JP2002057527A

JP2002057527A - 高周波水晶発振器

Info

Publication number: JP2002057527A
Application number: JP2000244682A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Sato; 雄一佐藤
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【目的】素子数を少なくして小型化を促進し、信頼性の
高い高周波発振器を提供する。【構成】水晶振動子を用いた発振回路からなる高周波水
晶発振器において、前記発振回路の出力を歪ませること
によって高調波成分のレベルを増加させ、前記高調波成
分のうち任意の高調波を弾性表面波フィルタによって選
択し、前記高調波を増幅して発振出力を得る構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子を用い
た高周波水晶発振器（高周波発振器とする）を産業上の
技術分野とし、特に小型化に適した高周波発振器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】（発明の背景）高周波発振器は、例えば
デジタル情報の通信回線網に使用され、周波数安定度を
求められることから、特に水晶発振器が採用される。そ
して、出力周波数を例えば622.08ＭHzとした高周波帯と
することから、通常では水晶発振器の発振周波数を逓倍
して出力周波数を得る。また、一般には、デジタル情報
を送信するため、発振周波数を電圧で制御する電圧制御
型が採用される。

【０００３】（従来技術の一例）第６図は一従来例を説
明する高周波発振器の回路図である。高周波発振器は、
基本的に電圧制御型の水晶発振器１と逓倍増幅器２と広
帯域増幅器３とからなる。水晶発振器１は水晶振動子４
を誘導性として分割コンデンサＣ（1、2）と共振回路を
形成する。そして、共振回路の共振周波数を帰還増幅し
て発振させる発振用トランジスタ５からなる。これら
は、所謂コルピッツ型の水晶発振器１と称される。な
お、発振周波数は分割コンデンサＣ（1、2）の容量以外
の回路容量によって共振回路の共振周波数より若干低下
する。ここでは、発振周波数を基本波の155.52ＭHz（源
振）とする。

【０００４】発振用トランジスタ５はベースを水晶振動
子４の一端に、エミッタを分割コンデンサＣ（1、2）の
中点（接続点）に、コレクタを電源Ｖccに接続する。そ
して、例えば共振回路内となる水晶振動子４の他端とア
ース間に電圧可変容量素子例えば可変容量ダイオード６
を接続して、電圧制御型とする。そして、高周波阻止抵
抗Ｒ1を経て、可変容量ダイオード６に対して逆方向電
圧となる制御電圧Ｖcが入力され、発振周波数を可変す
る。

【０００５】逓倍増幅器２は、ＬＣの共振回路７をコレ
クタ側に有する、エミッタ接地としたトランジスタ８か
らなる。共振回路７は源振（155.52ＭHz）の４倍となる
共振周波数に設定され、出力周波数622.08ＭHzを得る。
ここでは、共振回路のコンデンサＣはトリマコンデンサ
として、調整を容易にする。なお、逓倍増幅器２はＡ級
増幅器として例えば３段接続とし、波形の歪みを少なく
して緩やかに（除々に）増幅し、さらに後段への入力レ
ベルまで増幅する。

【０００６】広帯域増幅器３は、最終段の増幅器として
入力に対する出力レベルが直線的なリニアＩＣ増幅器か
らなる（第８図）。そして、波形を維持して出力周波数
を規定の出力レベル値にする。リニアＩＣ増幅器は低消
費電力で増幅率が大きいことから、最終段として採用さ
れる。この例では、電源電圧Ｖccは３．３Ｖである。な
お、図中の符号Ｒ（2〜8）はバイアス抵抗、Ｃ（3〜5）
は結合コンデンサ、Ｃ6はバイパスコンデンサである。

【０００７】このようなものでは、例えばガラスエポキ
シ材からなり、電極パターン（未図示）及び端子９の形
成された回路基板１０に水晶振動子４、トランジスタ
５、８、抵抗、コンデンサ、インダクタ等の各素子１１
を搭載する（第７図）。そして、回路基板１０を金属ベ
ースに固定して金属カバーを被せ、いわゆるシールド容
器内に収容する構成としていた（未図示）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の高周波発振器では、水晶発振
器１の源振（155.52ＭHz）を複数段の逓倍増幅器２によ
って、規定の出力周波数（622.08ＭHz）及びレベルに到
達させるため、トランジスタ等の素子数を多くする。ま
た、共振回路７には、形状が大きくなるトリマコンサ１
１ａを使用したりするので、大型にならざるを得ない問
題があった。また、素子数が多いほど故障の頻度も大き
く、信頼性を損うおそれもあった。

【０００９】（発明の目的）本発明は、素子数を少なく
して小型化を促進し、信頼性の高い高周波発振器を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、発振回路の出
力を歪ませて高調波成分のレベルを増加させ、弾性表面
波フィルタ（表面波フィルタとする）によって任意の高
調波を選択し、この高調波を増幅して発振出力を得たこ
とを基本的な解決手段とする。

【００１１】

【作用】本発明では、発振周波数（源振）の高調波成分
を表面波フィルタによって選択し、これを増幅するの
で、複数段の逓倍増幅器を必要としない。以下、本発明
の一実施例を説明する。

【００１２】

【実施例】第１図は本発明の一実施例を説明する高周波
発振器のブロック図である。なお、前従来例図と同一部
分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
高周波発振器は、水晶発振器１、表面波フィルタ１２及
び広帯域増幅器３からなる。水晶発振器１は、前述のよ
うに水晶振動子４を誘導性としたコルピッツ発振回路と
し、制御電圧Ｖcによって発振周波数を可変する電圧制
御型とする。

【００１３】そして、この実施例では、発振用トランジ
スタ５のベース・バイアス抵抗Ｒ2、Ｒ3及びコレクタ側
とエミッタ側の負荷抵抗Ｒ4、Ｒ5の抵抗比を設定して、
発振出力Ｖoの中心電圧Ｖo0を電源電圧Ｖccの中心電圧
Ｖcc0よりも高くする。そして、通常では正弦波となる
出力波形の先頭部を第２図に示したように歪ませる。表
面波フィルタ１２は、図示しない圧電基板の表面に入出
力用の交差指電極を形成してなる。広帯域増幅器３は例
えば100ＭHzから2000ＭHzの周波数を増幅し、前述した
リニアＩＣ増幅器からなる。

【００１４】このようなものでは、水晶発振器１の出力
波形は先頭部を歪ませるので、矩形波に近づく。したが
って、発振出力の基本波ｆ1及びこれに対する高調波成
分ｆ2〜ｆnの出力レベル（周波数スペクトラム）は、第
３図に示したようになる。すなわち、基本波ｆ1に対し
て高調波成分ｆ2〜ｆnのレベルは徐々に小さくなるが、
充分に高いものとなる。例えば、第４高調波ｆ4のレベ
ルは基本波の７０％以上となる。なお、奇数字高調波
（2ｎ-1）ｆは次の偶数字高調波よりもレベルは高くな
る。これに対して、通常の正弦波の場合には、基本波ｆ
1に対する高調波ｆ2〜ｆnのレベルは１０％以下になる
（第４図）。

【００１５】この例では、水晶発振器１は発振周波数
（源振）ｆ1を155.52ＭHzとして発振させる。そして、
表面波フィルタ１２によって第４高調波ｆ4（622.08ＭH
z）のみを出力する。要するに、表面波フィルタ１２に
よって、第４高調波ｆ4を選択する。但し、厳格には、
表面波フィルタの帯域特性により第４高調波ｆ4を中心
とした周波数領域ｆ4±Δｆが出力される。そして、周
波数領域ｆ4±Δｆの中ではｆ4のレベルが格段に高い。
最後に、前述同様に広帯域増幅器３の直線部を利用して
第４高調波ｆ4を増幅して、これを発振出力とする。

【００１６】このようなことから、前述したような源振
の逓倍方式ではなく、高調波成分を使用するので、複数
段の逓倍増幅器２を使用することがない。そして、基本
的には、電圧制御型の水晶発振器、表面波フィルタ１２
及びリニアＩＣ増幅器の合計３素子で構成できる。

【００１７】したがって、逓倍方式に比較し、複数の逓
倍増幅器を構成するトランジスタ及び抵抗や共振回路の
コンデンサ、インダクタを使用することがないので、格
段に小型化を促進できる。ちなみに、従来例では、２０
（長さ）×２０（幅）×１０ｍｍをの面積を要したが、
概ね１０×１０×５ｍｍにまで縮小でき、面積比で約１
／４、体積比で１／８とすることができる。また、素子
数が極端に減少するので、高周波発振器の信頼性も高ま
る。

【００１８】

【他の事項】上記実施例では、水晶発振器１の出力は発
振用トランジスタ５のコレクタ側としたが、例えば第５
図に示したようにエミッタ側のバイアス抵抗Ｒ5を分割
抵抗Ｒ5（ａｂ）として、その中点を出力としてもよ
い。この場合も、バイアス抵抗Ｒ2、Ｒ3及びＲ5（ａ
ｂ）の抵抗比を設定することによって発振出力を歪ませ
るこっとができる。また、正弦波の上端側の先頭部を矩
形状に歪ませたが、下端側の先頭部を歪ませてもよい。
そして、高周波発振器は電圧制御型としたが、これに限
らず、通常の水晶発振器に適用できる。また、最終段の
広帯域増幅器３は特定された高調波成分のみを増幅すれ
ばよいので、広帯域でなくてもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、発振回路の出力を歪ませて高
調波成分のレベルを増加させ、表面波フィルタによって
任意の高調波を選択し、この高調波を増幅して発振出力
を得るので、素子数を少なくして小型化を促進し、信頼
性の高い高周波発振器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する高周波発振器のブ
ロック回路図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する水晶発振器の出力
波形図である。

【図３】本発明の一実施例を説明する水晶発振器のスペ
クトラム特性図である。

【図４】本発明の一実施例を比較した水晶発振器のスペ
クトラム特性図である。

【図５】本発明の他の実施例を説明する特に水晶発振器
の回路図である。

【図６】従来例を説明する高周波発振器の回路図であ
る。

【図７】従来例を説明する高周波発振器の構造図であ
る。

【図８】従来例を説明するリニアＩＣ増幅器の入出力特
性図である。

【符号の説明】

１水晶発振器、２逓倍増幅器、３広帯域増幅器、
４水晶振動子、５発振用トランジスタ、６可変容量
ダイオード、７共振回路、８トランジスタ９端
子、１０回路基板、１１回路素子、１２表面波フ
ィルタ．

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水晶振動子を用いた発振回路からなる高周
波水晶発振器において、前記発振回路の出力を歪ませる
ことによって高調波成分のレベルを増加させ、前記高調
波成分のうち任意の高調波を弾性表面波フィルタによっ
て選択し、前記高調波を増幅して発振出力を得たことを
特徴とする高周波水晶発振器。