[发明专利]压控振荡电路和晶体振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有谐振元件(例如压电谐振器)的振荡电路，振荡电路例如连接在差分放大电路的不同输入端子之间，更具体地，涉及一种能够利用外部输入电压控制振荡频率的压控振荡电路，以及包括这种压控振荡电路的石英晶体振荡器。

背景技术

多种电子设备都包括振荡电路。随着电子设备的尺寸不断缩小，已经广泛进行努力以在集成电路(ICs)上构建振荡电路。由于许多电路元件，例如晶体管、电阻器和电容器可以容易地集成到集成电路中，可以通过采用具有高电源噪声抑制能力的差动式配置作为振荡电路的电路配置来构建低噪声振荡电路。

差动式振荡电路包括用于确定振荡频率的谐振元件和连接到谐振元件的差分放大电路。除了以石英晶体谐振器(即晶体元件或晶体单元)为代表的压电谐振器之外，谐振元件可以是机械谐振器或LC(电感-电容)谐振电路。

JP3-230605A披露了一种包括差分放大电路的差动式振荡电路，该电路具有一对双极晶体管和谐振元件，例如连接在双极晶体管的基极之间的晶体元件。图1示出了JP3-230605A中披露的差动式振荡电路。

如图1所示，晶体管31、32各自具有共同连接到连接点的发射极，该连接点通过电流源37连接到地。晶体管31、32具有集电极，二者的集电极分别通过负载电阻器35a、35b提供有电压源Vcc。谐振元件21的一端连接到晶体管31的基极，另一端连接到晶体管32的基极。反馈电容器33a连接在晶体管32的基极和晶体管31的集电极之间，反馈电容器34a连接在晶体管31的基极和晶体管32的集电极之间。在图1中，分别设置在晶体管31、32和地之间的电容器33b、34b是寄生反馈电容器。电源电压Vcc施加到偏置电路36，其分别通过偏置电阻器38a、38b向晶体管31、32的基极提供基极偏置电压。从晶体管31、32的集电极可以分别获取一对差分振荡输出信号Lo、/Lo。

由于图1所示的振荡电路能够通过差分放大电路提供较大的环路增益，该振荡电路具有这样的优势，其具有较高的振荡启动能力并具有较低的功耗，或者换句话说，具有较大的负电阻。

即使将晶体元件或类似的元件用作谐振元件21，用户还是期望能够根据外部电路所提供的控制电压来改变振荡频率。能够根据外部电路提供的控制电压控制其振荡频率的振荡电路称作压控振荡电路(VC0)。可以容易理解，可以通过将图1所示电路中的寄生反馈电容器33b、34b替换为压控可变电容器来实现具有较宽可变频率范围的压控振荡电路。

图2示出了基于图1所示振荡电路构建的压控振荡电路的示例。如图2所示，晶体管Q1、Q2各自具有共同连接到连接点的发射极，该连接点通过电流源I1连接到地。晶体管Q1、Q2具有集电极，二者的集电极分别通过负载电阻器(即集电极电阻器)R1、R2提供有电源电压Vcc。谐振元件21的一端通过节点X1连接到晶体管Q1的基极，另一端通过节点X2连接到晶体管Q2的基极。节点X1、X2分别连接到压控可变电容器VC1、VC2的端部，该压控可变电容器的另一端部提供有控制电压Vcont。因此，节点X1、X2用作可变电容器VC1、VC2通过其连接到谐振元件21的连接点，并且晶体管Q1、Q2的基极分别连接到节点X1、X2。反馈电容器C1连接在节点X1和晶体管Q2的集电极之间，反馈电容器C2连接在节点X2和晶体管Q1的集电极之间。偏置电阻R3、R4分别连接到节点X1、X2。偏置电压Vb通过偏置电阻R3、R4施加到晶体管Q1、Q2的基极。用于放大节点X1、X2之间电压差的差分缓冲放大器22向输出端子OUTPUT提供一对差分输出信号。

图2所示的压控振荡电路可以根据施加到可变电容器VC1、VC2上的控制电压在宽可变频率范围内的频率下振荡。但是，振荡电路存在这样的问题，环路特性会明显地随着可变电容器VC1、VC2的电容值而改变。下面将参照图3描述振荡电路环路特性的改变。