JP3129255B2 - Crystal oscillation circuit - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子を用いた
水晶発振回路に関し、特に無線選択呼出受信機の局部発
振周波信号を生成するために用いて好適な水晶発振回路
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal oscillation circuit using a crystal oscillator, and more particularly to a crystal oscillation circuit suitable for generating a local oscillation frequency signal of a radio selective calling receiver.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、無線選択呼出受信機は受信した
VHF、UHF帯の回線周波数を1段階、または2段階
の中間周波数への周波数変換してベースバンド信号を取
り出す構成となっており、この周波数変換では、局部発
振器で生成される局部発振周波信号と受信した回線周波
数の混合により行っている。例えば、図10に示すダブ
ルスーパーヘテロダイン方式の無線選択呼出受信機で
は、アンテナ11で受信した信号をRFアンプ12で高
周波増幅し、BPF13を通した後、第1ミキサ14に
おいて第1局発信号と混合し、第1中間周波信号に変換
する。この第1中間周波信号はBPF15を通した後、
第2ミキサ16において第2局発信号と混合し、第2中
間周波信号に変換し、BPF17を通した後、復調器1
8によりベースバンド信号に復調する。前記第1局発信
号と第2局発信号は、水晶発振子を利用して生成してお
り、特に第1局発信号はここではPLL回路で構成され
ている。このPLL回路は、水晶発振子XTLを備える
水晶発振回路27を基準周波数信号とし、この基準周波
数信号をカウンタ26でカウントした値と、VCO22
の出力をカウンタ21でカウントした値とを位相比較器
23で位相比較し、その位相差信号をチャージポンプ2
4、LPF25を介してVCO22の制御電圧を得るこ
とで、所定の周波数信号を出力する。そして、このVC
O22の出力信号を逓倍回路19により逓倍して前記第
1局発信号としている。なお、第2局発信号は、ここで
は前記水晶発振回路の出力を逓倍回路20で逓倍して得
ている。2. Description of the Related Art Generally, a radio selective call receiver is configured to take out a baseband signal by converting a received VHF or UHF band line frequency into a one-stage or two-stage intermediate frequency. Frequency conversion is performed by mixing a local oscillation frequency signal generated by a local oscillator with a received line frequency. For example, in the radio selective calling receiver of the double superheterodyne system shown in FIG. 10, a signal received by the antenna 11 is amplified at a high frequency by the RF amplifier 12, passed through the BPF 13, and then combined with the first local oscillation signal by the first mixer 14. Mix and convert to a first intermediate frequency signal. This first intermediate frequency signal passes through the BPF 15,
After being mixed with the second local signal in the second mixer 16, converted into a second intermediate frequency signal and passed through the BPF 17, the demodulator 1
8 demodulates to a baseband signal. The first local oscillation signal and the second local oscillation signal are generated by using a crystal oscillator. In particular, the first local oscillation signal is constituted by a PLL circuit here. This PLL circuit uses a crystal oscillation circuit 27 including a crystal oscillator XTL as a reference frequency signal, and a value obtained by counting the reference frequency signal by a counter 26 and a VCO 22
Is compared with the value counted by the counter 21 by the phase comparator 23, and the phase difference signal is compared with the charge pump 2
4. By obtaining a control voltage of the VCO 22 via the LPF 25, a predetermined frequency signal is output. And this VC
The output signal of O22 is multiplied by the multiplication circuit 19 to obtain the first local oscillation signal. Here, the second local oscillation signal is obtained by multiplying the output of the crystal oscillation circuit by the multiplication circuit 20.
【0003】この構成の受信機では、前記第1及び第2
の局発信号の周波数にオフセットが生じていると、変換
された中間周波信号の中間周波数にもオフセットが生じ
る。例えば、下側ローカルによる周波数変換の場合、局
部発振周波数が高い方にずれると中間周波数は低い方に
ずれ、局部発振周波数が低い方にずれると中間周波数は
高い方にずれる。つまり、中間周波数は、局部発振周波
数の偏差と極性が逆で絶対値がほぼ等しい偏差をもつこ
とになる。この周波数偏差は受信機の特性、主に受信感
度に影響を与える。回線周波数が比較的高く、信号の伝
送速度が高い場合に、ローカルオフセットによる受信感
度劣化が顕著に現れる。例えば、局部発振周波数が±5
ppmの偏差をもち、この回線周波数を第一の中間周波
数(1STIF)に変換するとする。回線周波数が15
0MHzでは、中間周波数のオフセットは±600Hz
程度であるが、回線周波数が900MHzでは、中間周
波数のオフセットは±4.4kHz程度となる。チャン
ネルフィルタ(第12図、BPF63)の3dB帯域幅
は、ある一定のC/Nを得るために、通常、±7.5〜
10kHzに設計されている。変調度は±4.5または
±4.8kHzであるから、ローカルオフセットが大き
くなる900MHz帯では、信号帯域がフィルタにより
減衰し、受信感度帯域特性の劣化が顕著となる。In the receiver having this configuration, the first and second receivers are used.
Is offset in the frequency of the local oscillation signal, the offset also occurs in the intermediate frequency of the converted intermediate frequency signal. For example, in the case of frequency conversion by the lower local, if the local oscillation frequency shifts to a higher one, the intermediate frequency shifts to a lower one, and if the local oscillation frequency shifts to a lower one, the intermediate frequency shifts to a higher one. That is, the intermediate frequency has a deviation whose polarity is opposite to that of the local oscillation frequency and whose absolute value is substantially equal. This frequency deviation affects the characteristics of the receiver, mainly the reception sensitivity. When the line frequency is relatively high and the transmission speed of the signal is high, the deterioration of the receiving sensitivity due to the local offset appears remarkably. For example, if the local oscillation frequency is ± 5
It is assumed that this line frequency has a deviation of ppm and is converted to a first intermediate frequency (1STIF). Line frequency is 15
At 0 MHz, the offset of the intermediate frequency is ± 600 Hz
However, when the line frequency is 900 MHz, the offset of the intermediate frequency is about ± 4.4 kHz. The 3 dB bandwidth of the channel filter (FIG. 12, BPF 63) is usually ± 7.5 to obtain a certain C / N.
It is designed for 10 kHz. Since the modulation degree is ± 4.5 or ± 4.8 kHz, in the 900 MHz band where the local offset is large, the signal band is attenuated by the filter, and the deterioration of the reception sensitivity band characteristic becomes remarkable.
【0004】このような局部発振周波数に偏差が生じる
最大の要因は水晶発振回路における環境温度の変化であ
る。水晶発振回路の場合には、発振回路の周波数温度特
性と水晶振動子単体の周波数温度特性が影響することに
なる。そこで、従来から、この偏差を解消するためのい
くつかの対策が考えられている。1つは温度補償水晶発
振器(TCXO)を用いる手法である。TCXOは内蔵
されている温度補償回路によって水晶振動子の理論的周
波数温度特性よりも平坦な特性を得ることを目的とした
水晶発振器であり、このTCXOを用いることにより高
い周波数安定度を得ることができ、自動車電話、携帯電
話、ナビゲーションシステム等に使用されている。しか
し、TCXOは水晶振動子に比べて非常に高価なため、
無線選択呼出受信機のような低価格化が要求される機器
にはコストの面からみて適用することが難しい。また、
自動周波数制御(AFC)も提案されている。AFC
は、周波数オフセットをアナログ的にまたはデジタル的
に検出して、発振回路に帰還をかける手法である。しか
しながら、この手法では受信機の構成が複雑になること
が避けられず、やはり低価格化が要求される機器への適
用は難しい。[0004] The largest cause of such a deviation in the local oscillation frequency is a change in the ambient temperature in the crystal oscillation circuit. In the case of a crystal oscillation circuit, the frequency-temperature characteristics of the oscillation circuit and the frequency-temperature characteristics of the crystal unit alone are affected. Therefore, some countermeasures have conventionally been considered for eliminating this deviation. One is a method using a temperature compensated crystal oscillator (TCXO). TCXO is a crystal oscillator whose purpose is to obtain a characteristic that is flatter than the theoretical frequency temperature characteristic of a crystal unit by using a built-in temperature compensation circuit. By using this TCXO, high frequency stability can be obtained. It is used in car phones, mobile phones, navigation systems, etc. However, TCXO is very expensive compared to a crystal oscillator,
It is difficult to apply to a device requiring low cost such as a radio selective calling receiver from the viewpoint of cost. Also,
Automatic frequency control (AFC) has also been proposed. AFC
Is a method of detecting a frequency offset in an analog or digital manner and feeding back the oscillation circuit. However, this method inevitably complicates the configuration of the receiver, and it is also difficult to apply the method to a device that requires a low price.
【0005】そこで、前記した水晶振動子と発振回路の
それぞれの周波数温度特性に着目して周波数温度特性を
改善する手法が提案されている。すなわち、図2(a)
に示すように、ATカット水晶振動子の周波数温度特性
は3次曲線特性である。例えば、−10℃での偏差(対
25℃)は、正負どちらの値もとりうる。よって、回路
の温度特性が正または負の傾きをもっていると、水晶振
動子の温度特性を相殺する場合がある反面、特性を強め
あって規格外となる場合が考えられる。したがって、安
価に、簡単な構成で、水晶発振回路の温度特性を改善す
るには、回路の周波数温度特性を0にすればよい。その
結果、発振周波数の温度特性は水晶振動子単体の温度特
性のみになり、回路偏差分を考慮しなくても良くなる。
回路の発振周波数温度特性が負の傾きを持っている場
合、一般的に、負の温度係数をもつ容量素子を負荷容量
として用いることによって、周波数温度特性を0にする
ことができる。このような負の温度係数規格の容量素子
としては、RH品(−220±60ppm/℃)、UJ
品(−750±120ppm/℃)などがある。しかし
ながら、図2(a)の例のように発振回路の周波数温度
特性が正の傾きを持っている場合は、正の温度係数規格
の容量素子が必要となるが、チップコンデンサ等で正の
温度係数規格のタイプは量産されていないため入手する
のが難しく、特注した場合には高価なものとなる。Therefore, there has been proposed a method of improving the frequency-temperature characteristics by focusing on the frequency-temperature characteristics of the crystal resonator and the oscillation circuit. That is, FIG.
As shown in the figure, the frequency temperature characteristic of the AT-cut quartz resonator is a cubic curve characteristic. For example, the deviation at −10 ° C. (vs. 25 ° C.) can be either positive or negative. Therefore, if the temperature characteristic of the circuit has a positive or negative slope, the temperature characteristic of the crystal oscillator may be offset, but the characteristic may be strengthened and become out of the standard. Therefore, in order to improve the temperature characteristics of the crystal oscillation circuit at a low cost and with a simple configuration, the frequency temperature characteristics of the circuit may be set to zero. As a result, the temperature characteristic of the oscillation frequency becomes only the temperature characteristic of the single crystal oscillator, and it is not necessary to consider the circuit deviation.
When the oscillation frequency temperature characteristic of the circuit has a negative slope, the frequency temperature characteristic can be generally reduced to zero by using a capacitive element having a negative temperature coefficient as a load capacitance. RH products (−220 ± 60 ppm / ° C.), UJ
(-750 ± 120 ppm / ° C.). However, when the frequency temperature characteristic of the oscillation circuit has a positive slope as in the example of FIG. 2A, a capacitor having a positive temperature coefficient standard is required. The coefficient standard type is difficult to obtain because it is not mass-produced, and it becomes expensive if custom-ordered.
【0006】このようなことから、入手が容易でかつ低
価格な可変容量ダイオードを用いたものが提案されてい
る。例えば、川島宏文他著“NS-GT カット水晶振動子を
用いた電圧制御・S-TCXO”(電子情報通信学会論文誌C
−I Vol. J78−C−I No.11pp.533-540 1995年11月)
には、可変容量ダイオードに加える制御電圧を温度変化
に対応して制御することで、その容量変化によって水晶
振動子の周波数温度特性を補正している。また、このよ
うな可変容量ダイオードを用いる技術はその他にも存在
しており、例えば、特開平1−205607号公報、特
開昭64−49406号公報等がある。[0006] For these reasons, there has been proposed a device using a variable capacitance diode which is easily available and inexpensive. For example, Hirofumi Kawashima et al., “Voltage Control Using NS-GT Cut Quartz Crystal Resonator: S-TCXO” (Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, C
-I Vol. J78-CI No.11pp.533-540 November 1995)
By controlling the control voltage applied to the variable capacitance diode in accordance with the temperature change, the frequency temperature characteristic of the crystal resonator is corrected by the change in the capacitance. There are also other techniques using such a variable capacitance diode, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-205607 and 64-49406.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この可
変容量ダイオードを用いた前記した各文献に記載の技術
では、いずれも可変容量ダイオードに印加する電圧を制
御するために、発振回路とは独立した回路を付加してい
るため、水晶発振回路の回路規模が大型化してしまう。
特に、近年では発振回路をIC化しているが、このよう
なIC化された発振回路に可変容量ダイオードとその制
御回路を付加することは、回路規模の増大と共に制御回
路のためのスペースが必要となり、前記したような無線
選択呼出受信機を小型化する上での障害になるととも
に、付加する制御回路によって低コスト化も困難にな
り、所期の目的を達成することができないという問題が
ある。However, in each of the techniques described in the above-mentioned documents using the variable capacitance diode, since the voltage applied to the variable capacitance diode is controlled, a circuit independent of the oscillation circuit is used. Is added, the circuit scale of the crystal oscillation circuit becomes large.
In particular, in recent years, an oscillation circuit has been integrated into an IC, but adding a variable capacitance diode and its control circuit to such an integrated oscillation circuit requires space for the control circuit as the circuit scale increases. However, there is a problem in that the above-mentioned radio selective calling receiver becomes an obstacle in miniaturizing the radio selective calling receiver, and it becomes difficult to reduce the cost by the additional control circuit, so that the intended purpose cannot be achieved.
【0008】本発明の目的は、周波数温度特性の安定化
を図る一方で低コスト化を実現し、これにより無線選択
呼出受信機等の低価格化が要求される機器への適用を可
能にした水晶発振回路を提供することにある。An object of the present invention is to reduce the cost while stabilizing the frequency-temperature characteristic, thereby enabling application to equipment requiring low cost such as a radio selective calling receiver. It is to provide a crystal oscillation circuit.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、トランジスタ
を含む発振回路と、この発振回路に接続される水晶振動
子とを備える水晶発振回路において、前記発振回路は自
己バイアス式エミッタ接地回路で構成されるとともに、
前記トランジスタのベース−エミッタ間電圧が印加され
る可変容量コンデンサが接続され、前記可変容量コンデ
ンサの温度変化に対するキャパシタンス特性が、前記発
振回路の発振周波数温度特性を相殺するように設定され
ていることを特徴とする。また、この場合、前記トラン
ジスタのコレクタとベース間に前記水晶振動子が接続さ
れる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a transistor
And a crystal oscillator connected to the oscillation circuit, the oscillation circuit includes
With a self-biased emitter grounding circuit,
A base-emitter voltage of the transistor is applied;
Variable capacitor is connected to the variable capacitor.
The capacitance characteristic with respect to the temperature change of the sensor
Is set to cancel the oscillation frequency temperature characteristic of the oscillation circuit.
It is characterized by having. In this case, the crystal unit is connected between the collector and the base of the transistor.
【0010】本発明においては、可変容量ダイオードの
キャパシタンスが発振回路のトランジスタのVBEによ
って与えられ、またその温度特性がVBEの温度特性と
可変容量ダイオード自身の温度特性によって与えられる
ことを利用して、発振回路に付加接続される外部回路要
素の合成容量が発振回路の温度特性の原因となる発振回
路での温度特性を相殺し、水晶発振回路の発振周波数の
温度特性が前記水晶振動子の温度特性にのみ依存した特
性とされる。In the present invention, utilizing the fact that the capacitance of the variable capacitance diode is given by the VBE of the transistor of the oscillation circuit, and that the temperature characteristic is given by the temperature characteristic of VBE and the temperature characteristic of the variable capacitance diode itself, The combined capacitance of the external circuit elements additionally connected to the oscillation circuit cancels out the temperature characteristics in the oscillation circuit that cause the temperature characteristics of the oscillation circuit, and the temperature characteristics of the oscillation frequency of the crystal oscillation circuit change the temperature characteristics of the crystal resonator. The characteristics depend only on.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態の回
路図であり、特に発振回路の要部のみを示している。こ
の水晶発振回路は、自己バイアス式エミッタ接地回路と
して構成しており、ベースコレクタ間の帰還抵抗による
負帰還の効果により能動回路が安定化し、周囲温度に対
する発振周波数変動を小さくすることができる構成をと
っている。この回路は、千葉作富郎著“高安定コレクタ
負帰還形水晶発振回路”(電子情報通信学会論文誌C−
II Vol.J73−C−II No.3 pp.143−153 1990年3月)に
記載されている回路と基本的には同じであるが、ここで
は、低電圧動作(1V系など)を実現するため、エミッ
タフォロワ型回路をエミッタ接地回路としている点で構
成が相違している。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention, and particularly shows only a main part of an oscillation circuit. This crystal oscillation circuit is configured as a self-biased emitter grounded circuit, and the active circuit is stabilized by the negative feedback effect of the feedback resistance between the base and collector, and the oscillation frequency fluctuation with respect to the ambient temperature can be reduced. I am taking. This circuit is described in "Stable Collector Negative Feedback Crystal Oscillator" by Sakutoro Chiba (Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, C-
II Vol.J73-C-II No.3 pp.143-153 March 1990), but here, low voltage operation (1V system etc.) is realized. Therefore, the configuration is different in that the emitter follower type circuit is a grounded emitter circuit.
【0012】図1において、IC内部に構成される発振
回路は、NPNトランジスタQ1のコレクタと安定化電
源VSTB間に負荷抵抗R1を、同じくベース−コレク
タ間に帰還抵抗R2をそれぞれ接続したベース−コレク
タ間抵抗負帰還型構成である。前記負荷抵抗R1は、ト
ランジスタQ1のコレクタ電流、発振回路の利得を与え
ており、また、前記電源VSTBは、IC製造条件、温
度に対してコレクタ電流が一定となるように、トランジ
スタQ1のベース−エミッタ間電圧VBEと同じ温度特
性をもつように構成されたスタビライザーを用いてい
る。また、前記帰還抵抗R2は、トランジスタQ1のベ
ース−コレクタ間に負帰還を施し、トランジスタ回路を
安定化している。Referring to FIG. 1, an oscillation circuit formed inside an IC comprises a base-collector having a load resistor R1 connected between the collector of an NPN transistor Q1 and a stabilized power supply VSTB, and a feedback resistor R2 also connected between the base and collector. It is an inter-resistance negative feedback type configuration. The load resistor R1 provides the collector current of the transistor Q1 and the gain of the oscillation circuit. The power supply VSTB is connected to the base of the transistor Q1 so that the collector current is constant with respect to the IC manufacturing conditions and temperature. A stabilizer configured to have the same temperature characteristics as the emitter-to-emitter voltage VBE is used. Further, the feedback resistor R2 performs a negative feedback between the base and the collector of the transistor Q1 to stabilize the transistor circuit.
【0013】一方、前記IC外部には、水晶振動子XT
Lを前記トランジスタQ1のベース−コレクタ間に接続
し、発振周波数を決定するコンデンサC1及びC2を前
記トランジスタQ1のコレクタ側、ベース側にそれぞれ
接続している。そして、前記トランジスタQ1のベース
側に可変容量ダイオードCVを付加している。したがっ
て、この可変容量ダイオードCVの容量を決定する逆方
向電圧は、前記トランジスタQ1のVBEに相当するこ
とになる。これにより、前記可変容量ダイオードCVの
容量は、前記トランジスタQ1のVBEによって自己的
に与えられることになり、外部からの制御電圧や帰還系
を行うための回路を付加する必要はない。On the other hand, a quartz oscillator XT is provided outside the IC.
L is connected between the base and the collector of the transistor Q1, and capacitors C1 and C2 for determining the oscillation frequency are connected to the collector and the base of the transistor Q1, respectively. Further, a variable capacitance diode CV is added to the base side of the transistor Q1. Therefore, the reverse voltage that determines the capacitance of the variable capacitance diode CV corresponds to VBE of the transistor Q1. As a result, the capacitance of the variable capacitance diode CV is automatically given by the VBE of the transistor Q1, and there is no need to add a circuit for performing an external control voltage or a feedback system.
【0014】この水晶発振回路における発振周波数は、
容量が固定された前記コンデンサC1,C2と、前記可
変容量コンデンサCVとで構成される外部合成容量と、
IC内部の発振回路の内部容量によって与えられる。可
変容量コンデンサCVがトランジスタQ1のVBEによ
り制御されて容量が変化するため、この容量変化に対応
してコンデンサC1,C2の定数を適切な値に設定する
ことにより、発振回路の発振周波数温度特性を0にする
ことが可能となる。この場合、コンデンサC1,C2に
は、CG品(0±30ppm/℃)、CH品(0±60
ppm/℃)等の温度特性規格が0の容量素子を用いる
のが望ましい。The oscillation frequency of this crystal oscillation circuit is
An external combined capacitance including the capacitors C1 and C2 having fixed capacitances and the variable capacitance capacitor CV;
It is given by the internal capacitance of the oscillation circuit inside the IC. Since the capacity of the variable capacitor CV is controlled by the VBE of the transistor Q1, the constant of the capacitors C1 and C2 is set to an appropriate value in accordance with the change in the capacity. It can be set to 0. In this case, the capacitors C1 and C2 include a CG product (0 ± 30 ppm / ° C.) and a CH product (0 ± 60 ppm).
It is desirable to use a capacitance element having a temperature characteristic standard of 0 (ppm / ° C.).
【0015】次に、図1の水晶発振回路の動作、特に可
変容量ダイオードCVによる発振回路の周波数温度特性
を0にするための動作を説明する。先ず、可変容量ダイ
オードCVを付加していない回路の動作について考察す
る。水晶発振回路の発振周波数は、水晶発振子XTLの
負荷容量により決定される。この負荷容量CLは、水晶
振動子の両端からみた実効的な静電容量であり、(1)
式のように、IC内に構成される発振回路の内部容量C
Iと、IC外に接続される素子からなる外部合成容量C
Oとの合成容量である。 CL=CO+CI …(1) ここで、図1の回路の場合には、前記外部合成容量CO
は、コンデンサC1,C2とから、(2)式で示され
る。なお、以降の式において、C1,C2は容量値を示
している。 CO=C1×C2/(C1+C2) …(2)Next, the operation of the crystal oscillation circuit of FIG. 1, particularly the operation for setting the frequency temperature characteristic of the oscillation circuit using the variable capacitance diode CV to zero will be described. First, the operation of the circuit without the variable capacitance diode CV will be considered. The oscillation frequency of the crystal oscillation circuit is determined by the load capacitance of the crystal oscillator XTL. The load capacitance CL is an effective capacitance as viewed from both ends of the crystal unit. (1)
As shown in the equation, the internal capacitance C of the oscillation circuit formed in the IC
I and an external combined capacitance C composed of elements connected outside the IC
This is the combined capacity with O. CL = CO + CI (1) Here, in the case of the circuit of FIG.
Is given by equation (2) from the capacitors C1 and C2. In the following expressions, C1 and C2 indicate capacitance values. CO = C1 × C2 / (C1 + C2) (2)
【0016】ところで、水晶発振回路は等価的にLC共
振回路とみなすことができ、LC共振回路の共振周波数
fは、一般的に(3)式で表される。 f=1/{2π・√(LC)} …(3) そして、水晶振動子XTLはL(インダクタンス)性で
動作していることを考慮すると、全体の周波数温度特性
から水晶振動子単体の周波数温度特性を除いた回路の周
波数温度特性は、CLが温度により変化していることが
原因と考えることができる。温度T1→T2(T1<T
2)における前記各容量の容量変化をΔCL,ΔCO,
ΔCIとすると、(4)式の関係がある。 △CL=△CO+△CI …(4)Incidentally, the crystal oscillation circuit can be equivalently regarded as an LC resonance circuit, and the resonance frequency f of the LC resonance circuit is generally expressed by the following equation (3). f = 1 / {2π · {(LC)} (3) Then, considering that the crystal unit XTL operates with L (inductance) property, the frequency of the crystal unit alone can be obtained from the overall frequency-temperature characteristics. The frequency temperature characteristics of the circuit excluding the temperature characteristics can be considered to be caused by the fact that CL changes with temperature. Temperature T1 → T2 (T1 <T
The change in capacitance of each of the capacitors in 2) is represented by ΔCL, ΔCO,
Assuming that ΔCI, there is a relationship of equation (4). ΔCL = ΔCO + ΔCI (4)
【0017】ここで外部容量素子としてのコンデンサC
1,C2は温度係数0なので、ΔCO=0であり、した
がって(5)式の関係となる。 ΔCL=ΔCI …(5) これから、水晶発振回路における負荷容量CLの温度特
性は、発振回路の内部容量CIの温度特性に起因してい
ることが判る。そこで、ΔCL=0にすれば、水晶発振
回路の周波数温度特性を0にすることができ、この周波
数温度特性を0とする外部合成容量COの条件として、
(6)式が得られる。 ΔCO=−ΔCI …(6) すなわち、図2(a)に示したような場合、発振回路内
部容量は負の温度係数であるから、ΔCI<0であり、
(6)式を満たすためには、ΔCO>0とすればよいこ
とがわかる。Here, a capacitor C as an external capacitance element
Since 1, 1 and C2 have a temperature coefficient of 0, ΔCO = 0, and therefore, the relationship of equation (5) is obtained. ΔCL = ΔCI (5) From this, it can be seen that the temperature characteristics of the load capacitance CL in the crystal oscillation circuit are caused by the temperature characteristics of the internal capacitance CI of the oscillation circuit. Therefore, by setting ΔCL = 0, the frequency temperature characteristic of the crystal oscillation circuit can be set to 0.
Equation (6) is obtained. ΔCO = −ΔCI (6) That is, in the case shown in FIG. 2A, since the internal capacitance of the oscillation circuit has a negative temperature coefficient, ΔCI <0.
It is understood that ΔCO> 0 should be satisfied in order to satisfy the expression (6).
【0018】次に、前記トランジスタQ1のベース−エ
ミッタ間に可変容量ダイオードCVを接続した図1の構
成の場合について考察する。前記可変容量ダイオードC
Vに印可される逆方向電圧はトランジスタQ1のVBE
である。このときの外部合成容量をCO’とすると、
(7)式が得られる。 CO’=C1×(C2+CV)/(C1+C2+CV) …(7) 前記可変容量コンデンサCVの特性について図3
(a),(b)に示す。図3(a)は逆方向電圧に対す
る容量、図3(b)は、周囲温度に対する容量の関係を
示している。また、図4にVSTB、VBEの温度特性
を示す。可変容量ダイオードCVに印可される逆方向電
圧に相当するトランジスタQ1のVBEの温度特性は約
−2mV/℃である。可変容量ダイオードの特性は、第
3(a)図に示すように逆方向電圧が小さいほど容量が
大きく、また第3(b)図に示すようにそれ自身が正の
温度係数をもっている。よって、図1の水晶発振回路に
おいて、可変容量ダイオードCVの容量は、トランジス
タQ1のVBEと自身の温度係数による相乗効果によっ
て、正の傾きの温度特性を有する。Next, consider the case of the configuration shown in FIG. 1 in which a variable capacitance diode CV is connected between the base and the emitter of the transistor Q1. The variable capacitance diode C
The reverse voltage applied to V is VBE of transistor Q1.
It is. If the external combined capacitance at this time is CO ',
Equation (7) is obtained. CO ′ = C1 × (C2 + CV) / (C1 + C2 + CV) (7) Characteristics of the variable capacitor CV FIG.
(A) and (b) show. FIG. 3A shows the relationship between the capacitance with respect to the reverse voltage, and FIG. 3B shows the relationship between the capacitance with respect to the ambient temperature. FIG. 4 shows the temperature characteristics of VSTB and VBE. The temperature characteristic of VBE of the transistor Q1 corresponding to the reverse voltage applied to the variable capacitance diode CV is about −2 mV / ° C. As shown in FIG. 3A, the characteristics of the variable capacitance diode are such that the smaller the reverse voltage is, the larger the capacitance is, and as shown in FIG. 3B, the variable capacitance diode itself has a positive temperature coefficient. Therefore, in the crystal oscillation circuit of FIG. 1, the capacitance of the variable capacitance diode CV has a positive slope temperature characteristic due to a synergistic effect of the VBE of the transistor Q1 and its own temperature coefficient.
【0019】例として−10℃、25℃、50℃におけ
る可変容量ダイオードの容量温度特性を図5に示す。可
変容量ダイオードCVのT1→T2(T1<T2)にお
ける容量変化ΔCVは、 ΔCV>0 …(8) (7)式で示される外部合成容量CO’の変化量△C
O’は、コンデンサC1,C2が温特を持たない素子で
あれば、次式で表される。 ΔCO’=ΔCV×C12 /{(C1+C2+CV)(C1+C2+CV+ΔC V)} …(9) (8)式より ΔCO’>0 …(10) (7)式より回路の周波数温度特性を0とする条件の式
は、 ΔCO’=−ΔCI …(11) 外部容量素子としてのコンデンサC1,C2の値を上式
を満たすような定数に設定すれば、ΔCO’とΔCIが
相殺して負荷容量CLの変化量ΔCL=0となる。As an example, FIG. 5 shows capacitance-temperature characteristics of a variable capacitance diode at -10.degree. C., 25.degree. C., and 50.degree. The capacitance change ΔCV of the variable capacitance diode CV from T1 to T2 (T1 <T2) is as follows: ΔCV> 0 (8) The change amount ΔC of the external combined capacitance CO ′ expressed by the equation (7)
O 'is represented by the following equation if the capacitors C1 and C2 are elements having no temperature characteristic. ΔCO ′ = ΔCV × C1 2 / {(C1 + C2 + CV) (C1 + C2 + CV + ΔCV)} (9) From equation (8), ΔCO ′> 0 (10) The equation is: ΔCO ′ = − ΔCI (11) If the values of the capacitors C1 and C2 as external capacitance elements are set to constants satisfying the above equation, ΔCO ′ and ΔCI cancel each other, and the amount of change in the load capacitance CL ΔCL = 0.
【0020】このように、可変容量ダイオードCVの容
量が、トランジスタQ1のVBEと自身の温度特性で変
化することによって、発振回路内部容量の変化量ΔCI
を打ち消し、発振回路の周波数温度特性を0にしてい
る。図2(b)は図1の構成の周波数温度特性を示す。
これから、発振回路における周波数温度特性の影響がな
く水晶振動子のみの周波数温度特性となっていることが
判る。したがって、この構成では発振回路自身のトラン
ジスタQ1のVBEが可変容量ダイオードCVの容量を
制御するような動作をするため、外部からの制御電圧や
帰還系を必要としない。これにより、可変容量ダイオー
ドCVを制御するための回路を発振回路とは別に設ける
必要はなく、回路構成が簡略化できるとともに、制御回
路の温度特性を発振回路の周波数温度特性に合わせて設
計、設定するための作業も不要となり、結果として水晶
発振回路を低コストに構成できる。As described above, the capacitance of the variable capacitance diode CV varies with the VBE of the transistor Q1 and its own temperature characteristic, and thereby the variation ΔCI of the internal capacitance of the oscillation circuit.
And the frequency temperature characteristic of the oscillation circuit is set to zero. FIG. 2B shows frequency temperature characteristics of the configuration of FIG.
From this, it can be seen that there is no influence of the frequency temperature characteristic in the oscillation circuit, and the frequency temperature characteristic is only the crystal resonator. Therefore, in this configuration, since the VBE of the transistor Q1 of the oscillation circuit itself operates to control the capacitance of the variable capacitance diode CV, no external control voltage or feedback system is required. As a result, it is not necessary to provide a circuit for controlling the variable capacitance diode CV separately from the oscillation circuit, and the circuit configuration can be simplified, and the temperature characteristics of the control circuit are designed and set in accordance with the frequency temperature characteristics of the oscillation circuit. This eliminates the need for an operation for performing the operation, and as a result, the crystal oscillation circuit can be configured at low cost.
【0021】次に本発明の他の実施形態について説明す
る。なお、各実施形態において、図1に示した回路の構
成要素と等価な部分には同一符号を付してある。図6
は、水晶振動子XTLとトランジスタQ1のコレクタ、
ベースの間にそれぞれ緩衝抵抗R3,R4を介挿し、か
つコンデンサC1と並列にトリマコンデンサCTを接続
したものであり、特にトリマコンデンサCTによって発
振周波数の調整が可能とされている。Next, another embodiment of the present invention will be described. In each embodiment, the same reference numerals are given to portions equivalent to the components of the circuit shown in FIG. FIG.
Are the crystal oscillator XTL and the collector of the transistor Q1,
The buffer resistors R3 and R4 are interposed between the bases, and a trimmer capacitor CT is connected in parallel with the capacitor C1. In particular, the oscillation frequency can be adjusted by the trimmer capacitor CT.
【0022】また、図7は発振回路の負荷を、定電流源
IとトランジスタQ2,Q2で構成されるカレントミラ
ーによる能動負荷として構成したものであり、発振回路
の周波数温度特性の安定化を図り、可変容量ダイオード
CVによる周波数温度特性の相殺効果をより高めること
が可能となる。FIG. 7 shows a configuration in which the load of the oscillation circuit is configured as an active load using a current mirror composed of a constant current source I and transistors Q2 and Q2, thereby stabilizing the frequency-temperature characteristics of the oscillation circuit. In addition, it is possible to further enhance the offset effect of the frequency temperature characteristic by the variable capacitance diode CV.
【0023】さらに、図8は、発振回路のトランジスタ
Q1のエミッタに抵抗R5を挿入し、可変容量ダイオー
ドCVの制御電圧を図1の構成に比べて高くし、可変容
量ダイオードCVの可変幅を小さくしている。なお、図
示は省略するが、可変容量ダイオードを複数個並列に接
続することによって、逆に可変幅を大きくすることが可
能である。Further, FIG. 8 shows that the resistor R5 is inserted into the emitter of the transistor Q1 of the oscillation circuit, the control voltage of the variable capacitance diode CV is higher than that of FIG. 1, and the variable width of the variable capacitance diode CV is smaller. are doing. Although not shown, the variable width can be increased by connecting a plurality of variable capacitance diodes in parallel.
【0024】また、図9は、発振回路のトランジスタと
して図1のトランジスタQ1のエミッタ面積を大きくし
たトランジスタQ1’で構成してVBEを下げ、可変容
量ダイオードCVの制御電圧を図1の構成に比べて低く
し、これにより、温度特性の安定化を図ることが可能と
なる。FIG. 9 shows a transistor Q1 'in which the emitter area of the transistor Q1 shown in FIG. 1 is increased as a transistor of the oscillation circuit to lower VBE, and the control voltage of the variable capacitance diode CV is compared with that of FIG. The temperature characteristics can be stabilized.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、トランジ
スタを含む発振回路と、この発振回路に接続される水晶
振動子とを備える水晶発振回路において、前記発振回路
の周波数温度特性を相殺する回路構成、例えば、前記発
振回路に可変容量コンデンサを接続し、この可変容量コ
ンデンサに前記発振回路を構成するトランジスタのベー
ス−エミッタ間電圧を印加する構成とすることにより、
水晶発振回路全体としての発振周波数の温度特性は、発
振回路の周波数温度特性が0になるために水晶振動子自
体の周波数温度特性に一致することになり、これにより
水晶発振回路の周波数温度特性による特性劣化がなく、
温度に対してより高い周波数安定度を得ることができ
る。したがって、可変容量ダイオードを制御するために
発振回路とは独立した回路を設ける必要がなく、回路規
模が縮小され、低コスト化が実現できる。また、発振周
波数の温度特性規格に対してマージンができるため、水
晶振動子のばらつき精度を低くすることも可能となり、
水晶振動子の原価低減を図り、水晶発振回路のさらなる
低コスト化が実現できる。As described above, the present invention provides a transistor
In a crystal oscillation circuit including an oscillation circuit including a star and a crystal resonator connected to the oscillation circuit, a circuit configuration for canceling the frequency temperature characteristics of the oscillation circuit, for example, by connecting a variable capacitor to the oscillation circuit By applying a base-emitter voltage of a transistor constituting the oscillation circuit to the variable capacitor,
The temperature characteristic of the oscillation frequency of the entire crystal oscillation circuit matches the frequency temperature characteristic of the crystal oscillator itself because the frequency temperature characteristic of the oscillation circuit becomes 0, and thus, the temperature characteristic of the crystal oscillation circuit depends on the frequency temperature characteristic. No characteristic deterioration
Higher frequency stability over temperature can be obtained. Therefore, there is no need to provide a circuit independent of the oscillation circuit for controlling the variable capacitance diode, and the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since there is a margin with respect to the temperature characteristic standard of the oscillation frequency, it is possible to reduce the variation accuracy of the crystal unit,
The cost of the crystal oscillator can be reduced, and the cost of the crystal oscillation circuit can be further reduced.
【図1】本発明の第1の実施形態の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.
【図2】従来と本発明の水晶発振回路における発振周波
数温度特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing oscillation frequency temperature characteristics of the conventional and the crystal oscillation circuits of the present invention.
【図3】可変容量ダイオードのVR−CV特性と、周囲
温度−容量特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a VR-CV characteristic of a variable capacitance diode and an ambient temperature-capacity characteristic.
【図4】VSTBとVBE電圧温度特性を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing VSTB and VBE voltage-temperature characteristics.
【図5】本発明の可変容量ダイオードの容量特性を示す
図である。FIG. 5 is a diagram showing capacitance characteristics of the variable capacitance diode of the present invention.
【図6】本発明の第2の実施形態の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3の実施形態の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第4の実施形態の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram according to a fourth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第5の実施形態の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram according to a fifth embodiment of the present invention.
【図10】水晶発振回路を用いたダブルスーパヘテロダ
イン方式の無線選択呼出受信の受信回路の一部を示す回
路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a part of a receiving circuit for radio selective call reception of a double superheterodyne system using a crystal oscillation circuit.
Q1〜Q3 トランジスタ XTL 水晶振動子 CV 可変容量ダイオード C1,C2 コンデンサ R1〜R5 抵抗 Q1 to Q3 Transistor XTL Quartz resonator CV Variable capacitance diode C1, C2 Capacitor R1 to R5 Resistance
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03B 5/30 - 5/42 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03B 5/30-5/42
Claims (3)
振回路に接続される水晶振動子とを備える水晶発振回路
において、前記発振回路は自己バイアス式エミッタ接地
回路で構成されるとともに、前記トランジスタのベース
−エミッタ間電圧が印加される可変容量コンデンサが接
続され、前記可変容量コンデンサの温度変化に対するキ
ャパシタンス特性が、前記発振回路の発振周波数温度特
性を相殺するように設定されていることを特徴とする水
晶発振回路。1. A crystal oscillation circuit comprising: an oscillation circuit including a transistor; and a crystal resonator connected to the oscillation circuit, wherein the oscillation circuit is a self-biased grounded emitter.
Circuit and the base of the transistor
-A variable capacitor to which the
Key to the temperature change of the variable capacitor.
Capacitance characteristics depend on the oscillation frequency temperature characteristics of the oscillation circuit.
A crystal oscillation circuit characterized in that the crystal oscillation circuit is set so as to cancel the characteristics.
に前記水晶振動子が接続される請求項1に記載の水晶発
振回路。2. A crystal oscillator circuit according to claim 1, wherein the crystal oscillator between the collector and the base of said transistor is connected.
成され、前記水晶振動子、可変容量コンデンサは前記I
Cに接続される外部回路要素として構成される請求項1
または2に記載の水晶発振回路。3. The oscillation circuit is configured as an internal circuit of an IC, and the crystal unit and the variable capacitor are connected to the IC.
Claim constructed as an external circuit element to be connected to C 1
Or the crystal oscillation circuit according to 2.
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