(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振用トランジスタを備えたコルピッツ型発振回路と、前記発振用トランジスタにカスコード接続したバッファ用トランジスタと、該バッファ用トランジスタのベースバイアス回路と、電源電圧と接地との間に設けたバイパスコンデンサと、を備えた圧電発振器において、
前記バッファ用トランジスタのベースと電源電圧との間に第一のトランジスタのコレクタとエミッタとを順方向接続し、
前記発振トランジスタのベースを、抵抗及び前記第一のトランジスタを介して電源電圧に接続し、
前記第一のトランジスタのベースに、抵抗回路及びダイオード接続した第二のトランジスタを含むベースバイアス回路を接続し、
該ベースバイアス回路は、
前記第二のトランジスタのコレクタを前記第一のトランジスタのベースと接続し、前記第二のトランジスタのコレクタと前記電源電圧との間に第１の抵抗を接続し、前記第二のトランジスタのエミッタを第２の抵抗を介し接地するように構成した回路を備え、前記第１の抵抗及び第２の抵抗の抵抗値を可変することにより、前記第１のトランジスタ及び前記バッファ用トランジスタのベースに与えるベースバイアスを任意に調整可能としたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
発振用トランジスタを備えたコルピッツ型発振回路と、前記発振用トランジスタにカスコード接続したバッファ用トランジスタと、該バッファ用トランジスタのベースバイアス回路と、電源電圧と接地との間に設けたバイパスコンデンサと、を備えた圧電発振器において、
前記バッファ用トランジスタのベースと電源電圧との間に第一のトランジスタのコレクタとエミッタとを順方向接続し、
前記発振トランジスタのベースを、抵抗及び前記第一のトランジスタを介して電源電圧に接続し、
該第一のトランジスタのベースに、前記バッファ用トランジスタ、前記発振用トランジスタ及び前記第１のトランジスタとは逆極性のＰＮＰ型トランジスタである第三のトランジスタ、及び抵抗回路を含むベースバイアス回路を接続し、
該ベースバイアス回路は、前記第三のトランジスタのエミッタを前記第一のトランジスタのベースに接続し、前記第三のトランジスタのベースを、第３の抵抗を介して前記電源電圧に接続し、かつ前記第３の抵抗と直列接続された第４の抵抗を介して接地するように構成した回路を備え、
前記第３の抵抗及び第４の抵抗の抵抗値を可変することにより、前記第１のトランジスタ及び前記バッファ用トランジスタのベースに与えるベースバイアスを任意に調整可能としたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項３】
発振用トランジスタを備えたコルピッツ型発振回路と、前記発振用トランジスタにカスコード接続したバッファ用トランジスタと、該バッファ用トランジスタのベースバイアス回路と、電源電圧と接地との間に設けたバイパスコンデンサと、を備えた圧電発振器において、
前記バッファ用トランジスタのベースと電源電圧との間に第一のトランジスタのコレクタとエミッタとを順方向接続し、
該第一のトランジスタのベースに、前記バッファ用トランジスタ、前記発振用トランジスタ及び前記第一のトランジスタとは逆極性のＰＮＰ型トランジスタである第四のトランジスタ、及び抵抗回路を含むベースバイアス回路を接続し、
前記バッファ用トランジスタのベースバイアスは、前記第一のトランジスタのエミッタと、接地との間に設けた抵抗から導出し、
前記発振用トランジスタのベースは、抵抗を介して前記電源電圧に接続し、
前記ベースバイアス回路は、前記第四のトランジスタのエミッタを前記第一のトランジスタのベースに接続し、前記第四のトランジスタのベースを、第５の抵抗を介して前記電源電圧に接続し、かつ前記第５の抵抗と直列接続された第６の抵抗を介して接地した構成を備え、
前記第５の抵抗及び前記第６の抵抗の抵抗値を可変することにより、前記第１のトランジスタ及び前記バッファ用トランジスタのベースに与えるベースバイアスを任意に調整可能としたことを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振器に関し、特に小型の圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶発振器は各種機器の基準信号源として用いられ、用途に応じて様々な大きさのものが存在するが、特に小型化が進む携帯電話には小型の水晶発振器が用いられる。
図４は従来の小型水晶発振器の回路図である。
同図に示す水晶発振器１００は、コルピッツ型水晶発振回路１０１にバッファ回路１０２をカスコード接続したものであり、水晶発振回路１０１及びバッファ回路１０２に備えられた各トランジスタには抵抗回路網から成るベースバイアス回路により適宜ベース電位が印加される。
そして、バッファ用トランジスタ１１１のベースと接地との間に大容量のコンデンサＣｂを接続することによってバッファ回路をベース接地形式とし、これにより発振器出力端OUTに接続される次段回路の負荷容量の変化が発振ループに及ぼす影響を小さくするようにしている。
このような水晶発振器を小型化するためには、水晶振動子以外の電気回路をＩＣ構成（ＩＣ化水晶発振器）することが一般的であるが、半導体により大容量値のコンデンサＣｂを構成した場合、ＩＣチップが大型化し水晶発振器の小型化が充分達成できないという問題点がある。
【０００３】
そこで図５に示すようにコンデンサＣｂを除去し、ＩＣ化に適すよう構成された水晶発振器が提案されている。
即ち、同図に示す水晶発振器１００は、コルピッツ型水晶発振回路１０１と、水晶発振回路１０１とカスコード接続したバッファ回路１０２とを備えたものである。
水晶発振回路１０１は、発振用トランジスタ１０３のベースと接地との間に負荷容量の一部である容量１０４及び容量１０５から成る直列回路を接続し、この直列回路の接続中点をトランジスタ１０３のエミッタに接続すると共に、このエミッタと接地との間にエミッタ抵抗１０６を接続する。
更に、トランジスタ１０３のベースに抵抗１０７及び抵抗１０８から成るベースバイアス回路を抵抗１０８の一方端を接地するよう接続すると共に、トランジスタ１０３のベースと接地との間に水晶振動子１０９及び容量１１０から成る直列回路を接続する。
【０００４】
バッファ回路１０２は、トランジスタ１１１のコレクタと電源電圧Vccラインとの間に抵抗１１２を接続し、トランジスタ１１１のベースと電源電圧Vccラインとの間にトランジスタ１１３を順方向接続し、且つ、トランジスタ１１３のベースとコレクタとを接続してダイオード構成とする。
更に、電源電圧Vccラインと接地との間にバイパスコンデンサとして容量１１４を接続し、トランジスタ１１１のコレクタと出力端OUTとを直流カット用の容量１１５を介して接続すると共に、トランジスタ１０３のコレクタとトランジスタ１１１のエミッタとをカスコード接続し、抵抗１０７の一方端とトランジスタ１１１のベースとを接続するよう構成したものである。
このように構成した水晶発振器１００は、トランジスタ１１１がトランジスタ１１３を介してベース接地される為、トランジスタ１１１のベースと接地との間にバイパスコンデンサを接続することなくバッファ回路１０２をベース接地として機能させることができる。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成の水晶発振器１００は、トランジスタ１１１の電源電圧Vccラインとベースとの間の電圧がトランジスタ１１３のベースとエミッタとの間の電圧のみで決定されてしまうので、発振回路の設定条件が制限されてしまうと云う問題があった。
特に、電源電圧Vccが低い場合、抵抗１０７の端子間電圧及び、抵抗１０８の端子間電圧が低い値となるのでベースバイアス設定の多少のズレにより所要の発振器機能が得られない場合があり、この為、トランジスタ１１１のベースバイアスの設定をより厳密に行う必要性から、ベース電位の設定条件に広選択性を持たせることは重要な課題であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に本発明に係わる請求項１記載の発明は、発振用トランジスタを備えたコルピッツ型発振回路と、前記発振用トランジスタにカスコード接続したバッファ用トランジスタと、該バッファ用トランジスタのベースバイアス回路と、電源電圧と接地との間に設けたバイパスコンデンサと、を備えた圧電発振器において、前記バッファ用トランジスタのベースと電源電圧との間に第一のトランジスタのコレクタとエミッタとを順方向接続し、前記発振トランジスタのベースを、抵抗及び前記第一のトランジスタを介して電源電圧に接続し、前記第一のトランジスタのベースに、抵抗回路及びダイオード接続した第二のトランジスタを含むベースバイアス回路を接続し、該ベースバイアス回路は、前記第二のトランジスタのコレクタを前記第一のトランジスタのベースと接続し、前記第二のトランジスタのコレクタと前記電源電圧との間に第１の抵抗を接続し、前記第二のトランジスタのエミッタを第２の抵抗を介し接地するように構成した回路を備え、前記第１の抵抗及び第２の抵抗の抵抗値を可変することにより、前記第１のトランジスタ及び前記バッファ用トランジスタのベースに与えるベースバイアスを任意に調整可能としたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、発振用トランジスタを備えたコルピッツ型発振回路と、前記発振用トランジスタにカスコード接続したバッファ用トランジスタと、該バッファ用トランジスタのベースバイアス回路と、電源電圧と接地との間に設けたバイパスコンデンサと、を備えた圧電発振器において、前記バッファ用トランジスタのベースと電源電圧との間に第一のトランジスタのコレクタとエミッタとを順方向接続し、前記発振トランジスタのベースを、抵抗及び前記第一のトランジスタを介して電源電圧に接続し、該第一のトランジスタのベースに、前記バッファ用トランジスタ、前記発振用トランジスタ及び前記第１のトランジスタとは逆極性のＰＮＰ型トランジスタである第三のトランジスタ、及び抵抗回路を含むベースバイアス回路を接続し、該ベースバイアス回路は、前記第三のトランジスタのエミッタを前記第一のトランジスタのベースに接続し、前記第三のトランジスタのベースを、第３の抵抗を介して前記電源電圧に接続し、かつ前記第３の抵抗と直列接続された第４の抵抗を介して接地するように構成した回路を備え、前記第３の抵抗及び第４の抵抗の抵抗値を可変することにより、前記第１のトランジスタ及び前記バッファ用トランジスタのベースに与えるベースバイアスを任意に調整可能としたことを特徴とする。
また、請求項３の発明は、発振用トランジスタを備えたコルピッツ型発振回路と、前記発振用トランジスタにカスコード接続したバッファ用トランジスタと、該バッファ用トランジスタのベースバイアス回路と、電源電圧と接地との間に設けたバイパスコンデンサと、を備えた圧電発振器において、前記バッファ用トランジスタのベースと電源電圧との間に第一のトランジスタのコレクタとエミッタとを順方向接続し、該第一のトランジスタのベースに、前記バッファ用トランジスタ、前記発振用トランジスタ及び前記第一のトランジスタとは逆極性のＰＮＰ型トランジスタである第四のトランジスタ、及び抵抗回路を含むベースバイアス回路を接続し、前記バッファ用トランジスタのベースバイアスは、前記第一のトランジスタのエミッタと、接地との間に設けた抵抗から導出し、前記発振用トランジスタのベースは、抵抗を介して前記電源電圧に接続し、前記ベースバイアス回路は、前記第四のトランジスタのエミッタを前記第一のトランジスタのベースに接続し、前記第四のトランジスタのベースを、第５の抵抗を介して前記電源電圧に接続し、かつ前記第５の抵抗と直列接続された第６の抵抗を介して接地した構成を備え、前記第５の抵抗及び前記第６の抵抗の抵抗値を可変することにより、前記第１のトランジスタ及び前記バッファ用トランジスタのベースに与えるベースバイアスを任意に調整可能としたことを特徴とする。
【０００７】
【本発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に基づく水晶発振器の一実施例を示す回路図である。
同図に示す水晶発振器１は、コルピッツ型水晶発振回路２とバッファ回路３とを備えたものである。
水晶発振回路２は、発振用トランジスタ４のベースと接地との間に負荷容量の一部である容量５及び容量６から成る直列回路を挿入接続し、この直列回路の接続中点をトランジスタ４のエミッタに接続すると共に、エミッタをエミッタ抵抗７を介して接地する。
更に、トランジスタ４のベースに抵抗８及び抵抗９から成るベースバイアス回路を接続すると共に、トランジスタ４のベースと接地との間に水晶振動子１０及び容量１１から成る直列回路を挿入接続する。
バッファ回路３は、トランジスタ１２のコレクタを抵抗１３を介し電源電圧Vccラインに接続し、トランジスタ１２のベースと電源電圧Vccラインとの間にトランジスタ１４のコレクタ・エミッタを順方向に挿入し、更に、トランジスタ１２のベースとトランジスタ４のベースとが前記抵抗８を介して接続するよう構成する。
そして更に、ベースとコレクタとを接続しダイオードとして機能するトランジスタ１５のコレクタを抵抗１６を介して電源電圧Vccラインに接続すると共に、該トランジスタ１５のエミッタを抵抗１７を介して接地し、更にトランジスタ１５のコレクタをトランジスタ１４のベースに接続する。
即ち、破線で囲んだ部分１８は、トランジスタ１５、抵抗１６、１７から成るトランジスタ１４用のベースバイアス回路である。
【０００８】
尚、電源電圧Vccラインと接地との間にバイパスコンデンサ１９を接続することによって、交流的に接地し、発振出力は、トランジスタ１２のコレクタから直流カット用の容量２０を介して導出する。
このように構成した水晶発振器１に於いては、トランジスタ１２のベース電位Vb12は、トランジスタ１４のベース電位Vb14とトランジスタ１４のベースとエミッタ間電位Vbeによって決定されVb12=Vb14‐Vbeとなるが、ベース電位Vb14は、抵抗１６の抵抗値R16、抵抗１７の抵抗値R17、トランジスタ１５のベース・エミッタ間電位Vbeを用いて、Vb14=((Vcc‐Vbe)×R17)/(R16+R17)+Vbeとして表し得る。
従って、ベース電位Vb12は上述したようにVb12＝( (Vcc‐Vbe)×R17)/(R16+R17)となるから、従来のようにバッファ用トランジスタのベース電位がVcc‐Vbeに固定されていたものと比較すれば、抵抗１６、１７の値によって任意に設定可能となり、設計の自由度が大幅に拡大する。
【０００９】
図２は本発明に基づく水晶発振器の他の実施例を示す回路図である。
同図に示す水晶発振器１-２は、トランジスタ１４用のベースバイアス回路１８に於ける設計の自由度を更に拡大した点が特徴である。
即ち、水晶発振器１-２に於ける、ベースバイアス回路１８は、他のトランジスタと逆極性であるpnpトランジスタ２１を用いており、そのエミッタを抵抗２２を介して電源電圧Vccラインに接続し、ベースバイアスを抵抗２３及び抵抗２４によって任意に設定できるように構成したものである。
この構成の水晶発振器１-２に於いては、トランジスタ１２のベース電位Vb12は、V12=V14-Vbeであり、抵抗２３の抵抗値R23、抵抗２４の抵抗値R24を用いてV14＝( (R23+R24)×R24)/Vcc +Vbeであるので、Vb12=((R23+R24)×R24)/Vccと表すことができ、図１に示す実施例より更に設計の自由度が向上する。
更に、水晶発振器１-２は、pnpトランジスタとnpnトランジスタとを組み合わせたので、上記Vb12=( (R23+R24) ×R24)/Vccからも明らかなようにトランジスタ１４、２１ののベース電位の温度変化に対する変動が互いに相殺されて環境温度に於いても安定した発振動作を持続することができる。
【００１０】
図３は、本発明に基づく水晶発振器の更に他の実施例を示す回路図である。
同図に示す水晶発振器１-３の特徴は、発振用トランジスタ４のベースバイアス回路と、バッファ用のトランジスタ１２のベースバイアス回路とをそれぞれ独立して構成したところにある。
即ち、水晶発振器１-３では、バッファ用トランジスタ１４のベースバイアスを、トランジスタ１４のエミッタと接地との間に挿入した抵抗２５から導出し、更に、そのトランジスタ１４のベースバイアス用トランジスタ２６のベースバイアスを電源電圧Vccラインと接地間電圧によって直接に制御するよう構成したものである。
また、同時に発振用トランジスタ４に対するベースバイアスもVccと接地間電圧により直接供給する。
この構成の水晶発振器１-３によれば既に説明した水晶発振器の機能に加え、トランジスタ４及びトランジスタ１２のベースバイアスを独立して設定したので、特に電源電圧Vccが低い場合に於いてもベースバイアスを適切な値に設定することができる。
尚、本発明を水晶発振器を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、SAW共振子、及び水晶以外の圧電材料からなる振動子を用いた圧電発振器、更にはLC発振器、セラミック発振器等のカスコード増幅回路を有するあらゆる発振器に適用することが可能である。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に基づく圧電発振器は、発振用トランジスタを備えたコルピッツ型発振回路と、発振用トランジスタにカスコード接続したバッファ用トランジスタと、バッファ用トランジスタのベースバイアス回路と、電源電圧Vccと接地との間にバイパスコンデンサとを備えた発振回路に於いて、ベースバイアス回路が、バッファ用トランジスタのベースと電源電圧Vccラインとの間に第一のトランジスタのコレクタとエミッタとを順方向接続し、第一のトランジスタのベースに抵抗回路若しくはトランジスタを含む抵抗回路より成るベースバイアス回路を接続するよう構成したので、バッファ用トランジスタのベースバイアス設定条件の選択範囲が広がり、特に低電圧電源に於いても適切に回路設定された小型水晶発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく水晶発振器の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明に基づく水晶発振器の他の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明に基づく水晶発振器の他の実施例を示す回路図である。
【図４】従来の水晶発振器の回路図である。
【図５】従来の水晶発振器の回路図である。
【符号の説明】
１  水晶発振器、２  水晶発振回路、３  バッファ回路、４、１２、１４、１５、２１、２６  トランジスタ、５、６、１１、２０  容量、７、８、９、１３、１６、１７、２２、２３、２４、２５、２７、２８、２９、３０  抵抗、１０  水晶振動子、１８  ベースバイアス回路、１９  バイパスコンデンサ、１００  水晶発振器、１０１  水晶発振回路、１０２  バッファ回路、１０３  トランジスタ、１０４、１０５、１１０、１１４、１１５  容量、１０６、１０７、１０８、１１２  抵抗、１０９  水晶振動子、１１１、１１３  トランジスタ
【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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