JP2014007678A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】発振子同士を干渉させることなく、広帯域の基本波発振を可能とする発振器を提供する。
【解決手段】圧電素子Ｘ１の一端を、複数の発振回路が有する各増幅器の入力端にそれぞれ接続し、圧電素子Ｘ１の他端を、複数の伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２をそれぞれ介して出力ノードＮ１に共通して接続する。そして、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２によって、選択用トランジスタＳＭ１，ＳＭ２及びスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御することで、複数の発振回路の何れか１つを選択し駆動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電素子を使用した発振器に関し、特に複数の基本波発振を行う発振器に関するものである。

発振器を複数システムに適応させるための解決法として、発振器の広帯域化がある。これは、システムの要求にあわせて柔軟に対応するために、必須な技術である。
従来、オーバートーン発振を利用したデュアルモード水晶発振回路（ＮＤＫ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、安定な３次と５次のオーバートーン発振を実現できる技術である。しかしながら、このように１つの圧電素子でオーバートーンを取り出す方法では、周波数間隔を自由に選択できない。すなわち、自由に周波数を選択するには、必要な分だけ発振器を持つ必要がある。

ところが、複数の発振器を持つ場合、複数の発振回路と複数の圧電素子とが必要となる。そのため、複数の発振回路と複数の圧電素子との接続端子を持つことでチップ面積の増加を招き、さらに複数の圧電素子を配置する必要があるため、実装面積の増加を招く。
図８は、複数（Ｎ個）の発振器を持つ場合の例である。この図８に示す例では、各発振器の出力が結合容量Ｃｃ１〜ＣｃＮを介して１つに束ねられており、Ｎ個の発振回路のうち１つがオンすることで所望の発振出力を取り出すことができる。しかしながら、このようにＮ個の発振器を束ねた場合、発振器１個の場合と比較して回路規模はＮ倍になる。

また、発振帯域拡大のための伸長コイルが挿入された発振器を複数持つ場合には、図９に示すように、出力の本数（ここではＮ本）分の伸長コイルと電極の数が増えるため、上述した図８の例よりもさらに回路規模の増大を招く。
そこで、回路規模を増大させることなく、複数の発振周波数を自由に選択することができる発振器として、複数の発振回路の出力を１つのノードに束ね、その束ねたノードと各発振回路の入力とに圧電素子を接続する構成とし、選択回路で複数の圧電素子のうち何れか１つを選択して駆動するものがある（例えば、特許文献２参照）。

その概念図を図１０に示す。ここでは、制御信号１〜制御信号Ｎによって、Ｎ個の圧電発振回路のうち何れか１つだけが動作するように制御している。これにより、複数の発振回路の出力同士がぶつかることを避け、１つだけ選択的に発振させることを可能にしている。換言すると、図１０に示す回路は、複数（Ｎ個）のインバータをもつため複数（Ｎ個）の入力を持つが、出力は全て束ねて１つで実現できる多入力１出力の回路である。

また、伸長コイルが挿入された発振器の場合でも、出力が１つであることから、図１１に示すように、１つの伸長コイルで複数の発振器を構成することができ、回路規模の増大を抑えることができる。

特開２００７−２７４６３３号公報 特開２０１０−０２８５０７号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の技術にあっては、図１０及び図１１に示すように、回路を共通化することで電極を削減し、回路規模の増大を抑制することができるが、各発振子の発振帯域が接近しすぎると、発振子間で干渉が起こり発振帯域の制御が困難になる場合がある。
そこで、本発明は、発振子同士を干渉させることなく、広帯域の基本波発振を可能とする発振器を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る発振器の第１の形態は、所定の周波数で励振される１つの圧電素子と、増幅器を有し前記圧電素子に電流を流して当該圧電素子を励振駆動する複数の発振回路と、前記複数の発振回路にそれぞれ対応する複数の伸長用コイルと、を備える発振器であって、前記複数の発振回路の出力が１つの出力ノードに束ねられ、前記圧電素子の一端が、前記複数の発振回路が有する前記増幅器の入力端にそれぞれ接続されると共に、前記圧電素子の他端が前記複数の伸長用コイルをそれぞれ介して前記出力ノードに共通して接続されており、前記複数の発振回路のうち何れか１つを選択的に駆動する選択回路を備えることを特徴としている。

このように、１つの圧電素子に、複数の発振回路とこれに対応する複数の伸長用コイルを接続する構成とし、選択回路で複数の発振回路のうち何れか１つを選択して駆動する。これにより、動作する発振回路を切り替え、発振帯域を切り替えることができるので、全体として広い帯域の基本波発振が可能となる。さらに、発振子を１つしか持たないため、発振子同士が干渉することが無い。そのため、発振帯域の制御が容易となる。また、回路規模の増大も抑えることができる。

さらに、第２の形態は、所定の周波数で励振される圧電素子と、増幅器を有し前記圧電素子に電流を流して当該圧電素子を励振駆動する発振回路と、前記発振回路に対応する伸長用コイルと、をそれぞれ含む複数の圧電発振回路を備える発振器であって、前記複数の発振回路の出力が１つの出力ノードに束ねられ、前記複数の圧電素子の一端が、それぞれ各圧電素子に対応する前記増幅器の入力端に接続されると共に、前記複数の圧電素子の他端が、それぞれ各圧電素子に対応する前記伸長用コイルを介して前記出力ノードに共通して接続されており、前記複数の発振回路のうち何れか１つを選択的に駆動する選択回路を備えることを特徴としている。

このように、圧電素子と発振回路と伸長用コイルとをそれぞれ含む複数の圧電発振回路を備え、選択回路で複数の発振回路のうち何れか１つを選択して駆動する。これにより、動作する発振回路を切り替え、発振周波数を切り替えることができるので、全体として広い帯域の基本波発振が可能となる。さらに、従来のように発振子同士が共通ノードで接続された構成ではないため、発振子間の干渉を防止することができる。そのため、発振帯域の制御が容易となる。また、複数の発振子をもつ構成であるため、発振帯域を広く取ることができ、必要な発振帯域の実現が容易となる。

さらに、第３の形態は、前記選択回路は、電流源と各増幅器との間にそれぞれ介装されたスイッチング素子により構成されており、各スイッチング素子を制御して、前記電流源から前記複数の増幅器のうち何れか１つに電流供給を行うことで、前記複数の発振回路のうち何れか１つを駆動することを特徴としている。
これにより、比較的簡易な回路構成で選択回路を実現することができる。

また、第４の形態は、前記圧電素子を除く回路部をワンチップＩＣで構成したことを特徴としている。
これにより、圧電素子を除く回路部を完全なるＩＣ化とすることができる。このように、伸長用コイルをＩＣチップに内蔵するので、外付けする場合と比較して寄生の影響を受けないようにすることができ、特性を出し易くすることができる。

さらにまた、第５の形態は、前記各増幅器の入出力端と接地との間に夫々配置された容量素子を備え、前記複数の容量素子の少なくとも１つが可変容量素子であることを特徴としている。
これにより、容量素子の容量値を調整することが可能となり、周波数出力を容易に目的とする周波数に調整することができる。

本発明によれば、発振子同士の干渉が起きるのを防止することができるので、発振帯域の制御を容易且つ適切に行うことができる。したがって、広い帯域の基本波発振が可能となり、複数の基本波発振を自由に選択することができる。

第１の実施形態に係る発振器を示す図である。 伸長コイルの機能を説明するための等価回路である。 第２の実施形態に係る発振器を示す図である。 第３の実施形態に係る発振器を示す図である。 第４の実施形態に係る発振器を示す図である。 第５の実施形態に係る発振器を示す図である。 第６の実施形態に係る発振器を示す図である。 従来のＮ個の発振器（伸長コイル無）を持つ例を示す図である。 従来のＮ個の発振器（伸長コイル有）を持つ例を示す図である。 従来のＮ個の発振器（伸長コイル無）を持つ例を示す図である。 従来のＮ個の発振器（伸長コイル有）を持つ例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発振器を示す図である。
本実施形態における発振器は、ＩＣ内部に配置された２つの発振回路と、ＩＣ外部に配置された発振子（圧電素子）Ｘ１及び伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２とを備える。

図中ＮＭ１，ＮＭ２はインバータとして機能するトランジスタであり、トランジスタＮＭ１，ＮＭ２の各ゲートは、夫々圧電素子Ｘ１の一端と電極ＥＬ１を介して電気的に接続されている。
また、トランジスタＮＭ１，ＮＭ２と電流源との間に介装されるＳＭ１，ＳＭ２は、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２を受けることでオン／オフ制御されるトランジスタであり、トランジスタＳＭ１（又はＳＭ２）がオンの場合は、インバータとして機能するトランジスタＮＭ１（又はＮＭ２）へ発振器電流Ｉｄｃを流し込み、オフの場合はトランジスタＮＭ１（又はＮＭ２）へ流れ込む発振器電流Ｉｄｃを遮断する。

さらに、Ｒ１，Ｒ２は発振回路の動作点を決定する抵抗で、該抵抗に直列につながるＳＷ１，ＳＷ２はトランジスタＳＭ１，ＳＭ２と夫々連動してオン／オフするスイッチである。また、Ｃ１，Ｃ２は発振回路の入力側につく容量、Ｃｘは発振回路の出力側につく容量である。
トランジスタＮＭ１及びＳＭ１、抵抗Ｒ１、スイッチＳＷ１、容量Ｃ１で１つの発振回路（第１の発振回路）を構成し、トランジスタＮＭ２及びＳＭ２、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ２、容量Ｃ２でもう１つの発振回路（第２の発振回路）を構成している。

これら２つの発振回路の出力は、図示の通り出力ノードＮ１で１つに束ねられており、出力ノードＮ１と圧電素子Ｘ１の他端との間に伸長用コイルＬｓ１が挿入されている。すなわち、圧電素子Ｘ１の他端が伸長用コイルＬｓ１の一端に接続され、伸長用コイルＬｓ１の他端が出力ノードＮ１と電極ＥＬ２を介して電気的に接続されている。
また、同様に、出力ノードＮ１と圧電素子Ｘ１の他端との間には、伸長用コイルＬｓ２が挿入されている。すなわち、圧電素子Ｘ１の他端が伸長用コイルＬｓ２の一端に接続され、伸長用コイルＬｓ２の他端が出力ノードＮ１と電極ＥＬ３を介して電気的に接続されている。

これら伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２は、周波数感度を向上させるために設けられるものである。以下、伸長用コイルの機能について説明する。
図２は、伸長用コイルＬｓの機能を説明するための等価回路である。等価容量をＣｔとすると、ＣＬ１，ＣＬ２，Ｌｓの直列インピーダンスは以下のようになる。
１／（ｊω＊Ｃｔ）＝１／（ｊω＊ＣＬ１）＋１／（ｊω＊ＣＬ２）＋ｊω＊Ｌｓ
１／Ｃｔ ＝（１／ＣＬ１＋１／ＣＬ２）−ω²＊Ｌｓ ………（１）

ここで、ωは角周波数である。また、１／ＣＬ＝１／ＣＬ１＋１／ＣＬ２とすると、上記（１）式より以下の式が導出される。
１／Ｃｔ＝１／ＣＬ−ω²＊Ｌｓ
＝（１−ω²＊Ｌｓ＊ＣＬ ）／ＣＬ
∴ Ｃｔ＝ＣＬ／（１−ω²＊Ｌｓ＊ＣＬ） ………（２）
また、圧電素子の発振周波数ｆは、直列共振周波数ｆｓを用いると、
ｆ＝ｆｓ＊｛１＋Ｃ１／（２＊（Ｃ０＋Ｃｔ））｝
＝ｆｓ＊（１＋Δ） ………（３）
で表される。ここで、Δ＝Ｃ１／（２＊（Ｃ０＋Ｃｔ））、ｆｓ＝１／｛２＊π＊√（Ｌ１＊Ｃ１）｝である。

上記（３）式が周波数感度（可変範囲）のＬｓ依存性を示している。
このとき、上記（２）式からも明らかなように、
ω²＊Ｌｓ＊ＣＬ＞１
Ｌｓ＞１／（ω²＊ＣＬ） ………（４）
を満たす伸長用コイルではＣｔは負の容量として動作する。この領域では、上記（３）式が示すようにΔが大きくなるので、周波数可変範囲は大きくなる傾向になる。一方、Ｃｔが正の領域ではΔは小さくなるので、周波数可変範囲は伸長用コイルがあっても小さくなる傾向になる。

このように、伸長用コイルを挿入することで周波数の調整を行うことができる。
本実施形態では、異なるインダクタンス値を有する伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２を、出力ノードＮ１と圧電素子Ｘ１との間にそれぞれ挿入することで、周波数の調整を行うものとする。
図１に戻って、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２は、２つの発振回路のうち何れか１つがオンするように制御される。例えば、ＳＥＬ１＝Ｈレベル、ＳＥＬ２＝Ｌレベルであるときには、トランジスタＳＭ１及びスイッチＳＷ１がオン、トランジスタＳＭ２及びスイッチＳＷ２がオフとなる。その結果、電流源ＩｄｃとＮＭ１，Ｃ１，Ｃｘ，Ｌｓ１，Ｘ１を含む閉ループとで発振器を構成し、その出力が最終的な出力ＯＵＴとなる。

一方、ＳＥＬ１＝Ｌレベル、ＳＥＬ２＝Ｈレベルであるときには、トランジスタＳＭ２及びスイッチＳＷ２がオン、トランジスタＳＭ１及びスイッチＳＷ１がオフとなる。その結果、電流源ＩｄｃとＮＭ２，Ｃ２，Ｃｘ，Ｌｓ２，Ｘ２を含む閉ループとで発振器を構成し、その出力が最終的な出力ＯＵＴとなる。
このように、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２を切り替えることで、動作する発振回路を切り替えることができる。これにより、発振帯域を、第１の発振回路とこれに対応する伸長用コイルＬｓ１とによって決定する発振帯域と、第２の発振回路とこれに対応する伸長用コイルＬｓ２とによって決定する発振帯域とで切り替えることができる。言い換えると、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２によって閉ループを切り替えることで、異なる２つの発振帯域で動作する発振器を構成することができる。

ここで、動作する帯域を連続帯域とするか離散帯域とするかは、用途に応じて決定するものとし、その切り替えは、伸長用コイルＬｓ１及びＬｓ２のインダクタンス値を調整すること等により容易に行うことができる。
なお、ＳＥＬ１＝Ｌレベル、ＳＥＬ２＝Ｌレベルの場合には、発振器を停止状態とし、ＳＥＬ１＝Ｈレベル、ＳＥＬ２＝Ｈレベルの場合には、発振器を禁止状態とするものとする。

このように、上記第１の実施形態では、２つの発振回路の出力を１つに束ね、１つの圧電素子の一端を各発振回路の入力に接続すると共に、当該圧電素子の他端を２つの発振回路に対応して設けられた２つの伸長用コイルにそれぞれ接続する。そして、選択回路で２つの発振回路のうち何れか一方を選択して駆動する。これにより、選択した発振回路とこれに対応する伸長用コイルとで決定する帯域で動作できるようになる。

すなわち、動作する発振回路を切り替えることで、発振帯域を切り替えることができる。したがって、発振器全体として広い帯域の基本波発振が可能となる。
また、１つの圧電素子を各発振回路で共通して用いるため、圧電素子を複数設ける必要がなくなり、その分の部品点数を削減することができる。そのため、回路規模の増大を抑制することができる。

さらに、圧電素子を１つしか使用しないため、圧電素子同士の干渉が起きることなく、広い帯域の基本波発振が可能となる。そして、圧電素子間の干渉が無いため、発振帯域の制御が容易となる。
また、集積した発振回路に圧電素子及び伸長用コイルを接続する構成とすることで、所望の特性の圧電素子や所望の数値の伸長用コイルを挿入することができ、自由に基本波発振を調整することができる。

また、電流源と増幅用のトランジスタとの間にそれぞれスイッチング素子（トランジスタ）介装し、各スイッチング素子を制御することで、電流源から複数の増幅器のうち何れか１つのみに電流供給を行うようにするので、比較的簡易な回路構成で、複数の発振回路から１つを選択する選択回路を実現することができる。
以上のように、回路規模や部品点数を増大させることなく、且つ発振子同士を干渉させることなく、広い帯域の基本波発振が可能となる。
なお、上記第１の実施形態においては、発振回路と、これに対応する伸長用コイルとをそれぞれ２つずつ設ける場合について説明したが、それぞれ３つ以上ずつあってもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明における第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、圧電素子を１つのみで発振器を構成しているのに対し、複数の圧電素子で発振器を構成するようにしたものである。
図３は、第２の実施形態に係る発振器を示す図である。
この第２の実施形態における発振器は、図３に示すように、ＩＣ内部に配置された発振回路とＩＣ外部に配置された発振子（圧電素子）及び伸長用コイルとの組からなる圧電発振回路１１，１２を備える。ここで、上記発振回路の構成は、上述した第１の実施形態における発振回路と同一である。

ここでは、トランジスタＮＭ１，ＮＭ２の各ゲートが、夫々圧電素子Ｘ１，Ｘ２の一端と電極ＥＬ１，ＥＬ２を介して電気的に接続されている。圧電素子Ｘ１，Ｘ２は、それぞれ異なる特性を有するものとする。
また、圧電発振回路１１，１２の出力は、図示の通り出力ノードＮ１で１つに束ねられており、出力ノードＮ１と圧電素子Ｘ１の他端との間に伸長用コイルＬｓ１が挿入されている。すなわち、圧電素子Ｘ１の他端が伸長用コイルＬｓ１の一端に接続され、伸長用コイルＬｓ１の他端が出力ノードＮ１と電極ＥＬ３を介して電気的に接続されている。

そして、出力ノードＮ１と圧電素子Ｘ２の他端との間に伸長用コイルＬｓ２が挿入されている。すなわち、圧電素子Ｘ２の他端が伸長用コイルＬｓ２の一端に接続され、伸長用コイルＬｓ２の他端が出力ノードＮ１と電極ＥＬ４を介して電気的に接続されている。
また、選択信号ＳＥＬがＨレベルであるときには、選択信号ＳＥＬ１＝Ｈレベル、選択信号ＳＥＬ２＝Ｌレベルとなり、選択信号ＳＥＬがＬレベルであるときには、選択信号ＳＥＬ１＝Ｌレベル、選択信号ＳＥＬ２＝Ｈレベルとなるようになっている。

したがって、ＳＥＬ＝Ｈレベルであるときには、トランジスタＳＭ１及びスイッチＳＷ１がオン、トランジスタＳＭ２及びスイッチＳＷ２がオフとなる。その結果、電流源ＩｄｃとＮＭ１，Ｃ１，Ｃｘ，Ｌｓ１，Ｘ１を含む閉ループとで発振器を構成し、その出力が最終的な出力ＯＵＴとなる。一方、ＳＥＬ＝Ｌレベルであるときには、トランジスタＳＭ２及びスイッチＳＷ２がオン、トランジスタＳＭ１及びスイッチＳＷ１がオフとなる。その結果、電流源ＩｄｃとＮＭ２，Ｃ２，Ｃｘ，Ｌｓ２，Ｘ２を含む閉ループとで発振器を構成し、その出力が最終的な出力ＯＵＴとなる。

すなわち、選択信号ＳＥＬを切り替えることによって、動作する発振回路（動作する圧電素子）を切り替え、異なる２つの周波数で発振する発振器としている。
このように、上記第２の実施形態では、圧電素子、発振回路、伸長用コイルをそれぞれ含む２つの圧電発振回路を備え、選択回路で２つの発振回路のうち何れか１つを選択して駆動する。これにより、選択した発振回路に対応する圧電素子の発振周波数で動作できるようになる。

すなわち、動作する発振回路を切り替えることで、発振周波数を切り替えることができる。したがって、発振器全体として広い帯域の基本波発振が可能となる。
また、それぞれ独立した圧電発振回路を備えるので、発振子同士の発振帯域が接近している場合であっても、発振子同士で干渉することなく、広い帯域の基本波発振が可能となる。

さらに、複数の発振子をもつ構成であるため、発振子を１つとする場合と比較して発振帯域を広く取ることができ、必要な発振帯域を容易に実現することができる。
また、複数の発振回路の出力を１つのノードに束ねる構成であるため、発振回路の出力側につく容量Ｃｘを共通して使用することができ、その分の部品点数の削減と回路規模の削減とを図ることができる。

なお、上記第２の実施形態においては、圧電素子Ｘ１，Ｘ２をそれぞれ異なる特性とする場合について説明したが、圧電素子Ｘ１，Ｘ２を同一特性とすることもできる。この場合、伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２のインダクタンス値を異なる数値とする。これにより、選択信号ＳＥＬの切り替えによって、発振帯域を切り替えることができる。
また、上記第２の実施形態においては、圧電発振回路を２つとする場合について説明したが、３つ以上であってもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明における第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、前述した第１の実施形態において、伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２をＩＣチップ内部に配置するようにしたものである。
図４は、第３の実施形態に係る発振器を示す図である。
この図４に示すように、第３の実施形態の発振器は、前述した図１の発振器において、伸長用コイルＬｓ１及びＬｓ２が、ＩＣチップ内部に挿入されていることを除いては、図１の発振器と同様の構成を有する。

発振周波数ｆが１ＧＨｚを超える高周波の場合、必要な伸長用コイルは１ｎＨ未満の大きさとなる。このような場合、ＩＣチップ内部に取り込むことで所望の性能を達成できる。
例えば、発振周波数ｆ＝２ＧＨｚ、ＣＬ＝１０ｐＦとした場合、前記（４）式より、
Ｌｓ＞０．６３［ｎＨ］
を得る。この程度の数値ならば、伸長用コイルＬｓを十分ＩＣチップに内蔵可能である。

このように、第３の実施形態では、圧電素子Ｘ１を除く回路部をワンチップＩＣで構成する。伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２をＩＣチップに内蔵することにより、伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２を外付けにした場合よりも寄生の影響を受けないようにすることができ、特性を出し易くすることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明における第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、前述した第２の実施形態において、伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２をＩＣチップ内部に配置するようにしたものである。
図５は、第４の実施形態に係る発振器を示す図である。
この図５に示すように、第４の実施形態の発振器は、前述した図３の発振器において、伸長用コイルＬｓ１及びＬｓ２が、ＩＣチップ内部に挿入されていることを除いては、図３の発振器と同様の構成を有する。

このように、第４の実施形態では、圧電素子Ｘ１，Ｘ２を除く回路部をワンチップＩＣで構成する。伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２をＩＣチップに内蔵することにより、伸長用コイルＬｓ１，Ｌｓ２を外付けにした場合よりも寄生の影響を受けないようにすることができ、特性を出し易くすることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明における第５の実施形態について説明する。
この第５の実施形態は、前述した第１の実施形態において、容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃｘを可変容量素子としたものである。
図６は、第５の実施形態に係る発振器を示す図である。
この図６に示すように、第５の実施形態の発振器は、前述した図１の発振器において、容量素子Ｃ１が可変容量素子Ｃ１´に置換され、容量素子Ｃ２が可変容量素子Ｃ２´に置換され、容量素子Ｃｘが可変容量素子Ｃｘ´に置換されていることを除いては、図１の発振器と同様の構成を有する。

ここで、可変容量素子Ｃ１´，Ｃ２´，Ｃｘ´の容量値は、電圧レベルやデジタルコードによって変えることができるものとする。
このような構成により、前述した第１の実施形態と同様に、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２で閉ループを切替えることで、動作する発振回路を切り替えることができる。さらに、発振回路を構成するＣ１´、Ｃ２´及びＣｘ´は可変容量素子であるので、各容量素子の容量値を変更することで、前記（３）式で示される範囲で周波数を調整することができる。

このように、上記第５の実施形態では、各増幅器の入出力端と接地との間に夫々配置された容量素子を可変容量素子とするので、容易に目的とする周波数に調整することができる。また、ＩＣチップ内部に上記可変容量素子を具備することで、発振周波数の調整を容易且つ適切に行うことができる。
なお、上記第５の実施形態においては、容量Ｃ１´、Ｃ２´、Ｃｘ´をすべて可変容量素子で構成する場合について説明したが、仕様によっては全部を可変容量素子で構成する必要はない。

（第６の実施形態）
次に、本発明における第６の実施形態について説明する。
この第６の実施形態は、前述した第２の実施形態において、容量素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃｘを可変容量素子としたものである。
図７は、第６の実施形態に係る発振器を示す図である。
この図７に示すように、第６の実施形態の発振器は、前述した図３の発振器において、容量素子Ｃ１が可変容量素子Ｃ１´に置換され、容量素子Ｃ２が可変容量素子Ｃ２´に置換され、容量素子Ｃｘが可変容量素子Ｃｘ´に置換されていることを除いては、図３の発振器と同様の構成を有する。なお、圧電発振回路１１，１２は圧電発振回路２１，２２に置換している。

ここで、可変容量素子Ｃ１´，Ｃ２´，Ｃｘ´の容量値は、電圧レベルやデジタルコードによって変えることができるものとする。
このような構成により、前述した第２の実施形態と同様に、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２で閉ループを切替えることで、動作する発振回路を切り替えることができる。さらに、発振回路を構成するＣ１´、Ｃ２´及びＣｘ´は可変容量素子であるので、各容量素子の容量値を変更することで、前記（３）式で示される範囲で周波数を調整することができる。

このように、上記第６の実施形態では、各増幅器の入出力端と接地との間に夫々配置された容量素子を可変容量素子とするので、容易に目的とする周波数に調整することができる。また、ＩＣチップ内部に上記可変容量素子を具備することで、発振周波数の調整を容易且つ適切に行うことができる。
なお、上記第６の実施形態においては、容量Ｃ１´、Ｃ２´、Ｃｘ´をすべて可変容量素子で構成する場合について説明したが、仕様によっては全部を可変容量素子で構成する必要はない。

（応用例）
上記第２、第４、第６の実施形態においては、発振器をセンサ発振器として適用することもできる。この場合、Ｘ１，Ｘ２は感度のそろった圧電素子であるものとする。感度とは、入力に対する出力の変化量を意味し、同じ共振周波数である必要はない。
例えば、圧電素子Ｘ１を、外部環境を遮断する実装にし、圧電素子Ｘ２を、窓あけするなどして外部環境に曝される実装にすることで、圧電素子Ｘ１を基準発振器として機能させ、圧電素子Ｘ２をセンサ発振器として機能させる。
この場合、選択信号ＳＥＬを一定時間ごとに切り替えて動作させると、基準素子側での発振とセンサ素子側の発振とで切り替わる動作になる。基準発振器側は外部環境と遮断されているので安定な発振を続けるが、センサ発振器側は外部環境に影響を受ける発振周波数になる。この周波数応答は、圧電素子表面に物質が付着するとその質量に応じて共振周波数が変動するために生じている。

この性質を利用することで、質量センサや応力センサなどの物理センサだけでなく、圧電素子に反応膜を形成することでガスセンサに代表される化学センサとしても使用することができる。このように、容易にセンサ回路を構築することができる。

１１，１２…圧電発振回路、２１，２２…圧電発振回路、Ｃ１，Ｃ２，Ｃｘ…容量素子、Ｃ１´，Ｃ２´，Ｃｘ´…可変容量素子、ＥＬ１〜ＥＬ４…電極、Ｎ１…出力ノード、ＮＭ１，ＮＭ２…増幅用トランジスタ、ＳＭ１，ＳＭ２…選択用トランジスタ、ＳＷ１，ＳＷ２…選択用スイッチ、Ｘ１，Ｘ２…圧電素子

Claims (5)

1. 所定の周波数で励振される１つの圧電素子と、増幅器を有し前記圧電素子に電流を流して当該圧電素子を励振駆動する複数の発振回路と、前記複数の発振回路にそれぞれ対応する複数の伸長用コイルと、を備える発振器であって、
   前記複数の発振回路の出力が１つの出力ノードに束ねられ、
   前記圧電素子の一端が、前記複数の発振回路が有する前記増幅器の入力端にそれぞれ接続されると共に、前記圧電素子の他端が前記複数の伸長用コイルをそれぞれ介して前記出力ノードに共通して接続されており、
   前記複数の発振回路のうち何れか１つを選択的に駆動する選択回路を備えることを特徴とする発振器。
2. 所定の周波数で励振される圧電素子と、増幅器を有し前記圧電素子に電流を流して当該圧電素子を励振駆動する発振回路と、前記発振回路に対応する伸長用コイルと、をそれぞれ含む複数の圧電発振回路を備える発振器であって、
   前記複数の発振回路の出力が１つの出力ノードに束ねられ、
   前記複数の圧電素子の一端が、それぞれ各圧電素子に対応する前記増幅器の入力端に接続されると共に、前記複数の圧電素子の他端が、それぞれ各圧電素子に対応する前記伸長用コイルを介して前記出力ノードに共通して接続されており、
   前記複数の発振回路のうち何れか１つを選択的に駆動する選択回路を備えることを特徴とする発振器。
3. 前記選択回路は、電流源と各増幅器との間にそれぞれ介装されたスイッチング素子により構成されており、各スイッチング素子を制御して、前記電流源から前記複数の増幅器のうち何れか１つに電流供給を行うことで、前記複数の発振回路のうち何れか１つを駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の発振器。
4. 前記圧電素子を除く回路部をワンチップＩＣで構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の発振器。
5. 前記各増幅器の入出力端と接地との間に夫々配置された容量素子を備え、前記複数の容量素子の少なくとも１つが可変容量素子であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発振器。

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