JP4561029B2 - 発振回路およびこれを用いた電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振回路およびこれを用いた電子機器に関し、特にSAW共振子の発振周波数の温度特性を補正した発振回路および電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話などの通信機器においては、発振器の出力信号に基づいて通信データの送受信が行われる。このため、通信速度の高速化の要請から、発振器には、▲1▼高周波帯域で安定して発振すること(周波数安定度が高いこと)、▲2▼通信機器の実用温度範囲において安定して発振すること(温度補償されていること)が望まれている。
【0003】
発振器の高周波発振のためのデバイスとして、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子が注目されている。SAW共振子は、弾性体の表面付近にエネルギーが集中して伝播する性質を利用した共振子である。具体的には、SAW共振子は、圧電基板上にすだれ状の電極が配置され、各電極で励振された表面波を反射させて定在波を発生することによって、共振子として機能する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このSAW共振子を用いて高周波を発振する発振器には様々な問題がある。
図17は、従来の電圧制御型SAW発振回路(Voltage Controlled SAW Oscillator:VCSO)の回路図であり、図18は、このVCSOに出力バッファを加えた構成を示すブロック図である。このVCSOは、バリキャップダイオードCvに印加する制御電圧Vcを可変制御することによって、リアクタンスを可変させて発振ループの位相条件を変化させ、これにより、所望の発振周波数Fを得ることができるようにした回路である。
【0005】
しかしながら、VCSOは、▲1▼バリキャップダイオード容量の温度特性、特に、低逆電圧(容量値大)において変動が大きいことや、▲2▼能動素子の温度−位相特性や、▲3▼コイル,キャパシタ等受動部リアクタンス値の温度特性の影響から、温度によってVCSOの発振周波数だけでなく、制御電圧Vc−発振周波数Fの特性が大きく変わってしまうという問題があった。
【0006】
詳しく説明すると、図19にVCSOの発振周波数Fの温度特性を示すように、高温(例えば85℃)になると発振周波数Fが大きく変化しまう場合があった。さらに、図20にVCSOの制御電圧Vc−発振周波数Fの特性を示すように、特に、高温と低温の場合とで、制御電圧Vc−発振周波数Fの特性の変化が著しかった。このことは高温域での制御電圧Vcの制御が、他の温度域での制御の場合と大きく異なるため、制御が煩雑になるという問題を生じさせていた。
【0007】
また、VCSOは、図21に示すように、SAW共振子の直列共振周波数Fr付近を境にして、発振周波数Fが高い領域、即ち、制御電圧Vcが大きいときは周波数変化の感度は小さく、発振周波数Fが低い領域、即ち、制御電圧Vcが小さいときは周波数変化の感度は大きい、という特性になっていた。特に、この特性は、伸長コイルを使用してリアクタンス変化量に対する周波数可変感度を拡大した場合に顕著である。このため、発振周波数Fが高い場合と低い場合とでは制御電圧Vcの可変量が大きく異なり、このことも制御が煩雑になるという問題を生じさせていた。
【0008】
また、このように、従来のVCSOは、制御電圧Vc−発振周波数Fの特性がある温度範囲で大きく変わってしまうため、このVCSOを、光ネットワーク通信機器の周波数を同期させるPLL回路の一部を形成し基準クロック源として用いる場合、上記PLL回路を設計する上で、全温度域で適切なループ帯域に設計できないという問題があった。
【0009】
さらに、従来、SAW共振子を用いた発振回路には、図22に示すように、抵抗101〜104、サーミスタなどの感熱抵抗体105、106から構成される温度補償回路107を備え、温度補償回路107が周囲温度に応じてバリキャップダイオード109に印加する制御電圧を変化させ、発振周波数をほぼ一定に維持する温度補償型SAW発振回路(Temperature Compensated SAW Oscillator:TCSO)100がある。しかしながら、このTCSO100は、温度補償回路を有するため、回路規模が大きく、小型化が困難な問題があった。
なお、図22に示すTCSO100の温度補償回路107以外の構成は、SAW共振子110、コンデンサ108、111、112、118、抵抗113、114、116、トランジスタ115、ツェナダイオード117である。
【0010】
一方、温度補償回路107を用いて温度補償する方法の他に、SAW共振子の負荷容量として所定の容量温度特性を有する容量素子(コンデンサ)を用いることによって、SAW共振子の周波数温度特性を補正する方法がある。以下、容量温度特性を有する容量素子を用いてSAW共振子の周波数温度特性を補正する方法を説明する。
【0011】
図23はSAW共振子の発振周波数の温度特性を示す図である。この図に示すように、SAW共振子の発振周波数の温度特性は、負の二次曲線でほぼ表すことができ、ある温度T0(以下、「周波数頂点温度T0」という。)で発振周波数が最も高くなり、それより温度が変わると発振周波数が低くなる特性を有している。一方、SAW共振子の発振周波数と負荷容量との間には反比例の関係があり、負荷容量が減少すれば発振周波数が上昇することとなる。
【0012】
このSAW共振子の場合、容量温度特性を有する容量素子は、図24に示すように、周波数頂点温度T0の時に最大容量となる容量温度特性を有する容量素子を使用する。これによって、図25に示すように、SAW共振子の発振周波数の温度特性が周波数頂点温度T0を中心とする狭い温度範囲ではあるが、かかる温度範囲で発振周波数をほぼ一定周波数に補正することが可能である。
【0013】
しかしながら、この方法は、周波数頂点温度T0を中心とする狭い温度範囲でしか周波数を一定に維持できないため、周波数頂点温度T0から離れた高温および低温の温度では周波数が大きく変わってしまうという問題があった。
【0014】
本発明は、上述された従来技術に介在する問題を解決するためになされたものであり、広い温度範囲、特に高温域での温度特性を改善した発振回路、この発振回路を用いた電子機器を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、増幅器と、所定の共振周波数を有するSAW共振子と、入力信号の位相を所定の移相量ずらした出力信号として出力する移相回路であって、制御電圧に応じて前記移相量を調整する移相回路と、前記SAW共振子の入力側または出力側に接続されるタンク回路であって、インダクタンス素子及び容量素子を備えたタンク回路と、によって正帰還発振ループを構成し、前記タンク回路と並列に負の温度特性を有するNTCサーミスタを接続したことを特徴とする発振回路を提供する。
【0016】
上記構成によれば、NTCサーミスタがタンク回路の高温域での位相補正量を大きくするように作用するので、帰還型のVCSOの周波数の温度特性が改善され、周囲の環境が高温になったとしても、周波数の安定した発振回路が得られるという効果を有する。
【0017】
上記構成において、増幅器は、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、前記反転入力端子及び前記非反転入力端子のうちいずれか一方にバイアス電圧が入力され、他方が前記正帰還発振ループの入力端として機能する差動増幅器であってもよい。
【0018】
また、上記構成において、タンク回路は、差動増幅器の反転及び非反転入力端子の間に接続されることを特徴とする。
【0023】
また、上記構成において、移相回路は、外部信号により移相量を調節することができる構成としてもよい。これにより、外部信号(例えば制御電圧Vc)によって、上記発振回路の発振周波数を任意に微調整することが可能となる。
【0024】
また、上記構成において、増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器であることが高速動作および消費電力低減の点から好ましい。
【0025】
また、これら発振回路を使用することにより、周囲温度に影響されず、特に、高温域において使用可能な電子機器、例えば、安定して光ネットワークを介したデータ授受を行うことができる光インターフェースモジュールを提供することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0027】
(1) 第1実施形態
本発明の第1実施形態に係る発振回路1Aは、従来のVCSOにタンク回路を接続することによって構成される。図1は、この発振回路1Aの具体的な構成の一例を示すブロック図である。
発振回路1Aは、増幅器11、12と、後述する発振ループ内における移相量を調整する移相回路13Aと、SAW共振子14と、タンク回路15とから構成される。そして、増幅器11、移相回路13A、SAW共振子14およびタンク回路15により正帰還発振ループが形成されている。
【0028】
タンク回路15は、共振回路構成を採ることによって、所望の周波数に選択的に利得を与えるものである。すなわち、タンク回路15は、SAW共振子14による基準発振信号から周波数f0を有する信号SQを選択して増幅器11に供給する。
【0029】
移相回路13Aは、発振回路1Aの位相条件を満足させるための位相調整を行うもので、入力した制御電圧Vcに応じて出力信号SQの位相の移相量を調整する。
【0030】
増幅器11および12は、入力した出力信号SQを所定レベルに増幅して出力する。ここで、増幅器11は、発振を持続するために正帰還発振ループの利得が1以上になるように利得が設定される。また、増幅器12は、正帰還発振ループおよび出力間の影響を低減するために設けられたものであり、省略することも可能である。
【0031】
ここで、本実施形態のタンク回路15は、容量素子Cdと、インダクタンス素子Ldと、NTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタRTとを並列接続した構成を採り、一端が正帰還発振ループに接続され、他端が接地される。以下、このタンク回路15について説明する。
【0032】
NTCサーミスタRTは、図2にその抵抗値Rの温度特性を示すように、温度が高いほど抵抗値が低くなる負の温度特性を有している。なお、この図において、縦軸(抵抗値R)はLOGスケールである。
【0033】
図3は、このタンク回路15のNTCサーミスタRTの抵抗値Rを変化させた場合の各々の周波数−伝達位相特性を示す図である。同図に矢印にて示すように、周波数−伝達位相特性は、抵抗値Rが小さいほど、このタンク回路15の共振周波数FAを中心に左回りに回転したような特性に変化する。言い換えれば、抵抗値Rが小さいほど、周波数−伝達位相特性は平坦な特性に近づき、周波数変化に対する位相伝達量の変化が小さくなる。
【0034】
また、図4は、このタンク回路15の共振周波数FAより高い任意の周波数F1(図3参照)での温度−伝達位相特性を示す図である。図4に示すように、タンク回路15は、温度が低い場合は温度変化による伝達位相の変化量は小さいのに対し、温度が高い場合は温度変化による伝達位相の変化量が大きくなる。
すなわち、このタンク回路15は、周波数が高い領域、具体的には、共振周波数FAより周波数が高い領域では、温度が低い場合に比して、温度が高い場合の伝達位相の変化量が大きい、という特性を有することとなる。
【0035】
このため、図21に示したように、従来のVCSOでは、発振周波数Fが高い領域、即ち、制御電圧Vcが大きいときは周波数変化の感度は小さく、発振周波数Fが低い領域、即ち、制御電圧Vcが小さいときは周波数変化の感度は大きくなっていたのに対し、本実施形態に係る発振回路1Aは、タンク回路15によって周波数が高い領域での伝達位相の変化量を大きくすることができるため、発振周波数Fが高い場合でも周波数変化の感度を大きくすることができる。
【0036】
したがって、図5に発振回路1Aの制御電圧Vc−発振周波数Fの特性を示すように、発振回路1Aは、温度が高くても制御電圧Vcに対する周波数変化の感度を他の温度域の場合とほぼ同じにすることができる。
また、上述したように、温度と制御電圧Vcとが一定の場合には、NTCサーミスタRTの抵抗値Rを小さくするほど、周波数変化に対する位相伝達量の変化を小さくできるため(図3参照)、図6に発振回路1Aの発振周波数Fの温度特性を示すように、広い温度範囲で発振周波数Fの温度変化を低減することができる。特に、図19に示した従来の温度特性と比較して、高温域での温度変化を大幅に低減することが可能となる。
【0037】
以上の記述から明らかなように、本実施形態に係る発振回路1Aによれば、NTCサーミスタRTを並列接続したタンク回路15を用いたことによって、広い温度範囲、特に高温域での制御電圧Vc−発振周波数Fの特性を改善でき、かつ、発振周波数Fの温度変化を低減することができる。
【0038】
なお、この発振回路1Aの正帰還発振ループの位相調整は、タンク回路15の容量素子Cdのキャパシタの電極をレーザートリミング等によって容量値を調整することによって行うことが可能である。
【0039】
また、本発明は上記構成の発振回路1Aに限らず、様々な発振回路に適用可能である。例えば、図7は、移相回路13Aに電圧制御型移相回路を適用することによって、移相量を電圧制御できるようにした発振回路1Bに本発明を適用した場合のブロック図である。
【0040】
また、上述の発振回路1Aにおいて、正帰還発振ループにおける各回路および素子の位置は任意に入れ替え可能である。例えば、図8に示すように、正帰還発振ループ内において、SAW共振子14とタンク回路15とを入れ替えてもよい。
【0041】
(2) 第2実施形態
第2実施形態に係る発振回路2Aが、第1実施形態に係る発振回路1Aと大きく異なる点は、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(以下、ECL差動増幅器という。)を使用している点である。以下、第1実施形態に係る発振回路1Aと同一の構成については同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
【0042】
図9は、第2実施形態に係る発振回路2Aの構成を示すブロック図である。
発振回路2Aは、ECL差動増幅器21〜23と、スイッチ回路24と、移相量を調整する移相回路13Bと、SAW共振子14と、タンク回路15とから構成される。また、ECL差動増幅器21の反転入力端子D12には、外部からバイアス電圧VBBが供給される。そして、ECL差動増幅器21、23、スイッチ回路24、移相回路13B、SAW共振子14およびタンク回路15により正帰還発振ループが形成されている。
【0043】
なお、バイアス電圧VBBをECL差動増幅器21の反転入力端子D12に供給し、正帰還発振ループを非反転入力端子D11に接続する構成としたが、バイアス電圧VBBをECL差動増幅器21の非反転入力端子D11に供給し、正帰還発振ループを反転入力端子D12と接続してもよい。
【0044】
ECL差動増幅器21〜23は、非反転出力および反転出力の差動出力を有する差動増幅器であり、低消費電力で、かつ、高周波発振器のような高速動作が必要な回路に適し、得られた出力信号をECL差動増幅器21〜23で用いられる電気レベルに変換するために用いられる。
【0045】
タンク回路15は、第1実施形態のタンク回路15と同様の構成であるが、ECL差動増幅器21の非反転入力端子D11および反転入力端子D12の間に接続される点が異なる。
【0046】
ECL差動増幅器21は、周波数f0の基準信号SQがタンク回路15を介して非反転入力端子D11と反転入力端子D12に供給され、また、反転入力端子D12にはさらにバイアス電圧VBBが供給される。これにより、ECL差動増幅器21は、各入力端子D11、D12に入力された信号を差動増幅することによって、非反転出力端子Q11から基準信号SQを所定レベルに増幅して出力するとともに、反転出力端子Q12から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号であって、位相が180度異なる信号を出力する。
【0047】
ECL差動増幅器23は、ECL差動増幅器21の各出力端子Q11およびQ12から出力された信号が、ECL差動増幅器23の非反転入力端子D31と反転入力端子D32にそれぞれ供給されることにより、非反転出力端子Q31から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号SQ1を出力すると共に、反転出力端子Q32から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号であって、位相が180度異なる信号SQ2を出力する。
同様に、ECL差動増幅器22は、ECL差動増幅器21の各出力端子Q11およびQ12から出力された信号が、ECL差動増幅器23の非反転入力端子D21および反転入力端子D22にそれぞれ供給されることにより、非反転出力端子Q21から基準信号SQを所定レベルに増幅くした出力信号OUT+を出力すると共に、反転出力端子Q22から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号であって、位相が180度異なる出力信号OUT−を出力する。
なお、ECL差動増幅器22および23は、正帰還発振ループおよび出力間の影響を低減するために設けられたものであり、これらは省略することも可能である。
【0048】
スイッチ回路24は、ECL差動増幅器23から出力される位相が180度異なる基準信号SQ1、SQ2のうち、移相回路13Bの移相量が少なくて済む信号を選択するための回路である。より詳しく説明すると、スイッチ回路24は、ECL差動増幅器23の非反転出力端子Q31に接続されている接続点P1、またはECL差動増幅器23の反転出力端子Q32に接続されている接続点P2のいずれかと選択的に接続することによって、正帰還発振ループに流す基準信号SQを選択する。このため、移相回路13Bの移相量が小さくて済み、移相回路13Bの回路構成を簡易にすることができる。当然のことながら、回路設計段階において、接続点P1、接続点P2の選択が既知である場合、スイッチ回路24は省略することが可能である。
【0049】
また、移相回路13Bは、SAW共振子14の発振周波数Fと回路部品の構成に応じて適切な移相量のものが選択されるが、SAW共振子14を変更しても移相量の変更は小さくすむので、複数種類のSAW共振子についてもほぼ同一の回路パターンを使用することができ、設計上の簡略化が可能となる。
【0050】
なお、SAW共振子14の発振周波数Fと回路部品構成が固定であるような場合においては、移相回路13Bを省略して、差動増幅器23から出力される2つの信号SQ1、SQ2のうち、任意の信号について正帰還発振ループを接続する回路パターンを作成してもよい。この場合、スイッチ回路24に代えて、ワイヤボンディングなどで接続点P1または接続点P2のいずれかと短絡するようにしてもよい。
【0051】
したがって、ECL差動増幅器21〜23を使用した発振回路2Aにおいても、NTCサーミスタRTを並列接続したタンク回路15を使用することによって、発振周波数Fが高い場合でも周波数変化の感度を大きくすることができ、制御電圧Vcに対する周波数変化の感度を広い温度範囲でほぼ同じにすることができる。
【0052】
また、温度と制御電圧Vcとが一定の場合には、NTCサーミスタRTの抵抗値Rを小さくするほど、周波数変化に対する位相伝達量の変化を小さくできるため(図3参照)、特に、高温域での温度変化を大幅に低減することができ、広い温度範囲で発振周波数Fの温度変化を低減することができる。
また、タンク回路15を挿入したことによって、ECL差動増幅器21に選択的にゲインを与え、異常発振を防止することができる。
【0053】
これによって、ECL差動増幅器21〜23を使用した発振回路2Aにおいても、広い温度範囲、特に高温域での制御電圧Vc−発振周波数Fの特性を改善でき、かつ、発振周波数Fの温度変化を低減することができる。
【0054】
また、上述の発振回路2Aにおいて、正帰還発振ループにおける各回路および素子の位置は任意に入れ替え可能である。例えば、図10に示すように、正帰還発振ループ内において、SAW共振子14とタンク回路15とを入れ替えてもよい。この場合、差動増幅器21の非反転入力端子D11および反転入力端子D12間に電位差が生じるように、任意のインピーダンスZdを挿入することが必要である。
【0055】
(3) 第3実施形態
上述の実施形態においては、NTCサーミスタRTを並列接続したタンク回路15を用いることによって、発振周波数Fの温度特性を改善する場合について述べたが、本実施形態では、他の方法によって発振周波数Fの温度特性を改善した発振回路を説明する。
【0056】
図11は、第3実施形態に係る発振回路3Aの構成を示すブロック図である。
発振回路3Aは、SAW共振子31と、差動増幅器32〜34と、スイッチ回路36と、移相回路37と、タンク回路38とから構成される。そして、差動増幅器32、34、スイッチ回路36、移相回路37、SAW共振子31およびタンク回路38により正帰還発振ループが形成されている。
【0057】
タンク回路38は、容量素子40とインダクタンス素子41とからなる共振回路構成を採ることによって、所望の周波数に選択的に利得を与えるものである。
ここでは、タンク回路38は、SAW共振子31による基準発振信号から周波数f0を有する基準信号SQを選択して差動増幅器32に出力する。
【0058】
差動増幅器32は、正帰還発振ループを流れる基準信号SQがタンク回路38を介して非反転入力端子D11と反転入力端子D12とに供給され、また、反転入力端子D12にはさらにバイアス電圧VBBが供給される。これにより、差動増幅器32は、各入力端子に入力された信号を差動増幅することによって、非反転出力端子Q11から基準信号SQを所定レベルに増幅して出力するとともに、反転出力端子Q12から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号であって、位相が180度異なる信号を出力する。
【0059】
差動増幅器34は、差動増幅器32の各出力端子Q11およびQ12から出力された信号が非反転入力端子D31と反転入力端子D32にそれぞれ供給されることにより、非反転出力端子Q31から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号SQ1を出力すると共に、反転出力端子Q32から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号であって、位相が180度異なる信号の信号SQ2を出力する。
同様に、差動増幅器33は、差動増幅器32の各出力端子Q11およびQ12から出力された信号が非反転入力端子D21と反転入力端子D22にそれぞれ供給すれることにより、非反転入力端子Q21から基準信号SQを所定レベルに増幅した出力信号OUT+を出力すると共に、反転出力端子Q22から基準信号SQを所定レベルに増幅した信号であって、位相が180度異なる出力信号OUT−を出力する。
なお、差動増幅器33および34は、正帰還発振ループおよび出力間の影響を低減するために設けられたものであり、これらは省略することも可能である。
【0060】
スイッチ回路36は、差動増幅器34から出力される位相が180度異なる基準信号SQ1、SQ2のうち、移相回路37の移相量が少なくて済む信号を選択するための回路である。より詳しく説明すると、スイッチ回路36は、差動増幅器34の非反転出力端子Q31に接続されている接続点P1、または差動増幅器34の反転出力端子Q32に接続されている接続点P2のいずれかと選択的に接続することによって、正帰還発振ループに流す基準信号SQを選択する。
【0061】
移相回路37は、発振回路3Aの位相条件を満足させるための位相調整を行うもので、入力した制御電圧Vcに応じて入力した出力信号SQの位相の移相量を調整する。上述したように、本実施形態に係る発振器3Aは、位相の異なる基準信号SQ1、SQ2のうち、移相回路37の移相量が少なくて済む信号を選択するため、移相回路37の移相量が小さくて済み、移相回路37の回路構成を簡易にすることができる。
【0062】
また、移相回路37は、SAW共振子31の発振周波数Fと回路部品の構成に応じて適切な移相量のものが選択されるが、SAW共振子31を変更しても移相量の変更は小さくすむので、複数種類のSAW共振子についてもほぼ同一の回路パターンを使用することができ、設計上の簡略化が可能となる。
【0063】
なお、SAW共振子31の周波数と回路部品構成が固定であるような場合においては、移相回路37を省略して、差動増幅器34から出力される2つの信号SQ1、SQ2のうち、任意の信号について正帰還発振ループを接続する回路パターンを作成してもよい。この場合、スイッチ回路36に代えて、ワイヤボンディングなどで接続点P1または接続点P2のいずれかと短絡するようにしてもよい。
【0064】
また、本実施形態に係る発振回路3Aは、タンク回路38の容量素子40に所定の容量温度特性を有する容量素子を使用することによって、SAW共振子31の発振周波数Fの温度特性の補正を行う。以下、このタンク回路38の容量素子40について説明する。
【0065】
図12は、SAW共振子31の発振周波数Fの温度特性を示す図である。SAW共振子31は、音叉型水晶振動子Xと同様に、二次曲線で近似可能な二次周波数温度特性を有している。ここで、SAW共振子31の最大周波数が得られる周波数頂点温度T0と、タンク回路38の容量素子40の容量が最大となる頂点温度が大きく異なる場合、補償温度範囲の高温側もしくは低温側において、温度補償が過補償もしくは補償不足となりうる。
【0066】
このため、本実施形態では、補償効果が最大になるように、図13に容量素子40の容量温度特性を示すように、容量素子40としては、SAW共振子31の周波数頂点温度T0の場合に容量が最大となる二次容量温度特性を有する容量素子が使用される。なお、容量素子40は、BaTiO3を主成分とした場合には、BaTiO3の最大容量値を示す温度であるキュリー点温度120℃を他の元素、例えば、BaSnO3、CaSnO3、BaSnO3、BaZrO3、BrTiO3などにより周波数頂点温度T0に移動し、キュリー点温度での相変態を利用することによって所望の容量温度特性を得ることが可能である。
【0067】
図14は、タンク回路38の容量素子40の容量Caと発振周波数F(周波数偏差df/f0)との関係を示す特性曲線L1と、移相回路37の例として1個のコンデンサを使用した場合の容量素子Cbの容量と発振周波数F(周波数偏差df/f0)との関係を示す特性曲線L2とを示す特性曲線図である。
【0068】
この図に示すように、発振周波数Fを所定量(f2−f1)だけ変化させる場合に必要な容量素子40の容量変化量dCaは、正帰還発振ループに直接接続された容量素子Cbの容量変化量dCbに比して格段に少なくてよいことが判る。
この図においては、容量変化量dCaは、容量変化量dCbの約4分の1以下でよいことが判る。
【0069】
したがって、この発振回路3Aにおいては、タンク回路38の容量素子40の容量の温度特性によってSAW共振子31の発振周波数Fの温度特性を補正するようにしたので、正帰還発振ループに直接接続された容量素子Cbの容量値の温度特性によって補正する場合に比して、発振周波数Fの温度特性の補正量を大きくとることができる。この結果、図15に、発振器30の発振周波数Fの補正前の温度特性と、補正後の温度特性を示すように、広い温度範囲でSAW共振子31の発振周波数Fの温度変化を低減することができる。
【0070】
これにより、発振回路3Aは、従来の正帰還発振ループに直接接続された容量素子Cbの温度特性によってSAW共振子31の温度特性を補正する場合に補正量が不十分であった低温および高温の温度範囲においても、必要とされる周波数安定度(例えば、10.0×10-6)を満足させることが可能となる。
【0071】
なお、この容量素子40の容量変化に対する発振周波数Fの変化量、つまり、発振周波数Fの感度調整は、タンク回路38のインダクタンス素子の値によって調整することができる。
【0072】
以上の記述から明らかなように、本実施形態に係る発振回路3Aによれば、SAW共振子31の周波数温度特性に応じてタンク回路38の容量素子40を上記した温度特性を有する容量素子にすれば、SAW共振子31の周波数温度特性を広い温度範囲で簡易に補正することができる。また、素子数も増大しないので実装スペースが小さくて済み、発振器30の小型化も可能である。
【0073】
(4) 第4実施形態
上述した各実施形態に係る発振回路1A、1B、2A、3Aは様々な通信機器に適用可能である。本実施形態では、本発明に係る発振回路1A〜3Aを使用した通信機器として、光インターフェースモジュール50について説明する。
【0074】
図16は、光インターフェースモジュール50の概要構成を示すブロック図である。
この光インターフェースモジュール50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、光信号と電気信号との信号変換を行うものであり、ここでは、10.3125Gbpsの光信号と、3.125Gbpsの電気信号(4系統)との信号変換を行うものである。
【0075】
電気/光変換部51は、P/S(パラレル/シリアル)変換部52から出力された電気信号を光信号に変換し、光ネットワーク側に出力する。光/電気変換部53は、光ネットワーク側から出力された光信号を電気信号に変換しS/P(シリアル/パラレル)変換部54に出力する。
【0076】
発振回路60および61は、上記した発振回路1A〜3Aのいずれかが適用され、周囲温度によらず一定周波数のクロック信号を出力する。そして、各クロック信号が基準信号として、ビット符号変換部55を介して接続された3.215GGbpsのS/P変換部56およびP/S変換部57、10.3125GpsのP/S変換部52およびS/P変換部54の各部に用いられる。
【0077】
このように、光インターフェースモジュール50に、各実施形態に係る発振回路1A〜3Aを使用することにより、周囲温度に影響されず、特に、高温域において、安定した光ネットワークを介したデータ授受を行うことが可能となる。
【0078】
(5) 変形例
本願発明は、上述した実施形態に限らず種々の態様にて実施することができる。例えば、以下のような変形実施が可能である。
【0079】
上述した各実施形態では、発振源がSAW共振子の発振回路に本発明を適用する場合について述べたが、発振源がATカット型水晶振動子の発振回路にも適用することができる。また、本発明の発振回路に温度補償回路を接続し、TCSOやTCXOを構成してもよい。なお、振動子やSAW共振子等の圧電共振子を構成する圧電材料については、水晶の他、ランガサイトや四ほう酸リチウム(Lithium Tetra Borate)等の他の圧電材料を使用してもよい。
【0080】
上述した第3実施形態では、タンク回路38の容量素子40として、周波数頂点温度T0で容量が最大になる二次容量温度特性を有する容量素子を用いる場合について述べた。本発明はこれに限らず、要は周波数頂点温度T0近傍で容量が最大になる容量温度特性を有する容量素子を用いればよく、キュリー点温度が周波数頂点温度T0近傍であればよい。
【0081】
また、タンク回路38内に複数の容量素子を有している場合は、全ての容量素子が上述した容量温度特性を有すれば補正量を多くとることができるが、必要とする補正量に応じていずれか1つ以上の容量素子が上述した容量温度特性を有していればよい。
【0082】
【発明の効果】
上述したように本発明による発振回路は、NTCサーミスタを並列接続したタンク回路を使用することにより、広い温度範囲、特に高温域での制御電圧−発振周波数の特性を改善でき、かつ、発振周波数の温度変化を低減することができる。また、タンク回路の容量素子の温度特性によって共振子の発振周波数の温度特性を補正することにより、広い温度範囲で発振周波数の温度変化を低減することができる。また、素子数も増大しないので実装スペースが小さくて済み、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態に係る発振回路の構成を示すブロック図である。
【図2】 NTCサーミスタの抵抗値の温度特性を示す特性曲線図である。
【図3】 タンク回路のNTCサーミスタの抵抗値Rを変化させた場合の周波数−伝達位相特性を示す特性曲線図である。
【図4】 タンク回路の共振周波数FAより高い周波数F1での温度−伝達位相特性を示す特性曲線図である。
【図5】 発振回路の制御電圧Vc−発振周波数Fの関係を示す特性曲線図である。
【図6】 発振回路の発振周波数Fの温度特性を示す特性曲線図である。
【図7】 第1実施形態に係る発振回路の変形例を示すブロック図である。
【図8】 第1実施形態に係る発振回路の変形例を示すブロック図である。
【図9】 第2実施形態に係る発振回路の構成を示すブロック図である。
【図10】 第2実施形態に係る発振回路の変形例を示すブロック図である。
【図11】 第3実施形態に係る発振回路の構成を示すブロック図である。
【図12】 SAW共振子の発振周波数Fの温度特性を示す特性曲線図である。
【図13】 タンク回路の容量素子の容量温度特性を示す特性曲線図である。
【図14】 タンク回路の容量素子の容量と発振周波数Fとの関係を示す特性曲線L1と、正帰還発振ループに直接接続された容量素子の容量と発振周波数Fとの関係を示す特性曲線L2とを示す図である。
【図15】 発振周波数Fの補正前の温度特性と補正後の温度特性を示す特性曲線図である。
【図16】 光インターフェースモジュールの概要構成を示すブロック図である。
【図17】 従来のVCSOの回路図である。
【図18】 従来のVCSOの構成を示すブロック図である。
【図19】 従来のVCSOの発振周波数Fの温度特性を示す特性曲線図である。
【図20】 VCSOの制御電圧Vc−発振周波数Fの関係を示す特性曲線図である。
【図21】 従来のVCSOの発振周波数Fと周波数変動の感度の関係を示す特性曲線図である。
【図22】 従来のTCSOの構成を示す回路図である。
【図23】 SAW共振子の発振周波数の温度特性を示す特性曲線図である。
【図24】 容量素子の容量温度特性を示す特性曲線図である。
【図25】 補正後のSAW共振子の発振周波数の温度特性を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
1A、1B、2A、3A・・・発振回路、
11、12、……増幅器、13A、13B……移相回路、
14、31……SAW共振子、15、38……タンク回路、
21、22、23……ECL差動増幅器、32、33、34……差動増幅器、
24、36……スイッチ回路、Cd、40……容量素子
Ld、41……インダクタンス素子、RT……NTCサーミスタ、
VBB……基準バイアス電圧、50……光インターフェースモジュール、
51……電気/光変換部、52……P/S変換部、
53……光/電気変換部、54……S/P変換部、
55……ビット符号変換部、56……S/P変換部、
57……P/S変換部、60、61……発振回路、
100……温度補償型SAW発振回路(TCSO)。
Claims (4)
- 増幅器と、
所定の共振周波数を有するSAW共振子と、
入力信号の位相を所定の移相量ずらした出力信号として出力する移相回路であって、制御電圧に応じて前記移相量を調整する移相回路と、
一端と他端との間で、インダクタンス素子と、容量素子と、負の温度特性を有するNTCサーミスタとを並列接続したタンク回路であって、前記一端が前記SAW共振子の入力側または出力側に接続され、前記他端が接地されたタンク回路と
によって正帰還発振ループを構成した
ことを特徴とする発振回路。 - 増幅器と、
所定の共振周波数を有するSAW共振子と、
入力信号の位相を所定の移相量ずらした出力信号として出力する移相回路であって、制御電圧に応じて前記移相量を調整する移相回路と、
一端と他端との間で、インダクタンス素子と、容量素子と、負の温度特性を有するNTCサーミスタとを並列接続したタンク回路であって、前記一端が前記SAW共振子の出力側に接続されたタンク回路と
によって正帰還発振ループを構成し、
前記増幅器は、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、前記反転入力端子及び前記非反転入力端子のうちいずれか一方にバイアス電圧が入力され、他方が前記正帰還発振ループの入力端として機能する差動増幅器であり、
前記他端は、前記差動増幅器の前記反転入力端子及び非反転入力端子のうち、前記バイアス電圧が入力される前記一方の端子に接続され、
前記SAW共振子の出力側及び前記一端は、前記差動増幅器の前記反転入力端子及び非反転入力端子のうち、前記他方の端子に接続され、
前記増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器である
ことを特徴とする発振回路。 - 増幅器と、
所定の共振周波数を有するSAW共振子と、
入力信号の位相を所定の移相量ずらした出力信号として出力する移相回路であって、制御電圧に応じて前記移相量を調整する移相回路と、
一端と他端との間で、インダクタンス素子と、容量素子と、負の温度特性を有するNTCサーミスタとを並列接続したタンク回路であって、前記一端が前記SAW共振子の入力側に接続されたタンク回路と、
によって正帰還発振ループを構成し、
前記増幅器は、反転入力端子及び非反転入力端子を有し、前記反転入力端子及び前記非反転入力端子のうちいずれか一方にバイアス電圧が入力され、他方が前記正帰還発振ループの入力端として機能する差動増幅器であり、
前記反転入力端子及び非反転入力端子のうち前記バイアス電圧が入力される前記一方の端子と前記SAW共振子の出力側との間にインピーダンス素子が接続され、
前記差動増幅器の前記反転入力端子及び非反転入力端子のうち前記他方の端子が、前記SAW共振子の出力側に接続され、
前記他端は、容量を介して接地され、
前記増幅器は、ECLラインレシーバを用いた差動増幅器である
ことを特徴とする発振回路。 - 請求項1乃至3のいずれかの項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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