專利名稱：振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振蕩器，特別涉及一種包含用于使振子振蕩的振蕩電路的振蕩
O
背景技術(shù)：
近年來，隨著通信的高速化、終端的高速處理化不斷發(fā)展，要求成為基準(zhǔn)的振蕩器 高頻率化。并且，在使用高頻晶體振子的電壓控制晶體振蕩器中，強(qiáng)烈要求將晶體振子的激 勵(lì)電平抑制得較低。圖16是表示一般的晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)的圖。參照該圖，晶體振蕩器由晶體振子SS 和用于使該晶體振子SS振蕩的振蕩電路部CC構(gòu)成。振蕩電路部CC具有與晶體振子SS 并聯(lián)連接的放大器A和電阻R ；負(fù)載電容元件Ca (電容值CJ，其連接在放大器A的輸入側(cè) 與接地側(cè)之間；以及負(fù)載電容元件Cb (電容值CJ，其連接在放大器A的輸出側(cè)與接地側(cè)之 間。電阻R也被稱為反饋電阻，用于決定輸入與輸出的DC動(dòng)作點(diǎn)。在該結(jié)構(gòu)中，如果負(fù)載電容元件Ca與負(fù)載電容元件Cb是可變電容元件，則能夠控 制振蕩頻率。此外，在此將放大器A的放大率設(shè)為gm，將晶體振子SS的晶體電壓振幅設(shè)為 Vxtal ο當(dāng)利用等效電路來表示圖16的結(jié)構(gòu)時(shí)，成為圖17的結(jié)構(gòu)。在該圖中，晶體振子側(cè) SSS是將晶體串聯(lián)等效電容成分Cl (電容值Ca)、晶體串聯(lián)等效電阻成分Rl (電阻值Rki)、 以及晶體串聯(lián)等效電感性成分Ll (電抗值Lu)串聯(lián)后與晶體端子間電容CO (電容值Cra)并 聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)。另一方面，振蕩電路部側(cè)CCS是電阻成分Rn(電阻值RKn)與電容成分 CL(電容值Ca)串聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)。電阻成分Rn是負(fù)值的負(fù)性電阻成分，利用該負(fù)性電 阻成分Rn的電阻值RKn來抵消電阻成分Rl的電阻值Rki，由此能夠構(gòu)成公知的LC振蕩器。此外，電容成分CL是等效電路的振蕩器等效電容成分。該電容成分CL的電容值 Ccl與負(fù)載電容元件Ca的電容值C。a、負(fù)載電容元件Cb的電容值Ca之間的關(guān)系如式(1)所
7J\ οCcl = (CcaXCcb) / (Cca+Ccb)... (1)根據(jù)式⑴，在負(fù)載電容元件Ca的電容值C。a小且負(fù)載電容元件Cb的電容值Ca小 的情況下，振蕩器等效電容成分CL的電容值Ca小。另外，晶體振子的激勵(lì)電平P如式(2)所示。P = Rei X (Ccl+C⑶)2 X (2 31 f)2 X Vxtal2 [W]. . . (2)根據(jù)式(2)，激勵(lì)電平P與頻率f的平方成正比。因此，在使用高頻帶的晶體振子 的情況下，激勵(lì)電平P成為較大的值。并且，表示電路的振蕩余量的負(fù)性電阻Rn的電阻值 Rsn如式(3)所示。Rsn = -gm/ {Cca X Ccb X (2 JI f)2}…⑶參照式(3)，負(fù)性電阻成分Rn的電阻值RKn與頻率的平方成反比，頻率f越高絕對(duì) 值越小。因此，在通常的設(shè)計(jì)中，為了增大負(fù)性電阻而將放大率gm設(shè)得較大。當(dāng)將放大率
4gm設(shè)得較大時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致晶體電壓振幅Vxtal的振幅增大到電源電平，因此會(huì)使晶體振 子的激勵(lì)電平P變大。當(dāng)激勵(lì)電平P變大時(shí)，產(chǎn)生晶體振子的壽命縮短等問題。并且，在電壓控制晶體振蕩器中，如果將放大率gm設(shè)得較大，則難以擴(kuò)大振蕩頻 率的可變范圍。下面，對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行說明。電壓控制晶體振蕩器例如構(gòu)成為圖18所示的結(jié)構(gòu)。在該圖中，將負(fù)載電容元件Ca 和負(fù)載電容元件Cb都設(shè)為可變電容元件。并且，如果根據(jù)控制電壓來控制可變電容元件的 電容，則能夠構(gòu)成公知的電壓控制振蕩器。即，在降低頻率的情況下增加電容，在提高頻率 的情況下減少電容。此外，在該圖中，在負(fù)載電容元件Ca、負(fù)載電容元件Cb中分別并聯(lián)附加 寄生電容(該圖中的虛線部分)。圖18的結(jié)構(gòu)的等效電路為圖19所示結(jié)構(gòu)。在該圖中，電容成分CL是等效電路的 振蕩器等效電容成分。在此，振蕩器等效電容成分的電容值Ca與振蕩頻率f之間的關(guān)系如 式⑷所示。f = 1/2 31 {Ll1 X Cci X (C⑶+Ccl) / (C⑶+Cci+Ccl) }1/2. . . (4)當(dāng)為了便于理解而將以比率表示振蕩頻率f的量表示為fL時(shí)，如式(5)所示。fL = (f-fs)/fs. . . (5)在此，在式(5)中，頻率fs是晶體振子S S的串聯(lián)諧振頻率，表示為fs = 1/2 31 (Lli X Cci)1/2。將振蕩頻率f、串聯(lián)諧振頻率fs代入到式(5)來近似時(shí)，如式(6)所示。fL = [1/2 Ji {Ll1 · Cci · (Cco+Ccl) / (Cco+Ccl + CGL) } 1/2~1/2 π (Lli · Cci)"2]/ {1/2 π (Lli · Cci)} = {Cc1/(Cco+Ccl)+1}1/2-1在此，在多數(shù)情況下Cci < < (Cco+Ccl)，因此 1/2· {Cc1/(Cco+Ccl)}··· (6)在此，關(guān)于頻率可變范圍，比較寄生電容等可變電容以外的電容大時(shí)與小時(shí)的頻 率可變范圍。圖20是表示以比率表示對(duì)于振蕩器等效電容成分CL的電容值Ca的振蕩頻率f 的量fL的變化的圖。參照該圖，在振蕩器等效電容成分CL的可變電容以外的電容的值較小的情況下， 通過式(1)得到的電容值Ca也較小，因此頻率可變范圍成為該圖中的AfLl，在振蕩器等 效電容成分CL的可變電容以外的電容的值較大的情況下，通過式⑴得到的電容值Ca也 較大，因此頻率可變范圍成為該圖中的AfL2。也就是說，即使振蕩器等效電容成分CL的電 容值Ca的可變幅度ACa相同，可變電容以外的電容的值越小，頻率可變范圍越大。因此， 當(dāng)可變電容以外的電容的值較大時(shí)，難以擴(kuò)大頻率可變范圍。然而，在高頻帶中，為了增大電路的負(fù)性電阻成分的電阻值Rsn，通常會(huì)將放大率 gm設(shè)得較大。因而，由于必須將放大器的大小設(shè)得較大而使寄生電容變大，因此難以擴(kuò)大頻 率可變范圍。公開了一種結(jié)構(gòu)用于解決上述那樣的高頻時(shí)的晶體振子的激勵(lì)電平P與頻率可 變范圍之間的問題(例如參照日本特開2001-308641號(hào)公報(bào))。參照?qǐng)D21來說明該結(jié)構(gòu)。該圖是抑制晶體電壓振幅Vxtal的一般的方法的一例。本例是連接二極管Dl來 抑制晶體電壓振幅Vxtal的結(jié)構(gòu)。在該圖的結(jié)構(gòu)中，在輸出端連接有二極管Dl的正極，在接地端連接有二極管Dl的負(fù)極。在該圖的電路結(jié)構(gòu)中，由作為鉗位二極管而連接的二極管Dl的正向壓降來決定 晶體電壓振幅Vxtal，因此能夠減小晶體電壓振幅Vxtal。在此，當(dāng)將二極管Dl的正向壓降 設(shè)為Vf時(shí)，成為式(7)。Vxtal=( l/V2)xVf...(7)參照式⑵和式(7)，能夠降低晶體振子的激勵(lì)電平P。此外，二極管Dl的正向壓 降Vf例如為0.8 [V]。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題在圖21的結(jié)構(gòu)中，能夠用上述式(2)來表示晶體振子的激勵(lì)電平P。然而，在圖 21的結(jié)構(gòu)中，在負(fù)載電容Cb上并聯(lián)連接了二極管的結(jié)電容Q3J該圖中的虛線部分)，存在 增加了與該結(jié)電容Cdi相應(yīng)的負(fù)載電容這種問題。即，即使在振幅方面能夠改善晶體振子的 激勵(lì)電平P，也由于負(fù)載電容增加，而導(dǎo)致晶體振子的激勵(lì)電平P與電路的振蕩器等效電容 成分CL的增加量相應(yīng)地惡化，因此存在對(duì)于激勵(lì)電平P的效果較低這種問題。另外，參照?qǐng)D20，關(guān)于頻率可變范圍，由于電路的振蕩器等效電容成分CL的電容 值Ca增加，因此難以得到較大可變范圍。本發(fā)明是為了解決上述以往技術(shù)的問題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種在使用 了高頻晶體振子的振蕩器中能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求且擴(kuò)大頻率可變范圍的 振蕩器。用于解決問題的方案本發(fā)明的振蕩器具有用于使振子振蕩的振蕩電路，該振蕩器的特征在于，具備負(fù) 載電路作為上述振子的負(fù)載，該負(fù)載電路具有感性并且對(duì)振蕩振幅進(jìn)行限制。根據(jù)這種結(jié) 構(gòu)，能夠滿足振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。上述負(fù)載電路也可以包含至少一個(gè)有源元件。在包含至少一個(gè)有源元件的情況 下，也能夠滿足振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。此外，例如上述有源元件是晶體管。另外，根據(jù)上述晶體管的閾值電壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)上 述振蕩振幅的限制。并且，上述負(fù)載電路的輸出阻抗的電抗成分為正。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠 滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。上述負(fù)載電路與上述振子的至少一個(gè)端子相連接。如果將負(fù)載電路連接到振子的 至少一個(gè)端子上，則能夠限制電壓變化，能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求。并且，上述負(fù)載電路與上述振子并聯(lián)連接。在將負(fù)載電路與振子并聯(lián)連接的情況 下，也能夠通過限制電壓變化來滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求。上述負(fù)載電路的特征在于具有NPN雙極性晶體管，其發(fā)射極與上述振子的端子 相連接，集電極被提供第一規(guī)定電壓；電阻成分，其一端被提供第二規(guī)定電壓，另一端與上 述NPN雙極性晶體管的基極相連接；以及電容成分，其被設(shè)于上述NPN雙極性晶體管的發(fā)射 極與基極之間。通過使用該負(fù)載電路，能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率 可變范圍。上述負(fù)載電路的特征在于具有NPN雙極性晶體管，其集電極與上述振子的端子相連接，發(fā)射極被提供第三規(guī)定電壓；電阻成分，其被設(shè)于上述NPN雙極性晶體管的集電極與基極之間；以及電容成分， 其被設(shè)于上述NPN雙極性晶體管的發(fā)射極與基極之間。通過使用該負(fù)載電路，能夠滿足晶 體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。上述負(fù)載電路也可以具有PNP雙極性晶體管，其發(fā)射極與上述振子相連接，集電 極被提供第一規(guī)定電壓；電阻成分，其一端被提供第二規(guī)定電壓，另一端與上述PNP雙極性 晶體管的基極相連接；以及電容成分，其被設(shè)于上述PNP雙極性晶體管的發(fā)射極與基極之 間。通過使用該負(fù)載電路，能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。上述負(fù)載電路也可以具有PNP雙極性晶體管，其集電極與上述振子相連接，發(fā)射 極被提供第三規(guī)定電壓；電阻成分，其被設(shè)于上述PNP雙極性晶體管的集電極與基極之間； 以及電容成分，其被設(shè)于上述PNP雙極性晶體管的發(fā)射極與基極之間。通過使用該負(fù)載電路，能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范 圍。上述負(fù)載電路的特征在于具有M0S晶體管，其漏極與上述振子相連接，源極被提 供第四規(guī)定電壓；電阻成分，其被設(shè)于上述MOS晶體管的漏極與柵極之間；以及電容成分， 其被設(shè)于上述MOS晶體管的源極與柵極之間。上述MOS晶體管可以是N型MOS晶體管。另 外，上述MOS晶體管也可以是P型MOS晶體管。通過使用該負(fù)載電路，能夠滿足晶體振子的 激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。上述負(fù)載電路的特征在于具有M0S晶體管，其源極與上述振子相連接，漏極被提 供第五規(guī)定電壓；電阻成分，其一端被提供第六規(guī)定電壓，另一端與上述MOS晶體管的柵極 相連接；以及電容成分，其被設(shè)于上述MOS晶體管的源極與柵極之間。上述MOS晶體管可以 是N型MOS晶體管。另外，上述MOS晶體管也可以是P型MOS晶體管。通過使用該負(fù)載電 路，能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。也可以組合設(shè)置兩個(gè)上述的負(fù)載電路作為上述負(fù)載電路。通過組合設(shè)置兩個(gè)負(fù)載 電路，能夠限制電壓變化的上限和下限來滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，具備具有感性且對(duì)振蕩振幅進(jìn)行限制的電路作為振子的負(fù)載，由此 能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的振蕩器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示圖1中的輸出端子的電壓變化的圖。圖3是表示圖1的結(jié)構(gòu)的等效電路的圖。圖4是表示圖3中的虛線部分的等效電路的圖。圖5是表示圖3的結(jié)構(gòu)的等效電路的圖。圖6是表示圖1的結(jié)構(gòu)中的頻率可變范圍的圖。圖7是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的振蕩器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖8是表示圖7中的輸出端子的電壓變化的圖。圖9的(a)是表示使用P型MOS晶體管構(gòu)成的限幅電路的圖，該圖的(b)是表示使用P型MOS晶體管構(gòu)成的限幅電路的圖，該圖的(c)是表示使用NPN型雙極性晶體管構(gòu) 成的限幅電路的圖，該圖的⑷是表示使用NPN型雙極性晶體管構(gòu)成的限幅電路的圖，該圖 的(e)是表示使用PNP型雙極性晶體管構(gòu)成的限幅電路的圖，該圖的(f)是表示使用PNP 型雙極性晶體管構(gòu)成的限幅電路的圖。圖10是表示配置有差動(dòng)限幅電路的振蕩器的結(jié)構(gòu)例的圖。圖11的(a)是表示配置有其它差動(dòng)限幅電路的振蕩器的結(jié)構(gòu)例的圖，(b)是表示 配置有兩個(gè)差動(dòng)限幅電路的振蕩器的結(jié)構(gòu)例的圖。圖12是表示配置有其它差動(dòng)限幅電路的振蕩器的結(jié)構(gòu)例的圖，(a)是表示使用P 型MOS晶體管構(gòu)成的限幅電路的結(jié)構(gòu)例的圖，(b)是表示使用NPN型雙極性晶體管構(gòu)成的限 幅電路的結(jié)構(gòu)例的圖，(c)是表示使用PNP型雙極性晶體管構(gòu)成的限幅電路的結(jié)構(gòu)例的圖。圖13是表示限幅電路的配置例的圖。圖14的(a)是表示設(shè)置了對(duì)放大器的輸入側(cè)電壓的上限進(jìn)行限制的限幅電路和 對(duì)輸出側(cè)電壓的上限進(jìn)行限制的限幅電路的結(jié)構(gòu)的圖，(b)是表示設(shè)置了對(duì)放大器的輸入 側(cè)電壓的下限進(jìn)行限制的限幅電路和對(duì)輸出側(cè)電壓的下限進(jìn)行限制的限幅電路的結(jié)構(gòu)的 圖。圖15的(a)是表示追加了差動(dòng)限幅電路的結(jié)構(gòu)例的圖，(b)是表示追加了其它差 動(dòng)限幅電路的結(jié)構(gòu)例的圖，(c)是表示追加了兩個(gè)差動(dòng)限幅電路的結(jié)構(gòu)例的圖。圖16是表示一般的晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)例的圖。圖17是表示圖16的結(jié)構(gòu)的等效電路的圖。圖18是表示頻率控制晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)例的圖。圖19是表示圖18的結(jié)構(gòu)的等效電路的圖。圖20是表示振蕩頻率相對(duì)于振蕩器等效電容的變化的圖。圖21是表示抑制晶體電壓振幅的一般方法的一例的圖。附圖標(biāo)記說明1、2 :N型MOS晶體管；A 放大器；Ca、Cb 負(fù)載電容元件；CC 振蕩電路部；Ccut 電 容器；CL 振蕩器等效電容成分；Cx、Cx2 電容元件；Dl 二極管；Is 電流源；LM1、LM2、LM5、 LM6 限幅電路；LM3、LM4 差動(dòng)限幅電路;Rx、Rx2 電阻元件；SS 晶體振子。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，在以下說明參照的各圖中，利用 同一附圖標(biāo)記示出與其它圖同等的部分。(第一實(shí)施方式)圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的振蕩器的結(jié)構(gòu)的電路圖。在該圖中，本實(shí)施方式 的振蕩器結(jié)構(gòu)如下作為振蕩器的負(fù)載電路，連接有限幅電路LM1，上述振蕩器由晶體振子 SS以及用于使晶體振子SS振蕩的振蕩電路部CC構(gòu)成。下面，說明晶體振子的情況，但是振子并不限于晶體振子，也可以是SAW振子、陶 瓷振子等。在此，當(dāng)關(guān)注圖1中的限幅電路LMl時(shí)，由振蕩而產(chǎn)生的電流從晶體振子的一個(gè)端 子通過限幅電路LM1，經(jīng)由電壓源(電壓值VH)再次返回到晶體振子的相反側(cè)的一個(gè)端子，
8因此限幅電路LMl為晶體振子的負(fù)載。限幅電路LMl由N型MOS晶體管1、電阻元件Rx (電阻值Rj以及電容元件Cx (電 容值Cto)構(gòu)成，該電阻元件Rx連接在N型MOS晶體管1的柵極端子G和漏極端子D之間， 該電容元件Cx連接在N型MOS晶體管1的柵極端子G與源極端子S之間，N型MOS晶體管 1的漏極端子D與放大器A的輸出端子相連接。此外，在N型MOS晶體管1的源極端子S上 連接有電壓值為VH的電壓源。在此，在放大器A的輸出端子的電壓Vb超過N型MOS晶體管1的柵極電壓的閾值 電壓值時(shí)，通過限幅電路LMl而被電壓限幅。即，如圖2所示，電壓Vb被限幅在電壓源的電 壓值VH加上N型MOS晶體管1的閾值電壓值VT而得到的電壓值。在此，放大器的輸入端子的電壓Va與輸出端子的電壓Vb相位大致相反且電壓電 平相同，因此晶體電壓振幅Vxtal成為式(8)。Vxtal=( 1/V2)x (VT+VH)…(8)因而，通過調(diào)整電壓源的電壓值VH能夠調(diào)整晶體電壓振幅Vxtal。也就是說，如果 調(diào)整提供給N型MOS晶體管1的源極端子S的電壓值VH，則能夠抑制晶體電壓振幅Vxtal。另一方面，在為了調(diào)查晶體振子的激勵(lì)電平而描繪圖1結(jié)構(gòu)的等效電路時(shí)，成為 圖3所示結(jié)構(gòu)。在該圖中，圖1中的限幅電路LMl的部分能夠表現(xiàn)為電感Lx。當(dāng)將N型MO S晶體管1的放大率設(shè)為gmx時(shí)，該電感Lx的值、如下。Llx = (gmx · Rex-1) · Ccx/ {gmx2+ (2 Jif)2 · CCx2}... (9)將該電感Lx的值、與負(fù)載電容元件Cb的電容值Ca的并聯(lián)電路設(shè)為電容Cb’。在此，在電感Lx的值、與角頻率2 Jif的積即電抗2 π f、的值為正時(shí)，電感Lx 看起來等效于線圈。即，限幅電路LMl所具有的電抗呈感性。在式(9)中使限幅電路LMl 所具有的電抗呈感性的條件為Rkx > (1/gmx)。并且，當(dāng)為了調(diào)查本電路的等效電容而對(duì)負(fù)載電容元件Cb和限幅電路LMl的等效 電路部分(圖3中的虛線部分)進(jìn)行變形時(shí)，成為圖4所示結(jié)構(gòu)。即，能夠?qū)⑾喈?dāng)于圖3中 的虛線部分的圖4的(a)的電路結(jié)構(gòu)如該圖的(b)所示那樣替換為負(fù)載電容元件Cb與負(fù) 載電容元件Qx(電容值為-1/、(2 Jif)2)的并聯(lián)電路。進(jìn)而，該圖的(b)的電路能夠變形 成該圖的(c)那樣。此外，在該圖的(C)中，負(fù)載電容元件Cb’的電容值Ca’如下。Ccb' = Ccb-{1/Llx (2 π f)2}... (10)也就是說，成為以與負(fù)載電容元件Cb并聯(lián)的方式插入了電感Lx的形式，因此實(shí)際 上能視為值小于負(fù)載電容元件Cb的電容值Ca的電容值ca’。當(dāng)根據(jù)這些來表示振蕩器等效電容成分CL’的電容值時(shí)，如圖5所示。在該圖中， 振蕩器等效電容成分CL’的電容值Ca如下。Ccl' = (CcaXCcb' )/(CCa+Ca，)··· (11)因此，能夠得到電容值較小的振蕩器等效電容成分CL’。另外，晶體振子的激勵(lì)電平P如式(12)所示。P = RkiX (Ccl，+Cco) 2 X (2 31 f)2 X Vxtal' 2 [W]. . . (12)因此，根據(jù)圖1的電路結(jié)構(gòu)，能夠抑制晶體電壓振幅Vxtal和降低振蕩器等效電容 成分CL，因此能夠抑制激勵(lì)電平P。
并且，由于振蕩器等效電容成分CL降低，因此頻率可變范圍成為圖6所示那樣。圖6是表示以比率表示對(duì)于振蕩器等效電容成分CL’的電容值Ca’的振蕩頻率f 而得到的量fL的變化的圖。參照該圖，在沒有附加限幅電路的情況下的電路結(jié)構(gòu)中，振蕩器等效電容成分在 該圖中的范圍6A內(nèi)發(fā)生變化，頻率可變范圍成為AfLl的范圍。另一方面，在如圖1那樣 附加了限幅電路LMl的情況下的電路結(jié)構(gòu)中，振蕩器等效電容成分CL’的電容值Ca’在該 圖中的范圍6B內(nèi)發(fā)生變化，頻率可變范圍成為AfL2的范圍，即使電容值Ca’的可變幅度 ACa’相同，也大于AfLl的范圍。因而，通過附加限幅電路LM1，能夠擴(kuò)大頻率可變范圍。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，在使用高頻的晶體振子SS的振蕩器中，能夠滿足晶體振 子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍。(第二實(shí)施方式)圖7是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的振蕩器的結(jié)構(gòu)的電路圖。上述第一實(shí)施方式 是附加上限限幅電路(即，在連接到放大器A的輸出端子時(shí)對(duì)該輸出端子的電壓變化的上 限進(jìn)行限制的電路)而得到的結(jié)構(gòu)，與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中采用進(jìn)一步附加了下限限 幅電路(即，在連接到放大器A的輸出端子時(shí)對(duì)該輸出端子的電壓變化的下限進(jìn)行限制的 電路)而得到的結(jié)構(gòu)。S卩，在該圖中，上限限幅電路LMl和下限限幅電路LM2作為振蕩器的負(fù)載而被連 接。本例的限幅電路LM2由N型MOS晶體管2、電容元件Cx2和電阻元件Rx2構(gòu)成，該電容 元件Cx2連接在N型MOS晶體管2的柵極端子G和源極端子S之間，該電阻元件Rx2連接 在N型MOS晶體管2的柵極端子G上，N型MOS晶體管2的源極端子S與放大器A的輸出 端子相連接。并且，在與N型MOS晶體管2的柵極端子G連接的電阻元件Rx2的另一端上 連接有電壓值VL的電壓源。這樣，由于連接有上下限的限幅電路，因此在放大器的輸出側(cè)電壓Vb的振幅超過 N型MOS晶體管1和2的柵極電壓的閾值時(shí)，放大器的輸出側(cè)電壓Vb通過限幅電路LMl和 LM2而被電壓限幅。即，如圖8所示，電壓Vb的上限被限幅在電壓源的電壓值VH加上N型 MOS晶體管1的閾值電壓值VT而得到的電壓值，并且下限被限幅在電壓源的電壓值VL減去 N型MOS晶體管2的閾值電壓值VT而得到的電壓值。在這種情況下，晶體電壓振幅Vxtal如式(13)所示。Vxtal=C 1 /λ/2)χ {(VH+VT)-(VL-VT)}...(13)在此，能夠任意地設(shè)定電壓值VL和電壓值VH，后者也可以是零伏。因此，通過對(duì) 提供給N型MOS晶體管1的源極端子S的電壓值VH、以及經(jīng)由電阻元件Rx2而提供給N型 MOS晶體管2的柵極端子G的電壓值VL進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)一步減小晶體電壓振幅Vxtal。另外，在圖7中，限幅電路LM1、LM2都使用作為有源元件的N型MOS晶體管來構(gòu) 成，但是也能夠使用P型MOS晶體管來構(gòu)成。S卩，圖9的(a)是使用P型MOS晶體管構(gòu)成的 下限限幅電路LM2，該圖的(b)是使用P型MOS晶體管構(gòu)成的上限限幅電路LM1。如果將它 們連接到振蕩器的輸出端，則能夠限制晶體振子的電壓振幅的下限和上限。另外，也可以使用其它的作為有源元件的雙極性晶體管來構(gòu)成限幅電路。該圖的 (c)是使用NPN型雙極性晶體管構(gòu)成的上限限幅電路LM1，該圖的(d)是使用NPN型雙極性 晶體管構(gòu)成的下限限幅電路LM2。如果將它們連接到振蕩器的輸出端，則能夠限制晶體振子的電壓振幅的上限和下限。該圖的(e)是使用PNP型雙極性晶體管構(gòu)成的下限限幅電路LM2，該圖的(f)是使 用PNP型雙極性晶體管構(gòu)成的上限限幅電路LM1。如果將它們連接到振蕩器的輸出端，則能 夠限制晶體振子的電壓振幅的下限和上限。此外，上述第二實(shí)施方式是附加了上限限幅電路LMl和下限限幅電路LM2的結(jié)構(gòu)， 與此相對(duì)，在僅對(duì)電壓Vb的下限進(jìn)行限幅的情況下，也可以采用僅設(shè)置下限限幅電路LM2 的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，晶體電壓振幅Vxtal如式(14)所示。Vxtal=C 1 ) X (VL-VT) ".(14)在此，能夠任意地設(shè)定電壓值VL。因此，通過對(duì)經(jīng)由電阻元件Rx 2而提供給N型 MOS晶體管2的柵極端子G的電壓值VL進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)一步減小晶體電壓振幅Vxtal。在此，在該圖的(d)中，NPN型雙極性晶體管的基極經(jīng)由電阻元件Rx而與電壓源 (電壓值VH)相連接，集電極與正電源相連接，但是也可以代替將集電極連接到正電源而將 集電極連接到電壓源(電壓值VH)。同樣地，在該圖的(f)中，PNP型雙極性晶體管的基極經(jīng)由電阻元件Rx而與電壓 源(電壓值VH)相連接，集電極接地連接，但是也可以代替將集電極接地而將集電極連接到 電壓源(電壓值VH)。同樣地，在該圖的(b)中，P型MOS晶體管的柵極經(jīng)由電阻元件Rx而與電壓源(電 壓值VH)相連接，漏極接地連接，但是也可以代替將漏極接地而將漏極連接到電壓源(電壓 值 VH)。同樣地，在圖7中，限幅電路LM2的N型MOS晶體管2的柵極經(jīng)由電阻元件Rx2而 與電壓源(電壓值VL)相連接，漏極與正電源相連接，但是也可以代替將漏極連接到正電源 而將漏極連接到電壓源(電壓值VL)。(第三實(shí)施方式)另外，還能夠?qū)⑾薹娐放渲玫骄w振子的端子之間。例如，如圖10所示，也可以 將差動(dòng)限幅電路L3連接到晶體振子SS的端子之間作為上限限幅電路。但是，需要通過電 流源Is進(jìn)行直流偏壓N型MOS晶體管1的漏極端子的電位高于源極端子的電位。振蕩中 的電壓Va和Vb的關(guān)系為反復(fù)進(jìn)行如下動(dòng)作當(dāng)電壓Va要上升時(shí)電壓Vb要下降，相反當(dāng)電 壓Va要下降時(shí)電壓Vb要上升。在電壓Va要下降而電壓Vb要上升時(shí)，如果電壓Vb-Va超過 N型MOS晶體管的閾值電壓值VT，則電流流過晶體管，因此電壓Va-Vb被限制在成為閾值電 壓值VT的電壓，因此與沒有設(shè)置限幅電路LM3的情況相比，能夠減小晶體電壓振幅Vxtal。另外，也可以設(shè)置圖11的(a)的差動(dòng)限幅電路L4作為下限限幅電路。在該圖的 (a)的電路結(jié)構(gòu)中，振蕩中的電壓Va和Vb的關(guān)系也是反復(fù)進(jìn)行如下動(dòng)作當(dāng)電壓Va要上升 時(shí)電壓Vb要下降，相反當(dāng)電壓Va要下降時(shí)電壓Vb要上升。在電壓Va要上升而電壓Vb要 下降時(shí)，如果電壓Va-Vb超過N型MOS晶體管的閾值電壓值VT，則電流流過晶體管，因此電 壓Vb-Va被限制在成為閾值電壓值VT的電壓，因此與沒有設(shè)置限幅電路LM4的情況相比， 能夠減小晶體電壓振幅Vxtal。并且，如該圖的(b)所示，也可以設(shè)置兩個(gè)差動(dòng)限幅電路L3、L4。但是，在這種情 況下，需要設(shè)置用于隔直流的電容器Ccut。這樣，由于連接有上下限的限幅電路，因此在放大器的輸出側(cè)電壓Vb的振幅超過
11N型MOS晶體管1的柵極電壓的閾值時(shí)，放大器的輸出側(cè)電壓Vb通過差動(dòng)限幅電路LM3和 LM4而被電壓限幅。S卩，在電壓Vb-Va要超過限幅電路LM3的N型MOS晶體管的閾值電壓值 VT時(shí)，電流流過N型MOS晶體管，電壓被限幅為閾值電壓值VT。另外，在電壓Va-Vb要超過 限幅電路LM4的N型MOS晶體管的閾值電壓值VT時(shí)，電流流過N型MOS晶體管，電壓被限 幅為閾值電壓值VT。因而，與圖10以及圖11的(a)的情況相比，能夠進(jìn)一步減小晶體電壓 振幅Vxtal。在這種情況下，晶體電壓振幅Vxtal如式(15)所示。
權(quán)利要求
一種振蕩器，具有用于使振子振蕩的振蕩電路，該振蕩器的特征在于，具備負(fù)載電路作為上述振子的負(fù)載，該負(fù)載電路具有感性并且對(duì)振蕩振幅進(jìn)行限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路包含至少一個(gè)有源元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振蕩器，其特征在于， 上述有源元件是晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振蕩器，其特征在于，根據(jù)上述晶體管的閾值電壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)上述振蕩振幅的限制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路的輸出阻抗的電抗成分為正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路與上述振子的至少一個(gè)端子相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路與上述振子并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路具有NPN雙極性晶體管，其發(fā)射極與上述振子的端子相連接，集電極被提供第一規(guī)定電壓； 電阻成分，其一端被提供第二規(guī)定電壓，另一端與上述NPN雙極性晶體管的基極相連 接；以及電容成分，其被設(shè)于上述NPN雙極性晶體管的發(fā)射極與基極之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路具有NPN雙極性晶體管，其集電極與上述振子的端子相連接，發(fā)射極被提供第三規(guī)定電壓； 電阻成分，其被設(shè)于上述NPN雙極性晶體管的集電極與基極之間；以及 電容成分，其被設(shè)于上述NPN雙極性晶體管的發(fā)射極與基極之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路具有PNP雙極性晶體管，其發(fā)射極與上述振子相連接，集電極被提供第一規(guī)定電壓； 電阻成分，其一端被提供第二規(guī)定電壓，另一端與上述PNP雙極性晶體管的基極相連 接；以及電容成分，其被設(shè)于上述PNP雙極性晶體管的發(fā)射極與基極之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路具有PNP雙極性晶體管，其集電極與上述振子相連接，發(fā)射極被提供第三規(guī)定電壓； 電阻成分，其被設(shè)于上述PNP雙極性晶體管的集電極與基極之間；以及 電容成分，其被設(shè)于上述PNP雙極性晶體管的發(fā)射極與基極之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路具有MOS晶體管，其漏極與上述振子相連接，源極被提供第四規(guī)定電壓；電阻成分，其被設(shè)于上述MOS晶體管的漏極與柵極之間；以及 電容成分，其被設(shè)于上述MOS晶體管的源極與柵極之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的振蕩器，其特征在于， 上述MOS晶體管是N型MOS晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的振蕩器，其特征在于， 上述MOS晶體管是P型MOS晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于， 上述負(fù)載電路具有MOS晶體管，其源極與上述振子相連接，漏極被提供第五規(guī)定電壓；電阻成分，其一端被提供第六規(guī)定電壓，另一端與上述MOS晶體管的柵極相連接；以及電容成分，其被設(shè)于上述MOS晶體管的源極與柵極之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的振蕩器，其特征在于， 上述MOS晶體管是N型MOS晶體管。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的振蕩器，其特征在于， 上述MOS晶體管是P型MOS晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于，作為上述負(fù)載電路，具備權(quán)利要求9的負(fù)載電路、權(quán)利要求10的負(fù)載電路、權(quán)利要求13 的負(fù)載電路和權(quán)利要求17的負(fù)載電路中的至少一個(gè)，以及具備權(quán)利要求8的負(fù)載電路、權(quán) 利要求11的負(fù)載電路、權(quán)利要求14的負(fù)載電路和權(quán)利要求16的負(fù)載電路中的至少一個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于， 作為上述負(fù)載電路，具備權(quán)利要求8的負(fù)載電路和權(quán)利要求9的負(fù)載電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的振蕩器，其特征在于，作為上述負(fù)載電路，具備權(quán)利要求10的負(fù)載電路和權(quán)利要求11的負(fù)載電路。
全文摘要
提供一種振蕩器，在使用高頻晶體振子的振蕩器中，實(shí)現(xiàn)能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求并且擴(kuò)大頻率可變范圍的振蕩器。在具有用于使振子(SS)振蕩的振蕩電路(CC)的振蕩器中，設(shè)置作為負(fù)載電路的限幅電路(LM1)來作為振子(SS)的負(fù)載，該作為負(fù)載電路的限幅電路(LM1)具有感性，并且對(duì)振蕩振幅進(jìn)行限制。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過限幅電路(LM1)的作用，能夠滿足晶體振子的激勵(lì)電平的要求，并且擴(kuò)大頻率可變范圍。
文檔編號(hào)H03K3/03GK101971485SQ20098010856
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者佐藤健一, 山本智晃 申請(qǐng)人:旭化成微電子株式會(huì)社