JP3189662B2 - 温度補償型圧電発振器 - Google Patents
温度補償型圧電発振器Info
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
- H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
- H03L1/022—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature
- H03L1/023—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature by using voltage variable capacitance diodes
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- H—ELECTRICITY
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- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
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- H03B5/36—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator active element in amplifier being semiconductor device
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度補償型圧電発
振器に関し、詳しくは携帯型のセルラー無線機の端末等
に用いられる温度補償型圧電発振器に関するものであ
る。
振器に関し、詳しくは携帯型のセルラー無線機の端末等
に用いられる温度補償型圧電発振器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】GTカット水晶振動子を用いた圧電発振
器は一般に知られており、ここで用いられる水晶振動子
には、周囲温度の変化により共振周波数が変化する、つ
まり、周波数温度係数(Temperature Coefficient of F
requency:TCF 以下TCFという)が存在する。そ
して、この圧電発振器が携帯型のセルラー無線機の端末
に用いられる場合、TCFが−20℃〜+60℃の温度
範囲で±1.0ppm〜±2.5ppmの安定度である
ことが求められる。
器は一般に知られており、ここで用いられる水晶振動子
には、周囲温度の変化により共振周波数が変化する、つ
まり、周波数温度係数(Temperature Coefficient of F
requency:TCF 以下TCFという)が存在する。そ
して、この圧電発振器が携帯型のセルラー無線機の端末
に用いられる場合、TCFが−20℃〜+60℃の温度
範囲で±1.0ppm〜±2.5ppmの安定度である
ことが求められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような要求を満足
するために、従来は、大量に生産されたGTカット水晶
振動子の中から、所定の温度安定度を有する水晶振動子
が選別されて使用されていたが、水晶振動子の選別に多
大の労力と時間を必要とするため、コスト高となってい
た。
するために、従来は、大量に生産されたGTカット水晶
振動子の中から、所定の温度安定度を有する水晶振動子
が選別されて使用されていたが、水晶振動子の選別に多
大の労力と時間を必要とするため、コスト高となってい
た。
【0004】これを解決する手段として、例えば特開平
7−99411号に示されるように、温度補償用コンデ
ンサを用いて水晶振動子のTCFを回路的に補償する水
晶発振回路がある。特開平7−99411号に示される
水晶発振回路は、正あるいは負のどちらか一方のTCF
を有するGTカット水晶振動子について補償するもので
ある。そのため、この水晶発振回路を用いる場合は、正
または負のそれぞれのTCFに対応した回路基板を準備
し、水晶振動子のTCFが正か負かを確認して、正また
は負のTCFに対応した回路基板に搭載する。しかし、
正または負のTCFに対応した回路基板をそれぞれ準備
しなければならず、コスト高で生産性が良くなく、ま
た、前記温度補償用コンデンサで、正の静電容量温度係
数を有する温度補償用コンデンサは、種類も少なく、高
価であり、実用的でない。
7−99411号に示されるように、温度補償用コンデ
ンサを用いて水晶振動子のTCFを回路的に補償する水
晶発振回路がある。特開平7−99411号に示される
水晶発振回路は、正あるいは負のどちらか一方のTCF
を有するGTカット水晶振動子について補償するもので
ある。そのため、この水晶発振回路を用いる場合は、正
または負のそれぞれのTCFに対応した回路基板を準備
し、水晶振動子のTCFが正か負かを確認して、正また
は負のTCFに対応した回路基板に搭載する。しかし、
正または負のTCFに対応した回路基板をそれぞれ準備
しなければならず、コスト高で生産性が良くなく、ま
た、前記温度補償用コンデンサで、正の静電容量温度係
数を有する温度補償用コンデンサは、種類も少なく、高
価であり、実用的でない。
【0005】したがって、本発明の目的は、前記従来の
問題点を解消するためになされたものであり、周囲温度
の変化に対して安定した発振周波数の信号を容易にかつ
安価に得られ、さらに、小型化された温度補償型圧電発
振器を提供することにある。
問題点を解消するためになされたものであり、周囲温度
の変化に対して安定した発振周波数の信号を容易にかつ
安価に得られ、さらに、小型化された温度補償型圧電発
振器を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、周波数温度特性が直線的に変化する圧電
振動子を用いた温度補償型圧電発振器において、入力電
圧を安定化して出力する安定化電源回路と、前記安定化
電源回路から出力される電圧を入力し、周囲温度に応じ
た電圧に変換し出力する温度補償回路と、前記温度補償
回路から出力される電圧を入力し、入力された電圧に応
じて、圧電振動子の発振周波数を変化させて、高周波数
信号を出力する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振
回路から出力される高周波数信号を入力し、増幅し、高
周波数信号を出力する緩衝増幅回路と、からなり、前記
温度補償回路は、1個のNTCサーミスタの一端と直列
に抵抗器を接続し、この直列回路に並列に抵抗器を接続
し、前記NTCサーミスタの他端に、2つの抵抗器を接
続して構成されることを特徴とする。
め、本発明は、周波数温度特性が直線的に変化する圧電
振動子を用いた温度補償型圧電発振器において、入力電
圧を安定化して出力する安定化電源回路と、前記安定化
電源回路から出力される電圧を入力し、周囲温度に応じ
た電圧に変換し出力する温度補償回路と、前記温度補償
回路から出力される電圧を入力し、入力された電圧に応
じて、圧電振動子の発振周波数を変化させて、高周波数
信号を出力する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振
回路から出力される高周波数信号を入力し、増幅し、高
周波数信号を出力する緩衝増幅回路と、からなり、前記
温度補償回路は、1個のNTCサーミスタの一端と直列
に抵抗器を接続し、この直列回路に並列に抵抗器を接続
し、前記NTCサーミスタの他端に、2つの抵抗器を接
続して構成されることを特徴とする。
【0007】また、前記温度補償型圧電発振器におい
て、正の周波数温度係数を有する圧電振動子に対応した
温度補償回路パターン、および、負の周波数温度係数を
有する圧電振動子に対応した温度補償回路パターンを、
同一の回路基板上に設け、前記圧電振動子の周波数温度
係数の正負に応じて、前記各温度補償回路パターンを選
択して用いることを特徴とする。
て、正の周波数温度係数を有する圧電振動子に対応した
温度補償回路パターン、および、負の周波数温度係数を
有する圧電振動子に対応した温度補償回路パターンを、
同一の回路基板上に設け、前記圧電振動子の周波数温度
係数の正負に応じて、前記各温度補償回路パターンを選
択して用いることを特徴とする。
【0008】これにより、温度補償回路が1個のNTC
サーミスタと数個の抵抗体で構成できるため、部品点数
が減少し、小型化およびコストダウンが達成される。
サーミスタと数個の抵抗体で構成できるため、部品点数
が減少し、小型化およびコストダウンが達成される。
【0009】また、TCFの正負に応じて2種類の回路
基板を準備する必要が無く、基板製造におけるコストダ
ウンが図れる。
基板を準備する必要が無く、基板製造におけるコストダ
ウンが図れる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図1において、温度補償型
圧電発振器10は、安定化電源回路1と、安定化電源回
路1から出力される出力電圧V1が入力される温度補償
回路2と、温度補償回路2から出力される出力電圧V2
が入力される電圧制御発振回路3と、安定化電源回路1
の出力電圧V1および電圧制御発振回路3の出力信号が
入力される緩衝増幅回路4とから構成されている。
を参照して詳細に説明する。図1において、温度補償型
圧電発振器10は、安定化電源回路1と、安定化電源回
路1から出力される出力電圧V1が入力される温度補償
回路2と、温度補償回路2から出力される出力電圧V2
が入力される電圧制御発振回路3と、安定化電源回路1
の出力電圧V1および電圧制御発振回路3の出力信号が
入力される緩衝増幅回路4とから構成されている。
【0011】次に、温度補償型圧電発振器10を構成す
る各回路の構成および動作を図2を用いて説明する。安
定化電源回路1は、コンデンサC1,C2および3端子
レギュレータ5から構成されており、温度補償型圧電発
振器10aに印加された電圧Vccを安定化し、出力電圧
V1を出力する。
る各回路の構成および動作を図2を用いて説明する。安
定化電源回路1は、コンデンサC1,C2および3端子
レギュレータ5から構成されており、温度補償型圧電発
振器10aに印加された電圧Vccを安定化し、出力電圧
V1を出力する。
【0012】温度補償回路2aは、抵抗器R1と、抵抗
器R1に直列接続されたNTCサーミスタThと、この
抵抗器R1とNTCサーミスタThの直列回路と並列接
続する抵抗器R2と、抵抗器R3,R4から構成されて
おり、安定化電源回路1の出力電圧V1を、抵抗器R1
とNTCサーミスタThの直列回路、および、抵抗器R
2の一端に入力し、抵抗器R3で分圧し、分圧された電
圧を抵抗器R4で引き出して、温度補償回路2aの出力
電圧V2として出力する。
器R1に直列接続されたNTCサーミスタThと、この
抵抗器R1とNTCサーミスタThの直列回路と並列接
続する抵抗器R2と、抵抗器R3,R4から構成されて
おり、安定化電源回路1の出力電圧V1を、抵抗器R1
とNTCサーミスタThの直列回路、および、抵抗器R
2の一端に入力し、抵抗器R3で分圧し、分圧された電
圧を抵抗器R4で引き出して、温度補償回路2aの出力
電圧V2として出力する。
【0013】電圧制御発振回路3は、可変容量ダイオー
ドVCと、周波数微調用可変コンデンサC0と、周波数
温度特性が直線的に変化する圧電振動子としてGTカッ
ト水晶振動子X1と、直流カットコンデンサC3と、高
周波信号分割用コンデンサC4,C5と、抵抗器R5,
R6と、トランジスタQ1とから構成されており、温度
補償回路2から入力される電圧V2に応じて、可変容量
ダイオードVCの静電容量を変化させ、静電容量の変化
により、GTカット水晶振動子X1を含む共振回路の共
振周波数を変化させ、電圧制御発振回路3の発振周波数
を変化させて、トランジスタQ1のコレクタから高周波
数信号を出力する。
ドVCと、周波数微調用可変コンデンサC0と、周波数
温度特性が直線的に変化する圧電振動子としてGTカッ
ト水晶振動子X1と、直流カットコンデンサC3と、高
周波信号分割用コンデンサC4,C5と、抵抗器R5,
R6と、トランジスタQ1とから構成されており、温度
補償回路2から入力される電圧V2に応じて、可変容量
ダイオードVCの静電容量を変化させ、静電容量の変化
により、GTカット水晶振動子X1を含む共振回路の共
振周波数を変化させ、電圧制御発振回路3の発振周波数
を変化させて、トランジスタQ1のコレクタから高周波
数信号を出力する。
【0014】緩衝増幅回路4は、コンデンサC6,C
7,C8と、抵抗器R7,R8,R9と、トランジスタ
Q2とから構成されており、電圧制御発振回路3から出
力される高周波数信号をトランジスタQ2のエミッタか
ら入力し、また一方で、安定化電源回路1の出力電圧V
1をトランジスタQ2のコレクタの電源電圧として入力
し、トランジスタQ2をベース接地型の増幅器として動
作させる。コンデンサC7はトランジスタQ2のベース
の高周波数信号バイパス用として機能している。トラン
ジスタQ2のベース接地型増幅器は、負荷の変動に対し
て周波数の変化をおさえ、直流カットコンデンサC8を
介して、出力端子outから緩衝増幅回路4の高周波出
力電圧V4を、温度補償型圧電発振器10aの出力電圧
として出力する。
7,C8と、抵抗器R7,R8,R9と、トランジスタ
Q2とから構成されており、電圧制御発振回路3から出
力される高周波数信号をトランジスタQ2のエミッタか
ら入力し、また一方で、安定化電源回路1の出力電圧V
1をトランジスタQ2のコレクタの電源電圧として入力
し、トランジスタQ2をベース接地型の増幅器として動
作させる。コンデンサC7はトランジスタQ2のベース
の高周波数信号バイパス用として機能している。トラン
ジスタQ2のベース接地型増幅器は、負荷の変動に対し
て周波数の変化をおさえ、直流カットコンデンサC8を
介して、出力端子outから緩衝増幅回路4の高周波出
力電圧V4を、温度補償型圧電発振器10aの出力電圧
として出力する。
【0015】図2に示した温度補償型圧電発振器10a
において、温度補償回路2aは、GTカット水晶振動子
X1が負のTCFを有する場合に対応した回路構成とな
っている。次に、図3に、GTカット水晶振動子X1が
正のTCFを有する場合に対応した温度補償型圧電発振
器10bの回路構成および動作を示す。ここで、安定化
電源回路1、電圧制御発振回路3、および、緩衝増幅回
路4の回路構成は、図2の温度補償型圧電発振器10a
と同一であるため、同一番号を付し、説明を省略する。
において、温度補償回路2aは、GTカット水晶振動子
X1が負のTCFを有する場合に対応した回路構成とな
っている。次に、図3に、GTカット水晶振動子X1が
正のTCFを有する場合に対応した温度補償型圧電発振
器10bの回路構成および動作を示す。ここで、安定化
電源回路1、電圧制御発振回路3、および、緩衝増幅回
路4の回路構成は、図2の温度補償型圧電発振器10a
と同一であるため、同一番号を付し、説明を省略する。
【0016】温度補償型圧電発振器10bを構成する温
度補償回路2bは、抵抗器R10と、この抵抗器R10
と直列接続する抵抗器R12,R13、および、NTC
サーミスタThと、このNTCサーミスタThと直列接
続された抵抗器R11とから構成されている。この、温
度補償回路2bに、安定化電源回路の出力電圧V1が入
力されると、抵抗器R10と、NTCサーミスタTh,
抵抗器R11,R12を含む直列回路で分圧され、分圧
された電圧が抵抗器R13から引き出され、温度補償回
路2bの出力電圧V2として出力される。
度補償回路2bは、抵抗器R10と、この抵抗器R10
と直列接続する抵抗器R12,R13、および、NTC
サーミスタThと、このNTCサーミスタThと直列接
続された抵抗器R11とから構成されている。この、温
度補償回路2bに、安定化電源回路の出力電圧V1が入
力されると、抵抗器R10と、NTCサーミスタTh,
抵抗器R11,R12を含む直列回路で分圧され、分圧
された電圧が抵抗器R13から引き出され、温度補償回
路2bの出力電圧V2として出力される。
【0017】図2、および、図3で示した温度補償型圧
電発振器10a,10bは、それぞれ、GTカット水晶
振動子X1のTCFが負に対応した回路,TCFが正に
対応した回路となっており、この場合、GTカット水晶
振動子X1のTCFの正負に応じて、温度補償型圧電発
振器を2種類準備する必要がある。しかし、上記温度補
償型圧電発振器10a、10bにおいて、構成が異なる
のは温度補償回路2a,2bのみであるため、温度補償
回路2a,2bを図4のように構成することもできる。
電発振器10a,10bは、それぞれ、GTカット水晶
振動子X1のTCFが負に対応した回路,TCFが正に
対応した回路となっており、この場合、GTカット水晶
振動子X1のTCFの正負に応じて、温度補償型圧電発
振器を2種類準備する必要がある。しかし、上記温度補
償型圧電発振器10a、10bにおいて、構成が異なる
のは温度補償回路2a,2bのみであるため、温度補償
回路2a,2bを図4のように構成することもできる。
【0018】図4に示す温度補償型圧電発振器10cに
おいて、温度補償回路2cは、抵抗器R1およびR3
が、それぞれ、抵抗器R10およびR11の機能を兼
ね、破線で示した回路パターンa(抵抗器R2,R4を
含む)が、図2で示したGTカット水晶振動子X1の負
のTCFに対応し、二点鎖線で示した回路パターンb
(抵抗器R12,R13を含む)が、図3で示したGT
カット水晶振動子X1の正のTCFに対応している。例
えば、GTカット水晶振動子のTCFが負の場合、回路
パターンbは不要であるため、パターンの配線をレーザ
ー等で焼き切るか、回路パターンb上の抵抗R11,R
12をレーザー等で切断し、断線させればよい。あるい
は、、抵抗器R11,R12を図示しない回路基板上に
実装しなければよい。GTカット水晶振動子のTCFが
正の場合は、同様に回路パターンaを断線すればよい。
あるいは、抵抗器R2,R4を回路基板上に実装しなけ
ればよい。
おいて、温度補償回路2cは、抵抗器R1およびR3
が、それぞれ、抵抗器R10およびR11の機能を兼
ね、破線で示した回路パターンa(抵抗器R2,R4を
含む)が、図2で示したGTカット水晶振動子X1の負
のTCFに対応し、二点鎖線で示した回路パターンb
(抵抗器R12,R13を含む)が、図3で示したGT
カット水晶振動子X1の正のTCFに対応している。例
えば、GTカット水晶振動子のTCFが負の場合、回路
パターンbは不要であるため、パターンの配線をレーザ
ー等で焼き切るか、回路パターンb上の抵抗R11,R
12をレーザー等で切断し、断線させればよい。あるい
は、、抵抗器R11,R12を図示しない回路基板上に
実装しなければよい。GTカット水晶振動子のTCFが
正の場合は、同様に回路パターンaを断線すればよい。
あるいは、抵抗器R2,R4を回路基板上に実装しなけ
ればよい。
【0019】本実施の形態では、周波数温度特性が直線
的に変化する圧電振動子として、GTカット水晶振動子
を用いているが、周波数温度特性が直線的に変化する圧
電振動子であれば、特にGTカット水晶振動子に限定す
るものではない。
的に変化する圧電振動子として、GTカット水晶振動子
を用いているが、周波数温度特性が直線的に変化する圧
電振動子であれば、特にGTカット水晶振動子に限定す
るものではない。
【0020】また、抵抗体やNTCサーミスタは、チッ
プ型のものや、回路基板上に、抵抗ペーストを印刷・焼
成して形成したものや、蒸着やスパッタリングで形成し
た薄膜など、用途に応じて用いることができる。
プ型のものや、回路基板上に、抵抗ペーストを印刷・焼
成して形成したものや、蒸着やスパッタリングで形成し
た薄膜など、用途に応じて用いることができる。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明による温度補償型
圧電発振器では、温度補償回路は、1個のNTCサーミ
スタと、数個の抵抗体のみで構成されており、部品点数
の減少に伴いコストダウンされるとともに、回路基板の
占有面積も小さくなり、小型化も達成される。
圧電発振器では、温度補償回路は、1個のNTCサーミ
スタと、数個の抵抗体のみで構成されており、部品点数
の減少に伴いコストダウンされるとともに、回路基板の
占有面積も小さくなり、小型化も達成される。
【0022】また、TCFの正負に応じて2種類の回路
基板を準備しなくてよく、基板製造におけるコストダウ
ンが図れる。
基板を準備しなくてよく、基板製造におけるコストダウ
ンが図れる。
【図1】本発明の実施形態に係る温度補償型圧電発振器
の構造を示すブロック図である。
の構造を示すブロック図である。
【図2】本発明の一つの実施形態に係る温度補償型圧電
発振器の構造を示す回路図である。
発振器の構造を示す回路図である。
【図3】本発明の他の実施形態に係る温度補償型圧電発
振器の構造を示す回路図である。
振器の構造を示す回路図である。
【図4】本発明のさらに他の実施形態に係る温度補償型
圧電発振器の構造を示す回路図である。
圧電発振器の構造を示す回路図である。
1 安定化電源回路 2,2a,2b,2c 温度補償回路 3 電圧制御発振回路 4 緩衝増幅回路 10,10a,10b,10c 温度補償型圧電発振器 Th NTCサーミスタ R1,R2,R3,R4,R10,R11,R12,R
13 抵抗器
13 抵抗器
Claims (2)
- 【請求項1】 周波数温度特性が直線的に変化する圧電
振動子を用いた温度補償型圧電発振器において、入力電
圧を安定化して出力する安定化電源回路と、前記安定化
電源回路から出力される電圧を入力し、周囲温度に応じ
た電圧に変換し出力する温度補償回路と、前記温度補償
回路から出力される電圧を入力し、入力された電圧に応
じて、圧電振動子の発振周波数を変化させて、高周波数
信号を出力する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振
回路から出力される高周波数信号を入力し、増幅し、高
周波数信号を出力する緩衝増幅回路と、からなり、前記
温度補償回路は、1個のNTCサーミスタの一端と直列
に抵抗器を接続し、この直列回路に並列に抵抗器を接続
し、前記NTCサーミスタの他端に、2つの抵抗器を接
続して構成されることを特徴とする温度補償型圧電発振
器。 - 【請求項2】 請求項1記載の温度補償型圧電発振器に
おいて、正の周波数温度係数を有する圧電振動子に対応
した温度補償回路パターン、および、負の周波数温度係
数を有する圧電振動子に対応した温度補償回路パターン
を、同一の回路基板上に設け、前記圧電振動子の周波数
温度係数の正負に応じて、前記各温度補償回路パターン
を選択して用いることを特徴とする温度補償型圧電発振
器。
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