JP4337785B2

JP4337785B2 - Ｆｓｋ変調器

Info

Publication number: JP4337785B2
Application number: JP2005225129A
Authority: JP
Inventors: 道明 ▲高▼木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: JP2007043464A

Description

本発明は、水晶等の安定な周波数を発生できる圧電体ＳＡＷ共振子を使用してＦＳＫ変調を直接に行うことができるＦＳＫ変調器に関する。

従来、圧電気を有する水晶ＳＴカット基板（圧電体平板の一例）を用いて構成するＳＡＷ共振子は、その周波数温度特性が零温度係数をもち精度が良くかつ、所望の周波数を直接発振が可能であるために、各種無線系の圧電発振器に使用されているが、これはジッタが無く位相ノイズに優れた信号が高信頼性かつ低コストに容易に得られるという長所があるためである。

この理由から近年、乗用車のドアの自動開閉にはＳＡＷ共振子を用いた微弱無線機（キーレスエントリー装置）が多数使用されるに至っている。この微弱無線機にはＳＡＷ発振器が使われている。

しかしながら、前述の従来技術を使用したものはいずれもＦＳＫ変調するための２つの周波数の発生手段として、伸張コイルと切り換え電圧発生回路と可変容量ダイオード等の素子を付加して使用することが必要である（例えば、特許文献１参照）ため、コストアップとなる他、周波数調整の際に各素子のバラツキが重なって生産上で不具合を生じることがあった。また最近になって、前記装置の小形化要請が強まりＦＳＫ変調器の小形化も必要になって来た。

本発明はかかる課題を解決するものでその目的とするところは、ＳＡＷ共振子のみで２周波数の発生を実現することにより、外付け素子である伸張コイル，可変容量ダイオード等を無くして、低ジッタ，小形かつ低コストなＦＳＫ変調器を市場に提供することにある。

特開平０２−１０５７０５号公報

（１）本発明のＦＳＫ変調器は、圧電体平板上に形成された2つの振動状態を有するＳＡＷ共振子と、増幅器からなるＦＳＫ変調器において、
前記2個の振動状態を有するＳＡＷ共振子は、1個のＩＤＴとその両側に1対の反射器を配置した第１と第２の１ポート型のＳＡＷ共振子を2個並列にして配置して、２つの振動状態が取ることが可能であり、かつ第１のＳＡＷ共振子を駆動用手段に、第２のＳＡＷ共振子を制御用手段とし、前記第２のＳＡＷ共振子の出力端子に直列にＳＷ回路および電流制限素子を接続した上に接地し、前記の第１のＳＡＷ共振子の出力端子を前記増幅器の入力端子に接続し、前記増幅器の出力は各々移相器を通した上で、前記第１および第２のＳＡＷ共振子の入力端子に接続して構成したことを特徴とする。

上記構成によれば、制御用に使用される第２のＳＡＷ共振子を電流制限素子を介してスイッチ回路により動作および非動作させることにより、駆動側ＳＡＷ共振子の動作電流の変動を大幅に抑制できるため、ＦＳＫ変調器の信号電圧出力振幅の変動を大幅に押さえて安定なＦＳＫスペクトルを発生できるという効果がある。

本発明のＦＳＫ変調器は、前記弾性表面波共振子が有する2つの振動状態が横の対称モードＳ０および横の斜対称モードＡ０からなるＦＳＫ変調器であっても良い。

この構成であれば、通常キーレスエントリー装置に使われる周波数である３１２ＭＨｚから４３３ＭＨｚ帯において小形な２-モード型ＳＡＷ共振子が実現できるために、増幅器の役目を果たすＩＣと２-モード型ＳＡＷ共振子チップを同一ＰＫＧに重ねて実装することが可能になり、一層の小形化が実現できるという効果がある。

また、本発明のＦＳＫ変調器は、前記弾性表面波共振子が有する2つの振動状態が横の対称モードＳ０および横の斜対称モードＡ０からなり、制御用ＳＡＷ共振子側に配置した切り替えＳＷ回路により発振モードを選択して２つの周波数を出力可能とする構成であっても良い。

この構成であれば、伸張コイル、可変容量ダイオード等の外付け素子を使わなくとも、直接に送信データ（ＮＲＺ信号）に対応してＳ０モード状態の発振周波数をｆＨ、Ａ０モード状態の発振周波数をｆＬを発生することが可能となりＦＳＫ変調信号を送出できるという効果がある。

以下本発明のＦＳＫ変調器の実施形態について、まず理解を容易ならしめるために、図１によって具体的回路の実施例をブロック図にて説明した後、図２は具体的回路の一実施例を、さらに図３には本発明で使用される２−モード型ＳＡＷ共振子の具体的な電極パターン図により説明し、図４をもちいてその動作状態を詳細に解説する。

（実施例１）
図１は請求項１の本発明に係わるＦＳＫ変調器の一実施例について、その構成をブロック図にて図示したものである。

図１中の各部位の名称は、１００は増幅器、１０１０は２−モード型ＳＡＷ共振子、１０２は電流制限素子、１０３および１０４は移相器、１０５はバイポーラあるいはＭＯＳトランジスタからなるＳＷ（スイッチ）回路、１０６はＦＳＫ変調器への入力データ信号端子、さらに、１０１０の２−モード型ＳＡＷ共振子は表面波が伝搬する２つのトラックからなり、１０１１が駆動側の第１のＳＡＷ共振子が形成された駆動トラックであり、１０１２は制御側の第２のＳＡＷ共振子が形成された制御トラックである。また、１０１３および１０１４は前記２−モード型ＳＡＷ共振子素子への入力端子であり、１０１５および１０１６は前記２−モード型ＳＡＷ共振子素子からの出力端子である。つぎに図１のブロック図が示す回路につき動作の説明を行う。増幅器１００と移相器１０３、および２−モード型ＳＡＷ共振子の駆動トラックを構成するＳＡＷ共振子１０１１により、動作周波数ｆＨおよびｆＬのいずれかの第１の発振回路ループを構成する。また、増幅器１００からの出力信号は移相器をとおり、２−モード型ＳＡＷ共振子の制御トラックを構成するＳＡＷ共振子１０１２を励振し、さらにＳＷ回路１０６を介して電流制限素子１０２をとおり接地されて第２の制御ループを構成している。前記第１の発振回路ループの発振周波数ｆｏｓｃは、第２の制御ループの設定状態により決定されることが特徴である。例えば、１０１０の２−モード型ＳＡＷ共振子が斜対称モードＡ０で動作するよう構成されている場合においては、１０５のＳＷ回路をＯＦＦすると、１０１２の制御トラックのＳＡＷ共振子の出力端子は開放状態となって、前記のＳＡＷ共振子に励振電界が印加されなくなり振動モードの決定にかかわる制約条件が解除されるために、２−モード型ＳＡＷ共振子１０１０の動作周波数は対称モードＳ０のｆＬに移行する。１０２の電流制限素子の機能は１０１２の制御側のＳＡＷ共振子の通過電流を減少させるためのものであり、単なる抵抗素子であっても、あるいはトランジスタ等による電流制限効果を利用しても良い。従って図中の第１ループにおけるＳＡＷ共振子の動作電流Ｉｄは第２のループの電流ＩｃとＩｄ＜Ｉｃの関係が成り立ち、ＩｃはＩｄの数分の１以下であることが望ましい。また図１の構成からなるＦＳＫ変調器に入力するデジタルなＮＲＺ送信データ信号はスイッチ回路１０５の端子１０６に入力し、信号の０，１に対応して２−モード型ＳＡＷ共振子の動作状態を切り替えてＳ０モード及びＡ０モードの動作周波数ｆＬ，ｆＨとなって発振周波数ｆｏｓｃを設定することができ、ＦＳＫ変調動作を実現する。前記のＳ０およびＡ０モード状態については、図３による詳述する。

つぎに図２において、前述の図１の具体的な回路例を示す。図２中の各部位の名称は、２００がバイアス電圧設定のための抵抗ＲＢ１、２０１のＲ１はコレクタ抵抗、２０４のＲＢ２は前記ＲＢ１と共同して２０８トランジスタのベイス直流電位を設定するための抵抗、１０５のＣ１コンデンサは帰還用、１０７のＣ２コンデンサは平滑用であり、２１１は同調用のインダクタンスＬ１、Ｃ３は出力端のインピーダンス整合用のコンデンサ、２１５は出力端子である。１０２のＲＢ３と２０３のＲＢ４は電流制限のための抵抗素子、２１２は２−モード型のＳＡＷ共振子、２１０と２１９はトランジスタで構成したＳＷ回路、２１３はインバータ回路、２１４はデータ入力端子、２１６は電源端子である。前述の図１のブロック図に対応させると、増幅器１００と移相器１０３，１０４は、抵抗２００、２０１、２０４、コンデンサ２０５、２０７、２０６、インダクタンス２１１、トランジスタ２０８から構成される。ＳＷ回路１０５はトランジスタ２１０、２１９、インバータ回路２１３から構成される。電流制限素子１０２は抵抗２０３と２０２から構成される。２−モードＳＡＷ共振子の振動モードの切り替えは、２１０と２１９のトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３を２者択一的にＯＮとＯＦＦすることにより、２−モードＳＡＷ共振子における制御側のＳＡＷ共振子の極性を切替えることにより実行されている。図３の回路構成の場合においては、２１１のインダクタンスを抵抗に換えれば、容易に集積できＩＣ化が可能であることを付加える。

つぎに、図３につき説明する。図３は本発明に使用する２−モード型ＳＡＷ共振子の電極パーンの配置を示す平面図である。最初に本発明の２−モード型ＳＡＷ共振子に使用する圧電体平板の一例につき説明する。前記の圧電体平板は、例えば面内回転ＳＴカット水晶板でありレイリー型表面波で動作するもので、水晶結晶の基本軸である電気軸Ｘと光軸Ｚの２軸が作る面を主面とするＹ板を電気軸Ｘの回りに反時計方向にθ度（特に零温度係数が得られるθ＝３１度から４２度）回転した基板において、さらに前記基板の法線軸の回りにＸ軸からの面内の回転角Ψが±（４０〜４６）度である方位を弾性表面波の位相伝播方位軸としたものである。あるいはまた、前記の圧電体平板はＳＨ型表面波で動作する水晶基板であってもよい。つぎに前記圧電体平板の表面を鏡面研磨した後、レイリー型あるいはＳＨ型等の弾性表面波の位相伝搬方向軸に対して直交して、例えば金属アルミニウムからなる多数の平行導体の電極指を周期的に配置した少なくとも1個のすだれ状電極を構成し、その両側に1対の反射器を形成して１個のＳＡＷ共振子を構成することができる。

図３において、３０１は前述の圧電体平板であり、３０２と３０３、３１０と３１１は反射器、３０４と３０５はＩＤＴ（すだれ状電極）、３０６と３０７と３０８と３０９は入力端子である。斜線で形成された部分は電極パターンであり前述のアルミニウム電極等の金属で形成されている。３０１の圧電体平板の左側は駆動側トラックと呼んで来たものであり１個のＳＡＷ共振子を構成している。また右側の領域は制御用トラックと呼んできたものであり、１個のＳＡＷ共振子を構成している。前記左右のＳＡＷ共振子は表面波にて動作し定常振動を形つくるが、両者は相互に弾性的に結合するように設計することが必要である。下部に示した３１２と３１３は３１３が対称モードＳ０、３１２が斜対称モードＡ０の振動変位状態を示す。Ｓ０モードに対しては、周波数ｆＬで動作し、Ａ０モードに対しては周波数ｆＨで動作する。各モードの動作状態の設定は駆動側トラックのＳＡＷ共振子の入力端子３０６と３０８の極性設定および制御側トラックの入力端子３０７と３０９の極性設定により実現できる。端子３０６−３０８と端子３０７−３０９が同位相状態（Ｖ+，Ｅ+）の場合にはＳ０モードが、逆に逆相の場合（Ｖ−，Ｅ−）にはＡ０モードが実現する。

最後に図４に本発明の図１に対応したＦＳＫ変調器の動作波形を示す。図中の上段４００がＦＳＫ変調器からのＲＦ出力信号であり、４０１が２−モードＳＡＷ共振子の動作電流の実効値波形、４０２はＦＳＫ変調器が示す発振周波数ｆの変化である。４０３はＦＳＫ変調器へのＮＲＺ入力データ信号である。図４の状態では入力信号データの１に対応して、Ａ０モードが０に対応してＳ０モードが動作する。

以上説明したように本発明のＦＳＫ変調器はＳＡＷデバイス技術とＩＣ技術を融合してコンパクトに集積可能であり今後ＦＳＫ変調器を利用したセンサーシステム分野におおいに貢献できる。

本発明のＦＳＫ変調器の回路構成の一実施例を示すブロック図。本発明のＦＳＫ変調器の具体的な回路構成の一実施例を示す回路図。本発明のＦＳＫ変調器に使用する２−モード型ＳＡＷ共振子の電極パターン図。本発明のＦＳＫ変調器の動作状態を示す状態図。

符号の説明

１００増幅器
１０１０２−モード型ＳＡＷ共振子
１０３，１０４移相器
１０２電流制限素子
１０１１駆動トラック
１０１２制御トラック

Claims

圧電体平板上に形成された2つの振動状態を有するＳＡＷ共振子と、増幅器からなるＦＳＫ変調器において、
前記2個の振動状態を有するＳＡＷ共振子は、1個のＩＤＴとその両側に1対の反射器を配置した第１と第２の１ポート型のＳＡＷ共振子を2個並列にして配置して、２つの振動状態が取ることが可能であり、かつ第１のＳＡＷ共振子を駆動用手段に、第２のＳＡＷ共振子を制御用手段とし、前記第２のＳＡＷ共振子の出力端子に直列にＳＷ回路および電流制限素子を接続した上に接地し、前記の第１のＳＡＷ共振子の出力端子を前記増幅器の入力端子に接続し、前記増幅器の出力は各々移相器を通した上で、前記第１および第２のＳＡＷ共振子の入力端子に接続して構成したことを特徴とするＦＳＫ変調器。
前記弾性表面波共振子が有する2つの振動状態が横の対称モードＳ０および横の斜対称モードＡ０からなることを特徴とする請求項１記載のＦＳＫ変調器。
前記弾性表面波共振子が有する2つの振動状態が横の対称モードＳ０および横の斜対称モードＡ０からなり、制御用ＳＡＷ共振子側に配置した切り替えＳＷ回路により発振モードを選択して２つの周波数を出力可能とする構成であることを特徴とする請求項１記載のＦＳＫ変調器。