JP6350793B2 - 発振回路、発振器、電子機器、移動体及び発振器の製造方法 - Google Patents
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Description
器、移動体及び発振器の製造方法を提供することができる。
本適用例に係る発振回路は、発振用回路と、特性調整用回路と、出力回路と、振幅制御回路と、を含み、前記出力回路は、前記発振用回路から出力される信号が入力されて、発振信号を出力し、前記振幅制御回路は、前記出力回路が出力する前記発振信号の振幅を制御する振幅制御部と、直流電流が入力されて発熱する発熱部と、を有し、前記発熱部は、前記発振用回路と前記振幅制御部との動作状態に基づいて、前記直流電流が制御されて発熱量が制御される。
Control)回路等であってもよい。
上記適用例に係る発振回路は、前記出力回路の出力側と電気に接続されている第1端子と、前記特性調整用回路と前記第1端子との電気的な接続を切り替える切り替え部と、を含み、第1モードでは、前記切り替え部は前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続しないように制御され、前記出力回路から出力される前記発振信号が前記第1端子に出力され、前記発熱部に入力される前記直流電流が停止され、第2モードでは、前記切り替え部は前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続するように制御され、前記出力回路から前記発振信号が出力されるのを停止し、前記発熱部は前記発振用回路と前記振幅制御部との動作状態に基づいて前記直流電流が制御されるようにしてもよい。
上記適用例に係る発振回路において、前記振幅制御回路は、前記振幅制御部の動作状態
に基づいて前記発振信号の振幅を制御する信号の大きさを制御するためのレベル補正回路を含むものでもよい。
上記適用例に係る発振回路は、前記発振用回路を制御するためのデータと前記振幅制御回路を制御するためのデータとを記憶するメモリーを含むものでもよい。
上記適用例に係る発振回路において、前記特性調整用回路は、温度補償回路であってもよい。
上記適用例に係る発振回路において、前記出力回路は、分周回路を含むものでもよい。
本適用例に係る発振器は、上記のいずれかの発振回路と、振動子と、を有する。
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの発振回路を含む。
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの発振回路を含む。
として影響する可能性を低減させることが可能な発振回路を用いるので、信頼性の高い電子機器及び移動体を実現することができる。
本適用例に係る発振器の製造方法は、発振用回路、特性調整用回路、前記発振用回路から出力される信号が入力されて、発振信号を出力する出力回路、前記出力回路が出力する前記発振信号の振幅を制御する振幅制御部と、前記発振用回路と前記振幅制御部との動作状態に基づいて、入力される直流電流が制御されて発熱量が制御される発熱部と、を有する振幅制御回路、前記出力回路の出力側と電気に接続されている第1端子、及び、前記特性調整用回路と前記第1端子との電気的な接続を切り替える切り替え部を含む発振回路と、振動子とを電気的に接続する工程と、前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続するように前記切り替え部を切り替え、前記出力回路から前記発振信号が出力されるのを停止し、前記発熱部に前記発振用回路と前記振幅制御部との動作に基づいた前記直流電流を入力する工程と、前記特性調整用回路を調整する工程と、前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続しないように前記切り替え部を切り替え、前記出力回路から前記発振信号が出力されるようし、前記発熱部に前記直流電流が流れないようにする工程と、を含む。
1−1.第1実施形態
図1は第1実施形態の発振器の構成図である。図1に示すように、第1実施形態の発振器1は、発振回路2と振動子3とを含む温度補償型の発振器であり、発振回路2と振動子3は不図示のパッケージに収容されている。
振動子3の周波数に応じて発振用回路10の発振段電流を調整・選択するための発振段電流調整レジスターIOSC_ADJ(発振用回路10を制御するためのデータ)、出力回路30の内部に設けた分周回路により発振信号を分周して出力するか否かを選択するための分周切替レジスターDIV(出力回路30を制御するためのデータ)、出力回路30が出力するクリップド・サイン波の発振信号の振幅レベルを調整するための出力レベル調整レジスターVOUT_ADJ(振幅制御回路20を制御するためのデータ)が設けられており、これらのレジスターに格納されるデータに基づく設定状態に連動して、振幅制御回路20の内部の発熱回路に流す電流量が制御される。
図2は、図1の発振用回路10の構成例を示す図である。図2に示すように、発振用回路10は、発振部11と電流源回路12とを備えている。発振部11は振動子3と接続されることでピアース型の発振回路を構成する。発振部11では、振動子3と並列に可変容量素子であるバリキャップ・ダイオードVCD1,VCD2が直列接続されており、バリキャップ・ダイオードVCD1,VCD2に温度補償電圧が印加されることで温度に対して発振部11の容量値が変化し、振動子3の周波数温度特性が補償された発振信号が出力される。
図3は、図1の出力回路30の構成例を示す図である。図3に示すように、出力回路30は、Vreg端子にはレギュレーター回路50の出力電圧Vregが印加され、Vclip端子には振幅制御回路20で生成されたクリップド・サイン波出力を得るためのクリ
ップ電圧Vclipが印加される。出力回路30は、分周回路を備えており、DIV端子の電圧レベルにより、IN端子に入力される信号(発振用回路10が出力する発振信号)を2分周するか否かを選択可能に構成されている。本実施形態では、分周切替レジスターDIVの設定値が0のときは、DIV端子がローレベルに設定され、入力信号は、分周されず、MOSトランジスターM1〜M4から成るインバーターで極性が反転され、ノードVBUF1の信号がNOR回路NOR1に伝達する。一方、分周切替レジスターDIVの設定値が1のときは、DIV端子がハイレベルに設定され、入力信号は、分周回路で1/2に分周され、ノードVBUF1の信号がNOR回路NOR1に伝達する。
図4は、図1の振幅制御回路20の構成例を示す図である。図4において、NMOSトランジスターM1,M2,M3はディプレッションタイプのMOSトランジスターであり、その他のMOSトランジスターはノーマルタイプ(エンハンスメントタイプ)のMOSトランジスターである。図4に示す振幅制御回路20は、温度補償回路40の調整時にスタティックな電流(直流電流)Ihtを流すことで、通常動作時に出力回路30で発生する熱に相当する熱を発生させる。これにより、通常動作時と温度補償回路40の調整時との間の発熱量の変動が抑えられる。
図8は、本実施形態の発振器の製造方法の一例を示すフローチャート図である。本実施形態の発振器の製造方法は、図8に示す工程S10〜S50を含む。ただし、本実施形態の発振器の製造方法は、工程S10〜S50の一部を省略又は変更し、あるいは、他の工程を追加してもよい。
度、周波数温度補償誤差(DF/F)が100〜200ppb程度(破線で囲んだ部分)であるのに対して、本実施形態の発振器1によれば、差分電流及び周波数温度補償誤差(DF/F)を0(破線で囲んだ部分)に近づけることができる。
第1実施形態の発振器1では、通常動作時において、出力周波数が高くなると、それに伴って出力電流Ioutが増加する。すると、NMOSトランジスターM2に流れる電流と、レプリカ回路22を構成するNMOSトランジスターM1に流れる電流の比のずれが大きくなり、NMOSトランジスターM2の利得定数βの温度依存の影響が大きくなって、クリップ電圧Vclipの温度特性が悪化し、出力回路30が出力するクリップド・サイン波の電圧振幅の温度特性が悪化する(温度依存性が大きくなる)。MOSトランジスターの有効ゲート電圧Veffは、次式(4)で与えられるから、式(3)は式(5)のように書き換えることができる。
ト長である。なお、説明を簡略化するため、式(6)ではチャネル長変調効果の影響を省いて記述している。
部の動作状態に基づいて、出力回路30が出力する発振信号の振幅を制御するクリップ電圧Vclipの大きさを制御するためのレベル補正回路24を備えている。
図11は第3実施形態の発振器1の構成図である。また、図12は、第3実施形態の発振器1における振幅制御回路20の構成例を示す図である。図11及び図12に示すように、第3実施形態における振幅制御回路20は、発振段電流調整レジスターIOSC_ADJの上位2ビット、分周切替レジスターDIVの1ビット、出力レベル調整レジスターVOUT_ADJの2ビットにより、発熱回路21に流す電流量を制御する。すなわち、第2実施形態では、振幅制御回路20は、発振段電流調整レジスターIOSC_ADJの4ビットすべてを用いて発熱回路21に流す電流量を制御していたが、第3実施形態では
、振幅制御回路20は、発振段電流調整レジスターIOSC_ADJの上位2ビットを用いて発熱回路21に流す電流量を制御する。
第3実施形態の発振器1では、出力周波数が高い場合(VOUT_ADJの上位ビットが1に設定される場合)、レベル補正回路24のPMOSトランジスターM5を常時オフさせる構成としていたが、逆に、出力周波数が低い場合(VOUT_ADJの上位ビットが0に設定される場合)には、PMOSトランジスターM5が常時オンとなり、レプリカ回路22のNMOSトランジスターに流れる電流Irepを減らすように作用する。通常動作時(TP端子がローレベルの時)はこのほうが都合が良いが、温度補償回路40の調
整値(TP端子がハイレベルの時)は少し都合が悪い場合がある。具体的には、出力周波数が低い場合(VOUT_ADJの上位ビットが0に設定される場合)、レプリカ回路22の電流Irepが減少することで差動増幅器AMPの出力電圧Vgが低下し、これにより、発熱回路21のNMOSトランジスターM3のゲート電圧Vgおよびソース電圧Vhtが低下する。その結果、発熱回路21の電流Ihtを低下させないためには、抵抗回路25の抵抗R1〜R7の抵抗値を十分小さくしなければならないが、図14に示した抵抗回路25に流れる電流Ihtの比精度を保つためには、NMOSトランジスターM1〜M7のオン抵抗を十分低くしなければならず、NMOSトランジスターM1〜M7のサイズアップにつながる。
図19は、第5実施形態の発振器1における振幅制御回路20の構成例を示す図である。図19に示すように、第5実施形態における振幅制御回路20は、第3実施形態と同様に、デコード回路23において、図11に示すメモリー60が初期状態、特にIOSC_ADJの設定値が初期状態のときに発振器1の消費電流が中心値付近になるのと同様の関係性を保ち、IOSC_ADJの設定値に応じた発熱回路21の電流設定がデコードされるように構成されている。そして、温度補償回路40の調整時(TP端子がハイレベルに設定された時)、発熱回路21が動作状態になり、発振段電流調整レジスターIOSC_ADJの上位2ビットと分周切替レジスターDIVの1ビットの組み合わせにより、発熱回路21の抵抗値が選択される。さらに、分周切替レジスターDIVが1に設定される場
合は、抵抗R2,R2aからなる並列抵抗群が非選択状態になり、抵抗R1,R1aからなる並列抵抗群に電流が流れるように選択することができる。なお、抵抗R1はIOSC_ADJの設定値によらずオン状態となり、発熱回路21のオフセット電流量を決める働きをする。分周切替レジスターDIVが0に設定される場合は、抵抗R2,R2aからなる並列抵抗群も選択可能な状態となり発熱回路21の電流が増加する。
ネットワーク関連機器や小型の無線基地局などで使用されるTCXOではCMOS出力形式が一般的である。例えば、Vcc=0V〜3.3Vの間でスイングするLV−CMOS出力などが代表的である。そこで、第6実施形態の発振器1は、出力回路30をCMOS出力回路として構成する。
図24は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。また、図25は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。
グラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
図26は、本実施形態の移動体の一例を示す図(上面図)である。図26に示す移動体400は、発振器410、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー420,430,440、バッテリー450、バックアップ用バッテリー460を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図26の構成要素(各部)の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
車も含む)、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
Claims (10)
- 発振用回路と、
前記発振用回路に電気的に接続されている特性調整用回路と、
前記発振用回路からの信号に基づいて発振信号を出力する出力回路と、
前記発振信号の振幅を制御する振幅制御部、及び直流電流が入力されて発熱する発熱部を有する振幅制御回路と、を含み、
前記発熱部は、
前記発振用回路の電流と、前記振幅制御部により制御される前記発振信号の前記振幅のレベルと、の設定に基づいて、前記直流電流が制御されて発熱量が制御される、発振回路。 - 前記出力回路の出力側と電気的に接続されている第1端子と、
前記特性調整用回路と前記第1端子との電気的な接続を切り替える切り替え部と、を含み、
第1モードでは、
前記切り替え部は前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続しないように制御され、前記出力回路から前記発振信号が前記第1端子に出力され、前記発熱部に入力される前記直流電流が停止され、
第2モードでは、前記切り替え部は前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続するように制御され、前記出力回路から前記発振信号が出力されるのを停止し、前記発熱部は前記発振用回路の電流と前記振幅制御部により制御される前記発振信号の前記振幅のレベルとの設定に基づいて前記直流電流が制御される、請求項1に記載の発振回路。 - 前記振幅制御回路はレベル補正回路を含み、
前記レベル補正回路は、前記振幅制御部により制御される前記発振信号の前記振幅のレベルの設定に基づいて、前記発振信号の振幅を制御する信号の大きさを制御する、請求項1又は2に記載の発振回路。 - 前記発振用回路を制御するためのデータと前記振幅制御回路を制御するためのデータと
を記憶するメモリーを含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発振回路。 - 前記特性調整用回路は、温度補償回路である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発振回路。
- 前記出力回路は、分周回路を含む、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発振回路。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の発振回路と、振動子と、を有する、発振器。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の発振回路を含む、電子機器。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の発振回路を含む、移動体。
- 発振用回路、前記発振用回路に電気的に接続されている特性調整用回路、前記発振用回路からの信号に基づいて発振信号を出力する出力回路、前記発振信号の振幅を制御する振幅制御部及び直流電流が入力されて発熱する発熱部を有する振幅制御回路、前記出力回路の出力側と電気的に接続されている第1端子、並びに前記特性調整用回路と前記第1端子との電気的な接続を切り替える切り替え部を含む発振回路と、振動子とを電気的に接続する工程と、
前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続するように前記切り替え部を切り替え、前記出力回路から前記発振信号が出力されるのを停止し、前記発熱部に前記発振用回路の電流と前記振幅制御部により制御される前記発振信号の前記振幅のレベルとの設定に基づく前記直流電流を入力する工程と、
前記特性調整用回路を調整する工程と、
前記特性調整用回路と前記第1端子とを電気的に接続しないように前記切り替え部を切り替え、前記出力回路から前記発振信号が出力されるようにし、前記発熱部に前記直流電流が流れないようにする工程と、を含む、発振器の製造方法。
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