JP2006005697A - ２周波出力圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】２周波出力の電圧制御圧電発振器において、二つの水晶発振器の出力周波数が大きく異なると、それぞれの発振器出力にＬＣ同調回路を必要とするので、部品点数が増えて小型化の障害となる。
【解決手段】第１の圧電発振器と、第２の圧電発振器と、外部から供給された選択信号に基づき前記第１、第２の圧電発振器がそれぞれ出力する発振信号のうち、いずれか一方を選択し出力する切替手段とを備えた２周波出力圧電発振器において、前記切替手段の出力に少なくともインダクタンス素子と可変容量素子とを有するＬＣ可変同調回路を備えたことを特徴とする２周波出力圧電発振器。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２周波出力の圧電発振器に関するものである。

基幹伝送網ではＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）やＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）といった中継回線で低速データを多重化する技術が用いられている。
また、これらＳＤＨ／ＳＯＮＥＴといった多重化技術を使った中継装置の重要なキーデバイスとして電圧制御水晶発振器がよく使われている。近年、基幹伝送網の高速化に対する要求と、既存の１０Ｇｂイーサネット方式等との併用を目的として、発振周波数が６００ＭＨｚ帯で２周波出力タイプの電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）が要求されるようになってきた。

図５は特開２００２−２４６８４４号公報において開示された、１周波出力、６００ＭＨｚ帯の電圧制御水晶発振器の回路図を示したものである。図５に示した従来の１周波出力の電圧制御水晶発振器は、１５０ＭＨｚ帯の基本周波数を有する水晶振動子Ｘ１を備えたコルピッツ型の水晶発振器であって、前記水晶振動子Ｘ１と抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＣＶ１（周波数可変素子）とバイアス抵抗Ｒ２、Ｒ３とコンデンサＣ１、Ｃ２とトランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ４とを有し１５０ＭＨｚ帯にて発振する水晶発振器１と、インダクタンスＬ１とコンデンサＣ３、Ｃ４とを有し前記トランジスタＴｒ１のコレクタに出力される発振信号の４倍の高調波成分（６００ＭＨｚ）を選択出力するＬＣ同調回路２と、前記コンデンサＣ３、Ｃ４にＣタップ接続するインピーダンス整合用のコンデンサＣ５と、前記コンデンサＣ５に接続し前記ＬＣ同調回路２から出力される高調波成分を選択しスプリアス成分を除去する表面波フィルタ３と、前記表面波フィルタ３で選択された高調波成分を所望のレベルまで増幅する増幅器４とを備えている。
この従来の１周波出力の電圧制御水晶発振器は水晶振動子を基本周波数で発振させ、その高調波成分をＬＣ同調回路で取り出したものである。従って、オーバートーン発振の水晶発振器に比べ周波数可変範囲が広く、また複雑で構成が大規模な逓倍回路が不要という利点を備えている。

ここで、図５に示した従来の１周波出力の電圧制御水晶発振器を２周波出力のものに適用することを考える。図６は２周波出力の電圧制御水晶発振器の回路図を示したものである。図６に示す２周波出力の電圧制御発振器は、第１の水晶振動子Ｘ１を有する第１の電圧制御水晶発振器５と、第２の水晶振動子Ｘ２を有する第２の電圧制御発振器６と、外部から入力された選択信号に基づき、前記第１の電圧制御水晶発振器５、または前記第２の電圧制御水晶発振器６の発振信号のいずれか一方を選択し出力する切替手段７と、前記切替手段７から出力された発振信号を選択し、不要なスプリアス成分を除去する表面波フィルタ３と、前記表面波フィルタ３で選択された発振信号を所望のレベルまで増幅する増幅器４とを備えている。

また、前記第１の電圧制御水晶発振器５は、インダクタンスＬ１とコンデンサＣ３、Ｃ４とを有する第１のＬＣ同調回路８を備え、その出力が前記表面波フィルタ３の整合用コンデンサＣ５を介して前記切替手段７の第１の入力端子７ａに入力されている。
また、前記第２の電圧制御水晶発振器５は、インダクタンスＬ２とコンデンサＣ８、Ｃ９とを有する第２のＬＣ同調回路９を備え、その出力が前記表面波フィルタ３の整合用コンデンサＣ１０を介して前記切替手段７の入力端子７ｂに入力されている。
ここで、前記第１、第２の水晶振動子は１５０ＭＨｚ帯の互いに異なる基本周波数を有し、前記第１、第２の電圧制御水晶発振器は基本周波数にて発振し、それぞれ第１、第２の発振信号を出力する。

前記第１のＬＣ同調回路８はトランジスタＴｒ１のコレクタから出力される前記第１の発振信号の４倍の周波数に同調し高調波成分（約６００ＭＨｚの高周波信号）を選択出力する。また、前記第２のＬＣ同調回路９はトランジスタＴｒ２のコレクタから出力される前記第２の発振信号の４倍の周波数に同調し高調波成分（約６００ＭＨｚの高周波信号）を選択出力する。このように、２周波出力の電圧制御水晶発振器は、外部から供給された選択信号に基づき、前記切替手段７に供給された前記第１の発振信号の高調波成分、或いは前記第２の発振信号の高調波成分のいずれか一方を選択し出力するものである。
特開２００２−２４６８４４号公報

ところが、従来の２周波出力の電圧制御型圧電発振器は以下のような問題点を持っている。すなわち、第１、第２の水晶振動子は１５０ＭＨｚ帯の互いに異なる基本周波数を有するが、これを４逓倍すると両者に大きな周波数差が生じる。従って、一般的には第１の電圧制御水晶発振器５と第２の電圧制御発振器６は、それぞれ同調周波数が互いに異なるＬＣ同調回路を必要とする。よって、その分部品点数が増えてしまい小型化するときに問題となる。なお、図６に示した従来の２周波出力の電圧制御型圧電発振器において、切替手段７の出力にＬＣ同調回路を備えるようにすれば、前記第１のＬＣ同調回路８と前記第２のＬＣ同調回路９とを前記ＬＣ同調回路で共用することができるが、二つの同調周波数の差がほとんどない場合にのみ適用範囲が限られ、上述したように二つの同調周波数が大きく離れている場合には適用することが出来ない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、部品点数の増加を抑え、小型化可能な２周波出力の電圧制御圧電発振器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明においては、第１の圧電発振器と、第２の圧電発振器と、外部から供給された選択信号に基づき前記第１、第２の圧電発振器がそれぞれ出力する発振信号のうち、いずれか一方を選択し出力する切替手段とを備えた２周波出力圧電発振器において、前記切替手段の出力に少なくともインダクタンス素子と可変容量素子とを有するＬＣ可変同調回路を備えるようにしたものである。

また、請求項２記載の発明においては、請求項１において、前記ＬＣ可変同調回路は前記選択信号に基づき、前記切替手段から出力される前記第１の圧電発振器の発振信号、または前記第２の圧電発振器の発振信号のいずれにも周波数同調するようにしたものである。

また、請求項３記載の発明においては、請求項１において、前記ＬＣ可変同調回路は前記選択信号に基づき、前記切替手段から出力される前記第１の圧電発振器の発振信号の高調波成分、または前記第２の圧電発振器の発振信号の高調波成分のいずれにも周波数同調するようにしたものである。

また、請求項４記載の発明においては、請求項１、請求項２、または請求項３において、前記切替手段に供給される選択信号が直流電圧であり、該直流電圧を前記可変容量素子へ供給し前記ＬＣ可変同調回路の同調周波数を設定するようにしたものである

また、請求項５記載の発明においては、請求項４において、前記直流電圧を分圧する分圧手段を備え、前記分圧手段の出力を前記可変容量素子へ供給し前記ＬＣ可変同調回路の同調周波数を設定するようにしたものである。

本発明の電圧制御圧電発振器は、第１の圧電発振器と、第２の圧電発振器と、外部から供給された選択信号に基づき前記第１、第２の圧電発振器のそれぞれの発振出力のうち何れか一方を選択し出力する切替手段とを備えた２周波出力圧電発振器であって、前記切替手段の出力に可変容量素子を少なくとも有するＬＣ可変同調回路を備え、前記ＬＣ可変同調回路は前記選択信号に基づき、前記第１の圧電発振器の発振出力の高調波成分、及び前記第２の圧電発振器の発振出力の高調波成分のいずれにも同調するようにした。したがって、本発明は部品点数を抑え小型化可能な２周波出力の電圧制御圧電発振器を提供することを目的とする。

本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係わる２周波出力の電圧制御圧電発振器の回路図を示したものである。
図１において２周波出力の電圧制御圧電発振器は、第１の水晶振動子Ｘ１を備える第１の電圧制御水晶発振器１０と、第２の水晶振動子Ｘ２を備える第２の電圧制御発振器１１と、外部から選択信号（直流電圧）を入力するための入力端子１２と、入力端子７ａ、７ｂと出力端子７ｃとを有し前記入力端子１２から入力された直流電圧（選択信号）に基づき前記第１の電圧制御水晶発振器１０、及び前記第２の電圧制御水晶発振器１１の出力した発振信号のいずれか一方を選択し出力する切替手段７と、前記第１の電圧制御水晶発振器１０、及び前記第２の電圧制御水晶発振器１１から出力された発振信号の高調波成分に同調し前記切替手段７から供給された前記高調波成分を選択するＬＣ可変同調回路１３とを備えている。

また、前記ＬＣ可変同調回路１３は前記切替手段７の出力端子７ｃと電源Ｖｃｃとの間に接続されたインダクタンスＬ３（インダクタンス素子）と、前記インダクタンスＬ３と共に同調回路を形成する可変容量ダイオード（可変容量素子）ＣＶ３と、前記可変容量ダイオードＣＶ３のカソードと前記選択信号入力端子１２との間に直列に挿入された抵抗Ｒ９と、前記インダクタンスＬ３と前記可変容量ダイオードＣＶ３のカソードとの間の直流カット用のコンデンサＣ１１と、前記可変容量ダイオードＣＶ３のカソードから出力信号を取り出すための直流カット用のコンデンサＣ１２とを備えている。前記コンデンサＣ１２は出力端子１４に接続されここから発振信号が出力される。また、周波数制御用の入力端子１５を備え、ここに入力した制御電圧によって第１の電圧制御水晶発振器１０、または第２の電圧制御水晶発振器１０の発振周波数が制御される。

図１に示した２周波出力電圧制御圧電発振器は次の様に動作する。
まず、入力端子１２に選択信号としてＣＭＯＳインタフェースのＨｉレベルに相当する直流電圧を入力する。すると、前記選択信号に従い切替手段７の出力端子７ｃと入力端子７ａが導通する。このとき、入力端子７ａを介して出力端子７ｃからトランジスタＴｒ１のコレクタへ電源電圧Ｖｃｃが供給され、第１の電圧制御水晶発振器１０が起動し水晶振動子Ｘ１の基本周波数にて発振する。

一方、前記選択信号（ＣＭＯＳインタフェースのＨｉレベルに相当する直流電圧）は抵抗Ｒ９を介して可変容量ダイオードＣＶ３のカソードにも供給される。前記選択信号の電圧値に対応して可変容量ダイオードＣＶ３の容量値が所定値に設定される。このとき、可変容量ダイオードＣＶ３、インダクタンスＬ３、コンデンサＣ５、Ｃ６はＬＣ同調回路を形成し、予めその同調周波数は第１の電圧制御水晶発振器１０の発振信号の４倍の周波数に一致するように設定されている。従って、このときＬＣ可変同調回路１３は第１の電圧制御水晶発振器１０から出力される発振信号の４倍の高調波成分に同調し、これを選択してコンデンサＣ６から出力するようになっている。なお、コンデンサＣ５、Ｃ６は前記ＬＣ可変同調回路１３の一部であり、直流電圧をカットする機能を兼用している。

次に、入力端子１２にＣＭＯＳインタフェースのＬｏレベル、または接地信号を選択信号として入力する。すると、前記選択信号に従い切替手段７の出力端子７ｃと入力端子７ｂが導通する。従って、入力端子７ｂを介して出力端子７ｃからトランジスタＴｒ２のコレクタへ電源電圧Ｖｃｃが供給され、第２の電圧制御水晶発振器１１が起動し水晶振動子Ｘ２の基本周波数にて発振する。なお、このとき切替手段７の入力端子７ａと出力端子７ｃとの導通が断となりトランジスタＴｒ出力への電源供給が断となるので、第１の電圧制御水晶発振器１１は起動を停止する。

一方、前記選択信号（ＣＭＯＳインタフェースのＬｏレベル、または接地信号）は抵抗Ｒ９を介して可変容量ダイオードＣＶ３のカソードにも供給される。前記選択信号の電圧値に対応して可変容量ダイオードＣＶ３の容量値が所定値に設定される。このとき、可変容量ダイオードＣＶ３、インダクタンスＬ３、コンデンサＣ５、Ｃ６はＬＣ可変同調回路１３を形成し、予めその共振周波数は第２の電圧制御水晶発振器１１の発振信号の４倍の周波数に一致するように設定されている。従って、ＬＣ可変同調回路１３は第２の電圧制御水晶発振器１１の発振信号の４倍の高調波成分を選択してコンデンサＣ６から出力するようになっている。

このように、本発明は可変容量ダイオード（可変容量素子）とインダクタンス素子を使ったＬＣ可変同調回路を備え、前記ＬＣ可変同調回路を第１、第２の電圧制御発振器で共用できるようにし、また、選択信号として汎用のＣＭＯＳインタフェースを使い、これを可変容量ダイオードの容量値設定用に流用したので、入力端子数と部品点数を抑えた、小型化可能な２周波出力の電圧制御圧電発振器を提供することができる。

なお、本発明は第１、第２の電圧制御水晶発振器において発振信号の高調波成分をＬＣ可変同調回路で取り出すようにしたものであるが、本願発明にあってはこれに限らず。例えば、第１、第２の電圧制御水晶発振器の発振信号（基本周波数の成分）をＬＣ可変同調回路から取り出すようにしてもよい。特に、第１の水晶振動子の基本周波数と第２の水晶振動子の基本周波数の周波数差が大きい場合に、ＬＣ可変同調回路を備える構成は効果的である。
また、本発明は２周波出力の電圧制御圧電発振器に限らず、所定の２波の固定周波数を選択出力する圧電発振器として応用することも可能である。

図２は本発明に係る２周波出力圧電発振器の第２の実施例の回路図を示したものである。
図２に示す２周波出力圧電発振器は、図１に示したものに抵抗Ｒ１０を追加したものである。選択信号（直流電圧）を抵抗Ｒ９、Ｒ１０（分圧手段）によって分圧し可変容量ダイオードに供給するようにしている。これは、第１の電圧制御水晶発振器１０に対するＬＣ可変同調回路１３の同調周波数を設定するためであり、設計の自由度を広げることを目的としている。

図３は本発明に係る２周波出力圧電発振器の第３の実施例の回路図を示したものである。
図３に示す２周波出力圧電発振器は、図１に示したものにコンデンサＣ１３を追加したものである。これは、第１の電圧制御発振器１０及び第２の電圧制御発振器１１に対する同調周波数を設定するためであり、図２に示した第２の実施例と同様に設計の自由度を広げることを目的としている。なお、抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ７の両方を備えた構成にすれば、更に設計の自由度が広がることは言うまでもない。

また、本発明に係る２周波出力圧電発振器において、ＬＣ可変同調回路１３（コンデンサＣ６）から直接に信号を出力しているが、本願発明にあってはこれに限らず。例えば、ＬＣ可変同調回路１３の出力に増幅回路等のバッファ回路を備えるようにしてもよい。このようにすると、出力に接続する負荷インピーダンスの影響を受けなくなるのでＬＣ可変同調回路１３の同調周波数が安定する。また、図４に示すようにＬＣ可変同調回路１３の出力に表面波フィルタ３と増幅器４とを備え、スプリアスを除去すると共に増幅器４を出力バッファ回路として兼用するようにしてもよいであろう。

本発明に係る２周波出力電圧制御圧電発振器の第１の実施例。 本発明に係る２周波出力電圧制御圧電発振器の第２の実施例。 本発明に係る２周波出力電圧制御圧電発振器の第３の実施例。 本発明に係る２周波出力電圧制御圧電発振器の第３の実施例。 従来の１周波出力電圧制御圧電発振器の実施例。 従来の２周波出力電圧制御圧電発振器の実施例。

符号の説明

１・・水晶発振器
２・・ＬＣ同調回路
３・・表面波フィルタ
４・・増幅器
５・・従来の第１の電圧制御水晶発振器
６・・従来の第２の電圧制御水晶発振器
７・・切替手段
７ａ、７ｂ・・切替手段の入力端子
７ｃ・・切替手段の出力端子
８・・第１のＬＣ同調回路
９・・第２のＬＣ同調回路
１０・・第１の電圧制御水晶発振器
１１・・第２の電圧制御水晶発振器
１２、１５・・入力端子
１３・・ＬＣ可変同調回路
１４・・出力端子
Ｒ１〜Ｒ１０・・抵抗
Ｃ１〜Ｃ１３・・コンデンサ
ＣＶ１、ＣＶ２、ＣＶ３・・可変容量ダイオード
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・インダクタンス
Ｔｒ１、Ｔｒ２・・トランジスタ
Ｘ１、Ｘ２・・水晶振動子

Claims (5)

1. 第１の圧電発振器と、第２の圧電発振器と、外部から供給された選択信号に基づき前記第１、第２の圧電発振器がそれぞれ出力する発振信号のうち、いずれか一方を選択し出力する切替手段とを備えた２周波出力圧電発振器において、前記切替手段の出力に少なくともインダクタンス素子と可変容量素子とを有するＬＣ可変同調回路を備えたことを特徴とする２周波出力圧電発振器。
2. 前記ＬＣ可変同調回路は前記選択信号に基づき、前記切替手段から出力される前記第１の圧電発振器の発振信号、または前記第２の圧電発振器の発振信号のいずれにも周波数同調するものであることを特徴とする請求項１記載の２周波出力圧電発振器。
3. 前記ＬＣ可変同調回路は前記選択信号に基づき、前記切替手段から出力される前記第１の圧電発振器の発振信号の高調波成分、または前記第２の圧電発振器の発振信号の高調波成分のいずれにも周波数同調するものであることを特徴とする請求項１記載の２周波出力圧電発振器。
4. 前記切替手段に供給される選択信号が直流電圧であり、該直流電圧を前記可変容量素子へ供給し前記ＬＣ可変同調回路の同調周波数を設定したものであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の２周波出力圧電発振器。
5. 前記直流電圧を分圧する分圧手段を備え、前記分圧手段の出力を前記可変容量素子へ供給し前記ＬＣ可変同調回路の同調周波数を設定したものであることを特徴とする請求項４記載の２周波出力圧電発振器。
   
   
   
   

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