CN104348416B - 差动振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种差动振荡器。本发明的差动振荡器包括：共振器，至少具有第一共振模式及第二共振模式；差动放大电路，使该共振器振荡；以及滤波器，与所述共振器及所述差动放大电路并联设置，且第一共振模式的第一共振频率及第二共振模式的第二共振频率中的其中一个频率下的阻抗小于另一个频率下的阻抗；且在所述第一共振频率及第二共振频率中的所述滤波器的阻抗较大的频率下具有负电阻，在所述滤波器的阻抗较小的频率下不具有负电阻。本发明使差动振荡器以所需的频率振荡。

Description

差动振荡器

技术领域

本发明涉及一种差动振荡器。

背景技术

以往，已知如下差动振荡器，即，通过包含多个放大电路的差动放大电路使共振器振荡(例如参照专利文献1及专利文献2)。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2007-110701号公报

[专利文献2]日本专利特开2008-17449号公报

因为差动放大电路的负电阻大于考毕兹(colpitts)振荡电路的负电阻(negativeresistance)，所以在共振器具有多个共振模式(mode)的情况下，即使在电阻相对较大的共振模式下，也能比考毕兹振荡电路简单地使共振器振荡。然而，在共振器具有频率接近的多个共振模式的情况下，有在所需频率以外的频率下引起无用振荡的危险性。

图7是表示以往的差动振荡器的负电阻特性(实线)与共振器的阻抗(impedance)特性(虚线)的图。横轴表示频率，纵轴表示阻抗或负电阻。图7所示的共振器具有a、b、c三个共振模式。在三个共振模式中的共振模式a的共振频率下，差动振荡器具有正电阻值而不存在负电阻，所以不振荡。

然而，在共振模式b及共振模式c中，差动振荡器具有负电阻，所以无论在共振模式b及共振模式c的哪一个的共振频率下均可能会振荡。因此，在想要使共振器以共振模式b及共振模式c中的其中一种模式的共振频率振荡的情况下，存在可能会产生无用振荡的问题。

发明内容

因此，本发明是鉴于这些方面而完成的，本发明的目的在于提供一种差动振荡器，所述差动振荡器可使具有多个共振模式的共振器以所需的频率振荡。

本发明的差动振荡器包括：共振器，至少具有第一共振模式及第二共振模式；差动放大电路，使该共振器振荡；以及滤波器(filter)，与所述共振器及所述差动放大电路并联设置，且第一共振模式的第一共振频率及第二共振模式的第二共振频率中的其中一个频率下的阻抗小于另一个频率下的阻抗；且差动振荡器在所述第一共振频率及第二共振频率中的所述滤波器的阻抗较大的频率下具有负电阻，在所述滤波器的阻抗较小的频率下不具有负电阻。

所述滤波器例如包含：并联共振电路；第一电容器，设置在并联共振电路的一端与共振器的一端之间；以及第二电容器，设置在并联共振电路的另一端与共振器的另一端之间。

所述并联共振电路也可以具有相互并联连接的电感器、第三电容器及电阻，且差动振荡器具有负电阻的频率下的第一电容器及第二电容器的电抗(reactance)大于第三电容器的电抗。

所述滤波器也可以包含可变电容元件，且滤波器的阻抗特性根据施加在可变电容元件的控制电压而变化。

[发明的效果]

根据本发明，发挥如下效果：可使具有多个共振模式的共振器以所需的频率振荡。

附图说明

图1是表示第一实施方式的差动振荡器的概略构成的图。

图2是表示差动振荡器的负电阻特性(实线)、与共振器的阻抗特性(虚线)的图。

图3是表示差动振荡器的构成例的详情的图。

图4是表示共振器的阻抗的频率特性的一例的图。

图5是表示差动振荡器的负电阻的频率特性的一例的图。

图6是表示第二实施方式的差动振荡器的构成例的详情的图。

图7是表示以往的差动振荡器的负电阻特性(实线)、与共振器的阻抗特性(虚线)的图。

[符号的说明]

1：共振器

2：滤波器

3：差动放大电路

4、5：放大电路

6：旁路电容器

7：电源

8、9：输出端子

20：并联共振电路

21、22、23、46、47、48、56、57、58：电容器

24：电感器

25、42、43、44、45、52、53、54、55：电阻

26：可变电容元件

41、51：晶体管

100：差动振荡器

a、b、c：共振模式

fa、fb、fc：共振频率

具体实施方式

＜第一实施方式＞

图1是表示第一实施方式的差动振荡器100的概略构成的图。差动振荡器100包括共振器1、滤波器2、以及差动放大电路3。共振器1、滤波器2及差动放大电路3相互并联连接。

共振器1例如为晶体振子，具有多个共振模式。共振器1至少具有共振频率各不相同的第一共振模式及第二共振模式。第一共振模式例如为C模式，第二共振模式例如为B模式。

滤波器2与共振器1、及使共振器1振荡的差动放大电路3并联设置，且第一共振模式的第一共振频率及第二共振模式的第二共振频率中的其中一个频率下的阻抗小于另一个频率下的阻抗。例如，在第一共振频率下的阻抗小于第二共振频率下的阻抗的情况下，滤波器2在第一共振频率附近吸收差动放大电路3产生的振荡能量。结果，在第一共振频率附近差动振荡器100的负电阻消失，所以在第一共振频率下差动振荡器100不振荡。另一方面，在第二共振频率附近差动振荡器100具有负电阻，所以在第二共振频率下差动振荡器100振荡。

同样地，在第二共振频率下的阻抗小于第一共振频率下的阻抗的情况下，滤波器2在第二共振频率附近吸收差动放大电路3产生的振荡能量。结果，在第二共振频率附近差动振荡器100的负电阻消失，所以在第二共振频率下差动振荡器100不振荡，而在第一共振频率下差动振荡器100振荡。

差动放大电路3包含多个放大电路。差动放大电路3输出相位相互反转的多个信号，所述信号由连接在共用的电源的多个放大电路放大。

图2是表示差动振荡器100的负电阻特性(实线)、与共振器的阻抗特性(虚线)的图。在图2中表示出特性的差动振荡器100中，滤波器2的共振频率与共振模式c的共振频率fc大致相等，共振模式c的共振频率fc下的滤波器2的阻抗小于共振模式b的共振频率fb下的阻抗。因此，差动振荡器100在共振频率fc下不具有负电阻，在共振频率fb下具有负电阻，所以，差动振荡器100不会在共振频率fc下进行无用的振荡，而在共振频率fb下稳定地振荡。

进而，图2中的负电阻的截止频率(cutoff frequency)高于共振模式a的共振频率fa，在共振频率fa下，差动振荡器100不具有负电阻。结果，差动振荡器100只在三个共振模式中的共振模式b的共振频率fb下具有足以进行振荡的负电阻，从而能够使差动振荡器100以所需的振荡频率振荡。

图3是表示差动振荡器100的构成例的详情的图。

滤波器2包含：并联共振电路20，包括分别并联连接的电容器23、电感器24及电阻25；以及电容器21及电容器22，与该并联共振电路20串联连接。电容器21设置在并联共振电路20的一端与共振器1的一端之间。电容器22设置在并联共振电路20的另一端与共振器1的另一端之间。也就是说，在作为储能电路(tank circuit)发挥功能的并联共振电路20的两端设置着电容器21及电容器22。

电容器21及电容器22具有大致相等的电容值。差动振荡器100具有负电阻的频率下的电容器21及电容器22的电抗大到不会对共振器1的Q值造成实质影响的程度。例如，在该频率下，电容器21及电容器22的电抗大于电容器23的电抗。

差动放大电路3具有包含等效电路的放大电路4及放大电路5、旁路电容器(bypasscondenser)6、以及电源7。

放大电路4包含晶体管41、电阻42、电阻43、电阻44、电阻45、电容器46、电容器47及电容器48。晶体管41的基极连接于共振器1的一端及电容器21，集电极经由电阻42而连接于电源，发射极经由电阻43而连接于地线。晶体管41的集电极连接于输出第一振荡信号的输出端子8。

电阻44及电阻45作为晶体管41的偏压(bias)电阻发挥功能，且电阻44的一端连接于电源，另一端连接于晶体管41的基极、电阻45、及共振器1的一端。电容器46设置在晶体管41的基极与发射极之间。电容器47设置在晶体管41的发射极与地线之间。电容器48是设置在电源与地线之间的旁路电容器。

同样地，放大电路5包含晶体管51、电阻52、电阻53、电阻54、电阻55、电容器56、电容器57及电容器58。晶体管51的基极连接于共振器1的另一端及电容器22，集电极经由电阻52而连接于电源，发射极经由电阻53而连接于地线。晶体管51的集电极连接于输出端子9，所述输出端子9输出与第一振荡信号具有180°的相位差的第二振荡信号。

电阻54及电阻55作为晶体管51的偏压电阻发挥功能，且电阻54的一端连接于电源，另一端连接于晶体管51的基极、电阻55、及共振器1的另一端。电容器56设置在晶体管51的基极与发射极之间。电容器57设置在晶体管51的发射极与地线之间。电容器58是设置在电源与地线之间的旁路电容器。

通过以上构成，根据电容器23的电容值及电感器24的电感(inductance)值确定滤波器2的阻抗特性，在共振器1具有多个共振模式的情况下，差动振荡器100在与所述阻抗特性对应的一个共振模式的共振频率下进行振荡。

图4是表示共振器1的阻抗的频率特性的一例的图。图5是表示差动振荡器100的负电阻的频率特性的一例的图。在图4所示的例子中，共振器1具有以10.0MHz为共振频率的主振动模式、及以10.9MHz为共振频率的副振动模式。

在图5中，作为主振动模式的共振频率的10.0MHz下的负电阻为约200Ω，但在作为副振动模式的共振频率的10.9MHz下，电阻值变为约200Ω，不存在负电阻。因此，在图4及图5所示的例子的情况下，差动振荡器100以作为主振动模式的共振频率的10.0MHz振荡，可防止作为副振动模式的共振频率的10.9MHz下的无用振荡。

如上所述，根据本实施方式的差动振荡器100，与共振器1及差动放大电路3并联设置着滤波器2，差动振荡器100在滤波器2的阻抗较大的频率下具有负电阻，在滤波器2的阻抗较小的频率下不具有负电阻。因此，差动振荡器100以根据滤波器2的阻抗特性而规定的所需的频率进行振荡，从而防止所需频率以外的频率下的振荡。

＜第二实施方式＞

图6是表示第二实施方式的差动振荡器的构成例的详情的图。

第一实施方式中的滤波器2可基于电容器23及电感器24的任一个的常数使共振频率变化，但无法在安装电容器23及电感器24之后使共振频率变化。本实施方式的滤波器2在安装电容器23及电感器24之后也能使共振频率变化。因此，本实施方式的差动振荡器100在可通过来自外部的控制切换差动振荡器100振荡的频率方面与第一实施方式的差动振荡器100不同，在其他方面与第一实施方式的差动振荡器100相同。

具体来说，本实施方式的滤波器2包含可变电容元件26来代替电容器23，所述可变电容元件26的静电电容值根据从外部施加的控制电压而变化。滤波器2的阻抗特性根据该控制电压而变化。可变电容元件26例如为变容二极管(Varicap Diode)，静电电容值与施加在电容端子间的电压的平方根成反比例。

可变电容元件26的静电电容值变得越大，则滤波器2的共振频率变得越小，可变电容元件26的静电电容值变得越小，则滤波器2的共振频率变得越大。因此，通过增大施加在可变电容元件26的两端间的电压，使滤波器2的共振频率变大，通过减小施加在可变电容元件26的两端间的电压，使滤波器2的共振频率变小。

如上所述，在本实施方式的差动振荡器100中，滤波器2包含可变电容元件26，由此，可通过控制从外部施加的电压，而切换差动振荡器100振荡的共振模式。

以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于所述实施方式中记载的范围。对于本领域技术人员来说可明了，能够对所述实施方式添加各种变更或改良。由权利要求书的记载可明了，施加了这种变更或改良的实施方式也可包含在本发明的技术范围内。

例如，在所述实施方式中，对晶体管41及晶体管51为结型晶体管(junctiontransistor)的例子进行了说明，但晶体管41及晶体管51也可以为场效应晶体管。另外，在所述实施方式中，对共振器1为晶体振子的情况进行了说明，但共振器1也可以为像陶瓷(ceramic)振荡子、微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)振子那样的其他共振器。另外，在所述实施方式中，对滤波器2包含电容器21及电容器22的构成进行了说明，但滤波器2也可以只包含电容器21及电容器22中的其中一个。

Claims (5)

1.一种差动振荡器，其特征在于包括：

共振器，至少具有第一共振模式及第二共振模式；

差动放大电路，使所述共振器振荡；以及

滤波器，与所述共振器及所述差动放大电路并联设置，且所述滤波器具有：所述第一共振模式下的第一共振频率、及所述第二共振模式下的第二共振频率，所述第一共振频率与所述第二共振频率的其中一个的所述滤波器的第一阻抗，小于所述第一共振频率与所述第二共振频率的另一个的所述滤波器的第二阻抗；且

在所述第一共振频率及所述第二共振频率中，在所述滤波器的所述第二阻抗较大的频率下具有负电阻，在所述滤波器的所述第一阻抗较小的频率下不具有负电阻。

2.根据权利要求1所述的差动振荡器，其特征在于：

所述滤波器包括：

并联共振电路；

第一电容器，设置在所述并联共振电路的一端与所述共振器的一端之间；以及

第二电容器，设置在所述并联共振电路的另一端与所述共振器的另一端之间。

3.根据权利要求2所述的差动振荡器，其特征在于：

所述并联共振电路具有相互并联连接的电感器、第三电容器及电阻，且

所述差动振荡器具有所述负电阻的频率下的所述第一电容器及所述第二电容器的电抗大于所述第三电容器的电抗。

4.根据权利要求1或2所述的差动振荡器，其特征在于：

所述滤波器包含可变电容元件，且所述滤波器的阻抗特性根据施加在所述可变电容元件的控制电压而变化。

5.根据权利要求3所述的差动振荡器，其特征在于：

所述滤波器包含可变电容元件，所述可变电容元件代替所述第三电容器，且所述滤波器的阻抗特性根据施加在所述可变电容元件的控制电压而变化。