JP2000332537A - 圧電発振回路 - Google Patents

圧電発振回路

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JP2000332537A
JP2000332537A JP11144023A JP14402399A JP2000332537A JP 2000332537 A JP2000332537 A JP 2000332537A JP 11144023 A JP11144023 A JP 11144023A JP 14402399 A JP14402399 A JP 14402399A JP 2000332537 A JP2000332537 A JP 2000332537A
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JP
Japan
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circuit
oscillation circuit
voltage
piezoelectric oscillation
transistor
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JP11144023A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Matsumoto
好明 松本
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コルピッツ発振器の発振起動時間を短縮し、
又は発振周波数の出力レベル安定性を向上させた圧電発
振回路を提供すること。 【解決手段】 第1の手段は、コルピッツ発振器等の圧
電発振回路におけるエミッタ電流を、微分回路の出力電
圧をFETに印加し、該FETによって制御するよう構
成することによって高速起動性を図った。第2の手段
は、ベース側バイアス回路に常時電源を印加するよう構
成し、更にコレクタ側バイアス回路は発振動作を必要と
する時のみ電源を印加するよう構成することによって高
速起動性を図った。第3の手段は電圧電流変換器の出力
信号によって差動増幅器の利得を調節することにより、
出力レベルの安定性を図った。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電発振回路に関
し、特に高速起動性又は低消費電力或いは出力信号レベ
ルの安定性等の諸特性を向上した圧電発振回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】圧電発振器は、移動体通信機器などの各
種通信機器、電子機器及びOA機器などの基準周波数源
として幅広く利用されている。その圧電発振器の中で
も、増幅素子としてトランジスタを用い、また圧電素子
として水晶振動子を用いたコルピッツ発振器が一般的に
広く利用されている。このコルピッツ発振器の基本的な
回路は、図4に図示した様に、トランジスタQ1のベー
ス・エミッタ間とエミッタ・アース間に夫々コンデンサ
C1、C2を、又ベース・アース間に圧電振動子X1を
それぞれ接続し、更には抵抗R1乃至R4をトランジス
タQ1のバイアス抵抗として接続したものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】また一方、近年の移動
体通信機器では、バッテリーによる長時間動作を目的と
して、発振回路等の一部回路を間欠動作させる手法が用
いられるようになった。このような手法においては、よ
り高性能の通信を可能とするため、より高速に且つ安定
に起動する発振器が要求されるようになってきた。
【0004】しかしながら、従来のコルピッツ発振回路
では、種々の理由によりその要求に応えることが困難で
あった。即ち、本発明は上述した問題を解決するために
なされたものであり、高速起動性、出力レベルの安定性
といった諸特性について、より高性能な圧電発振回路を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するため請求項1の発明は、半導体増幅素子を含むコ
ルピッツ型圧電発振回路において、前記半導体増幅素子
のバイアス制御回路が、電源供給された直後に,該半導
体増幅素子の増幅度が大きく且つ時間の経過とともにそ
の増幅度が小さくなるよう機能するものであることを特
徴とする。
【0006】請求項2の発明は,前記バイアス制御回路
が,電界効果トランジスタを含み、そのゲートバイアス
回路に、抵抗とコンデンサからなる微分回路又は積分回
路を備えるとともに該電界効果トランジスタのドレイン
とソースを介して前記半導体増幅素子にバイアスをあた
えることを特徴とする。
【0007】請求項3の発明は,半導体増幅素子を含む
コルピッツ型圧電発振回路において、前記半導体増幅素
子のバイアス回路には電源を常時印加し、該素子の他の
所要部への電源供給は、発振動作を必要とする時のみ印
加するよう構成することを特徴とする。
【0008】請求項4の発明は,少なくともコルピッツ
型発振器と、前記発振器出力を入力とする電圧電流変換
器を含む差動増幅器と、発振器出力レベル検出器とを備
え、前記レベル検出器の出力信号によって、前記電圧電
流変換器の出力電流を制御することによって,出力信号
が常にほぼ一定の大きさになるよう制御したことを特徴
とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態例に基づ
いて本発明を詳細に説明する。 (第一の実施形態例)図1は、本発明による圧電発振回
路の一形態例を示す図である。図中1は、コルピッツ発
振器であり、トランジスタQ1のベース・エミッタ間と
エミッタ・アース間に夫々コンデンサC1、C2を、又
ベース・アース間に圧電振動子X1をそれぞれ接続し、
更に抵抗R1乃至R4をトランジスタQ1のバイアス抵
抗として接続する。また図中2は、バイアス制御回路で
あり、電源Vccとアースとの間にコンデンサC3と抵
抗R5の直列回路からなる微分回路を接続し、前記コン
デンサC3と前記抵抗R5の接続点(図中a点)をエン
ハンスメント型NチャネルMOS電界効果トランジスタ
Q2(以下、単にトランジスタQ2と称する)のゲート
に接続する。更に前記トランジスタQ2のドレインは抵
抗R6を介し前記トランジスタQ1のエミッタに接続
し、また前記トランジスタQ2のソースはアースに接続
する。
【0010】次に、上記構成の回路動作について説明す
る。スイッチSWをオンにした場合、コルピッツ発振器
1及びバイアス制御回路2には電源Vccの大きさの電
圧がステップ的に印加される。この時、コンデンサC3
と抵抗R5からなる微分回路の出力電圧(図中a点の電
圧)は、電圧が瞬時に零からVccの値に変化した後、
過渡的に減少するよう変化する。このような変化を示す
電圧信号をトランジスタQ2のゲートに印加すると、ト
ランジスタQ2のソース・ドレイン間が、電源が印加さ
れた瞬時に低インピーダンス状態となり、更に時間の経
過とともに高インピーダンス状態に変化する。
【0011】一方、コルピッツ発振器におけるトランジ
スタQ1のエミッタ・アース間に接続されるエミッタ抵
抗の値は、抵抗R6及びトランジスタQ2のソース・ド
レイン間インピーダンスの直列和と、抵抗R4との並列
合成和で与えることができる。従って前記エミッタ抵抗
の値は、電源投入時に最小の値となり、以降時間の経過
とともに抵抗R4の値まで大きくなるよう動作する。
【0012】一般にコルピッツ発振器においては、他の
条件を一定と考えるとエミッタ抵抗を小さくすると、ト
ランジスタのエミッタに流れる電流(以下、エミッタ電
流)が大きくなり、また大きなエミッタ電流を流した場
合の方が発振器の発振起動時間が短くなることが知られ
ている。従って、上述の如く構成することによって、電
源が印加された瞬間にのみエミッタ抵抗の抵抗値が小く
なり、定常時よりも大きなエミッタ電流が流れるため、
従来のコルピッツ発振回路よりもより短い時間で周波数
の発振を起動させることができる。
【0013】(第2の実施形態例)図2は、本発明によ
る圧電発振回路の他の一形態例を示す図である。同図の
3はカスコード型コルピッツ発振器であって、トランジ
スタQ1のベース・エミッタ間とエミッタ・アース間に
夫々コンデンサC1、C2を、又ベース・アース間に圧
電振動子X1を、更にエミッタ・アース間に抵抗R1を
それぞれ接続し、トランジスタQ1のコレクタ側にはト
ランジスタ2を縦属接続し、該トランジスタQ2のベー
ス・アース間にはコンデンサC3を接続する。
【0014】同図の4は電源Vccが常時供給されてい
る第1の電源供給点であり、該第1の電源供給点4とア
ースとの間に抵抗R2、R3、R4及びNチャネルMO
S電界効果トランジスタQ3(以下単にトランジスタQ
3と称す)のドレイン・ソース間を直列に接続し、更に
前記抵抗R2とR3との接続点をトランジスタQ2のベ
ースに接続し、前記抵抗R3とR4との接続点をトラン
ジスタQ1のベースに接続し、ベース側バイアス回路を
構成する。同図の5は発振動作を必要とする時にのみ電
源Vccを供給する第2の電源供給点であり、該第2の
電源供給点5を抵抗R5を介してトランジスタQ2のコ
レクタに接続し、コレクタ側バイアス回路を構成すると
ともに、前記第2の電源供給点5を前記トランジスタQ
3のゲートに接続し、更に前記第2の電源供給点5とア
ースとの間に抵抗R6を接続する。
【0015】次に、上記構成の回路動作について説明す
る。スイッチSWがオフの場合、第2の電源供給点5、
即ち、トランジスタQ3のゲートの電位は零になるか
ら、前記ベース側バイアス回路を構成しているトランジ
スタQ3のドレイン・ソース間の抵抗値は非常に大きい
値となる。従って常時電源が印加される前記第1の電源
供給点4から前記ベース側バイアス回路に流れる電流は
ごく僅かであり、しかもベース側バイアス回路に接続す
るコンデンサC1、C2及びC3は常に充電された状態
にある。上記の状態において、スイッチSWをオンにし
た場合、第2の電源供給点5には電源電圧Vccが印加
され、トランジスタQ3のゲート電位が大となるから、
該トランジスタQ3のドレイン・ソース間の抵抗が非常
に小さい値に変化する。従ってベース側バイアス回路は
周波数の発振に適切なバイアス電圧を発生するよう変化
し、トランジスタQ1及びQ2に適切なベース電流を流
すよう動作する。
【0016】一般に抵抗やコンデンサ等の電子部品で構
成した回路にステップ的に直流電源を印加したとき、コ
ンデンサ等に電荷が流入する過渡現象を経て定常状態に
至るものである。しかしながら、本発明の構成によれ
ば、コンデンサC1、C2及びC3が常に充電された状
態にあり、電源が印加された直後の過渡状態を経ずに定
常状態に至ることができることから、従来のコルピッツ
発振回路に比べてより短い時間のうちに周波数の発振動
作に移行することができる。上述したカスコード型コル
ピッツ発振器においては、コンデンサC3の容量値をコ
ンデンサC1及びC2よりも大きな値になるよう設計す
るため、図4に図示した従来のコルピッツ回路に適用す
るよりも大きな効果を得ることができる。
【0017】(第3の実施形態例)図3は、本発明によ
る圧電発振回路の更に他の一形態例を示す図である。同
図の6はコルピッツ発振器であって、トランジスタQ1
のベース・エミッタ間とエミッタ・アース間に夫々コン
デンサC1、C2を、又ベース・アース間に圧電振動子
X1をそれぞれ接続し、更には抵抗R1乃至R4をトラ
ンジスタQ1のバイアス抵抗として構成する。
【0018】同図の7は、トランジスタQ2,Q3及び
電圧電流変換器U1からなる差動増幅器であり、該差動
増幅器7の入力の一方端、即ち、トランジスタQ2のベ
ースには、前記コルピッツ発振器4の出力端を接続し、
他方の入力端、即ちトランジスタQ3のベースにはバイ
アス用直流電源V2を接続する。更に該差動増幅器5の
出力端であるトランジスタQ3のコレクタには、検出回
路8を接続し、該検出回路8の出力を電圧電流変換器U
1の電圧入力端子に接続する。なお、該検出回路8は、
コンデンサC3及びダイオードD1からなる整流回路の
出力を、コンデンサC4と抵抗R6の平滑回路で電圧信
号に変換するよう構成する。また前記電圧電流変換器U
1は、入力電圧が小さいとき出力電流を大きく、逆に入
力電圧が大きいときに出力電流を小さくするよう機能す
る。
【0019】以下、この実施形態例の詳細な動作につい
て説明する。コルピッツ発振器6の発振周波数の出力レ
ベルが変動して所望の出力レベルよりも大きくなった場
合、差動増幅器7の出力信号(図中a点)が大きくな
り、更に検出回路8によって直流に変換された電圧信号
が大きくなる。更に該電圧信号によって、電圧電流変換
器U1の出力電流が小さくなるから、差動増幅器7の利
得が小さくなり、該差動増幅器7の出力信号が小さくな
る。
【0020】逆にコルピッツ発振器6の所望の出力レベ
ルよりも小さくなった場合、差動増幅器7の出力信号
(図中a点)が小さくなり、更に検出回路8で変換され
た電圧信号が小さくなる。更に該直流電圧信号によっ
て、電圧電流変換器U1の出力電流が大きくなるから、
差動増幅器7の利得が大きくなり、差動増幅器7の出力
信号が大きくなる。
【0021】一般にコルピッツ発振器は出力レベルが外
部温度などの影響やバイアス回路の変動を受けて変化し
やすいものであるが、本発明の如く構成することによ
り、発振周波数の出力レベルを常に一定に制御可能な圧
電発振回路を得ることができる。
【0022】以上、3つの実施形態例について夫々個別
のものとして詳細に説明したが、これら実施形態例の構
成は互いに組合わせが可能であり、それぞれ固有の効果
を兼ね備えた発振器を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】請求項1及び請求項2に記載の発明によ
れば、発振回路の電源投入時にエミッタ電流を大きく
し、その後、急速にエミッタ電流を小さくするので、発
振回路の起動時間を短縮することが出来る。
【0024】請求項3に記載の発明によれば、発振回路
に用いるコンデンサを常に充電状態に維持できるので発
振回路の起動時間を短縮することが出来る。
【0025】請求項4に記載の発明によれば、発振回路
の出力変動に応じて発振回路の出力端に設けた差動増幅
器の出力を制御するので、高い安定性の発振回路を得る
ことが出来る。
【0026】以上のように、本発明の圧電発振回路よれ
ば、高速起動性、低消費電力或は出力レベルといった発
振回路の電気的な諸特性の性能を向上させることが可能
であり、移動体通信等の通信機器により好適な圧電発振
回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電発振回路における第1の実施形態
【図2】本発明の圧電発振回路における第2の実施形態
【図3】本発明の圧電発振回路における第3の実施形態
【図4】従来のコルピッツ型圧電発振回路
【符号の説明】
X1 圧電振動子、R1〜R6 抵抗、C1〜C6 コ
ンデンサ、Q1〜Q2トランジスタ、Vcc,V2 直
流電源、U1 電圧電流変換器、D1 ダイオード 1,6 コルピッツ発振器、2 バイアス制御回路、3
カスコード型コルピッツ発振器、4 第1の電源供給
点、5 第1の電源供給点、7 差動増幅器、8レベル
検出器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体増幅素子を含むコルピッツ型圧電発
    振回路において、前記半導体増幅素子のバイアス制御回
    路が、電源供給された直後に,該半導体増幅素子の増幅
    度が大きく且つ時間の経過とともにその増幅度が小さく
    なるよう機能するものであることを特徴とする圧電発振
    回路。
  2. 【請求項2】前記バイアス制御回路が,電界効果トラン
    ジスタを含み、そのゲートバイアス回路に、抵抗とコン
    デンサからなる微分回路又は積分回路を備えるとともに
    該電界効果トランジスタのドレインとソースを介して前
    記半導体増幅素子にバイアスをあたえることを特徴とす
    る請求項1に記載の圧電発振回路。
  3. 【請求項3】半導体増幅素子を含むコルピッツ型圧電発
    振回路において、前記半導体増幅素子のバイアス回路に
    は電源を常時印加し、該素子の他の所要部への電源供給
    は、発振動作を必要とする時のみ印加するよう構成する
    ことを特徴とする圧電発振回路。
  4. 【請求項4】少なくともコルピッツ型発振器と、前記発
    振器出力を入力とする電圧電流変換器を含む差動増幅器
    と、発振器出力レベル検出器とを備え、前記レベル検出
    器の出力信号によって、前記電圧電流変換器の出力電流
    を制御することによって,出力信号が常にほぼ一定の大
    きさになるよう制御したことを特徴とする圧電発振回
    路。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002007302A1 (fr) * 2000-07-17 2002-01-24 Toyo Communication Equipment Co., Ltd. Oscillateur piezoelectrique

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002007302A1 (fr) * 2000-07-17 2002-01-24 Toyo Communication Equipment Co., Ltd. Oscillateur piezoelectrique
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