JP2012178780A5 - 発振回路 - Google Patents

Description

本発明は、発振回路に関し、さらに詳しくは、振動子に駆動振動を励振する自励発振回路の周波数を最適化する技術に関するものである。

［適用例１］振動子と、前記振動子に接続されて発振ループを形成する発振部、及び前記発振ループに電気的に接続されて前記発振部の起動時に自励発振する自励発振部、を備え、前記自励発振部の発振周波数は、前記発振部の発振周波数よりも高いことを特徴とする。

自励発振回路を備えた発振回路は、起動時に自励発振回路が発振して圧電振動子を励振することにより、振動子が励振して振動子の振動数に引き込むことにより発振が起動される。しかし、自励発振回路の周波数が、発振部の発振周波数より低いと発振が起動しない場合がある。そこで、本発明では、自励発振回路の周波数を発振部の周波数よりも高く設定している。これにより、起動時の発振を安定させることができる。

［適用例２］前記自励発振部は、容量素子と、増幅手段と、抵抗素子と、前記容量素子の容量値、または前記抵抗素子の抵抗値を調整する調整手段と、を備えていることを特徴とする。

［適用例６］前記発振回路から出力される発振信号の周波数を検出する周波数検出手段と、前記自励発振部の最適周波数を記憶する周波数記憶手段と、前記周波数検出手段により検出された周波数と前記周波数記憶手段に記憶された前記最適周波数とを比較する周波数比較手段と、前記周波数比較手段により比較した周波数差に基づいて前記駆動信号生成手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

図１は本発明の第１の実施形態に係る水晶発振器の構成を示す図である。本発明の水晶発振器（発振器）５０は、水晶振動子（振動子）１と、水晶振動子１に接続されて発振ループを形成して発振信号を出力する水晶発振部（発振部）２４、及び水晶発振部２４の起動時に自励発振する自励発振部２５により構成された発振回路と、を備え、自励発振部２５の周波数が水晶発振部２４の周波数よりも高く設定されている。尚、自励発振部２５は、複数のコンデンサー（容量素子）Ｃと、インバーター５（増幅手段）と、抵抗素子４と、複数のコンデンサーＣの合成容量の値を調整するための調整手段９を備えている。また、調整手段９は、複数のコンデンサーＣの中から任意の数のコンデンサーを選択するために、複数のアナログスイッチ８を有する選択手段６（容量選択手段）と、複数のアナログスイッチ８をＯＮ-ＯＦＦするための駆動信号を生成する駆動回路（駆動信号生成手段）７と、を備えている。また、水晶発振部２４は、インバーター２、及び抵抗素子３を直列に接続して構成されている。なお、駆動回路７は前記複数のアナログスイッチ８のＯＮ−ＯＦＦの設定情報を記憶するメモリーを有する。

図４は本発明の第４の実施形態に係る水晶発振器の構成を示す図である。本発明の水晶発振器（発振器）５３は、水晶発振部２４および自励発振部２５を有する発振回路からの出力信号が入力されるバッファー１６から出力される発振信号１７の周波数を検出するカウンター回路（周波数検出手段）１８と、自励発振部２５の最適周波数を記憶するメモリー（周波数記憶手段）２１と、カウンター回路１８により検出された周波数ｆａとメモリー２１に記憶された最適周波数ｆｂとを比較する比較回路（周波数比較手段）１９と、比較回路１９により比較した周波数差に基づいて駆動回路２３に対してどのアナログスイッチ８を選択して駆動するかを指示する容量制御回路（制御手段）２０と、を備えて構成されている。尚、カウンター回路１８には、容量制御回路２０から、カウンター回路１８を停止するカウンター停止信号２２が入力される端子が接続されている。この信号は、比較回路１９により周波数ｆａとｆｂの差が検出されて、その周波数差がゼロとなる容量に設定する信号が出力されたときに出力される。この理由は、自励発振部２５の周波数ｆａが最適周波数ｆｂになると、所定時間後に水晶振動子１の周波数ｆｘに引き込まれるため、カウンター回路１８が動作していると、再びカウントを開始して容量選択回路２３の信号を変化させてしまうためである。

次に本実施形態の水晶発振器５３の動作について説明する。初期状態では、予め容量選択回路２３には、水晶振動子２４の発振周波数より高い周波数となるように容量が選択されている。この状態で電源が投入されると、設定されたコンデンサーの容量と抵抗素子４の値で決定される周波数が自励発振部２５から出力される。その発振信号はバッファー１６を介してカウンター回路１８に入力される。カウンター回路１８はその信号をカウントして１秒当たりのパルス数を計数する。それにより周波数ｆａが分る。比較回路１９は、メモリー２１に記憶されている最適周波数ｆｂとｆａを比較する。従って出力としてはｆｂとｆａの差分が出力される。容量制御回路２０は、その差分に基づいて容量を選択する信号を駆動回路２３に出力する。駆動回路２３では、その信号に基づいて調整手段６内のコンデンサーＣを選択して自励発振部２５と接続する。その結果、発振周波数ｆａはｆｂと等しくなり、比較回路１９から差分がゼロであると出力されると、容量の設定を固定して、カウンター回路１８を停止するカウンター停止信号２２を出力する。その結果、水晶発振部２４は、周波数ｆｂにより励振されて、所定の時間後に水晶振動子１の周波数ｆｘにｆｂを引き込み、以後、水晶周波数ｆｘで発振する。尚、メモリー２１には、最適周波数を適宜設定することができる。また、これらの回路を集積化して、１つのＩＣチップで構成することが可能である。
自励発振部２５の周波数を設定するには、検査工程で測定機を使用して人間が設定することができるが、検査工程に多くの時間を要して効率的でない。そこで本実施形態では、これらを自動化するために、発振器の出力信号をフィードバックし、自励発振周波数を自動的に調整するものである。これにより、検査工程の削減と、発振回路の高速起動を実現することができる。

Claims (6)

1. 振動子と、
   前記振動子に接続されて発振ループを形成する発振部、及び前記発振ループに電気的に接続されて前記発振部の起動時に自励発振する自励発振部、を備え、
   前記自励発振部の発振周波数は、前記発振部の発振周波数よりも高いことを特徴とする発振回路。
2. 前記自励発振部は、容量素子と、増幅手段と、抵抗素子と、前記容量素子の容量値、または前記抵抗素子の抵抗値を調整する調整手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の発振回路。
3. 前記自励発振部は、複数の前記容量素子を有し、
   前記調整手段は、前記複数の前記容量素子の中から任意の数の前記容量素子を選択して前記自励発振部に接続する容量選択手段と、前記容量選択手段を駆動する信号を生成する駆動信号生成手段と、を備えていることを特徴とする請求項２に記載の発振回路。
4. 前記自励発振部は、複数の前記抵抗素子を有し、
   前記調整手段は、前記複数の前記抵抗素子の中から任意の数の前記抵抗素子を選択して前記自励発振部に接続する抵抗選択手段と、前記抵抗選択手段を駆動する信号を生成する駆動信号生成手段と、を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の発振回路。
5. 前記自励発振部はターマン型発振回路であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の発振回路。
6. 前記発振回路から出力される発振信号の周波数を検出する周波数検出手段と、
   前記自励発振部の最適周波数を記憶する周波数記憶手段と、
   前記周波数検出手段により検出された周波数と前記周波数記憶手段に記憶された前記最適周波数とを比較する周波数比較手段と、
   前記周波数比較手段により比較した周波数差に基づいて前記駆動信号生成手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の発振回路。