JP3466944B2 - 電圧制御型の水晶発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はＰＬＬ（PHASE LOCK
ED LOOP）回路等の基準信号源として用いられる水晶発
振器を産業上の技術分野とし、特に電圧制御型として水
晶発振器の基準周波数を補正する電圧制御水晶発振器
（電圧制御発振器）に関する。 【０００２】 【従来の技術】（発明の背景）ＰＬＬ回路は、概ね、基
準信号源と電圧制御型のＬＣ発振器と位相比較器からな
り、例えば通信機器の局部発振周波数を得る。このよう
なものでは、基準信号源は高安定度を要求されることか
ら、一般に水晶発振器が使用される。近年では、携帯電
話に代表されるように、動的環境下での使用が多いこと
から、基準信号源としての水晶発振器には温度補償型の
ものが適用される。そして、一層の安定度を得るため、
例えば基地局からの信号（便宜的に目的周波数ｆrとす
る）を受信して水晶発振器の基準周波数を補正すること
が行われている。 【０００３】（従来技術の一例）第２図はこの種の一従
来例を説明する電圧制御発振器のブロック図である。電
圧制御発振器は、水晶振動子１をインダクタとして使用
する例えばコルピッツ型の発振回路２と、温度補償回路
３と、電圧可変容量素子としての可変容量ダイオード４
とからなる。これらは、直列に接続し、閉ループ（発振
ループ）を形成する。そして、発振回路２は電源電圧Ｖ
ccを印加されて動作し、発振周波数ｆを出力として得
る。なお、周波数調整回路等は省略してある。 【０００４】温度補償回路３はサーミスタＲP(T)とコン
デンサＣPの並列回路（所謂直接法）からなり、温度に
依存して等価直列容量（並列回路の端子間容量）ＣS(T)
が変化する「第３図（ａ）」。なお、第３図（ｂ）は並
列回路を直列回路に変換した図で、ＲS(T)は等価直列抵
抗である。したがって、水晶振動子１からみた回路容量
（負荷容量）も温度に依存して変化するので、この変化
を適宜に設定することにより水晶振動子１（水晶発振
器）の温度特性を補償する。 【０００５】可変容量ダイオード４は、周波数制御回路
（未図示）からの周波数制御電圧ＶCが分割抵抗Ｒ1、Ｒ
2の中点から印加され、端子間の容量を変化させる。し
たがって、周波数制御電圧ＶCに依存して負荷容量が変
化するので、発振周波数ｆoを制御できる。第４図は周
波数制御電圧ＶCに対する発振周波数特性図で、周波数
制御電圧ＶCに比例して発振周波数ｆは高くなる。 【０００６】通常では、周波数制御電圧ＶCの中心電圧
（中心制御電圧ＶC0とする）は、目的周波数ｆr近傍の
発振周波数（規定周波数とする）ｆoとなる電圧に、予
め設定される。そして、前述のように基地局からの目的
周波数ｆrと発振周波数ｆを比較した差電圧を周波数制
御電圧として入力し、発振周波数ｆを目的周波数ｆrに
常に追従させる。 【０００７】このようなことから、この種の電圧制御発
振器では、水晶発振器の周波数温度特性を補償した上
で、発振周波数ｆを制御して基準周波数としての目的周
波数ｆrに一致させることができる。したがって、基準
周波数を常に維持するので、携帯電話等におけるＰＬＬ
回路の基準信号源として最適となる。また、温度補償を
直接法としているので、定電圧源等を要することなく回
路構成を簡易にする。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の電圧制御発振器では、周波数
制御電圧ＶCを印加したときと、これを印加しないとき
とでは、発振周波数ｆが異なることに起因して次の問題
があった。 【０００９】すなわち、近年では、通話状態時以外等の
不要時には、例えば周波数制御回路の電源をOFFにし
て、節電効果（低消費電力化）を高めるようにしてい
る。この場合、周波数制御電圧は０Ｖであるために可変
容量ダイオード４の容量は最大となって、負荷容量も最
大となる。 【００１０】したがって、発振周波数ｆは規定周波数ｆ
o（≒目目的周波数ｆr）より低い初期周波数ｆLの状態
にある（前第４図参照）。このことから、周波数制御回
路の電源を0Nとしても、例えばＰＬＬ制御とした場合に
は初期周波数ｆLとの比較から目的周波数ｆrに到達する
ので、ロック（固定）されるには時間の掛かる問題があ
った。 【００１１】このようなことから、周波数制御電圧ＶC
の無印加時の発振周波数ｆを中心制御電圧ＶC0時の規定
周波数ｆoにしておく必要があった。例えば、後述する
第１図に示したように、分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の中点と電源
電圧Ｖccとの間に分割抵抗Ｒ3を設ける。そして、分割
抵抗Ｒ2、Ｒ3の比によって、分割抵抗Ｒ2、Ｒ3の中点ａ
の電圧（中点電圧Ａとする）と中心制御電圧ＶC0とを等
しくする構成が考えられた。 【００１２】しかし、このようなものでは、変動の大き
い電源電圧Ｖccを可変容量ダイオード４に直接的に印加
するので、電源電圧変動による発振周波数ｆの変化を大
きくする（電源電圧変動特性を悪化させる）問題があっ
た。ちなみに、電源電圧Ｖccの変動分ΔＶは例えば±５
％程度であり、これに対して、この種の水晶発振器では
電源電圧変動特性による周波数偏差を±０．３ppm以内
とした、極めて高い安定度が求められる。なお、定電圧
源を回路内に設ければよいが、この場合には回路構成を
複雑として簡素化できず小型化指向に逆行する。 【００１３】（発明の目的）本発明は、中心制御電圧の
印加時と無印加時の発振周波数を一定にし、しかも電源
電圧変動特性を良好にした電圧制御発振器を提供するこ
とを目的とする。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明は、発振回路を駆
動する電源電圧Ｖccと分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の中点との間に
分割抵抗Ｒ3を接続して、分割抵抗Ｒ3と分割抵抗Ｒ2と
の中点電圧Ａを電源電圧Ｖccによって中心制御電圧ＶC0
に近接させ、分割抵抗Ｒ1と分割抵抗Ｒ2の並列抵抗値Ｒ
1・Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）を分割抵抗Ｒ3の値よりも小さく
したことを基本的な解決手段とする。 【００１５】 【作用】本発明は、電源電圧Ｖccと分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の
中点との間に分割抵抗Ｒ3を接続して、中点電圧Ａを中
心制御電圧ＶC0に近接させたので、周波数制御電圧ＶC
の無印加時においても可変容量ダイオード４には、中心
制御電圧ＶC0に近接した中点電圧Ａが印加される。ま
た、分割抵抗Ｒ1と分割抵抗Ｒ2の並列抵抗値Ｒ1・Ｒ2／
（Ｒ1＋Ｒ2）を分割抵抗Ｒ3の値よりも小さくしたの
で、加法定理によって求められる分割抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ
3の中点電圧Ａにおける電源電圧Ｖccの係数を小さくす
る。以下、本発明の一実施例を説明する。 【００１６】 【実施例】第１図は本発明の一実施例を説明する電圧制
御発振器の図である。なお、前従来例図と同一部分には
同番号を付与してその説明は簡略する。電圧制御発振器
は、前述したように、水晶振動子１を有する発振回路
２、温度補償回路３、及び分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の中点から
周波数制御電圧を印加される可変容量ダイオード４とか
らなり、分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の中点ａと電源電圧Ｖccとの
間に分割抵抗Ｒ3を設けてなる。 【００１７】そして、分割抵抗Ｒ3は分割抵抗Ｒ2との比
によって、分割抵抗Ｒ2、Ｒ3における電源電圧Ｖccから
の中点電圧が下式（１）に基づき、中心制御電圧ＶC0に
一致するように選択される。 【００１８】また、分割抵抗Ｒ1は以下に基づき、設定
される。すなわち、このようなものでの、分割抵抗Ｒ
1、Ｒ2、Ｒ3の中点電圧Ａ（Ｖ）は加法定理によって次
の（２）式で示される。 【００１９】ここで、（２）式に注目すると、第１項は
周波数制御電圧VC0に関する項であるので、中点電圧Ａ
における電源電圧変動は第２項が支配的となる。そし
て、第２項から分かるように、分割抵抗R3が大きいほ
ど、また分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の並列抵抗R1・R2/(R1+R2)が
小さいほど、電源電圧Ｖccの係数は小さくなる。 【００２０】したがって、分割抵抗R3の値を大きく、並
列抵抗値R1・R2/(R1+R2)を小さくすることによって、電
源電圧Ｖccの変動分ΔＶも小さくできる。例えば並列抵
抗R1・R2/(R1+R2)を分割抵抗Ｒ3の１／５とすれば、電源
電圧Ｖccとともに変動分ΔＶを１／６にすることができ
る。また、実際的には、分割抵抗Ｒ2、Ｒ3は（１）式に
よって決定されるので、分割抵抗Ｒ1をＲ2、Ｒ3よりも
小さく設定すればよい。 【００２１】このような構成であれば、電源電圧Ｖccと
分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の中点との間に分割抵抗Ｒ3を接続し
て、中点電圧Ａを中心制御電圧ＶC0に一致させる。した
がって、周波数制御電圧ＶCの無印加時においても、可
変容量ダイオード４には電源電圧Ｖccに基づいた中心制
御電圧ＶC0が印加されている。したがって、発振周波数
ｆは予め設定された規定周波数ｆ0を維持する。 【００２２】このことから、周波数制御回路の電源をOF
FからONにすると、初期周波数ｆLでの発振ではなく規定
周波数ｆ0からの発振となるので、目的周波数ｆrに早期
に到達する。したがって、携帯電話等の通話品質を良好
に維持する。 【００２３】また、分割抵抗Ｒ1と分割抵抗Ｒ2の並列抵
抗値Ｒ1・Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）を分割抵抗Ｒ3よりも小さ
くする。したがって、加法定理によって求められる分割
抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の中点電圧Ａにおける電源電圧Ｖcc
の係数を小さくする。このことから、電源電圧変動特性
を良好に維持できる。 【００２４】また、この実施例では、サーミスタとコン
デンサからなる簡易な温度補償回路を用い、定電圧回路
等を使用することがないので、回路構成を簡素にして小
型化を維持する。 【００２５】また、このような構成のものでは、中点電
圧Ａが維持されているので、分割抵抗Ｒ1と可変容量ダ
イオード４の容量との時定数による立ち上がり遅れもな
く、起動特性をも良好にする。 【００２６】 【他の事項】上記実施例では、電圧可変容量素子として
可変容量ダイオードを例示したが、電圧に対して実質的
に容量の変化する半導体素子であれば適用できる。ま
た、実施例では、分割抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の中点電圧Ａ
を中心制御電圧ＶC0に一致させるとしたが、実際的には
±３０％の程度に近接されてあればよい。 【００２７】要するに、本発明では、分割抵抗Ｒ1、Ｒ2
の中点電圧Ａを、電源電圧Ｖccとの間に設けた分割抵抗
Ｒ3によって中心制御電圧ＶC0に近接させ、しかも分割
抵抗Ｒ1を小さくすることによって電源電圧変動特性を
良好にしたことを趣旨とするともので、このような趣旨
に基づくものは適宜自在な変更を含め本発明の技術的範
囲に属する。 【００２８】 【発明の効果】本発明は、発振回路を駆動する電源電圧
Ｖccと分割抵抗Ｒ1、Ｒ2の中点との間に分割抵抗Ｒ3を
接続して、分割抵抗Ｒ3と分割抵抗Ｒ2との中点電圧を電
源電圧Ｖccによって中心制御電圧ＶC0に近接させ、分割
抵抗Ｒ1と分割抵抗Ｒ2の並列抵抗値Ｒ1・Ｒ2／（Ｒ1＋
Ｒ2）を分割抵抗Ｒ3よりも小さくしたので、中心制御電
圧の印加時と無印加時の発振周波数を一定にし、しかも
電源電圧変動特性を良好にした電圧制御発振器を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を説明する電圧制御発振器の
ブロック回路図である。 【図２】従来例を説明する電圧制御発振器のブロック回
路図である。 【図３】従来例を説明する温度補償回路図である。 【図４】従来例を説明する周波数制御電圧に対する周波
数特性図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−232868（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−343009（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−160802（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−252206（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−215120（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−223929（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−62619（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03B 5/30 - 5/42 H03L 7/08

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】電圧可変容量素子を発振回路の水晶振動子
   に接続して、前記電圧可変容量素子に周波数制御電圧を
   分割抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点から印加してなる電圧制御型
   の水晶発振器において、前記発振回路を駆動する電源電
   圧と前記分割抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点との間に分割抵抗Ｒ
   ３を接続して、前記分割抵抗Ｒ３と前記分割抵抗Ｒ２と
   の中点の電圧を前記電源電圧によって前記周波数制御電
   圧の中心電圧に近接させ、前記分割抵抗Ｒ１と前記分割
   抵抗Ｒ２の並列抵抗値Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）を分
   割抵抗Ｒ３の値よりも小さくしたことを特徴とする電圧
   制御型の水晶発振器。