JP2006121134A - Piezoelectric oscillator - Google Patents

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好明 松本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric oscillator capable of acquiring a stable oscillation output even if a current consumption in a transistor for oscillation is changed in response to different required performance. <P>SOLUTION: The piezoelectric oscillator is provided with a piezoelectric resonator resonating at a predetermined frequency, a piezoelectric oscillation circuit having an active element for oscillation for applying a current to the piezoelectric resonator to cause the piezoelectric resonator to continuously resonate, and a means for adjusting the current consumption of the active element for oscillation. The active element for oscillation is formed of a transistor. A means for adjusting a current flowing through the transistor is provided as a means for adjusting the current consumption of the transistor. The means for adjusting the current consists of a first current mirror circuit provided in an emitter of the transistor, a second current mirror circuit controlled in its output current by the first current mirror circuit, and a third current mirror circuit provided on a base bias unit of the transistor and controlled in its output current by the first current mirror circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、低消費電力、低位相雑音に対応し、かつ消費電力の変化に関わらず安定な発振出力を得ることができる圧電発振器に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric oscillator that can cope with low power consumption and low phase noise and can obtain a stable oscillation output regardless of changes in power consumption.

従来、圧電発振器は、安定な発振周波数が得られることから、例えば携帯電話を代表とする移動体通信機器や伝送装置等における基準信号源用の発振器として広く用いられており、近年、前述の通信機器や伝送装置等には周波数有効利用、高効率を目的としたものが要求されている。そのため、例えば、伝送方式が異なる通信機器を1つにまとめるDual方式対応型やTriple方式対応型の通信装置の場合、使用される圧電発振器にも前記通信装置に対応すべく様々な仕様が要求されるが、その中でも特に、発振出力の位相雑音特性は、装置自体の性能に大きく影響する特性として注目されており、圧電発振器の小型、低消費電力化と併せて、その低減が強く要求されている。
前述のような要求性能を満足する圧電発振器としては、周波数安定度が特に重視されることから、各種圧電発振器の中でも、共振特性に優れ、高い周波数安定度を有す水晶振動子を用いた水晶発振器が多用されている。ここで、前記通信装置等に使用される一般的な水晶発振器の水晶発振回路について、図2に示す。
Conventionally, piezoelectric oscillators have been widely used as reference signal source oscillators in mobile communication devices such as mobile phones and transmission devices, since stable oscillation frequencies can be obtained. Devices, transmission devices, and the like are required for effective frequency use and high efficiency. For this reason, for example, in the case of a Dual type compatible type or Triple type compatible type communication device that integrates communication devices with different transmission methods, various specifications are also required for the piezoelectric oscillator to be used to support the communication device. In particular, the phase noise characteristic of oscillation output is attracting attention as a characteristic that greatly affects the performance of the device itself, and there is a strong demand to reduce it along with the smaller size and lower power consumption of piezoelectric oscillators. Yes.
As a piezoelectric oscillator satisfying the required performance as described above, since frequency stability is particularly important, among various piezoelectric oscillators, a crystal using a crystal resonator having excellent resonance characteristics and high frequency stability. Oscillators are frequently used. Here, FIG. 2 shows a crystal oscillation circuit of a general crystal oscillator used in the communication device or the like.

図2はコルピッツ型の発振回路を用いた電圧制御型の水晶発振回路を示している。前記水晶発振回路は、水晶振動子Y1と発振用トランジスタTr1とを含み、前記水晶振動子Y1の出力について、増幅帰還をかけることにより発振出力を得る発振段101と、前記発振段101の発振周波数を調整するための周波数調整部102とにより構成される。
前記第1のトランジスタTr1のベースには、前記水晶振動子Y1の一端が接続されると共に、抵抗R1と抵抗R2とから成るベースバイアス回路が接続される。前記水晶振動子Y1の他端は、前記水晶発振回路の発振周波数を調整するための負荷容量C2の一端に接続され、前記負荷容量C2の他端は、一端が接地された前記発振周波数を微調整するための負荷容量C1の他端と接続する。更に、前記第1のトランジスタTr1のベース・接地間には、負荷容量の一部となる負荷容量C3と負荷容量C4との直列回路を挿入接続し、この直列回路の接続中点と前記発振用トランジスタTr1のエミッタとを接続すると共に、前記発振用トランジスタTr1のエミッタは、エミッタ抵抗R4を介して接地される。そして、前記トランジスタTr1のコレクタは、コレクタ抵抗R3を介して直流電源Vccラインに接続されることにより、前記発振段101を構成する。
前記周波数調整部102は、前記負荷容量C1に並列接続された電圧可変容量ダイオードVd1と、交流カット用の抵抗R8を介して前記電圧可変容量ダイオードVd1に電圧を印加するための周波数制御電圧Vcontとにより形成され、前記周波数制御電圧Vcontの電圧変化により、前記水晶発振回路の発振周波数を可変可能としている。
以上のように構成された前記水晶発振回路は、前記直流電源Vccによって、直流電圧が前記発振用トランジスタTr1に印加されることにより、前記水晶振動子Y1の固有振動数にて発振し、安定な発振出力を得ることができる。
FIG. 2 shows a voltage controlled crystal oscillation circuit using a Colpitts oscillation circuit. The crystal oscillation circuit includes a crystal resonator Y1 and an oscillation transistor Tr1, and an oscillation stage 101 that obtains an oscillation output by applying amplification feedback to the output of the crystal resonator Y1, and an oscillation frequency of the oscillation stage 101 And a frequency adjusting unit 102 for adjusting the frequency.
One end of the crystal resonator Y1 is connected to the base of the first transistor Tr1, and a base bias circuit including a resistor R1 and a resistor R2 is connected to the base of the first transistor Tr1. The other end of the crystal resonator Y1 is connected to one end of a load capacitor C2 for adjusting the oscillation frequency of the crystal oscillation circuit, and the other end of the load capacitor C2 slightly adjusts the oscillation frequency with one end grounded. It connects with the other end of load capacity C1 for adjustment. Further, a series circuit of a load capacitor C3 and a load capacitor C4, which are part of the load capacitor, is inserted and connected between the base and ground of the first transistor Tr1, and the connection midpoint of this series circuit and the oscillation circuit The emitter of the transistor Tr1 is connected, and the emitter of the oscillation transistor Tr1 is grounded via an emitter resistor R4. The collector of the transistor Tr1 is connected to the DC power supply Vcc line via the collector resistor R3, thereby constituting the oscillation stage 101.
The frequency adjustment unit 102 includes a voltage variable capacitance diode Vd1 connected in parallel to the load capacitance C1, and a frequency control voltage Vcont for applying a voltage to the voltage variable capacitance diode Vd1 via an AC cut resistor R8. The oscillation frequency of the crystal oscillation circuit can be changed by changing the voltage of the frequency control voltage Vcont.
The crystal oscillation circuit configured as described above oscillates at the natural frequency of the crystal resonator Y1 by applying a DC voltage to the oscillation transistor Tr1 by the DC power supply Vcc, and is stable. Oscillation output can be obtained.

図2のような発振回路において、発振出力の位相雑音特性を低減する手法は色々とあるが、その手法の一つとして、発振用トランジスタTr1のコレクタ電流を大きくし、発振器の出力レベルを上げることによって、良好な位相雑音特性を得ることが可能である。
例えば特開2003−243931では、位相雑音特性の低減、及び低電力化という異なる要求性能に対応すべく、図3で示したように、発振用トランジスタTr1におけるコレクタ電流の大きさが切り替え可能となるよう、前記発振用トランジスタTr1のエミッタとグランド間とに介在するエミッタ抵抗R4と、一端が前記発振用トランジスタTr1のエミッタに接続され、他端がスイッチトランジスタ等からなるスイッチ手段Tr7を介して接地された抵抗R9とから成る電流切替え手段を設けたことにより、前記発振用トランジスタTr1におけるコレクタ電流を容易に制御可能とした発明が成されている。
前記発明によれば、前記電流切替え手段により、前記スイッチ手段Tr7がオフの時には、前記発振用トランジスタTr1のエミッタ電流、即ち前記トランジスタTr1のコレクタ電流は増加するので、発振出力の位相雑音特性を低減することができ、また、前記スイッチ手段Tr7がオンの時には、前記発振用トランジスタTr1のエミッタ電流、即ち前記トランジスタTr1のコレクタ電流は減少するので、前記発振用トランジスタTr1における消費電力が低減されることから、発振器の低位相雑音、あるいは低消費電力化を容易に実現可能としている。
特開2003−243931号公報
In the oscillation circuit as shown in FIG. 2, there are various methods for reducing the phase noise characteristic of the oscillation output. One of the methods is to increase the collector current of the oscillation transistor Tr1 and increase the output level of the oscillator. Therefore, good phase noise characteristics can be obtained.
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-243931, the magnitude of the collector current in the oscillation transistor Tr1 can be switched as shown in FIG. 3 in order to cope with different required performances such as reduction in phase noise characteristics and reduction in power. As described above, an emitter resistor R4 interposed between the emitter of the oscillation transistor Tr1 and the ground, and one end connected to the emitter of the oscillation transistor Tr1 and the other end grounded via a switch means Tr7 made of a switch transistor or the like. By providing the current switching means composed of the resistor R9, an invention has been made in which the collector current in the oscillation transistor Tr1 can be easily controlled.
According to the invention, when the switch means Tr7 is off, the current switching means increases the emitter current of the oscillation transistor Tr1, that is, the collector current of the transistor Tr1, thereby reducing the phase noise characteristic of the oscillation output. In addition, when the switch means Tr7 is on, the emitter current of the oscillation transistor Tr1, that is, the collector current of the transistor Tr1, decreases, so that the power consumption in the oscillation transistor Tr1 is reduced. Therefore, it is possible to easily realize low phase noise or low power consumption of the oscillator.
JP 2003-243931 A

しかしながら、従来例や前述の発明の回路では、発振出力の位相雑音特性を低減するために、発振用トランジスタTr1に大きなコレクタ電流を流そうとする場合、前記発振用トランジスタTr1におけるベース電流が不変の状態のまま、前記発振用トランジスタTr1に大きなコレクタ電流を流すことになる。そのため、前記ベース電流に対する前記コレクタ電流の比が異常に大きくなってしまう可能性があり、その結果、前記発振用トランジスタTr1の動作が不安定となり、最悪の場合、発振が停止してしまう虞があった。
本発明は、低消費電力、低位相雑音という異なる要求性能に応じて、発振用トランジスタにおける消費電流を変化させた場合においても、安定な発振出力が得られる圧電発振器を提供することを目的とする。
However, in the conventional example and the circuit of the above-described invention, in order to reduce the phase noise characteristic of the oscillation output, when trying to pass a large collector current to the oscillation transistor Tr1, the base current in the oscillation transistor Tr1 is unchanged. In this state, a large collector current is passed through the oscillation transistor Tr1. Therefore, there is a possibility that the ratio of the collector current to the base current becomes abnormally large. As a result, the operation of the oscillation transistor Tr1 becomes unstable, and in the worst case, the oscillation may stop. there were.
An object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator capable of obtaining a stable oscillation output even when the current consumption in an oscillation transistor is changed according to different performance requirements such as low power consumption and low phase noise. .

本発明は、上述の目的を達成するため、前記発振用トランジスタが安定に動作する手段として、前記発振用トランジスタのベースバイアス部、及びエミッタ部に定電流回路であるカレントミラー回路を用いて発振回路を構成したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides an oscillation circuit using a current mirror circuit which is a constant current circuit in a base bias part and an emitter part of the oscillation transistor as means for stably operating the oscillation transistor. It is characterized by comprising.

本発明に係る圧電発振器は、発振用トランジスタのベースバイアス部、及びエミッタ部に定電流回路であるカレントミラー回路を用いて構成したので、要求性能に応じて前記発振トランジスタのコレクタ電流を変化させても、前記発振用トランジスタは、前記コレクタ電流の変化に応じて適したベース電流が供給されるので、前記ベース電流と前記コレクタ電流の比を一定にすることができ、前記発振用トランジスタを適切なバイアスで動作することができる。また、回路定数の変更によって低位相雑音、あるいは低消費電力化の要求に対応した発振器を容易に実現できるので、要求性能毎に回路構成の異なる発振器を製造する必要が無いため、製造コストを低減することができる。さらに、IC化に適したカレントミラー回路を発振回路に用いたので、前記発振回路を1パッケージ化したICとすることにより、前記圧電発振器の小型、簡素化を図ることができる。   The piezoelectric oscillator according to the present invention is configured by using a current mirror circuit, which is a constant current circuit, in the base bias part and the emitter part of the oscillation transistor, so that the collector current of the oscillation transistor is changed according to the required performance. However, since the oscillation transistor is supplied with a suitable base current according to the change in the collector current, the ratio of the base current and the collector current can be made constant, and the oscillation transistor Can operate with bias. In addition, it is possible to easily realize an oscillator that meets the demand for low phase noise or low power consumption by changing circuit constants, so there is no need to manufacture oscillators with different circuit configurations for each required performance, reducing manufacturing costs. can do. Further, since the current mirror circuit suitable for the IC is used for the oscillation circuit, the piezoelectric oscillator can be reduced in size and simplified by using an IC in which the oscillation circuit is packaged.

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は本発明の実施の形態に係る水晶発振回路を示す回路図である。なお、上述の従来例に示したものと同様の構成部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a crystal oscillation circuit according to an embodiment of the present invention. In addition, about the structural member similar to what was shown in the above-mentioned prior art example, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図1は、コルピッツ型の発振回路を用いた電圧制御型の水晶発振回路を示している。前記水晶発振回路は、水晶振動子Y1と、発振用であるNPN型の第1のトランジスタTr1とを含み、前記水晶振動子Y1の出力について、増幅帰還をかけることにより発振出力を得る発振段101と、前記発振段101の発振周波数を調整する周波数調整部102と、前記第1のトランジスタTr1におけるコレクタ電流Ic1、及びベース電流Ib1を調整する電流調整部103とにより構成される。
前記第1のトランジスタTr1のベースには、前記水晶振動子Y1の一端が接続されると共に、抵抗R1と抵抗R2とから成るベースバイアス回路が接続される。前記水晶振動子Y1の他端は、前記水晶発振回路の発振周波数を調整するための負荷容量C2の一端に接続され、前記負荷容量C2の他端は、一端が接地された前記発振周波数を微調整するための負荷容量C1の他端と接続する。また、前記ベースバイアス抵抗R1は、エミッタが直流電源Vccラインに接続されたPNP型の第2のトランジスタTr2のコレクタに接続される。更に、前記第1のトランジスタTr1のベース・接地間には、負荷容量の一部となる負荷容量C3と負荷容量C4との直列回路を挿入接続し、この直列回路の接続中点は、前記発振用トランジスタTr1のエミッタと接続されると共に、エミッタがエミッタ抵抗R4を介して接地されたNPN型の第4のトランジスタTr4におけるコレクタに接続されている。そして、前記第1のトランジスタTr1のコレクタは、コレクタ抵抗R3を介して直流電源Vccラインに接続され、前記第2のトランジスタTr2と、前記第4のトランジスタTr4を含んだ上記の回路構成により、前記発振段101を構成する。
前記周波数調整部102は、前記負荷容量C1に並列接続された電圧可変容量ダイオードVd1と、交流カット用の抵抗R8を介して前記電圧可変容量ダイオードVd1に電圧を印加するための周波数制御電圧Vcontとにより形成され、前記周波数制御電圧Vcontの電圧変化により、前記水晶発振回路の発振周波数を可変可能としている。
FIG. 1 shows a voltage-controlled crystal oscillation circuit using a Colpitts oscillation circuit. The crystal oscillation circuit includes a crystal resonator Y1 and an NPN-type first transistor Tr1 for oscillation, and an oscillation stage 101 that obtains an oscillation output by applying amplification feedback to the output of the crystal resonator Y1. And a frequency adjustment unit 102 that adjusts the oscillation frequency of the oscillation stage 101, and a current adjustment unit 103 that adjusts the collector current Ic1 and the base current Ib1 in the first transistor Tr1.
One end of the crystal resonator Y1 is connected to the base of the first transistor Tr1, and a base bias circuit including a resistor R1 and a resistor R2 is connected to the base of the first transistor Tr1. The other end of the crystal resonator Y1 is connected to one end of a load capacitor C2 for adjusting the oscillation frequency of the crystal oscillation circuit, and the other end of the load capacitor C2 slightly adjusts the oscillation frequency with one end grounded. It connects with the other end of load capacity C1 for adjustment. The base bias resistor R1 is connected to the collector of a PNP-type second transistor Tr2 whose emitter is connected to the DC power supply Vcc line. Further, a series circuit of a load capacitor C3 and a load capacitor C4, which are part of the load capacitor, is inserted and connected between the base and ground of the first transistor Tr1, and the connection midpoint of this series circuit is the oscillation point. The emitter of the transistor Tr1 is connected to the collector of the NPN-type fourth transistor Tr4 that is grounded via the emitter resistor R4. The collector of the first transistor Tr1 is connected to a DC power supply Vcc line via a collector resistor R3. With the circuit configuration including the second transistor Tr2 and the fourth transistor Tr4, The oscillation stage 101 is configured.
The frequency adjustment unit 102 includes a voltage variable capacitance diode Vd1 connected in parallel to the load capacitance C1, and a frequency control voltage Vcont for applying a voltage to the voltage variable capacitance diode Vd1 via an AC cut resistor R8. The oscillation frequency of the crystal oscillation circuit can be changed by changing the voltage of the frequency control voltage Vcont.

次に、本発明の要部について説明する。前述の第4のトランジスタTr4におけるベースは、NPN型の第5のトランジスタTr5のベースに接続されており、この第5のトランジスタTr5は、コレクタがベースに接続され、かつコレクタ抵抗R7を介して直流電源Vccラインに接続されると共に、エミッタが前記エミッタ抵抗R4と同値であるエミッタ抵抗R5を介して接地されている。そして、前記第4のトランジスタTr4と前記第5のトランジスタTr5とにより、定電流回路である第1のカレントミラー回路が形成される。更に、前記第5のトランジスタTr5のベースは、NPN型の第6のトランジスタTr6のベースに接続されており、この第6のトランジスタTr6は、エミッタが前記エミッタ抵抗R5の10倍の値であるエミッタ抵抗R6を介して接地されると共に、コレクタをPNP型の第3のトランジスタTr3のエミッタ、及びベースに接続されている。つまり、前記第5のトランジスタTr5と前記第6のトランジスタTr6とによって、第2のカレントミラー回路が形成される。そして、前記第3のトランジスタTr3のコレクタは、直流電源Vccラインに接続され、ベースはエミッタと接続されると共に、発振用トランジスタTr1のベースバイアス部に挿入された第2のトランジスタTr2のベースに接続され、前記第3のトランジスタTr3と前記第2のトランジスタTr2とによって、定電流回路である第3のカレントミラー回路が形成され、前記電流調整部103を構成する。   Next, the main part of the present invention will be described. The base of the aforementioned fourth transistor Tr4 is connected to the base of an NPN-type fifth transistor Tr5, and the fifth transistor Tr5 has a collector connected to the base and a direct current via a collector resistor R7. The emitter is connected to the power supply Vcc line and the emitter is grounded via an emitter resistor R5 having the same value as the emitter resistor R4. The fourth transistor Tr4 and the fifth transistor Tr5 form a first current mirror circuit that is a constant current circuit. Further, the base of the fifth transistor Tr5 is connected to the base of an NPN-type sixth transistor Tr6, and the sixth transistor Tr6 has an emitter whose value is 10 times the emitter resistance R5. The collector is grounded through a resistor R6, and the collector is connected to the emitter and base of a PNP-type third transistor Tr3. That is, a second current mirror circuit is formed by the fifth transistor Tr5 and the sixth transistor Tr6. The collector of the third transistor Tr3 is connected to the DC power supply Vcc line, the base is connected to the emitter, and is connected to the base of the second transistor Tr2 inserted in the base bias portion of the oscillation transistor Tr1. The third transistor Tr3 and the second transistor Tr2 form a third current mirror circuit, which is a constant current circuit, and constitutes the current adjusting unit 103.

このように構成した電流調整部103の動作について、以下に説明する。前記第1のカレントミラー回路を構成する前記第4のトランジスタTr4のベースと、前記第5のトランジスタTr5のベースは共通であることから、両トランジスタにおけるベース電位は同電位であり、かつ両トランジスタのエミッタに各々接続されるエミッタ抵抗R4、R5は、前述のように同値であるので、両トランジスタのコレクタ負荷に関係なく前記第4のトランジスタTr4のエミッタ電流Ie4、即ち前記第1のトランジスタTr1におけるエミッタ電流Ie1と、前記第5のトランジスタTr5のエミッタ電流Ie5は等しくなる。ここで、トランジスタ回路におけるコレクタ電流Ic、エミッタ電流Ie、ベース電流Ieは、Ie=Ib+Icであり、ベース電流Ibはコレクタ電流Icに比べて微少であることから、Ie≒Icの関係により、前記第1のトランジスタTr1におけるコレクタ電流Ic1は、前記エミッタ電流Ie1、即ち、前記第5のトランジスタTr5のエミッタ電流Ie5と等しくなる。前記エミッタ電流Ie5の大きさは、前記第5のトランジスタTr5におけるベース電位に依存することから、前記コレクタ電流Ic1は、前記第5のトランジスタTr5のベース電位によって制御可能となる。
次に、第2のカレントミラー回路を形成する前記第5のトランジスタTr5のベースと、前記第6のトランジスタTr6のベースは共通であることから、前記両トランジスタにおけるベース電位は同電位であり、かつ両トランジスタのエミッタに接続されるエミッタ抵抗R5とR6の抵抗比は上述のようにR5:R6=1:10であるため、前記第6のトランジスタTr6のエミッタ電流Ie6には、前記第5のトランジスタTr5におけるエミッタ電流Ie5の1/10の電流が流れることになる。従って、上述の通り、前記第6のトランジスタTr6のエミッタ電流Ie6も、前記第5のトランジスタTr5のベース電位によって制御される。
また、発振段101を形成する前記第1のトランジスタTr1のベースバイアス部を流れる電流は、前記第3のカレントミラー回路を形成する前記第2のトランジスタTr2を前記ベースバイアス部に挿入したことから、前記第2のトランジスタTr2におけるエミッタ電流Ie2により決定する。前記第2のトランジスタTr2におけるエミッタ電流Ie2は、前記第2のトランジスタTr2のベースと前記第3のトランジスタTr3のベースが共通であり、両トランジスタにおけるベース電位は同電位であることから、前記第3のトランジスタTr3のエミッタ電流Ie3と等しくなる。ここで、前記エミッタ電流Ie3は、前記第3のトランジスタTr3のコレクタ負荷となっている前記第6のトランジスタTr6におけるエミッタ電流Ie6に等しいことから、前記第2のトランジスタTr2のエミッタ電流Ie2は、前記エミッタ電流Ie6と等しくなる。上述のように、前記第6のトランジスタTr6におけるエミッタ電流Ie6には、前記第5のトランジスタTr5のエミッタ電流Ie5の1/10の電流が流れ、その電流値は前記第5のトランジスタTr5のベース電位に依存することから、前記第2のトランジスタTr2のエミッタ電流Ie2についても、前記第5のトランジスタTr5のベース電位により制御される。
ここで、トランジスタ回路のコレクタ電流Icは、ベース電流Ibの変化に伴い大きく変化し、ベース電流Ibの増大、即ちベース電位を高くすることにより、コレクタ電流Icは増大する。前述のように、トランジスタ回路のコレクタ電流Icとエミッタ電流Ieは、ほぼ等しいことから、ベース電位を高くすることにより、エミッタ電流Ieは増加する。従って、前記第1〜第6のトランジスタにおける各エミッタ電流は、前記第5のトランジスタTr5のベース電位を高くすることにより増大される。
The operation of the current adjustment unit 103 configured as described above will be described below. Since the base of the fourth transistor Tr4 and the base of the fifth transistor Tr5 constituting the first current mirror circuit are common, the base potential of both transistors is the same, and both transistors have the same potential. Since the emitter resistors R4 and R5 connected to the emitters have the same value as described above, the emitter current Ie4 of the fourth transistor Tr4, that is, the emitter in the first transistor Tr1, regardless of the collector load of both transistors. The current Ie1 is equal to the emitter current Ie5 of the fifth transistor Tr5. Here, the collector current Ic, emitter current Ie, and base current Ie in the transistor circuit are Ie = Ib + Ic, and the base current Ib is very small compared to the collector current Ic. The collector current Ic1 in one transistor Tr1 is equal to the emitter current Ie1, that is, the emitter current Ie5 in the fifth transistor Tr5. Since the magnitude of the emitter current Ie5 depends on the base potential of the fifth transistor Tr5, the collector current Ic1 can be controlled by the base potential of the fifth transistor Tr5.
Next, since the base of the fifth transistor Tr5 and the base of the sixth transistor Tr6 forming the second current mirror circuit are common, the base potentials of the two transistors are the same, and Since the resistance ratio of the emitter resistors R5 and R6 connected to the emitters of both transistors is R5: R6 = 1: 10 as described above, the emitter current Ie6 of the sixth transistor Tr6 includes the fifth transistor A current that is 1/10 of the emitter current Ie5 in Tr5 flows. Therefore, as described above, the emitter current Ie6 of the sixth transistor Tr6 is also controlled by the base potential of the fifth transistor Tr5.
Further, since the current flowing through the base bias portion of the first transistor Tr1 forming the oscillation stage 101 is inserted into the base bias portion of the second transistor Tr2 forming the third current mirror circuit, It is determined by the emitter current Ie2 in the second transistor Tr2. The emitter current Ie2 in the second transistor Tr2 is the same as the base of the second transistor Tr2 and the base of the third transistor Tr3, and the base potential of both transistors is the same. It becomes equal to the emitter current Ie3 of the transistor Tr3. Here, since the emitter current Ie3 is equal to the emitter current Ie6 in the sixth transistor Tr6 serving as the collector load of the third transistor Tr3, the emitter current Ie2 of the second transistor Tr2 is It becomes equal to the emitter current Ie6. As described above, 1/10 of the emitter current Ie5 of the fifth transistor Tr5 flows in the emitter current Ie6 of the sixth transistor Tr6, and the current value is the base potential of the fifth transistor Tr5. Therefore, the emitter current Ie2 of the second transistor Tr2 is also controlled by the base potential of the fifth transistor Tr5.
Here, the collector current Ic of the transistor circuit changes greatly as the base current Ib changes, and the collector current Ic increases as the base current Ib increases, that is, the base potential increases. As described above, since the collector current Ic and the emitter current Ie of the transistor circuit are substantially equal, the emitter current Ie increases by increasing the base potential. Accordingly, each emitter current in the first to sixth transistors is increased by increasing the base potential of the fifth transistor Tr5.

以上の動作により、発振用である前記第1のトランジスタTr1のコレクタ電流Ic1、即ち前記第4のトランジスタにおけるエミッタ電流Ie4は、前記第5のトランジスタTr5のベース電位を高くすることにより、その電流値を大きくすることができる。前記第5のトランジスタTr5のベース電位が高くなると、そのベースを共通とする前記第6のトランジスタTr6のエミッタ電流Ie6は増加し、前記エミッタ電流Ie6に等しい前記第3のトランジスタのエミッタ電流Ie3、及び水晶発振回路のベースバイアス部に挿入された前記第2のトランジスタTr2におけるエミッタ電流Ie2も増加するため、発振用である前記第1のトランジスタTr1のベースバイアスに流れる電流も増加し、前記第1のトランジスタTr1のベース電流Ib1が増加する。
つまり、発振用である前記第1のトランジスタTr1におけるコレクタ電流Ic1の増加に連動して、前記ベース電流Ib1も増加することから、前記第1のトランジスタTr1におけるベース電流Ib1とコレクタ電流Ic1とが一定の電流比に維持されるため、発振出力の位相雑音特性を低減すべく前記第1のトランジスタTr1におけるコレクタ電流Ic1を大きくしても、前記第1のトランジスタTr1は、常時安定状態で動作するので、安定な発振出力を得ることができる。また、低消費電力化の要求に対応して、前記第1のトランジスタTr1のコレクタ電流Ic1を小さくした場合においても、前述同様、前記第1のトランジスタTr1のベース電流Ib1とコレクタ電流Ic1は一定の電流比が維持されるので、前記第1のトランジスタTr1は安定状態で動作し、安定な発振出力が得られる。
以上のように、水晶発振回路における発振用トランジスタのベースバイアス部、及びエミッタ部に定電流回路であるカレントミラー回路を用いて前記水晶発振回路を構成したので、要求性能に応じて発振用トランジスタのコレクタ電流を変化させても、常時安定な発振出力を得ることができる。また、IC化に適したカレントミラー回路を発振回路に用いたので、前記発振回路を1パッケージ化したICとすることにより、前記圧電発振器の小型、簡素化を図ることができる。
以上の実施例においては、電圧制御型の水晶発振器を例に説明したが、本発明はこれに限るものでなく、温度補償型やOVEN制御型等の水晶発振器、及び水晶以外の圧電振動子を用いた圧電発振器であっても良いことは明らかである。また、発振段101のトランジスタ回路におけるベースバイアス電流Ie2とコレクタ電流Ic1の比は、Ie2:Ic1=1:10となることが望ましく、本実施例では前記第6のトランジスタTr6におけるエミッタ抵抗R6を前記第5のトランジスタTr5におけるエミッタ抵抗R5の1/10の値としたが、前記エミッタ抵抗R5とR6とを同値とし、前記第2のカレントミラー回路について、前記第2のトランジスタTr2と前記第3のトランジスタTr3におけるエミッタ電流の値が任意の比率で設定可能なマルチエミッタとしたICで構成しても、同様の効果を奏する。
By the above operation, the collector current Ic1 of the first transistor Tr1 for oscillation, that is, the emitter current Ie4 in the fourth transistor is increased by increasing the base potential of the fifth transistor Tr5. Can be increased. When the base potential of the fifth transistor Tr5 increases, the emitter current Ie6 of the sixth transistor Tr6 sharing the base increases, and the emitter current Ie3 of the third transistor equal to the emitter current Ie6, and Since the emitter current Ie2 in the second transistor Tr2 inserted in the base bias portion of the crystal oscillation circuit also increases, the current flowing through the base bias of the first transistor Tr1 for oscillation also increases, and the first The base current Ib1 of the transistor Tr1 increases.
That is, the base current Ib1 also increases in conjunction with the increase in the collector current Ic1 in the first transistor Tr1 for oscillation, so that the base current Ib1 and the collector current Ic1 in the first transistor Tr1 are constant. Therefore, even if the collector current Ic1 in the first transistor Tr1 is increased to reduce the phase noise characteristic of the oscillation output, the first transistor Tr1 always operates in a stable state. Stable oscillation output can be obtained. Further, even when the collector current Ic1 of the first transistor Tr1 is reduced in response to the demand for lower power consumption, the base current Ib1 and the collector current Ic1 of the first transistor Tr1 are constant as described above. Since the current ratio is maintained, the first transistor Tr1 operates in a stable state, and a stable oscillation output is obtained.
As described above, the crystal oscillation circuit is configured using the current mirror circuit that is a constant current circuit in the base bias part and the emitter part of the oscillation transistor in the crystal oscillation circuit. Even if the collector current is changed, a stable oscillation output can always be obtained. Further, since the current mirror circuit suitable for the IC is used for the oscillation circuit, the piezoelectric oscillator can be reduced in size and simplified by making the oscillation circuit into an IC in one package.
In the above embodiment, the voltage control type crystal oscillator has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a crystal oscillator such as a temperature compensation type or an OVEN control type, and a piezoelectric vibrator other than a crystal are used. It is clear that the piezoelectric oscillator used may be used. The ratio of the base bias current Ie2 and the collector current Ic1 in the transistor circuit of the oscillation stage 101 is preferably Ie2: Ic1 = 1: 10. In this embodiment, the emitter resistance R6 in the sixth transistor Tr6 is Although the value of 1/10 of the emitter resistance R5 in the fifth transistor Tr5 is set, the emitter resistances R5 and R6 are set to the same value, and the second transistor Tr2 and the third transistor are set in the second current mirror circuit. The same effect can be obtained even if the IC is configured as a multi-emitter in which the value of the emitter current in the transistor Tr3 can be set at an arbitrary ratio.

本発明に係る一実施例を示す電圧制御型の水晶発振回路図である。1 is a voltage controlled crystal oscillation circuit diagram showing an embodiment according to the present invention. FIG. 従来の水晶発振回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional crystal oscillation circuit. 従来の水晶発振回路の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the conventional crystal oscillation circuit.

符号の説明Explanation of symbols

Y1 水晶振動子
Tr1 第1のトランジスタ
Tr2 第2のトランジスタ
Tr3 第3のトランジスタ
Tr4 第4のトランジスタ
Tr5 第5のトランジスタ
Tr6 第6のトランジスタ
Tr7 スイッチングトランジスタ
R1〜R10 抵抗
C1〜C4 負荷容量
Vd1 電圧可変容量ダイオード
L1 チョークインダクタ
1a ストリップ導体
Vcc 直流電源
Vcont 周波数制御電圧
Vin 直流電圧
101 発振段
102 周波数制御部
103 電流制御部
Y1 crystal resonator Tr1 first transistor Tr2 second transistor Tr3 third transistor Tr4 fourth transistor Tr5 fifth transistor Tr6 sixth transistor Tr7 switching transistor R1 to R10 resistor C1 to C4 load capacitance Vd1 voltage variable capacitance Diode L1 Choke inductor 1a Strip conductor Vcc DC power supply Vcont Frequency control voltage Vin DC voltage 101 Oscillation stage 102 Frequency control unit 103 Current control unit

Claims (4)

所定の周波数で振動する圧電振動子と、該圧電振動子に電流を流して継続的に前記圧
電振動子を振動させる発振用能動素子を有した圧電発振回路と、該発振用能動素子にお
ける消費電力の大きさを調整する手段とを備えたことを特徴とする圧電発振器。
A piezoelectric vibrator which vibrates at a predetermined frequency, and a current is passed through the piezoelectric vibrator to continuously
A piezoelectric oscillation circuit having an oscillation active element that vibrates an electric vibrator, and the oscillation active element;
A piezoelectric oscillator comprising: means for adjusting the amount of power consumption.
前記発振用能動素子における消費電力の大きさを調整する手段として、前記発振用能
動素子に流れる電流を調整可能とする手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の圧
電発振器。
As means for adjusting the magnitude of power consumption in the oscillation active element, the oscillation capability
2. The pressure according to claim 1, further comprising means for adjusting a current flowing through the moving element.
Electric oscillator.
前記発振用能動素子をトランジスタにて形成し、前記トランジスタに流れる電流を調
整可能とする手段として、前記トランジスタのベースバイアス部、及びエミッタ電流流
通部の電流を制御可能とする電流制御部を設けたことを特徴とする請求項2記載の圧電
発振器。
The active element for oscillation is formed by a transistor, and the current flowing through the transistor is adjusted.
As means for enabling adjustment, the base bias portion of the transistor and the emitter current flow
The piezoelectric device according to claim 2, further comprising a current control unit capable of controlling a current of the passage unit.
Oscillator.
前記電流制御部は、前記トランジスタのエミッタ部に設けた第1のカレントミラー回
路と、記第1のカレントミラー回路により、出力電流が制御される第2のカレントミラー回路と、前記トランジスタのベースバイアス部に設けられると共に、前記第1のカレントミラー回路により、出力電流が制御される第3のカレントミラー回路とによって構成されたことを特徴とする請求項3記載の圧電発振器。





The current control unit includes a first current mirror circuit provided in the emitter of the transistor.
And a second current mirror circuit whose output current is controlled by the first current mirror circuit, and a base bias portion of the transistor, and the output current is controlled by the first current mirror circuit. 4. The piezoelectric oscillator according to claim 3, wherein the piezoelectric oscillator is configured by a third current mirror circuit.





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