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【発明の名称】 発振回路とこれを用いた電子機器
【発明者】 【氏名】小木曽　弘幸
【住所又は居所】長野県諏訪市大和３丁目３番５号　セイコーエプソン株式会社内
【要約】 【課題】この発明の目的は、制御電圧−発振周波数特性の、特に、高温域の温度変動を改善した電圧制御型のＳＡＷ共振子を用いた発振回路を得る。

【解決手段】少なくとも、増幅器と、所定の共振周波数を有するＳＡＷ共振子と、入力信号の位相を所定量ずらした出力信号として出力する移相回路と、インダクタンスとコンデンサから成る共振回路とを備え、増幅器と、ＳＡＷ共振子と、移相回路及び共振回路とにより正帰還発振ループを形成する発振回路において、共振回路と並列に接続した負の温度特性を有するＮＴＣサーミスタを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で共振するＳＡＷ共振子と外部からの制御電圧に基づいて前記所定の周波数を制御する可変容量素子との直列回路、並びに容量素子とインダクタンス素子から成る共振回路とをそれぞれトランジスタに接続してコルピッツ型の発振回路を構成し、
前記共振回路と並列に負の温度特性を有するＮＴＣサーミスタを接続することを特徴とする発振回路。
【請求項２】
前記共振回路は、
電源と前記トランジスタのコレクタとの間に接続することを特徴とする請求項１に記載の発振回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の発振回路を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振回路及びこれを用いた電子機器に関し、更に詳しくは、発振回路を構成する共振回路にＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを並列に接続し、高温域の温度特性を改善した発振回路及びこれを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話などの通信機器では、発振回路からのクロック信号に基づいて通信データの送受信が行われる。そして、通信ネットワークのブロードバンド化が進み、市場の要求も４００ＭＨｚを超える高周波帯に移り、この高周波帯において高速でデータの送受信が行われるようになっている。近年の通信機器を始めとする電子機器においては、通信速度の高速化の要請から高周波発振回路に対して、▲１▼高周波帯域で安定して発振すること（周波数安定度が高いこと）、▲２▼通信機器の実用温度範囲において安定して発振すること（温度補償されていること）、▲３▼発振回路から出力されるクロック信号のジッタを低減することが望まれている。
【０００３】
高周波で発振するデバイスとして、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）共振子が注目されている。ＳＡＷ共振子は、弾性体の表面付近にエネルギーが集中して伝播する性質を利用した共振子である。そして、圧電基板上に、すだれ状の励振電極を配置し、この励振電極で励振された表面波を反射させて定在波を発生させ、共振子として機能させるものである。ＳＡＷ共振子の共振周波数は数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚであり、高周波発振回路に用いられる。
【０００４】
近年、要請されている高周波用発振回路として、従来、図１０に示すようなＳＡＷ共振子Ｘを用いたコルピッツ型の電圧制御型ＳＡＷ発振回路（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ＳＡＷ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＶＣＳＯ）１Ｃが使用されている。この電圧制御型ＳＡＷ発振回路（ＶＣＳＯ）１Ｃは、トランジスタＴｒと、バリキャップダイオードＣｖとＳＡＷ共振子Ｘと伸長コイルＬｖとをそれぞれ直列に接続した直列回路と、３個のバイアス抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、トランジスタＴｒのベースと接地間に接続したコンデンサＣ１，Ｃ２とから構成される。
【０００５】
電圧制御型ＳＡＷ発振回路（ＶＣＳＯ）１Ｃにおいて、通常、バリキャップダイオードＣｖが有するリアクタンスを可変させて発振ループの位相を可変し、所望の発振周波数が得られる。即ち、バリキャップダイオードＣｖに外部から制御電圧Ｖｃを印加しこの制御電圧Ｖｃを可変することにより、リアクタンスを変化させて種々の所望する発振周波数が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の発振回路は、以上のように構成され、▲１▼バリキャップダイオードＣｖの温度特性、特に、低い制御電圧（容量値大）において変動が大きいこと、▲２▼能動素子の温度−位相特性、▲３▼コイル，キャパシタ等受動部品の温度特性の影響により、図１１及び図１２に示すように発振周波数Ｆが大きく変動してしまうという課題があった。
【０００７】
この課題について、さらに詳細に説明する。
【０００８】
図１１に示す発振周波数Ｆの温度特性において、特に、制御電圧Ｖｃが０．１Ｖという低電圧の場合の高温域で、発振周波数Ｆに大きな変動が顕著に現れている。又、図１２の制御電圧Ｖｃ−発振周波数Ｆの特性が示すように、特に、８５℃という高温下の特性曲線において、制御電圧Ｖｃが低電圧になるほど発振周波数Ｆに大きな変動が現れている。図１１及び図１２に示した高温域での発振周波数Ｆの変動が他の温度域より大きく変動するため、所定の温度範囲における制御電圧Ｖｃの制御が複雑になるという課題があった。
【０００９】
図１３は、電圧制御型ＳＡＷ発振回路（ＶＣＳＯ）１Ｃにおける、発振周波数の変化に対する周波数の可変感度を表わす図である。図１３に示すように、ＳＡＷ共振子Ｘの直列共振周波数Ｆｒ付近を境にして、発振周波数Ｆが高い領域、即ち、制御電圧Ｖｃが大きいときは周波数変化の感度は小さい。一方、発振周波数Ｆが低い領域、即ち制御電圧Ｖｃが小さいときは周波数変化の感度は増大するという特性を有する。
【００１０】
即ち、図１３に示す電圧制御型ＳＡＷ発振回路（ＶＣＳＯ）１Ｃの周波数可変範囲内において周波数可変感度が異なるために、図１２に示すように制御電圧Ｖｃ−発振周波数Ｆの特性が高温になるほど、低電圧の制御電圧Ｖｃで発振周波数Ｆが大きく変動しまうことになる。特に、図１０に示す伸長コイルＬｖを使用して制御電圧Ｖｃの可変範囲を拡大した場合に、例えば、制御電圧Ｖｃが最小となる場合及び最大となる場合のそれぞれの発振周波数間における周波数可変感度の差が大きくなり、上記した問題（課題）が顕著となる。
【００１１】
又、光ネットワーク通信機器において、電圧制御型ＳＡＷ発振回路（ＶＣＳＯ）１Ｃは、外部から入力されるクロック信号に対して周波数を同期させるＰＬＬ回路の一部を形成し基準クロック源として用いられる。従って、上記したように、電圧制御型ＳＡＷ発振回路（ＶＣＳＯ）１Ｃの制御電圧Ｖｃ−発振周波数Ｆの特性において、高温になるほど低電圧の制御電圧Ｖｃで発振周波数Ｆが大きく変動すると、上記ＰＬＬ回路を設計する上で、全温度範囲で適切なループ帯域に設計できないという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、制御電圧Ｖｃ−発振周波数Ｆの特性の周波数変動、特に高温域の低電圧の制御電圧Ｖｃにおける周波数変動を改善した発振回路を得ることにある。そして、電圧制御型でＳＡＷ共振子を使用した発振回路を用いたＰＬＬ回路において、全温度域で適切なループ帯域の設計が容易にできる発振回路を得ることにある。
【００１３】
又、本発明の目的は、高温域における低電圧の制御電圧Ｖｃによる周波数変動を改善した発振回路を用いた電子機器、例えば、光ネットワーク通信機器を得ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発振回路は、所定の周波数で共振するＳＡＷ共振子と外部からの制御電圧に基づいて前記所定の周波数を制御する可変容量素子との直列回路、並びに容量素子とインダクタンス素子から成る共振回路とをそれぞれトランジスタに接続してコルピッツ型の発振回路を構成し、前記共振回路と並列に負の温度特性を有するＮＴＣサーミスタを接続することを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、ＳＡＷ共振子と可変容量素子、例えばバリキャップダイオードとの直列回路並びに容量素子とインダクタンス素子から成る共振回路とをそれぞれトランジスタに接続してコルピッツ型発振回路を構成する。
そして、ＮＴＣサーミスタを並列に接続させた共振回路を用いることにより、広い温度範囲での発振回路の制御電圧−発振周波数特性、特に高温域におけるその特性が大幅に改善される。併せて、発振周波数の温度による変化を軽減できるので、周囲の環境温度が高温になったとしても、周波数の安定した発振回路が得られるという効果を有する。
【００１６】
請求項２に記載の発振回路は請求項１の構成において、前記共振回路は、電源と前記トランジスタのコレクタとの間に接続することを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、この発振回路を構成する部品点数の点から、この発振回路の出力端子として用いられるトランジスタのコレクタと電源との間に、共振回路を接続することが好ましい。
【００１８】
請求項３に記載の電子機器は、請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の発振回路を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る温度補償された発振回路を使用することにより、周囲温度に影響されない、特に、高温域において、電子機器、例えば、光ネットワークを介して高速で安定したデータの送受信を行う機能を備える光インターフェースモジュールを提供することができるという効果を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（１）　第１の実施形態
（１−１）　第１の実施形態の構成
Ａ．発振回路の構成
図１は、本発明の第１の実施形態による発振回路の構成を示す回路図である。
図１に示す発振回路１Ａと、図１０に示す従来のコルピッツ型の発振回路１Ｃとの差異は、電源ＶｃｃとトランジスタＴｒのコレクタとの間に共振回路２を接続して構成した点にある。尚、コルピッツ型発振回路である点は従来と同じである。そして、外部からの制御電圧Ｖｃにより制御されるバリキャップダイオード（可変容量素子）ＣｖとＳＡＷ共振子Ｘと伸長コイルＬｖとを直列に接続した回路がトランジスタＴｒのベースと接続される。又、トランジスタＴｒのベースとエミッタ間に第１のコンデンサ（容量素子）Ｃ１が、エミッタと接地間に第２のコンデンサ（容量素子）Ｃ２が接続される。さらに、バイアス抵抗として、電源ＶｃｃとトランジシタＴｒのベース間に抵抗Ｒ１、ベースと接地間に抵抗Ｒ２、そして、エミッタと接地間に抵抗Ｒ３が接続される。
【００２２】
Ｂ．共振回路の構成
上記した共振回路２の例として、この第１の実施形態ではタンク回路を実施例として示す。タンク回路２は、図１に示すように、コンデンサ（容量素子）Ｃ０とインダクタンス（インダクタンス素子）Ｌ０との並列共振回路から成り、さらに、ＮＴＣサーミスタＲＴを並列に接続した構成を採る。
【００２３】
尚、この第１の実施形態に用いられる図１に示した発振回路１Ａは、数１００ＭＨｚ以上の高周波領域、例えば、６２２．０８ＭＨｚという周波数において使用される。
【００２４】
（１−２）　第１の実施形態の原理
次に、図２乃至図７に基づいて、本発明による第１の実施形態の原理について説明する。
【００２５】
ＮＴＣサーミスタＲＴは負の温度特性を有し、一般的に、図２に示すように、温度が高くなると抵抗値Ｒが小さくなるという特性を示すことが知られている。周囲の環境温度が上昇すると、図２に示すようにＮＴＣサーミスタＲＴの抵抗値Ｒは指数関数的に減少する。
【００２６】
図３は、タンク回路２のＮＴＣサーミスタＲＴの抵抗値Ｒを変化させた場合の周波数−位相特性を示す図である。図３の矢印で示すように、周波数−位相特性は、ＮＴＣサーミスタＲＴの抵抗値Ｒが小さいほど、タンク回路２の共振周波数ＦＡ（例えば、前述の６２２．０８ＭＨｚ）を中心に左回りに回転させたような特性が得られる。即ち、抵抗値Ｒが小さいほど、周波数−位相特性は平坦な特性が得られ、周波数変化に対して位相量の変化が小さくなる。
【００２７】
又、図４は、このタンク回路２の共振周波数ＦＡより高い任意の周波数Ｆ１（図３参照）、例えば、６２５ＭＨｚという周波数における温度−位相変化量特性を示す図である。図４の縦軸は、共振周波数ＦＡにおける位相を０として周波数Ｆ１の位相との差を、温度を変えたときの位相変化量として表わしたものである。図４に示す破線は、タンク回路２にサーミスタＲＴが接続されていない場合、又、実線はサーミスタＲＴを接続した場合の特性を示している。
【００２８】
図４の破線が示すように、ＮＴＣサーミスタＲＴが接続されていない場合は、低温域においては位相変化量が小さいのに対し、高温域においては位相変化量が大きくなる。一方、図４の実線が示すように、ＮＴＣサーミスタＲＴを接続した場合は、高温において抵抗値Ｒが小さくなると位相変化量が小さくなり、低温、高温に関係なく位相変化量はほぼ一定となる、という特性を有する。言い換えると、高温域においてＮＴＣサーミスタＲＴの抵抗値Ｒが小さくなることで、位相の変化量が大きくなることを防止することになる。
【００２９】
図５は、発振回路１Ａの正帰還発振ループにおける発振周波数Ｆ−周波数可変感度を示す図である。ここで、周波数可変感度とは、単位制御電圧Ｖｃ当たりの発振周波数の周波数偏差で表わしたものである。図５において、破線はＮＴＣサーミスタＲＴの抵抗値Ｒが大きい場合を、そして、実線は抵抗値Ｒが小さいときの周波数可変感度特性を示す。即ち、環境温度が高くなってＮＴＣサーミスタＲＴの抵抗値Ｒが小さくなるほど、発振周波数の高い領域においても、その周波数可変感度は向上し、低い領域とほぼ同じ感度を持たせることが出来る事を示している。
【００３０】
従って、図６の制御電圧Ｖｃ−発振周波数Ｆの特性が示すように、高温になったとしても、ＮＴＣサーミスタＲＴの抵抗Ｒが小さくなって、周波数可変感度を維持することができる。これにより、制御電圧Ｖｃに対する発振周波数Ｆの変化を他の温度域の場合とほぼ同じ特性にすることができる。
【００３１】
同様に、図７の発振回路１Ａにおける発振周波数Ｆの温度特性が示すように、広い温度範囲で発振周波数Ｆの温度による変化をほぼ同じ傾向の特性とすることができる。特に、図１１に示した従来の温度特性と比較すると、低い制御電圧Ｖｃ（＝０．１Ｖ）の高温域における温度特性が大幅に改善されていることが判る。
【００３２】
（１−３）　第１の実施形態から得られる効果
以上、説明したように、この第１の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る発振回路１Ａによれば、ＮＴＣサーミスタＲＴを並列に接続させたタンク回路２を用いたことにより、広い温度範囲での電圧制御型ＳＡＷ発振回路の制御電圧Ｖｃ−発振周波数Ｆの特性、特に高温域におけるその特性が大幅に改善される。そして、併せて、発振周波数Ｆの温度による変化を軽減できるので、周囲の環境温度が高温になったとしても、周波数の安定した発振回路１Ａが得られるという効果を有する。
【００３４】
尚、この発振回路１Ａの正帰還発振ループの位相調整は、タンク回路２を構成するコンデンサＣ０のキャパシタの電極をレーザートリミング等によって容量値を調整することによって行うことも可能である。
【００３５】
（２）　第２の実施形態
上述した本発明に係る実施形態の発振回路１Ａを通信機器に適用させてもよい。
【００３６】
図８は、通信機器の一例として、本発明に係る発振器を用いた光インターフェースモジュール８０の概要構成図である。
【００３７】
光インターフェースモジュール８０は、光ネットワークを介してデータの送受信を行うために、光信号と電気信号の相互において信号変換を行う。例えば、１０．３１２５Ｇｂｉｔの光信号と、３．１２５Ｇｂｉｔの電気信号（４系統）との信号変換を行う。電気／光変換部８６は、Ｐ／Ｓ（パラレル／シリアル）変換部８４から出力された電気信号を光信号に変換し、光ネットワーク側に出力する。光／電気変換部８７は、光ネットワーク側から入力された光信号を電気信号に変換しＳ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換部８５に出力する。
【００３８】
発振回路８８、８９は、図１に示す本発明に係る温度補償された発振回路１Ａであり、周囲温度によらず一定周波数のクロック信号を出力する。そして、このクロック信号は、ビット符号変換部８３を介して接続された３．２１５ＧｂｉｔのＳ／Ｐ変換部８１およびＰ／Ｓ変換回路８２、１０．３１２５ＧｂｉｔのＰ／Ｓ変換部８４およびＳ／Ｐ変換部８５の各部で、データの多重化／分離化を行うための基準信号として用いられる。
【００３９】
以上の構成のように、本発明に係る温度補償された発振回路を使用したことにより、周囲温度に影響されず、特に、高温域において、光ネットワークを介して高速で安定したデータの送受信を行う機能を備えた光インターフェースモジュールを提供することができる。
【００４０】
（３）変形例
本願発明は、上述した実施形態に限らず種々の態様で実施することができる。例えば、以下のような変形実施が可能である。
【００４１】
（第１変形例）
第１の実施形態において、タンク回路２は、図１に示すように電源ＶｃｃとトランジスタＴｒのコレクタ間に接続した実施例を示したが、図９に示すように、トランジスタＴｒのエミッタと抵抗Ｒ３の間に接続しても良い。
【００４２】
（第２変形例）
上述した各実施形態では、圧電振動子としてＳＡＷ共振子を用いた発振回路に本発明を適用する場合について述べたが、圧電振動子としてＡＴカット型水晶振動子を用いた発振回路にも適用することができる。
【００４３】
（第３変形例）
又、振動子やＳＡＷ共振子等の圧電共振子を構成する圧電材料については、水晶の他、ランガサイトや四ほう酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｔｅｔｒａｂｏｒａｔｅ）等の他の圧電材料を使用してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
上述したように、本発明による発振回路は、ＮＴＣサーミスタを並列に接続させたタンク回路を用いたことにより、広い温度範囲での電圧制御型ＳＡＷ発振回路の制御電圧−発振周波数特性、特に高温域におけるその特性が大幅に改善される。併せて、発振周波数の温度による変化を軽減できるので、周囲の環境温度が高温になったとしても、周波数の安定した発振回路が得られるという効果がある。
【００４５】
又、本発明に係る温度補償された発振回路を使用することにより、周囲温度に影響されず、特に、高温域において、例えば、光ネットワークを介して高速で安定したデータの送受信を行う機能を備えた光インターフェースモジュールを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態に係る発振回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明に用いられるＮＴＣサーミスタが有する抵抗値の温度特性を表わす図である。
【図３】ＮＴＣサーミスタを並列に接続したときのタンク回路の周波数−位相特性を示す図である。
【図４】ＮＴＣサーミスタを並列に接続する場合とそうでない場合のタンク回路における位相変化量の温度特性を示す図である。
【図５】本発明による第１の実施形態に係る電圧制御型ＳＡＷ発振回路の正帰還発振ループにおける発振周波数−周波数可変感度特性を示す図である。
【図６】本発明による第１の実施形態に係る電圧制御型ＳＡＷ発振回路における発振周波数の制御電圧特性を示す図である。
【図７】本発明による第１の実施形態に係る電圧制御型ＳＡＷ発振回路において、制御電圧を可変したときの発振周波数の温度特性を示す図である。
【図８】本発明による発振回路を用いた、１０．３１２５ギガビットの光ネットワーク用光インタフェースモジュールの概略構成を示す図である。
【図９】本発明による第１の実施形態に係る発振回路の第１の変形例を示す回路図である。
【図１０】従来におけるＳＡＷ共振子を使用したコルピッツ型発振回路の回路図である。
【図１１】従来の電圧制御型ＳＡＷ発振回路において、制御電圧を可変して得られる発振周波数の温度特性を示す図である。
【図１２】従来の電圧制御型ＳＡＷ発振回路における発振周波数の制御電圧特性を示す図である。
【図１３】従来の電圧制御型ＳＡＷ発振回路の正帰還発振ループにおける発振周波数−周波数可変感度特性を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ・・・発振回路
２・・・共振回路（タンク回路）
ＲＴ・・・ＮＴＣサーミスタ
Ｃ０・・・コンデンサ
Ｌ０・・・インダクタンス
Ｔｒ・・・トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４・・・バイアス抵抗
Ｒｖ・・・抵抗
Ｃｖ・・・バリキャップダイオード
Ｘ・・・ＳＡＷ共振子
Ｃ１，Ｃ２・・・コンデンサ
Ｌｖ・・・伸長コイル
８０・・・光インタフェースモジュール
８１・・・Ｓ／Ｐ変換部
８２・・・Ｐ／Ｓ変換部
８３・・・ビット符号変換部
８４・・・Ｐ／Ｓ変換部
８５・・・Ｓ／Ｐ変換部
８６・・・電気／光変換部
８７・・・光／電気変換部
８８，８９・・・発振回路
【出願人】 【識別番号】０００００２３６９
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿２丁目４番１号
【出願日】 平成１４年６月１８日（２００２．６．１８）
【代理人】 【識別番号】１０００９５７２８
【弁理士】
【氏名又は名称】上柳　雅誉

【識別番号】１００１０７０７６
【弁理士】
【氏名又は名称】藤綱　英吉

【識別番号】１００１０７２６１
【弁理士】
【氏名又は名称】須澤　修
【公開番号】 特開２００４−２３５６８（Ｐ２００４−２３５６８Ａ）
【公開日】 平成１６年１月２２日（２００４．１．２２）
【出願番号】 特願２００２−１７７６７５（Ｐ２００２−１７７６７５）