JP5477492B2 - 圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電発振器に関する。

近年、携帯電話には高い通話品質が求められている中で、圧電発振器としても、より良好なノイズ性能が求められており、特に１００ｋＨｚ以上の高い離調周波数帯での良好な位相ノイズ性能が求められている。従来の圧電発振器において、その位相ノイズ性能は、電源回路で発生する出力電圧の電圧ノイズが支配的であり、出力電圧を電源とする発振回路、バッファー回路においては、低い電圧ノイズの電源回路を設計しても、それを高感度に増幅するため、水晶発振回路においては位相ノイズの１／ｆノイズが大きく影響し、バッファー回路においては位相ノイズのフロアーノイズが大きく影響するという課題があった。

この問題を解決するために、例えば特許文献１には、電源回路と、電源回路を電源として接続したインバーター発振回路と、電源回路の出力をカットオフ周波数が約１００ｋＨｚの抵抗と固定容量で構成されるローパスフィルターを介して接続したバッファー回路と、から構成される水晶発振器の方法が記載されている。ローパスフィルターによって電源回路の出力ノイズは、カットオフ周波数、例えば１００ｋＨｚにおいては、ノイズのフロアに対して３ｄＢ減少するので、高い離調周波数帯（＜１００ｋＨｚ）で大幅に電圧ノイズを減らすことができ、結果的にバッファー回路の出力端で発生する位相ノイズのフロアを大幅に減らすことができる。

特開２００８−１０３８０８号公報（図２）

しかしながら、従来の方法では、バッファー回路が駆動する際には、電源回路から電流をバッファー回路に引き込むので、ローパスフィルターを構成する抵抗によって電圧降下が生じ、結果として、出力の電圧振幅を十分大きくすることができず、バッファー回路を構成するトランジスターの温度特性などに起因して、例えば、高温において駆動能力が増大し発振器全体の消費電流が温度に対して大きく変動し、出力ＯＵＴの電圧振幅レベルもそれに伴って変動してしまう、という課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
電源と、圧電振動子と、前記電源から供給される電圧で動作し、前記圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、前記電源からの電圧が入力されるノイズフィルター回路と、前記ノイズフィルター回路からの電圧がゲート端子に入力されるＭＯＳトランジスターと、前記ＭＯＳトランジスターのドレインから供給される電圧で動作し、前記発振信号が入力されるバッファー回路と、を含む、ことを特徴とする圧電発振器。

この構成によれば、ノイズフィルター回路からの電圧をバッファー回路に加えることができるので、圧電発振器の位相雑音を低減でき、出力信号の電圧振幅を十分に大きくすることができる。

［適用例２］
上記に記載の圧電発振器において、前記ＭＯＳトランジスターは、デプレッション型であることを特徴とする圧電発振器。

この構成によれば、ノイズフィルター回路からの電圧をバッファー回路に加えることができるので、圧電発振器の位相雑音を低減でき、デプレッション型ＭＯＳトランジスターはゲート− ソース間電圧がエンハンスト型に比べて小さいので、出力信号の電圧振幅を十分に大きくすることができる。

第１実施形態に係る圧電発振器の構成を示す回路図。 圧電発振器の動作を示すグラフ。

以下、圧電発振器の実施形態について図面に従って説明する。

（第１実施形態）
＜圧電発振器の構成＞
先ず、第１実施形態に係る圧電発振器の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る圧電発振器の構成を示す回路図である。

図１に示すように、圧電発振器１は、電源回路５（電源）と、圧電振動子１０と、発振回路２０と、ノイズフィルター回路４０と、デプレッション型ＭＯＳトランジスターＭｎｄ１と、バッファー回路３０と、コンデンサーＣ３と、から構成されている。

電源回路５は、第１の電源電圧である電源電圧Ｖｃｃから第２の電源電圧である電圧Ｖｒｅｇを生成する。

発振回路２０は、インバーター２１と抵抗Ｒ１とコンデンサーＣ１，Ｃ２とから構成されている。圧電振動子１０及び抵抗Ｒ１は、インバーター２１に並列に接続されている。コンデンサーＣ１は、インバーター２１の入力端子と接地電位Ｇｎｄとの間に接続されている。コンデンサーＣ２は、インバーター２１の出力端子と接地電位Ｇｎｄとの間に接続されている。インバーター２１は、電圧Ｖｒｅｇで動作する。発振回路２０は、圧電振動子１０を発振させ発振信号ａを出力する。

ノイズフィルター回路４０は、ローパスフィルターなどで構成され、電圧Ｖｒｅｇに含まれる電源回路５で発生するノイズ成分を取り除いたフィルター電圧ｂを生成する。

デプレッション型ＭＯＳトランジスターＭｎｄ１は、ソース端子に電源電圧Ｖｃｃが入力され、ゲート端子にフィルター電圧ｂが入力され、ドレイン端子から電圧ｃが出力される。

バッファー回路３０は、デプレッション型ＭＯＳトランジスターＭｎｄ１のドレイン端子から出力される電圧ｃで動作し、発振信号ａを入力し、コンデンサーＣ３を介して出力信号ＯＵＴを出力する。

＜圧電発振器の動作＞
次に、圧電発振器の動作について図２を参照して説明する。図２は、圧電発振器の動作を示すグラフである。

図２において、グラフＧ１は、ノイズフィルター回路４０を入れない場合の位相変調雑音を示し、グラフＧ２は、カットオフ周波数を１ｋＨｚ程度に設定したノイズフィルター回路４０を入れた場合の位相変調雑音を示す。図２に示すように、ノイズフィルター回路４０を入れることにより、位相変調雑音を抑えることができる。そして、電源電圧Ｖｃｃをノイズフィルター回路４０を介することなくバッファー回路３０に印加することができるので、出力信号ＯＵＴの電圧振幅を十分大きくすることができる。

以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

本実施形態では、ノイズフィルター回路４０を介して電源回路５が生成する電圧Ｖｒｅｇをバッファー回路３０に加えることができるので、圧電発振器１の位相雑音を低減でき、デプレッション型ＭＯＳトランジスターＭｎｄ１はゲート−ソース間電圧がエンハンスト型に比べて小さいので、出力信号ＯＵＴの電圧振幅を十分に大きくすることができる。

以上、圧電発振器の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）圧電発振器の変形例１について説明する。前記第１実施形態では、デプレッション型ＭＯＳトランジスターＭｎｄ１を使ったが、エンハンスト型ＭＯＳトランジスターでもよい。

１…圧電発振器、５…電源回路、１０…圧電振動子、２０…発振回路、２１…インバーター、３０…バッファー回路、４０…ノイズフィルター回路。

Claims (2)

1. 電源と、
   圧電振動子と、
   前記電源から供給される電圧で動作し、前記圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、
   前記電源からの電圧が入力されるノイズフィルター回路と、
   前記ノイズフィルター回路からの電圧がゲート端子に入力されるＭＯＳトランジスターと、
   前記ＭＯＳトランジスターのドレインから供給される電圧で動作し、前記発振信号が入力されるバッファー回路と、
   を含む、
   ことを特徴とする圧電発振器。
2. 請求項１に記載の圧電発振器において、前記ＭＯＳトランジスターは、デプレッション型であることを特徴とする圧電発振器。

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