JPH04233805A - 電圧制御平衡発振器回路 - Google Patents
電圧制御平衡発振器回路Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
形式は、水晶発振器回路である。この回路は、発振器要
素(例えば、水晶結晶)、この発振器要素に取り付けら
れたペアの電極、及びこれら電極を横断して接続される
反転増幅要素から成る。この回路は、これがこの周波数
において発振する共振周波数fR を持つが、この周波
数は、結晶を含む様々な要素の有効パラメータ(インダ
クタンス、キャパシタンス、抵抗)に複雑に依存する。 各々の電極とアースとの間に接続された別個のコンデン
サーが回路の共振周波数を変える(チューニング)する
目的で加えられる。
している間に変動させる(引込む(pull))するた
めには、各々のコンデンサーのかわりにバラクター(可
変コンデンサー)が置かれる。より具体的には、先行技
術においては、ピアス発振器回路(図1)は以下から構
成される。つまり: (a)第一及び第二の端子を持つ水晶発振器要素;(b
)片方の端子がこの増幅器の入力端子に直接に接続され
、もう一方の端子が共通ノードに接続された第一のバラ
クター; (c)片方の端子が増幅器の出力端子に直接に接続され
、もう一方の端子が共通ノードに直接に接続された第一
のバラクターと実質的に同一の第二のバラクター;及び (d)発振器要素の発振周波数を変動させるために共通
ノードに制御電圧を加えるための手段を含む。
タンスがバラクターに加えられる外部(制御)電圧VC
を変動することによって変動され、この回路の発振の
共振周波数がVC の規模に依存する量△fR だけ引
込まれる(”シフト”される)。ただし、多くの実用上
のアプリケーションにおいては、回路が加えられた電圧
に線型的に依存する周波数において発振する回路の共振
周波数のレンジ(間隔)(”引込みレンジ(pull
range)”)は、要求されるよりも狭い周波数間隔
(fmax−fmin )に限られる。例えば、ある実
用上のアプリケーションにおいては、二つの離れて位置
される装置であるクロック回路をこれらの各々の所に位
置する別個のVCXOによって同期することが要求され
、これらVCXOの一つあるいは両者が局地的な周囲温
度の変動に起因する避けることができない共振周波数の
変動を持つ。各々のケースにおいて、VCXOの一つの
共振周波数引込みレンジは、他方のVCXOのこの避け
ることのできない周波数変動を収容するのに十分な幅を
持たない。
Oの開発が望まれる。
るために、つまり、共振周波数シフト△fR と加えら
れる制御電圧VC との間の関係をより線型に近付ける
ために、第三及び第四のバラクターが回路に加えられ(
図2)、各々が増幅器の入力端子及び出力端子からもう
一つの共通ノードに接続される。動作の際に、入力制御
電圧VC が入力網を通じてこの二つの共通ノードに、
これらノードに加えられる結果としての補助制御電圧V
A及びVB が、それぞれ、VC の関数として非線型
的に異なるように加えられる。例えば、この入力網は、
これら補助制御電圧VA及びVB が、好ましくは、M
OSトランジスタのゲート ソース電圧降下だけ異な
るように設定される。さらに、入力電圧VC のより広
いレンジを通じて(近い)線型性を達成するために、前
述の補助制御電圧VA 及びVB は他の回路非線型性
を補償する非線型電圧分割網(図3)から誘導される。 二つの共通ノードによって与えられるこのフレキシビリ
ティは、こうして、より広い引込みレンジ及びより良好
な線型性を同時に達成する。
徴は、以下の詳細な説明を図面を参照しながら読むこと
によって一層明白となるものである。
0は、入力制御電圧端子70及びペアの出力端子26及
び27を持つ。回路100はさらに水晶発振器要素11
、典型的には、水晶結晶を含み、これにペアの電極12
及び13が接続される。さらに、回路100内の反転増
幅器20の入力端子22が電極12に接続され、出力端
子23が電極13に接続される。ピアス(Pierce
)発振器回路では、増幅器20が共通ソース構成(MO
S技術)に接続される。つまり、例えば、入力端子22
がドライバMOSトランジスタのゲートに接続され、ド
ライバMOSトランジスタのソース端子は固定された電
圧源VSSに接続され、このドレイン端子は、増幅器2
0の出力端子23に接続され、増幅器の出力端子は、一
つの負荷を通じてもう一つの固定電圧源VDDに接続さ
れる。電極12は,第一のバラクター30を通じて共通
ノード35に接続され、電極13は、第二のバラクター
40を通じて同一の共通ノード35に接続される。これ
ら第一及び第二のバラクター30及び40は、好ましく
は、回路を平衡させるために実質的に同一にされる(”
マッチされたペア”にされる)。但し、有効な動作と言
う点では、これらは、約2の係数だけ異なることができ
る。共通ノード35はアースを通じてコンデンサー50
に接続される。共通ノード35はまた抵抗体60を通じ
て入力制御電圧端子70に接続される。
発振周波数fR を引込むために制御電圧端子70に加
えられる。抵抗体60は、当分野において周知のように
、回路100を入力端子70の所でノイズから隔離し、
また発振器周波数の所でパワー散逸を押える働きを持つ
。
横断して、当分野において周知のように、入力端子22
及び出力端子23上の電圧が同一となるように接続され
、これによって、出力波形の要求される50%と言う衝
撃係数からの大きなずれに起因する出力のひずみがが押
えられる。
して、当分野において周知のように、発振器の振幅を制
限し、制御電圧VC がより効果的に共発振周波数fR
を引込むことができるように、つまり、(dfR /
dVC )を増加させ、従って、引込みレンジを増加さ
せるように接続される。
て周知のように、共通ノード35の所でdc電圧を安定
化させることにある。典型的には、これは、少なくとも
同一のバラクター30及び40のキャパシタンスの10
倍のキャパシタンスを持つ。
れぞれ、増幅器20の入力及び出力端子22及び23に
接続される。ユティライゼーション手段81あるいは8
2あるいはこの両者が、それぞれ、回路100の出力端
子26及び27に接続される。ユティライゼーション手
段81によって受信される発振は、ユティライゼーショ
ン手段82によって受信されるものより小さな振幅を持
つが、ただし、より純粋に近い正弦を持つ。典型的には
、このユティライゼーション手段は、VCXO回路10
0によって同期されるべきクロック回路である。
、あるいはバラクター30に加えてのバラクター40の
追加は、回路100を平衡させる働きを持つ。つまり、
電極12及び13の可変インピーダンスを入力制御端子
に等しくし、また電極12及び13の可変インピーダン
スをアースに等しくすることにより、より良い回路平衡
を達成することができ、これは、必然的に、回路を構築
するために必要とする半導体面積を小さくし、パワー損
失を小さくし、回路の安定性を高める。他方においては
、バラクター パラメータ間の少しの差異、例えば、
片方のバラクターが他方のバラクターの約二倍あると言
う状況は、幾つかの場合には、例えば、端子26の所の
信号振幅と端子27の所の信号振幅との関係を修正する
ためには有効である。
として、それぞれ出力端子26及び27に、回路100
の共振周波数fR を永久的に修正するために、並びに
△fR対VC の線型性を(引込みレンジを犠牲として
)増加させるために接続することもできる。
29のキャパシタンスは、必ずしも等しくされる必要は
ないが、両方ともバラクター30及び40のキャパシタ
ンスよりも少なくとも約5の係数だけ小さくされる。
す。ここに示される図1と類似あるいは同一の要素には
同一の参照番号が与えてある。図2に示されるように、
VCXO回路200は、上に説明のVCXO回路(図1
)から、第二の共通ノード36に接続されたバラクター
31及び41によって与えられる並列経路、並びにアー
スとこの第二の共通ノード36との間に接続されたコン
デンサー51を加えることによって派生される。好まし
くは、全てのバラクター30、31、40、及び41は
マッチングされる。これに加えて、抵抗体61が、抵抗
体60と同一の目的で加えられ、第二の共通ノード36
に接続される。一定の電流源71がpチャネルMOSト
ランジスタ72のソース端子73に接続され、このMO
Sトランジスタ72のゲート端子74が入力制御電圧7
0に接続される。
力制御電圧端子70に加えられ、補助制御電圧VA 及
びVB が、それぞれ、共通ノード36及び35の所で
発現される。これら電圧VA とVB は、トランジス
タ72のダイオード ゲート ソース電圧降下だけ
異なる。従って、これら電圧VA 及びVB は、入力
制御電圧VC に対して非線型的に応答する。回路20
0の様々なパラメータを適当に選択することによって、
VA 及びVB のこの非線型性は、上に説明の回路1
00の非線型性を補償する働きを持ち、これによって、
回路200では回路100の場合よりも、より線型に近
い△fR 対VC が得られる。回路200内に加えら
れたこれらバラクター経路は、こうして、回路100に
おけるよりも回路200内において、△fR 対VC
のより近い線型性を達成する柔軟性を持つ。
それぞれ、端子36及び35の所に発生させる目的のた
めに使用されるこの目的のために図2に示される構成に
かわる非線型電圧分割網300を示す。図3に示される
図2に示されるのと類似あるいは同一の要素には同一の
参照番号が与えられる。
に接続された抵抗体62、63及び補助pチャネルMO
Sトランジスタ64のソース ドレイン抵抗によって
形成され、トランジスタ64のゲートは、そのドレイン
に接続される(負荷構成)。トランジスタ72のゲート
端子74は、抵抗体62と63の間でノード65に接続
される。MOSトランジスタ64のソース ドレイン
抵抗の非線型特性の結果として、ゲート端子74の所に
発現される電圧は、回路200(図2)の場合のように
、VC に等しくなく、VC の非線型関数である。さ
らに、この非線型性は、回路200の非線型性をさらに
補償することができる。
説明されたが、様々な変更を本発明の範囲から逸脱する
ことなく加えることができる。例えば、追加の複数の制
御電圧に接続された追加の複数のバラクターをより近い
線型の発振周波数応答を得るために加えることもできる
。
O回路の略図である。
CXO回路の略図である。
に示される回路に対する制御電圧を発生するために有効
な非線型電圧分割網の略図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 電圧制御発振器回路において、該回路
が:第一及び第二の端子を持つ結晶発振器要素(11)
;該水晶発振器要素の第一の端子(12)に接続された
入力端子(22)及び該結晶発振器要素(11)の第二
の端子(13)に接続された出力端子(23)を持つ増
幅器(20);該増幅器の入力端子(22)に端子の一
つが直接に接続され、共通ノード(36)にもう一つの
端子が接続された第一のバラクター(31);該増幅器
(20)の出力端子(23)に端子の一つが直接に接続
され,該共通ノードにもう一つの端子が直接に接続され
た第二のバラクター(41);制御電圧(VA )を該
発振器要素(11)の発振周波数を引込むために該共通
ノード(36)に加えるための手段(71、61);該
増幅器(20)の入力端子(22)に端子の一つが接続
され、もう一つの共通ノード(35)にもう一つの端子
が接続された第三のバラクター(30);該増幅器(2
0)の出力端子(23)に端子の一つが接続され、該も
う一つの共通ノード(35)にもう一つの端子が接続さ
れた第四のバラクター(40);及び該制御電圧(VA
)と異なるバイアス電圧VB を該もう一つの共通ノ
ード(35)に加えるための手段(70、60)を含む
ことを特徴とする回路。 - 【請求項2】 ユティライゼーション手段が該増幅器
の出力端子に接続されることを特徴とする請求項1の回
路。 - 【請求項3】 ユティライゼーション手段が該増幅器
の入力端子に接続されることを特徴とする請求項1の回
路。 - 【請求項4】 ユティライゼーション手段が該増幅器
の入力端子に接続されることを特徴とする請求項3の回
路。 - 【請求項5】 該バイアス電圧を加えるための手段が
:第一のMOSトランジスタ;該第一のMOSトランジ
スタの高い電流を運ぶ端子に接続された一定の電流を該
第一のMOSトランジスタのソース ドレイン経路を
通じてドライブするための電流源;該共通のノードを該
第一のMOSトランジスタのゲート端子に接続する抵抗
性手段;及び該もう一つのノードを該第一のMOSトラ
ンジスタの該高い電流を運ぶ端子に接続する抵抗性手段
を持つことを特徴とする請求項1の回路。 - 【請求項6】 ユティライゼーション手段が該増幅器
の入力端子に接続されることを特徴とする請求項5の回
路。 - 【請求項7】 ユティライゼーション手段が該増幅器
の出力端子に接続されることを特徴とする請求項5の回
路。 - 【請求項8】 ユティライゼーション手段が該増幅器
の入力端子に接続されることを特徴とする請求項7の回
路。 - 【請求項9】 第一及び第二の抵抗体及び互いに直列
に接続された第二のMOSトランジスタがさらに含まれ
,該第一と第二の抵抗体間のノードが該第一のMOSト
ランジスタの該ゲート端子に接続されることを特徴とす
る請求項5の回路。 - 【請求項10】 ユティライゼーション手段が該増幅
器の入力端子に接続されることを特徴とする請求項9の
回路。 - 【請求項11】 ユティライゼーション手段が該増幅
器の出力端子に接続されることを特徴とする請求項9の
回路。 - 【請求項12】 ユティライゼーション手段が該増幅
器の入力端子に接続されることを特徴とする請求項11
の回路。 - 【請求項13】 該第一、第二、第三、及び第四のバ
ラクターのキャパシタンスが任意の加えられた動作電圧
に対して互いに等しいことを特徴とする請求項1の電圧
制御発振器回路。
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