（４２，４３）は電気線路（４４）を介して直列に接続されており、
四極子の入力端の第１極（４５）は電気線路（４４）の分岐路により形成され、四極子の出力端の第１極（４３５）は、それぞれ第２のワンポート表面波共振器（４２）と接続されていない第１のワンポート表面波共振器（４３）の端子により形成され、
四極子の入力端および出力端（４２６，４２５）の第２極は、それぞれ第１のワンポート表面波共振器（４３）と接続されていない第２のワンポート表面波共振器（４２）の端子により形成される、ことを特徴とする発振器。
【請求項４】
請求項１記載の発振器において、
双極子は発振器回路に接続されており、該発振器回路はアクティブ電子構成素子として微分負抵抗を備える構成素子を含む、ことを特徴とする発振器。
【請求項５】
請求項１記載の発振器において、
発振器回路は、アクティブ電子構成素子として増幅器を含み、
双極子は増幅器の帰還路に、該増幅器の入力端および出力端と直列にまたは並列に接続されている、ことを特徴とする発振器。
【請求項６】
請求項１記載の発振器において、
発振器回路は、アクティブ電子構成素子として増幅器を含み、
四極子は増幅器の帰還路に挿入接続されており、該四極子の入力端ないし出力端は増幅器の出力端ないし入力端に接続されている、ことを特徴とする発振器。
【請求項７】
請求項１記載の発振器において、
ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）は、結晶形式の同じ基板により取り付けられている、ことを特徴とする発振器。
【請求項８】
請求項１記載の発振器において、
ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の基板は異なる結晶形式に所属する、ことを特徴とする発振器。
【請求項９】
請求項１記載の発振器において、
ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の基板は異なる結晶断面を以て取り付けられている、ことを特徴とする発振器。
【請求項１０】
請求項１記載の発振器において、
ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）は、種々異なる伝播方向を音響表面波に対して１つの同じ結晶断面で使用する、ことを特徴とする発振器。
【請求項１１】
請求項１記載の発振器において、
ワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）は別個の基板に配置されている、ことを特徴とする発振器。
【請求項１２】
請求項１記載の発振器において、
２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の電極構造は１つの共通の基板（１）に配置されている、ことを特徴とする発振器。
【請求項１３】
請求項１記載の発振器において、
両方のワンポート表面波共振器（２，３；１２．１３；４２，４３）では、同次数の同期周波数の温度係数が支配的である、ことを特徴とする発振器。
【請求項１４】
請求項１記載の発振器において、
両方のワンポート表面波共振器（２，３；１２．１３；４２，４３）では、一次の同期周波数の温度係数が支配的である、ことを特徴とする発振器。
【請求項１５】
請求項１記載の発振器において、
両方のワンポート表面波共振器（２，３；１２．１３；４２，４３）では、二次の同期周波数の温度係数が支配的である、ことを特徴とする発振器。
【請求項１６】
請求項１記載の発振器において、
２つのワンポート表面波共振器（２，３）の各々の同期周波数の一次の温度係数はゼロでなく、それぞれ他方のワンポート表面波共振器の温度係数の符合とは異なっている、ことを特徴とする発振器。
【請求項１７】
請求項１記載の発振器において、
２つのワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の同期周波数の二次の温度係数がゼロではなく、同じ符合を有しており、一次の温度係数は所定の温度を基準にしてゼロに等しい、ことを特徴とする発振器。
【請求項１８】
請求項９または１０記載の発振器において、
結晶断面は水晶のＳＴ断面であり、
変換器の櫛の歯および反射器ストライプに対して直角の方向は、一方のワンポート表面波共振器（２，１２）に対しては０゜から４５°の間の角度だけ傾斜しており、他方のワンポート表面波共振器（３，１３）に対しては水晶の結晶学的Ｘ軸に対して４５°より大きな角度だけ傾斜している、ことを特徴とする発振器。
【請求項１９】
請求項１記載の発振器において、
変換器（２３，３３；１２３，１３３；４２３，４３３）の櫛の歯の周期間隔およびアパーチャ（２４，３４；１２４，１３４；４２４，４３４）、およびワンポート表面波共振器（２，３；１２，１３；４２，４３）の電極層の厚さは、所定の温度でのそれらの共振が所定の周波数間隔を有し、該周波数間隔が発振器周波数の温度経過を最適に調整するために用いられるように選択されている、ことを特徴とする発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、電子技術／電子回路の分野に関連するものであり、周波数規定エレメントとしての２つのワンポート表面波共振器と、アクティブ電子構成素子とを含む発振器に関する。この発振器は、種々の技術分野で振動形成器またはセンサとして使用することができる。この発振器の特別の利点は、発振器周波数が非常に小さな温度依存性を有することである。
【０００２】
従来の技術
周波数規定エレメントとしての２つのワンポート表面波発振器とアクティブ電子構成素子とからなる回路を含む発振器回路からなる発振器は公知である。ここでは各ワンポート表面波共振器が音響表面波のために櫛形変換器を含み、ワンポート表面波共振器は同期周波数の温度依存性によって相互に区別される。
【０００３】
特別の構成では、発振器回路の周波数規定エレメントが２つのワンポート表面波共振器の並列回路であり、その基板は１つの同じ結晶断面に所属するが、異なる伝播方向を利用する（ＤＥ２９３８１５８［１］）。結晶断面として水晶のＳＴ断面が用いられる。主共振器の基板は伝播方向として水晶のＸ軸を有し、補助共振器の伝播方向はこれに対して４１°傾斜している。その結果、主共振器では一次の同期周波数の温度係数が消失する。これに対して補助共振器の一次の同期周波数の温度係数はゼロではない。温度係数の次数が異なっていても、主共振器の二次の同期周波数の温度係数を補償することができる。この補償は、補助共振器の位相を、主共振器の信号が全体信号に対して直交するように調整して行われる。
【０００４】
発振器の周波数規定エレメントとして、変換器が並列に接続された２つのペアを形成するように２つのツーポート表面波共振器を組合わせることがすでに提案されている。ここでは第１ツーポート共振器の変換器と、第２ツーポート共振器の変換器とがそれぞれこのようなペアを形成する（ＤＥ１０３３９８６５．１）。このとき両方のツーポート表面波共振器では二次の同期周波数の温度係数が支配的である。
【０００５】
さらに、発振器の周波数規定エレメントとして２つのツーポート表面波共振器からなるカスケード回路を使用することがすでに提案されている。ここでは各ツーポート表面波共振器が結合対象物、例えば結合変換器を含み、２つのツーポート表面波共振器の結合対象物は相互に２つの接続部を介して電気接点を有する（ＤＥ１０２００４０２８４２１．０）。これらの接続部の間にはインダクタンスが接続されている。両方のツーポート表面波共振器では一次の同期周波数の温度係数が支配的である。ツーポート表面波共振器の一次の同期周波数の温度係数は反対の符合を有する。
【０００６】
遠隔読み出し可能なセンサと関連して、温度補償のために２つのワンポート表面波共振器を組み合わせることが公知である。それらの基板は異なる伝播方向と１つの同じ結晶断面を示す（A differential measurement SAW device for passive remote sensoring, W. Buff, M. Rusko, T. Vandahl, M. Goroll und F. Moeller, Proc. 1996 IEEE Ultrasonics Symposium, pp. 343-346 [2]）。ここで温度補償のための前提は、この伝播方向が種々異なる相速度を有し、同期周波数の温度係数がほぼ同じことである。
【０００７】
刊行物［１］に記載された解決手段は、公知の共振器の動作時に発振回路で四極子として温度依存して調整される、発振器周波数でのパラメータ｜Ｓ２１｜が過度に強く温度に依存することである。その結果、帰還結合される増幅器が、増幅領域が過度に大きいため不所望の非線形作用を示し、また制御増幅器として過度に大きなコストの原因となり、ジッタおよび位相ノイズが温度と共に過度に大きく変化する。
【０００８】
発明の開示
本発明の基礎とする課題は、音響表面波共振器を周波数規定エレメントとして含む公知の形式の発振器を改善し、それぞれの温度で調整される発振器周波数のパラメータ｜Ｓ２１｜が僅かしか温度に依存しないようにすることである。
【０００９】
この課題は次のようにして解決される；
ａ）  ２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の一次の温度係数が所定の温度を基準にして異なる符合を有し、またはゼロに等しく、
２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の二次の温度係数が所定の温度を基準にして同じ符合を有し、ここで、
ａａ）  ２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の一次の温度係数が異なる符合を有する場合、２つのワンポート表面波共振器からなる回路は双極子であり、
該双極子では、ワンポート表面波共振器の少なくとも１つにインダクタンスが並列に接続されており、
ａｂ）  ２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の一次の温度係数がゼロである場合、２つのワンポート表面波共振器からなる回路は四極子であり、
ｂ）  変換器では、それらのアパーチャの比とそれらの櫛の歯数の比とが相互に次のように選択されている、すなわち、発振器の使用温度領域において発振器周波数への温度の影響が最小であるか、または最小とは異なる所望の値を有するように選択されている、ことにより解決される。
【００１０】
以下、本発明の有利な構成を説明する。
【００１１】
本発明の有利な構成によれば、２つのワンポート表面波共振器からなる回路は双極子とすることもできる。この双極子では、それぞれ１つのワンポート表面波共振器と１つのインダクタンスが並列に接続された回路が２つ直列に接続されている。
【００１２】
このことの利点は、一次の同期周波数の温度係数の他に、二次の温度係数も補償できることである。このような双極子は、微分負抵抗の領域を有する構成素子に接続するか、または増幅器の帰還路へ、この増幅器の入力端と出力端に並列に接続することができる。微分負抵抗の領域を有する構成素子は例えばガンエレメント、インパットダイオード、トンネルダイオードである（Meinke, Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springerverlag 1992, S. G 42, Abschnitt Zweipoloszillatoren)。しかし負の内部抵抗を有する電圧源も適用可能である(U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, Springerverlag, S. 380-383）。
【００１３】
２つのワンポート表面波共振器からなる回路は導電タイプの四極子とすることもできる。ここで２つのワンポート表面波共振器は電気線路を介して直列に接続されており、四極子の入力端の第１極は電気線路の分岐路により形成され、四極子の出力端の第１極は、それぞれ第２のワンポート表面波共振器と接続されていない第１のワンポート表面波共振器の端子により形成され、四極子の入力端および出力端の第２極は、それぞれ第１のワンポート表面波共振器と接続されていない第２のワンポート表面波共振器の端子により形成される。四極子は増幅器の帰還路に挿入接続することができ、四極子の入力端ないし出力端は増幅器の出力端ないし入力端に、またはその反対に接続することができる。
【００１４】
２つのワンポート表面波共振器は、同じ結晶形式または異なる結晶形式の基板により取り付けることができる。基板は同じ結晶断面を示すことも、異なる結晶断面を示すこともできる。ワンポート表面波共振器は別個の基板に取り付けることも、１つの同じ基板に取り付けることもできる。
【００１５】
両方のワンポート表面波共振器では、同次数の同期周波数の温度係数が支配的である。これは、一次または二次の温度係数であると有利である。２つのワンポート表面波共振器の各々の同期周波数の一次の温度係数はゼロでなくても良く、それぞれ他方のワンポート表面波共振器の温度係数の符合とは異なっていても良い。同じことが２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の二次の温度係数に対しても当てはまる。しかし、２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の二次の温度係数がゼロではなく、同じ符合を有していても有利である。この場合、一次の温度係数は所定の温度を基準にしてゼロに等しい。
【００１６】
２つのワンポート表面波共振器の同期周波数の一次の温度係数の符合が異なっている場合、結晶断面が水晶のＳＴ断面であり、変換器の櫛の歯および反射器ストライプに対して直角の方向は、一方のワンポート表面波共振器に対して０°から４５°の間の角度だけ傾斜しており、他方のワンポート表面波共振器に対しては水晶の結晶学的Ｘ軸に対して４５°より大きい角度だけ傾斜していると有利である。
【００１７】
最後に、櫛の歯の周期間隔、金属化比、変換器のアパーチャおよびワンポート表面波共振器の電極層の厚さは次のように選択することができる。すなわち、所定の温度でのそれらの共振が所定の周波数間隔を有し、この周波数間隔が発振器周波数の温度経過を最適に調整するために用いられるように選択することができる。
【００１８】
本発明を以下に、実施例と添付図面に基づき詳細に説明する。実施例は、発振器の周波数規定エレメントを示す。
【００１９】
図面の簡単な説明
図１は、第１実施例として、それぞれ１つのワンポート表面波共振器とインダクタンスが並列に接続された２つの回路の直列回路を示す。
図２は、第２実施例として、２つのワンポート表面波共振器と１つのインダクタンスの並列回路を示す。
図３は、第３実施例として、２つのワンポート表面波共振器からなる導電タイプの回路を示す。
【００２０】
発明の実施形態
実施例１
ここで図１によれば、水晶のＳＴ断面である基板１に２つのワンポート表面波共振器２，３が配置されている。一方のワンポート表面波共振器は、反射器２１，２２および櫛形変換器２３からなり、他方のワンポート表面波共振器は、反射器３１，３２および櫛形変換器３３からなる。変換器２３，３３のアパーチャ２４，３４は相互に異なっている。変換器２３の櫛の歯および反射器２１，２２のストライプに対して直角の方向は、結晶学的Ｘ軸に対して角度α２だけ傾斜している。ここでα２は０゜から４５°の間にある。変換器３３の櫛の歯および反射器３１，３２のストライプに対して直角の方向は、結晶学的Ｘ軸に対して角度α３だけ傾斜している。ここでα３は４５°より大きい。角度α２とα３により示された方向は、一次に等しいｎ次の同期周波数の温度係数を有し、これはゼロより大きいかまたは小さい。一方、２つの方向の二次に等しい（ｎ＋１）次の同期周波数の温度係数は同じ符合を有する。インダクタンス２６ないし３６が、接続２５と５ないしは３５と５により形成される分岐路を介して変換器２３ないし３３に並列に接続されている。これらの並列回路は接続路４により直列に接続されている。ワンポート表面波共振器２，３およびインダクタンス２６，３６から形成される共振器は双極子であり、その端子６，７は２つの極となる。アパーチャ２４と３４の比および変換器２３，３３の櫛の歯数、並びにインダクタンス２６，３６を調整することにより、一次と二次の発振器周波数の温度係数を補償することができる。
【００２１】
実施例２
図２の実施例によれば、水晶のＳＴ断面である基板１１に２つのワンポート表面波共振器１２，１３が配置されている。一方のワンポート表面波共振器は、反射器１２１，１２２および櫛形変換器１２３からなり、他方のワンポート表面波共振器は、反射器１３１，１３２および櫛形変換器１３３からなる。変換器１２３，１３３のアパーチャ１２４，１３４は相互に異なっている。変換器１２３の櫛の歯および反射器１２１，１２２のストライプに対して直角の方向は、結晶学的Ｘ軸に対して角度α１２だけ傾斜している。ここでα１２は０゜から４５°の間にある。変換器１３３の櫛の歯および反射器１３１，１３２のストライプに対して直角の方向は、結晶学的Ｘ軸に対して角度α１３だけ傾斜している。ここでα１３は４５°より大きい。角度α１２とα１３により示された方向は、一次に等しいｎ次の同期周波数の温度係数を有し、これはゼロより大きいかまたは小さい。一方、２つの方向の二次に等しい（ｎ＋１）次の同期周波数の温度係数は同じ符合を有する。変換器１２３，１３３は接続路１２５，３５および１４を介して相互に、およびインダクタンス１５に並列に接続されている。ワンポート表面波共振器１２，１３およびインダクタンス１５から形成される共振器は双極子であり、その端子１６，１７は２つの極となる。アパーチャ１２４と１３４の比および変換器１２３，１３３の櫛の歯数、並びにインダクタンス１５を調整することにより、一次と二次の発振器周波数の温度係数を補償することができる。
【００２２】
実施例３
ここで図３によれば、水晶のＳＴ断面である基板４１に２つのワンポート表面波共振器４２，４３が配置されている。一方のワンポート表面波共振器は、反射器４２１，４２２および櫛形変換器４２３からなり、他方のワンポート表面波共振器は、反射器４３１，４３２および櫛形変換器４３３からなる。変換器４２３，４３３のアパーチャ４２４，４３４は相互に異なっている。変換器４２３の櫛の歯および反射器４２１，４２２のストライプに対して直角の方向は、結晶学的Ｘ軸に対して平行であり、電極層の厚さは、一次の同期周波数の温度係数が室温で消失するように選択されている。２つの共振器４２，４３の一次に等しいｎ次の同期周波数の温度係数はゼロであり、２次に等しい（ｎ＋１）次の同期周波数の温度係数の符合は一致している。変換器４３３の櫛の歯および反射器４３１，４３２のストライプに対して直角の方向は、結晶学的Ｘ軸に対して角度αだけ傾斜している。ここでαは一次の同期周波数の温度係数が室温で消失するような角度である。変換器４２３と４３３は接続路４４を介して相互に接続されている。ワンポート表面波共振器４２と４３から形成される共振器は四極子であり、その端子４５，４２６，４３５および４２５は４つの極となる。端子ペア４５，４２６と４３５，４２５は四極子の入力端および出力端、またはその反対を形成する。アパーチャ４２４と４３４の比、変換器４２３と４３３の櫛の歯数と櫛の歯の周期間隔を調整することにより、周波数規定エレメントとしてのこの共振器によって、発振器周波数の変化を、室温を含む温度領域において、２つのワンポート表面波共振器４２，４３の二次の同期周波数の比較的小さな温度係数により規定される変化よりも小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、第１実施例として、それぞれ１つのワンポート表面波共振器とインダクタンスが並列に接続された２つの回路の直列回路を示す。
【図２】図２は、第２実施例として、２つのワンポート表面波共振器と１つのインダクタンスの並列回路を示す。
【図３】図３は、第３実施例として、２つのワンポート表面波共振器からなる導電タイプの回路を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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