JP3255248B2 - 弾性表面波発振器 - Google Patents
弾性表面波発振器Info
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 101100042630 Caenorhabditis elegans sin-3 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- 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
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- 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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- H03B5/326—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator the resonator being an acoustic wave device, e.g. SAW or BAW device
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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
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Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波発振器に関
し、もっと詳しくは、所定の周波数の信号を所望の倍数
N(N:2以上の任意の正の整数)に逓倍し、N倍に逓
倍した周波数の信号を出力するものに関する。
し、もっと詳しくは、所定の周波数の信号を所望の倍数
N(N:2以上の任意の正の整数)に逓倍し、N倍に逓
倍した周波数の信号を出力するものに関する。
【0002】
【従来の技術】高周波の信号が必要な場合、弾性表面波
(以下、SAWと略記する。)振動子と、SAW振動子
のインターデジタルトランスデューサ(以下、IDTと
記す。)と協働して所定の周波数で発振する発振器とで
弾性表面波発振器を構成し、所定の周波数の信号を得る
ようにしている。しかし、SAW振動子では、SAW共
振子の共振周波数がIDTの線幅等によって決まるた
め,共振可能な周波数がSAW共振子の加工限界で決ま
ってしまう。このため、SAW共振子と発振器とで弾性
表面波発振器を構成した場合には、発振周波数は実用上
1GHz程度が上限となっている。
(以下、SAWと略記する。)振動子と、SAW振動子
のインターデジタルトランスデューサ(以下、IDTと
記す。)と協働して所定の周波数で発振する発振器とで
弾性表面波発振器を構成し、所定の周波数の信号を得る
ようにしている。しかし、SAW振動子では、SAW共
振子の共振周波数がIDTの線幅等によって決まるた
め,共振可能な周波数がSAW共振子の加工限界で決ま
ってしまう。このため、SAW共振子と発振器とで弾性
表面波発振器を構成した場合には、発振周波数は実用上
1GHz程度が上限となっている。
【0003】したがって、これ以上の周波数の信号が必
要な場合、従来では、所定の周波数の信号を逓倍する逓
倍器を用いて所望の周波数の信号を得るようにしてい
た。
要な場合、従来では、所定の周波数の信号を逓倍する逓
倍器を用いて所望の周波数の信号を得るようにしてい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、逓倍器を用い
ると、逓倍器の出力から逓倍された周波数の所望の信号
を得ることができるが、この出力に高調波成分を多く含
む。したがって、所望の信号だけを得るためには、不用
な高調波成分を除去するためのバンドパスフィルター等
の高価な部品を必要とした。
ると、逓倍器の出力から逓倍された周波数の所望の信号
を得ることができるが、この出力に高調波成分を多く含
む。したがって、所望の信号だけを得るためには、不用
な高調波成分を除去するためのバンドパスフィルター等
の高価な部品を必要とした。
【0005】本発明は、上述の技術的課題を解決し、バ
ンドパスフィルター等の高価な部品を用いることなくス
プリアスの小さく、かつ、周波数の高い所望の信号を得
ることができる弾性表面波発振器を提供することを目的
とする。
ンドパスフィルター等の高価な部品を用いることなくス
プリアスの小さく、かつ、周波数の高い所望の信号を得
ることができる弾性表面波発振器を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の技術的課題を解決
するために、本発明は以下の構成をとる。すなわち、本
発明に係る弾性表面波発振器は、所定の周波数の信号を
所望の倍数N(N:2以上の任意の正の整数)に逓倍
し、N倍に逓倍した周波数の信号を出力するものであっ
て、圧電体基板上にN個のインターデジタルトランスデ
ューサを相互に所定の周波数の信号について2π/Nラ
ジアンだけ位相差のつく位置に配置してなる弾性表面波
共振子と、各インターデジタルトランスデューサのそれ
ぞれと協働して相互に2π/Nラジアンだけ位相差を有
する所定の周波数で発振する発振器と、発振器から出力
された相互に2π/Nラジアンだけ位相差を有するN個
の所定の周波数の信号をそれぞれ乗算し、所定の周波数
をN倍に逓倍した周波数の信号を出力する演算器とを備
えることを特徴とする。
するために、本発明は以下の構成をとる。すなわち、本
発明に係る弾性表面波発振器は、所定の周波数の信号を
所望の倍数N(N:2以上の任意の正の整数)に逓倍
し、N倍に逓倍した周波数の信号を出力するものであっ
て、圧電体基板上にN個のインターデジタルトランスデ
ューサを相互に所定の周波数の信号について2π/Nラ
ジアンだけ位相差のつく位置に配置してなる弾性表面波
共振子と、各インターデジタルトランスデューサのそれ
ぞれと協働して相互に2π/Nラジアンだけ位相差を有
する所定の周波数で発振する発振器と、発振器から出力
された相互に2π/Nラジアンだけ位相差を有するN個
の所定の周波数の信号をそれぞれ乗算し、所定の周波数
をN倍に逓倍した周波数の信号を出力する演算器とを備
えることを特徴とする。
【0007】
【作用】弾性表面波共振子は、圧電体基板上にN個のイ
ンターデジタルトランスデューサを相互に所定の周波数
の信号について2π/Nラジアンだけ位相差のつく位置
に配置してなる。発振器は、各インターデジタルトラン
スデューサのそれぞれと協働して相互に2π/Nラジア
ンだけ位相差を有する所定の周波数で発振する。演算器
は、発振器から出力された相互に2π/Nラジアンだけ
位相差を有するN個の所定の周波数の信号をそれぞれ乗
算し、所定の周波数をN倍に逓倍した周波数の信号を出
力する。
ンターデジタルトランスデューサを相互に所定の周波数
の信号について2π/Nラジアンだけ位相差のつく位置
に配置してなる。発振器は、各インターデジタルトラン
スデューサのそれぞれと協働して相互に2π/Nラジア
ンだけ位相差を有する所定の周波数で発振する。演算器
は、発振器から出力された相互に2π/Nラジアンだけ
位相差を有するN個の所定の周波数の信号をそれぞれ乗
算し、所定の周波数をN倍に逓倍した周波数の信号を出
力する。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の一実施例の誘電体表面波発振器の
回路図である。この誘電体表面波発振器は、2倍に逓倍
した周波数の信号を出力することができる。
する。図1は本発明の一実施例の誘電体表面波発振器の
回路図である。この誘電体表面波発振器は、2倍に逓倍
した周波数の信号を出力することができる。
【0009】SAW共振子2の圧電体基板4上には、グ
レーティング反射器(以下、GR反射器と記す。)8,
10およびIDT12,14が形成される。GR反射器
8およびGR反射器10間に音響的に共振空洞が形成さ
れ、この空洞内に弾性表面波の定在波が立つ。この定在
波と結合するように空洞内にIDT12,14を配置す
ると、圧電振動子を形成することができる。このSAW
共振子2の共振の中心周波数をf0 、その波長をλ0 、
弾性表面波の速度をVSAW とすると、λ0 =VSAW /f
0 となる。ここで、1波長λ0 で、2πラジアンの位相
差がつく。このため、IDT12とIDT14とを2π
ラジアンだけ位相のずれた位置に配置したとすると、I
DT12とIDT14とは同位相になる。したがって、
この実施例では、IDT12は、IDT14に対してπ
ラジアンだけ位相がずれた位置(波長でいえば、λ0 /
2+m・λ0 (m:0または任意の正の整数))に配置
している。IDT12には、端子16,18が設けられ
る。IDT14には、端子20,22が設けられる。
レーティング反射器(以下、GR反射器と記す。)8,
10およびIDT12,14が形成される。GR反射器
8およびGR反射器10間に音響的に共振空洞が形成さ
れ、この空洞内に弾性表面波の定在波が立つ。この定在
波と結合するように空洞内にIDT12,14を配置す
ると、圧電振動子を形成することができる。このSAW
共振子2の共振の中心周波数をf0 、その波長をλ0 、
弾性表面波の速度をVSAW とすると、λ0 =VSAW /f
0 となる。ここで、1波長λ0 で、2πラジアンの位相
差がつく。このため、IDT12とIDT14とを2π
ラジアンだけ位相のずれた位置に配置したとすると、I
DT12とIDT14とは同位相になる。したがって、
この実施例では、IDT12は、IDT14に対してπ
ラジアンだけ位相がずれた位置(波長でいえば、λ0 /
2+m・λ0 (m:0または任意の正の整数))に配置
している。IDT12には、端子16,18が設けられ
る。IDT14には、端子20,22が設けられる。
【0010】SAW共振子2の端子16,20は、それ
ぞれ接地される。端子18は回路24に接続され、端子
22は回路26に接続される。IDT12および回路2
4でコルピッツ発振回路が形成され、周波数f0 で発振
する。また、IDT14および回路26でも同様にコル
ピッツ発振回路が形成され、周波数f0 で発振する。回
路24の出力と回路26の出力とは、同じ周波数f0 で
あるが、IDT12とIDT14とがπラジアンだけ位
相がずれた位置に配置されているので、IDT12とI
DT14とがピックアップする定在波にπラジアンの位
相差がある。したがって、回路24の出力電圧をv0 ・
sinωtで表すと、IDT12とIDT14とがπラ
ジアンだけ位相差のつく位置にあるから、回路26の出
力電圧はv0 ・sin(−ωt)となる。回路24およ
び回路26から出力された信号は、演算器28に与えら
れる。
ぞれ接地される。端子18は回路24に接続され、端子
22は回路26に接続される。IDT12および回路2
4でコルピッツ発振回路が形成され、周波数f0 で発振
する。また、IDT14および回路26でも同様にコル
ピッツ発振回路が形成され、周波数f0 で発振する。回
路24の出力と回路26の出力とは、同じ周波数f0 で
あるが、IDT12とIDT14とがπラジアンだけ位
相がずれた位置に配置されているので、IDT12とI
DT14とがピックアップする定在波にπラジアンの位
相差がある。したがって、回路24の出力電圧をv0 ・
sinωtで表すと、IDT12とIDT14とがπラ
ジアンだけ位相差のつく位置にあるから、回路26の出
力電圧はv0 ・sin(−ωt)となる。回路24およ
び回路26から出力された信号は、演算器28に与えら
れる。
【0011】演算器28は、例えばミキサ等で構成さ
れ、回路24から出力された所定の周波数f0 の信号
と、回路26から出力された所定の周波数f0 の信号と
を乗算する。そして、2倍に逓倍した周波数2f0 の信
号を出力する。すなわち、演算器28は、v0 ・sin
ωt×v0 ・sin(−ωt)を実行する。
れ、回路24から出力された所定の周波数f0 の信号
と、回路26から出力された所定の周波数f0 の信号と
を乗算する。そして、2倍に逓倍した周波数2f0 の信
号を出力する。すなわち、演算器28は、v0 ・sin
ωt×v0 ・sin(−ωt)を実行する。
【0012】ここで、 |v0 ・sinωt×v0 ・sin(−ωt)| =v0 2・sin2 ωt =v0 2・(1−cos2ωt)/2 となる。
【0013】したがって、演算器28は、周波数f0 を
2倍に逓倍した周波数2f0 のみの信号を出力すること
ができる。
2倍に逓倍した周波数2f0 のみの信号を出力すること
ができる。
【0014】なお、演算器28では、乗算するだけであ
るので、高調波を発生することはない。したがって、演
算器28は、スプリアスの小さな周波数2f0 の出力を
得ることができる。また、SAW共振子2と、回路2
4,26とによって、低位相雑音,ショック雑音の低さ
を高い周波数で生かすことができる。また、同一の回路
24,26を用いているので、発振周波数等のバランス
を取ることが容易である。さらに、SAW共振子2も周
波数f0 用のものでよく、回路24,26のトランジス
タもカットオフ周波数f0 のものでよく、周波数2f0
用の高価な部品を用いる必要がないので、安価に構成す
ることができる。
るので、高調波を発生することはない。したがって、演
算器28は、スプリアスの小さな周波数2f0 の出力を
得ることができる。また、SAW共振子2と、回路2
4,26とによって、低位相雑音,ショック雑音の低さ
を高い周波数で生かすことができる。また、同一の回路
24,26を用いているので、発振周波数等のバランス
を取ることが容易である。さらに、SAW共振子2も周
波数f0 用のものでよく、回路24,26のトランジス
タもカットオフ周波数f0 のものでよく、周波数2f0
用の高価な部品を用いる必要がないので、安価に構成す
ることができる。
【0015】図2は本発明の他の実施例の誘電体表面波
発振器の回路図であり、図1の実施例に対応する部分に
は同一の参照符を付す。この誘電体表面波発振器は、3
倍に逓倍した周波数の信号を出力することができる。
発振器の回路図であり、図1の実施例に対応する部分に
は同一の参照符を付す。この誘電体表面波発振器は、3
倍に逓倍した周波数の信号を出力することができる。
【0016】この誘電体表面波発振器に用いられるSA
W共振子30では、圧電体基板4上にIDT14を中に
してその両側にIDT12およびIDT32が設けられ
る。このSAW共振子30では、IDT12は、IDT
14に対して2π/3ラジアンだけ位相がずれる位置
(波長でいえば、λ0 /3+m・λ0 (m:0または任
意の正の整数))に配置されている。また、IDT32
は、IDT14に対して2π/3ラジアンだけ位相がず
れる位置に配置されている。IDT32には、端子3
4,36が設けられる。端子34は、接地される。端子
36は、回路40に接続される。IDT32および回路
40でコルピッツ発振回路が形成され、周波数f0 で発
振する。
W共振子30では、圧電体基板4上にIDT14を中に
してその両側にIDT12およびIDT32が設けられ
る。このSAW共振子30では、IDT12は、IDT
14に対して2π/3ラジアンだけ位相がずれる位置
(波長でいえば、λ0 /3+m・λ0 (m:0または任
意の正の整数))に配置されている。また、IDT32
は、IDT14に対して2π/3ラジアンだけ位相がず
れる位置に配置されている。IDT32には、端子3
4,36が設けられる。端子34は、接地される。端子
36は、回路40に接続される。IDT32および回路
40でコルピッツ発振回路が形成され、周波数f0 で発
振する。
【0017】回路24,26,40の出力は、それぞれ
同じ周波数f0 であるが、IDT12,14,32が2
π/3ラジアンだけ位相がずれる位置にそれぞれ設けら
れているので、それぞれ2π/3ラジアンの位相差があ
る。回路26の出力電圧をv0 ・sinωtで表すと、
回路24の出力電圧はv0 ・sin(ωt−2π/
3)、回路40の出力電圧はv0 ・sin(ωt+2π
/3)となる。回路24,26,40から出力された信
号は、演算器42に与えられる。
同じ周波数f0 であるが、IDT12,14,32が2
π/3ラジアンだけ位相がずれる位置にそれぞれ設けら
れているので、それぞれ2π/3ラジアンの位相差があ
る。回路26の出力電圧をv0 ・sinωtで表すと、
回路24の出力電圧はv0 ・sin(ωt−2π/
3)、回路40の出力電圧はv0 ・sin(ωt+2π
/3)となる。回路24,26,40から出力された信
号は、演算器42に与えられる。
【0018】演算器42は、演算器28と同様に例えば
ミキサ等で構成され、回路24,26,40からそれぞ
れ出力された所定の周波数の信号f0 を乗算する。そし
て、3倍に逓倍した周波数3f0 の信号を出力する。す
なわち、演算器42は、v0・sin(ωt−2π/
3)×v0 ・sinωt×v0 ・sin(ωt+2π/
3)を実行する。
ミキサ等で構成され、回路24,26,40からそれぞ
れ出力された所定の周波数の信号f0 を乗算する。そし
て、3倍に逓倍した周波数3f0 の信号を出力する。す
なわち、演算器42は、v0・sin(ωt−2π/
3)×v0 ・sinωt×v0 ・sin(ωt+2π/
3)を実行する。
【0019】ここで、 v0 ・sin(ωt−2π/3)×v0 ・sinωt× v0 ・sin(ωt+2π/3) =v0 3・{(sinωt・cos2π/3)+ (cosωt・sin2π/3)}× {(sinωt・cos2π/3)−(cosωt・sin2π/3)} =v0 3・{(sin2 ωt/4)−(3cos2 ωt/4)}・sinωt =v0 3・(4sin3 ωt−3sinωt) ここで、sin3 ωt=(3sinωt−sin3ω
t)/4である。したがって、上式、すなわち演算器4
2の出力は、 |v0 3・(3sinωt−sin3ωt−3sinωt)| =v0 3sin3ωt となる。
t)/4である。したがって、上式、すなわち演算器4
2の出力は、 |v0 3・(3sinωt−sin3ωt−3sinωt)| =v0 3sin3ωt となる。
【0020】したがって、演算器42は、周波数f0 を
3倍に逓倍した周波数3f0 のみの信号を出力すること
ができる。
3倍に逓倍した周波数3f0 のみの信号を出力すること
ができる。
【0021】なお、演算器42は、乗算するだけである
ので、高調波を発生することはない。したがって、演算
器42は、スプリアスの小さな周波数3f0 の出力を得
ることができる。また、SAW共振子30も周波数f0
用のものでよく、回路24,26,40のトランジスタ
もカットオフ周波数f0 のものでよく、周波数3f0用
の高価な部品を用いる必要がないので、安価に構成する
ことができる。
ので、高調波を発生することはない。したがって、演算
器42は、スプリアスの小さな周波数3f0 の出力を得
ることができる。また、SAW共振子30も周波数f0
用のものでよく、回路24,26,40のトランジスタ
もカットオフ周波数f0 のものでよく、周波数3f0用
の高価な部品を用いる必要がないので、安価に構成する
ことができる。
【0022】なお、図1,図2の実施例では2倍および
3倍に逓倍した周波数の信号を得るようにしたが、本発
明の他の実施例として、SAW共振子にN(N:4以上
の正の整数)個のIDTを2π/Nラジアンだけ位相差
のつく位置に配置し、2π/Nラジアンだけ位相差を有
する所定の周波数の信号をそれぞれ乗算し、N倍に逓倍
した周波数の信号を得るようにしてもよい。また、ID
T12,14,32と回路24,26,40とでコルピ
ッツ発振回路を構成し発振させるようにしたが、ピアー
ス,ハートレー等の発振回路で発振させるようにしても
よい。
3倍に逓倍した周波数の信号を得るようにしたが、本発
明の他の実施例として、SAW共振子にN(N:4以上
の正の整数)個のIDTを2π/Nラジアンだけ位相差
のつく位置に配置し、2π/Nラジアンだけ位相差を有
する所定の周波数の信号をそれぞれ乗算し、N倍に逓倍
した周波数の信号を得るようにしてもよい。また、ID
T12,14,32と回路24,26,40とでコルピ
ッツ発振回路を構成し発振させるようにしたが、ピアー
ス,ハートレー等の発振回路で発振させるようにしても
よい。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明では、圧電体基板
上にN個のインターデジタルトランスデューサを相互に
所定の周波数の信号について2π/Nラジアンだけ位相
差のつく位置に配置してなる弾性表面波共振子と、各イ
ンターデジタルトランスデューサのそれぞれと協働して
相互に2π/Nラジアンだけ位相差を有する所定の周波
数で発振する発振器と、発振器から出力された相互に2
π/Nラジアンだけ位相差を有するN個の所定の周波数
の信号をそれぞれ乗算し、所定の周波数をN倍に逓倍し
た周波数の信号を出力する演算器とを備えるようにして
いる。したがって、バンドパスフィルター等の高価な部
品を別途用いることなく、安価で、スプリアスの小さ
く、かつ、周波数の高い所望の信号を得ることができ
る。
上にN個のインターデジタルトランスデューサを相互に
所定の周波数の信号について2π/Nラジアンだけ位相
差のつく位置に配置してなる弾性表面波共振子と、各イ
ンターデジタルトランスデューサのそれぞれと協働して
相互に2π/Nラジアンだけ位相差を有する所定の周波
数で発振する発振器と、発振器から出力された相互に2
π/Nラジアンだけ位相差を有するN個の所定の周波数
の信号をそれぞれ乗算し、所定の周波数をN倍に逓倍し
た周波数の信号を出力する演算器とを備えるようにして
いる。したがって、バンドパスフィルター等の高価な部
品を別途用いることなく、安価で、スプリアスの小さ
く、かつ、周波数の高い所望の信号を得ることができ
る。
【図1】本発明の一実施例の誘電体表面波発振器の回路
図である。
図である。
【図2】本発明の他の実施例の誘電体表面波発振器の回
路図である。
路図である。
2,30…SAW共振子 4…圧電体基板 12,14,32…IDT 24,26,40…回路 28,42…演算器
Claims (1)
- 【請求項1】 所定の周波数の信号を所望の倍数N
(N:2以上の任意の正の整数)に逓倍し、N倍に逓倍
した周波数の信号を出力する弾性表面波発振器であっ
て、 圧電体基板上にN個のインターデジタルトランスデュー
サを相互に所定の周波数の信号について2π/Nラジア
ンだけ位相差のつく位置に配置してなる弾性表面波共振
子と、 各インターデジタルトランスデューサのそれぞれと協働
して相互に2π/Nラジアンだけ位相差を有する所定の
周波数で発振する発振器と、 発振器から出力された相互に2π/Nラジアンだけ位相
差を有するN個の所定の周波数の信号をそれぞれ乗算
し、所定の周波数をN倍に逓倍した周波数の信号を出力
する演算器とを備えることを特徴とする弾性表面波発振
器。
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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1993
- 1993-12-02 US US08/161,114 patent/US5373260A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-12-02 DE DE4341179A patent/DE4341179C2/de not_active Expired - Fee Related
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US5373260A (en) | 1994-12-13 |
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