JP2000216633A - Voltage controlled crystal oscillator - Google Patents
Voltage controlled crystal oscillatorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電圧制御型水晶発振
器に関し、殊にコイルを用いずに誘導性リアクタンス回
路を用いることにより周波数可変量を更に大きくとれる
ようにしたことを特徴とする電圧制御型水晶発振器に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage controlled type crystal oscillator, and more particularly to a voltage controlled type crystal oscillator characterized in that a frequency variable amount can be further increased by using an inductive reactance circuit without using a coil. It relates to a crystal oscillator.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に電圧制御型水晶発振器(以降、V
CXOと称す)においては、発振ループ中にバリキャッ
プなどの可変容量ダイオードを挿入し、その端子電圧を
制御することによって容量値を変化させて所望の周波数
出力を得るように構成している。また従来からこのよう
なVCXOにおいては、周波数制御感度を高くするため
に伸長コイルを用いている。すなわち周波数制御感度と
は可変容量ダイオードの容量変化によって得られる発振
周波数の変化量の比率である。後述するように、負荷容
量が大きくなるほど周波数制御感度は高くなる。2. Description of the Related Art In general, a voltage controlled crystal oscillator (hereinafter referred to as V
CXO), a variable capacitance diode such as a varicap is inserted into an oscillation loop, and the terminal voltage is controlled to change the capacitance value to obtain a desired frequency output. Conventionally, in such a VCXO, an extension coil is used to increase the frequency control sensitivity. That is, the frequency control sensitivity is a ratio of a change amount of the oscillation frequency obtained by a change in capacitance of the variable capacitance diode. As described later, the frequency control sensitivity increases as the load capacity increases.
【0003】図4は、従来の伸長コイルを用いたVCX
Oを示す回路図の一例で、増幅器1の入出力間にコンデ
ンサC11を接続し、前記増幅器1の出力端とアース間
にコンデンサC12を接続する。さらに前記増幅器1の
入力端に水晶振動子2を接続し、水晶振動子2とアース
間に伸長コイルLと可変容量ダイオードCDを接続した
構成となっている。また、端子Aは制御電圧入力端子で
あり、前記伸長コイルLと可変容量ダイオードとの間に
比較的大きなバイアス抵抗RDを備える。端子Aに印加
する制御電圧を変化させることにより可変容量ダイオー
ドCDの容量が変化し、周波数の変化量は式(1)で表
すことができる。 △f/f=C0/(2・γ・(C0+CL)) (1) ここでC0は水晶振動子の等価並列容量、γは水晶振動
子の等価並列容量C0と等価直列容量C1との比、CL
は回路の負荷容量である。可変容量ダイオードCDの容
量が変化すると回路の負荷容量が変化するので、制御電
圧を変化させることにより可変容量ダイオードCDの容
量が変化し発振周波数を変化させることができる。FIG. 4 shows a VCX using a conventional extension coil.
In an example of a circuit diagram showing O, a capacitor C11 is connected between the input and output of the amplifier 1, and a capacitor C12 is connected between the output terminal of the amplifier 1 and the ground. Further, a crystal oscillator 2 is connected to the input terminal of the amplifier 1, and an extension coil L and a variable capacitance diode CD are connected between the crystal oscillator 2 and the ground. Terminal A is a control voltage input terminal, and has a relatively large bias resistor RD between the extension coil L and the variable capacitance diode. By changing the control voltage applied to the terminal A, the capacitance of the variable capacitance diode CD changes, and the amount of change in frequency can be expressed by equation (1). Δf / f = C0 / (2 · γ · (C0 + CL)) (1) where C0 is the equivalent parallel capacitance of the crystal unit, γ is the ratio between the equivalent parallel capacitance C0 of the crystal unit and the equivalent series capacitance C1, CL
Is the load capacity of the circuit. When the capacitance of the variable capacitance diode CD changes, the load capacitance of the circuit changes. Therefore, by changing the control voltage, the capacitance of the variable capacitance diode CD changes and the oscillation frequency can be changed.
【0004】図5は水晶振動子の等価回路図であり、L
1は等価直列インダクタンス、C1は等価直列容量、R
1は等価直列抵抗、C0は等価並列容量である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a crystal unit,
1 is equivalent series inductance, C1 is equivalent series capacitance, R
1 is an equivalent series resistance, and C0 is an equivalent parallel capacitance.
【0005】図6は伸長コイルを入れたときの振動ルー
プの等価回路であって、破線の左側は水晶振動子であ
り、L1は等価直列インダクタンス、C1は等価直列容
量、R1は等価直列抵抗、C0は等価並列容量である。
また破線右側は水晶振動子を除く回路側のインダクタン
スLanと水晶振動子を除く回路側の容量Canが接続
されている。FIG. 6 shows an equivalent circuit of a vibration loop when an extension coil is inserted. The left side of the broken line is a crystal oscillator, L1 is an equivalent series inductance, C1 is an equivalent series capacitance, R1 is an equivalent series resistance, C0 is an equivalent parallel capacitance.
On the right side of the broken line, the circuit-side inductance Lan excluding the crystal unit and the circuit-side capacitance Can excluding the crystal unit are connected.
【0006】一般にVCXOにおける周波数制御感度は
(2)式によって表される。 △(△f/f)Can=−(1/2)(C1/Can)(1−Ω)2(△Can /Can) (2) ここで△(△f/f)Canは周波数制御感度、C1は
水晶振動子の等価直列容量、Canは回路側の容量、△
Canは回路側の容量の変化量、ΩはC0/(C0+C
L)である。C0は水晶振動子の等価並列容量、CLは
水晶振動子を除く回路側の負荷容量である。(2)式に
おいて一般に負荷容量CLは水晶振動子の等価並列容量
C0よりも大きいのでΩは1より小さい正の値になる。
Ωは1より小さな正の値なので、Ωがさらに小さくなれ
ば周波数制御感度△(△f/f)Canは大きくなる。
すなわち水晶振動子を除く回路側の負荷容量CLが増加
すると周波数制御感度△(△f/f)Canは大きくな
る。ここで図6に示すように可変リアクタンスCanに
直列にインダクタンスLanを挿入した回路において
は、回路側の負荷容量CLは必然的にインダクタンスL
anを加味したものとなり、式(3)或いは式(4)に
示すようにその容量値が増加したものとなる。 1/(ωCL)=−ωLan+1/(ωCan) (3) CL=Can/(−ω2LanCan+1) (4) ここでωは発振角周波数、CLは回路側の負荷容量、L
anは回路側のインダクタンスである。In general, the frequency control sensitivity of a VCXO is expressed by equation (2). Δ (Δf / f) Can = − (1/2) (C1 / Can) (1−Ω) 2 (ΔCan / Can) (2) where Δ (Δf / f) Can is the frequency control sensitivity, C1 is the equivalent series capacitance of the crystal unit, Can is the capacitance on the circuit side, △
Can is the amount of change in capacitance on the circuit side, and Ω is C0 / (C0 + C
L). C0 is the equivalent parallel capacitance of the crystal unit, and CL is the load capacitance on the circuit side excluding the crystal unit. In the equation (2), since the load capacitance CL is generally larger than the equivalent parallel capacitance C0 of the crystal unit, Ω is a positive value smaller than 1.
Since Ω is a positive value smaller than 1, the frequency control sensitivity △ (△ f / f) Can increases as Ω further decreases.
That is, as the load capacitance CL on the circuit side excluding the crystal resonator increases, the frequency control sensitivity △ (△ f / f) Can increases. Here, in the circuit in which the inductance Lan is inserted in series with the variable reactance Can as shown in FIG. 6, the load capacitance CL on the circuit side is inevitably the inductance L.
An is taken into account, and the capacitance value is increased as shown in Expression (3) or Expression (4). 1 / (ωCL) = − ωLan + 1 / (ωCan) (3) CL = Can / (− ω2Lan + 1) (4) where ω is the oscillation angular frequency, CL is the load capacitance on the circuit side, and L
an is an inductance on the circuit side.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】前述したように、VC
XOの周波数制御感度△(△f/f)Canを大きくす
るためには、VCXOの水晶振動子を除く回路側の負荷
容量CLを大きくする必要があり、そのため伸長コイル
を用いる必要があった。しかしながら、近年、電子装置
の小型化の要求から使用する部品においても超小型化を
実現するためにIC化が進められており、従来のように
伸長コイルを用いたVCXOにおいては、IC化におい
て伸長コイルが外付け部品とならざるを得ず、完全なる
IC化を阻害する要因となっていた。本発明は上述した
様な従来の伸長コイルを用いたVCXOが有する欠点を
除去する為になされたものであって、コイルを用いるこ
となく同様の目的を達成し、さらにはよりいっそう周波
数制御感度を向上したVCXOを提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION As described above, VC
In order to increase the frequency control sensitivity △ (△ f / f) Can of the XO, it is necessary to increase the load capacitance CL on the circuit side excluding the crystal unit of the VCXO, and thus it is necessary to use an extension coil. However, in recent years, the use of ICs has been promoted in order to realize ultra-miniaturization of components used in response to the demand for miniaturization of electronic devices. The coil had to be an external component, which hindered complete IC implementation. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to eliminate the above-mentioned drawbacks of a conventional VCXO using an extension coil, and achieves the same object without using a coil, and further improves the frequency control sensitivity. It is an object to provide an improved VCXO.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るVCXOは以下の構成をとる。請求項1
記載のVCXOは、すくなくとも圧電振動子と可変容量
素子と増幅素子とをループ状に組み合わせたVCXOに
おいて、前記ループ中に増幅素子と抵抗素子と容量素子
とを含んで構成する誘導性リアクタンス回路を挿入する
よう構成する。請求項2記載のVCXOは、誘導性リア
クタンス回路中の容量素子を可変容量素子とするよう構
成する。To achieve the above object, a VCXO according to the present invention has the following arrangement. Claim 1
In the VCXO described above, at least a VCXO in which a piezoelectric vibrator, a variable capacitance element, and an amplification element are combined in a loop shape, an inductive reactance circuit including an amplification element, a resistance element, and a capacitance element is inserted into the loop. It is configured to The VCXO according to the second aspect is configured such that the capacitance element in the inductive reactance circuit is a variable capacitance element.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
例に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る誘導
性リアクタンス回路を挿入したVCXOの一実施例を示
す回路図である。増幅器1の入出力間にコンデンサC1
1を接続し、前記増幅器1の出力端とアース間にコンデ
ンサC12を接続する。さらに前記増幅器1の入力端に
水晶振動子2を接続し、該水晶振動子2とアース間に伸
長コイルLの替わりに誘導性リアクタンス回路3および
可変容量ダイオードCDを接続した構成となっている。
また、前記誘導性リアクタンス回路3と可変容量ダイオ
ードCDとの間には比較的大きなバイアス抵抗RDを介
し制御電圧入力端子である端子Aと接続している。この
端子Aに印加する制御電圧を変化させることにより可変
容量ダイオードCDの容量が変化し、前記の周波数の変
化量の式(1)から分かるように可変容量ダイオードC
Dの容量を変化させると、回路の負荷容量CLが変化す
るので発振周波数を変化させることができる。また伸長
コイルLの代わりに誘導性リアクタンス回路3を挿入す
ることにより、伸長コイルLを用いずにVCXOが構成
でき、IC化するのに容易である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a VCXO in which an inductive reactance circuit according to the present invention is inserted. Capacitor C1 between input and output of amplifier 1
1 and a capacitor C12 is connected between the output terminal of the amplifier 1 and the ground. Further, a crystal resonator 2 is connected to the input terminal of the amplifier 1, and an inductive reactance circuit 3 and a variable capacitance diode CD are connected between the crystal resonator 2 and the ground instead of the extension coil L.
A terminal A, which is a control voltage input terminal, is connected between the inductive reactance circuit 3 and the variable capacitance diode CD via a relatively large bias resistor RD. By changing the control voltage applied to the terminal A, the capacitance of the variable capacitance diode CD changes, and as can be seen from the above-mentioned equation (1) of the frequency change amount, the variable capacitance diode C
When the capacitance of D changes, the load capacitance CL of the circuit changes, so that the oscillation frequency can be changed. Further, by inserting the inductive reactance circuit 3 instead of the extension coil L, a VCXO can be configured without using the extension coil L, and it is easy to make an IC.
【0010】図2は誘導性リアクタンス回路の原理的な
構成図である。トランジスタは動作点がA級になるよう
にバイアスがかけられている(図面上では省略)。4は
増幅素子の電界効果トランジスタであり、ドレイン端子
Dとゲート端子Gの間に抵抗Rが接続されており、ゲー
ト端子Gとソース端子Sの間にコンデンサCが接続され
ている。5はバイアス抵抗である。図2のように誘導性
リアクタンス回路を構成するとドレイン端子Dとソース
端子Sの端子間は等価的に(5)式で表されるようなイ
ンダクタンスLeqで表される。 Leq=C・R/gm (5) ここでCはコンデンサ、Rは抵抗、gmはトランジスタ
の相互コンダクタンスである。式(5)からコンデンサ
Cの値、抵抗Rの値、トランジスタの相互コンダクタン
スgmの値を調節することにより誘導性リアクタンス回
路のインダクタンスLeqを所望の値に設定できる。誘
導性リアクタンス回路のインダクタンスLeqを大きく
すれば、前記の周波数制御感度の式(2)によりVCX
Oの周波数制御感度を更に向上できる。FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of an inductive reactance circuit. The transistor is biased so that the operating point is class A (omitted in the drawing). Reference numeral 4 denotes a field effect transistor of the amplifying element. A resistor R is connected between the drain terminal D and the gate terminal G, and a capacitor C is connected between the gate terminal G and the source terminal S. 5 is a bias resistor. When the inductive reactance circuit is configured as shown in FIG. 2, the distance between the drain terminal D and the source terminal S is equivalently represented by the inductance Leq represented by the equation (5). Leq = CR / gm (5) where C is a capacitor, R is a resistor, and gm is the transconductance of the transistor. From Equation (5), the inductance Leq of the inductive reactance circuit can be set to a desired value by adjusting the value of the capacitor C, the value of the resistor R, and the value of the transconductance gm of the transistor. If the inductance Leq of the inductive reactance circuit is increased, VCX can be calculated by the above-mentioned equation (2) of the frequency control sensitivity.
O frequency control sensitivity can be further improved.
【0011】図3は本発明に係る誘導性リアクタンス回
路を挿入したVCXOの一実施例を示す回路図であり、
誘導性リアクタンス回路のコンデンサCの代わりに可変
容量ダイオードCD1を挿入した例である。増幅器1の
入出力間にコンデンサC11を接続し、前記増幅器1の
出力端とアース間にコンデンサC12を接続する。さら
に前記増幅器1の入力端に水晶振動子2の一端が接続さ
れ、水晶振動子2の他端は可変容量ダイオードCDの一
端および比較的大きなバイアス抵抗RDに接続されてい
る。可変容量ダイオードCDの他端はバイアス抵抗RB
およびコンデンサCPが接続され、前記バイアス抵抗R
Bの他端はアースに接続されている。前記コンデンサC
Pの他端は増幅素子となる電界効果トランジスタ4のド
レイン端子に接続される。電界効果トランジスタ4のド
レイン端子と電源電圧VCC間には電源との絶縁を目的と
し、インピーダンスの高いカレントミラー回路6を備
え、該電界効果トランジスタ4のドレイン端子Dとゲー
ト端子Gの間には抵抗Rが接続されており、ゲート端子
Gとアース間は直流電流を遮断するコンデンサCPおよ
び可変容量ダイオードCD1が接続する。前記コンデン
サCPと可変容量ダイオードCD1との接続点と端子V
con2との間には比較的大きなバイアス抵抗RDが設
けられている。Vcon1およびVcon2は制御電圧
入力端子であり、制御電圧Vcon1を変化させること
により可変容量ダイオードCDの容量が変化する。前記
の周波数の変化量の式(1)から可変容量ダイオードC
Dの容量が変化すると回路の負荷容量CLが変化するの
で、制御電圧Vcon1を変化させることにより周波数
を変化させることができる。また制御電圧Vcon2を
変化させることにより可変容量ダイオードCD1の容量
が変化する。誘導性リアクタンス回路のインダクタンス
Leqは式(5)で表されるので、可変容量ダイオード
CD1の容量が変化すると誘導性リアクタンス回路のイ
ンダクタンスLeqが変化する。誘導性リアクタンス回
路のインダクタンスLeqが変化すると回路の負荷容量
CLが変化するので、制御電圧Vcon2を変化させる
ことにより周波数を変化させることができる。したがっ
て、図3のように構成することにより周波数制御端子を
2個有するためさらに広い周波数制御範囲が得られる。
又、伸長コイルを用いていないのでIC化が容易であ
る。FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of a VCXO in which an inductive reactance circuit according to the present invention is inserted.
This is an example in which a variable capacitance diode CD1 is inserted instead of the capacitor C of the inductive reactance circuit. A capacitor C11 is connected between the input and output of the amplifier 1, and a capacitor C12 is connected between the output terminal of the amplifier 1 and the ground. Further, one end of a crystal oscillator 2 is connected to the input terminal of the amplifier 1, and the other end of the crystal oscillator 2 is connected to one end of a variable capacitance diode CD and a relatively large bias resistor RD. The other end of the variable capacitance diode CD is a bias resistor RB
And the capacitor CP, the bias resistor R
The other end of B is connected to ground. The capacitor C
The other end of P is connected to a drain terminal of a field effect transistor 4 serving as an amplifying element. The purpose of insulation between the power supply between the drain terminal of the field effect transistor 4 and the power supply voltage V CC, with high current mirror circuit 6 impedance, the between the drain terminal D and the gate terminal G of the field effect transistor 4 A resistor R is connected, and a capacitor CP and a variable capacitance diode CD1 for blocking DC current are connected between the gate terminal G and the ground. The connection point between the capacitor CP and the variable capacitance diode CD1 and the terminal V
A relatively large bias resistor RD is provided between the bias resistor RD and the con2. Vcon1 and Vcon2 are control voltage input terminals, and the capacitance of the variable capacitance diode CD changes by changing the control voltage Vcon1. From the equation (1) for the amount of change in the frequency, the variable capacitance diode C
When the capacitance of D changes, the load capacitance CL of the circuit changes. Therefore, the frequency can be changed by changing the control voltage Vcon1. Further, the capacitance of the variable capacitance diode CD1 changes by changing the control voltage Vcon2. Since the inductance Leq of the inductive reactance circuit is represented by Expression (5), when the capacitance of the variable capacitance diode CD1 changes, the inductance Leq of the inductive reactance circuit changes. When the inductance Leq of the inductive reactance circuit changes, the load capacitance CL of the circuit changes. Therefore, the frequency can be changed by changing the control voltage Vcon2. Therefore, the configuration as shown in FIG. 3 has two frequency control terminals, so that a wider frequency control range can be obtained.
Further, since an extension coil is not used, it is easy to make an IC.
【0012】尚、以上本発明をVCXOに適用したもの
を例として説明したが、本発明はこれのみに限定される
ものではなく、VCOあるいは周波数制御回路を有する
TCOやTCXOであってもよい。Although the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to a VCXO, the present invention is not limited to this, and may be a VCO or a TCO or TCXO having a frequency control circuit.
【0013】[0013]
【発明の効果】本発明は以上説明した如く、すくなくと
も圧電振動子と可変容量素子と増幅素子とをループ状に
組み合わせたVCXOにおいて、前記ループ中に増幅素
子と抵抗素子と容量素子とを含んで構成する誘導性リア
クタンス回路を挿入するよう構成し、前記誘導性リアク
タンス回路中の容量素子は例えば可変容量素子にする。
このように構成することにより伸長コイルを使用しない
VCXOが実現出来、回路をIC化する上で著しい効果
を発揮する。As described above, the present invention relates to a VCXO in which at least a piezoelectric vibrator, a variable capacitance element, and an amplification element are combined in a loop, wherein the loop includes an amplification element, a resistance element, and a capacitance element. The inductive reactance circuit to be configured is inserted, and the capacitance element in the inductive reactance circuit is, for example, a variable capacitance element.
With such a configuration, a VCXO that does not use an extension coil can be realized, and a remarkable effect can be exhibited when the circuit is formed into an IC.
【図1】本発明に係る誘導性リアクタンス回路を挿入し
たVCXOの一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a VCXO in which an inductive reactance circuit according to the present invention is inserted.
【図2】誘導性リアクタンス回路の原理的な構成図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of an inductive reactance circuit.
【図3】本発明に係る誘導性リアクタンス回路を挿入し
たVCXOの一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of a VCXO in which an inductive reactance circuit according to the present invention is inserted.
【図4】従来の伸長コイルを用いたVCXOを示す回路
図の一例である。FIG. 4 is an example of a circuit diagram showing a VCXO using a conventional extension coil.
【図5】水晶振動子の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the crystal unit.
【図6】VCXOの等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of VCXO.
【符号の説明】 1 増幅器、 2 水晶振動子、 3 誘導性リアクタンス回路、 4 増幅素子、 5 バイアス抵抗、 6 カレントミラー回路、 C、C11、C12、CP コンデンサ、 CD、CD1 可変容量ダイオード、 R、RD、RB 抵抗、 A、Vcon1、Vcon2 制御電圧入力端子、 Vcc 電源電圧端子、 L 伸長コイル、 L1 水晶振動子の等価直列インダクタンス、 C1 水晶振動子の等価直列容量、 R1 水晶振動子の等価直列抵抗、 C0 水晶振動子の等価並列容量、 Lan 回路側のインダクタンス、 Can 回路側の容量[Description of Signs] 1 amplifier, 2 crystal oscillator, 3 inductive reactance circuit, 4 amplifying element, 5 bias resistor, 6 current mirror circuit, C, C11, C12, CP capacitor, CD, CD1 variable capacitance diode, R, RD, RB resistance, A, Vcon1, Vcon2 Control voltage input terminal, Vcc power supply voltage terminal, L extension coil, L1 Equivalent series inductance of crystal oscillator, C1 Equivalent series capacitance of crystal oscillator, R1 Equivalent series resistance of crystal oscillator , C0 Equivalent parallel capacitance of crystal unit, inductance on Lan circuit side, capacitance on Can circuit side
Claims (2)
増幅素子とをループ状に組み合わせた電圧制御型水晶発
振器において、前記ループ中に増幅素子と抵抗素子と容
量素子とを含んで構成する誘導性リアクタンス回路を挿
入したことを特徴とする電圧制御型水晶発振器。1. A voltage-controlled crystal oscillator in which at least a piezoelectric vibrator, a variable capacitance element, and an amplification element are combined in a loop, wherein the loop includes an amplification element, a resistance element, and a capacitance element. A voltage controlled crystal oscillator characterized by inserting a reactance circuit.
を可変容量素子としたことを特徴とする請求項1記載の
電圧制御型水晶発振器。2. The voltage controlled crystal oscillator according to claim 1, wherein the capacitive element in the inductive reactance circuit is a variable capacitive element.
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---|---|---|---|
JP11013330A JP2000216633A (en) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Voltage controlled crystal oscillator |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002185253A (en) * | 2000-12-13 | 2002-06-28 | Seiko Epson Corp | Oscillation circuit |
WO2009113657A1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | Oscillator |
-
1999
- 1999-01-21 JP JP11013330A patent/JP2000216633A/en active Pending
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