JP2008103808A - Crystal oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、TCXO(温度制御用水晶発振器)を主な利用分野とし、良好な位相ノイズ性能を実現し特に100KHz離調以上のフロアーノイズを低減する水晶発振器に関する。 The present invention relates to a crystal oscillator that uses TCXO (temperature control crystal oscillator) as a main field of application and realizes excellent phase noise performance and particularly reduces floor noise of 100 KHz detuning or more.
近年、携帯電話には高い通話品質が求められている中で、TCXO(温度制御用水晶発振器)としても、より良好なノイズ性能が求められており、特に100KHz以上の高い離調周波数帯での良好な位相ノイズ性能が求められている。 In recent years, mobile phones are required to have high call quality, and even TCXO (temperature control crystal oscillator) is required to have better noise performance, particularly in a high detuning frequency band of 100 KHz or higher. Good phase noise performance is required.
以下、従来の水晶発振器について説明する。 Hereinafter, a conventional crystal oscillator will be described.
従来のこの種の水晶発振器は図1に回路図の一例を示したように構成されている。図1において、外部電源1を入力とする電源回路2と、前記電源回路2を電源として接続したインバータ6と、前記インバータ6の入出力端子間に接続される帰還抵抗7と、前記インバータ6の入力端子に接続される固定容量8と、前記インバータ6の出力端子に接続される固定容量9と、前記固定容量8のもう一方の端子と接地との間に接続される電圧可変容量11と、前記固定容量9のもう一方の端子と接地との間に接続される電圧可変容量12と、前記固定容量8と前記電圧可変容量11の接続端子と前記固定容量9と前記電圧可変容量12の接続端子との間に接続される水晶振動子10とで構成される水晶発振回路4と、前記電圧可変容量11、12に抵抗13、14を介して印加する制御電圧を発生する制御電圧発生回路3と、前記水晶発振回路4の出力を入力とし、電圧源として前記電源回路2が接続されるバッファ回路5とで構成される。
A conventional crystal oscillator of this type is configured as shown in an example of a circuit diagram in FIG. In FIG. 1, a
また、図1に示す前記水晶発振回路4は、前記電源回路2により電源を供給し、前記水晶振動子10と前記インバータ6と前記固定容量8、9と前記電圧可変容量11、12にて発振ループを形成し、発振波形を出力する構成である。
The crystal oscillation circuit 4 shown in FIG. 1 is supplied with power by the
以上のように構成された水晶発振器について、その動作を説明する。外部電源1から電圧を印加すると前記電源回路2より、ある一定の電源電圧が前記インバータ6と前記水晶振動子10に供給され、これにより発振動作を行う。そして、この水晶発振回路4において発振された発振振幅を前記電源回路2により駆動する前記バッファ回路5によって増幅し出力する。また、前記制御電圧発生回路3より前記抵抗13、14を介して前記電圧可変容量11、12に制御電圧が印加され、前記電圧可変容量11、12の容量値を変化することにより発振回路の負荷容量CLを変化させ、所望の発振周波数f0に調整することができる。
The operation of the crystal oscillator configured as described above will be described. When a voltage is applied from the external power supply 1, a certain power supply voltage is supplied from the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
前記構成の水晶発振器において、その位相ノイズ性能は、電源回路で発生する出力電圧の電圧ノイズが支配的であり、前記出力電圧を電源とする水晶発振回路、バッファ回路においては、低い電圧ノイズの電源回路を設計しても、それを高感度に増幅するため、水晶発振回路においては位相ノイズの1/fノイズが大きく影響し、バッファ回路においては位相ノイズのフロアーノイズが大きく影響するという課題があった。 In the crystal oscillator configured as described above, the voltage noise of the output voltage generated in the power supply circuit is dominant in the phase noise performance. In the crystal oscillation circuit and the buffer circuit using the output voltage as a power supply, the power supply of low voltage noise is used. Even if the circuit is designed, it is amplified with high sensitivity.Therefore, there is a problem that the 1 / f noise of the phase noise greatly affects the crystal oscillation circuit, and the floor noise of the phase noise greatly affects the buffer circuit. It was.
また、電圧ノイズを下げる効果として、フィルタ回路を挿入する方法が考えられるが、水晶発振回路は大電流を消費する事と、DC的な電流が定常的に流れるために、DC電圧がドロップしてしまうため、安定した発振特性を確保するために必要な負性抵抗を悪化させ、所望の周波数可変範囲を確保するために必要な発振振幅が減少するなど、発振特性に大きな影響を及ぼしてしまう。 As an effect of reducing the voltage noise, a method of inserting a filter circuit is conceivable. However, since the crystal oscillation circuit consumes a large current and a DC current flows constantly, the DC voltage drops. Therefore, the negative resistance necessary for ensuring stable oscillation characteristics is deteriorated, and the oscillation amplitude necessary for ensuring a desired frequency variable range is reduced, which greatly affects the oscillation characteristics.
本発明は、上記従来の問題点を解決するものであり、水晶発振回路のDC電圧のドロップによる負性抵抗や発振振幅などの特性劣化が無く、良好な位相ノイズ性能(フロアー)を実現することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and realizes good phase noise performance (floor) without deterioration of characteristics such as negative resistance and oscillation amplitude due to drop of the DC voltage of the crystal oscillation circuit. With the goal.
上記目的を達成するために、前記電源回路の出力とバッファ回路との間にのみ電圧ノイズのフロアーをほぼゼロに落とす、カットオフ周波数100KHzのローパスフィルタを接続することで、バッファ回路の電源電圧の電圧ノイズ(フロアーノイズ)を落とし、結果的に水晶発振器の位相ノイズ(フロアーノイズ)を低減する。 In order to achieve the above object, by connecting a low-pass filter with a cutoff frequency of 100 KHz that drops the voltage noise floor to almost zero only between the output of the power supply circuit and the buffer circuit, the power supply voltage of the buffer circuit is reduced. Voltage noise (floor noise) is reduced, and as a result, phase noise (floor noise) of the crystal oscillator is reduced.
本発明は、水晶発振器で発生する位相ノイズにおいて、そのフロアーノイズの性能がバッファ回路の電源電圧ノイズによる影響が支配的であるため、バッファ回路の電源の電圧ノイズをゼロにする事で、位相ノイズ(フロアー)を低減する事ができる。 In the present invention, in the phase noise generated in the crystal oscillator, the influence of the power supply voltage noise of the buffer circuit is dominant on the performance of the floor noise. (Floor) can be reduced.
また、バッファ回路ではDC的な電流は少ないため、ローパスフィルタ接続後の電源電圧を大きくドロップさせる事は無く、過渡的な電圧応答についても固定容量を接地電位間に接続している事で低減できる。また水晶発振回路の電源電圧系にはローパスフィルタは接続されないため、水晶発振回路の電源電圧のドロップは無い。以上の事から、発振回路の諸特性への影響が無く、安定した発振特性を保持することができる。 In addition, since the DC current is small in the buffer circuit, the power supply voltage after the low-pass filter connection is not greatly dropped, and the transient voltage response can be reduced by connecting a fixed capacitor between the ground potentials. . Further, since the low-pass filter is not connected to the power supply voltage system of the crystal oscillation circuit, there is no drop of the power supply voltage of the crystal oscillation circuit. From the above, there is no influence on various characteristics of the oscillation circuit, and stable oscillation characteristics can be maintained.
また、前記ローパスフィルタは電源電圧ノイズのフロアーを落とす事を目的としているため、その構成素子の定数はカットオフ周波数が約100KHz以上の構成で良いため、前記構成素子の定数はIC内部での構成が十分可能な面積で実現できる。 Since the low-pass filter is intended to reduce the floor of power supply voltage noise, the constants of the constituent elements may be configured with a cutoff frequency of about 100 KHz or more. Can be realized in a sufficiently possible area.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は本発明の第1の実施形態にかかる水晶発振器の構成図を示すものである。また、図5は本発明のバッファ回路の電源電圧ノイズを示すものである。図2及び図5において、外部電源101を入力とする電源回路102と、前記電源回路102を電源として接続したインバータ106と、前記インバータ106の入出力端子間に接続される帰還抵抗107と、前記インバータ106の入力端子に接続される固定容量108と、前記インバータ106の出力端子に接続される固定容量109と、前記固定容量108のもう一方の端子と接地との間に接続される電圧可変容量111と、前記固定容量109のもう一方の端子と接地との間に接続される電圧可変容量112と、前記固定容量108と前記電圧可変容量111の接続端子と前記固定容量109と前記電圧可変容量112の接続端子との間に接続される水晶振動子110とで構成される水晶発振回路104と、前記電圧可変容量111、112に抵抗113、114を介して印加する制御電圧を発生する制御電圧発生回路103と、前記水晶発振回路104の出力を入力とし、電圧源として前記電源回路102の出力をカットオフ周波数403が約100KHzの抵抗117と固定容量118で構成されるローパスフィルタ116を介して接続されるバッファ回路105とで構成される水晶発振器。
FIG. 2 is a configuration diagram of the crystal oscillator according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 shows power supply voltage noise of the buffer circuit of the present invention. 2 and 5, a
以上の様に構成された実施形態の水晶発振器について、以下、その動作を説明する。 The operation of the crystal oscillator according to the embodiment configured as described above will be described below.
外部電源101から電源電圧を印加すると電源回路102より、ある一定の電源電圧がインバータ106と水晶振動子110に供給され、これにより発振動作を行う。そして、この水晶発振回路104において発振された発振振幅を前記電源回路102より、カットオフ周波数403が約100KHzの前記ローパスフィルタ116を介したローノイズの電圧にて駆動するバッファ回路105によって増幅し出力する。また、制御電圧発生回路103より抵抗113、114を介して電圧可変容量111、112のカソードに制御電圧が印加され、電圧可変容量111、112の容量値を変化することにより発振回路の負荷容量CLを変化させ、所望の発振周波数f0に調整することができる。ここで、前記ローパスフィルタ116を構成している固定容量118は、ICに内蔵せず外付け素子としても良い。
When a power supply voltage is applied from the
また、前記ローパスフィルタ116の出力の電圧ノイズ401は、カットオフ周波数403の100KHzにおいてフロアーノイズ402に対して3dB減少し、それ以降の離調周波数帯では一次のローパスフィルタの周波数特性に従って減衰する。
The
従って、従来の方式では高い離調周波数帯(<100KHz)においてもバッファ回路電圧の電圧ノイズは一定のフロアーノイズを有していたのに対し、本発明の実施形態によれば、大幅に電圧ノイズを減らすことが可能であり、結果的に水晶発振器で発生する位相ノイズのフロアーノイズを大幅に減らすことが可能となる。 Therefore, in the conventional method, the voltage noise of the buffer circuit voltage has a constant floor noise even in a high detuning frequency band (<100 KHz), whereas according to the embodiment of the present invention, the voltage noise is greatly reduced. As a result, the floor noise of the phase noise generated in the crystal oscillator can be greatly reduced.
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は本発明の第2の実施形態にかかる水晶発振器の構成図を示すものである。また、図5は本発明のバッファ回路の電源電圧ノイズを示すものである。図3及び図5において、外部電源201を入力とする電源回路202と、前記電源回路202を電源として接続したインバータ206と、前記インバータ206の入出力端子間に接続される帰還抵抗207と、前記インバータ206の入力端子に接続される固定容量208と、前記インバータ206の出力端子に接続される固定容量209と、前記固定容量208のもう一方の端子と接地との間に接続される電圧可変容量211と、前記固定容量209のもう一方の端子と接地との間に接続される電圧可変容量212と、前記固定容量208と前記電圧可変容量211の接続端子と前記固定容量209と前記電圧可変容量212の接続端子との間に接続される水晶振動子210とで構成される水晶発振回路204と、前記電圧可変容量211、212に抵抗213、214を介して印加する制御電圧を発生する制御電圧発生回路203と、前記水晶発振回路204の出力を入力とし、電圧源として前記電源回路202の出力をカットオフ周波数403が約100KHzの抵抗217と固定容量218と前記抵抗217に並列に接続するスイッチ素子219で構成されるローパスフィルタ216を介して接続されるバッファ回路205とで構成される水晶発振器。
FIG. 3 is a block diagram of a crystal oscillator according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows power supply voltage noise of the buffer circuit of the present invention. 3 and 5, a
以上の様に構成された第2の実施形態の水晶発振器について、以下、その動作を説明する。 The operation of the crystal oscillator according to the second embodiment configured as described above will be described below.
外部電源201から電源電圧を印加すると電源回路202より、ある一定の電源電圧がインバータ206と水晶振動子210に供給され、これにより発振動作を行う。ここで、前記スイッチ素子219は電源印加後の一定期間短絡し、前記ローパスフィルタ216を構成する前記固定容量218が前記電源回路202により十分充電された後に開放する動作をすることで、前記バッファ回路205の電源電圧の過渡特性を低減する。
When a power supply voltage is applied from the
そして、この水晶発振回路204において発振された発振振幅を前記電源回路202より、カットオフ周波数403が約100KHzの前記ローパスフィルタ216を介したローノイズの電圧にて駆動するバッファ回路205によって増幅し出力する。
The oscillation amplitude oscillated in the
また、制御電圧発生回路203より抵抗213、214を介して電圧可変容量211、212のカソードに制御電圧が印加され、電圧可変容量211、212の容量値を変化することにより発振回路の負荷容量CLを変化させ、所望の発振周波数f0に調整することができる。ここで、前記ローパスフィルタ216を構成している固定容量218は、ICに内蔵せず外付け素子としても良い。
Further, the control voltage is applied from the control
また、前記ローパスフィルタ216の出力の電圧ノイズ401は、カットオフ周波数403の100KHzにおいてフロアーノイズ402に対して3dB減少し、それ以降の離調周波数帯では一次のローパスフィルタの周波数特性に従って減衰する。
Further, the
従って、従来の方式では高い離調周波数帯(<100KHz)においてもバッファ回路電圧の電圧ノイズは一定のフロアーノイズを有していたのに対し、本発明の実施形態によれば、大幅に電圧ノイズを減らすことが可能であり、結果的に水晶発振器で発生する位相ノイズのフロアーノイズを大幅に減らすことが可能となる。 Therefore, in the conventional method, the voltage noise of the buffer circuit voltage has a constant floor noise even in a high detuning frequency band (<100 KHz), whereas according to the embodiment of the present invention, the voltage noise is greatly reduced. As a result, the floor noise of the phase noise generated in the crystal oscillator can be greatly reduced.
本発明は、水晶発振器の位相ノイズ特性のうち特にフロアーノイズに影響するバッファ回路の電源電圧ノイズをローパスフィルタによって低減することで、水晶発振器の発振特性を劣化させること無く、良好な位相ノイズ性能をもつ水晶発振器を実現できるため、水晶発振器性能の中でも通信品質の向上のために特に重要ともいえる位相ノイズの低減が図れることから利用価値、可能性は非常に高い。 The present invention reduces the power supply voltage noise of the buffer circuit, which particularly affects the floor noise, among the phase noise characteristics of the crystal oscillator by a low-pass filter, thereby achieving good phase noise performance without deteriorating the oscillation characteristics of the crystal oscillator. Since the crystal oscillator can be realized, phase noise that can be said to be particularly important for improving the communication quality among the crystal oscillator performance can be reduced, so the utility value and possibility are very high.
1、101、201 外部電源
2、102、202 電源回路
3、103、203 制御電圧発生回路
4、104、204 水晶発振回路
5、105、205 バッファ回路
6、106、206 インバータ
7、107、207 帰還抵抗
8、9、108、109、118、208、209、218 固定容量
10、110、210 水晶振動子
11、12、111、112、211、212 電圧可変容量
13、14、113、114、117、213、214、217 抵抗
15、115、215 インバータ
116、216 ローパスフィルタ
301、401 バッファ回路電源電圧ノイズ
302、402 バッファ回路電源電圧フロアーノイズ
403 カットオフ周波数
404 カットオフ周波数時、バッファ回路電源電圧ノイズ
1, 101, 201
Claims (2)
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JP2006282439A JP2008103808A (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Crystal oscillator |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008103808A true JP2008103808A (en) | 2008-05-01 |
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Family Applications (1)
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JP2006282439A Withdrawn JP2008103808A (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Crystal oscillator |
Country Status (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010213028A (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric oscillator |
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EP2693629A2 (en) | 2012-07-31 | 2014-02-05 | Renesas Electronics Corporation | Crystal resonator-based oscillator and control method thereof |
-
2006
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