JP2003046335A - 温度補償水晶発振器 - Google Patents
温度補償水晶発振器Info
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Abstract
を提供する。 【構成】周波数温度特性を有する水晶発振器の発振閉ル
ープ内に電圧可変容量素子を挿入し、前記電圧可変容量
素子に温度補償電圧を印加して前記周波数温度特性を補
償してなる温度補償水晶発振器において、前記電圧可変
容量素子のアノードに前記温度補償電圧を印加し、前記
電圧可変容量素子のカソードに通電を阻止する固定電圧
を印加した構成とする。
Description
(以下、温度補償発振器とする)を産業上の技術分野と
し、特に位相雑音を低減した温度補償発振器に関する。
動子に起因した水晶発振器の周波数温度特性を補償して
周波数安定度を高めることから、例えば携帯電話等の移
動体通信機器に周波数の基準源として採用される。そし
て、近年では、デジタル通信時等の通話品質を確保する
ため、特に位相雑音を小さくしたものが求められる。
明する温度補償発振器の回路図である。温度補償発振器
は水晶発振器と温度補償機構とからなり、これらはIC
チップ内に集積化される。水晶発振器はインダクタとし
ての水晶振動子1の両端側に、発振用コンデンサを兼ね
た電圧可変容量素子2(ab)を接続してなる。水晶振
動子1は例えばATカットとして周波数温度特性(温度
特性とする)を三次曲線とする。
1と共振回路を形成し、ここではアノードを基準電位と
してのアース電位に接地する。水晶振動子1の端子間に
は、帰還抵抗3を有し、共振回路の共振周波数を増幅す
る反転(インバータ)増幅器4が接続する。要するに、
水晶発振器の発振閉ループ内に電圧可変容量素子2を挿
入してなる。図中の符号5は直流阻止のコンデンサであ
る。なお、水晶発振器の温度特性は水晶振動子に起因し
て同様の三次曲線(関数)となる。
けた抵抗の温度抵抗特性を利用して周囲温度に応答した
小レベルの温度検出信号を形成し、これを元にして増幅
したりして定電圧源から温度補償電圧Vcを生成する。
温度補償電圧Vcは、第4図に示したように、水晶発振
器の温度特性に応答して基準値Vcoに三次関数が重畳し
た電圧とする。
温度補償電圧Vcが電圧可変容量素子2(ab)のカソ
ードに印加されると、電圧可変容量素子の端子間の容量
が変化する。したがって、水晶振動子1から見た直列等
価容量も変化するので、水晶発振器の温度特性に応答し
た補償電圧Vcとすることにより、同温度特性を補償し
て平坦にする。
ソードに対して逆電圧が印加され、これにより電圧可変
容量素子2の端子間容量が電圧に反比例して小さくな
る。要するに、電圧可変容量素子2のアノード・カソー
ド間を通電させることなく、逆電圧によって端子間の容
量を変化させる。
しかしながら、上記構成の水晶発振器では、温度補償電
圧Vcをカソードに印加することによって、次の問題が
あった。すなわち、第5図に示したように、発振出力
(高周波電圧、上限値Vmax、下限値Vmin)は、温度補
償電圧Vcを中心値としてこれに重畳する。したがっ
て、電圧可変容量素子2のアノードに対してカソードを
正(+)に維持するには、発振出力の下限値Vminがア
ノードの電位(ここでは0V)よりも大きくしなければ
ならない。
は、発振出力の振幅レベルに応じて即ち振幅レベルの半
値(Vmax+Vmin)/2をオフセット電圧として上乗せ
した電圧値にする必要がある。しかし、温度補償電圧V
cは、前述のように抵抗の温度特性による小レベルの温
度検出信号に基づいてこれを増幅して定電圧源から生成
される。そして、定電圧源から生成される電圧は高いほ
ど雑音を多く含む。これらのことから、温度補償電圧V
c(基準値Vco)は発振出力に応じて電圧を高くするの
で、雑音成分を多く含んで位相雑音特性を低下させる問
題があった。
好に維持した温度補償発振器を提供することを目的とす
る。
素子のアノードに温度補償電圧を、カソードに通電を阻
止する固定電圧を印加したことを基本的な解決手段とす
る。
度補償電圧を印加するので、カソードに印加する固定電
圧を相対的に大きくすれば逆電圧とする。したがって、
高周波電圧(発振出力)の振幅レベルを考慮することな
く、温度補償電圧を設定できる。これにより、温度補償
電圧にはオフセット電圧(Vmax+Vmin)/2を不要と
してその値を小さくできるので、これに含まれる雑音を
小さくする。以下、本発明の一実施例を説明する。
償発振器の回路図である。なお、前従来例と同一部分に
は同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。温度
補償発振器は、前述したように、水晶振動子1及び帰還
抵抗3を有する反転増幅器4等からなる水晶発振器の発
振閉ループ内に、アノードを接地した水晶振動子1を挿
入してなる。図中の符号7(ab)は直流阻止のコンデ
ンサである。
b)のアノードに、基準電圧Vcoに三次曲線が重畳した
補償電圧Vcを印加する(前第4図)。また、カソード
には固定電圧Voを印加する。固定電圧Voは、少なくと
も補償電圧Vcの上限値に高周波電圧の振幅レベルの半
値(Vmax+Vmin)/2(前述のオフセット電圧)を加
えた値よりも、高い電圧とする。
源Vdに抵抗8と二個のダイオード9(ab)の直列回
路を接続し、その中点(接続点)から供給される。言わ
ば、定電圧源Vdからの電圧を抵抗8とダイオード9
(ab)で分圧する。
子2(ab)のアノードに温度補償電圧Vcを印加する
ので、これをカソードに印加する場合に比較して電圧値
を小さくできる。すなわち、電圧可変容量素子2に対し
て逆電圧を印加するに際し、前述したオフセット電圧
(Vmax+Vmin)/2を上乗せする必要がないので、こ
の分温度補償電圧Vc(基準値Vco)を小さくできる。
したがって、定電圧源から温度補償電圧Vcを生成する
際、雑音を低減できる。
源Vdを抵抗8とダイオード9(ab)の分圧によって
生成する。すなわち、ダイオード9(ab)の順方向降
下電圧分の電圧(0.7×2V)を得る。したがって、定電
圧源Vdの雑音成分はダイオードを経て基準電位に流入
するので、雑音を除去した電圧になる(参照:特開平20
01−44758号公報)。なお、ここでは、ダイオードは2
個として1.4Vを得たが、必要な電圧に応じて複数個を
直列接続すればよい。
容量素子2のカソードに印加する固定電圧Voには雑音
を除去した電圧を印加し、しかもアノードに補償電圧V
cを印加する。したがって、補償電圧Vcにオフセット電
圧(Vmax+Vmin)/2を上乗せしなくてよいので、温
度補償電圧Vc(基準値Vco)を小さくして雑音成分を
小さくできる。したがって、位相雑音特性を改善でき
る。
温度補償発振器の回路図である。なお、前第1実施例と
同一部分の説明は省略又は簡略する。前第1実施例では
電圧可変容量素子2(ab)のカソードに固定電圧Vo
を印加したが、第2実施例では固定電圧Voとして周波
数制御電圧Vaを印加する。周波数制御電圧Vaは、自動
周波数制御(AFC)回路から供給される。AFC回路
は温度補償発振器が搭載されるセット基板に形成され、
例えば基地局からの基準信号を受信する。そして、基準
信号に応答して、温度補償発振器の基準発振周波数(常
温時の発振周波数)を制御する。
た定電圧源Vdに接続した抵抗8とダイオード9(a
b)の中点に分割抵抗10(ab)の一端を接続する。
そして、分割抵抗10(ab)の他端に周波数制御電圧
Vaを入力して、分割抵抗10(ab)の中点から高周
波阻止抵抗6を経て電圧可変容量素子2(ab)に、分
圧された周波数制御電圧Vaoを印加する。なお、周波数
制御電圧Vaはユーザーの仕様によって決定され、電圧
可変容量素子2の定格内にするために分圧される。そし
て、分圧された周波数制御電圧Vaoの最低電圧は、補償
電圧Vcの上限値にオフセット電圧(Vmax+Vmin)/
2を加えた値よりも高くする。
温度補償電圧Vcを電圧可変容量素子2のアノードに印
加し、オフセット電圧(Vmax+Vmin)/2を上乗せし
た周波数制御電圧Vaoをカソードに印加して、電圧可変
容量素子2に逆電圧を印加する。したがって、温度補償
電圧Vcをカソードに印加する場合に比較して、オフセ
ット電圧分の電圧値を小さくできる。これにより、温度
補償電圧Vc(基準値Vco)を生成する際、雑音成分を
低減して、位相雑音特性を改善できる。
ソードに印加する固定電圧Voは温度補償電圧の上限値
にオフセット電圧を加えた電圧以上としたが、電圧可変
容量素子は順方向降下電圧Vt例えば約0.7Vを有する。
したがって、実際には、固定電圧は順方向電圧Vtを差
し引いた値とすればよい。
電圧は約0.7Vとして説明したが、これは常温25℃の
値であり、実際には微小な温度特性を有する。したがっ
て、この温度特性による周波数変化が無視できない場合
には、水晶振動子1の温度特性を例えば切断角度を変え
ることによって予め補正しておけばよい。
側にそれぞれ設けたが、一端側でも適用できる。さら
に、インバータ増幅器を用いたが、トランジスタ等を用
いた増幅器であったとしても適用できる。また、固定電
圧Voは、ダイオードの順方向電圧を利用して低雑音の
生成したが、例えば予め雑音の小さい固定電圧(電池)
を使用してもよい。但し、実施例の方がIC内部で生成
できるので、小型化にとっては有利である。本発明は以
上のようにその趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更自在
とする。
に温度補償電圧を、カソードに逆電圧となる固定電圧を
印加したので、位相雑音特性を良好に維持した温度補償
発振器を提供できる。
回路図である。
の回路図である。
る。
る。
る。
抗、4 インバータ増幅器、5、7 直流阻止のコンデ
ンサ、6 高周波阻止抵抗、8、10 抵抗、9ダイオ
ード.
Claims (4)
- 【請求項1】周波数温度特性を有する水晶発振器の発振
閉ループ内に電圧可変容量素子を挿入し、前記電圧可変
容量素子に温度補償電圧を印加して前記周波数温度特性
を補償してなる温度補償水晶発振器において、前記電圧
可変容量素子のアノードに前記温度補償電圧を印加し、
前記電圧可変容量素子のカソードに通電を阻止する固定
電圧を印加してなる温度補償水晶発振器。 - 【請求項2】前記固定電圧は前記温度補償電圧の上限値
に発振出力の振幅レベルの半値を加えてしかも前記電圧
可変容量素子の順方向降下電圧を差し引いた値以上の電
圧である請求項1の温度補償水晶発振器。 - 【請求項3】前記固定電圧は自動周波数制御回路からの
周波数制御電圧である請求項1の温度補償水晶発振器。 - 【請求項4】前記固定電圧は定電圧源に接続した抵抗と
ダイオードの直列回路からなり、前記直列回路の接続点
から供給された電圧である請求項1、2又は3の温度補
償水晶発振器。
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