JP2007124714A - Oscillator and quadrature modem comprising the same - Google Patents

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Takeshi Oshima
剛 大島
利康 ▲高▼杉
Toshiyasu Takasugi
Masahiro Konuki
正浩 小貫
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a crystal quadrature output oscillator current consumption of which is made low, used for QPSK or QAM of digital communication. <P>SOLUTION: A crystal quadrature output oscillator comprises a crystal oscillation circuit including a transistor, a crystal vibrating chip, a capacitor and a resistor, a duplex mode crystal filter, a reactance element and an amplifier. The crystal quadrature output oscillator defines an output of the crystal oscillation circuit as a first output, applies the output to one terminal of the duplex mode crystal filter in which a common electrode is grounded, connects the reactance element in parallel between another terminal and a ground, and is configured to obtain a second output from the node through the amplifier. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタル通信に用いられる直交出力型発振器に関するもので、特に低消費電
流化を図った水晶直交出力型発振器に関するものである。
The present invention relates to a quadrature output oscillator used for digital communication, and more particularly to a crystal quadrature output oscillator that achieves low current consumption.

近年、移動体通信方式は膨大な情報を高速で送受信する高速大容量システムが主流とな
り、その変調方式としては周波数利用効率が大きく、且つ高速通信に適したQPSKやQ
AMを用いた変調方式が広く用いられている。QPSK、QAM変調回路には、互いに9
0度の位相差を有する搬送波にそれぞれ変調信号を掛け合わせる直交変調方式が用いられ
ている。直交変調方式については特開平8−223233号公報、特開2001−217
886号公報等に詳細に開示されている。
図7は特開2001−217886号公報に開示された90度移相器の構成を示すブロ
ック図であって、ローカル信号LOを発生する発振器21と、ローカル信号LOから互いに
位相差を持つ2つのローカル移相信号LOI'、LOQ'を生成する移相器22と、ローカル
移相信号LOI'、LOQ'の2倍の周波数を持つクロック信号CLKを発生する発振器23
と、ローカル移相信号LOQ'とクロック信号CLKとが入力して90度移相信号の直交成
分LOQを出力するDフリップフロップ24と、ローカル移相信号LOI'と反転されたク
ロック信号CLKとが入力して90度移相信号の同相成分LOIを出力するDフリップフ
ロップ25とを備えている。
In recent years, high-speed and large-capacity systems that transmit and receive vast amounts of information at high speed have become mainstream in mobile communication systems, and the modulation method has high frequency utilization efficiency and is suitable for high-speed communication.
A modulation method using AM is widely used. The QPSK and QAM modulation circuits have 9
An orthogonal modulation method is used in which a carrier wave having a phase difference of 0 degrees is multiplied by a modulation signal. Regarding the quadrature modulation system, JP-A-8-223233 and JP-A-2001-217.
No. 886 and the like are disclosed in detail.
Figure 7 is a block diagram showing the configuration of a 90-degree phase shifter which is disclosed in JP 2001-217886, having an oscillator 21 for generating a local signal L O, a phase difference from each other from the local signal L O A phase shifter 22 that generates two local phase shift signals L O I ′ and L O Q ′ and a clock signal CLK having a frequency twice that of the local phase shift signals L O I ′ and L O Q ′ are generated. Oscillator 23
And a D flip-flop 24 that receives the local phase shift signal L O Q ′ and the clock signal CLK and outputs a quadrature component L O Q of the 90 ° phase shift signal, and is inverted to the local phase shift signal L O I ′. And a D flip-flop 25 that receives the clock signal CLK and outputs the in-phase component L O I of the 90-degree phase shift signal.

発振器21から出力されるローカル信号は移相器22に入力し、該移相器22から互い
に位相差を有する2つのローカル移相信号LOI'、LOQ'が出力される。このローカル移
相信号LOI'、LOQ'には移相誤差が含まれているため、それらの位相差は90度ではな
い。そして、ローカル移相信号LOI'、LOQ'はそれぞれDフリップフロップ24、25
に入力する。一方、Dフリップフロップ24にはローカル移相信号LOI'、LOQ'の周波
数f1'の2倍の周波数fCLK=2×f1'を有するクロック信号CLKが非反転入力し、
Dフリップフロップ25には反転入力する。そのため、Dフリップフロップ25に入力し
たローカル移相信号LOI'はクロック信号の立ち下がりのタイミングで整形されて、移相
信号LOIとして出力される。また、Dフリップフロップ24に入力したローカル移相信
号LOQ'はクロック信号の立ち上がりのタイミングで整形されて、移相信号LOQとして
出力される。
The local signal output from the oscillator 21 is input to the phase shifter 22, and two local phase shift signals L O I ′ and L O Q ′ having a phase difference are output from the phase shifter 22. Since the local phase shift signals L O I ′ and L O Q ′ include a phase shift error, the phase difference between them is not 90 degrees. The local phase shift signals L O I ′ and L O Q ′ are respectively supplied to the D flip-flops 24 and 25.
To enter. On the other hand, a clock signal CLK having a frequency f CLK = 2 × f 1 ′ that is twice the frequency f 1 ′ of the local phase shift signals L O I ′ and L O Q ′ is non-inverted and input to the D flip-flop 24.
The D flip-flop 25 is inverting input. Therefore, the local phase shift signal L O I ′ input to the D flip-flop 25 is shaped at the falling timing of the clock signal and output as the phase shift signal L O I. The local phase shift signal L O Q ′ input to the D flip-flop 24 is shaped at the rising timing of the clock signal and output as the phase shift signal L O Q.

その結果、移相信号LOIと移相信号LOQとはクロック信号CLKの1/2周期(移相
信号の1/4の周期)の位相差を有する信号、即ち、互いに90度の位相差を有する信号
として同期して出力される。図8は図7の90度移相器の各部のタイミングチャートを示
す図である。ここで、aはクロック信号CLK、bはローカル移相信号LOI'の同相成分
、cはローカル移相信号LOQ'の直交成分LOQ'、dは90度移相器の同相成分LOI、
eは90度移相器の直交成分LOQを示している。
As a result, the phase shift signal L O I and the phase shift signal L O Q are signals having a phase difference of 1/2 cycle of the clock signal CLK (1/4 cycle of the phase shift signal), that is, 90 degrees each other. It is output synchronously as a signal having a phase difference. FIG. 8 is a timing chart of each part of the 90-degree phase shifter shown in FIG. Here, a is the clock signal CLK, b is local phase shifting signals L O I 'phase component, c is the local phase shifting signals L O Q' quadrature component L O Q ', d is phase of 90 degree phase shifter of Component L O I,
e indicates the quadrature component L O Q of the 90-degree phase shifter.

特開平8−223233号公報JP-A-8-223233 特開2001−217886号公報JP 2001-217886 A

解決しようとする問題点は、図7に示した従来の移相器では2倍の周波数のクロック発
振器と2つのDフリップフロップを用いて、90度位相の異なる2つのローカル信号(搬
送波)を生成している。例えば、90度位相器から100MHzのローカル信号(搬送波
)を得ようとすると、200MHzのクロック信号用の発振回路が必要であり、この高周
波発振回路で発振を持続させるには所定の大きさの負性抵抗を生成する必要があり、大き
な電流を要することになる。さらに、分周回路の消費電流も加わるので低電流化ができな
いという問題があった。
The problem to be solved is that the conventional phase shifter shown in FIG. 7 uses a double frequency clock oscillator and two D flip-flops to generate two local signals (carrier waves) that are 90 degrees out of phase. is doing. For example, when trying to obtain a 100 MHz local signal (carrier wave) from a 90 degree phase shifter, an oscillation circuit for a 200 MHz clock signal is required, and in order to continue oscillation in this high frequency oscillation circuit, a negative magnitude of a predetermined magnitude is required. It is necessary to generate a resistance, and a large current is required. Furthermore, since the current consumption of the frequency divider circuit is also added, there is a problem that the current cannot be reduced.

本発明は、消費電流を低減するため、トランジスタと水晶振動子と容量及び抵抗を含む
水晶発振回路と、二重モード水晶フィルタと、リアクタンス素子と、増幅器とを備え、前
記水晶発振回路の出力を第1の出力とすると共に、該出力を共通電極を接地した前記二重
モード水晶フィルタの一方の端子に加え、他方の端子と接地間に並列に前記リアクタンス
素子を接続し、該接続点から増幅器を通して第2の出力を得るように水晶直交出力型発振
器を構成することを特徴とする。
In order to reduce current consumption, the present invention includes a crystal oscillation circuit including a transistor, a crystal resonator, a capacitor and a resistor, a dual mode crystal filter, a reactance element, and an amplifier, and outputs the crystal oscillation circuit. The first output is added to one terminal of the dual-mode crystal filter whose common electrode is grounded, and the reactance element is connected in parallel between the other terminal and the ground, and an amplifier is connected from the connection point. The crystal quadrature output type oscillator is configured so as to obtain the second output.

本発明の水晶直交出力型発振器は、2倍の周波数を必要とせず、且つフリップフロップ
回路も必要としないので、発振回路の低消費電流化と小型化できるという利点がある。
The crystal quadrature output oscillator according to the present invention does not require a double frequency and does not require a flip-flop circuit, and thus has an advantage that the current consumption of the oscillation circuit can be reduced and the size can be reduced.

図1は本発明に係る水晶直交出力型発振器の一実施形態の構成を示す概略回路図であっ
て、水晶振動子Yと、トランジスタTrと容量C1、C2、C3と抵抗RE、R1、R2
、R3を含むコルピッツ型発振回路OSCと、二重モードタイプのモノリシック水晶フィ
ルタMCF(以下、MCFと称す)と、リアクタンス素子Zと、増幅器AMPとを備えて
いる。水晶振動子Yの一方の端子をコルピッツ型発振回路OSCのトランジスタTrのベ
ースに接続すると共に、他方の端子を接地する。そして、コルピッツ型発振回路OSCの
トランジスタTrのコレクタと第1の出力端子OUT1と接続する。さらに、トランジス
タTrのコレクタとMCFの一方の電極1とを接続すると共に、他方の電極2と接地間に
リアクタンス素子Zを並列接続する。そして、MCFの電極2と増幅器AMPの入力とを
接続し、該増幅器AMPの出力を第2の出力端子OUT2に接続して、水晶直交出力型発
振器を構成する。ここで、MCFをバンドパス・フィルタとして動作させるので電極3(
共通電極)は接地する。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing the configuration of an embodiment of a crystal quadrature output oscillator according to the present invention, in which a crystal resonator Y, a transistor Tr, capacitors C1, C2, C3, and resistors R E , R1, R2
, R3 including Colpitts type oscillation circuit OSC, dual mode type monolithic crystal filter MCF (hereinafter referred to as MCF), reactance element Z, and amplifier AMP. One terminal of the crystal resonator Y is connected to the base of the transistor Tr of the Colpitts oscillation circuit OSC, and the other terminal is grounded. Then, the collector of the transistor Tr of the Colpitts type oscillation circuit OSC is connected to the first output terminal OUT1. Further, the collector of the transistor Tr and one electrode 1 of the MCF are connected, and the reactance element Z is connected in parallel between the other electrode 2 and the ground. Then, the MCF electrode 2 and the input of the amplifier AMP are connected, and the output of the amplifier AMP is connected to the second output terminal OUT2 to constitute a crystal orthogonal output type oscillator. Here, since the MCF is operated as a bandpass filter, the electrode 3 (
The common electrode is grounded.

ここで用いたMCF素子はATカット水晶基板の一方の面に2つの電極1、2を近接し
て配置すると共に、他方の面に前記2つの電極1、2と対向する電極3(共通電極)を設
けたものである。
The MCF element used here has two electrodes 1 and 2 arranged close to one surface of an AT-cut quartz substrate, and an electrode 3 (common electrode) facing the two electrodes 1 and 2 on the other surface. Is provided.

周知のように、コルピッツ型発振回路はトランジスタのコレクタ−ベース間に誘導性素
子を、ベース−エミッタ間及びコレクターエミッタ間にそれぞれ容量性素子を接続して構
成する発振回路である。トランジスタTrのコレクタ−ベース間の誘導性素子として、ベ
ース−接地間に水晶振動子Yを用いる。さらに、ベース−接地間に容量C1とC2との直
列接続回路を接続すると共に、エミッタ−接地間に抵抗REを接続し、容量C1とC2と
の直列接続回路の中点とエミッタとを接続する。
As is well known, the Colpitts type oscillation circuit is an oscillation circuit configured by connecting an inductive element between a collector and a base of a transistor, and a capacitive element between the base and emitter and between the collector and emitter. As an inductive element between the collector and the base of the transistor Tr, a crystal resonator Y is used between the base and the ground. In addition, a series connection circuit of capacitors C1 and C2 is connected between the base and ground, a resistor RE is connected between the emitter and ground, and the midpoint of the series connection circuit of capacitors C1 and C2 is connected to the emitter. To do.

コルピッツ型発振回路において電源Vccと接地とはバイパスコンデンサC3によって
高周波的には短絡されているため、等価回路的にコレクタ−ベース間に水晶振動子Yの誘
導性素子が挿入される。また、容量C1とC2との中点がエミッタに接続されているため
、トランジスタTrのベース−エミッタ間には容量C1が、コレクタ−エミッタ間には容
量C2が挿入されることになり、いずれも容量性として作用することになる。抵抗R1、
R2はブリーダー抵抗でベースバイアス電圧を設定する。
また、コルピッツ型水晶発振回路においては、水晶振動子Yの両端から回路側をみた増
幅度、所謂負性抵抗R(Ω)は、容量C1、C2と周波数の自乗ω2とに逆比例し、コレ
クタ電流に比例することが知られている。即ち、周波数が高くなると共に負性抵抗R(Ω
)の絶対値は増大し、所定の周波数にてピーク値に達し、その後は周波数が高くなるにつ
れて減少する。通常のコルピッツ型水晶発振器では発振周波数における負性抵抗Rを、水
晶振動子Yの等価抵抗の5倍程度に設定するのが一般的である。
In the Colpitts type oscillation circuit, the power source Vcc and the ground are short-circuited at high frequency by the bypass capacitor C3, so that an inductive element of the crystal unit Y is inserted between the collector and the base in an equivalent circuit. Further, since the midpoint between the capacitors C1 and C2 is connected to the emitter, the capacitor C1 is inserted between the base and emitter of the transistor Tr, and the capacitor C2 is inserted between the collector and emitter. It will act as capacitive. Resistor R1,
R2 is a bleeder resistor and sets a base bias voltage.
Further, in the Colpitts type crystal oscillation circuit, the amplification degree seen from the both ends of the crystal unit Y, that is, the so-called negative resistance R (Ω) is inversely proportional to the capacitances C1 and C2 and the square of the frequency ω 2 . It is known to be proportional to the collector current. That is, as the frequency increases, the negative resistance R (Ω
) Increases, reaches a peak value at a predetermined frequency, and then decreases as the frequency increases. In a normal Colpitts type crystal oscillator, the negative resistance R at the oscillation frequency is generally set to about 5 times the equivalent resistance of the crystal unit Y.

周知のように、MCF素子を用いてバンドパス・フィルタを構成するには、MCF素子
の等価回路をラチス回路と考え、イメージパラメータで考察した場合、図2の破線で示す
ように、ラチス回路の格子腕が呈するリアクタンス曲線P1の反共振周波数(×)と、ラ
チス回路の直列腕が呈するリアクタンス曲線P2の共振周波数(○)を近接させ、適当な
インピーダンスで終端することにより、バンドパス・フィルタを構成することができる。
リアクタンス曲線P1の共振周波数(○)からリアクタンス曲線P2の反共振周波数(×
)までが図2の一点鎖線で示すように通過域となり、それ以外は減衰域となる。そして、
位相特性は図2の太線に示すように、通過域内でπ/2から−π/2まで中心周波数を0
としてほぼ直線的に変化する。
As is well known, in order to configure a bandpass filter using an MCF element, an equivalent circuit of the MCF element is considered as a lattice circuit, and when considered in terms of image parameters, as shown by a broken line in FIG. By making the antiresonance frequency (×) of the reactance curve P1 exhibited by the lattice arm and the resonance frequency (◯) of the reactance curve P2 exhibited by the series arm of the lattice circuit close to each other and terminating with an appropriate impedance, the bandpass filter is Can be configured.
From the resonance frequency (◯) of the reactance curve P1 to the anti-resonance frequency (×
) Is a pass band as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 2, and the others are attenuation bands. And
As shown by the thick line in FIG. 2, the phase characteristic has a center frequency of 0 from π / 2 to −π / 2 in the passband.
Changes almost linearly.

以上の知見に基づき、本発明の動作原理を説明する。まずはパスバンドの高域側カット
オフ近傍にコルピッツ型水晶発振器の出力端子から得られる出力周波数F1が位置するよ
うMCFを設定する。上述したようにMCFの位相特性と周波数との関係は図3(図2の
太線を抜書きしたもの)に示すようになり、パスバンドの高域側カットオフ近傍の周波数
fでは中心周波数に比べ、π/2(90度)の位相の変化となる。即ち、発振器出力の周
波数F1においてMCFの位相推移がπ/2(90度)となるように、即ちf=F1とな
るようにMCFの位相特性を設定することになる。MCFの入力電極1を周波数F1で励
振し、MCFの出力電極2から得られる出力信号の位相は、MCFの位相特性により90
度推移している。従って、発振器の出力信号とMCFの出力信号とは同一周波数であるが
、位相は互いに90度異なることになる。つまり、MCFの位相特性を利用することによ
り水晶直交型発振器が実現できる。
同様にMCFのパスバンドの低域側カットオフ近傍の周波数f'を発振器の出力周波数
F1に設定してもπ/2(90度)の位相推移を持たせることができ、水晶直交型発振器
が実現できる。
以上説明した原理に基づいてこの回路は直行出力型発振器として機能するものであるが
、これを用いて直交変復調器を構成する場合、各出力端子に接続される次段の回路が負荷
となって作用する。
このとき、MCFの出力端子に直接負荷が接続された場合、負荷の値によってMCFの
位相特性が変化して入力電極に供給される信号との位相差が90度からずれてしまうこと
がある。
そのため、実際には図1に示すようにMCFの出力電極と接地との間に所定のリアクタ
ンス素子Zを挿入することにより、次段回路の負荷によらず出力電極から出力される信号
が、入力電極側に供給される信号と90度の位相差を維持するように動作するのである。
よって、図1の回路では発振器出力を第1の出力端子OUT1、MCFの出力電極とリア
クタンス素子Zとの接続点を第2の出力端子OUT2としている。また、必要な場合には
リアクタンス素子Zを可変して位相推移を正確に90度に微調整するようにしてもよい。
更に、MCFからの出力信号のレベルは、発振器出力OUT1に比べて低くなりがちで
あるから、増幅器AMPを挿入してレベルのバランスを整えることが望ましい。
Based on the above knowledge, the operation principle of the present invention will be described. First, the MCF is set so that the output frequency F1 obtained from the output terminal of the Colpitts-type crystal oscillator is located in the vicinity of the high-frequency cutoff of the passband. As described above, the relationship between the phase characteristics and the frequency of the MCF is as shown in FIG. 3 (extracted from the thick line in FIG. 2), and the frequency f in the vicinity of the high-frequency cutoff of the passband is higher than the center frequency. , Π / 2 (90 degrees) phase change. That is, the phase characteristics of the MCF are set so that the phase transition of the MCF becomes π / 2 (90 degrees) at the frequency F1 of the oscillator output, that is, f = F1. The MCF input electrode 1 is excited at the frequency F1, and the phase of the output signal obtained from the MCF output electrode 2 is 90 depending on the phase characteristics of the MCF.
The degree is changing. Therefore, the output signal of the oscillator and the output signal of the MCF have the same frequency, but the phases are different from each other by 90 degrees. That is, a crystal orthogonal oscillator can be realized by utilizing the phase characteristics of the MCF.
Similarly, even if the frequency f ′ in the vicinity of the low-frequency cutoff of the MCF passband is set to the output frequency F1 of the oscillator, a phase transition of π / 2 (90 degrees) can be provided, and the crystal orthogonal oscillator realizable.
Based on the principle described above, this circuit functions as a direct output type oscillator, but when a quadrature modulator / demodulator is configured using this circuit, the circuit of the next stage connected to each output terminal becomes a load. Works.
At this time, when a load is directly connected to the output terminal of the MCF, the phase characteristics of the MCF may change depending on the value of the load, and the phase difference from the signal supplied to the input electrode may be shifted from 90 degrees.
Therefore, in practice, as shown in FIG. 1, by inserting a predetermined reactance element Z between the output electrode of the MCF and the ground, a signal output from the output electrode is input regardless of the load of the next stage circuit. It operates so as to maintain a 90-degree phase difference from the signal supplied to the electrode side.
Therefore, in the circuit of FIG. 1, the oscillator output is the first output terminal OUT1, and the connection point between the output electrode of the MCF and the reactance element Z is the second output terminal OUT2. Further, if necessary, the reactance element Z may be varied to finely adjust the phase transition to 90 degrees accurately.
Furthermore, since the level of the output signal from the MCF tends to be lower than the oscillator output OUT1, it is desirable to adjust the level balance by inserting an amplifier AMP.

図4は第2の実施例である水晶直交出力型発振器の構成を示す概略ブロック図であって
、ATカット水晶基板の一方の表面上に第1及び第2の電極4、5を近接して配置し、該
2つの電極4、5と結合しない間隔を隔して第3の電極6を配設し、第1、第2及び第3
の電極4、5、6と対向するように第4の電極7を設けた複合振動子Y1と、第1の増幅
器AMP1と、第2の増幅器AMP2と、リアクタンス素子Zと、容量C1、C2とを備
えている。複合振動子Y1の第4の電極7を接地すると共に第3の電極6と第1の増幅器
AMP1の入力を接続し、該入力と接地間に2つの容量C1、C2を直列接続した回路を
並列接続し、第1の増幅器AMP1の出力と第1の出力端子OUT1と接続し、第1の増
幅器AMP1の出力と、直列接続した容量C4、C5の中点とを接続し、第1の増幅器A
MP1の出力と複合振動子Y1の第2の電極5を接続する。第1の電極4と接地間にリア
クタンス素子Zを並列接続し、第1の電極4と第2の増幅器AMP2の入力とを接続し、
第2の増幅器AMP2の出力を第2の出力端子OUT2と接続して水晶直交出力型発振器
を構成する。
FIG. 4 is a schematic block diagram showing the configuration of the quartz quadrature output oscillator according to the second embodiment. The first and second electrodes 4 and 5 are placed close to each other on one surface of an AT-cut quartz substrate. The third electrode 6 is disposed with an interval that is not coupled to the two electrodes 4 and 5, and the first, second, and third electrodes are disposed.
A composite vibrator Y1 provided with a fourth electrode 7 so as to face the electrodes 4, 5, 6 of the first, a first amplifier AMP1, a second amplifier AMP2, a reactance element Z, and capacitors C1, C2. It has. A circuit in which the fourth electrode 7 of the composite vibrator Y1 is grounded, the third electrode 6 and the input of the first amplifier AMP1 are connected, and two capacitors C1 and C2 are connected in series between the input and the ground is connected in parallel. Connected, connected to the output of the first amplifier AMP1 and the first output terminal OUT1, and connected to the output of the first amplifier AMP1 and the midpoint of the capacitors C4 and C5 connected in series.
The output of MP1 is connected to the second electrode 5 of the composite vibrator Y1. A reactance element Z is connected in parallel between the first electrode 4 and the ground, and the first electrode 4 and the input of the second amplifier AMP2 are connected,
A crystal quadrature output type oscillator is configured by connecting the output of the second amplifier AMP2 to the second output terminal OUT2.

複合振動子Y1の第3の電極6は第1及び第2の電極4、5と音響的に結合しない間隔
を隔しているので、第3の電極6と第4の電極7とで水晶振動子Y2を形成する。一方、
第1と第2の電極4、5は近接して配置しているので、対向して設けた第4の電極7とで
MCF1を形成する。図4に示す直交出力型発振器の動作を説明すると、第3の電極6と
第4の電極7とで形成する水晶振動子Y2と第1のAMP1と容量C1、C2とで水晶発
振回路を構成し、第1の出力端子OUT1から第1の出力周波数F1を出力する。この出
力は第1、第2及び第4の電極4、5、7で形成するMCF1の第2の電極5に接続され
ているので、MCF1を周波数F1で励振することになる。MCF1のパスバンドの高域
側カットオフ近傍の周波数fでは中心周波数に比べ、π/2(90度)の位相の変化とな
る。発振器出力の周波数F1においてMCF1の位相推移がπ/2(90度)となるよう
に、MCF1の位相特性を設定することになる。MCF1の入力電極5を周波数F1で励
振し、MCFの出力電極4から得られる出力信号F2の位相は、MCF1の位相特性によ
り90度推移している。従って、発振器の出力信号F1とMCF1の出力信号F2とは同
一周波数であるが、位相は互いに90度異なることになる。
また、2の周波数F1とF2との位相差はリアクタンス素子Zの値により調整すること
ができる。
Since the third electrode 6 of the composite vibrator Y1 is spaced apart from the first and second electrodes 4 and 5 so as not to be acoustically coupled, the third electrode 6 and the fourth electrode 7 cause crystal vibration. A child Y2 is formed. on the other hand,
Since the first and second electrodes 4 and 5 are arranged close to each other, the MCF 1 is formed by the fourth electrode 7 provided facing the first and second electrodes 4 and 5. The operation of the quadrature output type oscillator shown in FIG. 4 will be described. A crystal oscillation circuit is constituted by the crystal resonator Y2 formed by the third electrode 6 and the fourth electrode 7, the first AMP1, and the capacitors C1 and C2. Then, the first output frequency F1 is output from the first output terminal OUT1. Since this output is connected to the second electrode 5 of the MCF 1 formed by the first, second and fourth electrodes 4, 5, 7, the MCF 1 is excited at the frequency F 1. The frequency f near the high-frequency cutoff of the passband of the MCF 1 has a phase change of π / 2 (90 degrees) compared to the center frequency. The phase characteristic of MCF1 is set so that the phase transition of MCF1 becomes π / 2 (90 degrees) at the frequency F1 of the oscillator output. The input electrode 5 of the MCF 1 is excited at the frequency F 1, and the phase of the output signal F 2 obtained from the output electrode 4 of the MCF changes by 90 degrees due to the phase characteristics of the MCF 1. Therefore, the output signal F1 of the oscillator and the output signal F2 of the MCF1 have the same frequency, but the phases are different from each other by 90 degrees.
The phase difference between the two frequencies F1 and F2 can be adjusted by the value of the reactance element Z.

図5は第3の実施例である水晶直交出力型発振器の構成を示す概略ブロック図であって
、トランジスタTrと容量C1、C2、C3、C4と抵抗RE、R4、R5とからなるコ
ルピッツ型発振回路と、MCFと、第1の増幅器AMP1と、第2の増幅器AMP2と、
リアクタンス素子Zとを備えている。MCFの共通電極3を接地すると共に、MCFの電
極2を容量C4を介してコルピッツ型発振回路のトランジスタTrのベースに接続し、M
CFの電極2と共通電極3とからなる共振回路とコルピッツ型発振回路OSCとで水晶発
振回路を形成する。トランジスタTrのエミッタと接地間に接続した抵抗REの両端から
出力を取り出し、これを第1の増幅器AMP1の入力に接続し、第1の増幅器AMP1の
出力を第1の出力端子OUT1に接続する。さらに、MCFの電極1を第2の増幅器AM
P2の入力に接続すると共に、該入力と接地間にリアクタンス素子Zを並列接続し、第2
の増幅器AMP2の出力を第2の出力端子OUT2に接続して水晶直交出力型発振器を構
成する。
FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of a crystal quadrature output oscillator according to the third embodiment, which is a Colpitts type comprising a transistor Tr, capacitors C1, C2, C3, C4 and resistors R E , R4, R5. An oscillation circuit, an MCF, a first amplifier AMP1, a second amplifier AMP2,
A reactance element Z. The common electrode 3 of the MCF is grounded, and the electrode 2 of the MCF is connected to the base of the transistor Tr of the Colpitts type oscillation circuit via the capacitor C4.
A crystal oscillation circuit is formed by the resonance circuit composed of the CF electrode 2 and the common electrode 3 and the Colpitts oscillation circuit OSC. Take the output from across the resistor R E connected between ground and the emitter of the transistor Tr, which was connected to the input of the first amplifier AMP1, connects the output of the first amplifier AMP1 to the first output terminal OUT1 . Further, the MCF electrode 1 is connected to the second amplifier AM.
The reactance element Z is connected in parallel between the input and the ground, and connected to the input of P2.
The output of the amplifier AMP2 is connected to the second output terminal OUT2 to constitute a crystal orthogonal output type oscillator.

MCFの電極2と電極3とで形成する水晶共振回路とコルピッツ型発振回路OSCとで
コルピッツ型水晶発振回路を形成し、第1の出力端子OUT1から出力周波数F1が出力
される。同時に、この周波数F1でMCFも駆動されることになる。MCFのパスバンド
の高域側カットオフ近傍の周波数fでは中心周波数に比べ、π/2(90度)の位相の変
化となる。発振器出力の周波数F1においてMCFの位相推移がπ/2(90度)となる
ように、MCFの位相特性を設定する。MCFの入力電極2を周波数F1で励振し、MC
Fの出力電極1から得られる出力信号F2の位相は、MCFの位相特性により90度推移
している。従って、発振器の出力信号F1とMCFの出力信号F2とは同一周波数である
が、位相は互いに90度異なることになる。
また、2の周波数F1とF2との位相差はリアクタンス素子Zの値により調整すること
ができる。
The crystal resonance circuit formed by the electrodes 2 and 3 of the MCF and the Colpitts type oscillation circuit OSC form a Colpitts type crystal oscillation circuit, and the output frequency F1 is output from the first output terminal OUT1. At the same time, the MCF is also driven at this frequency F1. At a frequency f near the high-frequency cutoff of the MCF passband, the phase changes by π / 2 (90 degrees) compared to the center frequency. The phase characteristics of the MCF are set so that the phase transition of the MCF becomes π / 2 (90 degrees) at the frequency F1 of the oscillator output. The MCF input electrode 2 is excited at the frequency F1, and the MC
The phase of the output signal F2 obtained from the F output electrode 1 is shifted by 90 degrees due to the phase characteristics of the MCF. Therefore, the output signal F1 of the oscillator and the output signal F2 of the MCF have the same frequency, but the phases are different from each other by 90 degrees.
The phase difference between the two frequencies F1 and F2 can be adjusted by the value of the reactance element Z.

図6は第4の実施例であって水晶基板8上に水晶振動子素子9、MCF素子10及びリ
アクタンス素子11を形成したものの斜視図である。これに発振回路、増幅器等を付加す
ることにより、水晶直交出力型発振器を小型化することが可能となる。また、水晶基板8
上に水晶振動子素子9、MCF素子10及びリアクタンス素子11を形成したものに、I
C化した発振回路、増幅回路等を搭載し、水晶基板8をパッケージに収容して水晶直交出
力型発振器を構成すればさらに小型化が可能となる。
FIG. 6 is a perspective view of a fourth embodiment in which a crystal resonator element 9, an MCF element 10, and a reactance element 11 are formed on a crystal substrate 8. In FIG. By adding an oscillation circuit, an amplifier, etc. to this, it becomes possible to miniaturize the crystal orthogonal output type oscillator. In addition, the quartz substrate 8
The crystal resonator element 9, the MCF element 10 and the reactance element 11 formed on the I
Further reduction in size is possible by mounting a C oscillation circuit, an amplification circuit, and the like and housing a crystal substrate 8 in a package to form a crystal orthogonal output type oscillator.

以上の水晶直交出力型発振器の説明ではコルピッツ型発振回路を用いて説明したが、本
発明はコルピッツ型発振回路に限定するものではなく、ピアス型発振回路、ハートレイ型
発振回路等を用いて構成してもよい。
また、上記では2ポール二重モード水晶フィルタを用い、その位相特性を利用した水晶
直交出力型発振器を説明したが、2ポール以上の二重モード水晶フィルタを用いても水晶
直交出力型発振器が構成できることは説明するまでもない。
さらに、二重モード水晶フィルタの代わりに弾性表面波フィルタの位相特性を用いて直
交出力型発振器が構成できることも容易に推察することができる。
In the above description of the crystal orthogonal output type oscillator, the Colpitts type oscillation circuit has been described. However, the present invention is not limited to the Colpitts type oscillation circuit. May be.
In the above description, a crystal quadrature output oscillator using a two-pole dual mode crystal filter and utilizing its phase characteristics has been described. However, a crystal quadrature output oscillator can be configured even if a dual mode crystal filter having two or more poles is used. There is no need to explain what you can do.
Furthermore, it can be easily assumed that a quadrature output type oscillator can be constructed using the phase characteristics of a surface acoustic wave filter instead of a dual mode quartz filter.

本発明に係る直交出力型発振器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the orthogonal output type | mold oscillator which concerns on this invention. 二重モード水晶フィルタのリアクタンス曲線、フィルタ特性、位相特性を示す図である。It is a figure which shows the reactance curve, filter characteristic, and phase characteristic of a dual mode quartz filter. 二重モード水晶フィルタの周波数と位相特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency and phase characteristic of a dual mode quartz filter. 第2の実施例である直交出力型発振器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the orthogonal output type | mold oscillator which is a 2nd Example. 第3の実施例である直交出力型発振器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the orthogonal output type | mold oscillator which is a 3rd Example. 第4の実施例である1つの水晶基板上に水晶振動素子、MCF素子及びリアクタンス素子を構成したものの斜視図である。It is a perspective view of what constituted a crystal oscillation element, a MCF element, and a reactance element on one quartz substrate which is the 4th example. 従来の直交変調装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional orthogonal modulation apparatus. (a)、(b)は直交変調装置に用いられているフリップフロップ回路と、その動作を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the flip-flop circuit used for a quadrature modulation apparatus, and its operation | movement.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4,5,6,7,9,10…電極、8…水晶基板、Z,11…リアクタン
ス素子、Y,Y2…水晶振動子、Y1…複合振動子、MCF,MCF1…二重モード水晶
フィルタ、Tr…トランジスタ、AMP,AMP1,AMP2…増幅器、RE,R1,R
2,R3…抵抗、C1,C2,C3,C4…容量。
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10 ... electrodes, 8 ... quartz substrate, Z, 11 ... reactance element, Y, Y2 ... crystal resonator, Y1 ... compound resonator, MCF, MCF1 ... Double mode crystal filter, Tr ... Transistor, AMP, AMP1, AMP2 ... Amplifier, R E , R1, R
2, R3... Resistance, C1, C2, C3, C4.

Claims (9)

圧電振動子を周波数決定要素とする圧電発振回路と、モノリシック圧電フィルタとを備
えており、
前記圧電発振回路の出力を前記モノリッシック圧電フィルタの入力端子に接続し、前記
圧電発振回路からの出力を第1の出力とし、前記モノリッシック圧電フィルタの出力端子
からの出力を第2の出力としたことを特徴とする直交出力型発振器。
A piezoelectric oscillation circuit having a piezoelectric vibrator as a frequency determining element and a monolithic piezoelectric filter are provided.
The output of the piezoelectric oscillation circuit is connected to the input terminal of the monolithic piezoelectric filter, the output from the piezoelectric oscillation circuit is the first output, and the output from the output terminal of the monolithic piezoelectric filter is the second output. An orthogonal output type oscillator characterized by
前記モノリッシック圧電フィルタの出力端子と接地との間にリアクタンス素子を挿入接
続したことを特徴とする直交出力型発振器。
An orthogonal output type oscillator, wherein a reactance element is inserted and connected between an output terminal of the monolithic piezoelectric filter and a ground.
同一の圧電基板に前記モノリッシック圧電フィルタを構成する電極と前記圧電振動子を
構成する電極とを互いに音響的に結合しないよう配置した複合振動素子を用いて構成した
ことを特徴とする請求項1または2に記載の直交出力型発振器。
The composite vibration element in which the electrodes constituting the monolithic piezoelectric filter and the electrodes constituting the piezoelectric vibrator are arranged so as not to be acoustically coupled to each other on the same piezoelectric substrate. 2. An orthogonal output oscillator according to 2.
前記モノリシック圧電フィルタ若しくは前記圧電振動子を構成する圧電基板上に、前記
リアクタンス素子を電極パターンにて形成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
かに記載の直交出力型発振器。
The orthogonal output type oscillator according to any one of claims 1 to 3, wherein the reactance element is formed by an electrode pattern on a piezoelectric substrate constituting the monolithic piezoelectric filter or the piezoelectric vibrator.
モノリシック圧電フィルタと、該モノリシック圧電フィルタの出力端子側を周波数決定
要素とした構成した発振回路とを備えており、
前記発振回路からの出力を第1の出力とし、前記モノリシック圧電フィルタの出力端子
からの出力を第2の出力としたことを特徴とする直交出力型発振器。
A monolithic piezoelectric filter, and an oscillation circuit configured with a frequency determining element on the output terminal side of the monolithic piezoelectric filter,
An orthogonal output type oscillator characterized in that an output from the oscillation circuit is a first output and an output from an output terminal of the monolithic piezoelectric filter is a second output.
前記モノリシック圧電フィルタの出力端子と接地との間にリアクタンス素子を挿入接続
したことを特徴とする請求項5に記載の直交出力型発振器。
6. The orthogonal output type oscillator according to claim 5, wherein a reactance element is inserted and connected between the output terminal of the monolithic piezoelectric filter and the ground.
前記第1及び第2の出力の少なくとも一方に増幅手段を設けたことを特徴とする請求項
1乃至6のいずれかに記載の直交出力型発振器。
7. The quadrature output oscillator according to claim 1, wherein an amplifying unit is provided in at least one of the first and second outputs.
前記モノリシック圧電フィルタ若しくは前記圧電振動子を構成する圧電基板上に、発振
回路を構成するための電子部品を搭載したことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに
記載の直交出力型発振器。
8. The orthogonal output type oscillator according to claim 1, wherein an electronic component for constituting an oscillation circuit is mounted on the piezoelectric substrate constituting the monolithic piezoelectric filter or the piezoelectric vibrator.
前記圧電振動子若しくはモノリシック圧電フィルタの少なくとも一方はATカット水晶
を用いたものであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の直交出力型発振
器。
9. The quadrature output oscillator according to claim 1, wherein at least one of the piezoelectric vibrator and the monolithic piezoelectric filter uses an AT-cut crystal.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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