JP2008312000A - Piezoelectric oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電発振器に係り特に電圧制御型発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)に関する。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator, and more particularly to a voltage controlled oscillator (VCO).
外部からの制御電圧により周波数可変特性を変化させることのできるVCOは、一般に広く採用されている。中でも、温度特性の良好な水晶を発振源として採用した電圧制御型水晶発振器(VCXO:Voltage Controlled X’tal Oscillator)は、その利用範囲が広い。 VCOs that can change the frequency variable characteristic by an external control voltage are generally widely used. In particular, a voltage controlled crystal oscillator (VCXO) employing a crystal having good temperature characteristics as an oscillation source has a wide range of use.
このような背景において、市場では、特許文献1に開示されているように、可変容量ダイオードを利用して、帰還回路に付加される静電容量の値を変化させる回路構成が開示されている。しかし、特許文献1に開示されているような回路構成では、可変容量ダイオードの接合容量の組合わせと、印加電圧により調整幅が決定されてしまう。このため、近年の周波数可変特性の合わせ込みの高精度化には対応しきれなくなってきている。 In such a background, as disclosed in Patent Document 1, a circuit configuration is disclosed in which a value of a capacitance added to a feedback circuit is changed using a variable capacitance diode. However, in the circuit configuration disclosed in Patent Document 1, the adjustment width is determined by the combination of the junction capacitance of the variable capacitance diode and the applied voltage. For this reason, it has become impossible to cope with the recent increase in accuracy of frequency variable characteristics adjustment.
このため、従来の回路構成では対応しきれない所望特性を得るための手段が、種々検討されてきており、例えば特許文献2に開示されているような技術を挙げることができる。
上記特許文献に開示されているような回路構成であれば確かに、発振特性の調整を行うことができると考えられる。しかし、特許文献2に開示されているような回路構成では、調整素子としてコンデンサを使用しているため、回路の小型化、IC化等が困難となるといった問題が残る。なお、回路の小型化に関する問題は、周波数可変特性の調整幅を細分化しようとするほど大きくなる。調整幅に合致したコンデンサを個別に作り込む必要が生ずるからである。
そこで本発明では、上記問題を解決し、周波数可変特性の微調整、および小型化を可能とする圧電発振器を提供することを目的とする。
If the circuit configuration is disclosed in the above-mentioned patent document, it is certainly considered that the oscillation characteristics can be adjusted. However, in the circuit configuration disclosed in
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator that solves the above-described problems and enables fine adjustment of frequency variable characteristics and miniaturization.
上記目的を達成するための本発明に係る電圧制御型圧電発振器は、圧電振動子と発振回路とを備えた電圧制御型圧電発振器において、制御電圧がカソード側に印加されるように配置した第1の可変容量ダイオードと、同じく制御電圧がカソード側に印加されるように配置した第2の可変容量ダイオードとを有し、前記第1の可変容量ダイオードと制御電圧入力端子との間に備えられた第1の抵抗と、前記第1の可変容量ダイオードのカソード側と前記第2の可変容量ダイオードのカソード側との間に備えられた第2の抵抗と第3の抵抗とから成る分圧回路とを設けたことを特徴とする。このような特徴を有する電圧制御型圧電発振器によれば、分圧回路により、可変容量ダイオードのカソード側に印加される電圧の調整を行うことができるため、周波数可変特性の微調整を行うことが可能となる。また、周波数可変特性の調整を行うために必要とされる回路を可変容量ダイオードと抵抗のみで作成することができるため小型化を図ることも可能となる。 In order to achieve the above object, a voltage controlled piezoelectric oscillator according to the present invention is a voltage controlled piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and an oscillation circuit, and is arranged such that a control voltage is applied to the cathode side. And a second variable capacitance diode arranged so that the control voltage is applied to the cathode side, and provided between the first variable capacitance diode and the control voltage input terminal. A voltage dividing circuit comprising a first resistor and a second resistor and a third resistor provided between the cathode side of the first variable capacitance diode and the cathode side of the second variable capacitance diode; Is provided. According to the voltage controlled piezoelectric oscillator having such a feature, the voltage applied to the cathode side of the variable capacitance diode can be adjusted by the voltage dividing circuit, so that the frequency variable characteristic can be finely adjusted. It becomes possible. In addition, since the circuit required for adjusting the frequency variable characteristic can be created only by the variable capacitance diode and the resistor, it is possible to reduce the size.
また、上記特徴を有する電圧制御型圧電発振器において、前記第2の可変容量ダイオードを前記圧電振動子に対し、直列に配置すると良い。このような構成とすることによれば、分圧回路による印加電圧の調整に伴って可変容量ダイオードの容量値が変化した場合であっても、周波数可変特性の変化を小さくすることができる。よって、周波数可変特性を高精度に合わせ込むことができる。 In the voltage controlled piezoelectric oscillator having the above characteristics, the second variable capacitance diode may be arranged in series with the piezoelectric vibrator. According to such a configuration, even when the capacitance value of the variable capacitance diode changes with adjustment of the applied voltage by the voltage dividing circuit, the change in the frequency variable characteristic can be reduced. Therefore, the frequency variable characteristic can be adjusted with high accuracy.
また、前記第2の可変容量ダイオードを、前記圧電振動子の一端側と接地との間に接続しても良い。このような構成とすることによれば、分圧回路による印加電圧の調整に伴って可変容量ダイオードの容量値が変化した場合に、周波数可変特性の変化量を比較的大きくすることができる。このため、周波数可変特性を広い範囲で調整することが可能となる。
また、上記のような特徴を有する電圧制御型圧電発振器では、前記第1の抵抗と前記分圧回路を構成する第2の抵抗、第3の抵抗とが
In the voltage-controlled piezoelectric oscillator having the above-described characteristics, the first resistor and the second resistor and the third resistor constituting the voltage dividing circuit include
また、上記のような特徴を有する電圧制御型圧電発振器では、前記分圧回路を構成する前記第2の抵抗と前記第3の抵抗との分圧比が
また、上記のような特徴を有する電圧制御型圧電発振器では、前記分圧回路を構成する前記第2の抵抗と前記第3の抵抗とをそれぞれ、アレイ状の抵抗群により構成し、切替えスイッチと外部からの入力信号に基づいて前記切替えスイッチに対して切替え信号を出力する制御手段とを備え、前記第2の抵抗、前記第3の抵抗として所望する抵抗値を有する抵抗を選択的に定めるようにすると良い。このような構成とすることによれば、外部からの信号の入力により可変容量ダイオードに印加される電圧の調整を行うことが可能となる。よって、製造完了後に仕様に応じた特性調整を行うことができるようになる。 Further, in the voltage controlled piezoelectric oscillator having the above-described characteristics, each of the second resistor and the third resistor constituting the voltage dividing circuit is constituted by an array of resistor groups, and a changeover switch is provided. Control means for outputting a changeover signal to the changeover switch based on an input signal from the outside, and selectively determining a resistor having a desired resistance value as the second resistor and the third resistor. It is good to make it. With such a configuration, it is possible to adjust the voltage applied to the variable capacitance diode by the input of an external signal. Therefore, it is possible to perform characteristic adjustment according to the specification after the manufacture is completed.
このような構成の電圧制御型圧電発振器は、発振回路をコルピッツ型の発振回路とすることができる。よって、従来の発振回路の構成を崩すことなく周波数可変特性調整回路を組み込むことができる。また同様な効果を得る構成として、前記発振回路をインバータ発振回路とすることもできる。 In the voltage controlled piezoelectric oscillator having such a configuration, the oscillation circuit can be a Colpitts oscillation circuit. Therefore, the frequency variable characteristic adjusting circuit can be incorporated without breaking the configuration of the conventional oscillation circuit. Further, as a configuration for obtaining a similar effect, the oscillation circuit can be an inverter oscillation circuit.
さらに、発振回路にインバータ型のものを使用した場合、前記発振回路と前記第1の可変容量ダイオード、前記第2の可変容量ダイオード、前記第1の抵抗、および前記分圧回路を1チップに集積化することが望ましい。このような構成とすることによれば、電圧制御型圧電発振器の小型化に最適な形態とすることができる。 Further, when an inverter type oscillation circuit is used, the oscillation circuit, the first variable capacitance diode, the second variable capacitance diode, the first resistor, and the voltage dividing circuit are integrated on one chip. It is desirable to make it. According to such a configuration, it is possible to obtain an optimum form for downsizing the voltage controlled piezoelectric oscillator.
また、上記のような構成の電圧制御型圧電発振器では、前記インバータ発振回路として汎用のCMOS型発振回路を用いることもできる。このような構成とすることにより、安価で小型化に適した電圧制御型圧電発振器を製造することが可能となる。 In the voltage controlled piezoelectric oscillator having the above configuration, a general-purpose CMOS oscillation circuit can be used as the inverter oscillation circuit. With such a configuration, it is possible to manufacture a voltage-controlled piezoelectric oscillator that is inexpensive and suitable for downsizing.
以下、本発明の電圧制御型圧電発振器に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図1を参照して電圧制御型圧電発振器の第1の実施形態に係る回路構成について説明する。図1に示す電圧制御型圧電発振器(以下、単に圧電発振器と称す)10は、発振回路12と圧電振動子14、および周波数可変特性調整回路16とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the voltage controlled piezoelectric oscillator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the circuit configuration according to the first embodiment of the voltage controlled piezoelectric oscillator will be described with reference to FIG. A voltage controlled piezoelectric oscillator (hereinafter simply referred to as a piezoelectric oscillator) 10 shown in FIG. 1 includes an
図1に示す発振回路12は、周知のコルピッツ型回路である。また、圧電振動子14としては、単結晶素子や多結晶素子を素子片とするものの他、圧電セラミックから成るもの等、圧電効果を奏する素子片を有するものであれば詳細は問わないが、温度特性について考慮した場合には、水晶振動子、特にATカット水晶振動子などを選択することが望ましい。
The
周波数可変特性調整回路16は、前記圧電振動子14に対して、高周波的に直列に配置された2つの可変容量ダイオード(第1の可変容量ダイオード18、第2の可変容量ダイオード20)、および直列に配置された第1の抵抗22、第2の抵抗24、並びに並列に配置された第3の抵抗26、第4の抵抗30とから構成される。このような配置形態がとられる発振特性調整回路16では、第2の抵抗24と第3の抵抗26により分圧回路28が構成される。また、前記第1の可変容量ダイオード18と第2の可変容量ダイオード20は、互いにカソード側が接続された形態を成す。また、前記分圧回路28は、前記第1の可変容量ダイオードと前記第2の可変容量ダイオードとの間に配置される。そして、このような構成の周波数可変特性調整回路16は、制御電圧印加端子32と前記圧電振動子14との間に配置される。よって、制御電圧印加端子32に印加された電圧は、第1の可変容量ダイオード18、及び第2の可変容量ダイオード20のカソード側端子に印加されることとなる。
The frequency variable
周波数可変特性調整回路16をこのような構成とすることにより、制御電圧印加端子32から印加された電圧は、第1の可変容量ダイオード18、第2の可変容量ダイオード20の双方に対してカソード側から印加されることとなる。可変容量ダイオードは、いわゆる逆バイアス電圧の多寡に応じて容量変化を生じさせるため、アノード側電圧よりもカソード側電圧が高い場合には、制御電圧印加端子32からの印加電圧に応じて合成帰還静電容量が変化する(図2参照)。このため、圧電振動子14の周波数可変特性に変化を生じさせることとなる。そして、第1の抵抗22は第1の可変容量ダイオード18、および第2の可変容量ダイオード20の双方に印加される電圧を、第2の抵抗24及び第3の抵抗26は第2の可変容量ダイオード20に印加される電圧をそれぞれ調整することとなる。
By configuring the frequency variable characteristic adjusting
ここで、本実施形態に係る圧電発振器10では、第1の抵抗22の抵抗値をR1、第2の抵抗24の抵抗値をR2、第3の抵抗26の抵抗値をR3とした場合に、R1、R2、R3の関係が数式5の関係を満足するか、R2、R3の関係が数式6の関係を満足するように設定する。
一方、第2の抵抗(R2)24と第3の抵抗(R3)26との比率、すなわち分圧比を変化させることによれば、第2の可変容量ダイオード20への印加電圧が変化する。そして、抵抗値の調整により分圧比を微調整することで、第2の可変容量ダイオード20に対する印加電圧を微調整することができ、周波数可変特性の微調整を行うことができる。
On the other hand, by changing the ratio of the second resistor (R2) 24 and the third resistor (R3) 26, that is, the voltage dividing ratio, the voltage applied to the second
また、第2の抵抗(R2)24と第3の抵抗(R3)26との関係が数式6の関係を満足することによれば、数式5の関係を満たさない場合であっても、分圧比の影響が第1の可変容量ダイオード18により調整される可変特性に影響を及ぼすことは無い。
Further, when the relationship between the second resistor (R2) 24 and the third resistor (R3) 26 satisfies the relationship of Equation 6, even if the relationship of Equation 5 is not satisfied, the voltage dividing ratio Does not affect the variable characteristics adjusted by the first
上記のように、本実施形態に係る周波数可変特性調整回路16によれば、第2の抵抗(R2)24と第3の抵抗(R3)26の選択により、周波数可変特性を微調整することが可能となるが、数式5を満足させ、R2とR3の和を変化させる場合と、数式6を満足させる場合とでは、周波数可変特性の変化に違いが生ずる。例えば、数式5を満足させてR2とR3の和を変化させた場合には、周波数可変特性の変化は図3に示すようなものとなる。なお、図3はR2又はR3のいずれかを一定とし、他方を変化させた場合の周波数可変特性の例を示すグラフである。
一方、数式6を満足させつつR2とR3による分圧比を変化させた場合、周波数変化特性の変化を示すグラフは、図4のような形態を示すこととなる。
As described above, according to the frequency variable
On the other hand, when the voltage dividing ratio by R2 and R3 is changed while satisfying Expression 6, the graph showing the change of the frequency change characteristic shows a form as shown in FIG.
このように、本実施形態に係る圧電発振器10によれば、数式5と数式6の関係を満たすように第1の抵抗(R1)22〜第3の抵抗(R3)26を微調整することにより、周波数可変特性全体のシフト量(図3)、および周波数可変特性の傾き(図4)をそれぞれ微調整することが可能となる。よって、圧電発振器10の特性として所望される周波数可変特性に対し、全体のシフト量、及び傾きといったそれぞれの観点から合わせ込みを行うことが可能となり、所望される周波数可変特性に対して高精度な合わせ込みを行う事が可能となる。
As described above, according to the
上記構成の圧電発振器10において、第2の抵抗(R2)24、第3の抵抗(R3)26は、個別の抵抗値を有する複数の抵抗から成るアレイ状に、すなわち抵抗群24a,26aとして構成するようにしても良い(図5参照)。第2の抵抗(R2)、第3の抵抗(R3)を構成する各抵抗群24a,26aからの抵抗値の選択は、外部から入力される選択信号に基づくスイッチング切替え方式によれば良い。具体的には図5に示すように、外部入力端子群40と切替え信号出力部42とを備えるようにすれば良い。ここで、切替え信号出力部42には、入力信号のパターンと抵抗群24a,26aにおける各抵抗の組合わせとの対応一覧の情報を記憶させておき、信号が入力されることにより、当該信号のパターンに応じた組合わせの切替え信号を出力する構成としておく。
In the
このような構成とすることにより、外部入力端子群40に信号が入力されると、切替え信号出力部42は、入力された信号パターンに応じた切替え信号を出力し、各抵抗群24a,26aではそれぞれ信号パターンに合致した抵抗が選択されることとなる。なお、図5に示す例の場合、4つの端子により外部入力端子群40を構成しているため、4ビット、すなわち16パターンの抵抗の組合わせを選択することができる。
With such a configuration, when a signal is input to the external
ここで、抵抗値の設定方法としては、レーザ等によりパターンを切断し、所望する抵抗値となるまで抵抗値を減らして行くという手段も採ることはできる。しかしこの場合、初期の抵抗値が高すぎる場合には発振不良が生じ、抵抗値を減らしすぎた場合には元に戻すことができないといった事態が生ずる。これに対し、スイッチングにより所望する抵抗値の選択を行う方法であれば、所望する抵抗値を得るための選択切替えによる微調整が可能となる点で優位性がある。また、抵抗の作りこみであれば、コンデンサの作り込みと違い、集積化することが可能であるため、回路の小型化にも適する。 Here, as a method for setting the resistance value, it is possible to adopt a means of cutting the pattern with a laser or the like and reducing the resistance value until a desired resistance value is obtained. However, in this case, when the initial resistance value is too high, an oscillation failure occurs, and when the resistance value is reduced too much, it cannot be restored. On the other hand, the method of selecting a desired resistance value by switching has an advantage in that fine adjustment by selection switching for obtaining a desired resistance value is possible. In addition, if the resistor is built, unlike the capacitor, it can be integrated, which is suitable for downsizing the circuit.
次に、本発明の圧電発振器に係る第2の実施形態について、図6を参照して説明する。本実施形態に係る圧電発振器も、圧電振動子、発振回路、及び発振特性調整回路とを基本として構成されている。よってその機能を同一とする部分には100を足した符号を付して詳細な説明は省略することとする。 Next, a second embodiment according to the piezoelectric oscillator of the present invention will be described with reference to FIG. The piezoelectric oscillator according to the present embodiment is also configured based on a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit, and an oscillation characteristic adjustment circuit. Accordingly, parts having the same function are denoted by reference numerals added with 100, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態に係る圧電発振器110では、発振回路112として、インバータ112aを用いた回路を構成し、ここに上述した周波数可変特性調整回路116を配置したことを特徴とする。
The
本実施形態に係る発振回路112は、インバータ112aと抵抗112b、およびコンデンサ112c,112dを主な構成要素として構成する帰還回路であり、上述した第1の実施形態に係る周波数可変特性調整回路116により、合成帰還静電容量を変化させることで、圧電発振器110の周波数可変特性を変化させる。
The
本実施形態に係る圧電発振器110では、発振回路112および周波数可変特性調整回路116を1チップのICとして集積化することができ、圧電発振器110の小型化、薄型化に対して特に優位な構成であるということができる。なお、他の特性については、上記第1の実施形態に係る圧電発振器10と同様である。
In the
次に、本発明の圧電発振器に係る第3の実施形態について、図7を参照して説明する。本実施形態に係る圧電発振器も、圧電振動子、発振回路、及び発振特性調整回路とを基本として構成されている。よって、その機能を同様とする構成要素には、第1の実施形態に係る符号に200を足した符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。 Next, a third embodiment according to the piezoelectric oscillator of the present invention will be described with reference to FIG. The piezoelectric oscillator according to the present embodiment is also configured based on a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit, and an oscillation characteristic adjustment circuit. Therefore, components having the same functions are denoted by reference numerals obtained by adding 200 to the reference numerals according to the first embodiment, and detailed descriptions thereof are omitted.
本実施形態に係る圧電発振器210の回路構成は実質的に、上述した第2の実施形態に係る圧電発振器110と同じであるが、本実施形態では、汎用のCMOSインバータを発振回路212として使用し、この発振回路212に対して周波数可変特性調整回路216と圧電振動子214を接続するという構成を採ることを特徴としている。
The circuit configuration of the
このような構成の圧電発振器210では、CMOSインバータを構成する汎用のICチップを使用することができ、周波数可変特性調整回路216自体は容易に構成することができることから、安価で小型化、薄型化に適した構成であるということができる。なお、他の特性については、上述した第2の実施形態に係る圧電発振器110と同様である。
In the
次に、本発明の圧電発振器に係る他の実施形態について、図8、図9を参照して説明する。図8、図9に示す圧電発振器は、上記第1〜第3の実施形態に係る圧電発振器に対し、周波数可変特性調整回路の構成のみが異なっている。よって、その機能を同様とする構成要素にはそれぞれ、図面300(図8に示す形態)、400(図9に示す形態)を足した符号を付してその詳細な説明は省略することとする。 Next, another embodiment according to the piezoelectric oscillator of the present invention will be described with reference to FIGS. The piezoelectric oscillators shown in FIGS. 8 and 9 differ from the piezoelectric oscillators according to the first to third embodiments only in the configuration of the frequency variable characteristic adjusting circuit. Therefore, components having similar functions are denoted by reference numerals added with the drawings 300 (the form shown in FIG. 8) and 400 (the form shown in FIG. 9), and the detailed description thereof is omitted. .
まず、図8に示す形態の圧電発振器310は、上記第1の実施形態に係る圧電発振器10に対応するものである。図1との相違点としては、周波数可変特性調整回路316に配置されている第2の可変容量ダイオード320が、圧電振動子314一端と接地との間に接続されるように配置した点である。
First, the
可変容量ダイオード318,320の配置形態をこのようなものとすることで、周波数可変特性全体のシフト量を大きく変えることが可能となる。
また、図9に示す形態の圧電発振器410は、上記第2の実施形態に係る圧電発振器110に対応するものである。図6との相違点は、図8に示す圧電発振器310と同様に、周波数可変特性調整回路416における第2の可変容量ダイオード420の接続位置にある。このような構成の圧電発振器であっても、本発明に係る電圧制御型圧電発振器とすることができる。
By arranging the
Moreover, the piezoelectric oscillator 410 of the form shown in FIG. 9 corresponds to the
10………電圧制御型圧電発振器(圧電発振器)、12………発振回路、14………圧電振動子、16………周波数可変特性調整回路、18………第1の可変容量ダイオード、20………第2の可変容量ダイオード、22………第1の抵抗(R1)、24………第2の抵抗(R2)、26………第3の抵抗(R3)、28………分圧回路、30………第4の抵抗、32………制御電圧印加端子。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
制御電圧がカソード側に印加されるように配置した第1の可変容量ダイオードと、同じく制御電圧がカソード側に印加されるように配置した第2の可変容量ダイオードとを有し、
前記第1の可変容量ダイオードと制御電圧入力端子との間に備えられた第1の抵抗と、
前記第1の可変容量ダイオードのカソード側と前記第2の可変容量ダイオードのカソード側との間に備えられた第2の抵抗と第3の抵抗とから成る分圧回路とを設けたことを特徴とする電圧制御型圧電発振器。 In a voltage controlled piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and an oscillation circuit,
A first variable capacitance diode arranged so that the control voltage is applied to the cathode side, and a second variable capacitance diode similarly arranged so that the control voltage is applied to the cathode side,
A first resistor provided between the first variable capacitance diode and a control voltage input terminal;
A voltage dividing circuit comprising a second resistor and a third resistor provided between the cathode side of the first variable capacitance diode and the cathode side of the second variable capacitance diode is provided. A voltage-controlled piezoelectric oscillator.
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