JPWO2011062032A1 - Oscillator circuit and sensor - Google Patents
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Abstract
共振部(101)を構成するSAWデバイス(111)は一方端がグランドに接続し、他方端が増幅部(122)のトランジスタ(Tr2)のベースに接続する。トランジスタ(Tr2)のエミッタは、デカップリングコンデンサ(Cd1)を介して、増幅部(121)のトランジスタ(Tr1)のベースに接続する。トランジスタ(Tr1)のエミッタは、共振用コンデンサ(C2)を介してグランドに接続する。トランジスタ(Tr1)のエミッタとベースとの間には、共振用コンデンサ(C1)が接続されている。このようにトランジスタ(Tr1)および共振用コンデンサ(C1,C2)を含む増幅部(121)の前段に、別のトランジスタ(Tr2)を含む増幅部(122)を備えることで、共振部(101)から増幅部側を見た負性抵抗が増加する。One end of the SAW device (111) constituting the resonance unit (101) is connected to the ground, and the other end is connected to the base of the transistor (Tr2) of the amplification unit (122). The emitter of the transistor (Tr2) is connected to the base of the transistor (Tr1) of the amplifying unit (121) via the decoupling capacitor (Cd1). The emitter of the transistor (Tr1) is connected to the ground via the resonance capacitor (C2). A resonance capacitor (C1) is connected between the emitter and base of the transistor (Tr1). Thus, by providing the amplification unit (122) including another transistor (Tr2) in the previous stage of the amplification unit (121) including the transistor (Tr1) and the resonance capacitors (C1, C2), the resonance unit (101). As a result, the negative resistance as viewed from the amplifying unit side increases.
Description
この発明は、SAWデバイスを共振部に用いた発振回路に関するものである。 The present invention relates to an oscillation circuit using a SAW device as a resonance part.
従来、所定周波数の信号を発振する一般的な発振回路として、非特許文献1に示すようなコルピッツ型発振回路がある。そして、一般的なコルピッツ発振回路は、非特許文献にも記載されているように、トランジスタ等の半導体増幅素子と、1個のインダクタと2個のコンデンサとからなる。 Conventionally, as a general oscillation circuit that oscillates a signal of a predetermined frequency, there is a Colpitts oscillation circuit as shown in Non-Patent Document 1. A general Colpitts oscillation circuit includes a semiconductor amplifying element such as a transistor, one inductor, and two capacitors, as described in non-patent literature.
ところで、このような発振回路をバイオセンサ等に利用する場合、発振周波数の変化に基づいて被検出体をセンシングするため、付着する被検出体の量に応じて発振周波数が変化する構成が必要である。これを実現するため、従来では、上述のインダクタにかえて水晶共振子やSAWデバイスを用いた発振回路が考案されている。 By the way, when such an oscillation circuit is used for a biosensor or the like, since the detection object is sensed based on a change in the oscillation frequency, a configuration in which the oscillation frequency changes according to the amount of the detection object attached is necessary. is there. In order to realize this, conventionally, an oscillation circuit using a crystal resonator or a SAW device instead of the above-described inductor has been devised.
しかしながら、従来のSAWデバイスを用いた一般的なコルピッツ発振回路を用いた場合、発振周波数の変化途中で、出力される発振周波数が不安定になったり、場合によっては発振停止してしまうことがある。 However, when a general Colpitts oscillation circuit using a conventional SAW device is used, the oscillation frequency to be output may become unstable during the change of the oscillation frequency, or the oscillation may stop in some cases. .
この発明の目的は、SAWデバイスを用いた発振周波数が変化するような発振回路であっても、確実且つ安定して発振が継続する発振回路を実現することにある。 An object of the present invention is to realize an oscillation circuit that continues to oscillate reliably and stably even in an oscillation circuit that changes the oscillation frequency using a SAW device.
この発明は、SAWデバイスを含む共振部と、第1の増幅素子を含む第1の増幅部とを備えた発振回路に関するものである。この発振回路は、SAWデバイスと第1の増幅素子の被増幅信号入力端との間に、負性抵抗を増加させるような特性を有する第2の増幅素子を含む第2の増幅部が挿入されてなる。 The present invention relates to an oscillation circuit including a resonance unit including a SAW device and a first amplification unit including a first amplification element. In this oscillation circuit, a second amplifying unit including a second amplifying element having a characteristic of increasing the negative resistance is inserted between the SAW device and the amplified signal input terminal of the first amplifying element. It becomes.
一般に発振回路は、図6に示すような等価回路で表すことができる。図X1は発振回路の一般的な等価回路図である。図6に示すように、発振回路は、インダクタ(L)および抵抗(RL)の直列回路からなる共振部と、キャパシタ(C)および負性抵抗(−Ra)の直列回路からなる増幅部とを備える。そして、これら共振部と増幅部とにより閉回路が形成されることで発振回路が構成される。ここで、本発明で適応する発振回路では、インダクタ(L)は共振用インダクタで、SAWデバイスのインダクタンスからなり、抵抗(RL)はSAWデバイスの共振抵抗からなる。また、キャパシタ(C)は増幅部に備えられた共振用コンデンサのキャパシタンスからなり、負性抵抗(−Ra)は増幅素子を備える増幅部の増幅率に依存する。そして、増幅部の負性抵抗(−Ra)が共振部の、抵抗(RL)よりも大きくなるように設定し、共振部と増幅部との位相が一致するように設定することで、発振回路は発振して、発振周波数の信号を出力する。In general, the oscillation circuit can be represented by an equivalent circuit as shown in FIG. FIG. X1 is a general equivalent circuit diagram of the oscillation circuit. As shown in FIG. 6, the oscillation circuit includes a resonance unit composed of a series circuit of an inductor (L) and a resistor (R L ), and an amplification unit composed of a series circuit of a capacitor (C) and a negative resistance (−R a ). With. An oscillation circuit is configured by forming a closed circuit by the resonance unit and the amplification unit. Here, in the oscillation circuit to which the present invention is applied, the inductor (L) is a resonance inductor and is composed of the inductance of the SAW device, and the resistance (R L ) is composed of the resonance resistance of the SAW device. The capacitor (C) is composed of the capacitance of a resonance capacitor provided in the amplification unit, and the negative resistance (−Ra) depends on the amplification factor of the amplification unit including the amplification element. Then, by setting the negative resistance (−Ra) of the amplifying unit to be larger than the resistance (R L ) of the resonating unit and setting the phase of the resonating unit and the amplifying unit to coincide, The circuit oscillates and outputs a signal at the oscillation frequency.
そして、SAWデバイスを用いた場合、水晶振動子と比較して周波数変化量を大きく取れる特徴があるものの、共振抵抗(RL)が大きくなることがある。また、センサ感度を上げるために同様に共振子抵抗が大きくなることがあるが、本構成のように第2の増幅部を挿入して、等価回路上の増幅部の負性抵抗を大きくすれば、安定した発振が得られる。When the SAW device is used, the resonance resistance (R L ) may be increased although there is a feature that the frequency change amount can be increased as compared with the crystal resonator. Similarly, the resonator resistance may increase to increase the sensor sensitivity. However, if the second amplifying unit is inserted as in this configuration to increase the negative resistance of the amplifying unit on the equivalent circuit. Stable oscillation can be obtained.
また、この発明の発振回路では、第1の増幅素子および第2の増幅素子はエミッタ接地型のトランジスタである。そして、SAWデバイスの一方端はグランドへ接続され、SAWデバイスの他方端は第2の増幅素子となるトランジスタのベースに接続される。第2の増幅素子となるトランジスタのエミッタは、第1の増幅素子となるトランジスタのベースに接続される。第1の増幅素子となるトランジスタのエミッタには共振用のコンデンサが接続される。 In the oscillation circuit of the present invention, the first amplifying element and the second amplifying element are grounded emitter transistors. One end of the SAW device is connected to the ground, and the other end of the SAW device is connected to the base of the transistor that serves as the second amplifying element. The emitter of the transistor serving as the second amplifying element is connected to the base of the transistor serving as the first amplifying element. A resonance capacitor is connected to the emitter of the transistor serving as the first amplifying element.
この構成では、上述の発振回路の共振部および増幅部の具体的構成を示すものである。そして、増幅素子としてトランジスタを用いることで、比較的容易な材料で且つ簡素な構成で発振回路を構成することができる。なお、増幅素子としてトランジスタを用いているが、当然にFETを用いてもよく、同様の構成を実現できる。 This configuration shows a specific configuration of the resonance unit and the amplification unit of the oscillation circuit described above. By using a transistor as the amplifying element, an oscillation circuit can be configured with a relatively easy material and a simple configuration. Although a transistor is used as the amplifying element, a FET may naturally be used, and a similar configuration can be realized.
また、この発明の発振回路では、SAWデバイスと第2の増幅素子の被増幅信号入力端との間にコンデンサが挿入されている。 In the oscillation circuit of the present invention, a capacitor is inserted between the SAW device and the amplified signal input terminal of the second amplifying element.
この構成では、当該コンデンサにより、第2の増幅素子の直流バイアス電圧が遮断され、SAWデバイスには印加されない。これにより、SAWデバイスの直流バイアスによる劣化を防止できる。 In this configuration, the DC bias voltage of the second amplifying element is cut off by the capacitor and is not applied to the SAW device. As a result, the deterioration of the SAW device due to the DC bias can be prevented.
また、この発明の発振回路では、SAWデバイスに抵抗素子が並列接続されている。 In the oscillation circuit of the present invention, a resistive element is connected in parallel to the SAW device.
この構成では、SAWデバイスに並列接続される抵抗素子により、SAWデバイスの焦電効果による異常分極を起こす電荷を放電することができる。これにより、SAWデバイスの焦電破壊を防止できる。 In this configuration, the resistance element connected in parallel to the SAW device can discharge charges that cause abnormal polarization due to the pyroelectric effect of the SAW device. Thereby, pyroelectric breakdown of the SAW device can be prevented.
また、この発明の発振回路では、第2の増幅部が複数段接続されてなる。 In the oscillation circuit according to the present invention, the second amplifying unit is connected in a plurality of stages.
この構成では、上述の第2の増幅部を複数段接続することで、負性抵抗をより大きくすることができる。これにより、より確実で安定な発振を得ることができる。 In this configuration, the negative resistance can be further increased by connecting the above-described second amplifying units in a plurality of stages. Thereby, more reliable and stable oscillation can be obtained.
また、この発明の発振回路では、第2の増幅部の接続数は、SAWデバイスのインダクタンスおよび負性抵抗の値に基づいて決定されている。 In the oscillation circuit of the present invention, the number of connections of the second amplifying units is determined based on the values of the inductance and negative resistance of the SAW device.
この構成では、複数段接続する際の設定基準を示している。すなわち、段数が増加すれば、その分、負性抵抗は大きくなるが、浮遊キャパシタンスが増加し、発振条件が悪化する可能性がある。この場合、得られる負性抵抗と生じてしまう浮遊キャパシタンスとの関係を鑑みて、適宜段数を決定することや整合用のインダクタやマイクロストリップ回路等を挿入してキャンセルすることで、適する発振条件で発振させることができる。 In this configuration, a setting criterion for connecting a plurality of stages is shown. That is, if the number of stages increases, the negative resistance increases correspondingly, but the stray capacitance increases and the oscillation condition may deteriorate. In this case, in consideration of the relationship between the obtained negative resistance and the generated stray capacitance, it is possible to determine the number of stages as appropriate and to cancel by inserting a matching inductor, microstrip circuit, etc. It can oscillate.
また、この発明のセンサは上述の発振回路と、該発振回路の発振周波数を検出する周波数検出回路とを備える。 The sensor of the present invention includes the above-described oscillation circuit and a frequency detection circuit that detects an oscillation frequency of the oscillation circuit.
この構成では、上述の発振回路を備えたセンサについて示している。そして、上述のような発振回路を用いれば、確実且つ安定に発振信号が得られるので、確実且つ安定なセンシングが可能になる。 In this configuration, a sensor including the above-described oscillation circuit is shown. If an oscillation circuit such as that described above is used, an oscillation signal can be obtained reliably and stably, so that reliable and stable sensing is possible.
また、この発明のセンサは、SAWデバイスの表面を被検出体の感知面とする感知部を備える。 Moreover, the sensor of this invention is provided with the sensing part which makes the surface of a SAW device the sensing surface of a to-be-detected body.
この構成では、より具体的なセンサの構成について示している。そして、上述のようなSAWデバイスの表面を感知面とすることで、被検出体に対する感知状態に応じて周波数が変化しても安定して発振信号が得られ、確実且つ安定したセンシングが可能なセンサを構成できる。 This configuration shows a more specific configuration of the sensor. Further, by using the surface of the SAW device as described above as a sensing surface, an oscillation signal can be stably obtained even if the frequency changes according to the sensing state of the detected object, and reliable and stable sensing is possible. A sensor can be configured.
この発明によれば、SAWデバイスを用いた発振周波数が変化する発振回路であっても、確実且つ安定して発振信号を継続的に発生して、出力することができる。 According to the present invention, even in an oscillation circuit using an SAW device whose oscillation frequency changes, an oscillation signal can be continuously generated and output reliably and stably.
本発明の第1の実施形態に係る発振回路について、図を参照して説明する。図1は本実施形態の発振回路10の回路図である。
An oscillation circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of an
発振回路10はSAWデバイス111を備える。SAWデバイス111は、例えば圧電基板上にIDT電極と反射用電極とを形成することにより実現される。SAWデバイス111の一方端はグランドへ接続し、SAWデバイス111の他方端は、トランジスタTr2のベースに接続している。このSAWデバイス111により共振部101が構成される。
The
トランジスタTr2は、本願発明の「第2の増幅素子」に相当し、エミッタが抵抗器R23を介してグランドへ接続している。トランジスタTr2のベースには、上述のSAWデバイス111が接続されるとともに、抵抗器R21を介して駆動電圧入力端子104が接続されている。また、トランジスタTr2のコレクタには、抵抗器R22を介して駆動電圧入力端子104が接続されている。
The transistor Tr2 corresponds to the “second amplification element” of the present invention, and the emitter is connected to the ground via the resistor R23. The above-mentioned
そして、これらトランジスタTr2、バイアス用の抵抗器R21,R22,R23により、増幅部122(本願発明の「第2の増幅部」に相当する。)が構成される。当該増幅部122は、駆動電圧入力端子104から所定の駆動電圧が印加されることで、所定の増幅率でトランジスタTr2に入力された信号を増幅して出力する。
The transistor Tr2 and the bias resistors R21, R22, and R23 constitute an amplifying unit 122 (corresponding to the “second amplifying unit” in the present invention). The amplifying
トランジスタTr2のエミッタは、デカップリングコンデンサCd1を介してトランジスタTr1のベースに接続している。 The emitter of the transistor Tr2 is connected to the base of the transistor Tr1 via the decoupling capacitor Cd1.
トランジスタTr1は、本願発明の「第1の増幅素子」に相当し、エミッタが抵抗器R14を介してグランドへ接続している。また、トランジスタTr1のエミッタは、共振用コンデンサC2を介してグランドへ接続するとともに、共振用コンデンサC1を介して、トランジスタTr1のベースに接続している。このトランジスタTr1のベースが本発明の「被増幅信号入力端」に相当する。 The transistor Tr1 corresponds to the “first amplifying element” of the present invention, and the emitter is connected to the ground via the resistor R14. The emitter of the transistor Tr1 is connected to the ground via the resonance capacitor C2, and is connected to the base of the transistor Tr1 via the resonance capacitor C1. The base of the transistor Tr1 corresponds to the “amplified signal input terminal” of the present invention.
また、トランジスタTr1のベースには、抵抗器R11と抵抗器R12との接続点(分圧点)が接続されている。この抵抗器R11,R12の分圧回路は、抵抗器R11側が駆動電圧入力端子104へ接続され、抵抗器R12側がグランドへ接続している。
In addition, a connection point (voltage dividing point) between the resistor R11 and the resistor R12 is connected to the base of the transistor Tr1. In the voltage dividing circuit of the resistors R11 and R12, the resistor R11 side is connected to the drive
トランジスタTr1のコレクタには、抵抗器R13を介して駆動電圧入力端子104が接続される。また、このトランジスタTr1のコレクタは、出力用コンデンサCoを介して出力端子103に接続している。
A drive
そして、これらトランジスタTr1、バイアス用の抵抗器R11,R12,R13,R14、共振用コンデンサC1,C2、出力用コンデンサCoにより、増幅部121(本願の「第1の増幅部」に相当する。)が構成させる。当該増幅部121は、駆動電圧入力端子104から所定の駆動電圧が印加されることで、所定の増幅率でトランジスタTr1に入力された信号を増幅して出力する。また、増幅部121は、共振用コンデンサC2を介して、グランド経由でSAWデバイス111の一方端に接続しており、発振の際のフィードバック用の回路としても機能する。
The transistor Tr1, the bias resistors R11, R12, R13, and R14, the resonance capacitors C1 and C2, and the output capacitor Co correspond to the amplification unit 121 (corresponding to the “first amplification unit” of the present application). Make up. The amplifying
そして、このような増幅部121,122により、発振回路10における共振部101に対応する増幅回路102が構成される。
The
このような構成にすることで、SAWデバイス111がインダクタとして作用する周波数帯域において、当該SAWデバイス111を共振用インダクタとして、共振用コンデンサC1,C2を有するコルピッツ型の発振回路10が実現される。
With this configuration, the
そして、このように共振用コンデンサC1,C2を有する増幅部121の前段に、所定増幅率の増幅部122を備えることで、増幅回路102としての負性抵抗が増加し、従来の増幅部121のみの構成と比較して、SAWデバイス111を有する共振部101から増幅回路側を見た負性抵抗を大きくすることができる。
Further, by providing the
図2は、本願構成と従来構成とでの増幅回路のインピーダンスの実数成分と虚数成分、すなわち増幅回路の抵抗成分と位相の周波数特性を示した図である。図2において横軸は周波数を示し、縦軸は抵抗値および位相を示す。また、図中の細実線が虚数成分Imを示し、太実線が本願発明の構成による実数成分Re(本願)を示し、太破線が従来構成による実数成分Re(従来)を示す。 FIG. 2 is a diagram showing the frequency characteristics of the real component and the imaginary component of the impedance of the amplifier circuit, that is, the resistance component of the amplifier circuit and the phase in the present configuration and the conventional configuration. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the resistance value and the phase. In the figure, the thin solid line indicates the imaginary component Im, the thick solid line indicates the real component Re (this application) according to the configuration of the present invention, and the thick broken line indicates the real number component Re (conventional) according to the conventional configuration.
ここで、発振が行われるには、虚数成分Imすなわち位相が「0」である必要があり、当該位相条件において、SAWデバイス111からなる共振部101の抵抗値(共振抵抗)よりも絶対値が大きな負性抵抗値を得られなければならない。さらに、当該負性抵抗値が大きければより安定した発振が可能になる。
Here, in order to oscillate, the imaginary component Im, that is, the phase needs to be “0”. Under the phase condition, the absolute value is larger than the resistance value (resonance resistance) of the
図2に示すように、虚数成分Im(位相)が「0」の際、従来の構成では、抵抗値は「約−6Ω」の負性抵抗となっている。一方、本願の構成では、抵抗値は「約−31Ω」の負性抵抗となっている。ここで、周波数広範囲でシフト可能な1port型のSAWデバイスと呼ばれるタイプのSAWデバイス111の共振抵抗は、現状、一般に約10Ωであるので、共振部101の抵抗値は約10Ω強になると考えられる。
As shown in FIG. 2, when the imaginary component Im (phase) is “0”, in the conventional configuration, the resistance value is a negative resistance of “about −6Ω”. On the other hand, in the configuration of the present application, the resistance value is a negative resistance of “about −31Ω”. Here, since the resonance resistance of a
したがって、従来構成の場合、増幅回路の負性抵抗の絶対値が共振部101の抵抗値よりも小さい。一方、本願構成の場合、増幅回路の負性抵抗の絶対値が共振部101の抵抗値よりも、大幅に大きくなる。
Therefore, in the case of the conventional configuration, the absolute value of the negative resistance of the amplifier circuit is smaller than the resistance value of the
ここで、実験的に発振を安定させるためには、共振部の抵抗値に対して、増幅回路の負性抵抗の絶対値が約3倍以上であればよいということがわかっている。したがって、本願構成を用いれば、このような発振の条件を満たすことができ、確実且つ安定な発振を継続的に実現することができる。 Here, in order to experimentally stabilize the oscillation, it is known that the absolute value of the negative resistance of the amplifier circuit should be about three times or more the resistance value of the resonance unit. Therefore, if the configuration of the present application is used, such an oscillation condition can be satisfied, and reliable and stable oscillation can be continuously realized.
図3は、本願構成と従来構成とでのセンシング時の発振回路の出力周波数の時間特性を示した図である。図3において横軸は経過時間tであり、縦軸は経過時間t=0以前での発振周波数を基準とした周波数変化量を示す。そして、当該実験結果は、時間t=0のタイミングでSAWデバイス111からなる感知部により被検出体が感知され始めて、経時的に発振周波数が変化する状態を示している。
FIG. 3 is a diagram showing time characteristics of the output frequency of the oscillation circuit during sensing in the present configuration and the conventional configuration. In FIG. 3, the horizontal axis represents the elapsed time t, and the vertical axis represents the amount of frequency change based on the oscillation frequency before the elapsed time t = 0. The experimental result shows a state in which the object to be detected starts to be sensed by the sensing unit including the
図3に示すように、従来の構成では、感知の始まるタイミングから、すなわち発振周波数の変化が始まってから所定時間経過後に、SAWデバイスの状態変化の影響により、発振が停止してしまう。また、図では詳細な周波数の変動が分かり難いが、従来の構成では、周波数が上下(高低)にバラツキながら遷移してしまう。これは、増幅回路の負性抵抗の絶対値が低く、共振部の抵抗値と殆ど変わらないことにより、発振が不安定になることに起因していると考えられる。 As shown in FIG. 3, in the conventional configuration, the oscillation stops due to the influence of the state change of the SAW device from the timing when the sensing starts, that is, after a lapse of a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency. In addition, although it is difficult to understand the detailed frequency fluctuation in the figure, in the conventional configuration, the frequency is shifted while being varied vertically (high and low). This is considered to be caused by the fact that the absolute value of the negative resistance of the amplifier circuit is low and hardly changes from the resistance value of the resonance part, resulting in unstable oscillation.
一方、本願発明の構成では、感知の始まるタイミングから、すなわち発振周波数の変化が始まってからも、発振が安定して継続する。これは、本願発明の構成とすることで、図2に示すように、増幅回路として、共振部101の抵抗値よりも大幅に大きな絶対値の負性抵抗が得られることによると考えられる。
On the other hand, in the configuration of the present invention, oscillation continues stably from the timing when sensing starts, that is, even when the change of the oscillation frequency starts. This is considered to be due to the fact that the negative resistance having an absolute value significantly larger than the resistance value of the
このように、本実施形態の構成を用いることで、発振周波数の変化範囲が広く共振抵抗が比較的大きなSAWデバイスを共振部に用いても、確実且つ安定して発振を継続することができる。 As described above, by using the configuration of the present embodiment, even if a SAW device having a wide oscillation frequency change range and a relatively large resonance resistance is used for the resonance part, oscillation can be continued reliably and stably.
このような発振回路は、バイオセンサ等の各種センサに用いられる。具体的には、例えば、SAWデバイスの表面を感知面として、当該感知面に接触する被検出体(液状体等)を検出するセンサに用いることができる。 Such an oscillation circuit is used for various sensors such as a biosensor. Specifically, for example, the surface of the SAW device can be used as a sensing surface, and can be used as a sensor that detects an object to be detected (liquid material or the like) that contacts the sensing surface.
このようなセンサの場合、上述の発振回路と、周波数検出回路とを備える。周波数検出回路は既知の回路からなり、発振回路から出力される発振信号の周波数を検出する。 Such a sensor includes the above-described oscillation circuit and a frequency detection circuit. The frequency detection circuit is a known circuit, and detects the frequency of the oscillation signal output from the oscillation circuit.
このようなセンサでは、被検出体がSAWデバイス表面に付着していなければ、SAWデバイスの定常状態による発振周波数の発振信号が発振回路から出力される。一方、被検出体がSAWデバイス表面に付着すると、当該被検出体によりSAWデバイスの共振条件が変化し、図3に示すように発振周波数が変化する。 In such a sensor, if the object to be detected is not attached to the surface of the SAW device, an oscillation signal having an oscillation frequency according to the steady state of the SAW device is output from the oscillation circuit. On the other hand, when the object to be detected adheres to the surface of the SAW device, the resonance condition of the SAW device changes due to the object to be detected, and the oscillation frequency changes as shown in FIG.
周波数検出回路は、このような発振回路からの出力信号の周波数を経時的に検出する。そして、周波数検出回路は、検出した周波数に応じて被検出体を検知する。例えば、周波数変化量が所定値以上であれば被検出体が有りと判断したり、検出した周波数が特定周波数となれば被検出体が有りと判断したりする等の処理を行う。 The frequency detection circuit detects the frequency of the output signal from such an oscillation circuit over time. The frequency detection circuit detects the detection target according to the detected frequency. For example, processing such as determining that the detected object exists if the frequency change amount is equal to or greater than a predetermined value, or determining that the detected object exists if the detected frequency reaches a specific frequency is performed.
そして、このようなセンサに上述の構成からなる発振回路を用いることで、確実且つ安定した発振信号が得られるので、確実且つ安定して被検出体の検出を行うことができる。 Further, by using an oscillation circuit having the above-described configuration for such a sensor, a reliable and stable oscillation signal can be obtained, so that the detection target can be detected reliably and stably.
次に、第2の実施形態に係る発振回路について図を参照して説明する。図4は本実施形態の発振回路10Aの回路図である。本実施形態の発振回路10Aは、第1の実施形態の発振回路10に対して、各種の付加的回路素子を追加したものであり、以下では、追加した回路素子についてのみ説明する。
Next, an oscillation circuit according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a circuit diagram of the
共振部101のSAWデバイス111とトランジスタTr2のベースとの間には、コンデンサCvが挿入して接続されている。このようなコンデンサCvを備えることで、トランジスタTr2の直流バイアス電圧がSAWデバイス111に印加させることを防止できる。これにより、SAWデバイス111の直流バイアス電圧による劣化を防止できる。
A capacitor Cv is inserted and connected between the
また、SAWデバイス111には、抵抗器Rsが並列接続されている。すなわち、抵抗器Rsは一方端がグランドへ接続し、他方端がSAWデバイス111のコンデンサCvとの接続側の端子へ接続している。このような抵抗器Rsを備えることで、SAWデバイス111の焦電性により、SAWデバイス111に不要な電荷が発生しても、当該電荷を抵抗器Rsを介してグランドへ放電することができる。これにより、SAWデバイス111の焦電破壊を防止できる。
Further, the resistor Rs is connected in parallel to the
増幅部122AのトランジスタTr2のベースに接続する抵抗器R21とコレクタに接続する抵抗器R22は、それぞれにおけるトランジスタTr2と接続する側とは反対側の端部が接続されている。この接続点は、デカップリングコンデンサC20を介してグランドへ接続するとともに、デカップリング用抵抗器R32を介して駆動電圧入力端子104へ接続されている。
The resistor R21 connected to the base of the transistor Tr2 of the amplifying
増幅部121AのトランジスタTr1のベースに接続する抵抗器R11とコレクタに接続する抵抗器R13も、それぞれにおけるトランジスタTr1と接続する側とは反対側の端部が接続されている。この接続点は、デカップリングコンデンサC10を介してグランドへ接続するとともに、デカップリング用抵抗器R31を介して駆動電圧入力端子104へ接続されている。
The resistor R11 connected to the base of the transistor Tr1 of the
さらに、駆動電圧入力端子104は、デカップリングコンデンサC30を介してグランドへ接続している。
Furthermore, the drive
これらの構成を用いることで、増幅部121A,122Aから駆動電圧入力端子104へ発振信号が漏洩することを、より効果的に抑制することができる。これにより、より増幅特性に優れる増幅回路が構成できる。
By using these configurations, it is possible to more effectively suppress the oscillation signal from leaking from the amplifying
以上のように、本実施形態の構成を用いることで、第1の実施形態に示したような作用効果が得られるとともに、さらに動作特性に優れる発振回路を実現することができる。 As described above, by using the configuration of the present embodiment, it is possible to realize an oscillation circuit having the operational effects as shown in the first embodiment and further excellent in operating characteristics.
次に、第3の実施形態に係る発振回路について、図を参照して説明する。図5は本実施形態の発振回路10Bの回路図である。図5に示すように、本実施形態の発振回路10Bは、第1の実施形態に示した「第2の増幅部」に相当する増幅部122を二段接続したものである。したがって、第1の実施形態と異なる回路構成の箇所のみを説明する。
Next, an oscillation circuit according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a circuit diagram of the
増幅部222のトランジスタTr3のベースは、SAWデバイス111のグランドに接続している端部と反対側の端部に接続している。トランジスタTr3のエミッタは抵抗器R33を介してグランドへ接続している。トランジスタTr3のベースは抵抗器R31を介して駆動電圧入力端子104へ接続され、トランジスタTr3のコレクタは抵抗器R32を介して駆動電圧入力端子104へ接続されている。これにより、後段の増幅部122と同じ構成からなる増幅部222が形成される。
The base of the transistor Tr3 of the
そして、増幅部222のトランジスタTr3のエミッタは、デカップリングコンデンサCd2を介して、増幅部122のトランジスタTr2のベースに接続している。
The emitter of the transistor Tr3 in the
このような構成とすることで、増幅回路202は、第1の実施形態に示した増幅部121の前段に、第1の実施形態で示した増幅部122が接続され、さらにその前段に増幅部222が接続された構成となる。これにより、増幅回路202としての負性抵抗の絶対値を、さらに大きくすることができる。この結果、さらに確実且つ安定に発振する発振回路を構成することができる。
With this configuration, the
なお、接続する増幅部の段数は、本実施形態に示すように二段に限るものではなく、三段以上であっても良い。この際、接続する増幅部の段数は、得られる負性抵抗の値と、増加する浮遊キャパシタンスに基づいて設定すればよい。すなわち、接続段数を増加すれば、その分、負性抵抗の絶対値は大きくなるが、段数に応じた浮遊キャパシタンスが生じてしまう。このように発生した浮遊キャパシタンスは、発振に対して悪影響を及ぼしてしまう可能性がある。したがって、接続段数は、SAWデバイスの共振抵抗の約3倍以上の負性抵抗が得られる最少の段数にしておくとより良い。また、このように最少の段数にすることで、発振回路をできる限り小型に形成することができ、これに応じて当該発振回路を備えるセンサをも小型に形成することができる。 Note that the number of stages of amplifiers to be connected is not limited to two as shown in the present embodiment, and may be three or more. At this time, the number of amplification units to be connected may be set based on the obtained negative resistance value and the increasing floating capacitance. That is, if the number of connection stages is increased, the absolute value of the negative resistance is increased correspondingly, but stray capacitance corresponding to the number of stages is generated. The stray capacitance generated in this way may adversely affect the oscillation. Therefore, it is better to set the number of connection stages to the minimum number of stages at which a negative resistance of about three times or more of the resonance resistance of the SAW device can be obtained. In addition, by using the minimum number of stages as described above, the oscillation circuit can be formed as small as possible, and a sensor including the oscillation circuit can be formed in a small size accordingly.
なお、接続段数を増加させる必要がある場合には、整合用のインダクタやマイクロストリップライン等を挿入し、浮遊キャパシタンスをキャンセルすることもできる。 If it is necessary to increase the number of connection stages, a stray capacitance can be canceled by inserting a matching inductor, a microstrip line, or the like.
上述の説明では、増幅素子としてトランジスタを用いた例を示したが、FETやOPアンプ等を用いてもよい。 In the above description, an example in which a transistor is used as an amplifying element is shown, but an FET, an OP amplifier, or the like may be used.
10,10A,10B−発振回路、101−共振部、102−増幅回路、121,122,121A,122A,221−増幅部、103−出力端子、104−駆動電圧入力端子、111−SAWデバイス 10, 10A, 10B-Oscillation circuit, 101-Resonance unit, 102-Amplification circuit, 121, 122, 121A, 122A, 221-Amplification unit, 103-Output terminal, 104-Drive voltage input terminal, 111-SAW device
Claims (8)
前記SAWデバイスと前記第1の増幅素子の被増幅信号入力端との間に、負性抵抗を増加させるような特性を有する第2の増幅素子を含む第2の増幅部が挿入されてなる、発振回路。An oscillation circuit including a resonance unit including a SAW device and a first amplification unit including a first amplification element,
A second amplifying unit including a second amplifying element having a characteristic of increasing a negative resistance is inserted between the SAW device and the amplified signal input terminal of the first amplifying element; Oscillator circuit.
前記SAWデバイスの一方端はグランドへ接続され、
前記SAWデバイスの他方端は、前記第2の増幅素子となるトランジスタのベースに接続され、
前記第2の増幅素子となるトランジスタのエミッタは、前記第1の増幅素子となるトランジスタのベースに接続し、
前記第1の増幅素子となるトランジスタのエミッタに共振用のコンデンサが接続される、請求項1に記載の発振回路。The first amplifying element and the second amplifying element are grounded emitter type transistors,
One end of the SAW device is connected to ground,
The other end of the SAW device is connected to a base of a transistor serving as the second amplifying element,
The emitter of the transistor serving as the second amplifying element is connected to the base of the transistor serving as the first amplifying element,
The oscillation circuit according to claim 1, wherein a resonance capacitor is connected to an emitter of the transistor serving as the first amplifying element.
該発振回路の発振周波数を検出する周波数検出回路と、を備えたセンサ。An oscillation circuit according to any one of claims 1 to 6,
A frequency detection circuit for detecting an oscillation frequency of the oscillation circuit.
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