JP3634753B2 - 同期信号発生器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の技術分野】
本発明は水晶発振器を用いた同期信号発生器を産業上の技術分野とし、特に同期信号のジッター（時間的な揺らぎ）を抑止した同期信号発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）同期信号発生器はコンピュータ等の信号を時間的に制御するパルス発生源として知られている。このようなものの一つに、水晶発振器の正弦波出力をパルスに変換するものがあり、近年では信号の同期を確実にするためにジッターを小さくすることが求められている。
【０００３】
（従来例の一例）第４図は一従来例を説明する同期信号発生器のブロック回路図である。
同期信号発生器は、水晶発振器１とパルス変換器２とからなる。水晶発振器１は水晶振動子３と発振回路部４からなり、例えばコルピッツ型の発振回路を形成する。水晶振動子３は例えばＡＴカットとした水晶片からなり、これを励振する電極等を形成して図示しない密閉容器内に封入される。ＡＴカットの水晶片（水晶振動子３）は厚みに反比例して振動周波数（共振周波数）が高くなり、第５図に示したように基本波成分ｆ１に対して高調波成分ｆｓ（ｆ２〜ｆｎ）が発生する。
【０００４】
この例では、水晶発振器１の発振周波数ｆは水晶振動子３に起因した基本波成分ｆ１とし、出力波形は概ね正弦波（この出力を正弦波出力とする）となる。但し、水晶振動子３と水晶発振器１の基本波成分ｆ１及び高調波成分ｆｓの周波数は多少のずれがある。パルス変換器２は例えば相補出力型ドライバＩＣからなり、水晶発振器１からの正弦波出力を矩形状とした正負のパルスに変換する。通常では、水晶発振器１の正弦波出力はアンプ５によって増幅された後、パルス変換器２に入力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の同期信号発生器では、パルス発生器による出力（パルス波形）にジッターを生ずる問題があった。すなわち、水晶発振器１の発振周波数ｆは基本波成分ｆ１を主とするものの、偶数時及び奇数時の高調波成分ｆｓを含む（前第５図）。このため、発振周波数ｆは基本波成分ｆ１のみによる理想的な正弦波（理想正弦波とする）にはならず、高調波成分ｆｓによる歪みを生じる。換言すると、高調波成分ｆｓが基本波成分ｆ１に対して小さいほど、水晶発振器１の正弦波出力は理想正弦波に近接する。
【０００６】
そして、パルス発生器は、正弦波が有する高調波成分ｆｓのレベルに応じたジッターを伴い、矩形状のパルスを生ずる。要するに、パルス発生器は、入力される正弦波が理想的なほど、即ち高調波成分ｆｓのレベルが基本波成分ｆ１に対して小さいほど、ジッターの少ないパルスを出力する。しかし、水晶発振器１は、発振出力中に基本波成分ｆ１を主として、少なからず高調波成分ｆｓを含む。したがって、パルス発生器の出力からジッターを消失することは不可避な問題があった。
【０００７】
（発明の目的）本発明は水晶発振器の正弦波を理想正弦波に近接して、ジッターの小さなパルスを出力する同期信号発生器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（着目点）本発明は、水晶発振器による正弦波出力中の基本波成分ｆ１に対する高調波成分ｆｓのレベルを相対的に小さくすれば、正弦波出力は理想正弦波に近接し、パルス変換器の出力であるパルスはジッターが小さくなる点に着目した。
【０００９】
（解決手段）本発明は、水晶発振器の正弦波出力を、中心周波数ｆが発振周波数ｆと同一周波数のフィルタを通し、パルス変換器に入力したことを基本的な解決手段とする（請求項１）。
【００１０】
【作用】
本発明では、水晶発振器からの正弦波出力を、中心周波数ｆが発振周波数ｆと同一周波数のフィルタを通す。したがって、基本は成分ｆ１に対して高調波成分ｆｓが抑圧された正弦波出力を得る。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１１】
【実施例】
第１図は、本発明の一実施例を説明する同期信号発振器のブロック回路図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
同期信号発生器は、前述のように水晶振動子３及び発振回路部４からなり、発振周波数ｆを基本波成分ｆ１とした水晶発振器１と、正弦波出力をアンプ５を介して正負のパルスに変換する相補出力型ドライバＩＣとしたパルス変換器２とからなる。そして、この実施例では、水晶発振器１とパルス変換器２との間に水晶フィルタ６を挿入する。
【００１２】
水晶フィルタ６は水晶片に入出力電極を形成して密閉容器に封入され、入力に対して規定領域の周波数（規定通過周波数）のみを出力する。ここでの水晶フィルタ６は、規定通過周波数の中心周波数ｆを発振周波数ｆと同一にする。すなわち、中心周波数ｆは、正弦波出力中の基本波成分ｆ１とする。そして、水晶フィルタ６を形成する水晶片は、水晶振動子３を形成するＡＴカットの水晶片と同一切断角度とする。
【００１３】
そして、水晶発振器１の正弦波出力は、中心周波数ｆを基本波成分ｆ１とした水晶フィルタ６に入力される。水晶フィルタ６は、発振周波数ｆ（基本波成分ｆ１）を中心とした周波数領域を通過させる。そして、通過後の正弦波出力は、前述のようにアンプ５によって増幅された後、パルス変換器２に入力されて正負のパルスを出力する。
【００１４】
このような構成であれば、水晶フィルタ６を通過後の正弦波出力は、高調波成分ｆｓが除去されて基本波成分が支配的になる。すなわち、正弦波出力は、第２図に示したように、基本波成分ｆ１に対し、水晶フィルタ６を通さない場合に比較して、高調波成分ｆｓをさらに抑圧した周波数スペクトラムとなる。これにより、水晶フィルタ６を通過後の正弦波出力は、高調波による歪みの少ない理想正弦波に近接する。したがって、パルス変換器２は、基本波成分を主とした理想正弦波が入力されるので、ジッターの小さなパルスを出力する。
【００１５】
また、この実施例では、水晶振動子３と水晶フィルタ６とに使用される水晶片の切断角度を同一にする。したがって、水晶振動子３を用いた水晶発振器１と水晶フィルタ６との周波数温度特性を基本的に同一にする。この例では、常温近傍（２７℃）に変曲点を有し、低温側に最大値を高温側に最小値を有する三次曲線とする（第３図）。
【００１６】
なお、水晶発振器１の周波数温度特性は温度によって発振周波数ｆが変化し、水晶フィルタ６は中心周波数ｆが変化する。また、水晶発振器１及び水晶フィルタ６は例えばコンデンサ等の他の素子も使用し、これらの周波数温度特性も加味されるので、切断角度が同一であっても両者の周波数温度特性は全くの同一にはならない。但し、殆どの場合、両者の周波数温度特性は水晶片の切断角度に依存する。
【００１７】
これにより、温度が変化しても、発振周波数ｆと中心周波数ｆは同様に変化する。すなわち、温度変化による発振周波数ｆ（基本波成分ｆ１）の変化に中心周波数ｆが追従するので、基本波成分Ｆ１に対する高調波成分ｆｓの相対的なレベル差を一定に維持する。したがって、温度が変化しても、理想正弦波を得られてジッターの小さいパルスを供給できる。
【００１８】
【他の事項】
上記実施例では、パルス発生器は正負のパルスに変換する２出力タイプの相補型ドライバＩＣとしたが、例えば１出力タイプのパルスに変換する単一出力ＩＣ等であってもよい。また、水晶発振器１の発振周波数ｆは基本波成分ｆ１としたが、例えば３倍の高調波成分ｆｓ（ｆ３）としてもよい。但し、この場合、水晶フィルタ６の中心周波数ｆを高調波成分と同一の周波数ｆｓ（ｆ３）にする。
【００２１】
要するに、本発明では、水晶発振器１の正弦波出力をフィルタによって理想正弦波に近接させ、これによりジッターの小さいパルスを得るのが趣旨であって、このような趣旨に基づいた適宜自在な変更による同期信号発生器は、本発明の技術的な範囲に包含される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、水晶発振器の正弦波出力を、中心周波数ｆが発振周波数ｆと同一周波数のフィルタを通してパルス変換器に入力したので、水晶発振器の正弦波を理想正弦波に近接して、ジッターの小さなパルスを出力する同期信号発生器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する同期信号発生器のブロック回路図である。
【図２】本発明の一実施例による作用を説明する周波数スペクトラム図である。
【図３】本発明の一実施例に適用する水晶振動子の周波数温度特性図である。
【図４】従来例を説明する同期信号発生器のブロック回路図である。
【図５】従来例による問題点を説明する周波数スペクトラム図である。
【符号の説明】
１ 水晶発振器、２ パルス発生器、３ 水晶振動子、４ 発振回路部、５ アンプ、６ 水晶フィルタ．

Claims (3)

1. 発振周波数をｆとした水晶発振器からの正弦波となる出力をパルス変換器によって矩形状のパルスに変換してなる同期信号発生器であって、前記水晶発振器からの正弦波となる出力を、前記発振周波数ｆと中心周波数ｆを同一周波数として周波数温度特性が同一となる同一切断角度でのＡＴカットからなる水晶フィルタを通し、前記パルス変換器に入力したことを特徴とする同期信号発生器。
2. 前記発振周波数ｆは前記水晶発振器の基本波成分ｆ１からなる請求項１の同期信号発生器。
3. 前記パルス変換器は相補出力型ドライバＩＣである請求項１の同期信号発生器。

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