JP2004356757A - ２周波切替式圧電発振器 - Google Patents
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Abstract
【課題】共振周波数が互いに異なる２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２（共振周波数ｆＹ２＞共振周波数ｆＹ１）とを切替スイッチＳＷ１により切替える周波数切替式圧電発振器において、共振周波数の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２が定まると一義的に最適な周波数調整回路を用いて回路を構成することができ、且つ、小型化に適した２周波切替式圧電発振器を提供する
【解決手段】発振回路と可変回路とを共通に用いて構成すると共に、前記２つの水晶振動子の周波数比が、１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用とで、周波数調整回路の構成を使い分けることで、小型化に適した最もシンプルな２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】発振回路と可変回路とを共通に用いて構成すると共に、前記２つの水晶振動子の周波数比が、１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用とで、周波数調整回路の構成を使い分けることで、小型化に適した最もシンプルな２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多周波出力発振器に関し、特に、２つの圧電素子（振動子または共振子）を内蔵しつつ、単一の周波数出力端子から異なる周波数を切換えて出力する２周波切替式圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単一の移動体無線機において、複数の送受信周波数帯に対応、或いは、周波数帯だけでなく移動体システム自体が異なる幾つかのシステムに対応させる場合、移動体無線機には、それぞれの周波数帯に対応すべく電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）などの発振器を複数個内蔵して構成していた。
【０００３】
その一例として、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）方式の所謂、携帯電話システムがある。これは８００ＭＨｚ帯に加え、１．５ＧＨｚの周波数帯も割り当てられており、一台の携帯電話機を両方の周波数帯域にて使用可能とする携帯電話機（デュアルバンド端末とも呼ばれる）がある。或いは、８００ＭＨｚ帯のＰＤＣ方式と、１．８ＧＨｚ帯のＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−Ｐｈｏｎｅ
Ｓｙｓｔｅｍ）方式の双方に対応可能な携帯電話機もある。
このような複数の送受信周波数帯に対応するような移動体無線機などにあっては、それぞれの帯域の基準周波数を生成すべく複数の発振器を備えている。
【０００４】
図６は、従来の多周波出力発振器の構成例を示す機能ブロック図である。
この例に示す多周波出力発振器は、それぞれ発振周波数が異なる電圧制御型水晶発振器ＶＣＸＯ１００とＶＣＸＯ２００の出力を、切替器３００を介して選択出力する構成となっている。
前記ＶＣＸＯ１００は、周波数制御部１０１と水晶振動子１０２と発振部１０３とを備え、同様にＶＣＸＯ２００は、周波数制御部２０１と水晶振動子２０２と発振部２０３とを備えている。
【０００５】
この図に示す多周波出力発振器は、以下のように機能する。即ち、当該移動体無線機などが存在する地理的位置におけるサービスエリアや、或いは、この移動体無線機を用いて通信しようとする目的の伝送データの種別などの要因に基づいて、図示を省略した制御部から切替器３００に切替制御信号が出力され、これにより用いようとする送受信周波数帯域に対応したＶＣＸＯ１００、又は、ＶＣＸＯ２００の何れかが選択される。
【０００６】
ここで図示を省略するが、例えば、多周波出力発振器はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋ−Ｌｏｏｐ）発振回路の一部として組み込まれている場合を想定する。
そして、仮にＶＣＸＯ１００が選択されると、ＶＣＸＯ１００では、周波数制御部１０１にて、与えられる制御電圧（図示を省略）に応じて水晶振動子１０２の発振周波数を制御しつつ、発振部１０３は水晶振動子１０２が発振動作を継続するよう動作し、発振部１０３の出力からは制御がなされた所望の周波数が出力される。
他方、ＶＣＸＯ２００が選択された場合も、周波数制御部２０１、水晶振動子２０２、及び発振部２０３は同様に機能するものであるが、ＶＣＸＯ１００とは水晶振動子の共振周波数が異なるため、出力される周波数帯域が異なる。
【０００７】
このように、送受信周波数帯域に対応したＶＣＸＯ１００、又は、ＶＣＸＯ２００の何れかを選択するようにした多周波出力発振器が用いられていた。ところが、移動体無線機などの端末の小型化への要求が高まり、実装部品の小型化や実装面積の縮小が望まれている。
このようなことから、多周波出力発振器内の回路を共通に用いるようにした発振器が提案されている。例えば、特開２００２−３５９５２１号公報には、光通信用の発振源となる高周波数帯（例えば１５０ＭＨｚ及び６００ＭＨｚ帯）の電圧制御型とした水晶発振器において、必要に応じて発振周波数を選択可能な周波数切替発振器について記載されている。
【０００８】
図７は、上述の公報に示される従来の周波数切替発振器（同公報の図４に相当する）の構成例を示す図である。
この例に示す周波数切替発振器は、所謂、コルピッツ発振回路を用いた電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）であって、インダクタ成分として動作する２つの水晶振動子Ｙ１、Ｙ２が切替スイッチＳＷ１ａとＳＷ１ｂとの間に切替え可能に設けられると共に、これと共振回路を形成する分割コンデンサＣ１、Ｃ２と、共振回路の共振周波数を帰還増幅する発振用トランジスタＱ１と、発振用トランジスタＱ１のベースにバイアスを与えるためのバイアス抵抗Ｒ２、Ｒ３とを備えており、発振用トランジスタＱ１は、例えば負荷抵抗Ｒ５を経てエミッタ側を接地し、エミッタと負荷抵抗Ｒ５の接続点から、直流阻止用コンデンサＣ５を介して発振周波数が出力される。そして、ＳＷ１ｂの共通端子は可変容量ダイオードＤ１を介して接地されると共に、高周波阻止抵抗Ｒ１を介して電圧制御（Ｖｃｏｎｔ）端子へ接続されている。なお、電源電圧（Ｖｃｃ）には発振用トランジスタＱ１のコレクタが接続され、電源電圧（Ｖｃｃ）はバイパスコンデンサＣ６を介して接地されている。
【０００９】
この図に示す周波数切替発振器は、以下のように機能する。即ち、例えば、水晶振動子Ｙ１の共振周波数が１５５．５２ＭＨｚとし、他方、水晶振動子Ｙ２の共振周波数が６２２．０８ＭＨｚとした場合、この周波数切替発振器からは必要に応じて選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）することにより、１５５．５２ＭＨｚと６２２．０８ＭＨｚとを切替えて、単一の周波数出力（ＯＵＴ）端子から出力することができる。
【００１０】
なお、同公報による発明は、上述の図７に示した周波数切替発振器における発振周波数のレベル変動の発生を問題とし、これを防止することを目的とした周波数切替発振器について記載されている。これによれば、２つの水晶振動子Ｙ１、Ｙ２をダイオードＯＲして結合し、且つ、水晶振動子Ｙ１、Ｙ２の夫々に応じたバイアス抵抗を２つ設けて、このバイアス抵抗に与える電源電圧（Ｖｃｃ）を切替スイッチにて切替えるようにすることで、発振周波数のレベル変動を防止することができるようになる。
【特許文献１】特開２００２−３５９５２１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の周波数切替発振器においては、以下に示すような問題点があった。つまり、２つの水晶振動子Ｙ１、Ｙ２の周波数の関係により、それぞれにおける直列等価容量が適宜必要になる。例えば、上述の周波数１５５．５２ＭＨｚと６２２．０８ＭＨｚとを切替える場合にあっては、その周波数比ｆＹ１／ｆＹ２は、０．２５であり、これらそれぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路が必要となってくる。このように周波数調整回路を共振周波数のそれぞれに応じて構成しておかなければならないという問題点があった。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、共振周波数の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２に応じた、周波数調整回路を予め用意しておく。このとき、周波数比が１に近づくほど周波数調整回路を構成する部品の定数も接近するため、共用可能な部品は共用化した周波数調整回路とする。このようにして、共振周波数の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２が定まると一義的に最適な周波数調整回路を用いて回路を構成することができ、且つ、小型化に適した２周波切替式圧電発振器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項１の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、前記第１の圧電素子に接続した第１のコンデンサと、前記第２の圧電素子に接続した第２のコンデンサと、前記２つのコンデンサの他端に接続したコイルとから構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項２の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、前記第１の圧電素子に接続した第１のコイルと、前記第２の圧電素子に接続した第２のコイルと、前記２つのコイルの他端に接続したコンデンサとから構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項３の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、第１のコンデンサと第１のコイルとを直列に前記第１の圧電素子に接続し、第２のコンデンサと第２のコイルとを直列に前記第２の圧電素子に接続して構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項４の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、第１のコンデンサと第１のコイルと抵抗とを直列に前記第１の圧電素子に接続し、第２のコンデンサと第２のコイルとを直列に前記第２の圧電素子に接続して構成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項５の発明は、前記請求項１乃至４の何れかに記載の２周波切替式圧電発振器において、前記２つ圧電素子を一つの収容器内に格納したものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項６の発明は、前記請求項１乃至５の何れかに記載の２周波切替式圧電発振器において、少なくとも、前記発振手段と周波数調整手段とをプログラマブルＩＣ内にて構成し、前記プログラマブルＩＣに書き込むべきプログラムとして、２つの圧電素子の周波数比が１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用との何れかを用いることにより周波数調整手段の構成を設定可能にしたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の実施の形態例を示す機能ブロック図である。
【００２０】
この例に示す２周波切替式圧電発振器は、所謂、コルピッツ発振回路を用いた電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）であって、共振周波数ｆＹ１を有する水晶振動子Ｙ１（第１の圧電素子）と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する水晶振動子Ｙ２（第２の圧電素子）と、該圧電振動子の一端を選択的に切替える切替スイッチＳＷ１（スイッチ手段）と、前記切替スイッチＳＷ１の共通端子に接続する発振回路と、前記水晶振動子Ｙ１、Ｙ２の共振周波数に適合した直列等価容量になるよう調整するための周波数調整回路と、外部からの電圧制御（Ｖｃｏｎｔ）により周波数の制御を行なうための可変回路とを備えて構成する。なお、電圧制御を行なわない場合には、前記可変回路を取り外して、周波数調整回路を接地する。
前記発振回路は、共振回路の共振周波数を帰還増幅する発振用トランジスタＱ１と、発振用トランジスタＱ１のベースと接地（ＧＮＤ）の間に設けた分割コンデンサＣ１、Ｃ２と、発振用トランジスタＱ１のベースにバイアスを与えるためのバイアス抵抗Ｒ２、Ｒ３と、発振用トランジスタＱ１のエミッタと接地（ＧＮＤ）の間に設けた負荷抵抗Ｒ５と、発振用トランジスタＱ１のコレクタと電源電圧（Ｖｃｃ）の間に設けた電流制限抵抗Ｒ４とを備えている。なお、電源電圧（Ｖｃｃ）はバイパスコンデンサＣ６を介して接地している。そして、発振用トランジスタＱ１のコレクタと電流制限抵抗Ｒ４の接続点から、直流阻止用コンデンサＣ５を介して発振周波数が出力される。
【００２１】
前記可変回路は、電圧制御（Ｖｃｏｎｔ）端子に接続した高周波阻止抵抗Ｒ１と、該高周波阻止抵抗Ｒ１の他端と接地（ＧＮＤ）との間に設けた可変容量ダイオードＤ１とからなる。
そして、周波数調整回路は、水晶振動子Ｙ１に接続したコンデンサＣ３（第１のコンデンサ）と、水晶振動子Ｙ２に接続したコンデンサＣ４（第２のコンデンサ）と、前記２つのコンデンサＣ３、Ｃ４の他端に接続したコイルＬ１とからなり、該コイルＬ１の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
【００２２】
ここで、上記の発振回路は、発振用トランジスタＱ１のコレクタから直流阻止コンデンサＣ５を介して周波数を出力するものであるが、これは、周波数切替に際して生ずるレベル変動を抑圧するためにコレクタから出力を取り出している。つまり、発振用トランジスタＱ１のコレクタに若干値の電流制限抵抗Ｒ４を挿入するように変形したコレクタ接地回路とすることによって、発振振幅値を飽和させ、それによってピークレベルの変動を抑圧するのである。これは、従来から一般的に用いられている手法であって、この周波数出力から出力される波形は正弦波ではなくなるものの、周波数の用途がクロックパルスなどである場合には、後段の波形整形により矩形波にされるため、このようにコレクタから出力を取り出しても問題はない。換言すれば、本願発明においては、正弦波の周波数出力におけるレベル変動を防止しようとするものではない。
【００２３】
更に、この例に示す２周波切替式圧電発振器の前提とする構成として、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にあるものとする。例えば、ここでｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、６００ＭＨｚよりも低く、５４０ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を５４０ＭＨｚとして以下に説明する。
【００２４】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合は、直列等価容量としては、ほとんど同様の負荷容量にて２つの共振周波数の特性を満足することができることから、コイルＬ１を共用部品とし、微調整用として夫々コンデンサＣ３、Ｃ４の定数を適宜に定めて用いること対応する。このようにして、コイルＬ１の共用化により部品点数を削減しつつ、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと５４０ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００２５】
次に、図２は、本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合の構成例を示す図である。なお、可変回路と、切替スイッチＳＷ１と、発振回路についての基本構成は、上述の図１に示したものと同様であるので同一符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
即ち、この例に示す２周波切替式圧電発振器は、周波数調整回路の構成が特徴的な点であって、水晶振動子Ｙ１に接続したコイルＬ１（第１のコイル）と、水晶振動子Ｙ２に接続したコイルＬ２（第２のコイル）と、前記２つのコイルＬ１、Ｌ２の他端に接続したコンデンサＣ３とからなり、該コンデンサＣ３の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
なお、ここでは、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数として、例えば、ｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、５４０ＭＨｚよりも低く、４８０ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を４８０ＭＨｚとして以下に説明する。
【００２７】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合は、直列等価容量としては、負荷容量をそれぞれに応じて設定する必要があるが、コンデンサＣ３を共用部品とし、微調整用として夫々コイルＬ１、Ｌ２の定数を適宜に定めて用いることで対応する。仮に、上述の図１のような周波数調整回路の構成とすると、発振条件としては満足するかもしれないが、外部からの電圧制御による周波数可変特性を満足するのは困難となるであろう。
このようにして、コンデンサＣ３の共用化により部品点数を削減しつつ、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと４８０ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００２８】
次に、図３は、本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合の構成例を示す図である。なお、可変回路と、切替スイッチＳＷ１と、発振回路についての基本構成は、上述の図１に示したものと同様であるので同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
即ち、この例に示す２周波切替式圧電発振器は、周波数調整回路の構成が特徴的な点であって、コイルＬ１（第１のコイル）とコンデンサＣ３（第１のコンデンサ）とを直列にして水晶振動子Ｙ１に接続し、コイルＬ２（第２のコイル）とコンデンサＣ４（第２のコンデンサ）とを直列にして水晶振動子Ｙ２に接続した構成となっている。なお、コイルとコンデンサの配置位置は入れ替わってもよい。この例にあっては、水晶振動子Ｙ１にコンデンサＣ３が接続し、該コンデンサＣ３の他端がコイルＬ１に接続し、コイルＬ１の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。一方、水晶振動子Ｙ２にコンデンサＣ４が接続し、該コンデンサＣ４の他端がコイルＬ２に接続し、コイルＬ２の他端も、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
なお、ここでは、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数として、例えば、ｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、４８０ＭＨｚよりも低く、３００ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を３００ＭＨｚとして以下に説明する。
【００３０】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合は、直列等価容量としては差が大きく、負荷容量をそれぞれに応じて設定する必要がある。そこで、微調整用として夫々コイルＬ１、Ｌ２、およびコンデンサＣ３、Ｃ４の定数を適宜に定めて用いることで対応する。仮に、上述の図２のような周波数調整回路の構成とすると、発振条件および外部からの電圧制御による周波数可変特性の何れも満足するのは困難となるであろう。
このようにして、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと３００ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００３１】
次に、図４は、本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合の構成例を示す図である。なお、可変回路と、切替スイッチＳＷ１と、発振回路についての基本構成は、上述の図１に示したものと同様であるので同一符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
即ち、この例に示す２周波切替式圧電発振器は、周波数調整回路の構成が特徴的な点であって、コイルＬ１（第１のコイル）とコンデンサＣ３（第１のコンデンサ）と抵抗Ｒ６とを直列にして水晶振動子Ｙ１に接続し、コイルＬ２（第２のコイル）とコンデンサＣ４（第２のコンデンサ）とを直列にして水晶振動子Ｙ２に接続した構成となっている。なお、コイルとコンデンサと抵抗の配置位置は入れ替わってもよい。この例にあっては、水晶振動子Ｙ１に抵抗Ｒ６が接続し、該抵抗の他端にコンデンサＣ３が接続し、該コンデンサＣ３の他端がコイルＬ１に接続し、コイルＬ１の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。一方、水晶振動子Ｙ２にコンデンサＣ４が接続し、該コンデンサＣ４の他端がコイルＬ２に接続し、コイルＬ２の他端も、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
なお、ここでは、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数として、例えば、ｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、３００ＭＨｚよりも低く、１２０ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を１２０ＭＨｚとして以下に説明する。
【００３３】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合は、直列等価容量としては差が大きく、負荷容量をそれぞれに応じて設定する必要があるだけでなく、水晶振動子に流れるドライブレベルによる経年変化の影響にも配慮する必要が生じてくる。つまり、可変回路と発振回路とを共通に用いているため、周波数の低い側の水晶振動子Ｙ１にあっては、必要以上に高いドライブレベルで振動子が動作する傾向にある。ドライブレベルが高いと周波数ジャンプ（主信号が副信号と結合し、ある周波数から突然別の周波数に変化する現象）が生ずる虞が高くなるばかりでなく、水晶振動子への高いストレスから経年変化による周波数ズレの量も大きくなってしまう。
そこで、周波数の低い側の水晶振動子Ｙ１に、直列にドライブレベル低減用の抵抗Ｒ６を挿入すると共に、微調整用として夫々コイルＬ１、Ｌ２、およびコンデンサＣ３、Ｃ４の定数を適宜に定めて用いることで対応する。
このようにして、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと１２０ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００３４】
以上説明した本発明の実施の形態例においては、共振周波数が互いに異なる２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２を用いるという例を示したが、本発明の実施にあってはこの例に限らず、例えば、共振周波数が互いに異なる２つのＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）レゾネータとするように構成しても良い。また、更に小型化を図るために、図５に示す如く、２つの水晶振動子（圧電素子）Ｙ１とＹ２を一つのパッケージ容器内に納めた、所謂、２チップ−１パッケージタイプの振動子、或いは、Ｄｕａｌ ＳＡＷ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒを用いても良い。
【００３５】
更にまた、近年、発振器においては回路のＩＣ化が進んでおり、プログラマブルＩＣを用いて、発振回路や周波数調整回路に加えて可変回路をも一つのＩＣの中に構築可能になってきている。本発明に係る２周波切替式圧電発振器にあってもＩＣ化することで、２チップ−１パッケージタイプの振動子と、電子スイッチからなる切替スイッチと、プログラマブルＩＣとにより実現できるわけであり、この場合にあっては、プログラマブルＩＣに書き込むべきプログラムを、予め上述した図１乃至図４の周波数比の段階毎に対応したものを用意しておくことになる。即ち、２つの圧電素子の周波数比が、１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用プログラムを用意しておき、２つの圧電素子の共振周波数が決まれば、それに応じて何れかのプログラムを選択し、プログラマブルＩＣに書き込みをするといった手段により、最適な周波数調整手段の構成を設定可能にすることができる。
これによれば、小型化要求に応じつつ、その周波数要求にも用意に対応することが可能な２周波切替式圧電発振器ができる。
【００３６】
また、以上説明した本発明の実施の形態例においては、２周波を切替えて出力するという例を示したが、更に多数の周波数を切替えて出力させる場合にも応用可能なことは言うまでもない。
【００３７】
以上のように、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器は、共振周波数が互いに異なる２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２（共振周波数ｆＹ２＞共振周波数ｆＹ１）とを切替スイッチＳＷ１により切替える周波数切替式圧電発振器において、発振回路と可変回路とを共通に用いて構成すると共に、前記２つの水晶振動子の周波数比が、１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用とで、周波数調整回路の構成を使い分けることで、小型化に適した最もシンプルな２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係わる２周波切替式圧電発振器は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えて構成し、前記２つの圧電素子の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２に応じた、周波数調整回路を予め用意しておき、２つの圧電素子の周波数比に応じて最適な周波数調整手段を採択するようにしたので、共用可能な部品は共用化した周波数調整回路となって小型化に寄与し、更には、共振周波数の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２が定まると一義的に最適な周波数調整回路を用いた回路を用意に構成することができる２周波切替式圧電発振器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２周波切替式圧電発振器の実施の形態例を示す図であり、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る２周波切替式圧電発振器において、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２を一つのパッケージ容器内に納めたものを用いた場合の例を示す図である。
【図６】従来の多周波出力発振器の構成例を示す図である。
【図７】従来の他の周波数切替発振器の構成例を示す図である。
【符号の説明】
Ｙ１・・・水晶振動子（第１の圧電素子）
Ｙ２・・・水晶振動子（第２の圧電素子）
ＳＷ１、ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ・・・切替スイッチ（スイッチ手段）
Ｒ１・・・高周波阻止抵抗
Ｄ１・・・可変容量ダイオード
Ｑ１・・・発振用トランジスタ
Ｒ２、Ｒ３・・・バイアス抵抗
Ｃ１、Ｃ２・・・分割コンデンサ
Ｒ４・・・電流制限抵抗
Ｒ５・・・負荷抵抗
Ｃ３、Ｃ４・・・コンデンサ（第１のコンデンサ、第２のコンデンサ）
Ｌ１、Ｌ２・・・コイル（第１のコイル、第２のコイル）
Ｃ５・・・直流阻止コンデンサ
Ｃ６・・・バイパスコンデンサ
Ｒ６・・・抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、多周波出力発振器に関し、特に、２つの圧電素子（振動子または共振子）を内蔵しつつ、単一の周波数出力端子から異なる周波数を切換えて出力する２周波切替式圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単一の移動体無線機において、複数の送受信周波数帯に対応、或いは、周波数帯だけでなく移動体システム自体が異なる幾つかのシステムに対応させる場合、移動体無線機には、それぞれの周波数帯に対応すべく電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）などの発振器を複数個内蔵して構成していた。
【０００３】
その一例として、ＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）方式の所謂、携帯電話システムがある。これは８００ＭＨｚ帯に加え、１．５ＧＨｚの周波数帯も割り当てられており、一台の携帯電話機を両方の周波数帯域にて使用可能とする携帯電話機（デュアルバンド端末とも呼ばれる）がある。或いは、８００ＭＨｚ帯のＰＤＣ方式と、１．８ＧＨｚ帯のＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−Ｐｈｏｎｅ
Ｓｙｓｔｅｍ）方式の双方に対応可能な携帯電話機もある。
このような複数の送受信周波数帯に対応するような移動体無線機などにあっては、それぞれの帯域の基準周波数を生成すべく複数の発振器を備えている。
【０００４】
図６は、従来の多周波出力発振器の構成例を示す機能ブロック図である。
この例に示す多周波出力発振器は、それぞれ発振周波数が異なる電圧制御型水晶発振器ＶＣＸＯ１００とＶＣＸＯ２００の出力を、切替器３００を介して選択出力する構成となっている。
前記ＶＣＸＯ１００は、周波数制御部１０１と水晶振動子１０２と発振部１０３とを備え、同様にＶＣＸＯ２００は、周波数制御部２０１と水晶振動子２０２と発振部２０３とを備えている。
【０００５】
この図に示す多周波出力発振器は、以下のように機能する。即ち、当該移動体無線機などが存在する地理的位置におけるサービスエリアや、或いは、この移動体無線機を用いて通信しようとする目的の伝送データの種別などの要因に基づいて、図示を省略した制御部から切替器３００に切替制御信号が出力され、これにより用いようとする送受信周波数帯域に対応したＶＣＸＯ１００、又は、ＶＣＸＯ２００の何れかが選択される。
【０００６】
ここで図示を省略するが、例えば、多周波出力発振器はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋ−Ｌｏｏｐ）発振回路の一部として組み込まれている場合を想定する。
そして、仮にＶＣＸＯ１００が選択されると、ＶＣＸＯ１００では、周波数制御部１０１にて、与えられる制御電圧（図示を省略）に応じて水晶振動子１０２の発振周波数を制御しつつ、発振部１０３は水晶振動子１０２が発振動作を継続するよう動作し、発振部１０３の出力からは制御がなされた所望の周波数が出力される。
他方、ＶＣＸＯ２００が選択された場合も、周波数制御部２０１、水晶振動子２０２、及び発振部２０３は同様に機能するものであるが、ＶＣＸＯ１００とは水晶振動子の共振周波数が異なるため、出力される周波数帯域が異なる。
【０００７】
このように、送受信周波数帯域に対応したＶＣＸＯ１００、又は、ＶＣＸＯ２００の何れかを選択するようにした多周波出力発振器が用いられていた。ところが、移動体無線機などの端末の小型化への要求が高まり、実装部品の小型化や実装面積の縮小が望まれている。
このようなことから、多周波出力発振器内の回路を共通に用いるようにした発振器が提案されている。例えば、特開２００２−３５９５２１号公報には、光通信用の発振源となる高周波数帯（例えば１５０ＭＨｚ及び６００ＭＨｚ帯）の電圧制御型とした水晶発振器において、必要に応じて発振周波数を選択可能な周波数切替発振器について記載されている。
【０００８】
図７は、上述の公報に示される従来の周波数切替発振器（同公報の図４に相当する）の構成例を示す図である。
この例に示す周波数切替発振器は、所謂、コルピッツ発振回路を用いた電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）であって、インダクタ成分として動作する２つの水晶振動子Ｙ１、Ｙ２が切替スイッチＳＷ１ａとＳＷ１ｂとの間に切替え可能に設けられると共に、これと共振回路を形成する分割コンデンサＣ１、Ｃ２と、共振回路の共振周波数を帰還増幅する発振用トランジスタＱ１と、発振用トランジスタＱ１のベースにバイアスを与えるためのバイアス抵抗Ｒ２、Ｒ３とを備えており、発振用トランジスタＱ１は、例えば負荷抵抗Ｒ５を経てエミッタ側を接地し、エミッタと負荷抵抗Ｒ５の接続点から、直流阻止用コンデンサＣ５を介して発振周波数が出力される。そして、ＳＷ１ｂの共通端子は可変容量ダイオードＤ１を介して接地されると共に、高周波阻止抵抗Ｒ１を介して電圧制御（Ｖｃｏｎｔ）端子へ接続されている。なお、電源電圧（Ｖｃｃ）には発振用トランジスタＱ１のコレクタが接続され、電源電圧（Ｖｃｃ）はバイパスコンデンサＣ６を介して接地されている。
【０００９】
この図に示す周波数切替発振器は、以下のように機能する。即ち、例えば、水晶振動子Ｙ１の共振周波数が１５５．５２ＭＨｚとし、他方、水晶振動子Ｙ２の共振周波数が６２２．０８ＭＨｚとした場合、この周波数切替発振器からは必要に応じて選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）することにより、１５５．５２ＭＨｚと６２２．０８ＭＨｚとを切替えて、単一の周波数出力（ＯＵＴ）端子から出力することができる。
【００１０】
なお、同公報による発明は、上述の図７に示した周波数切替発振器における発振周波数のレベル変動の発生を問題とし、これを防止することを目的とした周波数切替発振器について記載されている。これによれば、２つの水晶振動子Ｙ１、Ｙ２をダイオードＯＲして結合し、且つ、水晶振動子Ｙ１、Ｙ２の夫々に応じたバイアス抵抗を２つ設けて、このバイアス抵抗に与える電源電圧（Ｖｃｃ）を切替スイッチにて切替えるようにすることで、発振周波数のレベル変動を防止することができるようになる。
【特許文献１】特開２００２−３５９５２１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の周波数切替発振器においては、以下に示すような問題点があった。つまり、２つの水晶振動子Ｙ１、Ｙ２の周波数の関係により、それぞれにおける直列等価容量が適宜必要になる。例えば、上述の周波数１５５．５２ＭＨｚと６２２．０８ＭＨｚとを切替える場合にあっては、その周波数比ｆＹ１／ｆＹ２は、０．２５であり、これらそれぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路が必要となってくる。このように周波数調整回路を共振周波数のそれぞれに応じて構成しておかなければならないという問題点があった。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、共振周波数の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２に応じた、周波数調整回路を予め用意しておく。このとき、周波数比が１に近づくほど周波数調整回路を構成する部品の定数も接近するため、共用可能な部品は共用化した周波数調整回路とする。このようにして、共振周波数の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２が定まると一義的に最適な周波数調整回路を用いて回路を構成することができ、且つ、小型化に適した２周波切替式圧電発振器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項１の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、前記第１の圧電素子に接続した第１のコンデンサと、前記第２の圧電素子に接続した第２のコンデンサと、前記２つのコンデンサの他端に接続したコイルとから構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項２の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、前記第１の圧電素子に接続した第１のコイルと、前記第２の圧電素子に接続した第２のコイルと、前記２つのコイルの他端に接続したコンデンサとから構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項３の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、第１のコンデンサと第１のコイルとを直列に前記第１の圧電素子に接続し、第２のコンデンサと第２のコイルとを直列に前記第２の圧電素子に接続して構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項４の発明は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、当該２つの圧電素子の周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合に、前記周波数調整手段は、第１のコンデンサと第１のコイルと抵抗とを直列に前記第１の圧電素子に接続し、第２のコンデンサと第２のコイルとを直列に前記第２の圧電素子に接続して構成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項５の発明は、前記請求項１乃至４の何れかに記載の２周波切替式圧電発振器において、前記２つ圧電素子を一つの収容器内に格納したものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の請求項６の発明は、前記請求項１乃至５の何れかに記載の２周波切替式圧電発振器において、少なくとも、前記発振手段と周波数調整手段とをプログラマブルＩＣ内にて構成し、前記プログラマブルＩＣに書き込むべきプログラムとして、２つの圧電素子の周波数比が１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用との何れかを用いることにより周波数調整手段の構成を設定可能にしたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係わる２周波切替式圧電発振器の実施の形態例を示す機能ブロック図である。
【００２０】
この例に示す２周波切替式圧電発振器は、所謂、コルピッツ発振回路を用いた電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）であって、共振周波数ｆＹ１を有する水晶振動子Ｙ１（第１の圧電素子）と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する水晶振動子Ｙ２（第２の圧電素子）と、該圧電振動子の一端を選択的に切替える切替スイッチＳＷ１（スイッチ手段）と、前記切替スイッチＳＷ１の共通端子に接続する発振回路と、前記水晶振動子Ｙ１、Ｙ２の共振周波数に適合した直列等価容量になるよう調整するための周波数調整回路と、外部からの電圧制御（Ｖｃｏｎｔ）により周波数の制御を行なうための可変回路とを備えて構成する。なお、電圧制御を行なわない場合には、前記可変回路を取り外して、周波数調整回路を接地する。
前記発振回路は、共振回路の共振周波数を帰還増幅する発振用トランジスタＱ１と、発振用トランジスタＱ１のベースと接地（ＧＮＤ）の間に設けた分割コンデンサＣ１、Ｃ２と、発振用トランジスタＱ１のベースにバイアスを与えるためのバイアス抵抗Ｒ２、Ｒ３と、発振用トランジスタＱ１のエミッタと接地（ＧＮＤ）の間に設けた負荷抵抗Ｒ５と、発振用トランジスタＱ１のコレクタと電源電圧（Ｖｃｃ）の間に設けた電流制限抵抗Ｒ４とを備えている。なお、電源電圧（Ｖｃｃ）はバイパスコンデンサＣ６を介して接地している。そして、発振用トランジスタＱ１のコレクタと電流制限抵抗Ｒ４の接続点から、直流阻止用コンデンサＣ５を介して発振周波数が出力される。
【００２１】
前記可変回路は、電圧制御（Ｖｃｏｎｔ）端子に接続した高周波阻止抵抗Ｒ１と、該高周波阻止抵抗Ｒ１の他端と接地（ＧＮＤ）との間に設けた可変容量ダイオードＤ１とからなる。
そして、周波数調整回路は、水晶振動子Ｙ１に接続したコンデンサＣ３（第１のコンデンサ）と、水晶振動子Ｙ２に接続したコンデンサＣ４（第２のコンデンサ）と、前記２つのコンデンサＣ３、Ｃ４の他端に接続したコイルＬ１とからなり、該コイルＬ１の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
【００２２】
ここで、上記の発振回路は、発振用トランジスタＱ１のコレクタから直流阻止コンデンサＣ５を介して周波数を出力するものであるが、これは、周波数切替に際して生ずるレベル変動を抑圧するためにコレクタから出力を取り出している。つまり、発振用トランジスタＱ１のコレクタに若干値の電流制限抵抗Ｒ４を挿入するように変形したコレクタ接地回路とすることによって、発振振幅値を飽和させ、それによってピークレベルの変動を抑圧するのである。これは、従来から一般的に用いられている手法であって、この周波数出力から出力される波形は正弦波ではなくなるものの、周波数の用途がクロックパルスなどである場合には、後段の波形整形により矩形波にされるため、このようにコレクタから出力を取り出しても問題はない。換言すれば、本願発明においては、正弦波の周波数出力におけるレベル変動を防止しようとするものではない。
【００２３】
更に、この例に示す２周波切替式圧電発振器の前提とする構成として、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にあるものとする。例えば、ここでｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、６００ＭＨｚよりも低く、５４０ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を５４０ＭＨｚとして以下に説明する。
【００２４】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合は、直列等価容量としては、ほとんど同様の負荷容量にて２つの共振周波数の特性を満足することができることから、コイルＬ１を共用部品とし、微調整用として夫々コンデンサＣ３、Ｃ４の定数を適宜に定めて用いること対応する。このようにして、コイルＬ１の共用化により部品点数を削減しつつ、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと５４０ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００２５】
次に、図２は、本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合の構成例を示す図である。なお、可変回路と、切替スイッチＳＷ１と、発振回路についての基本構成は、上述の図１に示したものと同様であるので同一符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
即ち、この例に示す２周波切替式圧電発振器は、周波数調整回路の構成が特徴的な点であって、水晶振動子Ｙ１に接続したコイルＬ１（第１のコイル）と、水晶振動子Ｙ２に接続したコイルＬ２（第２のコイル）と、前記２つのコイルＬ１、Ｌ２の他端に接続したコンデンサＣ３とからなり、該コンデンサＣ３の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
なお、ここでは、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数として、例えば、ｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、５４０ＭＨｚよりも低く、４８０ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を４８０ＭＨｚとして以下に説明する。
【００２７】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合は、直列等価容量としては、負荷容量をそれぞれに応じて設定する必要があるが、コンデンサＣ３を共用部品とし、微調整用として夫々コイルＬ１、Ｌ２の定数を適宜に定めて用いることで対応する。仮に、上述の図１のような周波数調整回路の構成とすると、発振条件としては満足するかもしれないが、外部からの電圧制御による周波数可変特性を満足するのは困難となるであろう。
このようにして、コンデンサＣ３の共用化により部品点数を削減しつつ、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと４８０ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００２８】
次に、図３は、本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合の構成例を示す図である。なお、可変回路と、切替スイッチＳＷ１と、発振回路についての基本構成は、上述の図１に示したものと同様であるので同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
即ち、この例に示す２周波切替式圧電発振器は、周波数調整回路の構成が特徴的な点であって、コイルＬ１（第１のコイル）とコンデンサＣ３（第１のコンデンサ）とを直列にして水晶振動子Ｙ１に接続し、コイルＬ２（第２のコイル）とコンデンサＣ４（第２のコンデンサ）とを直列にして水晶振動子Ｙ２に接続した構成となっている。なお、コイルとコンデンサの配置位置は入れ替わってもよい。この例にあっては、水晶振動子Ｙ１にコンデンサＣ３が接続し、該コンデンサＣ３の他端がコイルＬ１に接続し、コイルＬ１の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。一方、水晶振動子Ｙ２にコンデンサＣ４が接続し、該コンデンサＣ４の他端がコイルＬ２に接続し、コイルＬ２の他端も、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
なお、ここでは、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数として、例えば、ｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、４８０ＭＨｚよりも低く、３００ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を３００ＭＨｚとして以下に説明する。
【００３０】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合は、直列等価容量としては差が大きく、負荷容量をそれぞれに応じて設定する必要がある。そこで、微調整用として夫々コイルＬ１、Ｌ２、およびコンデンサＣ３、Ｃ４の定数を適宜に定めて用いることで対応する。仮に、上述の図２のような周波数調整回路の構成とすると、発振条件および外部からの電圧制御による周波数可変特性の何れも満足するのは困難となるであろう。
このようにして、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと３００ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００３１】
次に、図４は、本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合の構成例を示す図である。なお、可変回路と、切替スイッチＳＷ１と、発振回路についての基本構成は、上述の図１に示したものと同様であるので同一符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
即ち、この例に示す２周波切替式圧電発振器は、周波数調整回路の構成が特徴的な点であって、コイルＬ１（第１のコイル）とコンデンサＣ３（第１のコンデンサ）と抵抗Ｒ６とを直列にして水晶振動子Ｙ１に接続し、コイルＬ２（第２のコイル）とコンデンサＣ４（第２のコンデンサ）とを直列にして水晶振動子Ｙ２に接続した構成となっている。なお、コイルとコンデンサと抵抗の配置位置は入れ替わってもよい。この例にあっては、水晶振動子Ｙ１に抵抗Ｒ６が接続し、該抵抗の他端にコンデンサＣ３が接続し、該コンデンサＣ３の他端がコイルＬ１に接続し、コイルＬ１の他端は、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。一方、水晶振動子Ｙ２にコンデンサＣ４が接続し、該コンデンサＣ４の他端がコイルＬ２に接続し、コイルＬ２の他端も、高周波阻止抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＤ１との接続点に接続している。
なお、ここでは、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数として、例えば、ｆＹ２の共振周波数が６００ＭＨｚとすれば、ｆＹ１の共振周波数は、３００ＭＨｚよりも低く、１２０ＭＨｚ以上の周波数であるということになり、ここでは、ｆＹ１の共振周波数を１２０ＭＨｚとして以下に説明する。
【００３３】
この図に示す２周波切替式圧電発振器は以下のように機能する。即ち、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合は、直列等価容量としては差が大きく、負荷容量をそれぞれに応じて設定する必要があるだけでなく、水晶振動子に流れるドライブレベルによる経年変化の影響にも配慮する必要が生じてくる。つまり、可変回路と発振回路とを共通に用いているため、周波数の低い側の水晶振動子Ｙ１にあっては、必要以上に高いドライブレベルで振動子が動作する傾向にある。ドライブレベルが高いと周波数ジャンプ（主信号が副信号と結合し、ある周波数から突然別の周波数に変化する現象）が生ずる虞が高くなるばかりでなく、水晶振動子への高いストレスから経年変化による周波数ズレの量も大きくなってしまう。
そこで、周波数の低い側の水晶振動子Ｙ１に、直列にドライブレベル低減用の抵抗Ｒ６を挿入すると共に、微調整用として夫々コイルＬ１、Ｌ２、およびコンデンサＣ３、Ｃ４の定数を適宜に定めて用いることで対応する。
このようにして、それぞれの共振周波数に適合した周波数調整回路となるので、２周波切替式圧電発振器は、選択制御（Ｓｅｌｅｃｔ）により切替スイッチＳＷ１を切り替えることで、６００ＭＨｚと１２０ＭＨｚとを単一の周波数出力端子から出力させることができる。
これにより、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合における小型化に適した２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００３４】
以上説明した本発明の実施の形態例においては、共振周波数が互いに異なる２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２を用いるという例を示したが、本発明の実施にあってはこの例に限らず、例えば、共振周波数が互いに異なる２つのＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）レゾネータとするように構成しても良い。また、更に小型化を図るために、図５に示す如く、２つの水晶振動子（圧電素子）Ｙ１とＹ２を一つのパッケージ容器内に納めた、所謂、２チップ−１パッケージタイプの振動子、或いは、Ｄｕａｌ ＳＡＷ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒを用いても良い。
【００３５】
更にまた、近年、発振器においては回路のＩＣ化が進んでおり、プログラマブルＩＣを用いて、発振回路や周波数調整回路に加えて可変回路をも一つのＩＣの中に構築可能になってきている。本発明に係る２周波切替式圧電発振器にあってもＩＣ化することで、２チップ−１パッケージタイプの振動子と、電子スイッチからなる切替スイッチと、プログラマブルＩＣとにより実現できるわけであり、この場合にあっては、プログラマブルＩＣに書き込むべきプログラムを、予め上述した図１乃至図４の周波数比の段階毎に対応したものを用意しておくことになる。即ち、２つの圧電素子の周波数比が、１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用プログラムを用意しておき、２つの圧電素子の共振周波数が決まれば、それに応じて何れかのプログラムを選択し、プログラマブルＩＣに書き込みをするといった手段により、最適な周波数調整手段の構成を設定可能にすることができる。
これによれば、小型化要求に応じつつ、その周波数要求にも用意に対応することが可能な２周波切替式圧電発振器ができる。
【００３６】
また、以上説明した本発明の実施の形態例においては、２周波を切替えて出力するという例を示したが、更に多数の周波数を切替えて出力させる場合にも応用可能なことは言うまでもない。
【００３７】
以上のように、本発明に係わる２周波切替式圧電発振器は、共振周波数が互いに異なる２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２（共振周波数ｆＹ２＞共振周波数ｆＹ１）とを切替スイッチＳＷ１により切替える周波数切替式圧電発振器において、発振回路と可変回路とを共通に用いて構成すると共に、前記２つの水晶振動子の周波数比が、１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用とで、周波数調整回路の構成を使い分けることで、小型化に適した最もシンプルな２周波切替式圧電発振器を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係わる２周波切替式圧電発振器は、共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えて構成し、前記２つの圧電素子の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２に応じた、周波数調整回路を予め用意しておき、２つの圧電素子の周波数比に応じて最適な周波数調整手段を採択するようにしたので、共用可能な部品は共用化した周波数調整回路となって小型化に寄与し、更には、共振周波数の周波数比ｆＹ１／ｆＹ２が定まると一義的に最適な周波数調整回路を用いた回路を用意に構成することができる２周波切替式圧電発振器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２周波切替式圧電発振器の実施の形態例を示す図であり、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る２周波切替式圧電発振器における２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２の共振周波数が、周波数比０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る２周波切替式圧電発振器において、２つの水晶振動子Ｙ１とＹ２を一つのパッケージ容器内に納めたものを用いた場合の例を示す図である。
【図６】従来の多周波出力発振器の構成例を示す図である。
【図７】従来の他の周波数切替発振器の構成例を示す図である。
【符号の説明】
Ｙ１・・・水晶振動子（第１の圧電素子）
Ｙ２・・・水晶振動子（第２の圧電素子）
ＳＷ１、ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ・・・切替スイッチ（スイッチ手段）
Ｒ１・・・高周波阻止抵抗
Ｄ１・・・可変容量ダイオード
Ｑ１・・・発振用トランジスタ
Ｒ２、Ｒ３・・・バイアス抵抗
Ｃ１、Ｃ２・・・分割コンデンサ
Ｒ４・・・電流制限抵抗
Ｒ５・・・負荷抵抗
Ｃ３、Ｃ４・・・コンデンサ（第１のコンデンサ、第２のコンデンサ）
Ｌ１、Ｌ２・・・コイル（第１のコイル、第２のコイル）
Ｃ５・・・直流阻止コンデンサ
Ｃ６・・・バイパスコンデンサ
Ｒ６・・・抵抗
Claims (6)
- 共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、
当該２つの圧電素子の周波数比が１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲にある場合に、
前記周波数調整手段は、前記第１の圧電素子に接続した第１のコンデンサと、前記第２の圧電素子に接続した第２のコンデンサと、前記２つのコンデンサの他端に接続したコイルとから構成したことを特徴とする２周波切替式圧電発振器。 - 共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、
当該２つの圧電素子の周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲にある場合に、
前記周波数調整手段は、前記第１の圧電素子に接続した第１のコイルと、前記第２の圧電素子に接続した第２のコイルと、前記２つのコイルの他端に接続したコンデンサとから構成したことを特徴とする２周波切替式圧電発振器。 - 共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、
当該２つの圧電素子の周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲にある場合に、
前記周波数調整手段は、第１のコンデンサと第１のコイルとを直列に前記第１の圧電素子に接続し、第２のコンデンサと第２のコイルとを直列に前記第２の圧電素子に接続して構成したことを特徴とする２周波切替式圧電発振器。 - 共振周波数ｆＹ１を有する第１の圧電素子と、前記共振周波数ｆＹ１よりも高い周波数の共振周波数ｆＹ２を有する第２の圧電素子と、該圧電振動子の一端を選択的に切替えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を介して前記圧電素子の何れかと接続される発振手段と、前記圧電素子の夫々の共振周波数に適する周波数調整手段とを備えた２周波切替式圧電発振器において、
当該２つの圧電素子の周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲にある場合に、
前記周波数調整手段は、第１のコンデンサと第１のコイルと抵抗とを直列に前記第１の圧電素子に接続し、第２のコンデンサと第２のコイルとを直列に前記第２の圧電素子に接続して構成したことを特徴とする２周波切替式圧電発振器。 - 前記２つ圧電素子を一つの収容器内に格納したものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の２周波切替式圧電発振器。
- 少なくとも、前記発振手段と周波数調整手段とをプログラマブルＩＣ内にて構成し、前記プログラマブルＩＣに書き込むべきプログラムとして、２つの圧電素子の周波数比が１＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．９の範囲用と、周波数比が０．９＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．８の範囲用と、周波数比が０．８＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．５の範囲用と、周波数比が０．５＞ｆＹ１／ｆＹ２≧０．２の範囲用との何れかを用いることにより周波数調整手段の構成を設定可能にしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の２周波切替式圧電発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003149689A JP2004356757A (ja) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | ２周波切替式圧電発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003149689A JP2004356757A (ja) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | ２周波切替式圧電発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004356757A true JP2004356757A (ja) | 2004-12-16 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022181114A1 (ja) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | 京セラ株式会社 | 発振器 |
-
2003
- 2003-05-27 JP JP2003149689A patent/JP2004356757A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
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