JP3900911B2 - 発振回路および電子機器 - Google Patents

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    • H03BGENERATION 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
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • H03B5/36Generation 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、高周波発振動作を行う発振回路およびこの発振回路を備えた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
図18は帰還型発振器の原理構成を示す図である。
圧電共振子を用いた帰還型発振器において、帰還回路101には、共振子、位相回路、各素子を結ぶ線路が含まれる。
このうち、共振子が主として発振周波数を決定するものとなっている。
ゲインGを有する増幅器100の入力側に、入力電圧Viが印加されると、増幅器100の出力側には、次式で示すように、入力電圧ViがG倍された出力電圧Voが出力される。
Vo =Vi・G
この出力電圧Voは、電圧帰還率βを有する帰還回路101を介してβV0だけ、次式で表されるフィードバック電圧Vfとして増幅器100の入力側に帰還される。
Figure 0003900911
このとき
Vf>Vi
であり、位相が等しければ、入力電圧よりも帰還された電圧の方が大きくなるので、正帰還となり、発振が起こる。
【0003】
ここで、Viの位相をθi、Vfの位相をθf、増幅器Gの位相変化をθG、帰還回路101での位相変化をθβとすると、
【0004】
【数1】
Figure 0003900911
【0005】
(1)式が成り立つためには、位相が等しくなければならないので、
【数2】
Figure 0003900911
【数3】
Figure 0003900911
となる。
(2)式が発振器の位相条件、(3)式が振幅条件である。(2),(3)式を満足すれば、図18の帰還型発振器は発振する。
【0006】
また、フィードバック電圧Vfが大きくなってくると、増幅器100の出力電圧Voは飽和して定常状態となり、出力は安定する。この時の振幅条件は
G・β=1
となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電発振回路では、発振周波数に対し、相対的に増幅器の動作速度が高速であるため、遅延時間つまり位相遅れによる移相量が無視できるレベルであった。よって増幅器は、入力信号に対して正相または反転増幅器とみなされていた。
また、発振条件における移相条件においては、主に共振子および移相回路の移相条件が支配的であった。
【0008】
しかしながら、高周波発振回路、特に300MHz以上の発振周波数帯域で発振する発振回路においては、共振子及び移相回路の移相条件に加えて、増幅器及び各素子を接続するための線路の移相量の影響が大きくなってくる。
移相回路の移相量と回路規模には相関関係が有り、発振回路の移相条件を満たすためには、必要とされる移相量に伴って移相回路の回路規模が大きくなってしまうという問題点があった。
また、回路規模が大きくなると製品毎のばらつきも大きくなってしまうという問題点があった。
【0009】
さらに帰還ループのロス(損失)が大きくなってしまい、発振条件を満たすために利得Gの大きな増幅器を用いなければならず、ノイズなどの影響を受けやすくなってしまうという問題点もあった。
【0010】
さらに、例えば、155[MHz]の共振周波数を有する共振子を用いて発振回路を設計する場合と、622[MHz]の共振周波数を有する共振子を用いて発振回路を設計する場合とでは、発振回路に必要とされる移相量は大きく異なる。従って、各々の共振子に合わせた回路基板の設計が必要であった。
【0011】
そこで、本発明の目的は、所望の発振周波数において、発振ループの位相条件を容易に満たすことが可能な発振回路および電子機器を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、互いに出力信号の位相が異なる複数の出力端子を有する差動増幅器と、圧電共振子と、入力信号の位相を所定量だけずらして出力信号として出力する移相回路と、を備え、前記差動増幅器、前記圧電共振子および前記移相回路により正帰還発振ループを形成した発振回路であって、前記差動増幅器の出力端子のいずれかを用いて前記正帰還発振ループを構成させるべく、前記差動増幅器の出力端子のいずれか一つを選択する信号選択部を備えたことを特徴とする。
【0013】
上記構成によれば、信号選択部は、差動増幅器、圧電共振子および移相回路により正帰還発振ループを形成するに際し、差動増幅器の出力端子のいずれか一つを前記正帰還発振ループを構成させるべく選択する。
また、互いに出力信号の位相が異なる複数の出力端子を有する差動増幅器と、圧電フィルタと、入力信号の位相を所定量だけずらして出力信号として出力する移相回路と、を備え、前記差動増幅器、前記圧電フィルタおよび前記移相回路により正帰還発振ループを形成した発振回路であって、前記差動増幅器の出力端子のいずれかを用いて前記正帰還発振ループを構成させるべく、前記差動増幅器の出力端子のいずれか一つを選択する信号選択部を備えたことを特徴とする。
【0014】
上記構成によれば、信号選択部は、差動増幅器、圧電共振子および移相回路により正帰還発振ループを形成するに際し、差動増幅器の出力端子のいずれか一つを前記正帰還発振ループを構成させるべく選択する。
【0015】
これらの場合において、前記差動増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器を備えるようにしてもよい。
また、前記差動増幅器は、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、前記反転入力端子と前記非反転入力端子とは、インピーダンス回路を介して接続され、前記反転入力端子および前記非反転入力端子のうち、いずれか一方にはバイアス電圧が印加され、他方は、前記正帰還発振ループの入力端として機能するようにしてもよい。
さらに前記インピーダンス回路は、インダクタおよびキャパシタ有するタンク回路として構成され、前記タンク回路は前記移相回路における出力信号の所望の周波数帯域のみを選択的に通過させるようにしてもよい。
さらにまた、前記圧電共振子は、水晶ATカット共振子であり、前記タンク回路は、前記水晶ATカット共振子の奇数次オーバートーン発振周波数帯域あるいは所望の発信周波数帯域のみを選択的に通過させるようにしてもよい。
【0016】
また、前記移相回路における出力信号のうち所定の周波数帯域成分のみを選択的に通過させる周波数選択部を備えるようにしてもよい。
さらに前記周波数選択部は、並列接続された周波数選択用コンデンサ及び周波数選択用コイルを備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記周波数選択用コンデンサは、その容量を可変することにより前記移相回路の出力信号の周波数帯域成分のみを選択的に通過させるようにしてもよい。
また、前記周波数選択用コンデンサは、レーザトリミング可能なコンデンサとして形成されているようにしてもよい。
さらに前記周波数選択用コンデンサは、基板上にパターンとして形成されたトリミング可能なコンデンサとして形成されているようにしてもよい。
さらにまた、前記移相回路は、当該移相回路の出力信号の周波数帯域成分を選択的に阻止する周波数選択部を備えているようにしてもよい。
【0017】
また、前記周波数選択部は、前記移相回路内にその容量を可変することが可能な可変容量コンデンサとして形成されているようにしてもよい。
さらに前記可変容量コンデンサは、レーザトリミング可能なコンデンサとして形成されているようにしてもよい。
さらにまた、前記可変容量コンデンサは、基板上にパターンとして形成されたトリミング可能なコンデンサとして形成されているようにしてもよい。
また、前記差動増幅器の出力端子側に出力用差動増幅器を有する出力バッファ回路を挿入するようにしてもよい。
さらに前記出力用差動増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器を備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記正帰還発振ループ中に互いに出力信号の位相が異なる複数の出力端子を有する帰還用差動増幅器を有する帰還バッファ回路を挿入するようにしてもよい。
また、前記帰還バッファ回路は、互いに並列接続され、前記複数の出力端子のうちいずれかを有する前記帰還用差動増幅器を複数有し、前記複数の帰還用差動増幅器のうち、いずれか一つが前記正帰還発振ループ中に挿入されるようにしてもよい。
さらに前記帰還バッファ回路は、直列接続された複数の前記帰還用差動増幅器を有し、前記複数の帰還用差動増幅器のうち、一つまたは順次直列に接続された複数の帰還用差動増幅器が前記正帰還発振ループ中に挿入されるようにしてもよい。
【0018】
さらにまた、前記帰還用差動増幅器は、それぞれ非等間隔の出力信号の位相差を有するようにしてもよい。
また、前記帰還用差動増幅器は、それぞれ等間隔の出力信号の位相差を有するようにしてもよい。
さらに前記帰還用差動増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器を備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記信号選択部は、前記移相回路における移相量がより少なくなるように前記選択を行うようにしてもよい。
また、前記移相回路は、制御電圧の印加によりその移相量を可変することが可能な電圧制御移相回路として構成されているようにしてもよい。
さらに前記圧電共振子は、SAW共振子であるようにしてもよい。
さらにまた、前記SAW共振子は、水晶、ランガサイト、LBO(Lithium Tetraborate) のいずれかを用いて形成されているようにしてもよい。
また、前記圧電共振子は、水晶ATカット共振子であるようにしてもよい。
さらに、電子機器において、上記いずれかの発振回路を備えるようにしてもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
[1]第1実施形態
図1に基づいて、第1実施形態にかかる発振回路について説明する。
発振回路30は、ECLラインレシーバにより構成された差動増幅回路31を備えている。
この差動増幅回路31の非反転入力端子D1には、原発振信号を生成し、出力するSAW(Surface Acoustic Wave)共振子32の帰還ループ後段側の端子が接続されている。
【0020】
また差動増幅回路31の反転入力端子D2と圧電共振子であるSAW共振子32の帰還ループ後段側の端子との間には、差動増幅回路31の非反転入力端子D1および反転入力端子D2の間に所定の電位差を発生させるための電位差発生回路Zd(インピーダンス回路)が介挿されている。さらに差動増幅回路31の反転入力端子D2にはバイアス電圧VBBが印加されている。差動増幅回路31の非反転出力端子D1には、差動増幅回路(帰還用差動増幅回路)を有するバッファ回路(帰還バッファ回路)33の非反転入力端子が接続されている。また差動増幅回路31の反転出力端子D1には、バッファ回路33の反転入力端子が接続されている。
【0021】
この場合において、バッファ回路33の非反転入力端子及び反転入力端子にそれぞれ入力される信号の出力信号の位相差は180[゜]となるように調整されている。
この結果、バッファ回路33の非反転出力端子Q1から出力される信号SQ1と反転出力端子Q2から出力される信号SQ2との位相差は180[゜]となる。
【0022】
バッファ回路33の後段には、この非反転出力端子Q1から出力される信号SQ1あるいはその反転出力端子Q2から出力される信号SQ2のいずれかを選択するスイッチ回路(信号選択部)34が設けられている。
スイッチ回路34の後段には、移相回路35が接続され、移相回路35における移相量が少なくなるように、スイッチ回路34は、信号SQ1または信号SQ2のいずれかを選択的に出力する。
差動増幅回路31の正出力端子および負出力端子の後段には、差動増幅回路(出力用差動増幅器)を有する出力バッファ回路40(出力用バッファ回路)が接続されている。ここで、図2を参照してスイッチ回路34において信号選択を行うための手法について説明する。尚、バッファ回路33や出力バッファ回路40を追加することにより、正帰還発振ループの出力側に与える影響を低減することができる。
【0023】
図2は、信号SQ1あるいは信号SQ2のいずれかを用いた場合に発振回路30全体として位相条件を満たすために移相回路35において必要とされる移相量を表した図である。
すなわち、発振回路30における所望の発振周波数をf0とした場合、帰還ループ(正帰還発振ループ)において信号SQ1を用いた場合に、帰還ループ全体において位相条件を満たさせるためには、移相回路35における移相量をΔQ1としなければならないということを表している。信号SQ2についても同様である。
そこで、調整者は、位相差ΔQ1と位相差ΔQ2とを比較し、移相回路35における移相量がより少なくなるTX端子(X=1,2)側にスイッチ回路34を切り換える。
例えば、
ΔQ1>ΔQ2
である場合には、スイッチ回路34をバッファ回路33の反転出力端子Q2のT2端子側とする。また、
ΔQ1<ΔQ2
である場合には、スイッチ回路34をバッファ回路33の非反転出力端子Q1のT1端子側とする。
そして、移相回路35において、位相差ΔQ1(あるいは位相差ΔQ2)をキャンセルするように、調整者がその調整を行う。
【0024】
この結果、差動増幅回路31、バッファ回路33、スイッチ回路34、移相回路35、SAW共振子32および電位差発生回路Zdにより構成される帰還ループの位相条件として、差動増幅回路31の入出力信号間の位相差θGおよびバッファ回路33、スイッチ回路34、移相回路35、SAW共振子32および電位差発生回路Zd並びにこれらを接続する線路に起因する位相ずれθβの和が次式を満たす。
θG+θβ=2・n・π (n=0,1,……)
この結果、発振回路30は発振状態となって非反転出力端子QH1及び反転出力端子QH2から基準信号が出力される。
【0025】
上述したように本第1実施形態によれば、移相回路35における移相量が少なくなるように、バッファ回路33から出力される互いに相異なる位相を有する二つの信号SQ1,SQ2のうちからいずれかを選択している。
従って、移相回路35における調整可能な移相量を少なく設定することができ、回路規模を小さくすることができる。これに伴って、製品毎の移相回路35におけるばらつきの影響を低減することができる。
さらに帰還ループにおけるロスを減少させることができ、効率の高い発振回路を構成することができる。
【0026】
さらにまた、上述したように155[MHz]の共振周波数を有する共振子を用いて発振回路を設計する場合と、622[MHz]の共振周波数を有する共振子を用いて発振回路を設計する場合とでは、発振回路に必要とされる移相量は大きく異なるがこのような場合でも帰還ループが逆にはなるが、同様の回路構成を採ることができ、設計を容易とすることができる。
【0027】
また、動画像のような大量のデータが伝送できる10ギガビットイーサネット(10 gigabit Ethernet)に代表されるような高速なネットワークシステムを構築することができる。
【0028】
[2]第2実施形態
図3は第2実施形態の発振回路30Aの概略構成を示す図である。
図3において、図1の第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
第2実施形態は、第1実施形態における調整可能な移相量を最大で90[゜]程度としていたものを、バッファ回路を複数個設けて、移相回路35における調整可能な移相量の範囲をより狭くなるようにし、より移相回路35の回路規模を小さくしたものである。本実施形態においては、3個のバッファを設けた例について説明する。
【0029】
発振回路30Aが第1実施形態の発振回路30と異なる点は、バッファ回路33に代えて、全体として帰還バッファ回路を構成する3個のバッファ回路33A、33B、33Cを備えた点と、バッファ回路33A、33B、33Cの後段に、それぞれの非反転出力端子Q1、Q3、Q5から出力される信号SQ1、SQ3、SQ5及びそれぞれの反転出力端子Q2、Q4、Q6から出力される信号SQ2、SQ4、SQ6のいずれかを選択するスイッチ回路(信号選択部)34Aが設けられている点である。
【0030】
この場合において、バッファ回路33A、33B、33Cのそれぞれの非反転出力端子Q1、Q3,Q5から出力される信号SQ1、SQ3、SQ5と、バッファ回路33A、33B、33Cの反転出力端子Q2、Q4、Q6から出力されるそれぞれの信号SQ2、SQ4、SQ6との位相差は、それぞれ180[゜]となるように調整されている。
ここで、信号SQ1と信号SQ3とはその位相差が60[゜]、信号SQ1と信号SQ5との位相差は120[゜]となるように調整されている。
【0031】
図4は、差動増幅回路31の非反転出力端子D1からみた、各バッファ回路33A、33B、33Cのそれぞれの非反転出力端子Q1、Q3、Q5及び反転出力端子Q2、Q4、Q6における移相特性を示した図である。
図4に示すように、信号SQ2、信号SQ4、信号SQ6、信号SQ1、信号SQ3、信号SQ5の順番で位相を60[゜]の等間隔でずらした例である。
【0032】
従って、第1実施形態と同様に、所望の発振周波数をf0とした場合に、当該発振周波数における位相差ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3、ΔQ4、ΔQ5、ΔQ6を互いに比較し、移相回路35における移相量が少なくなる信号SQX(X:1〜6)側を選択し、これに該当するTX(X:1〜6)端子にスイッチ回路34Aを切り換えるものである。
例えば、図4の場合には、
ΔQ4<ΔQ6<ΔQ2<ΔQ1<ΔQ3<ΔQ5
であるので、スイッチ回路34はバッファ回路33Bの反転出力Q4側と接続する。
そして、移相回路35により、位相差ΔQ4がキャンセルされるように調整者によりその調整が行われる。
【0033】
この結果、差動増幅回路31、バッファ回路33A、33B、33C、スイッチ回路34A、移相回路35、SAW共振子32および電位差発生回路Zd(インピーダンス回路)により構成される帰還ループの位相条件として、差動増幅回路31の入出力信号間の位相差θGおよびバッファ回路33、スイッチ回路34、移相回路35、SAW共振子32および電位差発生回路Zd並びにこれらを接続する線路に起因する位相ずれθβの和が次式を満たす。
θG+θβ=2・n・π (n=0,1,……)
この結果、発振回路30Aにおいて、発振が行われ、非反転出力端子QH1及び反転出力端子QH2から基準信号が出力される。
【0034】
上述したように本第2実施形態によれば、移相回路35における調整可能な移相量範囲を第1実施形態の場合と比較してより少なく設定することができ、より高精度の調整を行うことができる。
また、移相回路35の回路規模をさらに小さくすることができる。
【0035】
以上の説明においては、バッファ回路を3つ設ける場合について説明したが、これに限定されず、任意の数を設けるように構成することも可能である。
また、各バッファ回路を選択して帰還ループを構成し、各バッファ回路の出力信号の位相差は、等間隔となるように設定した。しかしながら、各バッファ回路における出力信号の位相差の間隔は任意に設定が可能であり、互いに相異なっていれば、非等間隔であっても上述したと同様の効果を奏する。
すなわち、移相回路において、最も移相量が少なくなるようにな出力信号の位相差を有するバッファ回路、すなわち、帰還ループを選択して構成すればよい。
【0036】
[3]第3実施形態
図5は第3実施形態における発振回路の構成を示す図である。図5において、図1の第1実施形態と同一部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0037】
本第3実施形態は、SAW共振子に代えて圧電共振子であるATカット水晶共振子を使用し、ATカット水晶共振子の奇数次オーバートーン(例えば、第3次オーバートーン、第5次オーバートーン、第7次オーバートーン、……)を利用するものである。また、本第3実施形態は、所望の発振周波数f0以外の周波数における異常発振を防止するというものである。
【0038】
本第3実施形態が第1実施形態と異なる点は、図5に示すように、電位差発生回路Zd(インピーダンス回路)としてコンデンサCd(周波数選択用コンデンサ:キャパシタ)およびコイルLd(周波数選択用コイル:インダクタ)を並列接続したタンク回路として構成された、所望の発振周波数帯域を選択的に通過させる周波数選択回路(バンドパスフィルタ)Zd1を用いた点およびSAW共振子に代えて、ATカット水晶共振子32Aを用いた点である。
この結果、図6の帰還ループゲイン−周波数特性図に示すように、所望の発振周波数f0近傍の周波数で帰還ループゲインが高く、安定に発振を行うことができる。
所望の発振周波数を他の周波数、例えば、ATカット水晶共振子32Aの第5次オーバトーン利用時における第3次オーバートーンに相当する周波数f1では、帰還ループゲインが低いため、異常発振が起きることを防止する。
【0039】
[4]第4実施形態
本第4実施形態においては、周波数微調整方法について図7を参照して述べることとする。
周波数の微調整方法としては、代表的なものとして、以下の▲1▼〜▲3▼の3つが挙げられる。
【0040】
▲1▼ 移相回路35のを電極をレーザで切断する等のレーザトリミングにより容量調節が行えるコンデンサを用いて構成し、このコンデンサを構成する電極部分(パターン)をレーザなどでトリミングすることにより、コンデンサの容量を調整し、周波数の微調整を行う。また、レーザトリミング可能なコンデンサに代えて、基板上にパターン形成されたコンデンサを用い、このコンデンサのトリミングを行うように構成しても良い。
同様に、移相回路35をコンデンサおよびコイル(必要に応じてさらに抵抗)によりロウパスフィルタ、ハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタとして構成して、コイルと並列あるいはコイルと直列に接続されたコンデンサをレーザなどによりトリミングして周波数の微調整を行うようにしてもよい。
【0041】
▲2▼ 第3実施形態で示したように、電位差発生回路ZdとしてコンデンサCdおよびコイルLdを並列接続した周波数選択回路を構成し、このコンデンサCdを半導体基板上に構成し、コンデンサCdを構成する電極部分(パターン)をレーザなどによりトリミングすることにより、コンデンサの容量を調整して周波数の微調整を行うようにしてもよい。ここで、コンデンサCdは周波数調整コンデンサとして機能している。
このような構成とすることにより、異常発振防止とともに周波数微調整が行えることとなる。
同様に、コイルLdに直列にコンデンサCdを挿入し、このコンデンサCdを構成する電極部分(パターン)をレーザなどによりトリミングすることにより、容量を調整してもよい。
【0042】
▲3▼ また、バッファ回路33の出力端子に、適当な抵抗値を有するRQ1、RQ2を必要に応じて接続し、微調整を行うようにしてもよい。この場合においても、抵抗のトリミングを行うことにより、さらに高精度な調整をすることもできる。
【0043】
[5]第5実施形態
次に本発明の第5実施形態について説明する。
以上の各実施形態における移相回路は、半固定型の構成を採用したが、本第5実施形態は、半固定型の移相回路に代えて、外部からの制御電圧VCにより、移相量を可変することができる電圧制御移相回路85を設けた場合の実施形態である。
【0044】
第5実施形態の発振回路80について図8を参照して説明する。この場合において、図2の第1実施形態と同様の部分には、同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。図8において、図1の第1実施形態と異なる点は、移相回路35に代えて、電圧制御移相回路(移相回路)85を設けた点である。
【0045】
次に動作を説明する。以下の説明においては、発振回路80における所望の発振周波数をf0とし、信号SQ1の位相と発振回路80が位相条件を満たすための位相との位相差がΔQ1であり、信号SQ2の位相と発振回路30が位相条件を満たすための位相との位相差はΔQ2である場合について説明する。
【0046】
まず、調整者は位相差ΔQ1と位相差ΔQ2とを比較し、電圧制御移相回路85における移相量が少なくなる側にスイッチ回路34を切り換える。
そして、電圧制御移相回路85により、位相差ΔQ1(あるいは位相差ΔQ2)がキャンセルされるように電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加して、調整が行われる。
この結果、差動増幅回路31、バッファ回路33、スイッチ回路34、電圧制御移相回路85、SAW共振子32および電位差発生回路Zdにより構成される帰還ループ(正帰還発振ループ)の位相条件として、差動増幅回路31の入出力信号間の位相差θGおよびバッファ回路33、スイッチ回路34、移相回路35、SAW共振子32および電位差発生回路Zd並びにこれらを接続する線路に起因する位相ずれθβの和が次式を満たすこととなる。
θG+θβ=2・n・π (n=0,1,……)
この結果、発振回路80は、発振することになり、反転出力端子QH1および反転出力端子QH2から発振基準信号として出力される。
【0047】
上述したように、本第5実施形態によれば、発振回路80の位相条件を調整するために、電圧制御移相回路85を設けたので、容易に、位相条件の調整が可能となる。
また、電圧制御移相回路85における移相量が少なくなるように、バッファ回路33から出力される互いに相異なる位相を有する二つの信号SQ1,SQ2のうちからいずれかを選択している。
【0048】
従って、電圧制御移相回路35における調整可能な移相量を少なく設定することができ、回路規模を小さくすることができる。
また、外部からの制御電圧VCにより、電圧制御移相回路85の移相量を(3)式を満たす範囲で可変することによって、発振回路80の発振周波数の微調を行うことも可能である。つまり第5実施形態においては、電圧制御型発振回路としての動作も可能である。
【0049】
[6]第6実施形態
次に本発明の第6実施形態について説明する。
本第6実施形態は、電圧制御移相回路85を具体化した場合の実施形態である。
図9は、第6実施形態の発振回路80Aの概要構成を示す図である。図9において、図8の第5実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
【0050】
図9において、電圧制御移相回路85Aは、可変容量ダイオードCvのカソードが入力抵抗Rvを介して電圧制御端子Tvcに接続され、また、そのアノードが保護用の抵抗R1を介して電源VEEに接続される。そして、可変容量ダイオードCvのカソードとスイッチ回路34の間には、DCカット用のコンデンサC1が介挿され、そのアノードとSAW共振子32との間には、コイルLv(周波数選択部)が介挿されている。
上記構成によれば、電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加すると、可変容量ダイオードCvの容量値が変化し、電圧制御移相回路85Aの移相量が変化する。
従って、容易に位相条件の調整が可能となる。
なお、コイルLvは、移相量の可変範囲全体を調整するものであり、移相量の可変範囲を調整する必要がない場合等には省略することも可能である。また、コイルLvは、帰還ループ内の任意の位置に挿入することも可能である。
【0051】
[7]第7実施形態
次に本発明の第7実施形態について説明する。
本第7実施形態は、第5実施形態の電圧制御移相回路85を具体化した場合の他の実施形態である。
【0052】
図10は、第7実施形態の発振回路80Bの概要構成を示す図である。図10において、図8の第5実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図10によれば、電圧制御移相回路85Bにおいて、可変容量ダイオードCvのカソードは入力抵抗Rvを介して電圧制御端子Tvcに接続され、そのアノードは保護用の抵抗R1を介して電源VEEに接続されている。そして、可変容量ダイオードCvのアノードとスイッチ回路34の間には、DCカット用のコンデンサC1が介挿され、カソードとSAW共振子32との間には、移相の可変域(調整範囲)全体を調整するコイルLvが介挿されている。
【0053】
上記構成によれば、第6実施形態と同様に電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加すると、可変容量ダイオードCvの容量値が変化し、電圧制御移相回路85Bの移相量が変化する。
従って、移相量が所望の値となるように制御電圧VCを制御すれば、容易に、位相条件の調整が可能となる。
【0054】
[8]第8実施形態
次に本発明の第8実施形態について説明する。
本第8実施形態は、第5実施形態の電圧制御移相回路85を具体化した場合のさらに他の実施形態である。
【0055】
図11は第8実施形態の発振回路80Cの概要構成を示す図である。図11において、図8の第5実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図11によれば、電圧制御移相回路85Cは、可変容量ダイオードCvのカソードは入力抵抗Rvを介して電圧制御端子Tvcに接続され、そのアノードはスイッチ回路34に接続されている。
そして、可変容量ダイオードCvのカソードとSAW共振子32との間には、移相の可変域(調整範囲)全体を調整するコイルLvが介挿されている。
【0056】
上記構成によれば、第6実施形態と同様に電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加すると、可変容量ダイオードCvの容量値が変化し、電圧制御移相回路85Cの移相量が変化する。
従って、移相量が所望の値となるように制御電圧VCを制御すれば、容易に、位相条件の調整が可能となる。
【0057】
[9]第9実施形態
次に本発明の第9実施形態について説明する。
本第9実施形態は、第5実施形態の電圧制御移相回路85を具体化するとともに、SAW共振子32及び電圧制御移相回路85Dの帰還ループ中の介挿位置を入れ替え、電圧制御移相回路85Dにタンク回路の機能も併せ持たせた場合の実施形態である。
【0058】
図12は第9実施形態の発振回路80Dの概要構成を示す図である。図12において、図8の第5実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図12によれば、電圧制御移相回路85Dにおいて、可変容量ダイオードCvのアノードは電源VEEに接続され、そのアノードは、DCカット用コンデンサC12を介して差動増幅回路31の反転入力端子D2に接続されている。
【0059】
また、可変容量ダイオードCvのカソードは、入力抵抗Rvを介して電圧制御端子Tvcに接続され、そのアノードは、可変容量ダイオードCvおよび後述のコイルLdと協働して周波数選択回路として機能するコンデンサCdに接続されている。この場合において、可変容量ダイオードCvの容量は、コンデンサCdの容量以上の容量としておくのが好ましい。
【0060】
さらに、コンデンサCdとSAW共振子32との間には、コイルLvが介挿されている。直列接続されている可変容量ダイオードCvおよびコンデンサCdと並列にコイルLdが接続されている。
さらに、コンデンサCdとコイルLvとの接続点には、DCカット用コンデンサC11を介して、差動増幅回路31の非反転入力端子D1に接続されている。
【0061】
上記構成によれば、第6実施形態と同様に電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加すると、可変容量ダイオードCvの容量値が変化し、電圧制御移相回路85Dの移相量が変化する。
従って、移相量が所望の値となるように制御電圧VCを制御すれば、容易に、位相条件の調整が可能となる。
【0062】
なお、本第9実施形態の場合、移相量を変更すると、周波数選択回路の機能としての選択周波数が変化するので、精度を要求される場合には、さらにコンデンサCdについてレーザトリミングなどのトリミングを行って、選択周波数範囲を所望の範囲とする必要がある。
【0063】
[10]第10実施形態
次に本発明の第10実施形態について説明する。
本第10実施形態は、第9実施形態の変形例である。
図13は第10実施形態の発振回路80Eの概要構成を示す図である。図13において、図12の第9実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
【0064】
図13において、図12の第9実施形態と異なる点は、DCカット用コンデンサC12を削除し、DCカット用コンデンサC11と差動増幅器31の反転入力端子D2との間に電位差発生回路Zd(インピーダンス回路)が介挿されている点である。
上記構成によれば、第9実施形態と同様に電圧制御移相回路85Eの電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加すると、可変容量ダイオードCvの容量値が変化し、電圧制御移相回路85Eの移相量が変化する。
従って、移相量が所望の値となるように制御電圧VCを制御すれば、容易に、位相条件の調整が可能となる。
【0065】
なお、本第10実施形態においても、移相量を変更すると、周波数選択回路の機能としての選択周波数が変化するので、精度を要求される場合には、さらにコンデンサCdについてレーザトリミングなどのトリミングを行って、選択周波数範囲を所望の範囲とする必要がある。
【0066】
[11]第11実施形態
次に本発明の第11実施形態について説明する。
図14は、第11実施形態の発振回路80Fの概要構成を示す図である。図14において、図13の第10実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図14において、図13の第10実施形態と異なる点は、コンデンサCdに代えて、カソードを可変容量ダイオードCvのカソードに接続した第2の可変容量ダイオードCv1を設けた点である。
上記構成においても、第10実施形態と同様に電圧制御移相回路85Fの電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加すると、可変容量ダイオードCvおよび可変容量ダイオードCv1の容量値それぞれ変化し、可変容量ダイオードCvおよび可変容量ダイオードCv1が協働して電圧制御移相回路85Fの移相量を変化させる。
【0067】
さらにこの構成によれば、可変容量ダイオードCvおよび可変容量ダイオードCv1の組み合わせの範囲が広がるので、合成容量変化を大きくすることが可能となる。したがって、より広範囲で移相量を調整することが可能となる。この結果、移相量が所望の値となるように制御電圧VCを制御すれば、容易かつ広範囲で位相条件の調整が可能となる。
【0068】
[12]第12実施形態
次に本発明の第12実施形態について説明する。
本第12実施形態は、第11実施形態の変形例である。
図15は第12実施形態の発振回路80Gの概要構成を示す図である。図15において、図14の第11実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
【0069】
図15において、図14の第11実施形態と異なる点は、電圧制御移相回路およびSAW共振子の位置を入れ替え、電圧制御移相回路とスイッチ回路34の間にコンデンサC11を挿入した点である。
【0070】
上記構成においても、第11実施形態と同様に電圧制御移相回路85Gの電圧制御端子Tvcに制御電圧VCを印加すると、可変容量ダイオードCvおよび可変容量ダイオードCv1の容量値が変化し、電圧制御移相回路85Gの移相量が変化する。
【0071】
この構成によれば、第11実施形態と同様に、可変容量ダイオードCvおよび可変容量ダイオードCv1の組み合わせの範囲が広がるので、合成容量変化を大きくすることが可能となり、より広範囲で移相量を調整することが可能となる。したがって、移相量が所望の値となるように制御電圧VCを制御すれば、容易かつ広範囲で位相条件の調整が可能となる。
【0072】
[13]第13実施形態
次に、本発明の第13実施形態について説明する。
図16は、第1実施形態にかかる帰還発振回路を用いた、10.3125ギガビットの光ネットワーク用光インタフェースモジュールの概略構成を示す図である。
この光インターフェースモジュール10は、例えば、サーバ用コンピュータと光ネットワークとの間で、光/電変換あるいは電/光変換のためのインターフェース機能を実現するものである。
【0073】
図16に示すように、第1実施形態の発振回路30と同一の二つの正帰還型の発振回路30-1,30-2がビット符号変換部13を介して接続された3.125ギガビットのS/P変換部11,P/S変換部12及び10.3125ギガビットのP/S変換部14,S/P変換部15における基準信号として用いられている。
【0074】
また、P/S変換部14は電気/光変換部16に接続され、電気/光変換部16は入力データの電気/光変換を行い、光ネットワーク側に送出することとなる。
さらに、S/P変換部15は光/電気変換部17に接続され、光/電気変換部17は光ネットワーク側からの入力データに基いて光/電気変換を行いS/P変換部15に出力する。
【0075】
上述したように本第13実施形態によれば、移相回路35における移相量が少なくなるように、バッファ回路33から出力される互いに相異なる位相を有する二つの信号SQ1,SQ2のうちからいずれかを選択している。
【0076】
従って、移相回路35における調整可能な移相量を少なく設定することができ、移相回路35の回路規模を小さくすることができる。この結果、位相光ネットワーク用光インタフェースモジュールの回路規模を小さくすることができる。併せて、製品毎の移相回路35におけるばらつきの影響を低減することができる。
また、動画像のような大量のデータが伝送できる10ギガビットイーサネット(10 gigabit Ethernet)に代表されるような高速なネットワークシステムを容易に構築することができる。
上記説明は、第1実施形態の発振回路を用いた場合であったが、第2実施形態から第12実施形態の発振回路を用いても同様の効果を得ることができる。
【0077】
[14]実施形態の変形例
[14.1]第1変形例
以上の説明において、バッファ回路を複数設ける場合には、各バッファ回路を並列に設けるようにしていたが、複数のバッファ回路を直列に設け、いずれかのバッファ回路の出力端子の出力を移相回路に入力するように構成することも可能である。これにより、移相量を加算的にシフトすることができ、様々な移相量を容易に実現できる。
【0078】
[14.2]第2変形例
以上の説明においては、差動増幅器の非反転入力端子D1に入力信号を入力し、反転入力端子D2にバイアス電圧VBBを印加する構成を採っていたが、差動増幅器の反転入力端子D2に入力信号を入力し、非反転入力端子D1にバイアス電圧VBBを印加する構成を採ることも可能である。
【0079】
[14.3]第3変形例
以上の説明においては、発振回路をネットワーク用の光インターフェースモジュールに用いる場合についてのみ説明したが、発振回路、特に高周波発振回路を必要とする携帯電話などの無線通信機器など各種電子機器に適用することが可能である。
【0080】
[14.4]第4変形例
以上の説明においては、原則的に、SAW共振子または水晶AT共振子(圧電共振子)→差動増幅器(差動増幅器)→バッファ回路(帰還用バッファ回路)→スイッチ回路(信号選択部)→移相回路(または電圧制御移相回路)の順番で閉ループ(正帰還発振ループ)を形成していた。
しかしながら、閉ループ中において、SAW共振子または水晶AT共振子、差動増幅器および移相回路(または電圧制御移相回路)の配置については任意である。
【0081】
[14.5]第5変形例
以上の説明においては、移相回路または電圧制御移相回路は一つ設ける構成を採っていたが、任意の数だけ設けるように構成することも可能である。この場合においてもいずれかを選択的に用いたり、多段に接続して用いるようにすることも可能である。
【0082】
[14.6]第6変形例
以上の説明においては、発振源として圧電共振子(SAW共振子、ATカット水晶共振子)の場合について説明したが、圧電共振子に代えて、圧電フィルタを用いても同様の効果を得ることが可能である。
【0083】
[14.7]第7変形例
尚以上の説明においては、差動増幅器及びバッファについては、詳しく述べなかったが、尚以上差動増幅器及びバッファ回路(帰還用バッファ回路および出力用バッファ回路)はECL(エミッタ結合論理)ラインレシーバを用いた差動増幅器で構成するのが好ましい。
これは、ECLラインレシーバが高速デジタル通信分野において高速動作に適し、かつ、消費電力が低く抑えられることを特徴としているからである。
【0084】
ECLラインレシーバは、図17の基本回路に示すような構成となっており、非反転入力端子(IN+)、反転入力端子(IN−)、バイアス電圧用端子(BIAS)、非反転出力端子(OUT+)及び反転出力端子(OUT−)を有している。
そして、ECLラインレシーバは、バイアス電圧用端子(BIAS)に所定のバイアス電圧を印加することにより、非反転入力端子(IN+)および反転入力端子(IN−)に入力された信号の電圧差に応じて所定の位相差を有する出力信号を非反転出力端子(OUT+)及び反転出力端子(OUT−)から出力するECL差動増幅器として機能する。
このECLラインレシーバは、他の発振回路または増幅器の正弦波のような信号または一般的に他の信号を、ECL回路によって用いられる電気レベルに変換するために利用される。
【0085】
以上の説明のように、発振回路の差動増幅器にECLラインレシーバを用いることにより、容易にECL電気レベルの周波数信号出力を得ることができる。
【0086】
[14.8]第8変形例
以上の説明においては、SAW共振子を構成する圧電材料については、詳しく述べなかったが、水晶の他、他の圧電材料としてランガサイトやLBO(Lithium
Tetraborate)などを用いたものを用いることが可能である。
【0087】
[14.9]第9変形例
以上の説明においては、周波数選択部として、移相回路における出力信号のうち所定の周波数帯域成分のみを選択的に通過させるBPF(Band Pass Filter)として機能するものについてのみ説明したが、移相回路における出力信号のうち所定の周波数帯域成分のみを選択的に阻止するBEF(Band Elimination Filter)として機能するように構成することも可能である。
【0088】
【発明の効果】
本発明によれば、移相回路の回路規模を大きくすることなく、容易に発振回路のループ利得を確保して、効率の良い発振を行わせることが可能となる。
また、共振周波数の異なる圧電共振子を用いてそれぞれに対応する発振回路を設計する場合でも、正帰還発振ループが逆になるものの、ほぼ同様の回路構成を採ることが可能となり、設計の容易化を図ることができる。
さらに差動増幅器としてECLラインレシーバを用いることにより、容易にECL電気レベルの周波数信号出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図2】 第1実施形態の動作説明図である。
【図3】 第2実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図4】 第2実施形態の動作説明図である。
【図5】 第3実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図6】 第3実施形態の動作説明図である。
【図7】 第4実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図8】 第5実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図9】 第6実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図10】 第7実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図11】 第8実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図12】 第9実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図13】 第10実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図14】 第11実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図15】 第12実施形態の発振回路の概要構成図である。
【図16】 第13実施形態の光インターフェースモジュールの概要構成ブロック図である。
【図17】 ECLラインレシーバの基本回路図である。
【図18】 帰還型発振器の原理説明図である。
【符号の説明】
10……光インターフェースモジュール
30、80……発振回路
31……差動増幅回路(差動増幅器)
32……SAW共振子(圧電共振子)
32A……ATカット水晶共振子(圧電共振子)
33……バッファ回路(帰還用バッファ回路)
34、34A……スイッチ回路(信号選択部)
35……移相回路(第2移相部)
40……出力バッファ回路(出力用バッファ回路)
85……電圧制御移相回路

Claims (29)

  1. 互いに出力信号の位相が異なる複数の出力端子を有する差動増幅器と、圧電共振子と、入力信号の位相を所定量だけずらして出力信号として出力する移相回路と、を備え、前記差動増幅器、前記圧電共振子および前記移相回路により正帰還発振ループを形成した発振回路であって、
    前記差動増幅器の出力端子のいずれかを用いて前記正帰還発振ループを構成させるべく、前記差動増幅器の出力端子のいずれか一つを選択する信号選択部を備えたことを特徴とする発振回路。
  2. 互いに出力信号の位相が異なる複数の出力端子を有する差動増幅器と、圧電フィルタと、入力信号の位相を所定量だけずらして出力信号として出力する移相回路と、を備え、前記差動増幅器、前記圧電フィルタおよび前記移相回路により正帰還発振ループを形成した発振回路であって、
    前記差動増幅器の出力端子のいずれかを用いて前記正帰還発振ループを構成させるべく、前記差動増幅器の出力端子のいずれか一つを選択する信号選択部を備えたことを特徴とする発振回路。
  3. 請求項1または請求項2記載の発振回路において、
    前記差動増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器を備えたことを特徴とする発振回路。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の発振回路において、
    前記差動増幅器は、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、
    前記反転入力端子と前記非反転入力端子とは、インピーダンス回路を介して接続され、
    前記反転入力端子および前記非反転入力端子のうち、いずれか一方にはバイアス電圧が印加され、他方は、前記正帰還発振ループの入力端として機能することを特徴とする発振回路。
  5. 請求項4記載の発振回路において、
    前記インピーダンス回路は、インダクタおよびキャパシタを有するタンク回路として構成され、
    前記タンク回路は前記移相回路における出力信号の所望の周波数帯域のみを選択的に通過させることを特徴とする発振回路。
  6. 請求項5記載の発振回路において、
    前記圧電共振子は、水晶ATカット共振子であり、
    前記タンク回路は、前記水晶ATカット共振子の奇数次オーバートーン発振周波数帯域あるいは所望の発信周波数帯域のみを選択的に通過させることを特徴とする発振回路。
  7. 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の発振回路において、
    前記移相回路における出力信号のうち所定の周波数帯域成分のみを選択的に通過させる周波数選択部を備えていることを特徴とする発振回路。
  8. 請求項7記載の発振回路において、
    前記周波数選択部は、並列接続された周波数選択用コンデンサ及び周波数選択用コイルを備えたことを特徴とする発振回路。
  9. 請求項8記載の発振回路において、
    前記周波数選択用コンデンサは、その容量を可変することにより前記移相回路の出力信号の周波数帯域成分のみを選択的に通過させることを特徴とする発振回路。
  10. 請求項8または請求項9記載の発振回路において、
    前記周波数選択用コンデンサは、レーザトリミング可能なコンデンサとして形成されていることを特徴とする発振回路。
  11. 請求項8または請求項9記載の発振回路において、
    前記周波数選択用コンデンサは、基板上にパターンとして形成されたトリミング可能なコンデンサとして形成されていることを特徴とする発振回路。
  12. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の発振回路において、
    前記移相回路は、当該移相回路の出力信号の周波数帯域成分を選択的に阻止する周波数選択部を備えていることを特徴とする発振回路。
  13. 請求項12記載の発振回路において、
    前記周波数選択部は、前記移相回路内にその容量を可変することが可能な可変容量コンデンサとして形成されていることを特徴とする発振回路。
  14. 請求項13記載の発振回路において、
    前記可変容量コンデンサは、レーザトリミング可能なコンデンサとして形成されていることを特徴とする発振回路。
  15. 請求項13記載の発振回路において、
    前記可変容量コンデンサは、基板上にパターンとして形成されたトリミング可能なコンデンサとして形成されていることを特徴とする発振回路。
  16. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の発振回路において、
    前記差動増幅器の出力端子側に出力用差動増幅器を有する出力バッファ回路を挿入したことを特徴とする発振回路。
  17. 請求項16記載の発振回路において、
    前記出力用差動増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器を備えたことを特徴とする発振回路。
  18. 請求項1ないし請求項17のいずれかに記載の発振回路において、
    前記正帰還発振ループ中に互いに出力信号の位相が異なる複数の出力端子を有する帰還用差動増幅器を有する帰還バッファ回路を挿入したことを特徴とする発振回路。
  19. 請求項18記載の発振回路において、
    前記帰還バッファ回路は、互いに並列接続され、前記複数の出力端子のいずれかを有する前記帰還用差動増幅器を複数有し、
    前記複数の帰還用差動増幅器のうち、いずれか一つが前記正帰還発振ループ中に挿入されることを特徴とする発振回路。
  20. 請求項18記載の発振回路において、
    前記帰還バッファ回路は、直列接続された複数の前記帰還用差動増幅器を有し、
    前記複数の帰還用差動増幅器のうち、一つまたは順次直列に接続された複数の帰還用差動増幅器が前記正帰還発振ループ中に挿入されることを特徴とする発振回路。
  21. 請求項19または請求項20記載の発振回路において、
    前記帰還用差動増幅器は、それぞれ非等間隔の出力信号の位相差を有することを特徴とする発振回路。
  22. 請求項19または請求項20記載の発振回路において、
    前記帰還用差動増幅器は、それぞれ等間隔の出力信号の位相差を有することを特徴とする発振回路。
  23. 請求項18ないし請求項22のいずれかに記載の発振回路において、
    前記帰還用差動増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器を備えたことを特徴とする発振回路。
  24. 請求項1ないし請求項23のいずれかに記載の発振回路において、
    前記信号選択部は、前記移相回路における移相量がより少なくなるように前記選択を行う、
    ことを特徴とする発振回路。
  25. 請求項1ないし請求項24のいずれかに記載の発振回路において、
    前記移相回路は、制御電圧の印加によりその移相量を可変することが可能な電圧制御移相回路として構成されていることを特徴とする発振回路。
  26. 請求項1ないし請求項5、請求項7ないし請求項25のいずれかに記載の発振回路において、
    前記圧電共振子は、SAW共振子であることを特徴とする発振回路。
  27. 請求項26記載の発振回路において、
    前記SAW共振子は、水晶、ランガサイト、LBO(Lithium Tetraborate) のいずれかを用いて形成されていることを特徴とする発振回路。
  28. 請求項1ないし請求項5、請求項7ないし請求項25のいずれかに記載の発振回路において、
    前記圧電共振子は、水晶ATカット共振子であることを特徴とする発振回路。
  29. 請求項1ないし請求項28のいずれかに記載の発振回路を備えたことを特徴とする電子機器。
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