JPH05218740A - 水晶振動子を有する発振回路 - Google Patents
水晶振動子を有する発振回路Info
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- JPH05218740A JPH05218740A JP1793292A JP1793292A JPH05218740A JP H05218740 A JPH05218740 A JP H05218740A JP 1793292 A JP1793292 A JP 1793292A JP 1793292 A JP1793292 A JP 1793292A JP H05218740 A JPH05218740 A JP H05218740A
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Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 消費電力が小さく、短期および長期安定性が
高く、しかも温度特性に優れた水晶振動子を有する発振
回路を提供する。 【構成】 水晶振動子に印加する起動電圧Ｅ１を、発振
開始電圧ＥS よりも高く設定して発振を開始させた後、
定常駆動電圧Ｅ２を発振開始電圧ＥS の近傍の値、すな
わちその1.5 倍の値から発振停止電圧ＥE の近傍の値ま
での範囲内の値に設定する。
高く、しかも温度特性に優れた水晶振動子を有する発振
回路を提供する。 【構成】 水晶振動子に印加する起動電圧Ｅ１を、発振
開始電圧ＥS よりも高く設定して発振を開始させた後、
定常駆動電圧Ｅ２を発振開始電圧ＥS の近傍の値、すな
わちその1.5 倍の値から発振停止電圧ＥE の近傍の値ま
での範囲内の値に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅器と、この増幅器
の入出力間に接続した帰還回路中に水晶振動子を接続し
た発振回路に関するものである。
の入出力間に接続した帰還回路中に水晶振動子を接続し
た発振回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水晶振動子を有する発振回路は発振周波
数の温度変化に対する安定性が高いので多くの電子機器
に使用されている。従来、水晶振動子を有する発振回路
においては、水晶振動子を確実に振動させるために水晶
振動子に印加する駆動電圧は、発振開始電圧よりも十分
に高い電圧を印加するようにしている。すなわち、従
来、水晶振動子を有する発振回路においては、発振開始
電圧よりも僅かに高い駆動電圧を印加したのでは、温度
変動や経時変化などの影響によって安定な発振が行われ
ないと考えられていたので、駆動電圧は発振開始電圧よ
りも十分高い電圧値に設定されていた。例えば、発振回
路内の半導体素子や使用環境などの余裕をそれぞれ20％
としても発振開始電圧の少なくとも1.4 倍の駆動電圧を
印加する必要があるが、総合的な回路の安定性を考える
とさらに高い値、一般に発振開始電圧の1.5 倍よりも高
い値に設定されていた。例えば、発振開始電圧が1.5 ボ
ルト程度の場合、３ボルト以上の駆動電圧を印加するの
が普通であった。
数の温度変化に対する安定性が高いので多くの電子機器
に使用されている。従来、水晶振動子を有する発振回路
においては、水晶振動子を確実に振動させるために水晶
振動子に印加する駆動電圧は、発振開始電圧よりも十分
に高い電圧を印加するようにしている。すなわち、従
来、水晶振動子を有する発振回路においては、発振開始
電圧よりも僅かに高い駆動電圧を印加したのでは、温度
変動や経時変化などの影響によって安定な発振が行われ
ないと考えられていたので、駆動電圧は発振開始電圧よ
りも十分高い電圧値に設定されていた。例えば、発振回
路内の半導体素子や使用環境などの余裕をそれぞれ20％
としても発振開始電圧の少なくとも1.4 倍の駆動電圧を
印加する必要があるが、総合的な回路の安定性を考える
とさらに高い値、一般に発振開始電圧の1.5 倍よりも高
い値に設定されていた。例えば、発振開始電圧が1.5 ボ
ルト程度の場合、３ボルト以上の駆動電圧を印加するの
が普通であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように発振開始電
圧よりも相当高い電圧で駆動している従来の水晶振動子
を有する発振回路においては、消費電力が必然的に大き
くなり、大きな電源を必要とする欠点がある。例えば、
このような発振回路を携帯用の機器に使用する場合に
は、電池の消耗が甚だしくなる欠点がある。特に携帯用
の機器は小型、軽量化が図られる傾向にあるため、大容
量の電池の使用が制限されるので、消費電力が大きくな
ることは致命的な欠点となる。さらに、駆動電圧を発振
開始電圧よりも相当高くすると水晶振動子は過駆動され
ることになり、起動後に水晶振動子の温度がいつまでも
上昇し続け、電源投入後に長時間に亘って発振周波数が
漸増または漸減する欠点がある。すなわち、従来の水晶
振動子を有する発振回路においては、電源投入後の周波
数の短期安定性が悪いという欠点がある。例えば、水晶
振動子を用いた発振回路を有する無線機においては、電
源投入後も数時間に亘って周波数がシフトするので使用
中周波数を頻繁に調整する必要があった。
圧よりも相当高い電圧で駆動している従来の水晶振動子
を有する発振回路においては、消費電力が必然的に大き
くなり、大きな電源を必要とする欠点がある。例えば、
このような発振回路を携帯用の機器に使用する場合に
は、電池の消耗が甚だしくなる欠点がある。特に携帯用
の機器は小型、軽量化が図られる傾向にあるため、大容
量の電池の使用が制限されるので、消費電力が大きくな
ることは致命的な欠点となる。さらに、駆動電圧を発振
開始電圧よりも相当高くすると水晶振動子は過駆動され
ることになり、起動後に水晶振動子の温度がいつまでも
上昇し続け、電源投入後に長時間に亘って発振周波数が
漸増または漸減する欠点がある。すなわち、従来の水晶
振動子を有する発振回路においては、電源投入後の周波
数の短期安定性が悪いという欠点がある。例えば、水晶
振動子を用いた発振回路を有する無線機においては、電
源投入後も数時間に亘って周波数がシフトするので使用
中周波数を頻繁に調整する必要があった。
【０００４】また、駆動電圧が高いと水晶振動子を構成
する水晶の格子の運動や変位が激しく起こり、長期安定
性も良好でなくなるという欠点もある。さらに、水晶振
動子の周波数特性や結晶インピーダンスに不連続な部分
がある場合、駆動電圧が高いとそれらの影響が非常に大
きく現れ、周波数偏移が大きくなる欠点もある。
する水晶の格子の運動や変位が激しく起こり、長期安定
性も良好でなくなるという欠点もある。さらに、水晶振
動子の周波数特性や結晶インピーダンスに不連続な部分
がある場合、駆動電圧が高いとそれらの影響が非常に大
きく現れ、周波数偏移が大きくなる欠点もある。
【０００５】したがって、本発明の目的はこれらの従来
の欠点を解消し、消費電力を小さくするとともに優れた
短期安定性および長期安定性を有し、周波数特性や水晶
インピーダンスの不連続性に余り影響を受けず、安定し
た発振動作が行われるように構成した発振回路を提供し
ようとするものである。
の欠点を解消し、消費電力を小さくするとともに優れた
短期安定性および長期安定性を有し、周波数特性や水晶
インピーダンスの不連続性に余り影響を受けず、安定し
た発振動作が行われるように構成した発振回路を提供し
ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、増幅器と、こ
の増幅器の入出力間に接続した帰還回路中に水晶振動子
を接続した発振回路において、発振回路に印加する定常
駆動電圧を、水晶振動子が発振を開始する電圧である発
振開始電圧の近傍の電圧と、駆動電圧を低減して行った
ときに発振が停止する電圧である発振停止電圧との間の
値に設定したことを特徴とするものである。
の増幅器の入出力間に接続した帰還回路中に水晶振動子
を接続した発振回路において、発振回路に印加する定常
駆動電圧を、水晶振動子が発振を開始する電圧である発
振開始電圧の近傍の電圧と、駆動電圧を低減して行った
ときに発振が停止する電圧である発振停止電圧との間の
値に設定したことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】図１は水晶振動子を有する発振回路の基本的動
作特性を測定するための回路構成を示すものであり、図
２はそれによって測定された動作特性を示すグラフであ
る。発振回路はＣ−ＭＯＳインバータより成る増幅器１
と、その入出力間に接続した帰還回路とを有し、帰還回
路には水晶振動子２、抵抗３、コンデンサ４，５とが設
けられている。また、発振回路に対する電源電圧は増幅
器１に与えられており、その電圧Ｅおよび電流Ｉをそれ
ぞれ電圧計６および電流計７によって測定できるように
構成する。図２は横軸に電圧計６によって測定した電源
電圧の値Ｅを示し、縦軸は電流計７によって測定した電
源電流Ｉの値を示すものである。電源電圧を徐々に増大
して行くと1.4 ボルト程度から電流が流れ始め、1.5 ボ
ルト程度となると電流は急激に増大するようになり、発
振が開始される。このときの電圧値が発振開始電圧ＥS
(1.523ボルト) である。さらに電圧を増大させて行く
と、電流はほぼそれに比例して増大するようになり、発
振は持続することが分かる。次に、電圧Ｅを徐々に減少
させていくと、電流Ｉはそれにほぼ比例して減少する
が、駆動電圧が発振開始電圧ＥS よりも低くなっても発
振は持続し、電圧を約1.1 ボルトまで低下させたときに
初めて発振が停止する。このときの電圧が発振停止電圧
ＥE (1.099ボルト) である。このように水晶振動子２を
一旦起動した後は、駆動電圧を発振開始電圧ＥS よりも
低くしても発振は持続することが分かった。この場合、
駆動電圧Ｅの変化に伴う発振周波数の変化はきわめて僅
かであり、数ppm 以内であった。
作特性を測定するための回路構成を示すものであり、図
２はそれによって測定された動作特性を示すグラフであ
る。発振回路はＣ−ＭＯＳインバータより成る増幅器１
と、その入出力間に接続した帰還回路とを有し、帰還回
路には水晶振動子２、抵抗３、コンデンサ４，５とが設
けられている。また、発振回路に対する電源電圧は増幅
器１に与えられており、その電圧Ｅおよび電流Ｉをそれ
ぞれ電圧計６および電流計７によって測定できるように
構成する。図２は横軸に電圧計６によって測定した電源
電圧の値Ｅを示し、縦軸は電流計７によって測定した電
源電流Ｉの値を示すものである。電源電圧を徐々に増大
して行くと1.4 ボルト程度から電流が流れ始め、1.5 ボ
ルト程度となると電流は急激に増大するようになり、発
振が開始される。このときの電圧値が発振開始電圧ＥS
(1.523ボルト) である。さらに電圧を増大させて行く
と、電流はほぼそれに比例して増大するようになり、発
振は持続することが分かる。次に、電圧Ｅを徐々に減少
させていくと、電流Ｉはそれにほぼ比例して減少する
が、駆動電圧が発振開始電圧ＥS よりも低くなっても発
振は持続し、電圧を約1.1 ボルトまで低下させたときに
初めて発振が停止する。このときの電圧が発振停止電圧
ＥE (1.099ボルト) である。このように水晶振動子２を
一旦起動した後は、駆動電圧を発振開始電圧ＥS よりも
低くしても発振は持続することが分かった。この場合、
駆動電圧Ｅの変化に伴う発振周波数の変化はきわめて僅
かであり、数ppm 以内であった。
【０００８】本発明は上述した考察に基づいて成された
ものであり、水晶振動子を有する発振回路の定常駆動電
圧を発振開始電圧ＥS の近傍の値から発振停止電圧ＥE
までの間に設定したものである。定常駆動電圧をこのよ
うな範囲内の値に設定しても温度特性や水晶振動子の結
晶特性の影響などにおいても従来よりも優れた発振回路
が得られることが確認された。また、定常駆動電圧の上
限は発振開始電圧の近傍とするが、後述するように発振
開始電圧の1.5 倍( 図２では2.28ボルト) 以下とするの
が好適であることを確かめた。このように水晶振動子を
定常的に駆動する定常駆動電圧を、発振開始電圧ＥSの
近傍の値と発振停止電圧ＥE との間の値に設定するの
で、起動後の消費電力を従来に比べて著しく小さくする
ことができる。また、定常駆動電圧を低く設定すること
によって、起動後の水晶振動子の温度の上昇は短期間の
間に収まり、短期安定性が向上することになり、電源投
入後の周波数は短時間の内に安定することになる。さら
に、定常駆動電圧が低いので、水晶振動子の水晶格子の
変位は小さなものとなり、長期安定性も改善されること
になる。また、水晶振動子の周波数特性や結晶インピー
ダンスに不連続な変化がある場合でも、駆動電圧が低い
ので、その影響はきわめて小さなものとなる。
ものであり、水晶振動子を有する発振回路の定常駆動電
圧を発振開始電圧ＥS の近傍の値から発振停止電圧ＥE
までの間に設定したものである。定常駆動電圧をこのよ
うな範囲内の値に設定しても温度特性や水晶振動子の結
晶特性の影響などにおいても従来よりも優れた発振回路
が得られることが確認された。また、定常駆動電圧の上
限は発振開始電圧の近傍とするが、後述するように発振
開始電圧の1.5 倍( 図２では2.28ボルト) 以下とするの
が好適であることを確かめた。このように水晶振動子を
定常的に駆動する定常駆動電圧を、発振開始電圧ＥSの
近傍の値と発振停止電圧ＥE との間の値に設定するの
で、起動後の消費電力を従来に比べて著しく小さくする
ことができる。また、定常駆動電圧を低く設定すること
によって、起動後の水晶振動子の温度の上昇は短期間の
間に収まり、短期安定性が向上することになり、電源投
入後の周波数は短時間の内に安定することになる。さら
に、定常駆動電圧が低いので、水晶振動子の水晶格子の
変位は小さなものとなり、長期安定性も改善されること
になる。また、水晶振動子の周波数特性や結晶インピー
ダンスに不連続な変化がある場合でも、駆動電圧が低い
ので、その影響はきわめて小さなものとなる。
【０００９】本発明の発振回路において、定常駆動電圧
を発振開始電圧ＥS よりも低い電圧に設定する場合に
は、電源の投入時に発振開始電圧よりも高い電圧を印加
して発振を開始させ、その後駆動電圧を発振開始電圧よ
りも低い電圧に自動的に落とすような電源回路が必要に
なるが、定常駆動電圧を発振開始電圧ＥS よりも高い値
に設定する場合にはこのように発振動作に応じて駆動電
圧を変化させるような電源回路は必要としない。
を発振開始電圧ＥS よりも低い電圧に設定する場合に
は、電源の投入時に発振開始電圧よりも高い電圧を印加
して発振を開始させ、その後駆動電圧を発振開始電圧よ
りも低い電圧に自動的に落とすような電源回路が必要に
なるが、定常駆動電圧を発振開始電圧ＥS よりも高い値
に設定する場合にはこのように発振動作に応じて駆動電
圧を変化させるような電源回路は必要としない。
【００１０】
【実施例】図３は本発明による発振回路の一実施例の構
成を示す回路図である。本例においては、定常駆動電圧
を発振開始電圧よりも低い値に設定したものである。図
３において図２に示した素子と同一の素子には図２で用
いたのと同じ符号を付けて示した。直流電源１１を電源
スイッチ１２を経て第１の定電圧回路１３および第２の
定電圧回路１３に並列に接続する。第１の定電圧回路１
３は可変の定電圧回路であり、その出力端子を増幅器１
に接続する。この増幅器１に対する帰還回路には水晶振
動子２、抵抗３の並列回路を接続し、この水晶振動子の
両端はそれぞれコンデンサ４および５を経て接地する。
増幅器１はＣ−ＭＯＳインバータを以て構成し、水晶振
動子２は基本波の周波数が12.8MHz のものを用いた。ま
た、抵抗３は１ＭΩ、コンデンサ４および５はともに33
ＰＦとした。増幅器１の出力端子はそれぞれ抵抗１５お
よび１６を経て制御増幅器１７および出力増幅器１８の
入力端子に接続する。制御増幅器１７の出力端子は制御
回路１９の入力端子に接続し、この制御回路の出力端子
を第１の定電圧回路１３の制御端子に接続する。また、
出力増幅器１８の出力端子は結合コンデンサ２０を経て
発振回路の出力端子２１に接続する。第２の定電圧回路
１４の出力端子は制御増幅器１７、出力増幅器１８およ
び制御回路１９の電源端子に接続する。
成を示す回路図である。本例においては、定常駆動電圧
を発振開始電圧よりも低い値に設定したものである。図
３において図２に示した素子と同一の素子には図２で用
いたのと同じ符号を付けて示した。直流電源１１を電源
スイッチ１２を経て第１の定電圧回路１３および第２の
定電圧回路１３に並列に接続する。第１の定電圧回路１
３は可変の定電圧回路であり、その出力端子を増幅器１
に接続する。この増幅器１に対する帰還回路には水晶振
動子２、抵抗３の並列回路を接続し、この水晶振動子の
両端はそれぞれコンデンサ４および５を経て接地する。
増幅器１はＣ−ＭＯＳインバータを以て構成し、水晶振
動子２は基本波の周波数が12.8MHz のものを用いた。ま
た、抵抗３は１ＭΩ、コンデンサ４および５はともに33
ＰＦとした。増幅器１の出力端子はそれぞれ抵抗１５お
よび１６を経て制御増幅器１７および出力増幅器１８の
入力端子に接続する。制御増幅器１７の出力端子は制御
回路１９の入力端子に接続し、この制御回路の出力端子
を第１の定電圧回路１３の制御端子に接続する。また、
出力増幅器１８の出力端子は結合コンデンサ２０を経て
発振回路の出力端子２１に接続する。第２の定電圧回路
１４の出力端子は制御増幅器１７、出力増幅器１８およ
び制御回路１９の電源端子に接続する。
【００１１】第１の定電圧回路１３は水晶振動子２の発
振開始電圧ＥS よりも高い起動電圧Ｅ１と、発振開始電
圧よりも低く、発振停止電圧ＥE よりも高い定常駆動電
圧Ｅ２との２種類の電圧を、制御回路１９からの信号に
応じて選択的に発生することができるように構成されて
いる。本例では、この定常駆動電圧Ｅ２の値は発振停止
電圧ＥE よりも僅かに高い値に設定してある。電源スイ
ッチ１２を閉じた直後は第１の定電圧回路１３から発振
開始電圧ＥS よりも高い起動電圧Ｅ１が増幅器１に印加
され、水晶振動子２は振動を開始するようになり、発振
信号が点Ｐに現れる。この発振信号は抵抗１５および制
御増幅器１７を介して制御回路１９に供給される。制御
回路１９はこの発振信号のレベルを検出し、これが予め
決められた基準レベルを越えたときに第１の定電圧回路
１３に制御信号を出力し、この第１定電圧回路から出力
される定電圧を発振開始電圧ＥS よりも十分低く、発振
停止電圧ＥE よりも僅かに高く設定された定常駆動電圧
Ｅ２に切り換える。上述したように、駆動電圧をこのよ
うに低い値に切り換えても水晶振動子２の発振は停止せ
ず、安定に発振を続けることができる。
振開始電圧ＥS よりも高い起動電圧Ｅ１と、発振開始電
圧よりも低く、発振停止電圧ＥE よりも高い定常駆動電
圧Ｅ２との２種類の電圧を、制御回路１９からの信号に
応じて選択的に発生することができるように構成されて
いる。本例では、この定常駆動電圧Ｅ２の値は発振停止
電圧ＥE よりも僅かに高い値に設定してある。電源スイ
ッチ１２を閉じた直後は第１の定電圧回路１３から発振
開始電圧ＥS よりも高い起動電圧Ｅ１が増幅器１に印加
され、水晶振動子２は振動を開始するようになり、発振
信号が点Ｐに現れる。この発振信号は抵抗１５および制
御増幅器１７を介して制御回路１９に供給される。制御
回路１９はこの発振信号のレベルを検出し、これが予め
決められた基準レベルを越えたときに第１の定電圧回路
１３に制御信号を出力し、この第１定電圧回路から出力
される定電圧を発振開始電圧ＥS よりも十分低く、発振
停止電圧ＥE よりも僅かに高く設定された定常駆動電圧
Ｅ２に切り換える。上述したように、駆動電圧をこのよ
うに低い値に切り換えても水晶振動子２の発振は停止せ
ず、安定に発振を続けることができる。
【００１２】本実施例においては、このように水晶振動
子１の発振信号を検出し、これが基準のレベルを越える
ときに駆動電圧を低い値に切り換えるようにしている。
点Ｐに現れる発振信号は抵抗１６、出力増幅器１８およ
び結合コンデンサ２０を介して出力端子２１に供給さ
れ、ここから発振出力として他の回路に供給される。本
例のように、発振信号をモニターし、これが予め決めた
レベル以上となったときに駆動電圧を低下させるように
構成した場合、従来の発振回路に比べて制御回路などが
付加されることになるが、このような制御回路を駆動す
るための電力をも含めた場合でも従来の発振回路に比べ
て消費電力を１／３以下に低減することができる。
子１の発振信号を検出し、これが基準のレベルを越える
ときに駆動電圧を低い値に切り換えるようにしている。
点Ｐに現れる発振信号は抵抗１６、出力増幅器１８およ
び結合コンデンサ２０を介して出力端子２１に供給さ
れ、ここから発振出力として他の回路に供給される。本
例のように、発振信号をモニターし、これが予め決めた
レベル以上となったときに駆動電圧を低下させるように
構成した場合、従来の発振回路に比べて制御回路などが
付加されることになるが、このような制御回路を駆動す
るための電力をも含めた場合でも従来の発振回路に比べ
て消費電力を１／３以下に低減することができる。
【００１３】図４は図３に示した制御回路１９の具体的
な構成を示すものであるが、本発明の制御回路は図４に
示したものに限定されるものではなく、所定の機能を果
たすものであればどのような構成のものでも用いること
ができる。また、図５は図４に現れる電圧波形を示すも
のである。制御増幅器１７（図３参照）から出力される
発振信号（図５Ａにおいて電圧波形をＶA で示す）を微
分回路２２を経てダイオード２３に供給して整流し（整
流波形を図５ＢにおいてＶB で示す）、さらに積分回路
２４で積分し（積分波形を図５ＣのＶC で示す）、これ
を増幅器２５に印加する。増幅器２５はその入力電圧の
レベルが発振信号が定常的に生じているときのレベルの
ほぼ１／２のレベルを越える入力が与えられると出力信
号を発生するように構成されている。したがって、図５
Ｄに示すようなタイミングで出力信号ＶD を発生する。
な構成を示すものであるが、本発明の制御回路は図４に
示したものに限定されるものではなく、所定の機能を果
たすものであればどのような構成のものでも用いること
ができる。また、図５は図４に現れる電圧波形を示すも
のである。制御増幅器１７（図３参照）から出力される
発振信号（図５Ａにおいて電圧波形をＶA で示す）を微
分回路２２を経てダイオード２３に供給して整流し（整
流波形を図５ＢにおいてＶB で示す）、さらに積分回路
２４で積分し（積分波形を図５ＣのＶC で示す）、これ
を増幅器２５に印加する。増幅器２５はその入力電圧の
レベルが発振信号が定常的に生じているときのレベルの
ほぼ１／２のレベルを越える入力が与えられると出力信
号を発生するように構成されている。したがって、図５
Ｄに示すようなタイミングで出力信号ＶD を発生する。
【００１４】このようにして制御回路１９から発生させ
た出力信号ＶD を第１定電圧回路１３に供給する。この
第１定電圧回路１３は出力信号ＶD によって駆動される
スイッチ２６を具えている。このスイッチ２６の第１の
接点は定電圧回路２７の制御端子とツェナーダイオード
２８のカソードとの接続点Ｑに接続し、第２の接点は接
地する。またツェナーダイオード２８のアノードも接地
する。ツェナーダイオード２８はそのアノード・カソー
ド間に電圧Ｖ１を発生し、定電圧回路２７はその出力端
子と接続点Ｑとの間には電圧Ｖ２を発生するように構成
する。
た出力信号ＶD を第１定電圧回路１３に供給する。この
第１定電圧回路１３は出力信号ＶD によって駆動される
スイッチ２６を具えている。このスイッチ２６の第１の
接点は定電圧回路２７の制御端子とツェナーダイオード
２８のカソードとの接続点Ｑに接続し、第２の接点は接
地する。またツェナーダイオード２８のアノードも接地
する。ツェナーダイオード２８はそのアノード・カソー
ド間に電圧Ｖ１を発生し、定電圧回路２７はその出力端
子と接続点Ｑとの間には電圧Ｖ２を発生するように構成
する。
【００１５】電源スイッチ１２（図３参照）をオンとし
た直後は増幅器２５からの出力信号ＶD のレベルは低い
ので、スイッチ２６はオフ状態となっており、ツェナー
ダイオード２８のアノード・カソード間は短絡されてい
ないので、第１定電圧回路１３の出力導線１３ａには電
圧Ｖ１とＶ２との和の電圧が発生される。この和の電圧
が図５Ｅに示すように起動電圧Ｅ１として増幅器１に印
加され、水晶振動子２は発振するようになる。水晶振動
子２が発振を開始し、制御回路１９の出力信号ＶD が立
ち上がると、スイッチ２６はオン状態に切り換わり、ツ
ェナーダイオード２８のアノード・カソード間は短絡さ
れるようになる。したがって、第１定電圧回路１３の出
力導線１３ａには電圧Ｖ２のみが現れることになる。こ
の電圧Ｖ２は図５Ｅに示すように発振停止電圧よりも僅
かに高い定常駆動電圧Ｅ２として増幅器１に印加される
ことになる。上述したように本発明においては、定常駆
動電圧Ｅ２をこのように低い値に設定しても水晶振動子
２の発振は停止せず、所定の周波数の発振出力を安定的
に発生することができる。
た直後は増幅器２５からの出力信号ＶD のレベルは低い
ので、スイッチ２６はオフ状態となっており、ツェナー
ダイオード２８のアノード・カソード間は短絡されてい
ないので、第１定電圧回路１３の出力導線１３ａには電
圧Ｖ１とＶ２との和の電圧が発生される。この和の電圧
が図５Ｅに示すように起動電圧Ｅ１として増幅器１に印
加され、水晶振動子２は発振するようになる。水晶振動
子２が発振を開始し、制御回路１９の出力信号ＶD が立
ち上がると、スイッチ２６はオン状態に切り換わり、ツ
ェナーダイオード２８のアノード・カソード間は短絡さ
れるようになる。したがって、第１定電圧回路１３の出
力導線１３ａには電圧Ｖ２のみが現れることになる。こ
の電圧Ｖ２は図５Ｅに示すように発振停止電圧よりも僅
かに高い定常駆動電圧Ｅ２として増幅器１に印加される
ことになる。上述したように本発明においては、定常駆
動電圧Ｅ２をこのように低い値に設定しても水晶振動子
２の発振は停止せず、所定の周波数の発振出力を安定的
に発生することができる。
【００１６】上述した実施例においては、起動時に発振
開始電圧よりも相当高い起動電圧Ｅ１を印加し、発振後
の定常駆動電圧Ｅ２を発振停止電圧よりも僅かに高い値
に設定しているため、発振出力を検出したときに駆動電
圧を切り換えるようにした回路構成が必要であるが、本
発明においては、図６において示すように起動電圧Ｅ１
および定常駆動電圧Ｅ２の双方を発振開始電圧ＥS より
も僅かに高い電圧に設定することもできる。この場合に
は駆動電圧を切り換える必要がなく、電源投入後一定の
値とすれば良いので上述した実施例よりも構成は簡単と
なる。ただし、駆動電圧を余り高く設定する場合には、
消費電力の削減効果が十分に得られないとともに後述す
るように周波数偏移の温度安定性が損なわれるので、発
振開始電圧ＥS の1.5 倍までとする。すなわち、本発明
においては、定常駆動電圧Ｖ２を発振開始電圧ＥS の1.
5 倍の値から発振停止電圧ＥE までの値に設定する。
開始電圧よりも相当高い起動電圧Ｅ１を印加し、発振後
の定常駆動電圧Ｅ２を発振停止電圧よりも僅かに高い値
に設定しているため、発振出力を検出したときに駆動電
圧を切り換えるようにした回路構成が必要であるが、本
発明においては、図６において示すように起動電圧Ｅ１
および定常駆動電圧Ｅ２の双方を発振開始電圧ＥS より
も僅かに高い電圧に設定することもできる。この場合に
は駆動電圧を切り換える必要がなく、電源投入後一定の
値とすれば良いので上述した実施例よりも構成は簡単と
なる。ただし、駆動電圧を余り高く設定する場合には、
消費電力の削減効果が十分に得られないとともに後述す
るように周波数偏移の温度安定性が損なわれるので、発
振開始電圧ＥS の1.5 倍までとする。すなわち、本発明
においては、定常駆動電圧Ｖ２を発振開始電圧ＥS の1.
5 倍の値から発振停止電圧ＥE までの値に設定する。
【００１７】図７は本発明の発振回路の他の実施例の構
成を示すものであり、図２および図４に示した素子と同
一の素子には同じ符号を付けて示す。本例においては、
点Ｐに現れる発振信号をダイオード２３で整流した後、
増幅器２５で増幅し、この増幅器の出力信号で、定電圧
回路１３に設けたスイッチ２６を駆動して定電圧回路か
ら出力される駆動電圧の値を切り換えるようにした点は
上述した実施例と同様である。すなわち、電源スイッチ
１２をオンした直後はスイッチ２６をオフとして発振開
始電圧よりも十分高い起動電圧Ｅ１を発生させ、水晶振
動子２が発振を開始した後は、これを検出してスイッチ
１２をオフとして発振停止電圧よりも僅かに高い定常駆
動電圧Ｅ２を発生させるように構成する。本例において
は、点Ｐに現れる発振信号を結合コンデンサ２０を経て
ＦＥＴ３２、出力変成器３３などを有する出力増幅器３
４に供給して発振出力を得るようにする。
成を示すものであり、図２および図４に示した素子と同
一の素子には同じ符号を付けて示す。本例においては、
点Ｐに現れる発振信号をダイオード２３で整流した後、
増幅器２５で増幅し、この増幅器の出力信号で、定電圧
回路１３に設けたスイッチ２６を駆動して定電圧回路か
ら出力される駆動電圧の値を切り換えるようにした点は
上述した実施例と同様である。すなわち、電源スイッチ
１２をオンした直後はスイッチ２６をオフとして発振開
始電圧よりも十分高い起動電圧Ｅ１を発生させ、水晶振
動子２が発振を開始した後は、これを検出してスイッチ
１２をオフとして発振停止電圧よりも僅かに高い定常駆
動電圧Ｅ２を発生させるように構成する。本例において
は、点Ｐに現れる発振信号を結合コンデンサ２０を経て
ＦＥＴ３２、出力変成器３３などを有する出力増幅器３
４に供給して発振出力を得るようにする。
【００１８】図８は図７に示した実施例において、それ
ぞれ電圧計３５および電流計３６によって測定した駆動
電圧および駆動電流と、出力増幅器３４の出力電圧の温
度特性を示すものであり、温度は−50℃から100 ℃まで
変化させた。このように温度を広範囲に亘って変化させ
た場合でも本発明による発振回路は安定に作用すること
を確かめた。また、発振の立ち上がりも全ての温度にお
いて良好であった。例えば、−50℃において、駆動電圧
を遮断して一旦発振を停止させた後、再び電源スイッチ
を投入したところ安定に始動した。
ぞれ電圧計３５および電流計３６によって測定した駆動
電圧および駆動電流と、出力増幅器３４の出力電圧の温
度特性を示すものであり、温度は−50℃から100 ℃まで
変化させた。このように温度を広範囲に亘って変化させ
た場合でも本発明による発振回路は安定に作用すること
を確かめた。また、発振の立ち上がりも全ての温度にお
いて良好であった。例えば、−50℃において、駆動電圧
を遮断して一旦発振を停止させた後、再び電源スイッチ
を投入したところ安定に始動した。
【００１９】図９〜図１５は周波数安定性の温度特性を
示すものであり、温度を０℃〜60℃の範囲で変化させた
ときの周波数偏移( Δf/f)を縦軸にとって示すものであ
り、定常駆動電圧を1.1V, 1.3V, 1.4V, 1.6V, 2.0V, 3.
0V, 5.0Vと変化させたものである。また、この実験に使
用した発振回路における発振開始電圧は1.52V であっ
た。本発明では定常駆動電圧をこの発振開始電圧の1.5
倍の値から発振停止電圧よりも僅かに高い値までの範囲
内に設定するものであるが、定常駆動電圧がこの範囲内
にあるとき、すなわち1.1V〜2.0Vの範囲内では周波数偏
移は±２ＰＰＭの範囲内にあるが、2.0Vを越える駆動電
圧を印加する場合には周波数偏移は±２ＰＰＭの範囲を
大きく越えるようになった。このように本発明によれ
ば、定常駆動電圧を従来の駆動電圧よりも低くすること
によって単に消費電流を低減することができるだけでな
く、周波数特性も改善することができることが確認でき
た。
示すものであり、温度を０℃〜60℃の範囲で変化させた
ときの周波数偏移( Δf/f)を縦軸にとって示すものであ
り、定常駆動電圧を1.1V, 1.3V, 1.4V, 1.6V, 2.0V, 3.
0V, 5.0Vと変化させたものである。また、この実験に使
用した発振回路における発振開始電圧は1.52V であっ
た。本発明では定常駆動電圧をこの発振開始電圧の1.5
倍の値から発振停止電圧よりも僅かに高い値までの範囲
内に設定するものであるが、定常駆動電圧がこの範囲内
にあるとき、すなわち1.1V〜2.0Vの範囲内では周波数偏
移は±２ＰＰＭの範囲内にあるが、2.0Vを越える駆動電
圧を印加する場合には周波数偏移は±２ＰＰＭの範囲を
大きく越えるようになった。このように本発明によれ
ば、定常駆動電圧を従来の駆動電圧よりも低くすること
によって単に消費電流を低減することができるだけでな
く、周波数特性も改善することができることが確認でき
た。
【００２０】図１６は水晶振動子を有する発振回路にお
ける発振開始電圧、発振開始時の駆動電流、発振停止電
圧、発振停止直前の駆動電流の温度依存性を示すもの
で、温度を−30℃〜70℃の範囲で変化させたものであ
る。発振開始電圧および発振開始電流は温度の変化に対
して大きく変化するが、発振停止電圧および発振停止直
前の電流は温度の変化に対する変化が小さいことが確か
められた。本発明においては、定常駆動電圧を発振開始
電圧よりも低い値に設定するものであるから、温度変化
に対しても安定に動作をすることが分かる。
ける発振開始電圧、発振開始時の駆動電流、発振停止電
圧、発振停止直前の駆動電流の温度依存性を示すもの
で、温度を−30℃〜70℃の範囲で変化させたものであ
る。発振開始電圧および発振開始電流は温度の変化に対
して大きく変化するが、発振停止電圧および発振停止直
前の電流は温度の変化に対する変化が小さいことが確か
められた。本発明においては、定常駆動電圧を発振開始
電圧よりも低い値に設定するものであるから、温度変化
に対しても安定に動作をすることが分かる。
【００２１】図１７は水晶振動子として本願人の出願に
かかる米国特許第4,716,332 号明細書に記載されている
ようなオーバートーンで動作するものを使用した本発明
による発振回路の他の実施例における駆動電圧−駆動電
流特性を示すグラフである。駆動電圧を徐々に上げて行
き、発振開始電圧ＥS よりも高くなると水晶振動子は先
ず基本波で発振し始め、さらに駆動電圧を上げて行き、
オーバートーン発振開始電圧ＥT を越えるとオーバート
ーンで発振を開始するようになる。その後、駆動電圧を
低下させて行くと、発振停止電圧ＥE までオーバートー
ンで安定に発振を持続する。したがって、このような水
晶振動子を使用する場合には、起動電圧として電源スイ
ッチ投入後、オーバートーン発振開始電圧ＥT よりも高
い起動電圧Ｅ１を印加し、オーバートーンでの発振後、
定常駆動電圧Ｅ２としてＥT の1.5 倍の値から発振停止
電圧ＥE よりも僅かに高い値までの範囲内の電圧を印加
するように構成すれば良いことが分かる。この場合、定
常駆動電圧Ｅ２を発振停止電圧ＥE よりも僅かに高い値
に設定すると、従来の発振回路に比べて消費電力は著し
く小さくなり、本発明の効果がきわめて大きいものとな
る。
かかる米国特許第4,716,332 号明細書に記載されている
ようなオーバートーンで動作するものを使用した本発明
による発振回路の他の実施例における駆動電圧−駆動電
流特性を示すグラフである。駆動電圧を徐々に上げて行
き、発振開始電圧ＥS よりも高くなると水晶振動子は先
ず基本波で発振し始め、さらに駆動電圧を上げて行き、
オーバートーン発振開始電圧ＥT を越えるとオーバート
ーンで発振を開始するようになる。その後、駆動電圧を
低下させて行くと、発振停止電圧ＥE までオーバートー
ンで安定に発振を持続する。したがって、このような水
晶振動子を使用する場合には、起動電圧として電源スイ
ッチ投入後、オーバートーン発振開始電圧ＥT よりも高
い起動電圧Ｅ１を印加し、オーバートーンでの発振後、
定常駆動電圧Ｅ２としてＥT の1.5 倍の値から発振停止
電圧ＥE よりも僅かに高い値までの範囲内の電圧を印加
するように構成すれば良いことが分かる。この場合、定
常駆動電圧Ｅ２を発振停止電圧ＥE よりも僅かに高い値
に設定すると、従来の発振回路に比べて消費電力は著し
く小さくなり、本発明の効果がきわめて大きいものとな
る。
【００２２】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、幾多の変更や変形を加えることができる。例
えば、上述した実施例においては、起動電圧を発振開始
電圧よりも十分高くし、定常駆動電圧を発振停止電圧よ
りも僅かに高い値に設定するか、起動電圧および定常駆
動電圧の双方を発振開始電圧よりも高く、その1.5 倍の
値よりも低い値に設定するようにしたが、起動電圧を発
振開始電圧よりも僅かに高い値に設定し、定常駆動電圧
を発振停止電圧よりも僅かに高い値に設定したり、起動
電圧を発振開始電圧よりも十分高い値に設定し、定常駆
動電圧を発振開始電圧よりも僅かに低い値に設定しても
良い。また、起動電圧を発振開始電圧よりも十分高い値
に設定し、定常駆動電圧を発振停止電圧よりも僅かに高
い値に設定する場合において、上述した実施例において
は発振信号のレベルを検出し、これが或る基準のレベル
以上となったときに駆動電圧を低下させるようにした
が、起動電圧印加後、発振信号のレベルを検知すること
なく所定の時間が経過した後に駆動電圧を低下させるよ
うな回路構成を採用することもできる。
ではなく、幾多の変更や変形を加えることができる。例
えば、上述した実施例においては、起動電圧を発振開始
電圧よりも十分高くし、定常駆動電圧を発振停止電圧よ
りも僅かに高い値に設定するか、起動電圧および定常駆
動電圧の双方を発振開始電圧よりも高く、その1.5 倍の
値よりも低い値に設定するようにしたが、起動電圧を発
振開始電圧よりも僅かに高い値に設定し、定常駆動電圧
を発振停止電圧よりも僅かに高い値に設定したり、起動
電圧を発振開始電圧よりも十分高い値に設定し、定常駆
動電圧を発振開始電圧よりも僅かに低い値に設定しても
良い。また、起動電圧を発振開始電圧よりも十分高い値
に設定し、定常駆動電圧を発振停止電圧よりも僅かに高
い値に設定する場合において、上述した実施例において
は発振信号のレベルを検出し、これが或る基準のレベル
以上となったときに駆動電圧を低下させるようにした
が、起動電圧印加後、発振信号のレベルを検知すること
なく所定の時間が経過した後に駆動電圧を低下させるよ
うな回路構成を採用することもできる。
【００２３】
【発明の効果】上述したように本発明による発振回路に
おいては、起動電圧以上の電圧を印加して水晶振動子を
発振させた後に駆動電圧を起動電圧よりも低い値に低下
させたり、発振開始電圧よりも僅かに高い値の電圧を印
加して水晶振動子を発振させるようにしたので、従来の
発振回路に比べて消費電力を小さくすることができ、例
えば携帯用機器に適用した場合には電池の消耗を少なく
することができる。また、定常駆動時の電圧を従来に比
べて著しく低くすることができるので、水晶振動子の過
駆動は起こらず、水晶振動子の温度の上昇時間は抑えら
れ短時間の間に発振周波数は安定することになる。ま
た、駆動電圧を低くすることによって水晶振動子内部の
水晶格子の運動や変位も小さくなり、長期安定性も改善
される利点もある。さらに、水晶振動子の周波数特性や
結晶インピーダンスに不連続な部分があっても、駆動電
圧が低いのでその変化が小さくなる効果もある。
おいては、起動電圧以上の電圧を印加して水晶振動子を
発振させた後に駆動電圧を起動電圧よりも低い値に低下
させたり、発振開始電圧よりも僅かに高い値の電圧を印
加して水晶振動子を発振させるようにしたので、従来の
発振回路に比べて消費電力を小さくすることができ、例
えば携帯用機器に適用した場合には電池の消耗を少なく
することができる。また、定常駆動時の電圧を従来に比
べて著しく低くすることができるので、水晶振動子の過
駆動は起こらず、水晶振動子の温度の上昇時間は抑えら
れ短時間の間に発振周波数は安定することになる。ま
た、駆動電圧を低くすることによって水晶振動子内部の
水晶格子の運動や変位も小さくなり、長期安定性も改善
される利点もある。さらに、水晶振動子の周波数特性や
結晶インピーダンスに不連続な部分があっても、駆動電
圧が低いのでその変化が小さくなる効果もある。
【図１】図１は、水晶振動子を有する発振回路の基本的
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
【図２】図２は、同じくその駆動電圧と駆動電流との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明による発振回路の一実施例の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図４】図４は、同じくその制御回路および第１定電圧
回路の詳細な構成を示す回路図である。
回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図５】図５Ａ〜Ｅは、同じくその動作を説明するため
の信号波形図である。
の信号波形図である。
【図６】図６は、本発明による発振回路の他の実施例に
おける駆動電圧範囲を示すグラフである。
おける駆動電圧範囲を示すグラフである。
【図７】図７は、同じくその構成を示す回路図である。
【図８】図８は、同じくその駆動電圧、駆動電流および
発振出力の温度特性を示すグラフである。
発振出力の温度特性を示すグラフである。
【図９】図９は、駆動電圧を1.1Vとしたときの周波数偏
移の温度特性を示すグラフである。
移の温度特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、駆動電圧を1.3Vとしたときの周波
数偏移の温度特性を示すグラフである。
数偏移の温度特性を示すグラフである。
【図１１】図１１は、駆動電圧を1.4Vとしたときの周波
数偏移の温度特性を示すグラフである。
数偏移の温度特性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、駆動電圧を1.6Vとしたときの周波
数偏移の温度特性を示すグラフである。
数偏移の温度特性を示すグラフである。
【図１３】図１３は、駆動電圧を2.0Vとしたときの周波
数偏移の温度特性を示すグラフである。
数偏移の温度特性を示すグラフである。
【図１４】図１４は、駆動電圧を3.0Vとしたときの周波
数偏移の温度特性を示すグラフである。
数偏移の温度特性を示すグラフである。
【図１５】図１５は、駆動電圧を5.0Vとしたときの周波
数偏移の温度特性を示すグラフである。
数偏移の温度特性を示すグラフである。
【図１６】図１６は、発振開始電圧、発振開始電流、発
振停止電圧および発振停止直前の駆動電流の温度特性を
示すグラフである。
振停止電圧および発振停止直前の駆動電流の温度特性を
示すグラフである。
【図１７】図１７は、本発明による発振回路のさらに他
の実施例における駆動特性を示すグラフである。
の実施例における駆動特性を示すグラフである。
１ 増幅器 ２ 水晶振動子 １１ 直流電源 １２ 電源スイッチ １３ 第１定電圧回路 １４ 第２定電圧回路 １９ 制御回路 ２３ ダイオード ２５ 増幅器 ２６ スイッチ ２７ 電源回路 ２８ ツェナーダイオード ３４ 出力回路
Claims (4)
- 【請求項１】 増幅器と、この増幅器の入出力間に接続
した帰還回路中に水晶振動子を接続した発振回路におい
て、発振回路に印加する定常駆動電圧を、水晶振動子が
発振を開始する電圧である発振開始電圧の近傍の電圧
と、駆動電圧を低減して行ったときに発振が停止する電
圧である発振停止電圧との間の値に設定したことを特徴
とする水晶振動子を有する発振回路。 - 【請求項２】 前記定常駆動電圧を、発振開始電圧の約
1.5 倍の電圧と、発振停止電圧との間の値に設定したこ
とを特徴とする請求項１記載の水晶振動子を有する発振
回路。 - 【請求項３】 前記定常駆動電圧を、発振開始電圧と、
発振停止電圧との間の値に設定し、起動時に発振開始電
圧よりも高い駆動電圧を印加し、起動後に発振開始電圧
よりも低い定常駆動電圧を発生するよう構成したことを
特徴とする請求項２記載の水晶振動子を有する発振回
路。 - 【請求項４】 前記定常駆動電圧を、発振停止電圧より
も僅かに高い値に設定したことを特徴とする請求項３記
載の水晶振動子を有する発振回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4017932A JP2608221B2 (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 水晶振動子を有する発振回路の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4017932A JP2608221B2 (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 水晶振動子を有する発振回路の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218740A true JPH05218740A (ja) | 1993-08-27 |
| JP2608221B2 JP2608221B2 (ja) | 1997-05-07 |
Family
ID=11957551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4017932A Expired - Fee Related JP2608221B2 (ja) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | 水晶振動子を有する発振回路の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2608221B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0724331A1 (en) * | 1995-01-30 | 1996-07-31 | Nec Corporation | Semiconductor integrated circuit having low power consumption oscillator |
| WO1998032218A1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-23 | Seiko Epson Corporation | Oscillation circuit, electronic circuit, semiconductor device, electronic equipment and clock |
| US6133801A (en) * | 1996-04-23 | 2000-10-17 | Nec Corporation | Crystal oscillation circuit |
| JP2009290380A (ja) * | 2008-05-27 | 2009-12-10 | Kyocera Kinseki Corp | 発振器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6028161A (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-13 | Japan Storage Battery Co Ltd | ペ−スト式鉛蓄電池 |
-
1992
- 1992-02-03 JP JP4017932A patent/JP2608221B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6028161A (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-13 | Japan Storage Battery Co Ltd | ペ−スト式鉛蓄電池 |
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|---|---|---|---|---|
| EP0724331A1 (en) * | 1995-01-30 | 1996-07-31 | Nec Corporation | Semiconductor integrated circuit having low power consumption oscillator |
| US5719534A (en) * | 1995-01-30 | 1998-02-17 | Nec Corporation | Semiconductor integrated circuit having low power consumption oscillator |
| US6133801A (en) * | 1996-04-23 | 2000-10-17 | Nec Corporation | Crystal oscillation circuit |
| WO1998032218A1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-23 | Seiko Epson Corporation | Oscillation circuit, electronic circuit, semiconductor device, electronic equipment and clock |
| US6097257A (en) * | 1997-01-22 | 2000-08-01 | Seiko Epson Corporation | Crystal oscillator circuit having transistor with back gate voltage control |
| JP2009290380A (ja) * | 2008-05-27 | 2009-12-10 | Kyocera Kinseki Corp | 発振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2608221B2 (ja) | 1997-05-07 |
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