JP5204354B1 - 発振器 - Google Patents
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Abstract
Description
MEMS共振器と増幅器とを含んだ帰還型発振回路と、
MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と、
増幅器からの出力を受け、該出力のレベルに基づいて増幅器からの出力のレベルが所定レベルになるように増幅器のゲインを増減させる振幅制御信号を増幅器へ出力し増幅器のゲインを制御する自動利得制御部とを有し、
MEMS共振器の動作温度に基づいて、MEMS共振器のピークゲインが動作温度の高低に依らず所定値になるように、MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を電圧制御部により制御し、
電圧制御部は、振幅制御信号をモニタリングすることにより、MEMS共振器の動作温度を導出する、MEMS発振器である。
MEMS共振器と増幅器とを含んだ帰還型発振回路と、
MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と、
増幅器からの出力を受け、該出力のレベルに基づいて増幅器からの出力のレベルが所定レベルになるように増幅器のゲインを増減させる振幅制御信号を増幅器へ出力し増幅器のゲインを制御する自動利得制御部とを有し、
MEMS共振器の動作温度に基づいて、MEMS共振器のピークゲインが動作温度の高低に依らず所定値になるように、MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を電圧制御部により制御し、
MEMS共振器の動作温度を計測し計測結果を出力する温度センサとを有し、
電圧制御部は、温度センサが出力する動作温度の計測結果を入力し、当該計測結果をMEMS共振器の動作温度として用いる、MEMS発振器である。
1−1.MEMS発振器の位相安定性(位相雑音)の温度依存性について
最初に、MEMS共振器の共振特性の温度依存性、および、MEMS共振器の共振特性の変化に伴うMEMS発振器の発振信号の位相安定性の変化について説明する。
以上の問題点を鑑み、実施の形態によるMEMS発振器は、MEMS共振器の動作温度に基づいて、MEMS振動子に印加するバイアス電圧(図17におけるDC電圧VDC)を可変的に制御する。そうすることによって、本実施の形態によるMEMS発振器においては、あらゆる動作温度において、MEMS共振器のピークゲインを一定に保つことができる。これにより、本実施の形態によるMEMS発振器は、高温域での動作におけるMEMS共振器のピークゲインの減少を抑制し、Q値の劣化および増幅器におけるS/Nの悪化を抑制する。また、本実施の形態によるMEMS発振器は、低温域での動作において、MEMS共振器への過入力に起因したMEMS共振器の共振特性の歪みを抑制し、共振特性の歪みの発生に起因して生じるピークゲインおよびQ値の減少および共振周波数の不安定化を抑制する。本実施の形態によるMEMS発振器は、MEMS共振器のピークゲインを一定に保つようにバイアス電圧を可変的に制御することで、低温域および高温域において、発振信号に含まれる位相雑音の程度を中温域における位相雑音と同程度にまで低減させることができる。
これより、実施の形態1によるMEMS発振器について説明する。
これより、実施の形態2によるMEMS発振器について説明する。
これより、実施の形態3によるMEMS発振器について説明する。
これより、実施の形態4によるMEMS発振器について説明する。
これより、実施の形態5によるMEMS発振器について説明する。
これより、実施の形態6によるMEMS発振器について説明する。
これより、実施の形態7によるMEMS発振器について説明する。
これより、実施の形態8によるMEMS発振器について説明する。
2 ・・・ ドライバアンプ
5 ・・・ 自動利得制御部
5a・・・ ピークホールド部
5b・・・ コンパレータ部
8 ・・・ バイアス電圧制御部
8a・・・ 電圧制御部
8as・・ 電圧制御部
8s・・・ バイアス電圧制御部
11 ・・・ 温度センサ
100 ・・・ 実施の形態1によるMEMS発振器(実施の形態5の発振部)
200 ・・・ 実施の形態2によるMEMS発振器(実施の形態6の発振部)
300 ・・・ 実施の形態3によるMEMS発振器(実施の形態7の発振部)
301 ・・・ 第1分周器
302 ・・・ 位相比較器
303 ・・・ ループフィルタ
304 ・・・ 電圧制御発振器
305 ・・・ プログラマブル分周器(第2分周器)
306 ・・・ 分周比制御部
400 ・・・ 実施の形態4のMEMS発振器(実施の形態8の発振部)
500 ・・・ 実施の形態5のMEMS発振器
600 ・・・ 実施の形態6のMEMS発振器
700 ・・・ 実施の形態7のMEMS発振器
800 ・・・ 実施の形態8のMEMS発振器
999 ・・・ 従来のMEMS発振器
1000 ・・・ 特許文献1のMEMS発振器
1001 ・・・ MEMS共振器
1001a・・・ 入力電極
1001b・・・ 振動子
1001c・・・ 出力電極
1002 ・・・ ドライバアンプ
1005 ・・・ 自動利得制御部
Claims (6)
- MEMS共振器と増幅器とを含んだ帰還型発振回路と、
前記MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と、
前記増幅器からの出力を受け、該出力のレベルに基づいて前記増幅器からの出力のレベルが所定レベルになるように前記増幅器のゲインを増減させる振幅制御信号を前記増幅器へ出力し前記増幅器のゲインを制御する自動利得制御部とを有し、
前記MEMS共振器の動作温度に基づいて、前記MEMS共振器のピークゲインが前記動作温度の高低に依らず所定値になるように、前記MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を前記電圧制御部により制御し、
前記電圧制御部は、前記振幅制御信号をモニタリングすることにより、前記MEMS共振器の動作温度を導出する、MEMS発振器。 - MEMS共振器と増幅器とを含んだ帰還型発振回路と、
前記MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と、
前記増幅器からの出力を受け、該出力のレベルに基づいて前記増幅器からの出力のレベルが所定レベルになるように前記増幅器のゲインを増減させる振幅制御信号を前記増幅器へ出力し前記増幅器のゲインを制御する自動利得制御部とを有し、
前記MEMS共振器の動作温度に基づいて、前記MEMS共振器のピークゲインが前記動作温度の高低に依らず所定値になるように、前記MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を前記電圧制御部により制御し、
前記MEMS共振器の動作温度を計測し計測結果を出力する温度センサとを有し、
前記電圧制御部は、前記温度センサが出力する前記動作温度の計測結果を入力し、当該計測結果を前記MEMS共振器の動作温度として用いる、MEMS発振器。 - 前記MEMS共振器の動作温度に基づいて、前記MEMS共振器のピークゲインが前記動作温度の高低に寄らず所定値になるように、前記MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を前記電圧制御部により制御するか、前記自動利得制御部により制御するかのいずれかにより制御する、請求項1または2に記載のMEMS発振器。
- 前記電圧制御部は、前記MEMS共振器の動作温度が所定の温度よりも高い場合には、前記MEMS共振器のピークゲインが前記動作温度の高低に依らず所定値になるように前記MEMS共振器の振動子に印加するバイアス電圧を制御し、
前記電圧制御部は、前記MEMS共振器の動作温度が前記所定の温度よりも低い場合には、前記動作温度の高低に依らず前記バイアス電圧が一定値になるように前記バイアス電圧を制御しつつ、前記帰還される信号のレベルが前記動作温度の高低に依らず前記所定レベルになるように前記自動利得制御部を制御する、請求項3に記載のMEMS発振器。 - 前記電圧制御部は、
前記MEMS共振器の動作温度が所定の温度よりも高い場合には、前記帰還される信号のレベルを前記所定の温度の時の信号レベルと同じ値になるようにし、かつ前記バイアス電圧を前記所定の温度の時のバイアス電圧より増加させる制御を行い、
前記MEMS共振器の動作温度が所定の温度よりも低い場合には、前記バイアス電圧を前記所定の温度の時のバイアス電圧と同じ値になるようにし、かつ前記帰還される信号のレベルを前記所定の温度の時の信号レベルより下げる制御を行う、請求項4に記載のMEMS発振器。 - さらに前記増幅器の出力を受け、出力信号を出力するPLL周波数シンセサイザ部と、
前記PLL周波数シンセサイザ部のフィードバックに配されたプログラマブル分周器の分周比を前記MEMS共振器の動作温度および前記MEMS共振器の振動子に印加されるバイアス電圧に基づいて制御する分周比制御部と、を有し、
前記分周比制御部は、前記出力信号が前記動作温度および前記バイアス電圧の高低に依らず所定の周波数を有するように、前記プログラマブル分周器の分周比を制御する、請求項1〜5のいずれか1つに記載のMEMS発振器。
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