(57)【要約】【課題】小型化で負荷変動に強く、しかも理想的な出力波形を得ることができるＥＣＬ出力圧電発振器を提供する。【解決手段】コルピッツ型の水晶発振回路１１、ＥＣＬ回路１２、結合コンデンサＣ３、及びデカップリング抵抗Ｒ５とから構成され、水晶発振回路１１とＥＣＬ回路１２との間を結合する結合コンデンサＣ３と、ＥＣＬ回路１２との間にデカップリング抵抗Ｒ５を挿入して接続するようにした。これにより、水晶発振回路１１から出力される発振出力信号の波形調整が可能になると共に、水晶発振回路１１に対するＥＣＬ回路１２の影響を小さくすることが可能になる。【選択図】図１
2007194781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有し、所定の周波数で発振する圧電発振回路と、
前記圧電発振回路の発振出力信号をデジタル信号に変換して出力するＥＣＬ回路と、
前記圧電発振回路とＥＣＬ回路とを結合する結合コンデンサと、
前記結合コンデンサと前記ＥＣＬ回路との間を接続するデカップリング抵抗と、
を備えたことを特徴とするＥＣＬ出力圧電発振器。
【請求項２】
少なくとも、前記圧電発振回路及び前記ＥＣＬ回路を構成する回路部品の一部と前記デ
カップリング抵抗とを１チップＩＣにより構成したことを特徴とする請求項１に記載のＥ
ＣＬ出力圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電発振回路及び前記ＥＣＬ回路を構成する抵抗の一部と前記デカップリング抵抗
を可変抵抗回路により構成したことを特徴とする請求項２に記載のＥＣＬ出力圧電発振器
。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＣＬ出力圧電発振器に関わり、特に１００ＭＨｚ以上の高周波帯のデジタル
発振信号を出力する発振回路に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信インフラの伝送速度の向上に伴い、クロック周波数源である発振器に対
する高周波化の要求が増々強くなっている。
また、情報通信インフラ系の伝送装置では、デジタル信号処理を行うのが一般的であり
、発振回路の出力形態をデジタル出力にする必要がある。このため、１００ＭＨｚ以上の
高周波帯においては、エミッタ結合ロジック（ＥＣＬ：Emitter Coupled Logic、以下、
「ＥＣＬ」という）回路による差動出力が主流になっている。
【０００３】
図５はデジタル出力が可能な従来のＥＣＬ出力圧電発振器の一例を示した図であり、こ
の図に示すＥＣＬ出力圧電発振器は、コルピッツ型の水晶発振回路１１、バッファ回路２
１、ＥＣＬ回路１２により構成され、水晶発振回路１１の出力を次段のバッファ回路２１
によって増幅し、ＥＣＬ回路１２を介して出力するようにしている。
水晶発振回路１１は、発振用のトランジスタＱ１のベースに抵抗Ｒ１、Ｒ２から成るベ
ースバイアス回路を接続する共に、ベースと接地との間に負荷容量の一部を担うコンデン
サＣ１、Ｃ２との直列回路を接続する。更に、この直列回路の接続中点をトランジスタＱ
１のエミッタと抵抗Ｒ４との接続点に接続する。また発振用トランジスタＱ１のコレクタ
はコレクタ抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃに接続されている。水晶振動子Ｙ１の一端はトラ
ンジスタＱ１のベースに接続し、他端は接地している。
【０００４】
バッファ回路２１は、エミッタ接地増幅回路により構成され、増幅用のトランジスタＱ
２１のベースに抵抗Ｒ２１、Ｒ２２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Ｑ２１のエミッタと接地との間にバイアス抵抗Ｒ２３とバイパスコンデンサＣ２
２とを接続して高周波的に接地するようにしている。
また、トランジスタＱ２１のコレクタには、インダクタＬ２１とコンデンサＣ２１とを
並列接続したフィルタ回路が接続されている。
ＥＣＬ回路１２は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端子とレベル調整抵抗
Ｒ６及びバイパスコンデンサＣ４を図示するように接続して構成され、バッファ回路２１
のアナログ波形信号をデジタル波形信号に変換して出力する。
【０００５】
このように構成される従来のＥＣＬ出力圧電発振器においては、水晶発振回路１１の出
力を、バッファ回路２１を介してＥＣＬ回路１２に出力しているので負荷変動に強い回路
構成となっている。またバッファ回路２１に設けたフィルタ回路により出力信号の波形整
形を行っているので周囲の温度変化による差動増幅回路Ｖ１におけるデューティサイクル
の変動も抑えることができる。
しかしながら、上記したようなＥＣＬ出力圧電発振器等においては、より一層小型化が
求められている。このため、今後、主流となる７［ｍｍ］×５［ｍｍ］以下のサイズを実
現するには発振器を構成する部品点数をさらに削減する必要がある。
【０００６】
図６は、上記図５に示した従来のＥＣＬ出力圧電発振器より少ない部品点数で構成でき
るＥＣＬ出力圧電発振器の回路構成を示した図であり、この図６に示すＥＣＬ出力圧電発
振器は、上記図５に示したバッファ回路２１を削除して水晶発振回路１１の発振出力を直
接ＥＣＬ回路１２に入力することで部品点数の削減するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−１０４７２０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記したようなＥＣＬ出力圧電発振器から出力されるデジタル信号波形は、
デューティサイクルが５０％であることが求められる。
しかしながら、図６に示したＥＣＬ出力圧電発振器は、水晶発振回路１１の出力波形が
図７（ａ）に示すような歪んだ波形となるため、ＥＣＬ回路１２の出力端子（ＯＵＴ１、
ＯＵＴ２）から出力されるデジタル信号波形は、図７（ｂ）に示すような波形となり、デ
ューティサイクルが５０％の理想的な信号波形にならないという欠点があった。
また、水晶発振回路１１の出力端には、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の入力
インピーダンスや基板の浮遊容量等が並列に接続されるため、水晶発振回路１１の動作条
件が大きく変化し、負荷変動に弱い回路構成になってしまうという欠点があった。
本発明はこのような点を鑑みてなされたものであり、小型で負荷変動に強く、しかも理
想的な出力波形を得ることができるＥＣＬ出力圧電発振器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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のＥＣＬ出力圧電発振器は、圧電素子を有し、所定の
周波数で発振する圧電発振回路と、圧電発振回路の発振出力信号をデジタル信号に変換し
て出力するＥＣＬ回路と、圧電発振回路とＥＣＬ回路とを結合する結合コンデンサと、結
合コンデンサとＥＣＬ回路との間を接続するデカップリング抵抗とを備えるようにした。
このように構成すると、圧電発振回路とＥＣＬ回路との間に結合を疎にするデカップリン
グ抵抗を接続するだけで、圧電発振回路からＥＣＬ回路へ入力する発振出力信号の波形調
整を行うことが可能になると共に、圧電発振回路に対するＥＣＬ回路の影響を小さくする
ことができる。これにより、小型で負荷変動に強く、しかも理想的な出力波形を得ること
ができるＥＣＬ出力圧電発振器を実現することができる。
【０００９】
また本発明のＥＣＬ出力圧電発振器は、少なくとも、圧電発振回路及びＥＣＬ回路を構
成する回路部品の一部とデカップリング抵抗を１チップＩＣにより構成した。これにより
、ＥＣＬ出力圧電発振器を一層小型化することが可能になる。
また本発明のＥＣＬ出力圧電発振器は、圧電発振回路及びＥＣＬ回路を構成する抵抗の
一部とデカップリング抵抗を可変抵抗回路により構成した。これにより、圧電発振回路及
びＥＣＬ回路を構成する回路部品の一部とデカップリング抵抗とを１チップＩＣにより構
成した場合でも、圧電発振回路及びＥＣＬ回路を構成する抵抗の値を調整できるので出力
波形の整形や負性抵抗特性、消費電流特性等の調整を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のＥＣＬ出力圧電発振器の実施形態を説明する。なお、本実施形態では圧
電素子として水晶振動子を用いた場合を例に挙げて説明する。
図１は本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器の回路構成を示した図である。
この図１に示す本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器は、コルピッツ型の水晶発振回路１
１、ＥＣＬ回路１２、結合コンデンサＣ３、及びデカップリング抵抗Ｒ５とから構成され
、水晶発振回路１１とＥＣＬ回路１２との間を結合する結合コンデンサＣ３と、ＥＣＬ回
路１２との間にデカップリング抵抗Ｒ５を挿入して接続するようにした点に特徴がある。
水晶発振回路１１は、発振用のトランジスタＱ１のベースに抵抗Ｒ１、Ｒ２から成るベ
ースバイアス回路を接続する共に、ベースと接地との間に負荷容量の一部を担うコンデン
サＣ１、Ｃ２との直列回路を接続する。更に、この直列回路の接続中点をトランジスタＱ
１のエミッタと抵抗Ｒ４との接続点に接続する。またトランジスタＱ１のコレクタを、コ
レクタ抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃに接続するようにしている。水晶振動子Ｙ１の一端は
トランジスタＱ１のベースに接続し、他端を接地する。
【００１１】
ＥＣＬ回路１２は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端子とレベル調整抵抗
Ｒ６及びバイパスコンデンサＣ４を図示するように接続して構成され、バッファ回路２１
のアナログ波形信号をデジタル波形信号に変換して出力する。
デカップリング抵抗Ｒ５は、ＥＣＬ回路１２のレベル調整抵抗Ｒ６と共に水晶発振回路
１１からＥＣＬ回路１２の差動増幅回路Ｖ１へ入力される発振出力信号の波形整形を行う
と共に、差動増幅回路Ｖ１のスレッショルドレベルを変化させて差動増幅回路Ｖ１から出
力される信号波形のデューティサイクルが理想的な波形（デューティサイクル５０％）と
なるように調整を行っている。
またデカップリング抵抗Ｒ５は、水晶発振回路の負荷変動等の影響を与えないよう水晶
発振回路１１のコレクタ抵抗Ｒ３に対して２倍〜２０倍程度の値に設定すること望ましく
、波形整形を行うことを考慮すると実際には３００Ω〜３ｋΩ程度に設定すると好適であ
る。
【００１２】
図２は、図１に示したＥＣＬ出力圧電発振器の各部の出力波形の一例を示した図であり
、例えば１５５．５２ＭＨｚの発振器の場合、コレクタ抵抗Ｒ３＝１２０Ω、デカップリ
ング抵抗Ｒ５＝５６０Ω、レベル調整抵抗Ｒ６＝６．８ｋΩに設定すると、水晶発振回路
１１の出力波形は図２（ａ）に示すようになる。そして、このときにＥＣＬ回路１２の出
力端子（ＯＵＴ１、ＯＵＴ２）から出力される信号波形は、図２（ｂ）に示すような波形
ととなり、デューティサイクルがほぼ５０％の理想的な出力波形にすることが可能になる
。
このように本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器では、水晶発振回路１１とＥＣＬ回路１
２との間を、結合コンデンサＣ３とデカップリング抵抗Ｒ５とを直列回路により結合した
。つまり、結合コンデンサＣ３とＥＣＬ回路１２との間に結合を疎にするデカップリング
抵抗を設けるだけで、水晶発振回路１１からＥＣＬ回路１２へ入力する発振出力信号の波
形調整を行うことが可能になると共に、水晶発振回路１１に対するＥＣＬ回路１２の影響
を小さくすることができる。これにより、小型で負荷変動に強く、しかも理想的なデュー
ティサイクル（５０％）の出力波形を得ることができるようになる。
ところで、本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器を例えば７［ｍｍ］×５［ｍｍ］以下の
パッケージにより実現しようとすると、実際には部品点数が多いため、単に回路構成部品
を小型化するだけで小型化できない虞がある。
そこで、本実施形態ではＥＣＬ出力水晶発振器の回路構成を可能な限りＩＣ化するよう
にした。
【００１３】
図３は本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器の具体的な回路構成を示した図である。なお
、図１と同一部位に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この図３に示すＥＣＬ出力水晶発振器のＥＣＬ回路１２は、一対の互いに抵抗値が等し
い負荷抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と、一対のトランジスタＱ１１、Ｑ１２と、定電流源として機
能するトランジスタＱ１３と、電流制限抵抗Ｒ１６と、エミッタフォロワ回路を構成する
トランジスタＱ１４、Ｑ１５とを備える。
【００１４】
トランジスタＱ１１、Ｑ１２のコレクタは、夫々負荷抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を介して電源
Ｖｃｃに接続すると共に、トランジスタＱ１４、Ｑ１５からなるエミッタフォロワ回路に
接続する。トランジスタＱ１１のベースには、デカップリング抵抗Ｒ５の一端に接続する
と共にレベル調整抵抗Ｒ６を介してトランジスタＱ１２のベースを接続する。トランジス
タＱ１２のベースには、抵抗Ｒ１６、Ｒ１７から成るベースバイアス回路と、バイパスコ
ンデンサＣ４を接続するようにしている。またトランジスタＱ１１、Ｑ１２のエミッタに
はトランジスタＱ１３のコレクタを接続する。トランジスタＱ１３のベースには、抵抗Ｒ
１３、Ｒ１４から成るベース回路を接続する。更にトランジスタＱ１３のエミッタと接地
との間には抵抗Ｒ１５とバイパスコンデンサＣ１１とを接続して高周波的に接地するよう
にしている。そして、本実施形態では、水晶発振回路１１及びＥＣＬ回路１２を構成する
回路部品のうち、水晶振動子Ｙ１と容量値が大きいコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５、
Ｃ１１を除いた回路部分と、デカップリング抵抗Ｒ５を１チップＩＣにより構成した。こ
のように構成すれば部品点数を大幅に削減できるので、発振器の小型化が可能になり、例
えば７［ｍｍ］×５［ｍｍ］以下のパッケージにより発振器を構成することが可能になる
。なお、結合コンデンサＣ３の容量値は１０ｐＦ程度であるので１チップＩＣに含めるこ
とが可能であるが、結合コンデンサＣ３は必ずしも１チップＩＣに含める必要なく外付け
部品により構成しても良い。その場合も部品点数が１点増えるだけで従来に比べて部品点
数を大幅に削減することができるので発振器の小型化が可能であることは言うまでもない
。
【００１５】
またこのときデカップリング抵抗Ｒ５とレベル調整抵抗Ｒ６をラダー回路等の抵抗値を
可変可能な可変抵抗回路により構成すると、１チップＩＣ化した場合でも、デカップリン
グ抵抗Ｒ５とレベル調整抵抗Ｒ６の抵抗値を調整できるので出力波形を整形することが可
能になる。また水晶発振回路１１の抵抗Ｒ４も可変抵抗回路により構成することで負性抵
抗特性や消費電流特性を任意に可変させることが可能になる。
【００１６】
図４は可変抵抗回路の一例を示した図であり、図４（ａ）は抵抗Ｒをはしご状に接続し
た基本的な抵抗ラダー回路、図４（ｂ）は電気スイッチＳＷを用いたラダー回路を夫々示
しており、このようなラダー回路により可変抵抗回路を構成して抵抗値の可変を行うよう
にすれば良い。なお、図４（ａ）（ｂ）に示すラダー回路の段数は任意である。
また図４（ｃ）に示す可変抵抗回路は、異なる抵抗値の抵抗ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ、
ＲＥと電気スイッチＳＷを組み合わせた可変抵抗回路であり、このような可変抵抗回路を
用いて抵抗値の可変を行うことも可能である。
【００１７】
なお、特許文献１の圧電発振器と本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器とを対比すると、
先行文献１の場合は、その図１に示されている抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１２とにより分圧された
電圧がトランジスタＴＲ２のベース電位となるため、出力端子の負荷の終端条件により出
力波形が変動してしまうという欠点がある。
これに対して、本実施形態の場合はベースの入力条件を抵抗Ｒ５、Ｒ６で決定させてい
るため、負荷条件の影響を受けないと言う利点がある。
また先行文献１では、その図２に示されているように抵抗Ｒ９の抵抗値が１８０Ω、抵
抗値Ｒ２の抵抗値１００Ωであるにも関わらず、発振できるのはトランジスタＴＲ２の入
力インピーダンスが高いことを意味している。従って、抵抗Ｒ９はデカップリング抵抗と
しての機能を殆ど有しておらず、トランジスタＴＲ２のベース電位を決定させる素子とし
て機能していることになる。さらに抵抗Ｒ１２を介して終端抵抗に接続されるため、負荷
が発振回路に直接接続されることになる。
これに対して、本実施形態の場合は、抵抗Ｒ５がデカップリング抵抗としての役目を有
しながら抵抗Ｒ６と分圧させることでＩＣを駆動できるため、負荷変動に対しても強く、
実際に使用可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るＥＣＬ出力水晶発振器を示した図。
【図２】本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器の出力波形を示した図。
【図３】本実施形態のＥＣＬ出力水晶発振器の具体的な回路構成を示した図。
【図４】可変抵抗回路の構成例を示した図。
【図５】従来のＥＣＬ出力水晶発振器の一例を示した図。
【図６】従来のＥＣＬ出力水晶発振器の他の例を示した図。
【図７】図６に示したＥＣＬ出力水晶発振器の出力波形を示した図。
【符号の説明】
【００１９】
Ｑ１…トランジスタ、Ｙ１…水晶振動子、Ｃ１〜Ｃ５…コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ４…抵抗
、Ｒ５…デカップリング抵抗、Ｒ６…レベル調整抵抗、１１…水晶発振回路、１２…ＥＣ
Ｌ回路
【図１】
2007194781.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007194781.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007194781.tif 000007
【図６】
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【図７】
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