(57)【要約】【課題】電圧を印加することにより発振を行う発振子と、発振子とともに共振回路を構成し、発振周波数を決定するための容量素子と、発振子及び容量素子とにより発生した発振出力を増幅する増幅回路とを含む発振回路に関し、高速に起動が可能な発振回路を提供することを目的とする。【解決手段】 本発明は電圧を印加することにより発振を行う発振子（Ｘ１）と、発振子（Ｘ１）とともに共振回路を構成し、発振周波数を決定するための容量素子（Ｃ１、Ｃ２）と、発振子（Ｘ１）及び容量素子（Ｃ１、Ｃ２）とにより発生した発振出力を増幅する増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ４、Ｃ３）とを含む発振回路において、電源投入時に発振子（Ｘ１）及び増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ４、Ｃ３）を駆動する電源電圧（Ｖcc）が投入されたときに、増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ４、Ｃ３）の発振子（Ｘ１）及び容量素子（Ｃ１、Ｃ２）とにより発生した発振出力が入力される入力端に起動電流を供給する起動回路（１１１、１１２）を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加することにより発振を行う発振子と、該発振子とともに共振回路を構成し、発振周波数を決定するための容量素子と、該発振子及び該容量素子とにより発生した発振出力を増幅する増幅回路とを含む発振回路において、
電源投入時に前記発振子及び前記増幅回路を駆動する電源電圧が投入されたときに、前記増幅回路の前記発振子及び前記容量素子とにより発生した発振出力が入力される入力端に起動電流を供給する起動回路を有することを特徴とする発振回路。
【請求項２】
前記起動回路は、前記電源投入時に電源電圧により起動電流を生成する電流生成回路と、
前記電源電圧が所定電圧以下のときには、前記電流生成回路で生成された前記起動電流を前記増幅回路の入力端に供給し、前記電源電圧が所定電圧になったときに、前記電流生成回路で生成された前記起動電流の前記増幅回路の入力端への供給を停止させるスイッチ回路とを有することを特徴とする請求項１記載の発振回路。
【請求項３】
前記発振子及び前記容量素子並びに前記増幅回路は、コルピッツ型発振回路を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の発振回路。
【請求項４】
前記増幅回路は、カスコード接続された複数段の増幅器から構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の発振回路。
【請求項５】
前記起動回路は、カスコード接続された複数段の増幅器のうち、初段の増幅器の入力端に前記起動電流を供給することを特徴とする請求項４記載の発振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発振回路に係り、特に、電圧を印加することにより発振を行う発振子と、発振子とともに共振回路を構成し、発振周波数を決定するための容量素子と、発振子及び容量素子とにより発生した発振出力を増幅する増幅回路とを含む発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話など電池駆動の機器の増加に伴い、機器に搭載される集積回路には、低消費電力化が望まれている。このとき、機器の搭載される回路のうち発振回路には、間欠発振を行わせ、消費電力の低減を図ろうとしている。このため、発振回路には、起動されてから定常状態に至るまでの時間を短縮することが望まれている。
【０００３】
図５は従来の一例の回路構成図を示す。
【０００４】
従来の発振回路１は、発振子Ｘ１、キャパシタＣ１〜Ｃ３、トランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を含み、いわゆる、コルピッツ型発振回路を構成している。発振子Ｘ１は、例えば、水晶振動子から構成される。発振子Ｘ１とともに共振回路を構成するキャパシタＣ１、Ｃ２が、発振子Ｘ１に並列に接続されている。
【０００５】
発振子Ｘ１とキャパシタＣ１、Ｃ２により発振した発振出力は、トランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、キャパシタＣ３から構成される増幅回路に供給される。
【０００６】
トランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、キャパシタＣ３から構成される増幅回路は、トランジスタＱ１から構成される増幅器と、トランジスタＱ２から構成される増幅器の２段の増幅器を縦列に接続した構成とされており、発振子Ｘ１とキャパシタＣ１、Ｃ２により発振した発振出力を増幅して、トランジスタＱ１のコレクタから出力する。トランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、キャパシタＣ３から構成される増幅回路により増幅された発振出力は、カップリングコンデンサＣcを介してキャパシタンスＣ0、抵抗Ｒ0を内蔵する負荷１１に供給される。
【０００７】
図６、図７は従来の一例の動作説明図を示す。図６は電源電圧Ｖccの立ち上がり直後の各部の波形、図７は発振出力の波形図を示す。図６において、細い破線は電源電圧Ｖccの波形、実線はトランジスタＱ１のベース電圧波形、太い破線はトランジスタＱ２のベース電圧波形、一点鎖線はトランジスタＱ１のコレクタ電圧波形、二点鎖線はトランジスタＱ２のエミッタ電圧波形を示す。
【０００８】
従来の発振回路１では、図６に示すように時刻t0で電源電圧Ｖccが立ち上がると、トランジスタＱ２のベース電位が時間Ｔ0の間に徐々に増加して時刻ｔ１で定常状態に達していた。この後、回路が徐々に立ち上がり、発振出力は、図７に示すように時刻ｔ0から時間Ｔ10、略７．４ｍｓｅｃ経過した時刻ｔ10で定常状態の略９０％に達する。例えば、定常状態の略９０％に達する時刻ｔ10で発振出力が使用可能となる。このとき、携帯電話などで、発振回路を間欠発振させる場合には、４．０ｍｓｅｃ程度の起動時間が望まれており、従来の発振回路１ではこの要求を満たせなかった。
【０００９】
なお、発振回路の起動を高速化する技術について公知文献を調査したが、これに対応する公知文献は発見できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかるに、従来の発振回路は、起動時間が７．４ｍｓｅｃと長く、４．０ｍｓｅｃ程度の起動時間が得られないなどの課題があった。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、高速に起動が可能な発振回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は電圧を印加することにより発振を行う発振子（Ｘ１）と、発振子（Ｘ１）とともに共振回路を構成し、発振周波数を決定するための容量素子（Ｃ１、Ｃ２）と、発振子（Ｘ１）及び容量素子（Ｃ１、Ｃ２）とにより発生した発振出力を増幅する増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）とを含む発振回路において、
電源投入時に発振子（Ｘ１）及び増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）を駆動する電源電圧（Ｖcc）が投入されたときに、増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）の発振子（Ｘ１）及び容量素子（Ｃ１、Ｃ２）とにより発生した発振出力が入力される入力端に起動電流を供給する起動回路（１１１、１１２）を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の起動回路（１１１、１１２）は、電源投入時に電源電圧（Ｖcc）により起動電流を生成する電流生成回路（１１１）と、電源電圧（Ｖcc）が所定電圧以下のときには、電流生成回路（１１１）で生成された起動電流を増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ４、Ｃ３）の入力端に供給し、電源電圧（Ｖcc）が所定電圧になったときに、電流生成回路（１１１）で生成された起動電流の増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）の入力端への供給を停止させるスイッチ回路（１１２）とを有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、発振子（Ｘ１）及び容量素子（Ｃ１、Ｃ２）並びに増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）は、コルピッツ型発振回路を構成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）は、カスコード接続された複数段の増幅器から構成されたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、その起動回路（１１１、１１２）は、カスコード接続された複数段の増幅器のうち、初段の増幅器（Ｑ２、Ｒ２、Ｒ４）の入力端に起動電流を供給することを特徴とする。
【００１７】
なお、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、本願発明が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、起動回路（１１１、１１２）により、電源投入時に発振子（Ｘ１）及び増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）を駆動する電源電圧（Ｖcc）が投入されたときに、増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）の発振子（Ｘ１）及び容量素子（Ｃ１、Ｃ２）とにより発生した発振出力が入力される入力端に起動電流を供給することにより、増幅回路（Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１〜Ｒ５、Ｃ３）の起動を高速に行えるため、高速に発振出力を所望のレベルに到達させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
〔第１実施例〕
図１は本発明の発振回路の第１実施例の回路構成図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
本実施例の発振回路１００は、図１に示す従来の発振回路１に電流生成回路１１１及びスイッチ回路１１２を設けた構成とされている。
【００２１】
電流生成回路１１１は、ＰＮＰトランジスタＱ11、Ｑ12、抵抗Ｒ11〜Ｒ13からなり、定電流回路を構成しており、電源端子Ｔvccと接地との間に接続され、電源端子Ｔvccに印加される電源電圧Ｖccから起動電流を生成する。電流生成回路１１１で生成された起動電流は、スイッチ回路１１２に供給される。
【００２２】
スイッチ回路１１２は、ＰＮＰトランジスタＱ21から構成される。トランジスタＱ21のエミッタには電流生成回路１１１から起動電流が供給される。また、トランジスタＱ21のコレクタには増幅回路を構成するトランジスタＱ２のベースが接続され、ベースには増幅回路のバイアス回路を構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ５との接続点が接続されている。
【００２３】
スイッチ回路１１２は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ５との接続点の電位が所定の電位より小さいときにはオンし、電流生成回路１１１で生成された起動電流のトランジスタＱ２のベースに供給し、所定の電位より大きくなるとオフし、電流生成回路１１１で生成された起動電流のトランジスタＱ２のベースへの供給を切断する。すなわち、スイッチ回路１１２は、電源電圧Ｖccの立ち上がり時にトランジスタＱ２のベースに電流生成回路１１１で生成された起動電流を供給する。
【００２４】
図２、図３は本発明の発振回路の第１実施例の動作説明図を示す。なお、図２は電源電圧Ｖccの立ち上がり直後の各部の波形、図３は発振出力の波形図を示す。また、図２において、細い破線は電源電圧Ｖccの波形、実線はトランジスタＱ１のベース電圧波形、太い破線はトランジスタＱ２のベース電圧波形、一点鎖線はトランジスタＱ１のコレクタ電圧波形、二点鎖線はトランジスタＱ２のエミッタ電圧波形を示す。
【００２５】
本実施例の発振回路１００では、時刻ｔ0で電源電圧Ｖccが立ち上がると、これに応じて電流生成回路１１１で起動電流が生成される。このとき、電源電圧Ｖccの立ち上がりの当初は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ５との接続点の電位はコンデンサＣ１、Ｃ２により遅延されるため、スイッチ回路１１２を構成するトランジスタＱ21のベース電位はローレベルとなり、スイッチ回路１１２はオン状態となる。
【００２６】
よって、電流生成回路１１１で生成された起動電流は、トランジスタＱ２のベースに供給される。電流生成回路１１１からの起動電流により、図６に太い破線で示すようにトランジスタＱ２のベース電位が急峻に立ち上がる。
【００２７】
これにより、発振子Ｘ１に急峻に電圧が印加される。さらに、キャパシタＣ１、Ｃ２も起動電流により充電が加速される。すなわち、本実施例では、電源電圧Ｖccの立ち上がり時に発振回路１００に高調波成分の大きなパルス状電圧によりショックを与えることができる。発振回路１００にパルス状電圧によりショックが与えられることにより、後に発振出力の立ち上がりを速くできる。
【００２８】
なお、時刻ｔ0から時間Ｔ20だけ経過した時刻ｔ21で電源電圧Ｖccが所定の電圧に立ち上がると、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ５との接続点の電位は、トランジスタＱ21のオフ電位となる。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ５との接続点の電位が、トランジスタＱ21のオフ電位となると、スイッチ回路１１２を構成するトランジスタＱ21はオフし、電流生成回路１１１で生成された起動電流のトランジスタＱ２のベースへの供給は停止される。
【００２９】
トランジスタＱ２のベースへの起動電流の供給が停止されると、一旦、僅かに、トランジスタＱ２のベース電位は低下するが、電源電圧Ｖccが既に立ち上がっているので、これに伴い、再び立ち上がり、時刻ｔ0から時間Ｔ21経過した時刻ｔ22で略定常状態の電位に達する。
【００３０】
このように、本実施例によれば、起動時に電源電圧Ｖccの立ち上がりに伴い、トランジスタＱ２のベース電位、発振子Ｘ１の印加電圧を急峻に（パルス状）に立ち上げることにより、発振回路１００が数μｓｅｃ程度で潜在的に高速に起動される。このように、電源電圧Ｖccの立ち上げ時に発振回路１００が高速に立ち上がっているので、図７に示すように時刻ｔ0から発振出力が定常状態の略９０％程度となる時刻ｔ30までにかかる時間Ｔ30を略４．０ｍｓｅｃ程度に短縮できる。よって、携帯電話機などで間欠発振に要求されている起動時間の４．０ｍｓｅｃの要求を満足することができる。
【００３１】
なお、本実施例では、スイッチ回路１１２は電源電圧Ｖccが略定常状態の電位に達すると、オフし、起動電流の供給が停止されるため、定常状態での消費電力を低減できる。よって、低消費電力を実現しつつ、起動時間の高速化を実現できる。
【００３２】
〔第２実施例〕
図４は本発明の発振回路の第２実施例の回路構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３３】
本実施例の発振回路２００は、スイッチ回路２１２の構成が第１実施例の発振回路１００とは相違する。
【００３４】
本実施例のスイッチ回路２１２は、マルチコレクタ構造のＰＮＰトランジスタＱ31から構成されており、一方のコレクタをトランジスタＱ２のベースに接続し、他方のコレクタをトランジスタＱ１のベースに接続した構成とされている。
【００３５】
本実施例によれば、スイッチ回路２１２を構成するトランジスタＱ31をマルチコレクタのトランジスタで構成し、増幅回路の初段の増幅器を構成するトランジスタＱ２に加えて、次段の増幅器を構成するトランジスタＱ１のベース電位を電流生成回路１１１で生成された起動電流により立ち上げることにより、トランジスタＱ２と同様にトランジスタＱ１を立ち上げることができるため、起動時間の更なる高速化が期待できる。
【００３６】
なお、発振子Ｘ１は、水晶振動子に限定されるものではなく、セラミック振動子など他の振動してあってもよい。
【００３７】
また、本実施例の増幅回路は増幅器を縦列２段に接続した構成としたが、増幅回路は増幅器、１段であってもよく。また、複数の増幅器を複数段縦列接続した構成であってもよい。このとき、スイッチ回路をマルチコレクタ構造のトランジスタで構成するだけで、容易に複数段の増幅器のベース電位に起動電流を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の発振回路の第１実施例の回路構成図である。
【図２】本発明の発振回路の第１実施例の動作波形図である。
【図３】本発明の発振回路の第１実施例の動作波形図である。
【図４】本発明の発振回路の第２実施例の回路構成図である。
【図５】従来の発振回路の一例の回路構成図である。
【図６】従来の発振回路の一例の動作波形図である。
【図７】従来の発振回路の一例の動作波形図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００、２００  発振回路
１１１  電流供給回路、１１２、２１２  スイッチ回路
Ｘ１  発振子、Ｃ１〜Ｃ３、Ｃc、Ｃ０  キャパシタ
Ｒ１〜Ｒ５、Ｒ11〜Ｒ13、Ｒ０  抵抗
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ11、Ｑ12、Ｑ21  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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【図６】
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【図７】
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