(57)【要約】【課題】  位相雑音を軽減すると共に、起動時の発振の成長を妨げず、温度や経時変化の影響を受けにくくして安定した出力を得ることができる発振回路を提供する。【解決手段】  水晶振動子Ｘ１の一端が発振用トランジスタＴｒ１のベースに接続されると共に他端が接地され、直列接続のコンデンサＣｂ１，Ｃｂ２が水晶振動子Ｘ１に並列に接続されたコルピッツ発振回路において、発振用トランジスタＴｒ１のベースの前段に、水晶振動子Ｘ１の発振周波数を狭帯域化するフィルタＸｆを挿入した発振回路であり、また、フィルタＸｆの前段にバッファ用トランジスタＴｒ２を備えた発振回路である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子と、前記水晶振動子からの発振周波数信号を増幅する発振用トランジスタとを備えた発振回路であって、
前記水晶振動子の一端は前記発振用トランジスタのベースに接続され、他端は接地され、
前記水晶振動子に並列に、直列接続の第１のコンデンサ及び第２のコンデンサが接続され、
前記発振用トランジスタのエミッタは、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の点に接続され、コレクタは接地され、
前記発振用トランジスタのベースの前段に、前記水晶振動子における発振周波数を狭帯域化するフィルタが接続されたことを特徴とする発振回路。
【請求項２】
フィルタの前段に、一端が水晶振動子の一端に接続された第３のコンデンサと、
ベースが前記第３のコンデンサの他端に接続され、コレクタが接地され、エミッタが抵抗を介して接地されると共に、前記フィルタの一端に接続されたバッファ用トランジスタとを備えたことを特徴とする請求項１記載の発振回路。
【請求項３】
フィルタが、水晶振動子又はセラミックフィルタから成る圧電フィルタであ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】
フィルタが、直列接続のコイルとコンデンサから成るＬＣフィルタであ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５】
水晶振動子の代わりにコイルを備え、前記コイルと第１のコンデンサ及び第２のコンデンサによりＬＣ発振回路としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の発振回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか記載の発振回路を備えたことを特徴とする恒温槽型水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振回路に係り、特に位相雑音を軽減すると共に、起動時の発振の成長を妨げず、温度や経時変化の影響を受けにくくして安定した出力を得ることができる発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
［従来の発振回路：図６］
従来の発振回路について図６を用いて説明する。図６は、従来のコルピッツ発振回路を示す回路図である。
図６に示すように、コルピッツ発振回路は、水晶振動子Ｘ１の両端に発振用トランジスタＴｒ１のベースとコレクタが接続され、水晶振動子Ｘ１に並列に、直列に接続された２つのコンデンサＣｂ１及びＣｂ２が接続されている。更に、トランジスタＴｒ１のエミッタがコンデンサＣｂ１とＣｂ２との間の点に接続された構成である。
【０００３】
また、圧電発振器の位相雑音を低減するために、発振回路に様々な工夫がなされている。
従来の発振回路では、位相雑音を低減するために、例えば、トランジスタＴｒ１のエミッタからコンデンサＣｂ１とＣｂ２との接続点に至る帰還路に水晶振動子やセラミックフィルタ等の圧電フィルタを挿入することで、発振の狭帯域化を図り、位相雑音を低減することが提案されている（非特許文献１）。
【０００４】
［位相雑音を低減する従来の発振回路：図７］
ここで、位相雑音を低減する従来の発振回路の構成について図７を用いて説明する。図７は、図６に示したコルピッツ発振回路の等価回路を示す回路図である。尚、図７においては、ＤＣバイアスは省略してある。
図７に示すように、コルピッツ発振回路の等価回路では、能動素子であるトランジスタを、電流源（gmVbe）と、並列に接続された抵抗Ｒπ及びコンデンサＣπとを用いて表している。
そして、非特許文献１には、図７のＡ点に圧電フィルタ（水晶振動子やセラミックフィルタ）を挿入した発振回路が記載されている。
【０００５】
また、別の従来の発振回路の構成として、発振ループ内に水晶振動子やセラミックフィルタ等の圧電フィルタや、ＬＣフィルタを挿入したものもあり、このような構成においても位相雑音を低減することが知られている。
【０００６】
しかし、圧電フィルタを挿入することは高インピーダンスを挿入することと等価であり、負性抵抗が打ち消されて回路損失を生じるため、発振起動時に小信号から発振が成長して定常状態に移行する際の妨げとなり、最悪の場合には発振に至らないこともある。
そのため、挿入するデバイスとしては、インピーダンスの小さいものを選択する必要がある。
【０００７】
また、別の従来の発振回路では、圧電フィルタやＬＣフィルタが直接発振ループに挿入されるため、挿入された素子（例えばインダクタ）の特性の影響を受け易く、周囲温度に対する安定性や経時変化による影響が大きくなる恐れがある。
【０００８】
［関連技術］
尚、発振回路に関する技術としては、特開昭６０−１８０２０７号公報「高周波増幅装置」（松下電器産業株式会社、特許文献１）、特開２０００−７７９３７号公報「電圧制御発振器」（ソニー株式会社、特許文献２）、特開２００１−３５８５３５号公報「エミッタ直列負帰還形水晶発振器」（千葉作富郎、特許文献３）がある。
【０００９】
特許文献１には、高周波増幅装置において、エミッタ設置型の２段増幅器の２段目のトランジスタのエミッタ電位を分割して１段目のトランジスタのベースに直流負帰還をかけることが記載されている。
【００１０】
特許文献２には、電圧制御発振器において、エミッタフォロワでインピーダンスを低くして、フィルタに入力することが記載されている。
また、特許文献３には、圧電発振器において、水晶振動子出力をトランジスタのベースに入力し、当該トランジスタのエミッタ出力を水晶振動子に帰還するコルピッツ発振回路が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６０−１８０２０７号公報
【特許文献２】特開２０００−７７９３７号公報
【特許文献３】特開２００１−３５８５３５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】"A low phase-noise oscillator design for high stability OCXOs", Uchida et al, Pros. 1996 IEEE International Frequency Control Symposium, 1996, p749-751
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来の位相雑音を軽減する発振回路では、起動時に発振が成長して定常状態に移行するのが妨げられるという問題点があり、また、別の従来の発振回路では、挿入される素子の影響が大きく、温度や経時変化により不安定になりやすいという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、位相雑音を軽減すると共に、起動時の発振の成長を妨げず、温度や経時変化の影響を受けにくくして安定した出力を得ることができる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】
【００１５】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水晶振動子と、水晶振動子からの発振周波数信号を増幅する発振用トランジスタとを備えた発振回路であって、水晶振動子の一端は発振用トランジスタのベースに接続され、他端は接地され、水晶振動子に並列に、直列接続の第１のコンデンサ及び第２のコンデンサが接続され、発振用トランジスタのエミッタは、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点に接続され、コレクタは接地され、発振用トランジスタのベースの前段に、水晶振動子における発振周波数を狭帯域化するフィルタが接続されたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明は、上記発振回路において、フィルタの前段に、一端が水晶振動子の一端に接続された第３のコンデンサと、ベースが第３のコンデンサの他端に接続され、コレクタが接地され、エミッタが抵抗を介して接地されると共に、フィルタの一端に接続されたバッファ用トランジスタとを備えたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、上記発振回路において、フィルタが、水晶振動子又はセラミックフィルタから成る圧電フィルタであることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、上記発振回路において、フィルタが、直列接続のコイルとコンデンサから成るＬＣフィルタであることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、上記発振回路において、水晶振動子の代わりにコイルを備え、当該コイルと第１のコンデンサ及び第２のコンデンサによりＬＣ発振回路としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、水晶振動子と、水晶振動子からの発振周波数信号を増幅する発振用トランジスタとを備えた発振回路であって、水晶振動子の一端は発振用トランジスタのベースに接続され、他端は接地され、水晶振動子に並列に、直列接続の第１のコンデンサ及び第２のコンデンサが接続され、発振用トランジスタのエミッタは、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点に接続され、コレクタは接地され、発振用トランジスタのベースの前段に、水晶振動子における発振周波数を狭帯域化するフィルタが接続された発振回路としているので、水晶振動子における発振周波数を狭帯域化して、位相雑音を低減することができる効果がある。
【００２１】
また、本発明によれば、フィルタの前段に、一端が水晶振動子の一端に接続された第３のコンデンサと、ベースが第３のコンデンサの他端に接続され、コレクタが接地され、エミッタが抵抗を介して接地されると共に、フィルタの一端に接続されたバッファ用トランジスタとを備えた上記発振回路としているので、位相雑音を低減すると共に、共振回路とフィルタとの結合を粗として、フィルタの影響を受けにくくし、Ｑ値の低下や起動時に発振の成長が阻害されるのを防ぎ、安定した出力周波数を得ることができる効果がある。
【００２２】
また、本発明によれば、上記発振回路を備えた恒温槽型水晶発振器としているので、不要なスプリアスによる異常発振を防止して、主振動を安定させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る発振回路の等価回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発振回路の回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る発振回路の回路図である。
【図４】本発明の応用例に係る発振回路の回路図である。
【図５】発振回路の負性抵抗特性の例を示す説明図である。
【図６】従来のコルピッツ発振回路を示す回路図である。
【図７】図６に示したコルピッツ発振回路の等価回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振回路は、水晶振動子の一端が発振用トランジスタのベースに接続されると共に他端が接地され、直列に接続された２つのコンデンサが水晶振動子に並列に接続され、発振用トランジスタのエミッタが２つのコンデンサの間の点に接続されたコルピッツ発振回路において、発振用トランジスタのベースの前段に水晶振動子の発振周波数を狭帯域化する圧電フィルタを挿入した構成であり、水晶振動子の発振周波数を狭帯域化して、位相雑音を低減することができるものである。
【００２５】
また、本発明の実施の形態に係る発振回路は、上記構成の発振回路において、更に上記圧電フィルタの前段に、一端が水晶振動子の一端に接続され、コレクタが接地され、エミッタが抵抗を介して接地されると共に、圧電フィルタの一端に接続されたバッファ用トランジスタを備えた構成であり、位相雑音を低減すると共に、共振回路と圧電フィルタとの結合を粗として、圧電フィルタの影響を受けにくくし、Ｑ値の低下や起動時の発振の成長阻害を防ぐことができるものである。
【００２６】
［実施の形態に係る発振回路：図１，図２，図３］
本発明の実施の形態に係る発振回路（本発振回路）について図１及び図２及び図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振回路の等価回路図であり、図２及び図３は本発明の実施の形態に係る発振回路の回路図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る発振回路の等価回路は、図７に示した従来のコルピッツ発振回路の等価回路において、コンデンサＣｂ１とコンデンサＣπとを結ぶラインの間の点（図７のＢ点）に水晶振動子やセラミックフィルタ等の圧電フィルタＸｆを挿入した構成である。
【００２７】
また、図２に示すように、本発振回路は、図６に示したコルピッツ発振回路において、発振用トランジスタＴｒ１のベースの前段に圧電フィルタＸｆを接続した構成である。
具体的には、水晶振動子Ｘ１の一端は、圧電フィルタＸｆを介して発振用トランジスタＴｒ１のベースに接続され、他端は、発振用トランジスタＴｒ１のコレクタに接続されている。
コンデンサＣｂ１，Ｃｂ２は、直列接続されて水晶振動子Ｘ１に並列に接続されており、発振用トランジスタＴｒ１のエミッタは、コンデンサＣｂ１とＣｂ２の間の点に接続されている。
尚、図３は、図２の回路を書き直したものであり、図２の底辺のラインをグランドレベルに接地しており、回路の構成及び動作は図２と同一である。
【００２８】
本発振器では、発振用トランジスタＴｒ１のベースとコンデンサＣｂ１との間に圧電フィルタＸｆを挿入することにより、図７のＡ点に圧電フィルタＸｆを挿入した場合と同様に、発振の狭帯域化を図り、位相雑音を低減することが可能となるものである。
更に、図１〜３に示すように、本発振回路は、図７のＢ点に圧電フィルタＸｆを挿入しているので、従来のように図７のＡ点に挿入するのに比べて回路の改良が容易であるという利点がある。
【００２９】
［応用例に係る発振回路：図４］
次に、本発明の応用例に係る発振回路について説明する。
上述した本発振回路では、コンデンサＣｂ１，Ｃｂ２と水晶振動子Ｘ１とで構成される共振回路と、能動素子である発振用トランジスタＴｒ１のベースとの間に圧電フィルタＸｆが挿入されており、高インピーダンス素子を挿入することと等価になって、共振回路が低インピーダンスの素子と直接接続されるため、Ｑ値が劣化する恐れがある。
また、負性抵抗の減少により、起動時の発振が妨げられる恐れもある。
【００３０】
そこで、本発明の応用例に係る発振回路（応用例の発振回路）では、共振回路と圧電フィルタとの間に高インピーダンスのバッファ部を備え、共振回路と圧電フィルタとの結合を粗として、Ｑの低下及び発振成長の阻害を防ぐよう改良を図るものである。
【００３１】
応用例の発振回路について図４を用いて説明する。図４は、本発明の応用例に係る発振回路の回路図である。
図４に示すように、応用例の発振回路は、発振部１とバッファ部２とを備えており、図１〜３に示した本発振回路の圧電フィルタＸｆの代わりにバッファ部２を備えた構成となっている。
【００３２】
発振部１は、コルピッツ発振回路と同等であり、図３に示した本発振器の圧電フィルタＸｆ以外の部分に相当している。
具体的には、発振部１は、水晶振動子Ｘ１と、コンデンサＣｂ１，Ｃｂ２と、発振用トランジスタＴｒ１とを備え、水晶振動子Ｘ１の一端はバッファ部２に接続され、他端は接地されている。
コンデンサＣｂ１，Ｃｂ２は、直列に接続され、水晶振動子Ｘ１に並列に接続されている。
発振用トランジスタＴｒ１のエミッタは、コンデンサＣｂ１とＣｂ２の間の点に接続され、ベースはバッファ部２の圧電フィルタＸｆに接続され、コレクタは接地されている。
【００３３】
バッファ部２は、応用例の発振回路の特徴部分であり、圧電フィルタＸｆと、バッファ用トランジスタＴｒ２と、コンデンサＣ３と、抵抗Ｒ１とを備えている。
バッファ用トランジスタＴｒ２は、入力インピーダンスが高く、ベースが水晶振動子Ｘ１の一端に接続され、エミッタが圧電フィルタＸｆに接続され、また、エミッタが抵抗Ｒ１を介して接地され、コレクタは接地されている。
【００３４】
圧電フィルタＸｆは、バッファ用トランジスタＴｒ２のエミッタと発振部１の発振用トランジスタＴｒ１のベースとの間に接続されている。圧電フィルタＸｆの直列共振周波数は、発振部１の発振周波数と一致するよう設定されている。
また、コンデンサＣ３は、水晶振動子Ｘ１の一端とバッファ用トランジスタＴｒ２のベースとの間に接続されている。
すなわち、バッファ部２は、エミッタフォロワ回路となっている。
【００３５】
応用例の発振回路では、水晶振動子Ｘ１からの信号が圧電フィルタＸｆを備えたバッファ部２を介して帰還することにより、図１〜３に示した本発振回路と同様に、狭帯域で動作して、位相雑音の低減を図ることができるものである。
【００３６】
また、バッファ用トランジスタＴｒ２を備えたことにより、水晶振動子Ｘ１からの電流が入力インピーダンスの高いバッファ用トランジスタＴｒ２を介して圧電フィルタＸｆに入力され、圧電フィルタＸｆから発振用トランジスタＴｒ１のベースに入力されるため、バッファ用トランジスタＴｒ２を備えていない図３の発振回路に比べて発振用トランジスタＴｒ１のベースに入力される電流は小さくなって、圧電フィルタＸｆと共振回路との結合が弱まり、Ｑ値の劣化や発振起動時の成長阻害を防ぐことができるものである。
【００３７】
［負性抵抗特性：図５］
次に、図４に示した発振回路の負性抵抗特性について図５を用いて説明する。図５は、発振回路の負性抵抗特性の例を示す説明図であり、（ａ）は応用例の実施の形態に係る発振回路の特性、（ｂ）は従来のコルピッツ回路の特性を示している。
図５の例では、応用例の発振回路の圧電フィルタＸｆとして、２５．９２MHzの直列共振周波数を備えたフィルタを用いている。
【００３８】
そして、（ａ）に示すように、図４に示した応用例の発振回路では、所望の周波数である２５．９MHzをピークとする狭帯域の負性抵抗特性となっているが、（ｂ）に示す従来のコルピッツ回路では、この周波数範囲においては負性抵抗は単調減少しており、狭帯域の特性は得られない。
このように、応用例の発振回路では、狭帯域の負性抵抗特性を実現して位相雑音を低減することができるものである。
また、図１〜図３に示した本発振回路でも同様の狭帯域の特性が得られ、位相雑音を低減できるものである。
【００３９】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る発振回路によれば、水晶振動子Ｘ１と、発振用トランジスタＴｒ１と、コンデンサＣｂ１，Ｃｂ２とを備えたコルピッツ発振回路において、共振回路を構成するコンデンサＣｂ１と発振用トランジスタＴｒ１のベースとの間に、圧電フィルタＸｆを挿入し、圧電フィルタＸｆの直列共振周波数を水晶振動子Ｘ１の出力周波数と一致させた発振回路としているので、負性抵抗特性の狭帯域化を図り、出力周波数の位相雑音を低減することができる効果がある。
【００４０】
また、本発明の応用例に係る発振回路によれば、上記構成の発振回路において、ベースが水晶振動子Ｘ１の一端に接続され、エミッタが圧電フィルタＸｆの前段に接続されたバッファ用トランジスタＴｒ２を設けた発振回路としているので、位相雑音を低減すると共に、圧電フィルタＸｆの前段に入力インピーダンスの高い回路を設けて圧電フィルタＸｆと共振回路との結合を弱め、Ｑ値の劣化や発振起動時の発振成長の阻害を防ぐことができ、温度や経時変化の影響を受けにくくして安定した出力が得られる効果がある。
【００４１】
また、上述した例では、発振用素子として圧電振動子を用いているが、コイルに置き換えたＬＣ発振回路であっても同様の効果が得られ、位相雑音を軽減することができる効果がある。
更に、圧電フィルタＸｆの代わりにＬＣフィルタを用いても、同様に、位相雑音を軽減する効果が得られるものである。
【００４２】
また、本発振回路及び応用例の発振回路をＯＣＸＯ（Oven Controlled Crystal Oscillator:恒温槽型水晶発振器）の発振回路として用いてもよく、その場合には、不要なスプリアス（いわゆるＢモード）による異常発振を防止し、主振動の発振を安定させることができる効果がある。ＯＣＸＯは、近年、高安定のクロック源として需要が増加しており、ＳＣカットの水晶振動子が用いられている。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、特に位相雑音を軽減すると共に、起動時の発振の成長を妨げず、温度や経時変化の影響を受けにくくして安定した出力を得ることができる発振回路に適している。
【符号の説明】
【００４４】
１...発振部、  ２...バッファ部、  Ｘ１...水晶振動子、  Ｘｆ...圧電フィルタ、  Ｔｒ１...発振用トランジスタ、  Ｔｒ２...バッファ用トランジスタ、  Ｃｂ１，Ｃｂ２，Ｃπ，Ｃ３...コンデンサ、  Ｒ１，Ｒπ...抵抗
【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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