JP2016189564A - Oscillation device - Google Patents
Oscillation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016189564A JP2016189564A JP2015069198A JP2015069198A JP2016189564A JP 2016189564 A JP2016189564 A JP 2016189564A JP 2015069198 A JP2015069198 A JP 2015069198A JP 2015069198 A JP2015069198 A JP 2015069198A JP 2016189564 A JP2016189564 A JP 2016189564A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oscillation
- rectangular wave
- circuit
- oscillation circuit
- amplifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、水晶振動子などの電気機械振動子を用いた発振回路から得られた発振信号を、デジタル回路の基準クロック信号等として使用可能な矩形波信号に変換する発振装置に関する。 The present invention relates to an oscillation device that converts an oscillation signal obtained from an oscillation circuit using an electromechanical oscillator such as a crystal oscillator into a rectangular wave signal that can be used as a reference clock signal or the like of a digital circuit.
デジタル回路の安定動作の観点から、動作の基準となる電気信号(基準クロック信号)を作成するクロック用発振装置には、位相雑音の少ない高品質な基準クロック信号を出力することが望まれる。基準クロック信号を生成するために、LCによる正帰還発振回路であるコルピッツ型発振回路が用いられているが、より位相雑音特性に優れるとして知られるクラップ型発振回路を用いているものもある。 From the viewpoint of stable operation of a digital circuit, it is desired to output a high-quality reference clock signal with little phase noise to a clock oscillation device that creates an electrical signal (reference clock signal) that is an operation reference. In order to generate the reference clock signal, a Colpitts type oscillation circuit which is a positive feedback oscillation circuit using LC is used, but there is also a type using a clap type oscillation circuit which is known to have more excellent phase noise characteristics.
図6は直流バイアス回路を省略したLC回路によるクラップ型発振回路である。図6に示すように、発振回路用増幅器1であるトランジスタのベース−エミッタ間に帰還容量9が接続されると共に、トランジスタのコレクタ−エミッタ間に別の帰還容量10が接続されている。また、トランジスタのベース−コレクタ間には、共振用のクラップ容量8とインダクタ14の直列回路が接続されている。この種の発振回路では、トランジスタの帰還電圧は2つの帰還容量9,10による分圧器から決まるが、図6に示すクラップ型発振回路では、発振周波数はクラップ容量8と帰還容量9,10とインダクタ14で決まるため、クラップ容量を可変容量に置き換え、発振周波数の調整が可能な電圧制御型水晶発振器(VCXO)の用途でよく使用されている。また、クラップ容量8とインダクタ14の位置を入れ替えてもクラップ型発振回路としての動作は変わらない。
FIG. 6 shows a clap type oscillation circuit by an LC circuit in which a DC bias circuit is omitted. As shown in FIG. 6, a
図7は電気機械振動子の一つである水晶振動子の等価回路図である。水晶振動子には直列共振周波数f1と並列共振周波数f2という位相がゼロになる2つの周波数がある。f1は等価直列インダクタ15と等価直列容量16で決まる共振周波数で、f2は等価直列インダクタ15と等価直列容量16と並列容量18で決まる共振周波数であり、f1<f<f2という狭い周波数範囲で安定した発振周波数fを得ることができる。この周波数範囲では、水晶振動子はインダクタとして働くため、図6のインダクタ14を水晶振動子に置き換えると、安定した発振周波数が得られるクラップ型発振回路となる。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of a crystal resonator which is one of electromechanical resonators. There are two frequencies in the crystal resonator, which are a series resonance frequency f1 and a parallel resonance frequency f2, at which the phase becomes zero. f1 is a resonance frequency determined by the
従来のデジタル回路用のクロック用発振装置では、図8に示すようにクラップ型発振回路4で構成し、発振回路用増幅器1の入力端子から発振信号を取り出し、後段の負荷によって発振信号が減衰するのを防ぐためのバッファ回路7を経由して、矩形波変換部3に伝送して基準クロック信号用の矩形波を生成している。図8に示すように発振回路用増幅器1の入力端子から発振信号を取り出している発振回路の構成として特許文献1がある。
As shown in FIG. 8, the conventional clock oscillation device for a digital circuit is constituted by a
一方、デジタル回路用の基準クロック信号の重要な特性である位相雑音特性を向上させるための手段としては、発振回路の出力信号振幅(S)を大きくしてS/N比を改善するという方法が一般的である。また、特許文献2に開示されているように、発振回路のQを高くする方法や、特許文献3や特許文献4に開示されているように発振用増幅素子と接続されていない側の端子から発振回路の出力信号を取り出す、といった方法がある。
On the other hand, as means for improving the phase noise characteristic, which is an important characteristic of the reference clock signal for digital circuits, there is a method of improving the S / N ratio by increasing the output signal amplitude (S) of the oscillation circuit. It is common. Further, as disclosed in
図8に示すように発振回路用増幅器1の入力端子から発振信号を取り出すと、増幅器が非線形に動作しているために取り出した信号には歪が多く含まれることになる。これにより基準クロック信号のDutyずれが発生すること、また矩形波変換にともなう非線形動作で発振回路用増幅器1の1/f雑音が発振周波数を対称軸として折り返されて発振信号に重畳されることにより基準クロック信号の位相雑音特性が悪化するという問題点があった。さらに、クラップ型発振回路4と矩形波変換部3の間にバッファ回路7を入れることにより、バッファ回路7の1/f雑音が発振信号に重畳すると共に発振周波数を対称軸として折り返されて重畳されるため、基準クロック信号の位相雑音特性が悪化するという問題点があった。本発明は上記問題点を解消し、矩形波信号を出力する発振装置の位相雑音特性を改善することを目的とする。
As shown in FIG. 8, when an oscillation signal is extracted from the input terminal of the
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、発振回路用増幅器と電気機械振動子から成る発振回路と、前記発振回路の出力信号を矩形波信号に変換して出力する矩形波変換部から構成される発振装置であって、前記発振回路はクラップ型発振回路で構成し、電気機械振動子と直列に接続されたクラップ容量との接続点から発振信号を取り出して前記矩形波変換部に直接入力すると共に、前記矩形波変換部は1段の増幅器で矩形波変換することを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の発振装置において、クラップ容量は可変容量であることを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1または請求項2のいずれかに記載の発振装置において、矩形波変換部の増幅器をCMOSインバータ増幅器で構成したことを特徴とする。
請求項4にかかる発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発振装置において、矩形波変換部の後段に電力増幅部を設けたことを特徴とする。
請求項5にかかる発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のクロック用発振装置において、矩形波変換部で外部よりバイアス電圧を設定するよう構成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the oscillation device according to the first aspect, the clap capacitance is a variable capacitance.
According to a third aspect of the present invention, in the oscillation device according to the first or second aspect, the amplifier of the rectangular wave conversion unit is configured by a CMOS inverter amplifier.
According to a fourth aspect of the present invention, in the oscillation device according to any one of the first to third aspects, a power amplifying unit is provided after the rectangular wave converting unit.
According to a fifth aspect of the present invention, in the clock oscillation device according to any one of the first to fourth aspects, the bias voltage is set from the outside by the rectangular wave conversion unit.
本発明によれば、発振回路をクラップ型発振回路4で構成し、クラップ型発振回路4の電気機械振動子2とクラップ容量8との接続点から発振信号を取り出したことで発振信号の振幅が大きく取れると共に、発振回路用増幅器1と直接接続されずに比較的小さな容量で分離されているため、発振回路の出力波形の歪が小さく、発振を維持するための発振回路用増幅器1の雑音の影響、特に低周波域の雑音の影響も受けにくくなる。その結果、基準クロック信号として用いた場合、Dutyのずれや位相雑音特性を改善することができる。
According to the present invention, the oscillation circuit is constituted by the clap
また、クラップ容量8を可変容量とした場合、従来の回路構成では、可変容量の非線形性や内部抵抗による共振回路のQの低下により位相雑音特性が悪化するが、本発明の構成とすることで、発振周波数の調整を容易に行うことができる電圧制御型水晶発振器(VCXO)の位相雑音特性を改善することができる。 Further, when the clap capacitor 8 is a variable capacitor, in the conventional circuit configuration, the phase noise characteristic deteriorates due to the non-linearity of the variable capacitor and the Q of the resonance circuit due to the internal resistance. The phase noise characteristics of a voltage controlled crystal oscillator (VCXO) that can easily adjust the oscillation frequency can be improved.
そして、取り出した振幅の大きな発振信号を、バッファ回路を経由せずに、1段の増幅器で矩形波に変換することにより、発振信号以外の雑音を極力重畳させずに矩形波に変換できるため、基準クロック信号のDutyのずれや位相雑音特性を改善することができる。なお、矩形波に変換する増幅器は、大きな電圧利得を得ることができるCMOSインバータ増幅器とするのが最適である。 And, by converting the extracted oscillation signal with a large amplitude into a rectangular wave with a single-stage amplifier without going through a buffer circuit, it can be converted into a rectangular wave without superimposing noise other than the oscillation signal as much as possible. It is possible to improve duty shift and phase noise characteristics of the reference clock signal. The amplifier that converts to a rectangular wave is optimally a CMOS inverter amplifier that can obtain a large voltage gain.
さらに、矩形波変換後に出力負荷のために電力増幅することで、位相雑音特性を悪化させずに必要な負荷能力を備えることができる。
なお、クラップ型発振回路4と矩形波変換部3を結合容量11を介して接続し、矩形波変換部3の入力部でバイアス電圧を外部から設定することで、位相雑音特性を悪化させずに回路動作に適切な直流バイアス設定を適宜行うことができる。
Furthermore, by amplifying the power for the output load after the rectangular wave conversion, the necessary load capability can be provided without deteriorating the phase noise characteristics.
In addition, the clap
本発明の発振装置は、発振回路をクラップ型発振回路で構成し、電気機械振動子と直列に接続されたクラップ容量との接続点から発振信号を取り出し、矩形波変換部に直接入力すると共に、この矩形波変換部は1段の増幅器で矩形波変換するように構成している。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。 In the oscillation device of the present invention, the oscillation circuit is configured by a clap oscillation circuit, an oscillation signal is extracted from a connection point between the electromechanical vibrator and the clap capacitor connected in series, and is directly input to the rectangular wave conversion unit. This rectangular wave conversion unit is configured to perform rectangular wave conversion with a single-stage amplifier. Examples of the present invention will be described in detail below.
図1は本発明の第1の構成例であり、クラップ型発振回路4と矩形波変換部3から成る発振装置の説明図である。発振回路から出力される発振信号を、電気機械振動子2とクラップ容量8との接続端子から取り出し、その発振信号を1段の増幅器で矩形波変換する構成となっている。クラップ型発振回路4は、発振回路用増幅器1と帰還容量9,10とクラップ容量8と電気機械振動子2で構成されている。図1に示すように、発振回路用増幅器1の入力−出力間に帰還容量9が接続されると共に、発振回路用増幅器1の出力−接地間に別の帰還容量10が接続されており、発振回路用増幅器1の帰還電圧は2つの帰還容量9,10による分圧器から決まる。また、発振回路用増幅器1の入力−接地間には共振用のクラップ容量8とインダクタ14の直列回路が接続されており、クラップ型発振回路4の発振周波数は、クラップ容量8と帰還容量9,10とインダクタ14で決まる。矩形波変換部3は、増幅器を複数段設けると増幅器の雑音が累積するため、1段で矩形波に変換できる電圧利得を備えたCMOSインバータ増幅器(図3)で構成されている。CMOSインバータ増幅器とすることで大きな電圧利得を得ることができるが、バイポーラトランジスタから成る増幅器とすることも可能である。1段で矩形波に変換できる電圧利得は、クラップ発振回路4から取り出した発振信号の振幅にもよるが、発振周波数における小信号の電圧利得が20dB以上であれば十分である。なお、図中では増幅器の直流バイアス等は省略して図示している。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an oscillating device comprising a clap
図1のような構成とすることで、発振回路用増幅器1の入力端子から発振信号を取り出した従来のものと比べて位相雑音特性が改善する。図2は図1に示す発振装置の位相雑音特性を示すグラフであり、図8で説明した従来の発振装置に比べ、位相雑音特性が6〜7dB程度改善していることがわかる。
With the configuration as shown in FIG. 1, the phase noise characteristic is improved as compared with the conventional one in which the oscillation signal is extracted from the input terminal of the
図4は本発明による第2の構成例の発振装置の説明図であり、発振信号を矩形波に変換した後に電力増幅部5を設けた構成となっている。このように構成することで、位相雑音特性を悪化させずに必要な負荷能力を備えることができる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the oscillation device of the second configuration example according to the present invention, in which the
図5は、本発明による第3の構成例の発振装置の説明図であり、図1および図4の矩形波変換部3の入力バイアス電圧を外部から設定する場合の構成例である。クラップ型発振回路4と矩形波変換部3を結合容量11を介して接続し、矩形波変換部3の入力部でバイアス電源13と抵抗12により外部からバイアス電圧を設定しており、回路動作に適切な直流バイアス設定を適宜行うことができる。このように構成することで、位相雑音特性を悪化させずに適切な直流バイアス設定を行うことができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the oscillation device of the third configuration example according to the present invention, and is a configuration example when the input bias voltage of the rectangular
また、図1、図4および図5の電気機械振動子2とクラップ容量8の位置を入れ替えても位相雑音特性を改善する効果が得られるため、電気機械振動子2とクラップ容量8の位置を入れ替えた構成としてもよい。またクラップ容量8を可変容量(バラクタ)に置き換えた電圧制御型水晶発振器(VCXO)では、通常は可変容量(バラクタ)の非線形性や内部抵抗による共振回路のQの低下により位相雑音特性が悪化するが、本発明の構成とすることで電圧制御型水晶発振器(VCXO)の位相雑音特性を改善することができる。さらに、電気機械振動子2として、水晶振動子の他、圧電振動子、SAWデバイス、MEMS振動子も使用することができる。
In addition, since the effect of improving the phase noise characteristics can be obtained even if the positions of the
1:発振回路用増幅器
2:電気機械振動子を含む共振回路
3:矩形波変換部
4:クラップ型発振回路
5:電力増幅部
6:CMOSインバータ増幅器
7:バッファ回路
8:クラップ容量
9,10:帰還容量
11:結合容量
12:抵抗
13:バイアス電源
14:インダクタ
15:等価直列インダクタ
16:等価直列容量
17:等価直列抵抗
18:並列容量
1: Oscillator circuit amplifier 2: Resonant circuit including an electromechanical vibrator 3: Rectangular wave conversion unit 4: Clap type oscillation circuit 5: Power amplifier unit 6: CMOS inverter amplifier 7: Buffer circuit 8:
Claims (5)
前記発振回路はクラップ型発振回路で構成し、電気機械振動子と直列に接続されたクラップ容量との接続点から発振信号を取り出して前記矩形波変換部に直接入力すると共に、前記矩形波変換部は1段の増幅器で矩形波変換することを特徴とする発振装置。 An oscillation device comprising an oscillation circuit composed of an amplifier for an oscillation circuit and an electromechanical vibrator, and a rectangular wave conversion unit that converts an output signal of the oscillation circuit into a rectangular wave signal and outputs the rectangular wave signal,
The oscillation circuit is formed of a clap type oscillation circuit, and an oscillation signal is taken out from a connection point with a clap capacitor connected in series with an electromechanical vibrator and directly input to the rectangular wave conversion unit, and the rectangular wave conversion unit Is an oscillation device characterized in that rectangular wave conversion is performed by a single-stage amplifier.
前記クラップ容量は、可変容量であることを特徴とする発振装置。 The oscillation device according to claim 1,
The oscillation device according to claim 1, wherein the clap capacitor is a variable capacitor.
矩形波変換部の増幅器をCMOSインバータ増幅器で構成したことを特徴とする発振装置。 In the oscillating device according to claim 1 or 2,
An oscillation device characterized in that the amplifier of the rectangular wave conversion unit is constituted by a CMOS inverter amplifier.
矩形波変換部の後段に電力増幅部を設けたことを特徴とする発振装置。 The oscillation device according to any one of claims 1 to 3,
An oscillation device comprising a power amplifying unit after a rectangular wave converting unit.
矩形波変換部で外部よりバイアス電圧を設定するよう構成したことを特徴とする発振装置。 The oscillation device according to any one of claims 1 to 4,
An oscillation device configured to set a bias voltage from the outside by a rectangular wave conversion unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015069198A JP6601710B2 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015069198A JP6601710B2 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Oscillator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016189564A true JP2016189564A (en) | 2016-11-04 |
JP6601710B2 JP6601710B2 (en) | 2019-11-06 |
Family
ID=57240556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015069198A Active JP6601710B2 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Oscillator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6601710B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115529024A (en) * | 2022-11-30 | 2022-12-27 | 上海海栎创科技股份有限公司 | On-chip clock oscillator circuit and oscillation frequency control method |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63245112A (en) * | 1987-03-20 | 1988-10-12 | モトローラ・インコーポレーテッド | Data clock oscillator with accurate duty cycle |
JPH098549A (en) * | 1995-06-16 | 1997-01-10 | Fujitsu Ltd | Ecl output crystal oscillator |
JPH09312520A (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Toshiba Corp | Multiple voltage controlled crystal oscillator circuit |
JP2001320285A (en) * | 2000-05-10 | 2001-11-16 | Seiko Precision Inc | Data transmitter, nurse call transmitter and nurse call system |
JP2003332842A (en) * | 2002-05-13 | 2003-11-21 | Fujitsu Media Device Kk | Oscillator |
JP2006140749A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Epson Toyocom Corp | Crystal oscillator |
JP2008099247A (en) * | 2006-10-14 | 2008-04-24 | Princeton Technology Corp | Transmitter ic with saw-based oscillator |
-
2015
- 2015-03-30 JP JP2015069198A patent/JP6601710B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63245112A (en) * | 1987-03-20 | 1988-10-12 | モトローラ・インコーポレーテッド | Data clock oscillator with accurate duty cycle |
JPH098549A (en) * | 1995-06-16 | 1997-01-10 | Fujitsu Ltd | Ecl output crystal oscillator |
JPH09312520A (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Toshiba Corp | Multiple voltage controlled crystal oscillator circuit |
JP2001320285A (en) * | 2000-05-10 | 2001-11-16 | Seiko Precision Inc | Data transmitter, nurse call transmitter and nurse call system |
JP2003332842A (en) * | 2002-05-13 | 2003-11-21 | Fujitsu Media Device Kk | Oscillator |
JP2006140749A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Epson Toyocom Corp | Crystal oscillator |
JP2008099247A (en) * | 2006-10-14 | 2008-04-24 | Princeton Technology Corp | Transmitter ic with saw-based oscillator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115529024A (en) * | 2022-11-30 | 2022-12-27 | 上海海栎创科技股份有限公司 | On-chip clock oscillator circuit and oscillation frequency control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6601710B2 (en) | 2019-11-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106877819B (en) | Voltage controlled oscillator based on composite resonator | |
TWI523411B (en) | Low noise oscillators | |
JP2010200289A (en) | Reference frequency control circuit | |
US20080129392A1 (en) | Colpitts quadrature voltage controlled oscillator | |
JP6601710B2 (en) | Oscillator | |
JP2007150461A (en) | Colpitts oscillation circuit | |
JPWO2011104802A1 (en) | Frequency doubler oscillation circuit and fundamental wave multiplication method | |
JP2008160510A (en) | Two-output type crystal oscillator | |
JP6100641B2 (en) | Differential oscillator | |
TW201442416A (en) | Oscillator circuit | |
US9077281B2 (en) | Oscillator circuit | |
JP2007104436A (en) | Oscillator | |
JP6148894B2 (en) | Oscillator circuit | |
JP2012510205A (en) | Low noise oscillator | |
JP7028567B2 (en) | Crystal oscillator | |
JP6401921B2 (en) | Anti-resonant circuit and oscillator | |
JP6047058B2 (en) | Oscillator circuit | |
JP6588822B2 (en) | Oscillator circuit | |
JP2015037256A (en) | Oscillator | |
US8933758B1 (en) | Bridge-stabilized oscillator with feedback control | |
JP2013090214A (en) | Voltage-controlled oscillator | |
JP2015070500A (en) | Resonant circuit and oscillation circuit | |
JP4190874B2 (en) | Piezoelectric oscillation circuit | |
JP2010135877A (en) | Piezoelectric oscillator | |
JP2007274649A (en) | Oscillation circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180206 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181120 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181121 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181226 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190507 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190621 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190910 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190926 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6601710 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |