JP2014158108A

JP2014158108A - 電圧制御型発振回路

Info

Publication number: JP2014158108A
Application number: JP2013027049A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Jinushi; 活也地主
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2014-08-28

Abstract

【課題】制御電圧により発振アンプで構成される容量を変化させることが出来、発振アンプとバリキャップで構成されるトータルの容量変化幅を大きくする電圧制御型発振回路を提供する。
【解決手段】電圧制御型発振回路は、第１の容量３の一方の端子が発振アンプ１の入力端子に接続され、他方の端子が第１の振動子接続端子ＸＴに接続されている。第２の容量４の一方の端子が発振アンプ１の出力端子に接続され、他方の端子が第２の振動子接続端子ＸＴＮに接続されている。振動子は表示しない。第１又は第２の振動子接続端子ＸＴ、ＸＴＮにカソードが接続され、第１又は第２の容量３、４にアノードが接続された第３の電圧可変容量素子２と、一端が第３の可変容量素子２のアノードに接続され、他端が接地電位に接続された第３の抵抗１０とを接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振アンプとバリキャップで構成されるトータルの容量変化幅を大きくすることが出来る電圧制御型発振回路に関するものである。

従来、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Xtal Oscillator）は、シリコンなどの半導体チップに１チップで形成された電圧制御型発振回路に水晶振動子などの圧電振動子を外付けして形成される。
電圧制御型発振回路は、図４に示されるように、直流カット用の容量１０３、１０４の一方の端子が反転増幅器１０１の入力端子と出力端子に各々接続され、他方の端子が振動子接続端子ＸＴ、ＸＴＮにそれぞれ接続されている。振動子は直接本発明とは関係ないので表示しない。電圧可変容量素子１０７、１０８のそれぞれ一方の端子（カソード）は、容量１０３、１０４の他方の端子と振動子接続端子ＸＴ、ＸＴＮにそれぞれ接続されている。電圧可変容量素子１０７、１０８の他方の端子は、接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。また、反転増幅器１０１は、その入出力端子間に帰還抵抗１０９を並列接続している。周波数制御電圧Ｖｉｎは、バイアス抵抗１０５を介して、振動子接続端子ＸＴと容量１０３の他方の端子との接続部と電圧可変容量素子１０７の一方の端子（カソード）間に入力され、また、バイアス抵抗１０６を介して、振動子接続端子ＸＴＮと容量１０４の他方の端子との接続部と電圧可変容量素子１０７の一方の端子（カソード）間に入力される。

電圧制御型発振回路は、水晶振動子が負荷容量との間で共振ループを形成し、反転増幅器が前記共振ループでの損失を補うことによって発振の継続が行われるものである。図４の回路における共振ループは、水晶振動子と容量１０３、１０４と電圧可変容量素子１０７、１０８を結んだループであり、これら容量の直列接続に寄生容量を加えたものがこの発振回路における負荷容量となる。

特許文献１には発振周波数の電圧制御特性の直線性を確保する電圧制御水晶発振器が開示されている。電圧制御水晶発振器は、水晶振動子、反転増幅器、１対の直流カット容量、制御電圧入力端子、１対のバイアス抵抗及び１対の電圧可変容量素子を備えている。また、電圧可変容量素子に並列接続された１対の発振特性調整用抵抗が設けられている。電圧可変容量素子に接続された発振特性調整用抵抗を用いることにより、発振周波数の電圧制御特性の直線性を確保することができ、発振周波数の的確な電圧制御を可能にすることができる。

特開２００８−７２５５３号公報

図４に示す従来の電圧制御型発振回路において、発振部の容量は、容量１０３、反転増幅器１０１、容量１０４の容量Ｃ１、ＣＬosc、Ｃ２で構成される。これら容量は、制御電圧（Ｖｉｎ）であるＶｉｎ印加電圧によって変化しないため固定の容量となる（図２（ａ）参照）。また、電圧可変容量素子のＣＶ１、ＣＶ２で構成される容量は、Ｖｉｎ印加電圧が高い場合小さくなり、Ｖｉｎ印加電圧が小さい場合大きくなる（図２（ａ）参照）。これらの容量により発振周波数は変化する。発振器としては意図的に容量変化を求められるが、容量変化幅を出来るだけ大きくして周波数可変幅を増やす方法が望まれる。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、制御電圧により発振アンプで構成される容量を変化させることが出来、発振アンプとバリキャップで構成されるトータルの容量変化幅を大きくする電圧制御型発振回路を提供する。

本発明の電圧制御型発振回路は、反転増幅器と、一方の端子が前記反転増幅器の入力端子に接続され、他方の端子が第１の振動子接続端子（ＸＴ）に接続された第１の容量と、一方の端子が前記反転増幅器の出力端子に接続され、他方の端子が第２の振動子接続端子（ＸＴＮ）に接続された第２の容量と、制御電圧入力端子（Ｖｉｎ）と、一方の端子（カソード）が前記第１の振動子接続端子（ＸＴ）に接続され、他方の端子（アノード）が接地電位に接続された第１の電圧可変容量素子と、一方の端子（カソード）が前記第２の振動子接続端子（ＸＴＮ）に接続され、他方の端子（アノード）が前記接地電位に接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の振動子接続端子と前記第１の電圧可変容量素子の一方の端子（カソード）との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子（Ｖｉｎ）に接続された第１のバイアス抵抗と、前記第２の振動子接続端子と前記第２の電圧可変容量素子の一方の端子（カソード）との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子（Ｖｉｎ）に接続された第２のバイアス抵抗とを具備し、前記第１又は第２の振動子接続端子にカソードが接続され、前記第１又は第２の容量にアノードが接続された第３の可変容量素子と、一端が当該第３の可変容量素子のアノードに接続され、他端が接地電位に接続された第３の抵抗とを接続したことを特徴としている。

制御電圧により発振アンプで構成される容量を変化させることが出来、発振アンプとバリキャップで構成されるトータルの容量変化幅を大きくして周波数可変幅を増やすことが可能になる。

実施例１に係る電圧制御型発振回路の回路図。図１及び図３の電圧制御型発振回路の特性を説明する特性図。実施例２に係る電圧制御型発振回路の回路図。従来の電圧制御型発振回路の回路図。

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

この実施例では反転増幅器（以下、発振アンプという）の出力側に第３の電圧可変容量素子（バリキャップ）を取付けたことに特徴がある。
電圧制御水晶発振器は、シリコンなどの半導体チップに１チップで形成された電圧制御型発振回路に水晶振動子などの圧電振動子を外付けして形成される。
この実施例の電圧制御型発振回路は、図１に示されるように、直流カットに用いる第１の容量３（容量Ｃ１）の一方の端子が発振アンプ１（容量ＣＬosc）の入力端子に接続され、他方の端子が第１の振動子接続端子ＸＴに接続されている。同じく、直流カットに用いる第２の容量４（容量Ｃ２）の一方の端子が発振アンプ１の出力端子に接続され、他方の端子が第２の振動子接続端子ＸＴＮに接続されている。振動子については、直接本発明とは関係ないので表示しない。

制御電圧Ｖｉｎは、制御電圧入力端子（Ｖｉｎ）より第１のバイアス抵抗５及び第２のバイアス抵抗６を介して発振回路の内部に入力される。
第１の電圧可変容量素子７（容量ＣＶ１）の一方の端子（カソード）は、第１の振動子接続端子ＸＴに接続され、他方の端子（アノード）は接地電位に接続されている。第２の電圧可変容量素子８（容量ＣＶ２）の一方の端子（カソード）は、第２の振動子接続端子ＸＴＮに接続され、他方の端子（アノード）が前記接地電位に接続されている。
第１のバイアス抵抗５は、第１の振動子接続端子ＸＴと第１の電圧可変容量素子７の一方の端子（カソード）との間に一端が接続され、他端が制御電圧入力端子Ｖｉｎに接続されている。また、第２のバイアス抵抗６は、第２の振動子接続端子ＸＴＮと第２の電圧可変容量素子８の一方の端子（カソード）との間に一端が接続され、他端が制御電圧入力端子Ｖｉｎに接続されている。

第３の電圧可変容量素子２（容量ＣＶ３）は、第２の振動子接続端子ＸＴＮにカソードが接続され、第２の容量４にアノードが接続されている。さらに、第３の抵抗１０は、一端が第３の電圧可変容量素子２のアノードに接続され、他端が接地電位に接続されている。この第３の抵抗を入れることによって、制御電圧により発振アンプで構成される容量を変化させることが出来、発振アンプとバリキャップで構成されるトータルの容量変化幅を大きくして周波数可変幅を増やすことが可能になる。

つぎに、図２を参照して第３の電圧可変容量素子の作用を説明する。図２は、縦軸が容量、横軸が制御電圧（Ｖｉｎ印加電圧）を表わし、振動子から見た制御電圧に基づく容量の変化幅を説明している。
前述のように、従来の電圧制御型発振回路における発振部容量は、容量１０３、反転増幅器１０１、容量１０４の容量Ｃ１、ＣＬosc、Ｃ２で構成される（図４参照）がこれら容量は、Ｖｉｎ印加電圧によって変化せず固定の容量となる。また、電圧可変容量素子１０７、１０８のＣＶ１、ＣＶ２で構成される容量は、Ｖｉｎ印加電圧が高い場合小さくなり、Ｖｉｎ印加電圧が小さい場合大きくなる（図２（ａ）参照）。振動子から見たトータルの容量は、これらの固定の容量と変動する容量の総和になる。発振器としては容量変化幅を出来るだけ大きくして周波数可変幅を増やすことが望まれる。

この実施例では、容量３、４及び発振アンプ１のＣ１、ＣＬosc、Ｃ２で構成される固定の容量に電圧で容量が変わる第３の電圧可変容量素子２の容量ＣＶ３を加えてＣ１、ＣＬosc、Ｃ２、ＣＶ３で構成される容量を作る。これは、図２（ａ）に示される固定の容量ではなく、Ｖｉｎ印加電圧が高い場合小さくなり、Ｖｉｎ印加電圧が小さい場合大きくなる変動する容量である（図２（ｂ）参照）。この変動する容量と、同じく変動するＣＶ１、ＣＶ２で構成される容量の総和が振動子から見たトータルの容量となる（図２（ｂ）参照）。このトータルな容量と従来の電圧制御型発振回路の振動子から見たトータルな容量とを比較すると、振動子から見た容量変化幅は、この実施例の方が従来のものより大きく変化している（図２（ａ）、（ｂ）参照）。

このように、制御電圧により発振アンプで構成される容量を変化させることが出来、発振アンプとバリキャップで構成されるトータルの容量変化幅を大きくすることができる。

次に、図３を参照して、実施例２を説明する。
この実施例では、実施例１では発振アンプの出力側に第３の電圧可変容量素子を取付けたのに対し、発振アンプの入力側に取付けたことに特徴がある。
図３は、図１に示す発振アンプ１の出力側に形成した第３の電圧可変容量素子２及び第３の抵抗１０を入力側に取付けたものである。即ち、第３の電圧可変容量素子１２は、第１の振動子接続端子ＸＴにカソードが接続され、第１の容量３に第３の抵抗１１の一端を介してアノードが接続されている。第３の抵抗１１は、
一端が第３の電圧可変容量素子１２のアノード及び第１の容量に接続され、他端が接地電位に接続されている。

発振回路の発振部の容量ＣＬは、（１／ＣＬ）＝（１／Ｃ１）＋（１／ＣＬosc）＋（１／Ｃ２）＋（１／Ｃ３）で表わされる。即ち、ＣＬ＝Ｃ１・ＣＬosc・Ｃ２・Ｃ３／（ＣＬosc・Ｃ２・Ｃ３＋Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３＋Ｃ１・ＣＬosc・Ｃ３＋Ｃ１・ＣＬosc・Ｃ２）である。この値は、第３の電圧可変容量素子が発振アンプのどちら側にあっても作用効果は実質的に同じである。
したがって、実施例２は、実施例１と同様に、制御電圧により発振アンプで構成される容量を変化させることが出来、発振アンプとバリキャップで構成されるトータルの容量変化幅を大きくすることができる。
なお、発振アンプは、ＣＭＯＳ型、バイポーラ型のいずれを用いることも可能である。また、第３の電圧可変容量素子及び第３の抵抗は、発振アンプの入力側及び出力側の両方に同時に取付けることができる。

１・・・反転増幅器（発振アンプ）
２、７、８、１２・・・電圧可変容量素子（バリキャップダイオード）
３、４・・・容量
５、６、９、１０、１１・・・抵抗

Claims

反転増幅器と、一方の端子が前記反転増幅器の入力端子に接続され、他方の端子が第１の振動子接続端子に接続された第１の容量と、一方の端子が前記反転増幅器の出力端子に接続され、他方の端子が第２の振動子接続端子に接続された第２の容量と、制御電圧入力端子と、一方の端子（カソード）が前記第１の振動子接続端子に接続され、他方の端子（アノード）が接地電位に接続された第１の電圧可変容量素子と、一方の端子（カソード）が前記第２の振動子接続端子に接続され、他方の端子（アノード）が前記接地電位に接続された第２の電圧可変容量素子と、前記第１の振動子接続端子と前記第１の電圧可変容量素子の一方の端子（カソード）との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子に接続された第１のバイアス抵抗と、前記第２の振動子接続端子と前記第２の電圧可変容量素子の一方の端子（カソード）との間に一端が接続され、他端が前記制御電圧入力端子に接続された第２のバイアス抵抗とを具備し、前記第１又は第２の振動子接続端子にカソードが接続され、前記第１又は第２の容量にアノードが接続された第３の可変容量素子及び一端が当該第３の電圧可変容量素子のアノードに接続され、他端が接地電位に接続された第３の抵抗を接続したことを特徴とする電圧制御型発振回路。