JP2017152788A - ２波出力水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＸＴ端子を、２波出力の内、高い方の周波数の出力端子よりも低い方の周波数の出力端子が遠くなるよう配置して寄生容量を小さくし、高い方の周波数の位相ノイズ特性を良好にした２波出力水晶発振器を提供する。【解決手段】 ＸＴ端子１１とＸＴＮ端子１２とを有する水晶振動子１と、水晶振動子１の出力を増幅する発振回路２と、発振回路２からの出力に基づいてＭＨｚ帯の周波数を出力する出力端子７と、発振回路２からの出力に基づいてｋＨｚの周波数を出力する出力端子８と、ＭＨｚ帯の周波数の出力をオン／オフする選択回路６とを有し、ＸＴ端子１１と出力端子７の距離よりもＸＴ端子１１と出力端子８の距離が長くなるよう、ＸＴ端子１１を配置した２波出力水晶発振器である。【選択図】 図２

Description

本発明は、２つの異なる発振周波数を出力する水晶発振器に係り、特に、それぞれの発振周波数が影響されにくい構成の２波出力水晶発振器に関する。

［従来の水晶発振器：図９］
従来の水晶発振器について図９を参照しながら説明する。図９は、従来の水晶発振器の構成ブロック図である。
従来の水晶発振器は、図９に示すように、水晶振動子１と、発振回路２と、分周回路又はＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路（分周回路／ＰＬＬ）５と、バッファー３´と、選択回路６と、出力端子７´とを備えている。

従来の水晶発振器では、水晶振動子１で発振された周波数信号を発振回路２で増幅し、分周回路／ＰＬＬ５で分周し、バッファー３´を介して出力端子７´から出力される。
また、制御端子からのオン／オフの信号によって選択回路６がバッファー３´からの出力のオン／オフを制御する。

また、従来の発振器において、異なる周波数を発振する２波出力の水晶発振器（デュアルモード水晶発振器）が開発されている。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００１−１５６５４７号公報「多出力発振装置」（松下電器産業株式会社）［特許文献１］、特開２００５−３０３４１１号公報「発振器回路」（東洋通信株式会社）［特許文献２］、特開２０１４−２３６４６６号公報「デュアルモード水晶発振器」（日本電波工業株式会社）［特許文献３］、特開２０１５−２０７８５６号公報「半導体集積回路、発振器、電子機器及び移動体」（セイコーエプソン株式会社）［特許文献４］がある。

特許文献１には、多出力発振装置において、パッケージの底面に第１の出力端子と第２の出力端子がグランド端子を挟んで形成される構成が示されている。
特許文献２には、発振器回路において、第１の出力端子と第２の出力端子から、互いに位相が１８０°異なる矩形波形信号を出力することが示されている。

特許文献３には、デュアルモード水晶発振器において、時計用信号（３２．７６８ｋＨｚ）が出力された状態で、ＭＨｚ帯の周波数の出力をオン／オフし、２つの出力端子が隣り合わないように配置した構成が示されている。
特許文献４には、発振器において、パッケージ上面に複数出力端子が形成された構成が示されている。

特開２００１−１５６５４７号公報 特開２００５−３０３４１１号公報 特開２０１４−２３６４６６号公報 特開２０１５−２０７８５６号公報

しかしながら、上記従来の２波出力水晶発振器では、水晶振動子の特性を測定するために水晶振動子の入力端子（ＸＴ端子）と出力端子（ＸＴＮ端子）がパッケージに設けられている構成において、２波出力の一方がＭＨｚ帯の周波数で、他方がｋＨｚ帯の周波数である場合に、ｋＨｚ帯の周波数の出力端子とＸＴ端子とで寄生容量が形成され、ｋＨｚ帯の周波数がＸＴ端子にフィードバックされると、ＭＨｚ帯の周波数にｋＨｚ帯の周波数が干渉し、ＭＨｚ出力の位相ノイズ特性が悪くなるという問題点があった。

特許文献１は、パッケージの底面に第１の出力端子と第２の出力端子を、グランド端子を挟んで設ける構成であるが、それだけでは各々の出力端子からの出力が影響し合うことを最小限にするものとはならない。
また、特許文献２では、発振回路からの出力をＰＥＣＬ素子で位相が１８０°異なる信号波形を出力するだけで、いずれかを選択的に出力する構成とはなっていない。

特許文献３では、２つの出力端子が隣り合わないよう配置しているが、それでは互いの出力端子からの出力の影響を最小限にするものとはならない。
また、特許文献４では、パッケージ上面に複数の出力端子が形成されているが、単にパッケージ上面の周囲に複数の出力端子が配置されているに過ぎないものである。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、水晶振動子の特性測定の入力端子（ＸＴ端子）を、２波出力の内、高い方の周波数の出力端子よりも低い方の周波数の出力端子が遠くなるよう配置して寄生容量を小さくし、高い方の周波数の位相ノイズ特性を良好にした２波出力水晶発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、２波出力水晶発振器であって、測定用の入力端子と測定用の出力端子とを有する水晶振動子と、水晶振動子の出力を増幅する発振回路と、発振回路からの出力に基づいて第１の周波数を出力する第１の出力端子と、発振回路からの出力に基づいて第１の周波数より低い第２の周波数を出力する第２の出力端子と、第１の周波数の出力をオン／オフする選択回路とを設け、測定用の入力端子と第２の出力端子との距離が、測定用の入力端子と第１の出力端子との距離より長くなるよう、測定用の入力端子を配置したことを特徴とする。

本発明は、上記２波出力水晶発振器において、発振回路からの出力を分周し、第２の出力端子側に出力する分周回路又はＰＬＬ回路を設けたことを特徴とする。

本発明は、上記２波出力水晶発振器において、第１の出力端子と第２の出力端子がパッケージの底面に設けられ、測定用の入力端子がパッケージの側面に設けられていることを特徴とする。

本発明は、２波出力水晶発振器であって、測定用の入力端子と測定用の出力端子とを有する水晶振動子と、水晶振動子の出力を増幅する発振回路と、発振回路からの出力に基づいて第１の周波数を出力する第１の出力端子と、発振回路からの出力に基づいて第２の周波数を出力する第２の出力端子と、第１の周波数の出力をオン／オフする選択回路とを設けたことを特徴とする。

本発明は、上記２波出力水晶発振器において、発振回路からの出力を分周し、第１の出力端子側に出力する第１の分周回路又は第１のＰＬＬ回路と、発振回路からの出力を分周し、第２の出力端子側に出力する第２の分周回路又は第２のＰＬＬ回路とを設けたことを特徴とする。

本発明は、上記２波出力水晶発振器において、第１の周波数の出力を遅延させる遅延回路を設けたことを特徴とする。

本発明は、水晶振動子が測定用の入力端子と測定用の出力端子とを有し、発振回路が水晶振動子の出力を増幅し、第１の出力端子が発振回路からの出力に基づいて第１の周波数を出力し、第２の出力端子が発振回路からの出力に基づいて第１の周波数より低い第２の周波数を出力し、選択回路が第１の周波数の出力をオン／オフし、測定用の入力端子と第２の出力端子との距離が、測定用の入力端子と第１の出力端子との距離より長くなるよう、測定用の入力端子を配置した２波出力水晶発振器としているので、測定用の入力端子と第２の出力端子との寄生容量を小さくし、第１の周波数の位相ノイズ特性を良好にすることができる効果がある。

本発明の実施の形態に係る２波出力水晶発振器の構成ブロック図である。 本発振器のパッケージの底面及び側面を示す説明図である。 ｋＨｚ端子とＸＴ端子の距離が遠い場合の位相ノイズ特性を示す図である。 ｋＨｚ端子とＸＴ端子の距離が近い場合の位相ノイズ特性を示す図である。 第１の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図である。 第２の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図である。 第３の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図である。 第４の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図である。 従来の水晶発振器の構成ブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る２波出力水晶発振器は、測定用の入力端子と測定用の出力端子とを有する水晶振動子と、水晶振動子の出力を増幅する発振回路と、発振回路からの出力に基づいて第１の周波数を出力する第１の出力端子と、発振回路からの出力に基づいて第１の周波数より低い第２の周波数を出力する第２の出力端子と、第１の周波数の出力をオン／オフする選択回路とを設け、測定用の入力端子と第２の出力端子との距離が、測定用の入力端子と第１の出力端子との距離よりも長くなるように、測定用の入力端子を配置したものであり、測定用の入力端子と第２の出力端子との寄生容量を小さくし、第１の周波数の位相ノイズ特性を良好にすることができるものである。

［本発振器：図１］
本発明の実施の形態に係る２波出力水晶発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る２波出力水晶発振器の構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る２波出力水晶発振器（本発振器）は、図１に示すように、水晶振動子１と、発振回路２と、第１のバッファー３と、第２のバッファー４と、分周回路又はＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路（分周回路／ＰＬＬ）５と、選択回路６と、第１の出力端子７と、第２の出力端子８とを基本的に有している。

［各部：図１］
本発振器の各部について具体的に説明する。
水晶振動子１は、主にＡＴカットの水晶振動片を用い、発振回路２から信号が入力され、特定の発振周波数を発振回路２に出力する。尚、発振周波数は、ＭＨｚ帯の周波数である。
本発振器では、水晶振動子１の特性を測定するために、水晶振動子１の入力端子と出力端子がパッケージに設けられる。
ＡＴカットの水晶振動子１の周波数は、ＡＴカットの水晶振動片の厚さに反比例するため、主にＡＴカットの水晶振動片の厚さを調整すること等により行われる。

発振回路２は、水晶振動子１で発振された周波数を増幅して第１のバッファー３と分周回路／ＰＬＬ５に出力する。
第１のバッファー３は、高周波信号が出力側から入力側に戻るのを防止すると共に、選択回路６からの選択信号によって周波数の出力を継続し、また周波数の出力を停止する。
第１のバッファー３からの周波数は出力端子７に出力される。出力端子７からは、ＭＨｚ帯の周波数が出力される。

分周回路／ＰＬＬ５は、発振回路２から出力される周波数信号を分周し、第２のバッファー４に出力する。
第２のバッファー４は、高周波信号が出力側から入力側に戻るのを防止する。
第２のバッファー４からの周波数は出力端子８に出力される。出力端子８からは、時計用の３２．７６８ｋＨｚの周波数が出力される。

選択回路６は、制御端子からのオン／オフの信号によって第１のバッファー３の出力を制御する。
具体的には、制御端子からオンの信号が入力されると、選択回路６は、第１のバッファー３の出力を継続する選択信号を第１のバッファー３に出力する。それにより、第１のバッファー３は、周波数信号を出力端子７に出力する。
また、制御端子からオフの信号が入力されると、選択回路６は、第１のバッファー３の出力を停止する選択信号を第１のバッファー３に出力する。それにより、第１のバッファー３は、周波数信号を出力端子７に出力しない。

本発振器では、出力端子８から時計用の周波数が常時出力される一方、出力端子７からのＭＨｚ帯の周波数が選択出力される。例えば、Ｗｉ−ｆｉの無線通信で使用する場合に、選択回路６で出力オンが選択されてＭＨｚ帯の周波数が出力され、使用される。ＭＨｚ信号を常時出力ではなく、選択出力させることで、消費電力を抑えることができる。

［本発振器の底面及び側面：図２］
次に、本発振器のパッケージの底面及び側面について図２を参照しながら説明する。図２は、本発振器のパッケージの底面及び側面を示す説明図である。
図２（ｂ）に示すように、底面には６つの端子が形成されている。底面中央縦方向に表示した点線より左側に「ＶＳＳ」端子、「ｋＨｚ」端子８、「ＭＯＤＥ」端子、点線より右側に「ＭＨｚ」端子７、「ＶＳＳ」端子、「ＶＤＤ」端子が設けられている。

「ＶＳＳ」端子は、グランド（ＧＮＤ）端子であり、「ＶＤＤ」端子は、電源電圧が印加される端子である。
「ＭＨｚ」端子７は、ＭＨｚ帯の周波数を出力する端子で、図１の出力端子７に相当している。
「ｋＨｚ」端子８は、３２．７６８ｋＨｚの周波数を出力する端子で、図１の出力端子８に相当している。
「ＭＯＤＥ」端子は、出力端子７の出力をオン／オフ（継続／停止）する制御信号が入力される端子で、図１の制御端子に相当している。

そして、図２（ｃ）に示すように、底面に対して右側面にＸＴ端子１１が形成され、図２（ａ）に示すように、底面に対して左側面にＸＴＮ端子１２が形成されている。
右側面にＸＴ端子１１を形成しているため、ＸＴ端子１１とＭＨｚ端子７との距離に比べてＸＴ端子１１とｋＨｚ端子８との距離が長く、ｋＨｚ端子８とＸＴ端子１１との間で寄生容量が形成され難く、ｋＨｚ端子８の出力信号がＸＴ端子１１に影響することがないものである。

尚、ＸＴ端子１１に入力される信号の周波数に対してＭＨｚ端子７から出力される信号の周波数が高周波であるため、ＸＴ端子１１とＭＨｚ端子７の距離が近くても、ｋＨｚ端子８が近くにある場合に比べて影響が小さい。

［本発振器の出力の位相ノイズ；図３、図４］
次に、本発振器におけるＭＨｚ帯の周波数の位相ノイズ特性について図３、図４を参照しながら説明する。図３は、ｋＨｚ端子とＸＴ端子の距離が遠い場合の位相ノイズ特性を示す図であり、図４は、ｋＨｚ端子とＸＴ端子の距離が近い場合の位相ノイズ特性を示す図である。
図３、図４において、横軸が周波数を示しており、縦軸が位相ノイズを示している。

本発振器のように、ｋＨｚ端子とＸＴ端子１１の距離が長い場合は、ＭＨｚ端子７から出力される周波数は図３に示すような位相ノイズ特性となり、ｋＨｚ端子とＸＴ端子１１の距離が短い場合の構成では、ＭＨｚ端子７から出力される周波数は図４に示すような位相ノイズ特性となる。

ｋＨｚ端子とＸＴ端子１１の距離が短い場合は、図４において楕円で囲んだように、高い周波数で位相ノイズが多く発生している。よって、ｋＨｚ端子とＸＴ端子１１の距離が長い場合の方が、位相ノイズ特性がよい。
ここで、ｋＨｚ端子とＸＴ端子１１の距離が短い場合の構成とは、図２において、ｋＨｚ端子８とＭＨｚ端子７の位置を入れ替えた場合などが該当する。

［本発振器の効果］
本発振器によれば、ＸＴ端子１１の位置を、ＭＨｚ端子７よりｋＨｚ端子８が長くなるようにしているので、ＸＴ端子１１とｋＨｚ端子８との寄生容量を小さくでき、ＭＨｚ端子７から出力される周波数の位相ノイズ特性を良好にすることができる効果がある。

［応用例］
次に、応用例について図５〜図８を参照しながら説明する。
図５は、第１の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図であり、図６は、第２の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図であり、図７は、第３の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図であり、図８は、第４の応用例に係る水晶発振器の構成ブロック図である。

［第１の応用例：図５］
第１の応用例の水晶発振器は、図５に示すように、水晶振動子１と、発振回路２と、第１のバッファー３と、第２のバッファー４と、選択回路６と、出力端子７と、出力端子８とを備えている。

第１の応用例では、水晶振動子１は音叉振動子を想定している。
発振回路２からの出力信号は分岐され、第１のバッファー３と第２のバッファー４に入力される。
選択回路６は、制御端子からオンの信号が入力されると、第１のバッファー３の出力を継続する選択信号を第１のバッファー３に出力し、第１のバッファー３は、周波数信号を出力端子７に出力する。

また、選択回路６は、制御端子からオフの信号が入力されると、第１のバッファー３の出力を停止する選択信号を第１のバッファー３に出力し、第１のバッファー３は、周波数信号を出力端子７に出力しない。
第２のバッファー４を介して出力端子８から周波数の信号が常時出力される。

第１の応用例によれば、同じ周波数信号を、出力端子７からは選択的に出力し、出力端子８からは常時出力でき、目的に応じて使用できる効果がある。

［第２の応用例：図６］
第２の応用例の水晶発振器は、図６に示すように、水晶振動子１と、発振回路２と、分周回路／ＰＬＬ５ａ，５ｂと、第１のバッファー３と、第２のバッファー４と、選択回路６と、出力端子７と、出力端子８とを備えている。

第２の応用例では、水晶振動子１はＡＴカット振動子を想定している。
発振回路２からの出力信号は分岐され、分周回路／ＰＬＬ５ａ，５ｂで分周され、第１のバッファー３と第２のバッファー４に入力される。
分周回路／ＰＬＬ５ａ，５ｂでは、それぞれ所望の周波数に分周される。
選択回路６、第１のバッファー３、第２のバッファー４、出力端子７，８の動作は、第１の応用例と同様である。

第２の応用例によれば、異なる周波数信号を、出力端子７からは選択的に出力し、出力端子８からは常時出力でき、目的に応じて使用できる効果がある。

［第３の応用例：図７］
第３の応用例の水晶発振器は、図７に示すように、水晶振動子１と、発振回路２と、第１のバッファー３と、第２のバッファー４と、選択回路６と、出力端子７と、出力端子８と、遅延回路９とを備えている。

第３の応用例では、水晶振動子１は音叉振動子を想定している。
基本的動作は、第１の応用例と同様であるが、相違するのは、第１のバッファー３の後段に設けられた遅延回路９によって周波数信号を遅延させて出力端子７に出力させる点である。
第３の応用例では、選択回路６は、遅延回路９を制御して周波数信号の出力オン／オフを制御しているが、第１のバッファー３を制御してもよい。

第３の応用例によれば、同じ周波数信号を、出力端子７からは遅延させて（位相をずらして）選択的に出力し、出力端子８からは常時出力でき、目的に応じて使用できる効果がある。

［第４の応用例：図８］
第４の応用例の水晶発振器は、図８に示すように、水晶振動子１と、発振回路２と、分周回路／ＰＬＬ５ａ，５ｂと、第１のバッファー３と、第２のバッファー４と、選択回路６と、出力端子７と、出力端子８と、遅延回路９とを備えている。

第４の応用例では、水晶振動子１はＡＴカット振動子を想定している。
基本的動作は、第２の応用例と同様であるが、相違するのは、第１のバッファー３の後段に設けられた遅延回路９によって周波数信号を遅延させて出力端子７に出力させる点である。
第４の応用例では、選択回路６は、遅延回路９を制御して周波数信号の出力オン／オフを制御しているが、第１のバッファー３を制御してもよい。

第４の応用例によれば、異なる周波数信号を、出力端子７からは遅延させて（位相をずらして）選択的に出力し、出力端子８からは常時出力でき、目的に応じて使用できる効果がある。

本発明は、ＸＴ端子を、２波出力の内、高い方の周波数の出力端子よりも低い方の周波数の出力端子が遠くなるよう配置して寄生容量を小さくし、高い方の周波数の位相ノイズ特性を良好にした２波出力水晶発振器に好適である。

１...水晶振動子、 ２...発振回路、 ３...第１のバッファー、 ３´...バッファー、 ４...第２のバッファー、 ５ａ，５ｂ...分周回路／ＰＬＬ、 ６...選択回路、 ７，７´...出力端子、 ８...出力端子、 ９...遅延回路、 １１...測定用の入力端子（ＸＴ端子）、 １２...測定用の出力端子（ＸＴＮ端子）

Claims (6)

1. ２波出力水晶発振器であって、
   測定用の入力端子と測定用の出力端子とを有する水晶振動子と、
   前記水晶振動子の出力を増幅する発振回路と、
   前記発振回路からの出力に基づいて第１の周波数を出力する第１の出力端子と、
   前記発振回路からの出力に基づいて前記第１の周波数より低い第２の周波数を出力する第２の出力端子と、
   前記第１の周波数の出力をオン／オフする選択回路とを設け、
   前記測定用の入力端子と前記第２の出力端子との距離が、前記測定用の入力端子と前記第１の出力端子との距離より長くなるよう、前記測定用の入力端子を配置したことを特徴とする２波出力水晶発振器。
2. 発振回路からの出力を分周し、第２の出力端子側に出力する分周回路又はＰＬＬ回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の２波出力水晶発振器。
3. 第１の出力端子と第２の出力端子がパッケージの底面に設けられ、
   測定用の入力端子が前記パッケージの側面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の２波水晶発振器。
4. ２波出力水晶発振器であって、
   測定用の入力端子と測定用の出力端子とを有する水晶振動子と、
   前記水晶振動子の出力を増幅する発振回路と、
   前記発振回路からの出力に基づいて第１の周波数を出力する第１の出力端子と、
   前記発振回路からの出力に基づいて第２の周波数を出力する第２の出力端子と、
   前記第１の周波数の出力をオン／オフする選択回路とを設けたことを特徴とする２波出力水晶発振器。
5. 発振回路からの出力を分周し、第１の出力端子側に出力する第１の分周回路又は第１のＰＬＬ回路と、
   前記発振回路からの出力を分周し、第２の出力端子側に出力する第２の分周回路又は第２のＰＬＬ回路とを設けたことを特徴とする請求項４記載の２波出力水晶発振器。
6. 第１の周波数の出力を遅延させる遅延回路を設けたことを特徴とする請求項４又は５記載の２波出力水晶発振器。