JP2006135739A

JP2006135739A - 電圧制御水晶発振回路

Info

Publication number: JP2006135739A
Application number: JP2004323521A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Tosumi; 泰和戸住
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】集積化に適した簡単な回路構成で、発振周波数の可変幅を広くとることができる電圧制御水晶発振回路を提供する。
【解決手段】ＣＭＯＳインバータと、ＣＭＯＳインバータの入出力間に並列接続される水晶振動子および帰還抵抗と、水晶振動子の負荷容量を形成する固定容量および可変容量ダイオードと、制御電圧を入力し可変容量ダイオードの容量を可変する抵抗とを備えた電圧制御水晶発振回路において、制御電圧を入力し、制御電圧の変化に応じて出力電圧が変化する電圧変換回路を備え、電圧変換回路の出力電圧を前記ＣＭＯＳインバータの電源電圧に供給し、可変容量ダイオードの容量値と固定容量の容量値から決定される周波数可変幅より、周波数可変幅を広げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コルピッツ型ＣＭＯＳ水晶発振回路を用いた電圧制御水晶発振回路に関し、特に周波数可変幅を拡げることができる電圧制御水晶発振回路に関する。

水晶振動子を用いた電圧制御発振回路の代表的なものとしては、例えば図８のような電圧制御発振回路１がある（特許文献１参照）。この例の回路構成は、基本的にはコルピッツ型発振回路であって、インバータ増幅器６の入出力間に水晶振動子７および帰還抵抗８を並列に接続し、さらにインバータ増幅器６の入力および出力と接地電位（基準電位）との間にそれぞれ固定容量４、５と可変容量ダイオード２、３の直列回路を接続したものである。発振周波数を可変する制御電圧は、直列に接続された固定容量４、５と可変容量ダイオード２、３の中間点にそれぞれ抵抗９、１０を介して制御端子ＶＣから供給されている。このような電圧制御発振回路１では、制御端子ＶＣに入力される電圧を高くすると、可変容量ダイオード２、３の容量が減少し、その結果、水晶振動子７の接続端子からみた負荷容量が減少し、発振周波数は高い方へシフトすることになる。

水晶発振回路の発振周波数を変化させる別の方法として、特開平８−８６５１号公報に開示された方法がある。第１、第２、第３のインバータ、水晶振動子、帰還抵抗、および第１、第２のキャパシタによって構成された、この水晶発振回路では、制御端子の入力電圧が変化すると、それと一致するように電源電圧が変化し、第１のインバータおよび位相シフト回路のキャパシタで構成される時定数回路の時定数が変化し、第１のインバータの出力信号の位相が変わり、その結果、水晶発振回路の発振周波数を入力電圧の変化に対応して変化させることができる。この方法では位相シフト回路によって位相を変えているため、前記の水晶振動子に対する負荷容量を変化させる電圧制御発振回路に比して、発振周波数の可変幅を大きくとることができる。
実開平４−１２７０８号公報特開平８−８６５１号公報

高いＱ値を有する水晶振動子を用いた水晶発振回路は、本来、発振周波数の精度や安定度の優れた発振回路であり、上述した可変容量ダイオードの容量制御あるいは時定数回路の位相変化等の手段による発振周波数の可変範囲は、ＬＣ発振回路やセラミック発振回路と比較して小さい。例えば、可変容量ダイオードの容量制御の例では水晶振動子の負荷容量である固定容量と可変容量ダイオードの値で決定される等価直列容量の変化幅以上に周波数を変化させることはできないからである。このような発振回路において、無理に周波数可変範囲を広げようとすると、異常発振や発振停止、あるいは周波数安定度の悪化を招いてしまうという問題があった。

本発明は上記問題を解決し、集積化に適した簡単な回路構成で、発振周波数の可変幅を広くとることができる電圧制御水晶発振回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、ＣＭＯＳインバータと、該ＣＭＯＳインバータの入出力間に並列接続される水晶振動子および帰還抵抗と、前記水晶振動子の負荷容量を形成する固定容量および可変容量ダイオードと、制御電圧を入力し前記可変容量ダイオードの容量を可変する抵抗とを備えた電圧制御水晶発振回路において、前記制御電圧を入力し、該制御電圧の変化に応じて出力電圧が変化する電圧変換回路を備え、該電圧変換回路の出力電圧を前記ＣＭＯＳインバータの電源電圧に供給し、前記可変容量ダイオードの容量値と前記固定容量の容量値から決定される周波数可変幅より、周波数可変幅を広げることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の電圧制御水晶発振回路において、前記電圧変換回路は、制御電圧が高くなったとき、出力電圧が高くなり、電圧制御水晶発振回路の発振周波数が高くなり、または制御電圧が低くなったとき、出力電圧が低くなり、電圧制御水晶発振回路の発振周波数が低くなることを特徴とするものである。

本発明では、制御電圧で可変容量ダイオードの容量値を変化させると同時に、この制御電圧を入力とする電圧変換回路を備え、変化幅を拡げるように変換した出力電圧をＣＭＯＳインバータの電源電圧として供給することで、可変容量ダイオードの容量値の変化幅で決まる周波数可変幅以上に発振周波数を変化させることができる。なお、発振周波数の可変幅は、可変容量の変化幅で決まる可変幅とＣＭＯＳインバータの電源電圧の変化幅で決まる可変幅の和となるため、所望の周波数可変幅に応じて、可変容量ダイオードの容量値の変化幅とＣＭＯＳインバータに電源電圧を供給する電圧変換回路の出力電圧の変化幅を定めることができる。

また、本発明の電圧変換回路は、位相回路等を設ける必要がなく簡単で、部品点数も少なく、集積化に適した構造となる。

本発明の電圧制御水晶発振回路は基本的にはコルピッツ型水晶発振回路であって、この型式の種々の変形回路に適用される。以下本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は本発明の電圧制御水晶発振回路の回路図で、水晶発振回路１と電圧変換回路１１とを組み合わせた構成となっている。水晶発振回路１は、ＣＭＯＳインバータ６の入出力間に水晶振動子７および帰還抵抗８を並列に接続し、さらにＣＭＯＳインバータ６の入力端と接地電位間に固定容量４と可変容量ダイオード２の直列回路、および出力端と接地電位間に固定容量５と可変容量ダイオード３の直列回路を接続している。

制御端子ＶＣには、発振周波数を変化させる制御電圧Ｖｃが印加される。制御電圧Ｖｃは、直列に接続された固定容量４、５と可変容量ダイオード２、３の中間点にそれぞれ抵抗９、１０を介して供給される。

図２は、電圧変換回路１１の具体的な回路構成を示している。この回路では制御電圧Ｖｃを抵抗１６と抵抗１７により分割し、ヴォルテージ・フォロワを形成するオペアンプ１５のプラス端子に入力している。

制御端子ＶＣに印加する制御電圧Ｖｃが、ＶｓｓからＶｄｄまで徐々に増加すると、抵抗９、１０を介して可変容量ダイオード２、３の容量値が減少する。その結果、固定容量４と可変容量ダイオード２および固定容量５と可変容量ダイオード３の直列回路の容量がそれぞれ減少する。すなわち水晶振動子７からみた負荷容量ＣＬが減少することになる。水晶振動子７の負荷容量ＣＬと発振周波数は、図３に示すような関係となっているので、負荷容量ＣＬの減少に伴い、発振周波数は高い方にシフトする。このことから制御電圧ＶｃをＶｓｓからＶｄｄまで徐々に増加させると、図４に示すようにΔｆａの幅で発振周波数が高くなることがわかる。

一方電圧変換回路１１のオペアンプ１５は、予め水晶発振回路１の最小発振可能電源電圧Ｖｏｓｃに相当するオフセット電圧を出力するように設定されており、その出力電圧Ｖｃｃ、すなわちＣＭＯＳインバータ６の電源電圧は、図７に示すようにＶｏｓｃを下限値として、制御電圧Ｖｃの増加と共に電源電圧Ｖｄｄ以下の範囲で上昇していくように設定されている。一方、水晶発振回路１の発振周波数（ｆ）は、図５に示すように電源電圧Ｖｃｃの増加と共に上昇するので、要求仕様から必要な変化分がΔｆｂである場合、図５から電源電圧Ｖｃｃの変化範囲をＶｏｓｃからＶｄｄまでの間に設定しておけばよい。

なお、上述した水晶発振回路１の回路において、図３の水晶振動子の負荷容量ＣＬは概略ＣＬ＝（Ｃｄ１//Ｃｖ１）／／（Ｃｄ２//Ｃｖ２）で求められる。但し、Ｃｄ１は入力側固定容量値、Ｃｄ２は出力側固定容量値、Ｃｖ１、Ｃｖ２は共に可変容量値である。

以上のような動作によって、可変容量ダイオードの容量制御と水晶発振回路の電源電圧制御により全体としては、図６に示すようにΔｆａ＋Δｆｂの幅で周波数を変化させることができる。すなわち、電圧変換回路１１に入力する制御電圧Ｖｃが高くなると、出力される電源電圧Ｖｃｃが高くなり、容量制御のみの場合と比較して発振周波数が高くなり（図６のΔｆａで示す上限より高くなり）、制御電圧Ｖｃが低くなると、出力される電源電圧Ｖｃｃが低くなり、発振周波数が低くなる（図６のΔｆａで示す下限より低くなる）ことがわかる。

本発明の実施例の電圧制御水晶発振回路である。本発明の電圧変換回路の一例である。水晶振動子の負荷容量と発振周波数の関係を示す図である。電圧制御水晶発振回路の制御電圧と発振周波数の関係を示す図である。電圧制御水晶発振回路の電源電圧と発振周波数の関係を示す図である。本発明の制御電圧と発振周波数の関係を示す図である。制御電圧と電圧変換回路の出力電圧の関係を示す図である。従来の電圧制御水晶発振回路である。

符号の説明

１；水晶発振回路、２、３；可変容量ダイオード、４、５；固定容量、
６；ＣＭＯＳインバータ、７；水晶振動子、８；帰還抵抗、９、１０；抵抗、
１１；電圧変換回路、１５；オペアンプ、１６、１７；抵抗

Claims

ＣＭＯＳインバータと、該ＣＭＯＳインバータの入出力間に並列接続される水晶振動子および帰還抵抗と、前記水晶振動子の負荷容量を形成する固定容量および可変容量ダイオードと、制御電圧を入力し前記可変容量ダイオードの容量を可変する抵抗とを備えた電圧制御水晶発振回路において、
前記制御電圧を入力し、該制御電圧の変化に応じて出力電圧が変化する電圧変換回路を備え、該電圧変換回路の出力電圧を前記ＣＭＯＳインバータの電源電圧に供給し、前記可変容量ダイオードの容量値と前記固定容量の容量値から決定される周波数可変幅より、周波数可変幅を広げることを特徴とする電圧制御水晶発振回路。
請求項１記載の電圧制御水晶発振回路において、前記電圧変換回路は、制御電圧が高くなったとき、出力電圧が高くなり、電圧制御水晶発振回路の発振周波数が高くなり、または制御電圧が低くなったとき、出力電圧が低くなり、電圧制御水晶発振回路の発振周波数が低くなることを特徴とする電圧制御水晶発振回路。