JP4361500B2 - 電圧制御型発振器 - Google Patents
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Description
電振動子)の温度特性をキャンセルさせるようにしたものがある。
この構成によれば、圧電振動子からみた容量値が、可変容量と、第1および第2のDCカット容量が並列接続となるため、可変容量である第1および第2のMOSトランジスタの容量幅の絶対値の増大をはかることができる。
この構成によれば、圧電振動子からみた容量値が第1のDCカット容量と可変容量と第2のDCカット容量との直列接続となるため、当該可変容量である第1および第2のMOSトランジスタの容量幅の絶対値が小さくなるが、負性抵抗が大きくなり起動時間を低減することができるという利点がある。
この構成によれば、前記第1の制御信号及び前記第2の制御信号を外部装置からではなく、該電圧制御型発振回路と同時に集積された回路から供給することができ、該電圧制御発振回路を使用するシステムを小型化することができる。
この構成によれば、任意の制御電圧による圧電振動子の温度特性補償及び外部電圧による周波数の制御ができると同時に、MOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルすることにより、高歩留まり化を図ることができる。
この構成によれば、任意の制御電圧による圧電振動子の温度特性補償及び外部電圧による周波数の制御ができると同時に、MOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルすることにより、高歩留まり化を図ることができる。
この構成によれば、任意の制御電圧による圧電振動子の温度特性補償及び外部電圧による周波数の制御ができると同時に、MOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルすることにより、高歩留まり化を図ることができる。
この構成によれば、任意の制御電圧による圧電振動子の温度特性補償及び外部電圧による周波数の制御ができると同時に、MOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルすることにより、高歩留まり化を図ることができる。
この構成によれば、任意の制御電圧による圧電振動子の温度特性補償及び外部電圧による周波数の制御ができると同時に、MOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルすることにより、高歩留まり化を図ることができる。
この構成によれば、水晶毎の発振周波数の温度特性のばらつきに応じて、不揮発性記憶媒体に保存しておいたデータにより、温度特性補償信号を高精度に調整することができる。
この構成によれば、上記それぞれの電圧制御型発振回路の特徴を有すると同時に、前記第1のMOSトランジスタのゲートとドレイン端子の位相は180°ずれているため、ミラー効果によりMOS型可変容量(バラクタ)の容量はおよそ2倍の容量値と等価となる。したがって、MOSバラクタの制御電圧の変化に対する周波数の変化の割合、いわゆる周波数可変感度を大きく取ることができる。また、制御電圧のダイナミックレンジが広がるため、周波数変化幅を大きく取ることが可能となる。これにより、前記第1のMOSトランジスタのサイズを小さくすることが可能となり、チップサイズの小型化が可能となる。
また、通常のCMOSプロセスでのMOSトランジスタのばらつきによる容量切り替わり電圧以上及び以下での静電容量のばらつきを少なくすることにより発振周波数のばらつきを少なくできる。
このように、MOSトランジスタの端子間の静電容量を用いた電圧制御型発振器の実用化をはかることができるという効果を奏する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態の電圧制御型発振器は、帰還抵抗1とインバータ2とを備えた増幅器と、前記インバータ2の入力及び出力に接続された圧電振動子3と、前記圧電振動子3の両端子間に、前記圧電振動子3の両端端子それぞれに一方の端子が接続された第1のDCカット容量9及び第2のDCカット容量10と、前記第1のDCカット容量9及び前記第2のDCカット容量10それぞれの他方の端子にドレイン端子を接続し、ソース及びバックゲート端子を短絡し、それぞれのゲート端子を短絡した第1のMOSトランジスタ4及び第2のMOSトランジスタ5とで構成された負荷容量とを備え、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5それぞれのソース−バックゲート端子に一方の端子に接続した第1の高周波除去抵抗7及び第2の高周波除去抵抗8と、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5のドレイン端子それぞれに一方の端子を接続し他方の端子を共通とした第3の高周波除去抵抗11及び第4の高周波除去抵抗12とを備え、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5のドレイン端子に発振電圧が印加され、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5の共通に接続したゲート端子に入力する第1の制御信号6と、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5それぞれのドレイン端子に前記第3の高周波除去抵抗11及び前記第4の高周波除去抵抗12を介して入力されるとともに、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5それぞれのソース−バックゲート端子に前記第1の高周波除去抵抗7及び前記第2の高周波除去抵抗8を介して入力される第2の制御信号13とにより、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5のドレイン端子とゲート端子の間の静電容量を可変させることで、前記第1のMOSトランジスタ4及び前記第2のMOSトランジスタ5をMOS型可変容量として使用し、前記第1の制御信号6と前記第2の制御信号13とにより発振周波数を制御する。
図5は、本発明の実施の形態2における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態2の電圧制御型発振器は、前記実施の形態1の電圧制御型発振器において、前記第1のDCカット容量9及び前記第2のDCカット容量10を、前記インバータ2の両端子と前記圧電振動子3の両端子との間に接続した構成である。
図6は、本発明の実施の形態3における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態3の電圧制御型発振器は、前記実施の形態1の電圧制御型発振器において、前記第1の制御信号6を前記第1の制御信号発生回路6aで供給し、前記第2の制御信号13を第2の制御信号発生回路13aで供給する構成のものである。
この構成によれば、前記実施の形態1の電圧制御型発振器と同様の特徴を有すると同時に、前記第1の制御信号6及び前記第2の制御信号13を外部装置からではなく、該電圧制御型発振回路と同時に集積された回路から供給することができ、該電圧制御型発振回路を使用するシステムを小型化することができる。
図7は、本発明の実施の形態4における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態4の電圧制御型発振器は、前記実施の形態3の電圧制御型発振器において、前記第1の制御信号発生回路6aが、第1の温度特性補償信号発生回路16aと第1のばらつき制御信号発生回路17aとを具備し、前記第1の温度特性補償信号発生回路16aから発生する水晶の発振周波数温度特性を補償する第1の温度特性補償信号と前記第1のばらつき制御信号発生回路17aから発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルする第1のばらつき制御信号とを重畳した信号を前記第1の制御信号6として発生させ、前記第2の制御信号発生回路13aが、第1の周波数制御信号発生回路15aを具備し、前記第1の周波数制御信号発生回路15aから発生する水晶の発振周波数を制御する第1の周波数制御信号を前記第2の制御信号13として発生させる構成である。
図8は、本発明の実施の形態5における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態5の電圧制御型発振器は、前記実施の形態3の電圧制御型発振器において、前記第1の制御信号発生回路6aが、第2の周波数制御信号発生回路15bと前記第1のばらつき制御信号発生回路17aとを具備し、前記第2の周波数制御信号発生回路15bから発生する水晶の発振周波数を制御し前記第1の周波数制御信号とは逆位相の第2の周波数制御信号と前記第1のばらつき制御信号とを重畳した信号を、前記第1の制御信号6として発生させ、前記第2の制御信号発生回路13aが、第2の温度特性補償信号発生回路16bを具備し、前記第2の温度特性補償信号発生回路16bから発生する水晶の発振周波数温度特性を補償し前記第1の温度特性補償信号とは逆位相の第2の温度特性補償信号を、前記第2の制御信号13として発生させる構成である。
さらにまた、任意の制御電圧による圧電振動子の温度特性補償及び外部電圧による周波数の制御ができると同時に、MOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルすることにより、高歩留まり化を図ることができる。
図9は、本発明の実施の形態6における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態6の電圧制御型発振器は、前記実施の形態3の電圧制御型発振器において、前記第1の制御信号発生回路6aが、前記第1の温度特性補償信号発生回路16aを具備し、前記第1の温度特性補償信号を前記第1の制御信号6として発生させ、前記第2の制御信号発生回路13aが、前記第1の周波数制御信号発生回路15aと第2のばらつき制御信号発生回路17bとを具備し、前記第1の周波数制御信号と前記第2のばらつき制御信号発生回路17bから発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルし前記第1のばらつき制御信号とは逆位相の第2のばらつき制御信号とを重畳した信号を前記第2の制御信号13として発生させる構成である。
図10は、本発明の実施の形態7における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
さらにまた、任意の制御電圧による圧電振動子の温度特性補償及び外部電圧による周波数の制御ができると同時に、MOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルすることにより、高歩留まり化を図ることができる。
図11は、本発明の実施の形態8における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態8の電圧制御型発振器は、前記実施の形態3の電圧制御型発振器において、前記第1の制御信号発生回路6aが、前記第1の温度特性補償信号発生回路16aと前記第2の周波数制御信号発生回路15bとを具備し、前記第1の温度特性補償信号と前記第2の周波数制御信号とを重畳した信号を、前記第1の制御信号6として発生させ、前記第2の制御信号発生回路13aが、前記第2のばらつき制御信号発生回路17bを具備し、第2のばらつき制御信号を、前記第2の制御信号13として発生させる構成である。
図12は、本発明の実施の形態9における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態9の電圧制御型発振器は、前記実施の形態3の電圧制御型発振器において、前記第1の制御信号発生回路6aが、前記第1のばらつき制御信号発生回路17aを具備し、前記第1のばらつき制御信号を前記第1の制御信号6として発生させ、前記第2の制御信号発生回路13aが、前記第2の温度特性補償信号発生回路16bと前記第1の周波数制御信号発生回路15aとを具備し、前記第2の温度特性補償信号と前記第1の周波数制御信号とを重畳した信号を前記第2の制御信号13として発生させる構成である。
図13は、本発明の実施の形態10における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態10の電圧制御型発振器は、前記実施の形態4の電圧制御型発振器において、前記第1の温度特性補償信号発生回路16aが、第1の温度特性信号発生回路18aと第1のコントローラー19とを具備し、前記第1のコントローラー19から発生する調整信号により、前記第1の温度特性信号発生回路18aより発生する温度特性信号を前記第1の温度特性補償信号として調整して発生させ、前記第1のばらつき制御信号発生回路17aが、MOSトランジスタの閾値電圧のばらつきに応じて逆位相で出力電流を増減させると同時にMOSトランジスタの温度特性に応じて同じく逆位相で出力電流を増減させる第1の電流発生回路171aと、前記第1の電流発生回路171aの出力電流の増減を、逆位相で出力信号に変換する第1の電流−電圧変換回路172aとを具備し、前記第1の電流−電圧変換回路172aの出力信号を前記第1のばらつき制御信号として発生させ、前記第1の周波数制御信号発生回路が、第1の正増幅手段151aを具備し、前記第1の正増幅手段151aに印加される第1の外部制御信号30に正ゲインを付けて出力した信号を第1の周波数制御信号として発生させる構成である。
図14は、本発明の実施の形態11における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態11の電圧制御型発振器は、前記実施の形態7の電圧制御型発振器において、前記第2の温度特性補償信号発生回路16bが、第2の温度特性信号発生回路18bと前記第1のコントローラー19を具備し、前記第1のコントローラー19から発生する調整信号により、前記第2の温度特性信号発生回路18bより発生する温度特性信号を前記第2の温度特性補償信号として発生させ、前記第2のばらつき制御信号発生回路17bが、MOSトランジスタの閾値電圧のばらつきに応じて正位相で出力電流を増減させると同時にMOSトランジスタの温度特性に応じて同じく正位相で出力電流を増減させる第2の電流発生回路171bと、前記第2の電流発生回路171bの出力電流の増減を、逆位相で出力信号に変換する第1の電流−電圧変換回路172aとを具備し、前記第1の電流−電圧変換回路172aの出力信号を前記第2のばらつき制御信号として発生させ、前記第2の周波数制御信号発生回路15bが、第1の反転増幅手段151bを具備し、前記第1の反転増幅手段151bに印加される前記第1の外部制御信号30に負ゲインを付けて出力した信号を第2の周波数制御信号として発生させる構成である。
図15は、本発明の実施の形態12における電圧制御型発振器の概略構成を示す回路図である。
本実施の形態12の電圧制御型発振器は、前記各実施の形態の電圧制御型発振器において、前記第2のMOSトランジスタ5、前記第2の高周波除去抵抗8、前記第4の高周波除去抵抗12を除き、前記第1のMOSトランジスタ4のゲート端子に前記第2のDCカット容量10の前記インバータ2の入力に接続されていない方の端子と第5の高周波除去抵抗14の一方の端子を接続し、前記第1の制御信号6を前記第1のMOSトランジスタ4のゲート端子に前記第5の高周波除去抵抗14の他方の端子を介して入力する構成である。
また、制御電圧のダイナミックレンジが広がるため、周波数変化幅を大きく取ることが可能となる。これにより、前記第1のMOSトランジスタ4のサイズを小さくすることが可能となり、チップサイズの小型化が可能となる。
2 インバータ
3 圧電振動子
4 第1のMOSトランジスタ
5 第2のMOSトランジスタ
6 第1の制御信号
7 第1の高周波除去抵抗
8 第2の高周波除去抵抗
9 第1のDCカット容量
10 第2のDCカット容量
11 第3の高周波除去抵抗
12 第4の高周波除去抵抗
13 第2の制御信号
14 第5の高周波除去抵抗
19 第1のコントローラー
20 第6の抵抗
21 第7の抵抗
22 第3のMOSトランジスタ
23 第4のMOSトランジスタ
24 第5のMOSトランジスタ
25 第8の抵抗
26 第1のオペアンプ
27 第9の抵抗
28 第6のMOSトランジスタ
29 第7のMOSトランジスタ
30 第1の外部制御信号
31 第10の抵抗
32 第11の抵抗
33 バックゲート
34 シリコン酸化膜
35 ゲート電極
36 P型半導体基板
37 空乏層
38 ソース電極
39 ドレイン電極
40 バックゲート電極
41 N型エピタキシャル層
42 第3のN型エピタキシャル層
43 第2のN型エピタキシャル層
44 第2のオペアンプ
45 電圧源
6a 第1の制御信号発生回路
13a 第2の制御信号発生回路
15a 第1の周波数制御信号発生回路
16a 第1の温度特性補償信号発生回路
17a 第1のばらつき制御信号発生回路
18a 第1の温度特性信号発生回路
151a 第1の正増幅手段
171a 第1の電流発生回路
172a 第1の電流−電圧変換回路
15b 第2の周波数制御信号発生回路
16b 第2の温度特性補償信号発生回路
17b 第2のばらつき制御信号発生回路
18b 第2の温度特性信号発生回路
151b 第1の反転増幅手段
171b 第2の電流発生回路
Claims (11)
- インバータと帰還抵抗とを備えた増幅器と、前記増幅器の入力及び出力に接続された圧電振動子と、前記圧電振動子の両端子間に、負荷容量として設けられた前記圧電振動子の両端端子それぞれに一方の端子が接続された第1のDCカット容量及び第2のDCカット容量と可変容量とからなる可変容量手段とを備え、
前記可変容量が、前記第1及び第2のDCカット容量の他方の端子それぞれにドレイン端子を接続し、ソース及びバックゲート端子を短絡し、それぞれのゲート端子を短絡した第1のMOSトランジスタ及び第2のMOSトランジスタで構成され、前記第1及び第2のMOSトランジスタそれぞれのソース−バックゲート端子に一方の端子に接続した第1の高周波除去抵抗及び第2の高周波除去抵抗と、前記第1及び第2のMOSトランジスタのドレイン端子それぞれに一方の端子を接続し他方の端子を共通とした第3の高周波除去抵抗及び第4の高周波除去抵抗とで構成され、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子とゲート端子間に生じる静電容量と前記第2のMOSトランジスタのドレイン端子とゲート端子間に生じる静電容量で構成されるとともに、前記第1及び第2のMOSトランジスタのドレイン端子に発振電圧が印加され、前記第1及び第2のMOSトランジスタの共通に接続したゲート端子に入力する第1の制御信号と、
前記第1及び第2のMOSトランジスタそれぞれのドレイン端子に前記第3及び第4の高周波除去抵抗を介して入力されるとともに、前記第1及び第2のMOSトランジスタそれぞれのソース−バックゲート端子に前記第1及び第2の高周波除去抵抗を介して入力される第2の制御信号とにより発振周波数を制御するようにした電圧制御型発振器。 - 請求項1に記載の電圧制御型発振器であって、
前記可変容量手段は、前記第1及び第2のDCカット容量を、前記インバータの両端子と前記圧電振動子の両端子との間に接続してなる電圧制御型発振器。 - 請求項1または2に記載の電圧制御型発振器であって、
前記第1の制御信号を発生させる第1の制御信号発生回路を前記第1及び第2のMOSトランジスタの共通に接続したゲート端子に接続し、前記第2の制御信号を発生させる第2の制御信号発生回路を前記第1及び第2のMOSトランジスタそれぞれのドレイン端子に前記第3及び第4の高周波除去抵抗を介するとともに、前記第1及び第2のMOSトランジスタそれぞれのソース−バックゲート端子に前記第1及び第2の高周波除去抵抗を介して接続してなる電圧制御型発振器。 - 請求項3に記載の電圧制御型発振器であって、
前記第1の制御信号発生回路が、温度特性補償信号発生回路とばらつき制御信号発生回路とを具備し、前記温度特性補償信号発生回路から発生する水晶の発振周波数温度特性を補償する温度特性補償信号と前記ばらつき制御信号発生回路から発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルするばらつき制御信号とを重畳した信号を前記第1の制御信号として発生させ、
前記第2の制御信号発生回路が、周波数制御信号発生回路を具備し、前記周波数制御信号発生回路から発生する水晶の発振周波数を制御する周波数制御信号を前記第2の制御信号として発生させる電圧制御型発振器。 - 請求項3に記載の電圧制御型発振器であって、
前記第1の制御信号発生回路が、周波数制御信号発生回路とばらつき制御信号発生回路とを具備し、前記周波数制御信号発生回路から発生する水晶の発振周波数を制御する周波数制御信号と前記ばらつき制御信号発生回路から発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルするばらつき制御信号とを重畳した信号を、前記第1の制御信号として発生させ、前記第2の制御信号発生回路が、温度特性補償信号発生回路を具備し、前記温度特性補償信号発生回路から発生する水晶の発振周波数温度特性を補償する温度特性補償信号を、前記第2の制御信号として発生させる電圧制御型発振器。 - 請求項3に記載の電圧制御型発振器であって、
前記第1の制御信号発生回路が、温度特性補償信号発生回路を具備し、前記温度特性補償信号発生回路から発生する水晶の発振周波数温度特性を補償する温度特性補償信号を前記第1の制御信号として発生させ、
前記第2の制御信号発生回路が、周波数制御信号発生回路とばらつき制御信号発生回路とを具備し、前記周波数制御信号発生回路から発生する水晶の発振周波数を制御する周波数制御信号と前記ばらつき制御信号発生回路から発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルするばらつき制御信号とを重畳した信号を前記第2の制御信号として発生させる電圧制御型発振器。 - 請求項3に記載の電圧制御型発振器であって、
前記第1の制御信号発生回路が、周波数制御信号発生回路を具備し、前記周波数制御信号発生回路から発生する水晶の発振周波数を制御する周波数制御信号を前記第1の制御信号として発生させ、
前記第2の制御信号発生回路が、温度特性補償信号発生回路とばらつき制御信号発生回路とを具備し、前記温度特性補償信号発生回路から発生する水晶の発振周波数温度特性を補償する温度特性補償信号と前記ばらつき制御信号発生回路から発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルするばらつき制御信号とを重畳した信号を前記第2の制御信号として発生させる電圧制御型発振器。 - 請求項3に記載の電圧制御型発振器であって、
前記第1の制御信号発生回路が、温度特性補償信号発生回路と周波数制御信号発生回路とを具備し、前記温度特性補償信号発生回路から発生する水晶の発振周波数温度特性を補償する温度特性補償信号と前記周波数制御信号発生回路から発生する水晶の発振周波数を制御する周波数制御信号とを重畳した信号を、前記第1の制御信号として発生させ、
前記第2の制御信号発生回路が、ばらつき制御信号発生回路を具備し、前記ばらつき制御信号発生回路から発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルするばらつき制御信号を、前記第2の制御信号として発生させる電圧制御型発振器。 - 請求項3に記載の電圧制御型発振器であって、
前記第1の制御信号発生回路が、ばらつき制御信号発生回路を具備し、前記ばらつき制御信号発生回路から発生するMOSトランジスタ閾値電圧ばらつき及び温度特性をキャンセルするばらつき制御信号を前記第1の制御信号として発生させ、
前記第2の制御信号発生回路が、温度特性補償信号発生回路と周波数制御信号発生回路とを具備し、前記温度特性補償信号発生回路から発生する水晶の発振周波数温度特性を補償する温度特性補償信号と前記周波数制御信号発生回路から発生する水晶の発振周波数を制御する周波数制御信号とを重畳した信号を前記第2の制御信号として発生させる電圧制御型発振器。 - 請求項4乃至9のいずれかに記載の電圧制御型発振器であって、
前記温度特性補償信号発生回路が、温度特性信号発生回路とコントローラーを具備し、前記コントローラーから発生する調整信号により、前記温度特性信号発生回路より発生する温度特性信号を前記温度特性補償信号として発生させ、
前記ばらつき制御信号発生回路が、電流発生回路と電流−電圧変換回路とを具備し、前記電流−電圧変換回路の出力信号を前記ばらつき制御信号として発生させ、
前記周波数制御信号発生回路が、増幅手段を具備し、前記増幅手段に入力される外部制御信号を増幅して出力した信号を前記周波数制御信号として発生させる電圧制御型発振器。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載の電圧制御型発振器であって、
前記第2のMOSトランジスタ、前記第2の高周波除去抵抗、前記第4の高周波除去抵抗に代えて、前記第1のMOSトランジスタのゲート端子に前記第2のDCカット容量の前記インバータの入力に接続されていない方の端子と第5の高周波除去抵抗の一方の端子を接続し、前記第1の制御信号を前記第1のMOSトランジスタのゲート端子に前記第5の高周波除去抵抗の他方の端子を介して入力する構成の電圧制御型発振器。
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