JPH0326663Y2 - - Google Patents

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JPH0326663Y2
JPH0326663Y2 JP1985080575U JP8057585U JPH0326663Y2 JP H0326663 Y2 JPH0326663 Y2 JP H0326663Y2 JP 1985080575 U JP1985080575 U JP 1985080575U JP 8057585 U JP8057585 U JP 8057585U JP H0326663 Y2 JPH0326663 Y2 JP H0326663Y2
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、圧電振動子の高次モードを発振可能
とした論理ICの圧電発振回路に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a piezoelectric oscillation circuit for a logic IC that is capable of oscillating higher-order modes of a piezoelectric vibrator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

圧電振動子の中でも特に多く用いられている水
晶振動子を用いた発振回路としては、低消費電力
の利点からCMOS ICのインバーターを用いたも
のが広く使用されている。 第3図は、CMOS
発振回路の一般的な構成である。
As an oscillation circuit using a crystal resonator, which is particularly commonly used among piezoelectric resonators, those using a CMOS IC inverter are widely used because of their low power consumption. Figure 3 shows CMOS
This is a general configuration of an oscillation circuit.

CMOS ICのインバーター11に直流帰還抵抗
12を接続することにより増幅器を成し、また水
晶振動子13と負荷コンデンサー34,15で交
流信号の帰還回路を成し、全体として水晶発振回
路を構成している。なお、インバーター16はバ
ツフアーであり波形の成形も兼ねている。
An amplifier is formed by connecting a DC feedback resistor 12 to an inverter 11 of the CMOS IC, and an AC signal feedback circuit is formed by a crystal oscillator 13 and load capacitors 34 and 15, and a crystal oscillation circuit is formed as a whole. There is. Note that the inverter 16 is a buffer and also serves as a waveform generator.

そして、水晶振動子13はAT板の厚みすべり
振動を利用するものが一般的であるが、これには
基本波の他に奇数次の高次モードの振動が存在し
ている。しかし、第3図の発振回路は、帰還回路
が低域通過のフイルターであるため最も周波数の
低い基本波で発振する。
The crystal resonator 13 generally utilizes the thickness shear vibration of an AT plate, which includes odd-order higher-order mode vibrations in addition to the fundamental wave. However, the oscillation circuit shown in FIG. 3 oscillates at the lowest frequency fundamental wave because the feedback circuit is a low-pass filter.

一方、この水晶発振回路を電卓やウオツチに使
用する場合は、動作速度を高速にする必要はそれ
ほどないが、マイコン等に使用する場合は動作速
度の速いものが望まれる。それには発振周波数を
高くする必要がある。しかし、水晶発振子の基本
波周波数を高くするには、厚みを薄くする必要か
ら加工上に限度があり、水晶発振子の高次モード
の振動を利用できれば便利である。しかしなが
ら、このCMOS ICの圧電発振回路で高次モード
を発振させるには、L,C等で共振回路を設ける
必要があり、部品点数が増え、小型化の際に不都
合である。
On the other hand, when this crystal oscillation circuit is used in a calculator or a watch, it is not necessary to increase the operating speed so much, but when used in a microcomputer, etc., a fast operating speed is desired. This requires increasing the oscillation frequency. However, in order to raise the fundamental frequency of a crystal oscillator, there is a limit in processing due to the need to reduce the thickness, and it would be convenient if the higher-order mode vibration of the crystal oscillator could be utilized. However, in order to oscillate a higher-order mode with the piezoelectric oscillation circuit of this CMOS IC, it is necessary to provide a resonant circuit with L, C, etc., which increases the number of parts and is inconvenient when downsizing.

〔考案が解決しようとする問題点〕 本考案は、論理ICのインバーターを用い、圧
電振動子を高次モードで発振可能とさせた圧電発
振回路を提供するものである。
[Problems to be solved by the invention] The present invention provides a piezoelectric oscillation circuit that uses a logic IC inverter and enables a piezoelectric vibrator to oscillate in a higher order mode.

〔本考案の構成〕[Structure of the present invention]

本考案の目的を達成するため、本考案では論理
ICによつて圧電振動子を高次モードで発振させ
る圧電発振回路において、該論理ICの入力と接
地間および/または出力と接地間に該圧電振動子
よりも電気機械結合係数の大きな高結合振動子を
接続した構成の圧電発振回路である。
In order to achieve the purpose of this invention, this invention uses logic.
In a piezoelectric oscillator circuit that oscillates a piezoelectric vibrator in a high-order mode using an IC, there is a high coupling vibration between the input and ground and/or output and ground of the logic IC with a larger electromechanical coupling coefficient than that of the piezoelectric vibrator. This is a piezoelectric oscillator circuit with a configuration in which two terminals are connected.

〔作用及び実施例〕[Function and Examples]

第1図aは、本考案の実施例を示す水晶発振回
路である。これは、第3図の論理ICとして
CMOS ICの発振回路において、インバーター1
1の入力と接地間にある負荷コンデンサー34
を、水晶振動子13よりも電気機械結合係数の大
きな高結合振動子14に置き換えたものである。
高結合振動子14としては、ニオブ酸リチウム、
タンタル酸リチウム、圧電セラミツク等の材質か
ら作られた振動子で、電気機械結合係数が大きい
ため圧電効果が大きい。
FIG. 1a shows a crystal oscillation circuit showing an embodiment of the present invention. This is the logic IC in Figure 3.
In the oscillation circuit of CMOS IC, inverter 1
Load capacitor 34 between the input of 1 and ground
is replaced with a high-coupling resonator 14 having a larger electromechanical coupling coefficient than the crystal resonator 13.
As the high-coupling resonator 14, lithium niobate,
A vibrator made from materials such as lithium tantalate or piezoelectric ceramic, and has a large electromechanical coupling coefficient, so it has a large piezoelectric effect.

第1図bは、水晶振動子13と高結合振動子1
4の周波数特性を示したもので水晶振動子13の
基本波周波数f0、3次の共振周波数が3f0である。
一方、高結合振動子14も同様に基本波周波数
f1、3次の共振周波数が3f1である。なお、水晶
振動子13と高結合振動子14の基本波の周波数
は、概略合わされている。
FIG. 1b shows the crystal oscillator 13 and the high-coupling oscillator 1.
4, the fundamental wave frequency of the crystal resonator 13 is f 0 and the third-order resonance frequency is 3f 0 .
On the other hand, the high coupling oscillator 14 also has a fundamental frequency
f 1 , and the third-order resonance frequency is 3f 1 . Note that the frequencies of the fundamental waves of the crystal resonator 13 and the high-coupling resonator 14 are approximately matched.

水晶振動子は、圧電セラミツクやタンタル酸リ
チウム等の振動子に比べQが高く、電気機械結合
係数は低い。これら振動子に励振電極を施し、さ
らに周波数調整のため電極を厚くすると圧電反作
用により周波数が低下する。これは特に結合係数
の大きな振動子の方が結合係数の低い振動子より
も顕著に表れる。そして高次モード振動よりも基
本波の方が影響が大きく共振次数の2乗に反比例
して低下する。高結合振動子の電極に負荷を加え
ていくと高次モード振動周波数の低下は少ない
が、基本波では周波数が多く低下し、第1図bの
ように水晶振動子の基本波f0とオーバートーンの
周波数3f0の周波数差(3f0−f0)よりも圧電セラ
ミツク等高結合振動子の基本波f1とオーバートー
ンの周波数3f1の周波数差(3f1−f1)の方が広く
なる。すなわち水晶振動子と高結合振動子との基
本波周波数を一致させておくと、高次モードの共
振周波数は、水晶振動子よりも高結合振動子の方
が高くなる。これを本考案の発振回路に利用する
と、基本波は高次結合振動子を通じて接地され、
高次モード振動のみが発振し、高次モードでは周
波数が異なつているため影響しない。また、水晶
振動子ではQが高いため、基本波において共振点
と反共振点の間隔は狭いが、圧電セラミツク等高
結合振動子ではQが低く基本波の共振点と反共振
点が広く、フイルタとして高結合振動子を考えた
時に高結合振動子の共振点と反共振点の間に水晶
振動子の基本波周波数を一致させればよいが、前
述のように高結合振動子では共振点と反共振点が
広いため周波数が合わせ易い。
A crystal resonator has a higher Q and a lower electromechanical coupling coefficient than resonators made of piezoelectric ceramics, lithium tantalate, or the like. When these vibrators are provided with excitation electrodes and the electrodes are made thicker for frequency adjustment, the frequency decreases due to piezoelectric reaction. This is particularly noticeable in a vibrator with a large coupling coefficient than in a vibrator with a low coupling coefficient. The fundamental wave has a greater influence than the higher-order mode vibration and decreases in inverse proportion to the square of the resonance order. As a load is applied to the electrodes of the highly coupled resonator, the higher-order mode vibration frequency decreases little, but the frequency of the fundamental wave decreases a lot, and as shown in Figure 1b, it overlaps with the fundamental wave f 0 of the crystal resonator. The frequency difference between the fundamental wave f 1 of the piezoelectric ceramic contour-coupled resonator and the overtone frequency 3f 1 (3f 1 − f 1 ) is wider than the frequency difference between the tone frequency 3f 0 (3f 0 − f 0 ). Become. That is, if the fundamental wave frequencies of the crystal resonator and the high-coupling resonator are made to match, the resonance frequency of the higher-order mode will be higher in the high-coupling resonator than in the crystal resonator. When this is utilized in the oscillation circuit of the present invention, the fundamental wave is grounded through the high-order coupled oscillator,
Only higher-order mode vibrations oscillate, and higher-order modes have different frequencies, so they have no effect. In addition, a crystal resonator has a high Q, so the interval between the resonance point and anti-resonance point of the fundamental wave is narrow, but a piezoelectric ceramic equal-height coupling resonator has a low Q, and the resonance point and anti-resonance point of the fundamental wave are wide, making it difficult for filters to When considering a highly coupled resonator as Since the anti-resonance point is wide, it is easy to match the frequency.

このようにインバーター11の入力と接地間に
負荷コンデンサーの代わりに高結合振動子14を
接続したものであるから、高結合振動子14がト
ラツプとして作用し、水晶振動子13の3次の共
振周波数では単なるコンデンサーとして機能す
る。従つて水晶振動子13の基本波周波数は抑圧
され、3次の共振周波数で安定に発振する。
Since the high-coupling resonator 14 is connected between the input of the inverter 11 and the ground instead of the load capacitor, the high-coupling resonator 14 acts as a trap, and the third-order resonance frequency of the crystal resonator 13 increases. It functions simply as a capacitor. Therefore, the fundamental frequency of the crystal resonator 13 is suppressed, and it stably oscillates at the third-order resonance frequency.

第2図a,bは、他の実施例を示す発振回路図
である。第2図aは、CMOS ICの発振回路にお
いて、水晶振動子13よりも電気機械結合係数の
大きな高結合振動子14をインバーター11の出
力と接地間に設けたもので、これによつても効果
は、第1図aと同様である。また第2図bは、イ
ンバーター11の入力と接地間、出力と接地間の
両方に高結合振動子14を施したもので、これも
第1図aと同様の効果がある。
FIGS. 2a and 2b are oscillation circuit diagrams showing another embodiment. Figure 2a shows a CMOS IC oscillation circuit in which a high-coupling resonator 14 with a larger electromechanical coupling coefficient than the crystal resonator 13 is installed between the output of the inverter 11 and the ground. is similar to FIG. 1a. Furthermore, FIG. 2b shows a configuration in which high-coupling resonators 14 are provided both between the input and the ground of the inverter 11 and between the output and the ground, which also has the same effect as in FIG. 1a.

なお、本考案において、圧電振動子として水晶
振動子を取り挙げたが、電気機械結合係数の低い
方を発振子とし、高い方を共振子として用いれ
ば、どのような圧電振動子の組み合わせであつて
もよい。また論理ICとしてCMOSの例を挙げた
が、もちろんTTL等であつて良い。
In this invention, a crystal resonator is used as a piezoelectric resonator, but if the one with a lower electromechanical coupling coefficient is used as an oscillator and the one with a higher electromechanical coupling coefficient is used as a resonator, any combination of piezoelectric resonators can be used. You can. In addition, although CMOS has been given as an example of the logic IC, it is of course possible to use TTL or the like.

〔本考案の効果〕[Effects of this invention]

本考案は、論理ICを用い圧電振動子の高次モ
ードで発振する圧電発振回路で、論理ICの入力
と接地間および/または出力と接地間に圧電振動
子よりも高結合の振動子を設けたものであつて、
これにより容易に高次モードの発振を得ることが
出来、また動作速度を高速化することが出来たた
めメモリーやマイコン等にも利用することが出来
た。また、従来の高次モード発振器で用いる、イ
ンダクターやコンデンサー等の共振回路が不要と
なり、部品点数が減らせることから小型化にも寄
与した。
The present invention is a piezoelectric oscillator circuit that uses a logic IC to oscillate in a higher-order mode of a piezoelectric resonator, and a resonator with higher coupling than the piezoelectric resonator is installed between the logic IC's input and ground and/or between the output and ground. It is something that
This made it possible to easily obtain higher-order mode oscillations and increase the operating speed, making it possible to use it in memory, microcontrollers, etc. It also eliminates the need for resonant circuits such as inductors and capacitors used in conventional high-order mode oscillators, reducing the number of parts and contributing to miniaturization.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図a、第2図a,bは、本考案の論理IC
の圧電発振回路。第1図bは、発振周波数の状態
を示す図。第3図は、一般の論理ICの圧電発振
回路。 11……論理IC、13……圧電振動子、14
……高結合振動子。
Figure 1a and Figures 2a and b are logic ICs of the present invention.
piezoelectric oscillation circuit. FIG. 1b is a diagram showing the state of the oscillation frequency. Figure 3 shows the piezoelectric oscillator circuit of a general logic IC. 11...Logic IC, 13...Piezoelectric vibrator, 14
...Highly coupled oscillator.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 論理ICによつて圧電振動子を高次モードで
発振させる圧電発振回路において、該論理IC
の入力と接地間および/または出力と接地側に
該圧電振動子と基本波周波数を一致させ、かつ
該圧電振動子よりも電気機械結合係数の大きな
高結合振動子を接続したことを特徴とする圧電
発振回路。 (2) 該圧電振動子が水晶振動子であることを特徴
とする実用新案登録請求の範囲第1項記載の圧
電発振回路。
[Claims for Utility Model Registration] (1) In a piezoelectric oscillator circuit that uses a logic IC to oscillate a piezoelectric vibrator in a higher-order mode, the logic IC
A high-coupling resonator whose fundamental wave frequency matches that of the piezoelectric resonator and whose electromechanical coupling coefficient is larger than that of the piezoelectric resonator is connected between the input and ground and/or between the output and the ground side of the piezoelectric resonator. Piezoelectric oscillation circuit. (2) The piezoelectric oscillator circuit according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is a crystal vibrator.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58198904A (en) * 1982-05-17 1983-11-19 Nec Corp Unnecessary mode suppression type crystal oscillator

Patent Citations (1)

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JPS58198904A (en) * 1982-05-17 1983-11-19 Nec Corp Unnecessary mode suppression type crystal oscillator

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