電圧制御型水晶発振器
【課題】ローノイズを実現しつつ、電源投入後、短い時間で安定した周波数を発振することができる電圧制御型水晶発振器を提供する。
【解決手段】固定容量１１０と第１の電圧可変容量素子１１２の接続点と固定容量１１１と第２の電圧可変容量素子１１３の接続点とを水晶振動子１１６で接続して水晶発振器１１７を構成する。第１の抵抗１０３と第１の固定容量１０５からなるローパスフィルタを制御電圧発生回路１０１に接続し、ローパスフィルタの出力を水晶発振器１１７の第１の電圧可変容量素子１１２と第２の電圧可変容量素子１１３のカソードへ抵抗１０８，１０９を介して接続し、発振起動時に第１の抵抗１０３の端子間をタイマー回路１１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子１０４で短絡して開放し、第１の制御信号と同期した第２の制御信号で制御する第２の充電回路１２３を、固定容量１１９を介してローパスフィルタの出力に接続し、電源投入時の制御電圧の過渡特性を補正するように充電する。
【解決手段】固定容量１１０と第１の電圧可変容量素子１１２の接続点と固定容量１１１と第２の電圧可変容量素子１１３の接続点とを水晶振動子１１６で接続して水晶発振器１１７を構成する。第１の抵抗１０３と第１の固定容量１０５からなるローパスフィルタを制御電圧発生回路１０１に接続し、ローパスフィルタの出力を水晶発振器１１７の第１の電圧可変容量素子１１２と第２の電圧可変容量素子１１３のカソードへ抵抗１０８，１０９を介して接続し、発振起動時に第１の抵抗１０３の端子間をタイマー回路１１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子１０４で短絡して開放し、第１の制御信号と同期した第２の制御信号で制御する第２の充電回路１２３を、固定容量１１９を介してローパスフィルタの出力に接続し、電源投入時の制御電圧の過渡特性を補正するように充電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ除去を目的としたローパスフィルタを有する電圧制御型水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶発振器は、安定した周波数が得られるとして携帯電話機等に広く用いられている。近年、この携帯電話の高帯域化や、それに伴う他セットのバンド域との干渉を防ぐため、高品質の通信を実現するローノイズ化が実装部品には求められている。さらに携帯電話分野においては、ＧＰＳ（Global Positioning System）機能を内蔵するなど、さらなる多機能化が求められており、その実装部品は、ローノイズでかつ高い発振安定度の実現が求められている。
【０００３】
以下、図１を参照しながら、従来の電圧制御型水晶発振器について説明する。従来の電圧制御型水晶発振器は、増幅器１５と、この増幅器１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路１４を並列に接続し、この増幅器１５の入力側端子は固定容量１０を介して第１の電圧可変容量素子１２を接続し、出力側端子は固定容量１１を介して第２の電圧可変容量素子１３を接続する。
【０００４】
さらに入力側の固定容量１０と第１の電圧可変容量素子１２の接続点と出力側の固定容量１１と第２の電圧可変容量素子１３の接続点とを水晶振動子１６で接続して水晶発振器１７を構成する。
【０００５】
また、第１の抵抗３と第１の固定容量５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器１７の第１の電圧可変容量素子１２と第２の電圧可変容量素子１３のカソードへ抵抗８，９を介して接続する。そして、発振起動時に前記第１の抵抗３の端子間をタイマー回路１８からの制御信号で制御した第１のスイッチ素子４で短絡して開放することによりローノイズの電圧制御型水晶発振器を構成していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平６−３４３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下、図１および図５を参照しながら、解決しようとする課題について説明する。図１に示すように、起動時に両端を短絡する第1のスイッチ素子４が接続された第1の抵抗３と、第1の固定容量５からなるローパスフィルタを介して制御電圧を印加する電圧制御型水晶発振器では、電源電圧投入後に第1の抵抗３の両端が開放されると、前記第1の固定容量５に付く寄生抵抗７と寄生容量６の影響で、第1の抵抗３を介した制御電圧が大きな時定数で変動する。
【０００７】
このようにローノイズ化を実現する前記第１の固定容量５には並列に寄生容量６及び寄生抵抗７が存在するため、図５に示すように、電源電圧投入後に前記第１のスイッチ素子４が短絡から開放になる時間４０２において、第１の抵抗３を介した制御電圧発生回路１の出力電圧４０４が、前記第１の抵抗３と前記第１の固定容量５とその寄生容量６と寄生抵抗７とによる時定数４０３で変動する。そのため結果的に、水晶発振器１７の発振周波数が安定するまでに長い時間を要するといった問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、ローノイズを実現しつつ、電源投入後、短い時間で安定した周波数を発振することができる電圧制御型水晶発振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、電圧可変容量素子を水晶振動子に接続した水晶発振器において、制御電圧発生回路と出力側の容量成分を充電する第１の充電回路との接続点を、第１の抵抗と第１の固定容量とからなるローパスフィルタを介して前記電圧可変容量素子に接続し、タイマー回路からの制御信号に応じて前記第１の抵抗の端子間を短絡して開放する第１のスイッチ素子を備える電圧制御型水晶発振器であって、前記制御信号に同期した信号を入力とした第２の充電回路の出力を、第２の固定容量を介して、前記第１の抵抗と前記第１の固定容量との接続点に接続するものである。
【００１０】
発振起動時（電源投入時）に第１の抵抗の端子間を短絡して開放すると、ローパスフィルタを構成する第１の抵抗および第１の固定容量に起因して制御電圧発生回路の出力電圧の変動が生じるが、上記構成によれば、制御電圧発生回路の出力電圧の変動に対して逆の極性を持つ電圧を発生させることができるため、制御電圧発生回路の出力電圧の変動による水晶発振器の発振周波数の変動を抑えることができ、電源投入後、短い時間で安定した周波数を発振することができる。したがって、ローノイズを実現しつつ、安定した発振周波数を実現することができる。
【００１１】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、前記第２の充電回路が、定電流源と、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、前記定電流源に直列接続された第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子と並列接続された電圧制限素子と、を有し、前記定電流源と前記第２のスイッチ素子との接続点を前記第２の固定容量に接続するものである。
【００１２】
上記構成によれば、電圧制限素子により、制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないよう電圧を制限できるため、制御電圧発生回路の出力を高精度で補償できる。
【００１３】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、前記第２の充電回路が、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗に直列接続される第３の固定容量と、前記第３の固定容量と並列接続された電圧制限素子と、を有し、前記第２の抵抗と前記第３の固定容量との接続点を前記第２の固定容量に接続するものである。
【００１４】
上記構成によれば、電圧制限素子により、制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないよう電圧を制限できるため、制御電圧発生回路の出力を高精度で補償できる。
【００１５】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、前記第２の充電回路が、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗と直列接続される第３の抵抗と、前記第３の抵抗に並列接続される第４の固定容量と、を有し、前記第２の抵抗と前記第３の抵抗との接続点を前記第２の固定容量に接続するものである。
【００１６】
上記構成によれば、第２と第３の抵抗により、制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないよう分圧できるため、制御電圧発生回路の出力を高精度で補償できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電圧制御型水晶発振器によれば、制御電圧発生回路の出力電圧の変動に対して逆の極性を持つ電圧を発生させることができるため、制御電圧発生回路の出力電圧の変動による水晶発振器の発振周波数の変動を抑えることができ、電源投入後、短い時間で安定した周波数を発振することができる。したがって、従来回路と同等のローノイズを実現しつつ、安定した発振周波数を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る発振周波数安定型ローノイズ発振回路の構成例について、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の概略構成を説明するための図である。
【００１９】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、増幅器１１５と、この増幅器１１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路１１４を並列に接続し、この増幅器１１５の入力側端子は固定容量１１０を介して第１の電圧可変容量素子１１２を接続し、出力側端子は固定容量１１１を介して第２の電圧可変容量素子１１３を接続する。
【００２０】
さらに入力側の固定容量１１０と第１の電圧可変容量素子１１２の接続点と出力側の固定容量１１１と第２の電圧可変容量素子１１３の接続点とを水晶振動子１１６で接続して水晶発振器１１７を構成する。
【００２１】
また、第１の抵抗１０３と第１の固定容量１０５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路１０１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路１０２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器１１７の第１の電圧可変容量素子１１２と第２の電圧可変容量素子１１３のカソードへ抵抗１０８，１０９を介して接続し、発振起動時に前記第１の抵抗１０３の端子間をタイマー回路１１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子１０４で短絡して開放する。
【００２２】
本実施形態では、さらに、前記タイマー回路１１８に接続された第１の制御信号に同期した第２の制御信号を入力とした第２のスイッチ素子１２１と定電圧から供給される定電流源１２０を接続し、前記制御電圧回路１０１の出力電圧よりも高い電圧にならないよう電圧を制限した電圧制限素子１２２を接続した第２の充電回路１２３の出力を、前記第２の固定容量１１９の一端に接続し、前記第２の固定容量１１９の他端を前記第１の固定容量１０５に接続して電圧制御型水晶発振器を構成する。
【００２３】
図６は、本実施形態の電圧制御型水晶発振器における制御電圧発生回路１０１の出力電圧を示す。また、図７は、本実施形態の電圧制御型水晶発振器における第２の充電回路１２３の出力電圧を示す。
【００２４】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器によれば、図６および図７に示すように、前記第１のスイッチ素子１０４を切り替える時間５０２と第２のスイッチ素子１２１を切り替える時間６０２とを同じにする（合わせる）ことで、前記制御電圧発生回路の出力電圧５０４と前記第２の充電回路１２３の出力電圧６０５とを同時に切り替える事が可能である。
【００２５】
さらに前記定電流源１２０と前記第２の固定容量１１９とで発生させる時定数６０３を、前記時定数４０３と同じにする事で時間的な補償を実現する。
【００２６】
さらに前記第２の固定容量１１９の容量値を前記第１の固定容量１０５の寄生容量１０６にトリミングなどで合わせることで、過渡的に前記寄生容量１０６に充電される電流を前記第２の固定容量１１９からの放電電流で補償することを実現する。
【００２７】
また、前記制御電圧発生回路１０１の出力電圧レベル５０１と、前記電圧制限素子１２２で制限した電圧レベル６０１とを同レベルにする事で電圧的な補償を実現する。
【００２８】
このように、前記制御電圧発生回路１０１の出力電圧５０４を高精度に補償することにより、前記水晶発振器１１７の発振周波数を短時間で安定させる事ができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る発振周波数安定型ローノイズ発振回路の構成例について、図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の概略構成を説明するための図である。
【００３０】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、増幅器２１５と、この増幅器２１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路２１４を並列に接続し、この増幅器２１５の入力側端子は固定容量２１０を介して第１の電圧可変容量素子２１２を接続し、出力側端子は固定容量２１１を介して第２の電圧可変容量素子２１３を接続する。
【００３１】
さらに入力側の固定容量２１０と第１の電圧可変容量素子２１２の接続点と出力側の固定容量２１１と第２の電圧可変容量素子２１３の接続点とを水晶振動子２１６で接続して水晶発振器２１７を構成する。
【００３２】
また、第１の抵抗２０３と第１の固定容量２０５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路２０１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路２０２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器２１７の第１の電圧可変容量素子２１２と第２の電圧可変容量素子２１３のカソードへ抵抗２０８，２０９を介して接続し、発振起動時に前記第１の抵抗２０３の端子間をタイマー回路２１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子２０４で短絡して開放する。
【００３３】
さらに、前記タイマー回路２１８に接続された第１の制御信号に同期した第２の制御信号を入力とした第２のスイッチ素子２２４によって電源供給を制限され、前記第２のスイッチ素子２２４に第２の抵抗２２５を接続する。そして、前記制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないような電圧制限素子２２２を接続した出力を、前記第２の固定容量２１９を接続し、前記第２の固定容量２１９の他端を前記第１の固定容量２０５に接続して電圧制御型水晶発振器を構成する。
【００３４】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器によれば、図６および図７に示すように、前記第１のスイッチ素子２０４を切り替える時間５０２と第２のスイッチ素子２２４を切り替える時間６０２とを同じにすることで、前記制御電圧発生回路の出力電圧５０４と前記第２の充電回路２２３の出力電圧６０５とを同時に切り替える事が可能である。
【００３５】
さらに前記第２の抵抗２２５と前記第３の固定容量２２６とで発生させる時定数６０３を、前記時定数４０３と同じにする事で時間的な補償を実現する。
【００３６】
さらに前記第２の固定容量２１９の容量値を前記第１の固定容量２０５の寄生容量２０６にトリミングなどで合わせることで、過渡的に前記寄生容量２０６に充電される電流を前記第２の固定容量２１９からの放電電流で補償することを実現する。
【００３７】
また、前記制御電圧発生回路２０１の出力電圧レベル５０１と、前記電圧制限素子２２２で制限した電圧レベル６０１とを同レベルにする事で電圧的な補償を実現する。
【００３８】
このように、前記制御電圧発生回路２０１の出力電圧５０４を高精度に補償することにより、前記水晶発振器２１７の発振周波数を短時間で安定させる事ができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る発振周波数安定型ローノイズ発振回路の構成例について、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の概略構成を説明するための図である。
【００４０】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、増幅器３１５と、この増幅器３１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路３１４を並列に接続し、この増幅器３１５の入力側端子は固定容量３１０を介して第１の電圧可変容量素子３１２を接続し、出力側端子は固定容量３１１を介して第２の電圧可変容量素子３１３を接続する。
【００４１】
さらに入力側の固定容量３１０と第１の電圧可変容量素子３１２の接続点と出力側の固定容量３１１と第２の電圧可変容量素子３１３の接続点とを水晶振動子３１６で接続して水晶発振器３１７を構成する。
【００４２】
また、第１の抵抗３０３と第１の固定容量３０５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路３０１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路３０２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器３１７の第１の電圧可変容量素子３１２と第２の電圧可変容量素子３１３のカソードへ抵抗３０８，３０９を介して接続し、発振起動時に前記第１の抵抗３０３の端子間をタイマー回路３１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子３０４で短絡して開放する。
【００４３】
さらに、前記タイマー回路３１８に接続された第１の制御信号に同期した第２の制御信号を入力とした第２のスイッチ素子３２４によって電源供給を制限され、前記第２のスイッチ素子３２４に第２の抵抗３２５を接続する。そして、前記第２の抵抗３２５に、前記制御電圧発生回路３０１の出力電圧よりも高い電圧にならないように分圧する第３の抵抗３２７を接続し、前記第２の抵抗３２５と前記第３の抵抗３２７の接続端子に第３の固定容量３２８を接続した出力を、前記第２の固定容量３１９に接続し、前記第２の固定容量３１９の他端を前記第１の固定容量３０５に接続して電圧制御型水晶発振器を構成する。
【００４４】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器によれば、図６および図７に示すように、前記第１のスイッチ素子３０４を切り替える時間５０２と第２のスイッチ素子３２４を切り替える時間６０２とを同じにすることで、前記制御電圧発生回路の出力電圧５０４と前記第２の充電回路３２３の出力電圧６０５とを同時に切り替える事が可能である。
【００４５】
さらに前記第２の抵抗３２５と前記第３の固定容量３２８とで発生させる時定数６０３を、前記時定数４０３と同じにする事で時間的な補償を実現する。
【００４６】
さらに前記第２の固定容量３１９の容量値を前記第１の固定容量３０５の寄生容量３０６にトリミングなどで合わせることで、過渡的に前記寄生容量３０６に充電される電流を前記第２の固定容量３１９からの放電電流で補償することを実現する。
【００４７】
また、前記制御電圧発生回路３０１の出力電圧レベル５０１と、前記第２の抵抗３２５と前記第３の抵抗３２７との分圧レベル６０１とを同レベルにする事で電圧的な補償を実現する。
【００４８】
このように、前記制御電圧発生回路３０１の出力電圧５０４を高精度に補償することにより、前記水晶発振器３１７の発振周波数を短時間で安定させる事ができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、起動時に両端を短絡するスイッチが接続された抵抗と、固定容量とからなるローパスフィルタを介して制御電圧を印加する電圧制御型水晶発振器であって、ローパスフィルタの固定容量に、スイッチと同期した固定容量を接続し、接続した固定容量を、電源投入時の制御電圧の過渡特性を補正するように充電するものである。この構成により、制御電圧の変動を抑えることができるため、短い時間で発振周波数を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、従来回路と同等のローノイズを実現しつつ、安定した発振周波数を実現することができる効果を有し、ノイズ除去を目的としたローパスフィルタを有する電圧制御型水晶発振器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図５】従来の電圧制御型水晶発振器の制御電圧例を示す図
【図６】本発明の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の制御電圧例を示す図
【図７】本発明の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の充電回路の出力電圧例を示す図
【符号の説明】
【００５２】
１，１０１，２０１，３０１ 制御電圧発生回路
２，１０２，２０２，３０２ 第１の充電回路
３，１０３，２０３，３０３ 第１の抵抗
４，１０４，２０４，３０４ 第１のスイッチ素子
５，１０５，２０５，３０５ 第１の固定容量
６，１０６，２０６，３０６ 寄生容量
７，１０７，２０７，３０７ 寄生抵抗
８，９，１０８，１０９，２０８，２０９，３０８，３０９ バイアス印加用抵抗
１０，１１，１１０，１１１，２１０，２１１，３１０，２１１ 固定容量
１２，１１２，２１２，３１２ 第１の電圧可変容量素子
１３，１１３，２１３，３１３ 第２の電圧可変容量素子
１４，１１４，２１４，３１４ 帰還回路
１５，１１５，２１５，３１５ 増幅器
１６，１１６，２１６，３１６ 水晶振動子
１７，１１７，２１７，３１７ 水晶発振器
１８，１１８，２１８，３１８ タイマー回路
１１９，２１９，３１９ 第２の固定容量
１２０ 定電流源
１２１，２２４，３２４ 第２のスイッチ素子
１２２，２２２ 電圧制限素子
１２３，２２３，３２３ 第２の充電回路
２２５，３２５ 第２の抵抗
２２６，３２８ 第３の固定容量
３２７ 第３の抵抗
４０１，５０１ 制御電圧レベル
６０１ 充電回路の出力電圧レベル
４０２，５０２，６０２ スイッチ素子の切り替わり時間
４０３ 従来回路における制御電圧発生回路の出力電圧の時定数
６０３ 充電回路の出力電圧の時定数
４０４，５０４ 制御電圧発生回路の出力電圧
６０５ 充電回路の出力電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ除去を目的としたローパスフィルタを有する電圧制御型水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶発振器は、安定した周波数が得られるとして携帯電話機等に広く用いられている。近年、この携帯電話の高帯域化や、それに伴う他セットのバンド域との干渉を防ぐため、高品質の通信を実現するローノイズ化が実装部品には求められている。さらに携帯電話分野においては、ＧＰＳ（Global Positioning System）機能を内蔵するなど、さらなる多機能化が求められており、その実装部品は、ローノイズでかつ高い発振安定度の実現が求められている。
【０００３】
以下、図１を参照しながら、従来の電圧制御型水晶発振器について説明する。従来の電圧制御型水晶発振器は、増幅器１５と、この増幅器１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路１４を並列に接続し、この増幅器１５の入力側端子は固定容量１０を介して第１の電圧可変容量素子１２を接続し、出力側端子は固定容量１１を介して第２の電圧可変容量素子１３を接続する。
【０００４】
さらに入力側の固定容量１０と第１の電圧可変容量素子１２の接続点と出力側の固定容量１１と第２の電圧可変容量素子１３の接続点とを水晶振動子１６で接続して水晶発振器１７を構成する。
【０００５】
また、第１の抵抗３と第１の固定容量５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器１７の第１の電圧可変容量素子１２と第２の電圧可変容量素子１３のカソードへ抵抗８，９を介して接続する。そして、発振起動時に前記第１の抵抗３の端子間をタイマー回路１８からの制御信号で制御した第１のスイッチ素子４で短絡して開放することによりローノイズの電圧制御型水晶発振器を構成していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平６−３４３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下、図１および図５を参照しながら、解決しようとする課題について説明する。図１に示すように、起動時に両端を短絡する第1のスイッチ素子４が接続された第1の抵抗３と、第1の固定容量５からなるローパスフィルタを介して制御電圧を印加する電圧制御型水晶発振器では、電源電圧投入後に第1の抵抗３の両端が開放されると、前記第1の固定容量５に付く寄生抵抗７と寄生容量６の影響で、第1の抵抗３を介した制御電圧が大きな時定数で変動する。
【０００７】
このようにローノイズ化を実現する前記第１の固定容量５には並列に寄生容量６及び寄生抵抗７が存在するため、図５に示すように、電源電圧投入後に前記第１のスイッチ素子４が短絡から開放になる時間４０２において、第１の抵抗３を介した制御電圧発生回路１の出力電圧４０４が、前記第１の抵抗３と前記第１の固定容量５とその寄生容量６と寄生抵抗７とによる時定数４０３で変動する。そのため結果的に、水晶発振器１７の発振周波数が安定するまでに長い時間を要するといった問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、ローノイズを実現しつつ、電源投入後、短い時間で安定した周波数を発振することができる電圧制御型水晶発振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、電圧可変容量素子を水晶振動子に接続した水晶発振器において、制御電圧発生回路と出力側の容量成分を充電する第１の充電回路との接続点を、第１の抵抗と第１の固定容量とからなるローパスフィルタを介して前記電圧可変容量素子に接続し、タイマー回路からの制御信号に応じて前記第１の抵抗の端子間を短絡して開放する第１のスイッチ素子を備える電圧制御型水晶発振器であって、前記制御信号に同期した信号を入力とした第２の充電回路の出力を、第２の固定容量を介して、前記第１の抵抗と前記第１の固定容量との接続点に接続するものである。
【００１０】
発振起動時（電源投入時）に第１の抵抗の端子間を短絡して開放すると、ローパスフィルタを構成する第１の抵抗および第１の固定容量に起因して制御電圧発生回路の出力電圧の変動が生じるが、上記構成によれば、制御電圧発生回路の出力電圧の変動に対して逆の極性を持つ電圧を発生させることができるため、制御電圧発生回路の出力電圧の変動による水晶発振器の発振周波数の変動を抑えることができ、電源投入後、短い時間で安定した周波数を発振することができる。したがって、ローノイズを実現しつつ、安定した発振周波数を実現することができる。
【００１１】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、前記第２の充電回路が、定電流源と、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、前記定電流源に直列接続された第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子と並列接続された電圧制限素子と、を有し、前記定電流源と前記第２のスイッチ素子との接続点を前記第２の固定容量に接続するものである。
【００１２】
上記構成によれば、電圧制限素子により、制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないよう電圧を制限できるため、制御電圧発生回路の出力を高精度で補償できる。
【００１３】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、前記第２の充電回路が、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗に直列接続される第３の固定容量と、前記第３の固定容量と並列接続された電圧制限素子と、を有し、前記第２の抵抗と前記第３の固定容量との接続点を前記第２の固定容量に接続するものである。
【００１４】
上記構成によれば、電圧制限素子により、制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないよう電圧を制限できるため、制御電圧発生回路の出力を高精度で補償できる。
【００１５】
本発明の電圧制御型水晶発振器は、前記第２の充電回路が、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗と直列接続される第３の抵抗と、前記第３の抵抗に並列接続される第４の固定容量と、を有し、前記第２の抵抗と前記第３の抵抗との接続点を前記第２の固定容量に接続するものである。
【００１６】
上記構成によれば、第２と第３の抵抗により、制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないよう分圧できるため、制御電圧発生回路の出力を高精度で補償できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電圧制御型水晶発振器によれば、制御電圧発生回路の出力電圧の変動に対して逆の極性を持つ電圧を発生させることができるため、制御電圧発生回路の出力電圧の変動による水晶発振器の発振周波数の変動を抑えることができ、電源投入後、短い時間で安定した周波数を発振することができる。したがって、従来回路と同等のローノイズを実現しつつ、安定した発振周波数を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る発振周波数安定型ローノイズ発振回路の構成例について、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の概略構成を説明するための図である。
【００１９】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、増幅器１１５と、この増幅器１１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路１１４を並列に接続し、この増幅器１１５の入力側端子は固定容量１１０を介して第１の電圧可変容量素子１１２を接続し、出力側端子は固定容量１１１を介して第２の電圧可変容量素子１１３を接続する。
【００２０】
さらに入力側の固定容量１１０と第１の電圧可変容量素子１１２の接続点と出力側の固定容量１１１と第２の電圧可変容量素子１１３の接続点とを水晶振動子１１６で接続して水晶発振器１１７を構成する。
【００２１】
また、第１の抵抗１０３と第１の固定容量１０５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路１０１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路１０２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器１１７の第１の電圧可変容量素子１１２と第２の電圧可変容量素子１１３のカソードへ抵抗１０８，１０９を介して接続し、発振起動時に前記第１の抵抗１０３の端子間をタイマー回路１１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子１０４で短絡して開放する。
【００２２】
本実施形態では、さらに、前記タイマー回路１１８に接続された第１の制御信号に同期した第２の制御信号を入力とした第２のスイッチ素子１２１と定電圧から供給される定電流源１２０を接続し、前記制御電圧回路１０１の出力電圧よりも高い電圧にならないよう電圧を制限した電圧制限素子１２２を接続した第２の充電回路１２３の出力を、前記第２の固定容量１１９の一端に接続し、前記第２の固定容量１１９の他端を前記第１の固定容量１０５に接続して電圧制御型水晶発振器を構成する。
【００２３】
図６は、本実施形態の電圧制御型水晶発振器における制御電圧発生回路１０１の出力電圧を示す。また、図７は、本実施形態の電圧制御型水晶発振器における第２の充電回路１２３の出力電圧を示す。
【００２４】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器によれば、図６および図７に示すように、前記第１のスイッチ素子１０４を切り替える時間５０２と第２のスイッチ素子１２１を切り替える時間６０２とを同じにする（合わせる）ことで、前記制御電圧発生回路の出力電圧５０４と前記第２の充電回路１２３の出力電圧６０５とを同時に切り替える事が可能である。
【００２５】
さらに前記定電流源１２０と前記第２の固定容量１１９とで発生させる時定数６０３を、前記時定数４０３と同じにする事で時間的な補償を実現する。
【００２６】
さらに前記第２の固定容量１１９の容量値を前記第１の固定容量１０５の寄生容量１０６にトリミングなどで合わせることで、過渡的に前記寄生容量１０６に充電される電流を前記第２の固定容量１１９からの放電電流で補償することを実現する。
【００２７】
また、前記制御電圧発生回路１０１の出力電圧レベル５０１と、前記電圧制限素子１２２で制限した電圧レベル６０１とを同レベルにする事で電圧的な補償を実現する。
【００２８】
このように、前記制御電圧発生回路１０１の出力電圧５０４を高精度に補償することにより、前記水晶発振器１１７の発振周波数を短時間で安定させる事ができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る発振周波数安定型ローノイズ発振回路の構成例について、図面を参照しながら説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の概略構成を説明するための図である。
【００３０】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、増幅器２１５と、この増幅器２１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路２１４を並列に接続し、この増幅器２１５の入力側端子は固定容量２１０を介して第１の電圧可変容量素子２１２を接続し、出力側端子は固定容量２１１を介して第２の電圧可変容量素子２１３を接続する。
【００３１】
さらに入力側の固定容量２１０と第１の電圧可変容量素子２１２の接続点と出力側の固定容量２１１と第２の電圧可変容量素子２１３の接続点とを水晶振動子２１６で接続して水晶発振器２１７を構成する。
【００３２】
また、第１の抵抗２０３と第１の固定容量２０５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路２０１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路２０２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器２１７の第１の電圧可変容量素子２１２と第２の電圧可変容量素子２１３のカソードへ抵抗２０８，２０９を介して接続し、発振起動時に前記第１の抵抗２０３の端子間をタイマー回路２１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子２０４で短絡して開放する。
【００３３】
さらに、前記タイマー回路２１８に接続された第１の制御信号に同期した第２の制御信号を入力とした第２のスイッチ素子２２４によって電源供給を制限され、前記第２のスイッチ素子２２４に第２の抵抗２２５を接続する。そして、前記制御電圧発生回路の出力電圧よりも高い電圧にならないような電圧制限素子２２２を接続した出力を、前記第２の固定容量２１９を接続し、前記第２の固定容量２１９の他端を前記第１の固定容量２０５に接続して電圧制御型水晶発振器を構成する。
【００３４】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器によれば、図６および図７に示すように、前記第１のスイッチ素子２０４を切り替える時間５０２と第２のスイッチ素子２２４を切り替える時間６０２とを同じにすることで、前記制御電圧発生回路の出力電圧５０４と前記第２の充電回路２２３の出力電圧６０５とを同時に切り替える事が可能である。
【００３５】
さらに前記第２の抵抗２２５と前記第３の固定容量２２６とで発生させる時定数６０３を、前記時定数４０３と同じにする事で時間的な補償を実現する。
【００３６】
さらに前記第２の固定容量２１９の容量値を前記第１の固定容量２０５の寄生容量２０６にトリミングなどで合わせることで、過渡的に前記寄生容量２０６に充電される電流を前記第２の固定容量２１９からの放電電流で補償することを実現する。
【００３７】
また、前記制御電圧発生回路２０１の出力電圧レベル５０１と、前記電圧制限素子２２２で制限した電圧レベル６０１とを同レベルにする事で電圧的な補償を実現する。
【００３８】
このように、前記制御電圧発生回路２０１の出力電圧５０４を高精度に補償することにより、前記水晶発振器２１７の発振周波数を短時間で安定させる事ができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る発振周波数安定型ローノイズ発振回路の構成例について、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の概略構成を説明するための図である。
【００４０】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、増幅器３１５と、この増幅器３１５の入力側端子と出力側端子に帰還回路３１４を並列に接続し、この増幅器３１５の入力側端子は固定容量３１０を介して第１の電圧可変容量素子３１２を接続し、出力側端子は固定容量３１１を介して第２の電圧可変容量素子３１３を接続する。
【００４１】
さらに入力側の固定容量３１０と第１の電圧可変容量素子３１２の接続点と出力側の固定容量３１１と第２の電圧可変容量素子３１３の接続点とを水晶振動子３１６で接続して水晶発振器３１７を構成する。
【００４２】
また、第１の抵抗３０３と第１の固定容量３０５からなるローパスフィルタを前記制御電圧発生回路３０１と、出力側の容量成分を充電する第１の充電回路３０２を接続し、前記ローパスフィルタの出力を前記水晶発振器３１７の第１の電圧可変容量素子３１２と第２の電圧可変容量素子３１３のカソードへ抵抗３０８，３０９を介して接続し、発振起動時に前記第１の抵抗３０３の端子間をタイマー回路３１８からの第１の制御信号で制御した第１のスイッチ素子３０４で短絡して開放する。
【００４３】
さらに、前記タイマー回路３１８に接続された第１の制御信号に同期した第２の制御信号を入力とした第２のスイッチ素子３２４によって電源供給を制限され、前記第２のスイッチ素子３２４に第２の抵抗３２５を接続する。そして、前記第２の抵抗３２５に、前記制御電圧発生回路３０１の出力電圧よりも高い電圧にならないように分圧する第３の抵抗３２７を接続し、前記第２の抵抗３２５と前記第３の抵抗３２７の接続端子に第３の固定容量３２８を接続した出力を、前記第２の固定容量３１９に接続し、前記第２の固定容量３１９の他端を前記第１の固定容量３０５に接続して電圧制御型水晶発振器を構成する。
【００４４】
本実施形態の電圧制御型水晶発振器によれば、図６および図７に示すように、前記第１のスイッチ素子３０４を切り替える時間５０２と第２のスイッチ素子３２４を切り替える時間６０２とを同じにすることで、前記制御電圧発生回路の出力電圧５０４と前記第２の充電回路３２３の出力電圧６０５とを同時に切り替える事が可能である。
【００４５】
さらに前記第２の抵抗３２５と前記第３の固定容量３２８とで発生させる時定数６０３を、前記時定数４０３と同じにする事で時間的な補償を実現する。
【００４６】
さらに前記第２の固定容量３１９の容量値を前記第１の固定容量３０５の寄生容量３０６にトリミングなどで合わせることで、過渡的に前記寄生容量３０６に充電される電流を前記第２の固定容量３１９からの放電電流で補償することを実現する。
【００４７】
また、前記制御電圧発生回路３０１の出力電圧レベル５０１と、前記第２の抵抗３２５と前記第３の抵抗３２７との分圧レベル６０１とを同レベルにする事で電圧的な補償を実現する。
【００４８】
このように、前記制御電圧発生回路３０１の出力電圧５０４を高精度に補償することにより、前記水晶発振器３１７の発振周波数を短時間で安定させる事ができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の電圧制御型水晶発振器は、起動時に両端を短絡するスイッチが接続された抵抗と、固定容量とからなるローパスフィルタを介して制御電圧を印加する電圧制御型水晶発振器であって、ローパスフィルタの固定容量に、スイッチと同期した固定容量を接続し、接続した固定容量を、電源投入時の制御電圧の過渡特性を補正するように充電するものである。この構成により、制御電圧の変動を抑えることができるため、短い時間で発振周波数を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、従来回路と同等のローノイズを実現しつつ、安定した発振周波数を実現することができる効果を有し、ノイズ除去を目的としたローパスフィルタを有する電圧制御型水晶発振器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器を示す構成図
【図５】従来の電圧制御型水晶発振器の制御電圧例を示す図
【図６】本発明の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の制御電圧例を示す図
【図７】本発明の実施形態に係る電圧制御型水晶発振器の充電回路の出力電圧例を示す図
【符号の説明】
【００５２】
１，１０１，２０１，３０１ 制御電圧発生回路
２，１０２，２０２，３０２ 第１の充電回路
３，１０３，２０３，３０３ 第１の抵抗
４，１０４，２０４，３０４ 第１のスイッチ素子
５，１０５，２０５，３０５ 第１の固定容量
６，１０６，２０６，３０６ 寄生容量
７，１０７，２０７，３０７ 寄生抵抗
８，９，１０８，１０９，２０８，２０９，３０８，３０９ バイアス印加用抵抗
１０，１１，１１０，１１１，２１０，２１１，３１０，２１１ 固定容量
１２，１１２，２１２，３１２ 第１の電圧可変容量素子
１３，１１３，２１３，３１３ 第２の電圧可変容量素子
１４，１１４，２１４，３１４ 帰還回路
１５，１１５，２１５，３１５ 増幅器
１６，１１６，２１６，３１６ 水晶振動子
１７，１１７，２１７，３１７ 水晶発振器
１８，１１８，２１８，３１８ タイマー回路
１１９，２１９，３１９ 第２の固定容量
１２０ 定電流源
１２１，２２４，３２４ 第２のスイッチ素子
１２２，２２２ 電圧制限素子
１２３，２２３，３２３ 第２の充電回路
２２５，３２５ 第２の抵抗
２２６，３２８ 第３の固定容量
３２７ 第３の抵抗
４０１，５０１ 制御電圧レベル
６０１ 充電回路の出力電圧レベル
４０２，５０２，６０２ スイッチ素子の切り替わり時間
４０３ 従来回路における制御電圧発生回路の出力電圧の時定数
６０３ 充電回路の出力電圧の時定数
４０４，５０４ 制御電圧発生回路の出力電圧
６０５ 充電回路の出力電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧可変容量素子を水晶振動子に接続した水晶発振器において、制御電圧発生回路と出力側の容量成分を充電する第１の充電回路との接続点を、第１の抵抗と第１の固定容量とからなるローパスフィルタを介して前記電圧可変容量素子に接続し、タイマー回路からの制御信号に応じて前記第１の抵抗の端子間を短絡して開放する第１のスイッチ素子を備える電圧制御型水晶発振器であって、
前記制御信号に同期した信号を入力とした第２の充電回路の出力を、第２の固定容量を介して、前記第１の抵抗と前記第１の固定容量との接続点に接続する電圧制御型水晶発振器。
【請求項２】
前記第２の充電回路は、定電流源と、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、前記定電流源に直列接続された第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子と並列接続された電圧制限素子と、を有し、
前記定電流源と前記第２のスイッチ素子との接続点を前記第２の固定容量に接続する請求項１記載の電圧制御型水晶発振器。
【請求項３】
前記第２の充電回路は、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗に直列接続される第３の固定容量と、前記第３の固定容量と並列接続された電圧制限素子と、を有し、
前記第２の抵抗と前記第３の固定容量との接続点を前記第２の固定容量に接続する請求項１記載の電圧制御型水晶発振器。
【請求項４】
前記第２の充電回路は、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗と直列接続される第３の抵抗と、前記第３の抵抗に並列接続される第４の固定容量と、を有し、
前記第２の抵抗と前記第３の抵抗との接続点を前記第２の固定容量に接続する請求項１記載の電圧制御型水晶発振器。
【請求項１】
電圧可変容量素子を水晶振動子に接続した水晶発振器において、制御電圧発生回路と出力側の容量成分を充電する第１の充電回路との接続点を、第１の抵抗と第１の固定容量とからなるローパスフィルタを介して前記電圧可変容量素子に接続し、タイマー回路からの制御信号に応じて前記第１の抵抗の端子間を短絡して開放する第１のスイッチ素子を備える電圧制御型水晶発振器であって、
前記制御信号に同期した信号を入力とした第２の充電回路の出力を、第２の固定容量を介して、前記第１の抵抗と前記第１の固定容量との接続点に接続する電圧制御型水晶発振器。
【請求項２】
前記第２の充電回路は、定電流源と、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、前記定電流源に直列接続された第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子と並列接続された電圧制限素子と、を有し、
前記定電流源と前記第２のスイッチ素子との接続点を前記第２の固定容量に接続する請求項１記載の電圧制御型水晶発振器。
【請求項３】
前記第２の充電回路は、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗に直列接続される第３の固定容量と、前記第３の固定容量と並列接続された電圧制限素子と、を有し、
前記第２の抵抗と前記第３の固定容量との接続点を前記第２の固定容量に接続する請求項１記載の電圧制御型水晶発振器。
【請求項４】
前記第２の充電回路は、前記タイマー回路からの制御信号に同期した信号を入力とし、電源供給を制限する第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子と直列接続される第２の抵抗と、前記第２の抵抗と直列接続される第３の抵抗と、前記第３の抵抗に並列接続される第４の固定容量と、を有し、
前記第２の抵抗と前記第３の抵抗との接続点を前記第２の固定容量に接続する請求項１記載の電圧制御型水晶発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−５１９５（Ｐ２００８−５１９５Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７２３７４（Ｐ２００６−１７２３７４）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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