(57)【要約】【課題】電源電圧が所定の電圧より大きいとき、発振することができなかった。【解決手段】インバータ素子と、前記インバータ素子の入力端及び出力端間に設けられた抵抗器と、一端が前記入力端に接続された第１のキャパシタと、一端が前記出力端に接続された第２のキャパシタと、一端が前記第１のキャパシタの他端及び前記第２のキャパシタの他端に接続され、他端が固定電位に接続された水晶振動子と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ素子と、
前記インバータ素子の入力端及び出力端間に設けられた抵抗器と、
一端が前記入力端に接続された第１のキャパシタと、
一端が前記出力端に接続された第２のキャパシタと、
一端が前記第１のキャパシタの他端及び前記第２のキャパシタの他端に接続され、他端が固定電位に接続された水晶振動子と、を含むことを特徴とする発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子により規定される発振信号を生成する発振装置に関し、特に、低域濾波器（ＬＰＦ：Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）の機能を有する発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に図示された従来のＬＰＦ付き発振装置ＯＳＣ１０は、発振機能を備えるべく、図５に図示されておりかつ下記の特許文献１に記載されているように、インバータ素子ＩＮ１と、当該インバータ素子ＩＮ１の入力端及び出力端間に接続された抵抗器Ｒ６と、前記インバータ素子ＩＮ１の入力端及び接地電位ＧＮＤ間に接続されたキャパシタＣ１と、前記インバータ素子ＩＮ１の出力端（正確には、抵抗器Ｒ４の一端）及び接地電位ＧＮＤ間に接続されたキャパシタＣ３と、前記インバータ素子ＩＮ１の入力端と出力端（正確には、前記抵抗器Ｒ４の前記一端）との間に接続された水晶振動子Ｘ（振動子インピーダンスは、Ｚｘｔ。）とを有する。
【０００３】
前記ＬＰＦ付き発振装置ＯＳＣ１０は、さらに、低域濾波器の機能を備えるべく、図５に図示されているように、前記キャパシタＣ３に加えて、前記インバータ素子ＩＮ１の出力端と前記キャパシタＣ３の一端（接地電位ＧＮＤ側でない端）との間に接続された前記抵抗器Ｒ４と、前記インバータ素子ＩＮ１の出力端及び接地電位ＧＮＤ間に接続されたキャパシタＣ５と、を有し、即ち、キャパシタＣ３、抵抗器Ｒ４、及びキャパシタＣ５は、協働して低域濾波器を構成している。ここで、Ｃ５は、インバータ素子ＩＮ１の出力端の配線、又は、前記インバータ素子ＩＮ１の後段に設けられた回路（図示せず。）の配線パターン等によって必然的に生起する寄生容量、又は、意図的に「外付け」された容量である。
【０００４】
前記ＬＰＦ付き発振装置ＯＳＣ１０は、上記した構成の他に、電源電位Ｖｃｃ及び接地電位ＧＮＤ間に接続された、バイパスコンデンサとして機能するキャパシタＣｂｐを有する。
【０００５】
図６に図示された、上記のＬＰＦ付き発振装置ＯＳＣ１０の等価回路ＯＳＣ１０（ｅｑ）では、キルヒホッフの法則により、電流及び電圧の関係から、（１）式〜（６）式が得られる。
【０００６】
【数１】
2008131329.tif 000003
【０００７】
【数２】
2008131329.tif 000004
【０００８】
【数３】
2008131329.tif 000005
【０００９】
【数４】
2008131329.tif 000006
【００１０】
【数５】
2008131329.tif 000007
【００１１】
【数６】
2008131329.tif 000008
上記の（１）式〜（６）式より、発振の臨界条件を示す（７）式が得られる。
【００１２】
【数７】
2008131329.tif 000009
上記した（７）式より、回路インピーダンスを表わす（８）式が与えられる。
【００１３】
【数８】
2008131329.tif 000010
ここで、（８）式中のインピーダンスｚ１〜ｚ６は、（９）式により与えられ、当該（９）式を（８）式に代入することにより、（１０）式が得られる。
【００１４】
【数９】
2008131329.tif 000011
【００１５】
【数１０】
2008131329.tif 000012
ここで、（１０）式中のｒａ、ｃａ、ｒｂ、ｃｂは、（１１）式により与えられる。
【００１６】
【数１１】
2008131329.tif 000013
【００１７】
【特許文献１】特開平５−２６７９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上述した従来のＬＰＦ付き発振装置ＯＳＣ１０は、以下の３つの課題を有する。
【００１９】
〈課題１〉
図３は従来のＬＰＦ付き発振装置ＯＳＣ１０について、（１０）式の回路抵抗Ｒｃｉ及び回路リアクタンスＣｃｉをシミュレーションした結果を示したものである。回路抵抗Ｒｃｉを一点鎖線で表示し、リアクタンスＣｃｉを破線で表示している。（実線のグラフ、２点鎖線のグラフについては後述する。）  シュレーションの条件は、発振周波数ｆ＝３２．７６８ｋＨｚ、Ｃ１＝１０ｐＦ、Ｃ３＝１０ｐＦ、Ｃ５＝４ｐＦ、Ｒ４＝５１０ｋΩ、Ｒ６＝２０ＭΩである。回路抵抗Ｒｃｉ（絶対値）は、図３に示されるように、インバータ素子ＩＮ１の相互コンダクタンスｇｍが１５０μＡ／Ｖ以上になると、急激に減少していることが分かる。つまり、回路抵抗Ｒｃｉ（絶対値）が１００ｋΩ（水晶振動子Ｘの直列インピーダンス５０ｋΩにマージンを見込んだ値）よりも小さい値になると、発振装置ＯＳＣ１０は発振が困難になる。換言すれば、電源電圧Ｖｃｃが３．６Ｖ位を超えるとインバータ素子ＩＮ１の相互コンダクタンスｇｍが１５０μＡ／Ｖよりも大きくなり、この結果発振装置ＯＳＣ１０は発振が困難になることを意味している。
【００２０】
〈課題２〉
図３に示されるように、回路リアクタンスＣｃｉは、相互コンダクタンスｇｍが８μＡ／Ｖから３０μＡ／Ｖまでの範囲にあるとき、極めて大きく変動し、即ち、発振装置ＯＳＣ１０が生成する発振信号ＯＳの発振周波数ｆは、不安定になる。
【００２１】
〈課題３〉
インバータ素子ＩＮ１及びキャパシタＣｂｐ以外の素子に関して、水晶振動子Ｘ、キャパシタＣ１、Ｃ３、Ｃ５、抵抗器Ｒ４、Ｒ６という６つの素子を必要とすることから、発振装置ＯＳＣ１０の回路規模が大きくなり、かつ、そのコストが高い。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る発振装置は、上記した課題を解決すべく、
インバータ素子と、
前記インバータ素子の入力端及び出力端間に設けられた抵抗器と、
一端が前記入力端に接続された第１のキャパシタと、
一端が前記出力端に接続された第２のキャパシタと、
一端が前記第１のキャパシタの他端及び前記第２のキャパシタの他端に接続され、他端が固定電位に接続された水晶振動子と、を含む。
【００２３】
本発明に係る発振装置によれば、前記抵抗器、及び前記第１、第２のキャパシタが協働して低域濾波器を構成し、また、前記インバータ素子、前記抵抗器、前記水晶振動子、及び前記第１、第２のキャパシタが協働して発振装置を構成し、これにより、前記発振装置は、低域濾波器付きの発振装置となり、この結果、従来に比して、高い電源電圧でも発振することができ、また、発振信号の周波数を安定化させることができ、さらに、使用する素子数の低減により回路規模及びコストを小さくすることができ、しかも、これらの効果を、従来に比して消費電力を増大させることなく、得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る発振装置の実施例について図面を参照して説明する。
【００２５】
《構成》
図１は、実施例の発振装置の構成を示す。実施例の発振装置ＯＳＣ１は、ＬＰＦ（低域濾波器）付きの発振装置であり、図１に示されるように、インバータ素子ＩＮ１と、抵抗器Ｒ１と、キャパシタＣ１、Ｃ２と、水晶振動子Ｘと、キャパシタＣｂｐ、Ｃｃｐとを含む。
【００２６】
インバータ素子ＩＮ１は、ＣＭＯＳ型のインバータであり、概ね０から６Ｖまでの電源電位Ｖｃｃで動作する。インバータ素子ＩＮ１は、「インバータ素子」に相当する。
【００２７】
抵抗器Ｒ１は、例えば、８２０ｋΩであり、インバータ素子ＩＮ１の入力端（ｉｎ）と出力端（ｏｕｔ）との間に接続されており、発振装置ＯＳＣ１の発振動作の動作電位を規定する。抵抗器Ｒ１は、「抵抗器」に相当する。
【００２８】
キャパシタＣ１は、例えば、１０ｐＦであり、一端（一）が、インバータ素子ＩＮ１の入力端（ｉｎ）に接続されており、また、他端（他）が、水晶振動子Ｘの一端（一）に接続されている。キャパシタＣ１は、「第１のキャパシタ」に相当する。
【００２９】
キャパシタＣ２は、例えば、１０ｐＦであり、一端（一）が、インバータ素子ＩＮ１の出力端（ｏｕｔ）に接続されており、また、他端（他）が、水晶振動子Ｘの一端（一）に接続されている。キャパシタＣ２は、「第２のキャパシタ」に相当する。
【００３０】
水晶振動子Ｘは、例えば、発振信号ＯＳの発振周波数ｆである３２．７６８ｋＨｚ用であり、インピーダンスがＺｘｔであり、一端（一）が、上記したように、キャパシタＣ１の他端（他）及びキャパシタＣ２の他端（他）に接続されており、他端（他）が、「固定電位」である接地電位ＧＮＤに接続されている。水晶振動子Ｘは、「水晶振動子」に相当する。
【００３１】
キャパシタＣｃｐは、例えば、１μＦであり、カップリングコンデンサの機能を有する。
【００３２】
キャパシタＣｂｐは、例えば、３３μＦであり、バイパスコンデンサの機能を有する。
【００３３】
上記したような構成を有する発振装置ＯＳＣ１において、抵抗器Ｒ１及びキャパシタＣ１、Ｃ２は、協働して低域濾波器を構成し、また、インバータ素子ＩＮ１、水晶振動子Ｘ、抵抗器Ｒ１、及び、キャパシタＣ１、Ｃ２は、協働して発振動作を行う。
【００３４】
《式の導出》
図２は、実施例の発振装置の等価回路を示す。図２に示される、実施例の発振装置ＯＳＣ１の等価回路ＯＳＣ１（ｅｑ）にキルヒホッフの法則を適用すると、電流の関係より（１２）式、（１３）式が与えられ、また、電圧の関係より、（１４）式が与えられる。
【００３５】
【数１２】
2008131329.tif 000014
【００３６】
【数１３】
2008131329.tif 000015
ここで、ｇｍは、インバータ素子ＩＮ１の相互コンダクタンスである。
【００３７】
【数１４】
2008131329.tif 000016
上記の（１２）式〜（１４）式から、（１５）が得られる。
【００３８】
【数１５】
2008131329.tif 000017
（１５）式から、発振のためのインピーダンス条件を与える（１６）式が得られる。
【００３９】
【数１６】
2008131329.tif 000018
（１６）式中のインピーダンスｚ１、ｚ２、及びｚ４は、（１７）式により与えられる。
【００４０】
【数１７】
2008131329.tif 000019
（１６）式に（１７）式のインピーダンスｚ１、ｚ２、及びｚ４を代入すると、（１８）式（上段）が得られる。ここで、回路の等価抵抗Ｒｃ及び等価リアクタンスＣｃは、（１８）式（下段）により与えられる。
【００４１】
【数１８】
2008131329.tif 000020
《効果》
図３は、実施例の回路抵抗Ｒｃ及び回路リアクタンスＣｃについてのシミュレーションの結果を示す。回路抵抗Ｒｃを実線で示し、回路リアクタンスＣｃを２点鎖線で示す。当該シミュレーションは、図１に示されるように、Ｒ１＝８２０ｋΩ、Ｃ１＝Ｃ２＝１０ｐＦであることを前提とする。図３に示されるように、実施例の回路抵抗Ｒｃ（絶対値）は、前述した従来例のシミュレーション結果と異なり、相互コンダクタンスｇｍが１５０μＡ／Ｖ以上であっても１００ｋΩ以上を維持する。換言すれば、電源電圧Ｖｃｃが３．６Ｖを超えて相互コンダクタンスｇｍが１５０μＡ／Ｖ以上なっても、１００ｋΩ（水晶振動子Ｘの直列インピーダンス５０ｋΩにマージンを見込んだ値）以上となり、この結果、発振装置ＯＳＣ１は、従来の発振装置ＯＳＣ１０と異なり、発振することができる。
【００４２】
また、回路等価リアクタンスＣｃは、図３に示されるように、相互コンダクタンスｇｍが、従来の発振装置ＯＳＣ１０に関する説明で述べたような８μＡ／Ｖから３０μＡ／Ｖまでの範囲に限らず、８μＡ／Ｖから１０、０００μＡ／Ｖまでの広い範囲であっても、略一定であり、かつ、オープンにならない（即ち、容量が無限大にならない）。つまり、本発明の発振装置ＯＳＣ１の発振周波数は極めて安定していることを意味している。図４は電源電圧Ｖｃｃを変化させたときの、発振周波数変動と消費電流を示したものである。なお、比較のため従来例の特性も併せて表示しているが、従来の発振装置については電源電圧が３．６Ｖを超えると発振を停止することに注意されたい。図４に示したように、発振装置ＯＳＣ１が生成する発振信号ＯＳの発振周波数ｆの周波数変動△ｆ／ｆは、従来の発振装置ＯＳＣ１０が生成する発振周波数ｆの周波数変動△ｆ／ｆに比して小さくなり、換言すれば、前者の発振周波数ｆは、後者の発振周波数ｆに比して安定的になる。
【００４３】
さらに、インバータ素子ＩＮ１、及び、低域濾波の機能又は発振の機能に直接には寄与しないキャパシタＣｂｐ、Ｃｃｐ以外の素子に関して、水晶振動子Ｘ、キャパシタＣ１、Ｃ２、抵抗器Ｒ１という４つの受動素子を必要とするだけであることから、従来の発振装置ＯＳＣ１０に比して、発振装置ＯＳＣ１の回路規模を小さくすることができ、かつ、そのコストを安価にすることができる。
【００４４】
なお、上記した３つの効果のいずれも、図４に示されるように、発振装置ＯＳＣ１の消費電力（消費電流）を、従来の発振装置ＯＳＣ１０のそれと比較して僅かに増大させるだけで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例の発振装置の構成を示す図。
【図２】実施例の発振装置の等価回路を示す図。
【図３】実施例及び従来の発振装置における相互コンダクタンスと回路抵抗及び回路リアクタンスとの関係を示すグラフ。
【図４】実施例及び従来の発振装置における電源電位と電流及び周波数変動との関係を示すグラフ。
【図５】従来の発振装置の構成を示す図。
【図６】従来の発振装置の等価回路を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
ＯＳＣ１…発振装置、ＩＮ１…インバータ素子、Ｘ…水晶振動子、Ｒ１…抵抗器、Ｃ１、Ｃ２…キャパシタ。
【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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