KR100457939B1 - 고주파 수정발진기 - Google Patents

Abstract

체배(遞倍)증폭기 등을 사용하지 않고 예컨데 500MHz를 넘는 신호를 출력할 수 있는 고주파(高周波) 수정발진기. 고주파 수정발진기는 수정진동자의 기본주파수로 작동하는 전압제어형의 콜피츠형 발진회로와, 콜피츠형 발진회로의 출력에서의 고조파(高調波) 성분의 레벨을 증가시키는 수단과, 고조파 성분 중 소정의 차수(次數)의 고조파 성분을 선택하는 SAW(surface acoustic wave) 필터와, SAW 필터로 선택된 성분을 증폭하는 광대역 증폭기를 가진다. 고조파성분의 레벨을 증가시키는 수단은, 예컨대 출력신호가 왜곡되도록, 발진회로 안의 트랜지스터의 동작점을 설정하는 저항이다.

Description

고주파 수정발진기 {High frequency crystal oscillator}

본 발명은 수정 진동자를 사용한 발진기에 관한 것으로, 특히 소형화에 적합한 고주파 수정발진기에 관한 것이다.

근래, 각종의 전자기기에 있어서, 500MHz를 초과하는 높은 주파수의 신호를 안정하게 출력하는 발진기가 요구되게 되었다. 예컨대 어떤 종의 디지탈 신호 네트워크에 있어서는 주파수 622.08MHz의 신호를 필요로 한다. 이들의 용도로는 높은 주파수 안정도를 필요로 하는 것에 의해, 특히 수정발진기가 사용된다. 주파수가 높은 것에 의해, 일반적으로는 보다 낮은 발진 주파수의 수정발진기를 사용하고, 그 출력을 체배회로에 의해 주파수 체배하는 것에 의해서, 원하는 출력 주파수를 얻고 있다. 그 경우, 필요로 하는 주파수에 따라서는 2단 혹은 3단의 체배회로를 직렬로 마련하고 있다. 또, 전압에 따라서 발진 주파수를 다소 변화시키는 것이 가능한 전압 제어형의 회로 구성이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 고주파 수정발진기의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다. 이 고주파 발진기는 크게 나누면, 전압 제어형의 수정발진회로(1)와, 체배증폭기(2)와, 광대역 증폭기(3)로 이루어진다.

수정발진회로(1)는 수정 진동자(4)를 유도성 소자로서 동작시키서 수정 진동자(4)와 분할 콘덴서(C1, C2)에 의해서 공진회로를 형성하도록 하고, 또 공진회로의 공진주파수 신호가 귀환하여 이것을 증폭하여 발진시키는 트랜지스터(5)를 마련한 것이다. 이 회로는, 소위 콜피츠형의 수정 발진회로이다. 또한, 이 회로의 발진 주파수는 분할 콘덴서 (C1, C2)의 용량 이외의 회로 용량 때문에, 상술한 공진회로의 공진 주파수 보다 약간 저하된다. 여기에서는 수정발진기(1)의 발진 주파수를 원주파수라고 부르고, 155.52MHz로 한다.

트랜지스터(5)는 수정 진동자(4)의 한쪽 끝에 접속된 베이스와, 분할 콘덴서(C1, C2)의 중점(접속점)에 접속함과 동시에 저항(R5)를 거쳐서 접지된 이미터와, 저항(R4)를 거쳐서 전원 Vcc에 접속된 콜렉터를 갖는다. 공진회로에 있어서, 수정 진동자(4)의 다른쪽 끝과 접지점 사이에 전압 가변 용량 소자, 예컨대 가변 용량 다이오드(6)가 삽입되어 있고, 이것에 의해 전압 제어형의 공진회로가 구성된다. 고주파 저지용의 저항(R1)을 거쳐 가변 용량 다이오드(6)에 대하여 역방향 전압으로 되는 제어전압Vc가 입력되고, 이 제어전압Vc에 의해 발진 주파수가 제어된다. 또한, R2, R3은 트랜지스터(5)의 게이트 바이어스 저항이다.

체배증폭기(2)는 수정발진회로(1)로 부터의 원주파수 신호를 체배하는 회로이다. 이러한 체배증폭기(2)는 인덕터(L) 및 커패시터(C)로 이루어진 공진회로(7)를 콜렉터 측에 갖는 이미터 접지로 한 트랜지스터(8)을 갖는다. 트랜지스터(8)의 이미터는 병렬접속된 이미터 저항(R8) 및 바이패스 콘덴서(C6)을 거쳐서 접지점에 접속한다. 공진회로(7)는 원주파수(155.52MHz)의 4배가 되는 공진 주파수로 설정되고, 이것에 의해 출력 주파수 622.08MHz가 얻어진다. 트랜지스터(8)의 베이스에는 결합 콘덴서(C3)를 거쳐서 수정발진회로(1)로 부터의 원주파수신호 혹은 전단의 체배 증폭기의 출력신호가 입력한다. 저항(R6, R7)은 트랜지스터(8)의 베이스 바이어스 저항이다.

또한, 여기에서는 공진회로(7)의 콘덴서(C)는 트리머 콘덴서로 하고, 공진회로(7)의 조정을 용이하게 한다. 혹은 인덕터(L)를 가변 인덕터로 해도 좋다. 또한, 도 1에 있어서는 1단의 체배증폭기(2) 밖에 도시되어 있지 않지만, 경우에 따라서는 A급 증폭기로서 동작하는 체배증폭기를 복수단, 예컨대 3단 접속으로 하고, 파형의 왜곡을 적게 하여 주파수 신호를 완만하게 증폭하고, 또 후단으로의 입력 레벨까지 증폭하도록 해도 좋다.

광대역 증폭기(3)는 최종단의 증폭기로서 이용되는 것으로서, 전단의 체배 증폭기(2)로 부터 결합 콘덴서(C4)를 거쳐서 입력하는 출력 주파수 신호를 파형을 유지하면서 규정의 출력 레벨 값으로 증폭하고, 결합 콘덴서(C5)를 거쳐서 도시하지 않은 외부회로로 출력된다. 이 광대역 증폭기(3)로서는 입력 레벨에 대한 출력 레벨의 특성이 직선적인 리니어 IC(integrated circuit) 증폭기가 사용된다. 리니어 IC 증폭기는 저소비 전력으로 증폭률이 큰 것에 의해, 최종 단으로서 채용되고 있다. 이 예에서는 전원전압 Vcc는 3.3V이다. 도 2는 리니어 IC의 입출력 특성을 나타내는 그래프이다. 임의의 입력 레벨까지는 출력 레벨이 입력 레벨에 비례하고 있다. 그리고, 그 임의의 입력 레벨을 넘으면 출력 레벨이 포화된다. 즉, 입력레벨에 의존하지 않고 출력 레벨이 거의 일정하게 되어 있다.

그리고, 상술한 수정발진회로(1), 체배증폭기(2) 및 광대역 증폭기(3)를 일체의 회로로 하여 실드 용기 내에 수용하여 이 고주파 수정발진기는 구성되어 있다. 즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 예컨대 유리 에폭시 기재로 이루어지는 회로기판(10)에 수정발진회로(1), 체배증폭기(2) 및 광대역 증폭기(3)를 구성하는 수정 진동자(4), 트랜지스터(5, 8), 저항, 콘덴서, 인덕터 등의 각 소자(11), 게다가 리니어 IC 증폭기 등을 탑재한다. 회로기판(10)의 표면에는 도시하지 않은 배선 패턴이 형성되어 있고, 또 회로기판(10)에는 외부 접속용의 단자(9)가 부착되어 있다. 이러한 회로기판(10)을 금속베이스에 고정시켜 금속 커버를 씌우는 것에 의해, 실드용기 내에 수용된 고주파 수정발진기가 완성되게 된다.

그러나, 상술한 종래의 고주파 수정발진기에서는 수정발진기의 원주파수(예컨대 155.52MHz)를 복수단의 체배증폭기(2)에 의해서 규정의 출력주파수(622.08MHz) 및 출력 레벨에 도달시키기 때문에 트랜지스터 등 사용하는 소자의 개수가 많아진다. 또, 각 체배 증폭기에 마련하는 공진회로에는 형상이 커지는 트리머 콘덴서 혹은 가변 인덕터를 사용하기 때문에 회로 전체로서의 사이즈가 대형으로 되지 않을 수 없다는 문제점이 있다. 조정 개소(箇所)가 많은 것은 생산성의 저하로도 이어진다. 소자수가 많은 만큼 고장의 발생 빈도가 커져 신뢰성을 손상시킬 우려도 있다.

체배증폭기의 단수를 줄이는 시도로서, 수정발진기 내의 수정 진동자를 오버톤 모드로 동작시키는 것도 고려된다. 그러나, 오버톤 모드로 동작시킨 경우, 수정 진동자의 부하 용량을 변화시킨 경우의 주파수 변화폭이 수정 진동자의 기본 주파수를 발진하는 경우에 비해 현저하게 좁아지고, 요구되는 주파수의 가변폭을 만족시키지 못하게 될 가능성도 있다.

본 발명의 목적은 소자수를 적게 하여 소형화 및 경량화를 촉진하고, 신뢰성이 높은 고주파 수정발진기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무조정으로 높은 발진 출력 레벨을 얻는 것이 가능한 고주파 수정발진기를 제공하는 것에 있다.

도 1은 종래의 고주파 수정발진기의 회로 구성을 나타내는 회로도,

도 2는 리니어 IC 증폭기의 입출력 특성을 나타내는 그래프,

도 3은 종래의 고주파 수정발진기의 구성을 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태의 고주파 수정발진기의 구성을 나타내는 회로도,

도 5는 도 4에 나타낸 고주파 수정발진기에 있어서의 수정발진기의 출력신호를 나타내는 파형도,

도 6은 도 4에 나타낸 고주파 수정발진기에 있어서의 수정발진기의 출력신호의 주파수 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프,

도 7은 정현파(正弦波)출력을 목적으로 하는 수정발진기의 출력신호의 주파수 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프,

도 8은 씩크니스 시어(thickness-shear) 수정진동자의 기본파의 진동 편위(偏位)를 설명하는 개략도,

도 9는 씩크니스 시어 수정진동자의 3배파의 진동 편위를 설명하는 개략도,

도 10은 변형 실시형태의 고주파 수정발진기를 나타내는 회로도,

도 11은 다른 변형 실시형태의 고주파 수정발진기를 나타내는 회로도,

도 12는 또 다른 변형 실시형태의 고주파 수정발진기를 나타내는 회로도,

도 13은 출력 동조(同調)회로의 다른 예를 나타내는 회로도,

도 14는 출력 동조회로의 또 다른 예를 나타내는 회로도.

본 발명의 목적은 수정 진동자를 사용한 발진회로와, 발진회로의 출력에 있서의 고조파 성분의 레벨을 증가시키는 수단과, 고조파 성분 중 소정의 차수의 고조파 성분을 선택하는 필터와, 필터로 선택된 성분을 증폭하는 증폭기를 갖는 고주파 수정발진기에 의해 달성된다.

본 발명에 있어서, 필터로서는 SAW(surface acoustic wave) 필터가 바람직하고, 발진회로서는 수정 진동자의 기본 주파수로 동작하는 콜피츠형 발진회로가 바람직하며, 전압 제어형의 발진회로로 하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 있어서, 수정 진동자의 기본 주파수는 예컨대, 100MHz∼200MHz이다. 기본 주파수의 구체적인 예로서는, 155.52MHz를 들 수 있다. 또, 소정의 차수의 고조파는 예컨대, 2차에서 8차까지의 고조파 중의 어느 하나이고, 전형적으로는 4차의 고조파이다.

본 발명에 의하면, 체배 증폭기를 사용하는 일 없이 높은 주파수를 얻을 수 있기 때문에 부품수 등이 삭감되어, 고주파 수정발진기의 소형, 경량화, 고신뢰화를 도모할 수 있다. 또, 무조정 회로로 하는 것이 가능하기 때문에, 생산성도 향상된다.

〈발명의 실시형태〉

본 발명의 바람직한 실시의 형태의 고주파 수정발진기를 나타내는 도 4에 있어서, 도 1 ∼ 도 3에 있어서의 것과 동일한 구성요소에는 동일한 참조 부호가 부가되어 있고, 이들에 대해서는 중복되는 설명을 반복하지 않는다.

도 4에 나타낸 고주파 수정발전기는 크게 나누면, 수정발진회로(1A)와, 수정발진회로(1A)의 출력에 접속되는 SAW(surface acoustic wave) 필터(12)와, SAW 필터(12)의 출력에 접속하는 광대역 증폭기(3)로 이루어져 있다.

수정발진회로(1A)는 도 1에 나타내는 종례의 고주파 수정발진기에 있어서의 수정발진회로(1)과 마찬가지의 회로이고, 수정 진동자(4)를 유도성 소자로서 동작시킴과 동시에, 제어 전압Vc에 의해서 발진 주파수를 가변하는 전압 제어형의 콜피츠형 발진회로이다. 수정 진동자(4)는 오버톤 모드가 아니라, 그 기본 주파수로 동작하도록 한다. 그 때문에, 당업자에게는 주지인 바와 같이, 수정 진동자(4)의 기본 주파수에 따라서 콘덴서(C1, C2)의 값을 적절하게 설정한다.

그리고, 이 수정발진회로(1A)에서는 발진용의 트랜지스터(5)의 베이스 바이어스 저항(R2, R3)의 저항 비율 및 콜렉터 부하 저항(R4) 및 이미터 저항(R5)의 저항 비율을 설정하고, 발진 출력신호Vo의 중심전압Vco가 전원전압Vcc와 접지전압과의 중심전압Vcco(=Vcc/2)보다 더 높게되도록 한다. 그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 통상은 정현파로 될 출력파형에 있어서, 파형 정상부가 평탄화하여 파형이 왜곡되게 된다. 파형이 왜곡된 것에 의해, 수정발진회로(1A)의 출력신호에는 고조파 성분이 많이 포함되게 된다. 특히 여기에 나타낸 예의 경우, 출력파형 중 전원전압Vcc를 넘는 부분이 클램프되도록 파형 정상부가 평탄화되고, 한편, 파형바닥부는 평탄화되지 않기 때문에, 파형이 상하 비대칭으로 되고, 홀수차의 고조파 성분뿐만이 아니라, 짝수차의 고조파 성분도 많이 함유되게 된다.

도 6은 수정발진회로(1A)의 출력신호의 주파수 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프로서, 횡축이 주파수를, 종축이 발진 레벨을 나타내고 있다. 발진의 기본 주파수를 f1로 하고, 2차에서 n차 까지의 고조파 성분의 주파수를 f2∼fn으로 한다. 도시한 예에서는, 기본파(f1)에 대해서 고조파 성분(f2∼fn)의 레벨은, 고조파의 차수가 높아짐에 따라 서서히 작아지지만, 충분히 높은 것으로 된다. 예컨대, 4차 고조파(f4)의 레벨은 기본파의 70% 이상으로 된다. 또한, 홀수차의 고조파의 레벨은 일반적으로 짝수차의 고조파의 레벨보다 더 높지만, 그래도 짝수차의 고조파의 레벨도 충분히 높다고 할 수 있다. 이것에 대해, 종래의 고주파 수정발진기에 있어서의 수정발진기와 같이 정현파를 출력하도록 회로 정수를 설정하는 경우, 그 출력신호의 주파수 스펙트럼은 도 7에 나타낸 바와 같이 된다. 즉, 기본파(f1)에 대한 고조파(f2∼fn)의 레벨은 10% 이하로 된다.

이와 같이 고조파 성분을 많이 포함하는 수정발진회로(1A)로 부터의 출력신호는 표면 탄성파(SAW : surface acoustic wave) 필터(12)에 입력된다. 이 SAW 필터(12)는 도시하지 않은 압전기판의 표면에 입출력용이 교차지(交差指) 전극을 형성하여 구성된 것으로서, 수정발진회로(1A)에서 입력되는 신호 중의 특정 차수의 고조파만을 선택하여 다음 단의 광대역 증폭기(3)에 출력하는 대역 통과 필터로서 동작한다. 광대역 증폭기(3)는 예컨대 100MHz ∼ 2000MHz의 주파수 범위내의 신호를 증폭하는 것으로서, 모노리식 IC에 의해 구성된 상술한 리니어 IC 증폭기로 구성되어 있다.

여기에서 설명한 고주파 수정발진기에서는 수정발진회로(1A)에 있어서, 수정 진동자(4)를 기본 주파수 모드로 동작시켜 155.52MHz를 발진시킨다. 그 결과, 수정발진회로(1A)로 부터 고조파 성분을 많이 포함한 신호가 출력되기 때문에, SAW 필터(12)에 의해 그 중의 4차 고조파(f4)(622.08MHz)만을 선택하여 광대역 증폭기(3)로 출력된다. 엄밀하게는, SAW 필터(12)의 통과대역 특성에 의해, 4차 고조파(f4)를 중심으로 한 주파수 영역 f4 ±△f의 신호가 출력되게 되지만, 이 주파수 영역 내에서는 4차 고조파(f4)의 레벨이 현격하게 높다. 마지막으로, 광대역 증폭기(3)의 직선적인 출력 입출력 특성부를 이용해서, 4차 고조파(f4)를 증폭하고, 이것을 이 고주파 수정발진기의 발진 출력으로 한다.

이 고주파 수정발진기에서는 원주파수를 주파수 체배하는 것이 아니라, 원주파수 신호에 포함되는 고조파 성분을 이용하기 때문에, 복수단의 체배 증폭기를 사용할 필요가 없다. 그리고, 기본적으로는 전압 제어형의 수정발진회로(1), SAW 필터(12) 및 광대역 증폭기(리니어 IC 증폭기)(3)의 합계 3소자로 이 고주파 수정발진기를 구성할 수 있다. 따라서 이 구성에 의하면, 주파수 체배를 이용하는 경우와 비교해서, 복수단의 체배 증폭기를 구성하는 트랜지스터 및 저항이나 공진회로의 콘덴서, 인덕터를 사용하는 일이 없기 때문에, 고주파 수정발진기를 현격하게 소형화할 수 있다. 이와 관련하여, 종래의 고주파 수정발진기에서는 20(길이)×20(폭)×10mm정도의 사이즈였던 것에 대해, 이 실시의 형태에 의하면 대략 10×10×5mm로까지 축소할 수 있고, 면적비로 약 1/4, 체적비로 1/8로 하는 것이 가능한다. 또, 소자수가 극단으로 감소하기 때문에, 고주파 수정발진기의 신뢰성도 높아진다. 체배 증폭기의 동조회로와 같은 조정을 필요로 하는 부분도 없기 때문에, 생산성도 향상된다.

또, 이 고주파 수정발진기에서는 수정 진동자(4)를 기본파 모드로 동작시키고 있다. 수정 진동자(4)로서는 AT 커트(AT cut), BT커트, CT커트, DT커트의 종류중에서 AT커트 등의 씩크니스 시어 진동에 의한 수정 진동자가 바람직하게 사용된다. 일반적으로, 수정진동자는 큰 수정결정에서 그 수정진동자를 잘라낼 때의 절단 방위에 따라 X커트, Y커트, AT커트, SC커트 등으로 분류된다. 이 커트의 상이에 따라 수정진동자에 있어서의 수정의 진동 모드가 다르고, 또 온도주파수 특성이 다르게 된다. 수동진동자에 요구되는 공진 주파수나 온도 특성, 또 수정진동자의 용도 등에 따라 커트가 선택된다. 그런데 씩크니스 시어 수정 진동자의 공진 주파수는 잘 알려져 있는 바와 같이, 수정편의 두께(t)에 반비례한다. 그리고, 수정 진동자를 기본 주파수로 진동시킨 경우에는 수정편의 두께를 과장해서 나타내는 도 8에 도시된 바와 같이, 진동편위(H)는 표리판면(B)에 있어서 최대로 됨과 함께, 그 편위의 방향은 표면과 이면으로 서로 역방향이 된다. 이것에 대해, 예컨대 3차의 오버톤의 진동편위(H)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 수정편의 판면(B)에 평행으로 두께 방향으로 3분할한 각각의 평면(b)에 있어서, 각각 최대로 된다. 또, 진동에 관여하는 실질적인 두께는, 기본파의 경우의 1/3로 얇아지기 때문에, 공진 주파수는 기본파의 3배의 주파수로 된다.

이 고주파 수정발진기에서는 수정 진동자(4)를 기본파 모드로 동작시키고 있기 때문에, 오버톤으로 동작시키고 있는 것에 비해 전압 제어형 발진기로서의 주파수 가변 범위를 크게 하는 것이 가능하다.

이상, 본 발명의 전형적인 실시의 형태의 고주파 수정발진기에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그 이외의 변형 실시형태가 가능하다.

수정발진회로(1A)에 있어서, 트랜지스터(5)의 콜렉터 측으로 부터 발진신호를 출력하는 것이 아니라 이미터 쪽에서 출력하도록 하는 것도 가능하다. 그 경우는 도 10에 나타낸 바와 같이, 콜렉터 저항을 트랜지스터(5)의 이미터 저항을 분할저항(R5a, R5b)으로 하고, 저항(R5a, R5b)의 접속점(D)를 콘덴서(C1, C2)의 중점에 접속함과 동시에 접속점(D)으로 부터 신호를 출력하여 SAW 필터(12)에 공급하도록 하여도 좋다. 여기에서는, 콜렉터 저항은 마련되어 있지 않다. 이 경우도, 저항(R2, R3)의 저항비와 저항(R5a, R5b)의 저항비를 설정하는 것에 의해, 발진출력을 왜곡시킬 수 있다.

또, 도 4 혹은 도 10에 나타내는 회로에 있어서, 정현파의 파형 정상부를 평탄화하는 것 대신에 파형 바닥부를 평탄화하는 것에 의해, 발진신호를 왜곡시키도록 해도 좋다. 최종단의 광대역 증폭기(3)은 특정의 고조파성분만을 증폭하면 좋으므로, 이 광대역 증폭기(3) 대신에 협대역 증폭기를 사용하는 것도 가능하다.

도 11은 본 발명의 다른 변형 실시형태의 고주파 수정발진기를 나타내고 있다. 도 4나 도 10에 나타낸 것에서는 발진 파형이 왜곡하도록 수정발진회로(1A) 내의 발진용 트랜지스터(5)의 동작점을 설정하였지만, 도 11에 나타낸 것에서는 수정발진기로서는 종래 예와 마찬가지로 정현파를 출력하도록 설정된 수정발진회로(1)를 사용하고, 이 수정발진회로(1)의 출력을 포화 영역에서 동작하는 광대역 증폭기(3A)에 입력하고 있다. 광대역 증폭기(3A)는 포화영역에서 동작하므로, 기본파 성분은 그 만큼 증폭되지 않고, 기본파 성분에 비해 레벨이 작은 고조파 성분은 높은 이득으로 증폭된다. 그 결과, 광대역 증폭기(3A)의 출력은 고조파 성분을 높은 레벨로 포함하게 되므로, 이 출력을 SAW 필터(12)에 도입하고, 소정의 차수의 고조파 성분만을 선택한다. 선택된 고조파는 직선 영역에서 동작하는 광대역 증폭기(3B)에 의해서 소정의 레벨까지 증폭된다.

이 고주파 수정발진기에 있어서도 체배 증폭기를 사용하는 일 없이 원하는 고조파 성분을 SAW 필터로 추출하기 때문에 부품수의 대폭적인 삭감을 도모할 수 있고, 소형화와 함께 신뢰성의 향상을 달성할 수 있다.

또, 본 발명인 고주파 수정발진기에 있어서, 발진용의 트랜지스터의 콜렉터 쪽에 출력 동조회로를 마련하도록 하여도 좋다. 도 12는 그와 같은 고주파 수정발진기의 일례를 나타내고 있다. 이 고주파 수정발진기는 도 4에 나타낸 것과 마찬가지로, 크게 나누면 수정발진기(1B), SAW 필터(12) 및 광대역 증폭기(3)에 의해 구성되어 있다. 수정발진회로(1B)는 도 4에 나타내는 수정발진회로(1A)와 마찬가지로, AT 커트 등의 수정 진동자(4)를 사용하는 콜피츠형의 발진회로이지만, 콜렉터 저항 대신에 소정의 인덕턴스의 코일(L1)이 트랜지스터(5)의 콜렉터와 전원Vcc의 사이에 삽입되어 있는 점에서, 도 4에 나타내는 회로와 상이한다. 또 후술하는 바와 같이, 트랜지스터(5)의 동작점도, 도 4에 나타내는 회로와는 달리, 출력신호를 의도적으로 왜곡시키는 것일 필요는 없다. 수정 진동자의 기본파 주파수는 예컨대 150MHz정도의 주파수, 구체예로서 155.52MHz이다.

트랜지스터(5)의 콜렉터는 직렬로 접속한 콘덴서(C11, C12)를 거쳐서 접지전위에 접속되고, 콘덴서(C11, C12)의 직렬 접속점은 콘덴서(C13)를 거쳐서 SAW 필터(12)의 입력에 접속되어 있다. 여기에서는 콘덴서(C11, C12)의 직렬 합성용량과 코일(L1)으로 LC동조회로가 구성되어 있고, 이 동조회로의 동조 주파수는 수정 진동자(4)의 원하는 차수의 고조파 주파수로 설정되어 있다. 수정 진동자(4)의 기본파 주파수가 150MHz 정도인 것으로 하고, 예컨대 4차의 고조파 주파수 즉 600MHz 정도로 설정되어 있다. 또, 콘덴서(C13)에 의해서 콘덴서(C11, C12)의 용량비에 따라서 그 직렬 접속점으로 부터의 출력 인피던스를 다음 단의 SAW 필터(12)의 입력 임피던스에 정합(整合)시키는 C탭(tap)을 구성하고 있다. 이 C탭은 2개의 콘덴서를 직렬로 접속하여 그 양단에 고주파전압(전류)을 인가하고, 2개의 콘덴서의 접속점에서 고주파 출력을 취출하는 구성이다. 또한, 전원Vcc와 접지점 사이에 마련된 콘덴서(C7)는 노이즈나 리플을 제거하기 위한 바이패스 콘덴서이고, 상술한 LC 동조회로의 동조 주파수에는 기여하지 않는다.

여기에서는, LC 동조회로 자체는 고조파에 동조시키고 있는 것이지만, 콜피츠형 발진회로로서는 기본파를 발생하도록 회로정수가 선택되어 있다. 즉, 수정 진동자(4)의 등가(等價) 인덕턴스 성분에 대해서 콘덴서(C1, C2)에는 적절한 용량값의 것, 구체적으로는 오버톤의 경우 보다 더 큰 값의 소자를 사용하는 것에 의해서, 수정 진동자(4)를 기본파로 동작시키도록 하고 있다.

SAW 필터(12)는 도 4나 도 10에 나타낸 회로와 마찬가지로, 수정발진기의 발진 출력 중의 소정의 고조파 성분, 예컨대 약 600MHz인 4차 고조파 성분만을 통과시키는 필터 특성을 갖는다. 예컨대, 622.08MHz의 주파수 성분만을 통과시킨다. 그리고, SAW 필터(12)를 통과한 신호는 광대역 증폭기(3)에 의해 소정의 출력 레벨까지 증폭되어 결합 콘덴서(C6)을 거쳐서 출력된다.

도 12에 나타내는 회로에서는 콜피츠형의 수정발진회로(1B)와, 수정 발진회로(1B)의 발진출력으로 부터 목적으로 하는 고조파를 선택적으로 추출함과 동시에 이 고조파 주파수에 대응하는 특성을 갖는 SAW 필터(12) 및 SAW 필터(12)의 출력을 증폭하는 증폭기(3)에 의해서, 500MHz를 넘는 안정적인 발진신호를 얻을 수 있다. 이 회로에서는 출력동조회로를 마련하여 원하는 차수의 고조파에 동조시키고 있기 때문에 수정발진회로(1B) 내의 트랜지스터(5)의 동작점은 의도적으로 신호를 왜곡시키는 동작점으로 할 필요는 없고, 오히려 통상의 정현파 출력의 발진회로에 있어서의 것과 마찬가지의 동작점으로 설정하도록 한다.

오버톤 발진회로나 체배 증폭기에서는 출력동조회로의 동조 주파수에 따라서 트랜지스터의 동작 상태가 변화하기 때문에 출력동조회로에 있어서 미세한 조정을 실행할 필요가 있다. 이것에 대해 상술한 수정발진회로(1B)는 발진회로로서는 무조정의 콜피츠형 기본파 발진회로이고, 출력 LC 동조회로는 발진동작에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 600MHz 정도의 동조 주파수이면, 적정한 회로정수를 선택하는 것에 의해 무조정의 LC 동조회로로서 구성할 수 있다.

SAW 필터와 같은 고성능 필터에서는 원하는 필터 특성을 얻기 위해서는 입출력 임피던스를 확실하게 정합시키는 것이 바람직하다. 상술한 회로에 의하면, C탭에 의해 임피던스 정합을 실행할 수 있도록 하고 있으므로, 예컨대 50Ω정도의 낮은 입력 임피던스에도 확실하게 정합시킬 수 있고, 또한, 각 소자마다의 개별의 조정도 불필요하다.

도 12에 나타내는 회로는 발진회로 자체는 기본파 주파수로 동작시키고 있으므로, 충분한 주파수의 가변폭을 얻을 수 있고, 또한 거의 무조정으로 동작하고, 조립이 용이하여 대량생산에 적합하며, 형태도 소형이고 코스트도 저감할 수 있다. 출력동조회로의 구성 자체는 도 12에 나타낸 것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 13에 나타내는 바와 같이, 트랜지스터(5)의 콜렉터와 전원Vcc 사이에 코일L1을 삽입함과 동시에 콘덴서(C14, C15)를 직렬로 삽입하여 동조회로로 해도 좋다. 콘덴서(C14, C15)의 직렬 접속점으로 부터 콘덴서(C13)를 거쳐서 발진출력이 SAW 필터(12)에 인가된다. 혹은, 도 14에 나타내는 바와 같이, 출력동조회로를 코일L1과 콘덴서(C16)에 의한 병렬 공진회로로 하고, 트랜지스터(5)의 콜렉터로 부터 콘덴서(C13)를 거쳐서 발진출력을 SAW 필터(12)로 공급하도록 해도 좋다.

이상, 본 발명의 고주파 수정발진기의 바람직한 실시의 형태에 대해, 전압 제어형의 발진기의 경우에 대해서 설명하였지만, 물론 본 발명은 전압 제어형이 아닌 통상의 수정발진기에도 적용할 수 있는 것이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 무조정으로 조립할 수 있고 소형 경량이고 또한 저렴하고 성능도 안정된 고주파수의 수정발진기를 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Claims (17)

1. 수정 진동자와 트랜지스터를 구비하고 상기 수정진동자의 기본 주파수로 작동하는 콜피츠형 발진회로와,

   상기 콜피츠형 발진회로의 출력에 있어서의 고조파 성분의 레벨을 증가시키고, 상기 트랜지스터의 출력파형의 정상부 또는 바닥부의 하나가 평탄화되도록 상기 트랜지스터의 동작점을 설정하는 저항을 구비하는 증가 수단과,

   상기 고조파 성분 중 소정의 차수의 성분을 선택하는 SAW(surface acoustic wave) 필터와,

   상기 필터에 의해 선택된 상기 고조파 성분을 증폭하는 증폭기를 갖는 고주파 수정발진기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 수정 진동자는 AT 판 수정 진동자인 고주파 수정발진기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 콜피츠형 발진회로의 발진 주파수를 가변으로 하기 위한 전압가변용량소자를 더 갖는 고주파 수정발진기.
7. 제 6항에 있어서, 상기 전압가변용량소자가 가변용량 다이오드인 고주파 수정발진기.
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서, 상기 SAW 필터는 4차의 고조파를 선택하는 고주파 수정발진기.
10. 제 9항에 있어서, 상기 4차의 고조파의 주파수가 622.08MHz인 고주파 수정발진기.
11. 수정 진동자와 트랜지스터를 구비하고 상기 수정진동자의 기본 주파수로 작동하는 콜피츠형 발진회로와,

    상기 콜피츠형 발진회로의 출력에 있어서의 고조파 성분의 레벨을 증가시키고, 상기 트랜지스터에 접속되고 상기 고조파 성분의 소정의 차수에 동조되는 출력동조회로를 구비하는 증가 수단과,

    상기 고조파 성분 중 소정의 차수를 선택하는 SAW(surface acoustic wave) 필터와,

    상기 필터에 의해 선택된 상기 고조파 성분을 증폭하는 증폭기를 갖는 고주파 수정발진기.
12. 제 11항에 있어서, 상기 수정 진동자는 AT 판 수정 진동자인 고주파 수정발진기.
13. 제 11항에 있어서, 상기 콜피츠형 발진회로의 발진 주파수를 가변으로 하기 위한 전압가변용량소자를 더 갖는 고주파 수정발진기.
14. 제 13항에 있어서, 상기 전압가변용량소자가 가변용량 다이오드인 고주파 수정발진기.
15. 제 11항에 있어서, 상기 출력동조회로는 상기 트랜지스터의 콜렉터에 접속되고 C탭을 갖는 LC 동조회로이고,

    상기 SAW 필터는 상기 C탭으로 부터 상기 SAW 필터의 입력 임피던스에 정합시킨 발진출력을 인가받는 고주파 수정발진기.
16. 제 15항에 있어서, 상기 SAW 필터는 4차의 고조파를 선택하는 고주파 수정발진기.
17. 제 16항에 있어서, 상기 4차의 고조파의 주파수가 622.08MHz인 고주파 수정발진기.