JP2021512542A - 発振回路 - Google Patents
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Abstract
Description
技術分野は、水晶発振器における使用のための回路の提供である。態様は、公知の半導体増幅回路に対して改善された性能を有する新たな設計の半導体増幅回路を提供する。
石英水晶発振器は、周波数基準として使用される。それらは、広範囲の用途、例えば正確な時計、ナビゲーション、ラジオ、遠隔通信およびマイクロプロセッサのクロッキングにおいて使用される。多数の異なる発振器の実施が存在し、特定の用途について適切な正確性を有する発振器を提供するために、サイズおよび複雑性が異なる。
本発明の第1の局面によれば、水晶発振器における使用のための集積回路増幅器が提供され、該集積回路増幅器は、トランジスタ;電圧依存キャパシタンス回路、ここで該電圧依存キャパシタンス回路は、電圧依存キャパシタンスおよび該電圧依存キャパシタンスのバイアス回路を有するデバイスを含む;およびノード(node、節点);を含み、ここで、該ノードは、該トランジスタの端子に接続されており、そして該集積回路増幅器は、該トランジスタの固有キャパシタンスが該ノードでの平均電圧に依存するよう構成されており;ここで、該ノードはまた、該電圧依存キャパシタンス回路の端子に接続されており、そして該集積回路増幅器は、該ノードの有効キャパシタンスが該トランジスタの固有キャパシタンスおよび該デバイスの電圧依存キャパシタンスの両方に依存するよう構成されており;およびここで、使用において、該電圧依存キャパシタンス回路が、該ノードでの平均電圧が変化する場合、該ノードの有効キャパシタンスの変化量を減少させる。
態様は、同様のコストおよび/または複雑さで公知の発振器設計に対して改善された性能を提供する新たな発振器設計を提供する。態様は、TCXOおよび低〜中性能OCXO、ならびにSXO、SPXOおよびVCXOにおける使用に特に適切である。
であるトランス−コンダクタンスがトランジスタ間で可能な限り一致するよう、およびゲート−ソースキャパシタンスならびに寄生容量に寄与する全ての他の寄与者が可能な限り類似であるよう、設計される。これは、可変キャパシタンスが、等しくかつ発振の中間点でDC電位のまわりで反対の大きさである勾配を有することを確保する。
1.水晶発振器における使用のための集積回路増幅器、該集積回路増幅器は:
第1トランジスタ;
第2トランジスタ、ここで、該第2トランジスタは第1トランジスタに相補的である;
第1トランジスタの端子および第2トランジスタの端子の両方に接続されているノード;
バイアス電流の少なくとも一部を第1および第2トランジスタの少なくとも一方に供給するよう配置された電流源、ここで、ノードでの電圧の発振振幅は該バイアス電流に依存しており;
ここで、集積回路増幅器は、使用において、ノードでの電圧の発振振幅が、該バイアス電流の供給が電流欠乏であるために制限されるよう構成される。
第1トランジスタおよび第2トランジスタはBJTであり、およびコレクタ接地構成で配置されるか;または
第1トランジスタおよび第2トランジスタはMOSFETであり、およびドレイン接地構成で配置されるかのいずれかである。
第1トランジスタおよび第2トランジスタはBJTであり、およびベース接地構成で配置されるか;または
第1トランジスタおよび第2トランジスタはMOSFETであり、およびゲート接地構成で配置されるかのいずれかである。
第1トランジスタおよび第2トランジスタはBJTであり、およびエミッタ接地構成で配置されるか;または
第1トランジスタおよび第2トランジスタはMOSFETであり、およびソース接地構成で配置されるかのいずれかである。
ここで、使用において、動作電圧および/または電流はパッシブバイアス回路に依存する。
ここで、使用において、アクティブバイアス回路は集積回路増幅器のノードでの平均電圧を制御するよう構成される。
水晶発振器の水晶に接続するための第2出力端子であるかまたは該第2出力端子に接続された第2ノード、および該第2ノードは第1トランジスタの第3端子に接続されている;
第1トランジスタの第1端子に接続された第1端子、および第2ノードに接続された第2端子を有する第1キャパシタ;
第1トランジスタの第3端子に接続された第1端子、および第2トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第2キャパシタ;
第1トランジスタの第1端子に接続された第1端子、および第1ノードに接続された第2端子を有する第3キャパシタ;
第1トランジスタの第2端子に接続された第1端子、および第2トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第4キャパシタ;および
第2トランジスタの第2端子に接続されたアース端子;をさらに含み、
ここで、第1トランジスタの第1端子は電流源に接続されており;
ここで、第1トランジスタのバルクは第1トランジスタの第1端子に接続されており;および
ここで、第2トランジスタのバルクは第2トランジスタの第2端子に接続されている。
第1トランジスタの第1端子はソース端子であり;
第1トランジスタの第2端子はドレイン端子であり;
第1トランジスタの第3端子はゲート端子であり;
第2トランジスタの第1端子はドレイン端子であり;
第2トランジスタの第2端子はソース端子であり;および
第2トランジスタの第3端子はゲート端子である。
Claims (22)
- 水晶発振器における使用のための集積回路増幅器であって、該集積回路増幅器が:
トランジスタ;
電圧依存キャパシタンス回路、ここで該電圧依存キャパシタンス回路は、電圧依存キャパシタンスおよび該電圧依存キャパシタンスのバイアス回路を有するデバイスを含む;および
ノード;
を含み、
ここで、
該ノードは、該トランジスタの端子に接続されており、そして該集積回路増幅器は、該トランジスタの固有キャパシタンスが該ノードでの平均電圧に依存するよう構成されており;
ここで、該ノードはまた、該電圧依存キャパシタンス回路の端子に接続されており、そして該集積回路増幅器は、該ノードの有効キャパシタンスが該トランジスタの固有キャパシタンスおよび該デバイスの電圧依存キャパシタンスの両方に依存するよう構成されており;および
ここで、使用において、該電圧依存キャパシタンス回路が、該ノードでの平均電圧が変化する場合、該ノードの有効キャパシタンスの変化量を減少させる、
集積回路増幅器。 - バイアス回路が、ノードでの平均電圧に依存してデバイスの電圧依存キャパシタンスを制御するよう配置されている、請求項1記載の集積回路増幅器。
- 電圧依存キャパシタンスを有するデバイスがバラクタまたはトランジスタである、請求項1または2記載の集積回路増幅器。
- 電圧依存キャパシタンスを有するデバイスが電圧依存キャパシタンスを提供するための任意のデバイスである、請求項1記載の集積回路増幅器。
- バイアス回路がデバイスの電圧依存キャパシタンスを制御するよう配置されており、その結果、使用において、該デバイスの電圧依存キャパシタンスが、ノードでの平均電圧が変化する場合、該ノードの有効キャパシタンスの変化量を実質的に最小限にする、前記請求項のいずれか記載の集積回路増幅器。
- 集積回路増幅器がトランジスタにバイアス電流を供給するよう構成されており、そして、使用において、ノードでの電圧の発振振幅が、該バイアス電流の供給が電流欠乏であるために制限される、前記請求項のいずれか記載の集積回路増幅器。
- ノードが集積回路増幅器の出力端子であるかまたは該出力端子に接続されており、ここで、該出力端子が水晶発振器の水晶への接続を提供するよう配置されている、前記請求項のいずれか記載の集積回路増幅器。
- ノードがトランジスタの第1端子に接続されており、そして集積回路増幅器が:
該ノードに接続された第1端子および該トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する電流源;
該トランジスタの第3端子に接続された第1端子および該トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第1キャパシタ;および
該ノードに接続された第1端子および該トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第2キャパシタ;
をさらに含み、
ここで、該トランジスタの第3端子が該集積回路増幅器の第2出力端子であるかまたは該第2出力端子に接続されており、ここで、該第2出力端が水晶発振器の水晶への接続を提供するよう配置されている、請求項7記載の集積回路増幅器。 - トランジスタがBJTである、前記請求項のいずれか記載の集積回路増幅器。
- トランジスタの第1端子がトランジスタのコレクタ端子であり;
トランジスタの第2端子がトランジスタのエミッタ端子であり;および
トランジスタの第3端子がトランジスタのベース端子である、
請求項9記載の集積回路増幅器。 - トランジスタがMOSFETである、請求項8記載の集積回路増幅器。
- トランジスタの第1端子がトランジスタのドレイン端子であり;
トランジスタの第2端子がトランジスタのソース端子であり;および
トランジスタの第3端子がトランジスタのゲート端子である、
請求項11記載の集積回路増幅器。 - トランジスタが第1トランジスタであり、ノードが該第1トランジスタの第1端子に接続されており、および集積回路増幅器が:
電流源;
第2トランジスタ、ここで、該第2トランジスタの第1端子は該電流源の端子に接続されており、該第2トランジスタの第2端子はノードに接続されており、および該第2トランジスタの第3端子は該第1トランジスタの第3端子に接続されており;
該第1トランジスタの第3端子に接続された第1端子および該電流源の端子に接続された第2端子を有する第1キャパシタ;
該第1トランジスタの第3端子に接続された第1端子および該第1トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第2キャパシタ;
該集積回路増幅器の第2出力端子、ここで、該第2出力端子は水晶発振器の水晶への接続を提供するよう配置されており、および該第2出力端子は該第1トランジスタの第3端子に接続されており;
該第2トランジスタの第1端子に接続された第1端子および該ノードに接続された第2端子を有する第3キャパシタ;および
ノードに接続された第1端子および該第1トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第4キャパシタ;
をさらに含み、
ここで、該ノードと電圧依存キャパシタンス回路との間の接続は、該電圧依存キャパシタンス回路の入力への接続であり、および該電圧依存キャパシタンス回路の出力は該第1トランジスタの第2端子に接続されており;
ここで、該第1トランジスタのバルクはアース端子に接続されており;
ここで、該第2トランジスタのバルクはDC電圧によって該アース端子に対してバイアスされており;および
ここで、該集積回路増幅器は、必要に応じて第5キャパシタをさらに含み、ここで、該第5キャパシタの第1端子は該第2トランジスタの第1端子に接続されており、および該第5キャパシタの第2端子は該第1トランジスタの第2端子に接続されている、請求項7記載の集積回路増幅器。 - トランジスタが第1トランジスタであり、ノードが該第1トランジスタの第1端子に接続されており、および集積回路増幅器が:
正端子および負端子を有するDC電源;
第1端子および第2端子を有する第1抵抗器、ここで、該第1抵抗器の第1端子は該DC電源の正端子に接続されており、ここで、該第1抵抗器は必要に応じて可変抵抗器であり;
第1端子および第2端子を有する第2抵抗器、ここで、該第2抵抗器の第1端子は該第1トランジスタの第2端子に接続されており、該第2抵抗器の第2端子は該DC電源の負端子に接続されており、ここで、該第2抵抗器は必要に応じて可変抵抗器であり;
第2トランジスタ、ここで、該第2トランジスタの第1端子は該第1抵抗器の第2端子に接続されており、該第2トランジスタの第2端子はノードに接続されており、および該第2トランジスタの第3端子は該第1トランジスタの第3端子に接続されており;
該第1トランジスタの第3端子に接続された第1端子および該第1抵抗器の第2端子に接続された第2端子を有する第1キャパシタ;
該第1トランジスタの第3端子に接続された第1端子および該第1トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第2キャパシタ;
該集積回路増幅器の第2出力端子、ここで、該第2出力端子は水晶発振器の水晶への接続を提供するよう配置されており、および該第2出力端子は該第1トランジスタの第3端子に接続されており;
該第2トランジスタの第1端子に接続された第1端子および該ノードに接続された第2端子を有する第3キャパシタ;および
ノードに接続された第1端子および該第1トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第4キャパシタ;
をさらに含み、
ここで、該第1トランジスタのバルクは該DC電源の負端子に接続されており;および
ここで、該第2トランジスタのバルクは該DC電源の正端子に接続されている、
請求項7記載の集積回路増幅器。 - トランジスタが第1トランジスタであり、ノードが該第1トランジスタの第1端子に接続されており、および集積回路増幅器が:
正端子および負端子を有するDC電源;
該DC電源の正端子に接続された第1端子を有する第1電流源;
該第1トランジスタの第2端子に接続された第1端子および該DC電源の負端子に接続された第2端子を有する第2電流源;
第2トランジスタ、ここで、該第2トランジスタの第1端子は該第1電流源の第2端子に接続されており、該第2トランジスタの第2端子はノードに接続されており、および該第2トランジスタの第3端子は該第1トランジスタの第3端子に接続されており;
該第1トランジスタの第3端子に接続された第1端子および該第1電流源の第2端子に接続された第2端子を有する第1キャパシタ;
該第1トランジスタの第3端子に接続された第1端子および該第1トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第2キャパシタ;
該集積回路増幅器の第2出力端子、ここで、該第2出力端子は水晶発振器の水晶への接続を提供するよう配置されており、および該第2出力端子は該第1トランジスタの第3端子に接続されており;
該第2トランジスタの第1端子に接続された第1端子および該ノードに接続された第2端子を有する第3キャパシタ;および
ノードに接続された第1端子および該第1トランジスタの第2端子に接続された第2端子を有する第4キャパシタ;
をさらに含み、
ここで、該第1トランジスタのバルクは該DC電源の負端子に接続されており;および
ここで、該第2トランジスタのバルクは該DC電源の正端子に接続されている、
請求項7記載の集積回路増幅器。 - ノードに接続された第1端子および第2出力端子に接続された第2端子を有する第3抵抗器;
第1トランジスタの第2端子とDC電源の負端子との間に接続されたキャパシタ、ここで、該キャパシタは必要に応じてチューナブルキャパシタであり;
第2トランジスタの第1端子とDC電源の負端子との間に接続されたキャパシタ、ここで、該キャパシタは必要に応じてチューナブルキャパシタであり;および
第2トランジスタの第1端子と第1トランジスタの第2端子との間に接続されたキャパシタ、ここで、該キャパシタは必要に応じてチューナブルキャパシタである;
のうちの1つ以上をさらに含む、請求項14または15記載の集積回路増幅器。 - 第1トランジスタおよび第2トランジスタが相補的構成で配置されている、請求項13〜16のいずれか記載の集積回路増幅器。
- 第1トランジスタおよび第2トランジスタがMOSFETである、請求項13〜17のいずれか記載の集積回路増幅器。
- 第1トランジスタの第1端子がドレイン端子であり;
第1トランジスタの第2端子がソース端子であり;
第1トランジスタの第3端子がゲート端子であり;
第2トランジスタの第1端子がソース端子であり;
第2トランジスタの第2端子がドレイン端子であり;および
第2トランジスタの第3端子がゲート端子である、請求項18記載の集積回路増幅器。 - 第1トランジスタおよび第2トランジスタがBJTである、請求項13〜17のいずれか記載の集積回路増幅器。
- 接続のうちの1つ以上が間接的接続であり、抵抗器などの1つ以上の他の部品を含む、前記請求項のいずれか記載の集積回路増幅器。
- 前記請求項のいずれか記載の回路;および水晶を含む水晶発振器。
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