(57)【要約】【課題】  発振周波数の安定度規格が厳しい発振器であっても、レギュレータを使用する必要性を無くし、かつ、レギュレータを使用しないことで雑音信号の影響を無くすことができる発振器を提供する。【解決手段】  振動子２と、この振動子２に接続された発振回路３とを備えた発振器１であって、振動子２に直列接続されたバリキャップ５と、バリキャップ５に、電源電圧が変動すると周波数偏差を増加または減少させて所定の周波数偏差特性に調整する調整電圧を印加する調整回路７とを具備している。この調整回路７は、直流電源と接地との間でそれぞれ直列に接続された第１、第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２および第３、第４の抵抗Ｒ３，Ｒ４を含み、それらの接続中点Ａ，Ｂがバリキャップ５の両端に接続されている。各抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は、前記調整電圧をバリキャップのアノード・カソード間に印加できる値に調整されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子と、前記振動子に接続された発振回路とを備えた発振器であって、
前記振動子に直列接続されたバリキャップと、
前記バリキャップの両端のうちの少なくとも一端に、電源電圧が変動すると周波数偏差を増加または減少させて所定の周波数偏差特性に調整する調整電圧を印加する調整回路と、
を具備したことを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記調整回路は、直流電源と接地との間で直列接続された少なくとも２つの直列抵抗を有し、前記両直列抵抗の接続中点に前記バリキャップの前記一端が接続され、前記両抵抗の抵抗値が、前記調整電圧を前記バリキャップの前記一端に印加できる値に設定されている、
請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
前記調整回路は、直流電源と接地との間でそれぞれ直列に接続された２つの第１、第２直列抵抗および第３、第４の直列抵抗を含み、前記第１および第２直列抵抗の接続中点および前記第３および第４の直列抵抗の接続中点それぞれが前記バリキャップの両端に接続され、前記各直列抵抗の抵抗値が前記調整電圧を前記バリキャップの前記両端に印加できる値に設定されている、
請求項１に記載の発振器。
【請求項４】
前記発振回路は、発振用のバイポーラトランジスタを含む発振回路であり、前記振動子と前記バリキャップとが、前記バイポーラトランジスタのベースと接地との間に直列接続されている、
請求項１ないし３のいずれかに記載の発振器。
【請求項５】
前記発振回路は、ＣＭＯＳインバータを含む発振回路であり、前記振動子と前記バリキャップとが、前記ＣＭＯＳインバータの入出力部間に直列接続されている、
請求項１ないし３のいずれかに記載の発振器。
【請求項６】
前記振動子が水晶振動子である、
請求項１ないし５のいずれかに記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電型等の振動子と、これに接続された発振回路とを有する発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電型等の振動子とこれに接続された発振回路とを備えた発振器は、各種電子機器において、基準信号源に広く使用されている。
【０００３】
発振器は、直流電源で駆動されるが、その電源電圧が変動すると、発振周波数が変動する特性を有している。
【０００４】
そのため、発振周波数の安定度規格が厳しい発振器では、一般に、直流電源と発振器との間にレギュレータを設けることで直流電源自体が電圧変動しても、発振器にはレギュレータから電圧変動の無い電圧が印加されるようにして、発振周波数を安定化させるようにしている(特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−８６８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、レギュレータを使用すると、レギュレータは発振器の雑音信号発生の要因となるため、発振器の出力信号を基準信号源とする電子機器にとり好ましくない。
【０００７】
一方、レギュレータを使用しないと、発振周波数が安定しないので、発振周波数の安定度規格が厳しい発振器では、発振周波数の安定のためレギュレータを使用する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、電源電圧が変動しても発振周波数が安定し、これにより発振周波数の安定度規格が厳しくても、レギュレータの使用の必要性を無くすことができ、かつ、レギュレータを使用しないことで雑音信号の影響を受けない発振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る発振器は、振動子と、この振動子に接続された発振回路とを備えた発振器であって、振動子に直列接続されたバリキャップと、このバリキャップの一端に、電源電圧が変動すると周波数偏差を増加または減少させて所定の周波数偏差特性に調整する調整電圧を印加する調整回路と、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、振動子に直列接続されているバリキャップの一端には調整回路から上記調整電圧が印加されるので、調整前の周波数偏差特性には、電源電圧の変動に対応して周波数偏差を増加または減少させる補正が加わり、調整前の周波数偏差特性は所定の周波数偏差特性に調整され、その結果、電源電圧が変動しても発振器の発振周波数は安定する。
【００１１】
これにより、本発明によれば、電源電圧が変動しても発振器の発振周波数は安定するので、発振回路に安定した電源電圧を供給するためのレギュレータを使用する必要がなくなる。また、レギュレータを使用しないことで雑音信号の発生要因の無い発振器を提供できる。
【００１２】
なお、本発明によれば、発振器を個別部品、所謂ディスクリート部品で構成すると、個別部品としてのレギュレータ部品が不要となるので、その分、発振器の小型化や部品コストの削減に寄与することができる。
【００１３】
本発明において、好ましい実施態様では、調整回路は、直流電源と接地との間で直列接続された少なくとも２つの直列抵抗を有し、両直列抵抗の接続中点にバリキャップの一端が接続され、両抵抗の抵抗値は、調整電圧をバリキャップの一端に印加できる値に設定されている。
【００１４】
この実施態様によれば、両直列抵抗の抵抗値がバリキャップの一端に調整電圧が印加される値に設定されているので、電源電圧が変動しても周波数偏差特性が所定の周波数偏差特性に調整され、発振周波数を安定させることができる。
【００１５】
本発明において、他の好ましい実施態様では、調整回路は、直流電源と接地との間でそれぞれ直列に接続された２つの第１、第２直列抵抗および第３、第４の直列抵抗を含み、第１および第２直列抵抗の接続中点および第３および第４の直列抵抗の接続中点それぞれがバリキャップの両端に接続され、各直列抵抗の抵抗値は調整電圧をバリキャップの両端に印加できる値に設定されている。
【００１６】
この実施態様によれば、第１〜第４の抵抗の抵抗値が、前記調整電圧がバリキャップの両端に印加できる値に設定されているので、電源電圧が変動しても、発振周波数を安定させることができる。
【００１７】
また、この実施態様によれば、第１〜第４の抵抗の抵抗値の組合せを種々に設定することで、電源電圧の幅広い変動に対応して発振周波数を安定させることができる。
【００１８】
本発明において、他の好ましい実施態様では、発振回路は、発振用のバイポーラトランジスタを含む発振回路であり、振動子とバリキャップとが、バイポーラトランジスタのベースと接地との間に直列接続されている。
【００１９】
この実施態様では、発振器の使用部品がディスクリート部品で構成することができるので、レギュレータ部品が不要となる分、発振器サイズの小型化や部品コストの削減ができて好ましい。
【００２０】
本発明において、他の好ましい実施態様では、発振回路は、ＣＭＯＳインバータを含む発振回路であり、振動子とバリキャップとが、ＣＭＯＳインバータの入出力部間に直列接続されている。
【００２１】
本発明において、他の好ましい実施態様では、振動子は水晶振動子であるが、本発明は、水晶振動子に特に限定されるものではなく、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなど、水晶以外の圧電材料を用いた振動子や、セラミック材料を用いた振動子、その他の材料を用いた電気・機械振動子を含み、さらには圧電型や静電型のＭＥＭＳ(Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ)振動子を含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電源電圧が変動しても発振周波数が安定しているので、レギュレータを使用する必要が無くなると共に、これによりレギュレータを使用しないことでそれに起因した雑音信号が無い発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る発振器の回路図である。
【図２】周波数偏差特性を左回転させて調整する場合の調整前後の周波数偏差特性を示す図である。
【図３】周波数偏差特性を右回転させて調整する場合の調整前後の周波数偏差特性を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る発振器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る発振器を詳細に説明する。実施形態では、振動子としてＡＴカットの水晶振動子を用いて説明するが、本発明は、振動子として水晶振動子に限定されないことは勿論である。
【００２５】
図１は、実施形態に係る発振器の回路図である。図１を参照して、発振器１は、ディスクリート部品で構成されたディスクリートタイプのコルピッツ型発振器であって、固有の共振周波数で共振する水晶振動子２と、この水晶振動子２に接続された発振回路３と、を備える。
【００２６】
実施形態の水晶振動子２はＡＴカット型であるが、ＳＣカット等の他の種類の水晶振動子であってもよい。また、本発明の発振器はコルピッツ型であるが、ハートレー型等、他の型の発振器であってもよく、その種類に限定されない。
【００２７】
発振回路３は、発振用のバイポーラトランジスタＴＲ１と、ベースバイアス抵抗Ｒ５，Ｒ６と、エミッタ抵抗Ｒ７と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、を備える。
【００２８】
ベースバイアス抵抗Ｒ５，Ｒ６は、直流電源と接地との間に直列に接続され、その接続中点に発振用のバイポーラトランジスタＴＲ１のベースが接続される。バイポーラトランジスタＴＲ１のベースは、コンデンサＣ１とＣ２との直列に接続回路を介して接地される。コンデンサＣ１とＣ２の接続中点は、バイポーラトランジスタＴＲ１のエミッタに接続される。
【００２９】
発振回路３には、レギュレータを介さずに電源端子Ｖｃｃを介して図示略の直流電源から直流電圧が、直接、印加される。発振回路３は、電源端子Ｖｃｃから直流電源の電源電圧が印加されると、発振回路３が動作し、水晶振動子２の固有の共振周波数で発振出力を供給するとともに、その一部が発振ループを介して水晶振動子２に帰還され、これにより水晶振動子２の共振が継続される。
【００３０】
この水晶振動子２は、一端側がバイポーラトランジスタＴＲ１のベースに接続され、他端側が周波数制御回路４に接続される。
【００３１】
周波数制御回路４は、バリキャップ５とコンデンサ６とから構成される。バリキャップ４は、カソードが水晶振動子２に接続され、アノードがコンデンサ６の一端側に接続される。コンデンサ６の他端側は接地されている。これにより、水晶振動子２に対してバリキャップ５とコンデンサ６とが直列に接続される。バリキャップ５のカソード側Ａとアノード側Ｂは、調整回路７に接続される。
【００３２】
調整回路７は、直流電源の電圧を分圧し、その分圧電圧を調整電圧としてバリキャップ５のアノード・カソード間に印加する回路である。この調整電圧は、電源電圧が変動すると周波数偏差を増加または減少させて所定の周波数偏差特性に調整する電圧である。
【００３３】
具体的には、調整回路７は、直流電源と接地との間でそれぞれ直列接続された第１、第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、第３、第４の抵抗Ｒ３，Ｒ４とから構成されている。第１、第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続中点は、バリキャップ５のアノード側Ｂに接続され、第３、第４の抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続中点は、バリキャップ５のカソード側Ａに接続される。
【００３４】
図２および図３を参照して、調整回路７による周波数偏差の調整を説明する。これらの図において、横軸は、電源電圧、縦軸は、周波数偏差を示し、また、点線は、調整前の周波数偏差特性１０，２０、実線は、調整後の周波数偏差特性３０を示す。なお、これら周波数偏差特性１０〜３０は、代表例として模式的に示したものである。
【００３５】
図２を参照して、周波数偏差特性１０を左回転させて周波数偏差特性３０に調整する場合を説明する。周波数偏差特性１０は、電源電圧が上昇すると、周波数偏差が減少する特性であり、これを左回転させることで、周波数偏差特性３０に調整する。周波数偏差特性３０は、電源電圧が上昇しても周波数偏差はほぼ一定となる特性である。
【００３６】
この周波数偏差特性１０を左回転させる場合は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの抵抗値をｒ１〜ｒ４とすると、これら抵抗値ｒ１〜ｒ４の間に〔ｒ２／(ｒ１＋ｒ２)〕＜〔ｒ４／(ｒ３＋ｒ４)〕の第１の関係式が成立するよう、これら抵抗値ｒ１〜ｒ４を設定する。
【００３７】
そして、第１の関係式の成立を前提にしたうえで、周波数偏差特性１０の右下がりの傾き程度(電源電圧が上昇すると周波数偏差が減少する程度)に応じて抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値ｒ１〜ｒ４を設定する。
【００３８】
一例として、本実施形態では、ｒ１＝３３０ｋΩ、ｒ２＝１００ｋΩ、ｒ３＝２２０ｋΩ、ｒ４＝１００ｋΩに設定する。
【００３９】
この抵抗値の設定によって、バリキャップ５のカソード電圧ＶＡは、ｒ４／(ｒ３＋ｒ４)＝(１００ｋΩ／３２０ｋΩ)×電源電圧となり、アノード電圧ＶＢは、ｒ２／(ｒ１＋ｒ２)＝(１００ｋΩ／４３０ｋΩ)×電源電圧となる。
【００４０】
この電圧関係により、バリキャップ５の逆バイアス電圧ＶＤは、ＶＤ＝ＶＡ−ＶＢ＝０．０８×電源電圧となるので、バリキャップ４のカソードには、電源電圧の変化に対して８％の変化率で変化する正の逆バイアス電圧が印加される。
【００４１】
そのため、電源電圧が上昇すると、逆バイアス電圧ＶＤは０．０８×電源電圧で上昇し、それに伴いバリキャップ５のアノード・カソード間容量が減少する結果、周波数偏差は大きくなる。その結果、調整前の周波数偏差特性１０には、電源電圧が上昇すると、周波数偏差特性を左回転させる補正が加わる。これにより、周波数偏差特性１０は、周波数偏差特性３０に調整される。
【００４２】
この補正分の設定は、勿論、上記一例に限定されるものではなく、周波数偏差特性３０に対する周波数偏差特性１０の傾き程度に応じて、第１の関係式中において、抵抗値ｒ１〜ｒ４を適宜に設定するとよい。
【００４３】
このように電源電圧が変動しても調整回路７により、周波数偏差特性１０が周波数偏差特性３０に調整されるので、発振器１の発振周波数は、電源電圧が変動しても安定する。
【００４４】
次に、図３を参照して、周波数偏差特性２０を、右回転させて周波数偏差特性３０に調整する方法を説明する。周波数偏差特性２０は、電源電圧が上昇すると、周波数偏差が増加する特性であり、これを右回転させることで、周波数偏差特性３０に調整する。
【００４５】
この場合は、上記左回転とは異なって、抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの抵抗値ｒ１〜ｒ４の間に、〔ｒ２／(ｒ１＋ｒ２)〕＞〔ｒ４／(ｒ３＋ｒ４)〕の第２の関係式が成立するように各抵抗値ｒ１〜ｒ４を設定する。
【００４６】
そして、第２の関係式の成立を前提にしたうえで、周波数偏差特性２０の右上がりの傾き程度(電源電圧が上昇すると周波数偏差が増加する程度)に応じて抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値ｒ１〜ｒ４を設定する。
【００４７】
一例として、ｒ１＝２２０ｋΩ、ｒ２＝１００ｋΩ、ｒ３＝３３０ｋΩ、ｒ４＝１００ｋΩに設定すると、バリキャップ５のカソード電圧ＶＡは、ＶＡ＝ｒ４／(ｒ３＋ｒ４)＝(１００ｋΩ／４３０ｋΩ)×電源電圧となり、アノード電圧ＶＢは、ＶＢ＝ｒ２／(ｒ１＋ｒ２)＝(１００ｋΩ／３２０ｋΩ)×電源電圧となり、バリキャップ５の逆バイアス電圧ＶＤは、ＶＤ＝−０．０８×電源電圧となる。これにより、バリキャップ５のカソードには電源電圧の変化に対して８％の変化率で変化する負の逆バイアス電圧が印加される。
【００４８】
その結果、上記とは逆に、電源電圧が上昇すると、その上昇に伴いバリキャップ５のアノード・カソード間容量は増加し、周波数偏差は小さくなる。そのため、調整前の周波数偏差特性２０には、電源電圧が上昇すると、その周波数偏差特性を右回転させる補正分が加わって、当該周波数偏差特性２０は、周波数偏差特性３０に調整される。
【００４９】
このように電源電圧が変動しても、調整回路７により、周波数偏差特性２０が周波数偏差特性３０に調整されるので、発振器１の発振周波数は、電源電圧が変動しても安定する。
【００５０】
勿論、この場合も、周波数偏差特性２０の傾き度合いに応じて第２の関係式中の抵抗値ｒ１〜ｒ４を適宜に設定することで、周波数偏差特性２０を周波数偏差特性３０に調整するとよい。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、周波数偏差特性１０，２０が所定の周波数偏差特性３０に調整されるので、電源電圧が変動しても発振周波数が安定した発振器を提供することができる。
【００５２】
そのため、本実施形態では、発振周波数の安定度規格が厳しい発振器であっても、レギュレータを使用する必要が無くなり、レギュレータを使用しないことで雑音信号の影響が無い発振器１を提供できる。
【００５３】
図４は本発明の他の実施形態に係る発振器の回路図である。
【００５４】
この実施形態の発振器８は、発振器部品を集積回路化できる発振器であって、発振回路３が、ＣＭＯＳインバータＩＮＶ１と、このＣＭＯＳインバータＩＮＶ１の入出力部間に並列に接続された帰還抵抗Ｒ８と、ＣＭＯＳインバータＩＮＶ１の入力部と接地との間、および出力部と接地との間に負荷容量として接続されたコンデンサＣ４，Ｃ５とを備える。
【００５５】
ＣＭＯＳインバータＩＮＶ１の入出力部間には、水晶振動子２と周波数制御回路４とが直列接続されている。周波数制御回路４は、バリキャップ５とコンデンサＣ６との直列回路で構成されている。
【００５６】
調整回路７は、直流電源ＶＤＤと接地との間に直列接続された第１、第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、第３、第４の抵抗Ｒ３，Ｒ４とからなる。第１、第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続中点は、バリキャップ５のアノード側Ｂに接続され、第３、第４の抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続中点は、バリキャップ５のカソード側Ａに接続されている。
【００５７】
この実施形態の場合も、周波数偏差特性を左回転または右回転させて所定の周波数偏差特性に調整する場合は、上記第１の関係式または第２の関係式が成立するように各抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値を設定するとよい。そのため、この実施形態も、上記実施形態と同様、電源電圧が変動しても、発振周波数が安定し、これによりレギュレータを使用する必要が無く、また、レギュレータを使用しないことで雑音信号の影響の無い発振器を提供できる。
【００５８】
なお、上記いずれの実施形態の調整回路７では、４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４で構成されているが、抵抗Ｒ１〜Ｒ４のすべてが必須となるものではなく、第１、第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２または第３、第４の抵抗Ｒ３，Ｒ４のうち少なくとも２つ以上で構成し、これらの抵抗値を電源電圧が変動しても周波数偏差が所定の周波数偏差に調整される値に設定してもよい。具体的には、第１、第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２のいずれか一方と第３、第４の抵抗Ｒ３，Ｒ４のいずれか一方とを組み合わせることで、調整することができる。
【００５９】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００６０】
１，８  発振器
２  水晶振動子
３  発振回路
ＴＲ１  発振用バイポーラトランジスタ
ＩＮＶ１  ＣＭＯＳインバータ
４  周波数制御回路
５  バリキャップ
６  コンデンサ
７  調整回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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