| 【発明の名称】 |
電圧制御型水晶発振器 |
| 【発明者】 |
【氏名】石川 匡亨
【住所又は居所】神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目１番１号 東洋通信機株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】トランジスタのＯＮ抵抗を利用した発振回路において、周波数可変幅を大きく拡大した電圧制御型水晶発振器を提供することを目的とする。
【解決手段】電圧制御型水晶発振器５は、例えば、コルピッツ型発振回路等のような発振回路２と、これと接続する水晶振動子３と、外部から印加する外部制御電圧で容量を可変する容量可変回路６とにより構成し、容量可変回路６は、水晶振動子３と接地間にコンデンサＣ１とＣ２を直列接続し、コンデンサＣ２にはトランジスタＴＲ１及びＴＲ２のドレインをコンデンサＣ３側に、ソース側を接地側に接続する方向でトランジスタＴＲ１及びＴＲ２を接続する。更に、トランジスタＴＲ１及びＴＲ２のゲートには抵抗Ｒ１を介して外部から印加する外部制御電圧を入力する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、
前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、
ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続し、前記複数のトランジスタのゲートを第一の抵抗を介して外部制御電圧を印加するための端子と接続したことを特徴とする電圧制御型水晶発振器。
【請求項２】
水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、
前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、
ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続しており、
外部制御電圧を印加するための端子と接地との間に、二つの抵抗を直列に接続した分圧回路を一つ設け、該分圧回路の中点を前記複数のトランジスタの内の少なくとも一つのゲートに接続し、他のトランジスタのゲートを外部制御電圧を印加するために端子と接続したことを特徴とする電圧制御型水晶発振器。
【請求項３】
水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、
前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、
ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続しており、
外部電圧を印加するための端子と接地との間に二つの抵抗を直列に接続した分圧回路を複数設け、該分圧回路の中点を前記複数のトランジスタの何れかのゲートに接続したことを特徴とする電圧制御型水晶発振器。
【請求項４】
水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、
前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、
ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続し、前記複数のトランジスタのゲートを第一の抵抗を介して外部制御電圧を印加するための端子と接続しており、
前記複数のトランジスタのゲートと接地との間に、カソード側を前記ゲートに接続したダイオードと、該ダイオードのアノードに所定の基準電位を印加するための電圧源とを直列接続した回路を挿入したことを特徴とする電圧制御型水晶発振器。
【請求項５】
前記ダイオードに印加する基準電圧を変化させることにより、前記容量可変回路の最小等価容量を調整可能としたことを特徴とする請求項４に記載の電圧制御型水晶発振器。
【請求項６】
前記複数のトランジスタは、夫々のトランジスタが動作状態となるしきい値が異なることを特徴とする請求項１乃至５に記載の電圧制御型水晶発振器。
【請求項７】
前記トランジスタがＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１乃至５に記載の電圧制御型水晶発振器。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は電圧制御型水晶発振器に関し、特に容量可変回路を改良することにより、周波数可変幅を拡大すると共にその直線性にも優れ、更にはＩＣ化を容易とした電圧制御型水晶発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外部より電圧を印加して水晶発振器の発振周波数を可変する電圧制御型水晶発振器は、通信機器や電子機器等において周波数変調回路や位相同期回路等に用いられ安定した周波数源として機能している。
水晶発振器の発振周波数を変化させるためには、水晶振動子からみた発振回路側の等価容量を変化させることが必要である。そこで、従来、等価容量を変化させる方法として二つの方法が用いられており、第一の方法は、発振回路を構成する容量素子として可変容量素子（バラクター）を用い、その容量値を外部から印加する電圧により制御することで発振回路側の等価容量を変化させて水晶発振器の発振周波数を可変するものである。又、第二の方法は、前記可変容量素子を用いずに、例えば、サーミスタ等を用いて水晶振動子からみた発振回路側の抵抗分を変化させて、等価的に容量分を変化させるというものである。
【０００３】
近年、水晶発振器は一段と小型化が要求され、発振回路をＩＣ化することが求められているが、前記二つの発振周波数の可変方法で、ＩＣ化し易い第一の方法が用いられることが多い。前記第二の方法は、ディスクリート部品であるサーミスタを使用しているため、発振回路をそのままＩＣ化することが出来ない。そこで従来、サーミスタ機能の代替としてＩＣ化が可能なトランジスタを用い、トランジスタのＯＮ抵抗を利用した第二の方法と同等な機能を有する方法によりＩＣ化することがなされている。
【０００４】
図１２は、従来の電圧制御型水晶発振器の回路構成例である。図１２は、発振回路側の等価容量分を変化させる手段として、コンデンサに並列にトランジスタを挿入し、このトランジスタのＯＮ抵抗を外部から印加する外部制御電圧により制御して、ＯＮ抵抗の変化を等価的に容量変化として得ることで水晶発振器の発振周波数を可変するものである。従来の電圧制御型水晶発振器１は、例えば、コルピッツ型発振回路等の発振回路２と、これと接続する水晶振動子３と、外部から印加する外部制御電圧で容量を可変する容量可変回路４とにより構成し、容量可変回路４は、水晶振動子３と接地間にコンデンサＣ１とＣ２を直列接続し、コンデンサＣ２の両端にトランジスタＴＲ１を、ドレインをコンデンサＣ１側に、ソース側を接地側に接続する方向で接続する。更に、トランジスタＴＲ１のゲートには抵抗Ｒ１を介して外部から印加する外部制御電圧を入力する。トランジスタＴＲ１としては、通常、低いゲート電圧から動作（変化）するノンドープ型ＮｃｈＭＯＳトランジスタが使用され、そのしきい値電圧は、０Ｖ付近にあり、ゲートへの印加電圧は、０〜Ｖｃｃ以内である。
【０００５】
図１３に、従来の電圧制御水晶発振器において、周波数可変特性に関するグラフを示す。図１３（ａ）は、容量可変回路４の等価容量変化特性例を示し、横軸にはトランジスタＴＲ１のゲートに外部から印加する外部制御電圧値ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸にはその時の図１２に示したＡ点と接地間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示す。この例では、コンデンサＣ２＝５ｐＦとした場合を示し、ゲートに印加する外部制御電圧が０Ｖ付近では、トランジスタＴＲ１がＯＦＦとなるので等価容量は、コンデンサＣ２の値である５ｐＦとなっている。
【０００６】
図１３（ｂ）は、発振回路の周波数変化特性例を示し、横軸にはトランジスタＴＲ１のゲートに外部から印加する外部制御電圧値ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸にはその時の周波数の変化量Ｄ（ｐｐｍ）を示し、外部制御電圧である印加電圧が０．２Ｖの周波数を基準として、外部制御電圧を可変した際の周波数変化量を示している。例えば、外部制御電圧が１．４Ｖであると３０ｐｐｍの周波数変化が得られることを示している。
【特許文献１】特開２００１−１６０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電圧制御型水晶発振器は、使用される用途により大きな周波数可変幅を要求される場合があるが、トランジスタのＯＮ抵抗を利用した発振回路では要求されるような大きな周波数可変幅を得ることは困難であった。例えば、従来例に使用されているＭＯＳトランジスタのサイズＬ／Ｗ（素子の大きさと長さ）を変えることで多少は容量可変回路の等価容量の可変幅を大きくすることは出来るが、半導体プロセスの制約で限界が生じていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、トランジスタのＯＮ抵抗を利用した発振回路において、周波数可変幅を大きく拡大した電圧制御型水晶発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係わる電圧制御型水晶発振器は、以下の構成をとる。
請求項１に記載の電圧制御型水晶発振器は、水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続し、前記複数のトランジスタのゲートを第一の抵抗を介して外部制御電圧を印加するための端子と接続するよう構成する。
【０００９】
請求項２に記載の電圧制御型水晶発振器は、水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続しており、外部制御電圧を印加するための端子と接地との間に、二つの抵抗を直列に接続した分圧回路を一つ設け、該分圧回路の中点を前記複数のトランジスタの内の少なくとも一つのゲートに接続し、他のトランジスタのゲートを外部制御電圧を印加するために端子と接するよう構成する。
【００１０】
請求項３に記載の電圧制御型水晶発振器は、水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続しており、外部電圧を印加するための端子と接地との間に二つの抵抗を直列に接続した分圧回路を複数設け、該分圧回路の中点を前記複数のトランジスタの何れかのゲートに接続するよう構成する。
【００１１】
請求項４に記載の電圧制御型水晶発振器は、水晶振動子と、該水晶振動子の一方の端子に接続した発振回路と、水晶振動子の他方の端子に接続した容量可変回路とにより構成する電圧制御型水晶発振器であって、前記容量可変回路は、第一のコンデンサと第二のコンデンサを直列に接続して第一のコンデンサ側の一端を前記水晶振動子と接続すると共に、前記第二のコンデンサ側の一端を接地しており、ドレイン同志及びソース同志を、夫々接続した複数のトランジスタからなる並列回路を、ドレイン側が前記第一のコンデンサと第二のコンデンサの接続点に接続する方向で第二のコンデンサの両端に並列に接続し、前記複数のトランジスタのゲートを第一の抵抗を介して外部制御電圧を印加するための端子と接続しており、前記複数のトランジスタのゲートと接地との間に、カソード側を前記ゲートに接続したダイオードと、該ダイオードのアノードに所定の基準電位を印加するための電圧源とを直列接続した回路を挿入するよう構成する。
【００１２】
請求項５に記載の電圧制御型水晶発振器は、前記ダイオードに印加する基準電圧を変化させることにより、前記容量可変回路の最小等価容量を調整可能とするよう構成する。
【００１３】
請求項６に記載の電圧制御型水晶発振器は、前記複数のトランジスタが、夫々のトランジスタが動作状態となるしきい値が異なるよう構成する。
【００１４】
請求項７に記載の電圧制御型水晶発振器は、前記トランジスタがＭＯＳトランジスタであるよう構成する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１、６及び７に記載の発明は、電圧制御型水晶発振器の周波数可変幅を容易に増加することが可能となり、電圧制御型水晶発振器を使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。
【００１６】
請求項２、３、６及び７に記載の発明は、電圧制御型水晶発振器の周波数可変幅を増加させると共に、外部制御電圧の変化に対する周波数可変幅のリニアリティを改善出来、電圧制御型水晶発振器を使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。
【００１７】
請求項４、５、６及び７に記載の発明は、容量可変回路において、最大等価容量を維持しながら最小等価容量を任意に設定できると共に、所定の基準電圧を調整することにより等価容量の容量範囲を可変することが出来、電圧制御型水晶発振器を使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電圧制御型水晶発振器の第一の実施例を示す回路構成である。図１は、コンデンサに並列にトランジスタを挿入し、このトランジスタのＯＮ抵抗を外部から印加する外部制御電圧により制御する際に、しきい値電圧の異なるトランジスタ追加して二段構成で制御するようにしたもので、二つのトランジスタのＯＮ抵抗の変化を等価的に容量変化として得ることで水晶発振器の発振周波数を可変するものである。
【００１９】
電圧制御型水晶発振器５は、例えば、コルピッツ型発振回路等のような発振回路２と、これと接続する水晶振動子３と、外部から印加する外部制御電圧で容量を可変する容量可変回路６とにより構成し、容量可変回路６は、水晶振動子３と接地間にコンデンサＣ１とＣ２を直列接続し、コンデンサＣ２には、トランジスタＴＲ１及びＴＲ２のドレインをコンデンサＣ３側に、ソース側を接地側に接続する方向でトランジスタＴＲ１及びＴＲ２を接続する。更に、トランジスタＴＲ１及びＴＲ２のゲートには抵抗Ｒ１を介して外部から印加する外部制御電圧を入力する。
本実施例において追加して使用したトランジスタＴＲ２は、トランジスタＴＲ１として使用しているノンドープ型ＮｃｈＭＯＳトランジスタと比べてしきい値電圧が高く、０．７Ｖ近辺にあるＮｃｈＭＯＳトランジスタである。
【００２０】
図２は、図１に示す実施例において、周波数可変特性に関するグラフである。図２（ａ）は、容量可変回路６のトランジスタＴＲ２の動作による等価容量変化特性例を示す。図２（ａ）は、トランジスタＴＲ１の動作を停止して、トランジスタＴＲ２のゲートのみに外部制御電圧を印加した際の図１に示したＡ点と接地間の等価容量を示す。横軸にはトランジスタＴＲ２のゲートに外部から印加する外部制御電圧値ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸にはその時の図１に示したＡ点と接地間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示す。この例では、コンデンサＣ２＝５ｐＦとした場合を示し、ゲートに印加する外部制御電圧が０〜０．７Ｖ付近では、トランジスタＴＲ２がＯＦＦとなるので等価容量は、コンデンサＣ２の値である５ｐＦとなっている。
【００２１】
一方、図２（ｂ）は、容量可変回路６のトランジスタＴＲ１の動作による等価容量変化特性例を示す。図２（ｂ）は、トランジスタＴＲ２の動作を停止して、トランジスタＴＲ１のゲートのみに外部制御電圧を印加した際の図１に示したＡ点と接地間の等価容量を示す。横軸にはトランジスタＴＲ１のゲートに外部から印加する外部制御電圧値ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸にはその時の図１に示したＡ点と接地間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示す。この例では、コンデンサＣ２＝５ｐＦとした場合を示し、ゲートに印加する外部制御電圧が０Ｖ近辺では、トランジスタＴＲ１がＯＦＦとなるので等価容量は、コンデンサＣ２の値である５ｐＦとなっている。
そこで、容量可変回路６における等価容量の変化は、前記図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した等価容量の変化特性を合成したものとなる。
【００２２】
図２（ｃ）は、容量可変回路６の全体の等価容量変化特性例を示す。図２（ｃ）は、トランジスタＴＲ１及びＴＲ２のゲートに外部制御電圧を印加した際の図１に示したＡ点と接地間の等価容量を示す。横軸にはトランジスタＴＲ１及びＴＲ２のゲートに外部から印加する外部制御電圧値ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸にはその時の図１に示したＡ点と接地間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示す。図２（ｃ）に示す如く、外部制御電圧が低い時はトランジスタＴＲ１の動作により等価容量が変化し、外部制御電圧が０．７Ｖ近辺を越えるとトランジスタＴＲ２の動作が加わり、等価容量の変化を増大する。即ち、ノンドープ型ＮｃｈＭＯＳトランジスタが使用されるトランジスタＴＲ１の動作による等価容量変化特性では、外部制御電圧が上昇するに連れて等価容量変化が鈍く成るが、そこへＮｃｈＭＯＳトランジスタが使用されるトランジスタＴＲ２の動作による等価容量変化特性が加わり、トランジスタＴＲ１とＴＲ２の動作による合成等価容量が、高い外部制御電圧まで大きく変化することとなり、これによって水晶発振器の発振周波数は大きな周波数変化を得ることが出来る。
【００２３】
図２（ｄ）に、図１に示した電圧制御型水晶発振器の周波数変化特性例を示す。図２（ｄ）は、横軸に外部から印加する外部制御電圧値ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸にはその時の周波数の変化量Ｄ（ｐｐｍ）を示し、制御電圧である外部制御電圧が０．２Ｖの周波数を基準として、外部制御電圧を可変した際の周波数変化量を示している。図２（ｄ）に示す如く、従来の電圧制御型水晶発振器の周波数変化と比べ、本実施例に於ける電圧制御型水晶発振器の周波数変化は大きなものが得られている。
【００２４】
次に、本第一の実施例の変形例を図３に示す。図３に示す如く、電圧制御型水晶発振器７は、容量可変回路８においてトランジスタＴＲ３を追加したものであり、容量可変回路の等価容量変化量を更に大きく変化させたい場合に、トランジスタを更に追加して使用することも可能である。
【００２５】
次に、本発明に係わる第二の実施例について説明する。近年、電圧制御型水晶発振器について、周波数可変幅を増大する要求の他、その周波数変化が外部制御電圧に対して直線的に変化するリニアリティ（直線性）も要求されることが多い。そこで、前述した第一の実施例において、周波数変化の外部制御電圧に対するリニアリティを高める手段について説明する。
周波数変化の外部制御電圧に対するリニアリティを高めるためには、外部制御電圧に対し等価容量がリニアに変化することが必要となる。
【００２６】
図４は、本発明に係わる電圧制御型水晶発振器の第二の実施例を示すものであり、図４（ａ）は、図１と異なる容量可変回路９の構成のみを示している。第一の実施例においては、等価容量の変化特性を調整するためにはトランジスタの素子サイズを変える方法しかなかったが、図４（ａ）に示す如く、第二の実施例においては、一方のトランジスタＴＲ１のゲートに印加する外部制御電圧を、抵抗Ｒ２及びＲ３を挿入することにより分圧した。この分圧比をトランジスタの性能や回路定数に合わせて調整することにより外部制御電圧の変化を鈍くして、容量可変回路９の等価容量変化をリニアにすることを可能とした。残りのトランジスタＴＲ２のゲートは、外部制御電圧を供給するための端子と直接接続されている。
【００２７】
図４（ｂ）は、容量可変回路９の変形例を示す構成図である。本変形例に於いては、トランジスタＴＲ１のゲートに入力する外部制御電圧を抵抗Ｒ２及びＲ３で分圧すると共に、トランジスタＴＲ２のゲートに入力する外部制御電圧を抵抗Ｒ４及びＲ５で分圧するようにしたものであり、容量可変回路１０の等価容量変化をリニアにする際の調整精度をより高めたものである。
そこで、図４（ｂ）に示した容量可変回路１０に於いて、具体例について説明する。図４（ｂ）において、コンデンサＣ１＝６０ｐＦ、コンデンサＣ２＝６ｐF、抵抗Ｒ２＝Ｒ４＝１００ｋΩ、抵抗Ｒ３＝１００ｋΩ、抵抗Ｒ５＝１５０ｋΩとし、トランジスタＴＲ１をしきい値電圧の低いノンドープ型ＮｃｈＭＯＳトランジスタとし、トランジスタＴＲ２をＮｃｈＭＯＳトランジスタとし、端子Ｂと接地間の等価容量の変化を示すと図５のようになる。
【００２８】
図５は、図４（ｂ）に示す容量可変回路１０の等価容量特性例を示す図であり、図５（ａ）は、外部制御電圧を変化させた際の容量可変回路１０の等価容量の変化を示す図である。図５（ａ）において、横軸は外部より印加する外部制御電圧ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸は図４（ｂ）に示したＢ点と接地間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示し、図１に示した第一の実施例と、本第二の実施例とを比較して記載した。同図から明らかなように、第一の実施例と比べて本第二の実施例は、外部制御電圧に対する等価容量の変化のリニアリティが著しく改善された。
【００２９】
次に、本第二の実施例において、抵抗Ｒ３を可変し分圧比を調整することで、外部制御電圧に対する等価容量の変化量を変化させることが可能である。
図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示した容量可変回路１０において、分圧比を可変した際の等価容量の変化を示す図である。図５（ｂ）において、横軸は外部より印加する外部制御電圧ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸は図４（ｂ）に示したＢ点と接地間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示し、抵抗Ｒ３を５０ｋΩから２００ｋオームまで５０ｋΩステップで可変した際には等価容量が変化し、この例では５０ｋΩとした時に最も直線性がよくなることが判る。尚、図４においては、二つのトランジスタを並列接続したものを例示したが、トランジスタを三つ以上用いたものに適用してもよく、何れかのトランジスタのゲートが分圧回路に接続されていればよい。
【００３０】
次に、本発明に係わる第三の実施例について説明する。昨今、水晶発振器のＩＣ化が進み、水晶発振器をより小型化することが望まれている。発振回路をＩＣ化する際に小型化の妨げになっているのはコンデンサであり、コンデンサ容量が大きいと大きな面積を必要とする。そこで、本第三の実施例は電圧制御型水晶発振器のより小型化を図るため、第一の実施例で説明した電圧制御型水晶発振器において、容量可変回路で使用していたコンデンサＣ２を削除可能とする手段について説明する。
【００３１】
図６に、本発明に係わる電圧制御型水晶発振器の第三の実施例を示し、図６（ａ）は、図１に示した第一の実施例から容量可変回路６のみを示したものである。又、図７は、外部制御電圧を可変した際の容量可変回路６の等価容量の変化を示す。図７のグラフは、実際には曲線と成るが説明を容易にするため直線としている。図６（ａ）において、Ｃ−Ｄ間の等価容量はコンデンサＣ１と、コンデンサＣ２と二つのトランジスタＴＲ１及びＴＲ２のＯＮ抵抗とで得られる等価容量の合成値となる。そこで、合成容量を設定する際は、その最小値をコンデンサＣ２の値で、最大値をコンデンサＣ１の値で夫々決定し、容量可変回路６の容量値を大きく変化させるためには、コンデンサＣ１を大きな値に設定し、コンデンサＣ２を小さな値に設定すればよい。
【００３２】
一般に、コンデンサをＩＣ化した際に、コンデンサの電極とＩＣ基板間に寄生容量が発生する。ＩＣ基板は、通常、接地電位であるため、コンデンサの電極と接地間に寄生容量が発生することとなる。この寄生容量は、半導体のプロセスによっても異なるが、設計容量値に対して２０％程度寄生する。従って、端子Ｄを接地として使用し、コンデンサＣ１の寄生容量が発生する側の電極をトランジスタ側に接続することで、コンデンサＣ１の寄生容量がコンデンサＣ２と同じ働きをもつことになり、コンデンサＣ２を削除することが可能となる。実際、コンデンサＣ１は大きな容量値であるためその寄生容量も大きくなり、十分にコンデンサＣ２の代わりを果たすことが可能である。
【００３３】
図６（ｂ）は、本発明に係わる電圧制御型水晶発振器の第三の実施例を示すものであり、図１と異なる容量可変回路１１の構成のみ示している。図６（ｂ）に示す如く、コンデンサＣ１のトランジスタ側には寄生容量Ｃ１が発生し、コンデンサＣ２を回路から削除することが出来る。
つまり、コンデンサＣ１に、対接地間に発生する寄生容量がある程度の値を持つように設定することにより、コンデンサＣ２を削除して電圧制御型水晶発振器をＩＣ化する上で、更に小型化を図ることが可能となる。
【００３４】
次に、本発明に係わる第四の実施例について説明する。本第四の実施例は、第一の実施例として説明した電圧制御型水晶発振器において、容量可変回路の二つのコンデンサＣ１とＣ２を用いた等価容量の調整方法を容易とするための手段を追加したものである。本実施例においては、説明を容易にするため、図８に示した容量可変回路１２を用いて説明する。
図８に示した容量可変回路１２において、コンデンサＣ１＝１００ｐＦ、コンデンサＣ２＝５ｐＦ、抵抗Ｒ５＝１００ｋΩとすると、Ｅ−Ｆ間の等価容量特性は図９の如くなる。
図９に、容量可変回路１２の等価容量特性例を示す。
図９（ａ）は、容量可変回路１２において、外部制御電圧を変化させた際の容量可変回路の等価容量の変化を示す図であり、横軸は外部より印加する外部制御電圧ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸は図８に示したＥ―Ｆ間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示す。
【００３５】
図８において、Ｅ−Ｆ間の等価容量を可変する際はコンデンサＣ１及びＣ２を調整することで可能である。Ｅ−Ｆ間の等価容量の最大値を増加させるためにはコンデンサＣ１を大きくすればよく、一方、最小値を減少させるためにはコンデンサＣ２を小さくすればよい。図９（ｂ）に、コンデンサＣ１を可変した場合の等価容量の変化を示し、図９（ｃ）に、コンデンサＣ２を可変した場合の等価容量の変化を示す。
図９（ｂ）は、容量可変回路１２において、コンデンサＣ１を可変して外部制御電圧を変化させた際の容量可変回路の等価容量の変化を示す図であり、横軸は外部より印加する外部制御電圧ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸は図８に示したＥ―Ｆ間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示す。
【００３６】
図９（ｃ）は、容量可変回路１２において、コンデンサＣ２を可変して外部制御電圧を変化させた際の容量可変回路の等価容量の変化を示す図であり、横軸は外部より印加する外部制御電圧ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸は図８に示したＥ―Ｆ間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示し、コンデンサＣ２は５ｐＦから２０ｐＦまで５ｐＦステップで可変した場合を示す。
図９（ｃ）において、等価容量の最小値を大きくするためにコンデンサＣ２を大きくしたい場合、等価容量特性の変化が緩やかとなっており、従って、外部制御電圧に対する等価容量の変化である容量可変感度が低下するという現象が生ずる。そのため、コンデンサＣ２を大きくした上で容量可変感度を増加する場合、その対策として等価容量の最大値を増加させるためコンデンサＣ１を更に大きくする必要があり、従って、容量可変範囲をＩＣ化した際にコンデンサが占める面積が大きくなることから、ＩＣチップのサイズの増大化を招いて得策ではない。
そこで、本第四の実施例においては、外部制御電圧の入力回路にダイオードを用いたクリップ電圧回路を設けた。
【００３７】
図１０は、本発明に係わる電圧制御型水晶発振器の第四の実施例を示すものであり、図１と異なる容量可変回路１３の構成のみを示している。図１０に示す如く、トランジスタＴＲ１のゲートに所定の基準電位Ｖｒｅｆを印加したダイオードＤ１のカソードを接続した。そこで、仮にＶｒｅｆ＝１．２Ｖ、ダイオードＤ１のＶｂｅ＝０．７Ｖとすると、クリップ電圧は０．５Ｖ（Ｖｒｅｆ−Ｖｂｅ）となり、容量可変回路１３に印加する外部制御電圧が０．５Ｖ以下になっても、トランジスタＴＲ１のゲート電圧ＶＧは０．５Ｖ以下とならない。
【００３８】
図１１は、図１０に示す実施例において、容量可変回路１３の等価容量特性例を示す図である。図１１（ａ）は、容量可変回路１３のゲート電圧ＶＧの変化を示し、横軸は外部より印加する外部制御電圧ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸はトランジスタＴＲ１のゲートへの印加電圧ＶＧを示し、点線はクリップ電圧回路を付加しない場合を示し、実線はクリップ電圧回路を付加した場合を示す。図１１（ａ）に示す如く、クリップ電圧回路を付加した事によりトランジスタＴＲ１のゲートへの印加電圧は０．５Ｖを下回ることは無い。
そこで、クリップ電圧を付加した場合と付加しない場合とで、等価容量特性の相違について図１１（ｂ）に示す。
【００３９】
図１１（ｂ）は、容量可変回路１３において、外部制御電圧を変化させた際の容量可変回路の等価容量の変化を示す図であり、横軸は外部より印加する外部制御電圧ＶＣＯＮＴ（Ｖ）を示し、縦軸は図１０に示したＥ―Ｆ間の等価容量ＣＡＰ（ｐＦ）を示す。本グラフは、最小等価容量を２０ｐＦに設定したもので、点線はクリップ電圧回路を付加しない場合であり、実線はクリップ電圧回路を付加した場合を示す。
クリップ電圧回路を付加しない場合は、最小等価容量を２０ｐＦにするため、コンデンサＣ２＝２０ｐＦとする必要があり、最大等価容量が低下している。一方、クリップ電圧回路を付加した場合は、コンデンサＣ２＝５ｐＦとしても最小等価容量は２０ｐＦが確保でき、最大等価容量はコンデンサＣ２＝５ｐＦにおける特性となるので十分大きな値を得ることが出来る。
【００４０】
従って、第四の実施例によれば、クリップ電圧回路を付加しない場合に生ずる最小等価容量を増加させた時に最大等価容量が減少するという現象を防止し、最大等価容量を十分確保しながら最小等価容量を任意の値に調整することが可能となった。又、本実施例においては、説明を容易にするため容量可変回路に使用しているトランジスタを１個の場合について説明したが、第一の実施例の如くトランジスタを複数使用した場合においても適応可能である。
以上本発明に係わる実施例においては、水晶発振器を例として説明したが、他の圧電発振器一般に適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る電圧制御型水晶発振器の第一の実施例を示す回路構成である。
【図２】図１に示す実施例において、周波数可変特性に関するグラフである。
【図３】第一の実施例の変形例である。
【図４】本発明に係わる電圧制御型水晶発振器の第二の実施例を示すものである。
【図５】図４（ｂ）に示す容量可変回路１０の等価容量特性例を示す図である。
【図６】本発明に係わる電圧制御型水晶発振器の第三の実施例を示すものである。
【図７】外部制御電圧を可変した際の容量可変回路６の等価容量の変化を示すものである。
【図８】容量可変回路１２の構成を示すものである。
【図９】容量可変回路１２の等価容量特性例を示すものである。
【図１０】本発明に係わる電圧制御型水晶発振器の第四の実施例を示すものである。
【図１１】図１０に示す実施例において、容量可変回路１３の等価容量特性例を示す図である。
【図１２】従来の電圧制御型水晶発振器の回路構成例である。
【図１３】従来の電圧制御水晶発振器において、周波数可変特性に関するグラフを示すものである。
【符号の説明】
【００４２】
１・・電圧制御型水晶発振器、 ２・・発振回路、
３・・水晶振動子、 ４・・容量可変回路、
５・・電圧制御型水晶発振器、 ６・・容量可変回路、
７・・電圧制御型水晶発振器、 ８・・容量可変回路、
９・・容量可変回路、 １０・・容量可変回路、
１１・・容量可変回路、 １２・・容量可変回路、
１３・・容量可変回路、
Ｃ１、Ｃ２・・コンデンサ、 Ｄ１・・ダイオード、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５・・抵抗、
ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３・・トランジスタ
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１０４
【氏名又は名称】エプソントヨコム株式会社
【住所又は居所】神奈川県川崎市幸区塚越三丁目４８４番地
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| 【出願日】 |
平成１６年６月３０日（２００４．６．３０） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００６−１９８７７（Ｐ２００６−１９８７７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１８年１月１９日（２００６．１．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２００４−１９３６３０（Ｐ２００４−１９３６３０） |
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