JP2009290380A

JP2009290380A - 発振器

Info

Publication number: JP2009290380A
Application number: JP2008138765A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Oya; 具央大家
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】本発明は、消費電流を低減しながら、部品点数を削減することができる発振器を提供することを目的とする。
【解決手段】電流源ＶＩ及び第２のインバータＩＮＶ２００の電源端子に接続され、出力要求信号が与えられたタイミングで、オン状態に切り換えることにより、電流源ＶＩ及び第２のインバータＩＮＶ２００の電源端子に所定の電圧を印加し、出力停止信号が与えられたタイミングで、オフ状態に切り換えることにより、電流源ＶＩ及び第２のインバータＩＮＶ２００の電源端子に所定の電圧を印加することを制限するスイッチＳＷを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振器に関する。

従来、発振器としては、種々のものが開発されており、例えば温度補償水晶発振器がある。この温度補償水晶発振器は、圧電素子として水晶振動子を使用する水晶発振回路と、当該水晶発振回路の周波数温度特性を補償するための温度補償回路とを有し、例えば携帯電話機に搭載され使用される。

ここで図２に、かかる温度補償水晶発振器の一例として発振器１０の構成を示す。この発振器１０を形成する水晶発振回路２０は、圧電素子として水晶振動子Ｘ１０を有し、所望の発振周波数を有する出力信号を生成する。

水晶振動子Ｘ１０の一端は、帰還抵抗としての抵抗Ｒ１０の一端に接続されると共に、インバータＩＮＶ１０の入力端子に接続されている。また、水晶振動子Ｘ１０の一端と、グランドＧＮＤとの間には、可変コンデンサＣ１０が接続されている。

一方、水晶振動子Ｘ１０の他端は、抵抗Ｒ１０の他端に接続されると共に、インバータＩＮＶ１０の出力端子に接続されている。また、水晶振動子Ｘ１０の他端と、グランドＧＮＤとの間には、可変コンデンサＣ２０が接続されている。

インバータＩＮＶ１０の出力端子には、バッファとしてのインバータＩＮＶ２０の入力端子が接続され、当該インバータＩＮＶ２０の出力端子から、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔが出力される。

温度補償回路３０は、温度の変化にかかわらず、一定の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを発振器１０から出力させるため、水晶発振回路２０の周波数温度特性を補償するための回路である。

具体的には、温度補償回路３０は、水晶発振回路２０の周囲の温度を測定するための温度センサを有し、当該温度センサによって得られた温度に基づいて、所望の補償電圧を生成する。

そして温度補償回路３０は、この補償電圧を可変コンデンサＣ１０及びＣ２０に印加し、これら可変コンデンサＣ１０及びＣ２０の容量を変化させることにより、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を調整して温度補償を行う。

また、発振器１０は、当該発振器１０が搭載される携帯電話機内の他の信号処理回路から、制御電圧入力端子Ｖｃを介して入力される制御電圧を、可変コンデンサＣ１０及びＣ２０に印加することにより、可変コンデンサＣ１０及びＣ２０の容量を変化させ、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を調整する。

これにより、水晶振動子Ｘ１０の特性の経年変化や、温度補償回路３０による温度補償のずれなどを調整し、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を微調整する。

このようにして、温度補償回路３０から供給される補償電圧と、制御電圧入力端子Ｖｃから入力される制御電圧とを加算した電圧が、可変コンデンサＣ１０及びＣ２０に印加される。

一方、電源電圧Ｖｄｄは、参照電圧生成回路５０に供給され、参照電圧生成回路５０は、この電源電圧Ｖｄｄを基に参照電圧を生成し、当該生成した参照電圧を、インバータＩＮＶ１０及びＩＮＶ２０の電源端子並びに温度補償回路３０に印加する。

これにより、インバータＩＮＶ１０及びＩＮＶ２０並びに温度補償回路３０は、いずれも動作状態になることにより、インバータＩＮＶ２０は、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを出力する。

以下、温度補償水晶発振器に関する文献名を記載する。
特開２００３−１６３５４２号公報

ところで、かかる発振器１０の場合、電源電圧Ｖｄｄが常に参照電圧生成回路５０に供給され、常にオン状態にされているため、消費電流が大きくなるという問題があった。

本発明は、消費電流を低減しながら、部品点数を削減することができる発振器を提供することを目的とする。

本発明の一態様による発振器は、圧電素子と、少なくとも一端が前記圧電素子の一端に接続された抵抗と、少なくとも入力端子が前記圧電素子の一端に接続された第１のインバータと、前記圧電素子とグランドとの間に接続された可変容量素子と、前記第１のインバータの出力端子に接続された第２のインバータと、前記第１のインバータの電源端子に接続され、所定の電圧が印加されることに応じて、所定の電流を前記第１のインバータに供給する電流源と、前記電流源及び前記第２のインバータの電源端子に接続され、所望の発振周波数を有する出力信号を出力することを要求する出力要求信号が与えられたタイミングで、オン状態に切り換えることにより、前記電流源及び前記第２のインバータの電源端子に前記所定の電圧を印加し、前記出力信号を出力することを停止する出力停止信号が与えられたタイミングで、オフ状態に切り換えることにより、前記電流源及び前記第２のインバータの電源端子に前記所定の電圧を印加することを制限するスイッチとを備える。

また、本発明の一態様による発振器は、前記可変容量素子の容量を変化させるための補償電圧を生成し、前記補償電圧を前記可変容量素子に印加する温度補償部をさらに備え、前記スイッチは、前記温度補償部に接続され、前記出力要求信号が与えられたタイミングで、オン状態に切り換えることにより、前記所定の電圧を前記温度補償部に印加し、前記出力停止信号が与えられたタイミングで、オフ状態に切り換えることにより、前記所定の電圧を前記温度補償部に印加することを制限する。

本発明の発振器によれば、消費電流を低減しながら、部品点数を削減することができる。

また、本発明の発振器によれば、出力停止信号が与えられたタイミングで、スイッチをオフ状態に切り換え、所定の電圧を温度補償部に印加することを制限することにより、消費電流を低減することができる。

図１に、本発明の実施の形態による発振器１００の構成を示す。この発振器１００は、例えば携帯電話機などの電子機器に搭載され、当該携帯電話機において要求される発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを生成し出力する。かかる携帯電話機は、発振器１００から出力される出力信号Ｆｏｕｔを基準信号として使用することにより、内蔵する各種回路の動作を制御する。

発振器１００を形成する水晶発振回路２００は、圧電素子として水晶振動子Ｘ１００を有し、所望の発振周波数を有する出力信号を生成する。なお、本実施の形態の場合、圧電素子として水晶振動子Ｘ１００を使用したが、例えば圧電セラミックなど、他の種々の圧電素子を使用することができる。

水晶振動子Ｘ１００の一端は、帰還抵抗としての抵抗Ｒ１００の一端に接続されると共に、第１のインバータに対応するインバータＩＮＶ１００の入力端子に接続されている。また、水晶振動子Ｘ１００の一端と、グランドＧＮＤとの間には、可変コンデンサＣ１００が接続されている。

一方、水晶振動子Ｘ１００の他端は、抵抗Ｒ１００の他端に接続されると共に、インバータＩＮＶ１００の出力端子に接続されている。また、水晶振動子Ｘ１００の他端と、グランドＧＮＤとの間には、可変コンデンサＣ２００が接続されている。

可変コンデンサＣ１００及びＣ２００は、印加される電圧に応じて、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を調整するための可変容量素子として動作する。なお、この場合、可変コンデンサＣ１００及びＣ２００ではなく、可変容量ダイオードを使用しても良い。

インバータＩＮＶ１００の出力端子には、第２のインバータに対応する、バッファとしてのインバータＩＮＶ２００の入力端子が接続され、当該インバータＩＮＶ２００の出力端子から、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔが出力される。

温度補償回路３００は、温度補償部に対応し、温度の変化にかかわらず、一定の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを発振器１００から出力させるため、水晶発振回路２００の周波数温度特性を補償するための回路である。

具体的には、温度補償回路３００は、水晶発振回路２００の周囲の温度を測定するための温度センサを有し、当該温度センサによって得られた温度に基づいて、所望の補償電圧を生成する。

そして温度補償回路３００は、この補償電圧を可変コンデンサＣ１００及びＣ２００に印加し、これら可変コンデンサＣ１００及びＣ２００の容量を変化させることにより、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を調整して温度補償を行う。

また、発振器１００は、当該発振器１００が搭載される携帯電話機内の他の信号処理回路から、制御電圧入力端子Ｖｃを介して入力される制御電圧を、可変コンデンサＣ１００及びＣ２００に印加することにより、可変コンデンサＣ１００及びＣ２００の容量を変化させ、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を調整する。なお、この制御電圧は、常に、制御電圧入力端子Ｖｃから入力され、可変コンデンサＣ１００及びＣ２００に印加される。

これにより、水晶振動子Ｘ１００の特性の経年変化や、温度補償回路３００による温度補償のずれなどを調整し、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を微調整する。

このようにして、温度補償回路３００から供給される補償電圧と、制御電圧入力端子Ｖｃから入力される制御電圧とを加算した電圧が、可変コンデンサＣ１００及びＣ２００に印加される。

なお、この場合、水晶振動子Ｘ１００の他端とグランドＧＮＤとの間に、さらに別の可変コンデンサを接続し、可変コンデンサＣ１００及びＣ２００には、温度補償回路３００から供給される補償電圧を印加し、新たに接続された可変コンデンサには、制御電圧入力端子Ｖｃから入力される制御電圧を印加するようにしても良い。

一方、電源電圧Ｖｄｄは、参照電圧生成回路５００に供給され、参照電圧生成回路５００は、この電源電圧Ｖｄｄを基に参照電圧を生成する。参照電圧生成回路５００の出力側は、スイッチＳＷの入力端子に接続されている。

スイッチＳＷの出力端子は、電流源に対応する定電流源ＶＩを介してインバータＩＮＶ１００の電源端子に接続されると共に、インバータＩＮＶ２００の電源端子に接続され、さらに温度補償回路３００に接続されている。

スイッチＳＷは、外部（携帯電話機に搭載される他の信号処理回路）から供給される制御信号に基づいて、その接続状態を切り換ることにより、発振器１００全体の動作状態を制御する。

すなわち、スイッチＳＷは、制御信号として、所望の発振周波数を有する出力信号を出力することを要求する出力要求信号が与えられた場合には、オン状態になり、定電流源ＶＩ、インバータＩＮＶ２００の電源端子及び温度補償回路３００に、参照電圧を印加する。この場合、定電流源ＶＩは、参照電圧が印加されることに応じて、所定の電流すなわちインバータＩＮＶ１００を動作させる動作電流を生成し、これをインバータＩＮＶ１００の電源端子に供給する。

これにより、インバータＩＮＶ１００及びＩＮＶ２００並びに温度補償回路３００は、いずれも動作状態になることにより、インバータＩＮＶ２００は、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを出力する。

これに対して、スイッチＳＷは、制御信号として、所望の発振周波数を有する出力信号を出力することを停止する出力停止信号が与えられた場合には、オフ状態になり、定電流源ＶＩ、インバータＩＮＶ２００の電源端子及び温度補償回路３００に、参照電圧を印加することを制限する。この場合、インバータＩＮＶ１００の電源端子には、動作電流が供給されない。

これにより、インバータＩＮＶ１００及びＩＮＶ２００並びに温度補償回路３００は、いずれも非動作状態になることにより、インバータＩＮＶ２００は、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを出力することを停止する。

ところで、一般に、携帯電話機は、一定の時間間隔毎に基地局と通信するようになされており、間欠的に動作する。これにより、携帯電話機が基地局と通信していない場合には、制御信号として出力停止信号が与えられ、スイッチＳＷはオフ状態にされ、インバータＩＮＶ１００及びＩＮＶ２００並びに温度補償回路３００は、非動作状態になる。以下、この状態を発振器１００における停止状態と呼ぶ。

この場合、発振器１００は、携帯電話機によって必要とされる所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを出力することを停止する。

この停止状態において、携帯電話機が基地局と通信を開始しようとして、制御信号として出力要求信号が与えられると、スイッチＳＷはオン状態にされ、インバータＩＮＶ１００及びＩＮＶ２００並びに温度補償回路３００は、動作状態になる。以下、この状態を発振器１００における動作状態と呼ぶ。

この場合、発振器１００から出力される出力信号Ｆｏｕｔは、出力要求信号が与えられたタイミングでは、一定の電圧値であるが、時間が経過することに応じて振幅が徐々に大きくなり、所定の時間が経過すると、振幅が一定になって、発振周波数が安定状態に遷移する。その後、発振器１００は、出力要求信号が与えられている間、発振周波数が安定状態に遷移された出力信号Ｆｏｕｔを出力し続ける。

この動作状態において、携帯電話機が基地局との通信を終了し、制御信号として出力停止信号が与えられると、発振器１００は、再び停止状態に遷移する。

このように本実施の形態によれば、携帯電話機が基地局と通信していなく、当該携帯電話機から出力要求信号が与えられていない場合には、発振器１００を停止状態にすることにより、全体として消費電流を低減することができる。

また本実施の形態によれば、発振器１００の内部にスイッチＳＷを設けることにより、当該発振器１００の外部にスイッチＳＷを設ける場合と比較して、部品点数を削減することができる。

なお、本実施の形態の場合、発振器１００は、外部接続端子として、電源電圧入力端子、グランド端子、制御電圧入力端子、出力端子及び制御信号入力端子を必要とし、合計５端子分を必要とする。

一方、発振器１００は、外部接続端子数の削減を図ることが求められ、外部接続端子として、例えば４端子分しか設けることができない。この場合、スイッチＳＷを設けようとすると、端子数の制限によって、発振器１００の外部にスイッチＳＷを設ける必要が生じる。

しかし、かかる発振器１００は、本来、制御電圧入力端子から入力される制御電圧と、制御信号入力端子から入力される制御信号とを、単一の外部接続端子を介して入力させるようにする。そして発振器１００は、この外部接続端子から入力される入力信号として、制御電圧又は制御信号のいずれかを適応的に選択して切り換えながら、内部の各回路を動作させる。

このように、単一の外部接続端子を、必要に応じて制御電圧入力端子又は制御信号入力端子として使用し、制御電圧入力端子及び制御信号入力端子を、単一の外部接続端子によって共有するようにすれば、端子数を４端子に削減しても、発振器１００の外部にスイッチＳＷを設ける必要がなく、本実施の形態のように、発振器１００の内部にスイッチＳＷを設けることが可能になる。従って、端子数を削減した上で、部品点数をも削減することができる。

なお上述の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば、水晶振動子Ｘ１００及び可変コンデンサＣ２００の接続点と、水晶振動子Ｘ１００の他端との間に、抵抗を接続しても良い。また、水晶振動子Ｘ１００の他端、可変コンデンサＣ２００の一端、抵抗Ｒ１００の他端、インバータＩＮＶ１００の出力端子を接続するための接続線のうち、当該接続線及び水晶振動子Ｘ１００の接続点と、当該接続線及び抵抗Ｒ１００の接続点との間に、抵抗を接続しても良い。

また上述の実施の形態においては、携帯電話機に発振器１００を搭載する場合について述べたが、例えばＧＰＳ機能を有するナビゲーション装置など、他の種々の電子機器に発振器１００を搭載するようにしても良い。

また、温度補償回路３００を設けることなく、制御電圧入力端子Ｖｃを介して入力される制御電圧のみを可変コンデンサＣ１００及びＣ２００に印加して、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を調整するようにしても良い。

本発明の実施の形態による発振器の構成を示す回路図である。従来の発振器の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０、１００発振器
２０、２００水晶発振回路
３０、３００温度補償回路
５０、５００参照電圧生成回路
Ｘ１０、Ｘ１００水晶振動子
Ｒ１０、Ｒ１００抵抗
Ｃ１０、Ｃ２０、Ｃ１００、Ｃ２００可変コンデンサ
ＩＮＶ１０、ＩＮＶ２０、ＩＮＶ１００、ＩＮＶ２００インバータ
ＳＷスイッチ
ＶＩ定電流源

Claims

圧電素子と、
少なくとも一端が前記圧電素子の一端に接続された抵抗と、
少なくとも入力端子が前記圧電素子の一端に接続された第１のインバータと、
前記圧電素子とグランドとの間に接続された可変容量素子と、
前記第１のインバータの出力端子に接続された第２のインバータと、
前記第１のインバータの電源端子に接続され、所定の電圧が印加されることに応じて、所定の電流を前記第１のインバータに供給する電流源と、
前記電流源及び前記第２のインバータの電源端子に接続され、所望の発振周波数を有する出力信号を出力することを要求する出力要求信号が与えられたタイミングで、オン状態に切り換えることにより、前記電流源及び前記第２のインバータの電源端子に前記所定の電圧を印加し、前記出力信号を出力することを停止する出力停止信号が与えられたタイミングで、オフ状態に切り換えることにより、前記電流源及び前記第２のインバータの電源端子に前記所定の電圧を印加することを制限するスイッチと
を備えることを特徴とする発振器。
前記可変容量素子の容量を変化させるための補償電圧を生成し、前記補償電圧を前記可変容量素子に印加する温度補償部をさらに備え、
前記スイッチは、
前記温度補償部に接続され、前記出力要求信号が与えられたタイミングで、オン状態に切り換えることにより、前記所定の電圧を前記温度補償部に印加し、前記出力停止信号が与えられたタイミングで、オフ状態に切り換えることにより、前記所定の電圧を前記温度補償部に印加することを制限する
ことを特徴とする請求項１に記載の発振器。