JP4516664B2

JP4516664B2 - 発振器の電源電圧低下補償回路

Info

Publication number: JP4516664B2
Application number: JP2000139139A
Authority: JP
Inventors: 行雄内藤
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: JP2001320234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発振器の電源電圧低下補償回路に関し、特に発振器の信号出力電圧を分岐し整流を行なうことにより直流電圧を生成し、この直流電圧を発振器の電源電圧に重畳して発振器への印加電圧を増加させることにより動作を安定化させる発振器の電源電圧低下補償回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信サービスが普及するに伴い、携帯端末機の小型化及び低消費電力化が進み、携帯端末機を構成する回路は、低電圧動作するように設計されてきている。その構成回路の一つである発振器は、携帯端末機に使用している電池で駆動されるため、電池が消耗して電池電圧が低下した場合でも可能な限り安定に動作することが要求される。
図３（ａ）は、従来の発振器に対する電源供給回路の例を示す構成図であり、同図（ｂ）は、電源電圧対発振器出力電圧の関係を示す動作点ヒステリシス曲線図である。
図３（ａ）の構成は、発振器１の電源端子Ｖ_CCと電池２の正電圧端子＋との間にスイッチ３を直列に挿入し、電池２の負電圧端子−と発振器１の接地端子ＧＮＤとを接続して成る。
【０００３】
図３（ａ）の動作を同図（ｂ）を参照しながら説明する。スイッチ３をオンとして、発振器１の電源端子Ｖ_CCと接地端子ＧＮＤとの間に電池２の直流電圧Ｖ_DSを印加した時、発振器１が動作を開始するに必要なＶ_DSの最低電圧値を最低動作開始電圧Ｖ_ONとし、一方、一旦動作した後で動作を終了するに必要なＶ_DSの最高電圧値を最高動作終了電圧Ｖ_OFFと定義する。図３（ｂ）に示すような従来例においては、Ｖ_ON及びＶ_OFFは夫々１．０Ｖ及び０．９Ｖであり、動作開始点と動作終了点との間にヒステリシス特性を持っている。これは、一般的に発振器を構成する回路には、出力信号の帰還回路が設けられており、動作開始前と動作開始後の発振器の動作条件が異なることによる。即ち、この発振器１に加わる印加電圧は、スイッチ３をオンした場合、電池２の直流電圧Ｖ_DSが瞬時に０Ｖから加わりＶ_ON＝１．０Ｖになる時点で、発振器１は動作を開始して所定の周波数とレベルの信号を出力し、又、スイッチ３をオフとすると発振器１は、Ｖ_OFF＝０．９Ｖまで動作を持続し、それ以下に電圧が低下すると動作を終了して信号の出力を停止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の発振器に対する電源回路では、発振器の動作開始点と動作終了点との間における印加電圧のヒステリシス特性が小さいため、発振器が最低動作開始電圧Ｖ_ON近傍の電池電圧Ｖ_DSで動作している時、電池電圧Ｖ_DSが若干低下し最高動作終了電圧Ｖ_OFF以下となると、この発振器を使用している機器は、通話、又は、データ通信等の動作が中断される。従って、この様な事態を避けるため、電池容量を初めから大きなものを使用するか、又は、電池電圧Ｖ_DSを最低動作開始電圧である１．０Ｖよりも高い電圧に予め設定しておき、電池電圧低下警報を早めに出力して使用者に電池交換を促す必要等があり、小型軽量化に不向きで電池の本来使用可能な容量範囲を十分使用しきれないという問題が生じていた。
本発明は、上述したような従来の発振器に対する電源回路に係わる諸問題を解決するためになされたものであって、機器及びシステム構成を複雑にすることなく、発振器の最高動作終了電圧を従来より低くすることを可能とすることにより、電池電圧が低下しても十分な余裕を持ち発振器の動作維持出来る電源電圧低下補償回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る発振器の電源電圧低下補償回路は、以下の構成をとる。請求項１に記載した発振器の電源電圧低下補償回路は、発振器に備えた電源供給端子の接地側端子に、前記発振器の出力の一部をダイオードにより整流しコンデンサ及び抵抗により平滑して得られる直流電圧を印加し、発振器動作後の最高動作終了電圧を低下させるよう構成する。請求項２に記載した発振器の電源電圧低下補償回路は、増幅用トランジスタに接続した水晶振動子を含む発振器の電源電圧低下補償回路において、
前記増幅用トランジスタのコレクタには出力周波数に同調し信号を出力する回路を介して電源から電源電圧を印加し、
前記増幅用トランジスタのエミッタは接地し、
前記増幅用トランジスタのベースには、前記増幅用トランジスタを増幅器として機能させるための第１のベースバイアス抵抗と第２のベースバイアス抵抗のそれぞれの一端を接続し、かつ、前記第１のベースバイアス抵抗を介して前記電源電圧を印加し、かつ、前記発振器の出力の一部をダイオードにより整流しコンデンサにより平滑して得られる直流電圧を前記第２のベースバイアス抵抗を介して印加して、前記増幅用トランジスタのベースバイアス電位を制御することにより、発振器動作後の最高動作終了電圧を低下させるよう構成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明に係わる発振器の電源電圧低下補償回路の一実施例を示す回路構成図であり、同図（ｂ）は、電源電圧対発振器出力電圧の関係を示す動作点ヒステリシス曲線図である。
図１（ａ）の構成は、発振器１の電源端子Ｖ_CCと電池２の正電圧端子＋との間にスイッチ３を直列に挿入し、電池２の負電圧端子−と発振器１の接地端子ＧＮＤとの間に、抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１と、及び、ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のアノードを直列に接続したものとを夫々並列に挿入して、更に、発振器１の出力と信号出力端子との間にハイブリッドトランス４を挿入し、ハイブリッドトランス４の分岐出力をコンデンサＣ２を介して、前記ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のアノードとの接続点に接続して成る。又、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、Ｃ２、ダイオードＤ１、Ｄ２により構成した回路は、負電圧生成回路５である。
【０００７】
図１（ａ）の動作を同図（ｂ）を参照しながら説明する。スイッチ３をオンとして、発振器１のＶ_CCから負電圧生成回路５の接地間に電池２の直流電圧Ｖ_DSを印加すると、コンデンサＣ１には発振器１を介して充電が開始する。この時、発振器１は、電源端子Ｖ_CCと接地端子ＧＮＤ間の電圧が最低動作開始電圧Ｖ_ON＝１．０Ｖに達すれば動作を開始して信号を出力する。発振器１が信号を出力すると、この信号は、ハイブリッドトランス４の分岐出力端子からコンデンサＣ２を介して負電圧生成回路５に供給される。負電圧生成回路５は、発振器１が出力する信号の負の半サイクルをダイオードＤ１とダイオードＤ２とにより半波整流し、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とにより平滑して発振器１の接地端子ＧＮＤに負の直流電圧を供給する。
【０００８】
ここで、負電圧生成回路５を構成する各素子について説明すると、発振器１が動作を開始する前は、コンデンサＣ１の両端には、直流電圧Ｖ_DSを発振器１の電源端子Ｖ_CCと接地端子ＧＮＤとの間の内部抵抗Ｒ_iと、抵抗Ｒ１により分割した電圧が印加される。ダイオードＤ１及びダイオードＤ２の夫々の飽和電圧を加算した電圧以下である。そこで、本実施例においては、発振器１の電源端子Ｖ_CCと接地端子ＧＮＤとの間に所定の最低動作開始電圧を印加するためには、直流電圧Ｖ_DSを（最低動作開始電圧）＋（Ｒ１の両端電圧）とする必要があり、従って、Ｒ１の両端電圧は小さいほうが望ましく、抵抗Ｒ１の値は極力小さくするよう設定する。一方、発振器１が動作後、コンデンサＣ１には発振器１が出力する負電圧の出力信号が充電され、コンデンサＣ１と放電用抵抗Ｒ１とによる時定数で平滑するが、抵抗Ｒ１は極力小さくしているので、時定数を十分確保するためコンデンサＣ１は大きな値をとる必要がある。
そこで、図１（ｂ）に示すように、例えば、発振器１の接地端子ＧＮＤに加わる負電圧を０．４Ｖとなるように設計すると、最高動作終了電圧Ｖ_OFFは０．９Ｖから０．５Ｖに低下する。
以上説明したように、負電圧生成回路５により負電圧を生成し、発振器１の接地端子ＧＮＤに印加することにより、発振器１に加わる電源電圧は負電圧分増加し、発振器１の動作後においては、直流電圧Ｖ_DSが低下しても動作マージンが十分確保される。
【０００９】
次に、第二の実施例として、電源電圧低下補償回路を水晶発振器に適用した場合について説明する。
図２（ａ）は、本発明に係わる水晶発振器の電源電圧低下補償回路の一実施例を示す回路構成図であり、同図（ｂ）は、電源電圧対発振器出力電圧の関係を示す動作点ヒステリシス曲線図である。
図２（ａ）の回路構成は、コルピッツ型水晶発振回路であり、水晶振動子Ｘ１をトランジスタＱ１のベース−エミッタ間に接続し、発振周波数により決定するコンデンサＣ３、Ｃ４を夫々前記トランジスタＱ１のベース−接地間、コレクタ−接地間に接続している。トランジスタＱ１のコレクタには、電源電圧を印加する抵抗Ｒ４と、コンデンサＣ５を付加して所望の出力周波数に同調し信号を出力するハイブリッドトランスＴ１と、高周波バイパス用のコンデンサＣ６とを接続する。一方、トランジスタＱ１のエミッタは接地し、ベースにはトランジスタを増幅器として動作させるためのバイアス抵抗としてＲ２を電源側に、Ｒ３を接地側に接続する。
さらに、水晶発振回路の電源動作マージンを増加させるため、前記ハイブリッドトランスＴ１により分岐した信号出力をダイオードＤ３のアノードに接続し、カソードには充電用コンデンサＣ７と放電用抵抗Ｒ５を接続して、この接続点を正電圧生成回路６の出力として前記バイアス抵抗Ｒ３に接続する。
【００１０】
図２（ａ）の動作を説明する。本実施例においては、正電圧生成回路６から水晶発振回路に印加する直流電圧は、正電圧で且つバイアス抵抗Ｒ３に対してのみとしている。図１（ａ）に示した第一の実施例においては、発振器が動作後、負電圧生成回路が出力する負電圧により発振器全体の接地電位を負電位に低下させ、発振器の最高動作終了電圧低下させたが、この場合、負電圧生成回路は、発振器全体が消費する電流を供給すことが必要で所要の電力が必要となる。一方、第二の実施例に拠れば、正電圧生成回路が出力する正電圧により水晶発振回路のバイアス電位を正電位に補正することにより、わずかな電力で電源電圧低下補償回路が実現出来るという特徴がある。水晶発振回路は、トランジスタ回路を安定化させるため、帰還抵抗Ｒ２により負帰還を施しているので、水晶発振回路が動作を開始するとトランジスタのベースには負帰還がかかることによりベース電位が低下している。そこで、水晶発振回路に印加されている電源電圧が低下した時に、正電圧生成回路６からバイアス抵抗Ｒ３に正電圧を印加し、ベース電位を上昇させることによりトランジスタに加わるバイアス電圧を維持し、最高動作終了電圧を低下させるよう動作させる。正電圧は、ハイブリッドトランスＴ１により分岐した信号出力を、ダイオードＤ３により半波整流し、コンデンサＣ７と抵抗Ｒ５とにより平滑することにより生成する。
そこで、図２（ｂ）に示すように、電源電圧低下補償する前に最高動作終了電圧Ｖ_OFF＝０．９Ｖであったものが、電源電圧低下補償後は最高動作終了電圧＝０．５Ｖに低下する。
【００１１】
【発明の効果】
本発明は上述したように、請求項１記載の電源電圧低下補償回路は、発振器の信号出力の一部から負の電圧を生成して、発振器の接地端子に重畳するもので、発振器の最高動作終了電圧を低下することが出来、又、請求項２記載の電源電圧低下補償回路は、発振器の信号出力の一部から正の電圧を生成して、発振器を構成しているトランジスタのバイアス電圧に重畳するので、同じく発振器の最高動作終了電圧を低下させることが出来、共に電源として電池を使用した際に、電池電圧の低下に対する動作マージンが向上し、携帯端末機等の運用を行なう上で大きな効果を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明に係わる発振器の電源電圧低下補償回路の一実施例を示す回路構成図であり、（ｂ）は、電源電圧対発振器出力電圧の関係を示す動作点ヒステリシス曲線図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係わる水晶発振器の電源電圧低下補償回路の一実施例を示す回路構成図であり、（ｂ）は、電源電圧対発振器出力電圧の関係を示す動作点ヒステリシス曲線図である。
【図３】（ａ）は、従来の発振器に対する電源供給回路の例を示す構成図であり、同図（ｂ）は、電源電圧対発振器出力電圧の関係を示す動作点ヒステリシス曲線図である。
【符号の説明】
１・・発振器、２・・電池、
３・・スイッチ、４・・ハイブリッドトランス、
５・・負電圧生成回路、６・・正電圧生成回路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７・・コンデンサ、
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・ダイオード、
Ｑ１・・トランジスタ、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５・・抵抗、
Ｔ１・・ハイブリッドトランス、
Ｘ１・・水晶振動子

Claims

発振器に備えた電源供給端子の接地側端子に、前記発振器の出力の一部をダイオードにより整流しコンデンサ及び抵抗により平滑して得られる直流電圧を印加し、発振器動作後の最高動作終了電圧を低下させたことを特徴とする発振器の電源電圧低下補償回路。
増幅用トランジスタに接続した水晶振動子を含む発振器の電源電圧低下補償回路において、
前記増幅用トランジスタのコレクタには出力周波数に同調し信号を出力する回路を介して電源から電源電圧を印加し、
前記増幅用トランジスタのエミッタは接地し、
前記増幅用トランジスタのベースには、前記増幅用トランジスタを増幅器として機能させるための第１のベースバイアス抵抗と第２のベースバイアス抵抗のそれぞれの一端を接続し、かつ、前記第１のベースバイアス抵抗を介して前記電源電圧を印加し、かつ、前記発振器の出力の一部をダイオードにより整流しコンデンサにより平滑して得られる直流電圧を前記第２のベースバイアス抵抗を介して印加して、前記増幅用トランジスタのベースバイアス電位を制御することにより、発振器動作後の最高動作終了電圧を低下させたことを特徴とする発振器の電源電圧低下補償回路。