(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と、
第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に、直列に接続された抵抗素子及びインダクタと、
前記抵抗素子と並列に接続された振動子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されたコンデンサと、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続され、前記振動子を振動させる発振回路部と、
を含み、
前記インダクタの値と前記抵抗素子の抵抗値と前記振動子の等価直列インダクタの値と前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値とは、
（前記インダクタの値÷前記抵抗素子の抵抗値）＜（前記振動子の等価直列インダクタの値÷前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値）の関係を満たす、
ことを特徴とする発振器。
【請求項２】
第１の端子と、
第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に、直列に接続された抵抗素子及びコンデンサと、
前記抵抗素子と並列に接続された振動子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されたインダクタと、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続され、前記振動子を振動させる発振回路部と、
を含み、
前記インダクタの値と前記抵抗素子の抵抗値と前記振動子の等価直列インダクタの値と前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値とは、
（前記インダクタの値÷前記抵抗素子の抵抗値）＜（前記振動子の等価直列インダクタの値÷前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値）の関係を満たす、
ことを特徴とする発振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発振器において、前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値は前記抵抗素子の抵抗値より小さいことを特徴とする発振器。
【請求項４】
請求項１または２に記載の発振器において、前記インダクタの値は前記振動子の等価直列インダクタの値より小さいことを特徴とする発振器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の発振器において、前記発振回路部は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に差動接続された第１の能動素子及び第２の能動素子を含むクロスカップル型回路であることを特徴とする発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を用いた発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave、弾性表面波）振動子、音叉型振動子、ＡＴ振動子などの水晶振動子１１０を用いた発振器１は、例えば図５（Ａ）に示すような回路で構成されている（非特許文献１の図２参照）。また、水晶振動子１１０の等価回路１１１は、図５（Ｂ）に示すように直列に接続された等価直列インダクタＬ１と等価直列コンデンサＣ１と等価直列抵抗Ｒ１と、これらと平行に接続された等価並列コンデンサＣ０とからなる回路で表現される（非特許文献１の図１参照）。水晶振動子の品質係数であるＱ特性Ｑ１は、角周波数をωとすると、Ｑ１＝ω×Ｌ１／Ｒ１のように算出され、発振起動時間ｔｄ１は、ｔｄ１＝（２×Ｑ１）／ωのように算出される。
【０００３】
【非特許文献１】エプソントヨコム株式会社ホームページ＞テクニカルインフォメーション＞製品取扱上の注意事項＞発振回路設計時の注意事項  （http://www.epsontoyocom.co.jp/C_support/precautions/precautions_1.html）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水晶振動子１１０は、Ｑ特性を高く設定すると発振の周波数純度を高くすることができるが、発振の起動時間が遅くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
第１の端子と、第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間に、直列に接続された抵抗素子及びインダクタと、前記抵抗素子と並列に接続された振動子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されたコンデンサと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続され、前記振動子を振動させる発振回路部と、を含み、前記インダクタの値と前記抵抗素子の抵抗値と前記振動子の等価直列インダクタの値と前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値とは、（前記インダクタの値÷前記抵抗素子の抵抗値）＜（前記振動子の等価直列インダクタの値÷前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値）の関係を満たす、ことを特徴とする発振器。
【０００７】
この構成によれば、振動子が発振を開始するまでの期間にインダクタとコンデンサにより構成されるＬＣ並列発振回路が先に発振をするので振動子単体より短時間で起動することができ、振動子が発振を開始すれば周波数純度の高い発振器を実現できる。
【０００８】
［適用例２］
第１の端子と、第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間に、直列に接続された抵抗素子及びコンデンサと、前記抵抗素子と並列に接続された振動子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されたインダクタと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続され、前記振動子を振動させる発振回路部と、を含み、前記インダクタの値と前記抵抗素子の抵抗値と前記振動子の等価直列インダクタの値と前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値とは、（前記インダクタの値÷前記抵抗素子の抵抗値）＜（前記振動子の等価直列インダクタの値÷前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値）の関係を満たす、ことを特徴とする発振器。
【０００９】
この構成によれば、振動子が発振を開始するまでの期間にインダクタとコンデンサにより構成されるＬＣ並列発振回路が先に発振をするので振動子単体より短時間で起動することができ、振動子が発振を開始すれば周波数純度の高い発振器を実現できる。
【００１０】
［適用例３］
上記に記載の発振器において、前記振動子の等価直列抵抗の抵抗値は前記抵抗素子の抵抗値より小さいことを特徴とする発振器。
【００１１】
この構成によれば、振動子が発振を開始するまでの期間にインダクタとコンデンサにより構成されるＬＣ並列発振回路が先に発振をするので振動子単体より短時間で起動することができ、振動子が発振を開始すれば周波数純度の高い発振器を実現できる。
【００１２】
［適用例４］
上記に記載の発振器において、前記インダクタの値は前記振動子の等価直列インダクタの値より小さいことを特徴とする発振器。
【００１３】
この構成によれば、振動子が発振を開始するまでの期間にインダクタとコンデンサにより構成されるＬＣ並列発振回路が先に発振をするので振動子単体より短時間で起動することができ、振動子が発振を開始すれば周波数純度の高い発振器を実現できる。
【００１４】
［適用例５］
上記に記載の発振器において、前記発振回路部は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に差動接続された一対の第１の能動素子及び第２の能動素子を含むクロスカップル型回路であることを特徴とする発振器。
【００１５】
この構成によれば、振動子が発振を開始するまでの期間にインダクタとコンデンサにより構成されるＬＣ並列発振回路が先に発振をするので振動子単体より短時間で起動することができ、振動子が発振を開始すれば周波数純度の高い発振器を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、発振器の実施形態について図面に従って説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
＜発振器の構成＞
まず、第１実施形態に係る発振器の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る発振器の構成を示す回路図である。図１に示すように、発振器１は、第１の端子である端子ＯＵＴ１と、第２の端子である端子ＯＵＴ２と、端子ＯＵＴ１と端子ＯＵＴ２との間に直列に接続された抵抗素子Ｒ２及びインダクタＬ２と、抵抗素子Ｒ２と並列に接続された振動子１１０と、端子ＯＵＴ１と端子ＯＵＴ２との間に接続されたコンデンサＣ２と、端子ＯＵＴ１と端子ＯＵＴ２との間に接続され、振動子１１０を振動させるクロスカップル型回路で構成された発振回路部１００と、を含んで構成されている。
【００１８】
発振回路部１００は、第１の能動素子であるＮｃｈトランジスタＮ１と、第２の能動素子であるＮｃｈトランジスタＮ２と、を含み、ＮｃｈトランジスタＮ１のゲート端子がＮｃｈトランジスタＮ２のソース端子に接続され、ＮｃｈトランジスタＮ２のゲート端子がＮｃｈトランジスタＮ１のソース端子に接続され、クロスカップル型回路を構成している。ＮｃｈトランジスタＮ１のソース端子は、電流源１２１を介して電源電位ＶＤＤと接続され、ＮｃｈトランジスタＮ２のソース端子は、電流源１２２を介して電源電位ＶＤＤと接続されている。さらに、ＮｃｈトランジスタＮ１のソース端子とＮｃｈトランジスタＮ２のソース端子との間には、コンデンサＣａが接続されている。
【００１９】
端子ＯＵＴ１と端子ＯＵＴ２とは、電流源１２０を介して接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００２０】
振動子１１０は、ＳＡＷ振動子で構成されており、振動子１１０の等価回路１１１は、図５（Ｂ）に示すように、直列に接続された等価直列インダクタＬ１と等価直列コンデンサＣ１と等価直列抵抗Ｒ１と、これらと平行に接続された等価並列コンデンサＣ０とからなる回路で表現される。
【００２１】
＜発振器の動作＞
次に、発振器の動作について図２を参照して説明する。図２は、発振器の動作を示すタイミング図である。
【００２２】
図２（Ａ）は、端子ＯＵＴ１と端子ＯＵＴ２との間に接続された抵抗素子Ｒ２とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成されるＬＣ並列共振回路の発振時間を示すタイミング図である。抵抗素子Ｒ２は、等価回路１１１の等価直列抵抗Ｒ１の抵抗値よりも大きい値で設定され、インダクタＬ２は、等価回路１１１の等価直列インダクタＬ１よりも小さい値で設定されている。抵抗素子Ｒ２とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成されるＬＣ並列共振回路のＱ特性Ｑ２は、角周波数をωとすると、Ｑ２＝ω×Ｌ２／Ｒ２となり、発振起動時間ｔｄ２は、ｔｄ２＝（２×Ｑ２）／ω＝２×Ｌ２／Ｒ２となる。図２（Ａ）に示すように、抵抗素子Ｒ２とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成されるＬＣ並列共振回路は、約６μ秒の時点で発振周波数が２４ＭＨｚに達するように構成されているものとする。
【００２３】
一方、図２（Ｂ）は、端子ＯＵＴ１と端子ＯＵＴ２との間に接続された振動子１１０とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成されるＬＣ並列共振回路の発振時間を示すタイミング図である。振動子１１０とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成されるＬＣ並列共振回路のＱ特性Ｑ１は、Ｑ１＝ω×（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｒ１となり、発振起動時間ｔｄ１は、ｔｄ１＝（２×Ｑ１）／ω＝２×（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｒ１となる。インダクタＬ２の値はインダクタＬ１の値よりも格段に小さいので、発振起動時間ｔｄ１は、ｔｄ１≒２×Ｌ１／Ｒ１となる。図２（Ｂ）に示すように、振動子１１０とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成されるＬＣ並列共振回路は、０秒から発振周波数が徐々に大きくなり、約１００μ秒の時点で発振周波数が１０ＭＨｚに達するように構成されているものとする。
【００２４】
ここで、発振起動時間ｔｄ２が発振起動時間ｔｄ１よりもかなり短くなった理由は、ＬＣ並列共振回路のＱ特性Ｑ２は、Ｑ特性Ｑ１よりも桁違いに小さいからである。
【００２５】
発振起動時間ｔｄ２は、前述のようにｔｄ２＝２×Ｌ２／Ｒ２であり、発振起動時間ｔｄ１は、ｔｄ１＝Ｌ１／Ｒ１であるので、Ｌ２／Ｒ２＜Ｌ１／Ｒ１であれば、ｔｄ２＜ｔｄ１となる。
【００２６】
ここで、抵抗素子Ｒ２の抵抗値を等価回路１１１の等価直列抵抗Ｒ１の抵抗値よりも大きい値で設定しても、発振起動時間ｔｄ２を発振起動時間ｔｄ１よりも短くすることができる。インダクタＬ２を等価回路１１１の等価直列インダクタＬ１よりも小さい値で設定しても、発振起動時間ｔｄ２を発振起動時間ｔｄ１よりも短くすることができる。
【００２７】
図２（Ｃ）は、発振器１の発振時間を示すタイミング図である。発振器１は、（ｔｄ２＝）約６μ秒の時点で抵抗素子Ｒ２とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成されるＬＣ並列共振回路による発振周波数＝２４ＭＨｚに達した直後、振動子１１０とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とで構成される並列共振回路による発振周波数＝１０ＭＨｚになる。
【００２８】
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００２９】
本実施形態では、振動子が発振を開始するまでの期間にインダクタとコンデンサにより構成されるＬＣ並列発振回路が先に発振をするので振動子単体より短時間で起動することができ、振動子が発振を開始すれば周波数純度の高い発振器を実現できる。
【００３０】
以上、発振器の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００３１】
（変形例１）発振器の変形例１について説明する。前記第１実施形態では、発振回路部１００をＮｃｈトランジスタＮ１，Ｎ２で構成した場合を説明したが、Ｐｃｈトランジスタで構成してもよい。
【００３２】
（変形例２）発振器の変形例２について説明する。前記第１実施形態の発振器１のコンデンサＣ２とインダクタＬ２を、図３に示すように逆に配置してもよい。
【００３３】
（変形例３）発振器の変形例３について説明する。前記第１実施形態の発振器１に含まれる抵抗素子Ｒ２を、図４に示すように可変抵抗素子ＶＲ２にしてもよい。可変抵抗素子ＶＲ２により、起動時間を制御することができる。
【００３４】
（変形例４）発振器の変形例４について説明する。前記第１実施形態では、振動子１１０をＳＡＷ振動子で構成した場合を説明したが、音叉型振動子、ＡＴ振動子、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）、ＭＥＭＳ振動子、ＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）などで構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態に係る発振器の構成を示す回路図。
【図２】発振器の動作を示すタイミング図。
【図３】変形例２の発振器の構成を示す回路図。
【図４】変形例３の発振器の構成を示す回路図。
【図５】従来の発振器の構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００３６】
１…発振器、１００…発振回路部、１１０…振動子、１１１…等価回路、１２０，１２１，１２２…電流源。
【図１】
0005034763.tif 000002
【図２】
0005034763.tif 000003
【図３】
0005034763.tif 000004
【図４】
0005034763.tif 000005
【図５】
0005034763.tif 000006