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JP3949482B2 - Oscillator with temperature compensation function - Google Patents
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JP3949482B2 - Oscillator with temperature compensation function - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線装置等に使用される発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の移動通信・多重無線装置等における無線部の発振器は、電気特性の他、環境条件に対する信頼性の重要なファクタになる。特に、温度に対する発振周波数や発振器の出力振幅の変動には十分注意をして設計する必要がある。発振器は、受動回路もしくは受動回路と能動回路で構成される回路の固有振動を能動回路を用いて持続させ、外部からの信号を与えられずに周期的な信号を発生する回路である。この発振器には、代表的な構成として能動素子を負性抵抗素子として用いる負性抵抗型発振回路と、増幅素子を用い受動回路に帰還させる帰還型発振回路とがあるが、両者に本質的な差異はない。
【0003】
図16は負性抵抗素子を用いた発振器を示す図である。図16に示すように、発振器は共振器2と負性抵抗回路4から構成される。共振器2は、主に発振周波数を決め、発振周波数で振動する回路である。負性抵抗回路4は、共振器2に発振のエネルギーを供給する回路である。図の回路でA点から測定した共振器2側の反射係数をΓL、入力インピーダンスをZL、負性抵抗回路4側の反射係数をΓin、入力インピーダンスをZinとする。
【0004】
発振条件は、次式(1)となる。
【0005】
ΓL・Γin=1 ・・・(1)
この式に、
Γin=(Zin−Z0)/(Zin+Z0) ・・・(2)
ΓL=(ZL−Z0)/(ZL+Z0) ・・・(3)
の関係を代入すると、
in+ZL=0 ・・・(4)
が得られる。
これにより、
Re(Zin+ZL)=0 ・・・(5)
Im(Zin+ZL)=0 ・・・(6)
が得られ、式(5)を振幅条件、式(6)を周波数条件という。
【0006】
実際には、式(5)の左辺の値が0以上であれば発振状態が成立するため、
Re(Zin+ZL)≧0 ・・・(7)
となり、式(1)は
ΓL・Γin≧1 ・・・(8)
とすることができる。
【0007】
一方、式(6)から
−Im(Zin)=Im(ZL) ・・・(9)
発振条件はスミスチャートを用いると視覚的に理解しやすい。図19はZLとZin、及びあるインピーダンスZについて、−Im(Z)及びIm(Z)がそれぞれ一定となる軌跡をスミスチャート上にプロットしたものである。図17は発振周波数を含む一定周波数範囲内のZLをスミスチャート上に示した図である。図18は発振周波数を含む一定周波数範囲内のZinを振幅条件、周波数条件について視覚的にわかり易くするためにスミスチャート上に逆数表示した図である。図20は図17,図18及び図19の関係に基づいて発振条件を求める図である。これにより、発振周波数を決める式(6)を満たす点を求めるには、図20に示すように、ZLと逆数表示されたZinがスミスチャート上で同一の虚数部を通る点(図20中のA,B)を求めると良いことになる。
【0008】
図21はベース接地型発振器を示す図である。図21に示すように、共振器2は、並列に接続されたインダクタL1及びコンデンサC1から構成されるタンク回路とタンク回路に直列に接続されたコンデンサC2で構成されている、負性抵抗型発振器である。負性抵抗回路4は、発振のエネルギーを供給するトランジスタTrと、負性抵抗特性を得るためにトランジスタTrのコレクタ−エミッタ間に接続されたCce、ベースを発振周波数帯域で接地するためのCb、ベース−エミッタ間の容量となるCbe、トランジスタTrのベース電圧を与えるための電源VccとトランジスタTrのベース間に接続されたR1とベース−グラウンド間に接続されたR2、トランジスタTrの電流を決めるR3から構成される。
【0009】
一般的に発振器を構成する各回路素子は温度によって特性が変化する。この変化はZL,Zinの特性に影響を与え、結果として発振周波数が変動する。温度に対して発振周波数の安定度を高めるためには、回路中の発振周波数に支配的な部分で温度変化に対する補正をかけるのが効率が良い。
【0010】
一般的に発振器は発振周波数の選択性を高めるために、鋭い共振特性を有する共振器の共振点付近で発振するよう調整される。この時のZLの周波数に対する位相変化量はZinよりもはるかに大きくなるので、発振周波数は共振器の特性が支配的であることが分かる。つまり、発振周波数の温度変化は共振器の温度特性が大きく現れているといえる。従って、温度補償は共振器に温度補償用の素子をくみ込む方法を用いている。一般的な温度補償素子としては特定の容量変化率を持つコンデンサが用いられる。
【0011】
前述のように、図21の回路の発振周波数は、インダクタL1,コンデンサC1の共振周波数でほぼ決定される。温度が変化すると、L1,C1の特性が変化して共振周波数が変わり、発振周波数が変化する。
【0012】
図22はコンデンサによる温度補償方法を示す図である。仮に、図21の共振器が温度の上昇と共に共振周波数が下降する特性を持っていたとすると、図22に示すように、発振周波数も温度上昇に伴い下降する特性を持つ。
【0013】
図23はコンデンサによる温度補償を行う回路を含む発振器を示す図である。この回路に温度補償を行うためには、温度上昇に対して容量値が小さくなる特性を持つ温度補償用コンデンサCsを図23に示すように共振器2に追加し、温度上昇に伴い発振周波数を上昇させるような作用を共振器2にかける。その際、温度補償用コンデンサCsを追加した事により共振周波数が変わるので、コンデンサC1の値を調整して別のコンデンサC1’とし、元の発振周波数を維持する。また、図21の回路が温度上昇と共に発振周波数が上昇する特性であれば、コンデンサCsは温度上昇に対し、容量値が大きくなる特性のものを選択し、発振周波数を下げる作用をかける。
【0014】
図24はコンデンサによる温度補償回路を含む電圧制御発振器(VCO)を示す図である。VCOは共振器16にバラクタダイオードDを組み込み、共振器2の共振周波数を制御電圧Vcontで可変にする事で発振周波数を変化させる事ができる。この回路においても図23と同様に温度補償用コンデンサCsを組み込むことで温度補償を行うことができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発振器の発振周波数の温度補償には次の問題があった。従来のコンデンサによる発振周波数の温度補償では、コンデンサCsの温度に対する容量変化率を無補償時の温度変化に対して最適なものに選ばなければならない。すなわち、無補償時の温度による発振周波数の変化率が大きいほど、温度に対する容量変化率の大きいコンデンサを温度補償用として選ぶ必要がある。しかし、実際にはあらゆる温度特性のコンデンサが市場に流通しているわけではなく、所望の温度特性を持つコンデンサが存在しなかったり、入手が極めて困難である。そのため、温度補償を正確に行うことは困難であった。
【0016】
また、温度補償素子としてコンデンサでなくサーミスタを共振器に用いることも考えられる。共振器で温度補償を行う場合、抵抗成分であるサーミスタを使用すると共振器の損失が増加し、Q値が低下するという問題点があった。更に、発振器の出力の振幅は、温度変化による負性抵抗回路の特性変化や出力アンプの特性変化のため、変動し、安定にすることが困難であった。
【0017】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、発振器の発振周波数の温度補償を容易に行うことができること、及び発振器の出力振幅の温度補償を行う機能を具備した発振器を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理図である。図1に示すように、発振器は、共振器20及び負性抵抗回路22を含む。共振器20は発振周波数で共振する回路である。負性抵抗回路22は共振器20にエネルギーを供給する回路である。負性抵抗回路22は温度補償回路24を有する。温度が変化すると共振器20を構成する部品の電気特性が変化することにより発振器の発振周波数を決定する共振器20の共振周波数が変化し、即ち入力インピーダンスの特性が変化し、発振の周波数条件に影響を与え、発振周波数が変化する。温度補償回路24は、共振器20の入力インピーダンスの温度変化に起因する発振周波数のずれを補償して目標周波数で発振を維持させる温度特性を有するサーミスタ30を含む。
【0019】
前述のように発振器の発振周波数は、共振器20の入力インピーダンスZLと負性抵抗回路22の入力インピーダンスZinが同一周波数において、式(6)を満たした時の周波数である。温度が変化すると共振器20の目標発振周波数における入力インピーダンスZLが変化する。そこで、サーミスタ30が共振器20の所定範囲内の各温度における目標発振周波数の入力インピーダンスZLに対しZinが常に式(6)を満たすような温度特性を有するものとすることにより所定範囲の温度において目標周波数で発振するように温度補償を行う。これによりコンデンサではなくサーミスタを用いて温度補償ができることとなり、市場に供給されるサーミスタのバリエーションが多いことから温度補償が容易に行うことができる。
【0020】
図25はこの温度補償の効果を図20の手法を用いてスミスチャートに表したものである。所定範囲内で温度が変化した時の、共振器20の入力インピーダンスZLと負性抵抗回路22のに入力インピーダンスZLとの関係を示した。d1,d2,d3上の逆三角形で示す周波数は、d1は低温時、d2は常温時、d3は高温時における共振器20の入力インピーダンスZLの目標周波数を示す。e1,e2,e3上の逆三角形で示す周波数は、e1は低温時、e2は常温時、e3は高温時における負性抵抗回路22の入力インピーダンスZinの目標周波数を示す。各温度において、ZLとZin上の目標周波数を示す点f1,f2,f3で示される同一虚数軸上にあり、常に式(6)を満たしている。
【0021】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
図2は本発明の第1実施形態による発振器の一構成例の図であり、図21中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図2に示すように、発振器は、共振器2、及び負性抵抗回路50から構成される。負性抵抗回路50は、温度補償回路60、発振のエネルギーを供給するトランジスタTrと、負性抵抗特性を得るためにトランジスタTrにコレクタ−エミッタ間に接続されたCce、ベースを発振周波数帯域で接地するためのCb、ベース−エミッタ間の容量となるCbe、トランジスタTrのベース電圧を与えるための電源VccとトランジスタTrのベース間に接続されたR1とベース−グラウンド間に接続されたR2、トランジスタTrの電流を決めるR3から構成される。
【0022】
温度補償回路60は、トランジスタTrのコレクタとグラウンド間に直列に接続された、コンデンサCt1、サーミスタTH1、及びオフセット抵抗Rt1から構成される。コンデンサCt1は、直流成分をカットして高周波数成分のみを温度補償回路60に流すと同時に、サーミスタTH1、オフセット抵抗Rt1と組み合わせることで、トランジスタTrのバイアス条件を変化させずに負性抵抗特性を変化させて温度補償を行うためのものである。サーミスタTH1は、共振器2の温度変化による特性の変化量に対し負性抵抗回路50の特性を、目標発振周波数において式(6)が常に満たされるように追従させて、目標周波数で発振するように温度補償を行うためのものである。即ち、サーミスタTH1は、発振器が使用される一定範囲の温度において、目標発振周波数での共振器2の入力インピーダンスZLと負性抵抗回路50の入力インピーダンスZinの逆数が図20のように等虚数曲線上に位置するよう温度補償を行う。オフセット抵抗Rt1は、温度補償を行うために一定以上のインピーダンスが必要とされる場合、その一定以上のインピーダンスをサーミスタTH1が持つことが困難であるとき、オフセット抵抗とするものである。これにより使用するサーミスタTH1の選択の幅を広げることが可能となる。
【0023】
以下、図2の回路の動作説明をする。
【0024】
(1) 共振器2の温度による特性変化
発振器が使用される様々な温度(低温(−30℃)、常温(25℃)、高温(70℃)等)での温度による特性変化の様子を、図3,図4に示す。図3は、低温、常温、及び高温の各温度において共振器2の入力インピーダンスZLをスミスチャート上でプロットした図であり、a1,a2,a3で示す周波数は、a1は低温時、2は常温時、a3は高温時における目標周波数を示す。図4は同一の温度範囲における温度補償を行わない負性抵抗回路の入力インピーダンスZinの逆数をスミスチャート上でプロットした図であり、b1,b2,b3で示す周波数は、b1は低温時、b2は常温時、a3は高温時における目標周波数を示す。図3,図4から、Zinは目標周波数において温度に対する変動が極めて小さく、前述のように発振器の温度による発振周波数の変化は共振器の温度による特性変化が主たる要因であることが分かる。
【0025】
(2) 負性抵抗回路の温度補償
図5は、図3,図4と同一の温度範囲における図2の温度補償回路60を含む負性抵抗回路50の入力インピーダンスZinの逆数をスミスチャート上でプロットした図であり、c1,c2,c3で示す周波数は、c1は低温時、c2は常温時、c3は高温時における目標周波数を示す。図6は図3と図5を重ね合わせたものである。図25に示す原理図と同様の効果が得られていることが分かる。
【0026】
(3) 温度補償の効果
図7は実際の発振回路における0〜70℃の温度範囲で温度補償回路60による温度補償無しの場合と温度補償有りの場合の発振周波数(FT)の変動を示した図であり、横軸に温度、縦軸に目標周波数(F0)との差を示している。温度補償回路60が無い場合、0〜70℃の範囲で約5MHzの発振周波数の変動があるのに対し、温度補償回路60をつけた場合は、約1MHz以内に発振周波数が収まっていることが分かる。
【0027】
以上説明したように、第1実施形態によれば、発振器の共振器が温度変化により特性が変わっても、負性抵抗回路側にサーミスタを付加することにより、発振周波数の温度に対する変動を軽減することができる。また、共振器のコンデンサは標準的な部品が使用できる上、サーミスタは特性がカタログにより明確にされていること、品種も多いことから、所望の温度特性のサーミスタを市場から入手することが容易であり、製造が容易となる。
【0028】
第2実施形態
図8は本発明の第2実施形態による発振器の回路図であり、図21中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図8に示すように、負性抵抗回路70の中のトランジスタTrのコレクタ−エミッタに温度利得補償回路90が設けられている。Cce1,Cce2は図21に示す所のCceに相当し、他のコンデンサ(Cb,Cbe)と組み合わせて、目標周波数において負性抵抗特定を得ることができる。
【0029】
温度が変化すると負性抵抗回路70の入力インピーダンスZinが変化する。入力インピーダンスZinの変化は共振器2に供給するエネルギーが変化することになり、発振回路全体の振幅が変動する。その結果として、発振器の出力の振幅が変動する。発振器の出力の振幅が変動すると、発振器に接続される回路に影響を及ぼすこともある。特に、振幅が小さくなることは悪影響を及ぼし易い。そこで、温度利得補償回路90は、負性抵抗特性の電力利得が温度によらず大きく、即ち、Re(Zin)が温度に変化なく一定の値であるように、温度補償を行うものである。
【0030】
温度利得補償回路90は、コンデンサCce1とコンデンサCce2の接続点とグラウンド間に直列に接続されたサーミスタTH2及びオフセット抵抗Rt2から構成される。サーミスタTH2は、負性抵抗回路70のRe(Zin)が温度変化に拘わらず一定となるように温度補償するものである。オフセット抵抗Rt2は、図2中のオフセット抵抗Rt1と同様の理由から設けられるものである。コンデンサCce1は、図2中のコンデンサCtと同様の理由から設けられるものである。
【0031】
図9は、負性抵抗回路70のサーミスタTH2の抵抗値のみ大,中,小と変化させ、他のパラメータを共通としたときの負性抵抗回路70の入力インピーダンスZinの電力利得をプロットしたものである。図9中の符号a1,a2,a3に対応するサーミスタTH2の抵抗値は、大,中,小である。サーミスタTH2はその抵抗が大きくなるにつれてZin電力利得が大きくなっていることが分かる。よって、温度が高くなるにつれて、負性抵抗回路70の電力利得が大きくなる場合には、サーミスタTH2の抵抗値が小さくなるようにする。一方、温度が高くなるにつれて、負性抵抗回路70の電力利得が小さくなる場合には、サーミスタTH2の抵抗値を大きくなるようにする。このようなサーミスタTH2を用いることにより、温度変化によらず負性抵抗特性の電力利得を一定にすることができる。
【0032】
本実施形態では、発振器の出力振幅の温度補償という観点から説明したが、本実施形態に第1実施形態の発振周波数を温度補償する回路構成を付加する構成としても良い。以上説明した第2実施形態によれば、発振器の出力振幅の温度補償を行うことができる。
【0033】
第3実施形態
図10は本発明の第3実施形態による発振器の回路図であり、図21中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図10に示すように、負性抵抗回路100のトランジスタTrのコレクタ−エミッタに温度利得補償回路120が設けられている。Cce3は図21に示す所のCceに相当し、他のコンデンサ(Cb,Cbe)と組み合わせて、目標周波数において負性抵抗特性を得ることができる。温度利得補償回路120の目的は、第2実施形態の温度利得補償回路90と同じである。第2実施形態の温度利得補償回路90がコンデンサCce1とコンデンサCce2との接続点とグラウンド間に直列に接続されたサーミスタTH2及びオフセット抵抗Rt3から構成されているのに対して、本実施形態の温度利得補償回路120がコレクタとエミッタとの間にコンデンサCce3と直列に接続されたサーミスタTH3及びオフセット抵抗Rt3から構成されている点が異なる。温度利得補償回路120は、サーミスタTH3とオフセット抵抗Rt3から構成される。サーミスタTH3は、負性抵抗回路100の電力利得が温度変化に拘わらず一定となるように温度補償するものである。
【0034】
図11は、負性抵抗回路100のサーミスタTH3の抵抗値のみ大,中,小と変化させ、他のパラメータを共通としたときの負性抵抗回路100の入力インピーダンスZinの電力利得をプロットしたものである。図11中の符号b1,b2,b3に対応するサーミスタTH3の抵抗値は、小,中,大である。サーミスタTH3はその抵抗が小さくなるにつれてZinの電力利得が大きくなっていることが分かる。このように温度が高くなるにつれて、負性抵抗回路100の電力利得が大きくなる場合には、サーミスタTH3の抵抗値が大きくなるようにする。一方、温度が高くなるにつれて、負性抵抗回路100の電力利得が小さくなる場合には、サーミスタTH3の抵抗値が小さくなるようにする。このようなサーミスタTH3を用いることにより、温度変化によらず負性抵抗特性の電力利得を一定とすることができる。以上説明した第3実施形態によれば、第2実施形態と同様の効果がある。
【0035】
第4実施形態
図12は本発明の第4実施形態による発振器の構成図であり、図21中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。本実施形態では発振周波数が一定となるような温度補償を負性抵抗回路150の出力回路160中に温度補償回路170を設けている。温度補償回路170は発振器のトランジスタTrのエミッタとグラウンド間に直列に接続されたサーミスタTH4及びオフセット抵抗R4から構成される。
【0036】
図13はエミッタとグラウンド間に設けた抵抗の抵抗値(エミッタ負荷シリーズ抵抗値:単位Ω)と周波数変動Δf(発振周波数−目標周波数:単位MHz)との関係を示す図であり、発振器の他のパラメータを一定としている。図13ではエミッタ負荷シリーズ抵抗が約90Ωのとき発振器が目標周波数で発振することを示している。図13に示すように、エミッタ負荷シリーズ抵抗値が大きくなると発振周波数が下がっている。このように、エミッタ負荷シリーズ抵抗値を変化させることにより発振器の発振周波数を変化させられる。上述したように発振器の発振周波数は温度補償を行わなかったとき、温度により変化してしまうので、その変化を補償する温度特性を有するサーミスタTH4を設けることにより発振周波数が一定となるように制御する。オフセット抵抗R4は図2中のオフセット抵抗Rt1と同様の目的のものである。バッファBUFは発振器を他の回路に接続した場合等において、発振器の負性抵抗特性が接続される他の回路により影響を及ぼされるないようにするためのアイソレーションと出力レベルの確保のためである。以上説明した第4実施形態によれば、負性抵抗回路の出力回路にサーミスタを用いて温度補償を行うことができるので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0037】
第5実施形態
図14は本発明の第5実施形態による発振器の構成図であり、図21中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を附している。本実施形態は負性抵抗回路200の出力回路210に温度補償回路220を設け、この回路の目的とするところは第4実施形態の温度補償回路170と共通する。第4実施形態の温度補償回路170がサーミスタTH4とオフセット抵抗R4がエミッタとグラウンド間で直列に接続されていたのに対して、第5実施形態の温度補償回路220は、エミッタとグラウンド間に、直列に接続された抵抗R6及びサーミスタTH5と並列に抵抗R5を設け、これらの回路に直列に抵抗R7を設けた点が異なる。
【0038】
これは、第4実施形態の温度補償回路170の合成抵抗値は、サーミスタTH4とオフセット抵抗Rt4の抵抗値の和となるのに対して、温度補償回路220の合成抵抗値は、抵抗R6とサーミスタTH5の抵抗の和と抵抗R5の合成抵抗と抵抗R7の和となり、サーミスタTH5の抵抗値の変化量が温度補償回路220の合成抵抗値の変化に与える影響がサーミスタTH4の抵抗値の変化量が温度補償回路170の合成抵抗値の変化に与える影響よりも大きい。よって、サーミスタTH5の温度変化による抵抗値の変化量が小さくても温度補償回路220の合成抵抗値の変化量を大きくできることから、各温度で所望の合成抵抗値を得ることが容易となるからである。
【0039】
図15は温度補償回路の効果を説明する図であり、第4実施形態による補償(補償有1)、第5実施形態による補償(補償有2)について、横軸に温度(0〜70℃)、縦軸に周波数偏差((発振周波数−目標周波数)×106/目標周波数,単位:ppm)を示したものである。図15に示すように、補償無の場合、温度と共に発振周波数が下がっているが、補償有1では周波数変化量が少なくなっている。温度補償回路220の合成抵抗値の変化量を大きくした補償有2では更に変化量が少なくなり補償感度の調節が可能である事が分かる。以上説明した実施形態によれば、第4実施形態と同様の効果がある上に精度良く温度補償することができる。
【0040】
本発明は以下の付記を含むものである。
【0041】
(付記1) 共振器と該共振器に該エネルギーを供給する負性抵抗回路とを有し所定温度で目標周波数で発振する発振器において、
前記共振器と前記負性抵抗回路との接続点から見た前記共振器の反射係数の温度変化による位相変化に起因する発振周波数のずれを補償して前記目標周波数で発振を維持させる温度特性を有するサーミスタを含む温度補償回路を前記負性抵抗回路側に設けたことを特徴とする発振器。
【0042】
(付記2) 前記温度補償回路は、前記共振器と前記負性抵抗回路との接続点と基準電位との間に設けられたことを特徴とする付記1記載の発振器。
【0043】
(付記3) 前記負性抵抗回路は、トランジスタ、前記共振器の出力側に接続され該共振器にエネルギーを供給する帰還回路及び前記トランジスタをバイアスするバイアス回路を有し、前記温度補償回路は、前記バイアス回路の前記トランジスタへのバイアス条件を維持するためのコンデンサ、サーミスタ及びオフセット抵抗を有することを特徴とする付記2記載の温度補償機能を有する発振器。
【0044】
(付記4) 共振器と、トランジスタ、該共振器の出力側に接続され該共振器にエネルギーを供給する帰還回路、前記トランジスタをバイアスするバイアス回路及び該トランジスタの出力側に接続された出力回路を有する負性抵抗回路とを有し所定温度で目標周波数で発振する発振器において、
前記共振器と前記負性抵抗回路との接続点から見た前記負性抵抗回路の反射係数の所定温度範囲内における温度変化による変化を補償して前記目標周波数での前記反射係数が一定となるような温度特性を有するサーミスタを有する温度補償回路を前記帰還回路に設けたことを特徴とする発振器。
【0045】
(付記5) 前記帰還回路は、前記トランジスタと該トランジスタに並列に接続された前記第1及び第2コンデンサ、並びに該第1及び第2コンデンサの接続点と基準電位との間に設けられた前記サーミスタ及びオフセット抵抗を有することを特徴とする付記4記載の発振器。
【0046】
(付記6) 前記帰還回路は、トランジスタと該トランジスタに並列に接続された前記サーミスタ及びコンデンサを有することを特徴する付記4記載の発振器。
【0047】
(付記7) 共振器と、トランジスタ、該共振器の出力側に接続され該共振器にエネルギーを供給する帰還回路、前記トランジスタをバイアスするバイアス回路及び該トランジスタの出力側に接続された出力回路とを有する負性抵抗回路とを有し、所定温度で目標周波数で発振する発振器において、
前記共振器の反射係数の温度変化による発振周波数の目標周波数からのずれを補償する温度特性を有するサーミスタを含む温度補償回路を前記負性抵抗回路の出力回路に設けたことを特徴とする発振器。
【0048】
(付記8) 前記温度補償回路は前記トランジスタの出力側と基準電位との間に設けられた前記サーミスタ及びオフセット抵抗を有することを特徴とする付記7記載の発振器。
【0049】
(付記9) 前記温度補償回路は、前記トランジスタの出力側に直列に接続された第1抵抗及び前記サーミスタ、前記第1抵抗及び前記サーミスタと並列に接続された第2抵抗、並びに前記第1抵抗と基準電位との間に設けられた第3抵抗を有することを特徴とする付記7記載の発振器。
【0050】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、発振器の共振器が温度変化により特性が変わっても、負性抵抗回路側にサーミスタを付加することにより、発振周波数の温度に対する変動を軽減することができる。また、共振器のコンデンサは標準的な部品が使用できる上、サーミスタは特性がカタログにより明確にされていること、品種も多いことから、所望の温度特性のサーミスタを市場から入手することが容易であり、製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】本発明の第1実施形態による発振器の構成図である。
【図3】共振器の温度特性変化を示す図である。
【図4】温度による負性抵抗特性の変化を示す図である。
【図5】温度による負性抵抗特性の変化を示す図である。
【図6】負性抵抗特性の温度補償の効果を示す図である。
【図7】第1実施形態による温度補償の効果を示す図である。
【図8】本発明の第2実施形態による発振器の構成図である。
【図9】サーミスタの抵抗値の違いによる負性抵抗の電力利得を示す図である。
【図10】本発明の第3実施形態による発振器の構成図である。
【図11】サーミスタの抵抗値の違いによる負性抵抗の電力利得を示す図である。
【図12】本発明の第4実施形態による発振器の構成図である。
【図13】エミッタ負荷シリーズ抵抗の違いによる周波数の変化を示す図である。
【図14】本発明の第5実施形態による発振器の構成図である。
【図15】温度補償回路の効果説明図である。
【図16】一般的な負性抵抗型発振器の構成を示す図である。
【図17】ZLの一例を示す図である。
【図18】1/Zinの一例を示す図である。
【図19】ZLと1/Zinと、−Im(Z)及びIm(Z)が一定となる軌跡を示す図である。
【図20】発振条件を示す図である。
【図21】発振器の具体例を示す図である。
【図22】コンデンサによる温度補償方法を示す図である。
【図23】コンデンサによる温度補償回路を含む発振器を示す図である。
【図24】コンデンサによる温度補償回路を含むVCOを示す図である。
【図25】温度補償の原理を示す図である。
【符号の説明】
20 共振器
22 負性抵抗回路
24 温度補償回路
30 サーミスタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oscillator used in a wireless device or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent mobile communication / multiplex radio apparatuses and the like, an oscillator of a radio unit becomes an important factor of reliability with respect to environmental conditions in addition to electrical characteristics. In particular, it is necessary to pay careful attention to fluctuations in the oscillation frequency and the output amplitude of the oscillator with respect to temperature. An oscillator is a circuit that generates a periodic signal without being given an external signal by sustaining a natural vibration of a passive circuit or a circuit composed of a passive circuit and an active circuit using the active circuit. In this oscillator, there are a negative resistance type oscillation circuit that uses an active element as a negative resistance element and a feedback type oscillation circuit that feeds back to a passive circuit using an amplification element. There is no difference.
[0003]
FIG. 16 is a diagram showing an oscillator using a negative resistance element. As shown in FIG. 16, the oscillator includes a resonator 2 and a negative resistance circuit 4. The resonator 2 is a circuit that mainly determines an oscillation frequency and vibrates at the oscillation frequency. The negative resistance circuit 4 is a circuit that supplies oscillation energy to the resonator 2. The reflection coefficient on the resonator 2 side measured from point A in the circuit shown in FIG.L, Input impedance ZL, The reflection coefficient on the negative resistance circuit 4 side is Γin, Input impedance ZinAnd
[0004]
The oscillation condition is expressed by the following formula (1).
[0005]
ΓL・ Γin= 1 (1)
In this formula,
Γin= (Zin-Z0) / (Zin+ Z0(2)
ΓL= (ZL-Z0) / (ZL+ Z0(3)
Substituting the relationship
Zin+ ZL= 0 (4)
Is obtained.
This
Re (Zin+ ZL) = 0 (5)
Im (Zin+ ZL) = 0 (6)
Equation (5) is referred to as an amplitude condition, and Equation (6) is referred to as a frequency condition.
[0006]
Actually, if the value on the left side of Equation (5) is 0 or more, the oscillation state is established.
Re (Zin+ ZL) ≧ 0 (7)
Equation (1) becomes
ΓL・ Γin≧ 1 (8)
It can be.
[0007]
On the other hand, from equation (6)
-Im (Zin) = Im (ZL(9)
The oscillation conditions are easy to understand visually using the Smith chart. FIG. 19 shows ZLAnd Zin, And a certain impedance Z, the locus where −Im (Z) and Im (Z) are constant is plotted on the Smith chart. FIG. 17 shows Z within a certain frequency range including the oscillation frequency.LIt is the figure which showed on the Smith chart. FIG. 18 shows Z within a certain frequency range including the oscillation frequency.inIs a reciprocal display on the Smith chart to make it easier to visually understand the amplitude condition and frequency condition. FIG. 20 is a diagram for obtaining the oscillation condition based on the relationship of FIGS. Thus, in order to obtain a point satisfying the equation (6) for determining the oscillation frequency, as shown in FIG.LAnd the reciprocal ZinHowever, it is good to obtain points (A and B in FIG. 20) that pass through the same imaginary part on the Smith chart.
[0008]
FIG. 21 is a diagram showing a grounded base oscillator. As shown in FIG. 21, the resonator 2 is a negative resistance oscillator including a tank circuit composed of an inductor L1 and a capacitor C1 connected in parallel and a capacitor C2 connected in series to the tank circuit. It is. The negative resistance circuit 4 includes a transistor Tr for supplying oscillation energy, Cce connected between a collector and an emitter of the transistor Tr for obtaining negative resistance characteristics, and Cb for grounding a base in an oscillation frequency band. Cbe serving as the base-emitter capacitance, R1 connected between the power source Vcc for providing the base voltage of the transistor Tr and the base of the transistor Tr, R2 connected between the base and the ground, and R3 determining the current of the transistor Tr Consists of
[0009]
In general, the characteristics of each circuit element constituting an oscillator vary with temperature. This change is ZL, ZinAs a result, the oscillation frequency fluctuates. In order to increase the stability of the oscillation frequency with respect to the temperature, it is efficient to apply a correction for the temperature change in a portion dominant to the oscillation frequency in the circuit.
[0010]
In general, an oscillator is adjusted so as to oscillate in the vicinity of a resonance point of a resonator having a sharp resonance characteristic in order to increase selectivity of an oscillation frequency. Z at this timeLThe amount of phase change with respect to frequency is ZinIt can be seen that the oscillation frequency is dominated by the characteristics of the resonator. In other words, it can be said that the temperature characteristic of the resonator appears greatly as the temperature change of the oscillation frequency. Therefore, the temperature compensation uses a method in which an element for temperature compensation is embedded in the resonator. As a general temperature compensation element, a capacitor having a specific capacitance change rate is used.
[0011]
As described above, the oscillation frequency of the circuit of FIG. 21 is substantially determined by the resonance frequency of the inductor L1 and the capacitor C1. When the temperature changes, the characteristics of L1 and C1 change, the resonance frequency changes, and the oscillation frequency changes.
[0012]
FIG. 22 is a diagram showing a temperature compensation method using a capacitor. If the resonator of FIG. 21 has a characteristic that the resonance frequency decreases as the temperature increases, the oscillation frequency also decreases as the temperature increases as shown in FIG.
[0013]
FIG. 23 is a diagram illustrating an oscillator including a circuit that performs temperature compensation using a capacitor. In order to perform temperature compensation in this circuit, a temperature compensation capacitor Cs having a characteristic that the capacitance value decreases with increasing temperature is added to the resonator 2 as shown in FIG. 23, and the oscillation frequency is increased with increasing temperature. The resonator 2 is subjected to such an action as to raise it. At this time, since the resonance frequency is changed by adding the temperature compensation capacitor Cs, the value of the capacitor C1 is adjusted to another capacitor C1 ', and the original oscillation frequency is maintained. If the circuit of FIG. 21 has a characteristic that the oscillation frequency increases as the temperature rises, the capacitor Cs has a characteristic that increases the capacitance value with respect to the temperature rise, and acts to lower the oscillation frequency.
[0014]
FIG. 24 is a diagram showing a voltage controlled oscillator (VCO) including a temperature compensation circuit using a capacitor. The VCO can change the oscillation frequency by incorporating the varactor diode D in the resonator 16 and making the resonance frequency of the resonator 2 variable by the control voltage Vcont. In this circuit as well, temperature compensation can be performed by incorporating a temperature compensation capacitor Cs as in FIG.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the temperature compensation of the oscillation frequency of the conventional oscillator has the following problems. In the conventional temperature compensation of the oscillation frequency by the capacitor, the capacitance change rate with respect to the temperature of the capacitor Cs must be selected to be optimum for the temperature change without compensation. That is, as the rate of change of the oscillation frequency due to temperature at the time of non-compensation is larger, it is necessary to select a capacitor having a larger rate of change in capacitance with respect to temperature for temperature compensation. However, in reality, capacitors having all temperature characteristics are not on the market, and capacitors having desired temperature characteristics do not exist or are extremely difficult to obtain. For this reason, it has been difficult to accurately perform temperature compensation.
[0016]
It is also conceivable to use a thermistor instead of a capacitor as a temperature compensation element in the resonator. When temperature compensation is performed using a resonator, there is a problem that if a thermistor that is a resistance component is used, the loss of the resonator increases and the Q value decreases. Further, the amplitude of the output of the oscillator fluctuates and is difficult to stabilize due to a change in the characteristics of the negative resistance circuit and a change in the characteristics of the output amplifier due to a temperature change.
[0017]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an oscillator that can easily perform temperature compensation of the oscillation frequency of the oscillator and has a function of performing temperature compensation of the output amplitude of the oscillator. And
[0018]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 shows the principle of the present invention. As shown in FIG. 1, the oscillator includes a resonator 20 and a negative resistance circuit 22. The resonator 20 is a circuit that resonates at an oscillation frequency. The negative resistance circuit 22 is a circuit that supplies energy to the resonator 20. The negative resistance circuit 22 has a temperature compensation circuit 24. When the temperature changes, the electrical characteristics of the components constituting the resonator 20 change, thereby changing the resonance frequency of the resonator 20 that determines the oscillation frequency of the oscillator. That is, the input impedance characteristic changes, and the oscillation frequency condition is satisfied. This will affect the oscillation frequency. The temperature compensation circuit 24 includes a thermistor 30 having a temperature characteristic that compensates for an oscillation frequency shift caused by a temperature change in the input impedance of the resonator 20 and maintains oscillation at a target frequency.
[0019]
As described above, the oscillation frequency of the oscillator depends on the input impedance Z of the resonator 20.LAnd the input impedance Z of the negative resistance circuit 22inIs the frequency when Expression (6) is satisfied at the same frequency. When the temperature changes, the input impedance Z at the target oscillation frequency of the resonator 20LChanges. Therefore, the thermistor 30 has an input impedance Z of the target oscillation frequency at each temperature within a predetermined range of the resonator 20.LAgainst ZinHas a temperature characteristic that always satisfies the expression (6), so that temperature compensation is performed so as to oscillate at a target frequency in a predetermined range of temperature. As a result, temperature compensation can be performed using a thermistor instead of a capacitor, and since there are many variations of thermistors supplied to the market, temperature compensation can be easily performed.
[0020]
FIG. 25 shows the effect of this temperature compensation on a Smith chart using the method of FIG. The input impedance Z of the resonator 20 when the temperature changes within a predetermined range.LAnd the input impedance Z of the negative resistance circuit 22LThe relationship was shown. The frequencies indicated by the inverted triangles on d1, d2, and d3 are as follows: d1 is a low temperature, d2 is a normal temperature, and d3 is an input impedance Z of the resonator 20 at a high temperature.LIndicates the target frequency. The frequencies indicated by the inverted triangles on e1, e2, e3 are as follows: e1 is at low temperature, e2 is at room temperature, and e3 is the input impedance Z of the negative resistance circuit 22 at high temperature.inIndicates the target frequency. At each temperature, ZLAnd ZinThey are on the same imaginary axis indicated by the points f1, f2, and f3 indicating the upper target frequency, and always satisfy Expression (6).
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First embodiment
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the oscillator according to the first embodiment of the present invention. Components that are substantially the same as those in FIG. 21 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 2, the oscillator includes a resonator 2 and a negative resistance circuit 50. The negative resistance circuit 50 includes a temperature compensation circuit 60, a transistor Tr that supplies oscillation energy, a Cce connected between the collector and the emitter of the transistor Tr, and a base grounded in the oscillation frequency band to obtain negative resistance characteristics. Cb, Cbe serving as a base-emitter capacitance, R1 connected between the power source Vcc for providing the base voltage of the transistor Tr and the base of the transistor Tr, R2 connected between the base and the ground, and the transistor Tr R3 is used to determine the current.
[0022]
The temperature compensation circuit 60 includes a capacitor Ct1, a thermistor TH1, and an offset resistor Rt1 connected in series between the collector of the transistor Tr and the ground. The capacitor Ct1 cuts the DC component and allows only the high frequency component to flow through the temperature compensation circuit 60, and at the same time, by combining with the thermistor TH1 and the offset resistor Rt1, the negative resistance characteristic can be obtained without changing the bias condition of the transistor Tr. It is for changing the temperature compensation. The thermistor TH1 oscillates at the target frequency by causing the characteristic of the negative resistance circuit 50 to follow the amount of change in the characteristic due to the temperature change of the resonator 2 so that the expression (6) is always satisfied at the target oscillation frequency. This is for performing temperature compensation. That is, the thermistor TH1 has an input impedance Z of the resonator 2 at the target oscillation frequency at a certain range of temperatures where the oscillator is used.LAnd the input impedance Z of the negative resistance circuit 50inAs shown in FIG. 20, temperature compensation is performed so that the reciprocal of is located on an isoimaginary curve. The offset resistance Rt1 is used as an offset resistance when it is difficult for the thermistor TH1 to have an impedance above a certain level when impedance more than a certain level is required to perform temperature compensation. As a result, the selection range of the thermistor TH1 to be used can be expanded.
[0023]
Hereinafter, the operation of the circuit of FIG. 2 will be described.
[0024]
(1) Change in characteristics of resonator 2 due to temperature
FIG. 3 and FIG. 4 show changes in characteristics depending on temperatures at various temperatures (low temperature (−30 ° C.), normal temperature (25 ° C.), high temperature (70 ° C.), etc.) where the oscillator is used. FIG. 3 shows the input impedance Z of the resonator 2 at low temperature, normal temperature, and high temperature.LAre plotted on the Smith chart, and the frequencies indicated by a1, a2, and a3 are as follows: a1 is a low temperature, 2 is a normal temperature, and a3 is a target frequency at a high temperature. FIG. 4 shows the input impedance Z of the negative resistance circuit without temperature compensation in the same temperature range.inAre plotted on the Smith chart. The frequencies indicated by b1, b2, and b3 are b1 at a low temperature, b2 at a normal temperature, and a3 a target frequency at a high temperature. 3 and 4, ZinShows that the variation with respect to temperature at the target frequency is extremely small, and as described above, the change in the oscillation frequency due to the temperature of the oscillator is mainly due to the characteristic change due to the temperature of the resonator.
[0025]
(2) Temperature compensation of negative resistance circuit
5 shows the input impedance Z of the negative resistance circuit 50 including the temperature compensation circuit 60 of FIG. 2 in the same temperature range as FIG.inAre plotted on the Smith chart, and the frequencies indicated by c1, c2, and c3 are c1 at a low temperature, c2 at a normal temperature, and c3 a target frequency at a high temperature. FIG. 6 is a superposition of FIG. 3 and FIG. It can be seen that the same effect as the principle diagram shown in FIG. 25 is obtained.
[0026]
(3) Effect of temperature compensation
FIG. 7 shows an oscillation frequency (F) when temperature compensation is not performed by the temperature compensation circuit 60 and when temperature compensation is performed in a temperature range of 0 to 70 ° C. in an actual oscillation circuit.T), The horizontal axis represents the temperature, and the vertical axis represents the target frequency (F0). When the temperature compensation circuit 60 is not provided, the oscillation frequency fluctuates about 5 MHz in the range of 0 to 70 ° C., whereas when the temperature compensation circuit 60 is attached, the oscillation frequency is within about 1 MHz. I understand.
[0027]
As described above, according to the first embodiment, even if the characteristics of the resonator of the oscillator change due to a temperature change, the fluctuation of the oscillation frequency with respect to the temperature is reduced by adding the thermistor to the negative resistance circuit side. be able to. In addition, standard capacitors can be used for the resonator capacitor, and thermistors are clearly specified in the catalog, and there are many types of thermistors, making it easy to obtain thermistors with the desired temperature characteristics from the market. And easy to manufacture.
[0028]
Second embodiment
FIG. 8 is a circuit diagram of an oscillator according to the second embodiment of the present invention. Components that are substantially the same as those shown in FIG. 21 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 8, a temperature gain compensation circuit 90 is provided at the collector-emitter of the transistor Tr in the negative resistance circuit 70. Cce1 and Cce2 correspond to Cce shown in FIG. 21, and in combination with other capacitors (Cb, Cbe), negative resistance specification can be obtained at the target frequency.
[0029]
When the temperature changes, the input impedance Z of the negative resistance circuit 70inChanges. Input impedance ZinThis changes the energy supplied to the resonator 2, and the amplitude of the entire oscillation circuit varies. As a result, the amplitude of the output of the oscillator varies. When the amplitude of the output of the oscillator varies, the circuit connected to the oscillator may be affected. In particular, a decrease in amplitude tends to have an adverse effect. Therefore, the temperature gain compensation circuit 90 has a large power gain of the negative resistance characteristic regardless of the temperature, that is, Re (Zin) Is temperature compensated so that it is a constant value without change in temperature.
[0030]
The temperature gain compensation circuit 90 includes a thermistor TH2 and an offset resistor Rt2 connected in series between the connection point of the capacitors Cce1 and Cce2 and the ground. The thermistor TH2 is the Re (Z of the negative resistance circuit 70.in) Is temperature-compensated so as to be constant regardless of the temperature change. The offset resistor Rt2 is provided for the same reason as the offset resistor Rt1 in FIG. The capacitor Cce1 is provided for the same reason as the capacitor Ct in FIG.
[0031]
FIG. 9 shows the input impedance Z of the negative resistance circuit 70 when only the resistance value of the thermistor TH2 of the negative resistance circuit 70 is changed to large, medium and small, and other parameters are made common.inThe power gain is plotted. The resistance values of the thermistor TH2 corresponding to the symbols a1, a2, and a3 in FIG. 9 are large, medium, and small. The thermistor TH2 increases as its resistance increases.inIt can be seen that the power gain is increased. Therefore, when the power gain of the negative resistance circuit 70 increases as the temperature increases, the resistance value of the thermistor TH2 is decreased. On the other hand, when the power gain of the negative resistance circuit 70 decreases as the temperature increases, the resistance value of the thermistor TH2 is increased. By using such a thermistor TH2, the power gain of the negative resistance characteristic can be made constant regardless of the temperature change.
[0032]
Although this embodiment has been described from the viewpoint of temperature compensation of the output amplitude of the oscillator, a circuit configuration for temperature compensation of the oscillation frequency of the first embodiment may be added to this embodiment. According to the second embodiment described above, temperature compensation of the output amplitude of the oscillator can be performed.
[0033]
Third embodiment
FIG. 10 is a circuit diagram of an oscillator according to the third embodiment of the present invention. Components that are substantially the same as those shown in FIG. 21 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 10, a temperature gain compensation circuit 120 is provided at the collector-emitter of the transistor Tr of the negative resistance circuit 100. Cce3 corresponds to Cce shown in FIG. 21, and can be combined with other capacitors (Cb, Cbe) to obtain negative resistance characteristics at the target frequency. The purpose of the temperature gain compensation circuit 120 is the same as that of the temperature gain compensation circuit 90 of the second embodiment. The temperature gain compensation circuit 90 of the second embodiment is composed of the thermistor TH2 and the offset resistor Rt3 connected in series between the connection point between the capacitor Cce1 and the capacitor Cce2 and the ground. The difference is that the gain compensation circuit 120 includes a thermistor TH3 and an offset resistor Rt3 connected in series with a capacitor Cce3 between a collector and an emitter. The temperature gain compensation circuit 120 includes a thermistor TH3 and an offset resistor Rt3. The thermistor TH3 performs temperature compensation so that the power gain of the negative resistance circuit 100 is constant regardless of the temperature change.
[0034]
FIG. 11 shows the input impedance Z of the negative resistance circuit 100 when only the resistance value of the thermistor TH3 of the negative resistance circuit 100 is changed to large, medium and small, and other parameters are made common.inThe power gain is plotted. The resistance values of the thermistor TH3 corresponding to the symbols b1, b2, and b3 in FIG. 11 are small, medium, and large. As the resistance of the thermistor TH3 decreases, ZinIt can be seen that the power gain is increased. Thus, when the power gain of the negative resistance circuit 100 increases as the temperature increases, the resistance value of the thermistor TH3 is increased. On the other hand, when the power gain of the negative resistance circuit 100 decreases as the temperature increases, the resistance value of the thermistor TH3 is decreased. By using such a thermistor TH3, the power gain of the negative resistance characteristic can be made constant regardless of the temperature change. According to the third embodiment described above, there are the same effects as in the second embodiment.
[0035]
Fourth embodiment
FIG. 12 is a block diagram of an oscillator according to the fourth embodiment of the present invention. Components that are substantially the same as those in FIG. 21 are given the same reference numerals. In this embodiment, a temperature compensation circuit 170 is provided in the output circuit 160 of the negative resistance circuit 150 for temperature compensation so that the oscillation frequency becomes constant. The temperature compensation circuit 170 includes a thermistor TH4 and an offset resistor R4 connected in series between the emitter of the transistor Tr of the oscillator and the ground.
[0036]
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the resistance value of the resistor provided between the emitter and the ground (emitter load series resistance value: unit Ω) and the frequency variation Δf (oscillation frequency−target frequency: unit MHz). The parameters are constant. FIG. 13 shows that the oscillator oscillates at the target frequency when the emitter load series resistance is about 90Ω. As shown in FIG. 13, the oscillation frequency decreases as the emitter load series resistance value increases. Thus, the oscillation frequency of the oscillator can be changed by changing the emitter load series resistance value. As described above, when the temperature compensation is not performed, the oscillation frequency of the oscillator changes depending on the temperature. Therefore, by providing the thermistor TH4 having a temperature characteristic that compensates for the change, the oscillation frequency is controlled to be constant. . The offset resistor R4 has the same purpose as the offset resistor Rt1 in FIG. The buffer BUF is used to ensure isolation and an output level so that the negative resistance characteristic of the oscillator is not influenced by another circuit to which the oscillator is connected when the oscillator is connected to another circuit. . According to the fourth embodiment described above, temperature compensation can be performed using a thermistor in the output circuit of the negative resistance circuit, and thus the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0037]
Fifth embodiment
FIG. 14 is a block diagram of an oscillator according to a fifth embodiment of the present invention. Components that are substantially the same as those shown in FIG. 21 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, a temperature compensation circuit 220 is provided in the output circuit 210 of the negative resistance circuit 200, and the purpose of this circuit is common to the temperature compensation circuit 170 of the fourth embodiment. The temperature compensation circuit 170 of the fourth embodiment has the thermistor TH4 and the offset resistor R4 connected in series between the emitter and the ground, whereas the temperature compensation circuit 220 of the fifth embodiment has the temperature compensation circuit 220 between the emitter and the ground. The difference is that a resistor R5 is provided in parallel with the resistor R6 and the thermistor TH5 connected in series, and a resistor R7 is provided in series with these circuits.
[0038]
This is because the combined resistance value of the temperature compensation circuit 170 of the fourth embodiment is the sum of the resistance values of the thermistor TH4 and the offset resistor Rt4, whereas the combined resistance value of the temperature compensation circuit 220 is the resistance R6 and the thermistor. The sum of the resistance of TH5, the sum of the resistance of resistor R5, and the sum of resistance R7, and the effect of the change in the resistance value of the thermistor TH5 on the change in the composite resistance value of the temperature compensation circuit 220 is This is larger than the influence on the change in the combined resistance value of the temperature compensation circuit 170. Therefore, even if the change amount of the resistance value due to the temperature change of the thermistor TH5 is small, the change amount of the combined resistance value of the temperature compensation circuit 220 can be increased, so that it becomes easy to obtain a desired combined resistance value at each temperature. is there.
[0039]
FIG. 15 is a diagram for explaining the effect of the temperature compensation circuit. For the compensation according to the fourth embodiment (compensation 1) and the compensation according to the fifth embodiment (compensation 2), the temperature (0 to 70 ° C.) is plotted on the horizontal axis. , Frequency deviation on the vertical axis ((oscillation frequency-target frequency) x 106/ Target frequency, unit: ppm). As shown in FIG. 15, in the case of no compensation, the oscillation frequency decreases with temperature, but in the case with compensation 1, the amount of frequency change is small. It can be seen that the compensation amount 2 in which the variation amount of the combined resistance value of the temperature compensation circuit 220 is increased further reduces the variation amount and the compensation sensitivity can be adjusted. According to the embodiment described above, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained, and temperature compensation can be performed with high accuracy.
[0040]
The present invention includes the following supplementary notes.
[0041]
(Supplementary note 1) In an oscillator that has a resonator and a negative resistance circuit that supplies the resonator with the energy, and oscillates at a target frequency at a predetermined temperature,
A temperature characteristic for maintaining oscillation at the target frequency by compensating for a deviation in oscillation frequency caused by a phase change due to a temperature change of the reflection coefficient of the resonator as seen from a connection point between the resonator and the negative resistance circuit. An oscillator comprising a temperature compensation circuit including a thermistor having a negative resistance circuit side.
[0042]
(Supplementary note 2) The oscillator according to supplementary note 1, wherein the temperature compensation circuit is provided between a connection point between the resonator and the negative resistance circuit and a reference potential.
[0043]
(Supplementary Note 3) The negative resistance circuit includes a transistor, a feedback circuit that is connected to the output side of the resonator and supplies energy to the resonator, and a bias circuit that biases the transistor, and the temperature compensation circuit includes: The oscillator having a temperature compensation function according to claim 2, further comprising a capacitor, a thermistor, and an offset resistor for maintaining a bias condition for the transistor of the bias circuit.
[0044]
(Supplementary Note 4) A resonator, a transistor, a feedback circuit connected to the output side of the resonator and supplying energy to the resonator, a bias circuit for biasing the transistor, and an output circuit connected to the output side of the transistor In an oscillator that has a negative resistance circuit and oscillates at a target temperature at a predetermined temperature,
The reflection coefficient at the target frequency is constant by compensating for a change due to a temperature change within a predetermined temperature range of the reflection coefficient of the negative resistance circuit viewed from the connection point between the resonator and the negative resistance circuit. An oscillator comprising a temperature compensation circuit having a thermistor having such temperature characteristics in the feedback circuit.
[0045]
(Supplementary Note 5) The feedback circuit includes the transistor, the first and second capacitors connected in parallel to the transistor, and the connection point between the first and second capacitors and a reference potential. The oscillator according to appendix 4, which has a thermistor and an offset resistor.
[0046]
(Appendix 6) The oscillator according to appendix 4, wherein the feedback circuit includes a transistor and the thermistor and a capacitor connected in parallel to the transistor.
[0047]
(Appendix 7) A resonator, a transistor, a feedback circuit connected to the output side of the resonator and supplying energy to the resonator, a bias circuit for biasing the transistor, and an output circuit connected to the output side of the transistor And an oscillator that oscillates at a target temperature at a predetermined temperature.
An oscillator comprising a temperature compensation circuit including a thermistor having a temperature characteristic for compensating a deviation of an oscillation frequency from a target frequency due to a temperature change of a reflection coefficient of the resonator in an output circuit of the negative resistance circuit.
[0048]
(Supplementary note 8) The oscillator according to supplementary note 7, wherein the temperature compensation circuit includes the thermistor and an offset resistor provided between an output side of the transistor and a reference potential.
[0049]
(Supplementary Note 9) The temperature compensation circuit includes a first resistor and the thermistor connected in series to the output side of the transistor, a second resistor connected in parallel with the first resistor and the thermistor, and the first resistor. The oscillator according to appendix 7, wherein the oscillator has a third resistor provided between the reference potential and the reference potential.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, even if the characteristics of the resonator of the oscillator change due to a temperature change, the fluctuation of the oscillation frequency with respect to the temperature can be reduced by adding the thermistor to the negative resistance circuit side. In addition, standard capacitors can be used for the resonator capacitor, and thermistors are clearly specified in the catalog, and there are many types of thermistors, making it easy to obtain thermistors with the desired temperature characteristics from the market. And easy to manufacture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an oscillator according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a diagram showing a change in temperature characteristics of a resonator.
FIG. 4 is a diagram showing changes in negative resistance characteristics with temperature.
FIG. 5 is a graph showing changes in negative resistance characteristics with temperature.
FIG. 6 is a diagram showing the effect of temperature compensation of negative resistance characteristics.
FIG. 7 is a diagram showing the effect of temperature compensation according to the first embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of an oscillator according to a second embodiment of the invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a power gain of a negative resistance due to a difference in resistance value of the thermistor.
FIG. 10 is a configuration diagram of an oscillator according to a third embodiment of the invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a power gain of a negative resistance due to a difference in resistance value of the thermistor.
FIG. 12 is a configuration diagram of an oscillator according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 13 is a diagram showing a change in frequency due to a difference in emitter load series resistance.
FIG. 14 is a configuration diagram of an oscillator according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 15 is an effect explanatory diagram of a temperature compensation circuit;
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a general negative resistance oscillator.
FIG. 17 ZLIt is a figure which shows an example.
FIG. 18: 1 / ZinIt is a figure which shows an example.
FIG. 19 ZLAnd 1 / ZinAnd -Im (Z) and Im (Z) are diagrams illustrating a trajectory in which Im (Z) is constant.
FIG. 20 is a diagram showing oscillation conditions.
FIG. 21 is a diagram illustrating a specific example of an oscillator.
FIG. 22 is a diagram illustrating a temperature compensation method using a capacitor.
FIG. 23 is a diagram illustrating an oscillator including a temperature compensation circuit using a capacitor.
FIG. 24 is a diagram showing a VCO including a temperature compensation circuit using a capacitor.
FIG. 25 is a diagram illustrating the principle of temperature compensation.
[Explanation of symbols]
20 Resonator
22 Negative resistance circuit
24 Temperature compensation circuit
30 thermistor

Claims (4)

共振器と、前記共振器の出力側に接続されたトランジスタ及び前記トランジスタをバイアスし、電源電圧が印加されるバイアス回路を含む負性抵抗回路とを有する発振器において、
前記負性抵抗回路は、前記電源電圧が印加される前記共振器の前記出力側と所定電圧との間に設けられ、サーミスタを含む温度補償回路を有し、
前記サーミスタは前記共振器の目標周波数における温度変化による入力インピーダンスの変化に追従して前記目標周波数において発振条件が維持されるよう抵抗が温度とともに変化することを特徴とする発振器。
A resonator, said biasing connected transistor and said transistor on the output side of the resonator, in the oscillator to have a negative resistance circuit including a bias circuit to which a power supply voltage is applied,
The negative resistance circuit is provided between the output side of the resonator to which the power supply voltage is applied and a predetermined voltage, and includes a temperature compensation circuit including a thermistor,
An oscillator wherein the thermistor changes with temperature so that an oscillation condition is maintained at the target frequency following a change in input impedance due to a temperature change at the target frequency of the resonator .
前記温度補償回路は、直流成分を除去するためのコンデンサ、オフセット抵抗及び前記サーミスタの直列回路を含む請求項1記載の発振器。The oscillator according to claim 1 , wherein the temperature compensation circuit includes a series circuit of a capacitor for removing a direct current component, an offset resistor, and the thermistor . 共振器と、前記共振器の出力側に接続されたトランジスタ、前記トランジスタをバイアスし、電源電圧が印加されるバイアス回路及び前記トランジスタのコレクタとエミッタとの間に設けられ直列に接続された複数のコンデンサを含む負性抵抗回路とを有する発振器において、
前記負性抵抗回路は、前記複数のコンデンサの中で一端が前記トランジスタのコレクタに接続され直流成分を除去するためのコンデンサの他端とグラウンドとの間に設けられたサーミスタを含む温度補償回路を有し、
前記サーミスタは前記共振器の目標周波数における温度変化による入力インピーダンスの変化に応じて前記目標周波数において発振条件が維持されるよう抵抗が温度とともに変化することを特徴とする発振器。
A resonator, a transistor connected to the output side of the resonator, a bias circuit to which the transistor is biased and a power supply voltage is applied, and a plurality of transistors connected in series provided between a collector and an emitter of the transistor in oscillator have a negative resistance circuit including a capacitor,
The negative resistance circuit includes a temperature compensation circuit including a thermistor provided between one end of the plurality of capacitors connected to the collector of the transistor and the other end of the capacitor for removing a direct current component and the ground. Have
In the oscillator, the resistance of the thermistor changes with temperature so that an oscillation condition is maintained at the target frequency according to a change in input impedance due to a temperature change at the target frequency of the resonator .
共振器と、前記共振器の出力側に接続されたトランジスタ及び前記トランジスタをバイアスし、電源電圧が印加されるバイアス回路を含む負性抵抗回路とを有する発振器において、
前記負性抵抗回路は、前記トランジスタのコレクタとエミッタとの間に設けられ、直流成分を除去するためのコンデンサ及びサーミスタを含む温度補償回路を有し、
前記サーミスタは前記共振器の目標周波数における温度変化による入力インピーダンスの変化に応じて前記目標周波数において発振条件が維持されるよう抵抗が温度とともに変化することを特徴とする発振器。
In an oscillator including a resonator, a transistor connected to an output side of the resonator, and a negative resistance circuit including a bias circuit that biases the transistor and to which a power supply voltage is applied.
The negative resistance circuit is provided between a collector and an emitter of the transistor, and includes a temperature compensation circuit including a capacitor and a thermistor for removing a direct current component,
In the oscillator, the resistance of the thermistor changes with temperature so that an oscillation condition is maintained at the target frequency according to a change in input impedance due to a temperature change at the target frequency of the resonator .
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