JP3216610B2

JP3216610B2 - プログラマブル水晶発振器

Info

Publication number: JP3216610B2
Application number: JP24315198A
Authority: JP
Inventors: 英幸榎本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP2000077939A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高安定な発振周波
数を得る水晶発振器において、特に発振周波数が制御信
号入力に応じて所定の周波数を発振するプログラマブル
水晶発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプログラマブル発振器には水晶発
振器の出力をプログラマブルな分周器を用いて周波数を
可変する方法やＰＬＬ回路を用いたシンセサイザを用い
て周波数を可変する方法がとられていた。

【０００３】例えば、図７は、水晶発振器の出力をプロ
グラマブルな分周器を用いたプログラマブル水晶発振器
のブラック図を示した図である。本図において、水晶発
振回路１１１の発振出力にはＣＰＵ１１２の制御で分周
数が変化するプログラマブル分周器１１３が接続されて
おり、分周器１１３の出力は増幅回路１１４で増幅され
て出力している。

【０００４】また、図８は、ＰＬＬ回路を用いたシンセ
サイザタイプのプログラマブル発振器のブロック図を示
した図である。本図において、水晶発振回路１１１の出
力は位相同期回路１１５の基準信号に入力される。ま
た、位相同期回路１１５内の位相比較回路に入力されて
位相比較結果はＬＰＦ１１６を介して電圧制御発振器１
１７に入力して発振周波数が制御される。電圧制御発振
器１１７の出力はプリスケーラ１１８にも入力される。
周波数可変は、ＣＰＵ１１２からの制御信号が位相同期
回路１１５に入力され位相同期回路１１５の内部のプロ
グラマブル分周器とプリスケーラ１１８の分周器を制御
して発振周波数が制御されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の技
術において、プログラマブル分周器を用いた図７の構成
においては、水晶発振器１１１内の水晶発振子が安定に
動作する周波数は通常数ＭＨｚから１０ＭＨｚ程度であ
るため最高周波数が水晶発振器の最高周波数に制限され
ることになる。このため、動作周波数を高周数まで動作
できない問題があった。

【０００６】また、ＰＬＬを用いた図８の構成において
は、電圧制御発振器を用いているため高周波発振器とし
て機能できる。しかし、基準発振器と電圧制御発振器の
２種類の発振器が必要となるため小型化、低価格化がで
きないという問題点を有していた。

【０００７】従って、本発明の目的は、小型、軽量で高
周波帯の発振周波数をプログラマブルに可変できるプロ
グラマブル水晶発振器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のプログラマブル
水晶発振器は前述した課題を解決するため、外部から入
力される周波数制御信号に応じて可変水晶発振回路の発
振周波数を制御する第１の制御手段と、前記発振周波数
の基本波若しくは高次高周波を選択して出力する第２の
制御手段と、前記第２の制御手段で選択された高次高調
波の周波数に周波数可変フィルタの中心周波数と一致す
るよう制御する第３の制御手段と、前記第３の制御手段
の出力レベルの基本波からのレベル低下を補償する第４
の制御手段を具備する。

【０００９】

【発明の実施の形態】最初に、本発明のプログラマブル
水晶発振器の主な特徴を以下に記載する。

【００１０】外部から入力される周波数制御信号に応じ
て可変水晶発振回路の発振周波数がプログラマブルに可
変されて出力される。特に、周波数制御信号が高次高調
波を選択する場合には切替回路で高次高調波ルートが選
択され、中心周波数がその発振周波数に一致する周波数
可変制御フィルタにて高次高調波の発振周波数が選択さ
れる。また、可変増幅回路により基本波に対する発振出
力レベルの低下が補償されて可変周波数範囲の広帯域化
が行われる。また、これら制御は制御回路によって周波
数制御信号に基づき自動的に制御される。

【００１１】このような本発明のプログラマブル水晶発
振器の構成を示したブロック図を図３に示す。本図にお
いて、１は可変水晶発振回路であり、発振周波数制御信
号６１を受けて発振周波数が可変される。２は周波数可
変制御フィルタで、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）特性を
有しておりこの中心周波数がフィルタ制御信号６３を受
けて可変し高次高調波周波数を選択している。３は可変
増幅器であり、ゲイン制御信号６４を受け高次高調波選
択したときの基本波からのレベル低下を補償している。
４は波形整形回路であり、アナログ信号を波形整形して
２値デジタル信号に変換して出力する。また、５−１、
５−２は、可変水晶発振器１の出力を基本波と高次高調
波のどちらかに切り替えるための切替回路である。６は
制御回路であり、外部より周波数制御信号６５（並列デ
ータ）を受けて所定の発振周波数に関する制御動作を行
う。この周波数制御信号６５はプログラマブル水晶発振
器で発振可能な基本波発振周波数（可変周波数を含む）
とその高次周波数を所定の周波数ステップでデータ化し
た信号である。そして、周波数制御信号６５が基本波の
可変周波範囲内のデータであれば切替回路５−１、５−
２を基本波信号ルートを選択するよう切り替える。ま
た、この周波数制御信号６５が高次高調波の範囲であれ
ば、切替回路５−１、５−２を高次高調波ルートを選択
するよう切り替えると共に周波数可変制御フィルタ２の
中心周波数がその発振周波数となるよう制御する。さら
に、その場合のゲイン低下を補償するため可変増幅器３
の利得を制御する。

【００１２】以上説明したプログラマブル水晶発振器の
動作について図を用いて以下に説明する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は外部から入力される周波数制御信号に応じ
て発振周波数が制御される可変水晶発振回路と、前記可
変水晶発振回路の出力を分岐し、前記可変水晶発振回路
の出力に前記発振周波数の高次高調波を選択する周波数
可変フィルタを接続して出力するか、そのまま出力する
かを切り替える切替手段とを具備することを特徴とす
る。

【００１４】図３は、可変水晶発振回路１の基本波にお
ける発振周波数制御信号５１対発振周波数の関係を表し
た図である。本図のように発振周波数制御信号５１の制
御電圧Ｖ０・・・Ｖｎにおける発振周波数ｆ０・・・ｆ
ｎが得られるが、この特性は可変容量ダイオード１３や
水晶発振子がばらつきを有しているため同一電圧を入力
したとしてもばらついてしまう。このため、予め可変水
晶発振回路１の発振周波数を測定して発振周波数制御信
号５１対発振周波数の特性を制御装置内のメモリに入力
している。すなわち、プログラマブル水晶発振器毎に制
御回路６からの切替回路制御信号６２により切替回路５
を図１に示されるように基本波ルートに切り替える。そ
して、出力７にカウンターを接続して基本波の周波数を
測定してカウンターからの測定結果（データ信号）を制
御回路内のメモリに入力する。メモリには、制御電圧Ｖ
０・・・Ｖｎに対する発振周波数ｆ０・・・ｆｎが入力
されることになる。

【００１５】図４は、発振周波数の基本波、高次高調波
の出力レベルの関係を示した図である。本図において、
基本波周波数ｆ０・・・ｆｎの出力レベルに対して、２
次高調波２ｆ０・・・２ｆｎはＬ２だけ出力レベルが低
下している。また、３次高調波３ｆ０・・・３ｆｎはＬ
３だけ出力レベルが低下している。同様に、他の高次高
調波も同様の特性をしている。

【００１６】制御回路６は、メモリに蓄積された基本波
の発振周波数制御信号５１対発振周波数特性のデータか
ら発振周波数制御信号５１対２次、３次、４次等の高次
高調波の発振周波数２ｆ０・・・２ｆｎ、３ｆ０・・・
３ｆｎ、・・・を計算する。そして、また、図４は、高
次高調波の出力レベルは、後述するように正確に基本波
レベルと一致させる必要がないため、予めＬ１、Ｌ２・
・・ＬＮを既知の高調波特性から決めておき、個々のプ
ログラマブル水晶発振器は全て同一の出力レベル低下と
なっているものと仮定している。

【００１７】このようにして、周波数制御信号６６が高
次高調波を選択した場合には、制御回路６は切替回路５
を高次高調波ルートを選択して前述した高次高調波の発
振周波数を選択できるよう周波数可変制御フィルタ２の
中心周波数を所要の高次高調波の発振周波数に対応する
ようフィルタ制御信号６３を出力する。

【００１８】図５は、周波数可変制御フィルタ２の一例
を示すブロック図である。周波数可変制御フィルタ２
は、インダクタンス２５、２６、３１と、コンデンサ２
４、２８、２９と、可変容量ダイオード２０、２７、３
０と、バイアス用の抵抗２１、２２、２３とから構成さ
れる。制御回路６からのフィルタ制御信号６３は本図の
制御信号入力３２に入力して各可変容量ダイオード２
０、２７、３０に所定の電圧を与えて、各可変容量ダイ
オード２０、２７、３０に流す電流値を制御することに
より容量値を可変してフィルタの中心周波数が制御され
ている。

【００１９】また、可変増幅器３は制御回路６からのゲ
イン制御信号６４により上述した高次高調波の基本波に
対するレベル低下Ｌ１・・・Ｌｎを補償するよう増幅度
をＬ１・・・Ｌｎとしている。

【００２０】可変水晶発振回路１の高調波レベルはトラ
ンジスタ１６の特性やコンデンサ等の高周波特性によっ
てばらつくため、本来は基本波レベルと一致させるため
にこのばらつきを補償するよう個別回路ごとに利得を可
変する必要がある。しかし、本発明では切替回路５の出
力が波形整形回路４に入力されているが、ここでは規定
のスレショールド電圧以上にあれば信号の有無が検出で
きるため正確に利得補償をする必要がない。このため、
高次高調波に対する利得は予め測定で求めた値Ｌ１・・
・Ｌｎを全ての可変水晶発振回路１に用いている。

【００２１】以上の説明したプログラマブル水晶発振器
について、例えば周波数制御信号６５から３次高調波の
発振周波数が入力された場合について図６を用いて動作
を説明する。

【００２２】図６（ａ）には、可変水晶発振回路１の発
振出力の特性が示されている。制御回路６は３次高調波
が選択されているため可変水晶発振回路１の出力を高次
高調波ルート側となるよう切替回路５−１、５−２を制
御する。そして、制御回路６は、図６（ｂ）に示される
ように周波数可変制御フィルタ２の中心周波数が３次高
調波成分３ｆ０・・・３ｆｎの中心周波数となるように
フィルタ制御信号６２を制御する。

【００２３】また、制御回路６は、図６（ｃ）に示され
るように可変制御器３の利得がＬ３となるようにゲイン
制御信号６４を制御する。

【００２４】そして、最終的に図６（ｃ）の３次高調波
成分３ｆ０・・・３ｆｎの発振周波数が切替回路５−２
を通って波形整形回路４に入力してデジタル信号に変換
されて出力７に出力される。

【００２５】

【発明の効果】本発明のプログラマブル水晶発振器は、
水晶発振器の高次高調波を利用して高周波数の発振出力
が得られるため周波数安定度が良好な高周波発振器を提
供できる。また、従来の技術のようにＶＣＯや水晶発振
器が不要なため小型、軽量化をもたらすと共に良好な位
相雑音特性を有することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック図を示す図である。

【図２】図１の可変水晶発振回路１のブロック図を示す
図である。

【図３】図１の可変水晶発振回路１の発振周波数対発振
周波数制御信号の特性を示す図である。

【図４】図１の可変水晶発振回路１の発振周波数対出力
レベルを示す図である。

【図５】図１の周波数可変制御フィルタのブロック図を
示す図である。

【図６】３次高調波周波数の選択について説明する図で
ある。

【図７】従来のプログラマブル発振器のブロック図を示
す図である。

【図８】従来の他のプログラマブル発振器のブロック図
を示す図である。

【符号の説明】

１可変水晶発振回路２周波数可変制御フィルタ３可変増幅器４波形整形回路５切替回路６制御回路７出力

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から入力される周波数制御信号に応じ
て発振周波数が制御される可変水晶発振回路と、前記可
変水晶発振回路の出力を分岐し、前記可変水晶発振回路
の出力に前記発振周波数の高次高調波を選択する周波数
可変フィルタを接続して出力するか、そのまま出力する
かを切り替える切替手段とを具備することを特徴とする
プログラマブル水晶発振器。
【請求項２】前記周波数可変フィルタの出力にさらに増
幅器を設けて、前記高次高調波の出力レベルを前記発振
周波数の基本波のレベルまで増幅することを特徴とする
請求項１記載のプログラマブル水晶発振器。
【請求項３】前記プログラマブル水晶発振器は、予め前
記可変水晶発振回路の出力をそのまま出力させて、周波
数制御信号に対する発振周波数を測定し記憶する手段を
有することを特徴とする請求項１記載のプログラマブル
水晶発振器。