JP2007259052A

JP2007259052A - 水晶発振器

Info

Publication number: JP2007259052A
Application number: JP2006080575A
Authority: JP
Inventors: Motoki Sakai; 基樹酒井; Hisato Takeuchi; 久人竹内; Keigo Shingu; 圭悟新宮; Kei Nagatomo; 圭長友
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04
Also published as: US20070236302A1; US7579917B2

Abstract

【課題】１つのＩＣで効率良く、搭載されるセットの仕様や周波数に対応できる水晶発振器を提供する。
【解決手段】発振器１の出力側を、出力側が第１の抵抗７に接続されたインバータ２の入力側と第２の抵抗８の一端とに接続し、第１の抵抗７の他端を第１の容量９の一端と第１のトランジスタ３の入力側とに接続し、第１の容量９の他端を第１のスイッチ１１の一端に接続し、第１のスイッチ１１の他端を接地し、前記第２の抵抗８の他端を第２の容量１０の一端と第２のトランジスタ４の入力側とに接続し、第２の容量１０の他端を第２のスイッチ１２の一端に接続し、第２のスイッチ１２の他端を接地し、第１のトランジスタ３の出力側と第２のトランジスタ４の出力側とを発振出力端子５に接続し、第１のスイッチ１１と第２のスイッチ１２とを記憶装置１３にて制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の仕様に対して安定した発振波形を出力する機能を有する水晶発振器に関する。

携帯電話には日本国内のＰＤＣ（Personal Digital Cellular）方式を始め、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）方式、あるいはＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式などの通信方式があり、さらに各通信方式にも携帯機種ごとに各種の仕様が存在する。主に携帯電話に用いられる温度制御用水晶発振器では、これらのあらゆるセット仕様に対応することができる発振出力特性が要求される。

以下、従来の温度制御用水晶発振器（ＴＣＸＯ）について説明する。図６，図７は従来のＴＣＸＯの構成図である。

図６において、水晶振動子を備えた発振器１の出力側は、出力側に第１のトランジスタ３の入力側が接続されたインバータ２の入力側と、第２のトランジスタ４の入力側とに接続され、第１のトランジスタ３の出力側と第２のトランジスタ４の出力側は発振出力端子５に接続され、発振出力端子５には外部負荷素子６に接続されている。

図７において、水晶振動子を備えた発振器１の出力側は、出力側が第１の抵抗７の一端に接続されたインバータ２の入力側と第２の抵抗８の一端とに接続され、第１の抵抗７の他端は第１の容量９の一端と第１のトランジスタ３の入力側とに接続され、第１の容量９の他端は接地されている。さらに前記第２の抵抗８の他端は第２の容量１０の一端と第２のトランジスタ４の入力側に接続され、第２の容量１０の他端は接地されている。

また、第１のトランジスタ３の出力側と第２のトランジスタ４の出力側は発振出力端子５に接続され、発振出力端子５には外部負荷素子６が接続されている。

以上のように構成されたＴＣＸＯについて、以下、その動作を説明する。

図６に示すＴＣＸＯでは、水晶振動子を備えた発振器１からは、安定した発振周波数が発生され、第２のトランジスタ４の入力側のＡ２部と、インバータ２によって位相の反転したＡ１部とでは、互いに位相の反転した周波数信号となっており、第１のトランジス３と第２のトランジスタ４とを交互に動作させることにより、発振出力端子（Ａ３）５に一定の振幅を有する安定した発振信号が出力される。

また、携帯電話などの水晶発振器が搭載されるセットによっては、出力部の負荷あるいは高調波特性などの仕様が異なるため、図７に示すＴＣＸＯでは、インバータ２によって位相の反転したＡ１部と、第２のトランジスタ４の入力側のＡ２部などに抵抗７，８や容量９，１０などの受動素子を入れ、立ち上がりや立ち下がりを遅延させて、出力波形の最適化を図っている。

なお、外部に接続される外部負荷素子６としては、等価回路例として図８に示すようなバイパスコンデンサＣｐ，負荷容量ＣＬ，負荷抵抗ＲＬなどで表現されるものが用いられる。
特開平１１−１７４５２号公報特開平９−２９４０６６号公報

従来の構成では、水晶発振器が搭載されるセットの仕様に対応させて、前記のようにＡ１部，Ａ２部などの各部に抵抗７，８や容量９，１０などの受動素子を設けるなどして、出力波形の最適化を行うことは可能であるが、他の仕様のセットに対しては少なからず最適な特性から外れてしまう。

しかし、そのため、１つの仕様ごとに１つのＩＣ（集積回路）を開発するのは非効率的であり、管理が煩雑になるといった問題や、１つのＩＣで複数の異なる仕様を満足させようとして、結果的に中途半端で特徴を十分に出せないＩＣとなってしまうといった問題があった。

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、１つのＩＣで効率良く、搭載されるセットの仕様や周波数に対応することを可能にした水晶発振器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、水晶振動子を備えた発振器の出力側を、バッファ回路を介して発振出力端子に接続してなる水晶発振器において、前記バッファ回路内における発振特性を異ならせる部位にスイッチを接続し、前記スイッチの切り替えを制御する切替制御部を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の水晶発振器において、水晶振動子を備えた発振器の出力側を、出力側が第１の抵抗に接続されたインバータの入力側と第２の抵抗の一端とに接続し、前記第１の抵抗の他端を第１の容量の一端と第１のトランジスタの入力側とに接続し、前記第１の容量の他端を第１のスイッチの一端に接続し、前記第１のスイッチの他端を接地し、前記第２の抵抗の他端を第２の容量の一端と第２のトランジスタの入力側とに接続し、前記第２の容量の他端を第２のスイッチの一端に接続し、前記第２のスイッチの他端を接地し、前記第１のトランジスタの出力側と前記第２のトランジスタの出力側とを発振出力端子に接続し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを切替制御部によって制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の水晶発振器において、水晶振動子を備えた発振器の出力側を、出力側が第１のトランジスタの入力側に接続されたインバータの入力側と第２のトランジスタの入力側と第３のトランジスタの入力側に接続し、前記第３のトランジスタの出力側はスイッチの一端に接続し、前記スイッチの他端と前記第１のトランジスタの出力側と前記第２のトランジスタの出力側を発振出力端子に接続し、前記スイッチを切替制御部によって制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の水晶発振器において、水晶振動子を備えた発振器の出力側を、出力側が第１の抵抗に接続されたインバータの入力側と第２の抵抗の一端に接続し、前記第１の抵抗の他端を第１の容量の一端と第１のトランジスタの入力側とに接続し、前記第１の容量の他端を第１のスイッチの一端に接続し、前記第１のスイッチの他端を接地し、前記第２の抵抗の他端を第２の容量の一端と第２のトランジスタの入力側と第３のトランジスタの入力側に接続し、前記第２の容量の他端を第２のスイッチの一端に接続し、前記第２のスイッチの他端を接地し、前記第３のトランジスタの出力側を第３のスイッチの一端に接続し、前記第３のスイッチの他端と前記第１のトランジスタの出力側と前記第２のトランジスタの出力側を発振出力端子に接続し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとを切替制御部によって制御することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の水晶発振器において、切替制御部を、書込可能および読出可能な記憶装置により構成したことを特徴とする
前記構成により、発振器に接続されたバッファ回路内の適所に配置した抵抗や容量などの受動素子に切替え用のスイッチを設け、スイッチを制御してデューティ，振幅特性，負荷変動特性，高調波特性などの諸特性を個々の水晶発振器のセットの仕様ごとに調整することによって、１つのＩＣにすることが可能な構成で効率良く、あらゆるセットの仕様や周波数に対応することが可能となる。

本発明は、従来の特定の水晶発振器が搭載されるセットの仕様に対してのみ最適化された水晶発振器とは異なり、発振器に接続されたバッファ回路内の適所に配置したスイッチを任意に切替制御することにより、デューティ，振幅特性，負荷変動特性，高調波特性などの諸特性を個々のセットの仕様ごとに調整することができ、１つのＩＣにすることが可能な構成で、効率良くあらゆるセットの仕様や周波数に対応することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は本発明に係る実施形態１である水晶発振器の構成図である。

図１において、１は水晶振動子を備えた発振器、２はインバータ、３，４はトランジスタ、５は発振出力部、６は外部負荷素子、７，８は抵抗、９，１０は容量、１１，１２はスイッチ、１３は、スイッチ１１，１２の切替を行う切替制御部としての書込可能および読出可能なＰＲＯＭ（Programmable Read Only Memory）などの記憶装置である。

実施形態１では、インバータ２とトランジスタ３，４と抵抗７，８と容量９，１０とスイッチ１１，１２にてバッファ回路が構成されており、発振器１の出力側を、出力側が第１の抵抗７に接続されたインバータ２の入力側と、第２の抵抗８の一端とに接続し、第１の抵抗７の他端を第１の容量９の一端と第１のトランジスタ３の入力側とに接続し、第１の容量９の他端を第１のスイッチ１１の一端に接続し、第１のスイッチ１１の他端を接地し、第２の抵抗８の他端を第２の容量１０の一端と第２のトランジスタ４の入力側とに接続し、第２の容量１０の他端を第２のスイッチ１２の一端に接続し、第２のスイッチ１２の他端を接地し、第１のトランジスタ３の出力側と第２のトランジスタ４の出力側とを、外部負荷素子６に接続された発振出力端子５に接続し、第１のスイッチ１１と第２のスイッチ１２とを記憶装置１３にて制御する構成になっている。

以上のように構成された実施形態１の水晶発振器について、以下、その動作を説明する。

発振器１からは安定した発振周波数が発生され、インバータ２によって位相の反転したＡ１部と、第２のトランジスタ４の入力側のＡ２部とでは、互いに位相の反転した周波数信号となっており、第１のトランジスタ３と第２のトランジスタ４とを交互に動作させることにより、発振出力端子（Ａ３部）５に一定の振幅を有する安定した発振信号が出力される。

ところが本水晶発振器が搭載される携帯電話などのセットによっては、出力部の負荷や、高調波特性などの仕様が異なるため、実施形態１では、前記Ａ１部，Ａ２部などに抵抗７，８、容量９，１０などの受動素子を入れ、立ち上がりや立ち下がりを遅延させて出力波形の最適化を図っている。

さらに、容量９，１０の他端に、それぞれスイッチ１１，１２を設けて記憶装置１３によって、要求される発振特性に応じて適宜切り替えることにより、発振波形の遅延量を調整している。

図２は実施形態１においてスイッチ１１，１２を切り替えた場合の発振出力端子５における出力波形例の説明図である。図２において、Ｗ１は第１のスイッチ１１がオンの場合、Ｗ２は第２のスイッチ１２がオンの場合、Ｗ３は両スイッチ１１，１２がオフの場合の出力波形を示す。

以上のように、実施形態１によれば、従来では水晶発振器を搭載した特定のセットの仕様に対してしか最適化できないものとは異なり、出力バッファ回路内の各所に配置したスイッチ１１，１２を任意に切り替えることによって、デューティ，振幅特性，負荷変動特性，高調波特性などの諸特性を個々のセットの仕様ごとに調整することができ、１つのＩＣで効率良く、あらゆるセットの仕様や周波数に対応することが可能になる。

（実施形態２）
図３は本発明に係る実施形態２における水晶発振器の構成図である。なお、以下の説明において、既に説明した部材に対応する部材には、同一符号を付して詳しい説明は省略する。

実施形態２において、インバータ２とトランジスタ３，４，２０とスイッチ２１にてバッファ回路が構成されており、発振器１の出力側を、出力側が第１のトランジスタ３の入力側に接続されたインバータ２の入力側と、第２のトランジスタ４の入力側と、第３のトランジスタ２０の入力側とに接続し、第３のトランジスタ２０の出力側をスイッチ２１の一端に接続し、スイッチ２１の他端と第１のトランジスタ３の出力側と第２のトランジスタ４の出力側を発振出力端子５に接続し、スイッチ２１を切替制御部としての書込可能および読出可能なＰＲＯＭなどの記憶装置２２によって制御する構成になっている。

以上のように構成された実施形態２の水晶発振器について、以下、その動作を説明する。

実施形態１と同様に、発振器１からは安定した発振周波数が発生され、インバータ２によって位相の反転したＡ１部と、第２のトランジスタ４の入力側のＡ２部とでは、互いに位相の反転した周波数信号となっており、第１のトランジスタ３と第２のトランジスタ４とを交互に動作させることにより、発振出力端子（Ａ３部）５に一定の振幅を有する安定した発振信号が出力される。

既述したように、本水晶発振器が搭載される携帯電話などのセットによっては、出力部の負荷や、高調波特性などの仕様が異なるため、実施形態２では、第２のトランジスタ４に対して並列に第３のトランジスタ２０およびスイッチ２１を接続し、これを記憶装置２２により切り替えることにより、出力部の駆動能力を切り替えることができるようにしている。

図４は実施形態２においてスイッチ２１を切り替えた場合の発振出力端子５における出力波形例の説明図である。図４において、Ｗ２１はスイッチ２１がオンの場合、Ｗ２２はスイッチ２１がオフの場合の出力波形を示す。

以上のように第２の実施形態によれば、従来では特定のセットの仕様に対してしか最適化できないものとは異なり、出力部に配置したスイッチ２１を任意に切り替えることによって、デューティ，振幅特性，負荷変動特性，高調波特性などの諸特性を個々のセットの仕様ごとに調整することができ、１つのＩＣで効率良く、あらゆるセットの仕様や周波数に対応することが可能になる。

（実施形態３）
図５は本発明に係る実施形態３である水晶発振器の構成図である。

実施形態３において、インバータ２とトランジスタ３，４，２０と抵抗７，８と容量９，１０とスイッチ１１，１２，２１にてバッファ回路が構成されており、発振器１の出力側を、出力側が第１の抵抗７に接続されたインバータ２の入力側と、第２の抵抗８の一端とに接続し、第１の抵抗７の他端を第１の容量９の一端と第１のトランジスタ３の入力側とに接続し、第１の容量９の他端を第１のスイッチ１１の一端に接続し、第１のスイッチ１１の他端を接地し、第２の抵抗８の他端を第２の容量１０の一端と第２のトランジスタ４の入力側と第３のトランジスタ２０の入力側とに接続し、第２の容量１０の他端を第２のスイッチ１２の一端に接続し、第２のスイッチ１２の他端を接地し、第３のトランジスタ２０の出力側を第３のスイッチ２１の一端に接続し、第３のスイッチ２１の他端と第１のトランジスタ３の出力側と第２のトランジスタ４の出力側とを発振出力端子５に接続し、第１のスイッチ１１と第２のスイッチ１２と第３のスイッチ２１とを切替制御部としての書込可能および読出可能なＰＲＯＭなどの記憶装置２５によって制御する構成になっている。

以上のように構成された実施形態３の水晶発振器について、以下、その動作を説明する。

実施形態１，２と同様に、発振器１からは安定した発振周波数が発生され、インバータ２によって位相の反転したＡ１部と、第２のトランジスタ４の入力側のＡ２部とでは、互いに位相の反転した周波数信号となっており、第１のトランジスタ３と第２のトランジスタ４とを交互に動作させることにより、発振出力端子（Ａ３部）５に一定の振幅を有する安定した発振信号が出力される。

そして本水晶発振器が搭載される携帯電話などのセットによっては、出力部の負荷や、高調波特性などの仕様が異なるため、実施形態１では、前記Ａ１部，Ａ２部などに抵抗７，８、および容量９，１０などの受動素子を入れ、立ち上がりや立ち下がりを遅延させて出力波形の最適化を図るため、容量９，１０の他端に、それぞれ第１のスイッチ１１，第２のスイッチ１２を設けて記憶装置２５によって、要求される発振特性に応じて適宜切り替えることにより、発振波形の遅延量を調整したり、第２のトランジスタ４に対して並列に第３のトランジスタ２０および第３のスイッチ２１を接続し、これを切り替えたりすることにより、出力部の駆動能力を切り替えることができるようにしている。

以上のように実施形態３によれば、実施形態１および実施形態２と同様の作用効果を得ることができる。

なお、実施形態１〜３における外部負荷素子６としては、等価回路例として図８に示すようなバイパスコンデンサＣｐ，負荷容量ＣＬ，負荷抵抗ＲＬなどで表現されるものが用いられる。

本発明は、温度制御用水晶発振器を主な利用分野とし、デューティ，振幅特性，負荷変動特性，高調波特性などの諸発振特性を、水晶発振器が搭載される個々のセットの仕様ごとに調整することができるため、１つのＩＣで効率良く、あらゆるセットの仕様や周波数に対応することが要求される水晶発振器として有効である。

本発明に係る実施形態１である水晶発振器の構成図実施形態１においてスイッチを切り替えた場合の発振出力端子における出力波形例の説明図本発明に係る実施形態２である水晶発振器の構成図実施形態２においてスイッチを切り替えた場合の発振出力端子における出力波形例の説明図本発明に係る実施形態３である水晶発振器の構成図従来のＴＣＸＯの構成図従来の他のＴＣＸＯの構成図発信出力端子に接続される外部負荷素子の等価回路を示す構成図

符号の説明

１発振器
２インバータ
３，４，２０トランジスタ
５発振出力部
６外部負荷回路
７，８抵抗
９，１０容量
１１，１２，２１スイッチ
１３，２２，２５記憶装置
Ｃｐバイパスコンデンサ
ＣＬ負荷容量
ＲＬ負荷抵抗

Claims

水晶振動子を備えた発振器の出力側を、バッファ回路を介して発振出力端子に接続してなる水晶発振器において、前記バッファ回路内における発振特性を異ならせる部位にスイッチを接続し、前記スイッチの切り替えを制御する切替制御部を備えたことを特徴とする水晶発振器。
前記水晶振動子を備えた発振器の出力側を、出力側が第１の抵抗に接続されたインバータの入力側と第２の抵抗の一端とに接続し、前記第１の抵抗の他端を第１の容量の一端と第１のトランジスタの入力側とに接続し、前記第１の容量の他端を第１のスイッチの一端に接続し、前記第１のスイッチの他端を接地し、前記第２の抵抗の他端を第２の容量の一端と第２のトランジスタの入力側とに接続し、前記第２の容量の他端を第２のスイッチの一端に接続し、前記第２のスイッチの他端を接地し、前記第１のトランジスタの出力側と前記第２のトランジスタの出力側とを前記発振出力端子に接続し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを前記切替制御部によって制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。
前記水晶振動子を備えた発振器の出力側を、出力側が第１のトランジスタの入力側に接続されたインバータの入力側と第２のトランジスタの入力側と第３のトランジスタの入力側に接続し、前記第３のトランジスタの出力側はスイッチの一端に接続し、前記スイッチの他端と前記第１のトランジスタの出力側と前記第２のトランジスタの出力側を前記発振出力端子に接続し、前記スイッチを切替制御部によって制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。
前記水晶振動子を備えた発振器の出力側を、出力側が第１の抵抗に接続されたインバータの入力側と第２の抵抗の一端に接続し、前記第１の抵抗の他端を第１の容量の一端と第１のトランジスタの入力側とに接続し、前記第１の容量の他端を第１のスイッチの一端に接続し、前記第１のスイッチの他端を接地し、前記第２の抵抗の他端を第２の容量の一端と第２のトランジスタの入力側と第３のトランジスタの入力側に接続し、前記第２の容量の他端を第２のスイッチの一端に接続し、前記第２のスイッチの他端を接地し、前記第３のトランジスタの出力側を第３のスイッチの一端に接続し、前記第３のスイッチの他端と前記第１のトランジスタの出力側と前記第２のトランジスタの出力側を前記発振出力端子に接続し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとを前記切替制御部によって制御することを特徴とする請求項１記載の水晶発振器。
前記切替制御部を、書込可能および読出可能な記憶装置により構成したことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の水晶発振器。