CN101494446A - 表面安装晶体振荡器 - Google Patents

表面安装晶体振荡器 Download PDF

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Abstract

一种晶体振荡器，其包括振荡器电路，主体，第一开关电路，第二开关电路和电压检测电路。该振荡器电路包括IC芯片，该IC芯片包括输出电路和功能电路。该晶体元件包括第一激励电极和第二激励电极。该主体收纳振荡器电路和晶体元件，并且包括电源端子、接地端子、输出端子和功能端子。输出端子经由第一开关电路电连接于输出电路和第一激励电极。功能端子经由第二开关电路电连接于功能电路和第二激励电极。基于来自连接于电源端子的电压检测电路的开关信号，运行第一开关电路和第二开关电路。

Description

表面安装晶体振荡器
本申请要求2008年1月25日提交的日本专利申请No.2008-014383和2008年11月10提交的日本专利申请No.2008-287532的优先权，其全部主题结合于此供参考。
技术领域
本发明涉及用于表面安装的晶体振荡器(下文叫做表面安装振荡器)的技术领域，特别是，涉及这样一种表面安装振荡器，其设置基板上的安装端子也用作晶体检查端子(testing terminal)。
背景技术
表面安装振荡器结构紧凑、重量轻。因此，表面安装振荡器特别用作在便携式电子器件中的频率和时间的基准源。作为一种便携式电子器件，表面安装振荡器被构造成使得IC芯片和晶体元件收纳在外壳主体中，而测量晶体单元的振动特性的晶体检查端子设置在其外表面上(例如，参考JP-A-2007-142869)。
图6A至6C和图7是用于说明一个相关例子的框图。图6A是表面安装振荡器的局部剖视前视图，图6B是其原理性底视图，而图6C是晶体元件的平面图。图7是用于时钟的振荡器电路的框图。
将表面安装振荡器200构造成使得IC芯片2和晶体元件3收纳在形成为凹腔的外壳主体1中，并且盖子4与外壳主体1连接以便气密地密封IC芯片2和晶体元件3。外壳主体1由层状陶瓷形成，并且例如，在一端侧上具有内壁凸肩部分。外壳主体1的外侧底面的四个拐角具有由电源端子5(Vdd)、输出端子5(OUT)、接地端子5(GND)和功能端子构成的安装端子5。在这里，将功能端子设置为备用(standby)端子5(ST)。
将IC芯片2构造成使得在图7中由虚线框所示的振荡器电路6(除晶体元件3A之外)是集成的，并且由振荡器级6a、输出电路6b以及用作功能电路的备用电路6c所构成。振荡器级6a具有例如由做成CMOS的逆变器(inverter)元件构成的振荡放大器7，以及与晶体单元3A形成共振电路的电容器C(Ca和Cb)。图中的参考记号Rf是反馈电阻，设置在虚线框上的用符号“口”表示的多个参考记号21是IC端子。
例如，将输出电路6b构造成使得由逆变器元件(CMOS等)构成的多个缓冲放大器8串联连接于振荡放大器7，以放大振荡输出，以便将波形形成为矩形形状。在表面安装振荡器200具体用于时钟的情况下使用备用电路6c，并且根据需要运行或停止振荡放大器7和缓冲放大器8。从而，减少功率消耗。
在这种情况下，备用电路6c基于来自备用端子5(ST)的控制信号(低或高)来运行。于是，基于当来自备用端子5(ST)的控制信号是低或高时的备用电路6c，振荡放大器7和缓冲放大器8运行或停止。
具有IC芯片2的IC端子21的电路功能表面固定于外壳主体1的内侧底面(所谓的倒装芯片连接)。例如，通过超声热压连接等，设置到IC端子21的金属凸起9电连接于并机械连接于设置到外壳主体1的内侧底面的电路端子。IC端子21的电源端子、输出端子、接地端子和备用端子通过布线路线而电连接于在外壳主体1的外侧底面上的各个安装端子5{5(Vdd)、5(OUT)、5(GND)和5(ST)}。
晶体元件3在其两个主要表面上具有激励电极10(10a和10b)，并且例如，引出电极11(11a和11b)在晶体元件一端的两侧上延伸。于是，利用导电粘结剂12，引出电极11(11a和11b)在其上延伸的晶体元件3一端的两侧被牢固地固定于设置在外壳主体1的内壁凸肩部分的一对晶体保持端子(未示出)。
这对晶体保持端子通过布线线路而电连接于IC端子21的晶体端子。于是，该对晶体保持端子通过层状平面而电连接于晶体检查端子13，该晶体检查端子13设置到彼此面对的外壳主体1的横向表面。因而，晶体元件3的激励电极10不仅并联连接于IC端子21的晶体端子，也并联连接于晶体检查端子13。
通过缝焊等将盖子4连接于外壳主体1的开口的端面，以气密地密封IC芯片2和晶体元件3。于是，使得来自测量设备的探头(未示出)接触外壳主体1的晶体检查端子13，以测试包括晶体单元的晶体阻抗(CI)等的振动特性。应当指出，因为振动特性由于在连接盖子4的时候的应力等而变化，所以需要检查在用盖子密封之后的振动特性。
然而，在具有上述结构的现有的表面安装振荡器200中，特别地，其体积减小越多，例如，其平面轮廓为2.0×1.6mm或更小，晶体检查端子13的面积就变得越小。因此，使得测量设备的探头接触晶体检查端子13变得更难。而且，因为对于表面安装振荡器200的运行基本上不需要晶体检查端子13，而外壳主体1在其横向表面上具有该晶体检查端子13，所以它们可能是产生浮动电容的原因，这可能出现对振荡频率产生影响的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种其安装端子也用作晶体检查端子的表面安装振荡器，以便减小表面安装振荡器的尺寸。
根据本发明的第一方面，提供一种用于表面安装的晶体振荡器，该晶体振荡器包括：振荡器电路，该振荡器电路包括具有输出电路和功能电路的IC芯片；和晶体元件，该晶体元件包括在其第一表面上的第一激励电极，和在其第二表面上的第二激励电极，该第二表面与第一表面相对；主体，该主体收纳振荡器电路和晶体元件，使得至少晶体元件被气密地密封在其中，并且该主体包括在其外侧底面上的多个安装端子，该多个安装端子包括：电源端子、接地端子、输出端子和功能端子；电连接于输出端子的第一开关电路；电连接于功能端子的第二开关电路；以及电连接于电源端子的电压检测电路，其中输出端子经由第一开关电路电连接于输出电路和第一激励电极，其中功能端子经由第二开关电路电连接于功能电路和第二激励电极，并且其中第一开关电路和第二开关电路基于来自连接于电源端子的电压检测电路的开关信号而运行。
根据本发明的第二方面，在根据第一方面的用于表面安装的晶体振荡器中，当将用于运行振荡器电路的正常电源电压施加于电源端子时，来自电压检测电路的开关信号使输出电路和功能电路电连接于输出端子和功能端子，并且当将高于电源电压的电压施加于电源端子时，来自电压检测电路的开关信号使第一激励电极和第二激励电极电连接于输出端子和功能端子。
根据本发明的第三方面，在根据第一方面的用于表面安装的晶体振荡器中，所述功能电路是备用电路。
根据本发明的第四方面，在根据第一方面的用于表面安装的晶体振荡器中，所述功能电路是电压控制电路。
根据本发明的第四方面，在根据第一方面的用于表面安装的晶体振荡器中，IC芯片还包括第一开关电路、第二开关电路和电压检测电路。
根据本发明的各方面，由于输出端子和功能端子可以通过第一和第二开关电路连接，因此输出端子和功能端子也可以用作晶体检查端子，以检查晶体单元的振动特性。于是，通过用第一和第二开关电路将输出端子和功能端子连接于输出电路和功能电路，它们通常可以起输出端子和功能端子的作用。
根据第二方面，假定用于运行振荡器电路的正常电源电压是3.3伏，当将大于3.3伏的5伏电压施加于电源端子时，输出端子和功能端子可以用作一对晶体检查端子。于是，在3.3伏的正常电源电压下，输出端子连接于输出电路，而功能端子连接于功能电路，并且两者运行正常。
根据第三方面和第四方面，具体说明功能电路，并且作为本发明目的的晶体振荡器是用于时钟或用于电压控制。
附图说明
图1A至1C是用于说明根据本发明的晶体振荡器的框图，其中图1A是根据本发明的晶体振荡器的前视图，其是部分切断的截面图；图1B是晶体振荡器底视图；而图1C是晶体振荡器的晶体元件的平面图；
图2是用于说明本发明的一个实施例的被做成用于时钟的晶体振荡器的电路图；
图3是用于说明本发明实施例的电压检测电路的详细电路实例；
图4A和4B是用于说明本发明实施例的电压检测电路的特性图；
图5是根据本发明的修正实施例的被做成用于电压控制的晶体振荡器的电路图；
图6A至6C是用于说明现有的表面安装振荡器的框图，其中图6A是现有的表面安装振荡器的局部前剖视图，图6B是现有的表面安装振荡器的原理性底视图，而图6C是现有的表面安装振荡器的晶体元件的平面图；以及
图7是用于说明相关例子的被做成用于时钟的晶体振荡器的电路图。
具体实施方式
在下文，将参考附图描述根据本发明的表面安装振荡器的实施例。
图1是根据本发明的晶体振荡器的局部前剖视图。图2是用于说明本发明的一个实施例的被做成用于时钟的晶体振荡器的电路图。需要注意的是，与相关例子中相同的部分用相同的附图标记表示，并且将简化或省去对其的描述。
如图1A至1C和图2所示，将根据本发明的晶体振荡器100构造成使得IC芯片2和晶体元件3收纳在外壳主体1中，该外壳主体1形成为凹腔并且在其外侧底面的四个拐角上具有安装端子5。盖子4连接于外壳主体1，以便气密地密封IC芯片2和晶体元件3。安装端子5由电源端子5(Vdd)、输出端子5(OUT)、接地端子5(GND)和用作功能端子的备用端子5(ST)构成。
除了晶体单元3A之外，振荡级6a、输出电路6b以及备用电路6c用作振荡器电路6，并且被集成到IC芯片2。所述备用电路用作功能单元。IC芯片2被倒装芯片粘接于外壳主体1的内侧底面上。IC端子21的电源端子、输出端子、接地端子和备用端子电连接于在外壳主体1的外侧底面上与其对应的安装端子5(Vdd)、5(OUT)、5(GND)和5(ST)。用导电粘结剂12将晶体元件3的一端的两侧牢固地固定于外壳主体1的内壁凸肩部分，其中引出电极11在该晶体元件3上从激励电极10(第一激励电极10a和第二激励电极10b)延伸。
在这个实施例中，连接于振荡器电路6的输出电路6b的安装端子5的输出端子5(OUT)经由第一开关电路14a而电连接于用作晶体单元3A的一个端子的晶体元件3的第一激励电极10a(引出电极11a)。也就是，经由第一开关电路14a，输出端子5(OUT)不仅电连接于输出电路6b，而且电连接于晶体元件3的第一激励电极10a(晶体单元3A的一个端子)。
此外，连接于用作功能电路的备用电路6c的安装端子5的备用端子5(ST)经由第二开关电路14b而电连接于用作晶体单元3A的另一个端子的晶体元件3的第二激励电极10b(引出电极11b)。也就是，通过第二开关电路14b，备用端子5(ST)不仅电连接于备用电路6c，而且电连接于第二激励电极10b(晶体单元3A的另一个端子)。
基于来自连接于电源端子5(Vdd)的电压检测电路15的开关信号，来运行第一和第二开关电路14(14a和14b)。电压检测电路15检测施加于电源端子5(Vdd)的电压。在这种情况下，假设用于运行振荡器电路6的额定电压是例如3.3伏，利用例如高于3.3伏的4.5伏的开关电压运行电压检测电路15。于是，例如，当电源电压高于4.5伏时，电压检测电路15输出设置为高的开关信号(信号1)，而当电源电压低于或等于4.5伏时，电压检测电路15输出设置为低的开关信号(信号0)。开关信号不仅被施加于第一和第二开关电路14(14a和14b)，而且被施加于备用电路6c。第一和第二开关电路14(14a和14b)和电压检测电路15也被集成到IC芯片2中。
图3是电压检测电路15的详细电路实例。即，电压检测电路15具有由运算放大器OA构成的比较器16，该运算放大器OA具有正负两个输入端子和一个输出端子。于是，来自电源端子5的电源电压(Vdd)通过电阻R1由二极管D被设置为恒定电压，例如，0.8伏，“图4A中的曲线Vref”。然后，将恒定电压设置为施加于运算放大器OA的负输入端子的基准电压Vref(0.8伏)。
此外，将从电源电压Vdd由分压电阻R2和R3形成的比较电压Va施加于正输入端子，该比较电压Va即为“图4A中的向上倾斜的直线Va”。注意，图4A中的直线Va是，当分压电阻R2和R3之间的阻抗比设置为恒定时，相对于电源电压Vdd的电压特性。在这里，基于阻抗比，将基准电压Vref与比较电压Va的交点设置为前述的开关电压(4.5伏)。因而，当电源电压Vdd高于额定电压3.3伏，例如5伏时，比较器15向输出端子输出高(信号1)，而当电源电压Vdd低于或等于3.3伏时，比较器15输出低(信号0)。
在这种情况下，当开关信号为低时，第一开关电路14a将输出端子5(OUT)连接于输出电路6b，并且第二开关电路14b将备用端子5(ST)连接于备用电路6c。于是，当开关信号为高时，第一开关电路14a将输出端子5(OUT)连接于晶体单元3A的一个端子(晶体元件3的第一激励电极10a)，并且将备用端子5(ST)连接于晶体单元3A的另一个端子(第二激励电极10b)。
在这种振荡器中，例如，在IC芯片2和晶体元件3被收纳在外壳主体1中以被气密地密封之后，高于开关电压(4.5伏)的5伏电压施加于电源端子5(Vdd)，以使来自电压检测电路15的用作输出的开关信号为高。因而，第一和第二开关电路14(14a和14b)运行，以将输出端子5(OUT)和备用端子5(ST)连接于晶体单元3A的一对端子，即，“晶体元件3的一对激励电极10(10a和10b)”。于是，在这种状态下，使得测量设备的探头接触输出端子(OUT)和备用端子5(ST)，以检查晶体单元3A的振动特性。在这种情况下，开关信号(高)施加于备用电路6c，而且停止振荡放大器7的运行。
而且，当在检查振动特性之后将端子安装在设置基板上时，将小于或等于开关电压(4.5伏)的3.3伏的额定电源电压施加于电源端子5(Vdd)。在这种情况下，基于小于或等于4.5伏的开关电压的电压，电压检测电路15将开关信号设置为输出低，并且将其施加于第一和第二开关电路14(14a和14b)。因此，第一和第二开关电路14(14a和14b)切换，并且分别将输出端子5(OUT)连接于输出电路6b，将备用端子5(ST)连接于备用电路6c。因而，当施加3.3伏的额定电源电压时，振荡器电路6正常运行。在这种情况下，由于施加于备用电路6c的开关信号为低(信号0)，因此振荡器电路6正常运行。即，振荡器电路6基于来自安装端子5(ST)的信号运行。
根据这种结构，第一和第二开关电路14(14a和14b)将输出端子5(OUT)和备用端子5(ST)连接于晶体单元3A的这对端子，即“晶体元件3的这对激励电极10(10a和10b)”，而且将输出端子5(OUT)和备用端子5(ST)用作晶体检查端子。因此，不需要像相关例子那样，将晶体检查端子13单独地设置到外壳主体1的横向表面，这使得能够减小该表面安装振荡器的体积。
(改进)
在上述实施例中，当来自电压检测电路15的输出为高时，将输出端子5(OUT)和备用端子5(ST)连接于晶体单元3A的这对端子。可选地，即便当来子电压检测电路15的输出为低时，输出端子5(OUT)和备用端子5(ST)也可以连接于晶体单元3A的这对端子。而且，在上述实施例中，将开关电压设定为4.5伏。可选地，开关电压也可以基本上大于或等于电源电压Vdd。
此外，在上述实施例中，振荡器电路用于时钟，并且功能电路被设置为备用电路6c。可选地，例如，如图5所示，振荡器电路可以用于电压控制，并且功能电路可以被设置为电压控制电路6d。在这种情况下，当来自电压检测电路15的开关信号为高时(信号1)，振荡放大器7的运行停止。电压控制电路6d包括电压可变的电容性元件等，并且当控制电压Vc从其输入端子输入到其中时，负载电容变化，以连同该变化一起改变振荡频率。顺便提及，功能电路可以是不同于这些电路的任何一种电路，其中连接于功能电路的安装端子5可以由开关电路14切换。

Claims (5)

1.一种用于表面安装的晶体振荡器，该晶体振荡器包括：
振荡器电路，其包括：具有输出电路和功能电路的IC芯片；以及晶体元件，该晶体元件包括在其第一表面上的第一激励电极，和在其第二表面上的第二激励电极，该第二表面与第一表面相对；
主体，该主体收纳所述振荡器电路和晶体元件，使得至少晶体元件被气密地密封在其中，并且该主体包括在其外侧底面上的多个安装端子，该多个安装端子包括：电源端子、接地端子、输出端子和功能端子；
第一开关电路，其电连接于所述输出端子；
第二开关电路，其电连接于所述功能端子；以及
电压检测电路，其电连接于所述电源端子，
其中所述输出端子经由所述第一开关电路电连接于所述输出电路和第一激励电极，
其中所述功能端子经由所述第二开关电路电连接于所述功能电路和第二激励电极，并且
其中基于来自连接于电源端子的所述电压检测电路的开关信号，运行所述第一开关电路和第二开关电路。
2.根据权利要求1所述的用于表面安装的晶体振荡器，
其中，当将用于运行振荡器电路的正常电源电压施加于所述电源端子时，来自所述电压检测电路的开关信号使所述输出电路和功能电路电连接于所述输出端子和功能端子，并且
其中，当将高于电源电压的电压施加于所述电源端子时，来自所述电压检测电路的开关信号使第一激励电极和第二激励电极电连接于输出端子和功能端子。
3.根据权利要求1所述的用于表面安装的晶体振荡器，
其中所述功能电路是备用电路。
4.根据权利要求1所述的用于表面安装的晶体振荡器，
其中所述功能电路是电压控制电路。
5.根据权利要求1所述的用于表面安装的晶体振荡器，
其中所述IC芯片还包括第一开关电路、第二开关电路和电压检测电路。
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