JP2009231968A - Unit resonator, adjusting method of unit resonator, resonator, oscillation circuit, oscillator, and transmission and reception circuit - Google Patents

Unit resonator, adjusting method of unit resonator, resonator, oscillation circuit, oscillator, and transmission and reception circuit Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a unit resonator whose frequency is adjusted after processing, an adjusting method of the unit resonator, a resonator, an oscillator, and a transmission and reception circuit. <P>SOLUTION: The unit resonator includes a substrate, a vibration portion 3 which resonates at a natural resonance frequency, support portions 4a and 4b which support positions of the vibration portion 3 as node regions during resonance from one side and the other side of the vibration portion 3, a fixing portion 5 fixing the support portions 4a and 4b to the substrate, and a pressure control mechanism which controls pressure applied to connection portions between the vibration portion 3 and support portions 4a and 4b. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、機械的な共振を利用した単位共振子、単位共振子の調整方法、そして、この単位共振子を用いた共振器、発振回路、発振器、及び発振回路を備えた送受信回路に関する。   The present invention relates to a unit resonator using mechanical resonance, a method for adjusting a unit resonator, a resonator using the unit resonator, an oscillation circuit, an oscillator, and a transmission / reception circuit including the oscillation circuit.

近年、電子機器の軽少短薄化を実現するために、電子機器内部の電子素子を小型化、軽量化するための技術開発が続けられている。例えば電子機器の機器内部の回路をICチップ化することが、一般的かつ効果的な手法として用いられている。そして、薄型TVや携帯電話の内部回路で見られるように、多くのICを利用して回路規模を縮小化することが実現されている。   2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce the size and thickness of electronic devices, technological development for reducing the size and weight of electronic elements inside electronic devices has been continued. For example, making a circuit inside an electronic device into an IC chip is used as a general and effective technique. As seen in the internal circuits of thin TVs and mobile phones, it has been realized to reduce the circuit scale by using many ICs.

しかし、電子機器の中にはIC化が実現されていない回路があり、それらは電子機器の小型化にとっての足枷となっている。例えば、IF帯フィルターや高精度発振器といった電気−機械エネルギー変換を利用するRF部品は、物理サイズや材料選択範囲が要因となって、その機能をSi基板上に形成したICにすることはできていない。これまでに加工技術や実装技術の発展による小型化が進んでいるものの、市場のニーズに応えるほどではなく、高度に集積化されたLSIやICの外付け部品として、基板上で大きな場所を占めている。   However, some electronic devices have circuits that have not been realized as ICs, and these have become a foothold for downsizing electronic devices. For example, RF parts that use electro-mechanical energy conversion, such as IF band filters and high-precision oscillators, cannot function as ICs that are formed on a Si substrate due to physical size and material selection range. Absent. Although progress has been made in miniaturization due to the development of processing technology and mounting technology so far, it does not meet the needs of the market, but occupies a large place on the board as an external component of highly integrated LSI and IC ing.

これに対して、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術が、部品サイズを一気に小型化薄化できるブレークスルー技術として注目されている。このMEMS技術を用いたMEMS発振器やMEMSフィルターの特徴は、既存の半導体プロセスを基本とした製造ラインで量産可能であることや、MEMS製品は通常のSiチップと同じ形態にできることである。よってMEMS製品は、現行のフィルターや発振器に比較して圧倒的な小型薄化が可能となり、電子機器の小型化に貢献することが期待されている。   On the other hand, MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology has attracted attention as a breakthrough technology that can reduce the size of components at once. The features of the MEMS oscillator and the MEMS filter using the MEMS technology are that they can be mass-produced on a production line based on an existing semiconductor process, and that a MEMS product can have the same form as a normal Si chip. Therefore, MEMS products can be overwhelmingly smaller and thinner than current filters and oscillators, and are expected to contribute to miniaturization of electronic devices.

以下の非特許文献1によって、MEMSフィルターや発振器の基本構成要素であるMEMS共振器の従来技術を説明する。
図30は非特許文献1に記載された、共振器の概略平面構成を示している。図30Aに示す共振器は、共振する振動部(いわゆるビーム)103と、振動部103を支え、かつ共振時の節の位置を決める支持部104と、支持部104を図示しない基板に固定する固定部105と、電気信号と振動部103の共振間のエネルギーを受け渡す場所となる入力電極108、出力電極109とから構成される。振動部103には、所要のDCバイアス電圧Vpが印加される。振動部103は入力側(紙面下側)の入力電極108に印加された入力信号Viの中の共振周波数にのみ感応し、図30Bに示すように振動部103と入力電極108間の静電気力によって共振運動する。同時に出力側(紙面上)の出力電極109には共振周波数の信号のみが透過していくので、当該共振器は電気信号から機械共振、機械共振から電気信号の順でエネルギーを変換しつつ、共振周波数のみを透過する電気素子である。ここで共振周波数は振動部103の長さ、幅、厚み、支持部104の間隔、そして、振動部103の材料であるSiの物性から定まる。このような共振器では、電気的には、図30Cに示すような、抵抗Rx、コンデンサCx、コイルLxが直列接続された直列共振回路が等価回路となる。
The following non-patent document 1 describes a conventional technology of a MEMS resonator that is a basic component of a MEMS filter or an oscillator.
FIG. 30 shows a schematic planar configuration of the resonator described in Non-Patent Document 1. The resonator shown in FIG. 30A includes a vibrating portion (so-called beam) 103 that resonates, a supporting portion 104 that supports the vibrating portion 103 and determines the position of a node at the time of resonance, and a fixing that fixes the supporting portion 104 to a substrate (not shown). Part 105, and an input electrode 108 and an output electrode 109 serving as a place for transferring energy between the electric signal and the resonance of the vibration part 103. A required DC bias voltage Vp is applied to the vibration unit 103. The vibrating part 103 is sensitive only to the resonance frequency in the input signal Vi applied to the input electrode 108 on the input side (the lower side of the paper), and is caused by the electrostatic force between the vibrating part 103 and the input electrode 108 as shown in FIG. 30B. Resonates. At the same time, only the resonance frequency signal passes through the output electrode 109 on the output side (on the paper surface), so that the resonator resonates while converting energy in the order of electrical signal to mechanical resonance and mechanical resonance to electrical signal. It is an electrical element that transmits only the frequency. Here, the resonance frequency is determined from the length, width, and thickness of the vibrating portion 103, the interval between the support portions 104, and the physical properties of Si that is the material of the vibrating portion 103. In such a resonator, electrically, a series resonance circuit in which a resistor Rx, a capacitor Cx, and a coil Lx are connected in series as shown in FIG. 30C is an equivalent circuit.

T.C.Nguyen at el.”Higher-Mode Free-Free Beam Micromechanical Resonator,” IEEE International Frequency Control Symposium, pp. 810-818,2003T.C.Nguyen at el. “Higher-Mode Free-Free Beam Micromechanical Resonator,” IEEE International Frequency Control Symposium, pp. 810-818,2003

以上のような非特許文献1に示された共振器は、MEMSフィルターも発振器も桁違いに小型化できる他、現状品と同等以上の特性を提供できる技術である。しかし、小型であることと、高い周波数精度を有することを両立させるための技術が確立されていない。   The resonator shown in Non-Patent Document 1 as described above is a technology that can provide the same or better characteristics as the current product, in addition to being able to downsize the MEMS filter and the oscillator by orders of magnitude. However, no technology has been established for achieving both small size and high frequency accuracy.

例えばppmレベルの範囲で発振周波数を提供している水晶発振器では、水晶振動子に電極を形成した後、実際に共振周波数を計測しつつ振動子表面の電極膜を薄く削ることで周波数を調整し、高い周波数精度を達成する。MEMS共振器にも同様の工程を用いたいが、外形がmm単位の水晶では可能でも、外形が数μmのMEMS共振子素子を加工するような技術は確立されていない。   For example, in a crystal oscillator that provides an oscillation frequency in the ppm level range, after forming an electrode on the crystal resonator, the frequency is adjusted by thinly scraping the electrode film on the surface of the resonator while actually measuring the resonance frequency. Achieve high frequency accuracy. Although the same process is desired to be used for the MEMS resonator, a technique for processing a MEMS resonator element having an outer shape of several μm has not been established even though a crystal having an outer shape of mm is possible.

本発明は、上述の点に鑑み、加工後に周波数を調整できる単位共振子、単位共振子の調整方法、共振器、発振回路、発振器、送受信回路を提供するものである。   In view of the above, the present invention provides a unit resonator, a unit resonator adjustment method, a resonator, an oscillation circuit, an oscillator, and a transmission / reception circuit that can adjust the frequency after processing.

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の単位共振子は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部と、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有することを特徴とする。   In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a unit resonator according to the present invention includes a substrate, a vibrating portion that resonates at a specific resonance frequency, and a position that becomes a nodal region at the time of resonance in the vibrating portion. A support unit supported from one side and the other side of the unit, a fixing unit that fixes the support unit to the substrate, and a pressure control mechanism that controls a pressure applied to a connection unit between the vibration unit and the support unit. It is characterized by that.

本発明の単位共振子では、振動部は、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支持部に支持されることにより、振動方向と交差する方向に支持部からの圧力が振動部に印加されている。そして、圧力制御機構により、この振動部に振動方向と交差する方向から接続部に印加される圧力が制御される。これにより共振周波数が調整される。   In the unit resonator of the present invention, the vibration part is supported by the support part from one side and / or the other side of the vibration part, so that the pressure from the support part is applied to the vibration part in a direction intersecting the vibration direction. Applied. The pressure applied to the connecting portion from the direction intersecting the vibration direction is controlled by the pressure control mechanism. Thereby, the resonance frequency is adjusted.

また、本発明の単位共振子の調整方法は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を支える、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支持部と、支持部を基板に固定する固定部とから構成される単位共振子の、支持部と振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、振動部の有効質量を変化させ、共振周波数を調整することを特徴とする。   The unit resonator adjusting method according to the present invention includes a substrate, a vibrating part that resonates at a specific resonance frequency, a supporting part that supports the vibrating part, and a supporting part from one side and / or the other side of the vibrating part. By adjusting the pressure applied to the connecting part between the support part and the vibration part of the unit resonator composed of the fixed part that fixes the part to the substrate, the effective mass of the vibration part is changed and the resonance frequency is adjusted It is characterized by doing.

本発明の単位共振子の調整方法では、支持部と振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、振動部において、振動に寄与する振動部の体積が変化し、振動部の有効質量が変化する。これにより、共振周波数が調整される。   In the method for adjusting a unit resonator according to the present invention, by controlling the pressure applied to the connection portion between the support portion and the vibration portion, the volume of the vibration portion contributing to vibration changes in the vibration portion, and the effective vibration portion The mass changes. Thereby, the resonance frequency is adjusted.

また、本発明の共振器は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部と、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構とを有する複数個の単位共振子から構成されることを特徴とする。   The resonator of the present invention includes a substrate, a vibrating portion that resonates at a specific resonance frequency, a supporting portion that supports the vibrating portion from one side and / or the other side of the vibrating portion, and a supporting portion that is attached to the substrate. It is characterized by comprising a plurality of unit resonators having a fixing part for fixing and a pressure control mechanism for controlling the pressure applied to the connecting part between the vibration part and the support part.

本発明の共振器では、共振器を構成する単位共振子において、振動部は、振動方向と交差する方向から支持部により支持される。そして、圧力制御機構により、この振動部の振動方向と交差する方向から接続部に印加される圧力が制御される。これにより、共振器の共振周波数が調整される。   In the resonator according to the aspect of the invention, in the unit resonator constituting the resonator, the vibration unit is supported by the support unit from the direction intersecting the vibration direction. Then, the pressure applied to the connecting portion is controlled by the pressure control mechanism from the direction crossing the vibration direction of the vibrating portion. Thereby, the resonance frequency of the resonator is adjusted.

また、本発明の発振回路は、基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、振動部と支持部との接続部に印加される圧力を制御することにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器を用いて構成されることを特徴とする。   The oscillation circuit of the present invention includes a substrate, a vibrating portion that resonates at a specific resonance frequency, a supporting portion that supports the vibrating portion from one side and / or the other side of the vibrating portion, and a supporting portion that supports the substrate. And a resonator composed of a unit resonator that adjusts the resonance frequency by controlling the pressure applied to the connecting portion between the vibrating portion and the support portion. Features.

本発明の発振回路では、発振回路に組み込まれる共振器において、共振周波数の調整が精度良くなされる。   In the oscillation circuit of the present invention, the resonance frequency is accurately adjusted in the resonator incorporated in the oscillation circuit.

また、本発明の送受信回路では、周波数変換のための発振回路を有する送受信回路において、発振回路は、基板と固有の共振周波数で共振する振動部と、振動部を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、支持部を基板に固定する固定部とからなり、振動部と支持部との接続部に印加される圧力が制御されることにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器から構成されることを特徴とする。   Further, in the transmission / reception circuit of the present invention, in the transmission / reception circuit having an oscillation circuit for frequency conversion, the oscillation circuit includes a vibration unit that resonates with a substrate at a specific resonance frequency, and a vibration unit on one side of the vibration unit and A unit that adjusts the resonance frequency by controlling the pressure applied to the connecting part between the vibration part and the support part, comprising a support part supported from the other side and a fixing part that fixes the support part to the substrate. It is comprised from the resonator comprised from a resonator, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の送受信回路では、送受信回路の発振回路に組み込まれた共振器が、圧力制御機構により、共振周波数を調整される構成を有しているので、送受信回路に組み込まれた状態においても、共振器の共振周波数が調整される。これにより、周波数精度が向上した送受信回路が得られる。   In the transmission / reception circuit according to the present invention, the resonator incorporated in the oscillation circuit of the transmission / reception circuit has a configuration in which the resonance frequency is adjusted by the pressure control mechanism. The resonant frequency of the vessel is adjusted. As a result, a transmission / reception circuit with improved frequency accuracy can be obtained.

本発明によれば、単位共振子及び共振器の共振周波数を高精度に調整することができ、さらに、発振器、発信回路、及び送受信回路に組み込んだ後に、共振周波数の調整が可能となる。   According to the present invention, the resonance frequency of the unit resonator and the resonator can be adjusted with high accuracy, and further, the resonance frequency can be adjusted after being incorporated in the oscillator, the transmission circuit, and the transmission / reception circuit.

以下、図1〜図29を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、図1〜図4を用いて、本発明の原理を説明する。図1Aに後述する実施の形態が適用される共振器の概略構成図を示し、図1Bには、図1Aの共振器を構成する単位共振子を示す。また、図2に、図1BにおけるA−A線上に沿った断面構成を示す。後述する実施の形態で対象とする共振器は、マイクロスケール、ナノスケールの微小共振器である。図1に示す共振器1は、MEMS技術により形成される共振器である。   First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A shows a schematic configuration diagram of a resonator to which an embodiment described later is applied, and FIG. 1B shows a unit resonator constituting the resonator of FIG. 1A. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration along the line AA in FIG. 1B. Resonators targeted in embodiments described later are microscale and nanoscale microresonators. A resonator 1 shown in FIG. 1 is a resonator formed by MEMS technology.

まず、共振器1を構成する単位共振子2は、図2に示すように、基板6と、固有の共振周波数で共振する振動部3と、前記振動部3において共振時に節領域となる位置を、振動部3の両側から、およそ対称的に支える支持部4a,4bと、振動部3と空間7を介して交差するように基板6上に固定された入力電極8及び出力電極9とから構成される。基板6は、少なくとも下部電極9が形成される表面が絶縁性を有した基板で形成される。例えば半導体基板上に絶縁膜が形成された基板、絶縁性のガラス基板などが用いられる。   First, as shown in FIG. 2, the unit resonator 2 constituting the resonator 1 has a substrate 6, a vibration part 3 that resonates at a specific resonance frequency, and a position that becomes a node region at the time of resonance in the vibration part 3. The support part 4a, 4b that is supported approximately symmetrically from both sides of the vibration part 3, and the input electrode 8 and the output electrode 9 fixed on the substrate 6 so as to intersect the vibration part 3 via the space 7 Is done. The substrate 6 is formed of a substrate having at least a surface on which the lower electrode 9 is formed having an insulating property. For example, a substrate in which an insulating film is formed over a semiconductor substrate, an insulating glass substrate, or the like is used.

この複数の単位共振子2が閉じた形状に配列され、かつ互いに隣接する単位共振子2の振動部3が連続して一体に形成されることにより、図1に示す共振器1が構成される。
そして、並列内の全ての単位共振子2は閉じた系の中心に対して点対称になるように、例えば円形をなす環状に配置される。この場合、閉じた形状の連続一体化された振動部3は、図1Aに示すように、円形をなす環状に形成される。
The plurality of unit resonators 2 are arranged in a closed shape, and the vibrating portions 3 of the unit resonators 2 adjacent to each other are formed continuously and integrally, whereby the resonator 1 shown in FIG. 1 is configured. .
All the unit resonators 2 in parallel are arranged in an annular shape, for example, so as to be point-symmetric with respect to the center of the closed system. In this case, as shown in FIG. 1A, the closed and continuously integrated vibration unit 3 is formed in a circular shape.

各単位共振子2により環状に形成された共振器1においては、各単位共振子2の入力電極8は、円形の振動部3の内側に形成した同心円状の配線(いわゆる入力電極と共に入力信号線となる)10に接続される。各単位共振子2の出力電極8は、円形の振動部3の外側に形成した同心円状の配線(いわゆる出力電極と共に入力信号線となる)11に接続される。このとき、入力電極8の配線10を外側に形成してもよいし、出力電極9の配線11を内側に形成してもよい。
そして、入力側の同心円状の配線10から内側に延長するように、電極パッドいわゆる入力端子t1が導出され、出力側の同心円状の配線11から外側に延長するように、電極パッド、いわゆる出力端子t2が導出される。
In the resonator 1 formed in an annular shape by each unit resonator 2, the input electrode 8 of each unit resonator 2 has a concentric wiring (an input signal line together with a so-called input electrode) formed inside the circular vibrating portion 3. Connected to 10). The output electrode 8 of each unit resonator 2 is connected to a concentric wiring 11 (which becomes an input signal line together with a so-called output electrode) formed outside the circular vibrating portion 3. At this time, the wiring 10 of the input electrode 8 may be formed outside, or the wiring 11 of the output electrode 9 may be formed inside.
An electrode pad so-called input terminal t1 is led out so as to extend inwardly from the concentric wiring 10 on the input side, and an electrode pad so-called output terminal so as to extend outward from the concentric wiring 11 on the output side. t2 is derived.

このような、共振器1において、入力端子t1から入力された交流信号により、直流バイアス電圧Vが印加された振動部3が、静電気力により外力を受ける。そして、振動部3は固有の共振周波数で振動する。振動部3において、振動部3を介して対向する支持部4a,4b間に位置する振動部3は、振動部3の共振時に節領域となる。また、この単位共振子2は2次モードのたわみ振動を利用したものである。複数の単位共振子2は、振動部3における振動の腹、節が交互に並ぶように、円形に配列される。   In such a resonator 1, the vibration unit 3 to which the DC bias voltage V is applied receives an external force due to an electrostatic force due to the AC signal input from the input terminal t <b> 1. And the vibration part 3 vibrates with a specific resonant frequency. In the vibration part 3, the vibration part 3 positioned between the support parts 4 a and 4 b facing each other with the vibration part 3 becomes a node region when the vibration part 3 resonates. The unit resonator 2 utilizes a second-order mode flexural vibration. The plurality of unit resonators 2 are arranged in a circle so that antinodes and nodes of vibration in the vibration unit 3 are alternately arranged.

図1に示す共振器1では、複数の単位共振子2が環状に配置されて構成されるので、並列化された共振器1全体と、単位共振子2との位置関係は、全ての単位共振子2において等しくなり、単位共振子2の構造的なばらつきが発生しがたい。また、各単位共振子2の振動部3にかかる応力も全て等しくなる。従って、個々の単位共振子2の特性のばらつきが抑えられ、並列化に伴うQ値の低下を抑えることができる。そして、共振器1において、個々の単位共振子2と同等のQ値を得ることができる。   In the resonator 1 shown in FIG. 1, since a plurality of unit resonators 2 are arranged in a ring shape, the positional relationship between the paralleled resonators 1 and the unit resonators 2 is all unit resonances. It becomes equal in the child 2, and the structural variation of the unit resonator 2 hardly occurs. In addition, the stress applied to the vibration part 3 of each unit resonator 2 is all equal. Accordingly, variations in the characteristics of the individual unit resonators 2 can be suppressed, and a decrease in Q value accompanying parallelization can be suppressed. In the resonator 1, a Q value equivalent to that of each unit resonator 2 can be obtained.

ところで、図1に示す共振器1において、共振器1の加工後において、共振周波数を調整したいという要望がある。本発明者らの鋭意検討の結果、図3に示すように、支持部4a,4bと振動部5とのそれぞれの接続部12に圧力を印加するという方法が見いだされた。   Incidentally, in the resonator 1 shown in FIG. 1, there is a desire to adjust the resonance frequency after the processing of the resonator 1. As a result of intensive studies by the present inventors, a method has been found in which pressure is applied to each connection portion 12 between the support portions 4a and 4b and the vibration portion 5 as shown in FIG.

図3に、単位共振子2の振動部3が支持部4a,4bにより支持された部分を拡大して示す。振動部3の両側から支持部4a,4bに支持されている振動部3の領域は、節領域となる。振動の節は、図3に示す振動部3と支持部4a,4bが接続するそれぞれの接続部12近傍に広がり、共振時に殆ど振動しない(共振運動に寄与しない)領域である。この振動部12の領域の体積は支持部4a,4bの特性の影響を大きく受け、例えば支持部4a,4bを硬く、かつ、振動部3との接触面積を広く設計すると節領域を大きく取ることができる。   FIG. 3 shows an enlarged view of a portion where the vibrating portion 3 of the unit resonator 2 is supported by the support portions 4a and 4b. The area of the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b from both sides of the vibration part 3 is a node area. The vibration node extends in the vicinity of each connection portion 12 where the vibration portion 3 and the support portions 4a and 4b shown in FIG. 3 are connected, and hardly vibrates at the time of resonance (does not contribute to the resonance motion). The volume of the region of the vibration part 12 is greatly affected by the characteristics of the support parts 4a and 4b. For example, if the support parts 4a and 4b are hard and the contact area with the vibration part 3 is designed to be large, a large node area is obtained. Can do.

本願発明者らは、接続部12を経由して振動部3に印加する支持部4a,4bからの圧力の増減で、共振周波数が増減する物理現象に着目した。
以下の説明において、支持部4a,4bが振動部3を押す力を正の圧力、振動部3が支持部4a,4bに引っ張られる力を負の圧力と定義する。この定義により、接続部が正の圧力を受ける時には共振周波数は上昇し、逆に負の圧力(=引張り)を受けるときには共振周波数は下降する。加圧によって支持部4a,4bに両側から支持された振動部3の節領域の体積が変化し、それに起因して、共振運動に寄与する振動部3の有効質量mが増減することが、この周波数変動の原理である。
The inventors of the present application paid attention to a physical phenomenon in which the resonance frequency is increased or decreased by increasing or decreasing the pressure from the support portions 4 a and 4 b applied to the vibrating portion 3 via the connection portion 12.
In the following description, the force by which the support parts 4a and 4b push the vibration part 3 is defined as a positive pressure, and the force by which the vibration part 3 is pulled by the support parts 4a and 4b is defined as a negative pressure. According to this definition, the resonance frequency increases when the connection portion receives a positive pressure, and conversely, the resonance frequency decreases when the connection portion receives a negative pressure (= tensile). The volume of the node region of the vibration part 3 supported from both sides by the support parts 4a and 4b is changed by the pressurization, and the effective mass m of the vibration part 3 contributing to the resonance motion is increased or decreased due to this change. This is the principle of frequency fluctuation.

共振周波数frは、図2に示した共振器1の単位共振子2の励振する共振モードの有効質量mとバネ定数kにより、以下の数1で示される。   The resonance frequency fr is expressed by the following formula 1 by the effective mass m of the resonance mode excited by the unit resonator 2 of the resonator 1 shown in FIG. 2 and the spring constant k.

Figure 2009231968
Figure 2009231968

ここで、αは、単位共振子の構造と励振した共振のモードによって決まる定数である。
数1によれば、振動部3のバネ定数kは、接続部12に印加される圧力に比例して増大する。理想的な有効質量は、振動部3の密度ρ、長さ、幅、そして厚みから計算されるが、実際の共振運動には振動の節と呼ばれる領域が発生するために、計算値よりも小さい値に定まる。
Here, α is a constant determined by the structure of the unit resonator and the excited resonance mode.
According to Equation 1, the spring constant k of the vibration part 3 increases in proportion to the pressure applied to the connection part 12. The ideal effective mass is calculated from the density ρ, length, width, and thickness of the vibration part 3, but is smaller than the calculated value because a region called a vibration node is generated in the actual resonance motion. The value is determined.

上述した、接続部12に印加される圧力と振動部3の有効質量mの関係と、数1に示される関係から、接続部3に印加される圧力と、共振周波数frの関係は、図4に示すようになる。すなわち、接続部12に印加される圧力に比例して共振周波数frが大きくなる。また、接続部に印加される正の圧力と、有効質量mは反比例の関係にあるので、接続部に印加される正の圧力が大きくなると、振動に寄与する振動部3の有効質量mは減少する関係にある。   From the relationship between the pressure applied to the connecting portion 12 and the effective mass m of the vibrating portion 3 and the relationship expressed by Equation 1, the relationship between the pressure applied to the connecting portion 3 and the resonance frequency fr is as shown in FIG. As shown. That is, the resonance frequency fr increases in proportion to the pressure applied to the connection portion 12. In addition, since the positive pressure applied to the connecting portion and the effective mass m are inversely proportional to each other, the effective mass m of the vibrating portion 3 contributing to vibration decreases when the positive pressure applied to the connecting portion increases. Have a relationship.

以下に示す実施の形態においては、この原理をもとに、支持部4a,4bと振動部3に接続部12に圧力を印加するための具体的構成を示す。   In the embodiment described below, based on this principle, a specific configuration for applying pressure to the connection portion 12 to the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3 will be described.

[第1の実施形態]
図5に、本発明の第1の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図5A,Bは、図2と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図5A,Bにおいて、図1,2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[First Embodiment]
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional configuration of the unit resonator according to the first embodiment of the present invention. 5A and 5B are cross-sectional views along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1, as in FIG. 2, and are obtained by modifying a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 5A and 5B, parts corresponding to those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図5Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部4a,4bに対向する基板6面上に電極13が配置されている。そして、この電極13は、電圧制御回路14に接続されている。この電極13と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部4a,4bは、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極13とは異なる任意の電位に制御される。   As shown in FIG. 5A, in the unit resonator according to this embodiment, the electrode 13 is disposed on the surface of the substrate 6 facing the support portions 4a and 4b. The electrode 13 is connected to the voltage control circuit 14. The electrode 13 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In this embodiment, the support portions 4 a and 4 b are formed of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and are controlled to an arbitrary potential different from that of the electrode 13.

図5Aは、電極13に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、電圧制御回路14により、電極13に所望の電圧を供給し、電極13と支持部4a,4b間に電位差を加える。そうすると、支持部4a,4bと、電極13との間に静電引力が発生し、支持部4a,4bがそれぞれ電極13側に引き寄せられる。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3も、図5Bに示すように基板6側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図5Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3は、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 5A shows a so-called initial state in which no voltage is supplied to the electrode 13 from the voltage control circuit 14. From this initial state, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to the electrode 13 and applies a potential difference between the electrode 13 and the support portions 4a and 4b. If it does so, electrostatic attraction will generate | occur | produce between the support parts 4a and 4b and the electrode 13, and the support parts 4a and 4b will be drawn near to the electrode 13 side, respectively. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b is also drawn toward the substrate 6 as shown in FIG. 5B. In such a phenomenon, a pressure is applied to each connection part of the vibration part 3 and the support parts 4a and 4b in a direction indicated by an arrow p1 in FIG. 5B. That is, the vibration part 3 receives negative pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

このように、電極13と支持部4a,4b間に電位差を加えることで、静電引力により支持部4a,4bを変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。   In this way, by applying a potential difference between the electrode 13 and the support portions 4a and 4b, the support portions 4a and 4b can be deformed by electrostatic attraction, and the pressure applied to the connection portion can be indirectly controlled.

図6に、本実施形態例の単位共振子において、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力に対する共振周波数の関係を示す。図6において、図5Aの初期状態をAで示すと、図5Bにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される正の圧力が減少するので、図6のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。
このように、振動部3の振動方向と交差する方向において、正の圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路14から電極13に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
FIG. 6 shows the relationship of the resonance frequency with respect to the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 in the unit resonator according to this embodiment. In FIG. 6, when the initial state of FIG. 5A is indicated by A, the state in FIG. 5B is that the positive pressure applied from the support portions 4 a and 4 b to the vibrating portion 3 is reduced. The resonance frequency fr decreases from the initial state.
Thus, when a positive pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 which is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency is Change. Then, by finely adjusting the voltage supplied from the voltage control circuit 14 to the electrode 13, the pressure applied to the connection portion can be finely adjusted.

[第2の実施形態]
図7に、本発明の第2の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図7A,BCも、図5と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図7A,B,Cにおいて、図2,5に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the second embodiment of the present invention. 7A and BC are also cross-sectional views along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1 as in FIG. 5, and are obtained by modifying a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 7A, 7B, and 7C, parts corresponding to those in FIGS.

図7Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部4a,4bに対向する基板面上に、それぞれ複数の電極、本実施形態例では4つの電極15が、固定部5から振動部3方向に順に配置されている。そして、この両側4つずつの電極15は、電圧制御回路14に接続されている。この複数の電極15と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部4a,4bは、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極15とは独立に電位を制御する回路を有している。図7においても、支持部4a,4bの電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 7A, in the unit resonator according to the present embodiment, a plurality of electrodes, and four electrodes 15 in the present embodiment, are respectively provided on the substrate surface facing the support portions 4a and 4b. To the vibrating part 3 in order. The four electrodes 15 on both sides are connected to the voltage control circuit 14. The plurality of electrodes 15 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In the present embodiment, the support portions 4 a and 4 b are formed of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and have a circuit that controls the potential independently of the electrode 15. Also in FIG. 7, illustration of a circuit for controlling the potentials of the support portions 4a and 4b is omitted.

図7Aは、全ての電極15に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、図7Bに示すように、電圧制御回路14により、一部の電極15に所望の電圧を供給し、その電圧が供給された電極15と支持部4a,4b間に電位差を加える。図7Bに示す図においては、それぞれの固定部5側から2つの電極15に電圧が供給されている例とする。そうすると、支持部4a,4bと、電圧が供給された電極15との間に静電引力が発生し、支持部4a,4bが電極15側に引き寄せられる。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3も、図7Bに示すように基板6側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図7Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3には、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 7A shows a so-called initial state in which no voltage is supplied to all the electrodes 15 from the voltage control circuit 14. From this initial state, as shown in FIG. 7B, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to some of the electrodes 15, and adds a potential difference between the electrode 15 to which the voltage is supplied and the support portions 4a and 4b. . In the diagram shown in FIG. 7B, a voltage is supplied to the two electrodes 15 from the respective fixed portions 5 side. If it does so, electrostatic attraction will generate | occur | produce between the support parts 4a and 4b and the electrode 15 to which the voltage was supplied, and the support parts 4a and 4b will be drawn near to the electrode 15 side. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b is also drawn toward the substrate 6 as shown in FIG. 7B. In such a phenomenon, pressure is applied to the connecting portions of the vibrating portion 3 and the support portions 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p1 in FIG. 7B. That is, the vibration part 3 receives negative pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

次に、両側4つずつの電極15の全てに電圧を印加し、全ての電極15と支持部4a,4b間に電位差を加える。そうすると、図7Cに示すように、両側4つずつの電極15と、それぞれの支持部4a,4bとの間に、図7Bに示した例よりも大きな静電引力が発生し、支持部4a,4bが電極15側に引き寄せられる。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3も、図7Cに示すように基板6側に引き寄せられる。そして、図7Cに示す例においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部に、矢印p1で示す方向に、図7Bに示す例よりも大きな圧力が印加される。すなわち、振動部3には、両側の支持部4a,4bから、図7Bに示す例よりも絶対値の大きい負の圧力を受け、振動部3の有効質量がさらに増加する。   Next, a voltage is applied to all four electrodes 15 on both sides, and a potential difference is applied between all the electrodes 15 and the support portions 4a and 4b. Then, as shown in FIG. 7C, an electrostatic attractive force larger than that of the example shown in FIG. 7B is generated between the four electrodes 15 on both sides and the support portions 4a and 4b. 4b is drawn toward the electrode 15 side. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b is also drawn toward the substrate 6 as shown in FIG. 7C. In the example shown in FIG. 7C, a pressure greater than that in the example shown in FIG. 7B is applied to the connection portions of the vibrating portion 3 and the support portions 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p1. That is, the vibration part 3 receives a negative pressure having a larger absolute value than the example shown in FIG. 7B from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 further increases.

図8に、本実施形態例の単位共振子において、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力に対する共振周波数の関係を示す。図8において、図7Aの初期状態をAで示すと、図7Bにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が減少するので、振動部3の有効質量が増加し、図8のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。さらに、図7Cにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が、図7Bに示す状態よりも減少するので、振動部3の有効質量がさらに増加し、図8のCに示すように、共振周波数frもさらに減少する。   FIG. 8 shows the relationship of the resonance frequency with respect to the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 in the unit resonator of this embodiment. In FIG. 8, when the initial state of FIG. 7A is indicated by A, the state in FIG. 7B is that the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibration portion 3 decreases, so that the effective mass of the vibration portion 3 increases. As shown by B in FIG. 8, the resonance frequency fr decreases from the initial state. Further, in the state in FIG. 7C, the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 is reduced as compared with the state shown in FIG. As shown, the resonance frequency fr is further reduced.

このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の励振する共振モードの有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路14から、供給される電極15の個数を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数frを調整することができる。   In this way, when a pressure is applied in a direction intersecting the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the resonance mode excited by the vibration part 4 which is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and resonance occurs. The frequency changes. Then, by adjusting the number of supplied electrodes 15 from the voltage control circuit 14, the pressure applied to the connection portion can be adjusted, and accordingly, the resonance frequency fr can be adjusted.

本実施形態例においては、例として、両側に4つずつの電極15を配置する構成としたが、電極15の数は4つに限られるものではなく、必要に応じて、電極15の数を複数個に増やすことができる。また、図7Bに示すように、複数の電極のうち一部分の電極に電圧を印加する場合は、振動部3と支持部4a,4bとの接続部に同一の圧力が印加されるようにするため、振動部3に対して対称な位置の電極に、同じ電圧を印加すればよい。   In this embodiment, as an example, four electrodes 15 are arranged on both sides. However, the number of electrodes 15 is not limited to four, and the number of electrodes 15 can be changed as necessary. It can be increased to a plurality. In addition, as shown in FIG. 7B, when a voltage is applied to some of the plurality of electrodes, the same pressure is applied to the connecting portion between the vibrating portion 3 and the support portions 4a and 4b. The same voltage may be applied to the electrodes at positions symmetrical with respect to the vibration part 3.

本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。選択する電極の数を増やすことで静電引力を強くすることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。   According to the present embodiment, the pressure applied to the connecting portion can be finely adjusted according to the magnitude of the applied voltage supplied to the electrode, and the electrostatic attractive force can be reduced by selecting the electrode to which the voltage is applied. It can also be controlled. The electrostatic attractive force can be increased by increasing the number of electrodes to be selected, and the electrostatic attractive force can be finely adjusted by the combination of the selected electrodes. If combined with voltage magnitude control, the electrostatic attractive force can be adjusted more precisely, and the frequency can be adjusted with high accuracy.

[第3の実施形態例]
図9に、本発明の第3の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図9A,Bは、図2と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図9A,Bにおいて、図1,2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the third embodiment of the present invention. 9A and 9B are cross-sectional views along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1, as in FIG. 2, and are obtained by modifying a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 9A and 9B, parts corresponding to those in FIGS.

図9Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部4a,4bの上部であって、基板6側とは反対側の対向する位置に、支持部4a,4bと空間を介して電極17が配置されている。そして、この電極17は、電圧制御回路14に接続されている。電極17は、例えば、単位共振子を気密に封止するために設けられる上部基板となる封止膜16に固定されて、形成される。この電極17と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部4a,4bは、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極17とは独立に電位を制御する回路を有している。図9においては、支持部4a,4bの電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 9A, in the unit resonator according to the present embodiment, the support portions 4a and 4b and the space are located at the upper portions of the support portions 4a and 4b and opposite to the substrate 6 side. The electrode 17 is arranged through the gap. The electrode 17 is connected to the voltage control circuit 14. The electrode 17 is formed, for example, by being fixed to a sealing film 16 serving as an upper substrate provided to hermetically seal the unit resonator. The electrode 17 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In the present embodiment, the support portions 4 a and 4 b are formed of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and have a circuit for controlling the potential independently of the electrode 17. In FIG. 9, a circuit for controlling the potentials of the support portions 4a and 4b is not shown.

図9Aは、電極17に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子の状態を示している。この初期状態から、電圧制御回路14により、電極17に所望の電圧を供給し、電極17と支持部4間に電位差を加える。そうすると、支持部4a,4bと、電極17との間に静電引力が発生し、支持部4a,4bが電極17側に引き寄せられる。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3も、図9Bに示すように基板6側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図9Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。そして、振動部3は、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 9A shows a state of a so-called unit resonator in an initial state in which no voltage is supplied to the electrode 17 from the voltage control circuit 14. From this initial state, a desired voltage is supplied to the electrode 17 by the voltage control circuit 14, and a potential difference is applied between the electrode 17 and the support portion 4. If it does so, electrostatic attraction will generate | occur | produce between the support parts 4a and 4b and the electrode 17, and the support parts 4a and 4b will be drawn near to the electrode 17 side. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b is also drawn toward the substrate 6 as shown in FIG. 9B. In such a phenomenon, a pressure is applied to each connection part of the vibration part 3 and the support parts 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p1 in FIG. 9B. And the vibration part 3 receives a negative pressure from the support parts 4a and 4b of both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

このように、電極17と同支持部4a,4b間に電位差を加えることで、静電引力により支持部4a,4bを変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。   Thus, by applying a potential difference between the electrode 17 and the support portions 4a and 4b, the support portions 4a and 4b can be deformed by electrostatic attraction, and the pressure applied to the connection portion can be indirectly controlled.

本実施形態例においても、図6において、図9Aの初期状態をAで示すと、図9Bにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が減少するので、接続部に印加される圧力が減少し、図6のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。   Also in this embodiment, when the initial state of FIG. 9A is indicated by A in FIG. 6, the state in FIG. 9B is that the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 is reduced. The applied pressure decreases, and the resonance frequency fr decreases from the initial state as shown by B in FIG.

このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。また、本実施形態例においても、電圧制御回路14から電極17に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。   Thus, when a pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 that is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency changes. Also in the present embodiment, the pressure applied to the connecting portion can be finely adjusted by finely adjusting the voltage supplied from the voltage control circuit 14 to the electrode 17.

本実施形態例においては、電極17は、封止膜16に形成される例としたが、これに限られるものでは無く、支持部4a,4bに対向する位置であって、基板6とは反対側の位置に形成される別の上部基板に構成することもできる。封止膜16は、振動部3を気密に保持するために必ず設けられるものであるから、本実施形態例のように、封止膜16に電極17を形成する場合は、工程数を増やすことなく電極を設けることができる。   In the present embodiment, the electrode 17 is formed on the sealing film 16, but is not limited thereto, and is a position facing the support portions 4 a and 4 b and opposite to the substrate 6. Another upper substrate formed at the side position can also be configured. Since the sealing film 16 is necessarily provided in order to keep the vibration part 3 airtight, when the electrode 17 is formed on the sealing film 16 as in this embodiment, the number of processes is increased. Electrode can be provided.

また、本実施形態例によれば、電極17を基板6とは反対側に構成することにより、電極17が、図1に示す入力電極8、出力電極9から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られる。   In addition, according to the present embodiment example, by configuring the electrode 17 on the side opposite to the substrate 6, the electrode 17 is positioned at a distance from the input electrode 8 and the output electrode 9 shown in FIG. 1. Noise can be reduced.

[第4の実施形態]
図10に、本発明の第4の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図10A,Bは、図2と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図10A,Bにおいて、図1,2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the fourth embodiment of the present invention. 10A and 10B are cross-sectional views along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1, as in FIG. 2, and are obtained by modifying a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 10A and 10B, parts corresponding to those in FIGS.

図10Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、両側の固定部5に対向する基板6面上の外側に偏った位置にそれぞれ電極18が配置されている。そして、この電極18は、電圧制御回路14に接続されている。この電極18と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部5は、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極18とは異なる任意の電位に制御される。図10においては、固定部5の電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 10A, in the unit resonator according to this embodiment, the electrodes 18 are arranged at positions offset outward on the surface of the substrate 6 facing the fixing portions 5 on both sides. The electrode 18 is connected to the voltage control circuit 14. The electrode 18 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In the present embodiment, the fixing portion 5 is made of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and is controlled to an arbitrary potential different from that of the electrode 18. In FIG. 10, the illustration of the circuit for controlling the potential of the fixed portion 5 is omitted.

図10Aは、電極18に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、電圧制御回路14により、電極18に所望の電圧を供給し、電極18と固定部5間に電位差を加える。そうすると、固定部5と、電極18との間に静電引力が発生し、固定部5が、矢印p2で示されるように電極13側に引き寄せられて変形する。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3は、図10Bに示すように支持部4a,4bに引張られる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図10Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3は、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 10A shows a so-called unit resonator in an initial state in which no voltage is supplied to the electrode 18 from the voltage control circuit 14. From this initial state, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to the electrode 18 and applies a potential difference between the electrode 18 and the fixed portion 5. As a result, an electrostatic attractive force is generated between the fixed portion 5 and the electrode 18, and the fixed portion 5 is attracted toward the electrode 13 and deformed as indicated by an arrow p2. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b is pulled by the support parts 4a and 4b as shown in FIG. 10B. In such a phenomenon, pressure is applied to the connecting portions of the vibrating portion 3 and the support portions 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p1 in FIG. 10B. That is, the vibration part 3 receives negative pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

このように、電極18とそれぞれの固定部5との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部5を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。   In this way, by applying a potential difference between the electrode 18 and each of the fixed portions 5, the fixed portion 5 can be deformed by electrostatic attraction and the pressure applied to the connection portion can be indirectly controlled.

本実施形態例においても、図6に示すように、図10Aの初期状態をAで示すと、図10Bにおける状態は、接続部に負の圧力がかかるように、支持部4a,4bが振動部3を引っ張るので、図6のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。
このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路14から電極13に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 6, when the initial state in FIG. 10A is indicated by A, the state in FIG. 10B is that the support portions 4a and 4b are vibrating portions so that a negative pressure is applied to the connecting portion. Since 3 is pulled, as shown by B in FIG. 6, the resonance frequency fr decreases from the initial state.
Thus, when a pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 that is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency changes. Then, by finely adjusting the voltage supplied from the voltage control circuit 14 to the electrode 13, the pressure applied to the connection portion can be finely adjusted.

また、固定部5に対向する基板6上に電極18を形成することにより、電極18が、図1に示す入力電極8、出力電極9から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。これは、バイアス線と信号線との間のカップリングが減ることで、バイアス信号に乗っているノイズの影響が減ることによるものである。ノイズのカップリングの大きさは、線間距離の2乗ないしは3乗に比例して強くなるものである。したがてって、本実施形態例のように、固定部5の下に電極18を配置することは、低ノイズ化に有利となる。   Further, by forming the electrode 18 on the substrate 6 facing the fixed portion 5, the electrode 18 is located at a distance from the input electrode 8 and the output electrode 9 shown in FIG. Furthermore, the control range of the applied pressure can be increased. This is because the influence of noise on the bias signal is reduced by reducing the coupling between the bias line and the signal line. The magnitude of the noise coupling increases in proportion to the square or the third power of the distance between lines. Therefore, disposing the electrode 18 under the fixed portion 5 as in the present embodiment is advantageous for reducing noise.

[第5の実施形態]
図11に、本発明の第5の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図11A,Bも、図5と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図11A,Bにおいて、図2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the fifth embodiment of the present invention. 11A and 11B are cross-sectional views along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1 as in FIG. 5, and are obtained by modifying a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 11A and 11B, parts corresponding to those in FIG.

図11Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、それぞれの固定部5に対向する基板6面上の外側に偏った位置に、電極19がそれぞれ3つずつ配置されている。そして、この両側3つずつの電極19は、電圧制御回路14に接続されている。この複数の電極19と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部5は、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極19とは独立に電位を制御する回路を有している。図11においても、固定部5の電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 11A, in the unit resonator according to this embodiment, three electrodes 19 are arranged at positions offset outward on the surface of the substrate 6 facing the respective fixing portions 5. The three electrodes 19 on both sides are connected to the voltage control circuit 14. The plurality of electrodes 19 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In the present embodiment, the fixing portion 5 is formed of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and has a circuit for controlling the potential independently of the electrode 19. Also in FIG. 11, the circuit for controlling the potential of the fixed portion 5 is not shown.

図11Aは、全ての電極15に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、図11Bに示すように、電圧制御回路14により、電極15に所望の電圧を供給し、電極15と固定部5間に電位差を加える。図11Bに示す図においては、3つの電極19全てに電圧が供給されている例とする。そうすると、それぞれの固定部5と、電圧が供給された電極15との間に静電引力が発生し、固定部5が矢印p2で示す電極19側に変形する。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3は、図11Bに示すように支持部4a,4bに引っ張られる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図11Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3は、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 11A shows a so-called unit resonator in an initial state in which no voltage is supplied from the voltage control circuit 14 to all the electrodes 15. From this initial state, as shown in FIG. 11B, a desired voltage is supplied to the electrode 15 by the voltage control circuit 14, and a potential difference is applied between the electrode 15 and the fixed portion 5. In the diagram shown in FIG. 11B, it is assumed that voltage is supplied to all three electrodes 19. Then, an electrostatic attractive force is generated between each fixed portion 5 and the electrode 15 supplied with voltage, and the fixed portion 5 is deformed to the electrode 19 side indicated by the arrow p2. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b is pulled by the support parts 4a and 4b as shown in FIG. 11B. In such a phenomenon, a pressure is applied to each connection part of the vibration part 3 and the support parts 4a and 4b in a direction indicated by an arrow p1 in FIG. 11B. That is, the vibration part 3 receives negative pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

このように、電極19とそれぞれの固定部5との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部5を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。   In this way, by applying a potential difference between the electrode 19 and each fixing part 5, the fixing part 5 can be deformed by electrostatic attraction, and the pressure applied to the connection part can be controlled indirectly.

本実施形態例においても、図6に示すように、図11Aの初期状態をAで示すと、図11Bにおける状態は、接続部に負の圧力がかかるように、支持部4a,4bが振動部3を引っ張るので、図6のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。
このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路14から電極13に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 6, when the initial state in FIG. 11A is indicated by A, the state in FIG. 11B is that the support portions 4a and 4b are vibrating portions so that a negative pressure is applied to the connecting portion. Since 3 is pulled, as shown by B in FIG. 6, the resonance frequency fr decreases from the initial state.
Thus, when a pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 that is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency changes. Then, by finely adjusting the voltage supplied from the voltage control circuit 14 to the electrode 13, the pressure applied to the connection portion can be finely adjusted.

さらに、本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。本実施形態例においては、図11Bのように、3つの電極19全てに電圧を印加した例を示したが、選択する電極の数を変えることで静電引力を変えることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the pressure applied to the connecting portion can be finely adjusted according to the magnitude of the applied voltage supplied to the electrode, and the electrostatic voltage can be selected by selecting the electrode to which the voltage is applied. The attractive force can also be controlled. In the present embodiment, as shown in FIG. 11B, an example in which voltage is applied to all three electrodes 19 has been shown. However, the electrostatic attractive force can be changed by changing the number of electrodes to be selected, and the selected voltage is selected. The electrostatic attractive force can be finely adjusted by a combination of electrodes. If combined with voltage magnitude control, the electrostatic attractive force can be adjusted more precisely, and the frequency can be adjusted with high accuracy.

本実施形態例においては、例として、両側に3つずつの電極19を配置する構成としたが、電極の数は3つに限られるものではなく、必要に応じて、電極15の数を複数個に増やすことができる。また、固定部5に対向する基板6上に電極19を形成することにより、電極19が、図1に示す入力電極8、出力電極9から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。   In this embodiment, as an example, three electrodes 19 are arranged on both sides. However, the number of electrodes is not limited to three, and a plurality of electrodes 15 can be provided as necessary. Can be increased to pieces. In addition, by forming the electrode 19 on the substrate 6 facing the fixed portion 5, the electrode 19 is located at a distance from the input electrode 8 and the output electrode 9 shown in FIG. Furthermore, the control range of the applied pressure can be increased.

[第6の実施形態]
図12に、本発明の第6の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図12A,B,Cも、図5と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図12A,B,Cにおいて、図2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
FIG. 12 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the sixth embodiment of the present invention. 12A, 12B, and 12C are also cross-sectional views along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1, similarly to FIG. 5, and are obtained by modifying a part of the unit resonator 2 shown in FIG. . 12A, 12B, and 12C, parts corresponding to those in FIG.

図12Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、それぞれの固定部5に対向する基板6面上に、電極20がそれぞれ複数、本例では4つずつ配置されている。そして、この両側4つずつ形成された電極20は、電圧制御回路14に接続されている。この複数の電極20と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、固定部5は、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極20とは独立に電位を制御する回路を有している。図12においても、固定部5の電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 12A, in the unit resonator according to the present embodiment, a plurality of electrodes 20 are disposed on the surface of the substrate 6 facing the respective fixing portions 5, and four electrodes are disposed in this example. The four electrodes 20 formed on both sides are connected to the voltage control circuit 14. The plurality of electrodes 20 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In the present embodiment, the fixing portion 5 is made of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and has a circuit for controlling the potential independently of the electrode 20. Also in FIG. 12, illustration of a circuit for controlling the potential of the fixed portion 5 is omitted.

図12Bは、全ての電極20に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子を示している。この初期状態から、図12Aに示すように、電圧制御回路14により、4つの電極20のうち、振動部3側に偏った位置にある2つの電極20に所望の電圧を供給し、電極20と固定部5間に電位差を加える。そうすると、それぞれの固定部5と、電圧が供給された電極20との間に静電引力が発生し、固定部5が電圧が供給された電極20側、すなわち、振動部3側に引き寄せられて変形する。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3は、図12Aに示すように支持部4a,4bから正の圧力を受ける。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図12Aの矢印p3で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3は、両側の支持部4a,4bから正の圧力を受け、振動部3の有効質量が減少する。   FIG. 12B shows a so-called unit resonator in an initial state in which no voltage is supplied from the voltage control circuit 14 to all the electrodes 20. From this initial state, as shown in FIG. 12A, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to the two electrodes 20 that are biased toward the vibrating portion 3 side among the four electrodes 20. A potential difference is applied between the fixed portions 5. Then, an electrostatic attractive force is generated between each fixed portion 5 and the electrode 20 to which the voltage is supplied, and the fixed portion 5 is drawn toward the electrode 20 to which the voltage is supplied, that is, the vibrating portion 3 side. Deform. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b receives positive pressure from the support parts 4a and 4b as shown in FIG. 12A. In such a phenomenon, pressure is applied to the connecting portions of the vibrating portion 3 and the support portions 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p3 in FIG. 12A. That is, the vibration part 3 receives a positive pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 decreases.

次に、図12Cに示すように、電圧制御回路14により、4つの電極20のうち、振動部3から離れた外側に偏った位置にある2つの電極20に所望の電圧を供給し、電極20と固定部5間に電位差を加える。そうすると、それぞれの固定部5と、電圧が供給された電極20との間に静電引力が発生し、固定部5は電圧が供給された電極20側に引き寄せられて変形する。このとき、電圧が印加された電極20は、外側であるから、固定部5は、振動部3に対して反対側に引き寄せられるように変形する。これに起因して、支持部4a,4bに支持された振動部3は、図12Cに示すように支持部4a,4bから負の圧力を受ける。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図12Cの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3は、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   Next, as illustrated in FIG. 12C, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to the two electrodes 20 at the positions biased to the outer side away from the vibration unit 3 among the four electrodes 20. A potential difference is applied between the fixed portion 5 and the fixed portion 5. If it does so, electrostatic attraction will generate | occur | produce between each fixed part 5 and the electrode 20 to which the voltage was supplied, and the fixed part 5 will be drawn near to the electrode 20 side to which the voltage was supplied, and will deform | transform. At this time, since the electrode 20 to which the voltage is applied is on the outside, the fixed portion 5 is deformed so as to be drawn to the opposite side with respect to the vibrating portion 3. Due to this, the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b receives negative pressure from the support parts 4a and 4b as shown in FIG. 12C. In such a phenomenon, a pressure is applied to each connection part of the vibration part 3 and the support parts 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p1 in FIG. 12C. That is, the vibration part 3 receives negative pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

このように、電極20とそれぞれの固定部5との間に電位差を加えることで、静電引力により固定部5を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。   In this way, by applying a potential difference between the electrode 20 and each of the fixed portions 5, the fixed portion 5 can be deformed by electrostatic attraction and the pressure applied to the connection portion can be indirectly controlled.

本実施形態例の単位共振子においても、図8において、図12Bの初期状態をBで示すと、図12Aにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が、図12Bの状態よりも増加するので、振動部3の有効質量が減少し、図8のAで示すように、共振周波数frは増加する。さらに、図12Cにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が、図12Bに示す状態よりも増加するので、振動部3の有効質量がさらに増加し、図8のCに示すように、共振周波数frが減少する。   Also in the unit resonator of this embodiment example, when the initial state of FIG. 12B is indicated by B in FIG. 8, the state in FIG. 12A indicates that the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 is as shown in FIG. Therefore, the effective mass of the vibration part 3 decreases, and the resonance frequency fr increases as indicated by A in FIG. Further, in the state in FIG. 12C, the pressure applied from the support parts 4a and 4b to the vibrating part 3 is increased as compared with the state shown in FIG. 12B, so that the effective mass of the vibrating part 3 is further increased. As shown, the resonance frequency fr decreases.

このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路14から、供給される電極20の選択位置を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数frを調整することができる。   Thus, when a pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 that is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency changes. Then, by adjusting the selection position of the supplied electrode 20 from the voltage control circuit 14, the pressure applied to the connection portion can be adjusted, and accordingly, the resonance frequency fr can be adjusted.

本実施形態例においては、例として、両側に4つずつの電極20を配置する構成としたが、4つに限られるものではなく、必要に応じて、電極20の数を複数個に増やすことができる。
さらに、本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。また、選択する電極の数や位置を変えることで静電引力を変えることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。
In this embodiment, as an example, four electrodes 20 are arranged on both sides. However, the number of electrodes 20 is not limited to four and the number of electrodes 20 is increased to a plurality if necessary. Can do.
Furthermore, according to the present embodiment, the pressure applied to the connecting portion can be finely adjusted according to the magnitude of the applied voltage supplied to the electrode, and the electrostatic voltage can be selected by selecting the electrode to which the voltage is applied. The attractive force can also be controlled. Further, the electrostatic attractive force can be changed by changing the number and position of the selected electrodes, and the electrostatic attractive force can be finely adjusted by the combination of the selected electrodes. If combined with voltage magnitude control, the electrostatic attractive force can be adjusted more precisely, and the frequency can be adjusted with high accuracy.

また、固定部5に対向する基板6上に電極18を形成することにより、電極20が、図1に示す入力電極8、出力電極9から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られ、さらに、印加される圧力の制御範囲を大きくすることができる。   Further, by forming the electrode 18 on the substrate 6 facing the fixed portion 5, the electrode 20 is located at a distance from the input electrode 8 and the output electrode 9 shown in FIG. Furthermore, the control range of the applied pressure can be increased.

[第7の実施形態]
図13に、本発明の第7の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図13A,Bは、図2と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図13A,Bにおいて、図1,2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Seventh Embodiment]
FIG. 13 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the seventh embodiment of the present invention. 13A and 13B are cross-sectional views taken along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1, similarly to FIG. 2, and a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 2 is modified. 13A and 13B, parts corresponding to those in FIGS.

図13Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部4a,4b及び振動部3に対向する基板6面上に電極21が配置されている。そして、この電極21は、電圧制御回路14に接続されている。この電極21と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部4a,4b、振動部3は、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極21とは独立に電位を制御する回路を有している。図13においては、支持部4a,4b及び振動部3の電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 13A, in the unit resonator according to this embodiment, the electrode 21 is disposed on the surface of the substrate 6 facing the support portions 4 a and 4 b and the vibration portion 3. The electrode 21 is connected to the voltage control circuit 14. The electrode 21 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In this embodiment, the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3 are formed of conductive polysilicon doped with phosphorus (P) and have a circuit for controlling the potential independently of the electrode 21. Yes. In FIG. 13, a circuit for controlling the potentials of the support portions 4 a and 4 b and the vibration portion 3 is not shown.

図13Aは、電極21に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、電圧制御回路14により、電極21に所望の電圧を供給し、電極21と、支持部4a,4b、及び振動部3との間に電位差を加える。そうすると、支持部4a,4b及び振動部3と、電極13との間に静電引力が発生し、支持部4a,4b及び振動部3が電極21側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図13Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3は、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 13A shows a so-called initial state in which no voltage is supplied to the electrode 21 from the voltage control circuit 14. From this initial state, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to the electrode 21, and a potential difference is applied between the electrode 21, the support portions 4 a and 4 b, and the vibration portion 3. If it does so, electrostatic attraction will generate | occur | produce between the support parts 4a and 4b and the vibration part 3, and the electrode 13, and the support parts 4a and 4b and the vibration part 3 will be drawn near to the electrode 21 side. In such a phenomenon, a pressure is applied to each connection part of the vibration part 3 and the support parts 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p1 in FIG. 13B. That is, the vibration part 3 receives negative pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

このように、電極21と支持部4a,4b、及び振動部3との間に電位差を加えることで、静電引力により支持部4a,4b、及び振動部3を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。   In this way, by applying a potential difference between the electrode 21 and the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3, the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3 are deformed by electrostatic attraction, and indirectly connected portions. The pressure applied to can be controlled.

本実施形態例においても、図6に示すように、図13Aの初期状態をAで示すと、図13Bにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が減少するので、図6のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。
このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路14から電極21に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 6, when the initial state of FIG. 13A is indicated by A, the state in FIG. 13B is that the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 is reduced. As shown by B in FIG. 6, the resonance frequency fr decreases from the initial state.
Thus, when a pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 that is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency changes. Then, by finely adjusting the voltage supplied from the voltage control circuit 14 to the electrode 21, the pressure applied to the connection portion can be finely adjusted.

[第8の実施形態]
図14に、本発明の第8の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図14A,B,Cも、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図14A,B,Cにおいて、図2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Eighth Embodiment]
FIG. 14 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the eighth embodiment of the present invention. 14A, 14B, and 14C are also cross-sectional views along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1, and are obtained by modifying a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 14A, 14B, and 14C, parts corresponding to those in FIG.

図14Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部4a,4b及び振動部3に対向する基板6面上に複数、例えば7つの電極22が、等間隔に配置されている。そして、この7つの電極22は、電圧制御回路14に接続されている。この複数の電極22と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部4a,4b及び振動部3は、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極22とは独立に電位を制御する回路を有している。図12においても、支持部4a,4b及び振動部3の電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 14A, in the unit resonator according to this embodiment, a plurality of, for example, seven electrodes 22 are arranged at equal intervals on the surface of the substrate 6 facing the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3. Yes. The seven electrodes 22 are connected to the voltage control circuit 14. The plurality of electrodes 22 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In the present embodiment, the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3 are formed of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and have a circuit for controlling the potential independently of the electrode 22. Yes. Also in FIG. 12, illustration of the circuit which controls the electric potential of support part 4a, 4b and the vibration part 3 is abbreviate | omitted.

図14Aは、全ての電極22に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態である。この初期状態から、図14Bに示すように、電圧制御回路14により、一部の電極22に所望の電圧を供給し、その電圧が供給された電極22と支持部4a,4b,及び振動部3との間に電位差を加える。図14Bに示す図においては、それぞれの固定部5側、すなわち外側から3つの電極22に電圧が供給されている例とする。そうすると、支持部4a,4b及び振動部3と、電圧が供給された電極22との間に静電引力が発生し、支持部4a,4b及び振動部3が電極22側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図14Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。すなわち、振動部3には、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 14A shows a so-called initial state in which no voltage is supplied to all the electrodes 22 from the voltage control circuit 14. From this initial state, as shown in FIG. 14B, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to some of the electrodes 22, and the electrodes 22, the supporting portions 4a and 4b, and the vibrating portion 3 to which the voltages are supplied. A potential difference is added between In the diagram shown in FIG. 14B, voltage is supplied to the three electrodes 22 from the respective fixed portions 5 side, that is, from the outside. If it does so, electrostatic attraction will generate | occur | produce between the support parts 4a and 4b and the vibration part 3, and the electrode 22 to which the voltage was supplied, and the support parts 4a and 4b and the vibration part 3 will be drawn near to the electrode 22 side. In such a phenomenon, a pressure is applied to each connection part of the vibration part 3 and the support parts 4a and 4b in a direction indicated by an arrow p1 in FIG. 14B. That is, the vibration part 3 receives negative pressure from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

次に、7つの電極11の全てに電圧を印加し、全ての電極11と支持部4a,4b間に電位差を加える。そうすると、図14Cに示すように、7つの電極22と、それぞれの支持部4a,4b及び振動部3との間に、図14Bに示した例よりも大きな静電引力が発生し、支持部4a,4b及び振動部3が電極15側に引き寄せられる。そして、図14Cに示す例においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部に、矢印p1で示す方向に、図14Bに示す例よりも大きな圧力が印加される。すなわち、振動部3には、両側の支持部4a,4bから、図14Bに示す例よりも絶対値の大きい負の圧力を受け、振動部3の有効質量がさらに増加する。   Next, a voltage is applied to all of the seven electrodes 11, and a potential difference is applied between all the electrodes 11 and the support portions 4a and 4b. Then, as shown in FIG. 14C, a larger electrostatic attraction than the example shown in FIG. 14B is generated between the seven electrodes 22 and the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3, and the support portion 4a. 4b and the vibrating part 3 are drawn toward the electrode 15 side. In the example shown in FIG. 14C, a pressure larger than that in the example shown in FIG. 14B is applied to the connection portions of the vibrating portion 3 and the support portions 4a and 4b in the direction indicated by the arrow p1. That is, the vibration part 3 receives a negative pressure having a larger absolute value than the example shown in FIG. 14B from the support parts 4a and 4b on both sides, and the effective mass of the vibration part 3 further increases.

本実施形態例においては、図8に示すように、図14Aの初期状態をAで示すと、図14Bにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が減少するので、振動部3の有効質量が増加し、図8のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。さらに、図14Cにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が、図14Bに示す状態よりも減少するので、振動部3の有効質量がさらに増加し、図8のCに示すように、共振周波数frもさらに減少する。   In this embodiment, as shown in FIG. 8, when the initial state of FIG. 14A is indicated by A, the state in FIG. 14B is that the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 decreases. The effective mass of the vibration part 3 increases, and as shown by B in FIG. 8, the resonance frequency fr decreases from the initial state. Further, in the state in FIG. 14C, the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 is reduced as compared with the state shown in FIG. 14B, so that the effective mass of the vibrating portion 3 is further increased. As shown, the resonance frequency fr is further reduced.

このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。そして、電圧制御回路14から、供給される電極22の個数を調整することで、接続部に印加される圧力を調整することができ、それに伴って、共振周波数frを調整することができる。   Thus, when a pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 that is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency changes. Then, by adjusting the number of electrodes 22 supplied from the voltage control circuit 14, the pressure applied to the connecting portion can be adjusted, and accordingly, the resonance frequency fr can be adjusted.

本実施形態例においては、例として、両7つの電極15を配置する構成としたが、7つに限られるものではなく、必要に応じて、電極22の数を複数個に増やすことができる。また、図14Bに示すように、複数の電極のうち一部分の電極に電圧を印加する場合は、振動部3と支持部4a,4bとの接続部に同一の圧力が印加されるように、振動部に対して対称な位置の電極に、同じ電圧を印加する。   In the present embodiment, as an example, both the seven electrodes 15 are arranged. However, the number is not limited to seven, and the number of electrodes 22 can be increased to a plurality if necessary. Further, as shown in FIG. 14B, when applying a voltage to a part of the plurality of electrodes, the vibration is applied so that the same pressure is applied to the connecting portion between the vibrating portion 3 and the support portions 4a and 4b. The same voltage is applied to the electrodes at positions symmetrical to the part.

本実施形態例によれば、電極に供給する印加電圧の大きさによって、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる他、電圧を印加する電極を選択することで、静電引力を制御することもできる。選択する電極の数を増やすことで静電引力を強くすることができるほか、選択した電極の組合せによっても静電引力を微調整することができる。電圧の大きさ制御との組合せすればさらに精細に静電引力を調整することが可能となり、高精度に周波数を調整することができる。   According to the present embodiment, the pressure applied to the connecting portion can be finely adjusted according to the magnitude of the applied voltage supplied to the electrode, and the electrostatic attractive force can be reduced by selecting the electrode to which the voltage is applied. It can also be controlled. The electrostatic attractive force can be increased by increasing the number of electrodes to be selected, and the electrostatic attractive force can be finely adjusted by the combination of the selected electrodes. If combined with voltage magnitude control, the electrostatic attractive force can be adjusted more precisely, and the frequency can be adjusted with high accuracy.

[第9の実施形態]
図15に、本発明の第9の実施形態に係る単位共振子の概略断面構成を示す。図15A,Bは、図2と同様に、図1の共振器1におけるA−A線上に沿った断面図であり、図2で示す単位共振子2の一部を変形したものである。図15A,Bにおいて、図1,2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Ninth Embodiment]
FIG. 15 shows a schematic cross-sectional configuration of a unit resonator according to the ninth embodiment of the present invention. 15A and 15B are cross-sectional views taken along the line AA in the resonator 1 of FIG. 1, similarly to FIG. 2, and a part of the unit resonator 2 shown in FIG. 2 is modified. 15A and 15B, parts corresponding to those in FIGS.

図15Aに示すように、本実施形態例の単位共振子においては、支持部4a,4b及び振動部3の上部であって、基板6側とは反対側の対向する位置に、支持部4a,4b及び振動部3と空間を介して電極24が配置されている。そして、この電極24は、電圧制御回路14に接続されている。電極24は、例えば、単位共振子を気密に封止するために設けられる封止膜23に固定されて形成される。この電極24と電圧制御回路14により、圧力制御機構が構成される。また、本実施形態例において、支持部4a,4b及び振動部3は、リン(P)をドープした導電性のポリシリコンで形成され、電極24とは独立に電位を制御する回路を有している。図15においては、支持部4a,4b及び振動部3の電位を制御する回路の図示は省略する。   As shown in FIG. 15A, in the unit resonator according to the present embodiment, the support portions 4a, 4b and the vibrating portion 3 are located on the opposite sides of the support portion 4a, 4b and the vibration portion 3 at opposite positions. The electrode 24 is arranged through the space 4b and the vibration part 3 and the space. The electrode 24 is connected to the voltage control circuit 14. The electrode 24 is formed, for example, by being fixed to a sealing film 23 provided for hermetically sealing the unit resonator. The electrode 24 and the voltage control circuit 14 constitute a pressure control mechanism. In the present embodiment, the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3 are formed of conductive polysilicon doped with phosphorus (P), and have a circuit for controlling the potential independently of the electrode 24. Yes. In FIG. 15, the circuit for controlling the potentials of the support portions 4 a and 4 b and the vibration portion 3 is not shown.

図15Aは、電極24に電圧制御回路14から電圧が供給されていない、いわゆる初期状態の単位共振子の状態を示している。この初期状態から、電圧制御回路14により、電極24に所望の電圧を供給し、電極24と支持部4a,4bと振動部3との間に電位差を加える。そうすると、支持部4a,4b及び振動部3と、電極24との間に静電引力が発生し、支持部4a,4b及び振動部3が電極24側に引き寄せられる。このような現象においては、振動部3と支持部4a,4bのそれぞれの接続部には、図15Bの矢印p1で示す方向に圧力が印加される。そして、振動部3は、両側の支持部4a,4bから負の圧力を受け、振動部3の有効質量が増加する。   FIG. 15A shows a so-called initial state of the unit resonator in which no voltage is supplied to the electrode 24 from the voltage control circuit 14. From this initial state, the voltage control circuit 14 supplies a desired voltage to the electrode 24, and a potential difference is applied between the electrode 24, the support portions 4 a and 4 b, and the vibration portion 3. If it does so, electrostatic attraction will generate | occur | produce between the support parts 4a and 4b and the vibration part 3, and the electrode 24, and the support parts 4a and 4b and the vibration part 3 will be drawn near to the electrode 24 side. In such a phenomenon, a pressure is applied to each connection part of the vibration part 3 and the support parts 4a and 4b in a direction indicated by an arrow p1 in FIG. 15B. And the vibration part 3 receives a negative pressure from the support parts 4a and 4b of both sides, and the effective mass of the vibration part 3 increases.

このように、電極24と支持部4a,4b及び振動部3との間に電位差を加えることで、静電引力により支持部4a,4b及び振動部3を変形させ、間接的に接続部への印加圧力を制御することができる。   In this way, by applying a potential difference between the electrode 24 and the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3, the support portions 4a and 4b and the vibration portion 3 are deformed by electrostatic attraction, and indirectly connected to the connection portion. The applied pressure can be controlled.

本実施形態例においても、図6において、図15Aの初期状態をAで示すと、図15Bにおける状態は、支持部4a,4bから振動部3へ印加される圧力が減少するので、接続部に印加される圧力が減少し、図6のBで示すように、共振周波数frは初期状態よりも減少する。   Also in this embodiment example, when the initial state of FIG. 15A is indicated by A in FIG. 6, the state in FIG. 15B is that the pressure applied from the support portions 4a and 4b to the vibrating portion 3 is reduced. The applied pressure decreases, and the resonance frequency fr decreases from the initial state as shown by B in FIG.

このように、振動部3の振動方向と交差する方向に圧力が印加されることにより、支持部4a,4b間の節領域である振動部4の有効質量が変化し、共振周波数が変化する。また、本実施形態例においても、電圧制御回路14から電極24に供給される電圧を細かく調整することにより、接続部に印加される圧力を細かく調整することができる。   Thus, when a pressure is applied in a direction crossing the vibration direction of the vibration part 3, the effective mass of the vibration part 4 that is a node region between the support parts 4a and 4b changes, and the resonance frequency changes. Also in the present embodiment, the pressure applied to the connecting portion can be finely adjusted by finely adjusting the voltage supplied from the voltage control circuit 14 to the electrode 24.

本実施形態例においては、電極24は、封止膜23に形成される例としたが、これに限られるものでは無く、支持部4a,4bに対向する位置であって、基板6とは反対側の位置に形成される別の上部基板に構成することもできる。封止膜23は、振動部3を気密に保持するために必ず設けられるものであるから、本実施形態例のように、封止膜23に電極24を形成する場合は、工程数を増やすことなく電極を設けることができる。   In this embodiment, the electrode 24 is formed on the sealing film 23. However, the present invention is not limited to this. The electrode 24 is located at a position facing the support portions 4a and 4b and is opposite to the substrate 6. Another upper substrate formed at the side position can also be configured. Since the sealing film 23 is necessarily provided in order to keep the vibration part 3 airtight, when the electrode 24 is formed on the sealing film 23 as in the present embodiment, the number of steps is increased. Electrode can be provided.

また、本実施形態例によれば、電極24を基板6とは反対側に構成することにより、電極24が、図1に示す入力電極8、出力電極9から距離的に離れた位置となるので、ノイズの低減が図られる。   In addition, according to the present embodiment example, by configuring the electrode 24 on the side opposite to the substrate 6, the electrode 24 is positioned away from the input electrode 8 and the output electrode 9 shown in FIG. Noise can be reduced.

上述した第7の実施形態〜第9の実施形態においては、電極は支持部4a,4b及び振動部に対向する位置に形成されたものであった。振動部3の幅が長い場合は、振動部3に対向する位置にのみ電極を構成する例としても、第7の実施形態〜第9の実施形態に記載した効果と同様の効果が得られる。また、上述した第1の実施形態〜第9の実施形態に係る静電駆動型の共振器では、共振部3と支持部4a,4bと、固定部5の少なくとも表面部とが、連続して同一部材、例えば不純物ドープのポリシリコンで一体形成することができる。   In the seventh to ninth embodiments described above, the electrodes are formed at positions facing the support portions 4a and 4b and the vibration portion. When the width of the vibration part 3 is long, the same effects as those described in the seventh to ninth embodiments can be obtained as an example in which the electrode is configured only at a position facing the vibration part 3. In the electrostatic drive type resonators according to the first to ninth embodiments described above, the resonance part 3, the support parts 4a and 4b, and at least the surface part of the fixed part 5 are continuously provided. It can be integrally formed of the same member, for example, impurity-doped polysilicon.

上述した第1の実施形態〜第9の実施形態の単位共振子からなる共振器は発振回路に用いることができる。以下に、実際に上述の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を発振回路に用いる場合について説明する。   The resonator composed of the unit resonators of the first to ninth embodiments described above can be used for an oscillation circuit. Hereinafter, a case where a resonator including a unit resonator having the above-described pressure control mechanism is actually used for an oscillation circuit will be described.

図16に、第1の実施形態〜第9の実施形態の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を発振回路に用いた場合の発振器のブロック図を示す。
図16に示す発振器25は、例えば共振器28、帰還回路29から構成される発振回路30と、周波数調整に必要な電圧を制御して供給する電圧制御回路26と、電圧制御回路26から供給された電圧を共振器28の個体差に応じた周波数調整電圧として取り出して共振器28に供給するトリミング回路27とから構成される。
FIG. 16 shows a block diagram of an oscillator when a resonator including a unit resonator having the pressure control mechanism of the first to ninth embodiments is used in an oscillation circuit.
The oscillator 25 shown in FIG. 16 is supplied from an oscillation circuit 30 including, for example, a resonator 28 and a feedback circuit 29, a voltage control circuit 26 that supplies a voltage necessary for frequency adjustment, and a voltage control circuit 26. The trimming circuit 27 extracts the voltage obtained as a frequency adjustment voltage corresponding to the individual difference of the resonators 28 and supplies the voltage to the resonators 28.

電圧制御回路26は、図示しない電源から供給される電圧を、周波数調整に必要な電圧にまで昇圧または降圧して共振器28に供給するものであり、電源の安定化の役割も担っている。
トリミング回路27は、共振器28の接続部に印加される圧力の圧力制御範囲を調整する回路であり、例えば、ポリシリコン抵抗のアレイ回路で構成される。そして、トリミング回路27においては、電圧制御回路26から提供される電位から共振器28の接続部に印加される圧力を制御するために必要な、実際の圧力制御電圧を取り出す。アレイ回路の抵抗値は製造初期にポリシリコンを選択することで、製造初期の周波数精度の調整回路として機能する。
共振器28には、第1の実施形態〜第9の実施形態で示された単位共振子から構成される共振器が用いられる。共振器28では、トリミング回路27により取り出された実際の圧力制御電圧によりにより精度良く調整され、所望の共振周波数が得られる。
そして、共振器28より精度良く調整された共振周波数による信号が帰還回路29を介して発振回路30から発振される。
このように、トリミング回路27を制御電圧回路26と共振器28との間に介入させて、発振器25を構成すれば、周波数偏差の小さい発振器を提供することができる。
The voltage control circuit 26 increases or decreases a voltage supplied from a power source (not shown) to a voltage necessary for frequency adjustment and supplies the voltage to the resonator 28, and also plays a role of stabilizing the power source.
The trimming circuit 27 is a circuit that adjusts the pressure control range of the pressure applied to the connection portion of the resonator 28, and includes, for example, an array circuit of polysilicon resistors. In the trimming circuit 27, an actual pressure control voltage necessary for controlling the pressure applied to the connection portion of the resonator 28 is extracted from the potential provided from the voltage control circuit 26. The resistance value of the array circuit functions as an adjustment circuit of frequency accuracy at the initial stage of manufacture by selecting polysilicon at the initial stage of manufacture.
As the resonator 28, a resonator composed of the unit resonators shown in the first to ninth embodiments is used. The resonator 28 is adjusted with high accuracy by the actual pressure control voltage extracted by the trimming circuit 27, and a desired resonance frequency is obtained.
Then, a signal having a resonance frequency adjusted with high accuracy by the resonator 28 is oscillated from the oscillation circuit 30 via the feedback circuit 29.
As described above, if the oscillator 25 is configured by interposing the trimming circuit 27 between the control voltage circuit 26 and the resonator 28, an oscillator having a small frequency deviation can be provided.

また、図17に、第1の実施形態〜第9の実施形態の圧力制御機構を有する単位共振子からなる共振器を、発振回路に用いた場合の発振器の回路ブロック図を示す。この例において発振器32は、例えば共振器28と帰還回路29とにより構成される発信回路30と、共振器28に接続される電圧制御回路26と、電圧制御回路に接続される温度センサ33及びメモリ31とから構成される。図17において、図16に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。   FIG. 17 shows a circuit block diagram of an oscillator when a resonator including a unit resonator having the pressure control mechanism of the first to ninth embodiments is used in an oscillation circuit. In this example, the oscillator 32 includes, for example, a transmission circuit 30 including a resonator 28 and a feedback circuit 29, a voltage control circuit 26 connected to the resonator 28, a temperature sensor 33 and a memory connected to the voltage control circuit. 31. In FIG. 17, parts corresponding to those in FIG.

温度センサ33は、電圧制御回路26に温度情報を供給するものである。また、メモリ31は、温度センサ33による温度情報と共振周波数特性により決定される必要な制御電圧の値を電圧制御回路26に読み出すものである。
すなわち、電圧制御回路26は、図示しない電源より供給される電圧から共振器28の接続部に印加される圧力を制御するための圧力制御電圧を取り出すと共に、温度センサ33からの値に基づき、メモリ31内の該当情報を読み込んで、共振器28に供給する圧力制御電圧を変化させる機能を有している。これにより、共振器28には、周波数の温度特性が補償された圧力制御電圧が供給され、接続部に印加される圧力が制御される。そして、温度補償されることにより精度良く調整された共振周波数による信号が、帰還回路29を介して発信回路30から発振される。
The temperature sensor 33 supplies temperature information to the voltage control circuit 26. Further, the memory 31 reads out the necessary control voltage value determined by the temperature information from the temperature sensor 33 and the resonance frequency characteristic to the voltage control circuit 26.
That is, the voltage control circuit 26 extracts a pressure control voltage for controlling the pressure applied to the connection portion of the resonator 28 from a voltage supplied from a power source (not shown), and based on the value from the temperature sensor 33, the memory 31 has a function of reading the corresponding information in 31 and changing the pressure control voltage supplied to the resonator 28. As a result, a pressure control voltage in which the temperature characteristic of the frequency is compensated is supplied to the resonator 28, and the pressure applied to the connection portion is controlled. Then, a signal having a resonance frequency adjusted with accuracy by temperature compensation is oscillated from the transmission circuit 30 via the feedback circuit 29.

図18に示す回路ブロック図は、図16と図17に示した例を組み合わせた発振器の回路ブロック図である。すなわち、この例における発振器34は、共振器28、帰還回路29とから構成される発振回路30と、メモリ31、温度センサ33が接続される電圧制御回路26と、電圧制御回路26と共振器28との間に接続されるトリミング回路27とから構成される。
図18において、図16及び図17に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
The circuit block diagram shown in FIG. 18 is a circuit block diagram of an oscillator that combines the examples shown in FIGS. 16 and 17. That is, the oscillator 34 in this example includes an oscillation circuit 30 including a resonator 28 and a feedback circuit 29, a voltage control circuit 26 to which a memory 31 and a temperature sensor 33 are connected, a voltage control circuit 26, and a resonator 28. And a trimming circuit 27 connected between the two.
18, parts corresponding to those in FIGS. 16 and 17 are given the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図18に示す例によれば、温度センサ33とトリミング回路27の機能を併せ持つことにより、共振器28に、高い周波数初期精度と、温度変化の補償機能を同時に提供することができる。これにより制御された共振器28から精度良く調整された共振周波数が、帰還回路29を介して発振回路30より発振される。このように、温度センサ33とトリミング回路27の機能を併せることより、TCXOクラスの周波数精度を有する発振器34を実現することが可能である。   According to the example shown in FIG. 18, by combining the functions of the temperature sensor 33 and the trimming circuit 27, it is possible to provide the resonator 28 with a high frequency initial accuracy and a temperature change compensation function at the same time. Thus, the resonance frequency adjusted with high accuracy from the controlled resonator 28 is oscillated from the oscillation circuit 30 via the feedback circuit 29. Thus, by combining the functions of the temperature sensor 33 and the trimming circuit 27, it is possible to realize the oscillator 34 having a frequency accuracy of TCXO class.

ところで、共振器などの素子においては、素子の温度上昇に伴い振動部が熱膨張するという問題がある。図19Aに、図1の環状の共振器において、入力電極及び出力電極を省略した平面模式図に示し、図19Bには要部の拡大図を示す。図19A,Bにおいて、図1に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
環状の共振器において、素子が熱膨張を起こすと、図19Bの破線aで示すように、振動部3が膨張し、これにより、振動部3は図19Aの矢印P4に示す方向に伸びて外側に広がる力が発生する。そうすると、単位共振子のバネ定数が下がって、共振周波数が下がる減少が観測される。このとき、単位共振子において、支持部4a,4bが、振動部3と同材料で形成されている場合、支持部4a,4bも図19Bの破線bで示すような範囲に伸びるので、支持部4a,4bからは、外側に広がった環状を縮める方向に力が働く。しかしながら、このような支持部4a,4bの膨張では、共振周波数の低下をキャンセルさせるほどの圧力は印加されない。
By the way, in an element such as a resonator, there is a problem that the vibration part thermally expands as the temperature of the element increases. FIG. 19A is a schematic plan view in which the input electrode and the output electrode are omitted from the annular resonator of FIG. 1, and FIG. 19B is an enlarged view of the main part. 19A and 19B, parts corresponding to those in FIG.
In the annular resonator, when the element undergoes thermal expansion, as shown by a broken line a in FIG. 19B, the vibration part 3 expands, whereby the vibration part 3 extends in the direction indicated by the arrow P4 in FIG. A force that spreads out is generated. As a result, a decrease in the resonance frequency is observed as the spring constant of the unit resonator decreases. At this time, in the unit resonator, when the support portions 4a and 4b are made of the same material as that of the vibration portion 3, the support portions 4a and 4b also extend in a range shown by a broken line b in FIG. 19B. From 4a and 4b, force acts in the direction of contracting the ring that has spread outward. However, in such expansion of the support portions 4a and 4b, a pressure that cancels the decrease in the resonance frequency is not applied.

以下に説明する実施の形態では、振動部と支持部を、熱膨張係数の異なる材料で形成することにより、共振周波数を調整する例を示す。   In the embodiment described below, an example in which the resonance frequency is adjusted by forming the vibration part and the support part from materials having different thermal expansion coefficients will be described.

[第10の実施形態]
図20Aに、本発明の第10の実施形態に係る単位共振器の要部における概略平面を示す。図20Aは、図1に示す共振器1を構成する単位共振子2の構成を一部変えたものであり、図1に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
[Tenth embodiment]
FIG. 20A shows a schematic plan view of the main part of a unit resonator according to the tenth embodiment of the present invention. FIG. 20A is a partial change of the configuration of the unit resonator 2 constituting the resonator 1 shown in FIG. 1, and portions corresponding to those in FIG.

本実施形態例においては、振動部3は、振動部3の材料よりも熱膨張率の大きい材料で形成された支持部40により両側から支持されている。本実施形態例においては、例えば、振動部3と、振動部3に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部40とにより圧力制御機構が構成される。   In the present embodiment, the vibration part 3 is supported from both sides by a support part 40 formed of a material having a higher thermal expansion coefficient than the material of the vibration part 3. In the present embodiment, for example, the pressure control mechanism is configured by the vibrating portion 3 and the support portion 40 formed of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the material used for the vibrating portion 3.

図20Bに、図20Aで示した構成を有する共振器の概略平面構成を示す。素子が、熱膨張することにより、振動部3が矢印P4方向に広がろうとする。しかしながら、本実施形態例では、支持部40が、振動部3を構成する材料よりも熱膨張率の高い材料で形成されているため、支持部40が熱膨張し、支持部40と振動部3との接続部に対して、矢印P5で示す正の圧力が印加される。そうすると、振動部3の熱膨張により下げられたバネ定数が、支持部40の熱膨張によって接続部に印加された正の圧力により補償される。
このように、支持部40を振動部3より大きな熱膨張係数を有する材料で形成することにより、共振周波数の低下を比較的小さくすることができる。
具体的には、振動部3をポリシリコンで形成した場合は、ポリシリコンの10倍の熱膨張率を有すアルミニウム(Al)で支持部40を形成することで、接続部への印加圧力を高めて、共振周波数を上げる方向に、支持部40の熱膨張を作用させ、共振周波数の減少を抑制することができる。このように、本実施形態例では、振動部3の熱膨張時に対応した振動部3及び支持部40の熱膨張率の差異により、接続部への印加圧力が発生される。
FIG. 20B shows a schematic plan configuration of a resonator having the configuration shown in FIG. 20A. As the element thermally expands, the vibrating portion 3 tends to expand in the direction of the arrow P4. However, in the present embodiment example, the support portion 40 is formed of a material having a higher thermal expansion coefficient than the material constituting the vibration portion 3, so that the support portion 40 is thermally expanded, and the support portion 40 and the vibration portion 3. A positive pressure indicated by an arrow P5 is applied to the connecting portion. Then, the spring constant lowered by the thermal expansion of the vibration part 3 is compensated by the positive pressure applied to the connection part by the thermal expansion of the support part 40.
Thus, by forming the support part 40 with a material having a larger thermal expansion coefficient than that of the vibration part 3, it is possible to make the decrease in the resonance frequency relatively small.
Specifically, when the vibrating portion 3 is formed of polysilicon, the supporting portion 40 is formed of aluminum (Al) having a thermal expansion coefficient 10 times that of polysilicon, so that the pressure applied to the connecting portion can be reduced. The thermal expansion of the support part 40 can be applied in the direction of increasing the resonance frequency to suppress the decrease in the resonance frequency. As described above, in this embodiment, the pressure applied to the connection portion is generated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the vibrating portion 3 and the support portion 40 corresponding to the thermal expansion of the vibrating portion 3.

本実施形態例では、振動部3を支持する内側の支持部40と、外側の支持部40を同様の構成とした。本実施形態例は、これに限られるものではなく、内側の支持部40と、外側の支持部40の大きさを変えたり、材料を熱膨張係数の異なるものとしたりする等の設計をして支持部40の総合的な熱膨張係数を理想的に構成することができる。   In the present embodiment, the inner support portion 40 that supports the vibrating portion 3 and the outer support portion 40 have the same configuration. The present embodiment is not limited to this, and is designed to change the size of the inner support portion 40 and the outer support portion 40 or to make the material have a different coefficient of thermal expansion. The overall thermal expansion coefficient of the support portion 40 can be ideally configured.

次に、振動部の熱膨張時に対応した振動部及び支持部の熱膨張率の差異により、接続部への印加圧力が発生される単位共振子の、他の実施形態例について説明する。   Next, another exemplary embodiment of the unit resonator in which the pressure applied to the connection portion is generated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the vibration portion and the support portion corresponding to the thermal expansion of the vibration portion will be described.

[第11の実施形態]
図21に、本発明の第11の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面を示す。図21は、図20と同様に、図1に示す共振器1を構成する単位共振子2の構成を一部変えたものである。図21において、図20に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
[Eleventh embodiment]
FIG. 21 shows a schematic plan view of the main part of the unit resonator according to the eleventh embodiment of the present invention. FIG. 21 shows a part of the configuration of the unit resonator 2 constituting the resonator 1 shown in FIG. In FIG. 21, parts corresponding to those in FIG.

本実施形態例の単位共振子は、支持部41の材料を振動部3の材料よりも熱膨張係数の大きい材料で構成し、かつ、支持部41を、支持部41と振動部3の接続面の幅W1より、垂線方向の幅W2が長い直方体としている。このとき、支持部41と、振動部3の接続面の幅W1は図20に示す例と同じである。本実施形態例においては、振動部3と、振動部3に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部41とにより圧力制御機構が構成される。   In the unit resonator according to this embodiment, the material of the support portion 41 is made of a material having a larger thermal expansion coefficient than the material of the vibration portion 3, and the support portion 41 is connected to the connection surface between the support portion 41 and the vibration portion 3. The rectangular parallelepiped has a longer width W2 in the perpendicular direction than the width W1. At this time, the width W1 of the connection surface of the support part 41 and the vibration part 3 is the same as the example shown in FIG. In the present embodiment, the pressure control mechanism is configured by the vibrating portion 3 and the support portion 41 formed of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the material used for the vibrating portion 3.

接続面が大きくなることで、共振のQ値は小さくなる傾向があるため、接続面積を小さくすることが共振設計上好ましい。しかし、温度補正のために、接続部に十分な力を印加するためには、面積が広いほうが望ましい。
本実施形態例では、接続面の幅W1を変えずに、接続面に対して垂線方向の幅W2を大きくすることにより、支持部41と、振動部3の接触面積を一定に保ったまま、直方体の長手方向に十分な長さをとった支持部とした。このような構成とすることで、Q値を保ちつつ、支持部41の膨張量を十分に確保し、制御圧力を大きくとることができる。
Since the Q value of resonance tends to be reduced by increasing the connection surface, it is preferable in terms of resonance design to reduce the connection area. However, in order to apply a sufficient force to the connecting portion for temperature correction, it is desirable that the area is large.
In this embodiment, the contact area between the support portion 41 and the vibration portion 3 is kept constant by increasing the width W2 in the direction perpendicular to the connection surface without changing the width W1 of the connection surface. The support portion had a sufficient length in the longitudinal direction of the rectangular parallelepiped. With such a configuration, it is possible to secure a sufficient amount of expansion of the support portion 41 and increase the control pressure while maintaining the Q value.

[第12の実施形態]
図22に、本発明の第12の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面を示す。図22は、図20と同様に、図1に示す共振器1を構成する単位共振子2の構成を一部変えたものである。図22において、図20に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Twelfth embodiment]
FIG. 22 shows a schematic plan view of the main part of a unit resonator according to the twelfth embodiment of the present invention. FIG. 22 shows a part of the configuration of the unit resonator 2 constituting the resonator 1 shown in FIG. In FIG. 22, parts corresponding to those in FIG.

本実施形態例の単位共振子は、支持部42の材料が振動部3の材料よりも熱膨張係数の大きい材料で構成され、かつ、支持部42の固定部5側が二股に構成されている。図22Aは、二股部分を湾曲させて支持部42を構成した例であり、図22Bは、二股部分を直線的して支持部43を構成した例である。本実施形態例においては、振動部3と、振動部3に用いられる材料より熱膨張率の大きい材料により形成された支持部42,43とにより圧力制御機構が構成される。   In the unit resonator according to this embodiment, the material of the support portion 42 is made of a material having a larger thermal expansion coefficient than the material of the vibration portion 3, and the fixing portion 5 side of the support portion 42 is formed in a bifurcated manner. 22A is an example in which the forked portion is curved and the support portion 42 is configured, and FIG. 22B is an example in which the forked portion is linear and the support portion 43 is configured. In the present embodiment, the pressure control mechanism is configured by the vibration part 3 and the support parts 42 and 43 formed of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the material used for the vibration part 3.

図22Aを例にみると、熱膨張時、固定部5から二股に伸びる支持部42の膨張が、股部分で支持部42と振動部3との接続部方向へ促される。したがって、支持部42としての膨張長さを拡大することができ、結果としてより大きな圧力を、接続部分に印加することができる。
また、支持部42が二股に構成されていることにより、バネが振動部3に対して平行に連結されていることになる。このため、支持部42の長さを延長しても、バネ定数を保持することができる。このように、バネ定数を高く保つことができるので、製造中や共振振動時に想定される静電破壊への耐性が得られる。
図22Bにおいても同様である。
Taking FIG. 22A as an example, at the time of thermal expansion, expansion of the support part 42 extending from the fixed part 5 to the fork is urged toward the connection part between the support part 42 and the vibration part 3 at the crotch part. Therefore, the expansion length as the support portion 42 can be expanded, and as a result, a larger pressure can be applied to the connection portion.
In addition, since the support portion 42 is configured to be bifurcated, the spring is connected in parallel to the vibrating portion 3. For this reason, even if the length of the support part 42 is extended, the spring constant can be maintained. As described above, since the spring constant can be kept high, it is possible to obtain resistance to electrostatic breakdown assumed during manufacturing or resonance vibration.
The same applies to FIG. 22B.

本実施形態例の構成では、第10、第11の実施形態と同様の効果が得られるほか、第11の実施形態による単位共振子よりも大きな圧力を得られる効果と、共振器の破壊耐性を向上させることができるという効果が得られる。   In the configuration of the present embodiment example, the same effects as those of the tenth and eleventh embodiments can be obtained, the effect of obtaining a pressure larger than that of the unit resonator according to the eleventh embodiment, and the breakdown resistance of the resonator. The effect that it can be improved is obtained.

[第13の実施形態]
図23A,Bに本発明の第13の実施形態に係る単位共振子の要部における概略平面及び断面構成を示す。図23Aは、図20と同様に、図1に示す共振器1を構成する谷共振器2の構成を一部変えたものである。図23Aにおいて、図20に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
[Thirteenth embodiment]
23A and 23B show a schematic plane and a cross-sectional configuration of the main part of a unit resonator according to the thirteenth embodiment of the present invention. FIG. 23A is similar to FIG. 20 except that the configuration of the valley resonator 2 constituting the resonator 1 shown in FIG. 1 is partially changed. In FIG. 23A, parts corresponding to those in FIG.

本実施形態例の単位共振子においては、支持部43が、熱膨張係数の異なる材料の積層構造とされる。図23Aに示す支持部44のB−B線上に沿う断面構成を図23Bに示す。   In the unit resonator according to this embodiment, the support portion 43 has a laminated structure of materials having different thermal expansion coefficients. FIG. 23B shows a cross-sectional configuration along the line BB of the support portion 44 shown in FIG. 23A.

本実施形態例では、図23Bに示すように、支持部43の下層部分44bに対して、支持部44の上層部分44aの材料を、熱膨張係数の大きな材料とする。例えば、下層部分44bをポリシリコンで形成し、上層部分44aをアルミニウム(Al)で構成する。
このような積層構造とすることにより、支持部44内部で熱膨張率が変わるので、支持部44の膨張時には、図5Bで示したように支持部44が変形する。すなわち、上層部分44aの膨張量が下層部分44bよりも大きいために、支持部44が基板側に曲がるようになる。
In this embodiment, as shown in FIG. 23B, the material of the upper layer portion 44a of the support portion 44 is a material having a large thermal expansion coefficient with respect to the lower layer portion 44b of the support portion 43. For example, the lower layer portion 44b is made of polysilicon, and the upper layer portion 44a is made of aluminum (Al).
With such a laminated structure, the coefficient of thermal expansion changes inside the support portion 44. Therefore, when the support portion 44 expands, the support portion 44 is deformed as shown in FIG. 5B. That is, since the amount of expansion of the upper layer portion 44a is larger than that of the lower layer portion 44b, the support portion 44 bends toward the substrate side.

図24及び図25に、膨張係数の異なる材料の積層構造で形成された支持部の変形例を示す。図24及び図25は、図23Bと同様に、支持部の断面図である。
図24に示す構成は、例えばポリシリコンで形成された支持部本体45bの側面と上面に、ポリシリコンよりも膨張係数の大きな例えばアルミニウム(Al)により被覆膜45aを形成した例である。
また、図25に示す構成は、例えば、SiOからなる下層膜46c上に、例えばポリシリンで形成される支持部本体46bを構成し、その支持部本体46bの側面及び上面を、ポリシリコンよりも膨張係数の大きな例えばアルミニウム(Al)により、被覆膜46aを形成した例である。
図24及び図25に示した例においても、図22と同様の効果が得られる。
FIG. 24 and FIG. 25 show a modification of the support portion formed of a laminated structure of materials having different expansion coefficients. FIG.24 and FIG.25 is sectional drawing of a support part similarly to FIG. 23B.
The configuration shown in FIG. 24 is an example in which a coating film 45a is formed of, for example, aluminum (Al) having a larger expansion coefficient than polysilicon on the side surface and the upper surface of the support body 45b made of polysilicon, for example.
25 includes, for example, a support body 46b made of, for example, polysilin on a lower layer film 46c made of SiO 2 , and the side surface and the upper surface of the support body 46b are made of polysilicon. In this example, the coating film 46a is formed of, for example, aluminum (Al) having a large expansion coefficient.
In the example shown in FIGS. 24 and 25, the same effect as in FIG. 22 can be obtained.

以上の第1の実施形態〜第13の実施形態においては、図1に示す環状の共振器1を構成する単位共振子2の構成を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、上述の第1の実施形態から第13の実施形態に示した単位共振子では、入出力電極を基板上の下部電極により形成して2次モードで振動する構成とした。単位共振子としては、入出力電極の構成変更により、2次モード以外の駆動モード、たとえば1次モード、3次モードなどで振動するように構成することができる。振動部を入力電極とし、下部電極を出力電極とすれば、1次モードで振動させることができる。   In the first to thirteenth embodiments described above, the configuration of the unit resonator 2 configuring the annular resonator 1 shown in FIG. 1 has been described, but the present invention is not limited to this. is not. In the unit resonators shown in the first to thirteenth embodiments, the input / output electrodes are formed by the lower electrodes on the substrate and vibrate in the secondary mode. The unit resonator can be configured to vibrate in a drive mode other than the secondary mode, for example, the primary mode or the tertiary mode, by changing the configuration of the input / output electrodes. If the vibration part is used as an input electrode and the lower electrode is used as an output electrode, it can be vibrated in the primary mode.

図26A,Bに、本発明を応用できる他の共振器の概略平面構成を示す。図26A,Bにおいて、図1に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。   26A and 26B show schematic plan configurations of other resonators to which the present invention can be applied. In FIGS. 26A and 26B, parts corresponding to those in FIG.

図1に示した共振器1は、単位共振子2を環状に構成されていたが、図26Aに示す例では、閉じた系とされていない。図26Aに示す共振器50においても、振動部3が支持部4a,4bにより両側から対称的に支持されており、支持部4a,4bで支持された部分の振動部3が節部となる。この共振器50においても、第1の実施形態〜第13の実施形態を適用することにより、支持部4a,4bと振動部3との接続部に圧力を印加することができるので、共振周波数を調整することができる。   In the resonator 1 shown in FIG. 1, the unit resonator 2 is configured in a ring shape, but in the example shown in FIG. 26A, it is not a closed system. Also in the resonator 50 shown in FIG. 26A, the vibration part 3 is supported symmetrically by the support parts 4a and 4b from both sides, and the part of the vibration part 3 supported by the support parts 4a and 4b becomes a node part. Also in this resonator 50, by applying the first to thirteenth embodiments, pressure can be applied to the connecting portion between the support portions 4a and 4b and the vibrating portion 3, so the resonance frequency is Can be adjusted.

図26Bに示す共振器51では、振動の節に対して、振動部3の一方の側、他方の側に交互に支持部4a,4bを構成した例である。このように、対称的な位置から振動部3が支持部により支持されていなくても、支持部4a,4bと振動部3との接続部に、振動方向とは交差する方向に圧力を印加することができる。したがって、図26Bに示すような共振器51においても、第1の実施形態〜第13の実施形態を適用することにより、支持部4a,4bと振動部3との接続部に圧力を印加することができるので、共振周波数を調整することができる。   The resonator 51 shown in FIG. 26B is an example in which support portions 4a and 4b are alternately formed on one side and the other side of the vibration portion 3 with respect to a vibration node. Thus, even if the vibration part 3 is not supported by the support part from a symmetrical position, a pressure is applied to the connection part between the support parts 4a and 4b and the vibration part 3 in a direction crossing the vibration direction. be able to. Therefore, also in the resonator 51 as shown in FIG. 26B, by applying the first to thirteenth embodiments, a pressure is applied to the connection portion between the support portions 4 a and 4 b and the vibration portion 3. Therefore, the resonance frequency can be adjusted.

また、第10〜第13の実施形態に示した例は、図27,図28に示す共振器に応用できる。図27は、図20に示す共振器において、環状の振動部3が外側の支持部40のみで支持された共振器である。また、図28は、図20に示す共振器において、環状の振動部3が内側の支持部40のみで支持された共振器である。図27,図28において、図20に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。   The examples shown in the tenth to thirteenth embodiments can be applied to the resonators shown in FIGS. FIG. 27 shows a resonator in which the annular vibrating portion 3 is supported only by the outer support portion 40 in the resonator shown in FIG. FIG. 28 shows a resonator in which the annular vibrating portion 3 is supported only by the inner support portion 40 in the resonator shown in FIG. In FIG. 27 and FIG. 28, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG.

図27、図28に示すように、振動部3の片側のみで支持された共振器においても、支持部40と振動部3とを、熱膨張係数の異なる材料で形成することにより、支持部40と振動部3との接続部に圧力が印加され、共振周波数の低下を小さくすることができる。そして、図27,図28に示す共振器においても、その支持部40の構成に第10の実施形態〜第13の実施形態に示した支持部の構成例を適用することができる。   As shown in FIGS. 27 and 28, even in a resonator supported only on one side of the vibration part 3, the support part 40 and the vibration part 3 are formed of materials having different coefficients of thermal expansion, thereby supporting the support part 40. A pressure is applied to the connection part between the vibration part 3 and the decrease in the resonance frequency can be reduced. In the resonators shown in FIGS. 27 and 28, the configuration examples of the support portions shown in the tenth to thirteenth embodiments can be applied to the configuration of the support portion 40.

図27及び図28のように、支持部40を振動部3の片側のみに構成することにより、両側から支持する構造に比べ、構造が単純化するので、製造管理項目が削減され、造りやすくなる。また、構造の単純化により、例えば、振動部3を支持する内側及び外側に支持部40の応力のバランス設計項目等の設計項目が減り、設計が容易になる。   As shown in FIGS. 27 and 28, by configuring the support part 40 only on one side of the vibration part 3, the structure is simplified as compared to the structure supported from both sides, so that the manufacturing management items are reduced and it is easy to manufacture. . Further, due to the simplification of the structure, for example, design items such as a stress balance design item of the support portion 40 are reduced on the inner side and the outer side that support the vibrating portion 3, and the design is facilitated.

次に、上述した第1の実施形態〜第13の実施形態に係る単位共振子を用いて構成された共振器が組み込まれた発振器有する送受信回路の構成例を、図29を参照して説明する。   Next, a configuration example of a transmission / reception circuit having an oscillator in which a resonator configured using the unit resonators according to the first to thirteenth embodiments described above is incorporated will be described with reference to FIG. .

まず、送信系の構成について説明すると、Iチャンネルの送信信号とQチャンネルの送信信号とを、それぞれベースバンドブロック230から乗算器201I及び201Qに供給する。各乗算器201I及び201Qでは、発振器221の発振出力を、移相器202で所定位相シフトさせた2つの信号を乗算させ、その乗算信号を1系統に混合する。混合された信号は、可変増幅器203及びバンドパスフィルタ204を介して、乗算器205に供給し、発振器222の出力を乗算し、送信周波数に周波数変換する。乗算器205の出力は、バンドパスフィルタ206と可変増幅器207とパワーアンプ208を介して、デュプレクサ209に接続されたアンテナ210に供給し、アンテナ210から無線送信させる。バンドパスフィルタ204及び206では、送信信号以外の周波数成分を除去する。デュプレクサ209は、送信周波数の信号を送信系からアンテナ側に供給し、受信周波数の信号をアンテナ側から受信系に供給する分波手段である。   First, the configuration of the transmission system will be described. An I-channel transmission signal and a Q-channel transmission signal are supplied from the baseband block 230 to the multipliers 201I and 201Q, respectively. In each of the multipliers 201I and 201Q, the oscillation output of the oscillator 221 is multiplied by two signals shifted by a predetermined phase by the phase shifter 202, and the multiplied signal is mixed into one system. The mixed signal is supplied to the multiplier 205 via the variable amplifier 203 and the band pass filter 204, multiplied by the output of the oscillator 222, and frequency-converted to a transmission frequency. The output of the multiplier 205 is supplied to the antenna 210 connected to the duplexer 209 via the band pass filter 206, the variable amplifier 207, and the power amplifier 208, and is wirelessly transmitted from the antenna 210. Bandpass filters 204 and 206 remove frequency components other than the transmission signal. The duplexer 209 is a demultiplexing unit that supplies a transmission frequency signal from the transmission system to the antenna side and supplies a reception frequency signal from the antenna side to the reception system.

受信系としては、アンテナ210で受信した信号を、デュプレクサ209を介してローノイズアンプ211に供給し、ローノイズアンプ211の増幅出力を、乗算器213に供給する。乗算器213では、発振器222の出力を乗算し、受信周波数の信号を中間周波信号に変換する。変換された中間周波数信号は、ハンドパスフィルタ214を介して、2つの乗算器215I及び215Qに供給する。各乗算器215I及び215Qでは、発振器221の発振出力を、移相器216で所定位相シフトさせた2つの信号を乗算させ、Iチャンネルの受信信号とQチャンネルの受信信号とを得る。得られたIチャンネルの受信信号とQチャンネルの受信信号は、ベースバンドブロック230に供給する。バンドパスフィルタ212及び214では、信号以外の周波数成分を除去する。   As a reception system, the signal received by the antenna 210 is supplied to the low noise amplifier 211 via the duplexer 209, and the amplified output of the low noise amplifier 211 is supplied to the multiplier 213. Multiplier 213 multiplies the output of oscillator 222 and converts the signal at the reception frequency into an intermediate frequency signal. The converted intermediate frequency signal is supplied to the two multipliers 215I and 215Q via the hand pass filter 214. In each multiplier 215I and 215Q, the oscillation output of the oscillator 221 is multiplied by two signals shifted by a predetermined phase by the phase shifter 216 to obtain an I channel received signal and a Q channel received signal. The obtained I channel received signal and Q channel received signal are supplied to the baseband block 230. Bandpass filters 212 and 214 remove frequency components other than signals.

発振器221及び222は、制御部223により発振周波数が制御される構成としてあり、PLL(Phase Locked Loop)回路を構成してある。制御部223内には、PLL回路として必要なフィルタや比較器などが配置してある。   The oscillators 221 and 222 are configured such that the oscillation frequency is controlled by the control unit 223, and configure a PLL (Phase Locked Loop) circuit. In the control unit 223, filters, comparators, and the like necessary as a PLL circuit are arranged.

このような図29に示す送受信回路において、発振器221及び222に、本例の構成の単位共振子よりなる共振器を用いることが可能である。   In the transmission / reception circuit shown in FIG. 29, it is possible to use a resonator formed of a unit resonator having the configuration of this example for the oscillators 221 and 222.

この送受信回路では、圧力制御機構を有する共振器が用いられているので、共振周波数の調整が可能であるため、送受信回路の信頼性を向上させることができる。
この送受信回路の具体的な例としては、例えば携帯電話機、無線LAN機器、無線トランシーバ、テレビーナ、ラジオチューナ等の電磁波を利用して通信する送受信回路が挙げられる。
In this transmission / reception circuit, since a resonator having a pressure control mechanism is used, the resonance frequency can be adjusted, so that the reliability of the transmission / reception circuit can be improved.
Specific examples of the transmission / reception circuit include a transmission / reception circuit that performs communication using electromagnetic waves, such as a mobile phone, a wireless LAN device, a wireless transceiver, a television tuner, and a radio tuner.

A,B本発明の実施の形態が適用される共振器の概略構成図及びその共振器を構成する単位共振子の概略構成図である。1A and 1B are a schematic configuration diagram of a resonator to which an embodiment of the present invention is applied, and a schematic configuration diagram of a unit resonator configuring the resonator. 図1のA−A線上に沿う断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram which follows the AA line of FIG. 本発明の原理を説明するために用いる、単位共振子の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of a unit resonator used in order to demonstrate the principle of this invention. 接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the change of the resonant frequency with respect to the pressure applied to a connection part. A,B本発明の第1の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。1A and 1B are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a first embodiment of the present invention. 接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the change of the resonant frequency with respect to the pressure applied to a connection part. A,B,C本発明の第2の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A, B, and C are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a second embodiment of the present invention. 接続部に印加される圧力に対する共振周波数の変化の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the change of the resonant frequency with respect to the pressure applied to a connection part. A,B本発明の第3の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A and B are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a third embodiment of the present invention. A,B本発明の第4の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A and B are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a fourth embodiment of the present invention. A,B本発明の第5の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A and B are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a fifth embodiment of the present invention. A,B,C本発明の第6の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A, B, and C are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a sixth embodiment of the present invention. A,B本発明の第7の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A and B are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a seventh embodiment of the present invention. A,B,C本発明の第8の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A, B, and C are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to an eighth embodiment of the present invention. A,B本発明の第9の実施形態における単位共振子の概略断面構成図である。A and B are schematic cross-sectional configuration diagrams of a unit resonator according to a ninth embodiment of the present invention. 第1〜第9の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。It is an example of an oscillator incorporating a resonator using unit resonators according to the first to ninth embodiments. 第1〜第9の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。It is an example of an oscillator incorporating a resonator using unit resonators according to the first to ninth embodiments. 第1〜第9の実施形態に係る単位共振子を用いた共振器が組み込まれた発振器の一例である。It is an example of an oscillator incorporating a resonator using unit resonators according to the first to ninth embodiments. A,B熱膨張により共振周波数が減少する原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle that a resonant frequency reduces by A and B thermal expansion. A,B本発明の第10の実施形態における単位共振子の概略構成図である。A and B are schematic configuration diagrams of a unit resonator according to a tenth embodiment of the present invention. 本発明の第11の実施形態における単位共振子の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the unit resonator in the 11th Embodiment of this invention. A,B本発明の第12の実施形態における単位共振子の概略構成図である。A and B are schematic configuration diagrams of a unit resonator according to a twelfth embodiment of the present invention. A,B本発明の第13の実施形態における単位共振子の概略構成図及び、支持部の概略断面構成図である。A, B It is the schematic block diagram of the unit resonator in the 13th Embodiment of this invention, and the schematic cross-sectional block diagram of a support part. 第13の実施形態の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of 13th Embodiment. 第13の実施形態の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of 13th Embodiment. A,B第1〜第13の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the other resonator which A, B 1st-13th embodiment can apply. 第10〜第13の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the other resonator which can apply 10th-13th embodiment. 第10〜第13の実施形態が適用できる他の共振器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the other resonator which can apply 10th-13th embodiment. 本発明の単位共振子を用いて構成された共振器が組み込まれた発振器を用いた送受信回路の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the transmission / reception circuit using the oscillator incorporating the resonator comprised using the unit resonator of this invention. A,B,C従来例における共振器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the resonator in A, B, C conventional examples.

符号の説明Explanation of symbols

1・・共振器、2・・単位共振子、3・・振動部、4a,4b・・支持部、5・・固定部、6・・基板、7・・空間、8・・入力電極、9・・出力電極、10,11・・配線、12・・接続部、13,15,17,18,19,20,21,22,24・・電極、14・・電圧制御回路、16,23・・封止膜、26・・電圧制御回路、27・・トリミング回路、28・・共振器、30・・発振回路、31・・メモリ、33・・温度センサ   1 .. Resonator, 2 .. Unit resonator, 3 .. Vibrating part, 4 a, 4 b.. Support part, 5.. Fixed part, 6 .. Substrate, 7 ... Space, 8. ..Output electrode 10,11..Wiring, 12..Connection, 13, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24..Electrode, 14..Voltage control circuit 16, 23. -Sealing film, 26-Voltage control circuit, 27-Trimming circuit, 28-Resonator, 30-Oscillation circuit, 31-Memory, 33-Temperature sensor

Claims (17)

基板と、
固有の共振周波数で共振する振動部と、
前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、
前記支持部を前記基板に固定する固定部と、
前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構と
を有する単位共振子。
A substrate,
A vibrating part that resonates at a natural resonance frequency;
A support portion that supports a position that becomes a nodal region at the time of resonance in the vibration portion from one side and / or the other side of the vibration portion;
A fixing part for fixing the support part to the substrate;
A unit resonator comprising: a pressure control mechanism that controls a pressure applied to a connection portion between the vibrating portion and the support portion.
前記圧力制御機構は、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と前記固定部間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項1記載の単位共振子。
The pressure control mechanism is configured to supply a desired voltage to the electrode in order to generate an electrostatic attractive force between the electrode formed on the substrate facing the fixed portion and the electrode and the fixed portion. And a control circuit,
The unit resonator according to claim 1, wherein the pressure is applied by an electrostatic attractive force generated between the electrode and the fixed portion.
前記圧力制御機構は、前記支持部、及び/又は前記共振部における共振時の節領域に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記支持部、及び/又は前記節領域との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と、前記支持部、及び/又は前記節領域との間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項1記載の単位共振子。
The pressure control mechanism includes an electrode formed on the substrate facing a nodal region at the time of resonance in the support portion and / or the resonance portion, and the electrode, the support portion, and / or the nodal region. A voltage control circuit for supplying a desired voltage to the electrodes in order to generate an electrostatic attractive force therebetween,
The unit resonator according to claim 1, wherein the pressure is applied by an electrostatic attractive force generated between the electrode and the support portion and / or the node region.
前記圧力制御機構は、前記支持部、及び/又は前記共振部における共振時の節領域に対向する、前記基板とは反対側の位置に形成された電極と、前記電極と前記支持部、及び/又は前記節領域との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する電圧制御回路とにより構成され、
前記電極と、前記支持部、及び/又は前記節領域との間に発生する静電引力により前記圧力が印加される請求項1記載の単位共振子。
The pressure control mechanism includes an electrode formed at a position opposite to the substrate, facing the nodal region at the time of resonance in the support portion and / or the resonance portion, the electrode, the support portion, and / or Or a voltage control circuit that supplies a desired voltage to the electrode in order to generate electrostatic attraction between the node region and the node region,
The unit resonator according to claim 1, wherein the pressure is applied by an electrostatic attractive force generated between the electrode and the support portion and / or the node region.
前記電極は、前記振動部と前記支持部の上部であって前記基板とは反対側の位置に、前記振動部と前記支持部と空間を介して形成された上部基板に形成される請求項4記載の単位共振子。   5. The electrode is formed on an upper substrate formed above the vibrating portion and the support portion and on a side opposite to the substrate through the vibration portion, the support portion, and a space. The unit resonator described. 前記圧力制御機構は、前記振動部と、一部又は全部が前記振動部に用いられる材料とは熱膨張率の異なる材料により形成された前記支持部とから構成され、
前記振動部の熱膨張時に対応した前記振動部及び支持部の熱膨張率の差異により、前記圧力が印加される請求項1記載の単位共振子。
The pressure control mechanism is composed of the vibration part and the support part formed of a material having a coefficient of thermal expansion different from that of a part or all of the material used for the vibration part,
The unit resonator according to claim 1, wherein the pressure is applied due to a difference in thermal expansion coefficient between the vibrating part and the support part corresponding to the thermal expansion of the vibrating part.
前記振動部はポリシリコンで形成され、
前記支持部の一部又は全部はアルミニウムで形成される請求項6記載の単位共振子。
The vibrating part is formed of polysilicon,
The unit resonator according to claim 6, wherein a part or all of the support portion is formed of aluminum.
前記支持部は、長方形である請求項6記載の単位共振子。   The unit resonator according to claim 6, wherein the support portion is rectangular. 前記支持部は、二股形状である請求項6記載の単位共振子。   The unit resonator according to claim 6, wherein the support portion has a bifurcated shape. 前記支持部は、熱膨張率の異なる材料の積層構造である請求項6記載の単位共振子。   The unit resonator according to claim 6, wherein the support part has a laminated structure of materials having different coefficients of thermal expansion. 基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とから構成される単位共振子の、前記支持部と前記振動部との接続部に印加する圧力を制御することにより、前記振動部の振動の有効質量を変化させ、共振周波数を調整する
単位共振子の調整方法。
A substrate, a vibration part that resonates at a specific resonance frequency, a support part that supports the vibration part from one side and / or the other side of the vibration part, and a fixing part that fixes the support part to the substrate By controlling the pressure applied to the connecting portion between the support portion and the vibrating portion of the unit resonator that is configured, the effective mass of vibration of the vibrating portion is changed, and the resonance frequency is adjusted. Adjustment method.
基板と、
固有の共振周波数で共振する振動部と、
前記振動部を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、
前記支持部を前記基板に固定する固定部と、
前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子
から構成される共振器。
A substrate,
A vibrating part that resonates at a natural resonance frequency;
A support part for supporting the vibration part from one side and / or the other side of the vibration part;
A fixing part for fixing the support part to the substrate;
A resonator comprising a plurality of unit resonators comprising: a pressure control mechanism for controlling a pressure applied to a connection portion between the vibrating portion and the support portion.
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御することにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器
を用いて構成される発振回路。
A substrate, a vibration part that resonates at a specific resonance frequency, a support part that supports the vibration part from one side and / or the other side of the vibration part, and a fixing part that fixes the support part to the substrate An oscillation circuit configured using a resonator configured of a unit resonator that adjusts a resonance frequency by controlling a pressure applied to a connection portion between the vibration unit and the support unit.
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路からの電圧の制御範囲を調整するためのトリミング回路と
から構成される発振器。
A substrate, a vibration part that resonates at a specific resonance frequency, a support part that supports a position of a nodal region at the time of resonance in the vibration part from one side and / or the other side, and the support part. A fixed portion for fixing to the substrate, an electrode formed on the substrate facing the fixed portion, and supplying a desired voltage to the electrode to generate an electrostatic attractive force between the electrode and the fixed portion And a voltage control circuit for controlling the resonance applied by a plurality of unit resonators configured to control a pressure applied to a connection portion between the vibrating portion and the support portion. And
An oscillator comprising: a trimming circuit for adjusting a voltage control range from the voltage control circuit.
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路に温度情報を供給する温度センサと、
前記温度情報と共振周波数特性により決定される制御電圧の値を前記電圧制御回路に読み出す為のメモリと
から構成される発振器。
A substrate, a vibration part that resonates at a specific resonance frequency, a support part that supports a position of a nodal region at the time of resonance in the vibration part from one side and / or the other side, and the support part. A fixed portion for fixing to the substrate, an electrode formed on the substrate facing the fixed portion, and supplying a desired voltage to the electrode to generate an electrostatic attractive force between the electrode and the fixed portion And a voltage control circuit for controlling the resonance applied by a plurality of unit resonators configured to control a pressure applied to a connection portion between the vibrating portion and the support portion. And
A temperature sensor for supplying temperature information to the voltage control circuit;
An oscillator comprising: a memory for reading out a value of a control voltage determined by the temperature information and a resonance frequency characteristic into the voltage control circuit.
基板と、固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部において共振時に節領域となる位置を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部と、前記固定部に対向する前記基板上に形成された電極と、前記電極と前記固定部との間に静電引力を発生させるために前記電極に所望の電圧を供給する為の電圧制御回路とにより、前記前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力を制御する、圧力制御機構と、から構成される複数個の単位共振子により構成される共振器と、
前記電圧制御回路からの電圧の制御範囲を調整するためのトリミング回路と
前記電圧制御回路に温度情報を供給する温度センサと、
前記温度情報と共振周波数特性により決定される制御電圧の値を前記電圧制御回路に読み出す為のメモリ
とから構成される発振器。
A substrate, a vibration part that resonates at a specific resonance frequency, a support part that supports a position of a nodal region at the time of resonance in the vibration part from one side and / or the other side, and the support part. A fixed portion for fixing to the substrate, an electrode formed on the substrate facing the fixed portion, and supplying a desired voltage to the electrode to generate an electrostatic attractive force between the electrode and the fixed portion And a voltage control circuit for controlling the resonance applied by a plurality of unit resonators configured to control a pressure applied to a connection portion between the vibrating portion and the support portion. And
A trimming circuit for adjusting a control range of a voltage from the voltage control circuit; a temperature sensor for supplying temperature information to the voltage control circuit;
An oscillator comprising: a memory for reading out a value of a control voltage determined by the temperature information and a resonance frequency characteristic into the voltage control circuit.
基板と固有の共振周波数で共振する振動部と、前記振動部を、振動部の一方の側及び/又は他方の側から支える支持部と、前記支持部を前記基板に固定する固定部とからなり、前記振動部と前記支持部との接続部に印加される圧力が制御されることにより共振周波数を調整する単位共振子から構成される共振器を用いて構成される発振回路
を有する送受信回路。
A vibration unit that resonates with a substrate at a specific resonance frequency, a support unit that supports the vibration unit from one side and / or the other side of the vibration unit, and a fixing unit that fixes the support unit to the substrate. A transmission / reception circuit including an oscillation circuit configured using a resonator including a unit resonator that adjusts a resonance frequency by controlling a pressure applied to a connection portion between the vibration unit and the support unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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