JP2000165144A - Voltage controlled piezoelectric oscillator - Google Patents

Voltage controlled piezoelectric oscillator

Info

Publication number
JP2000165144A
JP2000165144A JP11258698A JP25869899A JP2000165144A JP 2000165144 A JP2000165144 A JP 2000165144A JP 11258698 A JP11258698 A JP 11258698A JP 25869899 A JP25869899 A JP 25869899A JP 2000165144 A JP2000165144 A JP 2000165144A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
variable
capacitance
capacitance element
voltage controlled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11258698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satokatsu Nakamura
里克 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Watch Co Ltd filed Critical Citizen Watch Co Ltd
Priority to JP11258698A priority Critical patent/JP2000165144A/en
Publication of JP2000165144A publication Critical patent/JP2000165144A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure a wide variable frequency region by suppressing blunting of increase in the frequency against controlling voltage in a high frequency band by inserting an element formed by serially connecting a resistance element and capacitance element in parallel as a variable voltage capacitance element to constitute an oscillator. SOLUTION: The capacitance element 106 is provided to prevent dividing voltage of resistance due to a high resistance element 104 and the resistance element 107 between a controlled voltage input terminal 105 and the variable voltage capacitance element 103 from being caused. The combined value and a capacitance value of a phase control element are necessary to be set so that the real part of the combined impedance between the variable voltage capacitance element 103 and a phase control element when the capacitance value of the variable voltage capacitance element 103 becomes minimum within a range of controlled voltage have a value of a certain degree or higher to extend width of variable frequency. The larger the real part of the combined impedance between the variable voltage capacitance element 103 and the phase control element when the capacitance value of the variable voltage capacitance element 103 becomes minimum within the range of the control voltage becomes, the larger external quantity of the width of variable frequency becomes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、外部から印可する
制御電圧によって周波数の制御が可能な電圧制御圧電発
振器に関するものである。
The present invention relates to a voltage controlled piezoelectric oscillator whose frequency can be controlled by a control voltage applied from the outside.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電発振器のうち、外部から印可する制
御電圧によって周波数制御が可能なものは電圧制御圧電
発振器(通称VCXO)と呼ばれ、移動体通信や画像表
示の分野で幅広く使用されている。
2. Description of the Related Art Among piezoelectric oscillators, those whose frequency can be controlled by a control voltage applied from the outside are called voltage-controlled piezoelectric oscillators (commonly called VCXOs) and are widely used in the field of mobile communication and image display. .

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】圧電振動子に直列に容量を付加することに
より、共振周波数が変化することは良く知られており、
その時の周波数シフト量は上記数式1で近似される。数
式1の中でfsは振動子の直列共振周波数を、C0とC
1はそれぞれ振動子の並列等価容量および直列等価容量
を、CLは負荷容量を示す。
It is well known that adding a capacitance in series to a piezoelectric vibrator changes the resonance frequency.
The amount of frequency shift at that time is approximated by Equation 1 above. In Equation 1, fs represents the series resonance frequency of the vibrator, and C0 and C0
1 indicates a parallel equivalent capacitance and a series equivalent capacitance of the vibrator, respectively, and CL indicates a load capacitance.

【0005】電圧制御圧電発振器の基本構成を図2に示
す。直列に接続された圧電振動子201と電圧可変容量
素子203、上記圧電振動子を励振するための発振回路
202とから構成され、発振周波数を変化させる仕組み
に上記した共振周波数のシフトを利用している。すなわ
ち外部制御電圧入力端子205から制御電圧を印可する
ことにより電圧可変容量素子203の容量値を変化さ
せ、それに伴って出力クロック信号の周波数が変化す
る。制御電圧入力端子205と電圧可変容量素子203
間の抵抗素子204は制御電圧がバイアス電圧としての
みはたらき、信号のAC成分に影響を及ぼさぬよう、通
常数百キロオーム程度の高抵抗が用いられる。
FIG. 2 shows a basic configuration of a voltage controlled piezoelectric oscillator. It comprises a piezoelectric vibrator 201 connected in series, a voltage variable capacitance element 203, and an oscillation circuit 202 for exciting the piezoelectric vibrator, and utilizes the above-described shift of the resonance frequency in a mechanism for changing the oscillation frequency. I have. That is, by applying a control voltage from the external control voltage input terminal 205, the capacitance value of the voltage variable capacitance element 203 is changed, and the frequency of the output clock signal changes accordingly. Control voltage input terminal 205 and voltage variable capacitance element 203
The resistance element 204 in between has a high resistance of about several hundred kilo-ohms so that the control voltage acts only as a bias voltage and does not affect the AC component of the signal.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】電圧制御圧電発振器に
おける周波数可変範囲は通常できるだけ広いことが求め
られ、そのために従来は容量可変範囲の広い電圧可変容
量素子の使用や、γ値(=C0/C1)の小さい圧電振
動子の使用が行われているが、これらの特性にはいずれ
も限界がある。特に図3に示すように電圧制御圧電発振
器の制御電圧対周波数特性における周波数の高い領域で
周波数の延びが鈍ってしまい、広い可変範囲が得られな
いという問題がある。これは現状の電圧可変容量素子で
は容量小領域において図4に示すように容量値が飽和し
てしまうことが主因であり、また実際に使用においては
端子や配線等の寄生容量が加わるためにこの傾向はいっ
そう顕著になる。
The frequency variable range of a voltage controlled piezoelectric oscillator is generally required to be as wide as possible. For this reason, conventionally, a voltage variable capacitive element having a wide capacitance variable range has been used, and a γ value (= C0 / C1) has been conventionally used. Although the use of a piezoelectric vibrator having a small size is performed, all of these characteristics have limitations. In particular, as shown in FIG. 3, there is a problem that the extension of the frequency becomes slow in a high frequency region in the control voltage versus frequency characteristic of the voltage controlled piezoelectric oscillator, and a wide variable range cannot be obtained. This is mainly due to the fact that the current voltage variable capacitance element saturates the capacitance value in a small capacitance region as shown in FIG. 4, and in actual use, parasitic capacitance such as terminals and wiring is added. The trend becomes even more pronounced.

【0007】本発明の目的は、上述した周波数高域での
制御電圧に対する周波数の伸びの鈍化をなくし、広い周
波数可変範囲をもった電圧制御圧電発振器を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a voltage controlled piezoelectric oscillator having a wide frequency variable range by eliminating the above-mentioned slowdown of frequency expansion with respect to a control voltage in a high frequency range.

【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
に本発明の電圧制御圧電発振器は、抵抗素子と容量素子
を直列に接続したもの(以下位相制御素子と記述)を、
電圧可変容量素子に並列に挿入することを特徴としてい
る。
In order to achieve the above object, a voltage controlled piezoelectric oscillator according to the present invention comprises a series connection of a resistance element and a capacitance element (hereinafter referred to as a phase control element).
It is characterized by being inserted in parallel to a voltage variable capacitance element.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下に本発明の
実施の形態を図面を用いて説明する。本発明の基本構成
を図1に示す。容量素子106と抵抗素子107を直列
に接続した位相制御素子を、電圧可変容量素子103に
並列に接続することにより電圧制御圧電発振器の周波数
可変範囲を拡大させることを特徴としている。本構成に
より周波数可変範囲が拡大する理由を以下に述べる。
(Embodiment 1) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention. By connecting a phase control element in which a capacitance element 106 and a resistance element 107 are connected in series to the voltage variable capacitance element 103 in parallel, the frequency variable range of the voltage controlled piezoelectric oscillator is expanded. The reason why the frequency variable range is expanded by this configuration will be described below.

【0010】[0010]

【数2】 (Equation 2)

【0011】電圧可変容量素子の容量値をCv、これに
並列に接続する抵抗と容量の値をそれぞれRp、Cpと
したとき、これらの合成インピーダンスは上記数式2で
表される。合成インピーダンスとして容量成分(虚数
項)の他に圧電振動子に対して直列に抵抗成分(実数
項)が生じることがわかる。
Assuming that the capacitance value of the voltage variable capacitance element is Cv, and the resistance and capacitance values connected in parallel thereto are Rp and Cp, respectively, their combined impedance is expressed by the above equation (2). It can be seen that a resistance component (real number term) occurs in series with the piezoelectric vibrator in addition to the capacitance component (imaginary number term) as the combined impedance.

【0012】圧電発振回路の発振条件を示すボード線図
は、一般に図5のような形で表される。図5中、上図は
位相相図を、下図はゲイン相図を表し、位相が0゜にな
る点でゲインが0dB以上であれば発振条件を満たし発
振が開始される。図5に示すように圧電発振回路の発振
点は、振動子の直列共振周波数よりやや大きい周波数に
なることが一般的である。
A Bode diagram showing the oscillation conditions of the piezoelectric oscillation circuit is generally represented as shown in FIG. In FIG. 5, the upper diagram shows the phase phase diagram, and the lower diagram shows the gain phase diagram. If the gain is 0 dB or more at the point where the phase becomes 0 °, the oscillation condition is satisfied and oscillation starts. As shown in FIG. 5, the oscillation point of the piezoelectric oscillation circuit generally has a frequency slightly higher than the series resonance frequency of the vibrator.

【0013】圧電発振回路において圧電振動子に直列に
ある大きさ以上の抵抗成分が接続されると、発振回路の
位相条件が図6に示すような変化を受ける。図6中破線
は図5に示した抵抗成分を接続しないときの位相および
ゲインであり、対して実線は抵抗成分を直列に接続した
ときの位相およびゲインである。共振点の移動は起こら
ず、位相曲線がややなだらかになることにより0゜をク
ロスする点が移動し、発振周波数が高い方にシフトされ
る効果が生じる。このときゲインは共振点のピークがや
や低下するほかはほとんど変化が生じない。
When a resistance component having a certain magnitude or more is connected in series to the piezoelectric vibrator in the piezoelectric oscillation circuit, the phase condition of the oscillation circuit changes as shown in FIG. The broken line in FIG. 6 shows the phase and gain when the resistance components shown in FIG. 5 are not connected, while the solid line shows the phase and gain when the resistance components are connected in series. The resonance point does not move and the phase curve becomes slightly gentle, so that the point crossing 0 ° moves and the oscillation frequency is shifted to a higher one. At this time, the gain hardly changes except that the peak of the resonance point slightly decreases.

【0014】上述の如く適切な大きさの抵抗素子を電圧
可変容量素子に直列に挿入した場合、発振周波数が高域
にシフトすることがわかるが、圧電発振回路において抵
抗素子を直接振動子に直列接続した場合には、図7に示
すように制御電圧対周波数特性の全体が上方へシフトさ
れるだけで、周波数可変範囲を大きく拡大させることは
難しい。
As described above, when a resistor having an appropriate size is inserted in series with the voltage variable capacitor, it can be seen that the oscillation frequency shifts to a higher range. However, in the piezoelectric oscillation circuit, the resistor is directly connected to the vibrator. When connected, only the entire control voltage vs. frequency characteristic is shifted upward as shown in FIG. 7, and it is difficult to greatly expand the frequency variable range.

【0015】これに対して本発明の構成においては数式
2からわかるように、抵抗成分が電圧可変容量素子の容
量Cvの二乗にほぼ反比例するため、素子の値を適切に
選んでやることによって、Cv大である周波数低域では
ほとんど周波数を変化させずに、Cv小である周波数高
域の周波数をより高い値にシフトさせることが可能であ
る。この結果図8の実線に示すように電圧制御圧電発振
器の周波数可変範囲を大幅に拡大することが可能にな
る。
On the other hand, in the configuration of the present invention, as can be seen from Equation 2, the resistance component is almost inversely proportional to the square of the capacitance Cv of the voltage variable capacitance element. Therefore, by appropriately selecting the element value, In the low frequency range where Cv is large, the frequency in the high frequency range where Cv is small can be shifted to a higher value with little change in frequency. As a result, as shown by the solid line in FIG. 8, the frequency variable range of the voltage controlled piezoelectric oscillator can be greatly expanded.

【0016】[0016]

【数3】 (Equation 3)

【0017】数式2の虚数項から求めた容量成分は上記
数式3で表され、Cvに加算される項の分、元の電圧可
変容量素子の容量値から増加する。このことは定性的に
は共振周波数を低下させる方向にはたらくが、実際に電
圧制御発振器に使用されるメガヘルツ以上の周波数帯域
においてはこの増加分は非常に小さい値になり、定量的
にはほとんど影響を与えない。
The capacitance component obtained from the imaginary term of Equation 2 is expressed by Equation 3 above, and increases from the original capacitance value of the voltage variable capacitance element by the term added to Cv. This qualitatively works in the direction of lowering the resonance frequency, but in the frequency band above megahertz actually used for voltage-controlled oscillators, this increase becomes a very small value, and it has almost no effect quantitatively. Do not give.

【0018】図1に示された位相制御素子のうちの容量
素子106は、制御電圧入力端子105と電圧可変容量
素子103間の高抵抗素子104と抵抗素子107によ
る抵抗分圧が起こらない目的で設けてられており、電圧
可変容量素子の容量値Cvに比べて同程度かそれ以上の
値のものを用いれば、合成インピーダンスにおける抵抗
成分と容量成分の両方に対してほとんど影響を及ぼさな
い。
The capacitance element 106 of the phase control element shown in FIG. 1 is used for the purpose of preventing the resistive voltage division by the high resistance element 104 and the resistance element 107 between the control voltage input terminal 105 and the voltage variable capacitance element 103. If a capacitor having a value equal to or greater than the capacitance value Cv of the voltage variable capacitance element is used, it hardly affects both the resistance component and the capacitance component in the combined impedance.

【0019】数式2および数式3に実際の値を代入した
ときの計算結果の例を以下に示す。圧電振動子101の
共振周波数が10メガヘルツで、電圧可変容量素子10
3の容量値が3ピコファラッドから30ピコファラッド
まで変化する場合を考えてみると、位相制御素子のうち
抵抗素子107の抵抗値を100キロオーム、容量素子
106の容量値を10ピコファラッドとした場合、Cv
=3ピコファラッドでの合成インピーダンスの抵抗成分
(実数項)は280.1オームであるのに対し、Cv=
30ピコファラッドでの抵抗成分はわずか2.81オー
ムである。また容量の増加分はCv=3ピコファラッド
時0.01ピコファラッド、Cv=30ピコファラッド
時0.003ピコファラッドとどちらもほとんど影響を
及ぼさないレベルであることがわかる。
Examples of calculation results when actual values are substituted into Expressions 2 and 3 are shown below. The resonance frequency of the piezoelectric vibrator 101 is 10 MHz, and the voltage variable capacitance element 10
Considering the case where the capacitance value of 3 changes from 3 picofarads to 30 picofarads, when the resistance value of the resistive element 107 is 100 kohm and the capacitance value of the capacitive element 106 is 10 picofarads among the phase control elements. , Cv
= The resistance component (real term) of the combined impedance at 3 picofarads is 280.1 ohms, whereas Cv =
The resistance component at 30 picofarads is only 2.81 ohms. It can also be seen that the increase in capacity is 0.01 picofarad when Cv = 3 picofarads, and 0.003 picofarad when Cv = 30 picofarads, which is a level that hardly affects both.

【0020】上記条件でどのくらいの周波数シフトが起
こるかを回路シュミレーションによって求めた結果で
は、Cv=3ピコファラッドの場合には発振周波数はR
pおよびCpを挿入しない場合に比べて406へルツ正
側にシフトするのに対して、Cv=30ピコファラッド
では周波数シフトはわずか4.1ヘルツであり、該条件
下において周波数可変範囲は403ヘルツ、割合にして
40.3ppm拡大されることがわかる。
As a result of calculating how much frequency shift occurs under the above conditions by circuit simulation, when Cv = 3 picofarads, the oscillation frequency becomes R
In contrast to the case where p and Cp are not inserted, the shift to the positive side of 406 Hertz is performed, whereas the frequency shift is only 4.1 Hertz at Cv = 30 picofarads, and the frequency variable range is 403 Hertz under the above conditions. It can be seen that the ratio is enlarged by 40.3 ppm.

【0021】上記計算からも分かるように周波数可変幅
を拡大するためには、電圧可変容量素子103の容量値
が制御電圧範囲内で最小になるときの、電圧可変容量素
子103と位相制御素子の合成インピーダンス(数式
2)の実数(抵抗)成分が、ある程度以上の値を持つよ
う位相制御素子の抵抗値および容量値を設定する必要が
ある。具体的には上記合成インピーダンスの実数(抵
抗)成分が少なくとも10オーム以上になるような位相
制御素子の値を選ばないと有効な周波数可変幅の拡大は
望めない。
As can be seen from the above calculation, in order to increase the frequency variable width, when the capacitance value of the voltage variable capacitance element 103 is minimized within the control voltage range, the voltage variable capacitance element 103 and the phase control element It is necessary to set the resistance value and the capacitance value of the phase control element so that the real number (resistance) component of the combined impedance (Equation 2) has a certain value or more. Specifically, unless the value of the phase control element is selected so that the real number (resistance) component of the combined impedance becomes at least 10 ohms or more, an effective expansion of the frequency variable width cannot be expected.

【0022】圧可変容量素子103の容量値が制御電圧
範囲内で最小になるときの、電圧可変容量素子103と
位相制御素子の合成インピーダンス(数式2)の実数
(抵抗)成分は大きければ大きいほど周波数可変幅の拡
大量も大きくなるが、上記実数(抵抗)成分は、回路の
発振余裕の目安である負性抵抗を打ち消す方向にはたら
くため、この値をむやみに大きくしすぎることは、発振
停止等の問題を引き起こす。圧可変容量素子103の容
量値が制御電圧範囲内で最小になるときの、電圧可変容
量素子103と位相制御素子の合成インピーダンス(数
式2)の実数(抵抗)成分は少なくとも発振回路の負性
抵抗の絶対値以下になるように位相制御素子の前記抵抗
素子107の抵抗値および前記容量素子106の容量値
を設定する必要がある。
The larger the real number (resistance) component of the combined impedance (Equation 2) of the voltage variable capacitance element 103 and the phase control element when the capacitance value of the voltage variable capacitance element 103 is minimized within the control voltage range. Although the amount of expansion of the frequency variable width also increases, the real number (resistance) component acts in a direction to cancel the negative resistance which is a measure of the oscillation margin of the circuit. Etc. cause problems. When the capacitance value of the voltage variable capacitance element 103 is minimized within the control voltage range, the real (resistance) component of the combined impedance (Equation 2) of the voltage variable capacitance element 103 and the phase control element is at least the negative resistance of the oscillation circuit. It is necessary to set the resistance value of the resistance element 107 of the phase control element and the capacitance value of the capacitance element 106 so as to be equal to or less than the absolute value of the phase control element.

【0023】なお本発明は電圧制御圧電発振器(VCX
O)の他,周波数可変機能をもった温度制御発振回路
(通称TCXO)等にも応用が可能である。また、本発
明による電圧制御圧電発振器(VCXO)は後述するC
MOSインバータ902を用いた発振回路のみならず、
トランジスタによるコルピッツ発振回路においても有効
である。
The present invention relates to a voltage controlled piezoelectric oscillator (VCX).
In addition to O), the present invention can be applied to a temperature controlled oscillator circuit (commonly called TCXO) having a frequency variable function. Further, the voltage controlled piezoelectric oscillator (VCXO) according to the present invention has a C
Not only the oscillation circuit using the MOS inverter 902,
It is also effective in a Colpitts oscillation circuit using transistors.

【0024】(実施の形態2)図1のブロック図に示し
た本発明の実際の回路図としては、図9に示すようにC
MOSインバータ902の入出力端がそれぞれ容量を介
して接地され、その少なくとも一方に電圧可変容量素子
903と位相制御素子904の並列接続の組み合わせを
配置した構成が考えられる。回路図中、DCカット容量
905はインバータ902への帰還信号の直流電圧成分
をカットするために設けられる。CMOSインバータを
使用した発振回路はトランジスタによるコルピッツ発振
回路に比べて大きな発振余裕が得られ、また大きな容量
値のコンデンサを必要としないため集積回路にまとめや
すい利点がある。図9の回路において位相制御素子90
4中の抵抗素子と容量素子の位置関係は逆になっても効
果は同様である。また図9では電圧可変容量素子903
と位相制御素子904の組み合わせをCMOSインバー
タ902のゲート側に配した構成を示したが、これら組
み合わせを配する位置はドレイン側でも構わない。
(Embodiment 2) As an actual circuit diagram of the present invention shown in the block diagram of FIG.
A configuration is conceivable in which the input / output terminals of the MOS inverter 902 are grounded via capacitors, and a combination of a parallel connection of the voltage variable capacitance element 903 and the phase control element 904 is arranged on at least one of them. In the circuit diagram, a DC cut capacitor 905 is provided for cutting a DC voltage component of a feedback signal to the inverter 902. An oscillation circuit using a CMOS inverter has a large oscillation margin compared to a Colpitts oscillation circuit using transistors, and has an advantage that it can be easily integrated into an integrated circuit because a large-capacity capacitor is not required. In the circuit of FIG.
The same effect is obtained even if the positional relationship between the resistive element and the capacitive element in No. 4 is reversed. In FIG. 9, the voltage variable capacitance element 903
Although the configuration in which the combination of the phase control element 904 and the phase control element 904 are arranged on the gate side of the CMOS inverter 902 is shown, the position where these combinations are arranged may be on the drain side.

【0025】本発明の別の回路図例を図10および図1
1に示す。図10の回路は位相制御素子のうちの容量素
子1006を共振ループ内に配した構成である。また図
11の回路はDCカット容量1105を共振ループ内に
設けた構成である。これらの構成において容量素子10
06およびDCカット容量1105は電圧可変容量素子
1103に対しての制限容量としてはたらくため、大き
な周波数可変幅を確保するためには比較的値の大きなも
のを使用する必要がある。
FIGS. 10 and 1 show another example of the circuit diagram of the present invention.
It is shown in FIG. The circuit in FIG. 10 has a configuration in which a capacitive element 1006 of the phase control elements is arranged in a resonance loop. The circuit of FIG. 11 has a configuration in which a DC cut capacitor 1105 is provided in a resonance loop. In these configurations, the capacitance element 10
Since the capacitor 06 and the DC cut capacitor 1105 serve as a limiting capacitor for the voltage variable capacitor 1103, it is necessary to use a capacitor having a relatively large value to secure a large frequency variable width.

【0026】図9乃至図11に示した回路図は、電圧可
変容量素子と位相制御素子の組み合わせをインバータゲ
ート側もしくはドレイン側のどちらか一方に配置したも
のであったが、図12に示すようにこの組み合わせをC
MOSインバータ1202のゲートおよびドレイン両側
に配置した構成も可能である。この回路構成では片側に
配した構成に比べて、電圧可変容量素子が複数になるた
め周波数可変幅を拡大できるのに加えて、ゲート側とド
レイン側の容量比のバランスが大きく崩れることがない
ため負性抵抗等にも好影響が見られる。ただこの電圧可
変容量素子を両側に配した構成では回路を集積回路化し
ない場合には部品点数が増加してしまうという欠点があ
る。
In the circuit diagrams shown in FIGS. 9 to 11, the combination of the voltage variable capacitance element and the phase control element is arranged on either the inverter gate side or the drain side, but as shown in FIG. This combination to C
A configuration in which the MOS inverter 1202 is arranged on both sides of the gate and the drain is also possible. In this circuit configuration, compared to the configuration arranged on one side, the number of voltage variable capacitance elements is plural, so that the frequency variable width can be expanded, and in addition, the balance of the capacitance ratio between the gate side and the drain side is not largely broken. Positive effects are also seen on negative resistance. However, the configuration in which the voltage variable capacitance elements are arranged on both sides has a disadvantage that the number of components increases unless the circuit is integrated.

【0027】本発明を集積回路にまとめることを考え
る。電圧制御圧電発振器用の電圧可変容量素子として
は、半導体のpn接合容量(通称バリキャップ)が多く
用いられるが、その他MOSのゲート容量(通称MOS
−C)等を利用することも可能である。これらを集積回
路中に作り込む場合、単体の場合と異なり集積回路の一
部分に不純物の濃度勾配を付けることが難しいため、単
体として製造したものに比べて容量可変比がどうしても
小さくなってしまう。すなわち電圧制御発振回路を集積
回路化する場合、電圧可変容量素子を集積回路内に取り
込むか否かは、集積度と周波数可変幅のどちらを重要視
するかによって判断が異なってくる。
Consider integrating the invention into an integrated circuit. As a voltage variable capacitance element for a voltage controlled piezoelectric oscillator, a semiconductor pn junction capacitance (commonly called a varicap) is often used.
-C) and the like can also be used. When these are formed in an integrated circuit, it is difficult to impart a concentration gradient of impurities to a part of the integrated circuit, unlike the case of a single unit, so that the capacitance variable ratio is inevitably smaller than that of a single unit. That is, when the voltage-controlled oscillation circuit is integrated, whether to incorporate the voltage variable capacitance element into the integrated circuit depends on which of the degree of integration and the frequency variable width is important.

【0028】図13および図14はそれぞれ本発明を集
積回路化した図を示しており、図13は電圧化変容量素
子1303を内蔵した場合、図14は電圧化変容量素子
1403を外付けした場合である。図中点線で囲われた
部分1300および1400が集積回路を表し、点線上
に描かれた四角形1308、1309および1408、
1409、1410が集積回路の入出力端子を表してい
る。いずれの場合も電圧可変容量素子1303および1
403に並列に接続される位相制御素子1304および
1404は集積回路1300および1400に内蔵する
ことが可能であり、部品点数の増加を抑えることができ
る。なお実際の発振器用集積回路では発振段の後段に波
形整形用バッファ、分周回路、出力バッファ等を備えて
いるが、図13,図14ではこれらは省略して描写して
いる。
FIGS. 13 and 14 show integrated circuits of the present invention. FIG. 13 shows a case where a voltage-converting capacitor element 1303 is built-in, and FIG. Is the case. In the figure, portions 1300 and 1400 surrounded by dotted lines represent integrated circuits, and rectangles 1308, 1309 and 1408 drawn on dotted lines,
Reference numerals 1409 and 1410 represent input / output terminals of the integrated circuit. In each case, the voltage variable capacitance elements 1303 and 1
Phase control elements 1304 and 1404 connected in parallel to 403 can be incorporated in integrated circuits 1300 and 1400, and an increase in the number of components can be suppressed. In an actual oscillator integrated circuit, a waveform shaping buffer, a frequency dividing circuit, an output buffer, and the like are provided after the oscillation stage, but these are omitted from FIGS. 13 and 14.

【0029】(実施の形態3)図15に示すように電圧
可変容量素子1503に並列に接続された位相制御素子
のうち抵抗素子の一部もしくは全体を外部から調節可能
な可変抵抗素子1508で構成することにより、発振器
完成体において外部から中心周波数や周波数可変幅や、
制御電圧に対する周波数変化の線形性を調節することが
可能になり、発振器製造時の熱や応力等によって生じる
周波数誤差を補正することが可能になる。可変抵抗素子
1508としては一般に多く用いられる機械トリマー式
可変抵抗の他、レーザー光によりチップ抵抗の抵抗値を
トリミングするタイプの可変抵抗素子や電圧制御可変抵
抗素子も使用可能である。
(Embodiment 3) As shown in FIG. 15, a part or the whole of a resistance element of a phase control element connected in parallel to a voltage variable capacitance element 1503 is constituted by a variable resistance element 1508 which can be adjusted from the outside. By doing so, the center frequency, frequency variable width,
It is possible to adjust the linearity of the frequency change with respect to the control voltage, and it is possible to correct a frequency error caused by heat, stress, or the like at the time of manufacturing the oscillator. As the variable resistance element 1508, a variable resistance element of a type in which the resistance value of a chip resistor is trimmed by laser light or a voltage-controlled variable resistance element can be used in addition to a mechanical trimmer type variable resistance that is generally used.

【0030】可変抵抗素子として電圧制御抵抗を用いた
場合には、発振回路を集積回路化する場合、可変抵抗素
子も集積回路内に内蔵することが可能である。可変抵抗
を内蔵した場合の回路図例を図16に示す。電圧可変抵
抗としては例えば図16に示すようにゲート印可電圧に
よるMOSトランジスタ1614のオン抵抗値の変化を
用いることが可能である。ゲート印可電圧値を記憶する
ためのROM,RAM等の記憶素子1612を集積回路
1600内に備え、外部から抵抗値信号入力端子161
1経由で電気的に記憶素子1612に設定値を書き込む
ことにより、抵抗値を調節することが可能である。D/
Aコンバータ1613は記憶素子1612内に記憶され
たデジタル信号をアナログ電圧に変換するためのもので
ある。近年発振器の小型化が著しいが、該構成の発振回
路であれば外形の大きな可変抵抗素子を外付けにする必
要がないため非常に小さなサイズの発振器にも対応可能
である。なお図16では容量可変素子を外付けにした場
合を記述してあるが、実施の形態2で述べたのと同様こ
れを内蔵した構成ももちろん可能である。
When a voltage control resistor is used as the variable resistance element, when the oscillation circuit is integrated, the variable resistance element can be built in the integrated circuit. FIG. 16 shows an example of a circuit diagram in which a variable resistor is incorporated. As the voltage variable resistor, for example, as shown in FIG. 16, a change in the ON resistance value of the MOS transistor 1614 due to the gate application voltage can be used. A storage element 1612 such as a ROM or a RAM for storing the gate applied voltage value is provided in the integrated circuit 1600, and a resistance signal input terminal 161 is externally provided.
The resistance value can be adjusted by electrically writing the set value to the storage element 1612 via the line 1. D /
The A converter 1613 is for converting a digital signal stored in the storage element 1612 into an analog voltage. In recent years, downsizing of oscillators has been remarkable, but an oscillation circuit having such a configuration does not require an external variable resistance element having a large outer shape, so that an oscillator having a very small size can be supported. Although FIG. 16 illustrates a case where the variable capacitance element is externally attached, a configuration incorporating the variable capacitance element is naturally possible as described in the second embodiment.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べたように本発明の電圧制御圧電
発振器は、制御電圧対周波数特性の高周波数領域におい
ても周波数の延びの鈍化がなく、従来の製品に比べて広
い周波数可変範囲を得ることが可能である。
As described above, the voltage controlled piezoelectric oscillator of the present invention does not slow down the frequency expansion even in the high frequency region of the control voltage versus frequency characteristic, and obtains a wider frequency variable range than the conventional product. It is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電圧制御圧電発振器の基本構成図であ
る。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a voltage controlled piezoelectric oscillator of the present invention.

【図2】従来の電圧制御圧電発振器の基本構成図であ
る。
FIG. 2 is a basic configuration diagram of a conventional voltage controlled piezoelectric oscillator.

【図3】電圧制御圧電発振器の制御電圧対周波数特性の
例である。
FIG. 3 is an example of a control voltage versus frequency characteristic of a voltage controlled piezoelectric oscillator.

【図4】電圧可変容量素子の印可電圧対端子間容量特性
の例である。
FIG. 4 is an example of an applied voltage vs. terminal-to-terminal capacitance characteristic of a voltage variable capacitance element.

【図5】発振回路のボード線図の例である。FIG. 5 is an example of a Bode diagram of an oscillation circuit.

【図6】圧電振動子に直列に抵抗成分が挿入されたとき
のボード線図の変化を示す例である。
FIG. 6 is an example showing a change in a Bode diagram when a resistance component is inserted in series into a piezoelectric vibrator.

【図7】圧電振動子に直列に抵抗素子が挿入されたとき
の電圧周波数特性の変化を示す例である。
FIG. 7 is an example showing a change in voltage frequency characteristics when a resistance element is inserted in series with a piezoelectric vibrator.

【図8】本発明による電圧周波数特性の変化を示す例で
ある。
FIG. 8 is an example showing a change in a voltage frequency characteristic according to the present invention.

【図9】本発明の実際の回路図の一例である。FIG. 9 is an example of an actual circuit diagram of the present invention.

【図10】本発明の実際の回路図の一例である。FIG. 10 is an example of an actual circuit diagram of the present invention.

【図11】本発明の実際の回路図の一例である。FIG. 11 is an example of an actual circuit diagram of the present invention.

【図12】本発明の実際の回路図の一例である。FIG. 12 is an example of an actual circuit diagram of the present invention.

【図13】本発明を集積回路化した場合の構成図であ
る。
FIG. 13 is a configuration diagram when the present invention is integrated.

【図14】本発明を集積回路化した場合の構成図であ
る。
FIG. 14 is a configuration diagram when the present invention is integrated.

【図15】本発明の電圧制御圧電発振器の別の構成図で
ある。
FIG. 15 is another configuration diagram of the voltage controlled piezoelectric oscillator of the present invention.

【図16】図15の構成を集積回路化した場合の構成図
である。
FIG. 16 is a configuration diagram when the configuration of FIG. 15 is integrated;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、901 圧電振動子 102、202 発振回路 103、203、903 電圧可変容量素子 106 位相制御素子を構成する容量素子 107 位相制御素子を構成する抵抗素子 902 CMOSインバータ 1300、1400、1600 集積回路 1508 可変抵抗素子 1614 MOSトランジスタ 101, 201, 901 Piezoelectric vibrator 102, 202 Oscillation circuit 103, 203, 903 Voltage variable capacitance element 106 Capacitance element constituting phase control element 107 Resistance element constituting phase control element 902 CMOS inverter 1300, 1400, 1600 Integrated circuit 1508 Variable resistance element 1614 MOS transistor

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電振動子と、該圧電振動子に直列に接
続される電圧可変容量素子と、上記圧電振動子を励振す
るための発振回路とからなる電圧制御圧電発振器におい
て、さらに直列接続された抵抗素子と容量素子とを、前
記電圧可変容量素子に並列に接続したことを特徴とする
電圧制御圧電発振器。
1. A voltage controlled piezoelectric oscillator comprising a piezoelectric vibrator, a voltage variable capacitance element connected in series to the piezoelectric vibrator, and an oscillation circuit for exciting the piezoelectric vibrator, further connected in series. A voltage-controlled piezoelectric oscillator, wherein the resistance element and the capacitance element are connected in parallel to the voltage-variable capacitance element.
【請求項2】 前記電圧可変容量素子の容量値が制御電
圧範囲内で最小になるときの、前記抵抗素子と前記容量
素子および前記電圧可変容量素子の組み合わせによる合
成インピーダンスの実数成分が、10オーム以上かつ発
振回路の負性抵抗の絶対値以下になるように前記抵抗素
子および前記容量素子の値を設定したことを特徴とする
請求項1記載の電圧制御圧電発振器。
2. A real component of a combined impedance of a combination of the resistance element, the capacitance element, and the voltage variable capacitance element when a capacitance value of the voltage variable capacitance element is minimized within a control voltage range is 10 ohms. 2. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the values of the resistance element and the capacitance element are set to be equal to or less than the absolute value of the negative resistance of the oscillation circuit.
【請求項3】 前記発振回路は、その構成要素の一つで
あるCMOSインバータの入出力端の接地容量のうちの
少なくとも一方が前記抵抗素子と前記容量素子および前
記電圧可変容量素子の接続組み合わせ構成を接地容量と
して接地されていることを特徴とする請求項1もしくは
請求項2記載の電圧制御圧電発振器。
3. The oscillation circuit according to claim 1, wherein at least one of a ground capacitance at an input / output terminal of a CMOS inverter, which is one of the constituent elements, is a combination combination of the resistance element, the capacitance element, and the voltage variable capacitance element. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the voltage controlled piezoelectric oscillator is grounded as a ground capacitance.
【請求項4】 電圧制御発振器の構成素子のうち前記圧
電振動子と前記電圧可変容量素子を除く全ての素子が単
一の集積回路内に集積化されていることを特徴とする請
求項1、請求項2もしくは請求項3記載の電圧制御圧電
発振器。
4. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein all the elements except the piezoelectric vibrator and the voltage variable capacitance element are integrated in a single integrated circuit. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 2.
【請求項5】 電圧制御発振器の構成素子のうち前記圧
電振動子を除く全ての素子が単一の集積回路内に集積化
されていることを特徴とする請求項1、請求項2もしく
は請求項3記載の電圧制御圧電発振器。
5. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein all the elements except for the piezoelectric vibrator are integrated in a single integrated circuit. 3. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to 3.
【請求項6】 前記抵抗素子の一部もしくは全てが可変
抵抗素子によって構成されていることを特徴とする請求
項1、請求項2もしくは請求項3記載の電圧制御圧電発
振器。
6. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein part or all of said resistance element is constituted by a variable resistance element.
【請求項7】 前記可変抵抗素子が印加電圧によって抵
抗値が変化する電圧制御可変抵抗素子であることを特徴
とする請求項6記載の電圧制御圧電発振器。
7. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 6, wherein said variable resistance element is a voltage controlled variable resistance element whose resistance value changes according to an applied voltage.
【請求項8】 電圧制御発振器の構成素子のうち圧電振
動子と電圧可変容量素子を除く全ての素子が集積化さ
れ、さらに電圧制御可変抵抗素子への印加電圧値を記憶
する記憶素子を備えることを特徴とする請求項7記載の
電圧制御圧電発振器。
8. A voltage controlled oscillator in which all elements except for a piezoelectric vibrator and a voltage variable capacitance element are integrated, and further comprising a storage element for storing a voltage value applied to the voltage controlled variable resistance element. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 7, wherein:
【請求項9】 電圧制御発振器の構成素子のうち圧電振
動子を除いた全ての素子が集積化され、さらに電圧制御
可変抵抗素子への印加電圧値を記憶する記憶素子を備え
ることを特徴とする請求項7記載の電圧制御圧電発振
器。
9. A voltage-controlled oscillator, in which all the elements except for the piezoelectric vibrator are integrated, and further comprising a storage element for storing a voltage value applied to the voltage-controlled variable resistance element. A voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 7.
JP11258698A 1998-09-22 1999-09-13 Voltage controlled piezoelectric oscillator Pending JP2000165144A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11258698A JP2000165144A (en) 1998-09-22 1999-09-13 Voltage controlled piezoelectric oscillator

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26749598 1998-09-22
JP10-267495 1998-09-22
JP11258698A JP2000165144A (en) 1998-09-22 1999-09-13 Voltage controlled piezoelectric oscillator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000165144A true JP2000165144A (en) 2000-06-16

Family

ID=26543789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11258698A Pending JP2000165144A (en) 1998-09-22 1999-09-13 Voltage controlled piezoelectric oscillator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000165144A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6650547B2 (en) * 2002-02-25 2003-11-18 Omron Corporation Rotary structure for relaying signals
JP2008072553A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Seiko Npc Corp Voltage controlled quartz oscillator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6650547B2 (en) * 2002-02-25 2003-11-18 Omron Corporation Rotary structure for relaying signals
JP2008072553A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Seiko Npc Corp Voltage controlled quartz oscillator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003078348A (en) Voltage controlled oscillator and communication apparatus employing the same
KR100772747B1 (en) Voltage controlled oscillator with wide frequency range and low noise for integrated circuit fabrication
US7683742B2 (en) Integrated electronic circuitry comprising tunable resonator
US20070126485A1 (en) Voltage-controlled oscillator
JPH10284937A (en) Circuit for evading parasitic oscillation mode in oscillator resonance circuit
JP2003332842A (en) Oscillator
JP2000165144A (en) Voltage controlled piezoelectric oscillator
US6812801B2 (en) Crystal oscillator circuit having capacitors for governing the resonant circuit
JP2006033238A (en) Voltage-controlled oscillator
WO1998056112A2 (en) Oscillator frequency-drift compensation
JPH0846427A (en) Voltage controlled crystal oscillator
JPS641969B2 (en)
JP2005217773A (en) Voltage-controlled piezoelectric oscillator
JP3400165B2 (en) Oscillator and filter
JP2001016039A (en) Variable frequency oscillation circuit
JP4472892B2 (en) Voltage controlled crystal oscillator
JP2580660Y2 (en) Temperature compensated crystal oscillation circuit
JPH07273547A (en) Voltage controlled invereter oscillation circuit
JP2000216633A (en) Voltage controlled crystal oscillator
JP2007096396A (en) Oscillation circuit
JPH0319506A (en) Crystal oscillation circuit
JP2001024436A (en) Voltage-controlled oscillation circuit
JPH056363B2 (en)
JPS6260843B2 (en)
JPH0964641A (en) Temperature compensated crystal oscillation device