JP2009278218A - 圧電発振器 - Google Patents
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Abstract
【課題】周波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供する。
【解決手段】温度を検出する温度センサ2と、温度センサ2の検出出力に基づいて周波数
制御を行う周波数制御回路3と、発振回路4と、周波数制御回路3から出力される制御電
圧Vcを入力として、周波数制御回路3の制御電圧Vcに含まれる高域成分の出力電圧の
みを通過させるHPF5と、を備え、発振回路4の第1及び第2可変容量素子D1、D2
の互いに異なる一方の端子に第1基準電圧Vref1を供給し、第1又は第2可変容量素
子D1、D2の他方の端子に周波数制御回路3の制御電圧Vcを供給し、第2又は第1可
変容量素子D1、D2の他方の端子にHPF5の出力電圧と第2基準電圧Vref2とを
重畳したキャンセル電圧を供給するようにした。
【選択図】図1
【解決手段】温度を検出する温度センサ2と、温度センサ2の検出出力に基づいて周波数
制御を行う周波数制御回路3と、発振回路4と、周波数制御回路3から出力される制御電
圧Vcを入力として、周波数制御回路3の制御電圧Vcに含まれる高域成分の出力電圧の
みを通過させるHPF5と、を備え、発振回路4の第1及び第2可変容量素子D1、D2
の互いに異なる一方の端子に第1基準電圧Vref1を供給し、第1又は第2可変容量素
子D1、D2の他方の端子に周波数制御回路3の制御電圧Vcを供給し、第2又は第1可
変容量素子D1、D2の他方の端子にHPF5の出力電圧と第2基準電圧Vref2とを
重畳したキャンセル電圧を供給するようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、水晶振動子等の圧電振動子を使用した圧電発振器に関し、特に温度補償型圧
電発振器の温度センサの温度揺らぎを抑制するのに好適なものである。
電発振器の温度センサの温度揺らぎを抑制するのに好適なものである。
近年、圧電発振器は周波数安定度、小型軽量、低価格等により携帯電話等の通信機器か
ら水晶時計のような民生機器まで、多くの分野で用いられている。中でも圧電振動子の周
波数温度特性を補償した温度補償型圧電発振器(TCXO)は、周波数安定度を必要とす
る携帯電話等に広く用いられている。
特許文献1、2には、温度センサ(温度検出回路)に応じた温度補償電圧を発生させ、
その温度補償電圧をVCXOの可変容量素子に印加する温度補償型発振器が開示されてい
る。
また特許文献3には、バラクタの両端に同相の信号を入れることで電圧ノイズをキャン
セルさせ位相雑音を低減した温度補償型圧電発振器が開示されている。
ら水晶時計のような民生機器まで、多くの分野で用いられている。中でも圧電振動子の周
波数温度特性を補償した温度補償型圧電発振器(TCXO)は、周波数安定度を必要とす
る携帯電話等に広く用いられている。
特許文献1、2には、温度センサ(温度検出回路)に応じた温度補償電圧を発生させ、
その温度補償電圧をVCXOの可変容量素子に印加する温度補償型発振器が開示されてい
る。
また特許文献3には、バラクタの両端に同相の信号を入れることで電圧ノイズをキャン
セルさせ位相雑音を低減した温度補償型圧電発振器が開示されている。
図6は、従来の温度補償型水晶発振器の回路の一例を示した図である。
図6に示す温度補償型水晶発振器は、コルピッツ発振回路40と温度補償用回路41と
により構成される。
コルピッツ発振回路40は、発振用トランジスタTrのベース・接地間に負荷容量の一
部となるコンデンサC12とコンデンサC13との直列回路を挿入接続し、この直列回路
の接続中点と発振用トランジスタTrのエミッタとを接続し、更にエミッタと接地間とに
エミッタ抵抗R13を接続する。更に、発振用トランジスタTrのベースに抵抗R14及
び抵抗R15とから成るベースバイアス回路を接続し、発振用トランジスタTrのベース
から水晶振動子Xの一端に接続するようにしている。
また、温度補償用回路41は、水晶振動子Xの他端をMOS型可変容量素子Dの正極側
に接続し、MOS型可変容量素子Dの負極側はコンデンサC11と直列接続して接地する
。更に、MOS型可変容量素子Dの正極側に抵抗R11を介して制御電圧Vc1を接続し
、負極側に抵抗R21を介して基準電圧Vc2を接続するようにしている。
このような温度補償型水晶発振器では、MOS型可変容量素子Dの両端子に夫々接続さ
れた基準電圧Vc2と、制御電圧Vc1とにノイズが重畳した場合、両端子に重畳するノ
イズが同相で、且つそのレベルがほぼ同じであれば、両端子間のノイズ電位差は零となる
ので、次段の発振回路には位相雑音として現れない。また、基準電圧Vc2及び制御電圧
Vc1の出力を交流阻止用の抵抗R11、R21を介してMOS型可変容量素子Dの両端
に接続した場合、MOS型可変容量素子Dの対グランド容量と抵抗によりフィルタが構成
される。MOS型可変容量素子Dの両端に接続される抵抗R11、R21の値を基準電圧
Vc2および制御電圧Vc1側からみて、夫々のカットオフ周波数が略一致するように設
定することが可能とされる。
特許第3233946号
特開2001−60828公報
特開2004−320239公報
図6に示す温度補償型水晶発振器は、コルピッツ発振回路40と温度補償用回路41と
により構成される。
コルピッツ発振回路40は、発振用トランジスタTrのベース・接地間に負荷容量の一
部となるコンデンサC12とコンデンサC13との直列回路を挿入接続し、この直列回路
の接続中点と発振用トランジスタTrのエミッタとを接続し、更にエミッタと接地間とに
エミッタ抵抗R13を接続する。更に、発振用トランジスタTrのベースに抵抗R14及
び抵抗R15とから成るベースバイアス回路を接続し、発振用トランジスタTrのベース
から水晶振動子Xの一端に接続するようにしている。
また、温度補償用回路41は、水晶振動子Xの他端をMOS型可変容量素子Dの正極側
に接続し、MOS型可変容量素子Dの負極側はコンデンサC11と直列接続して接地する
。更に、MOS型可変容量素子Dの正極側に抵抗R11を介して制御電圧Vc1を接続し
、負極側に抵抗R21を介して基準電圧Vc2を接続するようにしている。
このような温度補償型水晶発振器では、MOS型可変容量素子Dの両端子に夫々接続さ
れた基準電圧Vc2と、制御電圧Vc1とにノイズが重畳した場合、両端子に重畳するノ
イズが同相で、且つそのレベルがほぼ同じであれば、両端子間のノイズ電位差は零となる
ので、次段の発振回路には位相雑音として現れない。また、基準電圧Vc2及び制御電圧
Vc1の出力を交流阻止用の抵抗R11、R21を介してMOS型可変容量素子Dの両端
に接続した場合、MOS型可変容量素子Dの対グランド容量と抵抗によりフィルタが構成
される。MOS型可変容量素子Dの両端に接続される抵抗R11、R21の値を基準電圧
Vc2および制御電圧Vc1側からみて、夫々のカットオフ周波数が略一致するように設
定することが可能とされる。
しかしながら、特許文献1、2に開示されている従来の圧電発振器では、ファンなどか
らの風が当たると圧電発振器自身の温度が揺らぎ、その結果、発振周波数も揺らいでしま
い、短期安定度が悪化するという問題点があった。
特に、昨今の小型の温度補償型圧電発振器は、小型化を達成する為に直接又はポッティ
ング樹脂を介して外気に曝され易い状態で回路基板に搭載されたIC部品と、圧電振動素
子を気密空間に収容して外気から隔離した構成の圧電振動子とを備えた構造が特徴となっ
ている。
その為、IC部品内の温度センサは周囲の瞬間的な温度変化や風などによる温度変動(
揺らぎ)に敏感に反応する一方、圧電振動素子はこのような温度変化や揺らぎに対して反
応が鈍い。従って、温度変更に対して温度センサと圧電振動素子との間で感度差が生じる
為、温度補償型圧電発振器の出力周波数が微小に変動(周波数が揺らぐ)ことになる。
また、特許文献3に開示されている技術を、温度補償発振器に単純に適用して温度揺ら
ぎに対して周波数を安定させることは困難であった。これは温度補償を行う関係上バラク
タにかかる温度補償電圧の温度感度ともう一方の基準電圧の温度感度とを等しいレベルに
することができないという問題点があった。
またバラクタ両端の電圧の温度感度が異なってしまうと温度揺らぎに対して周波数を安
定させることができないという問題点があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、周波数の揺らぎを低減した圧電発
振器を提供することにある。
らの風が当たると圧電発振器自身の温度が揺らぎ、その結果、発振周波数も揺らいでしま
い、短期安定度が悪化するという問題点があった。
特に、昨今の小型の温度補償型圧電発振器は、小型化を達成する為に直接又はポッティ
ング樹脂を介して外気に曝され易い状態で回路基板に搭載されたIC部品と、圧電振動素
子を気密空間に収容して外気から隔離した構成の圧電振動子とを備えた構造が特徴となっ
ている。
その為、IC部品内の温度センサは周囲の瞬間的な温度変化や風などによる温度変動(
揺らぎ)に敏感に反応する一方、圧電振動素子はこのような温度変化や揺らぎに対して反
応が鈍い。従って、温度変更に対して温度センサと圧電振動素子との間で感度差が生じる
為、温度補償型圧電発振器の出力周波数が微小に変動(周波数が揺らぐ)ことになる。
また、特許文献3に開示されている技術を、温度補償発振器に単純に適用して温度揺ら
ぎに対して周波数を安定させることは困難であった。これは温度補償を行う関係上バラク
タにかかる温度補償電圧の温度感度ともう一方の基準電圧の温度感度とを等しいレベルに
することができないという問題点があった。
またバラクタ両端の電圧の温度感度が異なってしまうと温度揺らぎに対して周波数を安
定させることができないという問題点があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、周波数の揺らぎを低減した圧電発
振器を提供することにある。
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本発明に係る圧電発振器は、温度を検出する温度センサと、該温度センサ
の検出出力に基づいて周波数制御を行う周波数制御回路と、圧電振動子と電圧制御型の第
1及び第2可変容量素子とを備え、前記周波数制御回路から出力される制御電圧により発
振周波数を調整する温度補償用回路を含む発振回路と、前記周波数制御回路から出力され
る制御電圧を入力するハイパスフィルタ回路と、を備え、前記温度補償用回路は、前記第
1及び第2可変容量素子の互いに異なる一方の端子に第1基準電圧を供給し、前記第1又
は第2可変容量素子の他方の端子に前記周波数制御回路の制御電圧を供給し、前記第2又
は第1可変容量素子の他方の端子に前記ハイパスフィルタ回路の出力電圧と第2基準電圧
とを重畳したキャンセル電圧を供給したことを特徴とする。
の検出出力に基づいて周波数制御を行う周波数制御回路と、圧電振動子と電圧制御型の第
1及び第2可変容量素子とを備え、前記周波数制御回路から出力される制御電圧により発
振周波数を調整する温度補償用回路を含む発振回路と、前記周波数制御回路から出力され
る制御電圧を入力するハイパスフィルタ回路と、を備え、前記温度補償用回路は、前記第
1及び第2可変容量素子の互いに異なる一方の端子に第1基準電圧を供給し、前記第1又
は第2可変容量素子の他方の端子に前記周波数制御回路の制御電圧を供給し、前記第2又
は第1可変容量素子の他方の端子に前記ハイパスフィルタ回路の出力電圧と第2基準電圧
とを重畳したキャンセル電圧を供給したことを特徴とする。
上記のように構成すると、発振回路の温度補償用回路において、周波数制御回路から出
力される制御電圧に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振
周波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
力される制御電圧に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振
周波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
[適用例2]前記制御電圧、前記第1基準電圧、前記第2基準電圧は、制御電圧≧第1
基準電圧>第2基準電圧の関係を満たす適用例1の圧電発振器を特徴とする。
基準電圧>第2基準電圧の関係を満たす適用例1の圧電発振器を特徴とする。
上記のように構成すると、発振回路の温度補償用回路において、周波数制御回路から出
力される制御電圧に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振
周波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
力される制御電圧に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振
周波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
[適用例3]前記温度補償用回路は、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサの
一方とを直列に接続した回路に、前記第1可変容量素子のカソードに前記第2可変容量素
子のアノードを接続し、前記コンデンサの他方に前記第2可変容量素子のカソードを接続
した回路であり、前記第1可変容量素子のカソードと前記第2可変容量素子のアノードの
接続点に前記第1基準電圧を供給し、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサとの
接続点に前記制御電圧を供給し、前記コンデンサの他方と前記第2可変容量素子のカソー
ドとの接続点に前記キャンセル電圧を供給するように構成した適用例1又は2に記載の圧
電発振器を特徴とする。
一方とを直列に接続した回路に、前記第1可変容量素子のカソードに前記第2可変容量素
子のアノードを接続し、前記コンデンサの他方に前記第2可変容量素子のカソードを接続
した回路であり、前記第1可変容量素子のカソードと前記第2可変容量素子のアノードの
接続点に前記第1基準電圧を供給し、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサとの
接続点に前記制御電圧を供給し、前記コンデンサの他方と前記第2可変容量素子のカソー
ドとの接続点に前記キャンセル電圧を供給するように構成した適用例1又は2に記載の圧
電発振器を特徴とする。
上記のように構成すると、温度補償用回路において、周波数制御回路から出力される制
御電圧に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周波数の揺
らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
御電圧に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周波数の揺
らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
[適用例4]前記温度補償用回路は、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサの
一方とを直列に接続した回路に、前記第1可変容量素子のカソードに前記第2可変容量素
子のアノードを接続し、前記コンデンサの他方に前記第2可変容量素子のカソードを接続
した回路であり、前記第1可変容量素子のカソードと前記第2可変容量素子のアノードの
接続点に前記第1基準電圧を供給し、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサの一
方との接続点に前記制御電圧を供給し、前記コンデンサの他方と前記第2可変容量素子の
カソードとの接続点に前記キャンセル電圧を供給するように構成した適用例1又は2に記
載の圧電発振器を特徴とする。
一方とを直列に接続した回路に、前記第1可変容量素子のカソードに前記第2可変容量素
子のアノードを接続し、前記コンデンサの他方に前記第2可変容量素子のカソードを接続
した回路であり、前記第1可変容量素子のカソードと前記第2可変容量素子のアノードの
接続点に前記第1基準電圧を供給し、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサの一
方との接続点に前記制御電圧を供給し、前記コンデンサの他方と前記第2可変容量素子の
カソードとの接続点に前記キャンセル電圧を供給するように構成した適用例1又は2に記
載の圧電発振器を特徴とする。
上記のように構成すると、温度補償用回路は、周波数制御回路から出力される制御電圧
に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周波数の揺らぎを
低減した圧電発振器を提供することができる。
に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周波数の揺らぎを
低減した圧電発振器を提供することができる。
[適用例5]前記温度補償用回路は、前記第1可変容量素子のアノード及びカソードに
それぞれ第1及び第2のコンデンサの一方を直列に接続し、前記第1のコンデンサの他方
に前記第2可変容量素子のアノードを接続し、前記第2のコンデンサの他方に前記第2可
変容量素子のカソードを接続した回路であり、前記第1のコンデンサの一方と前記第1可
変容量素子のアノードとの接続点に前記キャンセル電圧を供給し、前記第2のコンデンサ
の他方と前記第2可変容量素子のカソードとの接続点に前記制御電圧を供給し、前記第1
のコンデンサの他方と前記第2可変容量素子のアノードとの接続点、及び前記第2のコン
デンサの一方と前記第1可変容量素子のカソードの接続点に前記第1基準電圧を供給する
ように構成した適用例1又は2に記載の圧電発振器を特徴とする。
それぞれ第1及び第2のコンデンサの一方を直列に接続し、前記第1のコンデンサの他方
に前記第2可変容量素子のアノードを接続し、前記第2のコンデンサの他方に前記第2可
変容量素子のカソードを接続した回路であり、前記第1のコンデンサの一方と前記第1可
変容量素子のアノードとの接続点に前記キャンセル電圧を供給し、前記第2のコンデンサ
の他方と前記第2可変容量素子のカソードとの接続点に前記制御電圧を供給し、前記第1
のコンデンサの他方と前記第2可変容量素子のアノードとの接続点、及び前記第2のコン
デンサの一方と前記第1可変容量素子のカソードの接続点に前記第1基準電圧を供給する
ように構成した適用例1又は2に記載の圧電発振器を特徴とする。
上記のように構成すると、温度補償用回路は、周波数制御回路から出力される制御電圧
に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周波数の揺らぎを
低減した圧電発振器を提供することができる。
に含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周波数の揺らぎを
低減した圧電発振器を提供することができる。
[適用例6]前記可変容量素子は、MOS型可変容量素子、バラクタ、可変容量ダイオ
ード若しくは、印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いた適用例1乃至5の
何れか一項に記載の圧電発振器を特徴とする。
ード若しくは、印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いた適用例1乃至5の
何れか一項に記載の圧電発振器を特徴とする。
上記のように構成すると、温度補償型圧電発振器を構成したり、発振回路をIC化した
りするにあたり、適切な可変容量素子を選定することが可能となると共に、温度揺らぎに
よるノイズを除去できるという効果がある。
りするにあたり、適切な可変容量素子を選定することが可能となると共に、温度揺らぎに
よるノイズを除去できるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の構成を示すブロック図
である。
この図1に示す温度補償型圧電発振器(以下、単に圧電発振器と称する)1は、温度セ
ンサ2、周波数制御回路3、発振回路4、ハイパスフィルタ(HPF)5、及びバッファ
6を備える。
温度センサ2は、例えばサーミスタまたは圧電振動子10以外の他の電子回路と共に1
チップ内に集積回路化されたダイオードにより構成され、周囲温度或いは内部温度を検出
する。周波数制御回路3は、温度センサ2と、温度センサ2の検出電圧VTに基づいて周
波数制御を行う。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る温度補償型圧電発振器の構成を示すブロック図
である。
この図1に示す温度補償型圧電発振器(以下、単に圧電発振器と称する)1は、温度セ
ンサ2、周波数制御回路3、発振回路4、ハイパスフィルタ(HPF)5、及びバッファ
6を備える。
温度センサ2は、例えばサーミスタまたは圧電振動子10以外の他の電子回路と共に1
チップ内に集積回路化されたダイオードにより構成され、周囲温度或いは内部温度を検出
する。周波数制御回路3は、温度センサ2と、温度センサ2の検出電圧VTに基づいて周
波数制御を行う。
発振回路4は、圧電振動子10と、電圧制御型の第1、第2可変容量素子D1、D2及
びコンデンサ(容量)C1を有し、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcにより
発振周波数の調整を行う温度補償用回路11とを備える。
また発振回路4は、発振用の増幅器(AMP)12の入出力に抵抗R1を並列接続し、
AMP12の入力側にコンデンサC2と、温度補償用回路11、及びコンデンサC3の一
方を接続し、コンデンサC3の他方を接地する。また、AMP12の出力側は、コンデン
サC4を介して接地する。さらにコンデンサC2と温度補償用回路11との接続点とAM
P12の出力側との間に圧電振動子10を接続する。
なお、発振回路4の構成は、図6に示したような発振用のトランジスタ、コンデンサ、
抵抗により構成されるコルピッツ型発振回路でも構わないものである。
HPF5は、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを入力として、周波数制御
回路3の制御電圧Vcに含まれる電圧変動成分の中から高域成分のみを通過させる。バッ
ファ6は、発振回路4の出力に接続され、出力レベルを安定化するように作用する。
びコンデンサ(容量)C1を有し、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcにより
発振周波数の調整を行う温度補償用回路11とを備える。
また発振回路4は、発振用の増幅器(AMP)12の入出力に抵抗R1を並列接続し、
AMP12の入力側にコンデンサC2と、温度補償用回路11、及びコンデンサC3の一
方を接続し、コンデンサC3の他方を接地する。また、AMP12の出力側は、コンデン
サC4を介して接地する。さらにコンデンサC2と温度補償用回路11との接続点とAM
P12の出力側との間に圧電振動子10を接続する。
なお、発振回路4の構成は、図6に示したような発振用のトランジスタ、コンデンサ、
抵抗により構成されるコルピッツ型発振回路でも構わないものである。
HPF5は、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを入力として、周波数制御
回路3の制御電圧Vcに含まれる電圧変動成分の中から高域成分のみを通過させる。バッ
ファ6は、発振回路4の出力に接続され、出力レベルを安定化するように作用する。
温度補償用回路11は、第1可変容量素子D1のアノードとコンデンサC1の一方とを
直列に接続した回路に、第1可変容量素子D1のカソードに第2可変容量素子D2のアノ
ードを接続し、コンデンサC1の他方に第2可変容量素子D2のカソードを接続した回路
である。そして、第1可変容量素子D1のカソードと第2可変容量素子D2のアノードの
接続点、即ちコンデンサC3との接続点に第1基準電圧発生回路21から出力される第1
基準電圧Vref1を印加する。
更に、第1可変容量素子D1のアノードとコンデンサC1との接続点にHPF5の出力
電圧に、第2基準電圧発生回路22から出力される第2基準電圧Vref2を重畳したキ
ャンセル電圧を印加し、コンデンサC1の他方と第2可変容量素子D2のカソードとの接
続点に周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを供給するようにしている。
ここで、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vc、第1基準電圧Vref1、第
2基準電圧Vref2は、制御電圧Vc≧第1基準電圧Vref1>第2基準電圧Vre
f2の関係を満たすようにしている。
直列に接続した回路に、第1可変容量素子D1のカソードに第2可変容量素子D2のアノ
ードを接続し、コンデンサC1の他方に第2可変容量素子D2のカソードを接続した回路
である。そして、第1可変容量素子D1のカソードと第2可変容量素子D2のアノードの
接続点、即ちコンデンサC3との接続点に第1基準電圧発生回路21から出力される第1
基準電圧Vref1を印加する。
更に、第1可変容量素子D1のアノードとコンデンサC1との接続点にHPF5の出力
電圧に、第2基準電圧発生回路22から出力される第2基準電圧Vref2を重畳したキ
ャンセル電圧を印加し、コンデンサC1の他方と第2可変容量素子D2のカソードとの接
続点に周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを供給するようにしている。
ここで、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vc、第1基準電圧Vref1、第
2基準電圧Vref2は、制御電圧Vc≧第1基準電圧Vref1>第2基準電圧Vre
f2の関係を満たすようにしている。
図2は、HPF5の一例を示した図であり、(a)は回路図、(b)はゲイン特性、(
c)は位相特性を示した図である。
この図2(a)に示すHPF5は、コンデンサCと抵抗Rとにより構成され、そのフィ
ルタ特性は、例えば、抵抗R=1MΩ、コンデンサC=0.01μFの場合は、図2(b
)(c)に示すようになり、そのカットオフ周波数fcは約16Hzとなる。
このカットオフ周波数fcより低い周波数領域では、図2(c)に示すように位相の進
みが生じるが、カットオフ周波数fcより高い周波数領域では、周波数が高くなるにした
がって位相のずれがなくなるような特性を有するものとされる。
c)は位相特性を示した図である。
この図2(a)に示すHPF5は、コンデンサCと抵抗Rとにより構成され、そのフィ
ルタ特性は、例えば、抵抗R=1MΩ、コンデンサC=0.01μFの場合は、図2(b
)(c)に示すようになり、そのカットオフ周波数fcは約16Hzとなる。
このカットオフ周波数fcより低い周波数領域では、図2(c)に示すように位相の進
みが生じるが、カットオフ周波数fcより高い周波数領域では、周波数が高くなるにした
がって位相のずれがなくなるような特性を有するものとされる。
上記のように構成される本実施形態の圧電発振器1においては、温度補償用回路11が
温度補償用の第2可変容量素子D2と、温度揺らぎ抑制用の第1可変容量素子D1とを備
え、第2可変容量素子D2に対して並列に温度揺らぎ補正用の第1可変容量素子D1を接
続するようにしている。そして、第2可変容量素子D2のアノードと第1可変容量素子D
1のカソードとの接続点に第1基準電圧Vref1を印加すると共に、第1可変容量素子
D1のアノードにHPF5の出力電圧に第2基準電圧Vref2を重畳したキャンセル電
圧Veを印加するようにしている。
上記のように構成すると、第2可変容量素子D2は、周波数制御回路3から出力される
制御電圧Vcに含まれる揺らぎ成分(高周波成分)によって周波数が変動するが、第1可
変容量素子D1は、キャンセル電圧Veによって温度ゆらぎを補正するように周波数が変
動するので、温度補償用回路11では揺らぎ成分が打ち消されることになる。これにより
、発振周波数が揺らぎの影響を受けない圧電発振器を実現することができる。
また、本実施形態の圧電発振器1は、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを
、揺らぎ成分を抽出するHPF5の入力としているので、制御電圧Vcに含まれる同相ノ
イズもキャンセルできるので、圧電発振器1の位相雑音の低減を図ることも可能となる。
尚、制御電圧Vcに含まれる揺らぎ成分とは、温度揺らぎにより実質起きる圧電振動子
Xの周波数変動を温度補償するのに必要な温度補償電圧に対して、過剰に変動した分の補
償電圧である。
温度補償用の第2可変容量素子D2と、温度揺らぎ抑制用の第1可変容量素子D1とを備
え、第2可変容量素子D2に対して並列に温度揺らぎ補正用の第1可変容量素子D1を接
続するようにしている。そして、第2可変容量素子D2のアノードと第1可変容量素子D
1のカソードとの接続点に第1基準電圧Vref1を印加すると共に、第1可変容量素子
D1のアノードにHPF5の出力電圧に第2基準電圧Vref2を重畳したキャンセル電
圧Veを印加するようにしている。
上記のように構成すると、第2可変容量素子D2は、周波数制御回路3から出力される
制御電圧Vcに含まれる揺らぎ成分(高周波成分)によって周波数が変動するが、第1可
変容量素子D1は、キャンセル電圧Veによって温度ゆらぎを補正するように周波数が変
動するので、温度補償用回路11では揺らぎ成分が打ち消されることになる。これにより
、発振周波数が揺らぎの影響を受けない圧電発振器を実現することができる。
また、本実施形態の圧電発振器1は、周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを
、揺らぎ成分を抽出するHPF5の入力としているので、制御電圧Vcに含まれる同相ノ
イズもキャンセルできるので、圧電発振器1の位相雑音の低減を図ることも可能となる。
尚、制御電圧Vcに含まれる揺らぎ成分とは、温度揺らぎにより実質起きる圧電振動子
Xの周波数変動を温度補償するのに必要な温度補償電圧に対して、過剰に変動した分の補
償電圧である。
図3は、第2の実施形態に係る圧電発振器の温度補償用回路の構成を示した図である。
なお、温度補償用回路以外の構成は、図1と同一であるので図示は省略する。
図3に示す温度補償用回路は、図1に示した温度補償用回路11のキャンセル電圧Ve
と制御電圧Vcの接続を入れ替えるように構成したものである。即ち、第1可変容量素子
D1のアノードとコンデンサC1の一方とを直列に接続した回路に、第1可変容量素子D
1のカソードに第2可変容量素子D2のアノードを接続し、コンデンサC1の他方に第2
可変容量素子D2のカソードを接続した回路であり、第1可変容量素子D1のカソードと
第2可変容量素子D2のアノードの接続点に第1基準電圧Vref1を供給し、第1可変
容量素子D1のアノードとコンデンサC1との接続点に制御電圧Vcを供給し、コンデン
サC1の他方と第2可変容量素子D2のカソードとの接続点にキャンセル電圧Veを供給
するように構成している。
このように構成すると、第1可変容量素子D1は、周波数制御回路3から出力される制
御電圧Vcに含まれる揺らぎ成分(高周波成分)によって周波数が変動するが、第2可変
容量素子D2は、キャンセル電圧Veにより温度ゆらぎを補正するように周波数が変動す
るので、温度補償用回路11では揺らぎ成分が打ち消されることになる。これにより、発
振周波数が揺らぎの影響を受けない圧電発振器を実現することができる。
また、この場合も周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを、揺らぎ成分を抽出
するHPF5の入力としているので、制御電圧Vcに含まれる同相ノイズもキャンセルで
きるので、圧電発振器1の位相雑音の低減を図ることも可能となる。
なお、温度補償用回路以外の構成は、図1と同一であるので図示は省略する。
図3に示す温度補償用回路は、図1に示した温度補償用回路11のキャンセル電圧Ve
と制御電圧Vcの接続を入れ替えるように構成したものである。即ち、第1可変容量素子
D1のアノードとコンデンサC1の一方とを直列に接続した回路に、第1可変容量素子D
1のカソードに第2可変容量素子D2のアノードを接続し、コンデンサC1の他方に第2
可変容量素子D2のカソードを接続した回路であり、第1可変容量素子D1のカソードと
第2可変容量素子D2のアノードの接続点に第1基準電圧Vref1を供給し、第1可変
容量素子D1のアノードとコンデンサC1との接続点に制御電圧Vcを供給し、コンデン
サC1の他方と第2可変容量素子D2のカソードとの接続点にキャンセル電圧Veを供給
するように構成している。
このように構成すると、第1可変容量素子D1は、周波数制御回路3から出力される制
御電圧Vcに含まれる揺らぎ成分(高周波成分)によって周波数が変動するが、第2可変
容量素子D2は、キャンセル電圧Veにより温度ゆらぎを補正するように周波数が変動す
るので、温度補償用回路11では揺らぎ成分が打ち消されることになる。これにより、発
振周波数が揺らぎの影響を受けない圧電発振器を実現することができる。
また、この場合も周波数制御回路3から出力される制御電圧Vcを、揺らぎ成分を抽出
するHPF5の入力としているので、制御電圧Vcに含まれる同相ノイズもキャンセルで
きるので、圧電発振器1の位相雑音の低減を図ることも可能となる。
図4は、第3の実施形態に係る圧電発振器の温度補償用回路の構成を示した図である。
なお、温度補償用回路以外の構成は、図1と同一であるので図示は省略する。
この図4に示す温度補償用回路は、第1可変容量素子D1のアノード及びカソードにそ
れぞれ第1及び第2のコンデンサC1、C2の一方を直列に接続した回路を構成する。
次に、第1のコンデンサC1の他方に第2可変容量素子D2のアノードを接続し、第2
のコンデンサC2の他方に第2可変容量素子D2のカソードを接続して回路を構成する。
そして、第1のコンデンサC1の一方と第1可変容量素子D1のアノードとの接続点にキ
ャンセル電圧Veを供給し、第2のコンデンサC2の他方と第2可変容量素子D2のカソ
ードとの接続点に制御電圧Vcを供給し、第1のコンデンサC1の他方と第2可変容量素
子D2のアノードとの接続点、及び第2のコンデンサC2の一方と第1可変容量素子D1
のカソードの接続点に第1基準電圧を供給するように構成したものである。
上記のように構成した場合も、温度補償用回路において周波数制御回路3から出力され
る制御電圧Vcに含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周
波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
なお、温度補償用回路以外の構成は、図1と同一であるので図示は省略する。
この図4に示す温度補償用回路は、第1可変容量素子D1のアノード及びカソードにそ
れぞれ第1及び第2のコンデンサC1、C2の一方を直列に接続した回路を構成する。
次に、第1のコンデンサC1の他方に第2可変容量素子D2のアノードを接続し、第2
のコンデンサC2の他方に第2可変容量素子D2のカソードを接続して回路を構成する。
そして、第1のコンデンサC1の一方と第1可変容量素子D1のアノードとの接続点にキ
ャンセル電圧Veを供給し、第2のコンデンサC2の他方と第2可変容量素子D2のカソ
ードとの接続点に制御電圧Vcを供給し、第1のコンデンサC1の他方と第2可変容量素
子D2のアノードとの接続点、及び第2のコンデンサC2の一方と第1可変容量素子D1
のカソードの接続点に第1基準電圧を供給するように構成したものである。
上記のように構成した場合も、温度補償用回路において周波数制御回路3から出力され
る制御電圧Vcに含まれる温度揺らぎによる高周波成分をキャンセルできるので、発振周
波数の揺らぎを低減した圧電発振器を提供することができる。
図5は、本発明に好適な表面実装型圧電発振器の構造の一例を示した断面図である。
この図5に示す圧電発振器は、上面と下面に夫々凹所32、33を備えると共に矩形環
状の底面34に4つの実装端子35を備えた縦断面形状が略H型の絶縁容器30と、上面
側凹所32内に設けた2つの上面側内部パッド36に圧電振動素子10上の2つの励振電
極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所32を気密封止する金属リッド37と、下
面側凹所33の天井面33aに配置され各上面側内部パッド36、及び各実装端子35と
所定の配線パターンにより導通した下面側内部パッド38と、下面側内部パッド38に実
装される発振回路を構成するIC部品39と、を備える。
上面側凹所32を備えた絶縁容器30の上部と、上面側内部パッド36と、水晶振動素
子10と、金属リッド37は、水晶振動子(圧電振動子)を構成している。即ち、水晶振
動子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器30の上面側凹所33内の上面側内側パ
ッド36上に水晶振動素子10を導電性接着剤(導電性ペースト)31を用いて電気的・
機械的に接続し、絶縁容器30の外璧上面の導体リングに金属リッド37を溶接等によっ
て電気的・機械的に接続して上面側凹所32内を気密封止したものである。また、下面側
凹所33内のIC部品39に温度センサ2、周波数制御回路3、発振回路4、HPF5等
が構成されている。
このように圧電発振器を構成して小型化した場合は、圧電発振器の熱容量が小さくなり
、温度センサ2は周囲の瞬間的な温度変化や風などによる温度変動(揺らぎ)に敏感に反
応し、温度補償型圧電発振器の出力周波数が微小に変動する(周波数が揺らぐ)ことにな
るが、本発明によれば、瞬間的な温度変化や風などによる温度変動(揺らぎ)をキャンセ
ルすることができるので、周波数変動を招くことなく温度補償型圧電発振器を小型化する
ことができる。
なお、本実施形態の第1及び第2可変容量素子D1、D2としては、MOS型可変容量
素子、バラクタ、可変容量ダイオード、若しくは、印加電圧により容量が可変する半導体
デバイス等を用いることが可能である。
第1及び第2可変容量素子D1、D2として、上記のような多種の素子を考慮しておく
と、温度補償型圧電発振器を構成するにあたり、又は発振回路をIC化するに当り、適切
な可変容量素子を選定することが可能となると共に、温度揺らぎによるノイズを除去でき
るという効果がある。
この図5に示す圧電発振器は、上面と下面に夫々凹所32、33を備えると共に矩形環
状の底面34に4つの実装端子35を備えた縦断面形状が略H型の絶縁容器30と、上面
側凹所32内に設けた2つの上面側内部パッド36に圧電振動素子10上の2つの励振電
極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所32を気密封止する金属リッド37と、下
面側凹所33の天井面33aに配置され各上面側内部パッド36、及び各実装端子35と
所定の配線パターンにより導通した下面側内部パッド38と、下面側内部パッド38に実
装される発振回路を構成するIC部品39と、を備える。
上面側凹所32を備えた絶縁容器30の上部と、上面側内部パッド36と、水晶振動素
子10と、金属リッド37は、水晶振動子(圧電振動子)を構成している。即ち、水晶振
動子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器30の上面側凹所33内の上面側内側パ
ッド36上に水晶振動素子10を導電性接着剤(導電性ペースト)31を用いて電気的・
機械的に接続し、絶縁容器30の外璧上面の導体リングに金属リッド37を溶接等によっ
て電気的・機械的に接続して上面側凹所32内を気密封止したものである。また、下面側
凹所33内のIC部品39に温度センサ2、周波数制御回路3、発振回路4、HPF5等
が構成されている。
このように圧電発振器を構成して小型化した場合は、圧電発振器の熱容量が小さくなり
、温度センサ2は周囲の瞬間的な温度変化や風などによる温度変動(揺らぎ)に敏感に反
応し、温度補償型圧電発振器の出力周波数が微小に変動する(周波数が揺らぐ)ことにな
るが、本発明によれば、瞬間的な温度変化や風などによる温度変動(揺らぎ)をキャンセ
ルすることができるので、周波数変動を招くことなく温度補償型圧電発振器を小型化する
ことができる。
なお、本実施形態の第1及び第2可変容量素子D1、D2としては、MOS型可変容量
素子、バラクタ、可変容量ダイオード、若しくは、印加電圧により容量が可変する半導体
デバイス等を用いることが可能である。
第1及び第2可変容量素子D1、D2として、上記のような多種の素子を考慮しておく
と、温度補償型圧電発振器を構成するにあたり、又は発振回路をIC化するに当り、適切
な可変容量素子を選定することが可能となると共に、温度揺らぎによるノイズを除去でき
るという効果がある。
1、31…圧電発振器、2…温度センサ、3…周波数制御回路、4…発振回路、5…H
PF、6…バッファ、10…圧電振動子、11…温度補償用回路、12…AMP、21…
第1基準電圧発生回路、22…第2基準電圧発生回路、30…絶縁容器(パッケージ)、
31…導電性接着剤、32、33…凹所、34…底面、35…実装端子、36…上面側内
部パッド、37…金属リッド、38…下面側内部パッド、39…IC部品、C1、C2、
C3、C4…コンデンサ、D1、D2…可変容量素子
PF、6…バッファ、10…圧電振動子、11…温度補償用回路、12…AMP、21…
第1基準電圧発生回路、22…第2基準電圧発生回路、30…絶縁容器(パッケージ)、
31…導電性接着剤、32、33…凹所、34…底面、35…実装端子、36…上面側内
部パッド、37…金属リッド、38…下面側内部パッド、39…IC部品、C1、C2、
C3、C4…コンデンサ、D1、D2…可変容量素子
Claims (6)
- 温度を検出する温度センサと、
該温度センサの検出出力に基づいて周波数制御を行う周波数制御回路と、
圧電振動子と電圧制御型の第1及び第2可変容量素子とを備え、前記周波数制御回路か
ら出力される制御電圧により発振周波数を調整する温度補償用回路を含む発振回路と、
前記周波数制御回路から出力される制御電圧を入力するハイパスフィルタ回路と、を備
え、
前記温度補償用回路は、前記第1及び第2可変容量素子の互いに異なる一方の端子に第
1基準電圧を供給し、前記第1又は第2可変容量素子の他方の端子に前記周波数制御回路
の制御電圧を供給し、前記第2又は第1可変容量素子の他方の端子に前記ハイパスフィル
タ回路の出力電圧と第2基準電圧とを重畳したキャンセル電圧を供給したことを特徴とす
る圧電発振器。 - 前記制御電圧、前記第1基準電圧、前記第2基準電圧は、
制御電圧≧第1基準電圧>第2基準電圧の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記
載の圧電発振器。 - 前記温度補償用回路は、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサの一方とを直列
に接続した回路に、前記第1可変容量素子のカソードに前記第2可変容量素子のアノード
を接続し、前記コンデンサの他方に前記第2可変容量素子のカソードを接続した回路であ
り、
前記第1可変容量素子のカソードと前記第2可変容量素子のアノードの接続点に前記第
1基準電圧を供給し、
前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサとの接続点に前記キャンセル電圧を供給
し、
前記コンデンサの他方と前記第2可変容量素子のカソードとの接続点に前記制御電圧を
供給するように構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電発振器。 - 前記温度補償用回路は、前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサの一方とを直列
に接続した回路に、前記第1可変容量素子のカソードに前記第2可変容量素子のアノード
を接続し、前記コンデンサの他方に前記第2可変容量素子のカソードを接続した回路であ
り、
前記第1可変容量素子のカソードと前記第2可変容量素子のアノードの接続点に前記第
1基準電圧を供給し、
前記第1可変容量素子のアノードとコンデンサの一方との接続点に前記制御電圧を供給
し、
前記コンデンサの他方と前記第2可変容量素子のカソードとの接続点に前記キャンセル
電圧を供給するように構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電発振器。 - 前記温度補償用回路は、前記第1可変容量素子のアノード及びカソードにそれぞれ第1
及び第2のコンデンサの一方を直列に接続し、前記第1のコンデンサの他方に前記第2可
変容量素子のアノードを接続し、前記第2のコンデンサの他方に前記第2可変容量素子の
カソードを接続した回路であり、
前記第1のコンデンサの一方と前記第1可変容量素子のアノードとの接続点に前記キャ
ンセル電圧を供給し、
前記第2のコンデンサの他方と前記第2可変容量素子のカソードとの接続点に前記制御
電圧を供給し、
前記第1のコンデンサの他方と前記第2可変容量素子のアノードとの接続点、及び前記
第2のコンデンサの一方と前記第1可変容量素子のカソードの接続点に前記第1基準電圧
を供給するように構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電発振器。 - 前記可変容量素子は、MOS型可変容量素子、バラクタ、可変容量ダイオード若しくは
、印加電圧により容量が可変する半導体デバイスを用いたことを特徴とする請求項1乃至
5の何れか一項に記載の圧電発振器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008125573A JP2009278218A (ja) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | 圧電発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008125573A JP2009278218A (ja) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | 圧電発振器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009278218A true JP2009278218A (ja) | 2009-11-26 |
Family
ID=41443263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008125573A Withdrawn JP2009278218A (ja) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | 圧電発振器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009278218A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012156920A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 温度補償型水晶発振器 |
JP2019062341A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | 新日本無線株式会社 | 発振回路 |
-
2008
- 2008-05-13 JP JP2008125573A patent/JP2009278218A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012156920A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 温度補償型水晶発振器 |
JP2019062341A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | 新日本無線株式会社 | 発振回路 |
JP6994884B2 (ja) | 2017-09-26 | 2022-01-14 | 新日本無線株式会社 | 発振回路 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110802 |