JP2005217773A - Voltage-controlled piezoelectric oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発振周波数を制御することができる電圧制御型圧電発振器に関し、特に、周波数可変幅を広げるに有効な回路配置の改良に関するものである。 The present invention relates to a voltage-controlled piezoelectric oscillator capable of controlling an oscillation frequency, and more particularly to an improvement in circuit arrangement effective for widening a frequency variable range.
従来、安定した周波数信号の発生源として圧電振動子を利用した発振器がある。
このような発振器に用いられる圧電振動子としては、例えば、水晶、セラミック、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四硼酸リチウムなどが用いられている。特に、人工的に成長させた水晶の結晶から一定の法則に従って正確に切り出した薄板を研磨して得られる水晶基板は、種々の圧電材料の中でも特に共振特性に優れることから水晶振動子として多用されている。
Conventionally, there is an oscillator using a piezoelectric vibrator as a stable frequency signal generation source.
As a piezoelectric vibrator used for such an oscillator, for example, crystal, ceramic, lithium niobate, lithium tantalate, lithium tetraborate or the like is used. In particular, quartz substrates obtained by polishing thin plates accurately cut from artificially grown quartz crystals according to certain rules are often used as quartz resonators because of their excellent resonance characteristics among various piezoelectric materials. ing.
また、自己が発生する周波数信号を制御して外部信号との同期を図る位相同期装置や周波数変調装置等に多く用いられる圧電発振器として、電圧制御型水晶発振器(VCXO:Voltage Controlled Crystal Oscillator)が知られている。一般的な電圧制御型水晶発振器は、その発振ループ中にバラクターダイオードのような電圧制御可変リアクタンス素子を設け、外部から与えられる制御電圧に応じて当該発振器が生成する出力周波数を変化させることが出来るよう構成されている。
近年、電圧制御型圧電発振器の高周波化と小型化が進み、これに応じて厳しい回路設計条件が求められている。
In addition, a voltage controlled crystal oscillator (VCXO) is known as a piezoelectric oscillator that is often used in phase synchronization devices and frequency modulation devices that control the frequency signal generated by itself to synchronize with an external signal. It has been. A general voltage-controlled crystal oscillator is provided with a voltage-controlled variable reactance element such as a varactor diode in its oscillation loop, and the output frequency generated by the oscillator can be changed according to a control voltage given from the outside. It is configured to be able to.
In recent years, voltage controlled piezoelectric oscillators have become higher in frequency and smaller in size, and accordingly, strict circuit design conditions are required.
図7は、従来の電圧制御型圧電発振器の構成例を示す回路図である。ここでは、以下、電圧制御型圧電発振器として電圧制御型水晶発振器を例に説明する。
この例に示す電圧制御型水晶発振器は、大別すると水晶振動子X1と、発振回路100と、周波数可変回路200とを有する発振器であり、4つの外部端子を備えている。
外部端子は、電力受給用のVcc端子およびGND端子と、周波数を出力するfOUT端子と、制御電圧を入力するVCONT端子である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional voltage-controlled piezoelectric oscillator. Hereinafter, a voltage controlled crystal oscillator will be described as an example of the voltage controlled piezoelectric oscillator.
The voltage-controlled crystal oscillator shown in this example is roughly classified as an oscillator having a crystal resonator X1, an
The external terminals are a Vcc terminal and a GND terminal for receiving power, an f OUT terminal for outputting a frequency, and a V CONT terminal for inputting a control voltage.
発振回路100は、所謂、コルピッツ発振回路であり、水晶振動子X1を介しての閉ループにおいて生ずる共振周波数を帰還増幅する発振用トランジスタTr1と、発振用トランジスタTr1のベースと接地(GND)の間に設けた分割コンデンサC1、C2と、発振用トランジスタTr1のベースにバイアスを与えるためのバイアス抵抗R1およびR2と、発振用トランジスタTr1のエミッタと接地(GND)の間に設けた負荷抵抗R4と、発振用トランジスタTr1のコレクタと電源電圧(Vcc)の間に設けた電流制限抵抗R3とを備えている。更に、周波数信号出力段にC MOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)バッファIC1を有しており、C MOSバッファIC1のVD電極はVccに接続し、Vss電極はGNDに接続される。そして、発振用トランジスタTr1のコレクタと電流制限抵抗R1との接続点に接続された直流阻止用コンデンサC3を介してC MOSバッファIC1のXT電極に周波数信号が入力され、C MOSバッファIC1のfOUT電極から所定の信号条件に適合した周波数信号が出力抵抗7を介してfOUT端子から出力されるようになっている。
また、C MOSバッファIC1のXT電極は、VccとGNDとの間に直列に挿入した信号値調整抵抗R5とR6の両抵抗の接続点に接続されている。
電源電圧(Vcc)と接地(GND)の間には、バイパスコンデンサC4が挿入される。
The
Further, the XT electrode of the CMOS buffer IC1 is connected to a connection point between both resistances of the signal value adjusting resistors R5 and R6 inserted in series between Vcc and GND.
A bypass capacitor C4 is inserted between the power supply voltage (Vcc) and the ground (GND).
他方、周波数可変回路200は、VCONT端子に接続した抵抗R10と、この抵抗R10の他端にカソード側を接続した可変容量ダイオード(バラクタダイオード)VD10と、この可変容量ダイオードVD10のアノード側と前記水晶振動子X1との間に接続される抵抗R30及びコイルL10からなる並列回路と、可変容量ダイオードVD10のアノード側とGNDとの間に接続される抵抗R20と、可変容量ダイオードVD10のカソード側にカソード側を接続した可変容量ダイオードVD20と、可変容量ダイオードVD10のアノード側と可変容量ダイオードVD20のアノード側との間に接続されるコンデンサC10と、可変容量ダイオードVD20のアノード側とGNDとの間に並列に接続される抵抗R40、容量可変型コンデンサ(バリアブルコンデンサ、或いはトリマコンデンサ)VC10、コンデンサC20とにより構成されている。
On the other hand, the
この図に示す電圧制御型水晶発振器は、以下のように動作する。即ち、電力が供給されると水晶振動子X1が有する共振点の近傍周波数にて発振して周波数が生成され、fOUT端子からの周波数出力が始まるようになっている。ここで容量可変型コンデンサVC10は周波数調整用のコンデンサであって、例えば初期段階において、ある一定条件における周波数を所定値に合わせ込むよう手動にて操作するためのものである。これにより回路を構成する各電子部品のバラツキや組み立て精度のバラツキなどによる周波数ずれを調整しておく。
そして、VCONT端子に電圧制御信号が与えられ、その電圧の高低に応じて発振周波数が変化する。つまり、周波数可変回路200の二つの可変容量ダイオードVD10、VD20には逆電圧がかかっており、逆電圧が高いときには容量値が小さくなり、逆電圧が低いときには容量値が大きくなるよう機能するので、それぞれの可変容量ダイオードにおける逆電圧の高低に応じてその容量値が変化するために発振周波数を可変制御することができる。
The voltage controlled crystal oscillator shown in this figure operates as follows. In other words, when electric power is supplied, a frequency is generated by oscillating at a frequency in the vicinity of the resonance point of the crystal resonator X1, and a frequency output from the f OUT terminal starts. Here, the variable capacitance type capacitor VC10 is a frequency adjustment capacitor, and is for manually operating the frequency under a certain condition to a predetermined value, for example, in the initial stage. As a result, the frequency deviation due to variations in the electronic components constituting the circuit and variations in assembly accuracy is adjusted.
Then, a voltage control signal is given to the V CONT terminal, and the oscillation frequency changes according to the voltage level. That is, the two variable capacitance diodes VD10 and VD20 of the
次の図8は、上述の図7に示した従来の電圧制御型水晶発振器の回路構成例において、50.000MHzを中心周波数f0とし、制御電圧を0〜3.0Vの範囲で可変するようにした時(常温一定)の周波数可変特性例を示すグラフ図であり、縦軸は周波数変化量(ppm)を、横軸は制御電圧(V)を示す。同図中の破線は、ある規格の周波数可変幅最小値(Lower Limit)を参考に示したもので、90ppm/Vの傾きである。
実線で示す従来特性は、平均で約106ppm/Vの傾きを有しており、上記の規格内にあるものの、温度特性や部品のバラツキ等を考慮すると充分な余裕とは言えないものであった。
Next, FIG. 8 shows a circuit configuration example of the conventional voltage-controlled crystal oscillator shown in FIG. 7, in which 50.000 MHz is set as the center frequency f 0 and the control voltage is varied in the range of 0 to 3.0V. FIG. 6 is a graph showing an example of frequency variable characteristics at the time of normal temperature (constant at normal temperature), where the vertical axis indicates the amount of frequency change (ppm) and the horizontal axis indicates the control voltage (V). The broken line in the figure shows a reference of the minimum frequency variable width (Lower Limit) of a certain standard, and has a slope of 90 ppm / V.
The conventional characteristic indicated by the solid line has an average slope of about 106 ppm / V, and is within the above-mentioned standard, but it cannot be said that there is a sufficient margin in consideration of temperature characteristics and component variations. .
中でも、実際の電圧制御型圧電発振器の回路がプリント基板上に形成された際に、配線容量等による浮遊容量が生じており、この浮遊容量による発振周波数への影響が大きくなっている。
特に、両面実装多層プリント基板に信号配線パターンを形成するような場合には顕著となり、浮遊容量によって周波数可変幅が大幅に低減されてしまう問題が生じる。
Among these, when an actual voltage-controlled piezoelectric oscillator circuit is formed on a printed board, stray capacitance due to wiring capacitance or the like is generated, and the influence of the stray capacitance on the oscillation frequency is large.
This is particularly noticeable when a signal wiring pattern is formed on a double-sided mounting multilayer printed circuit board, and the frequency variable width is greatly reduced by stray capacitance.
このような周波数可変幅低減の問題に対する対策として、例えば、特開2001−144539号公報に提案されたものがある。これは、多層基板に対し工夫を施す発明であって、電圧可変容量素子に対して並列に付加される信号配線の垂直下が中空化された部分空中層か、または、その配線垂直下が削除された最下層を設けることで、基準電位配線との間に生じる寄生容量(浮遊容量)を低減し、広い周波数可変幅を確保しようというものである。
これによれば、浮遊容量の発生自体を低減するので、浮遊容量による発振周波数への影響を抑えるのに効果を発揮する。
According to this, since the generation of the stray capacitance itself is reduced, the effect of suppressing the influence of the stray capacitance on the oscillation frequency is exhibited.
しかしながら、上述した従来の電圧制御型水晶発振器にあっては、以下に示すような問題点があった。つまり、その回路構成自体が浮遊容量の影響を受けやすく、プリント基板に対して上記特許文献1の如く工夫するにしても限界があった。
即ち、浮遊容量の発生を低減することは必要であり、極めて効果的な手段であるが、プリント基板の複雑化および厳密な組み立て精度の要求によりコスト高を招く要因になると同時に、中空空間の距離(基準電位配線と信号配線との距離)をとるために小型化への障害となってしまう。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、浮遊容量の影響を受けにくい回路構成(発振閉ループ中の部品配列)を見いだし、広い周波数可変幅を確保しようというものである。
However, the conventional voltage controlled crystal oscillator described above has the following problems. That is, the circuit configuration itself is easily affected by stray capacitance, and there is a limit even if the printed circuit board is devised as in Patent Document 1 described above.
That is, it is necessary to reduce the generation of stray capacitance, which is an extremely effective means, but it becomes a factor incurring high costs due to the complexity of the printed circuit board and strict assembly accuracy requirements, and at the same time the distance of the hollow space Since it takes (the distance between the reference potential wiring and the signal wiring), it becomes an obstacle to miniaturization.
The present invention has been made to solve such a problem, and has been made to find a circuit configuration (component arrangement in an oscillation closed loop) that is not easily affected by stray capacitance and to secure a wide frequency variable width. is there.
上記課題を解決するために本発明に係る電圧制御型圧電発振器の請求項1の発明は、圧電振動子と発振回路と周波数可変回路とを有する電圧制御型圧電発振器であって、前記周波数可変回路は、電圧制御端子に接続した第1の抵抗と、該第1の抵抗の他端にカソード側を接続した第1の可変容量ダイオードおよび第2の可変容量ダイオードと、一端が接地され他端が前記第1の可変容量ダイオードのアノード側に接続した第2の抵抗と、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記第2の可変容量ダイオードのアノード側との間に挿入した第1のコンデンサとを備えており、更に、コイルと第3の抵抗との並列回路を、前記第2の可変容量ダイオードのアノード側と接地との間に挿入すると共に、容量可変型コンデンサと第2のコンデンサとの並列回路を、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記圧電振動子との間に挿入して構成したことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a voltage-controlled piezoelectric oscillator according to claim 1 of the present invention is a voltage-controlled piezoelectric oscillator having a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit, and a frequency variable circuit, wherein the frequency variable circuit The first resistor connected to the voltage control terminal, the first variable capacitance diode and the second variable capacitance diode having the cathode connected to the other end of the first resistor, one end grounded and the other end A second resistor connected to the anode side of the first variable capacitance diode, and a first capacitor inserted between the anode side of the first variable capacitance diode and the anode side of the second variable capacitance diode Further, a parallel circuit of a coil and a third resistor is inserted between the anode side of the second variable capacitance diode and the ground, and the variable capacitance capacitor and the second capacitor are inserted. The parallel circuit of a service, characterized by being configured by inserting between the anode side and the piezoelectric vibrator of the first variable capacitance diode.
また、本発明に係る電圧制御型圧電発振器の請求項2の発明は、圧電振動子と発振回路と周波数可変回路とを有する電圧制御型圧電発振器であって、前記周波数可変回路は、電圧制御端子に接続した第1の抵抗と、該第1の抵抗の他端にカソード側を接続した第1の可変容量ダイオードおよび第2の可変容量ダイオードと、一端が接地され他端が前記第1の可変容量ダイオードのアノード側に接続した第2の抵抗と、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記第2の可変容量ダイオードのアノード側との間に挿入した第1のコンデンサとを備えており、更に、コイルと第3の抵抗との並列回路を、前記第2の可変容量ダイオードのアノード側と接地との間に挿入すると共に、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と、容量可変型コンデンサと第2のコンデンサとの並列回路との間に前記圧電振動子を挿入して構成したことを特徴とする。 According to a second aspect of the voltage controlled piezoelectric oscillator of the present invention, the voltage controlled piezoelectric oscillator includes a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit, and a frequency variable circuit, and the frequency variable circuit includes a voltage control terminal. And a first variable capacitance diode and a second variable capacitance diode having a cathode connected to the other end of the first resistor, one end being grounded and the other end being the first variable A second resistor connected to the anode side of the capacitance diode; and a first capacitor inserted between the anode side of the first variable capacitance diode and the anode side of the second variable capacitance diode. Furthermore, a parallel circuit of a coil and a third resistor is inserted between the anode side of the second variable capacitance diode and the ground, and the anode side of the first variable capacitance diode is variable in capacitance. Characterized by being configured by inserting the piezoelectric vibrator between parallel circuit of the capacitor and the second capacitor.
また、本発明に係る電圧制御型圧電発振器の請求項3の発明は、圧電振動子と発振回路と周波数可変回路とを有する電圧制御型圧電発振器であって、前記周波数可変回路は、電圧制御端子に接続した第1の抵抗と、該第1の抵抗の他端にカソード側を接続した第1の可変容量ダイオードおよび第2の可変容量ダイオードと、一端が接地され他端が前記第1の可変容量ダイオードのアノード側に接続した第2の抵抗と、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記第2の可変容量ダイオードのアノード側との間に挿入した第1のコンデンサと、前記第2の可変容量ダイオードのアノード側と接地との間に挿入した第4の抵抗とを備えており、更に、コイルと第3の抵抗との並列回路を、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記圧電振動子との間に挿入すると共に、容量可変型コンデンサと第2のコンデンサとの並列回路を、前記圧電振動子の他端に接続して構成したことを特徴とする。
The voltage controlled piezoelectric oscillator according to
本発明の電圧制御型圧電発振器は、浮遊容量の影響を受けにくい回路構成であり、且つ、広い周波数可変幅が確保できるという利点がある。 The voltage-controlled piezoelectric oscillator of the present invention has a circuit configuration that is hardly affected by stray capacitance, and has an advantage that a wide frequency variable width can be secured.
図1は、本発明に係る本発明に係る電圧制御型圧電発振器の第1の実施の形態例を示す回路図である。なお、以下、上述の図7に従来例として示したものと同様の機能部品については同一の符号を付してその部品説明を省略すると共に、図中のA点に接続する発振回路については全く同一のものであるとして図示を省略する。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a voltage controlled piezoelectric oscillator according to the present invention. In the following description, the same functional parts as those shown as the conventional example in FIG. 7 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and the oscillation circuit connected to the point A in the figure is completely omitted. Illustration is omitted because they are the same.
即ち、この例に示す電圧制御型水晶発振器は、大別して水晶振動子X1と、発振回路100と、周波数可変回路300とを有する。
本発明において特徴的な点は、周波数可変回路300にあり、周波数可変回路300は、制御電圧が入力されるVCONT端子に接続した抵抗R10と、この抵抗R10の他端にカソード側を接続した可変容量ダイオードVD10と、この可変容量ダイオードVD10のアノード側と前記水晶振動子X1との間に接続されるコンデンサC20及び容量可変型コンデンサVC10からなる並列回路と、可変容量ダイオードVD10のアノード側とGNDとの間に接続される抵抗R20と、可変容量ダイオードVD10のカソード側にカソード側を接続した可変容量ダイオードVD20と、可変容量ダイオードVD10のアノード側と可変容量ダイオードVD20のアノード側との間に接続されるコンデンサC10と、可変容量ダイオードVD20のアノード側とGNDとの間に並列に接続される抵抗R30及びコイルL10からなる並列回路とにより構成されている。
つまり、従来例として示した周波数可変回路200と比較すれば、周波数可変回路300は、コンデンサC20及び容量可変型コンデンサVC10からなる並列回路の位置と、抵抗R30及びコイルL10からなる並列回路の位置とを入れ替えた構成となる。
That is, the voltage controlled crystal oscillator shown in this example is roughly divided into a crystal resonator X1, an
A characteristic feature of the present invention resides in the frequency
That is, as compared with the
この図に示す電圧制御型水晶発振器の動作は、上述の従来例に示したものと同様であり、VCONT端子に電圧制御信号が与えられると、その電圧の高低に応じて発振周波数が変化するよう機能する。 The operation of the voltage controlled crystal oscillator shown in this figure is the same as that shown in the above-described conventional example. When a voltage control signal is applied to the V CONT terminal, the oscillation frequency changes according to the voltage level. It works as follows.
図2は、上述の図1に示した電圧制御型水晶発振器の回路構成例において、50.000MHzを中心周波数f0とし、制御電圧を0〜3.0Vの範囲で可変するようにした時(常温一定)の周波数可変特性例を示すグラフ図であり、縦軸は周波数変化量(ppm)を、横軸は制御電圧(V)を示す。同図中の破線は、ある規格の周波数可変幅最小値(Lower Limit)を参考に示したもので、90ppm/Vの傾きである。
実線で示す周波数可変回路300における周波数可変特性は、平均で約120ppm/Vの傾きを有しており、温度特性や部品のバラツキ等を考慮しても充分な余裕を持つ周波数可変範囲を得ることができている。
FIG. 2 shows a circuit configuration example of the voltage controlled crystal oscillator shown in FIG. 1 described above, when 50.000 MHz is set to the center frequency f 0 and the control voltage is made variable in the range of 0 to 3.0V ( It is a graph which shows the frequency variable characteristic example of normal temperature), and a vertical axis | shaft shows frequency variation (ppm) and a horizontal axis shows control voltage (V). The broken line in the figure shows a reference of the minimum frequency variable width (Lower Limit) of a certain standard, and has a slope of 90 ppm / V.
The frequency variable characteristic in the frequency
このように、負荷容量をとして機能する容量素子(コンデンサC20及び容量可変型コンデンサCV10)を基準電位とは異なる位置に設けるようにしたことで、浮遊容量の影響を受けにくくなり、且つ、広い周波数可変幅を確保することができる。 As described above, since the capacitive elements (capacitor C20 and variable capacitance type capacitor CV10) functioning as load capacitances are provided at positions different from the reference potential, they are less susceptible to stray capacitance and have a wide frequency range. A variable width can be secured.
次に、図3は、本発明に係る本発明に係る電圧制御型圧電発振器の第2の実施の形態例を示す回路図である。この例に示す電圧制御型水晶発振器は、大別して水晶振動子X1と、発振回路100と、周波数可変回路400とを有する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the voltage controlled piezoelectric oscillator according to the present invention. The voltage controlled crystal oscillator shown in this example roughly includes a crystal resonator X1, an
この図に示す周波数可変回路400は、上述した周波数可変回路300と比較して、水晶振動子X1の位置と、コンデンサC20及び容量可変型コンデンサVC10からなる並列回路の位置とをを入れ替えた構成に等しい。
つまり、制御電圧が入力されるVCONT端子に接続した抵抗R10と、この抵抗R10の他端にカソード側を接続した可変容量ダイオードVD10と、可変容量ダイオードVD10のアノード側に接続した水晶振動子X1の他端に接続されたコンデンサC20及び容量可変型コンデンサVC10からなる並列回路と、可変容量ダイオードVD10のアノード側とGNDとの間に接続される抵抗R20と、可変容量ダイオードVD10のカソード側にカソード側を接続した可変容量ダイオードVD20と、可変容量ダイオードVD10のアノード側と可変容量ダイオードVD20のアノード側との間に接続されるコンデンサC10と、可変容量ダイオードVD20のアノード側とGNDとの間に並列に接続される抵抗R30及びコイルL10からなる並列回路とにより構成されている。
The frequency variable circuit 400 shown in this figure has a configuration in which the position of the crystal resonator X1 and the position of the parallel circuit including the capacitor C20 and the variable capacitance capacitor VC10 are interchanged as compared with the frequency
That is, the resistor R10 connected to the V CONT terminal to which the control voltage is input, the variable capacitance diode VD10 having the cathode connected to the other end of the resistor R10, and the crystal resonator X1 connected to the anode of the variable capacitance diode VD10. A parallel circuit composed of a capacitor C20 and a variable capacitance capacitor VC10 connected to the other end of the capacitor, a resistor R20 connected between the anode side of the variable capacitance diode VD10 and GND, and a cathode on the cathode side of the variable capacitance diode VD10. Are connected in parallel between the anode of the variable capacitance diode VD20, the capacitor C10 connected between the anode side of the variable capacitance diode VD20 and the anode side of the variable capacitance diode VD20, and GND. Resistor R30 and coil L10 connected to It is comprised by the parallel circuit which consists of.
この図に示す電圧制御型水晶発振器の動作は、上述の従来例に示したものと同様であり、VCONT端子に電圧制御信号が与えられると、その電圧の高低に応じて発振周波数が変化するよう機能する。 The operation of the voltage controlled crystal oscillator shown in this figure is the same as that shown in the above-described conventional example. When a voltage control signal is applied to the V CONT terminal, the oscillation frequency changes according to the voltage level. It works as follows.
図4は、上述の図3に示した電圧制御型水晶発振器の回路構成例において、50.000MHzを中心周波数f0とし、制御電圧を0〜3.0Vの範囲で可変するようにした時(常温一定)の周波数可変特性例を示すグラフ図であり、縦軸は周波数変化量(ppm)を、横軸は制御電圧(V)を示す。同図中の破線は、ある規格の周波数可変幅最小値(Lower Limit)を参考に示したもので、90ppm/Vの傾きである。
実線で示す周波数可変回路400における周波数可変特性は、平均で約153ppm/Vの傾きを有しており、温度特性や部品のバラツキ等を考慮しても充分な余裕を持つ周波数可変範囲を得ることができている。
FIG. 4 shows a circuit configuration example of the voltage controlled crystal oscillator shown in FIG. 3 described above when 50.000 MHz is set as the center frequency f 0 and the control voltage is made variable in the range of 0 to 3.0 V ( It is a graph which shows the frequency variable characteristic example of normal temperature), and a vertical axis | shaft shows frequency variation (ppm) and a horizontal axis shows control voltage (V). The broken line in the figure shows a reference of the minimum frequency variable width (Lower Limit) of a certain standard, and has a slope of 90 ppm / V.
The frequency variable characteristic in the frequency variable circuit 400 indicated by the solid line has an average slope of about 153 ppm / V, and a frequency variable range having a sufficient margin can be obtained even when temperature characteristics and component variations are taken into account. Is done.
このように、負荷容量をとして機能する容量素子(コンデンサC20及び容量可変型コンデンサCV10)を基準電位とは異なる位置であって、且つ、水晶振動子から見て発振トランジスタ側に設けたことで、浮遊容量の影響を受けにくくなると共に、更に広い周波数可変幅を確保することができる。 Thus, by providing the capacitive elements (capacitor C20 and variable capacitance type capacitor CV10) functioning as load capacitances at positions different from the reference potential and on the oscillation transistor side as seen from the crystal resonator, In addition to being less susceptible to stray capacitance, a wider frequency variable width can be secured.
次に、図5は、本発明に係る本発明に係る電圧制御型圧電発振器の第3の実施の形態例を示す回路図である。この例に示す電圧制御型水晶発振器は、大別して水晶振動子X1と、発振回路100と、周波数可変回路500とを有する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a third embodiment of the voltage controlled piezoelectric oscillator according to the present invention. The voltage controlled crystal oscillator shown in this example is roughly divided into a crystal resonator X1, an
この図に示す周波数可変回路500は、上述した周波数可変回路400と比較して、更に、抵抗R30及びコイルL10からなる並列回路を、可変容量ダイオードVD10のアノード側と水晶振動子X1との間に移動した構成に相当する。
つまり、制御電圧が入力されるVCONT端子に接続した抵抗R10と、この抵抗R10の他端にカソード側を接続した可変容量ダイオードVD10と、可変容量ダイオードVD10のアノード側と水晶振動子X1との挿入した抵抗R30及びコイルL10からなる並列回路と、水晶振動子X1の他端に接続されたコンデンサC20及び容量可変型コンデンサVC10からなる並列回路と、可変容量ダイオードVD10のアノード側とGNDとの間に接続される抵抗R20と、可変容量ダイオードVD10のカソード側にカソード側を接続した可変容量ダイオードVD20と、可変容量ダイオードVD10のアノード側と可変容量ダイオードVD20のアノード側との間に接続されるコンデンサC10と、可変容量ダイオードVD20のアノード側とGNDとの間に挿入される抵抗R40とにより構成されている。
Compared with the frequency variable circuit 400 described above, the frequency variable circuit 500 shown in this figure further includes a parallel circuit including a resistor R30 and a coil L10 between the anode side of the variable capacitance diode VD10 and the crystal unit X1. Corresponds to the moved configuration.
That is, the resistor R10 connected to the V CONT terminal to which the control voltage is input, the variable capacitance diode VD10 having the cathode connected to the other end of the resistor R10, the anode side of the variable capacitance diode VD10, and the crystal resonator X1 Between the parallel circuit composed of the inserted resistor R30 and the coil L10, the parallel circuit composed of the capacitor C20 and the variable capacitance capacitor VC10 connected to the other end of the crystal resonator X1, and the anode side of the variable capacitance diode VD10 and GND A resistor R20 connected to the cathode, a variable capacitance diode VD20 having a cathode connected to the cathode side of the variable capacitance diode VD10, and a capacitor connected between the anode side of the variable capacitance diode VD10 and the anode side of the variable capacitance diode VD20. C10 and the variable capacitance diode VD20 The resistor R40 is inserted between the node side and GND.
この図に示す電圧制御型水晶発振器の動作は、上述の従来例に示したものと同様であり、VCONT端子に電圧制御信号が与えられると、その電圧の高低に応じて発振周波数が変化するよう機能する。 The operation of the voltage controlled crystal oscillator shown in this figure is the same as that shown in the above-described conventional example. When a voltage control signal is applied to the V CONT terminal, the oscillation frequency changes according to the voltage level. It works as follows.
図6は、上述の図5に示した電圧制御型水晶発振器の回路構成例において、50.000MHzを中心周波数f0とし、制御電圧を0〜3.0Vの範囲で可変するようにした時(常温一定)の周波数可変特性例を示すグラフ図であり、縦軸は周波数変化量(ppm)を、横軸は制御電圧(V)を示す。同図中の破線は、ある規格の周波数可変幅最小値(Lower Limit)を参考に示したもので、90ppm/Vの傾きである。
実線で示す周波数可変回路500における周波数可変特性は、平均で約130ppm/Vの傾きを有しており、温度特性や部品のバラツキ等を考慮しても充分な余裕を持つ周波数可変範囲を得ることができている。
FIG. 6 shows a circuit configuration example of the voltage controlled crystal oscillator shown in FIG. 5 described above when 50.000 MHz is set as the center frequency f 0 and the control voltage is made variable in the range of 0 to 3.0V ( It is a graph which shows the frequency variable characteristic example of normal temperature), and a vertical axis | shaft shows frequency variation (ppm) and a horizontal axis shows control voltage (V). The broken line in the figure shows a reference of the minimum frequency variable width (Lower Limit) of a certain standard, and has a slope of 90 ppm / V.
The frequency variable characteristic in the frequency variable circuit 500 indicated by the solid line has an average inclination of about 130 ppm / V, and a frequency variable range having a sufficient margin can be obtained even when temperature characteristics and component variations are taken into account. Is done.
このように、負荷容量をとして機能する容量性リアクタンス回路(コンデンサC20及び容量可変型コンデンサCV10)を基準電位とは異なる位置であって、且つ、水晶振動子から見て発振トランジスタ側に設け、また、誘電性リアクタンス回路(抵抗R30及びコイル10)をも基準電位とは異なる位置に設けたことで、より浮遊容量の影響を受けにくくなると共に、広い周波数可変幅を確保することができる。 In this manner, the capacitive reactance circuit (capacitor C20 and variable capacitance capacitor CV10) that functions as a load capacitance is provided at a position different from the reference potential and on the oscillation transistor side when viewed from the crystal resonator. In addition, since the dielectric reactance circuit (resistor R30 and coil 10) is also provided at a position different from the reference potential, it is less susceptible to stray capacitance and a wide variable frequency range can be secured.
以上説明した本発明の構成例の如く周波数可変回路を構成した電圧制御型圧電発振器とすれば、各電子部品同士の接点(信号配線パターン)と基準電位(GND)配線との間に浮遊容量が生じたとしても、その影響による周波数可変幅の低減は抑えられる。また、本発明の回路構成のものに加えて、上述した引用文献1の構造を適用すれば、浮遊容量による発振周波数への影響を極めて小さくすることができる。 If the voltage controlled piezoelectric oscillator having a frequency variable circuit as in the configuration example of the present invention described above is used, there is a stray capacitance between the contact (signal wiring pattern) between each electronic component and the reference potential (GND) wiring. Even if it occurs, the reduction of the frequency variable width due to the influence is suppressed. In addition to the circuit configuration of the present invention, if the structure of the above cited reference 1 is applied, the influence of the stray capacitance on the oscillation frequency can be extremely reduced.
また、上述の実施の形態例に示した構成と請求項に示す構成との対応を以下に記す。
請求項に記載の第1の可変容量ダイオードは実施例に示す可変容量ダイオードVD10に対応し、第2の可変容量ダイオードは実施例に示す可変容量ダイオードVD20に対応し、第1の抵抗は抵抗10に対応し、第2の抵抗は抵抗20に対応し、第3の抵抗は抵抗30に対応し、第4の抵抗は抵抗40に対応し、第1のコンデンサはコンデンサ10に対応し、第2のコンデンサはコンデンサ20に対応している。
The correspondence between the configuration shown in the above-described embodiment and the configuration shown in the claims is described below.
The first variable capacitance diode according to the claims corresponds to the variable capacitance diode VD10 shown in the embodiment, the second variable capacitance diode corresponds to the variable capacitance diode VD20 shown in the embodiment, and the first resistor is the
Tr1・・・発振用トランジスタ
IC1・・・C MOSバッファ
R1、R2・・・バイアス抵抗
R3・・・電流制限抵抗
R4・・・負荷抵抗
R5、R6・・・信号値調整抵抗
R7・・・出力抵抗
R10・・・抵抗(第1の抵抗)
R20・・・抵抗(第2の抵抗)
R30・・・抵抗(第3の抵抗)
R40・・・抵抗(第4の抵抗)
C1、C2・・・分割コンデンサ
C3・・・直流素子コンデンサ
C4・・・バイパスコンデンサ
C10・・・コンデンサ(第1のコンデンサ)
C20・・・コンデンサ(第2のコンデンサ)
L10・・・コイル
VD10・・・バラクタダイオード(第1の可変容量ダイオード)
VD20・・・バラクタダイオード(第2の可変容量ダイオード)
VC10・・・バリアブルコンデンサ(容量可変型コンデンサ)
X1・・・水晶振動子(圧電振動子)
100・・・発振回路
200・・・周波数可変回路
300・・・周波数可変回路
400・・・周波数可変回路
500・・・周波数可変回路
Tr1 ... Oscillation transistor IC1 ... C MOS buffer R1, R2 ... Bias resistor R3 ... Current limiting resistor R4 ... Load resistor R5, R6 ... Signal value adjusting resistor R7 ... Output Resistor R10 ... resistor (first resistor)
R20... Resistance (second resistance)
R30: Resistance (third resistance)
R40: Resistance (fourth resistance)
C1, C2: Split capacitors C3: DC element capacitors C4: Bypass capacitors C10: Capacitors (first capacitors)
C20: Capacitor (second capacitor)
L10 ... Coil VD10 ... Varactor diode (first variable capacitance diode)
VD20 ... Varactor diode (second variable capacitance diode)
VC10 ・ ・ ・ Variable capacitor (Capacitance variable capacitor)
X1 ... Crystal resonator (piezoelectric resonator)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記周波数可変回路は、
電圧制御端子に接続した第1の抵抗と、該第1の抵抗の他端にカソード側を接続した第1の可変容量ダイオードおよび第2の可変容量ダイオードと、一端が接地され他端が前記第1の可変容量ダイオードのアノード側に接続した第2の抵抗と、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記第2の可変容量ダイオードのアノード側との間に挿入した第1のコンデンサとを備えており、
更に、コイルと第3の抵抗との並列回路を、前記第2の可変容量ダイオードのアノード側と接地との間に挿入すると共に、
容量可変型コンデンサと第2のコンデンサとの並列回路を、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記圧電振動子との間に挿入して構成したことを特徴とする電圧制御型圧電発振器。 A voltage-controlled piezoelectric oscillator having a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit, and a frequency variable circuit,
The frequency variable circuit is:
A first resistor connected to the voltage control terminal; a first variable capacitance diode and a second variable capacitance diode having a cathode connected to the other end of the first resistor; one end is grounded and the other end is the first resistor A second resistor connected to the anode side of the first variable capacitance diode, and a first capacitor inserted between the anode side of the first variable capacitance diode and the anode side of the second variable capacitance diode. Has
Further, a parallel circuit of a coil and a third resistor is inserted between the anode side of the second variable capacitance diode and the ground,
A voltage-controlled piezoelectric oscillator, wherein a parallel circuit of a variable capacitance capacitor and a second capacitor is inserted between the anode side of the first variable capacitance diode and the piezoelectric vibrator.
前記周波数可変回路は、
電圧制御端子に接続した第1の抵抗と、該第1の抵抗の他端にカソード側を接続した第1の可変容量ダイオードおよび第2の可変容量ダイオードと、一端が接地され他端が前記第1の可変容量ダイオードのアノード側に接続した第2の抵抗と、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記第2の可変容量ダイオードのアノード側との間に挿入した第1のコンデンサとを備えており、
更に、コイルと第3の抵抗との並列回路を、前記第2の可変容量ダイオードのアノード側と接地との間に挿入すると共に、
前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と、容量可変型コンデンサと第2のコンデンサとの並列回路との間に前記圧電振動子を挿入して構成したことを特徴とする電圧制御型圧電発振器。 A voltage-controlled piezoelectric oscillator having a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit, and a frequency variable circuit,
The frequency variable circuit is:
A first resistor connected to the voltage control terminal; a first variable capacitance diode and a second variable capacitance diode having a cathode connected to the other end of the first resistor; one end is grounded and the other end is the first resistor A second resistor connected to the anode side of the first variable capacitance diode, and a first capacitor inserted between the anode side of the first variable capacitance diode and the anode side of the second variable capacitance diode. Has
Further, a parallel circuit of a coil and a third resistor is inserted between the anode side of the second variable capacitance diode and the ground,
A voltage-controlled piezoelectric oscillator comprising the piezoelectric vibrator inserted between an anode side of the first variable capacitance diode and a parallel circuit of a variable capacitance capacitor and a second capacitor.
前記周波数可変回路は、
電圧制御端子に接続した第1の抵抗と、該第1の抵抗の他端にカソード側を接続した第1の可変容量ダイオードおよび第2の可変容量ダイオードと、一端が接地され他端が前記第1の可変容量ダイオードのアノード側に接続した第2の抵抗と、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記第2の可変容量ダイオードのアノード側との間に挿入した第1のコンデンサと、前記第2の可変容量ダイオードのアノード側と接地との間に挿入した第4の抵抗とを備えており、
更に、コイルと第3の抵抗との並列回路を、前記第1の可変容量ダイオードのアノード側と前記圧電振動子との間に挿入すると共に、
容量可変型コンデンサと第2のコンデンサとの並列回路を、前記圧電振動子の他端に接続して構成したことを特徴とする電圧制御型圧電発振器。 A voltage-controlled piezoelectric oscillator having a piezoelectric vibrator, an oscillation circuit, and a frequency variable circuit,
The frequency variable circuit is:
A first resistor connected to the voltage control terminal; a first variable capacitance diode and a second variable capacitance diode having a cathode connected to the other end of the first resistor; one end is grounded and the other end is the first resistor A second resistor connected to the anode side of the first variable capacitance diode; a first capacitor inserted between the anode side of the first variable capacitance diode and the anode side of the second variable capacitance diode; A fourth resistor inserted between the anode side of the second variable capacitance diode and the ground,
Further, a parallel circuit of a coil and a third resistor is inserted between the anode side of the first variable capacitance diode and the piezoelectric vibrator,
A voltage controlled piezoelectric oscillator comprising a parallel circuit of a variable capacitance capacitor and a second capacitor connected to the other end of the piezoelectric vibrator.
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