JP5732322B2 - 発振回路 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子などの電気機械振動子を用いた発振回路に関し、特に小型化に好適な発振回路に関する。

近年、発振機能を内蔵した半導体集積回路では、水晶振動子などの電気機械振動子を用いた発振部の動作を安定化させたり、消費電流を低減させるため、発振部の電源電圧とその後段の回路部の電源電圧が異なる構成とする場合が増えている。

一例として特許文献１（図４参照）には、この種の発振回路が開示されている。図３に特許文献１に開示されている従来の発振回路を示す。図３に示すように、水晶振動子２１、その水晶振動子２１と並列に接続され、水晶振動子２１の発振を増幅する発振増幅器２２、その発振を安定化させる抵抗素子２３およびコンデンサ２４、２５とにより発振部２が構成されている。ここで発振増幅器２２は、電源電圧Ｖｄｄよりも低い電圧の定電圧源ＬＤＯ１により駆動されている。このように構成することで、発振部２を低電圧で動作させ、消費電流を減らすとともに、電源電圧の変動による周波数変動を少なくしている。

発振部２の出力側には、結合コンデンサ３が接続されている。この結合コンデンサ３は、電源電圧より低い電圧の振幅で発振している波形を電源電圧まで引き上げるレベルシフタとして動作している。

結合コンデンサ３の出力側には、バイアス点を定めるインバータ回路４１と抵抗素子４２で構成されたバイアス決定回路４が接続されており、抵抗素子４２とインバータ回路４１の自己バイアスにより、結合コンデンサ３から出力される波形のバイアス点が決定される。そして、このバイアス決定回路４の出力に波形整形回路５が接続され、波形を方形波に整形し、電源電圧で振幅する信号が出力される構成となっている。

このように、発振部２の電源電圧と、その後段の回路部の電源電圧とが異なる構成となっている発振回路では、発振部２の発振増幅器２２からみて、結合コンデンサ３は、発振部２の周波数条件とは無関係とする必要があり、ａ点のインピーダンスは、発振周波数に対して十分高いインピーダンスに設定される。このため、抵抗素子４２は高抵抗に設定され、波形整形回路５のバイアス点の決定のみに用いられることになる。

特開２００８−２９４９０４号公報

従来の発振回路では、発振部の出力側には、発振を安定化させるためのコンデンサ２５と、レベルシフタとして機能する結合コンデンサ３が接続されており、それぞれ独立に機能する構成となっている。一般的に、コンデンサを半導体集積回路上に形成する場合、占有面積が大きくなる。そのため、図３に示すように２つのコンデンサを備える構成とすることは、発振回路の小型化の妨げとなっていた。

本発明は、上記実状に鑑み、専有面積の大きいコンデンサを削減することができる発振回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、電気機械振動子と、該電気機械振動子に並列に接続した発振増幅器と、前記電気機械振動子の負荷容量を構成する負荷コンデンサとを備えた発振部と、該発振部に一端を接続し、所定の電圧レベルにレベルシフトする結合コンデンサとを備え、該結合コンデンサの他端側から信号を出力する構成とした発振回路において、一端を前記電気機械振動子および前記発振増幅器に接続し、他端を交流接地電位に接続し、前記負荷コンデンサおよび前記結合コンデンサとして機能するコンデンサを備え、該コンデンサの他端側から信号を出力することを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の発振回路において、前記コンデンサの他端を、反転増幅器の反転入力に接続し、該反転増幅器の出力と前記反転入力の間に帰還抵抗を接続し、該帰還抵抗の抵抗値を調整することで、前記コンデンサの他端を交流接地電位とすることを特徴とする。

本発明によれば、発振部の出力側には、発振を安定化させる機能と、レベルシフト機能とを、１つのコンデンサで実現することができるので、コンデンサの数を削減することが可能となる。特に発振回路を半導体集積回路で構成した場合、コンデンサの数を削減することは、コンデンサが占有していた面積を削減することが可能となり、好適である。

本発明の第１の実施例の発振回路の説明図である。 本発明の第２の実施例の発振回路の説明図である。 従来の発振回路の説明図である。

本発明は、発振部と後段に接続される発振信号を取り出すための回路との間に、コンデンサを接続するとともに、コンデンサと後段に接続される回路との接続点が交流接地点となるように構成している。このように構成することで、発振を安定化させるためのコンデンサと、レベルシフトのためのコンデンサを１個のコンデンサで兼用することが可能となる。以下、具体的な回路構成について説明する。

図１に本発明の第１の実施例の発振回路を示す。図１に示すように、本実施例の発振回路は、発振増幅器１２の入出力間に、水晶振動子１１と抵抗素子１３とが、それぞれ並列に接続され、発振増幅器１２の入力側と接地電位との間にコンデンサ１４が接続した構成となっている点は、従来例で説明した発振回路と同様である。一方、発振増幅器１２の出力側には、接地電圧との間にコンデンサを備えていない点で、従来例で説明した発振回路と相違している。この発振部は、電源電圧Ｖｄｄよりも低い電圧の定電圧源（図示しない）により駆動されている。発振部を低電圧で動作させることにより、消費電流を減らすとともに、電源電圧の変動による周波数動作を少なくしている。

発振部の出力側には、コンデンサ１５の一端が接続されている。一方コンデンサ１５の他端側は、反転増幅器１６の反転入力に接続され、この反転入力と反転増幅器１６の出力との間を、抵抗素子１７で接続することで、発振時には、コンデンサ１５に流れる交流電流を電圧信号として出力する構成としている。

ここで、抵抗素子１７の抵抗値を、反転増幅器１６の出力が飽和しないように設定することで、図１に示すｂ点を、発振周波数において交流接地点とすることができる。

その結果、発振時には、コンデンサ１５に発振周波数に伴う交流電流が流れることになる。この交流電流は、コンデンサ１５で接続した後段の反転増幅回路１７により、電流電圧変換され、電圧信号として発振信号が取り出されることになる。

一方発振部からみると、コンデンサ１５は、発振のためのコンデンサとして交流接地されているように見えるので、従来例で説明したコンデンサ２５に相当するコンデンサをなくすことが可能となっている。

このように本実施例によれば、占有面積の大きいコンデンサの数を削減することができ、半導体集積回路で構成する場合に好適となる。

次に、本発明の第２の実施例の発振回路について説明する。図２に示すように、本実施例の発振回路は、発振増幅器１２の入出力間に、水晶振動素子１１と抵抗素子１３とが、それぞれ並列に接続され、発振増幅器１２の出力側と接地電位との間にコンデンサ１が接続した構成となっている。一方、発振増幅器１２の入力側に、接地電位との間にコンデンサを設けていない構成となっている。この発振部は、電源電圧Ｖｄｄよりも低い電圧の定電圧源（図示しない）により駆動されている。発振部を低電圧で動作させることにより、消費電流を減らすとともに、電源電圧の変動による周波数動作を少なくしている。

発振部の入力側には、コンデンサ１４の一端が接続されている。一方コンデンサの１４の他端側は、反転増幅器１６の反転入力に接続され、この反転入力と反転増幅器１６の出力との間を、抵抗素子１７で接続されることで、発振時には、コンデンサ１４に流れる交流電流を電圧信号として出力する構成としている。

ここで、抵抗素子１７の抵抗値を、反転増幅器１６の出力が飽和しないように設定することで、図２に示すｃ点は、発振周波数において交流接地点とすることができる。

その結果、発振時には、コンデンサ１４に発振周波数に伴う交流電流が流れることになる。この交流電流は、コンデンサ１４で接続した後段の反転増幅回路１７により、電流電圧変換され、電圧信号として発振信号が取り出されることになる。

一方発振部からみると、コンデンサ１４は、発振のためのコンデンサとして交流設定されているように見えるので、従来例で説明したコンデンサ２４に相当するコンデンサをなくすことが可能となる。

このように本実施例においても、占有面積の大きいコンデンサの数を削減することができ、半導体集積回路で構成する場合に好適である。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、例えば、水晶振動子の他、圧電振動子、ＳＡＷデバイス、ＭＥＭＳ振動子等の電気機械振動子を用いることができる。

また、本発明の発振回路は、発振部が電源電圧Ｖｄｄよりも低い電圧の定電圧源により駆動されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、発振部が電源電圧Ｖｄｄで駆動する構成としている場合でも、発振部と後段の増幅器のそれぞれの回路設定によっては、直流的なバイアス電圧が異なり、レベルシフトが必要となる場合がある。このような場合にも、本発明を採用することは、コンデンサの数を減らすことができ、好適である。

１１：水晶振動子、１２：発振増幅器、１３：抵抗素子、１４：コンデンサ、１５：コンデンサ、１６：反転増幅器、１７：抵抗素子

Claims (2)

1. 電気機械振動子と、該電気機械振動子に並列に接続した発振増幅器と、前記電気機械振動子の負荷容量を構成する負荷コンデンサとを備えた発振部と、該発振部に一端を接続し、所定の電圧レベルにレベルシフトする結合コンデンサとを備え、該結合コンデンサの他端側から信号を出力する構成とした発振回路において、
   一端を前記電気機械振動子および前記発振増幅器に接続し、他端を交流接地電位に接続し、前記負荷コンデンサおよび前記結合コンデンサとして機能するコンデンサを備え、該コンデンサの他端側から信号を出力することを特徴とする発振回路。
2. 請求項１記載の発振回路において、
   前記コンデンサの他端を、反転増幅器の反転入力に接続し、該反転増幅器の出力と前記反転入力の間に帰還抵抗を接続し、該帰還抵抗の抵抗値を調整することで、前記コンデンサの他端を交流接地電位とすることを特徴とする発振回路。

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