CN111490734B - 振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

提供振荡器、电子设备以及移动体，能够减少起动时的振荡信号的频率偏差。振荡器具有：振子；以及集成电路，所述集成电路包含：振荡用电路，其使所述振子进行振荡；温度传感器；温度补偿电路，其根据所述温度传感器的输出信号来补偿所述振子的温度特性；输出电路，其被输入从所述振荡用电路输出的信号，并输出振荡信号；以及发热电路，在从开始由外部供给电源电压起的第1期间，所述发热电路流过电流而发热，在所述第1期间结束后的第2期间，所述发热电路不流过电流。

Description

振荡器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及振荡器、电子设备以及移动体。
背景技术
在专利文献1中记载了如下的温度补偿型的振荡器：在调整温度补偿电路时，输出电路停止动作，因此通过在发热电路中流过与在通常动作时在输出电路中流过的电流相等的电流，能够以接近通常动作时的状态进行温度补偿电路的调整。
专利文献1：日本特开2015-126286号公报
通常，当对温度补偿型的振荡器施加电源电压时，使振子进行振荡的集成电路由于动作而发热，通过将该热传递到振子，集成电路的热和振子的热处于稳定的热平衡状态。在专利文献1记载的温度补偿型的振荡器中，能够通过在这样的热平衡状态下进行温度补偿而减小频率偏差。但是，在振荡器刚起动之后，集成电路成为发热源，因此振子的温度追随着集成电路的温度变化而延迟变化。即，在振荡器起动时，与设置于集成电路的温度传感器的温度变化相比，振子的温度变化是延迟发生的，因此热平衡被破坏，振荡信号的频率相对于热平衡状态的频率发生偏移，由此频率偏差有可能变大。
发明内容
本发明的振荡器的一个方式具有：振子；以及集成电路，所述集成电路包含：振荡用电路，其使所述振子进行振荡；温度传感器；温度补偿电路，其根据所述温度传感器的输出信号来补偿所述振子的温度特性；输出电路，其被输入从所述振荡用电路输出的信号，并输出振荡信号；以及发热电路，在从开始由外部供给电源电压起的第1期间，所述发热电路流过电流而发热，在所述第1期间结束后的第2期间，所述发热电路不流过电流。
在所述振荡器的一个方式中，也可以是，所述输出电路在所述第1期间停止动作，在所述第2期间进行动作，在所述第1期间中所述发热电路每单位时间消耗的电力大于在所述第2期间中所述输出电路每单位时间消耗的电力。
在所述振荡器的一个方式中，也可以是，在所述第1期间中流过所述发热电路的电流是可变的。
在所述振荡器的一个方式中，也可以是，所述第1期间的长度是可变的。
在所述振荡器的一个方式中，也可以是，所述集成电路包含振幅检测电路，该振幅检测电路检测从所述振荡用电路输出的信号的振幅，并输出检测信号，所述第1期间是基于所述检测信号而设定的。
在所述振荡器的一个方式中，也可以是，所述集成电路具有包含第1外部连接端子和第2外部连接端子在内的多个外部连接端子，其中，该第1外部连接端子与所述振子的一端电连接，该第2外部连接端子与所述振子的另一端电连接，所述多个外部连接端子中的所述第1外部连接端子或第2外部连接端子最靠近所述发热电路。
在所述振荡器的一个方式中，也可以是，所述多个外部连接端子中的所述第1外部连接端子或第2外部连接端子距所述温度传感器最远。
本发明的振荡器的一个方式具有：振子；以及集成电路，在从开始由外部供给电源电压起的第1期间，所述集成电路在每单位时间以第1发热量进行发热，在所述第1期间结束后的第2期间，所述集成电路在每单位时间以第2发热量进行发热，所述第1发热量大于所述第2发热量。
本发明的电子设备的一个方式具有所述振荡器的一个方式。
本发明的移动体的一个方式具有所述振荡器的一个方式。
附图说明
图1是本实施方式的振荡器的立体图。
图2是本实施方式的振荡器的剖视图。
图3是第1实施方式的振荡器的功能框图。
图4是示出振荡用电路的结构例的图。
图5是示出输出电路的结构例的图。
图6是示出振幅控制电路的结构例的图。
图7是示出比较例的振荡器的动作的一例的图。
图8是示出第1实施方式的振荡器的动作的一例的图。
图9是俯视观察集成电路的半导体基板的图。
图10是第2实施方式的振荡器的功能框图。
图11是示出振幅控制电路的结构例的图。
图12是示出第2实施方式的振荡器的动作的一例的图。
图13是第3实施方式的振荡器的功能框图。
图14是示出第3实施方式的振荡器的动作的一例的图。
图15是本实施方式的电子设备的功能框图。
图16是示出本实施方式的电子设备的外观的一例的图。
图17是示出本实施方式的移动体的一例的图。
标号说明
1：振荡器；2：集成电路；3：振子；3a：激励电极；3b：激励电极；4：封装；5：盖；6：外部端子；7：收纳室；10：振荡用电路；11：振荡部；12：电流源电路；20：振幅控制电路；21：发热电路；22：复制电路；23：解码器；30：输出电路；40：温度补偿电路；42：温度传感器；50：调节器电路；60：存储器；70：开关电路；80：串行接口电路；90：振幅检测电路；92：发热期间控制电路；300：电子设备；310：振荡器；312：集成电路；313：振子；320：CPU；330：操作部；340：ROM；350：RAM；360：通信部；370：显示部；400：移动体；410：振荡器；420、430、440：控制器；450：电池；460：备用电池。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方式并非不当地限定权利要求书中记载的本发明的内容。另外，以下说明的结构并非全部都是本发明的必要构成要件。
1.振荡器
1-1.第1实施方式
图1和图2是示出本实施方式的振荡器1的构造的一例的图。图1是振荡器1的立体图，图2是图1的A-A剖视图。
本实施方式的振荡器1是温度补偿型的振荡器，如图1和图2所示，包含集成电路2、振子3、封装4、盖5以及多个外部端子6。在本实施方式中，振子3是使用了石英作为基板材料的石英振子，例如是AT切石英振子或音叉型石英振子等。振子3也可以是SAW(SurfaceAcoustic Wave：表面声波)谐振器或MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)振子。另外，作为振子3的基板材料，除了石英外，还可以采用钽酸锂、铌酸锂等压电单晶、锆钛酸铅等压电陶瓷等压电材料或硅半导体材料等。作为振子3的激励手段，可以使用基于压电效应的激励手段，也可以使用基于库仑力的静电驱动。集成电路2是使振子3进行振荡而输出振荡信号的电路。
封装4将集成电路2和振子3收纳在同一空间内。具体来说，在封装4设置有凹部，通过用盖5覆盖凹部而形成收纳室7。在封装4的内部或凹部的表面设置有用于将集成电路2的两个端子(具体来说是后述的图3的XI端子和XO端子)与振子3的两个激励电极3a、3b分别电连接的未图示的布线。另外，在封装4的内部或凹部的表面，设置有用于将集成电路2的各端子与设置于封装4的底面的各外部端子6电连接的未图示的布线。另外，封装4并不限于将集成电路2和振子3收纳在同一空间内的结构。例如，也可以是集成电路2搭载于封装的基板的一个面、振子3搭载于另一个面的所谓的H型封装。
振子3在其正面和反面分别具有金属的激励电极3a、3b，按照与包含激励电极3a、3b的振子3的形状或质量对应的期望的频率进行振荡。
图3是第1实施方式的振荡器1的功能框图。如图3所示，第1实施方式的振荡器1包含集成电路2和振子3。作为外部连接端子，集成电路2具有VDD端子、GND端子、OUT端子、VC端子、XI端子以及XO端子。VDD端子、GND端子、OUT端子以及VC端子分别与图2所示的振荡器1的多个外部端子6(即T1端子～T4端子)电连接。XI端子与振子3的一端电连接，端子XO端子与振子3的另一端电连接。
在本实施方式中，集成电路2包含振荡用电路10、振幅控制电路20、输出电路30、温度补偿电路40、温度传感器42、调节器电路50、存储器60、开关电路70、串行接口电路80、振幅检测电路90以及发热期间控制电路92。另外，本实施方式的集成电路2也可以是省略或变更这些要素的一部分或者追加其他要素的结构。
振荡用电路10是使振子3进行振荡的电路，将振子3的输出信号放大并反馈给振子3。振荡用电路10输出基于振子3的振荡的振荡信号VOSC。
温度传感器42检测集成电路2的温度，并输出与温度对应的电压的温度信号，例如通过使用了带隙参考电路的温度特性的电路等来实现。
温度补偿电路40是根据温度传感器42的输出信号来补偿振子3的温度特性的电路。在本实施方式中，温度补偿电路40根据从温度传感器42输出的温度信号、和存储于存储器60的与振子3的频率温度特性对应的系数值，生成温度补偿电压VCOMP。该温度补偿电压VCOMP被施加到作为振荡用电路10的负载电容来发挥功能的未图示的可变电容元件的一端，从而控制振荡频率。另外，温度补偿电路40也可以是如下的电路：根据振子3的温度特性，对从振荡用电路10输出的振荡信号VOSC的频率进行转换，从而补偿振子3的温度特性。这样的电路例如由分数N-PLL电路实现。
输出电路30被输入作为从振荡用电路10输出的信号的振荡信号VOSC，并输出振荡信号VOUT。例如，在将振荡器1作为用于蜂窝等的GPS用途的振荡器来使用的情况下，要求例如±0.5ppm这样的高频率温度补偿精度。因此，在本实施方式中，从利用调节器电路50使输出电路30的输出电压振幅稳定化、并且低消耗电流化的观点出发，输出电路30输出抑制了输出振幅的限幅正弦波形的振荡信号VOUT。
振幅控制电路20是用于对输出电路30输出的振荡信号VOUT的振幅进行控制的电路。
调节器电路50根据从VDD端子供给的电源电压，生成振荡用电路10、温度补偿电路40以及输出电路30等的电源电压或者作为基准电压的恒定电压Vreg。
存储器60具有未图示的寄存器、MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon：金属氧化氮氧化硅)型存储器、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory：电可擦可编程只读存储器)等非易失性存储器，构成为能够从振荡器1的外部端子6经由串行接口电路80对非易失性存储器或寄存器进行读/写。在本实施方式中，与振荡器1的外部端子6连接的集成电路2的端子只有VDD、GND、OUT、VC这4个，因此例如在VDD端子的电压比阈值高时，串行接口电路80也可以受理从VC端子外部输入的时钟信号和从OUT端子外部输入的数据信号，对未图示的非易失性存储器或内部寄存器进行数据的读/写。另外，串行接口电路80例如也可以是I2C(Inter-Integrated Circuit：内置集成电路)总线等双线式总线的接口电路，还可以是SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)总线等3线式总线或4线式总线的接口电路。
开关电路70是用于切换温度补偿电路40与电连接在输出电路30的输出侧的OUT端子之间的电连接的电路。
在本实施方式中，在振荡器1出厂前的检查工序中，能够向VC端子输入低电平或高电平的测试信号TP，在检查工序结束之后VC端子接地，测试信号TP被固定为低电平。当输入到VC端子的测试信号TP为低电平时，开关电路70不将温度补偿电路40和OUT端子电连接，从输出电路30输出的振荡信号VOUT被输出到OUT端子。另外，在测试信号TP为高电平时，开关电路70将温度补偿电路40和OUT端子电连接，来自输出电路30的振荡信号VOUT的输出停止，温度补偿电压VCOMP被输出到OUT端子。
在存储器60中存储有用于根据振子3的频率来调整并选择振荡用电路10的振荡级电流的振荡级电流调整数据IADJ。另外，在存储器60中存储有用于选择是否通过设置于输出电路30的内部的分频电路对振荡信号VOSC进行分频并输出的分频切换数据DIV。另外，在存储器60中存储有用于对输出电路30输出的限幅正弦波的振荡信号VOUT的振幅电平进行调整的输出电平调整数据VADJ。
另外，这些数据在振荡器1的制造工序中被存储在存储器60所具有的非易失性存储器中。另外，在振荡器1的制造工序中，在非易失性存储器中还存储有与振子3的频率温度特性对应的未图示的0次、1次、3次等系数值。存储于非易失性存储器的各数据在振荡器1刚起动之后(即，在刚开始向VDD端子供给电源电压之后)被从非易失性存储器写入到各寄存器中。
振幅检测电路90检测作为从振荡用电路10输出的信号的振荡信号VOSC的振幅，并输出检测信号VDET。在本实施方式中，检测信号VDET在振荡信号VOSC的振幅比规定的阈值小时为低电平，在振荡信号VOSC的振幅比该阈值大时为高电平。
发热期间控制电路92根据从振幅检测电路90输出的检测信号VDET来输出发热控制信号HTCTL。在本实施方式中，在检测信号VDET为低电平时，发热控制信号HTCTL为低电平。另外，与检测信号VDET从低电平变化为高电平的时刻同步地，发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平。即，发热控制信号HTCTL为低电平的期间是基于检测信号VDET而设定的。例如，也可以在检测信号VDET刚从低电平变化为高电平之后，发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平，还可以在检测信号VDET从低电平变化为高电平的时刻起经过规定时间时，发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平。在振荡器1刚起动之后，振荡信号VOSC的振幅比阈值小，因此检测信号VDET为低电平，发热控制信号HTCTL也为低电平。然后，当振荡信号VOSC的振幅比阈值大时，检测信号VDET从低电平变化为高电平，其结果是，发热控制信号HTCTL也从低电平变化为高电平。
如后述那样，振幅控制电路20具有发热电路，根据发热控制信号HTCTL和测试信号TP来控制该发热电路的发热。在本实施方式中，控制为在发热控制信号HTCTL为低电平时或测试信号为高电平时该发热电路发热。
振荡用电路的结构
图4是示出图3的振荡用电路10的结构例的图。另外，在图4中，振荡级电流调整数据IADJ为4比特，但可以为2比特以下，也可以为5比特以上。如图4所示，振荡用电路10具有振荡部11和电流源电路12。振荡部11通过与振子3连接而构成皮尔斯型的振荡电路。在振荡部11中，作为与振子3并联连接的可变电容元件的变容二极管VCD1、VCD2是串联连接的，通过向变容二极管VCD1、VCD2施加温度补偿电压VCOMP，振荡部11的电容值相对于温度发生变化，输出对输出振子3的频率温度特性进行了补偿的振荡信号VOSC。
电流源电路12通过差动放大器AMP1、PMOS晶体管M2、双极晶体管Q2以及电阻R1和多个电阻R2并联连接的电流调整部，生成作为振荡级电流Iosc的基准的电流Iref。基准电流Iref通过振荡级电流调整数据IADJ来调整。PMOS晶体管M1的栅极宽度的尺寸和PMOS晶体管M2的栅极宽度的尺寸例如具有10：1的比例。PMOS晶体管M3的栅极宽度的尺寸和PMOS晶体管M4的栅极宽度的尺寸也具有同样的尺寸比。例如，当Iref＝20μA时，10倍的200μA作为振荡级电流Iosc被供给到振荡部11。由差动放大器AMP2、PMOS晶体管M4、流过偏置电流Ibias的电流源以及PMOS晶体管M5、M6构成的电路是用于进一步抑制在级联连接的PMOS晶体管M1、M3中流过的振荡级电流Iosc的电源依赖的电路。该电路是在要求高频率精度的TCXO中比级联电路进一步降低了电流源输出的电流的电源依赖的、增益增强型的级联电路。该级联电路对基准侧的PMOS晶体管M4的源电压进行监视，在从VDD端子供给的电源电压发生变动的情况下，通过差动放大器AMP2对PMOS晶体管M3、M4的栅电压进行控制，从而进一步抑制PMOS晶体管M1、M2的源极-漏极间的电位差的变化。电流源电路12的输出电阻进一步增加了差动放大器AMP2的增益倍。相对于电源电压的变动，振荡级电流Iosc稳定化，可抑制振荡部11的振荡频率变动。
输出电路的结构
图5是示出图3的输出电路30的结构例的图。如图5所示，输出电路30被供给调节器电路50的输出电压Vreg、和用于得到由振幅控制电路20生成的限幅正弦波输出的限幅电压Vclip。输出电路30具有分频电路，通过该分频电路，并根据分频切换数据DIV的值，构成为能够选择是否对从振荡用电路10输出的振荡信号VOSC进行二分频。在本实施方式中，在分频切换数据DIV的值为0时，振荡信号VOSC不被分频，而被由MOS晶体管M1～M4构成的反相器反转极性，节点VBUF1的信号被传递到NOR电路NOR1。另一方面，在分频切换数据DIV的值为1时，振荡信号VOSC被分频电路进行1/2分频，节点VBUF1的信号被传递到NOR电路NOR1。
如上所述，在振荡器1刚起动之后，发热控制信号HTCTL为低电平，因此MOS晶体管M2、M3截止，NOR电路NOR1的输出节点VBUF2和NOR电路NOR2的输出节点VBUF3都为接地电位，NMOS晶体管M5、M6都处于截止状态。其结果是，输出电路30为动作停止状态。然后，当发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平时，输出电路30为可动作状态，振荡信号VOSC被限幅在由限幅电压Vclip确定的电压振幅电平，并作为振荡信号VOUT输出。
另外，在振荡器1的制造工序中，在对图3的温度补偿电路40进行调整时，测试信号TP被设定为高电平。由此，MOS晶体管M2、M3截止，NOR电路NOR1的输出节点VBUF2和NOR电路NOR2的输出节点VBUF3都为接地电位。NMOS晶体管M5、M6都处于截止状态。其结果是，输出电路30为动作停止状态。
振幅控制电路的结构
图6是示出图3的振幅控制电路20的结构例的图。如图6所示，振幅控制电路20包含发热电路21、复制电路22以及解码器23。在图6中，NMOS晶体管M1、M2、M3是耗尽型的MOS晶体管，其他的MOS晶体管是增强型的MOS晶体管。
如下式(1)所示，确定输出电路30的输出振幅电平的限幅电压Vclip是从复制电路22所具有的差动放大器AMP的输出电压Vg中减去MOS晶体管M2的栅-源电压VgsM2后的电压。
Vclip＝Vg-VgsM2…(1)
差动放大器AMP的输出电压Vg是从模拟电压Vdac通过下式(2)得到的，其中，该模拟电压Vdac是基于由输出电平调整数据VADJ赋予的数据而利用D/A转换器DAC进行D/A转换而得到的。
通过将式(2)代入式(1)，下式(3)的关系成立。即，利用由差动放大器AMP对D/A转换器DAC的输出电压Vdac进行放大后的电压即Vdac·(R1/R2+1)，确定限幅电压Vclip。
如上所述，输出电路30输出的振荡信号VOUT的波形是限幅正弦波，输出频率越高，限幅正弦波的峰值越低，因此与输出频率匹配的值的输出电平调整数据VADJ被存储在存储器60中。
在出厂后的振荡器1中，测试信号TP被固定为低电平，因此开关电路SW1为接通状态，NMOS开关SW2为断开状态。由此，振幅控制电路20为动作状态，输出式(1)所示的限幅电压Vclip。
另外，在振荡器1刚起动之后，发热控制信号HTCTL为低电平，因此发热电路21所具有的MOS晶体管M3B为导通状态，发热电路21为动作状态。由此，在发热电路21中流过直流电流Iht而发热。然后，当发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平时，MOS晶体管M3B从导通状态变化为截止状态，发热电路21为动作停止状态。这样，在本实施方式中，在振荡器1刚起动之后，发热电路21发热，该热经由XI端子和XO端子传递到振子3，由此，加速了振子3的温度上升，然后，发热电路21停止发热，抑制了振子3的温度上升。由此，能够缩短达到集成电路2的温度与振子3的温度一致的状态即热平衡状态的时间。
另一方面，在振荡器1的制造工序中，在调整温度补偿电路40时，测试信号TP被设定为高电平。因此，开关电路SW1为断开状态，NMOS开关SW2为接通状态，NMOS晶体管M2为截止状态。另外，MOS晶体管M3B为导通状态，发热电路21为动作状态。
解码器23根据测试信号TP、振荡级电流调整数据IADJ以及分频切换数据DIV，对流过发热电路21的直流电流Iht进行控制。具体来说，在测试信号TP为高电平时，解码器23根据振荡级电流调整数据IADJ和分频切换数据DIV，对可变电阻VR的电阻值进行控制。由此，在测试信号TP为高电平时流过发热电路21的电流Iht与振荡级电流调整数据IADJ的值、分频切换数据DIV的值以及输出电平调整数据VADJ的值联动地发生变化，接近与测试信号TP为低电平时在输出电路30中消耗的电流相应的电流。其结果是，减小了测试信号TP为低电平时的集成电路2的消耗电流与测试信号TP为高电平时的集成电路2的消耗电流之差。即，减小了输出电路30为动作状态时的集成电路2的消耗电流与停止状态时的集成电路2的消耗电流之差。
另外，在测试信号TP为低电平时，解码器23将发热电路21所具有的可变电阻VR控制为规定的电阻值。可变电阻VR的电阻值越大，发热控制信号HTCTL为低电平时在发热电路21中流过的直流电流Iht越大。优选可变电阻VR的电阻值被设定为能够尽可能地缩短集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。另外，如果测试信号TP为低电平，则与发热控制信号HTCTL的逻辑电平无关地将可变电阻VR控制为规定的电阻值，而在发热控制信号HTCTL为高电平时，在发热电路21中不流过直流电流Iht。
集成电路与振子的温度的关系
本实施方式的振荡器1通过在刚起动之后使直流电流Iht流过发热电路21，与在发热电路21中不流过直流电流Iht的比较例的振荡器相比，能够缩短集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。
图7是示出比较例的振荡器的动作的一例的图。另外，图8是示出本实施方式的振荡器1的动作的一例的图。在图7和图8中，A1表示供给到VDD端子的电源电压的变化，A2表示振荡信号VOSC的波形，A3表示振荡信号VOUT的波形。另外，A4表示集成电路2的消耗电力，A5表示集成电路2的温度和振子3的温度，A6表示振荡频率的频率偏差。在A5中，实线表示集成电路2的温度变化，虚线表示振子3的温度变化。
如图7和图8的A1所示，当在时刻t0开始向VDD端子供给电源电压时，如A2所示，振子3进行振荡，振荡信号VOSC的振幅逐渐增大。然后，当振荡信号VOSC的振幅大于阈值时，如A3所示，在时刻t1，产生振荡信号VOUT。然后，在时刻t4，电源电压向VDD端子的供给结束，振荡器1的动作停止。
在比较例的振荡器中，如图7的A4所示，在从时刻t0到时刻t1的第1期间P1，由于输出电路30停止动作，所以消耗电流为I0，与此相对，在从时刻t1到时刻t4的第2期间P2，由于输出电路30进行动作，所以消耗电流为比I0大的I1。因此，第1期间P1的发热量比第2期间P2的发热量小，如A5所示，集成电路2的温度缓慢地上升，振子3的温度也追随着集成电路2的温度而缓慢地上升。然后，在第2期间P2的时刻t3，集成电路2和振子3处于热平衡状态，如A6所示，振荡频率的偏差大致为零。
与此相对，在本实施方式的振荡器1中，在开始从外部供给电源电压起的第1期间P1，在发热电路21中流过电流而发热，在第1期间P1结束后的第2期间P2，在发热电路21中不流过电流。第1期间P1是发热控制信号HTCTL为低电平的期间，如上所述，是根据从振幅检测电路90输出的检测信号VDET而设定的。输出电路30在第1期间P1停止动作，在第2期间P2进行动作，但在本实施方式中，在第1期间P1中发热电路21每单位时间消耗的电力比在第2期间P2中输出电路30每单位时间消耗的电力大。因此，如图8的A4所示，第1期间P1的消耗电流I2比第2期间P2的消耗电流I1大。其结果是，在第1期间P1，集成电路2在每单位时间以第1发热量进行发热，在第1期间P1结束后的第2期间P2，集成电路2在每单位时间以第2发热量进行发热，第1发热量比第2发热量大。因此，在第1期间P1，集成电路2的温度急剧上升，振子3的温度也追随着集成电路2的温度而急剧上升。然后，在第2期间P2的比时刻t3早的时刻t2，集成电路2和振子3处于热平衡状态，如A6所示，振荡频率的偏差大致为零。这样，在本实施方式的振荡器1中，与比较例的振荡器相比，缩短了集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。
另外，在本实施方式的振荡器1中，即使在第1期间P1中发热电路21每单位时间消耗的电力比在第2期间P2中输出电路30每单位时间消耗的电力小，第1期间P1中的消耗电流I0也大于比较例的振荡器，因此缩短了集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。
集成电路的布局
在本实施方式中，为了使集成电路2产生的热容易传递到振子3，在集成电路2的布局上下工夫。图9是俯视观察在集成电路2中形成有元件的半导体基板100的图。如图9所示，在本实施方式中，发热电路21与XI端子之间的最短距离d1比发热电路21与VC端子之间的最短距离d3、发热电路21与VDD端子之间的最短距离d4、发热电路21与VSS端子之间的最短距离d5、以及发热电路21与OUT端子之间的最短距离d6短。同样，发热电路21与XO端子之间的最短距离d2比发热电路21与VC端子之间的最短距离d3、发热电路21与VDD端子之间的最短距离d4、发热电路21与VSS端子之间的最短距离d5、以及发热电路21与OUT端子之间的最短距离d6短。即，发热电路21与集成电路2的多个外部连接端子中的XI端子或XO端子之间的距离最短。换言之，集成电路2的多个外部连接端子中的XI端子或XO端子最接近发热电路21。因此，发热电路21发出的热经由XI端子和XO端子高效地传递到振子3，加速了振子3的温度上升，缩短了集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。
另外，如图9所示，在本实施方式中，温度传感器42与XI端子之间的最短距离d7比温度传感器42与VC端子之间的最短距离d9、温度传感器42与VDD端子之间的最短距离d10、温度传感器42与VSS端子之间的最短距离d11、以及温度传感器42与OUT端子之间的最短距离d12长。同样，温度传感器42与XO端子之间的最短距离d8比温度传感器42与VC端子之间的最短距离d9、温度传感器42与VDD端子之间的最短距离d10、温度传感器42与VSS端子之间的最短距离d11、以及温度传感器42与OUT端子之间的最短距离d12长。即，温度传感器42与集成电路2的多个外部连接端子中的XI端子或XO端子之间的距离最长。换言之，集成电路2的多个外部连接端子中的XI端子或XO端子距温度传感器42最远。因此，由于温度传感器42远离发热电路21，所以检测出比发热电路21的温度低的温度，因此温度传感器42检测出的温度与振子3的温度之差减小，能够减小开始输出振荡信号VOSC时的频率偏差。
另外，发热电路21与XI端子之间的最短距离d1比温度传感器42与XI端子之间的最短距离d7小。同样，发热电路21与XO端子之间的最短距离d2比温度传感器42与XO端子之间的最短距离d8小。因此，发热电路21产生的热比温度传感器42更容易经由XI端子和XO端子传递到振子3，温度传感器42检测出的温度与振子3的温度之差减小。
另外，XI端子是“第1外部连接端子”的一例，XO端子是“第2外部连接端子”的一例。
作用效果
如以上说明的那样，在第1实施方式的振荡器1中，在集成电路2中，由于发热电路21在从起动时开始的第1期间P1中发热，所以集成电路2在第1期间P1中的消耗电力比集成电路2在第1期间P1之后的第2期间P2中的消耗电力大。其结果是，集成电路2在第1期间P1中的发热量比集成电路2在第2期间P2中的发热量大，来自集成电路2的热高效地传递到振子3。因此，加速了振子3的温度上升，缩短了集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间，开始输出振荡信号VOSC时的频率偏差减小。因此，根据第1实施方式的振荡器1，能够减小起动时的振荡信号的频率偏差。
另外，根据第1实施方式的振荡器1，在调整温度补偿电路40时，通过使流过发热电路21的电流与振荡级电流调整数据、输出电平调整数据VADJ以及分频切换数据DIV联动地发生变化，能够高精度地生成与通常动作时在输出电路30中消耗的电流相应的电流，因此通过减少差分电流，能够进行高精度的频率温度补偿。而且，在第1实施方式的振荡器1中，通过在第1期间P1和调整温度补偿电路40时兼用发热电路21，可减小集成电路2的电路面积。
1-2.第2实施方式
以下，关于第2实施方式的振荡器1，对与第1实施方式相同的结构标注相同的标号，省略或简化与第1实施方式相同的说明，主要对与第1实施方式不同的内容进行说明。
图10是第2实施方式的振荡器1的功能框图。如图10所示，第2实施方式的振荡器1在集成电路2的存储器60中存储有用于调整并选择在第1期间P1中流过发热电路21的电流的发热控制电流调整数据IADJ2。发热控制电流调整数据IADJ2在振荡器1的制造工序中被存储在存储器60所具有的非易失性存储器中。存储于非易失性存储器的发热控制电流调整数据IADJ2在振荡器1刚起动之后(即，刚开始向VDD端子供给电源电压之后)被从非易失性存储器写入到寄存器中。
振幅控制电路20根据发热控制电流调整数据IADJ2，调整并选择在第1期间P1中流过发热电路21的电流。
图11是示出图10的振幅控制电路20的结构例的图。如图11所示，在振幅控制电路20中，解码器23根据测试信号TP、振荡级电流调整数据IADJ、分频切换数据DIV以及发热控制电流调整数据IADJ2，对流过发热电路21的直流电流Iht进行控制。具体来说，在测试信号TP为高电平时，与第1实施方式同样，解码器23根据振荡级电流调整数据IADJ和分频切换数据DIV对可变电阻VR的电阻值进行控制。
另外，在测试信号TP为低电平时，在发热控制信号HTCTL为低电平的第1期间P1，解码器23将发热电路21具有的可变电阻VR控制为与发热控制电流调整数据IADJ2对应的值。然后，在发热电路21中流过与可变电阻VR的电阻值对应的直流电流Iht。即，在第2实施方式的振荡器1中，在第1期间P1中流过发热电路21的电流是可变的。
图12是示出第2实施方式的振荡器1的动作的一例的图。在图12中，B1表示供给到VDD端子的电源电压的变化，B2表示振荡信号VOSC的波形，B3表示振荡信号VOUT的波形。另外，B4表示集成电路2的消耗电力，B5表示集成电路2的温度和振子3的温度，B6表示振荡频率的频率偏差。在B5中，实线表示集成电路2的温度变化，虚线表示振子3的温度变化。
如图12的B1所示，当在时刻t0开始向VDD端子供给电源电压时，如B2所示，振子3进行振荡，振荡信号VOSC的振幅逐渐增大。然后，当振荡信号VOSC的振幅大于阈值时，如B3所示，在时刻t1，产生振荡信号VOUT。然后，在时刻t4，电源电压向VDD端子的供给结束，振荡器1的动作停止。
在第2实施方式的振荡器1中，在第1期间P1，在发热电路21中流过与发热控制电流调整数据IADJ2对应的电流而发热，在第1期间P1结束后的第2期间P2，在发热电路21中不流过电流。即，在本实施方式中，如B4所示，能够对第1期间P1的消耗电流I2进行调整。输出电路30在第1期间P1停止动作，在第2期间P2进行动作，但在本实施方式中，在第1期间P1中发热电路21每单位时间消耗的电力比在第2期间P2中输出电路30每单位时间消耗的电力大。因此，如B4所示，第1期间P1的消耗电流I2比第2期间P2的消耗电流I1大。其结果是，在第1期间P1，集成电路2在每单位时间以第1发热量进行发热，在第1期间P1结束后的第2期间P2，集成电路2在每单位时间以第2发热量进行发热，第1发热量比第2发热量大。因此，在第1期间P1，集成电路2的温度急剧上升，振子3的温度也追随着集成电路2的温度而急剧上升。然后，在第2期间P2的时刻t2，集成电路2和振子3处于热平衡状态，如B6所示，振荡频率的偏差大致为零。这样，根据第2实施方式的振荡器1，与第1实施方式同样，相比于上述比较例的振荡器，缩短了集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。此外，根据第2实施方式的振荡器1，能够根据振荡器1的个体差异对在第1期间P1流过发热电路21的电流进行调整，因此即使存在振荡器1的个体差异，也能够可靠地缩短集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。
1-3.第3实施方式
以下，关于第3实施方式的振荡器1，对与第1实施方式相同的结构标注相同的标号，省略或简化与第1实施方式相同的说明，主要对与第1实施方式不同的内容进行说明。
图13是第3实施方式的振荡器1的功能框图。如图13所示，第3实施方式的振荡器1在集成电路2的存储器60中存储有用于调整并选择在发热电路21中流过电流的第1期间P1的长度的发热期间调整数据TADJ。发热期间调整数据TADJ在振荡器1的制造工序中被存储在存储器60具有的非易失性存储器中。存储于非易失性存储器的发热期间调整数据TADJ在振荡器1刚起动之后(即，刚开始向VDD端子供给电源电压之后)被从非易失性存储器写入到寄存器中。
发热期间控制电路92根据从振幅检测电路90输出的检测信号VDET和发热期间调整数据TADJ，输出发热控制信号HTCTL。在本实施方式中，在检测信号VDET为低电平时，发热控制信号HTCTL为低电平。另外，当从检测信号VDET从低电平变化为高电平的时刻起经过了根据发热期间调整数据TADJ而设定的时间时，发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平。具体来说，发热期间控制电路92从检测信号VDET从低电平变化为高电平的时刻起对振荡信号VOSC的脉冲数进行计数，当达到与发热期间调整数据TADJ对应的计数值时，使发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平。这样，在第3实施方式的振荡器1中，第1期间P1的长度是可变的。
图14是示出第3实施方式的振荡器1的动作的一例的图。在图14中，C1表示供给到VDD端子的电源电压的变化，C2表示振荡信号VOSC的波形，C3表示振荡信号VOUT的波形。另外，C4表示集成电路2的消耗电力，C5表示集成电路2的温度和振子3的温度，C6表示振荡频率的频率偏差。在C5中，实线表示集成电路2的温度变化，虚线表示振子3的温度变化。
如图12的C1所示，当在时刻t0开始向VDD端子供给电源电压时，如C2所示，振子3进行振荡，振荡信号VOSC的振幅逐渐增大。而且，当振荡信号VOSC的振幅大于阈值时，如C3所示，在时刻t1，产生振荡信号VOUT。然后，在时刻t4，电源电压向VDD端子的供给结束，振荡器1的动作停止。
在第2实施方式的振荡器1中，在第1期间P1，在发热电路21中流过电流而发热，在第1期间P1结束后的第2期间P2，在发热电路21中不流过电流。而且，在本实施方式中，如C4所示，能够对第1期间P1的长度进行调整。输出电路30在第1期间P1停止动作，在第2期间P2进行动作，但在本实施方式中，在第1期间P1中发热电路21每单位时间消耗的电力比在第2期间P2中输出电路30每单位时间消耗的电力大。因此，如C4所示，第1期间P1的消耗电流I2比第2期间P2的消耗电流I1大。其结果是，在第1期间P1，集成电路2在每单位时间以第1发热量进行发热，在第1期间P1结束后的第2期间P2，集成电路2在每单位时间以第2发热量进行发热，第1发热量比第2发热量大。因此，在第1期间P1，集成电路2的温度急剧上升，振子3的温度也追随着集成电路2的温度而急剧上升。然后，在第2期间P2的时刻t2，集成电路2和振子3达到热平衡状态，如C6所示，振荡频率的偏差大致为零。这样，根据第2实施方式的振荡器1，与第1实施方式同样，相比于上述比较例的振荡器，缩短了集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。此外，根据第2实施方式的振荡器1，能够根据振荡器1的个体差异对集成电路2的温度急剧上升的第1期间P1的长度进行调整，因此即使存在振荡器1的个体差异，也能够可靠地缩短集成电路2和振子3达到热平衡状态的时间。
1-4.变形例
也可以对上述第2实施方式和第3实施方式进行组合。即，振荡器1的第1期间P1的长度和在第1期间P1中流过发热电路21的电流的双方都可以是可变的。
另外，在上述第3实施方式中，当从检测信号VDET从低电平变化为高电平的时刻起经过根据发热期间调整数据TADJ而设定的时间时，第1期间P1结束，但也可以是，当在振荡器1刚起动之后经过根据发热期间调整数据TADJ而设定的时间时，第1期间P1结束。例如，发热期间控制电路92也可以在振荡器1刚起动之后对振荡信号VOSC的脉冲数进行计数，当达到与发热期间调整数据TADJ对应的计数值时，通过使发热控制信号HTCTL从低电平变化为高电平而使第1期间P1结束。
另外，在上述各实施方式中，在第1期间P1和调整温度补偿电路40时兼用发热电路21，但也可以单独设置在第1期间P1发热的发热电路和在调整温度补偿电路40时发热的发热电路。
另外，在上述各实施方式中，发热电路21在第1期间P1和调整温度补偿电路40时发热，但本发明也可以应用在调整温度补偿电路40时不发热的振荡器中。
另外，在上述各实施方式中，集成电路2具有发热电路21，但也可以代替发热电路21或者与发热电路21一起设置帕尔贴元件等具有加热器功能的元件，在第1期间P1中该元件进行发热。
另外，上述各实施方式的振荡器1是TCXO(Temperature Compensated CrystalOscillator：温度补偿型晶体振荡器)等具有温度补偿功能的振荡器，但例如也可以是VC-TCXO(Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator：压控温度补偿型晶体振荡器)等具有温度补偿功能和频率控制功能的振荡器。
2.电子设备
图15是示出本实施方式的电子设备的结构的一例的功能框图。另外，图16是示出作为本实施方式的电子设备的一例的智能手机的外观的一例的图。
本实施方式的电子设备300构成为包含振荡器310、CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)320、操作部330、ROM(Read Only Memory：只读存储器)340、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)350、通信部360和显示部370。另外，本实施方式的电子设备也可以构成为省略或变更图15的结构要素的一部分或者附加其他结构要素。
振荡器310具有集成电路312和振子313。集成电路312使振子313振荡而产生振荡信号。该振荡信号从振荡器310的外部端子输出到CPU 320。
CPU 320是如下处理部：依照ROM 340等所存储的程序，将从振荡器310输入的振荡信号作为时钟信号进行各种计算处理和控制处理。具体而言，CPU 320进行与来自操作部330的操作信号对应的各种处理、控制通信部360以与外部装置进行数据通信的处理、发送用于使显示部370显示各种信息的显示信号的处理等。
操作部330是由操作键、按钮开关等构成的输入装置，将与用户的操作对应的操作信号输出到CPU 320。
ROM 340是如下存储部：存储用于供CPU 320进行各种计算处理和控制处理的程序和数据等。
RAM 350是如下存储部：被用作CPU 320的工作区域，临时存储从ROM 340读出的程序和数据、从操作部330输入的数据、CPU 320依照各种程序执行的运算结果等。
通信部360进行用于建立CPU 320与外部装置之间的数据通信的各种控制。
显示部370是由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)等构成的显示装置，根据从CPU 320输入的显示信号显示各种信息。也可以在显示部370上设置作为操作部330发挥功能的触摸面板。
通过应用例如上述各实施方式的振荡器1来作为振荡器310，能够减少起动时的振荡信号的频率偏差，因此能够实现可靠性高的电子设备。
作为这样的电子设备300，可考虑各种电子设备，例如可举出移动型/膝上型/平板型等的个人计算机、智能手机或移动电话机等移动终端、数字照相机、喷墨式打印机等喷墨式排出装置、路由器或交换机等存储区域网络设备、局域网设备、移动终端基站用设备、电视机、摄像机、录像机、车载导航装置、实时时钟装置、寻呼机、电子记事本、电子辞典、计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子望远镜、POS终端、电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜等医疗设备、鱼群探测器、各种测量设备、车辆、飞机、船舶等计量仪器类、飞行模拟器、头戴式显示器、运动轨迹仪、运动跟踪器、运动控制器、步行者自主导航(PDR：PedestrianDead Reckoning)装置等。
作为本实施方式的电子设备300的一例，可举出作为终端基站用装置等发挥功能的传输装置，该终端基站用装置使用上述振荡器310作为基准信号源，例如通过有线或无线的方式与终端进行通信。通过应用例如上述各实施方式的振荡器1作为振荡器310，能够以比以往低的成本实现例如可用于通信基站等的可期望频率精度高、高性能、高可靠性的电子设备300。
另外，作为本实施方式的电子设备300的另一例，也可以是如下的通信装置：通信部360接收外部时钟信号，CPU 320包含根据该外部时钟信号和振荡器310的输出信号而控制振荡器310的频率的频率控制部。该通信装置例如可以是在Stratum3等主干系统网络设备或毫微微小区中使用的通信设备。
3.移动体
图17是示出本实施方式的移动体的一例的图。图17所示的移动体400构成为包含振荡器410、进行发动机系统、制动系统、无匙门禁系统等的各种控制的控制器420、430、440、电池450和备用电池460。另外，本实施方式的移动体也可以构成为省略图17的结构要素的一部分或者附加其它结构要素。
振荡器410具有未图示的集成电路和振子，集成电路使振子振荡而产生振荡信号。该振荡信号从振荡器410的外部端子输出到控制器420、430、440，例如被用作时钟信号。
电池450向振荡器410和控制器420、430、440供给电力。备用电池460在电池450的输出电压下降到低于阈值时，向振荡器410和控制器420、430、440供给电力。
通过应用例如上述各实施方式的振荡器1来作为振荡器410，能够减少起动时的振荡信号的频率偏差，因此能够实现可靠性高的移动体。
作为这样的移动体400，可考虑各种移动体，例如可举出电动汽车等汽车、喷气式飞机或直升飞机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。
本发明不限于本实施方式，能够在本发明的主旨范围内实施各种变形。
上述实施方式和变形例是一例，并不限于此。例如，还能够适当组合各实施方式和各变形例。
本发明包含与在实施方式中说明的结构实质相同的结构、例如功能、方法以及结果相同的结构，或者目的以及效果相同的结构。此外，本发明包含对实施方式中说明的结构的非本质部分进行置换后的结构。此外，本发明包含能够起到与在实施方式中说明的结构相同作用效果的结构或达到相同目的的结构。此外，本发明包含对在实施方式中说明的结构附加公知技术后的结构。

Claims (9)

1.一种振荡器，其中，该振荡器具有：
振子；以及
集成电路，
所述集成电路包含：
振荡用电路，其使所述振子进行振荡；
温度传感器；
温度补偿电路，其根据所述温度传感器的输出信号来补偿所述振子的温度特性；
输出电路，其被输入从所述振荡用电路输出的信号，并输出振荡信号；以及
发热电路，
在从开始由外部供给电源电压起的第1期间，所述发热电路流过电流而发热，在所述第1期间结束后的第2期间，所述发热电路不流过电流，
所述输出电路在所述第1期间停止动作，在所述第2期间进行动作，
在所述第1期间中所述发热电路每单位时间消耗的电力大于在所述第2期间中所述输出电路每单位时间消耗的电力。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其中，
在所述第1期间中流过所述发热电路的电流是可变的。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其中，
所述第1期间的长度是可变的。
4.根据权利要求1所述的振荡器，其中，
所述集成电路包含振幅检测电路，该振幅检测电路检测从所述振荡用电路输出的信号的振幅，并输出检测信号，
所述第1期间是基于所述检测信号而设定的。
5.一种振荡器，其中，该振荡器具有：
振子；以及
集成电路，
所述集成电路包含：
振荡用电路，其使所述振子进行振荡；
温度传感器；
温度补偿电路，其根据所述温度传感器的输出信号来补偿所述振子的温度特性；
输出电路，其被输入从所述振荡用电路输出的信号，并输出振荡信号；以及
发热电路，
在从开始由外部供给电源电压起的第1期间，所述发热电路流过电流而发热，在所述第1期间结束后的第2期间，所述发热电路不流过电流，
所述集成电路具有包含第1外部连接端子和第2外部连接端子在内的多个外部连接端子，其中，该第1外部连接端子与所述振子的一端电连接，该第2外部连接端子与所述振子的另一端电连接，
所述多个外部连接端子中的所述第1外部连接端子或所述第2外部连接端子最靠近所述发热电路。
6.根据权利要求5所述的振荡器，其中，
所述多个外部连接端子中的所述第1外部连接端子或所述第2外部连接端子距所述温度传感器最远。
7.一种振荡器，其中，该振荡器具有：
振子；以及
集成电路，其包含发热电路，
在从开始由外部供给电源电压起的第1期间，所述集成电路在每单位时间以第1发热量进行发热，
在所述第1期间结束后的第2期间，所述集成电路在每单位时间以第2发热量进行发热，
所述第1发热量大于所述第2发热量，
所述集成电路具有包含第1外部连接端子和第2外部连接端子在内的多个外部连接端子，其中，该第1外部连接端子与所述振子的一端电连接，该第2外部连接端子与所述振子的另一端电连接，
所述多个外部连接端子中的所述第1外部连接端子或所述第2外部连接端子最靠近所述发热电路。
8.一种电子设备，其中，该电子设备具有权利要求1～7中的任意一项所述的振荡器。
9.一种移动体，其中，该移动体具有权利要求1～7中的任意一项所述的振荡器。
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