JPH09214250A - 電圧制御水晶発振器 - Google Patents

電圧制御水晶発振器

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JPH09214250A
JPH09214250A JP8025899A JP2589996A JPH09214250A JP H09214250 A JPH09214250 A JP H09214250A JP 8025899 A JP8025899 A JP 8025899A JP 2589996 A JP2589996 A JP 2589996A JP H09214250 A JPH09214250 A JP H09214250A
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JP
Japan
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crystal oscillator
controlled crystal
voltage controlled
variable capacitance
capacitance diode
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Pending
Application number
JP8025899A
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English (en)
Inventor
Tsunenori Shibata
恒則 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の電圧制御水晶発振器ではECL回路には
必須の終端回路の影響により変調特性のカットオフ周波
数が低下し高周波制御電圧での使用に支障があった。本
発明は上記の課題を解決するためになされたもので変調
特性の優れた電圧制御水晶発振器を提供することを目的
とする。 【解決手段】ECLロジック・インバ−タと水晶振動
子、可変容量ダイオ−ド及び直流カット用コンデンサで
構成する電圧制御水晶発振器において、直流カット用コ
ンデンサの値を小さくし、あるいは、制御電圧印加用抵
抗の値を小さくし、又は、前記可変容量ダイオ−ドのカ
ソ−ド端子を水晶振動子側に接続して変調特性を改善す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は電圧制御水晶発振器に関
し、特に増幅器に高速に適したECLロジック(Emitte
r-coupled logic)・インバ−タを用い、従来のものと
可変容量ダイオ−ドの取り付け位置を変えあるいは、素
子定数を小さくしてローパスフィルタのカットオフ周波
数を高くして変調特性を改善した電圧制御水晶発振器の
に関する。
【0002】
【従来の技術】電圧制御水晶発振器は、その周波数可変
特性及び周波数安定度が他の発振器と比べて優れている
ので、各種の電子機器に数多く用いられている。図5
は、従来の電圧制御水晶発振器の一例を示す図で、1は
自己バイアス用の帰還抵抗Rfが並列に接続された位相
反転増幅器、X1は水晶振動子、C1およびC2はコン
デンサ、D1は可変容量コンデンサ、Rv1およびRv
2は夫々制御電圧印加用抵抗、Cpは直流カット用コン
デンサ、Rdは出力抵抗、2は後段の駆動振幅まで発振
部出力を増幅し波形整形するための位相反転増幅器であ
る。3は制御電圧印加端子および4は発振器の出力端子
を表す。ここで例えば、位相反転増幅器1、2としてC
−MOSロジック(Complementary Metal Oxide Semico
nductor)・インバ−タを用いれば、簡単に電圧制御水
晶発振器を構成することができ、変調回路やPLL回路
等に用いられている。
【0003】最近、光ディジタル通信網の普及により高
速ロジック、即ち、発振周波数が数百MHzと非常に高
い電圧制御水晶発振器が要求されるようになったが、現
用のC−MOSロジック・インバ−タでは今のところ数
十MHzと周波数的に対応できない。この解決のために
前記発振器に高周波化の手段が必要となり、図5に示す
従来のC−MOSロジック・インバ−タによる位相反転
増幅器1、2に代えて図6に示すようにECLロジック
・インバ−タを用いて高周波化に対応している。C−M
OSロジックの場合は電荷が飽和してスイッチングする
のに対しECLロジックの場合には不飽和でスイッチン
グするのでスイッチングスピードが速くなり、高周波に
適している。
【0004】図6はECLロジック・インバータを用い
た電圧制御水晶発振器を示す回路図であって、1は、E
CLロジック・インバータであり自己バイアス用の帰還
抵抗Rf1とRf2を直列に接続しその中点にバイパス
コンデンサCp2の一方の端子を接続し他方の端子を接
地したT型回路が並列接続されている。X1は水晶振動
子、C1およびC2は夫々発振用のコンデンサ、D1は
可変容量ダイオード、Rv1およびRv2は夫々制御電
圧印加用抵抗、Cp1は直流カット用コンデンサ、Rd
は出力抵抗、Re及びCp3はECL回路に必ず必要な
終端回路で、Reは終端抵抗、Cp3はバイパスコンデ
ンサである。2は発振部出力を増幅し、波形整形するた
めのECLロジック・インバータである。3は制御電圧
印加端子、4は発振器の出力端子、およびVEEは終端
電源である。
【0005】所望の周波数や用いる可変容量ダイオード
によって異なるが、定数の一例を挙げると直流カット用
コンデンサCp1に0.01μF、Rv1及びRv2に
100kΩ、C1及びC2に25pF、Rf1及びRf
2に1.5kΩ、Cp2及びCp3に0.01μF、R
dに15Ω、Reに390Ωを用いて電圧制御水晶発振
器を製作した時の変調周波数対復調レベル(以下、変調
特性と云う)を図2の曲線Aに示す。ここで変調周波数
とは電圧制御水晶発振器の制御電圧印加端子に加える周
波数であり、発振器はFM変調される。また、復調レベ
ルとは電圧制御水晶発振器の出力をFM直線検波したA
Fレベルである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電圧制御水晶発振器においては、用いるECL
回路は一般にオープンエミッタであるため、抵抗とコン
デンサからなる終端回路が必要であり、この終端回路の
影響により、電圧制御水晶発振器の変調周波数対復調レ
ベル(以下、変調特性と云う)のカットオフ周波数が低
下する。PLL回路に電圧制御水晶発振器を用いる場
合、変調特性のカットオフ周波数が低下すると周波数の
ロック時間が長くなり、最悪の場合、制御電圧の変化に
電圧制御水晶発振器の発振周波数が追従できなくなると
いう欠点があった。本発明は上記課題を解決するために
なされたものであって、ECLロジック・インバ−タを
用いた変調特性の優れた電圧制御水晶発振器を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め本発明の電圧制御水晶発振器は、ECLロジック・イ
ンバ−タの入出力端間に水晶振動子、可変容量ダイオ−
ド及び直流カット用コンデンサを直列に接続することに
より構成された電圧制御水晶発振器において、前記可変
容量ダイオ−ドのカソ−ド端子を前記水晶振動子側に接
続しあるいは、前記直流カット用コンデンサの値を小さ
くし又は、前記可変容量ダイオ−ドのカソ−ド端子に接
続された制御電圧印加用抵抗の値を小さくして変調特性
を改善させたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態例に基づいて詳細に説明する。ECLロジック・
インバータを用いた電圧制御発振器において行った実験
を少しく説明する。図6に示す電圧制御発振器で直流カ
ット用コンデンサCp1の値、あるいは、可変容量ダイ
オ−ドD1のカソ−ド端子に接続された制御電圧印加用
抵抗Rv1の値を前記の初期値より減少させると、変調
特性のカットオフ周波数が図2に示す曲線Aより高い方
へシフトしてゆく。逆に、直流カット用コンデンサCp
1の値、あるいは、可変容量ダイオ−ドD1のカソ−ド
端子に接続された制御電圧印加用抵抗Rv1の値を初期
値より増大してゆくと、変調特性のカットオフ周波数が
低い方へシフトしてゆく。この理由は図6に示す小さな
出力抵抗Rd及び終端抵抗Re並びに大きな直流カット
用コンデンサCp1及びバイパスコンデンサCp3から
なる直列腕の合成容量と制御電圧印加用抵抗Rv1とで
ローパスフィルタが構成され、該ローパスフィルタのカ
ットオフ周波数がRv1と前記合成容量、中でも可変可
能なCp1の素子値に関係して変動するからである。こ
のローパスフィルタの出力に可変容量ダイオードD1が
接続されおり、ローパスフィルタのカットオフ周波数が
低下し変調周波数より下がれば変調信号が減衰するか最
悪の場合には発振器が変調されないと云う現象が起こ
る。
【0009】図6の電圧制御水晶発振器において直流カ
ット用コンデンサCp1あるいは、可変容量ダイオ−ド
D1のカソ−ド端子に接続された制御電圧印加用抵抗R
v1の値を所望の変調特性となるように小さくすれば例
えば、Cp1なら数百pF以下あるいはRv1なら数十
kΩ以下とすれば、電圧制御水晶発振器の変調特性を改
善することができる。即ち、変調特性のカットオフ周波
数を高めることができる。この実験結果を纏めると、直
列腕の抵抗Rと並列腕の容量Cで構成されるローパスフ
ィルタのカットオフ周波数fpはfp=1/(2πR
C)で表され、抵抗RはRv1と見なしてよく、容量C
は上述のCp1とCp3の合成容量と考えても大きな誤
差は生じない。従って、所望のカットオフ周波数に合わ
せて上記のR及びC、即ちRv1と合成容量を構成する
Cp1を決めてやればよい。しかしCp1を小さくし過
ぎると発振回路の負性抵抗の絶対値が小さくなり、発振
余裕度が減少する嫌いがある。
【0010】図1は本発明の実施の一形態例を示す図
で、電圧制御水晶発振器の回路図である。図6の電圧制
御水晶発振器の回路図と異なる点は、可変容量ダイオ−
ドD1のカソ−ド端子を水晶振動子X1側に接続したこ
とである。この回路構成を採用することで、ECL回路
には必須の終端回路Re,Cp3の影響をほとんど受け
ずに変調特性が決まるので、直流カット用コンデンサC
p1の値、あるいは、可変容量ダイオ−ドD1のカソ−
ド端子に接続された制御電圧印加用抵抗Rv1の値を小
さくすることなく、電圧制御水晶発振器の変調特性を大
幅に改善、即ちカットオフ周波数を高くすることができ
る。図1の回路で図6で実験した時と同じ諸定数を用い
て、電圧制御水晶発振器製作し測定した変調特性を図2
の曲線Bに示す。これは、可変容量ダイオードD1のカ
ソード側には制御電圧印加用抵抗Rv1と水晶振動子X
1および小さな発振用コンデンサC1のみで大きなコン
デンサが無くカットオフ周波数はRv1とD1の値のみ
でほぼ決まるからである。
【0011】また、図3は本発明の他の実施の一形態例
を示す電圧制御水晶発振器の回路図である。図1の実施
例のように水晶振動子X1が必ずしも位相反転増幅器1
の入力端側である必要はなく、図3の実施例のように水
晶振動子X1が位相反転増幅器1の出力端側に接続され
てもよい。
【0012】尚、以上本発明を一般的な電圧制御水晶発
振器に適用した例を説明したが、本発明はこれのみに限
定されるものではなく、たとえば図4のように周波数可
変幅を広げるために伸張コイルLを水晶振動子X1と直
列に挿入した電圧制御水晶発振器(通常、伸張コイルL
と並列に異常発振防止用として抵抗Rを挿入する)や、
あるいは、電圧制御水晶発振器を利用した温度補償水晶
発振器(TCXO)に適用してもよい。
【0013】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成するも
のであるから、高周波電圧制御水晶発振器の変調特性を
大幅に改善することができ、制御電圧印加端子に入力さ
れる位相比較周波数の高い高速PLL回路で使用する上
で著しい効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電圧制御水晶発振器の実施の一形
態例を示す回路図である。
【図2】本発明に係る電圧制御水晶発振器の他の実施の
一形態例を示す回路図である。
【図3】変調特性の改善前の変調周波数対復調レベルの
変化を示す図と本発明に係る改善後を示す変調周波数対
復調レベルの変化を示す図である。
【図4】本発明に係る電圧制御水晶発振器の他の実施の
一形態例を示す回路図である。
【図5】本発明に係る電圧制御水晶発振器の他の実施の
一形態例を示す回路図である。
【図6】従来の電圧制御水晶発振器を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
C1,C2……発振用コンデンサ Rf,Rf1,Rf2……帰還抵抗 Rd……出力抵抗 X1……水晶振動子 D1……可変容量コンデンサ Cp,Cp1……直流カット用コンデンサ Cp2,Cp3……バイパスコンデンサ Rv1,Rv2……制御電圧印加用抵抗 Re……終端抵抗 L……伸張コイル R……異常発振防止用抵抗 1,2……位相反転増幅器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ECLロジック・インバ−タの入出力端子
    間に水晶振動子、可変容量ダイオ−ド及び直流カット用
    コンデンサを直列に接続し、且つ前記可変容量ダイオ−
    ドのカソード端子に制御電圧印加用抵抗を接続して構成
    する電圧制御水晶発振器において、前記可変容量ダイオ
    −ドのカソ−ド端子を前記水晶振動子側に接続したこと
    を特徴とする電圧制御水晶発振器。
  2. 【請求項2】ECLロジック・インバ−タの入出力端子
    間に水晶振動子とアノ−ド端子を前記水晶振動子側に接
    続した可変容量ダイオ−ド及び直流カット用コンデンサ
    を直列に接続し、且つ前記可変容量ダイオ−ドのカソー
    ド端子に制御電圧印加用抵抗を接続して構成する電圧制
    御水晶発振器において、主として前記直流カット用コン
    デンサと制御電圧印加抵抗で決まるカットオフ周波数を
    所望値に合わせたことを特徴とする電圧制御水晶発振
    器。
JP8025899A 1996-01-19 1996-01-19 電圧制御水晶発振器 Pending JPH09214250A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007311992A (ja) * 2006-05-17 2007-11-29 Kawasaki Microelectronics Kk 半導体装置
US7719372B2 (en) 2004-10-12 2010-05-18 Epson Toyocom Corporation Voltage controlled piezoelectric oscillator that can be linear frequency controlled
JP2013197837A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 Seiko Epson Corp 発振器及び電子機器
JP2016092687A (ja) * 2014-11-07 2016-05-23 セイコーNpc株式会社 発振器の製造方法

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Effective date: 20040913

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041005

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050308