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JPS5936444B2 - crystal oscillation circuit - Google Patents
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JPS5936444B2 - crystal oscillation circuit - Google Patents

crystal oscillation circuit

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Publication number
JPS5936444B2
JPS5936444B2 JP6270878A JP6270878A JPS5936444B2 JP S5936444 B2 JPS5936444 B2 JP S5936444B2 JP 6270878 A JP6270878 A JP 6270878A JP 6270878 A JP6270878 A JP 6270878A JP S5936444 B2 JPS5936444 B2 JP S5936444B2
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JP
Japan
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oscillation
capacitor
crystal
power supply
oscillation circuit
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JP6270878A
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信夫 稲見
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Nippon Precision Circuits Inc
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Publication date
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電源電圧の変動に拘らず一定周波数で発振を
成し得る水晶発振回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a crystal oscillation circuit that can oscillate at a constant frequency regardless of fluctuations in power supply voltage.

電子ウォッチや電子クロックなどの電子時計には、その
一例を第1図に示すような水晶発振回路1が使用される
2. Description of the Related Art A crystal oscillation circuit 1, an example of which is shown in FIG. 1, is used in electronic watches such as electronic watches and electronic clocks.

水晶発振回路1の基本構成は、インバータ2、水晶振動
子3、帰還抵抗4、入力側コンデンサ5及び出力側コン
デンサ6などからなり、出力信号は出力端子7に得られ
る。
The basic configuration of the crystal oscillation circuit 1 includes an inverter 2, a crystal resonator 3, a feedback resistor 4, an input capacitor 5, an output capacitor 6, etc., and an output signal is obtained at an output terminal 7.

尚、VDD?VSSは電源を示す。Furthermore, VDD? VSS indicates a power supply.

水晶振動子3には物理的性質の異なる2種のものがあり
、電子ウォッチ用の水晶発振回路などのように、32K
Hz程度の低い発振周波数を有する水晶発振回路に使用
される水晶振動子を以下A型振動子と略称し、電子クロ
ック用の水晶発振回路などのように4.19MHz程度
の高い発振周波数を有する水晶発振回路に使用される水
晶振動子を以下B型振動子と略称する。
There are two types of crystal oscillators 3 with different physical properties.
A crystal resonator used in a crystal oscillation circuit with a low oscillation frequency of about Hz is hereinafter abbreviated as an A-type resonator, and a crystal with a high oscillation frequency of about 4.19 MHz, such as in a crystal oscillation circuit for electronic clocks. The crystal resonator used in the oscillation circuit is hereinafter abbreviated as a B-type resonator.

一般に、この種水晶発振回路1においては、電源電圧が
変動すると発振周波数も変動してしまうという欠点があ
る。
Generally, this type of crystal oscillation circuit 1 has a drawback in that when the power supply voltage fluctuates, the oscillation frequency also fluctuates.

具体的には、A型振動子を使用する発振回路の場合、電
源電圧が上昇すると第2図Aに示す如く発振周波数も増
加する傾向にあり、B型振動子を使用する発振回路の場
合、電源電圧が上昇すると第2図Bに示す如く発振周波
数は低下する傾向にある。
Specifically, in the case of an oscillation circuit using an A-type resonator, as the power supply voltage increases, the oscillation frequency tends to increase as shown in FIG. 2A, and in the case of an oscillation circuit using a B-type resonator, As the power supply voltage increases, the oscillation frequency tends to decrease as shown in FIG. 2B.

一方、この種水晶発振回路1においては、入力側もしく
は出力側コンデンサ(以下、これを発振周波数決定用コ
ンデンサと言う。
On the other hand, in this type of crystal oscillation circuit 1, an input side or output side capacitor (hereinafter referred to as an oscillation frequency determining capacitor) is used.

)の静電容量によって発振周波数を変えることができ、
具体的には、水晶振動子の物理的性質に拘らず、発振周
波数決定用コンデンサの静電容量を増加させると、発振
周波数は低下することが知られている。
) The oscillation frequency can be changed by the capacitance of
Specifically, it is known that the oscillation frequency decreases when the capacitance of the oscillation frequency determining capacitor is increased, regardless of the physical properties of the crystal resonator.

そこで、上記静電容量と発振周波数との関係を利用すれ
ば、電源変動に起因する発振周波数の変動を抑制するこ
とができる。
Therefore, by utilizing the relationship between the capacitance and the oscillation frequency, it is possible to suppress fluctuations in the oscillation frequency caused by fluctuations in the power supply.

これを具体化するには、第2図Aにその特性を示すA型
振動子を用いた水晶発振回路に対しては、第3図Aにそ
の特性を示すように、電源電圧が増加すると静電容量も
増加する特性を有する静電容量素子(以下、これを正特
性素子と言う。
To put this into practice, for a crystal oscillator circuit using an A-type resonator, whose characteristics are shown in Figure 2A, as the power supply voltage increases, as shown in Figure 3A, it becomes static. A capacitive element (hereinafter referred to as a positive characteristic element) has a characteristic of increasing capacitance.

)を前記発振周波数決定用コンデンサとして使用すれば
よく、一方、第2図Bにその特性を示すB型振動子を用
いた水晶発振回路に対しては、第3図Bにその特性を示
すように、電源電圧が増加すると静電容量が減少する特
性を有する静電容量素子(以下、これを負特性素子と言
う。
) may be used as the capacitor for determining the oscillation frequency.On the other hand, for a crystal oscillation circuit using a B-type resonator whose characteristics are shown in FIG. 2B, a capacitor whose characteristics are shown in FIG. 3B is used. Second, a capacitive element has a characteristic that its capacitance decreases as the power supply voltage increases (hereinafter referred to as a negative characteristic element).

)を同様に使用すればよい。そこで、従来B型振動子を
用いた水晶発振回路に対しては、発振周波数決定用コン
デンサとして可変容量ダイオードなどの負特性素子が使
用され、電源電圧の変動に拘らず一定の周波数で発振作
用を行なうことができるようなされていた。
) can be used in the same way. Therefore, in conventional crystal oscillation circuits using type B resonators, negative characteristic elements such as variable capacitance diodes are used as capacitors for determining the oscillation frequency, and the oscillation effect is maintained at a constant frequency regardless of fluctuations in the power supply voltage. It had been possible to do so.

しかしながら、A型振動子を用いた水晶発振回路に対し
ては、正特性素子として適当なものが容易に得られない
ため、電源電圧の変動と発振周波数決定用コンデンサの
静電容量とを関係づける方式によっては、周波数の補正
が困難であった。
However, for a crystal oscillator circuit using an A-type resonator, it is not easy to obtain a suitable positive characteristic element, so it is necessary to relate the fluctuation of the power supply voltage to the capacitance of the capacitor for determining the oscillation frequency. Depending on the method, frequency correction is difficult.

本発明の目的は、特にA型振動子を用いた水晶発振回路
において、電源電圧の変動に拘らず発振周波数を安定化
することにある。
An object of the present invention is to stabilize the oscillation frequency regardless of fluctuations in the power supply voltage, particularly in a crystal oscillation circuit using an A-type resonator.

以下に、本発明の実施例を添付図面に従って詳細に説明
する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

尚、以下の図面説明において、第1図に示す従来例と同
一の部分については、第1図におけると同一符号を付す
ことにより説明を省略する。
In the following description of the drawings, the same parts as in the conventional example shown in FIG. 1 are given the same reference numerals as in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.

第°4図において符号8は電子ウォッチなどに使用され
る本発明水晶発振回路を示すもので、水晶振動子3とし
ては前述のA型振動子が使用されている。
In FIG. 4, reference numeral 8 designates a crystal oscillation circuit of the present invention used in electronic watches and the like, and as the crystal oscillator 3, the above-mentioned A type oscillator is used.

また、符号2はインパークであり、通常CMO8,FE
Tインバータなどによって構成されており、従って電源
電圧も上昇すると出力端子7に得られる出力電圧も上昇
する傾向にあるものである。
Also, code 2 is impark, usually CMO8, FE
It is constituted by a T-inverter or the like, and therefore, as the power supply voltage increases, the output voltage obtained at the output terminal 7 also tends to increase.

本発明に係る水晶発振回路8の特徴は、発振周波数決定
用コンデンサである出力側コンデンサ6と並列に、周波
数補正用コンデンサ9が接続され、かつ、周波数補正用
コンデンサ9を流れる電流路10に、一定電圧値以上の
電圧がかかると閉じるスイッチング素子11が接続され
ていることにある。
A feature of the crystal oscillation circuit 8 according to the present invention is that a frequency correction capacitor 9 is connected in parallel with the output side capacitor 6 which is the oscillation frequency determining capacitor, and a current path 10 flowing through the frequency correction capacitor 9 This is because a switching element 11 is connected which closes when a voltage higher than a certain voltage value is applied.

ここで、周波数補正用コンデンサ9は出力側コンデンサ
6でなく、入力側コンデンサ5と並列に設けてもよい。
Here, the frequency correction capacitor 9 may be provided in parallel with the input capacitor 5 instead of the output capacitor 6.

以上の構成より成る実施例の動作を考えてみる。Let us consider the operation of the embodiment having the above configuration.

第6図は水晶発振回路8の出力波形を示す図であり、波
形aは電源電圧が上昇する前の発振信号出力波形である
FIG. 6 is a diagram showing the output waveform of the crystal oscillation circuit 8, and waveform a is the oscillation signal output waveform before the power supply voltage rises.

図中VTRはスイッチング素子11が閉じる電圧であり
、波形aにおいてスイッチング素子11は、VTRを超
えているtlの期間閉じていることになる。
In the figure, VTR is the voltage at which the switching element 11 closes, and in the waveform a, the switching element 11 is closed for a period tl exceeding the VTR.

さて、電源電圧が上昇し、出力信号の電圧レベルが■1
からV2になり、出力信号が波形すに示すようになった
場合、波形すにおいてスイッチング素子11が閉じてい
る期間はt2となり、前記t1とt2の時間の長さの間
には、tl<t2の関係が成り立つ。
Now, the power supply voltage rises and the voltage level of the output signal becomes ■1
to V2, and the output signal becomes as shown in the waveform, the period during which the switching element 11 is closed in the waveform is t2, and between the length of time t1 and t2, tl<t2. The relationship holds true.

つまり電源電圧が上昇し、出力信号が上昇することによ
りスイッチング素子11の閉じている期間は長くなり、
一定時間における等何曲な容量値を増加させて発振周波
数の上昇を防いでいる。
In other words, as the power supply voltage rises and the output signal rises, the period during which the switching element 11 is closed becomes longer.
The oscillation frequency is prevented from increasing by increasing the capacitance value in a certain amount of time.

即ち、発振信号の一周期の間に周波数補正用コンデンサ
9を接断する時間の割合を連続的に変更することにより
、電源電圧の上昇による発振周波数の増加を抑制するも
のである。
That is, by continuously changing the ratio of time during which the frequency correction capacitor 9 is disconnected during one period of the oscillation signal, an increase in the oscillation frequency due to a rise in the power supply voltage is suppressed.

次に、第5図に本発明の更に具体的な一実施例を示す。Next, FIG. 5 shows a more specific embodiment of the present invention.

第5図は、電子ウォッチの電子回路図の中で、発振回路
のみを詳細に示すものである。
FIG. 5 shows only the oscillation circuit in detail in the electronic circuit diagram of the electronic watch.

第5図において点線12により囲まれる部分は、ICチ
ップ内に集積回路化される部分である。
The part surrounded by the dotted line 12 in FIG. 5 is a part to be integrated into an IC chip.

この回路の特徴は、出力側コンデンサ6に対して周波数
補正用コンデンサ9を並列に接続するとともに、この周
波数補正用コンデンサ9を流れる電流路10KMO8,
FET13を接続し、このMOS。
The feature of this circuit is that a frequency correction capacitor 9 is connected in parallel to the output side capacitor 6, and a current path 10KMO8 flowing through this frequency correction capacitor 9,
Connect FET13 to this MOS.

FET13のゲート端子を抵抗14を介して出力端子7
へと接続したことにある。
The gate terminal of FET13 is connected to the output terminal 7 via the resistor 14.
It is in that it is connected to.

ここで、MOS。FETI 3のゲート端子の接続位置
は図示例に限定されるものではなく、要するに電源電圧
の上昇とともに発振信号の出力電圧が上昇する部位であ
ればどこでもよい。
Here, MOS. The connection position of the gate terminal of the FETI 3 is not limited to the illustrated example, but may be any position as long as the output voltage of the oscillation signal increases as the power supply voltage increases.

以上の構成よりなるこの実施例によれば、電源電圧の上
昇によって発振周波数が増加しようとすると、インバー
タ2の出力電圧が上昇することによって出力端子7の電
圧が上昇し、この電圧が抵抗14を介してMOS、FE
T13のゲート端子に印加されることによってMOS
、FET13が前段、及び第6図に示したごとく、周期
的にON状態となり、周波数補正用コンデンサ9が機能
することになる。
According to this embodiment having the above configuration, when the oscillation frequency attempts to increase due to a rise in the power supply voltage, the output voltage of the inverter 2 rises, causing the voltage at the output terminal 7 to rise, and this voltage causes the resistor 14 to rise. Through MOS, FE
By applying the voltage to the gate terminal of T13, the MOS
, the FET 13 is periodically turned on as shown in the previous stage and in FIG. 6, and the frequency correction capacitor 9 functions.

この結果、前記実施例と同様にして、出力電圧が上昇す
ることにより周波数補正用コンデンサ9が機能する時間
が長くなり、一定の時間内における出力側コンデンサの
静電容量が増加することによって電源電圧の上昇による
水晶発振回路の発振周波数の増加は抑制されることにな
る。
As a result, in the same way as in the embodiment described above, as the output voltage increases, the time during which the frequency correction capacitor 9 functions becomes longer, and the capacitance of the output side capacitor increases within a certain period of time, so that the power supply voltage increases. The increase in the oscillation frequency of the crystal oscillator circuit due to the increase in oscillation frequency is suppressed.

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、発振周
波数決定用コンデンサを備え、かつ、この発振周波数決
定用コンデンサの容量増加に伴ない上記発振周波数が低
下するとともに、電源電圧の上昇に伴ない上記発振周波
数が増加する特性を有する水晶発振回路において、上記
発振周波数決定用コンデンサと並列に周波数補正用コン
デンサを接続するとともに、この周波数補正用コンデン
サを流れる電流路に、発振回路の発振信号の出力電圧が
所定値以上となる期間閉じるスイッチング素子を設けた
ことによって、この種の発振回路の発振周波数を電源変
動に拘らず頗る安定化することができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the oscillation frequency determining capacitor is provided, and as the capacitance of the oscillation frequency determining capacitor increases, the oscillation frequency decreases and the power supply voltage increases. In the crystal oscillation circuit having the characteristic that the oscillation frequency increases as a result, a frequency correction capacitor is connected in parallel with the oscillation frequency determining capacitor, and the oscillation signal of the oscillation circuit is connected to the current path flowing through the frequency correction capacitor. By providing a switching element that is closed during a period when the output voltage of the oscillation circuit is equal to or higher than a predetermined value, the oscillation frequency of this type of oscillation circuit can be significantly stabilized regardless of fluctuations in the power supply.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来の発振回路の一例を示す回路図、第2図
Aは、A型振動子を使用した水晶発振回路における電源
電圧と発振周波数との関係を示すグラフ、第2図Bは、
B型振動子を使用した水晶発振回路における電源電圧と
発振周波数との関係を示すグラフ、第3図Aは、正特性
素子における電源電圧と静電容量との関係を示すグラフ
、第3図Bは、負特性素子における電源電圧と静電容量
との関係を示すグラフ、第4図は、本発明発振回路の一
例を示す回路図、第5図は、本発明発振回路の更に具体
的な一例を示す回路図、第6図は、本発明発振回路の動
作を説明するための波形図である。 5.6・・・・・・発振周波数決定用コンデンサ、8・
・・・・・水晶発振回路、9・・・・・・周波数補正用
コンデンサ、10・・・・・・電流路、11・・・・・
・スイッチング素子、13・・・・・・MOS 、FE
T0
Figure 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional oscillation circuit, Figure 2A is a graph showing the relationship between power supply voltage and oscillation frequency in a crystal oscillation circuit using an A-type resonator, and Figure 2B is ,
A graph showing the relationship between power supply voltage and oscillation frequency in a crystal oscillation circuit using a B-type resonator, Figure 3A is a graph showing the relationship between power supply voltage and capacitance in a positive characteristic element, Figure 3B is a graph showing the relationship between power supply voltage and capacitance in a negative characteristic element, FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the oscillation circuit of the present invention, and FIG. 5 is a more specific example of the oscillation circuit of the present invention. FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the oscillation circuit of the present invention. 5.6...Capacitor for determining oscillation frequency, 8.
...Crystal oscillation circuit, 9...Frequency correction capacitor, 10...Current path, 11...
・Switching element, 13...MOS, FE
T0

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 発振周波数決定用コンデンサを備え、かつ、この発
振周波数決定用コンデンサの容量増加に伴ない上記発振
周波数が低下するとともに、電源電圧の上昇に伴ない上
記発振周波数が増加する特性を有する水晶発振回路にお
いて、上記発振周波数決定用コンデンサと並列に周波数
補正用コンデンサを接続するとともに、この周波数補正
用コンデンサを流れる電流路にスイッチング素子を接続
し、前記スイッチング素子は発振信号電圧が所定値以上
となる期間閉じることを特徴とする水晶発振回路。 2 前記スイッチング素子は、前記水晶発振回路におい
て電源電圧の上昇と共に発振信号電圧が上昇する部位に
、そのゲート端子を接続したMOSFETあることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の水晶発振回路。
[Claims] 1. An oscillation frequency determining capacitor is provided, and as the capacitance of the oscillation frequency determining capacitor increases, the oscillation frequency decreases, and as the power supply voltage increases, the oscillation frequency increases. In the crystal oscillator circuit having the above characteristics, a frequency correction capacitor is connected in parallel with the oscillation frequency determining capacitor, and a switching element is connected to the current path flowing through the frequency correction capacitor, and the switching element is configured such that the oscillation signal voltage is A crystal oscillation circuit characterized by being closed for a period when the value exceeds a predetermined value. 2. The crystal oscillation circuit according to claim 1, wherein the switching element is a MOSFET whose gate terminal is connected to a portion of the crystal oscillation circuit where the oscillation signal voltage increases as the power supply voltage increases. .
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