JP2002237724A - 高周波水晶発振器 - Google Patents
高周波水晶発振器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
- H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
- H03B5/36—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device
- H03B5/366—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device and comprising means for varying the frequency by a variable voltage or current
- H03B5/368—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device and comprising means for varying the frequency by a variable voltage or current the means being voltage variable capacitance diodes
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】素子数を少なくして小型化を維持し、しかも雑
音を防止した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の基本波に対する
高調波成分のレベルを大きくして任意の高調波成分を弾
性表面波フィルタによって選択し、前記任意の高調波成
分を増幅して高周波発振出力を得た高周波水晶発振器で
あって、前記弾性表面波フィルタを形成する圧電基板を
水晶基板とした構成とする。
音を防止した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の基本波に対する
高調波成分のレベルを大きくして任意の高調波成分を弾
性表面波フィルタによって選択し、前記任意の高調波成
分を増幅して高周波発振出力を得た高周波水晶発振器で
あって、前記弾性表面波フィルタを形成する圧電基板を
水晶基板とした構成とする。
Description
【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、特に小型化に適して雑音の少ない高周波
発振器に関する。
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、特に小型化に適して雑音の少ない高周波
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。このことから、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、デジタル信号を送
信するため、一般には電圧制御型とする。近年では、こ
の種のものにおいても、小型化が求められている（参照
技術１：特願2000-244682、同２特願平11-329318号）。
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。このことから、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、デジタル信号を送
信するため、一般には電圧制御型とする。近年では、こ
の種のものにおいても、小型化が求められている（参照
技術１：特願2000-244682、同２特願平11-329318号）。
【０００３】（参照技術１の説明）第１図は上記の参照
技術１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、弾
性表面波フィルタ（表面波フィルタ）２と、広帯域増幅
器３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）から形成される共振回
路と、そ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とからなる。これらは、所謂コルピッツ
型と呼ばれる。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。
技術１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、弾
性表面波フィルタ（表面波フィルタ）２と、広帯域増幅
器３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）から形成される共振回
路と、そ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とからなる。これらは、所謂コルピッツ
型と呼ばれる。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。
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】そして、ここでは、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。これによ
り、発振出力の基本波成分ｆ1に対する高調波成分（ｆ2
〜ｆn）のレベルを大きくする（第３図）。
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。これによ
り、発振出力の基本波成分ｆ1に対する高調波成分（ｆ2
〜ｆn）のレベルを大きくする（第３図）。
【０００６】表面波フィルタ２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。圧電基
板は、広帯域化及び低挿入損失をえるため、結合係数の
大きいタンタル酸リチュウム（ＬｉＴａＯ3）が選択さ
れる。そして、基本波の４倍となる高調波（622.08ＭＨ
z）を選択する。
の表面に入出力用の交差指電極を形成してなる。圧電基
板は、広帯域化及び低挿入損失をえるため、結合係数の
大きいタンタル酸リチュウム（ＬｉＴａＯ3）が選択さ
れる。そして、基本波の４倍となる高調波（622.08ＭＨ
z）を選択する。
【０００７】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。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。図中の符号Ｃ
3は結合コンデンサである。なお、必ずしも広帯域増幅
器３とする必要はない。
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。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。図中の符号Ｃ
3は結合コンデンサである。なお、必ずしも広帯域増幅
器３とする必要はない。
【０００８】（参照技術２の説明）参照技術２では、水
晶発振器の出力波形を歪ませる代わりに、広帯域増幅器
の飽和領域を利用して発振出力を増幅して、基本波成分
ｆ1及び高調波成分（ｆ2〜ｆn）を概ね同一レベルに大
きくする。そして、前述同様に表面波フィルタによって
４倍となる高調波成分を選択して、これを増幅する。
晶発振器の出力波形を歪ませる代わりに、広帯域増幅器
の飽和領域を利用して発振出力を増幅して、基本波成分
ｆ1及び高調波成分（ｆ2〜ｆn）を概ね同一レベルに大
きくする。そして、前述同様に表面波フィルタによって
４倍となる高調波成分を選択して、これを増幅する。
【０００９】このようなもの（参照技術１及び２）で
は、基本的に、電圧制御型の水晶発振器１、表面波フィ
ルタ２及び広帯域増幅器３の３素子あるいは４素子から
高周波発振器を構成するので、部品点数を少なくする。
したがって、例えば水晶発振器の発振周波数（基本波）
を、ＬＣ共振回路からなる複数段の逓倍増幅器によって
増幅し、高周波数を得る所謂高周波逓倍発振器に比較
し、大幅な小型化を実現する。例えば高周波逓倍発振器
に対して、上述の参照技術１では体積比で１／８以下に
する。
は、基本的に、電圧制御型の水晶発振器１、表面波フィ
ルタ２及び広帯域増幅器３の３素子あるいは４素子から
高周波発振器を構成するので、部品点数を少なくする。
したがって、例えば水晶発振器の発振周波数（基本波）
を、ＬＣ共振回路からなる複数段の逓倍増幅器によって
増幅し、高周波数を得る所謂高周波逓倍発振器に比較
し、大幅な小型化を実現する。例えば高周波逓倍発振器
に対して、上述の参照技術１では体積比で１／８以下に
する。
【００１０】
【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、表面波フ
ィルタ２に起因して次の問題があった。すなわち、前述
したように表面波フィルタ２を形成する圧電基板は、結
合係数の大きいタンタル酸リチュウムを適用する。しか
し、タンタル酸リチュウムは強誘電性であるため、焦電
作用を有する。焦電作用は特に急激な温度変化によっ
て、結晶上の２点間に電位差を生じて放電する現象であ
る。この現象により、表面波フィルタの出力側に放電に
よるパルスが検出される。
しかしながら、上記構成の高周波発振器では、表面波フ
ィルタ２に起因して次の問題があった。すなわち、前述
したように表面波フィルタ２を形成する圧電基板は、結
合係数の大きいタンタル酸リチュウムを適用する。しか
し、タンタル酸リチュウムは強誘電性であるため、焦電
作用を有する。焦電作用は特に急激な温度変化によっ
て、結晶上の２点間に電位差を生じて放電する現象であ
る。この現象により、表面波フィルタの出力側に放電に
よるパルスが検出される。
【００１１】これらのことから、表面波フィルタ２の出
力側に生ずるパルスが、そのまま広帯域増幅器３によっ
て増幅され、高周波発振器の出力周波数に雑音として発
生する。したがって、例えば屋外に接地されて温度変化
が激しい環境下で使用される通信機器では致命的な問題
となる。
力側に生ずるパルスが、そのまま広帯域増幅器３によっ
て増幅され、高周波発振器の出力周波数に雑音として発
生する。したがって、例えば屋外に接地されて温度変化
が激しい環境下で使用される通信機器では致命的な問題
となる。
【００１２】このため、例えば表面波フィルタの表面に
クロム（Ｃｒ）等の抵抗膜を設けてアース接地し、放電
を防止してパルスの発生を防止することが提案及び実施
されている（例えば特公昭63-67363号公報）。しかし、
現実には、高抵抗値とする例えばクロム（Ｃｒ）の薄膜
を得ることを困難とし、不充分なものとなっている。
クロム（Ｃｒ）等の抵抗膜を設けてアース接地し、放電
を防止してパルスの発生を防止することが提案及び実施
されている（例えば特公昭63-67363号公報）。しかし、
現実には、高抵抗値とする例えばクロム（Ｃｒ）の薄膜
を得ることを困難とし、不充分なものとなっている。
【００１３】（発明の目的）本発明は、素子数を少なく
して小型化を維持し、しかも雑音を防止した高周波発振
器を提供することを目的とする。
して小型化を維持し、しかも雑音を防止した高周波発振
器を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、表面波フ
ィルタによって任意の高調波成分を選択し、この高調波
成分を増幅して高周波発振出力を得るとともに、表面波
フィルタを形成する圧電基板に水晶基板を適用したこと
を基本的な解決手段とする。
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成分を選択し、この高調波
成分を増幅して高周波発振出力を得るとともに、表面波
フィルタを形成する圧電基板に水晶基板を適用したこと
を基本的な解決手段とする。
【００１５】
【作用】本発明では、前述したように発振周波数（源
振）の高調波成分を大きくして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。また、表面波フィルタを水晶基板から形成
するので、焦電作用が小さく温度変化による放電及びパ
ルスの発生を防止する。
振）の高調波成分を大きくして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。また、表面波フィルタを水晶基板から形成
するので、焦電作用が小さく温度変化による放電及びパ
ルスの発生を防止する。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図
を参照して説明する。なお、前従例と同一部分の説明は
簡略又は省略する。高周波発振器は、この例では前述し
た参照技術１のように、電圧制御型として水晶振動子４
と分割コンデンサＣ（１、２）から共振回路を形成し、
出力波形を歪ませて高調波成分ｆ（２〜ｎ）を大きくし
たコルピッツ型の水晶発振器１と、基本波ｆ1（155.52
ＭＨz）に対する４倍の高調波成分ｆ4（622.08ＭＨz）
を選択する表面波フィルタ２と、特に４倍の高調波成分
を増幅する広帯域増幅器３からなる。
を参照して説明する。なお、前従例と同一部分の説明は
簡略又は省略する。高周波発振器は、この例では前述し
た参照技術１のように、電圧制御型として水晶振動子４
と分割コンデンサＣ（１、２）から共振回路を形成し、
出力波形を歪ませて高調波成分ｆ（２〜ｎ）を大きくし
たコルピッツ型の水晶発振器１と、基本波ｆ1（155.52
ＭＨz）に対する４倍の高調波成分ｆ4（622.08ＭＨz）
を選択する表面波フィルタ２と、特に４倍の高調波成分
を増幅する広帯域増幅器３からなる。
【００１７】そして、この例では、表面波フィルタ２を
形成する圧電基板をタンタル酸リチュウムに代えて水晶
基板とする。水晶基板は例えばＳＴカットからなる。水
晶基板上には図示しない例えばトランスバーサル型とし
た入出力用のインタデジタル（ＩＤＴ）電極を有する。
ＩＤＴ電極は一対の共通電極から電極指が延出して互い
に交差する。そして、入力用ＩＤＴ電極に入力された水
晶発振器の発振出力から、前述のように４倍の高調波成
分を選択する。
形成する圧電基板をタンタル酸リチュウムに代えて水晶
基板とする。水晶基板は例えばＳＴカットからなる。水
晶基板上には図示しない例えばトランスバーサル型とし
た入出力用のインタデジタル（ＩＤＴ）電極を有する。
ＩＤＴ電極は一対の共通電極から電極指が延出して互い
に交差する。そして、入力用ＩＤＴ電極に入力された水
晶発振器の発振出力から、前述のように４倍の高調波成
分を選択する。
【００１８】なお、表面波フィルタはトランスバーサル
型に限らず、例えば対称モード及び斜対称モードを利用
した共振型であってもよい。これらの点は参照技術も同
様である。
型に限らず、例えば対称モード及び斜対称モードを利用
した共振型であってもよい。これらの点は参照技術も同
様である。
【００１９】このようなものでは、圧電基板としての水
晶基板は強誘電性ではないので、基本的に焦電作用がな
い。したがって、温度変化があっても水晶基板に電位差
を生じることがないので、放電もしないしこれによるパ
ルスも検出されない。このことから、高周波出力からは
焦電作用による雑音が除去される。そして、素子数を少
なくして小型化を維持した高周波発振器を得ることがで
きる。なお、上記実施例では参照技術１を例として説明
したが、参照技術２の広帯域増幅器によって高調波成分
を増幅する場合でも同様に適用できる。
晶基板は強誘電性ではないので、基本的に焦電作用がな
い。したがって、温度変化があっても水晶基板に電位差
を生じることがないので、放電もしないしこれによるパ
ルスも検出されない。このことから、高周波出力からは
焦電作用による雑音が除去される。そして、素子数を少
なくして小型化を維持した高周波発振器を得ることがで
きる。なお、上記実施例では参照技術１を例として説明
したが、参照技術２の広帯域増幅器によって高調波成分
を増幅する場合でも同様に適用できる。
【００２０】
【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
任意の高調波成分を選択し、この高調波成分を増幅して
高周波発振出力を得るとともに、表面波フィルタを形成
する圧電基板に水晶基板を適用したので、素子数を少な
くして小型化を維持し、しかも雑音を防止した高周波発
振器を提供できる。
調波成分のレベルを増加させ、表面波フィルタによって
任意の高調波成分を選択し、この高調波成分を増幅して
高周波発振出力を得るとともに、表面波フィルタを形成
する圧電基板に水晶基板を適用したので、素子数を少な
くして小型化を維持し、しかも雑音を防止した高周波発
振器を提供できる。
【図１】本発明の参照技術を説明する高周波発振器の回
路図である。
路図である。
【図２】本発明の参照技術を説明する水晶発振器の出力
波形である。
波形である。
【図３】本発明の参照技術を説明する出力波形の周波数
スペクトラム図である。
スペクトラム図である。
１ 水晶発振器、２ 表面波フィルタ、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−ド．
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−ド．
Claims (1)
- 【請求項１】水晶振動子を用いた発振回路の基本波に対
する高調波成分のレベルを大きくして任意の高調波成分
を弾性表面波フィルタによって選択し、前記任意の高調
波成分を増幅して高周波発振出力を得た高周波水晶発振
器であって、前記弾性表面波フィルタを形成する圧電基
板を水晶基板としたことを特徴とする高周波水晶発振
器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033084A JP2002237724A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 高周波水晶発振器 |
| CNB021034923A CN100559709C (zh) | 2001-02-09 | 2002-02-06 | 高频晶体振荡器和高频信号产生方法 |
| CA002371130A CA2371130C (en) | 2001-02-09 | 2002-02-07 | High frequency crystal oscillator and high frequency signal generating method |
| US10/071,832 US6762651B2 (en) | 2001-02-09 | 2002-02-07 | High frequency crystal oscillator and high frequency signal generating method |
| EP04077212A EP1473827A3 (en) | 2001-02-09 | 2002-02-08 | High frequency crystal oscillator and high frequency signal generating method |
| EP02250883A EP1231707A1 (en) | 2001-02-09 | 2002-02-08 | High frequency crystal oscillator and high frequency signal generating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001033084A JP2002237724A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 高周波水晶発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002237724A true JP2002237724A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=18896893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001033084A Pending JP2002237724A (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 高周波水晶発振器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6762651B2 (ja) |
| EP (2) | EP1473827A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002237724A (ja) |
| CN (1) | CN100559709C (ja) |
| CA (1) | CA2371130C (ja) |
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