圧電発振回路
【課題】 圧電発振回路において、発振周波数の位相雑音特性が、電源電圧の低電圧化にともなって劣化することを防止するに好適な圧電発振回路を提供すること。
【解決手段】 圧電発振回路において、トランジスタのベースに流れるベース電流を決定づけるバイアス抵抗（ブリーダ抵抗）に対して、直列にコイルＬを挿入するよう構成する。電源電圧の低電圧化にともなってバイアス抵抗を小さな値に設計した場合においても、発振周波数領域においてバイアス抵抗部がコイルＬによってハイインピーダンスになる。このような作用によれば、回路損失が小さくですみ、発振回路の実効Ｑ値が低下しないから、信号純度の良好な発振器を得ることができる。
【解決手段】 圧電発振回路において、トランジスタのベースに流れるベース電流を決定づけるバイアス抵抗（ブリーダ抵抗）に対して、直列にコイルＬを挿入するよう構成する。電源電圧の低電圧化にともなってバイアス抵抗を小さな値に設計した場合においても、発振周波数領域においてバイアス抵抗部がコイルＬによってハイインピーダンスになる。このような作用によれば、回路損失が小さくですみ、発振回路の実効Ｑ値が低下しないから、信号純度の良好な発振器を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電発振回路に関し、特に低い電源電圧において信号純度の優れた圧電発振回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電発振器は、移動体通信機器などの各種通信機器、電子機器及びＯＡ機器などの基準周波数源として幅広く利用されている。その中でも特に、圧電デバイスとして水晶振動子を用いたコルピッツ発振回路が幅広く利用されている。図４は、水晶振動子を用いたコルピッツ発振回路の一例を示す回路図である。図中Ｑ１はトランジスタであって、該トランジスタＱ１のベース・エミッタ間とエミッタ・アース間にコンデンサＣ１、Ｃ２を夫々接続し、又ベース・アース間に圧電振動子Ｘ１と可変容量ダイオードＤ１との直列回路を接続する。更に電源ＶｃｃとトランジスタＱ１のベースとの間に抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１のベースとアースとの間にＲ２、電源ＶｃｃとトランジスタＱ１のコレクタとの間に抵抗３、トランジスタＱ１のエミッタとアースとの間に抵抗Ｒ４を夫々接続するよう構成している。
【０００３】近年、移動体通信システムの普及にともない、その移動体通信端末の小形・軽量化が急速に進められており，特にバッテリーの小型化が求められている。このような技術背景のなか、これらの携帯端末に使用されている圧電発振器においては、その動作電圧が年々低くなっており、更なる電源電圧の低電圧化が要求されている。
【０００４】上記のコルピッツ発振回路において、抵抗Ｒ１及びＲ２の値はトランジスタＱ１のベース電流を決定するためのものであって、ブリーダ抵抗と称されている。一般に発振回路が安定した発振動作を行うためには、トランジスタの電流増幅率ｈFEが所望の値以上であることを必要としている。そのために、ブリーダ抵抗の抵抗値は、抵抗Ｒ２に流れる電流がトランジスタのベースに流れる電流の１０倍よりも大きくするよう選択される。このような条件にもとづいて、低い電源電圧において動作させる場合、ブリーダ抵抗Ｒ２及びＲ１の抵抗値を小さくするよう選択すれば良い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このようにブリーダ抵抗の値を小さくした発振器においては、低い電源電圧においても発振動作を行うものの、その発振周波数の信号純度、即ち位相雑音特性が劣化してしまうという欠点があった。このような欠点があったために、特に高い信号純度が要求される利用分野、例えば移動体端末機器等に用いられる発振器などにおいては、その要求される性能を満足することができず、発振器の電源電圧を低くすることを困難としていた。本発明は、上記の欠点を解決する為になされたものであって、より低い電源電圧においても、発振信号純度が高い、即ち位相雑音特性の良好な発振回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、圧電素子とトランジスタとを含む圧電発振回路において、電源と前記トランジスタのベースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続する、或いは前記トランジスタのベースとアースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続するよう構成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態例を示すコルピッツ発振回路である。図中Ｑ２はトランジスタであって、該トランジスタＱ２のベース・エミッタ間及びエミッタ・アース間にコンデンサＣ３及びＣ４を夫々接続し、前記トランジスタＱ２のベース・アース間に圧電振動子Ｘ２と可変容量コンデンサＤ２との直列回路を接続する。更に、電源ＶｃｃとトランジスタＱ２のベース間に、抵抗Ｒ６とコイルＬ１との直列回路を接続し、ベース・アース間に、抵抗Ｒ７とコイルＬ２との直列回路を接続し、電源Ｖｃｃ前記トランジスタＱ２のコレクタ・アース間に抵抗Ｒ８を接続し、前記トランジスタＱ２のコレクタとアースとの間に抵抗Ｒ９を接続するよう構成する。なお、抵抗Ｒ１０は、電圧Ｖｃｏｎｔによって可変容量ダイオードＤ２の容量値を変化させる為のバイアス抵抗であり、また、発振回路の信号はトランジスタのコレクタから直流阻止コンデンサＣｐを介して出力する。
【０００８】次に上記構成のコルピッツ発振回路の作用を、図２に図示する等価回路を用いて説明する。同図は、発振回路の定常状態における高周波等価回路であって、図中Ｃπはトランジスタの入力容量、Ｒπはトランジスタの入力抵抗、また、Ｒａ及びＬａは水晶振動子の等価抵抗と誘導性リアクタンス成分を表わしており、Ｃ３’Ｃ４’Ｄ２、Ｒ９’は、先に述べたＣ３、Ｃ４、Ｄ２、Ｒ９の容量あるいは抵抗である。図中、抵抗ＲｂとＬｂとの直列合成和（Ｒｂ＋ｊωＬｂ）は、ブリーダ抵抗部分による等価回路であって、抵抗Ｒ６とコイルＬ１との直列合成和（Ｒ１＋ｊωＬ１）と、抵抗Ｒ２と抵抗Ｌ２との直列合成和（Ｒ７＋ｊωＬ２）との並列合成和である。
【０００９】このブリーダ抵抗部分（Ｒｂ＋ｊωＬｂ）に流れる電流は、発振回路全体からみた場合、単なる損失であって、発振回路の実効Ｑ値を低下させる要因の一つとなっている。発振回路の実効Ｑ値ＱLは、式ＱL＝Ｒａ・Ｑ／（Ｒａ＋Ｒｐ）によって表わされる。ここで、Ｒｐは水晶振動子（Ｒａ＋ｊωＬａ）から右側をみた時の損失抵抗、Ｒａは水晶振動子の等価抵抗、Ｑは水晶振動子のＱ値である。本発明においては、前述した実施形態例のように、トランジスタにバイアス電流をあたえるブリーダ抵抗Ｒ６及びＲ７に対してコイルＬ１及びコイルＬ２を夫々直列に接続するように構成したことによって、ブリーダ抵抗Ｒ６及びＲ７の値が小さい場合においても、ブリーダ抵抗部分（Ｒｂ＋ｊωＬｂ）が発振周波数領域において高インピーダンスとなるから、トランジスタのベースに所望のベース電流を供給しながらも、発振回路の損失は小さくてすみ、従来の回路のように発振回路の実効Ｑ値が小さくなることがない。
【００１０】以上、本発明の構成が、発振回路の実効Ｑ値の劣化を抑えるよう作用することを説明した。次にコルピッツ発振回路の位相雑音特性との関係について説明する。図３はコルピッツ発振回路の位相雑音特性をモデル化した図である。同図において、横軸は離調周波数、縦軸は位相雑音である。同図に示したようにコルピッツ発振回路の位相雑音特性は、位相雑音が周波数の３乗に比例して減衰する領域ｆ-3、周波数の２乗におよそ比例して減衰する領域ｆ-2、そしてフロアノイズ部ｆ-0からなる。ここで，図中、位相雑音が周波数の３乗に比例して減衰する領域ｆ-3と周波数の２乗におよそ比例して減衰する領域ｆ-2、が交わる離調周波数をｆｃ、周波数のおよそ２乗に比例して減衰する領域とフロアノイズ部ｆ-0が交わる離調周波数をｆαとする。このような発振回路の位相雑音特性にあっては，離調周波数ｆαと発振回路の実効Ｑ値ＱLとの関係は、ｆα＝ｆ0／（２ＱL）によって表わされる。但し、ｆ0は発振周波数である。従来の回路にあっては、低電源電圧化に伴って実効Ｑ値が劣化していたことから、ｆαが大きくなり、離調周波数ｆαと離調周波数ｆｃとの間隔が広くなって、位相雑音特性の劣化をもたらしていた。これに対して本発明に係る構成にあっては、上述したように発振回路の実効Ｑ値が劣化しないから、離調周波数ｆαと離調周波数ｆｃとの間隔は影響を受けることがなく、位相雑音特性が劣化しない。
【００１１】上記の実施形態例においては、電源とトランジスタのベースとの間、及びトランジスタのベースとアースとの間の双方に、抵抗とコイルの直列回路をそれぞれ接続するよう構成した。このように，発振回路の実効Ｑ値の劣化を押さえる効果を最大に得るためには，抵抗とコイルとの直列回路を双方に接続することが望ましい。しかし，必要に応じて何れか一方に抵抗とコイルとの直列回路を接続するよう構成しても、発振回路の実効Ｑ値を抑える効果を得ることができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明においては、ブリーダ抵抗と直列にコイルを挿入するよう構成したことによって、ブリーダ抵抗の値を小さく選定したとしても、従来の回路のように発振回路の実効Ｑ値が低下することがない。このような作用により、ブリーダ抵抗の値を小さくし、低い電源動作において発振動作させたような場合においても、良好な位相雑音特性、即ち信号純度の良好な発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコルピッツ発振回路の実施形態例
【図２】コルピッツ発振回路の等価回路
【図３】位相雑音特性のモデル図
【図４】従来のコルピッツ発振回路
【符号の説明】
Ｘ１，Ｘ２ 水晶振動子、Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２ 可変容量ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ コイル、Ｒ１−Ｒ１０ 抵抗、Ｃ１−Ｃ４ コンデンサ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電発振回路に関し、特に低い電源電圧において信号純度の優れた圧電発振回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電発振器は、移動体通信機器などの各種通信機器、電子機器及びＯＡ機器などの基準周波数源として幅広く利用されている。その中でも特に、圧電デバイスとして水晶振動子を用いたコルピッツ発振回路が幅広く利用されている。図４は、水晶振動子を用いたコルピッツ発振回路の一例を示す回路図である。図中Ｑ１はトランジスタであって、該トランジスタＱ１のベース・エミッタ間とエミッタ・アース間にコンデンサＣ１、Ｃ２を夫々接続し、又ベース・アース間に圧電振動子Ｘ１と可変容量ダイオードＤ１との直列回路を接続する。更に電源ＶｃｃとトランジスタＱ１のベースとの間に抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１のベースとアースとの間にＲ２、電源ＶｃｃとトランジスタＱ１のコレクタとの間に抵抗３、トランジスタＱ１のエミッタとアースとの間に抵抗Ｒ４を夫々接続するよう構成している。
【０００３】近年、移動体通信システムの普及にともない、その移動体通信端末の小形・軽量化が急速に進められており，特にバッテリーの小型化が求められている。このような技術背景のなか、これらの携帯端末に使用されている圧電発振器においては、その動作電圧が年々低くなっており、更なる電源電圧の低電圧化が要求されている。
【０００４】上記のコルピッツ発振回路において、抵抗Ｒ１及びＲ２の値はトランジスタＱ１のベース電流を決定するためのものであって、ブリーダ抵抗と称されている。一般に発振回路が安定した発振動作を行うためには、トランジスタの電流増幅率ｈFEが所望の値以上であることを必要としている。そのために、ブリーダ抵抗の抵抗値は、抵抗Ｒ２に流れる電流がトランジスタのベースに流れる電流の１０倍よりも大きくするよう選択される。このような条件にもとづいて、低い電源電圧において動作させる場合、ブリーダ抵抗Ｒ２及びＲ１の抵抗値を小さくするよう選択すれば良い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このようにブリーダ抵抗の値を小さくした発振器においては、低い電源電圧においても発振動作を行うものの、その発振周波数の信号純度、即ち位相雑音特性が劣化してしまうという欠点があった。このような欠点があったために、特に高い信号純度が要求される利用分野、例えば移動体端末機器等に用いられる発振器などにおいては、その要求される性能を満足することができず、発振器の電源電圧を低くすることを困難としていた。本発明は、上記の欠点を解決する為になされたものであって、より低い電源電圧においても、発振信号純度が高い、即ち位相雑音特性の良好な発振回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、圧電素子とトランジスタとを含む圧電発振回路において、電源と前記トランジスタのベースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続する、或いは前記トランジスタのベースとアースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続するよう構成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態例を示すコルピッツ発振回路である。図中Ｑ２はトランジスタであって、該トランジスタＱ２のベース・エミッタ間及びエミッタ・アース間にコンデンサＣ３及びＣ４を夫々接続し、前記トランジスタＱ２のベース・アース間に圧電振動子Ｘ２と可変容量コンデンサＤ２との直列回路を接続する。更に、電源ＶｃｃとトランジスタＱ２のベース間に、抵抗Ｒ６とコイルＬ１との直列回路を接続し、ベース・アース間に、抵抗Ｒ７とコイルＬ２との直列回路を接続し、電源Ｖｃｃ前記トランジスタＱ２のコレクタ・アース間に抵抗Ｒ８を接続し、前記トランジスタＱ２のコレクタとアースとの間に抵抗Ｒ９を接続するよう構成する。なお、抵抗Ｒ１０は、電圧Ｖｃｏｎｔによって可変容量ダイオードＤ２の容量値を変化させる為のバイアス抵抗であり、また、発振回路の信号はトランジスタのコレクタから直流阻止コンデンサＣｐを介して出力する。
【０００８】次に上記構成のコルピッツ発振回路の作用を、図２に図示する等価回路を用いて説明する。同図は、発振回路の定常状態における高周波等価回路であって、図中Ｃπはトランジスタの入力容量、Ｒπはトランジスタの入力抵抗、また、Ｒａ及びＬａは水晶振動子の等価抵抗と誘導性リアクタンス成分を表わしており、Ｃ３’Ｃ４’Ｄ２、Ｒ９’は、先に述べたＣ３、Ｃ４、Ｄ２、Ｒ９の容量あるいは抵抗である。図中、抵抗ＲｂとＬｂとの直列合成和（Ｒｂ＋ｊωＬｂ）は、ブリーダ抵抗部分による等価回路であって、抵抗Ｒ６とコイルＬ１との直列合成和（Ｒ１＋ｊωＬ１）と、抵抗Ｒ２と抵抗Ｌ２との直列合成和（Ｒ７＋ｊωＬ２）との並列合成和である。
【０００９】このブリーダ抵抗部分（Ｒｂ＋ｊωＬｂ）に流れる電流は、発振回路全体からみた場合、単なる損失であって、発振回路の実効Ｑ値を低下させる要因の一つとなっている。発振回路の実効Ｑ値ＱLは、式ＱL＝Ｒａ・Ｑ／（Ｒａ＋Ｒｐ）によって表わされる。ここで、Ｒｐは水晶振動子（Ｒａ＋ｊωＬａ）から右側をみた時の損失抵抗、Ｒａは水晶振動子の等価抵抗、Ｑは水晶振動子のＱ値である。本発明においては、前述した実施形態例のように、トランジスタにバイアス電流をあたえるブリーダ抵抗Ｒ６及びＲ７に対してコイルＬ１及びコイルＬ２を夫々直列に接続するように構成したことによって、ブリーダ抵抗Ｒ６及びＲ７の値が小さい場合においても、ブリーダ抵抗部分（Ｒｂ＋ｊωＬｂ）が発振周波数領域において高インピーダンスとなるから、トランジスタのベースに所望のベース電流を供給しながらも、発振回路の損失は小さくてすみ、従来の回路のように発振回路の実効Ｑ値が小さくなることがない。
【００１０】以上、本発明の構成が、発振回路の実効Ｑ値の劣化を抑えるよう作用することを説明した。次にコルピッツ発振回路の位相雑音特性との関係について説明する。図３はコルピッツ発振回路の位相雑音特性をモデル化した図である。同図において、横軸は離調周波数、縦軸は位相雑音である。同図に示したようにコルピッツ発振回路の位相雑音特性は、位相雑音が周波数の３乗に比例して減衰する領域ｆ-3、周波数の２乗におよそ比例して減衰する領域ｆ-2、そしてフロアノイズ部ｆ-0からなる。ここで，図中、位相雑音が周波数の３乗に比例して減衰する領域ｆ-3と周波数の２乗におよそ比例して減衰する領域ｆ-2、が交わる離調周波数をｆｃ、周波数のおよそ２乗に比例して減衰する領域とフロアノイズ部ｆ-0が交わる離調周波数をｆαとする。このような発振回路の位相雑音特性にあっては，離調周波数ｆαと発振回路の実効Ｑ値ＱLとの関係は、ｆα＝ｆ0／（２ＱL）によって表わされる。但し、ｆ0は発振周波数である。従来の回路にあっては、低電源電圧化に伴って実効Ｑ値が劣化していたことから、ｆαが大きくなり、離調周波数ｆαと離調周波数ｆｃとの間隔が広くなって、位相雑音特性の劣化をもたらしていた。これに対して本発明に係る構成にあっては、上述したように発振回路の実効Ｑ値が劣化しないから、離調周波数ｆαと離調周波数ｆｃとの間隔は影響を受けることがなく、位相雑音特性が劣化しない。
【００１１】上記の実施形態例においては、電源とトランジスタのベースとの間、及びトランジスタのベースとアースとの間の双方に、抵抗とコイルの直列回路をそれぞれ接続するよう構成した。このように，発振回路の実効Ｑ値の劣化を押さえる効果を最大に得るためには，抵抗とコイルとの直列回路を双方に接続することが望ましい。しかし，必要に応じて何れか一方に抵抗とコイルとの直列回路を接続するよう構成しても、発振回路の実効Ｑ値を抑える効果を得ることができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明においては、ブリーダ抵抗と直列にコイルを挿入するよう構成したことによって、ブリーダ抵抗の値を小さく選定したとしても、従来の回路のように発振回路の実効Ｑ値が低下することがない。このような作用により、ブリーダ抵抗の値を小さくし、低い電源動作において発振動作させたような場合においても、良好な位相雑音特性、即ち信号純度の良好な発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコルピッツ発振回路の実施形態例
【図２】コルピッツ発振回路の等価回路
【図３】位相雑音特性のモデル図
【図４】従来のコルピッツ発振回路
【符号の説明】
Ｘ１，Ｘ２ 水晶振動子、Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２ 可変容量ダイオード、Ｌ１，Ｌ２ コイル、Ｒ１−Ｒ１０ 抵抗、Ｃ１−Ｃ４ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧電素子とトランジスタとを含む圧電発振回路において、電源と前記トランジスタのベースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続する、或いは前記トランジスタのベースとアースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続するよう構成することを特徴とする圧電発振回路。
【請求項１】圧電素子とトランジスタとを含む圧電発振回路において、電源と前記トランジスタのベースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続する、或いは前記トランジスタのベースとアースとの間に抵抗とコイルとの直列回路を接続するよう構成することを特徴とする圧電発振回路。
【図２】
【図３】
【図１】
【図４】
【図３】
【図１】
【図４】
【公開番号】特開２００１−８５９４６（Ｐ２００１−８５９４６Ａ）
【公開日】平成１３年３月３０日（２００１．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−２５８３０４
【出願日】平成１１年９月１３日（１９９９．９．１３）
【出願人】（０００００３１０４）東洋通信機株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年３月３０日（２００１．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年９月１３日（１９９９．９．１３）
【出願人】（０００００３１０４）東洋通信機株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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