TWI583126B - 差動振盪器 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種差動振盪器。
以往,已知如下差動振盪器,即,透過包含多個放大電路的差動放大電路使共振器振盪(例如參照專利文獻1及專利文獻2)。
[專利文獻1]日本專利特開2007-110701號公報
[專利文獻2]日本專利特開2008-17449號公報
因為差動放大電路的負電阻大於考畢茲(colpitts)振盪電路的負電阻(negative resistance),所以在共振器具有多個共振模式(mode)的情況下,即使在電阻相對較大的共振模式下,也能比考畢茲振盪電路簡單地使共振器振盪。然而,在共振器具有頻率接近的多個共振模式的情況下,有在所需頻率以外的頻率下引起無用振盪的危險性。
圖7是表示以往的差動振盪器的負電阻特性(實線)與共振器的阻抗特性(虛線)的圖。橫軸表示頻率,縱軸表示阻抗或負電阻。圖7所示的共振器具有a、b、c三個共振模式。在三個共振模式中的共振模式a的共振頻率下,差動振盪器具有正電阻值而不存在負電阻,所以不振盪。
然而,在共振模式b及共振模式c中,差動振盪器具有負電阻,所以無論在共振模式b及共振模式c的哪一個的共振頻率下均可能會振盪。因此,在想要使共振器以共振模式b及共振模式c中的其中一種模式的共振頻率振盪的情況下,存在可能會產生無用振盪的問題。
因此,本發明是鑒於這些方面而完成的,本發明的目的在於提供一種差動振盪器,所述差動振盪器可使具有多個共振模式的共振器以所需的頻率振盪。
本發明的差動振盪器包括:共振器,至少具有第一共振模式及第二共振模式;差動放大電路,使該共振器振盪;以及濾波器,與所述共振器及所述差動放大電路並聯設置,且第一共振模式的第一共振頻率及第二共振模式的第二共振頻率中的其中一個頻率下的阻抗小於另一個頻率下的阻抗;且差動振盪器在所述第一共振頻率及第二共振頻率中的所述濾波器的阻抗較大的頻率下具有負電阻,在所述濾波器的阻抗較小的頻率下不具有負電阻。
所述濾波器例如包含:並聯共振電路;第一電容器,設置在並聯共振電路的一端與共振器的一端之間;以及第二電容器,設置在並聯共振電路的另一端與共振器的另一端之間。
所述並聯共振電路也可以具有相互並聯連接的電感器、第三電容器及電阻,且差動振盪器具有負電阻的頻率下的第一電容器及第二電容器的電抗大於第三電容器的電抗。
所述濾波器也可以包含可變電容元件,且濾波器的阻抗特性根據施加在可變電容元件的控制電壓而變化。
根據本發明,發揮如下效果:可使具有多個共振模式的共振器以所需的頻率振盪。
1‧‧‧共振器
2‧‧‧濾波器
3‧‧‧差動放大電路
4、5‧‧‧放大電路
6‧‧‧旁路電容器
7‧‧‧電源
8、9‧‧‧輸出端子
20‧‧‧並聯共振電路
21、22、23、46、47、48、56、57、58‧‧‧電容器
24‧‧‧電感器
25、42、43、44、45、52、53、54、55‧‧‧電阻
26‧‧‧可變電容元件
41、51‧‧‧電晶體
100‧‧‧差動振盪器
a、b、c‧‧‧共振模式
fa、fb、fc‧‧‧共振頻率
圖1是表示第一實施方式的差動振盪器的概略構成的圖。
圖2是表示差動振盪器的負電阻特性(實線)、與共振器的阻抗特性(虛線)的圖。
圖3是表示差動振盪器的構成例的詳情的圖。
圖4是表示共振器的阻抗的頻率特性的一例的圖。
圖5是表示差動振盪器的負電阻的頻率特性的一例的圖。
圖6是表示第二實施方式的差動振盪器的構成例的詳情的圖。
圖7是表示以往的差動振盪器的負電阻特性(實線)、與共振器的阻抗特性(虛線)的圖。
圖1是表示第一實施方式的差動振盪器100的概略構成的圖。差動振盪器100包括共振器1、濾波器2、以及差動放大電路3。共振器1、濾波器2及差動放大電路3相互並聯連接。
共振器1例如為晶體振子,具有多個共振模式。共振器1至少具有共振頻率各不相同的第一共振模式及第二共振模式。第一共振模式例如為C模式,第二共振模式例如為B模式。
濾波器2與共振器1、及使共振器1振盪的差動放大電路3並聯設置,且第一共振模式的第一共振頻率及第二共振模式的第二共振頻率中的其中一個頻率下的阻抗小於另一個頻率下的阻抗。例如,在第一共振頻率下的阻抗小於第二共振頻率下的阻抗的情況下,濾波器2在第一共振頻率附近吸收差動放大電路3產生的振盪能量。結果,在第一共振頻率附近差動振盪器100的負電阻消失,所以在第一共振頻率下差動振盪器100不振盪。另一方面,在第二共振頻率附近差動振盪器100具有負電阻,所以在第二共振頻率下差動振盪器100振盪。
同樣地,在第二共振頻率下的阻抗小於第一共振頻率下的阻抗的情況下,濾波器2在第二共振頻率附近吸收差動放大電
路3產生的振盪能量。結果,在第二共振頻率附近差動振盪器100的負電阻消失,所以在第二共振頻率下差動振盪器100不振盪,而在第一共振頻率下差動振盪器100振盪。
差動放大電路3包含多個放大電路。差動放大電路3輸出相位相互反轉的多個信號,所述信號由連接在共用的電源的多個放大電路放大。
圖2是表示差動振盪器100的負電阻特性(實線)、與共振器的阻抗特性(虛線)的圖。在圖2中表示出特性的差動振盪器100中,濾波器2的共振頻率與共振模式c的共振頻率fc大致相等,共振模式c的共振頻率fc下的濾波器2的阻抗小於共振模式b的共振頻率fb下的阻抗。因此,差動振盪器100在共振頻率fc下不具有負電阻,在共振頻率fb下具有負電阻,所以,差動振盪器100不會在共振頻率fc下進行無用的振盪,而在共振頻率fb下穩定地振盪。
進而,圖2中的負電阻的截止頻率(cutoff frequency)高於共振模式a的共振頻率fa,在共振頻率fa下,差動振盪器100不具有負電阻。結果,差動振盪器100只在三個共振模式中的共振模式b的共振頻率fb下具有足以進行振盪的負電阻,從而能夠使差動振盪器100以所需的振盪頻率振盪。
圖3是表示差動振盪器100的構成例的詳情的圖。
濾波器2包含:並聯共振電路20,包括分別並聯連接的電容器23、電感器24及電阻25;以及電容器21及電容器22,與
該並聯共振電路20串聯連接。電容器21設置在並聯共振電路20的一端與共振器1的一端之間。電容器22設置在並聯共振電路20的另一端與共振器1的另一端之間。也就是說,在作為儲能電路(tank circuit)發揮功能的並聯共振電路20的兩端設置著電容器21及電容器22。
電容器21及電容器22具有大致相等的電容值。差動振盪器100具有負電阻的頻率下的電容器21及電容器22的電抗大到不會對共振器1的Q值造成實質影響的程度。例如,在該頻率下,電容器21及電容器22的電抗大於電容器23的電抗。
差動放大電路3具有包含等效電路的放大電路4及放大電路5、旁路電容器(bypass condenser)6、以及電源7。
放大電路4包含電晶體41、電阻42、電阻43、電阻44、電阻45、電容器46、電容器47及電容器48。電晶體41的基極連接於共振器1的一端及電容器21,集電極經由電阻42而連接於電源,發射極經由電阻43而連接於地線。電晶體41的集電極連接於輸出第一振盪信號的輸出端子8。
電阻44及電阻45作為電晶體41的偏壓電阻發揮功能,且電阻44的一端連接於電源,另一端連接於電晶體41的基極、電阻45、及共振器1的一端。電容器46設置在電晶體41的基極與發射極之間。電容器47設置在電晶體41的發射極與地線之間。電容器48是設置在電源與地線之間的旁路電容器。
同樣地,放大電路5包含電晶體51、電阻52、電阻53、
電阻54、電阻55、電容器56、電容器57及電容器58。電晶體51的基極連接於共振器1的一端及電容器22,集電極經由電阻52而連接於電源,發射極經由電阻53而連接於地線。電晶體51的集電極連接於輸出端子9,所述輸出端子9輸出與第一振盪信號具有180°的相位差的第二振盪信號。
電阻54及電阻55作為電晶體51的偏壓電阻發揮功能,且電阻54的一端連接於電源,另一端連接於電晶體51的基極、電阻55、及共振器1的一端。電容器56設置在電晶體51的基極與發射極之間。電容器57設置在電晶體51的發射極與地線之間。電容器58是設置在電源與地線之間的旁路電容器。
透過以上構成,根據電容器23的電容值及電感器24的電感(inductance)值確定濾波器2的阻抗特性,在共振器1具有多個共振模式的情況下,差動振盪器100在與所述阻抗特性對應的一個共振模式的共振頻率下進行振盪。
圖4是表示共振器1的阻抗的頻率特性的一例的圖。圖5是表示差動振盪器100的負電阻的頻率特性的一例的圖。在圖4所示的例子中,共振器1具有以10.0MHz為共振頻率的主振動模式、及以10.9MHz為共振頻率的副振動模式。
在圖5中,作為主振動模式的共振頻率的10.0MHz下的負電阻為約200Ω,但在作為副振動模式的共振頻率的10.9MHz下,電阻值變為約200Ω,不存在負電阻。因此,在圖4及圖5所示的例子的情況下,差動振盪器100以作為主振動模式的共振
頻率的10.0MHz振盪,可防止作為副振動模式的共振頻率的10.9MHz下的無用振盪。
如上所述,根據本實施方式的差動振盪器100,與共振器1及差動放大電路3並聯設置著濾波器2,差動振盪器100在濾波器2的阻抗較大的頻率下具有負電阻,在濾波器2的阻抗較小的頻率下不具有負電阻。因此,差動振盪器100以根據濾波器2的阻抗特性而規定的所需的頻率進行振盪,從而防止所需頻率以外的頻率下的振盪。
圖6是表示第二實施方式的差動振盪器的構成例的詳情的圖。
第一實施方式中的濾波器2可基於電容器23及電感器24的任一個的常數使共振頻率變化,但無法在安裝電容器23及電感器24之後使共振頻率變化。本實施方式的濾波器2在安裝電容器23及電感器24之後也能使共振頻率變化。因此,本實施方式的差動振盪器100在可透過來自外部的控制切換差動振盪器100振盪的頻率方面與第一實施方式的差動振盪器100不同,在其他方面與第一實施方式的差動振盪器100相同。
具體來說,本實施方式的濾波器2包含可變電容元件26來代替電容器23,所述可變電容元件26的靜電電容值根據從外部施加的控制電壓而變化。濾波器2的阻抗特性根據該控制電壓而變化。可變電容元件26例如為變容二極體(Varicap Diode),靜電
電容值與施加在電容端子間的電壓的平方根成反比例。
可變電容元件26的靜電電容值變得越大,則濾波器2的共振頻率變得越小,可變電容元件26的靜電電容值變得越小,則濾波器2的共振頻率變得越大。因此,透過增大施加在可變電容元件26的兩端間的電壓,使濾波器2的共振頻率變大,透過減小施加在可變電容元件26的兩端間的電壓,使濾波器2的共振頻率變小。
如上所述,在本實施方式的差動振盪器100中,濾波器2包含可變電容元件26,由此,可透過控制從外部施加的電壓,而切換差動振盪器100振盪的共振模式。
以上,使用實施方式對本發明進行了說明,但本發明的技術範圍並不限定於所述實施方式中記載的範圍。對於本領域技術人員來說可明暸,能夠對所述實施方式添加各種變更或改良。由權利要求書的記載可明暸,施加了這種變更或改良的實施方式也可包含在本發明的技術範圍內。
例如,在所述實施方式中,對電晶體41及電晶體51為結型電晶體(junction transistor)的例子進行了說明,但電晶體41及電晶體51也可以為場效應電晶體。另外,在所述實施方式中,對共振器1為晶體振子的情況進行了說明,但共振器1也可以為像陶瓷(ceramic)振盪子、微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)振子那樣的其他共振器。另外,在所述實施方式中,對濾波器2包含電容器21及電容器22的構成進行了說明,
但濾波器2也可以只包含電容器21及電容器22中的其中一個。
1‧‧‧共振器
2‧‧‧濾波器
3‧‧‧差動放大電路
100‧‧‧差動振盪器
Claims (4)
- 一種差動振盪器,其特徵在於包括:共振器,至少具有第一共振模式及第二共振模式;差動放大電路,使所述共振器振盪;以及濾波器,與所述共振器及所述差動放大電路並聯設置,且所述第一共振模式的第一共振頻率及所述第二共振模式的第二共振頻率中的其中一個頻率下的阻抗小於另一個頻率下的阻抗;且在所述第一共振頻率及所述第二共振頻率中的所述濾波器的阻抗較大的頻率下具有負電阻,在所述濾波器的阻抗較小的頻率下不具有負電阻。
- 如申請專利範圍第1項所述的差動振盪器,其中所述濾波器包括:並聯共振電路;第一電容器,設置在所述並聯共振電路的一端與所述共振器的一端之間;以及第二電容器,設置在所述並聯共振電路的另一端與所述共振器的另一端之間。
- 如申請專利範圍第2項所述的差動振盪器,其中所述並聯共振電路具有相互並聯連接的電感器、第三電容器及電阻,且所述差動振盪器具有所述負電阻的頻率下的所述第一電容器及所述第二電容器的電抗大於所述第三電容器的電抗。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的差動振盪 器,其中所述濾波器包含可變電容元件,且所述濾波器的阻抗特性根據施加在所述可變電容元件的控制電壓而變化。
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