JP2007166451A

JP2007166451A - 発振装置

Info

Publication number: JP2007166451A
Application number: JP2005362656A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakatani; 裕中谷
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】製造ばらつき、粗悪品、経年劣化などによって、発振子の発振周波数が所望の周波数範囲内にないとき、発振周波数を修正することが可能な、電力を必要以上に消費しない発振装置を提供する。
【解決手段】発振子１の第１発振周波数を、周波数／電圧変換回路５によって電圧に変換し、判定制御回路６によって、前記電圧を用いて第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるか否かを判定し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にある場合にはスイッチ７をβにつなぎ、トランジスタ８をオフ状態とし、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にない場合にはスイッチ７をαにつなぎ、トランジスタ８をオン状態とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、時計、コンピュータ、通信情報機器、家電製品などに用いられる発振子を用いた発振装置に関する。

発振子とは、圧電効果をもつ圧電素子の固有振動の発振を利用した受動素子の一つである。コイル、コンデンサを用いたコルピッツ発振回路において、コイル部を発振子に置き換えることなどにより、その固有周波数の発振出力が得られる。

従来、代表的な発振子として、時計などに用いられる水晶発振子が知られている。水晶発振子とは、水晶の圧電効果を利用して高い周波数精度の発振を起こす発振子である。

水晶発振子は、負荷変動や電圧変動、周囲温度の変動によって多少の周波数変動はあるものの、周波数安定性が極めてよく、広く用いられている。特に、時計、コンピュータ、通信情報機器、家電製品などに用いられ、現代のエレクトロニクスに必要不可欠である。

また、他の発振子としては、水晶発振子に比べると周波数安定性は劣るが、発振の立ち上がりが早い、小型・軽量である、安価であるなどのメリットがあるセラミック発振子も広く知られている。

これらの発振子の発振周波数は、水晶やセラミックの特性によって決まるため、基本的には変更できない。そのため複数種類の周波数を必要とする場合には、必要とする周波数に合わせて発振子を差し替える方式が採られることがある。また、ディジタル回路におけるカウンタ回路などと組み合わせることにより、任意の周波数の出力信号を得ることが可能である。このようなものの例としては、電圧制御圧電発振器、ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路などが知られている。

特許文献１に記載のものは、簡単な付加回路を用いて、周波数制御特性のばらつきを低減し、特に実効的な周波数制御特性の直線性を向上する電圧制御圧電発振器、その調整方法及び自動調整システムに関するものである。周波数制御特性のばらつきは、発振子の発振周波数のずれ、可変リアクタンス素子及び発振回路を構成するＩＣの製造ばらつきなどの影響によって生じる。
特開平１１−３３０８５７号公報

特許文献１に記載のものによると、発振子の発振周波数のずれ、可変リアクタンス素子及び発振回路を構成するＩＣの製造ばらつきなどの影響を抑えることが可能であり、低コスト・省スペースな、調整時間の短い電圧制御圧電発振器が提供される。

しかしながら、特許文献１においては、発振子の発振周波数のずれが小さければ小さいほど、調整に必要な時間は短縮され、調整精度も向上すると考えられる。また、発振子は経年劣化、粗悪品などの理由により、発振周波数が期待されるものから大きくずれている場合がある。特に、水晶発振子はメーカーによっては発振周波数のばらつきが非常に大きい場合がある。これらの問題に対処するために発振子を１つ１つ検査すると、製造効率の低下、コスト向上に繋がる。また、経年劣化による発振周波数のずれが、製品がユーザーの手に渡った後に起きると、例えば製品が時計である場合、ユーザーが時計を販売店などに持ち込んで修理を依頼する必要があり、ユーザーにも修理をするメーカーにも負担がかかる。

以上の問題点を鑑みて、本発明は、発振子の製造ばらつき、粗悪品、経年劣化などによって、発振周波数が所望の周波数範囲内にないとき、発振周波数を修正することが可能な、電力を必要以上に消費しない発振装置を提供することを目的とする。

本発明においては、発振装置は、発振子を用いて第１発振周波数を出力する第１発振部と、所望の周波数範囲内の第２発振周波数を出力する第２発振部と、第１発振周波数を監視し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあると判定したときには、第２発振部を動作させず、第１発振周波数を後段に出力するように制御し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にないと判定したときには、第２発振部を動作させ、第２発振周波数を後段に出力するように制御する判定制御部とを有し、前記判定制御部は、第１発振周波数をそれに対応した電圧に変換する周波数／電圧変換回路を備え、前記周波数／電圧変換回路の出力電圧に応じて、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるか否かを判定し、前記第２発振部は、入力電圧をそれに対応した周波数に変換する電圧／周波数変換回路を備え、前記周波数を第２発振周波数として出力し、前記入力電圧は、第２発振周波数が所望の周波数範囲内となるように設定されていることを特徴とする。

これによると、発振子の製造ばらつき、粗悪品、経年劣化などによって、発振周波数が所望の周波数範囲内にないとき、発振周波数を修正することが可能な、電力を必要以上に消費しない発振装置が提供される。

本発明においては、発振装置は、発振子を用いて第１発振周波数を出力する第１発振部と、所望の周波数範囲内の第２発振周波数を出力する第２発振部と、第１発振周波数を監視し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあると判定したときには、第２発振部を動作させず、第１発振周波数を後段に出力するように制御し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にないと判定したときには、第２発振部を動作させ、第２発振周波数を後段に出力するように制御する判定制御部とを有していることを特徴とする。

これによると、発振子の製造ばらつき、粗悪品、経年劣化などの要因で、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にない場合でも、所望の周波数範囲内の第２発振周波数を出力する発振装置が得られる。よって、製造段階において、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるかを検査する必要が無くなり、製造効率が上がる。また、発振子の棄却を無くすことで、コスト向上に繋がる。また、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にない製品のユーザー、それを修理するメーカーの負担の軽減も可能となる。また、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にある場合には第１発振周波数をそのまま出力し、第２発振部は動作しないので、第２発振部の動作に用いられる電力を節約することが可能となる。

本発明においては、発振装置は、前記判定制御部が、第１発振周波数をそれに対応した電圧に変換する周波数／電圧変換回路を備え、前記周波数／電圧変換回路の出力電圧に応じて、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする。

これによると、周波数／電圧変換回路を用いて、前記周波数／電圧変換回路の入力周波数と出力電圧との対応関係から、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるか否かを判定することが可能となり、容易に第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるかを判定する機構を得ることが可能となる。

本発明においては、発振装置は、前記第２発振部が、入力電圧をそれに対応した周波数に変換する電圧／周波数変換回路を備え、前記周波数を第２発振周波数として出力することを特徴とする。また、前記入力電圧は、第２発振周波数が所望の周波数範囲内となるように設定されていることを特徴とする。

これによると、電圧／周波数変換回路を用いて、前記電圧／周波数変換回路の入力電圧と出力周波数との対応関係から、所望の周波数範囲内にある第２発振周波数を出力することが可能となり、容易に所望の周波数範囲内にある第２発振周波数を出力する機構を得ることが可能となる。

本発明によると、発振子の製造ばらつき、粗悪品、経年劣化などによって、発振周波数が所望の周波数範囲内にないとき、発振周波数を修正することが可能な、電力を必要以上に消費しない発振装置が提供される。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明すれば以下の通りである。

図１は、本実施形態に係る発振装置の概略の構成を示したブロック図である。本実施形態に係る発振装置は、発振子（第１発振部）１、判定制御部２、第２発振部３、出力装置４を有している。

発振子１は、電圧の印加によりほぼ一定の周波数で発振する発振子である。判定制御部２は、周波数／電圧変換回路５、判定制御回路６を有している。周波数／電圧変換回路５は発振子１の発振周波数（以下、第１発振周波数）を電圧に変換する回路である。判定制御回路６は周波数／電圧変換回路５で得られた電圧が所望の周波数範囲内にある周波数に対応する電圧であるかを判定し、その結果を用いて、スイッチ７、トランジスタ８を制御する回路である。

第２発振部３は、トランジスタ８、電源９、電圧／周波数変換回路１０を有している。電源９は電圧／周波数変換回路１０に電圧を印可するためのものである。トランジスタ８はスイッチ機構であり、ベースにある一定以上の電圧が印加されると（オン状態となると）、電源９の電圧を電圧／周波数変換回路１０に印加する。電圧／周波数変換回路１０は印加された電圧を周波数に変換する回路である。出力装置４はスイッチ７を有し、発振子１からの第１発振周波数あるいは電圧／周波数変換回路１０からの第２発振周波数を選択的に出力する装置である。

ここで、ほぼ一定の周波数で発振する発振子１の例としては、水晶発振子、セラミック発振子などが挙げられる。水晶発振子は、負荷変動や電圧変動、周囲温度の変動によって多少の周波数変動はあるものの、周波数安定性が極めてよく、広く用いられている。特に、時計、コンピュータ、通信情報機器、家電製品などに用いられ、現代のエレクトロニクスに必要不可欠である。また、セラミック発振子は、水晶発振子に比べると周波数安定性は劣るが、発振の立ち上がりが早い、小型・軽量である、安価であるなどのメリットがある。

以下、この図１と、本実施形態に係る発振装置の概略の処理の流れを示した図２のフローチャートを用いて、本実施形態に係る発振装置の動作を説明する。まず、発振子１に電圧が印加されることにより、発振子１が第１発振周波数で発振する（図２のＳ₁に対応）。この第１発振周波数が周波数／電圧変換回路５に送られ、それに対応した電圧に変換される（Ｓ₂）。この周波数／電圧変換回路５の構成例を図３に示す。ここで、図３中のＮＪＭ４１５１は新日本無線株式会社製のモノシリックＩＣであるＮＪＭ４１５１を表す。また、図３中の端子t₁〜t₈はそれぞれＮＪＭ４１５１の端子１〜８に対応している。そして、第１発振周波数は図３中のｆ_inに入力され、それに対応した電圧が図３中のＶ_outより出力される。また、周波数／電圧変換回路５の入力周波数と出力電圧との関係は、例えば図４のグラフのようになる。ここで、周波数／電圧変換回路５の入力周波数と出力電圧との関係、すなわち図４のグラフは、図３における各抵抗の抵抗値や各コンデンサの静電容量、各端子に印加される電圧によって変化する。

そして、図３中のＶ_outから出力された電圧が判定制御回路６に送られる。ここで、第１発振周波数の所望の周波数範囲がｆ₁〜ｆ₂であるとする。このとき、図４より、この周波数範囲に対応する電圧の範囲はＶ₁〜Ｖ₂である。よって、図３中のＶ_outから出力された電圧がＶ₁〜Ｖ₂に含まれれば、第１発振周波数は所望の周波数範囲に含まれると判定し、図３中のＶ_outから出力された電圧がＶ₁〜Ｖ₂に含まれなければ、発振周波数は所望の周波数範囲に含まれないと判定する（Ｓ₃）。

そして、判定制御回路６が、第１発振周波数は所望の周波数範囲に含まれると判定したときには、スイッチ７がβにつながれ、トランジスタ８がオフ状態とされる（Ｓ₄）。逆に、判定制御回路回路６が、第１発振周波数は所望の周波数範囲に含まれないと判定したときには、スイッチ７がαにつながれ、トランジスタ８がオン状態とされる（Ｓ₅）。このような判定制御回路６は、コンパレータなどを用いたアナログ回路で構成することも可能であるし、マイコンを用いたディジタル回路で構成することも可能である。

次に、判定制御回路６が、第１発振周波数は所望の周波数範囲に含まれると判定したとき、すなわち、スイッチ７がβにつながれ、トランジスタ８がオフ状態とされたときの動作を説明する。このとき、第１発振周波数が出力装置４より出力される（Ｓ₇）。

次に、判定制御回路６が、第１発振周波数は所望の周波数範囲に含まれないと判定したとき、すなわち、スイッチ７がαにつながれ、トランジスタ８がオン状態とされたときの動作を説明する。このとき、電源９の電圧が電圧／周波数変換回路１０に印加されることとなる。

そして、電圧／周波数変換回路１０は、電源９より印加された電圧を周波数に変換する（Ｓ₆）。この電圧／周波数変換回路１０の構成例を図５に示す。ここで、図５中のＮＪＭ４１５１は新日本無線株式会社製のモノシリックＩＣであるＮＪＭ４１５１を表す。また、図５中の端子t₁〜t₈はそれぞれＮＪＭ４１５１の端子１〜８に対応している。そして、電源９の電圧が図５中のＶ_inに印加され、それに対応した周波数が図５中のｆ_outより出力される。また、電圧／周波数変換回路１０の入力電圧と出力周波数との関係は、例えば図６のグラフのようになる。ここで、電圧／周波数変換回路１０の入力電圧と出力周波数との関係、すなわち図６のグラフは、図５における各抵抗の抵抗値や各コンデンサの静電容量、各端子に印加される電圧によって変化する。

ここで、所望の周波数範囲がｆ₁〜ｆ₂であるとする。このとき、図６より、この周波数範囲に対応する入力電圧の範囲はＶ'₁〜Ｖ'₂である。よって、電源９の電圧がＶ'₁〜Ｖ'₂に含まれるようにする必要がある。そして、電圧／周波数変換回路１０の出力周波数（第２発振周波数）が出力装置５より出力される（Ｓ₇）。

以上の構成によって、発振子の製造ばらつき、粗悪品、経年劣化などの影響で第１発振周波数が所望の周波数範囲内にない場合でも、所望の周波数範囲内の第２発振周波数を出力する発振装置を提供することが可能となる。よって、製造段階において、発振子が所望の周波数範囲内の発振周波数を出力しているかを検査する必要が無くなり、よって製造効率が上がり、また、発振子の棄却を無くすことで、コスト向上に繋がる。また、発振子を用いた製品のユーザー、それを修理するメーカーの負担の軽減も可能となる。また、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にある場合には第１発振周波数をそのまま出力し、第２発振部は動作しないので、第２発振部の動作時に用いられる電力を節約することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、周波数／電圧変換回路５、電圧／周波数変換回路１０は上記の図３、図５の構成でなくともよく、周波数を電圧に、または、電圧を周波数に変換でき、その対応関係が詳細に測定できるものであればよい。

本発明は、時計、コンピュータ、通信情報機器、家電製品などに用いられる発振子を用いた発振装置として有効である。

本実施形態に係る発振装置の概略の構成を示したブロック図である。本実施形態に係る発振装置の概略の処理の流れを示したフローチャートである。周波数／電圧変換回路の一例を示す回路図である。周波数／電圧変換回路の、入力周波数と出力電圧との関係の一例を示す説明図である。電圧／周波数変換回路の一例を示す回路図である。電圧／周波数変換回路の、入力電圧と出力周波数との関係の一例を示す説明図である。

符号の説明

１発振子
２判定制御部
３第２発振部
４出力装置
５周波数／電圧変換回路
６判定制御回路
７スイッチ
８トランジスタ
９電源
１０電圧／周波数変換回路

Claims

発振子を用いて第１発振周波数を出力する第１発振部と、
所望の周波数範囲内の第２発振周波数を出力する第２発振部と、
第１発振周波数を監視し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあると判定したときには、第２発振部を動作させず、第１発振周波数を後段に出力するように制御し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にないと判定したときには、第２発振部を動作させ、第２発振周波数を後段に出力するように制御する判定制御部とを有し、
前記判定制御部は、第１発振周波数をそれに対応した電圧に変換する周波数／電圧変換回路を備え、前記周波数／電圧変換回路の出力電圧に応じて、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるか否かを判定し、
前記第２発振部は、入力電圧をそれに対応した周波数に変換する電圧／周波数変換回路を備え、前記周波数を第２発振周波数として出力し、
前記入力電圧は、第２発振周波数が所望の周波数範囲内となるように設定されていることを特徴とする発振装置。
発振子を用いて第１発振周波数を出力する第１発振部と、
所望の周波数範囲内の第２発振周波数を出力する第２発振部と、
第１発振周波数を監視し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあると判定したときには、第２発振部を動作させず、第１発振周波数を後段に出力するように制御し、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にないと判定したときには、第２発振部を動作させ、第２発振周波数を後段に出力するように制御する判定制御部とを有していることを特徴とする発振装置。
前記判定制御部は、第１発振周波数をそれに対応した電圧に変換する周波数／電圧変換回路を備え、前記周波数／電圧変換回路の出力電圧に応じて、第１発振周波数が所望の周波数範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の発振装置。
前記第２発振部は、入力電圧をそれに対応した周波数に変換する電圧／周波数変換回路を備え、前記周波数を第２発振周波数として出力することを特徴とする請求項２または３に記載の発振装置。
前記入力電圧は、第２発振周波数が所望の周波数範囲内となるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の発振装置。