專利名稱：石英振蕩電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石英振蕩電路，特別涉及抑制石英振子的無用振蕩的技術(shù)。
背景技術(shù)：
一般石英振子所使用的壓電晶體僅能在相對于晶軸特定的切割角度下激起壓電振動(dòng)。作為適合于這樣的振蕩器的石英振子，公知有SC切、IT切的石英振子。
但是，SC切或IT切的石英振子在作為主振動(dòng)的C模式(主模式)諧振的附近、在其高頻域側(cè)的頻率中產(chǎn)生B模式以及A模式副振動(dòng)(無用模式)。
由于A模式振動(dòng)時(shí)的晶體阻抗(Crystal Impedance以下簡稱為CI)的值比C模式的CI大，所以不成為特別的問題。相對于此，B模式的CI與C模式的CI相等或有時(shí)小于C模式的CI。因此實(shí)際制作振蕩器時(shí)，往往有導(dǎo)致在副振動(dòng)的B模式下振蕩的問題。
因此，在使用SC切或IT切的石英振子的情況下，需要抑制B模式的振動(dòng)，以可靠地激勵(lì)C模式的主振動(dòng)。為此提出了抑制B模式的副振動(dòng)的石英振蕩電路。
在圖1A中示出一般的設(shè)有B模式抑制電路的科耳皮茲(colpitts)型石英振蕩電路。其結(jié)構(gòu)是，將由L(線圈電感元件)和C(電容電容元件)構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路(虛線)調(diào)諧到C模式，使負(fù)電阻(NR)具有頻率特性。在圖1B中示出圖1A所示的電路的等效電路?？贫て澱袷庪娐返臈l件是，在圖1A所示的電路的反饋環(huán)中所插入的諧振電路(虛線)中，信號雙方向地通過。
這樣，抑制B模式振蕩而穩(wěn)定地在C模式下進(jìn)行振蕩的科耳皮茲振蕩電路插入在C模式的頻率下諧振的串聯(lián)諧振電路，以使反饋環(huán)具有頻率選擇性。
但是，在使用了線圈、電容的電路中，不能積極地抑制B模式的振蕩。
例如，根據(jù)線圈的Q值確定該選擇特性，而一般使用的小型SMD(Surface Mount Device表面實(shí)裝部件)型的卷線型線圈等因Q值最大也只能在50以下而不能充分抑制B模式。換言之，存在導(dǎo)致振蕩電路的B模式的頻率附近的負(fù)電阻保持負(fù)的狀態(tài)的問題。
例如，根據(jù)日本特開2002-261546號公報(bào)，提出了如下的石英振蕩電路在組裝到石英振蕩電路內(nèi)的石英振子中、在比預(yù)定的諧振頻率低的頻率側(cè)存在寄生(spurious)的情況下，通過寄生而振蕩，因此抑制了寄生振動(dòng)。
并且，根據(jù)日本特開2000-295037號公報(bào)，提出了如下技術(shù)附加電感、可變電抗、2個(gè)芯片電容，使C模式的頻率下的負(fù)電阻保持足夠的值，并且使B模式的頻率下的負(fù)電阻的絕對值比B模式的實(shí)效電阻小。
根據(jù)日本特開平7-7363號公報(bào)，提出了如下的技術(shù)在變形科耳皮茲型的石英振蕩電路中設(shè)置抑制寄生用的SC切的石英振子，可通過在B模式的頻率下諧振而調(diào)節(jié)B模式的負(fù)電阻。
但是，為了僅在C模式下可靠地振蕩，需要使B模式的頻率的負(fù)電阻為正值。在上述專利文獻(xiàn)所示出的方法中，不能使B模式的頻率的負(fù)電阻為正。
并且，如日本特開平7-7363號公報(bào)所示，在B模式的抑制電路中使用了石英振子作為陷波電路的情況下，如圖2所示的曲線A那樣，雖然可使B模式的負(fù)電阻在窄波段內(nèi)為正，但是如該圖所示，B模式附近(例如10.9MHz)，僅在窄波段寬度內(nèi)為正，所以調(diào)節(jié)困難。并且，因?yàn)槭褂昧耸⒄褡?，所以成本變高。而且，B模式的溫度特性隨溫度變化變動(dòng)大，因此難以在寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定地應(yīng)用。
并且，在使用了高Q值的線圈、電容的情況下，C模式的通帶寬度極窄，因此調(diào)節(jié)困難。
并且，在使用了陶瓷振子的情況下，存在較多的陶瓷振子自己的寄生，因此調(diào)節(jié)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于如上的情況而提出的，其目的在于提供通過在用于抑制石英振子的無用模式的振蕩的陷波電路中設(shè)置電阻來僅在主模式下可靠地振蕩的石英振蕩電路。
本發(fā)明之一的石英振蕩電路使用了SC切或IT切等的石英振子，因此B模式(無用模式)頻率接近C模式(主模式)頻率。
因此，在所述石英振蕩電路的反饋環(huán)中具備使所述C模式頻率通過的C模式諧振電路(主模式諧振電路)和抑制無用模式頻率下的振蕩的陷波電路。
優(yōu)選為，所述陷波電路具有抑制所述B模式頻率下的振蕩的B模式諧振電路，還可以使調(diào)節(jié)所述B模式的陷波量的電阻元件與所述B模式諧振電路串聯(lián)連接。
并且，所述C模式諧振電路和所述B模式諧振電路也可以為串聯(lián)諧振電路。并且，所述串聯(lián)諧振電路也可以是LC濾波器。而且，優(yōu)選為所述石英振蕩電路為科耳皮茲型。
接著，本發(fā)明之一的科耳皮茲型石英振蕩電路包括由于石英的切割法而使無用模式頻率與主模式頻率接近的石英振子和放大電路，其中，在所述石英振蕩電路的反饋環(huán)中設(shè)置由電感元件和電容元件構(gòu)成的主模式串聯(lián)諧振電路、以及由電感元件、電容元件、以及電阻元件構(gòu)成的無用模式串聯(lián)諧振電路。而且，通過將所述主模式串聯(lián)諧振電路的串聯(lián)諧振頻率設(shè)定在振蕩頻率附近、并且將所述無用模式串聯(lián)諧振電路的串聯(lián)諧振頻率設(shè)定在無用模式頻率附近，由所述電阻元件的電阻值，維持C模式的負(fù)電阻并且抑制所述無用模式的振蕩頻率。
接著，本發(fā)明之一的科耳皮茲型石英振蕩電路具備石英振子X1和晶體管放大器Tr1，該科耳皮茲型石英振蕩電路至少包括串聯(lián)地插入到所述石英振子X1中的電容C1；作為分割電容的電容C2、C3；以及連接在所述晶體管放大器Tr1的發(fā)射極和地之間的作為反饋電阻的R3，其中，在反饋環(huán)中將線圈L2、電容C5和電阻R4串聯(lián)連接而構(gòu)成無用模式串聯(lián)諧振電路，連接在所述晶體管放大器Tr1的發(fā)射極與地之間，同時(shí)將線圈L1和電容C4串聯(lián)連接而構(gòu)成主模式串聯(lián)諧振電路，插入連接在所述發(fā)射極與所述作為分割電容的電容C2、C3的連接點(diǎn)之間，通過將所述無用模式串聯(lián)諧振電路的無用模式頻率設(shè)定到相應(yīng)的振蕩頻率附近、并且將所述主模式串聯(lián)諧振電路的主模式頻率設(shè)定到相應(yīng)的振蕩頻率附近，來抑制在所述無用模式頻率下的振蕩。
通過在無用模式用的諧振電路中使用電阻，能夠使石英振蕩器小型化，而且調(diào)節(jié)變簡單。而且，能夠使用Q值不太大的通用的部件，因而能夠提高生產(chǎn)性、削減成本。


圖1A是表示現(xiàn)有的科耳皮茲型振蕩電路的圖。
圖1B是表示圖1A的等效電路的圖。
圖2是表示在陷波電路中使用了石英振子的例子的圖。
圖3是表示本發(fā)明的石英振蕩電路的圖。
圖4是表示本發(fā)明的負(fù)電阻與振蕩頻率之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示對改變了電阻值時(shí)的負(fù)電阻的動(dòng)作進(jìn)行分析的結(jié)果的圖。
圖6是表示振蕩條件的圖。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(電路結(jié)構(gòu)例)圖3是表示本發(fā)明的石英振蕩電路的一例的圖。該圖所示的X1是由于石英的切割方法而使B模式(無用模式)頻率與C模式(主模式)頻率接近的SC切、IT切等的石英振子。
石英振子X1的一個(gè)端子與電容元件C1連接，另一個(gè)端子與放大器(晶體管放大器)Tr1的基極端子連接。而且Tr1的基極端子與電阻元件R1、R2的一個(gè)端子、以及電容元件C2的一個(gè)端子連接。
接著放大器Tr1的發(fā)射極端子與電阻元件R3的一個(gè)端子、主模式諧振電路、以及陷波電路連接。
主模式諧振電路例如由電感元件L1和電容元件C4串聯(lián)連接而構(gòu)成。電感元件L1的端子與電容元件C2的一端和電容元件C3的一端連接。通過上述結(jié)構(gòu)使C模式頻率通過。
接著放大器Tr1的集電極端子和電阻元件R1與VCC(電源)連接。電容元件C1、C3的另一個(gè)端子和電阻元件R2、R3、R4的另一個(gè)端子接地。
這里，通過在反饋環(huán)中、相對于地插入在B模式的頻率下諧振的陷波電路，強(qiáng)制地使B模式附近的負(fù)電阻成為正向。
例如，在現(xiàn)有的振蕩電路中，作為圖3所示的陷波電路連接B模式諧振電路(無用模式諧振電路)。B模式諧振電路由線圈L2、電容C5、以及電阻R4串聯(lián)連接而成。而且，線圈L2的端子與電容C4的端子連接。本電路將B模式附近的負(fù)電阻略微抑制為達(dá)到正值的程度，進(jìn)行與對C模式側(cè)的負(fù)電阻的影響之間的折衷。
在圖3中示出反饋環(huán)的具體電路例。X1使用10MHz SC-Cut石英振子。假設(shè)電容C1為81pF，電阻R1為10kΩ，電阻R2為10kΩ。并且，假設(shè)電容C2為70pF，電容C3為45pF(對此常數(shù)沒有限定)。
接著，對用于使C模式頻率通過的串聯(lián)諧振電路的線圈L1和電容C4、分別設(shè)線圈L1為10mH，電容C4為26.9pF，線圈L1內(nèi)的電阻為2Ω。
線圈L2和電容C5是用于積極地抑制B模式的串聯(lián)諧振電路。在本電路中，如圖4所示的曲線B那樣，設(shè)計(jì)為增減電阻R4的電阻值，盡量不損失C模式的負(fù)電阻，并且使B模式的負(fù)電阻為正值。
并且，主模式諧振電路和B模式諧振電路也可以使用其中使用了包括并聯(lián)電路等的復(fù)合電路網(wǎng)的諧振電路，而不只是使用上述說明過的元件串聯(lián)連接而成的LC濾波器。
(負(fù)電阻的分析結(jié)果)分析圖3所示的振蕩電路的負(fù)電阻的頻率特性，確認(rèn)B模式抑制的舉止。
圖5是當(dāng)圖3的電阻R4變化為300Ω、200Ω、100Ω、75Ω和50Ω時(shí)的、負(fù)電阻的頻率特性變化的分析結(jié)果?？v軸表示負(fù)電阻，橫軸表示頻率。石英振子X1的C模式頻率為10.0MHz，B模式頻率為10.92MHz。
在本電路中，僅為C模式串聯(lián)諧振電路的情況下，在B模式點(diǎn)處，存在-122Ω左右的負(fù)電阻，相對于B模式的CI值(約48Ω)，留有振蕩的可能性。
從300Ω起漸漸減小R4時(shí)，C模式下的負(fù)電阻也減小，但B模式的抑制效果顯著變大。在100Ω的時(shí)刻、B模式(10.92MHz)中的負(fù)電阻成零，在50Ω的時(shí)刻、B模式為+101Ω(m13)，C模式為485Ω(m12)。
C模式的CI在10MHz中為69Ω左右，因此顯示出約7倍的值，具有充分的振蕩余量。
(振蕩啟動(dòng)條件)C模式的振蕩條件為，對C模式的所需頻率、將相位設(shè)為零，滿足反饋環(huán)的反饋增益＞1，在B模式的頻率下，不滿足C模式的振蕩條件中的任何一個(gè)。
圖6是對振蕩電路的輸出進(jìn)行小信號分析、由極坐標(biāo)表示S11特性(反射特性)的圖。
X軸表示反饋增益，在圓周的順時(shí)針方向上表示相位旋轉(zhuǎn)方向。圍繞外側(cè)的大圓是C模式的諧振部分，是急劇的相位旋轉(zhuǎn)部分。
標(biāo)記m14表示C模式的振蕩條件，相位為零的點(diǎn)處的反饋增益約為2.2，滿足振蕩條件。
內(nèi)側(cè)的小圓是B模式的諧振部分。標(biāo)記m15表示B模式的振蕩條件，增益約為0.7，可知不滿足振蕩條件。
并且，存在于第3象限的軌跡表示了反饋環(huán)的諧振部分的舉止，在其圓周上沒有滿足振蕩條件的點(diǎn)。因此能夠抑制B模式振蕩而得到C模式的穩(wěn)定的振蕩啟動(dòng)。
并且，振蕩電路的負(fù)電阻與包含石英振子和負(fù)載電容的等效串聯(lián)電阻相等時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，振蕩啟動(dòng)結(jié)束。電路例中所使用的石英振子和負(fù)載電容所合成的等效串聯(lián)電阻為104Ω時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
并且，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，進(jìn)行各種改進(jìn)、變更。
權(quán)利要求
1.一種石英振蕩電路，使用了由于石英的切割方法而使無用模式頻率與主模式頻率接近的石英振子，其特征在于，在所述石英振蕩電路的反饋環(huán)中具備使所述主模式頻率通過的主模式諧振電路和抑制無用模式頻率下的振蕩的陷波電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振蕩電路，其特征在于，所述陷波電路具有抑制所述無用模式頻率下的振蕩的無用模式諧振電路，還將調(diào)節(jié)所述無用模式的陷波量的電阻元件與所述無用模式諧振電路串聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英振蕩電路，其特征在于，所述主模式諧振電路和所述無用模式諧振電路為串聯(lián)諧振電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的石英振蕩電路，其特征在于，所述串聯(lián)諧振電路為LC濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英振蕩電路，其特征在于，所述石英振蕩電路為科耳皮茲型。
6.一種科耳皮茲型石英振蕩電路，包括由于石英的切割方法而使無用模式頻率與主模式頻率接近的石英振子和放大電路，其中，在所述石英振蕩電路的反饋環(huán)中設(shè)置由電感元件和電容元件構(gòu)成的主模式串聯(lián)諧振電路；以及由電感元件、電容元件以及電阻元件構(gòu)成的無用模式串聯(lián)諧振電路，將所述主模式串聯(lián)諧振電路的串聯(lián)諧振頻率設(shè)定到振蕩頻率附近，并且將所述無用模式串聯(lián)諧振電路的串聯(lián)諧振頻率設(shè)定到無用模式頻率附近，通過所述電阻元件的電阻值，抑制所述無用模式的振蕩頻率。
7.一種科耳皮茲型石英振蕩電路，具有石英振子(X1)和晶體管放大器(Tr1)，該科耳皮茲型石英振蕩電路至少包括串聯(lián)地插入到所述石英振子(X1)中的電容(C1)；作為分割電容的電容(C2、C3)；以及連接在所述晶體管放大器(Tr1)的發(fā)射極和地之間的作為反饋電阻的電阻(R3)，其特征在于，在反饋環(huán)中，將線圈(L2)、電容(C5)以及電阻(R4)串聯(lián)連接而構(gòu)成無用模式串聯(lián)諧振電路，連接在所述晶體管放大器(Tr1)的發(fā)射極和地之間，并且，將線圈(L1)和電容(C4)串聯(lián)連接而構(gòu)成主模式串聯(lián)諧振電路，插入連接在所述發(fā)射極和所述作為分割電容的電容(C2、C3)的連接點(diǎn)之間，通過將所述無用模式串聯(lián)諧振電路的無用模式頻率設(shè)定到相應(yīng)的振蕩頻率附近、并且將所述主模式串聯(lián)諧振電路的主模式頻率設(shè)定到相應(yīng)的振蕩頻率附近，來抑制所述無用模式頻率下的振蕩。
全文摘要
石英振蕩電路。本發(fā)明的課題是提供能夠可靠地抑制B模式的諧振、由此能夠確實(shí)激起C模式的諧振的石英振蕩器。作為解決手段，本發(fā)明的石英振蕩電路使用了SC切或IT切等的石英振子，因此使B模式(無用模式)頻率接近C模式(主模式)頻率，所以構(gòu)成為在石英振蕩電路的反饋環(huán)中具備使C模式頻率通過的C模式諧振電路(主模式諧振電路)和抑制無用模式頻率下的振蕩的陷波電路。
文檔編號H03B5/32GK1877984SQ20061008793
公開日2006年12月13日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者追田武雄 申請人:日本電波工業(yè)株式會(huì)社