JP4656732B2 - クリスタル発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明はクリスタル発振器に関し、より詳細にはその発振器の出力周波数を出力信号のスイングに影響せずに調節するための回路および方法に関する。
【０００２】
（従来の技術）
クリスタル発振器によって得られる中心周波数はクリスタルの負荷容量を変化あるいはトリミング操作することによって調節され得る。このような発振器の一例はＷＯ９８／３４３３８号にみることができる。
【０００３】
この態様で負荷容量をトリミング操作することは、出力信号のスイングが変化を受けてしまうという点で悪影響を与える。この変化を補償するために、自動ゲイン制御（ＡＧＣ）を使用して出力周波数のスイングを一定に維持することが知られている。しかしながら、ＡＧＣの使用は、特に発振器回路を集積回路として製造することが所望されるときに好ましくなくなってしまう他の影響を及ぼす。
【０００４】
第１に、ＡＧＣを与えるために追加の回路が必要である。これは追加のコストをもたらし、恐らく携帯可能な装置にとって追加の電力供給要請はより重要になる。ＡＧＣによって要求される余計な回路は電圧レベル検出器、電圧基準、フィルタおよび比較器を含んでいる。この比較器は、基準電圧を検出されたレベルと比較し、発振器コア内の電流を調節しその結果一定のスイングを達成するために設けられる。
【０００５】
第２に、ＡＧＣ回路の追加は、与えられた出力スイングが信頼されうるものになる前に整立時間が導入されることを意味するフィードバックループを形成する。
【０００６】
（発明が解決しようとする課題）
本発明の目的は、一定のスイングを有するが上に述べた欠点を持たないトリミング可能なクリスタル発振器を提供することである。
【０００７】
（課題を解決するための手段）
本発明の第１の特徴によれば、
コンデンサのバンクおよび前記コンデンサを前記回路にあるいは前記回路から切り換えて所定の中心周波数を得るための第１のスイッチング手段を有する調節可能な負荷容量を備え、特徴として、
抵抗のバンク、および選ばれた負荷容量に従って、引き出されるクリスタルコア電流を変化するために前記抵抗をクリスタル発振器回路からあるいは前記回路に切り換える第２のスイッチング手段を具備したクリスタル発振器回路が提供される。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、クリスタル発振器回路から所望の出力周波数を与える方法であって、前記クリスタル発振器回路の負荷容量を調節して前記所望の出力周波数を得るステップを有し、前記負荷容量は前記回路にあるいは前記回路から１つまたはそれ以上のコンデンサを切り換えることによって調節され、特徴として、
選択された負荷容量に従って、引き出されるクリスタルコア電流を変化するために前記回路にあるいは前記回路から１つまたはそれ以上のコンデンサを切り換えるステップを具備した方法が提供される。
【０００９】
（発明の実施の形態）
図１は本発明によるクリスタル発振器を示す。それはクリスタル１と出力信号５を与えるための発振器回路３とからなる。発振回路は集積回路として有利に形成される。
【００１０】
発振器回路３の既知の構成要素の説明が最初になされる。基本的な発振回路はクリスタル１の周囲に形成され、このクリスタル１はトランジスタＱ１のベースおよびコレクタ間に接続される。負荷容量Ｃｍｉｎはクリスタル１と並列に接続され、電流源はＱ２と抵抗Ｒｍｉｎによって与えられる。
【００１１】
当該技術で周知のように、Ｑ３が差動増幅器回路を形成するために設けられる。
【００１２】
出力信号をＱ１およびＱ３のコレクタから直接とる代わりに、第２の差動対Ｑ４、Ｑ５が設けられる。Ｑ４はＱ３と同じ電圧のベースバイアスを有し、これはバイアス電圧Ｖ_biasによりデカップリングコンデンサ３１および抵抗３３を介して所定の電圧に固定されている。Ｑ５はＱ１と同じ電圧のベースバイアスを有する。第２の差動対を設けることは、発振器回路（Ｑ１の周りにバイアスされる）が出力によっては負荷とならないことを意味し、これは出力信号がＱ４およびＱ５それぞれのコレクタ間でとられず、標準ＣＭＯＳクロック信号（ｃｌｋ−ｏｕｔ）を与えるように比較器２９によって更に制限されるためである。
【００１３】
出力周波数を調節するために、発振回路３は負荷コンデンサＣ１からＣ６のバンクを有する。各コンデンサＣ１からＣ６はそれぞれのスイッチの対９から１９を閉じることによってＣｍｉｎと並列に接続されることができる。各スイッチの対は一群の制御ラインＤ０からＤ５のそれぞれの１つによって制御される。従って、所望の出力周波数は当業者にとって既知の態様で適切な負荷容量を選択することにより選択されることができる。
【００１４】
本発明によれば、出力信号にスイングがあればこれを打ち消すために、電流スイッチのバンクが設けられる。各電流スイッチは抵抗Ｒ１からＲ４と関連スイッチＴ１からＴ４（好ましくはＦＥＴ）とを具備する。各電流抵抗Ｒ１からＲ４は制御ラインＤ２からＤ５のそれぞれの１つによって回路に切り換えられることができる。制御ラインＤ０およびＤ１に関連した追加の抵抗値を持つようにすることによってより細かい訂正を得ることができるが、このような細かな訂正のための抵抗値は意図した回路適用のためには物理的に余りにも大きくなってしまう。従って、好適実施例において、ラインＤ０およびＤ１によって制御される電流抵抗は省略されている。
【００１５】
制御ラインＤ０からＤ５を用いて特定の負荷容量を選択することはトランジスタＱ２のエミッタ抵抗の特定の値を選択することになり、従って異なった発振器コア電流が選択されるようになる。抵抗Ｒ１−Ｒ４の値はコア電流を発生するように選択されることができ、このコア電流はそれにより発振器出力信号にスイングがあればこれを補償する。
【００１６】
制御ラインＤ０からＤ５は本明細書で「トリムレジスタ」と呼ぶレジスタ２１によって設定される。トリムレジスタ２１から制御ラインＤ０−Ｄ５に出力される値は周波数測定装置７によって測定される出力周波数に従ってベースバンドプロセッサ２３によって設定される。
【００１７】
動作にあって、通常の状態下では、発振器の中心すなわち開始点は制御ラインＤ５がアクティブで制御ラインＤ４からＤ０が非アクティブとなる状態である。これは、スイッチ１９ａおよび１９ｂが閉じていることを意味し、それによりＣ６がクリスタル１間のＣｍｉｎと並列に接続される。更にまた、制御ラインＤ５がアクティブになれば、制御スイッチＴ４がオンになって、抵抗Ｒ４はＲｍｉｎと並列に接続され、それによって発振器コア電流が設定される。
【００１８】
これらの初期開始状態で、出力周波数が周波数測定装置７によって測定される。この周波数測定は、例えば装置の製造試験の間に行われてもよい。周波数が範囲内になければ、ベースバンドプロセッサ２３がバス２５を介してアドレスされる。
【００１９】
出力周波数がどのように大きく調節されなければならないかにより、ベースバンドプロセッサは６ビットトリムレジスタ２１に送られるべき新たなデータ値を決定し、それによって値Ｄ０からＤ５を設定する。このようにして、どの負荷容量Ｃ１からＣ６がクリスタル１と並列に接続されるべきかを変え同時に適切な電流抵抗Ｒ１からＲ４に切り換えることによってコア電流を調節するためにトリム値が使用され得る。
【００２０】
負荷容量の変化は出力周波数を変えることとなり、理論的には出力信号のスイングを変化しようとする。しかしながら、トリム値もまたコア電流を変えるため、出力スイングは一定に維持される。
【００２１】
周波数測定およびトリム値の設定は、出力信号が所望の周波数を有するまで繰り返されてもよい。次いで、トリム値はベースバンドプロセッサ２３のメモリ内に永久的に保持され、電力投入時にトリムレジスタ２１に呼び出されて発振器の寿命の間正確な周波数が確保される。
【００２２】
６ビットトリムレジスタは６４の負荷容量値を可能にして、発振器の周波数を調節するために選択されるようにする。
【００２３】
上に述べた本発明は、負荷容量が変化される時に発振器出力でのスイングを一定に維持しかつＡＧＣを用いる従来技術の装置よりも少ない電流しか要求しない。また、当該回路は単純であり、発振器コアに単純な電流スイッチを追加することのみ必要とするに過ぎない。これらの特徴は、大きなコンデンサを必要としないという事実と共に、集積回路で本発明を実現するために少ないシリコン領域しか必要としないことを意味する。
【００２４】
更にまた、フィードバックループがないため、信頼性が大きい一定のスイングを得る前の関連する製定時間はない。
【００２５】
トリムレジスタ２１が６ビットレジスタとして説明されたが、それは任意のサイズのものであってもよい。たとえば、出力周波数により大きな調節度が必要な場合にはそれは一層大きなものとなり得る。
【００２６】
また、好適実施例は６つの負荷容量Ｃ１−Ｃ６と共に使用するための４つの電流抵抗Ｒ１−Ｒ４を有しているが、電流抵抗対負荷コンデンサの比は１：１であっても、それどころか任意の他の比であってもよい。
【００２７】
更にまた、本発明は製造試験の間に周波数をトリミング操作することに関連して説明されたが、本発明が使用時に周波数を調節することができるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明のより良い理解のためおよびどのようにしてそれが実施されうるかをより明確に示すため、ここで、一例として添付図面への参照が行われる。
【図１】 本発明によるクリスタル発振器を示す。

Claims (7)

1. クリスタル発振器回路において、
   コンデンサのバンク（Ｃ１−Ｃ６）および前記コンデンサを前記回路に接続しあるいは前記回路に接続しないように切り換えて所定の中心周波数を得るための、対応するスイッチのバンクを有する第１のスイッチング手段（９−１９）を有する調節可能な負荷容量を備え、
   抵抗のバンク（Ｒ１−Ｒ４）、および選ばれた負荷容量に従って、引き出されるクリスタルコア電流を変化するために前記抵抗を前記回路に接続しあるいは前記回路に接続しないように切り換える第２のスイッチング手段（Ｔ１−Ｔ４）を具備し、
   前記抵抗のバンク（Ｒ１−Ｒ４）を構成する抵抗の数は、前記コンデンサのバンク（Ｃ１−Ｃ６）を構成するコンデンサの数より少なく、かつ
   前記第１のスイッチング手段（９−１９）を制御する制御ライン（Ｄ０−Ｄ５）を具備し、前記制御ライン（Ｄ０−Ｄ５）の一部が前記第２のスイッチング手段（Ｔ１−Ｔ４）を制御するために使用される
   前記クリスタル発振器回路。
2. 前記制御ライン（Ｄ０−Ｄ５）の状態は２進値を含むレジスタ（２１）によって設定され、前記２進値の各ビットはそれぞれの制御ラインの状態を表す請求項１記載のクリスタル発振器回路。
3. 前記２進値は前記発振器の出力で測定された周波数に従って設定される請求項２記載のクリスタル発振器回路。
4. クリスタル発振器回路から所望の出力周波数を与える方法において、
   前記クリスタル発振器回路の負荷容量を調節して前記所望の出力周波数を得るステップを有し、前記負荷容量は前記回路に接続しあるいは前記回路に接続しないように前記第１のスイッチング手段（９−１９）により複数のコンデンサを切り換えることによって調節され、
   選択された負荷容量に従って、引き出されるクリスタルコア電流を変化するために前記回路に接続しあるいは前記回路に接続しないように前記第２のスイッチング手段（Ｔ１−Ｔ４）により複数の抵抗を切り換えるステップを具備し、前記抵抗の数が前記コンデンサの数より少なく、更に
   制御ライン（Ｄ０−Ｄ５）を用いて前記第１のスイッチング手段（９−１９）を制御するステップと、前記制御ライン（Ｄ０−Ｄ５）の一部を用いて第２のスイッチング手段（Ｔ１−Ｔ４）を制御するステップを具備する
   前記方法。
5. 前記制御ラインは（Ｄ０−Ｄ５）はレジスタ（２１）の２進値を設定することによって制御され、前記２進値の各ビットはそれぞれの制御ラインの状態を表す請求項４記載の方法。
6. 前記２進値は前記発振器の出力で測定される周波数に従って設定される請求項５記載の方法。
7. 前記クリスタル発振器回路の製造の間に前記所望の周波数が設定される請求項６記載の方法。

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