(57)【要約】【課題】部品点数を削減することによって小型化と低価格化を実現することのできる発振器およびそれを用いた電子装置を提供する。【解決手段】発振用のトランジスタＱ１を含むコルピッツ発振回路１１と、増幅用のトランジスタＱ２を含む第１の緩衝増幅回路１２とを備え、トランジスタＱ２のエミッタを直接接地し、トランジスタＱ１のエミッタっをトランジスタＱ２のベースに直接接続することによって、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間容量をコルピッツ発振回路１１の発振周波数を決める容量手段の一部として利用する。【効果】部品点数が少なくなるために発振器の小型化と低価格化を図ることができる。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振用の第１のトランジスタを含むコルピッツ発振回路と、増幅用の第２のトランジスタを含む第１の緩衝増幅回路とを備え、
前記コルピッツ発振回路は、前記第１のトランジスタのコレクタを高周波的に接地し、ベース・コレクタ間にインダクタンス素子を設け、ベース・エミッタ間に第１の容量手段を設け、コレクタ・エミッタ間に第２の容量手段を設けて構成され、エミッタから発振信号が出力されるものであり、
前記第１の緩衝増幅回路は、前記第２のトランジスタのエミッタを高周波的に接地して構成され、発振信号がベースから入力され、コレクタから出力されるものであり、
前記第１のトランジスタのエミッタを前記第２のトランジスタのベースに直接接続することによって、前記第２のトランジスタのベース・エミッタ間容量を前記第２の容量手段としたことを特徴とする発振器。
【請求項２】
第３のトランジスタを含む第２の緩衝増幅回路を備え、
該第２の緩衝増幅回路は、前記第３のトランジスタのベースを高周波的に接地して構成され、発振信号がエミッタから入力され、コレクタから出力されるものであり、
前記第３のトランジスタのエミッタを前記第２のトランジスタのコレクタに直接接続することによって、前記第３のトランジスタと前記第２のトランジスタを直流電流経路に関してカスケード接続するとともに、前記第２の緩衝増幅回路を前記第２のトランジスタのコレクタに接続される負荷抵抗として利用したことを特徴とする、請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発振器を用いたことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振器および電子装置、例えば携帯電話機のＲＦ回路に含まれるＰＬＬ回路部分の基準信号源として用いられる発振器およびそれを用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機などの基準信号源として用いられる発振器としては、例えば水晶振動子を共振子として利用し、発振回路と緩衝増幅回路から構成されるものが広く知られている。
【０００３】
図６に従来の発振器の回路図を示す（例えば特許文献１の図２を参照）。図６において、発振器１は、コルピッツ発振回路２と緩衝増幅回路３とで構成されている。コルピッツ発振回路２は、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ１およびＲ２、コンデンサＣ１、Ｃ２およびＣ３、インダクタンス素子として機能する水晶振動子Ｘ１から構成されている。緩衝増幅回路３は、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ３およびＲ４、コンデンサＣ４およびＣ５から構成されている。
【０００４】
コルピッツ発振回路２において、トランジスタＱ１は発振用のトランジスタで、そのコレクタは電源＋Ｖｃｃに接続され、エミッタは負荷抵抗である抵抗Ｒ１を介してグランドに接続され、ベースは水晶振動子Ｘ１を介してグランドに接続されている。トランジスタＱ１のコレクタ・ベース間にはベースバイアス用の抵抗Ｒ２が接続され、ベース・エミッタ間にはコンデンサＣ１が接続され、エミッタとグランドとの間にはコンデンサＣ２が接続されている。そして、トランジスタＱ１のコレクタとグランドとの間にはコンデンサＣ３が接続されている。
【０００５】
このように構成されたコルピッツ発振回路２において、コンデンサＣ３はトランジスタＱ１のコレクタを高周波的に接地して、トランジスタＱ１をコレクタ接地で動作させるために設けられている。そのため、水晶振動子Ｘ１は実質的にトランジスタＱ１のコレクタ・ベース間に接続されたことになり、コンデンサＣ２も実質的にトランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間に接続されたことになる。これによって、コルピッツ発振回路２は、主として水晶振動子Ｘ１のインダクタンス値、コンデンサＣ１およびＣ２の容量値で決定される周波数で発振し、その発振信号はトランジスタＱ１のエミッタから出力される。
【０００６】
一方、緩衝増幅回路３において、トランジスタＱ２は緩衝増幅用のトランジスタであり、そのコレクタは負荷抵抗である抵抗Ｒ３を介して電源＋Ｖｃｃに接続され、エミッタは直接グランドに接続され、ベースはカップリング用のコンデンサＣ４を介してトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。トランジスタＱ２のベースはベースバイアス用の抵抗Ｒ４を介して電源＋Ｖｃｃに接続されている。そして、トランジスタＱ２のコレクタはカップリング用のコンデンサＣ５を介して出力端子Ｐｏに接続されている。なお、抵抗Ｒ４はトランジスタＱ２のコレクタ・ベース間に接続されていてもよい。
【０００７】
このように構成された緩衝増幅回路３において、トランジスタＱ２は電圧利得の大きいエミッタ接地の緩衝増幅回路として動作し、コンデンサＣ４を介してベースから入力された信号を増幅してコレクタから出力する。
【０００８】
このような発振器は、上述のように携帯電話機の基準信号源として利用される場合、携帯電話機の小型化、低価格化とともに同様に小型化、低価格化が求められている。そして、例えば発振器の回路をＩＣ化せずに個別部品で構成するような場合には、部品点数が少ないために、部品の数が発振器のサイズや価格に直接影響する。
【０００９】
このような状況の中で、上記の発振器１は必要最小限の部品で構成されているが、それでもトランジスタ２個、水晶振動子１個、抵抗４個、コンデンサ５個の合計１２個の部品を必要としている。
【００１０】
これに対して、図７に、部品点数の低減を図ることのできる従来の発振器の回路図を示す。この回路の基本的な構成については、例えば特許文献２の図２などに開示されている。なお、図７において、図６と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００１１】
図７に示した発振器５は、コルピッツ発振回路６と緩衝増幅回路７とで構成されている。コルピッツ発振回路６は、図６のコルピッツ発振回路２とほぼ同じ構成となっているが、トランジスタＱ１のコレクタが後述のようにトランジスタＱ３のエミッタに接続されるために電源＋Ｖｃｃには接続されておらず、またコレクタを高周波的に接地するためのコンデンサＣ３を備えていない点が異なる。
【００１２】
一方、緩衝増幅回路７は、トランジスタＱ３、抵抗Ｒ５およびＲ６、コンデンサＣ６およびＣ７から構成されている。緩衝増幅回路７において、トランジスタＱ３は緩衝増幅用のトランジスタであり、コレクタは負荷抵抗である抵抗Ｒ５を介して電源＋Ｖｃｃに接続され、エミッタはトランジスタＱ１のコレクタに直接接続され、ベースはベースバイアス用の抵抗Ｒ６を介して電源＋Ｖｃｃに接続されているとともに、コンデンサＣ６を介してグランドに接続されている。そして、トランジスタＱ３のコレクタはコンデンサＣ７を介して出力端子Ｐｏに接続されている。この結果、トランジスタＱ３はコルピッツ発振回路６のトランジスタＱ１とカスケード接続されることになる。なお、抵抗Ｒ６はトランジスタＱ３のコレクタ・ベース間に接続されていてもよい。また、抵抗Ｒ２はトランジスタＱ３のベースとトランジスタＱ１のベースの間に接続されていてもよい。
【００１３】
このように構成された緩衝増幅回路７において、コンデンサＣ６はトランジスタＱ３のベースを高周波的に接地して、トランジスタＱ３をベース接地、エミッタ入力、コレクタ出力で動作させる。そして、トランジスタＱ１のコレクタから出力された発振信号がトランジスタＱ３のエミッタに入力され、コレクタから出力される。
【００１４】
発振器５においては、コルピッツ発振回路６のトランジスタＱ１のコレクタを高周波的に接地するコンデンサＣ３を省いているが、トランジスタＱ１のコレクタがトランジスタＱ３のエミッタに直接接続されているため、トランジスタＱ３を介して擬似的に接地されているとみなすことができ、擬似的なコレクタ接地のコルピッツ発振回路となっている。また、擬似的なコレクタ接地のコルピッツ発振回路であるため、発振信号をトランジスタＱ１のコレクタから取り出すことができる。
【００１５】
このように構成された発振器５は、トランジスタ２個、水晶振動子１個、抵抗４個、コンデンサ４個の合計１１個の部品を必要とすることになり、発振器１に比べてコンデンサを１個だけ省くことができる。そのため、発振器１に比べて回路基板上の回路の専有面積が小さくなるために小型化が可能になる。また、部品点数が少なくなるために低価格化も可能になる。但し、発振器５においては、緩衝増幅回路７のトランジスタＱ３をベース接地で用いているため、発振器１の緩衝増幅回路３の場合のような大きな電圧利得は得られない。
【００１６】
また、この他にも、部品点数の低減を図ることのできる従来の別の発振器の回路図が、図示は省略するが例えば特許文献３の図１に開示されている。特許文献３の図１においては、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒｃを省略できる。但し、トランジスタＱ１とＱ２のコレクタを高周波的に接地するためにグランドとの間に接続されるコンデンサが少なくとも１つ必要となる。さらに、トランジスタＱ２のエミッタを出力端子ＯＵＴに直接接続しているが、実際にはカップリング用のコンデンサが必要となる。その結果、特許文献２の図１の回路においては、トランジスタ２個、水晶振動子１個、抵抗３個、コンデンサ４個の合計１０個の部品が最低限必要となり、発振器５に比べて抵抗を１個だけ省くことができる。なお、この場合も、緩衝増幅回路のトランジスタＱ２をコレクタ接地で用いているため、発振器１の緩衝増幅回路３の場合のような大きな電圧利得は得られない。
【００１７】
【特許文献１】
特開平７−２０２５６７号公報
【００１８】
【特許文献２】
特開平９−３６６６１号公報
【００１９】
【特許文献３】
特開２００２−９５４８号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、発振器の部品点数の削減は進んでいるが、これで十分なわけではなく、小型化、低価格化の要求はさらに増している。
【００２１】
そこで、本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、部品点数をさらに削減することによって小型化と低価格化を実現することのできる発振器およびそれを用いた電子装置を提供する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の発振器は、発振用の第１のトランジスタを含むコルピッツ発振回路と、増幅用の第２のトランジスタを含む第１の緩衝増幅回路とを備え、前記コルピッツ発振回路は、前記第１のトランジスタのコレクタを高周波的に接地し、ベース・コレクタ間にインダクタンス素子を設け、ベース・エミッタ間に第１の容量手段を設け、コレクタ・エミッタ間に第２の容量手段を設けて構成され、エミッタから発振信号が出力されるものであり、前記第１の緩衝増幅回路は、前記第２のトランジスタのエミッタを高周波的に接地して構成され、発振信号がベースから入力され、コレクタから出力されるものであり、前記第１のトランジスタのエミッタを前記第２のトランジスタのベースに直接接続することによって、前記第２のトランジスタのベース・エミッタ間容量を前記第２の容量手段としたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の発振器は、第３のトランジスタを含む第２の緩衝増幅回路を備え、該第２の緩衝増幅回路は、前記第３のトランジスタのベースを高周波的に接地して構成され、発振信号がエミッタから入力され、コレクタから出力されるものであり、前記第３のトランジスタのエミッタを前記第２のトランジスタのコレクタに直接接続することによって、前記第３のトランジスタと前記第２のトランジスタを直流電流経路に関してカスケード接続するとともに、前記第２の緩衝増幅回路を前記第２のトランジスタのコレクタに接続される負荷抵抗として利用したことを特徴とする。
【００２４】
そして、本発明の電子装置は、上記のいずれかの発振器を用いたことを特徴とする。
【００２５】
このように構成することにより、本発明の発振器においては、部品点数の削減による小型化と低価格化を実現することができる。
【００２６】
また、本発明の電子装置においても、本発明の発振器を用いることによって、小型化と低価格化を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の発振器の一実施例の回路図を示す。図１において、図６と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図１に示した発振器１０は、図６の発振器１の構成において、コンデンサＣ２とコンデンサＣ４と抵抗Ｒ４を削除し、トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のベースを直結したものである。なお、発振器１０においては、トランジスタＱ１が第１のトランジスタ、トランジスタＱ２が第２のトランジスタ、コンデンサＣ１が第１の容量手段になる。以下、この回路について説明する。
【００２９】
一般に緩衝増幅回路に用いられるような高周波トランジスタにおいては、コレクタ・ベース間容量（接合容量）は帰還容量となるために小さくする努力がなされているが、ベース・エミッタ間容量（接合容量）は順方向電圧で使用することもあって、動作時の静電容量は比較的大きく、特に小さくするような努力はなされていない。そこで、本発明の発振器１０においては、従来の発振器１の構成においてコンデンサＣ２とコンデンサＣ４を削除してトランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のベースを直結することによって、コンデンサＣ２の代わりにトランジスタＱ２のベース・エミッタ間容量（接合容量）を第２の容量手段として利用するようにした。また、これによって、トランジスタＱ２のベースバイアス電流にトランジスタＱ１のエミッタ電流の一部を使えるようになったため、トランジスタＱ２のベースバイアス用の抵抗Ｒ４も削除した。この結果、発振器１０においては、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ１およびＲ２、コンデンサＣ１およびＣ３、水晶振動子Ｘ１、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間容量によってコルピッツ発振回路１１が構成されることになる。また、トランジスタＱ２、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ５によって第１の緩衝増幅回路１２が構成されることになる。
【００３０】
このように構成された発振器１０において、コルピッツ発振回路１１の第２の容量手段としては上述のようにトランジスタＱ２のベース・エミッタ間容量が利用される。そして、トランジスタＱ２のベースバイアス用の抵抗Ｒ４を削除しているため、抵抗Ｒ１がトランジスタＱ２のベースバイアスも制御することになる。
【００３１】
発振器１０においては、第２の容量手段としてトランジスタＱ２のベース・エミッタ間容量を利用しているため、トランジスタ２個、水晶振動子１個、抵抗３個、コンデンサ３個の合計９個の部品を最低限必要とすることになる。そのため、上述の従来の発振器のいずれに対しても部品点数を少なくすることができ、小型化や低価格化を実現することができる。
【００３２】
また、発振器１０においては、緩衝増幅回路１２のトランジスタＱ２をエミッタ接地で用いているため、発振器１の緩衝増幅回路３の場合と同様に大きな電圧利得を得ることができる。
【００３３】
ここで、図２に、本発明の発振器１０の発振開始動作のＳＰＩＣＥによるシミュレーション結果をそれぞれ示す。図２は発振器１０の出力端子Ｐｏに所定の負荷を接続したときの出力端子Ｐｏの電圧の時間変化を示している。図２を見てわかるように、本発明の発振器１０においては、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間容量をコルピッツ発振回路の第２の容量手段として用いているにもかかわらず正常な発振動作をすることができる。
【００３４】
図３に、本発明の発振器の別の実施例の回路図を示す。図３において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
図３に示した発振器２０は、図１の発振器１０の全ての構成に加えて、第２の緩衝増幅回路２１を備えている。但し、トランジスタＱ１のコレクタは電源＋Ｖｃｃには接続されていない。そして、第２の緩衝増幅回路２１は、トランジスタＱ４、抵抗Ｒ７およびＲ８、コンデンサＣ９で構成されている。
【００３６】
第２の緩衝増幅回路２１において、トランジスタＱ４のコレクタは負荷抵抗である抵抗Ｒ７を介して電源＋Ｖｃｃに接続されるとともにカップリング用のコンデンサＣ９を介して出力端子Ｐｏに接続され、エミッタはトランジスタＱ１のコレクタに接続され、ベースはベースバイアス用の抵抗Ｒ８を介して電源＋Ｖｃｃに接続されるとともにカップリング用のコンデンサＣ５を介してトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。なお、抵抗Ｒ８はトランジスタＱ４のコレクタ・ベース間に接続されていてもよい。また、コルピッツ発振回路１１の抵抗Ｒ２はトランジスタＱ１のベースとトランジスタＱ４のベースとの間に接続されていてもよい。
【００３７】
このように構成された第２の緩衝増幅回路２１において、トランジスタＱ４は電圧利得の大きいエミッタ接地の緩衝増幅回路として動作し、コンデンサＣ５を介してベースから入力された信号を増幅してコレクタから出力する。すなわち、発振器２０においては２段の緩衝増幅回路を備えていることになる。そのため、部品点数の削減に加えて、大きな出力信号を得ることができるという効果も奏することができる。
【００３８】
また、発振器２０においては、トランジスタＱ４はトランジスタＱ１およびＱ２に対してカスケードに接続されることになる。そのため、発振器２０全体としての電源の利用効率が向上する。
【００３９】
図４に、本発明の発振器のさらに別の実施例の回路図を示す。図４において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
図４に示した発振器３０は、図１の発振器１０のうちのコルピッツ発振回路１１を備えており、第１の緩衝増幅回路１２に代えて第１の緩衝増幅回路３１および第２の緩衝増幅回路３２を備えている。第１の緩衝増幅回路３１はトランジスタＱ２のみで構成されている。また、第２の緩衝増幅回路３２は、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ９およびＲ１０、コンデンサＣ１０およびＣ１１で構成されている。
【００４１】
このうち、トランジスタＱ５のコレクタは負荷抵抗である抵抗Ｒ９を介して電源＋Ｖｃｃに接続されるとともにカップリング用のコンデンサＣ１１を介して出力端子Ｐｏに接続され、エミッタはトランジスタＱ２のコレクタに接続され、ベースはベースバイアス用の抵抗Ｒ１０を介して電源＋Ｖｃｃに接続されるとともにコンデンサＣ１０を介してグランドに接続されている。コンデンサＣ１０はトランジスタＱ５のベースを高周波的に接地して、トランジスタＱ５をベース接地で動作させる。トランジスタＱ２のエミッタはグランドに直接接続されており、ベースはトランジスタＱ１のエミッタに直接接続されている。なお、抵抗Ｒ１０はトランジスタＱ５のコレクタ・ベース間に接続されていてもよい。
【００４２】
このように構成された発振器３０においては、トランジスタＱ２は発振器１０の場合と同様にエミッタ接地、ベース入力、コレクタ出力の第１の緩衝増幅回路３１として働く。そして第１の緩衝増幅回路３１の出力は第２の緩衝増幅回路３２のトランジスタＱ５のエミッタから入力された信号を増幅してコレクタからコンデンサＣ１１を介して出力端子Ｐｏに出力する。
【００４３】
ただし、第１の緩衝増幅回路３１においては、発振器１０の第１の緩衝増幅回路１２における負荷抵抗Ｒ３に相当するものは存在しない。カップリングコンデンサＣ５に相当するものも存在しない。これは、第２の緩衝増幅回路３２全体が第１の緩衝増幅回路３１の負荷抵抗として機能するとともに、第２の緩衝増幅回路３２がエミッタ入力でコレクタ出力になるように構成されているからである。そのため、発振器３０においては、緩衝増幅回路を２段にしているにもかかわらずカップリング用のコンデンサは全く存在せず、実質的には発振器１０に比べてトランジスタ１個と抵抗１個とコンデンサ１個を追加しただけであり、部品点数の大幅な削減が実現されている。実際に本発明の発振器２０と比べても抵抗を１個削減することができており、従来の緩衝増幅回路を２段にした発振器と比べればさらに部品点数を少なくすることができる。
【００４４】
また、発振器３０においては、トランジスタＱ５はトランジスタＱ２に対してカスケードに接続されている。そのため、発振器３０全体としての電源の利用効率が向上するという効果もある。
【００４５】
なお、上記の各実施例においては、必要最小限の部品点数で回路を構成しているが、例えば図１の発振器１０において、ベースバイアスを安定化させるためにトランジスタＱ１のベースとグランドとの間に抵抗を接続するような構成も考えられるが、このような構成であっても本発明の範囲を逸脱するものではない。
【００４６】
また、コルピッツ発振回路のインダクタンス素子として水晶振動子を利用するものを示したが、インダクタンス素子としては他の種類の圧電共振子やコイル、あるいは所定の長さの伝送線路などの別のものでも構わない。
【００４７】
また、上記の各実施例においては、トランジスタとしてＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを利用しているが、電源の極性を変えればＰＮＰ型のバイポーラトランジスタを利用しても構わない。さらには、コルピッツ発振回路や緩衝増幅回路に用いるトランジスタとしてはバイポーラトランジスタに限るものでもなく、例えばＦＥＴであっても構わないものである。なお、ＦＥＴを用いる場合には、ドレイン、ソース、ゲートがバイポーラトランジスタにおけるコレクタ、エミッタ、ベースにそれぞれ対応するものとする。また、第１の緩衝増幅回路に増幅用として利用されたＦＥＴのゲート・ソース間容量が第２の容量手段として用いられることになる。
【００４８】
図５に、本発明の電子装置の一実施例の斜視図を示す。図５において、電子装置の１つである携帯電話機１００は、筐体１０１と、その中に配置されたプリント基板１０２と、プリント基板１０２上に基準信号源として実装された本発明の発振器１０を備えている。
【００４９】
このように構成された携帯電話機１００においては、本発明の発振器１０を用いているため、小型化と低価格化を実現することができる。
【００５０】
なお、図５においては電子装置として携帯電話機を示したが、電子装置としては携帯電話機に限るものではなく、本発明の発振器を用いたものであれば何でも構わないものである。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の発振器によれば、発振用の第１のトランジスタを含むコルピッツ発振回路と、増幅用の第２のトランジスタを含む第１の緩衝増幅回路とを備え、第２のトランジスタのベース・エミッタ間容量をコルピッツ発振回路の発振周波数を決める第２の容量手段として利用することによって、部品点数を削減し、小型化と低価格化を実現することができる。
【００５２】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の発振器を用いることによって、小型化と低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発振器の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の発振器の発振開始動作のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図３】本発明の発振器の別の実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の発振器のさらに別の実施例を示す回路図である。
【図５】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図である。
【図６】従来の発振器を示す回路図である。
【図７】従来の別の発振器を示す回路図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０…発振器
１１…コルピッツ発振回路
１２、３１…第１の緩衝増幅回路
２１、３２…第２の緩衝増幅回路
Ｘ１…水晶振動子
Ｑ１…トランジスタ（第１のトランジスタ）
Ｑ２…トランジスタ（第２のトランジスタ）
Ｑ４…トランジスタ
Ｑ５…トランジスタ（第３のトランジスタ）
Ｃ１…コンデンサ（第１の容量手段）
Ｃ３、Ｃ５、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１１…コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０…抵抗
＋Ｖｃｃ…直流電源
Ｐｏ…出力端子
１００…携帯電話機
【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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【図７】
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