発振回路の設計について

発振回路の設計時の注意点 

励振レベル(ドライブレベル:DL)、発振周波数と負荷容量(CL)、発振余裕度、周波数温度特性例

励振レベル(または、ドライブレベル:DL)

水晶振動子の励振レベルは、振動子の動作状態における(消費)電力または、電流のレベルで表示されます(図[9]、 [10]、[11]参照)。過大な電力で振動子を動作させますと、周波数の不安定などの特性の劣化を生じたり、水晶片 の破壊を招く恐れがあります。ご使用にあたっては、絶対最大励振レベルを超えない範囲で回路設計をしてください。

図9 水晶振動子の等価回路、図10 発振回路例、図11 振動子と発振回路との関係

発振周波数と負荷容量(CL

負荷容量(CL)は、振動子を発振回路で使う条件として決めるためのもので、発振回路において振動子の両端子から 発振回路側を見た実効的な直列等価静電容量で表されます(図[12]参照)。
発振回路の負荷容量によって、振動子の周波数が変化します。目的とする周波数精度を得るには発振回路と振動子の 負荷容量のマッチングが必要です。ご使用にあたっては振動子の負荷容量に発振回路の負荷容量を合わせてください。

図12、図13 周波数負荷容量特性例

発振余裕度

図14振動子が発振回路で安定な発振をするためには、回路の負性抵抗が、振動子の等価直列抵抗に対して充分大きい(発振 余裕度が大きい)ことが必要です。発振余裕度は振動子の等価直列抵抗の5倍以上を推奨致します。

発振余裕度評価方法の例 振動子と直列に純抵抗Rx を付加し、発振の開始 (停止)を確認します。Rx の値を徐々に大きくし、 発振が開始(停止)する最大抵抗Rx に振動子の 実効抵抗Re を加えたものをその回路の概略の 負性抵抗とします。

負性抵抗 |- R| = Rx + Re

|- R| が、振動子の等価直列抵抗の最高値R1max. に対して5 倍以上。 ※ Re は発振時の実効抵抗値です
Re = R1 (1+ CO/CL )2

周波数温度特性例

周波数偏差-温度 グラフ

周波数温度特性について 音叉型水晶振動子の周波数温度特性は左のグラフのように+25℃を頂点に負の2次曲線を示します。温度 範囲が広くなるほど、周波数変化量が大きくなりますのでご使用の温度範囲と必要精度を考慮する必要があります。
周波数温度特性の近似式

f_tem = B(T-Ti) 
B :二次温度係数
T :任意の温度
Ti :頂点温度