(57)【要約】【課題】直列共振点付近における直列アームの特性を改善可能にする。【解決手段】発振器１は、水晶振動子１０と、水晶振動子１０の直列共振周波数において、水晶振動子１０の等価直列容量１２との間で並列共振するインダクタンス値を有するインダクタ２０と、インダクタ２０よりもインダクタンス値が小さいインダクタ３０と、を備え、水晶振動子１０と並列に、インダクタ２０とインダクタ３０とが互いに直列に接続されている。【選択図】図１
2016092585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子と、
前記水晶振動子の直列共振周波数において、前記水晶振動子の等価並列容量との間で並列共振するインダクタンス値を有する第１インダクタと、
前記第１インダクタよりもインダクタンス値が小さい第２インダクタと、
を備え、
前記水晶振動子と並列に、前記第１インダクタと前記第２インダクタとが互いに直列に接続されている発振器。
【請求項２】
水晶振動子と、
前記水晶振動子の直列共振周波数において、前記水晶振動子の等価並列容量との間で並列共振するインダクタンス値を有する第１インダクタと、
前記第１インダクタよりもインダクタンス値が小さい第２インダクタと、
を備え、
前記水晶振動子と並列に、前記第１インダクタと前記第２インダクタとが互いに並列に接続されている発振器。
【請求項３】
前記第２インダクタが、インダクタンス値が可変のインダクタである、
請求項１又は２に記載の発振器。
【請求項４】
前記第２インダクタのインダクタンス値を制御する制御部をさらに備える、
請求項３に記載の発振器。
【請求項５】
前記制御部は、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて、前記第２インダクタのインダクタンス値を制御する、
請求項４に記載の発振器。
【請求項６】
前記制御部は、前記水晶振動子の直列共振周波数から所定範囲内の周波数における、周波数変化量に対するリアクタンス変化量の大きさに基づいて前記第２インダクタのインダクタンス値を制御する、
請求項５に記載の発振器。
【請求項７】
水晶振動子と、前記水晶振動子の直列共振周波数において、前記水晶振動子の等価並列容量との間で並列共振するインダクタンス値を有する第１インダクタと、前記第１インダクタよりもインダクタンス値が小さい第２インダクタと、を準備する工程と、
前記水晶振動子、前記第１インダクタ及び前記第２インダクタを基板に実装する工程と、
前記直列共振周波数と異なる周波数で前記水晶振動子を発振させるべく、前記第２インダクタのインダクタンス値を調整する工程と、
を有する、発振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子を有する発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水晶振動子は、等価直列抵抗、等価直列容量及び等価直列インダクタから構成される直列アームと、直列アームと並列に接続される等価並列容量から構成される並列アームとにより等価回路が表されることが知られている。水晶振動子は、並列アームに含まれる等価並列容量が直列共振点の特性に影響するので、並列アームに含まれる等価並列容量の影響を打ち消すことが求められる。特許文献１には、水晶振動子に並列にインダクタンスを接続することにより、並列アームに含まれる等価並列容量の影響をキャンセルする回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９３５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法によれば、水晶振動子と並列にインダクタを設けることで、当該インダクタと並列アームの等価並列容量とにより並列共振点が生じる。その結果、並列アームを流れる電流が低減し、並列アームの等価並列容量の影響を軽減することができる。しかし、このような方法により、並列アームに含まれる等価並列容量の影響を除去することができるが、直列共振点付近における直列アームの特性を改善することはできなかった。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、直列共振点付近における直列アームの特性を改善可能な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】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、水晶振動子と、前記水晶振動子の直列共振周波数において、前記水晶振動子の等価並列容量との間で並列共振するインダクタンス値を有する第１インダクタと、前記第１インダクタよりもインダクタンス値が小さい第２インダクタと、を備え、前記水晶振動子と並列に、前記第１インダクタと前記第２インダクタとが互いに直列に接続されている発振器を提供する。
【０００７】
本発明の第２の態様においては、水晶振動子と、前記水晶振動子の直列共振周波数において、前記水晶振動子の等価並列容量との間で並列共振するインダクタンス値を有する第１インダクタと、前記第１インダクタよりもインダクタンス値が小さい第２インダクタと、を備え、前記水晶振動子と並列に、前記第１インダクタと前記第２インダクタとが互いに並列に接続されている発振器を提供する。
【０００８】
上記の発振器において、前記第２インダクタは、インダクタンス値が可変のインダクタであってもよい。
【０００９】
また、上記の発振器は、前記第２インダクタのインダクタンス値を制御する制御部をさらに備えてもよい。前記制御部は、例えば、前記水晶振動子の発振周波数に基づいて、前記第２インダクタのインダクタンス値を制御する。
【００１０】
前記制御部は、前記水晶振動子の直列共振周波数から所定範囲内の周波数における、周波数変化量に対するリアクタンス変化量の大きさに基づいて前記第２インダクタのインダクタンス値を制御してもよい。
【００１１】
本発明の第３の態様においては、水晶振動子と、前記水晶振動子の直列共振周波数において、前記水晶振動子の等価並列容量との間で並列共振するインダクタンス値を有する第１インダクタと、前記第１インダクタよりもインダクタンス値が小さい第２インダクタと、を準備する工程と、前記水晶振動子、前記第１インダクタ及び前記第２インダクタを基板に実装する工程と、前記第２インダクタのインダクタンス値を調整する工程と、を有する、発振器の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、直列共振点付近における直列アームの特性を改善できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【図２】発振器のリアクタンス特性を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る発振器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。発振器１は、水晶振動子１０と、インダクタ２０と、インダクタ３０とを有する。
【００１５】
図１（ｂ）は、水晶振動子１０の内部等価回路を示した発振器１の構成を示す図である。図１（ｂ）に示すように、水晶振動子１０は、互いに直列に接続された等価直列抵抗１１、等価直列容量１２、及び等価直列インダクタ１３から構成される直列アームと、直列アームに並列に接続された等価並列容量１４とを有する。
【００１６】
インダクタ２０及びインダクタ３０は、水晶振動子１０と並列に、互いに直列に接続されている。インダクタ２０は、水晶振動子１０の直列共振周波数において、水晶振動子１０の等価並列容量１４との間で並列共振するインダクタンス値を有する。すなわち、等価並列容量１４とインダクタ２０とにより構成される並列回路のインピーダンスが、直列共振周波数において最大になる。インダクタ２０がこのような特性を有することにより、インダクタ２０は、直列共振周波数における等価並列容量１４の影響をキャンセルすることができる。
【００１７】
インダクタ３０は、インダクタ２０よりも小さいインダクタンス値を有する。例えば、インダクタ２０のインダクタンス値が数百ｎＨ〜数μＨであるのに対して、インダクタ３０のインダクタンス値は数十ｎＨである。すなわち、インダクタ３０のインダクタンス値は、インダクタ２０のインダクタンス値の１０分の１以下である。インダクタ３０のインダクタンス値がインダクタ２０のインダクタンス値に比べて十分に小さいので、インダクタ２０により等価並列容量１４の影響をキャンセルする効果を損なうことなく、直列共振周波数の近傍における直列アームの特性を微調整することができる。
【００１８】
図２は、発振器１のリアクタンス特性を示す図である。図２（ａ）の横軸は周波数を示し、縦軸はリアクタンスの虚数部の値を示している。リアクタンスは、周波数が高くなるにつれて上昇し、直列共振周波数ｆｒにおいて０となる。さらに周波数が高くなると、リアクタンスが下降し、並列共振周波数ｆａにおいてリアクタンスが０になる。発振器１に設けられたインダクタ２０のインダクタンス値に応じて、並列共振周波数ｆａは変化する。
【００１９】
図２（ｂ）は、直列共振周波数ｆｒ付近におけるリアクタンス特性を示す図である。一点鎖線は、インダクタ２０のインダクタンス値及びインダクタ３０のインダクタンス値の合計値が第１の値である場合のリアクタンス特性を示す。破線は、インダクタ２０のインダクタンス値及びインダクタ３０のインダクタンス値の合計値が第１の値よりも大きい第２の値である場合のリアクタンス特性を示す。実線は、インダクタ２０のインダクタンス値及びインダクタ３０のインダクタンス値の合計値が第２の値よりも大きい第３の値である場合のリアクタンス特性を示す。
【００２０】
図２（ｂ）に示すそれぞれの曲線の直列共振周波数ｆｒ近傍における傾き（位相傾斜）を比較すると、ｆｒよりも高い周波数においては、一点鎖線で示したリアクタンス特性の傾きが最も大きいことがわかる。また、ｆｒよりも低い周波数においては、破線で示したリアクタンス特性の傾きが最も大きいことがわかる。図２（ｂ）に示したリアクタンス特性においては、直列共振周波数ｆｒ付近の曲線の傾きが大きいほど、発振器１のＱ値が高くなる傾向にある。したがって、発振器１を動作させる周波数が直列共振周波数ｆｒよりも高いか低いかに基づいてインダクタ３０のインダクタンス値を調整することにより、発振器１を動作させる周波数におけるＱ値を高くできることがわかる。水晶発振器の主要な特性である位相雑音特性は、水晶振動子のＱ値に大きく関係することが知られているので、発振器１に設けられたインダクタ３０の値を調整することにより、発振器１の位相雑音特性も改善できる。
【００２１】
［発振器１の製造方法］
発振器１は、以下の手順により製造することができる。まず、直列共振周波数がｆｒの水晶振動子１０、インダクタ２０及びインダクタ３０を準備する。続いて、水晶振動子１０、インダクタ２０及びインダクタ３０を、図１（ａ）に示した接続状態になるように基板に実装する。続いて、水晶振動子１０、インダクタ２０及びインダクタ３０を実装した基板を筐体に設ける。続いて、基板に所定の電圧を印加させた状態で、インダクタ３０のインダクタンス値を調整することにより、直列共振周波数ｆｒ付近の所望の周波数で発振させる。所望の周波数で発振したことを確認した後に、筐体に蓋を固定することにより、基板を密閉する。以上の手順により、所望の周波数において位相雑音特性が良好な発振器１を製造することができる。
【００２２】
［変形例］
以上の説明においては、インダクタ２０とインダクタ３０とが互いに直列に接続されている例について説明したが、インダクタ２０とインダクタ３０とが、互いに並列に接続されていてもよい。すなわち、インダクタ２０及びインダクタ３０のそれぞれが水晶振動子１０と並列に設けられていてもよい。この場合においても、インダクタ３０のインダクタンス値を微調整することにより、直列共振周波数付近におけるＱ値を最適化することができる。
【００２３】
［第１の実施形態における効果］
以上説明したように、発振器１は、並列アームの等価並列容量１４の直列共振周波数における影響をキャンセルするためのインダクタ２０と、インダクタ２０と直列に接続された、直列共振周波数付近における直列アームの特性を調整するためのインダクタ３０とを有する。インダクタ２０のインダクタンス値がインダクタ３０のインダクタンス値よりも十分に小さいことにより、インダクタ２０のインダクタンス値を微調整することで、直列共振周波数付近におけるリアクタンス特性を調整することができる。
【００２４】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る発振器２の構成を示す図である。発振器２は、図１に示した発振器１におけるインダクタ３０の代わりに可変インダクタ４０を有する。可変インダクタ４０は、インダクタンス値が可変のインダクタである。また、発振器２は、可変インダクタ４０のインダクタンス値を制御する制御部５０を有する。制御部５０は、例えばＣＰＵ及びメモリを有する。
【００２５】
制御部５０は、水晶振動子１０の発振周波数に基づいて、可変インダクタ４０のインダクタンス値を制御する。制御部５０は、例えば、可変インダクタ４０のインダクタンス値に関連付けてメモリ（不図示）に記憶された、水晶振動子１０の直列共振周波数から所定範囲内の周波数における、周波数の変化量に対するリアクタンスの変化量の大きさ（すなわち、リアクタンス特性の傾斜）に基づいて、可変インダクタ４０のインダクタンス値を制御する。所定範囲は、例えば、水晶振動子１０の直列共振周波数が、外部環境の変化に応じて変化し得る範囲である。
【００２６】
制御部５０は、所定範囲内の周波数におけるリアクタンス特性の傾斜の平均値に基づいて、可変インダクタ４０のインダクタンス値を制御してもよい。このようにすることで、制御部５０は、水晶振動子１０の発振周波数におけるリアクタンス特性の傾斜が最適な大きさになるように、可変インダクタ４０のインダクタンス値を調整することができる。
【００２７】
なお、制御部５０は、発振器１のユーザが所望するリアクタンス特性の傾斜又はＱ値を示す情報を外部から取得し、取得した情報に基づいて、発振周波数におけるリアクタンス特性の傾斜が、ユーザが所望するリアクタンス特性の傾斜になるように可変インダクタ４０のインダクタンス値を調整してもよい。
【００２８】
［変形例］
以上の説明においては、インダクタ２０と可変インダクタ４０とが互いに直列に接続されている例について説明したが、インダクタ２０と可変インダクタ４０とが、互いに並列に接続されていてもよい。すなわち、インダクタ２０及び可変インダクタ４０のそれぞれが水晶振動子１０と並列に設けられていてもよい。この場合においても、制御部５０が可変インダクタ４０のインダクタンス値を微調整することにより、直列共振周波数付近におけるＱ値を最適化することができる。
【００２９】
［第２の実施形態における効果］
以上説明したように、発振器２は、並列アームの等価並列容量１４の直列共振周波数における影響をキャンセルするためのインダクタ２０と、インダクタ２０と直列に接続された、直列共振周波数付近における直列アームの特性を調整するための可変インダクタ４０と、を有する。さらに、発振器２は、可変インダクタ４０のインダクタンス値を調整するための制御部５０を有する。制御部５０が可変インダクタ４０のインダクタンス値を調整することにより、発振器１は、直列共振点付近における直列アームの特性を柔軟に調整することが可能になる。なお、上記の説明においては、制御部５０が可変インダクタ４０のインダクタンス値を調整する者として説明したが、発振器１が制御部５０を有することなく、発振器１のユーザが可変インダクタ４０のインダクタンス値を調整してもよい。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３１】
１  発振器
２  発振器
１０  水晶振動子
１１  等価直列抵抗
１２  等価直列容量
１３  等価直列インダクタ
１４  等価並列容量
２０  インダクタ
３０  インダクタ
４０  可変インダクタ
５０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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