(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で圧電振動子の電流を低減した圧電発振器を提供することを目的とする。【解決手段】このインバータ発振回路は、入出力間を高抵抗Ｒ１により接続したインバータ１の出力端子２より、コンデンサＣ１を介してコンデンサＣ２とインダクタＬ１を並列接続した並列同調回路を直列接続して接地し、この直列接続の接続点よりダイオードＤ１、Ｄ２を互いに極性を異なるように並列接続して接地する。またコンデンサＣ３とＣ４を介してインバータ１の入力端子３に接続し、前記直列接続されたコンデンサＣ３とＣ４の接続点より圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ７を介して接地する。尚、この回路では出力を抵抗Ｒ２とコンデンサＣ６の直列回路を介して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信号反転増幅器と、を備えた圧電発振器であって、
入出力間を高抵抗により接続した前記信号反転増幅器の出力端子を容量と並列同調回路とを直列接続した回路を介して接地し、前記容量と並列同調回路の接続点をダイオード・クランプ回路を介して接地すると共に、前記接続点を２つの直列接続された容量を介して前記信号反転増幅器の入力端子に接続し、前記直列接続された２つの容量の接続点を前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記ダイオード・クランプ回路は、２つのダイオードを互いに極性が異なるように並列接続したものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記２つの容量の接続点から見た場合、前記２つの容量の１つと前記並列同調回路により直列共振回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項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、圧電発振器の省電力化を図った回路構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、携帯電話や携帯情報端末機器などの移動体通信用機器が、一般的に広く利用されるようになってきている。このような移動体通信用として使用される半導体集積回路に内蔵された発振回路としては、特開２０００−２９９６１２公報にあるようなインバータ発振回路がある。図３は、従来技術のインバータ発振回路の一例である。本回路は入出力間を高抵抗Ｒ１１により接続した信号反転増幅器１０の出力端子１１より、コンデンサＣ１１を介して接地すると共に、圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ１４を介して信号反転増幅器１０の入力端子１２に接続し、更にその入力端子１２をコンデンサＣ１２を介して接地する。尚、出力信号は抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ１３の直列回路を介して取り出す構成になっている。更にまた圧電発振器には、通常、圧電発振起動をより短時間の間で立ち上げるのに十分な駆動能力を備えたＣＭＯＳインバータを使用するのが一般的である。そのため本来であれば、圧電発振回路は、起動後の定常発振状態においては、大きな駆動能力を必要としないにも拘わらず、駆動能力が高いＣＭＯＳインバータの動作に伴い、無駄な電力消費が発生してしまい、この結果、移動体通信機器の電池寿命を短くしてしまっているという問題があった。また、定常発振状態において圧電素子を必要以上に強励振させることになるので、圧電素子に生じる機械的ストレスが大きく、圧電発振器として優れたエージング特性が得られない場合があった。
【特許文献１】特開２０００−２９９６１２公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図３の従来回路では、上述した通り、低消費電流化が困難であったと共に、並列共振回路により発振出力に同調させて出力を取り出すため、振動子電流を抑圧することは困難であった。
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電流を低減し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信号反転増幅器と、を備えた圧電発振器であって、入出力間を高抵抗により接続した前記信号反転増幅器の出力端子を容量と並列同調回路とを直列接続した回路を介して接地し、前記容量と並列同調回路の接続点をダイオード・クランプ回路を介して接地すると共に、前記接続点を２つの直列接続された容量を介して前記信号反転増幅器の入力端子に接続し、前記直列接続された２つの容量の接続点を前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地したことを特徴とする。従来のハートレー型インバータ発振回路は、負荷容量を大きくするために直列共振に近い定数設定にすることにより、負性抵抗を大きくして発振の起動を容易にしている。しかし、圧電振動子に流れる電流はインバータの入出力間のレベルで決まるため、利得が高いインバータでは電流抑制の効果は低かった。そこで、本発明ではインバータの出力からコンデンサを介してクランプ回路を接地することにより、本課題を解決するものである。
かかる発明によれば、クランプ回路をインバータの出力からコンデンサを介して接地することにより、圧電振動子の両端をクランプすると共に、インバータのインピーダンスを急激に低下させて発振利得を低下させるので、圧電振動子に流れる電流抑制効果を高めることができる。
【０００５】
請求項２は、前記ダイオード・クランプ回路は、２つのダイオードを互いに極性が異なるように並列接続したものであることを特徴とする。
発振波形は基本的に交流である。従って、両極の波形毎にクランプをかける必要がある。そこでダイオードを互いに逆極性にして並列に接続することにより実現できる。
かかる発明によれば、発振波形の両極でクランプをかけるので、クランプ量が大きく、しかも、バランスよくクランプすることができる。
請求項３は、前記２つの容量の接続点から見た場合、前記２つの容量の１つと前記並列同調回路により直列共振回路を構成することを特徴とする。
直列共振回路は、発振周波数に共振するとインピーダンスが最小となり、回路電流が最大となる。これにより、負性抵抗が増加して発振の起動を容易にすることができる。
かかる発明によれば、圧電振動子のループ内に直列共振回路を形成するので、負性抵抗が増加して発振の起動を容易にすることができる。
請求項４は、前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする。
かかる発明によれば、圧電振動子に水晶振動子を使用することにより、安価で、周波数安定度の高い発振器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、本発明の実施形態に係るクランプ回路付インバータ発振回路の回路図である。尚、以下に回路要素符号と共に一例として示した回路素子値は後述する発振器電気的特性を確認した際の設計条件である。このインバータ発振回路は、入出力間を高抵抗Ｒ１により接続したインバータ１の出力端子２より、コンデンサＣ１を介してコンデンサＣ２とインダクタＬ１を並列接続した並列同調回路を直列接続して接地し、この直列接続の接続点よりダイオードＤ１、Ｄ２を互いに極性を異なるように並列接続して接地する。またコンデンサＣ３とＣ４を介してインバータ１の入力端子３に接続し、前記直列接続されたコンデンサＣ３とＣ４の接続点より圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ７を介して接地する。尚、この回路では出力を抵抗Ｒ２とコンデンサＣ６の直列回路を介して取り出す構成になっている。
【０００７】
次に、本実施形態の動作について説明するが、発振動作については周知の技術であるのでここでは詳細な説明は省略する。先ず、インバータ１に電源ＶＣＣ５Ｖが投入されると、圧電素子Ｘｔａｌの固有振動数に従って振動を開始し、インバータ１の出力端子２にレベルの高い電圧が発生する。その電圧の交流分はコンデンサＣ１を通過して並列同調回路Ｌ１、Ｃ２とクランプダイオードＤ１、Ｄ２に入力される。クランプダイオードＤ１、Ｄ２において、電圧が正極であればダイオードＤ２により導通され、電圧が負極であればダイオードＤ１により導通されダイオードの特性から各ダイオードの順方向電圧は所定の電圧（約０．７Ｖ）以上に上がらない。したがってインバータ１の出力端２から圧電素子Ｘｔａｌに供給されようとする帰還信号が一定の励振レベルを越えるとダイオードＤ１、Ｄ２が導通して、±０．７Ｖｐ−ｐ以上に励振レベルが大きくなることはない。この結果インバータ１の入出力間のインピーダンスが急激に低下して発振利得が急激に低下するので、圧電素子Ｘに流れる電流を大幅に抑制することができる。
尚、本実施形態の発振回路の各定数は、Ｒ１：１００ｋΩ、Ｒ２：１０ｋΩ、Ｃ１：１００ｐＦ、Ｃ２：１８０ｐＦ、Ｃ３：３０ｐＦ、Ｃ４：６ｐＦ、Ｃ６：１００００ｐＦ、Ｃ７：１００ｐＦ、Ｌ１：１μＨ、Ｄ１、Ｄ２：１ＳＳ３１５、Ｘｔａｌ：Ａｔ−ｃｕｔ　１ｓｔ　１０ＭＨｚ、インバータ１：ＴＣ７ＳＵ０４Ｆである。
【０００８】
図２は、図１のクランプ回路付インバータ発振回路の負性抵抗値と発振器の入力レベルとの関係を表す図である。横軸は発振器（インバータ回路）の入力レベル（ｍＶ）、縦軸は負性抵抗（Ω）である。図２の符号１５が本発明の回路の特性であり、符号１６は従来回路の特性である。この図から明らかなように符号１６の従来回路の特性は、負性抵抗が略大きな値で一定であり、発振器の入力レベルにより大きく影響を受けない。それに比べて符号１５の本発明は、発振器の入力レベルが３００ｍＶ以上から負性抵抗が減少する特性を呈し、それにより振動子電流を抑圧していることが解る。このようにクランプ回路により振幅を抑圧することにより、急激に負性抵抗を減少させその結果振動子電流を抑圧するものである。
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はインバータ発振回路の入力と接地間に振動子を挿入するところに特徴があり、クランプ回路の形態、インバータ回路の構成は本実施形態で説明したものに限らず、他の形態、回路構成でも本発明の主旨を逸脱するものではない。
【０００９】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、クランプ回路をインバータの出力からコンデンサを介して接地することにより、圧電振動子の両端をクランプすると共に、インバータのインピーダンスを急激に低下させて発振利得を低下させるので、圧電振動子に流れる電流抑制効果を高めることができる。
また請求項２では、発振波形の両極でクランプをかけるので、クランプ量が大きく、しかも、バランスよくクランプすることができる。
また請求項３では、発振波形の片極でクランプをかけるので、多少発振利得の低下は低くなるが、部品コストが低減した分コストダウンとなる。
また請求項４では、圧電振動子に水晶振動子を使用することにより、安価で、周波数安定度の高い発振器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るクランプ付インバータ発振回路の回路図である。
【図２】本発明の図１のクランプ回路付インバータ発振回路の負性抵抗値と発振器の入力レベルとの関係を表す図である。
【図３】従来技術のインバータ発振回路の実施回路図である。
【符号の説明】
Ｘｔａｌ　圧電素子
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ７　コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２　ダイオード
１　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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