[发明专利]高频晶体振荡器和高频信号产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用石英晶体元件的高频晶体振荡器(之后称为高频振荡器)，具体地说，涉及可以减小尺寸和防止出现噪声的高频振荡器。

背景技术

高频振荡器用于数字信息通信网络等。因为需要频率稳定性，所以使用晶体振荡器作为高频振荡器。此外，因为高频振荡器的输出频率是如622.08MHz的高频带，所以晶体振荡器的振荡频率被倍频，以便获得输出频率。而且，为发射数字信号，通常使用压控型高频振荡器。近年来，存在减小这种高频振荡器尺寸的需要。

作为这样的例子，已知的高频振荡器公开在日本专利申请No,2000-244682中(之后称为相关参考文件1)。

图1示出相关参考文件1的高频振荡器的电路图。

图1所示的高频振荡器包括压控型晶体振荡器1、声表面波滤波器(SAW滤波器)2、宽频带放大器3。晶体振荡器1有谐振电路和振荡晶体管5。谐振电路由是电感的石英晶体元件4和分离的电容器C1、C2构成。振荡晶体管5反馈放大谐振频率。具有这种结构的振荡器被称为科耳皮兹型振荡器。

由于分离电容器C1、C2之外的电路电容的作用，使振荡频率稍微低于谐振电路的谐振频率。在这个例子中，振荡频率是基频155.52MHz。振荡晶体管5的基极、发射极和集电极分别连接到石英晶体元件4的一端、分离电容器C1、C2的连接点和电源Vcc。如可变电容二极管那样的电压可变电容器件连接在谐振电路的石英晶体元件4的另一端和地之间。结果，实现了压控型的振荡晶体管5。控制电压Vc通过高频抑制电阻R1加到石英晶体元件4。控制电压Vc是可变电容二极管6的反向电压。利用该控制电压Vc改变振荡频率。

在图1所示的高频振荡器中，适当设置振荡晶体管5的基极电阻R2和偏压电阻R3的阻抗比、振荡晶体管5的集电极端负载电阻R4和发射极端负载电阻R5的阻抗比，以至振荡输出信号Vo的中心电压Vo0高于电源电压Vcc的中心电源Vcc0。此外，如图2所示，通常是正弦波的振荡输出信号波形的顶部失真了。因此，如图3所示，增加了相对振荡输出信号Vo的基频f1的较高次谐波分量(f2-fn)的电平。

SAW滤波器2是以下面这种方式形成的，指状变频器形成在压电基片的表面(未示出)。压电基片由具有大耦合系数的锂钽酸盐(LiTaO₃)构成，以至实现宽频带和低插入损耗。由滤波器从振荡输出电压中选出高于基频四倍的高次谐波分量f4(622.08MHz)，并由SAW滤波器将其输出。

宽频带放大器3是由线性IC放大器构成的最后级放大器，线性IC放大器将输入电平变为线性输出电平。此外，宽频带放大器3保持输入信号的波形并将输出频率的电平放置在预定值，由于低功率消耗和高放大因子的特点，所以使用线性IC放大器作为后级放大器。在图1所示的例子中，电源电压Vcc是3.3V。在图3中，参考符号C3标示耦合电容。只要能够放大特定高次谐波分量，不必要总是使用宽频带放大器。

作为另一个例子，已知的日本专利申请No.平11-329318公开了一种高频振荡器(之后称为相关参考文件2)。

在相关参考文件2中，使用宽频带放大器的饱和区放大振荡输出，而不是使晶体振荡器的输出波形失真，以至高次谐波分量(f2-fn)的电平总是与基频f1的电平相同。像相关参考文件1一样，由SAW滤波器选择高于基频F1四倍的高次谐波分量，并将选择的高次谐波放大。

因为相关参考文件1和2的高频振荡器基本上由三个器件构成，即压控型晶体振荡器1、SAW滤波器2和宽频带放大器3，或包括在电路中的四个器件构成。因此，这些高频振荡器的器件数量可以减少。按照每个相关参考文件，与所谓的高频倍频放大器进行比较，可以大大减小高频振荡器的尺寸，在该高频倍频放大器中，晶体振荡器的振荡频率(基频)由每个都是LC谐振电路的多级倍频放大器进行放大。例如，相关参考文件1的高频振荡器的体积是上述高频倍频振荡器的1/8倍。

然而，由于SAW滤波器2的存在，相关参考文件的高频振荡器具有下述问题。

如上所述，包括SAW滤波器2的压电基片是具有大耦合系数的锂钽酸盐。然而，因为锂钽酸盐具有铁电特性，所以它具有热电效应。热电效应是这样一种现象，即大的温度变化在晶体的两点产生电位，该电位产生放电。由于这种现象，在SAW滤波器的输出端检测到放电脉冲。

在SAW滤波器2的输出端由这种现象产生的脉冲由宽频带放大器3进行放大。因此，该脉冲在高频振荡器的输出频率信号中产生噪声。由于通信单元使用在存在大温度变化的恶略环境下的室外，所以这种情况导致严重的问题。