JP5552413B2 - デュアルモード発振器 - Google Patents

Description

本発明は、２種類の異なる周波数を発振出力するデュアルモード発振器に係り、特に、２種類の周波数以外に時計用信号の周波数も出力できるデュアルモード発振器に関する。

［従来の技術］
従来、時計用信号（３２．７６８ｋＨｚ）を出力するために、特有な音叉型水晶振動子を用いていた。
音叉型水晶振動子は、振動子寸法が大きく、また、環境温度変化による周波数変動が大きい。

通常、短冊状の水晶振動子にて周波数の低い時計信号（３２．７６８ｋＨｚ）を得るには、分周方法が取られているが、整数分周では特定の振動子（３２．７６８ｋＨｚの整数倍の周波数ｆを持つもの）しか使用できない。

少数分周を用いた場合、任意の周波数の振動子から時計信号を得るには、複雑な分周回路と分周を設定するための多数のメモリが必要になる。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００６−３４５００９号公報「周波数逓倍器、信号発生器及び送受信回路」（三菱電機株式会社）［特許文献１］、特開２００９−１３０５４４号公報「クロック信号発生回路」（パナソニック株式会社）［特許文献２］、実開平０５−０５９９８１号公報「無線送信機」（株式会社ケンウッド）［特許文献３］がある。

特許文献１には、分配器で入力信号を分配し、一方を特定の帯域を通過させ、他方を低域通過させて、乗算して帯域通過させることが示されている。
特許文献２には、ＰＬＬ回路１３０で基準クロック信号をＮ１逓倍し、分周回路１４０で１／Ｎ分周し、ＰＬＬ回路１５０でＮ２逓倍することが示されている。
特許文献３には、局部発振周波数を分周し、変調してミキサーで局部発振周波数と混合してバンドパスフィルターで帯域通過させることが示されている。

特開２００６−３４５００９号公報 特開２００９−１３０５４４号公報 実開平０５−０５９９８１号公報

しかしながら、従来の発振器では、２種類の周波数を発振させつつ、同時に時計信号も出力可能な構成を簡易に実現できるものとはなっていないという問題点があった。

また、特許文献１〜３では、２種類の周波数を発振させつつ、時計信号も同時に発振できる簡易な構成とはなっていないものである。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、２種類の周波数を発振出力させつつ、同時に時計信号も出力できるデュアルモード発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基本波とｎ倍波の異なる周波数を発振出力するデュアルモード発振器であって、１つの水晶振動子、当該水晶振動子の基本波を発振させる基本波発振器、当該水晶振動子のｎ倍波を発振させるｎ倍波発振器を備える水晶発振部と、ｎ倍波の周波数を分岐して入力し、１／ｎに分周する１／ｎ分周器と、基本波の周波数を分岐して入力し、１／ｎ分周器からの出力を入力して乗算するミキサーと、ミキサーからの出力について低域の周波数を通過させる低域通過フィルターとを有することを特徴とする。

本発明は、上記デュアルモード発振器において、水晶発振部の水晶振動子に形成される電極を付加する又は削る加工を可能としたことを特徴とする。

本発明は、上記デュアルモード発振器において、水晶発振部のｎ倍波発振器は、３倍の周波数を発振する３倍波発振器であり、１／ｎ分周器は、１／３に分周する１／３分周器であることを特徴とする。

本発明は、上記デュアルモード発振器において、水晶発振部のｎ倍波発振器は、５倍の周波数を発振する５倍波発振器であり、１／ｎ分周器は、１／５に分周する１／５分周器であることを特徴とする。

本発明によれば、基本波とｎ倍波の異なる周波数を発振出力するデュアルモード発振器であって、１つの水晶振動子、当該水晶振動子の基本波を発振させる基本波発振器、当該水晶振動子のｎ倍波を発振させるｎ倍波発振器を備える水晶発振部と、ｎ倍波の周波数を分岐して入力し、１／ｎに分周する１／ｎ分周器と、基本波の周波数を分岐して入力し、１／ｎ分周器からの出力を入力して乗算するミキサーと、ミキサーからの出力について低域の周波数を通過させる低域通過フィルターとを有するものとしているので、２種類の周波数を発振出力させつつ、同時に時計信号も出力できる構成を簡易に実現できる効果がある。

本発明によれば、水晶発振部の水晶振動子に形成される電極をけずり加工可能とした上記デュアルモード発振器としているので、電極をけずることで時計信号の周波数を調整できる効果がある。

本発明の実施の形態に係るデュアルモード発振器の構成図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係るデュアルモード発振器は、１つの水晶振動子から基本波信号とｎ倍波信号を発振する水晶発振部と、ｎ倍波信号を１／ｎに分周する分周器と、分周器からの出力と基本波信号を乗算するミキサーと、ミキサーからの出力について低帯域を通過させるローパスフィルターとを備え、ローパスフィルターからの出力が時計用信号になるよう水晶振動子の電極の寸法を調整したものであり、基本波及びｎ倍波の信号を発振出力すると共に、同時に時計用信号も発振出力できるものである。

［デュアルモード発振器：図１］
本発明の実施の形態に係るデュアルモード発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るデュアルモード発振器の構成図である。
本発明の実施の形態に係るデュアルモード発振器（本発振器）は、図１に示すように、水晶振動部１と、１／３分周器２と、ミキサー３と、低域通過フィルター４とを基本的に有している。

図１では、水晶振動部１が基本波と３倍波を同時に発振するため、１／３分周器を用いているが、水晶振動部１が基本波と５倍波を同時に発振するものであれば、１／５分周器を用い、水晶振動部１が基本波とｎ倍波を同時に発振するものであれば、１／ｎ分周器を用いるものとなる。

［各部］
本発振器の各部について具体的に説明する。
［水晶振動部１］
水晶振動部１は、水晶振動子１１と、基本波発振器１２と、３倍波発振器１３とを備え、基本波信号ｆ₁と３倍波信号ｆ₃を同時に発振出力する。
水晶振動子１１は、振動出力を基本波発振器１２及び３倍波発振器１３に出力する。
基本波発振器１２は、水晶振動子１１の基本波を発振させ、基本波信号ｆ₁の周波数を発振出力する。
３倍波発振器１３は、水晶振動子１１の３倍波を発振させ、３倍波信号ｆ₃の周波数を発振出力する。
水晶振動部１から基本波信号ｆ₁の周波数と３倍波信号ｆ₃の周波数が出力されると共に、各周波数は分岐して、基本波信号ｆ₁の周波数はミキサー３に、３倍波信号ｆ₃の周波数は１／３分周器２に出力される。

［１／３分周器２］
１／３分周器２は、水晶振動部１から３倍波信号ｆ₃を入力し、１／３に分周して、ミキサー３に出力する。

［ミキサー３］
ミキサー３は、水晶振動部１から基本波信号ｆ₁を入力し、１／３分周器２から１／３分周された３倍波信号ｆ₃（ｆ₃／３）を入力し、両信号を乗算してローパスフィルター４に出力する。
具体的には、ミキサー３における乗算により、高い周波数ｆ_H、すなわち（ｆ₁＋ｆ₃／３）と低い周波数ｆ_L、すなわち｜ｆ₁−ｆ₃／３｜の２つの周波数成分が出力される。

［低域通過フィルター４］
低域通過フィルター（ＬＰＦ：Low Pass Filter）４は、ミキサー３から出力された２つの周波数成分の内、低い周波数ｆ_Lの｜ｆ₁−ｆ₃／３｜の成分（低帯域成分）のみを通過させる。

［本発振器の動作］
本発振器は、水晶振動部１から基本波信号ｆ₁と３倍波信号ｆ₃を発振させ、１／３分周器２で３倍波信号ｆ₃を１／３に分周する。
分周された１／３・ｆ₃と基本波信号ｆ₁をミキサー３に入力させ、ミキサー３から出力される２つの周波数ｆ_H、ｆ_LをＬＰＦ４に出力させる。
ＬＰＦ４は、ｆ_L、つまり、｜ｆ₁−ｆ₃／３｜の成分を通過させて出力する。

［動作原理］
ここで、本発振器における動作原理について説明する。
低い周波数ｆ_Lは、水晶振動子の基本波と３倍波の３分の１との差であるが、形成される水晶振動子の電極の形状寸法によって、通常、±数百ｋＨｚの範囲内で発生する。

そこで、水晶振動子１１の励振電極の電極寸法を下記の式を満足させるように設計しておけば、３２．７６８ｋＨｚの時計信号を得ることができる。
ｆ_L＝｜ｆ₁−ｆ₃／３｜＝３２．７６８ｋＨｚ

但し、設計段階で、精密に寸法を設計したとしても、製造段階で誤差が生じる可能性があるので、予め３２．７６８ｋＨｚを少し越えるか下回る値に設計しておき、製造された本発振器の時計信号を測定しながら、水晶振動子１１の電極について厚み又は幅、若しくはその両方を付加するか削るかにて３２．７６８ｋＨｚとなるよう調整する。

通常の水晶発振（ＭＨｚ）は、周波数ｆ₁又はｆ₃を使用しつつ、同時に時計用３２．７６８ｋＨｚを出力する水晶発振器を実現することができる。

［実施の形態の効果］
本発振器によれば、１つの水晶振動子１１から基本波信号とｎ倍波信号を出力しつつ、ｎ倍波信号を１／ｎ分周して基本波とミキサー３でミキシングし、低帯域の周波数（ｆ_L＝｜ｆ₁−ｆ₃／３｜）をＬＰＦ４で通過させて、時計用３２．７６８ｋＨｚの信号を簡易な構成で得ることができる効果がある。

また、本発振器は、水晶振動子１１の電極を付加するか削るかによって、時計用３２．７６８ｋＨｚの信号に容易に調整できる効果がある。

本発明は、２種類の周波数を発振出力させつつ、同時に時計信号も出力できるデュアルモード発振器に好適である。

１...水晶発振部、 ２...１／３分周器、 ３...ミキサー、 ４...ローパスフィルター、 １１...水晶振動子、 １２...基本波発振器、 １３...３倍波発振器

Claims (4)

1. 基本波とｎ倍波の異なる周波数を発振出力するデュアルモード発振器であって、
   １つの水晶振動子、前記水晶振動子の基本波を発振させる基本波発振器、前記水晶振動子のｎ倍波を発振させるｎ倍波発振器を備える水晶発振部と、
   前記ｎ倍波の周波数を分岐して入力し、１／ｎに分周する１／ｎ分周器と、
   前記基本波の周波数を分岐して入力し、前記１／ｎ分周器からの出力を入力して乗算するミキサーと、
   前記ミキサーからの出力について低域の周波数を通過させる低域通過フィルターとを有することを特徴とするデュアルモード発振器。
2. 水晶発振部の水晶振動子に形成される電極を付加する又は削る加工を可能としたことを特徴とする請求項１記載のデュアルモード発振器。
3. 水晶発振部のｎ倍波発振器は、３倍の周波数を発振する３倍波発振器であり、
   １／ｎ分周器は、１／３に分周する１／３分周器であることを特徴とする請求項１又は２記載のデュアルモード発振器。
4. 水晶発振部のｎ倍波発振器は、５倍の周波数を発振する５倍波発振器であり、
   １／ｎ分周器は、１／５に分周する１／５分周器であることを特徴とする請求項１又は２記載のデュアルモード発振器。

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