JP2005094147A

JP2005094147A - 発振回路

Info

Publication number: JP2005094147A
Application number: JP2003322000A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ariyama; 稔有山; Yoshihiro Shibuya; 義博渋谷
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】
水晶振動子を用いた発振回路において、発振起動時は負性抵抗が小さくなり、発振起動時間が遅延する、又は、発振しない場合が起こった。
【解決手段】
負荷容量および負性抵抗を決定する容量を複数個設け、発振起動時と安定動作時においてスイッチを用いてこれらの容量を切り替え、発振起動時のみ負性抵抗を大きくすることによって発振の起動時間を短縮し、発振が起動してからは負荷容量を大きくすることによって、安定した発振周波数を得る手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動子を用いた発振回路に関し、特に起動時間の短縮に関する。

従来の振動子を用いた発振回路を図３に示す。発信回路は、水晶振動子２、発振用のインバータ１、帰還抵抗３、ドライブ調整用の抵抗６、及び水晶振動子２の両端と接地電位間に容量４及び容量５が設けられている。この発振回路の場合には、負性抵抗および負荷容量の値は容量によって一意に決まっていた。

一般に、水晶振動子が安定な発振をするためには、発振回路の負性抵抗が水晶振動子の等価直列抵抗に対して十分に大きいことが必要である。負性抵抗が十分に大きい場合には発振起動時間が短く発振は安定するが、負性抵抗が小さい場合には発振起動時間が遅くなる、または発振しない場合があることが知られている。

また、安定した発振周波数を得るには、負荷容量を大きくとることが必要である。負荷容量が大きい場合には発振周波数の変化量は小さく、発振回路の微小変化に対して発振周波数の変化は小さいが、負荷容量が小さい場合には発振周波数の変化量が大きく、周波数安定度の悪化要因となることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２―１３５０５５号公報

従来の発振回路は以上のように構成されているので、発振起動時間および発振周波数安定度は、容量によって一意に決まる負性抵抗および負荷容量によって決まり、発振起動時間が短くかつ安定した周波数安定度を有する発振回路を実現することはできなかった。

本発明の発振回路は、負荷容量および負性抵抗を決定する容量を複数個設け、スイッチを用いてこれらの容量を切り替えることにより上記の問題を解決するものである。すなわち、発振起動時の負性抵抗を大きくすることによって発振の起動時間を短縮し、発振が起動してからは負荷容量を大きくすることによって、安定した発振周波数を得ることができるようにしたものである。

本発明の発振回路は、負荷容量および負性抵抗を決定する容量を複数個設け、スイッチを用いて切り替えることにより、発振起動時のみ負性抵抗を大きくすることによって発振の起動時間を短縮し、発振が起動してからは負荷容量を大きくすることによって、安定した発振周波数を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を表した回路図である。図1において、インバータ１の入力端子の両端には帰還抵抗3が接続されている。また、インバータ1の入力端子には水晶振動子３の第1の端子が接続され、インバータ１の出力端子には抵抗６を介して水晶振動子３の第2の端子が接続されている。また、インバータ1の入力端子と接地電位との間にはスイッチ７を介して容量4または容量９が接続され、インバータ1の出力端子と接地電位の間には前記の抵抗６とスイッチ８を介して容量５または容量１０が接続される回路構成となっている。

ここに、容量４および容量５はそれぞれ位相条件を満たす容量である。また、容量９は容量４よりも小さい容量であり、容量10は容量5よりも小さい容量である。スイッチ７は発振起動時にはインバータ１の入力端子と容量９を接続し、発振が開始した後にはインバータ１の入力端子と容量４を接続するスイッチである。スイッチ８は発振起動時にはインバータ１の出力端子に抵抗６を介して容量１０を接続し、発振が開始した後にはインバータ１の出力端子に抵抗６を介して容量５を接続するスイッチである。図１においては、発振が開始した後のスイッチの状態を示している。

このように接続することにより、発振起動時には、小さい容量をもつ容量９および容量１０により決まる負性抵抗は大きい値をとるため、発振起動時間を短くすることがでる。その一方で、小さい容量を用いることによって負荷容量が小さくなるため周波数安定度が悪化するが、発振が開始した後には、スイッチを用いて大きな容量をもつ容量４および容量５に切り替えることにより、負荷容量を大きくすることができるため、安定した周波数安定度を得ることができる。

本実施例では、便宜上、容量４および容量５の容量値はそれぞれ容量９および容量１０の容量値よりも小さい値としたが、発振回路の特性によっては、容量値の大小関係は、本実施例と逆であっても良い。また、本実施例ではスイッチによって切り替える容量は２つとしたが、３個以上の複数であっても良い。

図２は、本発明の第２の実施例を表した回路図である。図２において、インバータ１の入力端子の両端には帰還抵抗3が接続されている。また、インバータ1の入力端子には水晶振動子３の第1の端子が接続され、インバータ１の出力端子には抵抗６を介して水晶振動子３の第2の端子が接続されている。

また、インバータ1の入力端子と接地電位との間には容量１１と容量４が直列に接続され、スイッチ７は容量１１の両端子に並列に接続されている。ここで容量１１は容量４よりもインバータ１の入力端子に近い側に接続されているものとする。

また、インバータ1の出力端子と接地電位の間には前記の抵抗６を介して、容量１２と容量５が直列に接続され、スイッチ８は容量１２の両端子に並列に接続されている。ここで容量１２は容量５よりもインバータ１の出力端子に近い側に接続されているものとする。ここに、容量４および容量５はそれぞれ位相条件を満たす容量である。

スイッチ７およびスイッチ８は発振起動時にはそれぞれ容量１１と容量の１２の両端を開放し、発振が開始した後にはそれぞれ容量１１と容量の１２の両端を短絡するスイッチである。図２においては、発振が開始した後のスイッチの状態を示している。

このように接続することにより、発振起動時には、入力端子側では、容量４と容量１１の直列接続による合成容量は、容量４のみの場合の容量値よりも小さい値となり、第１の実施例と同様に、負性抵抗は大きい値をとるため、発振起動時間を短くすることができる。出力端子側についても同様であり、容量５と容量１２の直列接続による合成容量は、容量５のみの場合の容量値よりも小さい値となり、発振起動時の負性抵抗は大きい値をとるため、発振起動時間を短くすることができる。

また、その一方で、発振起動時には負荷容量が小さいために周波数安定度が悪化するが、発振が開始した後には、スイッチ７および８を用いて容量１１および容量１２の両端を短絡し、負荷容量を大きくすることができるため、安定した周波数安定度を得ることができる。

本実施例では、便宜上、容量１１および容量１２をそれぞれ容量４および容量５よりもインバータの端子に近い側としたが、逆に容量４および容量５をインバータの端子に近い側としても良い。また、本実施例では直列に接続する容量を２つとしたが、３個以上の複数であっても良い。

第１の実施例と第２の実施例では、インバータ１の入力端子側と出力端子側の両方で容量を切り替えられる構成としたが、入力端子側もしくは出力端子側のどちらか一方の容量を切り替えられる構成としても良い。また、入力端子側には第１の実施例で示す回路構成を用い、出力端子側には第２の実施例で示す回路構成を用いる等、第１の実施例と第２の実施例を組み合わせた回路構成にしてもよい。

本発明では、便宜上スイッチを単にスイッチと示したが、制御信号によってＯＮ−ＯＦＦ可能な素子、例えば、ＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタ、トランスミッションゲート等を用いても良い。制御信号としては、例えば、インバータ１の出力端子に接続した発振検出回路の出力などが挙げられる。また、本発明では、インバータ１と水晶振動子の第２の端子の間に抵抗６を直列に接続しているが、この抵抗６は無くても良い。

なお、本発明では、便宜上、インバータと水晶振動子を用いたコルピッツ型発振回路について説明したが、インバータの代わりにバイポーラトランジスタやＦＥＴ等、また水晶振動子の代わりに圧電振動子等を用いた発振回路についても、同様に適用することができる。また、スイッチおよび容量は、半導体集積回路に内蔵しても、また外付けとしても構わないことはもちろんである。

本発明の実施形態における発振回路の第１の実施例の回路図である。本発明の実施形態における発振回路の第２の実施例の回路図である。従来の発振回路を示す回路図である。

符号の説明

１インバータ
２水晶振動子
３帰還抵抗
４第１の容量
５第１の容量
６抵抗
７スイッチ
８スイッチ
９第２の容量
１０第２の容量
１１第２の容量
１２第２の容量

Claims

振動子を発振させる発振回路において、スイッチを用いて容量を切り替えることにより、前記発振回路の負性抵抗値または負荷容量値を発振開始時と発振安定時とで切り替えることを特徴とする発振回路。
前記容量は第１の容量と第２の容量で構成され、前記第１の容量と前記第２の容量のそれぞれの一方の端子は接地電位に接続され、前記振動子の一方の端子に前記スイッチの一方の端子が接続され、前記スイッチのもう一方の端子が、前記スイッチを切り替えることにより前記第１の容量と前記第２の容量のいずれかに接続されて、前記第１の容量と前記第２の容量が前記スイッチにより切り替えられることを特徴とする請求項１に記載された発振回路。
前記容量は第１の容量と第２の容量が直列接続される構成であり、前記第１の容量の一方の端子は接地電位に接続され、前記第１の容量のもう一方の端子は前記第２の容量の一方の端子に接続され、前記第２の容量のもう一方の端子は前記振動子の一方の端子に接続され、前記第１の容量又は第2の容量の両端に前記スイッチが並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載された発振回路。
前記容量は３個以上の容量により構成され、前記スイッチによりいずれかの容量が前記振動子の一方の端子に接続されることを特長とする請求項２に記載された発振回路。
前記容量は３個以上の容量が直列接続される構成であり、前記スイッチはいずれかの容量に並列に接続されることを特長とする請求項３に記載の発信回路。
前記容量は第３の容量と第４の容量が直列接続される構成であり、前記第３の容量の一方の端子は接地電位に接続され、前記第３の容量のもう一方の端子は前記第４の容量の一方の端子に接続され、前記第４の容量のもう一方の端子は前記振動子の他方の端子に接続され、前記第３の容量又は第４の容量の両端に第2のスイッチが並列に接続されていることを特徴とする請求項３に記載された発振回路。
前記発振回路の発振開始時の負性抵抗が、発振安定時の負性抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載された発振回路。
前記発振回路の発振開始時の負荷容量が、発振安定時の負荷容量よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載された発振回路。
前記発振回路の前記スイッチおよび前記容量が半導体集積装置内に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載された発振回路。
前記発振回路の前記スイッチおよび前記容量が前記半導体集積装置の外付けであることを特徴とする請求項１に記載された発振回路。
前記振動子として水晶振動子を用い、前記発振回路の増幅手段としてＭＯＳインバータを用いて構成されたコルピッツ型発振回路からなる請求項１に記載された発振回路。