JP3950703B2 - 温度補償水晶発振器 - Google Patents
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- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度補償水晶発振器（以下、温度補償発振器とする）を産業上の技術分野とし、特に位相雑音特性を良好に維持して発振周波数の調整を容易にした温度補償発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）温度補償発振器は、周囲温度に依存して変化する発振周波数を補償して安定に維持することから、特に動的環境下で使用される携帯電話等の周波数源として適用される。近年では、小型・低廉化は勿論として、位相雑音特性に優れた温度補償発振器が求められている。
【０００３】
（従来技術の一例）第２図はこの種の一従来例を説明する電圧制御による温度補償発振器の回路ブロック図である。
温度補償発振器は、電圧制御発振器１と、補償電圧発生回路２と、ローパスフィルタ３と、スイッチング素子４とからなる。電圧制御発振器１は、概ね、水晶振動子５と、これと共振回路を形成する両端側に接続した２個の電圧可変容量素子ここでは可変容量ダイオード６と、共振回路の電流を増幅帰還する発振用インバータ７とからなる。図中の符号８は帰還抵抗、９は直流阻止のコンデンサである。水晶振動子５は例えばＡＴカットとし、周波数温度特性を周波数偏差Δｆ／ｆで示したように３次曲線とする（第３図曲線イ）。なお、水晶発振器は水晶振動子５に起因して同様の周波数温度特性となる。
【０００４】
補償電圧発生回路２は例えば温度センサを有する三次関数発生回路（未図示）からなり、周囲温度に応答した補償電圧Ｖcを発生し、高周波阻止抵抗１０を経て可変容量ダイオード６に印加する。可変容量ダイオード６は補償電圧Ｖcを印加されて端子間の容量が変化し、これにより水晶振動子５から見た直列等価容量（負荷容量）が変化して発振周波数を可変する。ここでの補償電圧Ｖcは水晶発振器の周波数温度特性を補償して平坦にする三次関数の電圧に設定される（前第３図曲線ロ）。
【０００５】
ローパスフィルタ３はコンデンサ１１と抵抗１２のＣＲ時定数回路からなり、電圧制御発振器１と補償電圧発生回路２との間に挿入される。そして、ローパスフィルタ３を経て補償電圧発生回路２からの補償電圧Ｖcを可変容量ダイオード６に印加する。これにより、補償電圧Ｖcに含まれる低周波の雑音成分を除去する。
【０００６】
スイッチング素子４はローパスフィルタ３に並列に接続し、ここでは時定数回路の抵抗１２に並列に接続する。そして、温度補償発振器の起動時のみ短絡して、起動後は開放する。これにより、ＣＲ時定数回路による起動時の遅延動作を回避し、起動特性を良好にする。なお、スイッチング素子４は、電源Ｖccに接続した起動制御回路１３によって制御される。
【０００７】
起動制御回路１３は、例えば第４図に示したように電源Ｖccとスイッチング素子４との間にＰＮＰトランジスタ１８を接続し、ベース・アース間に抵抗１９を、ベース・電源間にコンデンサ２０を接続する。これにより、電源投入時にはＰＮＰトランジスタ１８を導通してスイッチング素子４を短絡する。その後、ＣＲの時定数によりベース電圧と電源Ｖccとが同電位になって、ＰＮＰトランジスタ１８を非導通としてスイッチング素子４を開放する。これらの各回路は水晶振動子５を除いてＩＣチップ内に集積化される。
【０００８】
そして、例えば第５図に示したように、積層セラミックからなる容器本体１４の凹部底面にＩＣチップ１５を例えばフェースダウンボンディングによって、凹部の段部に水晶片５Ａの一端部を導電性接着剤１６によって固着する。そして、水晶片５Ａの一方の励振電極１７に矢印Ｐで示すイオンビームを照射し、励振電極１７の厚みを減じて発振周波数を基準周波数（常温時の発振周波数、公称周波数）に調整する。要するに、水晶振動子５の質量を減じて発振周波数を調整する。図中の符号ＶCCは電源であり、ＶOUTは発振出力である。
【０００９】
【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、上記構成の温度補償発振器では、温度補償発振器を基準周波数に調整する際、ズレを生ずる問題があった。すなわち、水晶片５Ａの励振電極１７にイオンビームを照射すると、これによって電子流（電流）が生じる。そして、高周波阻止抵抗１０を経てローパスフィルタ（時定数回路）３に流入し、特に時定数回路の抵抗１２によって電圧降下を生ずる。したがって、補償電圧発生回路２から供給される基準周波数時の補償電圧Ｖcが変化し、調整後の発振周波数は基準周波数からずれる問題があった。
【００１０】
このことから、周波数のズレ量を見込んだ調整も考えられたが、ズレ量のバラツキが大きく実際的（抜本的）な解決方法にはなり得なかった。なお、高周波素子抵抗１０（１００ＫΩ程度）は時定数回路の抵抗１２（２ＭΩ程度）に対して小さいため、特には問題にならない。また、時定数回路のコンデンサ１１（容量値）を大きくして抵抗１２の値を小さくすることも考えられるが、この場合はコンデンサ１１の面積を格段に大きくしなければならず、ＩＣチップ内での集積化を困難にする。
【００１１】
（発明の目的）本発明は、周波数調整を確実にした温度補償発振器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、補償電圧発生回路と電圧制御発振器との間に挿入されるローパスフィルタにスイッチング素子を並列に設け、水晶振動子の励振電極にイオンビームを照射して電圧制御発振器の発振周波数を調整する時にはスイッチング素子を導通させ、発振周波数の調整後はスイッチング素子を開放したことを基本的な解決手段とする。
【００１３】
【作用】
本発明では、ローパスフィルタに並列にスイッチング素子を設けて周波数調整時には短絡とする。したがって、周波数調整時に電子流が生じてもローパスフィルタによる電圧降下を生じないので、補償電圧発生回路から供給される補償電圧の変化を防止する。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１４】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する温度補償発振器のブロック図を含む回路図である。なお、前従来例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。
温度補償発振器は、前述同様に、水晶振動子を除いてＩＣチップに集積化された電圧制御発振器１と、補償電圧を発生して電圧制御発振器１に印加する補償電圧発生回路２と、雑音成分を除去するローパスフィルタ３と、ローパスフィルタに並列に接続して起動時のみ短絡するスイッチング素子４とからなる。
【００１５】
そして、この実施例では、スイッチング素子４に選択回路２１例えばＯＲ回路を接続する。選択回路２１には前述した起動制御回路１３と、本発明を達成する記憶回路２２とを接続する。そして、スイッチング素子４の短絡・開放を選択する。また、起動制御回路１３又は記憶回路２２からの出力例えば「１」信号があれば出力する。これらはＩＣチップ内に集積化され、記憶回路２２には容器本体の外表面に設けた書込端子Ｓが接続する。
【００１６】
このようなものでは、先ず、電源投入後に書込端子Ｓから記憶回路２２に「１」信号を書き込む。選択回路２１はスイッチング素子４を短絡する。なお、電源投入によって起動制御回路１３も動作するが、記憶回路２２からの「１」信号によってスイッチング素子４の短絡を維持する。そして、短絡した状態で発振周波数を調整する。すなわち、温度補償発振器を発振させた状態で、水晶片５ＡにイオンビームＰを照射して発振周波数を調整する。次に、周波数調整後、記憶回路２２に「０」信号を書き込む。これにより、選択回路２１はスイッチング素子４を開放する。そして、スイッチング素子４を開放とした状態で温度補償発振器を完成する。
【００１７】
このような構成であれば、周波数調整時にはスイッチング素子４を短絡とするので、イオンビームによる電子流はスイッチング素子４を経て補償電圧発生回路２に流入する。したがって、ローパスフィルタ３の抵抗１２による電圧降下がないので、補償電圧Ｖcに与える影響を小さくできる。これにより、基準周波数を調整した後の周波数変化を防止する。なお、補償電圧発生回路２の出力インピーダンスは小さいので、これに流入した電子流による電圧降下は殆ど無視できる。
【００１８】
そして、周波数調整後はスイッチング素子４は開放状態にあるので、温度補償発振器の電源投入による起動時には、前述したように起動制御回路１３によってスイッチング素子４を短絡する。そして、ローパスフィルタ３のコンデンサ１１に充電した直後に開放するので、ローパスフィルタ３による遅延を防止して従来同様に起動特性を良好に維持する。
【００１９】
【他の事項】
上記実施例では、起動制御回路１３は例えばＰＮＰトランジスタ１８のバイアスに抵抗１９とコンデンサ２０による時定数回路を設けて構成したが、これに限らず、結果として電源投入時にはスイッチング素子４を導通（短絡）として直後に開放とする機構であればよい。また、記憶回路２２はＩＣ内部に形成したが、選択回路２１に接続した端子を容器本体１４に設け、選択回路に「１」信号を供給してスイッチング素子４の短絡状態に維持して周波数調整することもできる。また、起動特性を良好にする起動制御回路１３を設けた例を示したが、起動制御回路１３がなかったとしても適用できることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、補償電圧発生回路と電圧制御発振器との間に挿入されるローパスフィルタにスイッチング素子を並列に設け、水晶振動子の励振電極にイオンビームを照射して電圧制御発振器の発振周波数を調整する時にはスイッチング素子を導通させ、発振周波数の調整後はスイッチング素子を開放したので、周波数調整を確実にした温度補償発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する温度補償発振器の回路ブロック図である。
【図２】従来例を説明する温度補償発振器の回路ブロック図である。
【図３】従来例を説明する水晶発振器の周波数温度特性図である。
【図４】従来例を説明する起動制御回路図である。
【図５】従来例を説明する温度補償発振器の断面図である。
【符号の説明】
１ 電圧制御発振器、２ 補償電圧発生回路、３ ローパスフィルタ、４ スイッチング素子、５ 水晶振動子（水晶片）、６ 可変容量ダイオード、７ 発振用インバータ、８ 帰還抵抗、９ 直流阻止コンデンサ、１０ 高周波阻止コンデンサ、１１、２０ コンデンサ、１２、１９ 抵抗、１３ 起動制御回路、１４ 容器本体、１５ ＩＣチップ、１６ 導電性接着剤、１７ 励振電極、１８ トランジスタ、２１ 選択回路、２２ 記憶回路．
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度補償水晶発振器（以下、温度補償発振器とする）を産業上の技術分野とし、特に位相雑音特性を良好に維持して発振周波数の調整を容易にした温度補償発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）温度補償発振器は、周囲温度に依存して変化する発振周波数を補償して安定に維持することから、特に動的環境下で使用される携帯電話等の周波数源として適用される。近年では、小型・低廉化は勿論として、位相雑音特性に優れた温度補償発振器が求められている。
【０００３】
（従来技術の一例）第２図はこの種の一従来例を説明する電圧制御による温度補償発振器の回路ブロック図である。
温度補償発振器は、電圧制御発振器１と、補償電圧発生回路２と、ローパスフィルタ３と、スイッチング素子４とからなる。電圧制御発振器１は、概ね、水晶振動子５と、これと共振回路を形成する両端側に接続した２個の電圧可変容量素子ここでは可変容量ダイオード６と、共振回路の電流を増幅帰還する発振用インバータ７とからなる。図中の符号８は帰還抵抗、９は直流阻止のコンデンサである。水晶振動子５は例えばＡＴカットとし、周波数温度特性を周波数偏差Δｆ／ｆで示したように３次曲線とする（第３図曲線イ）。なお、水晶発振器は水晶振動子５に起因して同様の周波数温度特性となる。
【０００４】
補償電圧発生回路２は例えば温度センサを有する三次関数発生回路（未図示）からなり、周囲温度に応答した補償電圧Ｖcを発生し、高周波阻止抵抗１０を経て可変容量ダイオード６に印加する。可変容量ダイオード６は補償電圧Ｖcを印加されて端子間の容量が変化し、これにより水晶振動子５から見た直列等価容量（負荷容量）が変化して発振周波数を可変する。ここでの補償電圧Ｖcは水晶発振器の周波数温度特性を補償して平坦にする三次関数の電圧に設定される（前第３図曲線ロ）。
【０００５】
ローパスフィルタ３はコンデンサ１１と抵抗１２のＣＲ時定数回路からなり、電圧制御発振器１と補償電圧発生回路２との間に挿入される。そして、ローパスフィルタ３を経て補償電圧発生回路２からの補償電圧Ｖcを可変容量ダイオード６に印加する。これにより、補償電圧Ｖcに含まれる低周波の雑音成分を除去する。
【０００６】
スイッチング素子４はローパスフィルタ３に並列に接続し、ここでは時定数回路の抵抗１２に並列に接続する。そして、温度補償発振器の起動時のみ短絡して、起動後は開放する。これにより、ＣＲ時定数回路による起動時の遅延動作を回避し、起動特性を良好にする。なお、スイッチング素子４は、電源Ｖccに接続した起動制御回路１３によって制御される。
【０００７】
起動制御回路１３は、例えば第４図に示したように電源Ｖccとスイッチング素子４との間にＰＮＰトランジスタ１８を接続し、ベース・アース間に抵抗１９を、ベース・電源間にコンデンサ２０を接続する。これにより、電源投入時にはＰＮＰトランジスタ１８を導通してスイッチング素子４を短絡する。その後、ＣＲの時定数によりベース電圧と電源Ｖccとが同電位になって、ＰＮＰトランジスタ１８を非導通としてスイッチング素子４を開放する。これらの各回路は水晶振動子５を除いてＩＣチップ内に集積化される。
【０００８】
そして、例えば第５図に示したように、積層セラミックからなる容器本体１４の凹部底面にＩＣチップ１５を例えばフェースダウンボンディングによって、凹部の段部に水晶片５Ａの一端部を導電性接着剤１６によって固着する。そして、水晶片５Ａの一方の励振電極１７に矢印Ｐで示すイオンビームを照射し、励振電極１７の厚みを減じて発振周波数を基準周波数（常温時の発振周波数、公称周波数）に調整する。要するに、水晶振動子５の質量を減じて発振周波数を調整する。図中の符号ＶCCは電源であり、ＶOUTは発振出力である。
【０００９】
【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、上記構成の温度補償発振器では、温度補償発振器を基準周波数に調整する際、ズレを生ずる問題があった。すなわち、水晶片５Ａの励振電極１７にイオンビームを照射すると、これによって電子流（電流）が生じる。そして、高周波阻止抵抗１０を経てローパスフィルタ（時定数回路）３に流入し、特に時定数回路の抵抗１２によって電圧降下を生ずる。したがって、補償電圧発生回路２から供給される基準周波数時の補償電圧Ｖcが変化し、調整後の発振周波数は基準周波数からずれる問題があった。
【００１０】
このことから、周波数のズレ量を見込んだ調整も考えられたが、ズレ量のバラツキが大きく実際的（抜本的）な解決方法にはなり得なかった。なお、高周波素子抵抗１０（１００ＫΩ程度）は時定数回路の抵抗１２（２ＭΩ程度）に対して小さいため、特には問題にならない。また、時定数回路のコンデンサ１１（容量値）を大きくして抵抗１２の値を小さくすることも考えられるが、この場合はコンデンサ１１の面積を格段に大きくしなければならず、ＩＣチップ内での集積化を困難にする。
【００１１】
（発明の目的）本発明は、周波数調整を確実にした温度補償発振器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、補償電圧発生回路と電圧制御発振器との間に挿入されるローパスフィルタにスイッチング素子を並列に設け、水晶振動子の励振電極にイオンビームを照射して電圧制御発振器の発振周波数を調整する時にはスイッチング素子を導通させ、発振周波数の調整後はスイッチング素子を開放したことを基本的な解決手段とする。
【００１３】
【作用】
本発明では、ローパスフィルタに並列にスイッチング素子を設けて周波数調整時には短絡とする。したがって、周波数調整時に電子流が生じてもローパスフィルタによる電圧降下を生じないので、補償電圧発生回路から供給される補償電圧の変化を防止する。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１４】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する温度補償発振器のブロック図を含む回路図である。なお、前従来例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。
温度補償発振器は、前述同様に、水晶振動子を除いてＩＣチップに集積化された電圧制御発振器１と、補償電圧を発生して電圧制御発振器１に印加する補償電圧発生回路２と、雑音成分を除去するローパスフィルタ３と、ローパスフィルタに並列に接続して起動時のみ短絡するスイッチング素子４とからなる。
【００１５】
そして、この実施例では、スイッチング素子４に選択回路２１例えばＯＲ回路を接続する。選択回路２１には前述した起動制御回路１３と、本発明を達成する記憶回路２２とを接続する。そして、スイッチング素子４の短絡・開放を選択する。また、起動制御回路１３又は記憶回路２２からの出力例えば「１」信号があれば出力する。これらはＩＣチップ内に集積化され、記憶回路２２には容器本体の外表面に設けた書込端子Ｓが接続する。
【００１６】
このようなものでは、先ず、電源投入後に書込端子Ｓから記憶回路２２に「１」信号を書き込む。選択回路２１はスイッチング素子４を短絡する。なお、電源投入によって起動制御回路１３も動作するが、記憶回路２２からの「１」信号によってスイッチング素子４の短絡を維持する。そして、短絡した状態で発振周波数を調整する。すなわち、温度補償発振器を発振させた状態で、水晶片５ＡにイオンビームＰを照射して発振周波数を調整する。次に、周波数調整後、記憶回路２２に「０」信号を書き込む。これにより、選択回路２１はスイッチング素子４を開放する。そして、スイッチング素子４を開放とした状態で温度補償発振器を完成する。
【００１７】
このような構成であれば、周波数調整時にはスイッチング素子４を短絡とするので、イオンビームによる電子流はスイッチング素子４を経て補償電圧発生回路２に流入する。したがって、ローパスフィルタ３の抵抗１２による電圧降下がないので、補償電圧Ｖcに与える影響を小さくできる。これにより、基準周波数を調整した後の周波数変化を防止する。なお、補償電圧発生回路２の出力インピーダンスは小さいので、これに流入した電子流による電圧降下は殆ど無視できる。
【００１８】
そして、周波数調整後はスイッチング素子４は開放状態にあるので、温度補償発振器の電源投入による起動時には、前述したように起動制御回路１３によってスイッチング素子４を短絡する。そして、ローパスフィルタ３のコンデンサ１１に充電した直後に開放するので、ローパスフィルタ３による遅延を防止して従来同様に起動特性を良好に維持する。
【００１９】
【他の事項】
上記実施例では、起動制御回路１３は例えばＰＮＰトランジスタ１８のバイアスに抵抗１９とコンデンサ２０による時定数回路を設けて構成したが、これに限らず、結果として電源投入時にはスイッチング素子４を導通（短絡）として直後に開放とする機構であればよい。また、記憶回路２２はＩＣ内部に形成したが、選択回路２１に接続した端子を容器本体１４に設け、選択回路に「１」信号を供給してスイッチング素子４の短絡状態に維持して周波数調整することもできる。また、起動特性を良好にする起動制御回路１３を設けた例を示したが、起動制御回路１３がなかったとしても適用できることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、補償電圧発生回路と電圧制御発振器との間に挿入されるローパスフィルタにスイッチング素子を並列に設け、水晶振動子の励振電極にイオンビームを照射して電圧制御発振器の発振周波数を調整する時にはスイッチング素子を導通させ、発振周波数の調整後はスイッチング素子を開放したので、周波数調整を確実にした温度補償発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する温度補償発振器の回路ブロック図である。
【図２】従来例を説明する温度補償発振器の回路ブロック図である。
【図３】従来例を説明する水晶発振器の周波数温度特性図である。
【図４】従来例を説明する起動制御回路図である。
【図５】従来例を説明する温度補償発振器の断面図である。
【符号の説明】
１ 電圧制御発振器、２ 補償電圧発生回路、３ ローパスフィルタ、４ スイッチング素子、５ 水晶振動子（水晶片）、６ 可変容量ダイオード、７ 発振用インバータ、８ 帰還抵抗、９ 直流阻止コンデンサ、１０ 高周波阻止コンデンサ、１１、２０ コンデンサ、１２、１９ 抵抗、１３ 起動制御回路、１４ 容器本体、１５ ＩＣチップ、１６ 導電性接着剤、１７ 励振電極、１８ トランジスタ、２１ 選択回路、２２ 記憶回路．
Claims (1)
- 補償電圧発生回路からの補償電圧をローパスフィルタを経て電圧制御発振器の水晶振動子に直列に接続した電圧可変容量素子に印加してなる温度補償水晶発振器において、前記ローパスフィルタにスイッチング素子を並列に設け、前記水晶振動子の励振電極にイオンビームを照射して前記電圧制御発振器の発振周波数を調整する時には前記スイッチング素子を導通させ、前記発振周波数の調整後は前記スイッチング素子を開放したことを特徴とする温度補償水晶発振器。
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|---|---|---|---|
| JP2002043824A JP3950703B2 (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 温度補償水晶発振器 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002043824A JP3950703B2 (ja) | 2002-02-20 | 2002-02-20 | 温度補償水晶発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243932A JP2003243932A (ja) | 2003-08-29 |
| JP3950703B2 true JP3950703B2 (ja) | 2007-08-01 |
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