JP3306241B2 - 水晶発振器 - Google Patents
水晶発振器Info
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- JP3306241B2 JP3306241B2 JP33899194A JP33899194A JP3306241B2 JP 3306241 B2 JP3306241 B2 JP 3306241B2 JP 33899194 A JP33899194 A JP 33899194A JP 33899194 A JP33899194 A JP 33899194A JP 3306241 B2 JP3306241 B2 JP 3306241B2
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低電源電圧で動作し、
低消費電力で、しかも温度の変化にかかわらず一定振幅
の発振出力を得ることができる水晶発振器に関する。
低消費電力で、しかも温度の変化にかかわらず一定振幅
の発振出力を得ることができる水晶発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、種々の電子機器の周波数、時間等
の基準として水晶発振器が多用されている。しかしてこ
のような電子機器では、小型、軽量化とともに、特に携
帯型の機器等では、限られた電力容量のバッテリー等の
電源を有効に利用するために、消費電力を低減すること
が望まれている。このため、たとえば従来の携帯型の機
器では電源電圧は５Ｖで使用するようにしていたが、最
近の機器では３Ｖないし、それ以下の低電圧で動作する
ようにし、かつ低消費電力であることが望まれている。
の基準として水晶発振器が多用されている。しかしてこ
のような電子機器では、小型、軽量化とともに、特に携
帯型の機器等では、限られた電力容量のバッテリー等の
電源を有効に利用するために、消費電力を低減すること
が望まれている。このため、たとえば従来の携帯型の機
器では電源電圧は５Ｖで使用するようにしていたが、最
近の機器では３Ｖないし、それ以下の低電圧で動作する
ようにし、かつ低消費電力であることが望まれている。
【０００３】図３は、従来の水晶発振器の一例を示す回
路図である。この水晶発振器は,水晶振動子１を用いた
コルピッツ型の水晶発振回路２の出力に、カスコードに
緩衝増幅器３を接続したものである。このような水晶発
振器を、たとえば電源電圧３Ｖ程度の低電圧の電源４で
動作させた場合、単一の電源４に対して２個のトランジ
スタを直列に接続することになり電源電圧を有効に利用
できるために消費電力の点では有利であるが、電源電圧
は二分されることになる。そして二分された電源電圧に
対して、各トランジスタの動作点は温度の変化によるＶ
ｂｅ(ベース・エミッタ電圧）の変化等を考慮して、あ
る程度の余裕をみて設定する必要がある。このため電源
電圧を有効に利用可能な範囲はさらに小さくなり、たと
えば３Ｖの電源電圧に対して、発振出力の振幅は０．５
Ｖｐ−ｐ以下になってしまう。
路図である。この水晶発振器は,水晶振動子１を用いた
コルピッツ型の水晶発振回路２の出力に、カスコードに
緩衝増幅器３を接続したものである。このような水晶発
振器を、たとえば電源電圧３Ｖ程度の低電圧の電源４で
動作させた場合、単一の電源４に対して２個のトランジ
スタを直列に接続することになり電源電圧を有効に利用
できるために消費電力の点では有利であるが、電源電圧
は二分されることになる。そして二分された電源電圧に
対して、各トランジスタの動作点は温度の変化によるＶ
ｂｅ(ベース・エミッタ電圧）の変化等を考慮して、あ
る程度の余裕をみて設定する必要がある。このため電源
電圧を有効に利用可能な範囲はさらに小さくなり、たと
えば３Ｖの電源電圧に対して、発振出力の振幅は０．５
Ｖｐ−ｐ以下になってしまう。
【０００４】そして、このように発振出力の振幅の小さ
い水晶発振回路では、たとえばＣ−ＭＯＳ型のロジック
回路を安定に駆動することはできない。このため、たと
えば図４に示すように水晶振動子１を用いたコルピッツ
型の水晶発振回路２と緩衝増幅器３とを電源４に対して
並列に接続した水晶発振器が考えられる。このようにす
れば、比較的大きな出力振幅を得られる利点がある。し
かしながらこのようなものでは、発振回路２及び緩衝増
幅器３は電源４に並列に接続されることになり、当然に
消費電力が大きくなり携帯型の機器には適さない問題が
ある。
い水晶発振回路では、たとえばＣ−ＭＯＳ型のロジック
回路を安定に駆動することはできない。このため、たと
えば図４に示すように水晶振動子１を用いたコルピッツ
型の水晶発振回路２と緩衝増幅器３とを電源４に対して
並列に接続した水晶発振器が考えられる。このようにす
れば、比較的大きな出力振幅を得られる利点がある。し
かしながらこのようなものでは、発振回路２及び緩衝増
幅器３は電源４に並列に接続されることになり、当然に
消費電力が大きくなり携帯型の機器には適さない問題が
ある。
【０００５】さらに上記第３図及び第４図に示す発振回
路の共通の問題点として、温度が変化した際の出力振幅
の変動があり、このような傾向は、低電圧の電源を用い
た消費電力の少ない発振器ほど顕著にあらわれる。すな
わち、通常のトランジスタの場合、Ｖｂｅは約−２ｍＶ
／℃で変化することが知られている。ここで、たとえば
第３図に示す発振器において電源電圧が３Ｖ、発振トラ
ンジスタのエミッタ電圧０．５Ｖ、コレクタ電流３００
μＡで常温において動作するように設計したものとす
る。
路の共通の問題点として、温度が変化した際の出力振幅
の変動があり、このような傾向は、低電圧の電源を用い
た消費電力の少ない発振器ほど顕著にあらわれる。すな
わち、通常のトランジスタの場合、Ｖｂｅは約−２ｍＶ
／℃で変化することが知られている。ここで、たとえば
第３図に示す発振器において電源電圧が３Ｖ、発振トラ
ンジスタのエミッタ電圧０．５Ｖ、コレクタ電流３００
μＡで常温において動作するように設計したものとす
る。
【０００６】ここで、この種の発振器の実際の使用環境
を考慮して、常温±５０℃の温度範囲を規格として要求
された場合、常温±５０℃の温度変化に対して上記Ｖｂ
ｅは約±０．１Ｖ変化する。したがって、発振トランジ
スタのエミッタ電位は０．５Ｖ±０．１Ｖ、すなわち
０．４Ｖ〜０．６Ｖまで変化し、変化率は１．５倍に達
する。したがって発振トランジスタのコレクタ電流は２
４０μＡ〜３６０μＡまで変化し、発振出力の振幅は、
概略コレクタ電流に比例するために出力振幅も１．５倍
の変動を生じることになり、低電圧の電源を用いて、ほ
とんどマージンのない状態で動作している電子機器で
は、温度が極端に低下し、あるいは上昇した場合、後段
の回路が動作しなくなる等の不都合を生じることがあ
る。
を考慮して、常温±５０℃の温度範囲を規格として要求
された場合、常温±５０℃の温度変化に対して上記Ｖｂ
ｅは約±０．１Ｖ変化する。したがって、発振トランジ
スタのエミッタ電位は０．５Ｖ±０．１Ｖ、すなわち
０．４Ｖ〜０．６Ｖまで変化し、変化率は１．５倍に達
する。したがって発振トランジスタのコレクタ電流は２
４０μＡ〜３６０μＡまで変化し、発振出力の振幅は、
概略コレクタ電流に比例するために出力振幅も１．５倍
の変動を生じることになり、低電圧の電源を用いて、ほ
とんどマージンのない状態で動作している電子機器で
は、温度が極端に低下し、あるいは上昇した場合、後段
の回路が動作しなくなる等の不都合を生じることがあ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたもので、低電圧の電源を用いた動作に
適し、低消費電力で、しかも出力振幅が一定かつ比較的
大きく、しかも温度変化に対しても一定の出力振幅で安
定に動作する水晶発振器を提供することを目的とするも
のである。
に鑑みてなされたもので、低電圧の電源を用いた動作に
適し、低消費電力で、しかも出力振幅が一定かつ比較的
大きく、しかも温度変化に対しても一定の出力振幅で安
定に動作する水晶発振器を提供することを目的とするも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、水晶振動子及
び第１のトランジスタを用いたコルピッツ型の水晶発振
回路と、第１のトランジスタにカスコードに接続され第
１のトランジスタの発振出力を緩衝増幅して出力する第
２のトランジスタと、一定電流をエミッタ・コレクタ間
に与えられるとともに定電圧源から一定電圧をベースに
与えられて活性領域で動作し温度変化によるベース・エ
ミッタ間電圧の変動に応じて変化するエミッタ電圧を上
記第１、第２のトランジスタのベースへバイアスとして
与えて第１，第２のトランジスタにおける温度変化によ
るエミッタ電位の変化を打ち消して第１，第２のトラン
ジスタのエミッタ電位を一定電位に維持させる第３のト
ランジスタと、を具備することを特徴とするものであ
る。
び第１のトランジスタを用いたコルピッツ型の水晶発振
回路と、第１のトランジスタにカスコードに接続され第
１のトランジスタの発振出力を緩衝増幅して出力する第
２のトランジスタと、一定電流をエミッタ・コレクタ間
に与えられるとともに定電圧源から一定電圧をベースに
与えられて活性領域で動作し温度変化によるベース・エ
ミッタ間電圧の変動に応じて変化するエミッタ電圧を上
記第１、第２のトランジスタのベースへバイアスとして
与えて第１，第２のトランジスタにおける温度変化によ
るエミッタ電位の変化を打ち消して第１，第２のトラン
ジスタのエミッタ電位を一定電位に維持させる第３のト
ランジスタと、を具備することを特徴とするものであ
る。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に示す回路図
を参照して詳細に説明する。図中１１は、水晶発振回路
のＮＰＮ型のトランジスタで、ベースを水晶振動子１２
及びバリキャップダイオード１３を直列に介して接地し
ている。バリキャップダイオード１３には、交流カット
の抵抗１４を介して制御端子１５から制御電圧Ｖｃを与
えて、水晶振動子１２の共振周波数を僅かに可変するこ
とができるようにしている。第１のトランジスタ１１の
ベースはバイアス抵抗１６を介して接地し、コンデンサ
１７をベース・エミッタ間に介挿し、エミッタをコンデ
ンサ１８を介して接地している。そして、コンデンサ１
８にはエミッタ抵抗１９を並列に接続している。
を参照して詳細に説明する。図中１１は、水晶発振回路
のＮＰＮ型のトランジスタで、ベースを水晶振動子１２
及びバリキャップダイオード１３を直列に介して接地し
ている。バリキャップダイオード１３には、交流カット
の抵抗１４を介して制御端子１５から制御電圧Ｖｃを与
えて、水晶振動子１２の共振周波数を僅かに可変するこ
とができるようにしている。第１のトランジスタ１１の
ベースはバイアス抵抗１６を介して接地し、コンデンサ
１７をベース・エミッタ間に介挿し、エミッタをコンデ
ンサ１８を介して接地している。そして、コンデンサ１
８にはエミッタ抵抗１９を並列に接続している。
【０００９】そして、第１のトランジスタ１１に緩衝増
幅器のＮＰＮ型の第２のトランジスタ２０をカスコード
に接続している。すなわち、第１のトランジスタ１１の
コレクタを第２のトランジスタ２０のエミッタに接続す
るとともに、第２のトランジスタ２０のコレクタを、た
とえば発振周波数に同調したＬＣ同調回路２１を介して
電源２２の正極端子に接続している。なお電源２２の負
極端子は接地するようにしている。また、第２のトラン
ジスタ２０のコレクタをコンデンサ２３を介して出力端
子２４に接続し、この出力端子２４から発振出力を出力
するようにしている。
幅器のＮＰＮ型の第２のトランジスタ２０をカスコード
に接続している。すなわち、第１のトランジスタ１１の
コレクタを第２のトランジスタ２０のエミッタに接続す
るとともに、第２のトランジスタ２０のコレクタを、た
とえば発振周波数に同調したＬＣ同調回路２１を介して
電源２２の正極端子に接続している。なお電源２２の負
極端子は接地するようにしている。また、第２のトラン
ジスタ２０のコレクタをコンデンサ２３を介して出力端
子２４に接続し、この出力端子２４から発振出力を出力
するようにしている。
【００１０】そして、２個のトランジスタ２５、２６及
び定電流源２７からなる、カレントミラー型の定電流回
路２８の出力を、ＰＮＰ型の第３のトランジスタ２９の
エミッタ・コレクタを介して接地している。そして、定
電流回路２８の出力と第３のトランジスタ２９のエミッ
タとの接続点を、抵抗３０を介して第２のトランジスタ
２０ベースに接続している。また、第３のトランジスタ
２９のベースに定電圧源３１から１．２Ｖ程度の一定の
定電圧Ｖｂを与えて第３のトランジスタ２９を活性領域
におくようにしている。そして、第２のトランジスタ２
０のベースと第１のトランジスタ１１のベースの間にバ
イアス抵抗３１を介挿している。
び定電流源２７からなる、カレントミラー型の定電流回
路２８の出力を、ＰＮＰ型の第３のトランジスタ２９の
エミッタ・コレクタを介して接地している。そして、定
電流回路２８の出力と第３のトランジスタ２９のエミッ
タとの接続点を、抵抗３０を介して第２のトランジスタ
２０ベースに接続している。また、第３のトランジスタ
２９のベースに定電圧源３１から１．２Ｖ程度の一定の
定電圧Ｖｂを与えて第３のトランジスタ２９を活性領域
におくようにしている。そして、第２のトランジスタ２
０のベースと第１のトランジスタ１１のベースの間にバ
イアス抵抗３１を介挿している。
【００１１】このような構成であれば、第１のトランジ
スタ１１による発振出力は第２のトランジスタ２０によ
って緩衝増幅して出力端子２４から出力することができ
る。そして温度の変化によって第１のトランジスタ１１
のＶｂｅ１（ベース・エミッタ間電圧）が変動した場
合、第３のトランジスタ２９においても同様にＶｂｅ３
の変化を生じ、第３のトランジスタ２９のエミッタ電圧
が変化し、上記第１のトランジスタ１１のエミッタ電位
の変化を打ち消して一定のエミッタ電位を維持する。た
とえば温度が上昇した場合、第３のトランジスタ２９の
Ｖｂｅ３は小さくなり、そのエミッタ、コレクタ間のリ
アクタンスは減少する。したがって第３のトランジスタ
２９のエミッタ電位は低くなり、この低い電圧が第１、
第２のトランジスタ１１、２０へバイアスとして供給さ
れる。一方、第１、第２のトランジスタ１１、２０では
温度が高くなると、Ｖｂｅ１、Ｖｂｅ２は小さくなっ
て、各エミッタ電圧は上昇しエミッタ電流を増加させよ
うとする。しかしながら第１、第２のトランジスタ１
１、２０のバイアス電圧は低くなりエミッタ電流の増加
を抑えるように作用する。したがって一定のコレクタ電
流を維持して、一定の出力振幅を達成できる。また温度
が低くなった場合も上述の逆の動作によって一定のコレ
クタ電流を維持することができる。
スタ１１による発振出力は第２のトランジスタ２０によ
って緩衝増幅して出力端子２４から出力することができ
る。そして温度の変化によって第１のトランジスタ１１
のＶｂｅ１（ベース・エミッタ間電圧）が変動した場
合、第３のトランジスタ２９においても同様にＶｂｅ３
の変化を生じ、第３のトランジスタ２９のエミッタ電圧
が変化し、上記第１のトランジスタ１１のエミッタ電位
の変化を打ち消して一定のエミッタ電位を維持する。た
とえば温度が上昇した場合、第３のトランジスタ２９の
Ｖｂｅ３は小さくなり、そのエミッタ、コレクタ間のリ
アクタンスは減少する。したがって第３のトランジスタ
２９のエミッタ電位は低くなり、この低い電圧が第１、
第２のトランジスタ１１、２０へバイアスとして供給さ
れる。一方、第１、第２のトランジスタ１１、２０では
温度が高くなると、Ｖｂｅ１、Ｖｂｅ２は小さくなっ
て、各エミッタ電圧は上昇しエミッタ電流を増加させよ
うとする。しかしながら第１、第２のトランジスタ１
１、２０のバイアス電圧は低くなりエミッタ電流の増加
を抑えるように作用する。したがって一定のコレクタ電
流を維持して、一定の出力振幅を達成できる。また温度
が低くなった場合も上述の逆の動作によって一定のコレ
クタ電流を維持することができる。
【００１２】したがって、温度の変化にかかわらず第１
のトランジスタ１１のエミッタ電位を一定に維持するこ
とができ、それによってコレクタ電流を一定電流にでき
るので、一定の出力振幅を維持することができる。そし
て第１、第２のトランジスタ１１、２０を電源２２に対
して直列に介挿して電源電圧を二分して効率よく利用す
るようにしているので、たとえば３Ｖの電源電圧で３０
０μＡ程度の電流の小さな消費電力で動作させることが
できる。またこの場合、たとえば図２に示す出力波形の
グラフのように、上記実施例の発振回路の出力波形は、
図示曲線Ａのように、１０ＫΩ負荷に対して１．２Ｖ
（ｐ−ｐ）以上の大きな振幅で駆動することができ、そ
のままロジック回路等も安定に駆動することができる。
これに対して図３、図４に示すような従来の発振回路の
場合、図２に曲線Ｂで示すように、発振出力の振幅が小
さく、たとえば０．５Ｖ以下の振幅しか得られず、直
接、後段の回路を安定に駆動できない。
のトランジスタ１１のエミッタ電位を一定に維持するこ
とができ、それによってコレクタ電流を一定電流にでき
るので、一定の出力振幅を維持することができる。そし
て第１、第２のトランジスタ１１、２０を電源２２に対
して直列に介挿して電源電圧を二分して効率よく利用す
るようにしているので、たとえば３Ｖの電源電圧で３０
０μＡ程度の電流の小さな消費電力で動作させることが
できる。またこの場合、たとえば図２に示す出力波形の
グラフのように、上記実施例の発振回路の出力波形は、
図示曲線Ａのように、１０ＫΩ負荷に対して１．２Ｖ
（ｐ−ｐ）以上の大きな振幅で駆動することができ、そ
のままロジック回路等も安定に駆動することができる。
これに対して図３、図４に示すような従来の発振回路の
場合、図２に曲線Ｂで示すように、発振出力の振幅が小
さく、たとえば０．５Ｖ以下の振幅しか得られず、直
接、後段の回路を安定に駆動できない。
【００１３】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、たとえば上記実施例では緩衝増幅器の負荷にＬＣ
タンク回路を用いるようにしたが、適当な値の固定抵抗
を用いるようにしてもよい。この場合は、ＬＣタンク回
路を用いたものよりも発振出力の振幅は小さくなるが、
部品の容積は小さくなる利点がある
なく、たとえば上記実施例では緩衝増幅器の負荷にＬＣ
タンク回路を用いるようにしたが、適当な値の固定抵抗
を用いるようにしてもよい。この場合は、ＬＣタンク回
路を用いたものよりも発振出力の振幅は小さくなるが、
部品の容積は小さくなる利点がある
【００１４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、低
電圧動作に適し、低消費電力でしかも温度の変化にも一
定の出力振幅で安定に動作する水晶発振器を提供するこ
とができる。
電圧動作に適し、低消費電力でしかも温度の変化にも一
定の出力振幅で安定に動作する水晶発振器を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施例の出力振幅を従来の水晶発振
器の出力振幅と比較して示す図である。
器の出力振幅と比較して示す図である。
【図３】従来の水晶発振器の一例を示す回路図である。
【図４】従来の水晶発振器の他の一例を示す回路図であ
る。
る。
１１ 第１のトランジスタ １２ 水晶振動子 ２０ 第２のトランジスタ ２２ 電源 ２８ 定電流回路 ２９ 第３のトランジスタ
Claims (5)
- 【請求項１】水晶振動子及び第１のトランジスタを用い
たコルピッツ型の水晶発振回路と、 第１のトランジスタにカスコードに接続され第１のトラ
ンジスタの発振出力を緩衝増幅して出力する第２のトラ
ンジスタと、一定電流をエミッタ・コレクタ間に与えられるとともに
定電圧源から一定電圧をベースに与えられて活性領域で
動作し温度変化によるベース・エミッタ間電圧の変動に
応じて変化するエミッタ電圧を上記第１、第２のトラン
ジスタのベースへバイアスとして与えて第１，第２のト
ランジスタにおける温度変化によるエミッタ電位の変化
を打ち消して第１，第２のトランジスタのエミッタ電位
を一定電位に維持させる 第３のトランジスタと、 を具備することを特徴とする水晶発振器。 - 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、第３のト
ランジスタはエミッタとコレクタ間にカレントミラー型
の定電流回路の出力電流を与えられることを特徴とする
水晶発振器。 - 【請求項３】請求項１に記載のものにおいて、第２のト
ランジスタの負荷は発振周波数に同調したタンク回路で
あることを特徴とする水晶発振器。 - 【請求項４】請求項１に記載のものにおいて、３Ｖ以下
の電源電圧で動作することを特徴とする水晶発振器。 - 【請求項５】請求項１に記載のものにおいて、発振出力
の周波数を１０ＭＨｚ以上としたことを特徴とする水晶
発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33899194A JP3306241B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 水晶発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33899194A JP3306241B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 水晶発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186443A JPH08186443A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3306241B2 true JP3306241B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=18323240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33899194A Expired - Fee Related JP3306241B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 水晶発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3306241B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000151279A (ja) * | 1998-03-25 | 2000-05-30 | Rohm Co Ltd | 水晶発振回路 |
| JP4629920B2 (ja) * | 2001-06-19 | 2011-02-09 | 武彦 足立 | 圧電発振器 |
| EP1916762B1 (fr) * | 2006-10-27 | 2018-05-30 | EM Microelectronic-Marin SA | Oscillateur à quartz asservi en amplitude avec domaine étendu de tension et de température |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP33899194A patent/JP3306241B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08186443A (ja) | 1996-07-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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