专利名称：石英振荡电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及石英振荡电路，特别涉及抑制石英振子的无用振荡的技术。
背景技术：
一般石英振子所使用的压电晶体仅能在相对于晶轴特定的切割角度下激起压电振动。作为适合于这样的振荡器的石英振子，公知有SC切、IT切的石英振子。
但是，SC切或IT切的石英振子在作为主振动的C模式(主模式)谐振的附近、在其高频域侧的频率中产生B模式以及A模式副振动(无用模式)。
由于A模式振动时的晶体阻抗(Crystal Impedance以下简称为CI)的值比C模式的CI大，所以不成为特别的问题。相对于此，B模式的CI与C模式的CI相等或有时小于C模式的CI。因此实际制作振荡器时，往往有导致在副振动的B模式下振荡的问题。
因此，在使用SC切或IT切的石英振子的情况下，需要抑制B模式的振动，以可靠地激励C模式的主振动。为此提出了抑制B模式的副振动的石英振荡电路。
在图1A中示出一般的设有B模式抑制电路的科耳皮兹(colpitts)型石英振荡电路。其结构是，将由L(线圈电感元件)和C(电容电容元件)构成的串联谐振电路(虚线)调谐到C模式，使负电阻(NR)具有频率特性。在图1B中示出图1A所示的电路的等效电路。科耳皮兹振荡电路的条件是，在图1A所示的电路的反馈环中所插入的谐振电路(虚线)中，信号双方向地通过。
这样，抑制B模式振荡而稳定地在C模式下进行振荡的科耳皮兹振荡电路插入在C模式的频率下谐振的串联谐振电路，以使反馈环具有频率选择性。
但是，在使用了线圈、电容的电路中，不能积极地抑制B模式的振荡。
例如，根据线圈的Q值确定该选择特性，而一般使用的小型SMD(Surface Mount Device表面实装部件)型的卷线型线圈等因Q值最大也只能在50以下而不能充分抑制B模式。换言之，存在导致振荡电路的B模式的频率附近的负电阻保持负的状态的问题。
例如，根据日本特开2002-261546号公报，提出了如下的石英振荡电路在组装到石英振荡电路内的石英振子中、在比预定的谐振频率低的频率侧存在寄生(spurious)的情况下，通过寄生而振荡，因此抑制了寄生振动。
并且，根据日本特开2000-295037号公报，提出了如下技术附加电感、可变电抗、2个芯片电容，使C模式的频率下的负电阻保持足够的值，并且使B模式的频率下的负电阻的绝对值比B模式的实效电阻小。
根据日本特开平7-7363号公报，提出了如下的技术在变形科耳皮兹型的石英振荡电路中设置抑制寄生用的SC切的石英振子，可通过在B模式的频率下谐振而调节B模式的负电阻。
但是，为了仅在C模式下可靠地振荡，需要使B模式的频率的负电阻为正值。在上述专利文献所示出的方法中，不能使B模式的频率的负电阻为正。
并且，如日本特开平7-7363号公报所示，在B模式的抑制电路中使用了石英振子作为陷波电路的情况下，如图2所示的曲线A那样，虽然可使B模式的负电阻在窄波段内为正，但是如该图所示，B模式附近(例如10.9MHz)，仅在窄波段宽度内为正，所以调节困难。并且，因为使用了石英振子，所以成本变高。而且，B模式的温度特性随温度变化变动大，因此难以在宽温度范围内稳定地应用。
并且，在使用了高Q值的线圈、电容的情况下，C模式的通带宽度极窄，因此调节困难。
并且，在使用了陶瓷振子的情况下，存在较多的陶瓷振子自己的寄生，因此调节困难。
发明内容
本发明是鉴于如上的情况而提出的，其目的在于提供通过在用于抑制石英振子的无用模式的振荡的陷波电路中设置电阻来仅在主模式下可靠地振荡的石英振荡电路。
本发明之一的石英振荡电路使用了SC切或IT切等的石英振子，因此B模式(无用模式)频率接近C模式(主模式)频率。
因此，在所述石英振荡电路的反馈环中具备使所述C模式频率通过的C模式谐振电路(主模式谐振电路)和抑制无用模式频率下的振荡的陷波电路。
优选为，所述陷波电路具有抑制所述B模式频率下的振荡的B模式谐振电路，还可以使调节所述B模式的陷波量的电阻元件与所述B模式谐振电路串联连接。
并且，所述C模式谐振电路和所述B模式谐振电路也可以为串联谐振电路。并且，所述串联谐振电路也可以是LC滤波器。而且，优选为所述石英振荡电路为科耳皮兹型。
接着，本发明之一的科耳皮兹型石英振荡电路包括由于石英的切割法而使无用模式频率与主模式频率接近的石英振子和放大电路，其中，在所述石英振荡电路的反馈环中设置由电感元件和电容元件构成的主模式串联谐振电路、以及由电感元件、电容元件、以及电阻元件构成的无用模式串联谐振电路。而且，通过将所述主模式串联谐振电路的串联谐振频率设定在振荡频率附近、并且将所述无用模式串联谐振电路的串联谐振频率设定在无用模式频率附近，由所述电阻元件的电阻值，维持C模式的负电阻并且抑制所述无用模式的振荡频率。
接着，本发明之一的科耳皮兹型石英振荡电路具备石英振子X1和晶体管放大器Tr1，该科耳皮兹型石英振荡电路至少包括串联地插入到所述石英振子X1中的电容C1；作为分割电容的电容C2、C3；以及连接在所述晶体管放大器Tr1的发射极和地之间的作为反馈电阻的R3，其中，在反馈环中将线圈L2、电容C5和电阻R4串联连接而构成无用模式串联谐振电路，连接在所述晶体管放大器Tr1的发射极与地之间，同时将线圈L1和电容C4串联连接而构成主模式串联谐振电路，插入连接在所述发射极与所述作为分割电容的电容C2、C3的连接点之间，通过将所述无用模式串联谐振电路的无用模式频率设定到相应的振荡频率附近、并且将所述主模式串联谐振电路的主模式频率设定到相应的振荡频率附近，来抑制在所述无用模式频率下的振荡。
通过在无用模式用的谐振电路中使用电阻，能够使石英振荡器小型化，而且调节变简单。而且，能够使用Q值不太大的通用的部件，因而能够提高生产性、削减成本。
图1A是表示现有的科耳皮兹型振荡电路的图。
图1B是表示图1A的等效电路的图。
图2是表示在陷波电路中使用了石英振子的例子的图。
图3是表示本发明的石英振荡电路的图。
图4是表示本发明的负电阻与振荡频率之间的关系的图。
图5是表示对改变了电阻值时的负电阻的动作进行分析的结果的图。
图6是表示振荡条件的图。
具体实施例方式
以下根据附图详细说明本发明的实施方式。
(电路结构例)图3是表示本发明的石英振荡电路的一例的图。该图所示的X1是由于石英的切割方法而使B模式(无用模式)频率与C模式(主模式)频率接近的SC切、IT切等的石英振子。
石英振子X1的一个端子与电容元件C1连接，另一个端子与放大器(晶体管放大器)Tr1的基极端子连接。而且Tr1的基极端子与电阻元件R1、R2的一个端子、以及电容元件C2的一个端子连接。
接着放大器Tr1的发射极端子与电阻元件R3的一个端子、主模式谐振电路、以及陷波电路连接。
主模式谐振电路例如由电感元件L1和电容元件C4串联连接而构成。电感元件L1的端子与电容元件C2的一端和电容元件C3的一端连接。通过上述结构使C模式频率通过。
接着放大器Tr1的集电极端子和电阻元件R1与VCC(电源)连接。电容元件C1、C3的另一个端子和电阻元件R2、R3、R4的另一个端子接地。
这里，通过在反馈环中、相对于地插入在B模式的频率下谐振的陷波电路，强制地使B模式附近的负电阻成为正向。
例如，在现有的振荡电路中，作为图3所示的陷波电路连接B模式谐振电路(无用模式谐振电路)。B模式谐振电路由线圈L2、电容C5、以及电阻R4串联连接而成。而且，线圈L2的端子与电容C4的端子连接。本电路将B模式附近的负电阻略微抑制为达到正值的程度，进行与对C模式侧的负电阻的影响之间的折衷。
在图3中示出反馈环的具体电路例。X1使用10MHz SC-Cut石英振子。假设电容C1为81pF，电阻R1为10kΩ，电阻R2为10kΩ。并且，假设电容C2为70pF，电容C3为45pF(对此常数没有限定)。
接着，对用于使C模式频率通过的串联谐振电路的线圈L1和电容C4、分别设线圈L1为10mH，电容C4为26.9pF，线圈L1内的电阻为2Ω。
线圈L2和电容C5是用于积极地抑制B模式的串联谐振电路。在本电路中，如图4所示的曲线B那样，设计为增减电阻R4的电阻值，尽量不损失C模式的负电阻，并且使B模式的负电阻为正值。
并且，主模式谐振电路和B模式谐振电路也可以使用其中使用了包括并联电路等的复合电路网的谐振电路，而不只是使用上述说明过的元件串联连接而成的LC滤波器。
(负电阻的分析结果)分析图3所示的振荡电路的负电阻的频率特性，确认B模式抑制的举止。
图5是当图3的电阻R4变化为300Ω、200Ω、100Ω、75Ω和50Ω时的、负电阻的频率特性变化的分析结果。纵轴表示负电阻，横轴表示频率。石英振子X1的C模式频率为10.0MHz，B模式频率为10.92MHz。
在本电路中，仅为C模式串联谐振电路的情况下，在B模式点处，存在-122Ω左右的负电阻，相对于B模式的CI值(约48Ω)，留有振荡的可能性。
从300Ω起渐渐减小R4时，C模式下的负电阻也减小，但B模式的抑制效果显著变大。在100Ω的时刻、B模式(10.92MHz)中的负电阻成零，在50Ω的时刻、B模式为+101Ω(m13)，C模式为485Ω(m12)。
C模式的CI在10MHz中为69Ω左右，因此显示出约7倍的值，具有充分的振荡余量。
(振荡启动条件)C模式的振荡条件为，对C模式的所需频率、将相位设为零，满足反馈环的反馈增益＞1，在B模式的频率下，不满足C模式的振荡条件中的任何一个。
图6是对振荡电路的输出进行小信号分析、由极坐标表示S11特性(反射特性)的图。
X轴表示反馈增益，在圆周的顺时针方向上表示相位旋转方向。围绕外侧的大圆是C模式的谐振部分，是急剧的相位旋转部分。
标记m14表示C模式的振荡条件，相位为零的点处的反馈增益约为2.2，满足振荡条件。
内侧的小圆是B模式的谐振部分。标记m15表示B模式的振荡条件，增益约为0.7，可知不满足振荡条件。
并且，存在于第3象限的轨迹表示了反馈环的谐振部分的举止，在其圆周上没有满足振荡条件的点。因此能够抑制B模式振荡而得到C模式的稳定的振荡启动。
并且，振荡电路的负电阻与包含石英振子和负载电容的等效串联电阻相等时，达到稳定状态，振荡启动结束。电路例中所使用的石英振子和负载电容所合成的等效串联电阻为104Ω时达到稳定状态。
并且，本发明不限于上述的实施方式，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内，进行各种改进、变更。
权利要求
1.一种石英振荡电路，使用了由于石英的切割方法而使无用模式频率与主模式频率接近的石英振子，其特征在于，在所述石英振荡电路的反馈环中具备使所述主模式频率通过的主模式谐振电路和抑制无用模式频率下的振荡的陷波电路。
2.根据权利要求1所述的石英振荡电路，其特征在于，所述陷波电路具有抑制所述无用模式频率下的振荡的无用模式谐振电路，还将调节所述无用模式的陷波量的电阻元件与所述无用模式谐振电路串联连接。
3.根据权利要求2所述的石英振荡电路，其特征在于，所述主模式谐振电路和所述无用模式谐振电路为串联谐振电路。
4.根据权利要求3所述的石英振荡电路，其特征在于，所述串联谐振电路为LC滤波器。
5.根据权利要求1所述的石英振荡电路，其特征在于，所述石英振荡电路为科耳皮兹型。
6.一种科耳皮兹型石英振荡电路，包括由于石英的切割方法而使无用模式频率与主模式频率接近的石英振子和放大电路，其中，在所述石英振荡电路的反馈环中设置由电感元件和电容元件构成的主模式串联谐振电路；以及由电感元件、电容元件以及电阻元件构成的无用模式串联谐振电路，将所述主模式串联谐振电路的串联谐振频率设定到振荡频率附近，并且将所述无用模式串联谐振电路的串联谐振频率设定到无用模式频率附近，通过所述电阻元件的电阻值，抑制所述无用模式的振荡频率。
7.一种科耳皮兹型石英振荡电路，具有石英振子(X1)和晶体管放大器(Tr1)，该科耳皮兹型石英振荡电路至少包括串联地插入到所述石英振子(X1)中的电容(C1)；作为分割电容的电容(C2、C3)；以及连接在所述晶体管放大器(Tr1)的发射极和地之间的作为反馈电阻的电阻(R3)，其特征在于，在反馈环中，将线圈(L2)、电容(C5)以及电阻(R4)串联连接而构成无用模式串联谐振电路，连接在所述晶体管放大器(Tr1)的发射极和地之间，并且，将线圈(L1)和电容(C4)串联连接而构成主模式串联谐振电路，插入连接在所述发射极和所述作为分割电容的电容(C2、C3)的连接点之间，通过将所述无用模式串联谐振电路的无用模式频率设定到相应的振荡频率附近、并且将所述主模式串联谐振电路的主模式频率设定到相应的振荡频率附近，来抑制所述无用模式频率下的振荡。
全文摘要
石英振荡电路。本发明的课题是提供能够可靠地抑制B模式的谐振、由此能够确实激起C模式的谐振的石英振荡器。作为解决手段，本发明的石英振荡电路使用了SC切或IT切等的石英振子，因此使B模式(无用模式)频率接近C模式(主模式)频率，所以构成为在石英振荡电路的反馈环中具备使C模式频率通过的C模式谐振电路(主模式谐振电路)和抑制无用模式频率下的振荡的陷波电路。
文档编号H03B5/32GK1877984SQ20061008793
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月7日 优先权日2005年6月7日
发明者追田武雄 申请人:日本电波工业株式会社