JP2005159823A - 電圧制御型の水晶発振回路および水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】位相雑音を低減させるローパスフィルターを設けた電圧制御型の水晶発振器において、電源電圧によらず安定した発振起動特性を実現する。
【解決手段】水晶発振器の発振起動時にスタート回路１５よりスイッチング素子５を制御するパルスを発生し一定時間スイッチング素子５を短絡、コンデンサ２３を急速充電する。その直後にスイッチング素子５を開放することで、抵抗２，コンデンサ３がローパスフィルター４として働く。スタート回路１５内のコンパレータ２４のマイナス入力に接続するコンデンサ２３を定電流Ｉ０により充電する。定電流Ｉ０はバンドギャップ基準電圧回路１６にて発生した定電圧と抵抗２１により決定の電流をミラーすることで発生するトランジスタ２２を流れる電流であるため、定電流Ｉ０は電源電圧によらず常に一定となる。スイッチング素子５の切り替え時間を電源電圧によらず常に一定の値に設定でき、安定した起動特性を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶発振回路とこの回路を用いた水晶発振器に関し、特に電圧制御による温度補償型の水晶発振回路および水晶発振器に関するものである。

温度補償型の水晶発振器は携帯電話等の基準周波数源として使用され、温度変化による周波数の変化を小さくした水晶発振器である。近年では、小型化、ローコスト化、低位相雑音化に加え、発振開始時の起動特性の向上が求められている。

図２は電圧制御型の水晶発振器における回路の一例を示すブロック図である。図２に示すように、電圧制御による温度補償型の水晶発振器は水晶振動子９に接続した発振回路１０と、水晶振動子９に接続した電圧可変容量素子としての可変容量ダイオード８と、補償電圧発生回路１と、高周波阻止抵抗７と、補償電圧発生回路１と高周波阻止抵抗７の間に接続された抵抗２とコンデンサ３からなるローパスフィルター４と、抵抗２の両端を短絡して開放するスイッチング素子５と、スイッチング素子５を制御するスタート回路６から構成される。

水晶振動子９に接続された発振回路１０は水晶振動子９の持つ３次曲線の発振周波数温度特性を示す。可変容量ダイオード８は逆方向電圧を印加することで端子間の容量値が変化する。補償電圧発生回路１は水晶振動子９と正負逆となる３次曲線の補償電圧を発生し、高周波阻止抵抗７を通して可変容量ダイオード８に印加する。これにより、可変容量ダイオード８の端子間の容量値が変化し、水晶振動子９からみた回路側の負荷容量が変化するため、水晶振動子９の持つ周波数温度特性を相殺して温度補償が行われる。ローパスフィルター４により補償電圧発生回路１で発生した雑音成分を低減する。

また、図２に示すように、スイッチング素子５の制御端子はスタート回路６内のコンパレータ１４に接続する。コンパレータ１４のマイナス入力は抵抗１１とコンデンサ１２からなる時定数回路の中点に接続し、プラス入力は基準電圧１３に接続する。スイッチング素子５はスタート回路６の抵抗１１とコンデンサ１２の時定数により、電源投入時に短絡しその直後に開放する。

この構成によって、水晶発振器の発振起動時には、ローパスフィルター４の抵抗２を短絡するためコンデンサ３を急速に充電し、補償電圧とローパスフィルター４の中点Ａとを瞬時に同電位にする。これにより、良好な起動特性が得られる。また、水晶発振器の起動時以降の動作状態においては、ローパスフィルター４により補償電圧の雑音成分が低減され、位相雑音を良好にする。
特開２０００−１９６３５６号公報

しかしながら、このような構成の電圧制御による温度補償型の水晶発振回路において、起動制御を行うスタート回路６ではコンパレータ１４のマイナス入力側の電圧、すなわち、抵抗１１とコンデンサ１２の中点の電圧立ち上がり時間が、電源電圧に依存する。

このことから、携帯電話のセットによって電源電圧の仕様が異なるため、スイッチング切り替え時間が異なり、ローパスフィルター４のコンデンサ３が十分充電される前にスイッチング素子５が開放されるなど、起動特性に影響を与える可能性があるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、位相雑音を低減させるためのローパスフィルターを設けた電圧制御による温度補償型の水晶発振器において、電源電圧によらず安定した発振起動特性を実現する電圧制御型の水晶発振回路および水晶発振器を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載された電圧制御型の水晶発振回路は、周波数制御電圧入力端と電圧可変容量素子との間にコンデンサと抵抗からなるローパスフィルターと、発振起動時に抵抗の両端を短絡してコンデンサを急速充電するスイッチング素子とを設けた電圧制御型の水晶発振回路において、定電流回路とコンパレータ回路により構成されたスタート回路を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載された電圧制御型の水晶発振器は、請求項１記載の水晶発振回路と、水晶振動子とを備えたことを特徴とする。

前記の構成によれば、スタート回路内に設けたコンパレータのマイナス入力電圧を決定するコンデンサを定電流で充電する構成となって、コンデンサの急速充電時間に合わせたスイッチング切り替え時間を設定できる。

以上説明したように、本発明によれば、周波数制御電圧入力端と電圧可変容量素子の間に有するコンデンサと抵抗からなるローパスフィルターの抵抗の両端を、発振起動時に短絡してコンデンサを急速充電するスイッチング素子を設けた電圧制御型の水晶発振回路および水晶発振器において、異なる電源電圧の仕様であっても常に安定した発振起動特性を実現することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における電圧制御型の水晶発振器の概略構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例を示す図２において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。

図１において、１は補償電圧発生回路、２は抵抗、３はコンデンサ、４はローパスフィルター、５はスイッチング素子、７は高周波阻止抵抗、８は可変容量ダイオード、９は水晶振動子、１０は発振回路、１５はスタート回路である。

図１に示す水晶発振器の発振起動時にスタート回路１５よりスイッチング素子５を制御するパルスを発生し一定時間スイッチング素子５を短絡し、コンデンサ２３を急速充電する。その直後にスイッチング素子５を開放することで、抵抗２、コンデンサ３がローパスフィルター４として働く。

本実施の形態では、スタート回路１５内のコンパレータ２４のマイナス入力に接続するコンデンサ２３を定電流Ｉ０により充電する。この定電流Ｉ０はバンドギャップ基準電圧回路１６にて発生した定電圧と抵抗２１により決定された電流をミラーすることで発生するトランジスタ２２を流れる電流である。そのため、定電流Ｉ０は電源電圧によらず常に一定となる。

このような構成とすることで、スイッチング素子５の切り替え時間を電源電圧によらず常に一定の値に設定できるため、安定した起動特性を実現することができる。

本発明に係る電圧制御型の水晶発振回路および水晶発振器は、異なる電源電圧の仕様であっても安定した発振起動特性を実現でき、電圧制御による温度補償型の水晶発振回路および水晶発振器に有用である。

本発明の実施の形態における電圧制御型の水晶発振器の概略回路構成を示すブロック図 従来の電圧制御型の水晶発振回路の概略回路構成を示すブロック図

符号の説明

１ 補償電圧発生回路
２，１１，１９，２１ 抵抗
３，１２，２３ コンデンサ
４ ローパスフィルター
５ スイッチング素子
６，１５ スタート回路
７ 高周波阻止抵抗
８ 電圧可変容量素子（可変容量ダイオード）
９ 水晶振動子
１０ 発振回路
１３，２５ 基準電圧
１４，２４ コンパレータ
１６ バンドギャップ基準電圧回路
１７ バッファアンプ
１８，２０，２２ トランジスタ

Claims (2)

1. 周波数制御電圧入力端と電圧可変容量素子との間にコンデンサと抵抗からなるローパスフィルターと、発振起動時に前記抵抗の両端を短絡して前記コンデンサを急速充電するスイッチング素子とを設けた電圧制御型の水晶発振回路において、
   定電流回路とコンパレータ回路により構成されたスタート回路を備えたことを特徴とする電圧制御型の水晶発振回路。
2. 請求項１記載の水晶発振回路と、水晶振動子とを備えたことを特徴とする電圧制御型の水晶発振器。

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