JP3160931B2 - 発振回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発振回路に係り、特に
圧電振動子を用いた発振器の発振周波数が可変できる水
晶発振回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子を用いた発振回路は、圧電振
動子の共振周波数のバラツキや回路の負荷容量バラツキ
や発振回路実装及び封止時の熱衝撃により、発振周波数
に当然ながらバラツキを有している。したがって、特に
高精度な発振周波数を要求される時には無調整では目的
の発振周波数範囲に入らない事があり、調整しなくては
ならない。

【０００３】図３は従来の圧電振動子を用いた発振器の
回路図である。１２１はインバーター増幅器、１２２は
フィードバック抵抗でインバーター増幅器１２１のゲー
トとドレイン間に接続されている。１２３はゲートコン
デンサで、インバーター増幅器１２１のゲートに接続さ
れている１２４はドレインコンデンサで、インバーター
増幅器１２１のドレインに接続されている。１２５は容
量値を可変できるトリマーコンデンサであり、インバー
ター増幅器１２１のゲートに接続されている。１２３，
１２４，１２５のコンデンサ類は片側が電源のＶ_DD又は
Ｖ_SSに接続され高周波的に接地されている。１２６は圧
電振動子でインバーター増幅器１２１のゲート、ドレイ
ン間に接続されている。この様に構成した発振回路にお
いて発振周波数を調整するには、トリマーコンデンサ１
２５をドライバー等の工具で回転させて行なっていた。

【０００４】図４は従来の発振回路の他例を示す回路図
である。同図において図３の回路と異なるところは、ト
リマーコンデンサ１２５のかわりに、コンデンサ１３１
とスイッチ１４１で代表される直列体を複数並列に構成
した可変容量群が設けられている点である。この様に構
成した発振回路において発振周波数を調整するとは、ス
イッチ１４１，１４２，１４３，１４４をハンダ付けに
より任意にショート又はオープンにして行なっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の発振回路では、
トリマーコンデンサ１２５を回転させ発振周波数調整す
るので、調整工程が自動化できない、時間がかかる等の
他、調整用の穴を設ける必要があるので気密性がなくな
り耐湿性が悪くなったり、トリマーコンデンサは回転機
構を持つので振動、衝撃でローターが回転し発振周波数
がズレる欠点がある。

【０００６】又、図４に示す可変容量群を用いた発振回
路では、スイッチ切換えによる周波数調整に時間がかか
る他、発振ループを構成する容量が回路の外部に複数の
外部端子として配線されるので発振特性が悪くなった
り、調整後金属キャップの封止や、モールドによる封止
を行なうと調整時の周波数が浮遊容量の変化や熱衝撃で
ズレて周波数精度が悪くなる欠点がある。

【０００７】そこで本発明は、周波数調整が自動調整可
能で、かつ迅速に周波数調整ができる事、外部端子を少
なくし、発振回路の実装、封止後に周波数調整ができる
様にする事で封止後の周波数シフトをなくし、気密性も
向上させ、周波数可変回路を回転機構等の可動部分をな
くしＩＣ化し耐振動性、耐衝撃性を向上させ、かつ小型
化させる事、以上を特徴とする発振回路を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の発振回路は、圧電振動子を発振させる発振部
と、前記圧電振動子の負荷容量を可変する容量アレイ
と、前記発振部から出力される源振信号を分周する分周
回路と、 前記分周回路で分周された分周信号及び前記源
振信号のいずれか一方を選択して出力する分周選択回路
と、前記容量アレイと前記分周選択回路とを制御するデ
ータを外部から入力するデータ入力回路と、前記容量ア
レイと前記分周選択回路とを制御するデータを記憶する
ＰＲＯＭ回路と、周波数調整時には前記データ入力回路
のデータを前記容量アレイと前記分周選択回路とへ送出
する動作と、データ記憶時には前記データ入力回路のデ
ータを前記ＰＲＯＭ回路へ送出する動作と、通常動作時
には前記ＰＲＯＭ回路のデータを前記容量アレイと前記
分周選択回路とへ送出する動作との３種類の動作を制御
するデータ制御回路と、を有することを特徴とする。ま
た、前記分周選択回路は、前記データ制御回路からの第
１のデータに基づいて前記源振信号を出力した後、前記
データ制御回路からの第2のデータに基づいて前記分周
信号を出力することを特徴とする。

【０００９】

【作用】可変容量素子として、コンデンサとスイッチン
グトランジスタの直列体を複数並列に構成した容量アレ
イを使用するので、スイッチングトランジスタのオン又
はオフをデジタルデータで制御、周波数調整が可能にな
る。周波数調整時には、外部からのデータで容量アレイ
と分周選択回路とを制御し、まず分周選択回路で源振信
号を選択して出力し、この源振信号を測定し周波数調整
をしておき、この周波数調整が終ってから分周選択回路
は分周信号を選択して目的の分周選択をおこなうことが
できる。 次にその時のデータをＰＲＯＭ回路に記憶さ
せる。通常動作時は、ＰＲＯＭ回路に記憶させたデータ
により容量アレイと分周選択回路とを制御するので常に
周波数は目的の周波数範囲内に入る。以上の様に動作す
るので、周波数調整が自動化でき、周波数の経時変化が
少なく、 耐振性・耐衝撃性に優れ、回路のＩＣ化がで
きるので小型、気密化ができる。又、高速で高分解能の
周波数調整が可能な基本構成を備えた発振回路を提供で
きる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の一実施例を示すブロック図で、１は圧電
振動子、２は発振部で、圧電振動子を発振させる回路で
ある。４はデータ入力回路で、発振回路の外部から入力
されるデータを周波数調整データとして内部で処理でき
る形にデータを変換させる。データ入力回路４は、一例
としてシフトレジスタが上げられこの場合外部からシリ
アルのデータを入力しパラレルのデータに変換し内部回
路に送出する。５は外部からのデータを入力する端子で
ある。６は容量アレイで、コンデンサとスイッチングト
ランジスタの直列体を複数並列に構成した回路で容量ア
レイの片側電極は圧電振動子に接続され、もう一つの片
側電極は高周波的に接地される為、容量アレイ６は圧電
振動子の可変できる負荷容量として働く。スイッチング
トランジスタのゲートを制御する事により容量アレイ６
の容量が可変できる。７はＰＲＯＭ回路で、データ入力
回路４からのデータを記憶する事ができ、又その記憶デ
ータで容量アレイ６を制御する事ができる。８はデータ
制御回路で、周波数調整時にはデータ入力回路４からの
データを容量アレイ６と分周選択回路１０に送り、デー
タ記憶時にはデータ入力回路４からのデータをＰＲＯＭ
回路７へ送り、発振回路の通常動作時にはＰＲＯＭ回路
７の記憶データを容量アレイ６と分周選択回路１０へ送
る、以上３つの動作を行ないデータの制御をする。３
は、以上のデータ制御のコントロールをする端子であ
る。９は分周回路で、発振部２からの源振信号を１／
２，１／４，１／８…と分周する回路である。１０は分
周選択回路で、分周回路９の分周信号と源振信号をデー
タ制御回路８からの制御データにより選択する。１１は
出力バッファで、分周選択回路１０で選択された信号を
増幅し発振回路外部へ出力する。次に発振部２と容量ア
レイ６の構成を詳しく表わしたのが図２である。この図
において、２１はインバーター増幅器、２２はフィード
バック抵抗で、インバーター増幅器のゲートとドレイン
に接続されている。２３はゲート容量でインバーター増
幅器２１のゲートに接続されており、２４はドレイン容
量でインバーター増幅器２１のドレインに接続されてい
る。少なくとも以上の素子により構成されているのが発
振部２であり、圧電振動子１は発振部２の中のゲートと
ドレインに接続する。次に容量アレイ６の中を説明する
と、３１はコンデンサ、４１はスイッチングトランジス
タでこの２つの素子が直列に接続された直列体がある。
これと同様に３２，３３，３４はコンデンサで、４２，
４３，４４はスイッチングトランジスタでそれぞれのコ
ンデンサと直列に接続される。以上のコンデンサとスイ
ッチングトランジスタの直列体が並列に接続されて、片
側電極は発振部２のゲート側に接続され、他のＢ側電極
は、電源であるＶ_DD又はＶ_SSに高周波的に接地されてい
る。この容量アレイ６の容量値を可変するにはスイッチ
ングトランジスタ４１〜４４それぞれを任意にオン又は
オフする事で行ない、これにはスイッチングトランジス
タ４１〜４４のゲートを制御する事で行なう。コンデン
サ３１〜３４の容量値の設定の例としては重み付けした
容量値で行なう。（たとえば１ｐＦ、２ｐＦ、４ｐＦ、
８ｐＦ）こうする事により少ない容量素子で広い容量範
囲を分解能を維持しながら可変する事ができる。当然、
容量とスイッチングコンデンサの直列体の数を増やして
も良い。

【００１１】以上の様に構成した発振回路の周波数調整
と分周選択の方法と、調整、選択が終了した後それらの
データを記憶させる方法と、発振回路の通常動作時の動
きを順を追って説明する。

【００１２】まず、発振回路の外部から周波数制御デー
タと、分周選択データをデータ入力端５から入力する。
シフトレジスタであるデータ入力回路４は入力されるシ
リアルのデータを順次入力していき、入力終了後パラレ
ルデータに変更する。データ制御回路８は、データ入力
回路から出力されるデータのうち、周波数制御データを
容量アレイ６に、分周選択データを分周選択回路１０に
送る。容量アレイ６は、送られて来た周波数制御データ
にもとづきスイッチングトランジスタ４をオンあるいは
オフさせ周波数を変化させる。分周選択回路１０は、デ
ータ制御回路から送られて来た分周選択データにもとづ
き分周信号か源振信号を選択する。以上の発振器外部か
らのデータ入力から周波数変化、分周選択までの動作
を、発振周波数を測定しながらくり返し目的の周波数範
囲へ調整する。

【００１３】次に、周波数調整及び分周選択の操作によ
り得られたデータを記憶させるには、データ入力回路の
データをデータ制御回路を介してＰＲＯＭ回路へ送り、
ＰＲＯＭ回路にデータを記憶させる。ＰＲＯＭ回路は、
一旦記憶したデータは電源を切っても記憶しているので
周波数と分周選択は永久に持続できる。又、電気的ある
いは紫外線等により消去できるＰＲＯＭ回路を使用すれ
ばデータの変更も可能になり、周波数と分周選択の再調
整も可能になる。

【００１４】次に、発振器の通常の動作では、ＰＲＯＭ
回路に記憶された周波数制御と分周選択のデータがデー
タ制御回路を介して容量アレイと分周選択回路へ送ら
れ、そのデータにもとづき容量アレイと分周選択回路は
動作する。

【００１５】以上の様に動作させることができるので、
周波数調整が、デジタルデータで行なえる様になり自動
化が簡単になる。又、データの入力をシリアルデータ入
力で行なえば発振回路外部に出る端子が少なくなり、金
属パッケージによる封止やトランスファーモールドによ
る封止後にこの端子からデータを入力し周波数調整を行
なえば発振回路の気密性の向上と、封止による周波数の
シフトがなくなる。又、ＰＲＯＭ回路によるデータの記
憶と、コンデンサとスイッチングトランジスタで構成し
た容量アレイによる周波数制御である為、耐振性、耐衝
撃性、経時変化に優れる。又、すべての回路がＩＣ化可
能なので小型化が可能になる。又、分周選択を外部から
のデータにより制御できるので、周波数調整時には源振
信号を出力させて源振信号を測定し周波数調整をしてお
き、周波数調整が終ってから分周選択を行ない目的の分
周選択を行なう事も可能である。こうする事により、測
定周波数が高い方が高速に又は高分解能に測定できるの
で、周波数調整が速く又は高精度に行なう事ができる。

【００１６】以上の実施例では、容量アレイ６を発振部
２のゲート側に接続しているが、ドレイン側に接続して
も同様の効果が得られる。

【００１７】又、本実施例では、容量アレイ６と分周選
択回路１０の両方が内蔵されている構成であったが、容
量アレイ６だけであっても良い。

【００１８】次に本実施例の実装例を図５に示す。１は
圧電振動子、５１はＩＣで、上記実施例で説明した発振
部、データ入力回路、容量アレイ、ＰＲＯＭ回路、デー
タ制御回路、分周回路、分周選択回路、出力バッファが
含まれる。５２は、発振回路を封止するパッケージで、
樹脂モールド、セラミック、金属等により封止される。
５３はＶ_DDリード、５４はＶ_SSリード、５５は出力リー
ドでＩＣ５１とワイヤーボンディングで接続され、パッ
ケージ５２の外部へ導出される。５６はコントロールリ
ードでＩＣ５１のコントロール端子と接続しパッケージ
５２の外部へ導出される。５７はデータ入力リードでＩ
Ｃ５１のデータ入力端子と接続し、パッケージ５２の外
部へ導出される。以上の様に構成した発振回路を周波数
調整するには、Ｖ_DDリード５３とＶ_SSリード５４から電
源を印加し、出力リード５５から出力される発振信号の
周波数を測定し、周波数調整に必要なデータをデータ入
力リード５７から入力する。周波数が目的の範囲に入る
までこれをくり返す。周波数調整が終了すれば、ＰＲＯ
Ｍにデータを書き込む。以上の操作中ＩＣ内部のデータ
の制御をコントロールリード５６から行なう。データの
書き込み終了後、コントロールリード５６とデータ入力
リード５７を５８のパッケージの端面から切断する。こ
れにより通常動作で不必要なリードはなくなりリードの
ショート等の事故を防ぐ事ができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、圧電振動子の負荷容量
を可変する容量アレイと、発振部の源振信号を分周する
分周回路と、前記分周回路で分周された分周信号及び前
記源振信号のいずれか一方を選択して出力する分周選択
回路と、前記容量アレイと前記分周選択回路とを制御す
るデータを外部から入力するデータ入力回路と、前記容
量アレイと前記分周選択回路とを制御するデータを記憶
するＰＲＯＭ回路と、周波数調整時には前記データ入力
回路のデータを前記容量アレイと前記分周選択回路とへ
送出する動作と、データ記憶時には前記データ入力回路
のデータを前記ＰＲＯＭ回路へ送出する動作と、通常動
作時には前記ＰＲＯＭ回路のデータを前記容量アレイと
前記分周選択回路とへ送出する動作との３種類の動作を
制御するデータ制御回路と、を有し、容量アレイと分周
選択回路とを外部からのデータにより制御でき、又その
データをＰＲＯＭ回路に記憶させ、通常動作時には記憶
したデータにもとづき容量アレイと分周選択回路とが動
作する様にしたことにより、周波数調整が自動化可能で
迅速に周波数調整ができること、ＰＲＯＭ回路によるデ
ータの記憶と、コンデンサとスイッチングトランジスタ
で構成した容量アレイによる周波数制御である為、耐振
性、耐衝撃性に優れ、経時変化が少ないこと、すべての
回路がＩＣ化可能なので小型化できること、という効果
がある。又、前記分周選択回路は、前記データ制御回路
からの第１のデータに基づいて前記源振信号を出力した
後、前記データ制御回路からの第2のデータに基づいて
前記分周信号を出力することにより、周波数調整時に
は、分周選択回路は源振信号を選択して出力し、この源
振信号を測定し周波数調整をしておき、周波数調整が終
ってから分周選択回路は分周信号を選択して目的の分周
選択を行うことが可能となり、こうすることにより、測
定周波数を高くすることができるので、高速で高分解能
の調整が可能な基本構成を備えた発振回路を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例の発振部と容量アレイの回路構
成の一例を示す回路図である。

【図３】従来の発振回路の第１例を示す回路図である。

【図４】従来の発振回路の第２例を示す回路図である。

【図５】本発明の実装例を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電振動子 ２ 発振部 ３ コントロール端子 ４ データ入力回路 ５ データ入力端子 ６ 容量アレイ ７ ＰＲＯＭ回路 ８ データ制御回路 ９ 分周回路 １０ 分周選択回路 １１ 出力バッファ ２１ インバーター増幅器 ２２ フィードバック抵抗 ２３ ゲート容量 ２４ ドレイン容量 ３１，３２，３３，３４ コンデンサ ４１，４２，４３，４４ スイッチングトランジスタ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子を発振させる発振部と、 前記圧電振動子の負荷容量を可変する容量アレイと、前記発振部から出力される源振信号を分周する分周回路
   と、 前記分周回路で分周された分周信号及び前記源振信号の
   いずれか一方を選択して出力する分周選択回路と、 前記容量アレイと前記分周選択回路とを制御するデータ
   を外部から入力するデータ入力回路と、 前記容量アレイと前記分周選択回路とを制御するデータ
   を記憶するＰＲＯＭ回路と、 周波数調整時には前記データ入力回路のデータを前記容
   量アレイと前記分周選択回路とへ送出する動作と、デー
   タ記憶時には前記データ入力回路のデータを前記ＰＲＯ
   Ｍ回路へ送出する動作と、通常動作時には前記ＰＲＯＭ
   回路のデータを前記容量アレイと前記分周選択回路とへ
   送出する動作との３種類の動作を制御するデータ制御回
   路と、 を有することを特徴とする発振回路。
2. 【請求項２】 前記分周選択回路は、前記データ制御回
   路からの第１のデータに基づいて前記源振信号を出力し
   た後、前記データ制御回路からの第2のデータに基づい
   て前記分周信号を出力することを特徴とする請求項１に
   記載の発振回路。