JPH10215120A - 水晶発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水晶振動子と、該水晶振動子の励振を促して
所定発振周波数を得るバッファ部と、外部直流電圧Ｖｃ
ｏｎｔが印加されるバリキャップダイオードＶＣを有し
た電圧制御回路およびコンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＴから
成るリアクタンス調整回路から成り、前記発振周波数を
調整する周波数調整部とを有した水晶発振回路におい
て、直流電圧Ｖｃｏｎｔを変えて水晶発振器の発振周波
数を直線的に可変できるようにし、シュミレーション及
び周波数制御を容易ならしめる。 【解決手段】 バリキャップダイオードＶＣに印加され
る外部直流電圧Ｖｃｏｎｔを抵抗Ｒ１〜Ｒ３によって分
圧し、バッファ部の直流電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ４を介
して前記抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧点ａに印加する。バ
リキャップダイオードの動作範囲が直線性の良い部分に
変更され、外部直流電圧Ｖｃｏｎｔの可変により水晶発
振器の発振周波数を直線的に可変することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、発振周波数を調整
するための周波数調整部を有する水晶発振器（ＴＣＸ
Ｏ）に係り、特に発振周波数の制御手法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に水晶発振器（ＴＣＸＯ）は、図６
に示すように大別して、バッファ部（発振回路部を含
む）１、水晶振動子２、温度補償部３、周波数調整部４
にて構成される。

【０００３】バッファ部１は、水晶振動子（Ｘ'tal）２
の励振を促して所定レベルの発振周波数を出力するもの
で、具体的には、トランジスタ、コンデンサ、抵抗等を
含んで発振回路を構成している。この発振回路には直流
電圧Ｖ_CCが供給されている。

【０００４】温度補償部３は、水晶振動子２の温度特性
を補償するもので、感熱素子（例えばサーミスタ）、抵
抗、コンデンサ等を用い、水晶振動子Ｘ'talの温度変化
に対する周波数偏移（Δｆ／ｆ）を打ち消す補償特性の
回路を構成している。例えば、−４０℃〜＋８０℃間の
温度範囲内では、発振出力の温度による偏移を±１（ｐ
ｐｍ）程度に抑える働きをする。

【０００５】周波数制御にはバリキャップダイオードを
用い、バリキャップダイオードに印加される直流制御電
圧（コンピュータで計算された値の外部電圧）Ｖｃｏｎ
ｔを変化させることにより容量を可変し、発振周波数を
調整する目的で用いるのが一般的である。

【０００６】すなわち周波数調整部４は図７に示すよう
に、トリマコンデンサ（チップトリマ）ＣＴと固定コン
デンサＣ１，Ｃ２，Ｃ４とを組み合わせてリアクタンス
調整回路が構成されるとともに、トリマコンデンサＣＴ
の両端間に直列接続されたバリキャップＶＣおよびコン
デンサＣ５と、直流制御電圧Ｖｃｏｎｔを導入する抵抗
Ｒ１と、コンデンサＣ５に並列接続された抵抗Ｒ２とで
電圧制御回路が構成される。

【０００７】上記のように構成された回路において、直
流制御電圧Ｖｃｏｎｔが印加されることにより、バリキ
ャップダイオードＶＣのキャパシタンスが印加電圧に対
応した容量値をもつ。そして直流制御電圧Ｖｃｏｎｔを
変化させることにより発振器の周波数を可変することが
できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記バリキャップダイ
オードＶＣ単体の電圧対容量特性は図８のとおりであ
る。このバリキャップダイオードＶＣを用いた水晶発振
器の制御電圧対発振周波数特性及びその微分特性は図
９、図１０のとおりである。

【０００９】これら図９、図１０からわかるように、水
晶発振器のＶｃｏｎｔ対発振周波数と微分特性が非線形
性を有している（バリキャップダイオードが広い可変電
圧幅で作動する）ことから、制御電圧Ｖｃｏｎｔに対し
発振周波数の変化は制御電圧の値によって異なる。

【００１０】また微分特性が一定でないため、外部から
周波数制御を行った場合、設定誤差が生じ、この誤差を
少なくしようとすると、非線形の制御が必要となる。こ
のためハードウエア、ソフトウエアへの負担が非常に大
きくなってしまう。

【００１１】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、直流制御電圧の可変
により水晶発振器の発振周波数を直線的に可変できるよ
うにし、シュミレーション及び周波数制御を容易ならし
めた水晶発振回路を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、水晶振動子
と、この水晶振動子の励振を促して所定の発振周波数を
得るバッファ部と、外部直流電圧が印加されるバリキャ
ップダイオードを有した電圧制御回路および複数のコン
デンサから成るリアクタンス調整回路から成り、前記発
振周波数を調整する周波数調整部とを有し、前記外部直
流電圧の可変により発振周波数を変える水晶発振回路に
おいて、（１）前記周波数調整部の電圧制御回路に、前
記バリキャップダイオードに印加される外部直流電圧を
分圧する複数の第１の抵抗を設けたことを特徴とし、
（２）前記バッファ部の直流電源電圧を第２の抵抗を介
して、前記第１の複数の抵抗による分圧点に印加したこ
とを特徴とし、（３）前記バッファ部は、直流電源の正
極側に接続された第１のトランジスタと、該第１のトラ
ンジスタと接地間に接続された第２のトランジスタを有
し、前記分圧点には、前記第１のトランジスタのコレク
タ電圧又はベース電圧又は第２のトランジスタのベース
電圧が第２の抵抗を介して印加されるか、又は第２のト
ランジスタのコレクタ電圧又はエミッタ電圧が交流分除
去回路を介して印加されることを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。水晶発振回路において、バリキャッ
プダイオードは直線性の良い端子間電圧約０．２Ｖ〜
１．０Ｖ間で動作させる必要がある。そこで本発明では
バリキャップダイオードの電圧対容量特性で直線性の良
い部分を利用するために、図６の周波数調整部４を図１
に示すように、Ｖｃｏｎｔを分圧しバリキャップダイオ
ードに印加される可変電圧幅を狭くした。

【００１４】図１において図７と同一部分は同一符号を
もって示している。直流制御電圧Ｖｃｏｎｔが印加され
る端子と接地間には抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が直列に接続
されている。抵抗Ｒ２には図示極性のバリキャップダイ
オードＶＣが並列接続されている。抵抗Ｒ１およびＲ２
の共通接続点（分圧点）ａと接地間には、コンデンサＣ
１，Ｃ２およびトリマコンデンサＣＴが並列に接続され
ている。さらに前記共通接続点ａにはＶｃｏｎｔ対発振
周波数の直線性を良くするための抵抗Ｒ４の一端が接続
され、該抵抗Ｒ４の他端は後述する図４のバッファ部の
電源電圧Ｖｃｃ端子に接続されている。

【００１５】図１の回路は図２のように簡略化すること
ができる。この図２の２つの閉回路にキルヒホッフの第
１法則を適用し、次のような計算式から接続すべき抵抗
Ｒ４の抵抗値を導出する。 （Ｖｃｏｎｔ／Ｒ１）＋（Ｖｃｃ／Ｒ４）−Ｖ１｛（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ４ ）＋（１／Ｒ５）｝＝０…（１） ただしＲ５＝Ｒ２＋Ｒ３であり、Ｖ１はａ点電位であ
る。

【００１６】前記（１）式から得られた抵抗Ｒ４の値を
図１の回路に適用すると図３に示すような周波数微分特
性を得ることができた。図３からわかるように、本発明
によれば従来の水晶発振回路の周波数微分特性を示す図
１１に比べて直線性がかなり良くなっている。これはバ
リキャップダイオードＶＣの動作範囲が直線性の良い部
分に変更されたためである。

【００１７】

【実施例】前記抵抗の分圧点ａには、図１のように電源
電圧Ｖｃｃ端子から直流電圧を印加するに限らず、図４
の図示ｂ〜ｆの各点から印加するようにしても良い。図
４は水晶発振器全体の回路を示しており、周波数調整部
は図１と同様に、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、バリキャップダイオ
ードＶＣ、コンデンサＣ１，Ｃ２およびトリマコンデン
サＣＴで構成されている。またバッファ部は電源電圧端
子Ｖｃｃと接地間に直列接続された抵抗Ｒ１１、トラン
ジスタＴｒ１，Ｔｒ２、抵抗Ｒ１２と、抵抗Ｒ１３〜Ｒ
１５等で構成されている。

【００１８】（１）トランジスタＴｒ１のコレクタ端子
ｂ点から抵抗を介して取り出した直流電圧を抵抗Ｒ１と
Ｒ２の共通接続点（分圧点ａ）に印加する。

【００１９】（２）トランジスタＴｒ２のコレクタ端子
ｃ点（トランジスタＴｒ１のエミッタ端子ｃ点）から抵
抗を介して取り出した直流電圧を、図５に示す交流分除
去回路を介して抵抗Ｒ１とＲ２の共通接続点（分圧点
ａ）に印加する。

【００２０】（３）トランジスタＴｒ２のエミッタ端子
ｄ点から抵抗を介して取り出した直流電圧を、図５に示
す交流分除去回路を介して抵抗Ｒ１とＲ２の共通接続点
（分圧点ａ）に印加する。

【００２１】（４）端子ｅ（抵抗Ｒ１３とＲ１４の共通
接続点）から抵抗を介して取り出した直流電圧を抵抗Ｒ
１とＲ２の共通接続点（分圧点ａ）に印加する。

【００２２】（５）端子ｆ（抵抗Ｒ１４とＲ１５の共通
接続点）から抵抗を介して取り出した直流電圧を抵抗Ｒ
１とＲ２の共通接続点（分圧点ａ）に印加する。

【００２３】上記のような各方法で直流電圧を前記分圧
点ａに印加した場合も図１の場合と同様の作用効果を奏
する。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、周波数調
整部にバリキャップダイオードを用いて構成された水晶
発振回路において、前記周波数調整部の電圧制御回路
に、前記バリキャップダイオードに印加される外部直流
電圧を分圧する複数の第１の抵抗を設けるとともに、バ
ッファ部の直流電源電圧を第２の抵抗を介して、前記第
１の複数の抵抗による分圧点に印加したので、次のよう
な優れた効果が得られる。

【００２５】（１）コンピュータで計算された値の外部
電圧（Ｖｃｏｎｔ電圧）により水晶発振器の発振周波数
を制御する回路において、バリキャップダイオードの動
作範囲が直線性の良い部分に変更されるので、外部電圧
（Ｖｃｏｎｔ電圧）の可変により水晶発振器の発振周波
数を直線的に可変することができる。

【００２６】（２）外部電圧（Ｖｃｏｎｔ電圧）により
発振周波数を直線的に可変させることができるので、シ
ュミレーション及び周波数制御が非常に容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の周波数調整部の回路図。

【図２】図１を簡略化した回路図。

【図３】本発明の回路による周波数微分特性図。

【図４】本発明の他の実施例を示す水晶発振器全体の回
路図。

【図５】本発明の他の実施例の要部回路図。

【図６】水晶発振器の回路構成を示すブロック図。

【図７】従来の水晶発振器の周波数調整部の一例を示す
回路図。

【図８】バリキャップダイオードの特性図。

【図９】従来の水晶発振器の制御電圧対発振周波数特性
図。

【図１０】従来の水晶発振器の周波数微分特性図。

【符号の説明】

Ｒ，Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１１〜Ｒ１５…抵抗 Ｃ，Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ ＣＴ…トリマコンデンサ ＶＣ…バリキャップ Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶振動子と、この水晶振動子の励振を
   促して所定の発振周波数を得るバッファ部と、外部直流
   電圧が印加されるバリキャップダイオードを有した電圧
   制御回路および複数のコンデンサから成るリアクタンス
   調整回路から成り、前記発振周波数を調整する周波数調
   整部とを有し、前記外部直流電圧の可変により発振周波
   数を変える水晶発振回路において、 前記周波数調整部の電圧制御回路に、前記バリキャップ
   ダイオードに印加される外部直流電圧を分圧する複数の
   第１の抵抗を設けたことを特徴とする水晶発振回路。
2. 【請求項２】 前記バッファ部の直流電源電圧を第２の
   抵抗を介して、前記第１の複数の抵抗による分圧点に印
   加したことを特徴とする請求項１に記載の水晶発振回
   路。
3. 【請求項３】 前記バッファ部は、直流電源の正極側に
   接続された第１のトランジスタと、該第１のトランジス
   タと接地間に接続された第２のトランジスタを有し、前
   記分圧点には、前記第１のトランジスタのコレクタ電圧
   又はベース電圧又は第２のトランジスタのベース電圧が
   第２の抵抗を介して印加されるか、又は第２のトランジ
   スタのコレクタ電圧又はエミッタ電圧が交流分除去回路
   を介して印加されることを特徴とする請求項２に記載の
   水晶発振回路。