JP6401921B2 - 反共振回路及び発振器 - Google Patents

Description

本発明は、反共振回路、及び当該反共振回路を備える発振器に関する。

従来、反共振周波数が異なる複数の水晶振動子を用いることにより、単一の水晶振動子で調整可能な周波数範囲よりも広い周波数範囲で、反共振周波数を調整できる反共振回路が知られている。

図１１は、非特許文献１に開示されている従来の反共振回路４００の構成例を示す。図１１において、反共振回路４００は、交流信号源３１に接続された抵抗３２と負荷抵抗３３とに接続されている。

反共振回路４００は、抵抗３２と負荷抵抗３３との間における異なる経路に接続された水晶振動子１５及び水晶振動子２５を備える。水晶振動子１５が接続された第１の経路には、減衰器１１、移相器１２、インダクタ１３及びキャパシタ１４が直列に設けられている。水晶振動子１５は、インダクタ１３とキャパシタ１４との接続点とグランドとの間に接続されている。同様に、水晶振動子２５が接続された第２の経路には、減衰器２１、移相器２２、インダクタ２３及びキャパシタ２４が直列に設けられている水晶振動子２５は、インダクタ２３とキャパシタ２４との接続点とグランドとの間に接続されている。

水晶振動子１５が、互いに直列に接続されたインダクタ１３とキャパシタ１４との接続点とグランドとの間に設けられていることにより、キャパシタ１４によって水晶振動子１５の並列等価容量が打ち消されて、水晶振動子１５、減衰器１１及びキャパシタ１４は、水晶振動子１５の反共振周波数で共振する第１の反共振回路を構成する。
同様に、水晶振動子２５が、互いに直列に接続されたインダクタ２３とキャパシタ２４との接続点とグランドとの間に設けられていることにより、キャパシタ２４によって水晶振動子２５の並列等価容量が打ち消されて、水晶振動子２５、インダクタ２３及びキャパシタ２４は、水晶振動子２５の反共振周波数で共振する第２の反共振回路を構成する。

水晶振動子１５及び水晶振動子２５は、それぞれ異なる反共振周波数を有している。水晶振動子１５及び水晶振動子２５が、キャパシタ１４及びキャパシタ２４を介して互いに接続されることにより、反共振回路４００は水晶振動子１５の反共振周波数と水晶振動子２５の反共振周波数との間の周波数において共振する。

減衰器１１及び減衰器２１の減衰率を変化させることにより、反共振回路４００の反共振周波数が変化する。また、移相器１２で位相を調整することにより、第１の反共振回路のＱ値を変化させることができ、移相器２２で位相を調整することにより、第２の反共振回路のＱ値を変化させることができる。この反共振回路４００を、利得を持つ増幅器の負帰還パスに適用することにより、周波数とＱ値が可変の発振回路を構成することができる。

シャシカ シャミンダ セーナーナーヤカ、足立武彦他「デュアル−Ｔ型水晶共振回路における高いＱ値の実現（Realization of Ultra-High Quality Factor of Dual-T Quartz Crystal Resonator Circuit）」、ＩＥＥＥ超音波シンポジウム、２０１２年１０月７日

従来の反共振回路４００においては、移相器１２及び移相器２２により位相を変化させることで、Ｑ値を調整することができた。しかしながら、移相器１２及び移相器２２は、ディスクリート部品により構成されるので、回路規模が大きくなるという問題があった。特に、反共振回路４００を集積回路により実現した場合であっても、移相器１２及び移相器２２を集積回路に入れることができないため、反共振回路４００を小型化することが困難であった。

そこで、本発明は、Ｑ値を調整できる反共振回路及び発振器の小型化を実現することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る反共振回路は、互いに並列に接続された第１反共振回路及び第２反共振回路を備え、前記第１反共振回路は、入力端子から入力される入力信号を減衰する第１減衰器と、前記第１減衰器と直列に接続された第１インダクタと、前記第１インダクタと直列に接続された第１キャパシタと、前記第１インダクタ及び前記第１キャパシタの接続点とグランドとの間に接続された第１振動部と、を有し、前記第２反共振回路は、前記入力信号を減衰する第２減衰器と、前記第２減衰器と直列に接続された第２インダクタと、前記第２インダクタと直列に接続された第２キャパシタと、前記第２インダクタ及び前記第２キャパシタの接続点とグランドとの間に接続された第２振動部と、を有し、前記第１反共振回路と前記第２反共振回路との間に、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタと直列に設けられた第１抵抗と、前記第１抵抗と前記第１キャパシタとの接続点に設けられた出力端子と、をさらに備える。

上記の反共振回路において、前記第２反共振回路の共振周波数は、前記第１反共振回路の共振周波数よりも高い。また、上記の反共振回路は、前記第１抵抗と前記第１キャパシタとの間に設けられた第２抵抗をさらに備えてもよい。この場合、前記第１抵抗の抵抗値が、前記第２抵抗の抵抗値よりも大きい。

また、上記の反共振回路は、前記第２振動部が、第３キャパシタと、前記第３キャパシタと並列に接続され、互いに直列に接続された第３抵抗、第３インダクタ及び第４キャパシタとを有してもよい。

本発明の第２の態様に係る発振器は、上記の反共振回路と、前記反共振回路の入力端子と出力端子との間に接続された増幅回路と、を備える。

本発明によれば、Ｑ値を調整できる反共振回路及び発振器を小型化できるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る反共振回路の構成を示す図である。 第１反共振回路の周波数特性、第２反共振回路の周波数特性、及び反共振回路１００の周波数特性を示す図である。 反共振回路の周波数特性を示す図である。 発振器の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る反共振回路の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る反共振回路の構成を示す図である。 減衰量及び位相の周波数特性を示す図（その１）である。 減衰量及び位相の周波数特性を示す図（その２）である。 減衰量及び位相の周波数特性を示す図（その３）である。 減衰量及び位相の周波数特性を示す図（その４）である。 従来の反共振回路の構成を示す。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る反共振回路１００の構成を示す図である。反共振回路１００は、入力端子１及び出力端子２の間で互いに並列に接続された第１反共振回路及び第２反共振回路を備える。

第１反共振回路は、減衰器１１と、インダクタ１３と、キャパシタ１４と、水晶振動子１５とを有する。減衰器１１は、入力端子１から入力される入力信号を減衰する。インダクタ１３は、減衰器１１と直列に接続されている。キャパシタ１４は、インダクタ１３と直列に接続されている。水晶振動子１５は、インダクタ１３及びキャパシタ１４の接続点とグランドとの間に接続されている。

第２反共振回路は、減衰器２１と、インダクタ２３と、キャパシタ２４と、水晶振動子２５とを有する。減衰器２１は、入力端子１から入力される入力信号を減衰する。インダクタ２３は、減衰器２１と直列に接続されている。キャパシタ２４は、インダクタ２３と直列に接続されている。水晶振動子２５は、インダクタ２３及びキャパシタ２４の接続点とグランドとの間に接続されている。

また、第１反共振回路と第２反共振回路との間に、キャパシタ１４及びキャパシタ２４と直列に設けられた抵抗４１が設けられている。出力端子２は、抵抗４１とキャパシタ１４との接続点に設けられている。抵抗４１は、反共振回路１００のＱ値を高くすることを目的として設けられている。

本実施形態においては、第２反共振回路の共振周波数が第１反共振回路の共振周波数よりも高いことを想定しており、抵抗４１は、出力端子２と、共振周波数が相対的に高い第２反共振回路との間に設けられている。共振周波数が相対的に高い第２反共振回路の側に抵抗４１が設けられていることにより、共振周波数が相対的に高い第２反共振回路が反共振回路１００の全体の周波数特性に与える影響が小さくなり、Ｑ値を高くすることができる。

図２は、第１反共振回路の周波数特性（点線）、第２反共振回路の周波数特性（破線）、及び反共振回路１００の周波数特性（実線）を示す図である。第１反共振回路の反共振周波数はｆ１、第２反共振回路の反共振周波数はｆ２、反共振回路１００の反共振周波数はｆ０である。減衰器１１及び減衰器２１の減衰量を調整することにより、反共振回路１００の反共振周波数ｆ０を、ｆ１とｆ２との間で変化させることができる。

図３は、抵抗４１の抵抗値を変化させた場合の反共振回路１００の周波数特性を示す図である。実線は、抵抗４１の抵抗値が最適な場合の周波数特性を示しており、破線は、抵抗４１の抵抗値が０である場合の周波数特性を示している。抵抗４１の抵抗値を変化させることにより反共振回路１００のＱ値が変化することがわかる。すなわち、抵抗４１の抵抗値が破線の抵抗４１の抵抗値を大きくするにつれて、第１反共振回路に、第２反共振回路のＱ値の高い信号部分だけを加えることで、Ｑ値が高くなっていく。

このように、第１の実施形態に係る反共振回路１００によれば、Ｑ値が相対的に低い反共振回路と出力端子２との間に抵抗４１が設けられていることにより、集積回路にも入れることができる簡単な回路構成で、反共振回路１００のＱ値を高めることができる。なお、抵抗４１を可変抵抗にして抵抗を変化させることにより、反共振回路１００のＱ値を調整することもできる。

図４は、図１に示した反共振回路１００を用いた発振器１０００の構成を示す図である。反共振回路１００の入力端子１と出力端子２との間に増幅回路５０を接続することにより、反共振回路１００の反共振周波数で発振する高いＱ値を持つ発振器１０００を構成することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態に係る反共振回路２００の構成を示す図である。反共振回路２００は、第１反共振回路と出力端子２との間に抵抗４２をさらに備える点で、第１の実施形態に係る反共振回路１００と異なり、他の点で同じである。

第１反共振回路の共振周波数が第２反共振回路の共振周波数よりも低い場合、抵抗４２の抵抗値は、抵抗４１の抵抗値よりも小さい。反共振回路２００は、抵抗４１及び抵抗４２を有することで、反共振回路１００よりも柔軟にＱ値を調整することができる。

＜第３の実施形態＞
図６は、第３の実施形態に係る反共振回路３００の構成を示す図である。反共振回路３００は、第２反共振回路が、水晶振動子２５の代わりに、キャパシタ２５１、並びに、キャパシタ２５１と並列に接続され、互いに直列に接続された抵抗２５２、インダクタ２５３及びキャパシタ２５４から構成された振動回路を有する点で、第１の実施形態に係る反共振回路１００と異なり、他の点で同じである。

キャパシタ２５１、抵抗２５２、インダクタ２５３及びキャパシタ２５４を含んで構成される第２反共振回路のＱ値は、水晶振動子１５を含んで構成される第１反共振回路のＱ値よりも小さい。このような構成においても、反共振回路３００が抵抗４１を備えることにより、反共振回路３００のＱ値を、第１反共振回路のＱ値よりも高くすることができる。

＜実施例＞
図１に示した回路において、抵抗４１の抵抗値を変化させて周波数特性を測定した。Ｑ値が変化する様子をわかりやすくするために、水晶振動子１５と直列に５０Ωの抵抗を挿入した。また、水晶振動子２５と直列に５０オームの抵抗を挿入した。

図７は、抵抗４１＝０Ω、抵抗４２＝０Ωの時の減衰量及び位相の周波数特性を示す図である。図８は、抵抗４１＝３００Ω、抵抗４２＝０Ωの時の減衰量及び位相の周波数特性を示す図である。図９は、抵抗４１＝５００Ω、抵抗４２＝０Ωの時の減衰量及び位相の周波数特性を示す図である。図１０は、抵抗４１＝７００Ω、抵抗４２＝０Ωの時の減衰量及び位相の周波数特性を示す図である。

抵抗４１の抵抗値が増えるにつれて、減衰量が最小値になる周波数付近において、減衰量の波形が急峻になっている。また、抵抗４１の抵抗値が増えるにつれて、位相の変化も急峻になっている。このように、抵抗４１を挿入することにより、Ｑ値を大きくすることができることを確認できた。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、上記の実施形態においては、反共振回路１００、２００、３００、４００が、２つの反共振回路を備える構成について説明したが、反共振回路１００、２００、３００、４００が３つ以上の反共振回路を備え、いずれか１つの反共振回路と出力端子との間に抵抗４１が設けられていてもよい。

１・・・入力端子、２・・・出力端子、１１・・・減衰器、１２・・・移相器、１２・・・減衰器、１３・・・インダクタ、１４・・・キャパシタ、１５・・・水晶振動子、２１・・・減衰器、２２・・・移相器、２３・・・インダクタ、２４・・・キャパシタ、２５・・・水晶振動子、３１・・・交流信号源、３２・・・抵抗、３３・・・負荷抵抗、４１・・・抵抗、４２・・・抵抗、５０・・・増幅回路、１００・・・反共振回路、２００・・・反共振回路、２５１・・・キャパシタ、２５２・・・抵抗、２５３・・・インダクタ、２５４・・・キャパシタ、３００・・・反共振回路、４００・・・反共振回路、１０００・・・発振器

Claims (5)

1. 互いに並列に接続された第１反共振回路及び第２反共振回路を備え、
   前記第１反共振回路は、
   入力端子から入力される入力信号を減衰する第１減衰器と、
   前記第１減衰器と直列に接続された第１インダクタと、
   前記第１インダクタと直列に接続された第１キャパシタと、
   前記第１インダクタ及び前記第１キャパシタの接続点とグランドとの間に接続された第１振動部と、
   を有し、
   前記第２反共振回路は、
   前記入力信号を減衰する第２減衰器と、
   前記第２減衰器と直列に接続された第２インダクタと、
   前記第２インダクタと直列に接続された第２キャパシタと、
   前記第２インダクタ及び前記第２キャパシタの接続点とグランドとの間に接続された第２振動部と、
   を有し、
   前記第１反共振回路と前記第２反共振回路との間に、前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタと直列に設けられた第１抵抗と、
   前記第１抵抗と前記第１キャパシタとの接続点に設けられた出力端子と、
   をさらに備え、
   前記第１抵抗は、前記出力端子と前記第１反共振回路の共振周波数よりも高い共振周波数を有する前記第２反共振回路とに間に設けられている、
   反共振回路。
2. 前記出力端子と前記第１キャパシタとの間に設けられた第２抵抗をさらに備える、
   請求項１に記載の反共振回路。
3. 前記第１抵抗の抵抗値が、前記第２抵抗の抵抗値よりも大きい、
   請求項２に記載の反共振回路。
4. 前記第２振動部が、第３キャパシタと、前記第３キャパシタと並列に接続され、互いに直列に接続された第３抵抗、第３インダクタ及び第４キャパシタとを有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の反共振回路。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の反共振回路と、
   前記反共振回路の入力端子と出力端子との間に接続された増幅回路と、
   を備える発振器。
   

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