(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振信号を起動および増幅する増幅部と、
所望の発振周波数を決定する共振部と、を備えている発振器であって、
前記増幅部は入出力用の２端子を有する低域濾波器と、３段の増幅回路とを有し、
前記増幅回路の１段目と２段目とが不平衡型増幅器で、前記増幅回路の３段目がオペア
ンプであり、
前記２段目の前記不平衡型増幅器の出力端子が、前記低域濾波器の入力端子と前記オペ
アンプの反転入力端子に接続され、
前記低域濾波器の出力端子が、前記オペアンプの非反転入力端子に接続されていること
を特徴とする発振器。
【請求項２】
前記共振部に水晶振動子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
前記共振部にＭＥＭＳ振動子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
発振信号を起動および増幅する増幅部と、
所望の発振周波数を決定する共振部と、を備えている発振器であって、
前記増幅部は入出力用の２端子を有する低域濾波器と、３段の増幅回路とを有し、
前記増幅回路の１段目と３段目とが不平衡型増幅器で、前記増幅回路の２段目がオぺア
ンプであり、
前記１段目の前記不平衡型増幅器の出力端子が、前記低域濾波器の入力端子と前記オペ
アンプの反転入力端子に接続され、
前記低域濾波器の出力端子が、前記オペアンプの非反転入力端子に接続されていること
を特徴とする発振器。
【請求項５】
前記共振部に水晶振動子を備えていることを請求項４に記載の特徴とする発振器。
【請求項６】
前記共振部にＭＥＭＳ振動子を備えていることを特徴とする請求項４に記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常発振を抑制する発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発振器には発振回路が備えられ、発振回路は発振信号の起動と維持を行う増幅部と、発振周波数を決定する共振部とで構成されるのが一般的である。また、この発振回路を外部回路へ接続する際には、外部回路との一定の絶縁性を確保する事を目的に、緩衝回路を介して接続される。
特許文献１の水晶発振器では、増幅部にインバーター回路と帰還抵抗を、共振部に水晶振動子と容量を、緩衝回路にインバーター回路を用いた事例である。
【０００３】
増幅部で必要となる利得は共振部の損失分により主に決定され、共振部の損失が小さい場合は特許文献１に示す様に１段の増幅器でも必要な利得を実現出来る。
一方で、共振部の損失が大きい場合、１段の増幅器で必要な利得を実現出来ない場合がある。この様な場合は、増幅部の増幅器の段数を増やして必要利得を確保するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、増幅部の段数が増加すると利得は増加するが、増幅段全体での位相変動量も増加する。この結果、増幅段の入力信号と出力信号の位相差がゼロとなる周波数ｆ１が共振部の共振周波数ｆ０以下となる現象が発生する。
【０００６】
共振部の損失が大きい場合、増幅段の入力信号と出力信号の位相差がゼロとなる周波数ｆ１での発振回路内の閉ループの利得が、共振部の共振周波数ｆ０での閉ループの利得よりも大きくなり、本来望まない発振が生ずる現象、即ち異常発振が発生する。
一般的に増幅器はその性質上、低周波帯域での利得が大きくなる傾向があり、回路内の寄生容量や寄生抵抗が大きい場合、増幅段の入力信号と出力信号の位相差がゼロとなる周波数ｆ１は低周波帯域で生じ、異常発振が発生しやすくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る発振器は、発振信号を起動および増幅する増幅部と、所望の発振周波数を決定する共振部と、を備えた発振回路と、前記発振回路の出力端子に緩衝回路が接続された発振器であって、前記増幅部は入出力用の２端子を有する低域濾波器と、３段の増幅回路とを有し、前記増幅回路の１段目と２段目とが不平衡型増幅器で、前記増幅回路の３段目がオペアンプであり、前記２段目の前記不平衡型増幅器の出力端子が、前記低域濾波器の入力端子と前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記低域濾波器の出力端子が、前記オペアンプの非反転入力端子に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、増幅回路の３段目のオペアンプの非反転入力端子に低域濾波器を接続することにより、低域周波数での利得を抑圧することが出来る。この結果、低域周波数での発振回路の閉ループの利得を抑える事が出来、発振器の異常発振を抑圧する事が出来る。
【００１０】
本適用例における具体的な数値としては、例えば共振部の共振周波数が１０ＭＨｚであり、増幅段の入力信号と出力信号の位相差がゼロとなる周波数ｆ１が１００ｋＨｚである場合、低域濾波器のカットオフ周波数ｆｃを１ＭＨｚに設定することで実用上十分な効果を得る事が出来る。
【００１１】
［適用例２］上記適用例における発振器において、前記共振部に水晶振動子を備えたことが望ましい。
本適用例によれば、共振部に周波数精度の高い水晶振動子を用いることから、異常発振を抑制した高精度の発振器を提供することができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例における発振器において、前記共振部にＭＥＭＳ振動子を備えたことが望ましい。
本適用例によれば、共振部にＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）技術を利用したＭＥＭＳ振動子を用いることから、異常発振を抑制した小型化された発振器を提供することができる。
【００１３】
［適用例４］本発明に係る別の適用例の発振器は、発振信号を起動および増幅する増幅部と、所望の発振周波数を決定する共振部と、を備えた発振回路と、前記発振回路の出力端子に緩衝回路が接続された発振器であって、前記増幅部は入出力用の２端子を有する低域濾波器と、３段の増幅回路とを有し、前記増幅回路の１段目と３段目とが不平衡型増幅器で、前記増幅回路の２段目がオぺアンプであり、前記１段目の前記不平衡型増幅器の出力端子が、前記低域濾波器の入力端子と前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記低域濾波器の出力端子が、前記オペアンプの非反転入力端子に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、増幅回路の２段目のオペアンプの非反転入力端子に低域濾波器を接続することにより、低域周波数での利得を抑圧することが出来る。この結果、低域周波数での発振回路の閉ループの利得を抑える事が出来、発振器の異常発振を抑圧する事が出来る。
【００１５】
［適用例５］上記適用例における発振器において、前記共振部に水晶振動子を備えたことが望ましい。
本適用例によれば、共振部に周波数精度の高い水晶振動子を用いることから、異常発振を抑制した高精度の発振器を提供することができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例における発振器において、前記共振部にＭＥＭＳ振動子を備えたことが望ましい。
本適用例によれば、共振部にＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）技術を利用したＭＥＭＳ振動子を用いることから、異常発振を抑制した小型化された発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一の実施形態に係る発振器の回路構成図。
【図２】第一の実施形態に係る発振器に用いた低域濾波器の周波数通過特性図。
【図３】第一の実施形態に係る低域濾波器の構成例。
【図４】第一の実施形態に係る発振器における増幅部の開ループ利得の周波数特性図。
【図５】第二の実施形態に係る発振器の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第一の実施形態）
以下、本発明の第一の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は第一の実施形態に係る発振器の回路構成である。
発振器１００は、発振信号を起動および増幅する増幅部１２０と、所望の発振周波数を決定する共振部１３０と、で構成された発振回路１１０と、発振回路１１０の出力端子に接続された緩衝回路１６０と、を有している。
増幅部１２０は、１段目増幅器１２１と２段目増幅器１２２と、３段目増幅器１２３と、低域濾波器１４０とを有している。
１段目増幅器１２１と２段目増幅器１２２は不平衡型の増幅器であり、３段目増幅器１２３はオペアンプにて構成されている。
低域濾波器１４０は入力端子１４１と出力端子１４２を備え、入力端子１４１は、２段目増幅器１２２の出力端子と３段目増幅器１２３の反転入力端子１２３Ａとに接続されており、低域濾波器１４０の出力端子１４２は、３段目増幅器１２３の非反転入力端子１２３Ｂに接続されている。
また、共振部１３０は水晶振動子、またはＭＥＭＳ振動子などで構成される。
なお、ＭＥＭＳ振動子とは、半導体プロセスを使用して半導体基板上に形成された、固有振動周波数での機械的振動を有する微小構造体であり、振動を電気特性に変換する仕組みを持った素子である。
【００１９】
ここで、低域濾波器１４０の周波数通過特性を図２に示す。横軸に周波数、縦軸に濾波器の通過量を示す。
図２の通り、低域濾波器１４０は直流から一定のカットオフ周波数ｆｃ以下では通過量の減衰がほぼゼロであるが、カットオフ周波数ｆｃ以上では減衰量が斬増し、通過量が減少する特性を有する。
【００２０】
この低域濾波器１４０の特性によれば、増幅部１２０での低周波帯域（例えば周波数ｆ２の信号）の利得は、３段目増幅器（オペアンプ）１２３では反転入力端子１２３Ａと非反転入力端子１２３Ｂには同じ振幅の交流信号（交流電圧）が注入されるため、信号は増幅されず、増幅部１２０全体での利得は１段目増幅器１２１及び２段目増幅器１２２での利得で決定される。
【００２１】
一方で低域濾波器１４０のカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域（例えば周波数ｆ１の信号）では、３段目増幅器１２３の反転入力端子１２３Ａには一定の交流信号が入力されるのに対し、非反転入力端子１２３Ｂには低域濾波器１４０で阻止された交流信号が入力されないため、オペアンプの増幅能力に準じて信号が増幅される。この結果、増幅部１２０全体での利得は１段目増幅器１２１、２段目増幅器１２２及び３段目増幅器１２３の利得で決定される。
【００２２】
この結果、低域濾波器１４０のカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域（例えば周波数ｆ２）の増幅段の利得よりも低域濾波器１４０のカットオフ周波数ｆｃ以下の周波数帯域（例えば周波数ｆ１）の増幅段の利得を低く抑える事ができる。これにより、低周波帯域での異常発振の発生を抑える事が出来る。
【００２３】
図３は低域濾波器１４０の構成例を示した図である。ここでは抵抗Ｒｘと容量Ｃｘそれぞれ１素子による構成例を示しているが、例えばこれを複数段形成した２段以上の低域濾波器で構成されていても良い。
【００２４】
図４に発振器における増幅部１２０の閉ループを１段目増幅器の入力端子で切断した場合の開ループ利得の周波数特性図を示す。この周波数特性図では横軸に周波数、縦軸に利得を示す。
上記で説明した通り、低周波帯域（例えば周波数ｆ２）での増幅部１２０の利得が抑えられている事がわかる。
【００２５】
なお、上記において共振部１３０の例として水晶振動子やＭＥＭＳ振動子を示したが、これに限らず、セラミック発振子やその他の振動子及び共振器を用いても良い。
【００２６】
なお、図１では３段目増幅器（オペアンプ）１２３の出力端子からの出力信号が発振回路出力として緩衝回路１６０へ接続されているが、接続方法はこれに限らず、例えば２段目増幅器１２２の出力端子、若しくは１段目増幅器１２１の出力端子が緩衝回路１６０に接続されていても良い。即ち、発振回路１１０の出力信号が効率良く緩衝回路１６０に注入される接続形態であれば良い。
【００２７】
（第二の実施形態）
図５は第二の実施形態に係る発振器の回路構成である。
発振器２００は、発振信号を起動および増幅する増幅部２２０と、所望の発振周波数を決定する共振部２３０と、で構成された発振回路２１０と、発振回路２１０の出力端子に接続された緩衝回路２６０と、を有している。
増幅部２２０は、１段目増幅器２２１と、２段目増幅器２２２と、３段目増幅器２２３と、低域濾波器２４０と、を有している。
１段目増幅器２２１と３段目増幅器２２３は不平衡型の増幅器であり、２段目増幅器２２２はオペアンプにて構成されている。
前記低域濾波器２４０は入力端子２４１と出力端子２４２を備え、１段目増幅器２２１の出力端子と２段目増幅器２２２の反転入力端子２２２Ａとに接続されており、低域濾波器２４０の出力端子２４２は、２段目増幅器２２２の非反転入力端子２２２Ｂに接続されている。
また、共振部２３０は水晶振動子、またはＭＥＭＳ振動子などで構成される。
【００２８】
低域濾波器２４０の通過特性は第一の実施形態と同様に、直流から一定のカットオフ周波数ｆｃ以下の周波数帯域（例えば周波数ｆ２の信号）では減衰量がほぼゼロであるが、カットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域（例えば周波数ｆ１の信号）では減衰量が斬増する特性を有する。
【００２９】
これによれば、増幅部２２０での低周波帯域（例えば周波数ｆ２の信号）の利得は、２段目増幅器（オペアンプ）２２２では反転入力端子２２２Ａと非反転入力端子２２２Ｂには同じ振幅の交流信号（交流電圧）が注入されるため、信号は増幅されず、増幅部２２０全体での利得は１段目増幅器２２１及び３段目増幅器２２３での利得で決定される。
【００３０】
一方で低域濾波器２４０のカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域（例えば周波数ｆ１の信号）では、２段目増幅器（オペアンプ）２２２の反転入力端子２２２Ａには一定の交流信号が入力されるのに対し、非反転入力端子２２２Ｂには前記低域濾波器２４０で阻止された交流信号が入力されないため、２段目増幅器（オペアンプ）２２２の増幅能力に準じて信号が増幅される。この結果、増幅部２２０全体での利得は１段目増幅器２２１、３段目増幅器２２３及び２段目増幅器（オペアンプ）２２２の利得で決定される。
【００３１】
この結果、低域濾波器２４０のカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域（例えば周波数ｆ２の信号）の増幅段の利得よりも前記低域濾波器２４０のカットオフ周波数ｆｃ以下の周波数帯域（例えば周波数ｆ１の信号）での増幅器の利得を低く抑える事ができる。これにより、低周波帯域での異常発振の発生を抑える事が出来る。
【００３２】
なお、上記において共振部２３０の実例として水晶振動子やＭＥＭＳ振動子を示したが、第一の実施形態と同様に、セラミック発振子やその他の振動子及び共振器を用いても良い。
【００３３】
なお、図５では３段目増幅器２２３の出力端子からの出力信号が発振回路出力として緩衝回路２６０へ接続されているが、接続方法はこれに限らず、例えば２段目増幅器（オペアンプ）２２２の出力端子、若しくは１段目増幅器２２１の出力端子が緩衝回路２６０に接続されていても良い。即ち、発振回路２１０の出力信号が効率良く緩衝回路２６０に注入される接続形態であれば良い。
【符号の説明】
【００３４】
１００…発振器、１１０…発振回路、１２０…増幅部、１２１…１段目増幅器、１２２…２段目増幅器、１２３…３段目増幅器（オペアンプ）、１３０…共振部、１４０…低域濾波器、１６０…緩衝回路、２００…発振器、２１０…発振回路、２２０…増幅部、２２１…１段目増幅器、２２２…２段目増幅器（オペアンプ）、２２３…３段目増幅器、２３０…共振部、２４０…低域濾波器、２６０…緩衝回路。
【図１】
0005803465.tif 000002
【図２】
0005803465.tif 000003
【図３】
0005803465.tif 000004
【図４】
0005803465.tif 000005
【図５】
0005803465.tif 000006