JPS6034846B2 - 水晶発振回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水晶発振回路に関する。

本発明の目的は水晶発振回路の消費電力を低減すると共
に新たなる周波数調整手段を提供することにある。

従来の水晶発振回路は、例えば水晶腕時計に使われてい
る３２．７稗舷ＨＺの共振周波数の水晶振動子を用いた
水晶発振回路は、第１図に示す如くの回路であって、１
は水晶、２は水晶駆動用の増幅器としてのＣＭＯＳイン
バータ、３，４はそれぞれ入出力容量である。

又５は発振位相調整用の抵抗、６はィンバータの直流バ
イアス設定用の帰還抵抗である。通常抵抗６は１０ＭＱ
〜３ｍＭＱ程度、出力抵抗５は２００ＫＱ〜５００ＫＱ
、出力容量４は１肥〜５岬Ｆ、入力容量３は蛇〜３０Ｐ
程度の値が用いられる。普通この程度の各回路要素の値
においてこの水晶発振回路での消費電流は、電源電圧１
．６０Ｖにおいて１．０仏Ａ〜３．０仏Ａの範囲である
。従って更にこの値より低電力化する為には、振動子の
励振能率の向上と、ＣＭＯＳィンバータ２から供輪蒼す
る電力を下げるしかない。しかし振動子の性能には限界
があり、又各定数の組合せにて低電力化を試みると発振
の不安定性（高調波発振動等）の問題によりこれ以上の
低下はむずかしい。又、従来の発振回路における発振周
波数の調整はコンデンサ３又は４をトリマーコンデンサ
とし、この値を変えることによって行なわれていた。か
かる構成はトリマーコンデンサーの回転角を機械的に調
整するもので電子的調整は困難なものであった。本発明
は発振電力の低減及び発振周波数調整の新たな手段を提
供するものである。第２図は、本発明の１例を表わすブ
ロック図である。

８は水晶振動子、水晶振動子を励振する増幅器及び断続
励振コントロール信号２川こよって水晶振動子を非励振
状態とする断続励振コントロール手段よりなる水晶発振
部、９，１１は分周器であり、分周器９は水晶発振部の
断続周期Ｔ８を信号１９により決定する。

分周器１１は電源打入時の初期状態を判定し、一定期間
Ｔｏ断続励振を禁止する信号１８を発生する。１０は信
号１８，１７により分周器９の出力１５を開閉するゲー
ト、１２は電源（電池）の投入を検出する初期検出回路
、１３は信号１８により１９の伝達を制御するゲートで
ある。

以上の構成において、初期検出回路１２、分周器１１、
ゲート１０，１３は電源投入初期において断続励振コン
トロール信号を禁止する禁止手段となっている。

まず、初期検出回路１２によって電源が投入されたのを
検出した信号１７は分周期１１をリセットすると同時に
ゲート１０を分周器９の出力が分周器１１のクロツクパ
ルスとなるべく開く。

分周器１１の出力１８は分岡器９の出力１９の信号が通
過しないようゲート１３を閉じさせる。従って初期は断
続励振コントロール信号２０は発振部８において水晶振
動子を常時励振すべきように入る。暫くすると発振部８
は発振が十分に成長し、分欄器９にクロックパルスを供
聯合いまじめる。又同様に分周器１１はある時間Ｔ。に
てオーバフローし、信号１８によりゲート１０を閉じさ
せ、クロックの入力を停止させる。と同時にゲート１３
を開き、ある一定周期Ｔｓの信号１９を通過し、断続励
振コントロール信号２０として水晶発振部８に入力させ
、振動子の励振を断続的に行なわせる。第３図はこれら
の関係のタイミングの１例を示す。１４は水晶発振部８
の出力であって、電源が投入されてから時間ＴＩ後に分
周回路を駆動し初める。

１４は信号の包絡線のみ示してある。

信号２川ま断続励振コントロール信号でありローレベル
では水晶発振部８を作動状態とし、／・ィレベルでは励
振を停止させる。この例においてはＴｓはデューティが
５０％であるので、発振回路の消費電力は従来の約半分
となる。普通水晶のＱ値は１び以上あるので、減衰時間
は長くかかるので励動している時間比を５０％程度にし
ておけば十分である。第４，５図は断続励振コントロー
ル手段を有する水晶発振部８の例を示すものである。

第４図は信号２０によって断続励振コントロール手段と
なるトランジスタ２ １，２４をＯＮ，ＯＦＦさせるも
のである。又、第５図は信号２０により断続励振コント
ロール手段となるトランスミッション・ゲート２８，２
９をＯＮ，ＯＦＦさせる。この場合トランスミッション
・ゲートを抵抗として用い、抵抗５を省略することが可
能である。尚、第４図や第５図において、トランジスタ
２２，２３及び２５，２６はそれぞれ発振用のＣＭＯＳ
ィンバータを構成している。

第６図は第２図の１０，１２，１３を具体的回路例で示
したものである。

ゲート１０はナンドゲート３６，３７よりなるＲ一Ｓフ
リツブフロツプとオアゲート３８よりなる。ここで３６
，３７よりなるＲ−Ｓフリップフロップは１２からの信
号により状態を変え、オアゲート３８を開き信号１５を
通過させる。又、分周器１１がフルカウントすると信号
１８によりＲ−Ｓフリツプフロツプは状態を反転させオ
アゲート１８を閉じる。１２の初期検出回路はコンデン
サ３３と抵抗３４の時定数を用いコンデンサ３３の電圧
をＣＭＯＳィンバ−夕３５で検出する例であり、デジタ
ル時計、電子式卓上計算器で用いられるようなオート・
リセット又はオート・クリアの回路と兼用が可能である
。

ゲート１３はアンドゲート３９とインバータ４０よりな
り、信号１８が発生するまで信号１９の通過を阻止する
。本発明における断続励振コントロール信号２０のデュ
ーティサィクルを自由に選ぶことにより、更に発振周波
数のコントロールが可能である。

それは励振を○ＦＦした時、水晶は自由振動周波数花と
なり、励振した時の周波数ｆｏとずれを生じ、一定時間
内の平均周期はこのデューティ比に依存することになる
からである。励振時を基準にしたデューティ比をｄとす
れば平均周波数ｆｍは、ｆｍ＝ｄ・ｆｅ十（１−ｄ）．
ｂと表わされる。

従って、このデューティ比の選択により、論理周波数の
制御が可能になる。本発明において具体的にはＴ。

には８秒〜３２秒程度の時間、励振断続周期Ｔｓとして
はｌｍＳｅＣ〜１２５ｈｓｅｃが用いられれば目的はほ
ぼ達成される。本発明は特に腕時計に用いれば従の水晶
発振回路における消費電力を半分に低減するという意味
で意義がある。又、回路的には複雑であっても周波数調
整を断続励振コントロール信号２０のデューティ比の選
択のみで行なうこができ、完全に電子化された周波数調
整が可能となる。又、本発明の回路は時計のような場合
、他の機能と同様、１チップにＩＣとして集積化するこ
とが可能であるので更に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の水晶発振回路例、 １・・・・・・水晶、２・・・・・・ＣＭＣＳィンバー
タ、５…・・・発振位相調整用の抵抗、６・・・・・・
帰還抵抗第２図は本発明における発振回路例のブロック
図。 ８・…・・水晶発振部、９，１１…・・・分周器、１２
・・・・・・初期検出回路、１０，１３・・・・・・制
御ゲート第３図は第２図における動作のタイミング例を
示す図。 Ｔ，・・・・・・電源を投入してから分周回路が動作す
るまでの時間、Ｔ。 ……カウンタ１１のオーバー・フローする時間、Ｔｓ・
・・・・・信号１９の周期、第４図、第５図は、断続励
振する水晶発振部の例を示す図。第６図は第２図におけ
る１０，１２，１３の具体例を示す図。多′図 ※２図 豹３図 多４図 あと図 劣る′幻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水晶振動子、前記水晶振動子を励振する増幅器及び
   断続励振コントロール信号により前記水晶振動子を非励
   振状態とする断続励振コントロール手段よりなる水晶発
   振部、前記水晶発振部の周波数を計数し、前記断続励振
   コントロール信号を発生する第１の分周器、及び電源投
   入後所定時間前記第１の分周器からの前記断続励振コン
   トロール信号を禁止する禁止手段よりなり、前記禁止手
   段は電源投入を出する初期検出回路、前記第１の分周器
   からの信号を計数する第２の分周器、前記初期検出回路
   の検出出力により前記第１の分周器からの信号を前記第
   ２の分周器供給可能とする第１のゲート手段及び前記第
   ２の分周器が所定数の前記第１の分周器からの信号を計
   数するまでの間、前記断続励振コントロール信号の通過
   を阻止する第２のゲート手段よりなり、前記断続励振コ
   ントロール信号のデユーテイー比ｄは必要とする前記発
   振部の周波数ｆｍに対し、ｆｍ＝ｄ・ｆｅ＋（１−ｄ）
   ・ｆｏ ｆｅ：非励振時の周波数 ｆｏ：励振時の周波数 によつて決定され、デユーテイ比ｄにより周波数ｆｍを
   制御することを特徴とする水晶発振回路。