JP4435637B2 - 逓倍型の水晶発振器 - Google Patents

Description

本発明は発振回路のｎ次高調波成分を出力とした逓倍型の水晶発振器（以下、逓倍型発振器とする）を技術分野とし、特に低調波を抑圧した逓倍型発振器に関する。

（発明の背景）水晶発振器は通信機器を含む各種電子機器に組み込まれ、周波数及び時間の基準源として利用される。このようなものの一つに、水晶発振器の発振周波数の高調波成分を同調回路によって選択して増幅し、高周波を得る逓倍型発振器がある。

（従来技術の一例）第４図は一従来例を説明する図で、逓倍型発振器の概略回路図である。逓倍型発振器は基本的に発振回路１と逓倍回路２とからなる。発振回路１は例えばコルピッツ型からなり、共振回路３と発振用増幅器４からなる。共振回路３はインダクタ成分とした水晶振動子Ｑと分割コンデンサＣa、Ｃbからなる。発振用増幅器４は例えばトランジスタからなり、共振回路３に接続して発振周波数ｆ0を帰還増幅する。

発振周波数f0は共振回路３に概ね依存し、厳格には水晶振動子５から見た回路側の直列容量（所謂負荷容量ＣL）によって決定される。このような発振回路１では、第５図の周波数スペクトラムに示されるように、発振周波数ｆ0の基本波成分ｆ1（ｆ0＝ｆ1）に対して高波成分ｆ2、ｆ3・・ｆnを生ずる。

逓倍回路２は例えば複数段ここでは３段とした同調型増幅回路６と段間フィルタ７からなる。同調型増幅回路６は増幅素子を３端子のトランジスタＴrとして、コレクタ側に同調回路８を有する。段間フィルタ７は各同調増幅回路６間に接続し、同調回路８とともに並列共振回路からなる。各並列共振回路はインダクタＬとコンデンサＣからなる。そして、同調回路８及び段間フィルタ７（並列共振回路）はいずれも発振回路１のｎ次高調波成分（但し、ｎは２以上）を共振周波数とする。

あるいは、逓倍回路２の一段目の同調周波数を（ｎ−２）次高調波成分、二段目を（ｎ−１）次高調波成分、最終段をｎ次高調波成分とする。そして、一段目と二段目との間の段間フィルタ７は（ｎ−２）次高調波成分に、二段目と三段目との間の段間フィルタ７は（ｎ−１）次高調波成分の共振周波数にする。これらにより、発振回路１のｎ次高調波成分を出力周波数とする。

なお、同調回路８は及び段間フィルタ７は、電源Ｖccが高周波的にはアース電位になるので、いずれもアース電位に接地する。図中の符号Ｃ１は結合コンデンサで、ここでは段間フィルタ７と同調回路８とをインピーダンス的に疎結合とする。また、Ｃ２は電源とアース間のバイパスコンデンサ、Ｖccは電源、Ｖoutは出力であり、各トランジスタＴrのベースバイアス抵抗及びエミッタ抵抗の符号は省略してある。

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の逓倍型発振器では、ｎ次高調波成分を出力周波数とするので、ｎ次以下の高調波成分が低調波として存在する。特に、低調波の中でも、（ｎ−１）次高調波成分が最も大きく、これらが雑音となる。

このことから、通常では、逓倍回路２（同調型増幅器６及び段間フィルタ７）の段数を増やして、ｎ次高調波成分に対する低調波を規定レベルまで抑圧する必要があった。しかし、このため、逓倍回路２の段数が多いほど、素子数も多くなって小型化を阻害する問題があった。

（発明の目的）本発明は小型を促進してｎ次高調波成分よりも低い雑音成分を抑圧した逓倍型発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、アース電位に接地した並列共振回路及び増幅回路を有する逓倍回路を発振回路に接続し、前記発振回路のｎ次高調波成分（但し、ｎは２以上の整数）を出力とする逓倍型の水晶発振器において、前記並列共振回路は、前記ｎ次高調波成分よりも低い共振周波数とするインダクタとコンデンサの直列共振回路と、前記直列共振回路に並列接続したリアクタンス素子とからなり、前記直列共振回路は（ｎ−１）次高調波成分と（ｎ−２）次高調波成分との間の周波数を共振周波数とした構成とする。

このような構成であれば、直列共振回路の共振周波数をｎ次高調波成分よりも低くてレ
ベルの最も高い雑音周波数に設定すれば、雑音周波数は直列共振回路を経てアース電位に
流入する。したがって、並列共振回路の端子間では最もレベルの高い雑音周波数が抑圧さ
れ、出力としてのｎ次高調波成分の相対的なレベルを高くできる。したがって、逓倍回路
の段数を少なくできて、小型化を促進する。そして、ここでは、ｎ次高調波成分に接近した低調波の（ｎ−１）次と（ｎ−２）次高調波成分との間を直列共振回路の共振周波数とするので、これらの高調波成分を同時に抑圧できる。

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（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１の前記並列共振回路は前記増幅回路内に接続する。これにより、同調型の増幅回路を構成し、発振回路中の高調波成分を選択できる。

本発明の請求項３では、請求項２の前記増幅回路は３端子としたトランジスタ増幅素子とする。これにより、例えばコレクタ側に同調回路を接続して同調型の増幅器を得る。

本発明の請求項４では、請求項１の前記並列共振回路は前記発振回路と前記増幅回路との間に接続する。これにより、並列共振回路は段間フィルタとして機能し、発振回路の高調波成分を選択できる。

本発明の請求項５では、請求項４の前記増幅回路は３端子としたトランジスタ増幅素子又は２端子としたＩＣ増幅素子とする。これにより、いずれの場合でも並列共振回路は段間フィルタとして機能させて、発振回路の高調波成分を選択できる。

本発明の請求項６では、請求項１の前記並列共振回路及び増幅回路を有する逓倍回路は複数段として前記発振回路に接続する。これにより、発振回路のｎ次高調波成分を抽出しやすい。

本発明の請求項７では、請求項６の前記並列共振回路は前記増幅回路内に接続する。これにより、各段の増幅回路と同調型にできる。

本発明の請求項８では、請求項６の前記並列共振回路は前記発振回路と前記増幅器との間及び前記増幅器の間に接続する。これにより、並列共振回路は段間フィルタとして機能し、発振回路の高調波成分を選択できる。

本発明の請求項９では、請求項６の前記並列共振回路は前記増幅回路内並びに前記発振回路と前記増幅器との間及び前記増幅器間に接続する。これにより、並列回路は同調型の増幅回路を形成するともに段間フィルタとして機能し、発振回路の高調波成分を良好に選択できる。

第１図は本発明の一実施例を説明する逓倍型発振器の回路図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

逓倍型発振器は、前述したように発振回路１と、同調型増幅回路６及び段間フィルタ７を有する逓倍回路２とからなる。そして、ここでは、同調型増幅回路６の同調回路８及び段間フィルタ７の各並列共振回路は、インダクタＬとコンデンサＣsの直列共振回路９とコンデンサＣとを並列接続してなる。

同調回路８及び段間フィルタ７の各並列共振回路は前述同様に発振回路１のｎ次高調波成分を共振周波数とする。また、直列共振回路９はこの例では（ｎ−１）次高調波成分を共振周波数とする。要するに、直列共振回路９は（ｎ−１）次高調波成分の周波数で共振し、周波数の増加に従いインダクタクタＬによるリアクタンスが増加する素子値（ｊωＬ＞１／−ｊωＣs）に設定される。そして、ｎ次高調波成分の周波数では、誘導性としてコンデンサＣとの並列共振回路を形成する。

このような構成であれば、各並列共振回路の直列共振回路９は、（ｎ−１）次高調波成分を共振周波数とする。したがって、（ｎ−１）次高調波成分は直列共振回路９に共振して電流を生ずる。例えば同調回路８では、（ｎ−１）次高調波成分に共振した（ｎ−１）次高調波電流が高周波的にアース電位となる電源Ｖccに流入する。そして、同調回路８とトランジスタＴrとの接続端における（ｎ−１）次高調波成分の電圧レベルを低下させる。

また、段間フィルタ７では、（ｎ−１）次高調波成分に共振した（ｎ−１）次高調波電流がアース電位に流入する。そして、次段のトランジスタＴrにおける（ｎ−１）次高調波成分のベース電圧を低下させる。

一方、各段の同調回路８及び段間フィルタ７の各並列共振回路は、従来同様に、ｎ次高調波成分に共振して、各トランジスタＴrのコレクタ側の接続端及びベースでの電圧レベルを高める。これらのことから、各並列共振回路は、（ｎ−１）次高調波成分を抑圧して、ｎ次高調波成分の相対的な電圧レベルを高める。

したがって、ｎ次高調波成分に最も近接して高レベルの（ｎ−１）次高調波成分を抑圧して、雑音成分の小さいｎ次高調波成分を出力できる。そして、逓倍回路の段数を少なくして小型を促進できる。

（他の事項）上記実施例では、各並列共振回路内に設けた直列共振回路９は（ｎ−１）次高調波成分を共振周波数としたが、例えば（ｎ−１）高調波成分と（ｎ−２）次高調波成分との間の周波数を共振周波数としてもよい。この場合、（ｎ−１）及び（ｎ−２）次高調波成分のいずれをも抑圧できる。これらは、低調波成分のレベルに応じて任意次数あるいは任意周波数に選択でき、要は雑音周波数に応じて選択できる。

また、逓倍回路２は複数の同調型増幅回路６及び段間フィルタ７から形成したが、例えば同調型増幅回路６のみを複数段としてもよい。また、これとは逆に段間フィルタ７のみとしてもよい。この場合、例えば第２図に示したように特に増幅素子を２端子とした例えばＩＣ増幅器１０の場合に好適である。

また、同調型増幅器の同調回路（並列共振回路）はトランジスタＴrのコレクタに設けたが、例えばエミッタ側に設けてもよく、基本的には増幅回路内にあればよい。また、段間フィルタ７は各同調型増幅器６の間に設けたが、発振回路１との間に設けてもよい。

また、、逓倍回路２は複数段としたが、極端には同調型増幅器６の一段のみとしても、発振回路の出力に段間フィルタ７を設けるのみでもよい。そして、発振用増幅４（Ｔr）のコレクタに同調回路８を設けるのみでもよい。要するに、ｎ次高調波成分を抽出する同調回路又は段間フィルタとしての並列共振回路を有する逓倍回路であればよい。

また、同調回路８及び段間フィルタ７の各並列共振回路はコンデンサＣs及びインダクタＬの直列共振回路９とコンデンサＣとから形成したが、第３図に示したようにコンデンサＣs及びインダクタＬの直列共振回路９ａとインダクタＬsとから形成してもよい。この場合、直列共振回路９ａは例えば（ｎ−１）次高調波成分を共振周波数として、これ以上の周波数では容量性とする素子値に設定される。

本発明の一実施例を説明する逓倍型発振器の回路図である。 本発明の他の実施例を説明する逓倍型発振器の回路図である。 本発明の他の実施例を説明する並列共振回路の図である。 従来例を説明する逓倍型発振器の回路図である。 従来例を説明する発振回路の出力周波数スペクトラム図である。

１ 発振回路、２ 逓倍回路、３ 共振回路、４ 発振用増幅器、６ 同調型増幅器、７ 段間フィルタ、８ 同調フィルタ、９ 直列共振回路、１０ ＩＣ増幅器。

Claims (9)

1. アース電位に接地した並列共振回路及び増幅回路を有する逓倍回路を発振回路に接続し、前記発振回路のｎ次高調波成分（但し、ｎは２以上の整数）を出力とする逓倍型の水晶発振器において、前記並列共振回路は、前記ｎ次高調波成分よりも低い共振周波数とするインダクタとコンデンサの直列共振回路と、前記直列共振回路に並列接続したリアクタンス素子とからなり、前記直列共振回路は（ｎ−１）次高調波成分と（ｎ−２）次高調波成分との間の周波数を共振周波数としたことを特徴とする逓倍型の水晶発振器。
2. 請求項１において、前記並列共振回路は前記増幅回路内に接続された逓倍型の水晶発振器。
3. 請求項２において、前記増幅回路は３端子としたトランジスタ増幅素子からなる逓倍型の水晶発振器。
4. 請求項１において、前記並列共振回路は前記発振回路と前記増幅回路との間に接続した逓倍型の水晶発振器。
5. 請求項４において、前記増幅回路は３端子としたトランジスタ増幅素子又は２端子としたＩＣ増幅素子である逓倍型の水晶発振器。
6. 請求項１において、前記並列共振回路及び増幅回路を有する逓倍回路は複数段として前記発振回路に接続した逓倍型の水晶発振器。
7. 請求項６において、前記並列共振回路は前記増幅回路内に接続した逓倍型の水晶発振器。
8. 請求項６において、前記並列共振回路は前記発振回路と前記増幅器との間及び前記増幅器の間に接続した逓倍型の水晶発振器。
9. 請求項６において、前記並列共振回路は前記増幅回路内並びに前記発振回路と前記増幅器との間及び前記増幅器間に接続した逓倍型の水晶発振器。

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