专利名称：压电振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电振荡器，特别涉及在快速数据通信等的基站装置、测定器等频率的基准产生装置、或者需要低噪声化的移动体等的通信装置等中使用的压电振荡器。
背景技术：
在快速数据通信等中使用的压电控制型石英振荡器VCXO(VoltageControlled Xtal OSC)中，为了能够做到数据传输中的低噪声传输，使用可以输出相位相差180°的两个振荡输出的振荡电路。
图10表示现有技术。
图10所示的振荡电路具有基极接地放大器，该基极接地放大器由如下两个结构构成，即将来自振荡电路的一个振荡输出输入晶体管TR2的基极的结构，和使其发射极与该晶体管TR2的发射极共同连接的晶体管TR3的基极交流接地的结构。并且，从晶体管TR3的集电极获得一个振荡输出。另外，从晶体管TR2的集电极获得一个振荡输出。于是，这两个振荡输出为相同频率且相位彼此相差180°的输出。另外，该振荡电路形成来自晶体管TR2的输出信号和来自晶体管TR3的输出信号，并且可以通过匹配电路获得振荡器电路的振荡输出。
图11是使用了差动增幅放大器即PECL IC和LVDS IC这样的快速数据通信专用IC的振荡电路的示例，一般在IC内部具有接合了多级差动放大器的电路。
在该情况下，初级差动放大器用于获得与图10所示电路相同的相位相差180°的两个输出。
专利文献1日本特开2004-104720号公报以往的石英振荡器使用差动增幅放大器，获得使从一个振荡电路获得的一个振荡输出在相位上相差180°的两个振荡输出。
因此，获得两个输出的本来目的是使用后级的差动放大器，去除相对石英振荡器的电源噪声等的同相外来噪声，但如上面所述，在一个振荡输出中去除产生于振荡电路的同相噪声显然是不可能的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电振荡电路，该压电振荡电路获取从一个振荡环路(loop)中输出的相位相差180°的两个相同波形输出来作为振荡器输出。并且，本发明的目的在于提供一种压电振荡电路，该压电振荡电路在需要的情况下具有在振荡器内部设置差动放大器来去除同相噪声的电路。
为了达到上述目的，本发明提供一种具有压电振子和第1及第2振荡电路的压电振荡器，其特征在于，该压电振荡器具有所述第1振荡电路的输入端和压电振子的一个端子相连接、所述第2振荡电路的输入端和压电振子的另一个端子相连接的结构，从所述第1及第2振荡电路的输出获得相位彼此相差180°的振荡输出，并且具有将所述第1及第2振荡电路的各个输出分别输入两个输入端的差动放大器，另外，其特征在于，该压电振荡器具有利用以所述第1及第2振荡电路的各个输出作为输入的差动放大器对构成的快速数据传输用IC，此外，其特征在于，通过把所述第1及第2振荡电路的各个输出作为输入的去除同相噪声用的共模变压器、和把该共模变压器的输出作为输入的变压器，获得一个输出。另外，本发明提供一种具有压电振子和第1振荡电路及第2振荡电路的压电振荡器，其特征在于，所述第1振荡电路是科耳皮兹型振荡电路，其具有在第1晶体管和该第1晶体管的基极和发射极之间连接第1电容器的结构、以及在所述发射极和接地之间连接第2电容器的结构，所述第2振荡电路是科耳皮兹型振荡电路，其具有在第2晶体管和该晶体管的基极和发射极之间连接第3电容器的结构、以及在所述发射极和接地之间连接第4电容器的结构，所述压电振荡器包括在所述第1晶体管的基极连接所述压电振子的一端、在所述第2晶体管的基极连接所述压电振子的另一端的结构，作为所述第1振荡电路的输出端子的晶体管的端子和作为所述第2振荡电路的输出端子的晶体管的端子是同一部位，使得从所述第1及第2振荡电路的输出获得相位彼此相差180°的振荡输出。
根据本发明，可以获得现有技术不能实现的、既是相同波形又使相位高精度地相差180°的两个振荡输出。
并且，根据本发明，可以使用差动放大器等从振荡输出中去除同相噪声，所以能够实现压电振荡器的高性能化，给使用相同振荡器的装置及移动体通信设备等带来很大好处。
图1是表示本发明的电压控制型石英振荡器的第1实施方式示例的电路图。
图2是表示图1所示的本发明的振荡电路的π型等效电路的图。
图3是比较仿真结果的曲线图。
图4是表示实验电路的图。
图5是利用示波器观察实验电路的集电极波形输出的波形图。
图6是利用示波器观察实验电路的发射极波形输出的波形图。
图7是表示本发明的电压控制型石英振荡器的第2实施方式示例的电路图。
图8是表示本发明的石英振荡器的第3实施方式示例的电路图。
图9是表示本发明的电压控制型石英振荡器的第4实施方式示例的电路图。
图10是表示以往的石英振荡器的电路图。
图11是表示以往的石英振荡器的电路图。
图12是表示图10和图11的振荡电路部分的π型等效电路的图。
符号说明Xtal…石英振子；OSC1…第1振荡电路；
OSC2…第2振荡电路；T1…共模变压器；T2…变压器。
具体实施例方式
以下，根据实施例具体说明本发明。
图1是表示本发明的电压控制型石英振荡器的第1实施方式示例的电路图。
该石英振荡器具有第1振荡电路OSC1、第2振荡电路OSC2和石英振子Xtal。
第1及第2振荡电路均具有实质上与使用了晶体管的以往的振荡电路(图10、图11中的振荡电路部分)相同的结构。
石英振荡器包括第1振荡电路OSC1的输入端和石英振子Xtal的一方端子相连接的结构、以及通过电压控制电路连接石英振子Xtal的另一方端子和第2振荡电路OSC2的结构。
电压控制电路包括将石英振子Xtal、可以改变振荡频率的可变电容二极管D1和调整振荡频率用的电容器C7串联连接的电路；将可变电容二极管D1和电容器C7的连接点通过电阻R9接地的结构的基准电压电路；以及构成为通过电阻R8向可变电容二极管D1和石英振子Xtal的连接点施加控制电压的控制电压施加电路。
本发明的特征结构在于，在第1振荡电路OSC1的输入端和第2振荡电路OSC2的输入端之间插入连接石英振子Xtal，并且按照图中虚线所示跨越两个振荡电路构成一个振荡环路，发挥振荡电路的作用。
另外，在本实施方式示例中，基于本发明的石英振荡器是电压控制型石英振荡器，该石英振荡器在石英振子和第2振荡电路OSC2的输入端之间插入了电压控制电路。
但是，基于本发明的石英振荡器也可以是省略图1所示的电压控制电路，而在两个振荡电路之间插入连接石英振子的电路结构。
总之，基于本发明的石英振荡器的重要结构如下，例如交流电流从晶体管TR1的基极通过发射极流向接地端，另外交流电流从晶体管TR2的接地端通过电容器C3流向晶体管TR2的基极侧，并且按照电容器C7→可变电容二极管D1→石英振子Xtal→晶体管TR1的基极这样的路径形成一个闭环回路。
此处的要点在于，产生于晶体管TR1的集电极电阻R1和晶体管TR2的集电极电阻R5的电压输出的相位相差180°。
图2是表示图1所示本发明的振荡电路的π型等效电路的图。
Rπ1、Rπ2是晶体管TR1、晶体管TR2的基极/发射极之间的等效电阻。Cπ1、Cπ2是晶体管TR1、晶体管TR2的基极/发射极之间的p-n结电容。并且，Cx表示图1中的可变电容二极管D1/电容器C7的可变电容。
根据图2所示的等效电路的电流关系得到算式(1)、算式(2)，并且根据电压关系得到算式(3)。
i2＝(1+gm1z1)ix.........(1)i4＝(1+gm2z3)ix.........(2)z4i4+(z3+zx1+z1)ix+z2i2＝0 .........(3)将算式(1)、算式(2)代入算式(3)，消去ix得到算式(4)。
z4(1+gm2z3)+zx1+z1+z2(1+gm1z1)＝0.........(4)整理算式(4)得到算式(5)。算式(5)是该电路的基本算式。
zx1+z1+z2+z3+z4+gm1z1z2+gm2z3z4＝0 .........(5)其中，假定在第1振荡电路OSC1和第2振荡电路OSC2中使用完全相同的晶体管和相同的电阻/电容器，则算式(6)成立。
z1＝z3gm1＝gm2z2＝z4.........(6)将算式(6)代入算式(5)得到算式(7)。
zx1+2(z1+z2+gm1z1z2)＝0 .........(7)利用zxt、电路电阻Rc2和电路的电容性电抗Cc2置换算式(7)，得到算式(8)。
zx1+Rc2+1jωosCc2=0]]>
该电路的电阻Rc2利用算式(9)表示，电容性电抗Cc2利用算式(10)表示。
Rc2=2(r1+r2+gm1r1r2-gm1ωos2c1c2)---(9)]]>1Cc2=2(1+gm1r2c1+1+gm1r1c2)---(10)]]>此处，为了进行比较，同样分析以往电路的振荡电路部分。
图12是表示图10和图11所示的以往电路的振荡电路部分的π型等效电路的图。
从该电路的振子侧zxt观察的电路的负性电阻Rc可以利用算式(11)求出。
并且，该电路的电容性电抗Cc可以利用算式(12)求出。
Rc=r1+r2+gm1r1r2-gm1ωos2c1c2---(11)]]>1cc=1+gm1r2c1+1+gm1r1c2---(12)]]>∵r1=Rπ1+{ωos(Cπ1+C1)Rπ1}2,]]>c1=1ωos2CπRπr1]]>r2=R21+(ωosC2R2)2,]]>c2=1ωos2C2R2r2]]>图3表示对使用这些算式的仿真的结果进行比较的图。
比较以往电路中的算式(11)的电阻Rc和算式(12)的电容性电抗Cc的结果、与本发明的算式(9)的电阻Rc2和算式(10)的电容性电抗Cc2的结果可知，电阻Rc2是电阻Rc的2倍，电容性电抗Cc2是电容性电抗Cc的1/2。
为了验证基于以上算式的仿真结果，使用图4所示的电路进行了实验。
第1及第2振荡电路OSC1、OSC2的晶体管和电路常数全部相同。电源电压为5V。石英振子使用1st频率为23MHz的At-Cut石英振子。并且，石英振荡器的结构为在OSC1和OSC2的基极之间插入连接石英振子。
图5表示利用示波器观察的实验电路的集电极波形输出。
虽然波形是削波失真的波形，但可以确认到第1及第2振荡电路OSC1、OSC2的振荡输出的相位相差180°。
图6表示利用示波器观察的实验电路的发射极波形输出。
波形是变形较小的波形，在该波形中两个输出的相位明显相差180°。
图7是表示本发明的电压控制型石英振荡器的第2实施方式示例的电路图。
该电路的振荡电路部分的结构为将来自与图1所示相同的振荡电路部分的两个振荡输出连接下一级的差动放大器的两个输入端。并且，石英振荡器构成为在利用差动放大器去除振荡输出的同相噪声后，经过后级的外部匹配电路输出振荡输出。
图8是表示本发明的石英振荡器的第3实施方式示例的电路图。
该电路使用快速数据通信用差动放大器IC即PECL(＝PositiveEmitter Coupled Logic)、或LVDS(＝Low Voltage Differential Signaling)等，代替了第2实施方式示例中的差动放大器。
图9是表示本发明的电压控制型石英振荡器的第4实施方式示例的电路图。
该电路构成为不使用第2实施方式示例中的差动放大器，而使用共模变压器T1从振荡输出中去除同相噪声，然后使用后级的变压器T2获得一个振荡输出。
另外，在实施方式示例中示出了使用石英振子的方式，但本发明不限于此，也可以适用于使用其他压电振子的方式。
(按照条约第19条的修改)1.(补正后)一种压电振荡器，其具有压电振子和第1及第2振荡电路，其特征在于，该压电振荡器具有所述第1振荡电路的输入端和所述压电振子的一个端子相连接、所述第2振荡电路的输入端和所述压电振子的另一个端子相连接、所述第1及第2振荡电路连接相同电源的结构，同时向所述第1及第2振荡电路施加所述电源，从所述第1及第2振荡电路的输出获得相位彼此相差180°的振荡输出。
2.根据权利要求1所述的压电振荡器，其特征在于，该压电振荡器具有将所述第1及第2振荡电路的各个输出分别输入两个输入端的差动放大器。
3.根据权利要求1所述的压电振荡器，其特征在于，该压电振荡器具有利用以所述第1及第2振荡电路的各个输出作为输入的差动放大器对构成的快速数据传输用IC。
4.根据权利要求1所述的压电振荡器，其特征在于，通过把所述第1及第2振荡电路的各个输出作为输入的去除同相噪声用的共模变压器、和把该共模变压器的输出作为输入的变压器，获得一个输出。
5.一种压电振荡器，其具有压电振子、第1振荡电路及第2振荡电路，其特征在于，所述第1振荡电路是科耳皮兹型振荡电路，其具有在第1晶体管和该第1晶体管的基极和发射极之间连接第1电容器的结构、以及在所述发射极和接地之间连接第2电容器的结构，所述第2振荡电路是科耳皮兹型振荡电路，其具有在第2晶体管和该晶体管的基极和发射极之间连接第3电容器的结构、以及在所述发射极和接地之间连接第4电容器的结构，所述压电振荡器包括在所述第1晶体管的基极连接所述压电振子的一端、在所述第2晶体管的基极连接所述压电振子的另一端的结构，作为所述第1振荡电路的输出端子的晶体管的端子和作为所述第2振荡电路的输出端子的晶体管的端子是同一部位，使得从所述第1及第2振荡电路的输出获得相位彼此相差180°的振荡输出。
权利要求
1.一种压电振荡器，其具有压电振子和第1及第2振荡电路，其特征在于，该压电振荡器具有所述第1振荡电路的输入端和压电振子的一个端子相连接、所述第2振荡电路的输入端和压电振子的另一个端子相连接的结构，从所述第1及第2振荡电路的输出获得相位彼此相差180°的振荡输出。
2.根据权利要求1所述的压电振荡器，其特征在于，该压电振荡器具有将所述第1及第2振荡电路的各个输出分别输入两个输入端的差动放大器。
3.根据权利要求1所述的压电振荡器，其特征在于，该压电振荡器具有利用以所述第1及第2振荡电路的各个输出作为输入的差动放大器对构成的快速数据传输用IC。
4.根据权利要求1所述的压电振荡器，其特征在于，通过把所述第1及第2振荡电路的各个输出作为输入的去除同相噪声用的共模变压器、和把该共模变压器的输出作为输入的变压器，获得一个输出。
5.一种压电振荡器，其具有压电振子、第1振荡电路及第2振荡电路，其特征在于，所述第1振荡电路是科耳皮兹型振荡电路，其具有在第1晶体管和该第1晶体管的基极和发射极之间连接第1电容器的结构、以及在所述发射极和接地之间连接第2电容器的结构，所述第2振荡电路是科耳皮兹型振荡电路，其具有在第2晶体管和该晶体管的基极和发射极之间连接第3电容器的结构、以及在所述发射极和接地之间连接第4电容器的结构，所述压电振荡器包括在所述第1晶体管的基极连接所述压电振子的一端、在所述第2晶体管的基极连接所述压电振子的另一端的结构，作为所述第1振荡电路的输出端子的晶体管的端子和作为所述第2振荡电路的输出端子的晶体管的端子是同一部位，使得从所述第1及第2振荡电路的输出获得相位彼此相差180°的振荡输出。
全文摘要
本发明提供一种压电振荡器。以往为了去除相对石英振荡器的电源噪声等的同相外来噪声，从一个振荡电路获得一个振荡输出，使用差动放大器使其成为相位相差180°的两个振荡输出。但是，去除产生于振荡电路的同相噪声是不可能的。在本发明中，所述压电振荡器具有压电振子和第1及第2振荡电路，其特征在于，该压电振荡器具有所述第1振荡电路的输入端和压电振子的一个端子相连接、所述第2振荡电路的输入端和压电振子的另一个端子相连接的结构，从所述第1及第2振荡电路的输出获得相位彼此相差180°的振荡输出。
文档编号H03B5/02GK101040433SQ20058003471
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月12日
发明者佐藤富雄 申请人:爱普生拓优科梦株式会社