JPH0570015U

JPH0570015U - 水晶発振器

Info

Publication number: JPH0570015U
Application number: JP933292U
Authority: JP
Inventors: 幸一古村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-21
Anticipated expiration: 2007-02-27
Also published as: JP2597382Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】発振器内部で発生するノイズを低減して、発
振異常の少ない、高周波発振、高負荷対応に適した発振
器を提供する。【構成】水晶振動子２と発振用インバーター及びバッ
フア用インバーターを集積化してＩＣチップ３とから成
り、発振出力が出力端子Ｏから導出される水晶発振器に
おいて、前記ＩＣチップ３が出力端子Ｏ近傍に配置し
た、即ち、出力配線の距離を短くした水晶発振器であ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水晶発振器、高周波発振又は高出力負荷に対応の水晶発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の水晶発振器は、図２に示すように、回路基板（図せず）上に、水晶振動子Ｘと、水晶振動子の入出力容量Ｃ₁、Ｃ₂、デカップリングコンデンサＣ₃、発振用インバーターＩ₁、バッフア用インバーターＩ₂、発振用インバーターＩ₁ のフィードバック抵抗Ｒとから構成されていた。なお、発振用インバーターＩ₁ 、バッフア用インバーターＩ₂は、図中点線で示すように、１つのＩＣチップ内に集積化されている。尚、図中、Ｏは発振出力を導出する出力端子であり、Ｅはインヒビット端子である。

【０００３】このような回路構成をした水晶振発振器は、図５に示すように所定回路網が形成された回路基板１１上に、水晶振動子１２、ＩＣチップ１３、コンデンサ１４ａ〜１４ｃ、抵抗１５を夫々配置していた。尚、水晶振動子１２は、その両主面に励振電極が形成されており、水晶振動子１２は、回路基板１１の所定位置に、両励振電極と接続する水晶振動子支持体１２ａ〜１２ｃによって支持されている。

【０００４】そして、発振器全体を小型化するために、従来は、水晶振動子１２の下部空間にはＩＣチップ１３を配置していた。

【０００５】このような回路基板１１上の各部品のレイアウトにおいては、水晶振動子１２の下部にＩＣチップ１３が配置され、水晶振動子１２からＩＣチップ１３の入力パッドまでの配線（以下、入力配線という）距離が、ＩＣチップ１３の出力パッドから出力端子Ｏまでの配線（以下、出力配線という）距離に比較して短く設定しているのは、入力配線のノイズ影響を少なくするためである。即ち、発振用インバーターＩ₁の入力部分は回路インピーダンスが高いため、発振器の外部からの外来ノイズ又は発振器の内部のノイズが入力配線で影響を受けやすく、これにより、発振出力の波形がみだれてしまう。このため、ノイズの影響を少なくするために入力配線を短くしていた。

【０００６】

【従来技術の問題点】

しかし、近年、発振器の発振周波数の高周波数化、複数の負荷と接続可能な高負荷対応の発振器が希求されている。いずれの場合にも、発振器に流れる回路電流が大きくなり、これによって、ＩＣチップ１３の出力パッドから出力端子Ｏまでの出力配線から発生するノイズが増加してしまう。従来のように、ノイズの影響を極小化しようとして、水晶振動子１２−ＩＣチップ１３間の入力配線を短小化しようとしても、物理的に限界があり、特に、発振高周波の高周波数化、高負荷化の発振器においては、出力配線から発生する高調波成分を含むノイズの発生が顕著となり、これが起因して、発振出力に異常発振、例えば高調波が乗った波形の発振が発生してしまう。

【０００７】これは、外来ノイズの影響が殆どない、製造、検査工程で発振器に電源電圧を印加した時に異常発振が発生することから容易に知見される。

【０００８】結局、高周波発振、高負荷対応の水晶発振器の、発振異常による歩留の低下を招いていた。

【０００９】本考案は上述の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、発振器内部で発生するノイズを低減して、発振異常の少ない、高周波発振、高負荷対応に適した発振器を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための具体的な手段】

上述の本考案によれば、水晶振動子と、発振用インバーター及びバッフア用インバーターを集積化したＩＣチップとから成り、出力端子より発振出力を導出させる水晶発振器において、前記ＩＣチップを出力端子近傍に配置したことを特徴とする水晶発振器である。即ち、出力配線の距離を短くした水晶発振器である。

【００１１】

【作用】

上述のように本考案によれば、前記ＩＣチップが、前記出力端子と前記水晶振動子の中心位置との中間よりも、出力端子側に配置したことにより、ＩＣチップの出力配線の距離を短くできる。従って、この間のインダクタンス成分が減少し、その間で発生する高調波成分のノイズの発生を有効に抑えることができる。従って、これに伴って相対的に配線距離が長くなるＩＣチップの入力配線に与えるノイズが減少し、結果として、発振異常の少ない安定した高周波発振、高負荷対応の水晶発振器が可能となる。尚、発振器の外部から飛来する外来ノイズに対しては、従来の公知のシールドケースによって、そのノイズを充分遮断できる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の水晶発振器を図面に基づいて詳説する。図１は、本考案の回路基板部分の平面図である。尚、回路図は図２を併用する。

【００１３】本考案の発振器は、回路基板１と、該回路基板１上に配置した水晶振動子２、ＩＣチップ３、コンデンサ４ａ、４ｂ、４ｃ、抵抗５と、さらに図示していないが、回路基板１に接続される外部リード端子と、回路基板１を外部からのノイズを者願ひするたのシールドケースとから構成されている。

【００１４】回路基板１は、セラミック絶縁基板、ガラス−エポキシ基板などに所定回路配線が形成されたものであり、その回路基板１には、外部リード端子と接続される端子部が形成される。図中右上の端子部Ｏは、発振出力を導出する出力端子となり、右下の端子部Ｖ_SSは、ＩＣチップ３のアース端子となり、左上の端子部Ｖ_dd は、ＩＣチップ３の駆動電源端子となり、左上の端子部Ｅは、ＩＣチップ３の動作を一時的に停止させるためのインヒビット端子となる。

【００１５】水晶振動子２は、例えばＡＴカットされた円板状の水晶辺の両主面に励振電極を形成したものであり、図２の回路図のＸに相当する。例えば、基本波が１３．３ＭＨｚの水晶辺を用いて、その３次のオーバートーン（４０ＭＨｚ）の発振を利用することによって、４０ＭＨｚの発振が行われる。

【００１６】この水晶振動子２は、３つの支持体２ａ、２ｂ、２ｃによって、回路基板１上に配置されるたとになる。そして、支持体２ａは水晶辺の一方主面の励振電極と、回路基板１の所定配線とを接続するものであり、また、支持体２ｂは水晶辺の他方主面の励振電極と、回路基板１の所定配線とを接続するものである。

【００１７】ＩＣチップ３は、シリコンなどの半導体素子からなるベアチップであり、Ｃ− ＭＯＳ技術により、図２の回路図の発振用インバーターＩ₁及びバッフアー用インバーターＩ₂が集積化されている。ＩＣチップ３には、駆動電源端子Ｖ_ddと接続されるパッド、アース端子Ｖ_ssと接続されるパッド、インヒビット端子Ｅと接続されるパッド、出力配線を介して出力端子Ｏと接続される出力パッドと、入力配線を介して水晶振動子２と接続される入力パッド、フィードバック抵抗Ｒと接続されるパッド、容量Ｃ₂と接続されるパッドが夫々具備されており、各々のパッドと回路基板１上に形成された所定配線とが、ワイヤボンディング細線によって接続されている。尚、ワイヤボンディング細線の他にフェースポンデング接続しても構わない。

【００１８】コンデンサ４ａ、４ｂ、４ｃは、チップコンデンサなどであり、回路基板１上の所定配線に半田などで接続されている。コンデンサ４ａ、４ｂは、図２の回路図のＣ₁、Ｃ₂に相当するものであり、コルピッツ型発振回路の入出力容量である。また、コンデンサ４ｃは、図２の回路図のデカップリングＣ₃に相当するものである。このコンデンサ４ｃは、駆動電源端子Ｖ_ddから供給される電源電圧に含まれる高周波ノイズ成分を除去するために働くものである。

【００１９】抵抗５は、チップ抵抗器などからなり、回路基板１上の所定配線に半田などで接合される。この抵抗５は、図２の回路図の抵抗Ｒに相当するものであり、発振回路の発振部分である発振用インバーターＩ₁の出力から入力までの間に接続され、フィードバック信号のレベルを調整するものである。

【００２０】上述の各構成部品は、図２の回路図に示すような回路構成となる。

【００２１】本考案の特徴的なことは、図１で図示するように、前記ＩＣチップ３が、前記出力端子Ｏと前記水晶振動子２の中心位置との距離の中間よりも、出力端子Ｏ側に配置されていることである。即ち、ＩＣチップ３の出力配線（ＩＣチップ３の出力パッドと接続するワイヤボンディング細線、回路基板１上に形成した実際の配線パターンを含む）の距離が、ＩＣチップ３の入力配線（ＩＣチップ３の入力パッドと接続するワイヤボンディング細線、回路基板１上に形成した実際の配線パターン、支持体２ａの高さ分を含む）の距離よりも短くなっている。

【００２２】特に、近年、より高い発振周波数の水晶発振器が求められ、それに出力配線に流れる電流の実効値が増大する。また、高負荷対応にすれば必然的に出力配線に流れる電流が増大する。この出力配線の距離を相対的に短くすることにより、その間のインダクタンス成分が減少し、この間から発生する高調波成分を有するノイズを極小化することができる。

【００２３】従って、発振器の内部で発生するノイズが減少するため、ＩＣチップ３の入力配線に与えるノイズの影響を低減することができ、結果として発振異常の少ない水晶発振器が達成される。

【００２４】同時に、ＩＣチップ３を水晶振動子２の下部から出力端子Ｏ側に配置することによって、発生する水晶振動子３の下部の空間には、水晶振動子１の入出力容量成分Ｃ₁、Ｃ₂であるコンデンサ４ａ、４ｂ、及びフィードバック抵抗Ｒである抵抗５を配置したため、発振器全体の小型化が充分維持できる。しかも、ＩＣチップ３に比較して、動作中に発熱するという問題がないため、水晶振動子２の温度特性の変動を抑えることができ、発振信頼性、温度特性が向上する。

【００２５】さらに、図１に示した回路基板１においては、ＩＣチップ３が、従来に比較して、アース端子Ｖ_SSの近傍に配置されているため、デカップリングコンデンサＣ₃ であるコンデンサ４ｃとアース端子との間の配線距離が短くなり、これによってこの配線部分のインダクタンス成分が減少し、デカップリングコンデンサＣ₃ の作用が大きくなり、駆動電源端子Ｖ_ddから供給される駆動電源からのノイズを低減することができるので、安定したＩＣチップ３の動作が達成される。

【００２６】本考案者は、回路基板１の大きさが、１７．３×９．６５ｍｍで、出力端子Ｏを原点として、ＩＣチップ３の中心位置をＸ軸方向に２．９ｍｍ、Ｙ軸方向に４．５ｍｍに配置され、且つ水晶振動子２がＸ軸方向に１１．５ｍｍ、Ｙ軸方向に４．０ｍｍに配置された本考案の水晶発振器と、回路基板１の大きさが、１７．３×９．６５ｍｍで、出力端子Ｏを原点として、ＩＣチップ３の中心位置をＸ軸方向に１１．０ｍｍ、Ｙ軸方向に３．５ｍｍに配置され、且つ水晶振動子２がＸ軸方向に１１．５ｍｍ、Ｙ軸方向に４．０ｍｍに配置された従来の水晶発振器と作成し、夫々の高調波ノイズの発生レベルを測定した。その結果を図３、図４に示す。図３は本考案品であり、図４は従来品である。尚、発振周波数は４０ＭＨｚである。

【００２７】図から判るように、約４０ＭＨｚ、約８０ＭＨｚ、約１２０ＭＨｚ、約１６０ＭＨｚ・・・の高調波成分のノイズが発生するが、従来の水晶発振器（図４）では最高１０ｄＢ程度であったのに対して、本考案の水晶発振器（図３）では、最高が−８ｄＢ程度となり、それぞれの高調波成分のノイズが全体として、レベルが低くなる。

【００２８】これは、製造・検査工程における特性の測定であり、実際の電子機器などに実装した時に問題となる外来ノイズの影響がないため、実質的には、水晶発振器の内部で自己発生的に生じるノイズの影響に他ならないものであり、本考案のように、ＩＣチップ３を出力端子Ｏ側に配置する、即ちＩＣチップ３の主力配線を短くすることによる効果であることが理解できる。

【００２９】尚、上述の特性図は、発振周波数が４０ＭＨｚを例としたが、例えば２０〜４０ＭＨｚの高周波発振であって、且つ高出力負荷、即ち、５０ｐＦ以上、例えば１５０ｐＦに対応すべく、発振器に流れる電流が５０ｍＡ以上のものであっても、同じような特性が得られることを確認した。

【００３０】また、実際の電子機器などに実装した時の外来ノイズに対しては、水晶振動子２、ＩＣチップ３などを配置した回路基板１全体をシールドケースに収容して、そのノイズを遮断すればよい。

【００３１】

【考案の効果】

以上、本考案によれば、ＩＣチップが、出力端子と水晶振動子の中心位置との中間点よりも、出力端子側に配置した、即ちＩＣチップの出力配線の距離を短くしたので、高周波発振、高負荷対応によって増大する発振器内部で発生するノイズを低減して、発振異常の少ない水晶発振器となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の水晶発振器の回路基板の平面図であ
る。

【図２】水晶発振器の回路図である。

【図３】本考案の発振器によるノイズの発生状況の示す
特性図である。

【図４】従来の発振器によるノイズの発生状況の示す特
性図である。

【図５】従来の水晶発振器の回路基板の平面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・回路基板２・・・・・・水晶振動子３・・・・・・ＩＣチップ４ａ〜４ｃ・・コンデンサ５・・・・・・抵抗

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】水晶振動子と、発振用インバーター及び
バッフア用インバーターを集積化したＩＣチップとから
成り、出力端子より発振出力を導出させる水晶発振器に
おいて、前記ＩＣチップを出力端子近傍に配置したこと
を特徴とする水晶発振器。