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インバータ発振回路(水晶、セラミック)について

ライターmpcsp079さん(最終更新日時:2014/6/29)投稿日:2013/7/10 アドバイス受付中!

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インバータ発振回路について

 

 CMOSインバータと水晶(セラミック振動子)による発振器について考えてみた

 

http://note.chiebukuro.yahoo.co.jp/detail/n153319

http://note.chiebukuro.yahoo.co.jp/detail/n131999

も参考に

 

 

 

   CMOSインバータは図1のようになっている。

 CMOS図.jpg

               図1 CMOSインバータ 

 

  発振回路は図2である。 

 CMOS発信器図 1.jpg

               図2 発振器

 

  図2を少し書き変える。 

 CMOS発信器図 2.jpg

         図3 図2の変形

 

  R1はMOSトランジスタのゲートにバイアス電流を供給し、かつバイアス点を確立するためにある。しかし、これによりゲインが制限されてしまうので、高い周波数でやる場合は、これをなくすことにする。このとき、バイアス電流やバイアス点はどうなってしまうのかは不明である。これは大きい抵抗なので省略して考えてもよいので、図4に簡略化する。

 

 CMOS発信器図 3.jpg

       図4 図3 の簡略化

 

  インバータを図1で考え、さらに等価回路にすれば図5のようになる。 

   CMOS発信器図 4.jpg

       図5 図4の等価回路

 

  図5はxtalをLに置き換えればコルピッツ発振器である。発振条件はvinからvoutまでの伝達周波数特性で、位相差0の周波数で、ゲイン>1 である。この周波数は下の図7のxtalのインピーダンスにおいて、fsとfaの間であることがわかる。このことを説明する。

 

  xtalの等価回路図6においてfs<faだとすると、周波数が低いとCに見え、それ以上上がりfsを超えるとLに見え、faを超えるとCpに見える。このLに見えるところでコルピッツ発振器と同じ発振条件が存在する。ここでC1とC2の並列容量をCLとすると、発振s周波数f1は、

 

2π*f1=√(1/(L*CL))

 

となる。 

 

資料1

http://www.eetasia.com/ARTICLES/2001SEP/2001SEP06_AMD_AN.PDF?SOURCES=DOWNLOAD

 xtal 等価回路.jpg

       図6  xtalの等価回路

 

 xtal インピーダンス.jpg

           図7 xtalのインピーダンス

 

資料2

http://lorien.die.upm.es/~macias/docencia/datasheets/osc-clock/circuits.pdf#search='xtal+osc'

 

 

 CMOS発信器図 5.jpg

             図8 CMOSインバータ回路と発振器の構成

 

資料3

http://www.axtal.com/data/publ/ukw1979_e.pdf#search='xtal+osc'

 

 xtal インピーダンス 2.jpg

             図9 再度xtalのインピーダンス(リアクタンス部分)

 

 

資料4

http://eetimes.jp/ee/articles/1104/18/news092_2.html

日本語のもので、詳しく書いてあります。

 xtal 発振回路 日本語資料.jpg

 

 

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