JP2002026660A - Voltage controlled quartz oscillator - Google Patents
Voltage controlled quartz oscillatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は発振周波数を調節す
るために、電圧によって容量値を制御できる可変容量素
子を備えた圧電発振器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric oscillator provided with a variable capacitance element whose capacitance can be controlled by voltage in order to adjust the oscillation frequency.
【０００２】[0002]
【従来の技術】圧電振動子は発振周波数が高度の安定性
を持ち、その温度特性が優れており、製造も比較的容易
であるため、圧電発振器は高い実用性を備えている。そ
して広い使用温度範囲にわたって周波数偏差を小さく抑
えたり、基準周波数に対して周波数を同期させて使用し
たりする用途には、圧電振動子の負荷容量として、容量
値が印加した直流電圧に従って変化するバリキャップの
ような電圧可変容量素子を用いた電圧制御圧電発振器が
用いられる。2. Description of the Related Art Piezoelectric vibrators have a high degree of stability in oscillation frequency, excellent temperature characteristics, and are relatively easy to manufacture. In applications where the frequency deviation is kept small over a wide operating temperature range or the frequency is synchronized with a reference frequency, the load capacitance of the piezoelectric vibrator is used as a load capacitance that varies according to the applied DC voltage. A voltage controlled piezoelectric oscillator using a voltage variable capacitance element such as a cap is used.
【０００３】図２は従来の電圧制御圧電発振回路の構成
の一例である。図２において２０１は反転増幅器、２０
２は圧電振動子、２０３および２０４は直流カット容
量、２０５および２０６はバイアス抵抗、２０７および
２０８は電圧制御可変容量素子、２０９は帰還抵抗をそ
れぞれ示す。発振周波数を制御する制御電圧はバイアス
抵抗２０５および２０６を通して電圧可変容量素子２０
７および２０８に印可され、一方反転増幅器２０１は帰
還抵抗２０９によって電源電圧のほぼ中点にバイアスさ
れ反転増幅動作を行う。この周波数制御電圧と反転増幅
器バイアス電圧の２つの電圧が互いに干渉しあわないた
めに設けられているのが直流カット容量２０７および２
０８である。FIG. 2 shows an example of the configuration of a conventional voltage controlled piezoelectric oscillation circuit. In FIG. 2, reference numeral 201 denotes an inverting amplifier;
2 denotes a piezoelectric vibrator, 203 and 204 denote DC cut capacitors, 205 and 206 denote bias resistors, 207 and 208 denote voltage controlled variable capacitance elements, and 209 denotes a feedback resistance. The control voltage for controlling the oscillation frequency is supplied to the voltage variable capacitance element 20 through the bias resistors 205 and 206.
7 and 208, while the inverting amplifier 201 is biased by the feedback resistor 209 to approximately the midpoint of the power supply voltage to perform an inverting amplifying operation. DC cut capacitors 207 and 2 are provided to prevent the two voltages of the frequency control voltage and the inverting amplifier bias voltage from interfering with each other.
08.
【０００４】なお一部の発振回路においては帰還抵抗２
０９を用いずに、反転増幅器２０１の入力側を固定バイ
アスする構成も用いられる。また図２で示した回路にお
いては電圧可変容量素子２０７および２０８の片方の端
子は接地電位に接続されているが、これを正側電源電位
に接続しても効果は同じであり、この場合には電圧可変
容量素子の接続方向は図２とは逆になる。In some oscillation circuits, a feedback resistor 2
A configuration in which the input side of the inverting amplifier 201 is fixedly biased without using 09 is also used. In the circuit shown in FIG. 2, one terminal of each of the voltage variable capacitance elements 207 and 208 is connected to the ground potential. However, connecting this terminal to the positive power supply potential has the same effect. The connection direction of the voltage variable capacitance element is opposite to that in FIG.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】圧電発振回路の動作原
理は、強い誘導性をしめす圧電振動子２０２が負荷容量
との間で共振ループを形成し、反転増幅器２０１が前記
共振ループでの損失を補うことで発振の継続が行われる
ものである。図２の回路における共振ループは矢印で図
示したごとく圧電振動子２０２と直流カット容量２０３
および２０４と電圧可変容量２０７および２０８を結ん
だループであり、これら４つの容量の直列接続に寄生容
量を加えたものがこの発振回路における負荷容量とな
る。The principle of operation of the piezoelectric oscillation circuit is that the piezoelectric vibrator 202, which exhibits strong inductive properties, forms a resonance loop with the load capacitance, and the inverting amplifier 201 reduces the loss in the resonance loop. By making up, the continuation of oscillation is performed. The resonance loop in the circuit of FIG. 2 includes a piezoelectric vibrator 202 and a DC cut capacitor 203 as shown by arrows.
And a loop connecting the voltage variable capacitors 207 and 208 to each other, and a series connection of these four capacitors plus a parasitic capacitance is a load capacitance in this oscillation circuit.
【０００６】圧電発振器の発振周波数の変化幅は負荷容
量の変化幅と強い正の相関があり、負荷容量の変化幅を
極力大きくすることは、圧電振動子の固有振動数の絶対
値や周波数温度特性の製造上の許容範囲を広げることに
なるので極めて望ましい。そこで直流カット用容量と電
圧可変容量との関係に注目してみる。The change width of the oscillation frequency of the piezoelectric oscillator has a strong positive correlation with the change width of the load capacitance, and increasing the change width of the load capacitance as much as possible depends on the absolute value of the natural frequency of the piezoelectric vibrator and the frequency temperature. This is highly desirable because it increases the manufacturing tolerances of the properties. Therefore, attention is paid to the relationship between the DC cut capacitance and the voltage variable capacitance.
【０００７】図２に示した従来の回路構成では直流カッ
ト用容量２０３および２０４と電圧可変容量２０７およ
び２０８はともに共振ループ内に配され直列接続されて
いるから、電圧可変容量２０７および２０８の容量変化
は直流カット容量２０３および２０４によって制限さ
れ、電圧可変容量２０７および２０８の容量変化を最大
限に負荷容量の容量変化とすることができない。この直
流カット容量２０３および２０４の影響を軽減するため
の手段の一つは直流カット容量２０３および２０４の容
量値をできるだけ大きくすることであるが、このことは
新たに以下の問題を生じさせる。In the conventional circuit configuration shown in FIG. 2, the DC cut capacitors 203 and 204 and the voltage variable capacitors 207 and 208 are both arranged in a resonance loop and connected in series. The change is limited by the DC cut capacitors 203 and 204, and the change in the capacitance of the voltage variable capacitors 207 and 208 cannot be maximized as the change in the load capacitance. One of the means for reducing the influence of the DC cut capacitors 203 and 204 is to increase the capacitance values of the DC cut capacitors 203 and 204 as much as possible. However, this newly causes the following problem.
【０００８】すなわち近年コストおよび実装スペース低
減の観点から大部分の圧電発振回路は集積回路化される
ことが当然となってきているが、集積回路内に大きな容
量を作り込むことは集積回路の面積の増大につながり、
上記コストおよび実装スペース低減の目的を果たせなく
なってしまう。That is, in recent years, it has become natural that most piezoelectric oscillation circuits are formed into integrated circuits from the viewpoint of cost and mounting space reduction. Increase
The purpose of reducing the cost and the mounting space cannot be fulfilled.
【０００９】本発明の目的は、集積化された圧電発振回
路においても面積を増大させることなく、発振周波数の
可変幅を従来よりも改善することである。It is an object of the present invention to improve the variable width of the oscillation frequency as compared with the conventional one without increasing the area even in an integrated piezoelectric oscillation circuit.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の電圧制御圧電発振器は、反転増幅器と、圧電振
動子と、電圧可変容量素子と、直流カット容量とを備え
た発振回路において、前記直流カット容量の一方の端子
は前記反転増幅器の入力端子または出力端子の少なくと
も一方に接続されるとともに、前記直流カット容量の他
方の端子は前記圧電振動子に接続されており、前記電圧
可変容量素子は一方の端子が前記直流カット容量と圧電
振動子の接続部に接続するとともに、他方の端子が電源
電位の一方に接続されており、前記接続部には発振周波
数を制御するための制御電圧を印可したことを特徴とす
る。また反転増幅器はその入出力端子間に帰還抵抗を並
列接続したことを特徴とする。また直流カット容量と電
圧可変容量素子は、反転増幅器の入力端子側と出力端子
側の各々に独立して設けたことを特徴とする。また電源
電位の一方が接地電位であることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a voltage controlled piezoelectric oscillator comprising an inverting amplifier, a piezoelectric vibrator, a voltage variable capacitor, and a DC cut capacitor. One terminal of the DC cut capacitor is connected to at least one of an input terminal and an output terminal of the inverting amplifier, and the other terminal of the DC cut capacitor is connected to the piezoelectric vibrator, and the voltage variable capacitor The element has one terminal connected to the connection portion between the DC cut capacitor and the piezoelectric vibrator, the other terminal connected to one of the power supply potentials, and the connection portion having a control voltage for controlling an oscillation frequency. Is applied. The inverting amplifier is characterized in that a feedback resistor is connected in parallel between its input and output terminals. The DC cut capacitor and the voltage variable capacitor are provided independently on the input terminal side and the output terminal side of the inverting amplifier. One of the power supply potentials is a ground potential.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明の基本構成を図１に示す。
図１において１０１は反転増幅器、１０２は反転増幅器
１０１の入出力端子間に並列接続した圧電振動子、１０
３および１０４は直流カット容量、１０５および１０６
はバイアス抵抗、１０７および１０８は電圧制御可変容
量素子、１０９は反転増幅器１０１の入出力端子間に並
列接続した帰還抵抗をそれぞれ示す。FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes an inverting amplifier; 102, a piezoelectric vibrator connected in parallel between input and output terminals of the inverting amplifier 101;
3 and 104 are DC cut capacities, 105 and 106
Denotes a bias resistor, 107 and 108 denote voltage controlled variable capacitance elements, and 109 denotes a feedback resistor connected in parallel between the input and output terminals of the inverting amplifier 101.
【００１２】図１の回路においては直流カット容量１０
３、１０４の一方の端子が反転増幅器１０１の入力端子
と出力端子に各々接続されており、他方の端子は圧電振
動子１０２の端子にそれぞれ接続されている。また電圧
制御可変容量素子１０７および１０８のそれぞれ一方の
端子は、直流カット容量１０３、１０４の他方の端子と
圧電振動子１０２の端子が接続した各々の接続部に接続
されている。さらに電圧制御可変容量素子１０７および
１０８の他方の端子は電源電位の一方である接地電位に
接続されている。この構成で制御電圧は前述の接続部に
印可される。従って直流カット容量１０３および１０４
は共振ループ外に設けられているため、圧電振動子１０
２に対する負荷容量とはならず、電圧可変容量素子１０
７および１０８の容量変化がそのまま負荷容量の容量変
化となるため、直流カット容量が共振ループ内に設けら
れていた従来例に比べて周波数可変幅を大幅に拡大する
ことが可能である。In the circuit shown in FIG.
One of the terminals 3 and 104 is connected to the input terminal and the output terminal of the inverting amplifier 101, and the other terminal is connected to the terminal of the piezoelectric vibrator 102, respectively. One terminal of each of the voltage control variable capacitance elements 107 and 108 is connected to each connection portion where the other terminal of the DC cut capacitors 103 and 104 and the terminal of the piezoelectric vibrator 102 are connected. Further, the other terminals of the voltage control variable capacitance elements 107 and 108 are connected to the ground potential which is one of the power supply potentials. In this configuration, the control voltage is applied to the aforementioned connection. Therefore, the DC cut capacitors 103 and 104
Is provided outside the resonance loop, the piezoelectric vibrator 10
2 does not become a load capacitance, and the voltage variable capacitance element 10
Since the change in capacitance of 7 and 108 is directly the change in load capacitance, the frequency variable width can be greatly increased as compared with the conventional example in which the DC cut capacitance is provided in the resonance loop.
【００１３】共振ループ外に設けられた直流カット容量
１０７および１０８は反転増幅器１０１への入出力経路
上に置かれたインピーダンスとなり、その大きさは容量
値および発振周波数にそれぞれ逆比例する。このインピ
ーダンスの値があまり大きすぎると系の発振余裕が低下
し、発振停止等の事態を引き起こしてしまう恐れが生じ
るため、直流カット容量１０７および１０８の容量値は
あまり小さすぎない適度な値を選ぶことが無難である。
ただし集積回路の面積との関係でどうしても小さい容量
値を選ばざるをえないときは反転増幅器１０１の増幅率
を増強することで系の発振余裕を補うことが可能であ
る。The DC cut capacitors 107 and 108 provided outside the resonance loop become impedances placed on the input / output path to the inverting amplifier 101, and their magnitudes are inversely proportional to the capacitance value and the oscillation frequency, respectively. If the value of the impedance is too large, the oscillation margin of the system is reduced, and there is a risk of causing a situation such as oscillation stop. Therefore, the capacitance values of the DC cut capacitors 107 and 108 are selected to be not too small. It is safe.
However, if it is unavoidable to select a small capacitance value in relation to the area of the integrated circuit, it is possible to supplement the oscillation margin of the system by increasing the amplification factor of the inverting amplifier 101.
【００１４】なお図１に示した回路は反転増幅器の入出
力いずれの側にも可変容量素子を設けた構造であるが、
どちらか片側を固定容量とした構成も可能であり、この
場合には当然直流カット容量は可変容量素子がある側の
みに設ければよい。The circuit shown in FIG. 1 has a structure in which variable capacitance elements are provided on both the input and output sides of the inverting amplifier.
It is also possible to adopt a configuration in which one of the sides has a fixed capacitance. In this case, the DC cut capacitance need only be provided on the side having the variable capacitance element.
【００１５】以上本発明の実施の形態について述べた
が、本発明の対象となる回路の構成は必ずしも図１に限
定されるものではなく、従来例の項に述べた固定バイア
ス構成や可変容量素子の接続電位を変えた構成はもちろ
ん、電圧可変容量素子の容量の変化によって発振周波数
を制御する構成の発振回路に対して基本的に適用可能で
ある。Although the embodiments of the present invention have been described above, the configuration of the circuit to which the present invention is applied is not necessarily limited to that shown in FIG. Of course, the present invention can be basically applied to an oscillation circuit having a configuration in which the oscillation frequency is controlled by changing the capacitance of the voltage variable capacitance element.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明の電圧制御水晶発振器において
は、集積化された圧電発振回路においても面積を増大さ
せることなく発振周波数の可変幅を従来よりも改善する
ことが可能である。According to the voltage controlled crystal oscillator of the present invention, the variable width of the oscillation frequency can be improved as compared with the conventional one without increasing the area even in the integrated piezoelectric oscillation circuit.
【図１】本発明の電圧制御圧電発振器の基本構成である
回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a voltage controlled piezoelectric oscillator according to the present invention.
【図２】従来の電圧制御圧電発振器の基本構成である回
路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a basic configuration of a conventional voltage controlled piezoelectric oscillator.
１０１、２０１ 反転増幅器 １０２、２０２ 圧電振動子 １０３、１０４、２０３、２０４ 直流カット容量 １０５、１０６、２０５、２０６ バイアス抵抗 １０７、１０８、２０７、２０８ 電圧可変容量素子 １０９、２０９ 帰還抵抗 101, 201 Inverting amplifier 102, 202 Piezoelectric vibrator 103, 104, 203, 204 DC cut capacitance 105, 106, 205, 206 Bias resistance 107, 108, 207, 208 Voltage variable capacitance element 109, 209 Feedback resistance
Claims (4)
容量素子と、直流カット容量とを備えた発振回路におい
て、前記直流カット容量の一方の端子は前記反転増幅器
の入力端子または出力端子の少なくとも一方に接続され
るとともに、前記直流カット容量の他方の端子は前記圧
電振動子に接続されており、前記電圧可変容量素子は一
方の端子が前記直流カット容量と圧電振動子の接続部に
接続するとともに、他方の端子が電源電位の一方に接続
されており、前記接続部には発振周波数を制御するため
の制御電圧を印可したことを特徴とする電圧制御圧電発
振器。1. An oscillation circuit comprising an inverting amplifier, a piezoelectric vibrator, a voltage variable capacitor, and a DC cut capacitor, wherein one terminal of the DC cut capacitor is an input terminal or an output terminal of the inverting amplifier. Connected to at least one of the DC cut capacitors, the other terminal of the DC cut capacitor is connected to the piezoelectric vibrator, and the voltage variable capacitance element has one terminal connected to a connection between the DC cut capacitor and the piezoelectric vibrator. A voltage control piezoelectric oscillator, wherein the other terminal is connected to one of the power supply potentials, and a control voltage for controlling an oscillation frequency is applied to the connection portion.
抗を並列接続したことを特徴とする請求項１記載の電圧
制御圧電発振器。2. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein a feedback resistor is connected in parallel between the input and output terminals of the inverting amplifier.
反転増幅器の入力端子側と出力端子側の各々に独立して
設けたことを特徴とする請求項１記載の電圧制御圧電発
振器。3. The DC cut capacitor and the voltage variable capacitor are:
2. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the input terminal side and the output terminal side of the inverting amplifier are independently provided.
特徴とする請求項１記載の電圧制御圧電発振器。4. The voltage controlled piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein one of the power supply potentials is a ground potential.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000209684A JP2002026660A (en) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Voltage controlled quartz oscillator |
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| JP2000209684A JP2002026660A (en) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Voltage controlled quartz oscillator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002026660A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010109828A (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Kyocera Kinseki Corp | Oscillator |
| WO2021149693A1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | インターチップ株式会社 | Ic for voltage-controlled piezoelectric element oscillator |
-
2000
- 2000-07-11 JP JP2000209684A patent/JP2002026660A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010109828A (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Kyocera Kinseki Corp | Oscillator |
| WO2021149693A1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | インターチップ株式会社 | Ic for voltage-controlled piezoelectric element oscillator |
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