JP2003198256A - Crystal oscillator - Google Patents

Crystal oscillator

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JP2003198256A
JP2003198256A JP2001392968A JP2001392968A JP2003198256A JP 2003198256 A JP2003198256 A JP 2003198256A JP 2001392968 A JP2001392968 A JP 2001392968A JP 2001392968 A JP2001392968 A JP 2001392968A JP 2003198256 A JP2003198256 A JP 2003198256A
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transistor
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Japanese (ja)
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亨是 ▲くわ▼野
Akitada Kuwano
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact sinusoidal wave output type crystal oscillator with low consumption current. <P>SOLUTION: A Colpitts type crystal oscillation circuit having a crystal resonator and an oscillating transistor, and a base-grounded amplifier type buffering transistor are provided. The oscillating transistor and the buffering transistor are connected in cascade via a resistor for cutting alternating current, one end of the crystal resonator is grounded through an interval between the base and the emitter of the buffering transistor, and the collector of the oscillating transistor is grounded in an alternating current way. As a direct current, since an oscillating transistor 2 and a buffering transistor 7 are connected in cascade (cascade connection), the collector currents of both the transistors can be commonly utilized, thereby enabling the compact sinusoidal wave output type crystal oscillator with low consumption current to be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は小型、且つ、低消費
電流型の正弦波出力型水晶発振器に関し、特に、出力信
号の歪みを低減した水晶発振器に関する。 【0002】 【従来の技術】一般にレベル制御型の位相比較器を備え
たデジタルPLL回路に於いては、基準入力信号と出力信
号とのジッタ発生(同期ズレ)を防止する為には、デュ
ーティー比が50%であるパルス入力信号が必要であ
る。この為、従来から基準信号源として図2に示すよう
な正弦波出力型水晶発振器を用い、その出力信号を例え
ばインバータ回路によってデューティー比50%のパル
ス波形を得ていた(正弦波中心電位はインバーターのス
レッシュホールドレベルに設定)。 【0003】図2に示す従来の正弦波出力型水晶発振器
100は、発振用増幅回路101と水晶振動子102を
備えたコルピッツ型水晶発振器と、例えばベース接地型
のバッファ回路103とを備えたものである。即ち、発
振用増幅回路101は、発振用トランジスタ104のベ
ースと接地との間に負荷容量の一部である容量105及
び容量106から成る直列回路を挿入接続し、該直列回
路の接続中点を発振用トランジスタ104のエミッタに
接続すると共に、エミッタ抵抗107を接続し、更に発
振用トランジスタ104のコレクタと電源電圧Vccライ
ンとの間に抵抗108を挿入接続すると共に、抵抗10
9及び抵抗110から成るベースバイアス回路を接続
し、発振用トランジスタ104のベースと接地との間に
水晶振動子102を挿入接続しコルピッツ型水晶発振器
用の増幅回路として機能するものである。 【0004】水晶発振器100は、水晶振動子102の
励振信号の一部を入力信号とするよう水晶振動子102
の一端と出力端OUTとの間にバッファ回路103を挿入
接続したものである。そして、このような構成の水晶発
振器100は、水晶振動子102が高Q値であることか
ら、その励振信号が正弦波となるので、水晶振動子10
2の一端から直接信号を導出すれば同調回路等の複雑な
回路構成を必要とすることなく小型構成に於いて正弦波
信号(デューティ比50%)を出力することができる。 【0005】 【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のような構成の水晶発振器100の場合、発振用増幅回
路101とバッファ回路103とが並列構成である為、
それぞれに個別の消費電流が発生し、電力の省力化に限
界があった。 【0006】本発明は水晶発振器の上記諸問題を解決す
ることによって小型、且つ、低消費電流型の正弦波出力
型水晶発振器を提供することを目的としている。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
本発明に係わる請求項1記載の発明は、水晶振動子と発
振用トランジスタを有するコルピッツ型水晶発振回路
と、ベース接地増幅器型のバッファ用トランジスタとを
交流カット用の抵抗を介して縦接続し、前記水晶振動子
の一方端を前記バッファ用トランジスタのエミッタに接
続すると共に、前記発振用トランジスタのコレクタを交
流的に接地したことを特徴とする。 【0008】 【本発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づい
て本発明を詳細に説明する。図1は本発明に基づく水晶
発振器の一実施例を示す回路図である。同図に示す水晶
発振器1は、コルピッツ型発振回路であり、発振用トラ
ンジスタ2のベースと接地との間に負荷容量の一部を構
成する容量3及び容量4から成る直列回路を挿入接続
し、該直列回路の接続中点を発振用トランジスタ2のエ
ミッタに接続し、エミッタ抵抗5を接続し、発振用トラ
ンジスタ2のコレクタを容量6を介して接地すると共
に、発振用トランジスタ2のコレクタとバッファ用トラ
ンジスタ7のエミッタとを交流カット用の抵抗8を介し
て接続し、バッファ用トランジスタ7のコレクタと電源
電圧Vccラインとの間に抵抗9を挿入接続すると共に、
発振用トランジスタ2及びバッファ用トランジスタ7に
ベースバイアスを適宜印加するよう抵抗10から抵抗1
2で成るベースバイアス回路を接続すると共に、該エミ
ッタと接地との間にバッファ用トランジスタ7のベース
を容量13を介して接地する。 【0009】更に、発振用トランジスタ2のベースに水
晶振動子14を接続すると共に、水晶振動子14の他端
を例えば容量15を介してバッファ用トランジスタ7の
ベースに接続し、電源電圧Vccラインと接地との間に容
量16を挿入接続し、バッファ用トランジスタ7のコレ
クタと出力端OUTとを直流カット用の容量17を介して
接続したものである。このような構成により水晶発振器
1は、バッファ用トランジスタ7を含むバッファ回路が
ベース接地型であり、水晶振動子14の励振信号の振幅
に基づきバッファ用トランジスタ7のベース・エミッタ
間の電位が変動するが、常にバッファ用トランジスタが
能動状態であるようバイアス設定を施すことによりバッ
ファ用トランジスタ7のベースからエミッタにバイアス
電流が流れた状態となるので、その間は交流的に導通状
態となり、その結果、容量4と容量13とが接地を介し
て交流的に結線された発振ループが構成されたものであ
るので発振動作を得ることができる。 【0010】そして、高Q値である水晶振動子14の励
振信号が正弦波信号であるのでバッファ用トランジスタ
7のエミッタ及びコレクタには正弦波信号が発生し、そ
の結果、出力端OUTより正弦波信号を出力することがで
きる。尚、発振用トランジスタ2のコレクタに発生した
交流信号は容量6を介して接地されているので、抵抗8
の存在によってバッファ用トランジスタ7に伝達されな
い。一方、直流回路としては、発振用トランジスタ2と
バッファ用トランジスタ7とが縦接続(カスコード接
続)である為、両トランジスタがコレクタ電流を共通利
用し、これにより水晶発振器1の消費電流を小さく設定
することができる。 【0011】尚、例えば、電源電圧Vccが3.3V、トラ
ンジスタ2のエミッタ電流が約1.572mA、トランジ
スタ2のベース電流が約14.11μA、トランジスタ7
のエミッタ電流が約1.557mA、トランジスタ7のベ
ース電流が約13.96μAとなるよう直流バイアスを設
定し、更に、水晶振動子14への帰還信号レベルを抑え
る為、容量3を180pF、容量4を390pFとして、水
晶振動子14を流れる振動子電流が1.3mA(rms)
となるよう設定した場合、出力端OUTに接続された出力
負荷の値がRL=10kΩとCL=10pFとの並列回路に相当する
ものとして、水晶発振器1の出力端OUTに約1.2Vp-pの
正弦波出力を発生させることができた。 【0012】 【発明の効果】以上説明したように本発明に基づく水晶
発振器は、水晶振動子と発振用トランジスタを有するコ
ルピッツ型水晶発振回路と、ベース接地増幅器型のバッ
ファ用トランジスタとを備えたものであり、前記発振用
トランジスタと前記バッファ用トランジスタとが交流カ
ット用の抵抗を介して縦接続したものであり、前記水晶
振動子の一端を前記バッファ用トランジスタのベース・
エミッタ間を介して接地し、前記発振用トランジスタの
コレクタを交流的に接地したので、直流回路としては、
発振用トランジスタ2とバッファ用トランジスタ7とが
縦接続(カスコード接続)である為、両トランジスタの
コレクタ電流を共通利用することが可能であり、これに
より小型且つ低消費電流の正弦波出力型水晶発振器を実
現することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small-sized, low-current-consumption type sine-wave output type crystal oscillator, and more particularly to a crystal oscillator with reduced output signal distortion. 2. Description of the Related Art Generally, in a digital PLL circuit provided with a level control type phase comparator, a duty ratio is required to prevent occurrence of jitter (synchronous deviation) between a reference input signal and an output signal. Is required to be 50%. For this reason, conventionally, a sine wave output type crystal oscillator as shown in FIG. 2 has been used as a reference signal source, and its output signal has been obtained in a pulse waveform with a duty ratio of 50% by, for example, an inverter circuit (the sine wave center potential is an Threshold level). A conventional sine wave output type crystal oscillator 100 shown in FIG. 2 includes a Colpitts type crystal oscillator having an oscillation amplifier circuit 101 and a crystal oscillator 102 and a grounded base type buffer circuit 103, for example. It is. That is, the oscillation amplifying circuit 101 inserts and connects a series circuit composed of a capacitor 105 and a capacitor 106, which are a part of the load capacitance, between the base of the oscillation transistor 104 and the ground. Connected to the emitter of the oscillating transistor 104, connected to the emitter resistor 107, and further inserted and connected between the collector of the oscillating transistor 104 and the power supply voltage Vcc line.
9 and a resistor 110, and a crystal oscillator 102 is inserted and connected between the base of the oscillation transistor 104 and the ground to function as an amplifier circuit for a Colpitts crystal oscillator. [0004] The crystal oscillator 100 operates so that a part of the excitation signal of the crystal oscillator 102 is used as an input signal.
The buffer circuit 103 is inserted and connected between one end of the output terminal OUT and the output terminal OUT. In the crystal oscillator 100 having such a configuration, the excitation signal of the crystal oscillator 102 has a sine wave because the crystal oscillator 102 has a high Q value.
If a signal is directly derived from one end of the second circuit 2, a sine wave signal (duty ratio 50%) can be output in a small configuration without requiring a complicated circuit configuration such as a tuning circuit. However, in the case of the crystal oscillator 100 having the above configuration, since the oscillation amplifying circuit 101 and the buffer circuit 103 have a parallel configuration,
Each of them has its own current consumption, which limits power saving. An object of the present invention is to provide a small-sized, low-current-consumption type sine-wave output type crystal oscillator by solving the above problems of the crystal oscillator. In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to the first aspect of the present invention relates to a Colpitts type crystal oscillation circuit having a crystal oscillator and an oscillation transistor, and a grounded base amplifier. Type buffer transistor is connected vertically via a resistor for AC cut, one end of the crystal unit is connected to the emitter of the buffer transistor, and the collector of the oscillation transistor is AC grounded. It is characterized by the following. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a crystal oscillator according to the present invention. The crystal oscillator 1 shown in FIG. 1 is a Colpitts-type oscillation circuit, and a series circuit including a capacitor 3 and a capacitor 4 forming a part of a load capacitor is inserted and connected between the base of the oscillation transistor 2 and the ground. The connection midpoint of the series circuit is connected to the emitter of the oscillation transistor 2, the emitter resistor 5 is connected, the collector of the oscillation transistor 2 is grounded via the capacitor 6, and the collector of the oscillation transistor 2 is connected to the buffer. The emitter of the transistor 7 is connected via an AC cut resistor 8 and a resistor 9 is inserted and connected between the collector of the buffer transistor 7 and the power supply voltage Vcc line.
The resistor 10 is connected to the resistor 1 so that a base bias is appropriately applied to the oscillation transistor 2 and the buffer transistor 7.
2 and a base of the buffer transistor 7 is grounded via the capacitor 13 between the emitter and the ground. Further, a crystal oscillator 14 is connected to the base of the oscillation transistor 2, and the other end of the crystal oscillator 14 is connected to the base of the buffer transistor 7 via, for example, a capacitor 15. A capacitor 16 is inserted and connected to the ground, and the collector of the buffer transistor 7 and the output terminal OUT are connected via a DC cut capacitor 17. With such a configuration, in the crystal oscillator 1, the buffer circuit including the buffer transistor 7 is of a grounded base type, and the potential between the base and the emitter of the buffer transistor 7 fluctuates based on the amplitude of the excitation signal of the crystal oscillator 14. However, by setting a bias so that the buffer transistor is always in an active state, a bias current flows from the base of the buffer transistor 7 to the emitter. Since an oscillation loop is formed in which the capacitor 4 and the capacitor 13 are AC-connected via the ground, an oscillation operation can be obtained. Since the excitation signal of the crystal unit 14 having a high Q value is a sine wave signal, a sine wave signal is generated at the emitter and the collector of the buffer transistor 7, and as a result, a sine wave signal is output from the output terminal OUT. A signal can be output. Since the AC signal generated at the collector of the oscillating transistor 2 is grounded via the capacitor 6,
Is not transmitted to the buffer transistor 7. On the other hand, in the DC circuit, since the oscillation transistor 2 and the buffer transistor 7 are vertically connected (cascode connection), both transistors commonly use the collector current, thereby setting the current consumption of the crystal oscillator 1 small. be able to. For example, when the power supply voltage Vcc is 3.3 V, the emitter current of the transistor 2 is about 1.572 mA, the base current of the transistor 2 is about 14.11 μA, and the transistor 7
The DC bias is set so that the emitter current of the transistor 7 is about 1.557 mA and the base current of the transistor 7 is about 13.96 μA. Further, in order to suppress the level of the feedback signal to the crystal unit 14, the capacity 3 is set to 180 pF and the capacity 4 Is 390 pF, the oscillator current flowing through the quartz oscillator 14 is 1.3 mA (rms).
When it is set so that the value of the output load connected to the output terminal OUT is equivalent to a parallel circuit of RL = 10 kΩ and CL = 10 pF, about 1.2 Vp-p Sine wave output was able to be generated. As described above, the crystal oscillator according to the present invention includes a Colpitts crystal oscillation circuit having a crystal oscillator and an oscillation transistor, and a grounded base amplifier type buffer transistor. Wherein the oscillation transistor and the buffer transistor are vertically connected via an AC cut resistor, and one end of the crystal unit is connected to a base of the buffer transistor.
Since the emitter is grounded through the emitter and the collector of the oscillation transistor is grounded in an AC manner, the DC circuit
Since the oscillation transistor 2 and the buffer transistor 7 are connected vertically (cascode connection), it is possible to commonly use the collector currents of both transistors, thereby making it possible to use a small and low current consumption sine wave output type crystal oscillator. Can be realized.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に基づく水晶発振器の一実施例を示す回
路図であるる。 【図2】従来の水晶発振器を示す回路図である。 【符号の説明】 1水晶発振器、2発振用トランジスタ、3、4、6、1
3、15、16、17容量、5、8、9、10、11、
12抵抗、7バッファ用トランジスタ、14水晶振動
子、100水晶発振器、101発振用増幅回路、102
水晶振動子、103バッファ回路、104発振用トラン
ジスタ、105、106容量、107、108、10
9、110抵抗
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a crystal oscillator according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional crystal oscillator. [Description of Signs] 1 crystal oscillator, 2 oscillation transistors, 3, 4, 6, 1
3, 15, 16, 17 capacity, 5, 8, 9, 10, 11,
12 resistor, 7 buffer transistor, 14 crystal oscillator, 100 crystal oscillator, 101 oscillation amplifier circuit, 102
Crystal oscillator, 103 buffer circuit, 104 oscillation transistor, 105, 106 capacitance, 107, 108, 10
9,110 resistance

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】水晶振動子と発振用トランジスタを有する
コルピッツ型水晶発振回路と、ベース接地増幅器型のバ
ッファ用トランジスタとを交流カット用の抵抗を介して
縦接続し、前記水晶振動子の一方端を前記バッファ用ト
ランジスタのエミッタに接続すると共に、前記発振用ト
ランジスタのコレクタを交流的に接地したことを特徴と
する水晶発振器。
Claims: 1. A Colpitts type crystal oscillation circuit having a crystal oscillator and an oscillation transistor, and a grounded base amplifier type buffer transistor are longitudinally connected via an AC cut resistor, and A crystal oscillator wherein one end of a crystal oscillator is connected to an emitter of the buffer transistor, and a collector of the oscillation transistor is AC grounded.
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