(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で圧電振動子の周波数安定度を高めた圧電発振器を提供する。【解決手段】ＥＣＬ回路１０の非反転出力３よりコンデンサＣ３を介して接地すると共に、この非反転出力２から直列接続されたコンデンサＣ４、Ｃ５を介して前記ＥＣＬ回路１０の非反転入力５に接続し、更にこの非反転入力５から抵抗Ｒ１を介してＥＣＬ回路１０の反転入力４に接続すると共に、コンデンサＣ２を介して接地する。そして直列接続されたコンデンサＣ４、Ｃ５の接続点Ｐより水晶振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ１を介して接地する。この回路では出力を反転出力端子２より取り出す構成になっている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して前記圧電素子を励振させるＥＣＬ回路と、を備えた圧電発振器であって、
前記ＥＣＬ回路の非反転出力よりコンデンサを介して接地すると共に、該非反転出力から直列接続された複数のコンデンサを介して前記ＥＣＬ回路の非反転入力に接続し、更に該非反転入力から抵抗を介して前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続すると共にコンデンサを介して接地し、前記直列接続された複数のコンデンサの接続点より前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地することを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して前記圧電素子を励振させるＥＣＬ回路と、を備えた圧電発振器であって、
前記ＥＣＬ回路の反転出力よりコンデンサを介して接地すると共に、該反転出力からコンデンサを介して前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続し、更に該反転入力から抵抗を介して前記ＥＣＬ回路の非反転入力に接続すると共にコンデンサを介して接地し、前記ＥＣＬ回路の反転入力より前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地することを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
前記非反転出力から直列接続された複数のコンデンサの前記ＥＣＬ回路の非反転入力側に接続されるコンデンサ及び前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続されたコンデンサは、前記圧電発振器の負性抵抗値を設定することを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電発振器に関し、さらに詳しくは、ＥＣＬ回路を使用した圧電発振器の回路構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機の発展に伴い小型で安定な水晶発振器が望まれている。特に、高周波での発振周波数が安定し、しかも、低消費電力であることが併せて切望されている。図６は従来のＥＣＬ発振回路である。このＥＣＬ発振回路は、入出力に反転及び非反転回路を有するＥＣＬ（Ｅｍｉｔｔｅｒ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｌｏｇｉｃ）回路２０と、周波数調整用コンデンサＣ１１と、水晶振動子Ｘｔａｌと、抵抗Ｒ１１と、コンデンサＣ１２と、プルアップ抵抗Ｒ１２、Ｒ１３とを備えて構成される。
そしてＥＣＬ回路２０の反転出力端子２３から周波数調整用コンデンサＣ１１と水晶振動子Ｘｔａｌを直列接続した回路をＥＣＬ回路２０の非反転入力端子２１に接続し、その端子２１から抵抗Ｒ１１によりＥＣＬ回路２０の反転入力端子２２に接続し、その端子２２からコンデンサＣ１２を介して接地する。また、ＥＣＬ回路２０の非反転出力端子２４と反転出力端子２３にはプルダウン抵抗Ｒ１２、Ｒ１３により電源と接続されている。この回路では出力を非反転出力端子２４より取り出す構成になっている。
図６の従来の回路では、反転出力端子２３と非反転入力端子２１間に、周波数調整用コンデンサＣ１１と水晶振動子Ｘｔａｌを直列接続した回路を挿入接続して発振させている。これは非反転出力端子２４と非反転入力端子２１間の遅延が実効インダクタとして動作し、周波数調整用コンデンサＣ１１と水晶振動子Ｘｔａｌの直列回路の容量性と結合して発振するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図６の従来回路の構成は、非反転出力端子２４と非反転入力端子２１間の遅延が実効インダクタとして動作することにより発振するため、ＥＣＬ回路２０の個体毎のばらつきにより非反転出力端子２４と非反転入力端子２１間の遅延時間が大きく異なり、そのため量産時に統一した回路設計を行った際に、場合によっては発振条件が適切ではなく、発振の安定度が低いものが発生するといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、簡単な回路構成で圧電振動子の周波数安定度を高めた圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して前記圧電素子を励振させるＥＣＬ回路と、を備えた圧電発振器であって、前記ＥＣＬ回路の非反転出力よりコンデンサを介して接地すると共に、該非反転出力から直列接続された複数のコンデンサを介して前記ＥＣＬ回路の非反転入力に接続し、更に該非反転入力から抵抗を介して前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続すると共にコンデンサを介して接地し、前記直列接続された複数のコンデンサの接続点より前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地することを特徴とする。
本発明では、ＥＣＬ回路の非反転出力よりコンデンサを介して接地すると共に、この非反転出力から直列接続された複数のコンデンサを介してＥＣＬ回路の非反転入力に接続し、更にこの非反転入力から抵抗を介してＥＣＬ回路の反転入力に接続すると共に、コンデンサを介して接地し、前記直列接続された複数のコンデンサの接続点より圧電振動子と周波数調整素子を介して接地する回路構成により、コルピッツ発振回路を得るものである。
かかる発明によれば、本発明の発振回路は、ＥＣＬ回路の個体毎のばらつきが発振周波数に影響を与えず、安定した周波数を供給することができる。
【０００５】
請求項２は、所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して前記圧電素子を励振させるＥＣＬ回路と、を備えた圧電発振器であって、前記ＥＣＬ回路の反転出力よりコンデンサを介して接地すると共に、該反転出力からコンデンサを介して前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続し、更に該反転入力から抵抗を介して前記ＥＣＬ回路の非反転入力に接続すると共にコンデンサを介して接地し、前記ＥＣＬ回路の反転入力より前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地することを特徴とする。
請求項１ではＥＣＬ回路の非反転出力よりコンデンサを介して接地すると共に、この非反転出力から直列接続された複数のコンデンサを介して前記ＥＣＬ回路の非反転入力に接続し、直列接続された複数のコンデンサの接続点より圧電振動子と周波数調整素子を介して接地する回路構成であるが、本発明はＥＣＬ回路の反転出力よりコンデンサを介して接地すると共に、この反転出力から１つのコンデンサを介して前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続し、この反転入力端子に圧電振動子と周波数調整素子を介して接地する回路構成である。
かかる発明によれば、請求項１と同様の作用効果を奏する。
請求項３は、前記非反転出力から直列接続された複数のコンデンサの前記ＥＣＬ回路の非反転入力側に接続されるコンデンサ及び前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続されたコンデンサは、前記圧電発振器の負性抵抗値を設定することを特徴とする。
コルピッツ発振回路においては、前記ＥＣＬ回路の非反転入力側に接続されるコンデンサ及び前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続されたコンデンサの値は、発振回路の負荷容量となる。従って、これらのコンデンサは負性抵抗を設定するもので、可能な限り負性抵抗値を大きくすることが必要である。そしてこの値が本発明の発振回路の安定度を決定する大きな要因となる。
かかる発明によれば、前記ＥＣＬ回路の非反転入力側に接続されるコンデンサ及び前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続されたコンデンサの値が、発振回路の負性抵抗値となるので、安定した発振回路を実現することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。また、以下の実施形態では圧電発振器（振動子）の一例として水晶発振器について説明しているが、本発明は水晶以外の圧電発振器一般に適用可能である。
図１は本発明の第１の実施形態に係るＥＣＬ発振器の回路図である。このＥＣＬ発振回路は、入出力に反転及び非反転回路を有するＥＣＬ（Ｅｍｉｔｔｅｒ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｌｏｇｉｃ）回路１０と、周波数調整用コンデンサＣ１と、水晶振動子Ｘｔａｌと、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ２〜Ｃ５と、プルダウン抵抗Ｒ２、Ｒ３とを備えて構成される。
そして各構成要素の接続方法は、ＥＣＬ回路１０の非反転出力３よりコンデンサＣ３を介して接地すると共に、この非反転出力２から直列接続されたコンデンサＣ４、Ｃ５を介して前記ＥＣＬ回路１０の非反転入力５に接続し、更にこの非反転入力５から抵抗Ｒ１（直流バイアス用）を介してＥＣＬ回路１０の反転入力４に接続すると共に、コンデンサＣ２（交流接地バイパスコンデンサ）を介して接地する。そして直列接続されたコンデンサＣ４、Ｃ５の接続点Ｐより水晶振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ１を介して接地する。この回路では出力を反転出力端子２より取り出す構成になっている。
このＥＣＬ発振回路は、前記の接続による回路構成により、コンデンサＣ５は主として負性抵抗値を設定するもので、振動子の等価直列抵抗との兼ね合いで適切な値に設定される。そして、このように構成することによりコンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５水晶振動子Ｘｔａｌを発振ループ構成要素としたコルピッツ発振回路を形成することができる。
図２は本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の回路図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されているので、重複する説明は省略する。このＥＣＬ発振回路は、入出力に反転及び非反転回路を有するＥＣＬ（Ｅｍｉｔｔｅｒ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｌｏｇｉｃ）回路１０と、周波数調整用コンデンサＣ１と、水晶振動子Ｘｔａｌと、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ２〜Ｃ７と、プルダウン抵抗Ｒ２、Ｒ３とを備えて構成される。図２が図１と異なる点は、ＥＣＬ回路１０の反転出力２よりコンデンサＣ３を介して接地すると共に、この反転出力２から１つのコンデンサＣ４を介して前記ＥＣＬ回路１０の反転入力４に接続して、そこから水晶振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ１を介して接地している点である。また、この回路では出力を非反転出力端子３よりコンデンサＣ７を介して取り出す構成になっている。
【０００７】
図３は本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の周波数調整用コンデンサ容量と周波数偏差の関係を表す図であり、縦軸に周波数偏差（ｐｐｍ）、横軸に周波数調整用コンデンサ容量（ｐＦ）を表す。尚、図２の回路定数は、Ｃ１：可変、Ｃ２：１００００ｐＦ、Ｃ３：５６ｐＦ、Ｃ４：１５ｐＦ、Ｃ５：１０００ｐＦ、Ｃ６：１００００ｐＦ、Ｃ７：１００００ｐＦ、Ｒ１：１ｋΩ、Ｒ２、Ｒ３：５６Ω、Ｘｔａｌ：Ａｔ−ｃｕｔ　１ｓｔ　５０ＭＨｚ、ＥＣＬ回路１０：ＭＣ１０Ｈ１１６である。
この図から明らかなように、周波数調整用コンデンサ容量（ｐＦ）が１０ｐＦから３０ｐＦに変化すると、周波数偏差が１５ｐｐｍから−５ｐｐｍまで急激に変化するが、それ以降はなだらかに変化する。そして、２０ｐＦを中心に１５ｐｐｍから−１５ｐｐｍまで周波数を変化させることが可能である。
図４は本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の電源電圧と周波数偏差の関係を表す図であり、縦軸に周波数偏差（ｐｐｍ）、横軸に電源電圧（Ｖｄｃ）を表す。この図から明らかなように、電源電圧の上昇に伴って周波数偏差も直線的に変化しているのが解る。そして電源電圧５Ｖｄｃでの周波数を中心に±２ｐｐｍの範囲での変動幅に抑えられた特性であり、周波数安定度が非常に高いのが解る。
図５は本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の電源電圧と発振器の消費電流の関係を表す図であり、縦軸に消費電流（ｍＡ）、横軸に電源電圧（Ｖｄｃ）を表す。この図から明らかなように、電源電圧の上昇に伴って消費電流が直線的に上昇している。その値は１２７ｍＡから１４３ｍＡの範囲で変動している。
【０００８】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、本発明の発振回路は、ＥＣＬ回路の個体毎のばらつきが発振周波数に影響を与えず、安定した周波数を供給することができる。
また請求項２では、請求項１と同様の作用効果を奏する。
また請求項３では、前記ＥＣＬ回路の非反転入力側に接続されるコンデンサ及び前記ＥＣＬ回路の反転入力に接続されたコンデンサの値が、振動子の直列抵抗との兼ね合いで適正な値に設定されるので、安定した発振回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＥＣＬ発振器の回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の周波数調整用コンデンサ容量と周波数偏差の関係を表す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の電源電圧と周波数偏差の関係を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＥＣＬ発振器の電源電圧と発振器の消費電流の関係を表す図である。
【図６】従来のＥＣＬ発振回路である。
【符号の説明】
Ｘ　圧電素子、
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５　コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２　ダイオード
ＩＶ　インバータ
Ｒ１　帰還抵抗器
Ｒ２　固定抵抗器
【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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