JPH11122038A - 水晶発振回路 - Google Patents
水晶発振回路Info
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- JPH11122038A JPH11122038A JP28677397A JP28677397A JPH11122038A JP H11122038 A JPH11122038 A JP H11122038A JP 28677397 A JP28677397 A JP 28677397A JP 28677397 A JP28677397 A JP 28677397A JP H11122038 A JPH11122038 A JP H11122038A
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- circuit
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発振回路と水晶振動子で構成される水晶発振
回路の発振周波数温度特性の安定化を図る一方で、回路
構造を複雑化することなく、しかも低コスト化を図る。 【解決手段】 ＩＣ内に形成された発振回路と、この発
振回路に接続される水晶振動子ＸＴＬとを備える水晶発
振回路において、発振回路の周波数温度特性を相殺する
ために可変容量コンデンサＣＶを接続し、この可変容量
コンデンサＣＶに発振回路を構成するトランジスタＱ１
のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを印加する構成とす
る。発振回路の周波数温度特性が０になり、水晶発振回
路全体としての発振周波数の温度特性は水晶振動子ＸＴ
Ｌ自体の周波数温度特性に一致することになる。水晶発
振回路の周波数温度特性の安定化が達成できるととも
に、可変容量ダイオードＣＶを制御するために発振回路
とは独立した回路を設ける必要がなく、回路規模が縮小
でき、低コスト化が実現できる。
回路の発振周波数温度特性の安定化を図る一方で、回路
構造を複雑化することなく、しかも低コスト化を図る。 【解決手段】 ＩＣ内に形成された発振回路と、この発
振回路に接続される水晶振動子ＸＴＬとを備える水晶発
振回路において、発振回路の周波数温度特性を相殺する
ために可変容量コンデンサＣＶを接続し、この可変容量
コンデンサＣＶに発振回路を構成するトランジスタＱ１
のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを印加する構成とす
る。発振回路の周波数温度特性が０になり、水晶発振回
路全体としての発振周波数の温度特性は水晶振動子ＸＴ
Ｌ自体の周波数温度特性に一致することになる。水晶発
振回路の周波数温度特性の安定化が達成できるととも
に、可変容量ダイオードＣＶを制御するために発振回路
とは独立した回路を設ける必要がなく、回路規模が縮小
でき、低コスト化が実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子を用いた
水晶発振回路に関し、特に無線選択呼出受信機の局部発
振周波信号を生成するために用いて好適な水晶発振回路
に関するものである。
水晶発振回路に関し、特に無線選択呼出受信機の局部発
振周波信号を生成するために用いて好適な水晶発振回路
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、無線選択呼出受信機は受信した
ＶＨＦ、ＵＨＦ帯の回線周波数を１段階、または２段階
の中間周波数への周波数変換してベースバンド信号を取
り出す構成となっており、この周波数変換では、局部発
振器で生成される局部発振周波信号と受信した回線周波
数の混合により行っている。例えば、図１０に示すダブ
ルスーパーヘテロダイン方式の無線選択呼出受信機で
は、アンテナ１１で受信した信号をＲＦアンプ１２で高
周波増幅し、ＢＰＦ１３を通した後、第１ミキサ１４に
おいて第１局発信号と混合し、第１中間周波信号に変換
する。この第１中間周波信号はＢＰＦ１５を通した後、
第２ミキサ１６において第２局発信号と混合し、第２中
間周波信号に変換し、ＢＰＦ１７を通した後、復調器１
８によりベースバンド信号に復調する。前記第１局発信
号と第２局発信号は、水晶発振子を利用して生成してお
り、特に第１局発信号はここではＰＬＬ回路で構成され
ている。このＰＬＬ回路は、水晶発振子ＸＴＬを備える
水晶発振回路２７を基準周波数信号とし、この基準周波
数信号をカウンタ２６でカウントした値と、ＶＣＯ２２
の出力をカウンタ２１でカウントした値とを位相比較器
２３で位相比較し、その位相差信号をチャージポンプ２
４、ＬＰＦ２５を介してＶＣＯ２２の制御電圧を得るこ
とで、所定の周波数信号を出力する。そして、このＶＣ
Ｏ２２の出力信号を逓倍回路１９により逓倍して前記第
１局発信号としている。なお、第２局発信号は、ここで
は前記水晶発振回路の出力を逓倍回路２０で逓倍して得
ている。
ＶＨＦ、ＵＨＦ帯の回線周波数を１段階、または２段階
の中間周波数への周波数変換してベースバンド信号を取
り出す構成となっており、この周波数変換では、局部発
振器で生成される局部発振周波信号と受信した回線周波
数の混合により行っている。例えば、図１０に示すダブ
ルスーパーヘテロダイン方式の無線選択呼出受信機で
は、アンテナ１１で受信した信号をＲＦアンプ１２で高
周波増幅し、ＢＰＦ１３を通した後、第１ミキサ１４に
おいて第１局発信号と混合し、第１中間周波信号に変換
する。この第１中間周波信号はＢＰＦ１５を通した後、
第２ミキサ１６において第２局発信号と混合し、第２中
間周波信号に変換し、ＢＰＦ１７を通した後、復調器１
８によりベースバンド信号に復調する。前記第１局発信
号と第２局発信号は、水晶発振子を利用して生成してお
り、特に第１局発信号はここではＰＬＬ回路で構成され
ている。このＰＬＬ回路は、水晶発振子ＸＴＬを備える
水晶発振回路２７を基準周波数信号とし、この基準周波
数信号をカウンタ２６でカウントした値と、ＶＣＯ２２
の出力をカウンタ２１でカウントした値とを位相比較器
２３で位相比較し、その位相差信号をチャージポンプ２
４、ＬＰＦ２５を介してＶＣＯ２２の制御電圧を得るこ
とで、所定の周波数信号を出力する。そして、このＶＣ
Ｏ２２の出力信号を逓倍回路１９により逓倍して前記第
１局発信号としている。なお、第２局発信号は、ここで
は前記水晶発振回路の出力を逓倍回路２０で逓倍して得
ている。
【０００３】この構成の受信機では、前記第１及び第２
の局発信号の周波数にオフセットが生じていると、変換
された中間周波信号の中間周波数にもオフセットが生じ
る。例えば、下側ローカルによる周波数変換の場合、局
部発振周波数が高い方にずれると中間周波数は低い方に
ずれ、局部発振周波数が低い方にずれると中間周波数は
高い方にずれる。つまり、中間周波数は、局部発振周波
数の偏差と極性が逆で絶対値がほぼ等しい偏差をもつこ
とになる。この周波数偏差は受信機の特性、主に受信感
度に影響を与える。回線周波数が比較的高く、信号の伝
送速度が高い場合に、ローカルオフセットによる受信感
度劣化が顕著に現れる。例えば、局部発振周波数が±５
ｐｐｍの偏差をもち、この回線周波数を第一の中間周波
数（１ＳＴＩＦ）に変換するとする。回線周波数が１５
０ＭＨｚでは、中間周波数のオフセットは±６００Ｈｚ
程度であるが、回線周波数が９００ＭＨｚでは、中間周
波数のオフセットは±４．４ｋＨｚ程度となる。チャン
ネルフィルタ（第１２図、ＢＰＦ６３）の３ｄＢ帯域幅
は、ある一定のＣ／Ｎを得るために、通常、±７．５〜
１０ｋＨｚに設計されている。変調度は±４．５または
±４．８ｋＨｚであるから、ローカルオフセットが大き
くなる９００ＭＨｚ帯では、信号帯域がフィルタにより
減衰し、受信感度帯域特性の劣化が顕著となる。
の局発信号の周波数にオフセットが生じていると、変換
された中間周波信号の中間周波数にもオフセットが生じ
る。例えば、下側ローカルによる周波数変換の場合、局
部発振周波数が高い方にずれると中間周波数は低い方に
ずれ、局部発振周波数が低い方にずれると中間周波数は
高い方にずれる。つまり、中間周波数は、局部発振周波
数の偏差と極性が逆で絶対値がほぼ等しい偏差をもつこ
とになる。この周波数偏差は受信機の特性、主に受信感
度に影響を与える。回線周波数が比較的高く、信号の伝
送速度が高い場合に、ローカルオフセットによる受信感
度劣化が顕著に現れる。例えば、局部発振周波数が±５
ｐｐｍの偏差をもち、この回線周波数を第一の中間周波
数（１ＳＴＩＦ）に変換するとする。回線周波数が１５
０ＭＨｚでは、中間周波数のオフセットは±６００Ｈｚ
程度であるが、回線周波数が９００ＭＨｚでは、中間周
波数のオフセットは±４．４ｋＨｚ程度となる。チャン
ネルフィルタ（第１２図、ＢＰＦ６３）の３ｄＢ帯域幅
は、ある一定のＣ／Ｎを得るために、通常、±７．５〜
１０ｋＨｚに設計されている。変調度は±４．５または
±４．８ｋＨｚであるから、ローカルオフセットが大き
くなる９００ＭＨｚ帯では、信号帯域がフィルタにより
減衰し、受信感度帯域特性の劣化が顕著となる。
【０００４】このような局部発振周波数に偏差が生じる
最大の要因は水晶発振回路における環境温度の変化であ
る。水晶発振回路の場合には、発振回路の周波数温度特
性と水晶振動子単体の周波数温度特性が影響することに
なる。そこで、従来から、この偏差を解消するためのい
くつかの対策が考えられている。１つは温度補償水晶発
振器（ＴＣＸＯ）を用いる手法である。ＴＣＸＯは内蔵
されている温度補償回路によって水晶振動子の理論的周
波数温度特性よりも平坦な特性を得ることを目的とした
水晶発振器であり、このＴＣＸＯを用いることにより高
い周波数安定度を得ることができ、自動車電話、携帯電
話、ナビゲーションシステム等に使用されている。しか
し、ＴＣＸＯは水晶振動子に比べて非常に高価なため、
無線選択呼出受信機のような低価格化が要求される機器
にはコストの面からみて適用することが難しい。また、
自動周波数制御（ＡＦＣ）も提案されている。ＡＦＣ
は、周波数オフセットをアナログ的にまたはデジタル的
に検出して、発振回路に帰還をかける手法である。しか
しながら、この手法では受信機の構成が複雑になること
が避けられず、やはり低価格化が要求される機器への適
用は難しい。
最大の要因は水晶発振回路における環境温度の変化であ
る。水晶発振回路の場合には、発振回路の周波数温度特
性と水晶振動子単体の周波数温度特性が影響することに
なる。そこで、従来から、この偏差を解消するためのい
くつかの対策が考えられている。１つは温度補償水晶発
振器（ＴＣＸＯ）を用いる手法である。ＴＣＸＯは内蔵
されている温度補償回路によって水晶振動子の理論的周
波数温度特性よりも平坦な特性を得ることを目的とした
水晶発振器であり、このＴＣＸＯを用いることにより高
い周波数安定度を得ることができ、自動車電話、携帯電
話、ナビゲーションシステム等に使用されている。しか
し、ＴＣＸＯは水晶振動子に比べて非常に高価なため、
無線選択呼出受信機のような低価格化が要求される機器
にはコストの面からみて適用することが難しい。また、
自動周波数制御（ＡＦＣ）も提案されている。ＡＦＣ
は、周波数オフセットをアナログ的にまたはデジタル的
に検出して、発振回路に帰還をかける手法である。しか
しながら、この手法では受信機の構成が複雑になること
が避けられず、やはり低価格化が要求される機器への適
用は難しい。
【０００５】そこで、前記した水晶振動子と発振回路の
それぞれの周波数温度特性に着目して周波数温度特性を
改善する手法が提案されている。すなわち、図２（ａ）
に示すように、ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性
は３次曲線特性である。例えば、−１０℃での偏差（対
２５℃）は、正負どちらの値もとりうる。よって、回路
の温度特性が正または負の傾きをもっていると、水晶振
動子の温度特性を相殺する場合がある反面、特性を強め
あって規格外となる場合が考えられる。したがって、安
価に、簡単な構成で、水晶発振回路の温度特性を改善す
るには、回路の周波数温度特性を０にすればよい。その
結果、発振周波数の温度特性は水晶振動子単体の温度特
性のみになり、回路偏差分を考慮しなくても良くなる。
回路の発振周波数温度特性が負の傾きを持っている場
合、一般的に、負の温度係数をもつ容量素子を負荷容量
として用いることによって、周波数温度特性を０にする
ことができる。このような負の温度係数規格の容量素子
としては、ＲＨ品（−２２０±６０ｐｐｍ／℃）、ＵＪ
品（−７５０±１２０ｐｐｍ／℃）などがある。しかし
ながら、図２（ａ）の例のように発振回路の周波数温度
特性が正の傾きを持っている場合は、正の温度係数規格
の容量素子が必要となるが、チップコンデンサ等で正の
温度係数規格のタイプは量産されていないため入手する
のが難しく、特注した場合には高価なものとなる。
それぞれの周波数温度特性に着目して周波数温度特性を
改善する手法が提案されている。すなわち、図２（ａ）
に示すように、ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性
は３次曲線特性である。例えば、−１０℃での偏差（対
２５℃）は、正負どちらの値もとりうる。よって、回路
の温度特性が正または負の傾きをもっていると、水晶振
動子の温度特性を相殺する場合がある反面、特性を強め
あって規格外となる場合が考えられる。したがって、安
価に、簡単な構成で、水晶発振回路の温度特性を改善す
るには、回路の周波数温度特性を０にすればよい。その
結果、発振周波数の温度特性は水晶振動子単体の温度特
性のみになり、回路偏差分を考慮しなくても良くなる。
回路の発振周波数温度特性が負の傾きを持っている場
合、一般的に、負の温度係数をもつ容量素子を負荷容量
として用いることによって、周波数温度特性を０にする
ことができる。このような負の温度係数規格の容量素子
としては、ＲＨ品（−２２０±６０ｐｐｍ／℃）、ＵＪ
品（−７５０±１２０ｐｐｍ／℃）などがある。しかし
ながら、図２（ａ）の例のように発振回路の周波数温度
特性が正の傾きを持っている場合は、正の温度係数規格
の容量素子が必要となるが、チップコンデンサ等で正の
温度係数規格のタイプは量産されていないため入手する
のが難しく、特注した場合には高価なものとなる。
【０００６】このようなことから、入手が容易でかつ低
価格な可変容量ダイオードを用いたものが提案されてい
る。例えば、川島宏文他著“NS-GT カット水晶振動子を
用いた電圧制御・S-TCXO”（電子情報通信学会論文誌Ｃ
−I Vol. J78−Ｃ−I No.11pp.533-540 1995年11月）
には、可変容量ダイオードに加える制御電圧を温度変化
に対応して制御することで、その容量変化によって水晶
振動子の周波数温度特性を補正している。また、このよ
うな可変容量ダイオードを用いる技術はその他にも存在
しており、例えば、特開平１−２０５６０７号公報、特
開昭６４−４９４０６号公報等がある。
価格な可変容量ダイオードを用いたものが提案されてい
る。例えば、川島宏文他著“NS-GT カット水晶振動子を
用いた電圧制御・S-TCXO”（電子情報通信学会論文誌Ｃ
−I Vol. J78−Ｃ−I No.11pp.533-540 1995年11月）
には、可変容量ダイオードに加える制御電圧を温度変化
に対応して制御することで、その容量変化によって水晶
振動子の周波数温度特性を補正している。また、このよ
うな可変容量ダイオードを用いる技術はその他にも存在
しており、例えば、特開平１−２０５６０７号公報、特
開昭６４−４９４０６号公報等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この可
変容量ダイオードを用いた前記した各文献に記載の技術
では、いずれも可変容量ダイオードに印加する電圧を制
御するために、発振回路とは独立した回路を付加してい
るため、水晶発振回路の回路規模が大型化してしまう。
特に、近年では発振回路をＩＣ化しているが、このよう
なＩＣ化された発振回路に可変容量ダイオードとその制
御回路を付加することは、回路規模の増大と共に制御回
路のためのスペースが必要となり、前記したような無線
選択呼出受信機を小型化する上での障害になるととも
に、付加する制御回路によって低コスト化も困難にな
り、所期の目的を達成することができないという問題が
ある。
変容量ダイオードを用いた前記した各文献に記載の技術
では、いずれも可変容量ダイオードに印加する電圧を制
御するために、発振回路とは独立した回路を付加してい
るため、水晶発振回路の回路規模が大型化してしまう。
特に、近年では発振回路をＩＣ化しているが、このよう
なＩＣ化された発振回路に可変容量ダイオードとその制
御回路を付加することは、回路規模の増大と共に制御回
路のためのスペースが必要となり、前記したような無線
選択呼出受信機を小型化する上での障害になるととも
に、付加する制御回路によって低コスト化も困難にな
り、所期の目的を達成することができないという問題が
ある。
【０００８】本発明の目的は、周波数温度特性の安定化
を図る一方で低コスト化を実現し、これにより無線選択
呼出受信機等の低価格化が要求される機器への適用を可
能にした水晶発振回路を提供することにある。
を図る一方で低コスト化を実現し、これにより無線選択
呼出受信機等の低価格化が要求される機器への適用を可
能にした水晶発振回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、発振回路と、
この発振回路に接続される水晶振動子とを備える水晶発
振回路において、前記水晶発振回路の発振周波数の温度
特性が前記水晶振動子の温度特性にのみ依存しているこ
とを特徴とする。すなわち、本発明の水晶発振回路は、
前記発振回路には可変容量コンデンサが接続され、この
可変容量コンデンサの温度変化に対する容量変化特性
が、前記発振回路の発振周波数温度特性を相殺するよう
に設定される。例えば、前記発振回路は自己バイアス式
エミッタ接地回路であり、前記可変容量コンデンサには
前記トランジスタのベース−エミッタ間電圧が印加され
る。また、この場合、前記トランジスタのコレクタとベ
ース間に前記水晶振動子が接続される。
この発振回路に接続される水晶振動子とを備える水晶発
振回路において、前記水晶発振回路の発振周波数の温度
特性が前記水晶振動子の温度特性にのみ依存しているこ
とを特徴とする。すなわち、本発明の水晶発振回路は、
前記発振回路には可変容量コンデンサが接続され、この
可変容量コンデンサの温度変化に対する容量変化特性
が、前記発振回路の発振周波数温度特性を相殺するよう
に設定される。例えば、前記発振回路は自己バイアス式
エミッタ接地回路であり、前記可変容量コンデンサには
前記トランジスタのベース−エミッタ間電圧が印加され
る。また、この場合、前記トランジスタのコレクタとベ
ース間に前記水晶振動子が接続される。
【００１０】本発明においては、可変容量ダイオードの
キャパシタンスが発振回路のトランジスタのＶＢＥによ
って与えられ、またその温度特性がＶＢＥの温度特性と
可変容量ダイオード自身の温度特性によって与えられる
ことを利用して、発振回路に付加接続される外部回路要
素の合成容量が発振回路の温度特性の原因となる発振回
路での温度特性を相殺し、水晶発振回路の発振周波数の
温度特性が前記水晶振動子の温度特性にのみ依存した特
性とされる。
キャパシタンスが発振回路のトランジスタのＶＢＥによ
って与えられ、またその温度特性がＶＢＥの温度特性と
可変容量ダイオード自身の温度特性によって与えられる
ことを利用して、発振回路に付加接続される外部回路要
素の合成容量が発振回路の温度特性の原因となる発振回
路での温度特性を相殺し、水晶発振回路の発振周波数の
温度特性が前記水晶振動子の温度特性にのみ依存した特
性とされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の回
路図であり、特に発振回路の要部のみを示している。こ
の水晶発振回路は、自己バイアス式エミッタ接地回路と
して構成しており、ベースコレクタ間の帰還抵抗による
負帰還の効果により能動回路が安定化し、周囲温度に対
する発振周波数変動を小さくすることができる構成をと
っている。この回路は、千葉作富郎著“高安定コレクタ
負帰還形水晶発振回路”（電子情報通信学会論文誌Ｃ−
II Vol.J73−Ｃ−II No.3 pp.143−153 1990年３月）に
記載されている回路と基本的には同じであるが、ここで
は、低電圧動作（１Ｖ系など）を実現するため、エミッ
タフォロワ型回路をエミッタ接地回路としている点で構
成が相違している。
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態の回
路図であり、特に発振回路の要部のみを示している。こ
の水晶発振回路は、自己バイアス式エミッタ接地回路と
して構成しており、ベースコレクタ間の帰還抵抗による
負帰還の効果により能動回路が安定化し、周囲温度に対
する発振周波数変動を小さくすることができる構成をと
っている。この回路は、千葉作富郎著“高安定コレクタ
負帰還形水晶発振回路”（電子情報通信学会論文誌Ｃ−
II Vol.J73−Ｃ−II No.3 pp.143−153 1990年３月）に
記載されている回路と基本的には同じであるが、ここで
は、低電圧動作（１Ｖ系など）を実現するため、エミッ
タフォロワ型回路をエミッタ接地回路としている点で構
成が相違している。
【００１２】図１において、ＩＣ内部に構成される発振
回路は、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタと安定化電
源ＶＳＴＢ間に負荷抵抗Ｒ１を、同じくベース−コレク
タ間に帰還抵抗Ｒ２をそれぞれ接続したベース−コレク
タ間抵抗負帰還型構成である。前記負荷抵抗Ｒ１は、ト
ランジスタＱ１のコレクタ電流、発振回路の利得を与え
ており、また、前記電源ＶＳＴＢは、ＩＣ製造条件、温
度に対してコレクタ電流が一定となるように、トランジ
スタＱ１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥと同じ温度特
性をもつように構成されたスタビライザーを用いてい
る。また、前記帰還抵抗Ｒ２は、トランジスタＱ１のベ
ース−コレクタ間に負帰還を施し、トランジスタ回路を
安定化している。
回路は、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタと安定化電
源ＶＳＴＢ間に負荷抵抗Ｒ１を、同じくベース−コレク
タ間に帰還抵抗Ｒ２をそれぞれ接続したベース−コレク
タ間抵抗負帰還型構成である。前記負荷抵抗Ｒ１は、ト
ランジスタＱ１のコレクタ電流、発振回路の利得を与え
ており、また、前記電源ＶＳＴＢは、ＩＣ製造条件、温
度に対してコレクタ電流が一定となるように、トランジ
スタＱ１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥと同じ温度特
性をもつように構成されたスタビライザーを用いてい
る。また、前記帰還抵抗Ｒ２は、トランジスタＱ１のベ
ース−コレクタ間に負帰還を施し、トランジスタ回路を
安定化している。
【００１３】一方、前記ＩＣ外部には、水晶振動子ＸＴ
Ｌを前記トランジスタＱ１のベース−コレクタ間に接続
し、発振周波数を決定するコンデンサＣ１及びＣ２を前
記トランジスタＱ１のベース側、コレクタ側にそれぞれ
接続している。そして、前記トランジスタＱ１のベース
側に可変容量ダイオードＣＶを付加している。したがっ
て、この可変容量ダイオードＣＶの容量を決定する逆方
向電圧は、前記トランジスタＱ１のＶＢＥに相当するこ
とになる。これにより、前記可変容量ダイオードＣＶの
容量は、前記トランジスタＱ１のＶＢＥによって自己的
に与えられることになり、外部からの制御電圧や帰還系
を行うための回路を付加する必要はない。
Ｌを前記トランジスタＱ１のベース−コレクタ間に接続
し、発振周波数を決定するコンデンサＣ１及びＣ２を前
記トランジスタＱ１のベース側、コレクタ側にそれぞれ
接続している。そして、前記トランジスタＱ１のベース
側に可変容量ダイオードＣＶを付加している。したがっ
て、この可変容量ダイオードＣＶの容量を決定する逆方
向電圧は、前記トランジスタＱ１のＶＢＥに相当するこ
とになる。これにより、前記可変容量ダイオードＣＶの
容量は、前記トランジスタＱ１のＶＢＥによって自己的
に与えられることになり、外部からの制御電圧や帰還系
を行うための回路を付加する必要はない。
【００１４】この水晶発振回路における発振周波数は、
容量が固定された前記コンデンサＣ１，Ｃ２と、前記可
変容量コンデンサＣＶとで構成される外部合成容量と、
ＩＣ内部の発振回路の内部容量によって与えられる。可
変容量コンデンサＣＶがトランジスタＱ１のＶＢＥによ
り制御されて容量が変化するため、この容量変化に対応
してコンデンサＣ１，Ｃ２の定数を適切な値に設定する
ことにより、発振回路の発振周波数温度特性を０にする
ことが可能となる。この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２に
は、ＣＧ品（０±３０ｐｐｍ／℃）、ＣＨ品（０±６０
ｐｐｍ／℃）等の温度特性規格が０の容量素子を用いる
のが望ましい。
容量が固定された前記コンデンサＣ１，Ｃ２と、前記可
変容量コンデンサＣＶとで構成される外部合成容量と、
ＩＣ内部の発振回路の内部容量によって与えられる。可
変容量コンデンサＣＶがトランジスタＱ１のＶＢＥによ
り制御されて容量が変化するため、この容量変化に対応
してコンデンサＣ１，Ｃ２の定数を適切な値に設定する
ことにより、発振回路の発振周波数温度特性を０にする
ことが可能となる。この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２に
は、ＣＧ品（０±３０ｐｐｍ／℃）、ＣＨ品（０±６０
ｐｐｍ／℃）等の温度特性規格が０の容量素子を用いる
のが望ましい。
【００１５】次に、図１の水晶発振回路の動作、特に可
変容量ダイオードＣＶによる発振回路の周波数温度特性
を０にするための動作を説明する。先ず、可変容量ダイ
オードＣＶを付加していない回路の動作について考察す
る。水晶発振回路の発振周波数は、水晶発振子ＸＴＬの
負荷容量により決定される。この負荷容量ＣＬは、水晶
振動子の両端からみた実効的な静電容量であり、（１）
式のように、ＩＣ内に構成される発振回路の内部容量Ｃ
Ｉと、ＩＣ外に接続される素子からなる外部合成容量Ｃ
Ｏとの合成容量である。 ＣＬ＝ＣＯ＋ＣＩ …（１） ここで、図１の回路の場合には、前記外部合成容量ＣＯ
は、コンデンサＣ１，Ｃ２とから、（２）式で示され
る。なお、以降の式において、Ｃ１，Ｃ２は容量値を示
している。 ＣＯ＝Ｃ１×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２） …（２）
変容量ダイオードＣＶによる発振回路の周波数温度特性
を０にするための動作を説明する。先ず、可変容量ダイ
オードＣＶを付加していない回路の動作について考察す
る。水晶発振回路の発振周波数は、水晶発振子ＸＴＬの
負荷容量により決定される。この負荷容量ＣＬは、水晶
振動子の両端からみた実効的な静電容量であり、（１）
式のように、ＩＣ内に構成される発振回路の内部容量Ｃ
Ｉと、ＩＣ外に接続される素子からなる外部合成容量Ｃ
Ｏとの合成容量である。 ＣＬ＝ＣＯ＋ＣＩ …（１） ここで、図１の回路の場合には、前記外部合成容量ＣＯ
は、コンデンサＣ１，Ｃ２とから、（２）式で示され
る。なお、以降の式において、Ｃ１，Ｃ２は容量値を示
している。 ＣＯ＝Ｃ１×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２） …（２）
【００１６】ところで、水晶発振回路は等価的にＬＣ共
振回路とみなすことができ、ＬＣ共振回路の共振周波数
ｆは、一般的に（３）式で表される。 ｆ＝１／｛２π・√（ＬＣ）｝ …（３） そして、水晶振動子ＸＴＬはＬ（インダクタンス）性で
動作していることを考慮すると、全体の周波数温度特性
から水晶振動子単体の周波数温度特性を除いた回路の周
波数温度特性は、ＣＬが温度により変化していることが
原因と考えることができる。温度Ｔ１→Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ
２）における前記各容量の容量変化をΔＣＬ，ΔＣＯ，
ΔＣＩとすると、（４）式の関係がある。 △ＣＬ＝△ＣＯ＋△ＣＩ …（４）
振回路とみなすことができ、ＬＣ共振回路の共振周波数
ｆは、一般的に（３）式で表される。 ｆ＝１／｛２π・√（ＬＣ）｝ …（３） そして、水晶振動子ＸＴＬはＬ（インダクタンス）性で
動作していることを考慮すると、全体の周波数温度特性
から水晶振動子単体の周波数温度特性を除いた回路の周
波数温度特性は、ＣＬが温度により変化していることが
原因と考えることができる。温度Ｔ１→Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ
２）における前記各容量の容量変化をΔＣＬ，ΔＣＯ，
ΔＣＩとすると、（４）式の関係がある。 △ＣＬ＝△ＣＯ＋△ＣＩ …（４）
【００１７】ここで外部容量素子としてのコンデンサＣ
１，Ｃ２は温度係数０なので、ΔＣＯ＝０であり、した
がって（５）式の関係となる。 ΔＣＬ＝ΔＣＩ …（５） これから、水晶発振回路における負荷容量ＣＬの温度特
性は、発振回路の内部容量ＣＩの温度特性に起因してい
ることが判る。そこで、ΔＣＬ＝０にすれば、水晶発振
回路の周波数温度特性を０にすることができ、この周波
数温度特性を０とする外部合成容量ＣＯの条件として、
（６）式が得られる。 ΔＣＯ＝−ΔＣＩ …（６） すなわち、図２（ａ）に示したような場合、発振回路内
部容量は負の温度係数であるから、ΔＣＩ＜０であり、
（６）式を満たすためには、ΔＣＯ＞０とすればよいこ
とがわかる。
１，Ｃ２は温度係数０なので、ΔＣＯ＝０であり、した
がって（５）式の関係となる。 ΔＣＬ＝ΔＣＩ …（５） これから、水晶発振回路における負荷容量ＣＬの温度特
性は、発振回路の内部容量ＣＩの温度特性に起因してい
ることが判る。そこで、ΔＣＬ＝０にすれば、水晶発振
回路の周波数温度特性を０にすることができ、この周波
数温度特性を０とする外部合成容量ＣＯの条件として、
（６）式が得られる。 ΔＣＯ＝−ΔＣＩ …（６） すなわち、図２（ａ）に示したような場合、発振回路内
部容量は負の温度係数であるから、ΔＣＩ＜０であり、
（６）式を満たすためには、ΔＣＯ＞０とすればよいこ
とがわかる。
【００１８】次に、前記トランジスタＱ１のベース−エ
ミッタ間に可変容量ダイオードＣＶを接続した図１の構
成の場合について考察する。前記可変容量ダイオードＣ
Ｖに印可される逆方向電圧はトランジスタＱ１のＶＢＥ
である。このときの外部合成容量をＣＯ’とすると、
（７）式が得られる。 ＣＯ’＝Ｃ１×（Ｃ２＋ＣＶ）／（Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＶ） …（７） 前記可変容量コンデンサＣＶの特性について図３
（ａ），（ｂ）に示す。図３（ａ）は逆方向電圧に対す
る容量、図３（ｂ）は、周囲温度に対する容量の関係を
示している。また、図４にＶＳＴＢ、ＶＢＥの温度特性
を示す。可変容量ダイオードＣＶに印可される逆方向電
圧に相当するトランジスタＱ１のＶＢＥの温度特性は約
−２ｍＶ／℃である。可変容量ダイオードの特性は、第
３（ａ）図に示すように逆方向電圧が小さいほど容量が
大きく、また第３（ｂ）図に示すようにそれ自身が正の
温度係数をもっている。よって、図１の水晶発振回路に
おいて、可変容量ダイオードＣＶの容量は、トランジス
タＱ１のＶＢＥと自身の温度係数による相乗効果によっ
て、正の傾きの温度特性を有する。
ミッタ間に可変容量ダイオードＣＶを接続した図１の構
成の場合について考察する。前記可変容量ダイオードＣ
Ｖに印可される逆方向電圧はトランジスタＱ１のＶＢＥ
である。このときの外部合成容量をＣＯ’とすると、
（７）式が得られる。 ＣＯ’＝Ｃ１×（Ｃ２＋ＣＶ）／（Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＶ） …（７） 前記可変容量コンデンサＣＶの特性について図３
（ａ），（ｂ）に示す。図３（ａ）は逆方向電圧に対す
る容量、図３（ｂ）は、周囲温度に対する容量の関係を
示している。また、図４にＶＳＴＢ、ＶＢＥの温度特性
を示す。可変容量ダイオードＣＶに印可される逆方向電
圧に相当するトランジスタＱ１のＶＢＥの温度特性は約
−２ｍＶ／℃である。可変容量ダイオードの特性は、第
３（ａ）図に示すように逆方向電圧が小さいほど容量が
大きく、また第３（ｂ）図に示すようにそれ自身が正の
温度係数をもっている。よって、図１の水晶発振回路に
おいて、可変容量ダイオードＣＶの容量は、トランジス
タＱ１のＶＢＥと自身の温度係数による相乗効果によっ
て、正の傾きの温度特性を有する。
【００１９】例として−１０℃、２５℃、５０℃におけ
る可変容量ダイオードの容量温度特性を図５に示す。可
変容量ダイオードＣＶのＴ１→Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）にお
ける容量変化ΔＣＶは、 ΔＣＶ＞０ …（８） （７）式で示される外部合成容量ＣＯ’の変化量△Ｃ
Ｏ’は、コンデンサＣ１，Ｃ２が温特を持たない素子で
あれば、次式で表される。 ΔＣＯ’＝ΔＣＶ×Ｃ１2 ／｛（Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＶ）（Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＶ＋ΔＣ Ｖ）｝ …（９） （８）式より ΔＣＯ’＞０ …（１０） （７）式より回路の周波数温度特性を０とする条件の式
は、 ΔＣＯ’＝−ΔＣＩ …（１１） 外部容量素子としてのコンデンサＣ１，Ｃ２の値を上式
を満たすような定数に設定すれば、ΔＣＯ’とΔＣＩが
相殺して負荷容量ＣＬの変化量ΔＣＬ＝０となる。
る可変容量ダイオードの容量温度特性を図５に示す。可
変容量ダイオードＣＶのＴ１→Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）にお
ける容量変化ΔＣＶは、 ΔＣＶ＞０ …（８） （７）式で示される外部合成容量ＣＯ’の変化量△Ｃ
Ｏ’は、コンデンサＣ１，Ｃ２が温特を持たない素子で
あれば、次式で表される。 ΔＣＯ’＝ΔＣＶ×Ｃ１2 ／｛（Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＶ）（Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＶ＋ΔＣ Ｖ）｝ …（９） （８）式より ΔＣＯ’＞０ …（１０） （７）式より回路の周波数温度特性を０とする条件の式
は、 ΔＣＯ’＝−ΔＣＩ …（１１） 外部容量素子としてのコンデンサＣ１，Ｃ２の値を上式
を満たすような定数に設定すれば、ΔＣＯ’とΔＣＩが
相殺して負荷容量ＣＬの変化量ΔＣＬ＝０となる。
【００２０】このように、可変容量ダイオードＣＶの容
量が、トランジスタＱ１のＶＢＥと自身の温度特性で変
化することによって、発振回路内部容量の変化量ΔＣＩ
を打ち消し、発振回路の周波数温度特性を０にしてい
る。図２（ｂ）は図１の構成の周波数温度特性を示す。
これから、発振回路における周波数温度特性の影響がな
く水晶振動子のみの周波数温度特性となっていることが
判る。したがって、この構成では発振回路自身のトラン
ジスタＱ１のＶＢＥが可変容量ダイオードＣＶの容量を
制御するような動作をするため、外部からの制御電圧や
帰還系を必要としない。これにより、可変容量ダイオー
ドＣＶを制御するための回路を発振回路とは別に設ける
必要はなく、回路構成が簡略化できるとともに、制御回
路の温度特性を発振回路の周波数温度特性に合わせて設
計、設定するための作業も不要となり、結果として水晶
発振回路を低コストに構成できる。
量が、トランジスタＱ１のＶＢＥと自身の温度特性で変
化することによって、発振回路内部容量の変化量ΔＣＩ
を打ち消し、発振回路の周波数温度特性を０にしてい
る。図２（ｂ）は図１の構成の周波数温度特性を示す。
これから、発振回路における周波数温度特性の影響がな
く水晶振動子のみの周波数温度特性となっていることが
判る。したがって、この構成では発振回路自身のトラン
ジスタＱ１のＶＢＥが可変容量ダイオードＣＶの容量を
制御するような動作をするため、外部からの制御電圧や
帰還系を必要としない。これにより、可変容量ダイオー
ドＣＶを制御するための回路を発振回路とは別に設ける
必要はなく、回路構成が簡略化できるとともに、制御回
路の温度特性を発振回路の周波数温度特性に合わせて設
計、設定するための作業も不要となり、結果として水晶
発振回路を低コストに構成できる。
【００２１】次に本発明の他の実施形態について説明す
る。なお、各実施形態において、図１に示した回路の構
成要素と等価な部分には同一符号を付してある。図６
は、水晶振動子ＸＴＬとトランジスタＱ１のコレクタ、
ベースの間にそれぞれ緩衝抵抗Ｒ３，Ｒ４を介挿し、か
つコンデンサＣ１と並列にトリマコンデンサＣＴを接続
したものであり、特にトリマコンデンサＣＴによって発
振周波数の調整が可能とされている。
る。なお、各実施形態において、図１に示した回路の構
成要素と等価な部分には同一符号を付してある。図６
は、水晶振動子ＸＴＬとトランジスタＱ１のコレクタ、
ベースの間にそれぞれ緩衝抵抗Ｒ３，Ｒ４を介挿し、か
つコンデンサＣ１と並列にトリマコンデンサＣＴを接続
したものであり、特にトリマコンデンサＣＴによって発
振周波数の調整が可能とされている。
【００２２】また、図７は発振回路の負荷を、定電流源
ＩとトランジスタＱ２，Ｑ２で構成されるカレントミラ
ーによる能動負荷として構成したものであり、発振回路
の周波数温度特性の安定化を図り、可変容量ダイオード
ＣＶによる周波数温度特性の相殺効果をより高めること
が可能となる。
ＩとトランジスタＱ２，Ｑ２で構成されるカレントミラ
ーによる能動負荷として構成したものであり、発振回路
の周波数温度特性の安定化を図り、可変容量ダイオード
ＣＶによる周波数温度特性の相殺効果をより高めること
が可能となる。
【００２３】さらに、図８は、発振回路のトランジスタ
Ｑ１のエミッタに抵抗Ｒ５を挿入し、可変容量ダイオー
ドＣＶの制御電圧を図１の構成に比べて高くし、可変容
量ダイオードＣＶの可変幅を小さくしている。なお、図
示は省略するが、可変容量ダイオードを複数個並列に接
続することによって、逆に可変幅を大きくすることが可
能である。
Ｑ１のエミッタに抵抗Ｒ５を挿入し、可変容量ダイオー
ドＣＶの制御電圧を図１の構成に比べて高くし、可変容
量ダイオードＣＶの可変幅を小さくしている。なお、図
示は省略するが、可変容量ダイオードを複数個並列に接
続することによって、逆に可変幅を大きくすることが可
能である。
【００２４】また、図９は、発振回路のトランジスタと
して図１のトランジスタＱ１のエミッタ面積を大きくし
たトランジスタＱ１’で構成してＶＢＥを下げ、可変容
量ダイオードＣＶの制御電圧を図１の構成に比べて低く
し、これにより、温度特性の安定化を図ることが可能と
なる。
して図１のトランジスタＱ１のエミッタ面積を大きくし
たトランジスタＱ１’で構成してＶＢＥを下げ、可変容
量ダイオードＣＶの制御電圧を図１の構成に比べて低く
し、これにより、温度特性の安定化を図ることが可能と
なる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、発振回路
と、この発振回路に接続される水晶振動子とを備える水
晶発振回路において、前記発振回路の周波数温度特性を
相殺する回路構成、例えば、前記発振回路に可変容量コ
ンデンサを接続し、この可変容量コンデンサに前記発振
回路を構成するトランジスタのベース−エミッタ間電圧
を印加する構成とすることにより、水晶発振回路全体と
しての発振周波数の温度特性は、発振回路の周波数温度
特性が０になるために水晶振動子自体の周波数温度特性
に一致することになり、これにより水晶発振回路の周波
数温度特性による特性劣化がなく、温度に対してより高
い周波数安定度を得ることができる。したがって、可変
容量ダイオードを制御するために発振回路とは独立した
回路を設ける必要がなく、回路規模が縮小され、低コス
ト化が実現できる。また、発振周波数の温度特性規格に
対してマージンができるため、水晶振動子のばらつき精
度を低くすることも可能となり、水晶振動子の原価低減
を図り、水晶発振回路のさらなる低コスト化が実現でき
る。
と、この発振回路に接続される水晶振動子とを備える水
晶発振回路において、前記発振回路の周波数温度特性を
相殺する回路構成、例えば、前記発振回路に可変容量コ
ンデンサを接続し、この可変容量コンデンサに前記発振
回路を構成するトランジスタのベース−エミッタ間電圧
を印加する構成とすることにより、水晶発振回路全体と
しての発振周波数の温度特性は、発振回路の周波数温度
特性が０になるために水晶振動子自体の周波数温度特性
に一致することになり、これにより水晶発振回路の周波
数温度特性による特性劣化がなく、温度に対してより高
い周波数安定度を得ることができる。したがって、可変
容量ダイオードを制御するために発振回路とは独立した
回路を設ける必要がなく、回路規模が縮小され、低コス
ト化が実現できる。また、発振周波数の温度特性規格に
対してマージンができるため、水晶振動子のばらつき精
度を低くすることも可能となり、水晶振動子の原価低減
を図り、水晶発振回路のさらなる低コスト化が実現でき
る。
【図１】本発明の第１の実施形態の回路図である。
【図２】従来と本発明の水晶発振回路における発振周波
数温度特性を示す図である。
数温度特性を示す図である。
【図３】可変容量ダイオードのＶＲ−ＣＶ特性と、周囲
温度−容量特性を示す図である。
温度−容量特性を示す図である。
【図４】ＶＳＴＢとＶＢＥ電圧温度特性を示す図であ
る。
る。
【図５】本発明の可変容量ダイオードの容量特性を示す
図である。
図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の回路図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の回路図である。
【図８】本発明の第４の実施形態の回路図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の回路図である。
【図１０】水晶発振回路を用いたダブルスーパヘテロダ
イン方式の無線選択呼出受信の受信回路の一部を示す回
路図である。
イン方式の無線選択呼出受信の受信回路の一部を示す回
路図である。
Ｑ１〜Ｑ３ トランジスタ ＸＴＬ 水晶振動子 ＣＶ 可変容量ダイオード Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Claims (5)
- 【請求項１】 発振回路と、この発振回路に接続される
水晶振動子とを備える水晶発振回路において、前記水晶
発振回路の発振周波数の温度特性が前記水晶振動子の温
度特性にのみ依存していることを特徴とする水晶発振回
路。 - 【請求項２】 前記発振回路には可変容量コンデンサが
接続され、この可変容量コンデンサの温度変化に対する
キャパシタンス特性が、前記発振回路の発振周波数温度
特性を相殺するように設定されている請求項１に記載の
水晶発振回路。 - 【請求項３】 前記発振回路は自己バイアス式エミッタ
接地回路であり、前記可変容量コンデンサには前記トラ
ンジスタのベース−エミッタ間電圧が印加されている請
求項２に記載の水晶発振回路。 - 【請求項４】 前記トランジスタのコレクタとベース間
に前記水晶振動子が接続される請求項３に記載の水晶発
振回路。 - 【請求項５】 前記発振回路はＩＣの内部回路として構
成され、前記水晶振動子、可変容量コンデンサは前記Ｉ
Ｃに接続される外部回路要素として構成される請求項２
ないし４のいずれかに記載の水晶発振回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09286773A JP3129255B2 (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 水晶発振回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09286773A JP3129255B2 (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 水晶発振回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11122038A true JPH11122038A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3129255B2 JP3129255B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=17708869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09286773A Expired - Fee Related JP3129255B2 (ja) | 1997-10-20 | 1997-10-20 | 水晶発振回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3129255B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7019444B2 (en) | 2001-07-17 | 2006-03-28 | Seiko Epson Corporation | Method of adjusting temperature properties of piezoelectric devices and oscillation circuits |
| JP2012195974A (ja) * | 2012-07-12 | 2012-10-11 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 発振器 |
| JP2013207340A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Seiko Epson Corp | 回路装置、発振装置及び電子機器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8448459B2 (en) * | 2007-10-08 | 2013-05-28 | Emerson Climate Technologies, Inc. | System and method for evaluating parameters for a refrigeration system with a variable speed compressor |
-
1997
- 1997-10-20 JP JP09286773A patent/JP3129255B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7019444B2 (en) | 2001-07-17 | 2006-03-28 | Seiko Epson Corporation | Method of adjusting temperature properties of piezoelectric devices and oscillation circuits |
| JP2013207340A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Seiko Epson Corp | 回路装置、発振装置及び電子機器 |
| JP2012195974A (ja) * | 2012-07-12 | 2012-10-11 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 発振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3129255B2 (ja) | 2001-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |