説明

圧電発振器

【課題】 発振周波数の調整を容易に安価に行うことができると共に電源電圧変動による周波数変化を抑制できる圧電発振器を提供する。
【解決手段】 周波数調整回路と発振回路1とを備え、発振回路1の入力側に、可変容量ダイオードD3のカソードを接続し、更に当該カソードを第3の抵抗R3を介してポテンショメータRvの制御電圧電極に接続し、ポテンショメータRvには電源電圧Vccがレギュレータ2を介して印加されるようになっているので、電源電圧の変動に対しても可変容量ダイオードD3のカソードに一定の電圧を印加して周波数変化を抑制でき、ポテンショメータRvから可変容量ダイオードD3のカソードに印加する電圧を変更することで周波数の調整を行う圧電発振器である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電発振器に係り、特に、発振周波数の調整を容易に安価に行うと共に電源電圧変動による周波数変化を抑制できる圧電発振器に関する。
【背景技術】
【0002】
[従来の技術]
発振器の発振周波数を調整する方法として、固定コンデンサを交換することにより負荷容量を変化させる方法がある。
【0003】
[従来の圧電発振器:図5]
従来の圧電発振器について図5を参照しながら説明する。図5は、従来の圧電発振器の回路図である。
従来の圧電発振器は、図5に示すように、入力信号が第1の抵抗R1の一端に入力され、第1の抵抗R1の他端は、第1のダイオードD1のカソードと第2のダイオードD2のカソードが接続され、第1のダイオードD1のアノードは接地され、第2のダイオードD2のアノードは並列接続の容量C1,C2の一端に接続され、容量C1,C2の他端が発振回路1に接続され、第2のダイオードD2が第2の抵抗R2を介して接地されている構成である。
【0004】
[従来の周波数調整方法]
図5の圧電発振器において、容量C2を設けず、容量C1だけで構成しておき、発振器の目標とする周波数に合わせて適切な容量C2を取り付けて、回路の負荷容量を大きくして発振周波数を調整している。
【0005】
[関連技術]
尚、関連する先行技術として、特開2000−183650号公報「圧電発振器」(東洋通信機株式会社)[特許文献1]がある。
特許文献1には、水晶発振器の周波数を制御するライン等が切断されても元の設定周波数を維持できることが記載され、第1の抵抗器とデジタル可変抵抗IC及び第2の抵抗器からなる直列接続回路の一端を水晶発振器の電源に接続し、他端を接地すると共にデジタル可変抵抗ICの繻子力電圧を可変容量ダイオードのカソードに接続したことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2000−183650号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、従来の圧電発振器では、周波数調整のために容量C2のコンデンサの取り付け、付け替え作業が必要となり、調整作業としては、容量C2のコンデンサチップを取り付ける前に、周波数測定を行い、半田塗布を行い、コンデンサチップを半田付けし、再度周波数を測定して確認し、半田付け確認を行うという大幅な工数が掛かるという問題点があった。
【0008】
また、従来の圧電発振器では、水晶振動子の容量比のバラツキにより、1回の調整で規格内に入らない場合もある。
【0009】
尚、特許文献1は、可変抵抗ICによって周波数を微調整するものではあるが、電源電圧変動による周波数変化を抑制するための機能を備えていないものである。
【0010】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、発振周波数の調整を容易に安価に行うことができると共に電源電圧変動による周波数変化を抑制できる圧電発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、周波数調整回路と、発振回路とを備えた圧電発振器であって、周波数調整回路は、制御電圧が入力される入力端子に第1の抵抗を介して第1のダイオードのカソードが接続され、第1のダイオードのアノードが接地され、入力端子に第2のダイオードのカソードが接続され、第2のダイオードのアノードが可変容量ダイオードのアノードに接続され、可変容量ダイオードのカソードが発振回路に接続され、第2のダイオードのアノード側と可変容量ダイオードのアノード側が第2の抵抗を介して接地され、可変容量ダイオードのカソードがポテンショメータの制御電圧を出力する制御電圧電極に接続され、ポテンショメータの一端には電圧を一定に保つレギュレータを介して電源電圧が接続され、ポテンショメータの他端が接地されていることを特徴とする。
【0012】
本発明は、上記圧電発振器において、可変容量ダイオードのカソードとポテンショメータの制御電圧電極とは、第3の抵抗を介して接続されていることを特徴とする。
【0013】
本発明は、上記圧電発振器において、ポテンショメータの接地される他端を、サーミスタを介して接地するようにしたことを特徴とする。
【0014】
本発明は、上記圧電発振器において、サーミスタに第4の抵抗を並列接続したことを特徴とする。
【0015】
本発明は、上記圧電発振器において、ポテンショメータが、内部の可変抵抗の値が変更されると、可変容量ダイオードに印加される電圧を制御するものであることを特徴とする。
【0016】
本発明は、上記圧電発振器において、ポテンショメータが、可変容量ダイオードに印加する電圧を高くすることで容量を減少させて周波数を上げ、印加する電圧を低くすることで容量を増加させて周波数を下げる調整を行うことを特徴とする。
【0017】
本発明は、上記圧電発振器において、ポテンショメータが、メモリを有するデジタルポテンショメータであり、メモリには可変抵抗の値が記憶されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、周波数調整回路は、制御電圧が入力される入力端子に第1の抵抗を介して第1のダイオードのカソードが接続され、第1のダイオードのアノードが接地され、入力端子に第2のダイオードのカソードが接続され、第2のダイオードのアノードが可変容量ダイオードのアノードに接続され、可変容量ダイオードのカソードが発振回路に接続され、第2のダイオードのアノード側と可変容量ダイオードのアノード側が第2の抵抗を介して接地され、可変容量ダイオードのカソードがポテンショメータの制御電圧を出力する制御電圧電極に接続され、ポテンショメータの一端には電圧を一定に保つレギュレータを介して電源電圧が接続され、ポテンショメータの他端が接地されている圧電発振器としているので、発振周波数の調整を容易に安価に行うことができると共に電源電圧変動による周波数変化を抑制できる効果がある。
【0019】
本発明によれば、ポテンショメータの接地される他端を、サーミスタを介して接地するようにした上記圧電発振器としているので、周囲温度に対応した温度補償ができ、周波数安定を高精度に行うことができる効果がある。
【0020】
本発明によれば、ポテンショメータが、可変容量ダイオードに印加する電圧を高くすることで容量を減少させて周波数を上げ、印加する電圧を低くすることで容量を増加させて周波数を下げる調整を行う上記圧電発振器としているので、周波数の調整を安価で容易に行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施の形態に係る第1の圧電発振器の回路図である。
【図2】可変容量ダイオードD3の印加電圧と周波数変化の関係を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る第2の圧電発振器の回路図である。
【図4】温度対周波数特性を示す図である。
【図5】従来の圧電発振器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、発振回路の入力側に設けられていた固定コンデンサ(並列接続の容量C1,C2)の代わりに、可変容量ダイオードを設け、可変容量ダイオードのカソード側を、抵抗を介してポテンショメータに接続し、更に電源電圧がレギュレータを介してポテンショメータに接続するものであり、可変容量ダイオードにより任意に分圧した電圧を発振回路の入力側に印加することができ、更にレギュレータによってポテンショメータに印加される電圧を一定に保つことができるので、電源電圧の変動があっても、周波数変動を防止できるものである。
【0023】
また、本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、上記構成において、ポテンショメータの接地される端子を、サーミスタを介して接地するようにしたものであり、これにより、周囲温度に対応して可変容量ダイオードに印加される電圧が変化し、可変容量ダイオードの容量も周囲温度に応じて変化して回路の温度補償が為され、周波数安定度を高精度にすることができるものである。
【0024】
[第1の圧電発振器:図1]
本発明の実施の形態に係る第1の圧電発振器について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る第1の圧電発振器の回路図である。
本発明の実施の形態に係る第1の圧電発振器(第1の圧電発振器)は、図1に示すように、入力信号が入力端子から入力され、入力端子が第1の抵抗R1の一端に接続され、第1の抵抗R1の他端は、第1のダイオードD1のカソードと第2のダイオードD2のカソードが接続され、第1のダイオードD1のアノードは接地され、第2のダイオードD2のアノードは可変容量ダイオードD3のアノードに接続され、可変容量ダイオードD3のカソードが発振回路1に接続され、第2のダイオードD2のアノードと可変容量ダイオードD3のアノードが第2の抵抗R2を介して接地され、可変容量ダイオードD3のカソードが第3の抵抗R3を介してポテンショメータRvの制御電圧電極に接続され、ポテンショメータの一端には電源電圧Vccがレギュレータ(IC)2を介して接続され、ポテンショメータRvの他端は接地されている構成である。
【0025】
[各部:図2]
第1の圧電発振器の特徴的な各部について具体的に説明する。
可変容量ダイオードD3は、発振回路1に印加する電圧について容量を可変にすることで調整し、発振回路1での発振周波数を変更し、調整するものである。
可変容量ダイオードD3のアノード側は、第2の抵抗R2によって0Vの電位が与えられる。
そして、可変容量ダイオードD3のカソード側の電圧は、ポテンショメータRvによって制御されるものである。
【0026】
ポテンショメータRvは、デジタルポテンショメータを用い、電源電圧が入力される電源電圧端子と、GND(グランド)に接続するアース端子と、制御された任意に電圧を出力する制御電圧電極とを備えている。
但し、電源電圧端子には、電源電圧が直接印加されるのではなく、レギュレータ2を介して印加されている。
そして、ポテンショメータRvの内部には、可変抵抗の値が設定されており、レギュレータ2からの電圧を分圧して、第3の抵抗R3を介して可変容量ダイオードD3のカソードに電圧を印加する。
【0027】
レギュレータ(IC:Integrated Circuit)2は、電源電圧Vccに対して常に一定電圧をポテンショメータRvの電源電圧端子に出力している。例えば、電源電圧が3.3Vとすると、ポテンショメータRvの電源電圧端子とGNDとの間は、2.7Vの一定の電圧が印加されるものである。
【0028】
このレギュレータ2により、電源電圧が変動したとしても、ポテンショメータRvの電源電圧端子に印加される電圧は一定であり、分圧された電圧も一定で、可変容量ダイオードD3のカソードに一定の電圧が印加され、可変容量ダイオードD3の容量も変動しないようになっている。
【0029】
尚、通常のコルピッツ発振回路の場合、電源電圧が変動すると、発振用のトランジスタの容量が変化し、発振レベルの変化により周波数が変動することになる。
第1の圧電発振器では、周波数変動を抑えることができるため、従来の電圧制御水晶発振器(VCXO:Voltage Controlled Crystal Oscillator)と比較して、電源電圧の変動に対する周波数の変動を1/10〜1/100程度に改善することができる。
【0030】
[動作]
次に、第1の圧電発振器における周波数調整の動作について説明する。
第1の圧電発振器で、発振周波数が目標の周波数より低い場合は、可変容量ダイオードD3のカソードに印加する電圧を高くするようポテンショメータRvで制御する。これにより、可変容量ダイオードD3の容量値を減少させて発振回路1から発振される周波数を上げることができる。
【0031】
また、第1の圧電発振器で、発振周波数が目標の周波数より高い場合は、可変容量ダイオードD3のカソードに印加する電圧を低くするようポテンショメータRvで制御する。これにより、可変容量ダイオードD3の容量値を増加させて発振回路1から発振される周波数を下げることができる。
【0032】
第1の圧電発振器で使用するデジタルポテンショメータは、揮発性及び不揮発性の2種類のメモリを内蔵しているので、抵抗値を一時的及び半永久的に保持することができる。
メモリに記憶された抵抗値は、外部からの制御装置で書き換え可能であり、また、複数の抵抗値をメモリに記憶しておき、外部からの制御装置で使用する抵抗値を選択するようにしてもよい。
これにより、メモリの抵抗値を用いて周波数の再調整が可能となるものである。
【0033】
[印加電圧と周波数変化:図2]
可変容量ダイオードD3のカソードに印加される電圧と周波数変化の関係を図2に示す。図2は、可変容量ダイオードD3の印加電圧と周波数変化の関係を示す図である。ここで、横軸が印加される電圧(V)であり、縦軸が周波数変化幅(del_f_ppm)である。
図2に示すように、可変容量ダイオードD3のカソードに印加される電圧が変動すれば、周波数の変化状況が発生するものである。
【0034】
[第2の圧電発振器:図3]
次に、本発明の実施の形態に係る第2の圧電発振器(第2の圧電発振器)について図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態に係る第2の圧電発振器の回路図である。
第2の圧電発振器は、図3に示すように、第1の圧電発振器と同様であり、相違する点は、ポテンショメータRvのGND側の端子が直接GNDに接続するのではなく、サーミスタ(NTC:Negative Temperature Coefficient)TH1と抵抗R4の並列接続回路を介してGNDに接続している。
つまり、ポテンショメータRvの他端に、サーミスタTH1の一端及び抵抗R4の一端が接続され、サーミスタTH1の他端及び抵抗R4の他端が接地されている。
【0035】
可変容量ダイオードD3は、周波数調整用に用いられる素子であり、サーミスタTH1と抵抗R4の構成を追加することにより温度補償を行う素子にもなる。
サーミスタTH1は、本回路の周囲温度が変化すると、抵抗値を変化させ、可変容量ダイオードD3に印加される電圧も周囲温度と共に変化させるものである。
また、並列接続の抵抗R4は、温度対周波数特性のカーブをなだらかにする役割がある。
第2の圧電発振器によれば、周辺温度によって可変容量ダイオードD3の容量が変化し、発振回路1の出力周波数を変化させるメカニズムとなるため、温度対周波数特性を良好にできる効果がある。
【0036】
[温度対周波数特性:図4]
近年、需要が増えているECL(Emitter Coupled Logic:エミッタ結合理論)出力(PECL[正のECL]を含む)のバッファ回路に流れる電流によって発振器が発熱し、安定度の高精度化の妨げとなっていた。
第2の圧電発振器と第1の圧電発振器を比較した温度対周波数特性について図4を参照しながら説明する。図4は、温度対周波数特性を示す図である。図4の縦軸は周波数偏差(Deviation[ppm])を示し、横軸は温度(Temperature[℃])を示している。周波数偏差は、温度に対応する周波数の基準値から許容される偏差である。
【0037】
第2の圧電発振器の特性は、小さな丸でつないだ曲線(TH1とR4あり)であり、第1の圧電発振器の特性は、小さな×でつないだ曲線(TH1とR4なし)である。
第2の圧電発振器は、第1の圧電発振器と比較して、温度に対する周波数の偏差が穏やかなカーブとなっている。
つまり、第2の圧電発振器によれば、回路の発熱による水晶振動子の周波数変化を回路側に容量制御によって温度補償を可能とし、周波数の自動調整機能を共存させることによって、高精度な周波数安定度を実現できる。
【0038】
[実施の形態の効果]
第1の圧電発振器によれば、周波数調整回路と発振回路1とを備え、発振回路1の入力側に、可変容量ダイオードD3のカソードを接続し、更に当該カソードを第3の抵抗R3を介してポテンショメータRvの制御電圧電極に接続し、ポテンショメータRvには電源電圧Vccがレギュレータ2を介して印加されるようになっているので、電源電圧の変動に対しても可変容量ダイオードD3のカソードに一定の電圧を印加して周波数変化を抑制でき、ポテンショメータRvから可変容量ダイオードD3のカソードに印加する電圧を変更することで周波数の調整を安価で容易に行うことができる効果がある。
【0039】
第2の圧電発振器によれば、第1の圧電発振器の構成に、ポテンショメータRvのGND側の端子をサーミスタTH1と抵抗R4の並列接続を介して接地する構成を追加したものであり、これにより、周囲温度に対応して可変容量ダイオードD3に印加される電圧が変化し、可変容量ダイオードD3の容量も周囲温度に応じて変化して回路の温度補償が為されるため、周波数安定度を高精度にすることができる効果がある。
【0040】
第1,2の圧電発振器によれば、PC(コンピュータ)、周波数カウンタを組み合わせた安価なシステムで、容易に周波数調整を行うことができる効果がある。
また、調整タクトは、従来の調整方法に比べて、1/10程度になり、大幅な原価改善が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明は、発振周波数の調整を容易に安価に行うことができると共に電源電圧変動による周波数変化を抑制できる圧電発振器に好適である。
【符号の説明】
【0042】
1...発振回路、 2...レギュレータ(IC)、 R1...第1の抵抗、 R2...第2の抵抗、 R3...第3の抵抗、 R4...第4の抵抗、 D1...第1のダイオード、 D2...第2のダイオード、 D3...可変容量ダイオード、 Rv...ポテンショメータ、 C1,C2...容量、 TH1...サーミスタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
周波数調整回路と、発振回路とを備えた圧電発振器であって、
前記周波数調整回路は、制御電圧が入力される入力端子に第1の抵抗を介して第1のダイオードのカソードが接続され、前記第1のダイオードのアノードが接地され、
前記入力端子に第2のダイオードのカソードが接続され、前記第2のダイオードのアノードが可変容量ダイオードのアノードに接続され、前記可変容量ダイオードのカソードが前記発振回路に接続され、
前記第2のダイオードのアノード側と前記可変容量ダイオードのアノード側が第2の抵抗を介して接地され、
前記可変容量ダイオードのカソードがポテンショメータの制御電圧を出力する制御電圧電極に接続され、前記ポテンショメータの一端には電圧を一定に保つレギュレータを介して電源電圧が接続され、前記ポテンショメータの他端が接地されていることを特徴とする圧電発振器。
【請求項2】
可変容量ダイオードのカソードとポテンショメータの制御電圧電極とは、第3の抵抗を介して接続されていることを特徴とする請求項1記載の圧電発振器。
【請求項3】
ポテンショメータの接地される他端を、サーミスタを介して接地するようにしたことを特徴とする請求項1又は2記載の圧電発振器。
【請求項4】
サーミスタに第4の抵抗を並列接続したことを特徴とする請求項3記載の圧電発振器。
【請求項5】
ポテンショメータは、内部の可変抵抗の値が変更されると、可変容量ダイオードに印加される電圧を制御するものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の圧電発振器。
【請求項6】
ポテンショメータは、可変容量ダイオードに印加する電圧を高くすることで容量を減少させて周波数を上げ、印加する電圧を低くすることで容量を増加させて周波数を下げる調整を行うことを特徴とする請求項5記載の圧電発振器。
【請求項7】
ポテンショメータは、メモリを有するデジタルポテンショメータであり、前記メモリには可変抵抗の値が記憶されていることを特徴とする請求項5又は6記載の圧電発振器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−138890(P2012−138890A)
【公開日】平成24年7月19日(2012.7.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−182798(P2011−182798)
【出願日】平成23年8月24日(2011.8.24)
【出願人】(000232483)日本電波工業株式会社 (1,148)
【Fターム(参考)】