辅助振动阻尼型晶体振荡器电路的制作方法

专利名称：辅助振动阻尼型晶体振荡器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成为柯匹兹型(Colpittstype)振荡器电路的辅助振 动阻尼型晶体振荡器电路的技术领域，并且特别是，涉及其晶体单元 形成为SC切割晶体元件以衰减以B模式中的振动频率振荡的晶体振荡 器电路。
背景技术：
晶体振荡器电路由于其晶体单元而具有极高的频率稳定性，而被 采用为用于各种通信设备的频率发生源。作为其中之一，例如，有利 用在应力敏感性行为方面极好的SC切割晶体单元的晶体振荡器电路， 并且这种电路特别应用于，例如，其频率偏移被设置为lppb (每十亿 单位分之几)的基站等，以便是非常稳定的。
图5A和5B是用于说明相关技术晶体振荡器电路的一个例子的示 意图。图5A和5B都是高频型晶体振荡器电路(等效电路)图，在这 两个图中，其电源、偏压电阻等被取消。
图5的晶体振荡器电路具有振荡谐振电路1和根据该振荡谐振电 路1反馈放大振荡频率的振荡放大器2。该振荡谐振电路1通常是柯匹 兹型振荡器电路，并且基本上由起到电感器元件作用的晶体单元3和 用作分压(分离)电容的第一电容器C1和第二电容器C2构成。振荡 放大器2由，例如晶体管2A构成，并且晶体单元3连接在基极端子和 集电极端子之间，第一电容器C1连接在发射集端子和集电极端子之间，而第二电容器C2连接在发射集端子和基极端子之间。
例如，以振荡晶体管2A的基极电位作为标准，振荡谐振电路1 的端子连接在基极端子和集电极端子之间，并且第一和第二电容器Cl 和C2的中点(串联连接点)连接于发射极。于是，振荡谐振电路l的 端子之间的电压设置为振荡输出Vout，而被第一和第二电容器Cl和 C2分压的振荡输出Vout的一部分反馈到基极端子和发射极端子之间 的区域，成为输入Vi。从而，振荡晶体管2A放大该振荡输出的部分 (输入Vi)，并且重复这些操作以连续振荡。
通常，由于它的输出阻抗能够减小以使得容易与后面的极相耦合， 所以采用共集电极(图6A)。在附图中的附图标记和字母R1禾[]R2表 示基极电阻和偏压电阻，附图标记和字母R3是负载电阻，并且参考字 母Vcc是电源。应当指出，即便在这种情况下，该电路图与上面所描 述的图5A的振荡器电路图在高频处相同，这是是理所当然的事情。
晶体单元(晶体元件)3形成为SC切割晶体元件，其通常是所谓 的双旋转Y切割系统，其中Y轴绕晶体轴(XYZ)的X轴和Z轴旋转 两次。如图7的电抗特性图所示，在SC切割晶体单元3中，作为厚度 剪切振动的C模式是主振动，并且通常，在其位移方向垂直于主振动 的B模式中产生辅助振动。正如从晶体单元(未示出)的等效电路中 清楚地看到的，这些主振动(C模式)和辅助振动(B模式)两者均具 有谐振点(谐振频率)fl和f2以及反谐振点(反谐振频率)fl'禾口f 2'。
在这种情况下，C模式和B模式彼此接近，并且B模式达到较高 频侧，大约高于C模式的10%，并且它在谐振点f2的谐振量等于或大 于在谐振点fl的谐振量，这意味着使它的晶体阻抗(CI)等于或小于 C模式中的晶体阻抗。于是，在任何情况下，在谐振点fl和反谐振点 fl'之间的区域，以及谐振点f 2和反谐振点f 2'之间的区域被认为是电感区域AF1和AF2，并且在C模式中的电感区域AF1以及第一和 第二电容器C1和C2形成振荡谐振电路1。
从而，谐振频率根据在电感区域AF1中的振动频率flo处的电感 和电容C1和C2的组合电容来确定，并且在电感区域AF1中的振动频 率flo是振荡频率。然而，振荡频率根据电感、组合电容以及串联等效 电容来确定，其中当从晶体单元3观察时，在该串联等效电容中添加 有包括振荡晶体管2A的在电路侧的所有电容，并且该振荡频率大致对 应于振荡频率fo。
因此，在主振动(C模式)中的谐振点fl和反谐振点fl'之间的 电感区域AF1 (fl-fl')是C模式中的基本谐振区。那么，这也与辅 助振动中(B模式中)是相同的，并且B模式中的电感区域AF2是其 中能够发生振荡的振荡区。应当指出，实际上，在各模式中的振荡区 比电感区域AF1和AF2窄。
另一方面，如上所述，B模式接近C模式，并且使其谐振量等于 或大于C模式中的谐振量，这意味着使其CI等于或小于C模式中的 CI。因此，在其为主振动的C模式的电感区域AF1中，仅仅以振动频 率flo振荡的情况下，很难设置电路恒定等，这在B模式中(在电感区 域AF2中以振动频率f20)引起振荡。
为此，例如，在JP-A-2006-345115中，如图6B所示，由电感器L 和电容器C构成的第一 LC串联电路4x连接在第一和第二电容器Cl 和C2的中点和发射极之间，并且与第一 LC串联电路4x相同的第二 LC串联电路4y连接在发射极和地(集电极)之间。顺带提及，即便 在这种情况下，该电路图与上面描述的图5B的振荡器电路图在高频处 是相同的。施加于第一LC串联电路4x上的电压大致对应于在C模式 中的振荡区域AF1中的振动频率(即，振荡频率)flo，而施加于第二 LC串联电路4y上的电压大致对应于在B模式中的振荡区域AF2中的振动频率f2o。
从而，第一LC串联电路4x将C模式中的振荡频率(振动频率) flo和其附近的频率分量从发射极经由第一和第二电容器C1和C2的中 点反馈到基极。然后，第一LC串联电路4x抑制不同于这些频率的频 域(频率分量)，以形成一种用于C模式的通频带。而且，第二 LC 串联电路4y形成用于衰减B模式的区域，以便使在B模式中的振荡区 域AF2中的频率分量从发射极降到接地电位，以消除这些从反馈回路 到基极的频率分量。因此，能够衰减B模式中的振荡，这在C模式中 以振动频率flo产生一定的振荡。
在这种情况下，当从晶体单元3观察时，相对于在电路侧的负电 阻特性，如图8所示，在主振动(C模式)中的振荡区域AF1和辅助 振动(B模式)的振荡区域AF2之间的频率a处给出电阻值为0，该 特性在C模式的振荡区域AF1中变成负电阻，而在B模式的振荡区域 AF2变成正电阻。因此，该振荡电路满足其电学条件，该电学条件是 振荡条件之一，以在C模式中产生振荡。但是，该振荡器电路不满足B 模式中的电学条件，并且不产生振荡。
顺带提及，JP-A-2000-295037和JP-A-9-153740也公开了相关技术 的晶体振荡器电路。
但是，在具有上述结构的相关的晶体振荡器电路(B模式衰减) 中，由于形成了用于其为主振动中的用于C模式的通频带，和用于衰 减其为辅助振动的B模式中的区域的第一和第二串联谐振电路4(x和 y)被接入反馈回路中，因此存在问题，即元件的数目增加。而且，同 样在JP-A-2000-295037的情况下，为了相同的目的，形成用于C模式 的通频带和用于B模式的区域。但是，同样在这种情况下，还存在问 题，即元件的数目以相同的方式增加。

发明内容
具体地，本发明的目的是提供一种晶体振荡器电路，其晶体单元 形成为SC切割晶体单元，在该晶体振荡器电路中以辅助振荡模式中的 振动频率的振荡被衰减，这使得以在主振动模式中的振动频率产生一
定振荡，并且元件的数目减少。
本发明通过将注意力集中在这样两点上来实现，第一点，形成为 柯匹兹型振荡器电路的振荡谐振电路具有用作分压电容的第一和第二 电容器，这是基本要求；第二点，它只在振荡区域中使得第一和第二 电容器起到电容元件(电容器)的作用。于是，例如，作为与频率相 关的电抗元件(电抗电路)，电容器之一在振荡区域被用作电容元件， 并且在振荡区域之外用作电阻元件。从而，想出一个主意，即在振荡 区域中形成柯匹兹型振荡器电路，而在振荡区域外面不形成柯匹兹型 振荡器电路。
根据本发明的第一方面，提供一种辅助振动阻尼型晶体振荡器电 路，包括包括起电感器元件作用的晶体单元、以及第一和第二电容 器的振荡谐振电路；以及通过该振荡谐振电路反馈放大振荡频率的振 荡晶体管，其中，该辅助振动阻尼型晶体振荡器电路形成为柯匹兹型 振荡器电路，其中晶体单元连接在基极端子和集电极端子之间，第一 电容器连接在发射极端子和和集电极端子之间，而第二电容器连接在 振荡晶体管的发射极端子和基极端子之间，其中，该辅助振动阻尼型 晶体振荡器电路构造为将在晶体单元的主振动模式中的振动频率设置 为振荡频率，并且衰减在接近主振动模式的辅助振动模式中的振动频 率上的振荡，其中，在振荡晶体管的发射极端子和集电极端子之间的 区域或发射极端子和基极端子之间的区域包括电抗并联电路，其中包 括电感器和电容器的LC串联电路以并联方式连接于第一或第二电容 器的，其中该电抗并联电路在主振动模式中的振荡频率处具有使该电
抗并联电路变成电容性的谐振特性，并且LC串联电路的谐振频率对应 于辅助振动模式中的振动频率。根据本发明的第二方面，在辅助振动阻尼型晶体振荡器电路中， 其中该LC串联电路的谐振频率高于该电抗并联电路的谐振频率。
根据本发明的第三方面，在辅助振动阻尼型晶体振荡器电路中， 其中该晶体单元形成为SC切割晶体元件，其中主振动模式是C模式，
而辅助振动模式是B模式，并且其中B模式接近C模式的较高的频率
侧，以产生振荡。
根据本发明的这些方面，例如，由第一电容和LC串联电路构成 的电抗并联电路设置在振荡晶体管的发射极端子和集电极端子之间， 并且在发射极端子和基极端子之间的区域用作第二电容器。在这种情 况下，振荡谐振电路由用作电感器元件的晶体单元、电抗并联电路和 第二电容器构成。
在这种情况下，由于电抗并联电路在主振动模式中的振荡频率(在 振荡中的晶体单元的振荡频率)上用作电容元件，所以该阻抗并联电路 与第二电容一起形成分压电容器。因此，在发射极端子和集电极端子 之间以及在发射极端子和基极端子之间的两个区域都被用作电容器 (电容)，以形成柯匹兹型振荡谐振电路。从而，在晶体单元的主振 动模式中，能够以用作电感器元件的振动频率产生振荡。
与其相反，以并联方式连接于电抗并联电路的第一电容器(发射 极端子和集电极端子之间)的LC串联电路的谐振频率对应于辅助振荡 模式中的振动频率。因此，在辅助振动模式中的振动频率处，该串联 谐振电路仅仅用作明显地小于第一电容器C1的阻抗的电阻元件。
在这种情况下，电抗并联电路同样也基本上变成电阻元件。因此， 用作电阻元件的电抗并联电路不满足用于在发射极端子和集电极端子 之间以及发射极端子和基极端子之间的两个区域中用作电容器的柯匹兹型振荡器电路的要求(原理)[O]。从而，在辅助振动模式中的振动 频率处基本上不产生振荡[O]。详细地说，在辅助振动中的振荡频率处， 当从晶体单元观察时，电路一侧的电阻变成正电阻，并且不提供负电 阻。而且，也不满足在振荡晶体管的输入和输出处进行正反馈的相位 条件。
据此，在本发明中，在辅助振动模式中的振荡被衰减，这在主振 动模式中产生一定振荡。于是，由于电抗并联电路构造成使得LC串联 电路仅仅连接于第一电容，因此能够减少用于形成辅助振动阻尼型晶 体振荡器电路的电路元件。应当指出，这与发射极端子和集电极端子 之间的区域被用作第一电容器以及发射极端子和基极端子之间的区域 被用作电抗并联电路的情况是相同的。
顺带提及，根据本发明的第二方面，使得在第一方面中"电抗并 联电路具有在主振动模式中的振荡频率处使该电抗并联电路变成电容
性的谐振特性，并且LC串联电路的谐振频率对应于辅助振动模式中的
振动频率"的结构能够变成更加清楚。
而且，根据本发明的第三方面，在第一方面的主振荡模式和辅助
振荡模式能够变成更加清楚，这在其为主振动的c模式中产生一定振
荡，其中在SC切割晶体元件中的其为辅助振动的B模式被衰减。


图1是用于说明根据本发明的一个实施例的晶体振荡器电路的示
意图2是用于说明本发明的实施例的作用的谐振特性示意图3A和3B是用于说明根据本发明的另一个例子的晶体振荡器电
路的示意图，这两个图都是高频型等效电路的示意图4是用于说明根据本发明的晶体振荡器电路的另一个应用例子
的示意图；图5A和5B是用于说明相关技术的晶体振荡器电路的示意图，这 两个图都是在高频处的等效电路的示意图6A和6B是用于说明相关技术的晶体振荡器电路的示意图，这 两个图都是构造成具有共集电极的晶体振荡器电路的示意图7是在相关技术的晶体振荡器电路中的晶体单元(SC切割晶体 元件)的谐振特性示意图；以及
图8示出从晶体单元观察时相关技术的晶体振荡器电路的负电阻 特性。
具体实施例方式
图1是用于说明根据本发明的一个实施例的晶体振荡器电路的示 意图。顺带提及，与现有技术相同的部分用相同的数字表示，并且其 描述将被简化或省去。
如上所述，根据本发明的晶体振荡器电路形成为柯匹兹型振荡器 电路，并且构造成具有一般的共集电极。于是，用作电感器元件的晶 体单元3连接在振荡晶体管2A的基极端子和集电极端子之间，第一电 容器Cl连接在发射极端子和集电极端子之间，而第二电容器C2连接 在发射极端子和基极端子之间。晶体单元3形成为SC切割晶体元件， 并且在CI等于或小于C模式中的CI的B模式中的辅助振动靠近其为 主振动的C模式的较高频侧(参考图7)。
于是，在这个例子中，由电感器L和电容器C组成的LC串联电 路4以并联方式连于在振荡晶体管2A的发射极端子和集电极端子之间 的第一电容器C1。为了描述简便，由第一电容器C1和LC串联电路4 组成的电抗并联电路5连接在发射极端子和集电极端子之间。但是， 即便在第一电容器Cl和该电容器C的位置被转换的情况下，这也是相 同的。
于是，如图2(曲线A)所示，电抗并联电路5的谐振频率fp在C模式(主振动)的振荡中，是在振动频率fl0 (即，振荡频率fl0)的 低频恻，并且该电抗并联电路5具有该电路在该振荡频率flo处变成电 容元件的谐振特性(C特性)。应当指出，电抗并联电路5在低于谐振 频率fp的频率处变成电感器元件(L特性)。与此相反，LC串联电路 4的谐振频率fr设置为高于电抗并联电路5的谐振频率fp，以在其为 辅助振动的B模式中的电感区域AF2中变成振动频率f2o (图2中的 曲线B)。
根据这种结构，在振荡晶体管2A的发射极端子和集电极端子之间 的电抗并联电路5在C模式的振荡频率flo处(并且在它的区域中)变 成电容元件。因此，电抗并联电路5满足用于柯匹兹型振荡器电路的 电路条件(原理)，其中在发射极端子和集电极端子之间以及发射极 端子和基极端子之间的两个区域与第二电容器C2 —起用作电容。在这 种情况下，详细地说，在从晶体单元3观察时的电路一侧的电阻元件 变成负电阻，以满足电学条件，并且两者变成电容性的，以满足其相 位条件。因此，在其为主振动的C模式中的振荡变成可能。
与此相反，由于在发射极端子和集电极端子之间的电抗并联电路5 中的LC串联电路4设置成使得其谐振频率fr是B模式中的振动频率 Go,因此该LC串联电路4在包括谐振频率fr的频率区域(电感区域 AF2)中变成电阻元件。因此，由于在发射极端子和集电极端子之间 的区域变成电阻元件，不满足用于柯匹兹型振荡器电路的条件，其中 在该柯匹兹型振荡器电路中，在发射极端子和集电极端子之间以及在 发射极端子和基极端子之间的两个区域都用作电容。也就是说，由于 不满足上面所述的电学条件和相位条件，在B模式(辅助振动)中的 电感区域AF2中的振动频率f2o处不产生振荡。
在这些情况下，作为补充描述，在振荡晶体管2A的发射极端子和 集电极端子之间的电抗并联电路5在如上所述的C模式中的振荡区域 具有并联谐振特性(但是，在振荡频率flo处它是电容性的)。也就是，电抗并联电路5的端子之间的电压在振荡频率fp处最大。但是，由于
电抗并联电路5由LC元件组成，Q是小的，并且其谐振特性是宽的。
因此，在电抗并联电路5和第二电容器C2的中点和作为共集电极 的地电位之间的阻抗增加(该集电极在高频处具有零电势)。于是， 由于串联连接点和发射极之间的阻抗变成相对比较小，因此从发射极 经由该串联连接点到基极的反馈电流增加。从而，在C模式的振荡区 中负电阻增加，这使得它在主振动(C模式)中容易产生振荡。
与此相反，电抗并联电路5的LC串联电路4具有串联谐振特性， 其中将在B模式中的振动频率f2o设置为谐振频率。g口，在LC串联电 路4的端子之间的阻抗最小。因此，由于在B模式中的振动频率f2o 和在这个区域的频率分量流进(flow into)作为共集电极的接地电位， 从发射极经由该中点到基极的点反馈电流减小，这衰减辅助振动(B模 式)中的振荡。
如上所述，在其为辅助振动的B模式中的振荡被衰减，这使在其 为主振动的C模式中产生一定的振荡。于是，由于它满足仅仅以并联 方式将LC串联电路4连接于第一和第二电容器Cl和C2的其中之一， 因此能够减少元件的数目。
(其他方面)
通过示出具体的例子已经描述了上面所述的实施，其中振荡器电 路构造成具有共集电极。但是，在这种情况下的在高频处的等效电路 如图3A所示，并且本发明可以基本上被使用而与接地系统无关。于是， 如图3B所示，电抗并联电路5不仅在发射极端子和集电极端子之间， 而且在发射极端子和基极端子之间具有相同的有利效果。
而且，在上面的描述中的振荡放大器是振荡晶体管2A。但是，如 图4所示，例如，即便在CMOS转换器2B用作振荡放大器2的情况下，本发明可以以相同的方式应用。在这种情况下，由于CMOS转换
器的共连接点接地，它与振荡晶体管2A的共发射极基本是相同的。即， 本发明可以应用于振动谐振电路1由用作电感器的晶体单元3以及第 一和第二电容器Cl和C2构成，以形成柯匹兹型晶体振荡器电路的情 况。
于是，晶体单元3不限于SC切割晶体元件，并且具体说，本发明 可以应用于例如，在振荡频率flo的较高频侧上，在回路型(contour type)辅助振动模式中产生振荡的情况，是理所当然的。而且，本发明 甚至能够应用于在将未示出的电感器以串联方式连接于晶体单元3以 拓宽电感区域F1 (换句话说，该振荡区域)的情况。在这种情况下， 包括电感器的晶体单元形成为本发明的范围内的晶体单元。也就是， 本发明可以应用于通过利用晶体单元，集电极端子和基极端子之间的 区域被用作电感器元件以形成柯匹兹型晶体振荡器电路的情况。
权利要求
1.一种辅助振动阻尼型晶体振荡器电路，包括包括起电感器元件作用的晶体单元、以及第一和第二电容器的振荡谐振电路；以及通过所述振荡谐振电路使振荡频率反馈放大的振荡晶体管，其中所述辅助振动阻尼型晶体振荡器电路形成为柯匹兹型振荡器电路，其中所述晶体单元连接在所述振荡晶体管的基极端子和集电极端子之间，所述第一电容器连接在所述振荡晶体管的发射极端子和和集电极端子之间，而所述第二电容器连接在所述振荡晶体管的发射极端子和基极端子之间，其中所述辅助振动阻尼型晶体振荡器电路构造成将在该晶体单元的主振动模式中的振动频率设置为振荡频率，并且衰减在接近该主振动模式的辅助振动模式中的振动频率上的振荡，其中所述振荡晶体管的所述发射极端子和所述集电极端子之间的区域，或所述发射极端子和所述基极端子之间的区域包括电抗并联电路，其中包括电感器和电容器的LC串联电路以并联方式连接于所述第一或第二电容器，其中所述电抗并联电路具有在所述主振动模式中的振荡频率上使所述电抗并联电路变成电容性的谐振特性，并且所述LC串联电路的谐振频率对应于所述辅助振动模式中的所述振动频率。
2. 根据权利要求1所述的辅助振动阻尼型晶体振荡器电路， 其中所述LC串联电路的所述谐振频率高于所述电抗并联电路的谐振频率。
3. 根据权利要求1所述的辅助振动阻尼型晶体振荡器电路， 其中所述晶体单元形成为SC切割晶体元件， 其中所述主振动模式是C模式，而所述辅助振动t莫式是B模式，并且其中所述B模式接近所述C模式的较高频侧，以产生振荡
全文摘要
本发明涉及一种辅助振动阻尼型晶体振荡器电路，该振荡电路形成为柯匹兹型，其中晶体单元连接在振荡晶体管的基极端子和集电极端子之间，第一电容器连接在振荡晶体管的发射极端子和集电极端子之间，而第二电容器连接在振荡晶体管的发射极端子和基极端子之间。该发射极端子和集电极端子之间的区域或发射极端子和基极端子之间的区域包括电抗并联电路，其中LC串联电路以并联方式连接于第一或第二电容器。该电抗并联电路在该晶体单元的主振动模式中的振荡频率处具有使该电抗并联电路变成电容性的谐振特性，并且该LC串联电路的谐振频率对应于接近该主振动模式的辅助振动模式中的振动频率。
文档编号H03B5/36GK101645691SQ20091016171
公开日2010年2月10日 申请日期2009年7月31日 优先权日2008年8月5日
发明者新井淳一 申请人:日本电波工业株式会社