JP2003032045A - 圧電デバイスおよび発振回路の温度特性調整方法 - Google Patents
圧電デバイスおよび発振回路の温度特性調整方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３次関数温度特性の振動子の変曲点より低い
温度域の特性を使うことにより、発振回路の温度特性を
使用温度範囲で、より平坦にすることのできる圧電デバ
イスおよび発振回路の温度特性調整方法を得る。 【解決手段】３次関数温度特性を有し前記３次関数温度
特性の変曲点が通常使用温度範囲外にある圧電デバイス
並びに発振回路の温度特性調整方法である。常温範囲に
位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２次関
数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の調整により
常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性を回転させ
て前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整する。
温度域の特性を使うことにより、発振回路の温度特性を
使用温度範囲で、より平坦にすることのできる圧電デバ
イスおよび発振回路の温度特性調整方法を得る。 【解決手段】３次関数温度特性を有し前記３次関数温度
特性の変曲点が通常使用温度範囲外にある圧電デバイス
並びに発振回路の温度特性調整方法である。常温範囲に
位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２次関
数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の調整により
常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性を回転させ
て前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電デバイスおよび
発振回路の温度特性調整方法に係り、特にＳＡＷデバイ
スとこれを搭載した発振回路の温度特性を調整する方法
に関する。
発振回路の温度特性調整方法に係り、特にＳＡＷデバイ
スとこれを搭載した発振回路の温度特性を調整する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電振動子の温度特性（温度変化
に対する周波数変動特性）は、図９に示すように、音叉
振動子、ＳＡＷ共振子などのように２次関数で表される
ものや、ＡＴ振動子などのように３次関数で表されるも
のがある。
に対する周波数変動特性）は、図９に示すように、音叉
振動子、ＳＡＷ共振子などのように２次関数で表される
ものや、ＡＴ振動子などのように３次関数で表されるも
のがある。
【０００３】この圧電振動子を用いた発振回路の周波数
温度特性では、通常使用温度である２５℃を中心に使用
温度範囲（−４０〜＋８５℃）で温度特性が最小になる
ように発振回路温度特性と振動子温度特性を調整してい
る。通常、２次関数温度特性をもつ圧電振動子を持つ発
振器では、発振回路温度特性の頂点温度が使用温度範囲
の中心に位置するように調整すると最小の温度安定度と
なる。従来の２次関数温度特性をもつ振動子では頂点温
度の調整幅は０℃から４０℃あたりである。これに対
し、３次関数温度特性をもつＡＴカット振動子などでは
変曲点温度を容易に調整できないので、使用温度範囲の
発振回路温度特性が最小幅となるように１次係数項を調
整するのが一般的である。実際には、前者の２次関数温
度特性の圧電振動子では電極膜厚や幅を調整することで
行い、後者の３次関数温度特性をもつ振動子では、その
変曲点を中心として回転するように電極の形成方向（Ｘ
軸方向）を調整することを行っている。
温度特性では、通常使用温度である２５℃を中心に使用
温度範囲（−４０〜＋８５℃）で温度特性が最小になる
ように発振回路温度特性と振動子温度特性を調整してい
る。通常、２次関数温度特性をもつ圧電振動子を持つ発
振器では、発振回路温度特性の頂点温度が使用温度範囲
の中心に位置するように調整すると最小の温度安定度と
なる。従来の２次関数温度特性をもつ振動子では頂点温
度の調整幅は０℃から４０℃あたりである。これに対
し、３次関数温度特性をもつＡＴカット振動子などでは
変曲点温度を容易に調整できないので、使用温度範囲の
発振回路温度特性が最小幅となるように１次係数項を調
整するのが一般的である。実際には、前者の２次関数温
度特性の圧電振動子では電極膜厚や幅を調整することで
行い、後者の３次関数温度特性をもつ振動子では、その
変曲点を中心として回転するように電極の形成方向（Ｘ
軸方向）を調整することを行っている。
【０００４】ところで、２次関数温度特性の振動子を用
いて発振回路を構成した場合、図８に示すように、発振
回路の温度特性が振動子の温度特性と一般的に異なる。
温度特性が時計方向あるいは反時計方向に回転するよう
に見える。これは、温度特性の１次係数が変化すること
による。この温度特性の変化は、１次係数の変化だけで
なく、より高次の係数の変化も含んでいるが、一般的に
は一次係数の変化で代表できる。発振器の周波数・温度
特性を最小にする場合、上述したように、一般的には２
次関数温度特性の頂点温度を使用温度範囲の中心に調整
する。しかし、振動子の頂点温度の調整範囲は自由では
なく、調整できる範囲が限られている。
いて発振回路を構成した場合、図８に示すように、発振
回路の温度特性が振動子の温度特性と一般的に異なる。
温度特性が時計方向あるいは反時計方向に回転するよう
に見える。これは、温度特性の１次係数が変化すること
による。この温度特性の変化は、１次係数の変化だけで
なく、より高次の係数の変化も含んでいるが、一般的に
は一次係数の変化で代表できる。発振器の周波数・温度
特性を最小にする場合、上述したように、一般的には２
次関数温度特性の頂点温度を使用温度範囲の中心に調整
する。しかし、振動子の頂点温度の調整範囲は自由では
なく、調整できる範囲が限られている。
【０００５】一方、３次関数温度特性の振動子を用いて
発振回路を構成した場合、図７示すように、発振回路の
温度特性が振動子の温度特性と一般的に異なる。２次特
性の場合と同様に、温度特性が時計方向あるいは反時計
方向に回転するように見える。３次関数温度特性の場
合、変曲点温度の移動は難しい。したがって、発振器の
周波数・温度特性を最小にする場合、一般的には振動子
の１次係数を調整することによって、使用温度範囲での
最小温度特性を得るようにしている。
発振回路を構成した場合、図７示すように、発振回路の
温度特性が振動子の温度特性と一般的に異なる。２次特
性の場合と同様に、温度特性が時計方向あるいは反時計
方向に回転するように見える。３次関数温度特性の場
合、変曲点温度の移動は難しい。したがって、発振器の
周波数・温度特性を最小にする場合、一般的には振動子
の１次係数を調整することによって、使用温度範囲での
最小温度特性を得るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、振動子の温
度特性調整範囲に対し、発振器の使用温度範囲が偏在し
ているような場合、特に２次関数温度特性の頂点温度を
使用温度範囲の中心に設定できないような場合、あるい
は、３次関数温度特性の変曲点温度が使用温度範囲の中
心から外れている場合は、温度特性が使用温度範囲にお
いて最小温度幅となるように調整することは難しい。ま
た、ＳＡＷ共振子は通常２次関数温度特性であり、発振
回路の温度特性改善手法としては、頂点温度を使用温度
範囲の中心に持ってくる方法しかない。
度特性調整範囲に対し、発振器の使用温度範囲が偏在し
ているような場合、特に２次関数温度特性の頂点温度を
使用温度範囲の中心に設定できないような場合、あるい
は、３次関数温度特性の変曲点温度が使用温度範囲の中
心から外れている場合は、温度特性が使用温度範囲にお
いて最小温度幅となるように調整することは難しい。ま
た、ＳＡＷ共振子は通常２次関数温度特性であり、発振
回路の温度特性改善手法としては、頂点温度を使用温度
範囲の中心に持ってくる方法しかない。
【０００７】本発明は、３次関数温度特性の振動子の変
曲点より低い温度域の特性を使うことにより、発振回路
の温度特性を使用温度範囲で、より平坦にすることので
きる圧電デバイスおよび発振回路の温度特性調整方法を
提供することを目的とする。
曲点より低い温度域の特性を使うことにより、発振回路
の温度特性を使用温度範囲で、より平坦にすることので
きる圧電デバイスおよび発振回路の温度特性調整方法を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る圧電デバイスの温度特性調整方法は次
のように構成した。すなわち、３次関数温度特性を有し
前記３次関数温度特性の変曲点が通常使用温度範囲外に
ある圧電デバイスの温度特性調整方法であって、常温範
囲に位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２
次関数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の調整に
より常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性を回転
させて前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整するよう
に構成した。
に、本発明に係る圧電デバイスの温度特性調整方法は次
のように構成した。すなわち、３次関数温度特性を有し
前記３次関数温度特性の変曲点が通常使用温度範囲外に
ある圧電デバイスの温度特性調整方法であって、常温範
囲に位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２
次関数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の調整に
より常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性を回転
させて前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整するよう
に構成した。
【０００９】また、本発明は、水晶板を電気軸（Ｘ軸）
回りに回転させて得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’
軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶板からなる圧電
デバイスの温度特性調整方法であって、前記面内回転角
を調整することによって温度特性の極大点もしくは極小
点温度を常温範囲の最適値に調整するように構成するこ
ともできる。
回りに回転させて得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’
軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶板からなる圧電
デバイスの温度特性調整方法であって、前記面内回転角
を調整することによって温度特性の極大点もしくは極小
点温度を常温範囲の最適値に調整するように構成するこ
ともできる。
【００１０】更に、本発明は、水晶板を電気軸（Ｘ軸）
回りに回転させて得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’
軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶板からなる圧電
デバイスの温度特性調整方法であって、Ｚ’軸回りに面
内回転させたＳＴカット水晶板を３次関数温度特性とみ
なして常温範囲での温度特性の調整を前記面内回転角の
調整による常温以外に位置する変曲点回りに温度特性を
回転させて温度特性の極大点もしくは極小点を見掛け上
の２次関数温度特性の頂点温度として常温範囲の適正値
にすることを特徴とする。
回りに回転させて得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’
軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶板からなる圧電
デバイスの温度特性調整方法であって、Ｚ’軸回りに面
内回転させたＳＴカット水晶板を３次関数温度特性とみ
なして常温範囲での温度特性の調整を前記面内回転角の
調整による常温以外に位置する変曲点回りに温度特性を
回転させて温度特性の極大点もしくは極小点を見掛け上
の２次関数温度特性の頂点温度として常温範囲の適正値
にすることを特徴とする。
【００１１】上記構成において、Ｚ’軸回りに面内回転
させた前記ＳＴカット水晶板は、オイラー角においてθ
＝１１３度〜１３５度，Ψ＝４３±５度である。また、
前記常温範囲は−４０〜＋８０℃に設定されている。
させた前記ＳＴカット水晶板は、オイラー角においてθ
＝１１３度〜１３５度，Ψ＝４３±５度である。また、
前記常温範囲は−４０〜＋８０℃に設定されている。
【００１２】本発明に係る発振回路の温度特性調整方法
は、３次関数温度特性を有し前記３次関数温度特性の変
曲点が通常使用温度範囲外にある圧電デバイスが組み込
まれた発振回路の温度特性調整方法であって、前記圧電
デバイスの温度特性を測定すると共に前記発振回路の温
度特性を測定してそれらの差分を求め、前記発振回路に
要求される温度特性になる振動子温度特性予測し、当該
予測温度特性となるように前記圧電デバイスの常温範囲
に位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２次
関数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の調整によ
り常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性を回転さ
せて前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整することを
特徴とする。
は、３次関数温度特性を有し前記３次関数温度特性の変
曲点が通常使用温度範囲外にある圧電デバイスが組み込
まれた発振回路の温度特性調整方法であって、前記圧電
デバイスの温度特性を測定すると共に前記発振回路の温
度特性を測定してそれらの差分を求め、前記発振回路に
要求される温度特性になる振動子温度特性予測し、当該
予測温度特性となるように前記圧電デバイスの常温範囲
に位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２次
関数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の調整によ
り常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性を回転さ
せて前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整することを
特徴とする。
【００１３】また、本発明に係る発振回路の温度特性調
整方法は、水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りに回転させて得
られるＳＴカット水晶板を更にＺ’軸回りに面内回転さ
せたＳＴカット水晶板からなる圧電振動子の３次関数温
度特性の変曲点より低い温度範囲で発振回路を構成し、
極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２次関数温度特
性の頂点温度として発振回路の周波数特性を調整するよ
うに構成している。
整方法は、水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りに回転させて得
られるＳＴカット水晶板を更にＺ’軸回りに面内回転さ
せたＳＴカット水晶板からなる圧電振動子の３次関数温
度特性の変曲点より低い温度範囲で発振回路を構成し、
極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２次関数温度特
性の頂点温度として発振回路の周波数特性を調整するよ
うに構成している。
【００１４】また、本発明は、水晶板を電気軸（Ｘ軸）
回りに回転させて得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’
軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶板を組み込んだ
発振回路の温度特性調整方法であって、面内回転させた
前記ＳＴカット水晶板と面内回転させた当該ＳＴカット
水晶板を組み込んだ発振回路の温度特性を求め、両者の
差分が相殺されるように面内回転させた前記ＳＴカット
水晶板の温度特性を調整する構成としてもよい。この場
合において、発振回路の使用温度範囲が−４０〜＋８５
℃である。
回りに回転させて得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’
軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶板を組み込んだ
発振回路の温度特性調整方法であって、面内回転させた
前記ＳＴカット水晶板と面内回転させた当該ＳＴカット
水晶板を組み込んだ発振回路の温度特性を求め、両者の
差分が相殺されるように面内回転させた前記ＳＴカット
水晶板の温度特性を調整する構成としてもよい。この場
合において、発振回路の使用温度範囲が−４０〜＋８５
℃である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る圧電デバイ
スおよび発振回路の温度特性調整方法の具体的実施形態
を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。一般に、ＳＡ
Ｗ共振子では、２次関数温度特性が一般的であるが、３
次関数温度特性をもつ圧電振動子を使用して、変曲点温
度が使用温度範囲よりも高い（または低い）温度領域に
位置し、３次関数温度特性の極大点付近の温度特性を使
用温度範囲として使用して発振回路温度特性を調節する
ことで、温度変化幅が小さい発振器温度特性を実現する
ことができる。
スおよび発振回路の温度特性調整方法の具体的実施形態
を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。一般に、ＳＡ
Ｗ共振子では、２次関数温度特性が一般的であるが、３
次関数温度特性をもつ圧電振動子を使用して、変曲点温
度が使用温度範囲よりも高い（または低い）温度領域に
位置し、３次関数温度特性の極大点付近の温度特性を使
用温度範囲として使用して発振回路温度特性を調節する
ことで、温度変化幅が小さい発振器温度特性を実現する
ことができる。
【００１６】例えば、圧電振動子を水晶から切り出す場
合、カットの方向によって温度特性が変わる。図１に示
すように、水晶の結晶軸は、電気軸（Ｘ軸）、機械軸
（Ｙ軸）、光軸（Ｚ軸）によって定義されるが、ＳＴカ
ットといわれるものはオイラー角（φ、θ、Ψ）が
（０、０、０）の水晶Ｚ板２を、電気軸（Ｘ軸）周りに
θ＝１１３〜１３５度回転させて得られる水晶板１から
その結晶軸（Ｘ，Ｙ’，Ｚ’）に沿って切り出されるも
のである。このＳＴカット水晶板１のＺ’軸周りにさら
にΨ＝４３±５度回転させ、弾性表面波の伝播方向がこ
のΨの方向となるように作製された圧電振動子がＺ’軸
回りに面内回転させたＳＴカット水晶振動子３といわれ
るものである。この面内回転ＳＴカット水晶振動子３
は、周波数変化率が小さくて温度特性が極めてよい。そ
してＳＴカットの一種であり、その温度特性は２次関数
温度特性であると思われていた。しかし、発明者等が調
べてみると、実際は変曲点が１１０度近辺にある３次関
数温度特性であることが判明した。変曲点が実際の使用
温度範囲から外れている場合には、そのような温度領域
で温度特性を検査することは発振器を構成する他の素子
を破損してしまう可能性があるので、実際上は変曲点の
存在を確認することが不可能であった。したがって、
Ｚ’軸回りに面内回転させたこのＳＴカット水晶板から
切り出された振動子の温度特性を調整しようとする場
合、２次関数温度特性として行っても調整が極めて困難
なものとなっていたのである。
合、カットの方向によって温度特性が変わる。図１に示
すように、水晶の結晶軸は、電気軸（Ｘ軸）、機械軸
（Ｙ軸）、光軸（Ｚ軸）によって定義されるが、ＳＴカ
ットといわれるものはオイラー角（φ、θ、Ψ）が
（０、０、０）の水晶Ｚ板２を、電気軸（Ｘ軸）周りに
θ＝１１３〜１３５度回転させて得られる水晶板１から
その結晶軸（Ｘ，Ｙ’，Ｚ’）に沿って切り出されるも
のである。このＳＴカット水晶板１のＺ’軸周りにさら
にΨ＝４３±５度回転させ、弾性表面波の伝播方向がこ
のΨの方向となるように作製された圧電振動子がＺ’軸
回りに面内回転させたＳＴカット水晶振動子３といわれ
るものである。この面内回転ＳＴカット水晶振動子３
は、周波数変化率が小さくて温度特性が極めてよい。そ
してＳＴカットの一種であり、その温度特性は２次関数
温度特性であると思われていた。しかし、発明者等が調
べてみると、実際は変曲点が１１０度近辺にある３次関
数温度特性であることが判明した。変曲点が実際の使用
温度範囲から外れている場合には、そのような温度領域
で温度特性を検査することは発振器を構成する他の素子
を破損してしまう可能性があるので、実際上は変曲点の
存在を確認することが不可能であった。したがって、
Ｚ’軸回りに面内回転させたこのＳＴカット水晶板から
切り出された振動子の温度特性を調整しようとする場
合、２次関数温度特性として行っても調整が極めて困難
なものとなっていたのである。
【００１７】本実施形態では、Ｚ’軸回りに面内回転さ
せたＳＴカット水晶振動子が３次関数温度特性であると
の知見を得て、常温範囲に位置する極大点もしくは極小
点温度を見掛け上の２次関数温度特性の頂点温度とみな
し、一次係数項の調整により常温範囲外に位置する変曲
点回りに温度特性を回転させて前記頂点温度を常温範囲
の最適値に調整するように構成したものである。これは
具体的には、水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りにθ＝１１３
〜１３５度回転させて得られるＳＴカット水晶板を更に
Ｚ’軸回りにΨ＝４３±５度だけ面内回転させたＳＴカ
ット水晶板からなる圧電デバイスの前記面内回転角を調
整することによって温度特性の極大点もしくは極小点温
度を常温範囲の最適値に調整して温度特性を調整するよ
うにした。
せたＳＴカット水晶振動子が３次関数温度特性であると
の知見を得て、常温範囲に位置する極大点もしくは極小
点温度を見掛け上の２次関数温度特性の頂点温度とみな
し、一次係数項の調整により常温範囲外に位置する変曲
点回りに温度特性を回転させて前記頂点温度を常温範囲
の最適値に調整するように構成したものである。これは
具体的には、水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りにθ＝１１３
〜１３５度回転させて得られるＳＴカット水晶板を更に
Ｚ’軸回りにΨ＝４３±５度だけ面内回転させたＳＴカ
ット水晶板からなる圧電デバイスの前記面内回転角を調
整することによって温度特性の極大点もしくは極小点温
度を常温範囲の最適値に調整して温度特性を調整するよ
うにした。
【００１８】今、図２に示しているように、Ｚ’軸回り
に面内回転させたＳＴカット水晶振動子の温度特性は変
曲点温度が約１１０℃であり、常用温度範囲は、それよ
り低い温度領域−４０〜＋８５℃であるので、変曲点よ
り低い温度領域に位置する極大点を有する特性領域を使
用する（図２において四角で囲んだ部分）。３次関数温
度特性の場合には変曲点を移動することが困難であるの
で，一次係数項を調整し、特性線を変曲点周りに回転さ
せる。これによって、常用使用温度領域での特性線を見
かけ上の２次関数温度特性として捉え，極大点を２次関
数温度特性の頂点温度として使用温度領域の中心に位置
するように調整するのである。これは、図２に示す実線
が基本特性線である場合、その極大点Ｐ1を使用温度範
囲Ｔzの中央に位置するように、特性線を変曲点周りに
回転させて新たに破線で示しているような特性線を得
る。これにより、使用温度範囲であたかも頂点温度を平
行移動したかの如く、極大点温度がＰ1→Ｐ2に移動し、
使用温度範囲において周波数変化率を最小にすることが
できる。
に面内回転させたＳＴカット水晶振動子の温度特性は変
曲点温度が約１１０℃であり、常用温度範囲は、それよ
り低い温度領域−４０〜＋８５℃であるので、変曲点よ
り低い温度領域に位置する極大点を有する特性領域を使
用する（図２において四角で囲んだ部分）。３次関数温
度特性の場合には変曲点を移動することが困難であるの
で，一次係数項を調整し、特性線を変曲点周りに回転さ
せる。これによって、常用使用温度領域での特性線を見
かけ上の２次関数温度特性として捉え，極大点を２次関
数温度特性の頂点温度として使用温度領域の中心に位置
するように調整するのである。これは、図２に示す実線
が基本特性線である場合、その極大点Ｐ1を使用温度範
囲Ｔzの中央に位置するように、特性線を変曲点周りに
回転させて新たに破線で示しているような特性線を得
る。これにより、使用温度範囲であたかも頂点温度を平
行移動したかの如く、極大点温度がＰ1→Ｐ2に移動し、
使用温度範囲において周波数変化率を最小にすることが
できる。
【００１９】Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカットの
圧電振動子は、まずＳＴカット水晶ウェハを作製し，そ
のオリエンテーリングフラットを利用して面内角度Ψを
与え、これに各振動子領域に反射電極膜とすだれ状電極
膜を露光形成するのである。この３次関数温度特性の実
際的調整作業は、上記面内角度Ψ＝４３度を加減調整す
ることによって弾性表面波の伝播方向を変えて行う。Ψ
の変化方向と特性線の回転方向の関係は予め分かってい
るので、調整方向と調整量はある程度予測できる。した
がって、Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカットの圧電
振動子を作成してその温度特性を求め、設計仕様による
使用温度範囲で極大点もしくは極小点が中心に位置する
ように特性線の回転量を求め、この回転量に対応するΨ
の加減調整角度αを求める。当初の面内角度Ψに対応す
るオリエンテーリングフラットを角度Ψ±αに設定して
反射電極膜とすだれ状電極膜を形成するのである。これ
により使用温度範囲において周波数変化率を最小にする
Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカットの圧電デバイス
を得ることができる。
圧電振動子は、まずＳＴカット水晶ウェハを作製し，そ
のオリエンテーリングフラットを利用して面内角度Ψを
与え、これに各振動子領域に反射電極膜とすだれ状電極
膜を露光形成するのである。この３次関数温度特性の実
際的調整作業は、上記面内角度Ψ＝４３度を加減調整す
ることによって弾性表面波の伝播方向を変えて行う。Ψ
の変化方向と特性線の回転方向の関係は予め分かってい
るので、調整方向と調整量はある程度予測できる。した
がって、Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカットの圧電
振動子を作成してその温度特性を求め、設計仕様による
使用温度範囲で極大点もしくは極小点が中心に位置する
ように特性線の回転量を求め、この回転量に対応するΨ
の加減調整角度αを求める。当初の面内角度Ψに対応す
るオリエンテーリングフラットを角度Ψ±αに設定して
反射電極膜とすだれ状電極膜を形成するのである。これ
により使用温度範囲において周波数変化率を最小にする
Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカットの圧電デバイス
を得ることができる。
【００２０】ところで、上述したＺ’軸回りに面内回転
させたＳＴカット水晶振動子を組み込んだ発振回路１０
の概略構成を図３に示す。圧電振動子１２、位相器１４
の直列回路に増幅器１６を並列に接続した構成例であ
る。この発振回路１０の温度特性は、振動子１２の温度
特性と回路１０の温度特性が加算されたものになる。図
４（１）はＺ’軸回りに面内回転させたＳＴカットの水
晶振動子単独の温度特性を示し，同図（２）はこの振動
子を組み込んだ発振回路の温度特性を示している。同図
（２）は振動子の温度特性が時計回りに回転したものを
示す。発振回路では、この回転が起きるので、これを見
越して、使用温度範囲における温度特性が平坦になるよ
うに調整する。この場合、発振回路の温度特性が使用温
度範囲で見掛け上、頂点温度が使用温度範囲の中心にく
るように、振動子の温度特性を調整する。すなわち、圧
電振動子１２が単独では図４（１）に示すような３次関
数温度特性を示し、これが発振回路１０に組み込まれた
ときの発振回路の温度特性は見掛け上、図４（２）に示
すように温度特性が変曲点回りに回転した様相を示す。
そこで、発振回路１０として使用する温度範囲で特性が
図４（３）に示される如く平坦となるような発振回路の
温度特性を図４（２）となるように決定し、逆算して圧
電振動子１２の温度特性を図４（１）のように調整する
のである。具体的には、所望する特性から発振回路の温
度特性を引き算した特性が振動子の温度特性となる。こ
の温度特性は変曲点温度が使用温度範囲より高い温度域
にある３次関数で表される。
させたＳＴカット水晶振動子を組み込んだ発振回路１０
の概略構成を図３に示す。圧電振動子１２、位相器１４
の直列回路に増幅器１６を並列に接続した構成例であ
る。この発振回路１０の温度特性は、振動子１２の温度
特性と回路１０の温度特性が加算されたものになる。図
４（１）はＺ’軸回りに面内回転させたＳＴカットの水
晶振動子単独の温度特性を示し，同図（２）はこの振動
子を組み込んだ発振回路の温度特性を示している。同図
（２）は振動子の温度特性が時計回りに回転したものを
示す。発振回路では、この回転が起きるので、これを見
越して、使用温度範囲における温度特性が平坦になるよ
うに調整する。この場合、発振回路の温度特性が使用温
度範囲で見掛け上、頂点温度が使用温度範囲の中心にく
るように、振動子の温度特性を調整する。すなわち、圧
電振動子１２が単独では図４（１）に示すような３次関
数温度特性を示し、これが発振回路１０に組み込まれた
ときの発振回路の温度特性は見掛け上、図４（２）に示
すように温度特性が変曲点回りに回転した様相を示す。
そこで、発振回路１０として使用する温度範囲で特性が
図４（３）に示される如く平坦となるような発振回路の
温度特性を図４（２）となるように決定し、逆算して圧
電振動子１２の温度特性を図４（１）のように調整する
のである。具体的には、所望する特性から発振回路の温
度特性を引き算した特性が振動子の温度特性となる。こ
の温度特性は変曲点温度が使用温度範囲より高い温度域
にある３次関数で表される。
【００２１】また、異なる使用温度範囲の場合には、同
様に、発振回路としての温度特性を見越して調整する。
図５に圧電振動子単独の温度特性（同図（１））、発振
回路に組み込んだときの温度特性（同図（２））、使用
温度範囲における拡大図（同図（３））を示している。
この場合には、見掛け上の頂点温度を使用温度範囲の中
心に調整するが、これは振動子の３次関数の係数を調整
することで実現でき、２次関数の頂点温度の調整、及び
３次関数の変曲点温度の調整よりも容易に特性をコント
ロールすることができる。
様に、発振回路としての温度特性を見越して調整する。
図５に圧電振動子単独の温度特性（同図（１））、発振
回路に組み込んだときの温度特性（同図（２））、使用
温度範囲における拡大図（同図（３））を示している。
この場合には、見掛け上の頂点温度を使用温度範囲の中
心に調整するが、これは振動子の３次関数の係数を調整
することで実現でき、２次関数の頂点温度の調整、及び
３次関数の変曲点温度の調整よりも容易に特性をコント
ロールすることができる。
【００２２】このような発振回路１０にＺ’軸回りに面
内回転させたＳＴカット水晶振動子を組み込んだときの
温度特性調整方法の具体的手順を図６のフローチャート
に示す。温度特性調整作業に入ると（ステップ１０
０）、最初に発振器の要求特性から目標温度特性が設定
される（ステップ１０２）。使用温度範囲と許容周波数
偏差である。そして、組み込まれるＺ’軸回りに面内回
転させたＳＴカット水晶振動子単独の温度特性と、発振
器としての温度特性の差分データがあるかどうかがチェ
ックされる（ステップ１０４）。差分データがなけれ
ば、最初に振動子の温度特性を測定する（ステップ１０
６）。そして、実際に使用する発振器に当該振動子を組
み込み（ステップ１０８）、今度は発振器としての温度
特性を測定する（ステップ１１０）。そして、両者の温
度特性の差分を演算し（ステップ１１２）、目標特性か
ら差分データを差し引いて振動子に要求される温度特性
を予測する（ステップ１１４）。ステップ１０６ではい
わば基準振動子を作成するもので、例えば、オイラー角
でθ＝１２３度、Ψ＝４３度で作成すればよい。そし
て、ステップ１１４で要請される温度特性とするための
面内角度Ψの変更量を決定し、弾性表面波の伝播方向を
変更した振動子を試作する（ステップ１１６）。そし
て、振動子の温度特性が所望の特性傾向に調整されたを
確認するために温度特性が測定され（ステップ１１
８）、次いで振動子を発振器に組み込んで（ステップ１
２０）、発振器の温度特性を測定する（ステップ１２
２）。これが要求特性を見なすものであれば、ステップ
１１６で試作された条件で振動子を作成する。要求を充
足しないようであれば（ステップ１２４）、ステップ１
１２に戻り、面内角度Ψを変更して要求特性を満足する
まで一連の作業を繰り返すのである。
内回転させたＳＴカット水晶振動子を組み込んだときの
温度特性調整方法の具体的手順を図６のフローチャート
に示す。温度特性調整作業に入ると（ステップ１０
０）、最初に発振器の要求特性から目標温度特性が設定
される（ステップ１０２）。使用温度範囲と許容周波数
偏差である。そして、組み込まれるＺ’軸回りに面内回
転させたＳＴカット水晶振動子単独の温度特性と、発振
器としての温度特性の差分データがあるかどうかがチェ
ックされる（ステップ１０４）。差分データがなけれ
ば、最初に振動子の温度特性を測定する（ステップ１０
６）。そして、実際に使用する発振器に当該振動子を組
み込み（ステップ１０８）、今度は発振器としての温度
特性を測定する（ステップ１１０）。そして、両者の温
度特性の差分を演算し（ステップ１１２）、目標特性か
ら差分データを差し引いて振動子に要求される温度特性
を予測する（ステップ１１４）。ステップ１０６ではい
わば基準振動子を作成するもので、例えば、オイラー角
でθ＝１２３度、Ψ＝４３度で作成すればよい。そし
て、ステップ１１４で要請される温度特性とするための
面内角度Ψの変更量を決定し、弾性表面波の伝播方向を
変更した振動子を試作する（ステップ１１６）。そし
て、振動子の温度特性が所望の特性傾向に調整されたを
確認するために温度特性が測定され（ステップ１１
８）、次いで振動子を発振器に組み込んで（ステップ１
２０）、発振器の温度特性を測定する（ステップ１２
２）。これが要求特性を見なすものであれば、ステップ
１１６で試作された条件で振動子を作成する。要求を充
足しないようであれば（ステップ１２４）、ステップ１
１２に戻り、面内角度Ψを変更して要求特性を満足する
まで一連の作業を繰り返すのである。
【００２３】このように、本実施形態によれば、振動子
温度特性と発振器温度特性を組み合わせることによっ
て、振動子の極大点を使用温度範囲の頂点温度として利
用し、使用温度範囲で温度特性が最小となるように発振
器温度特性を調整できる。増幅器及び移相器の温度特性
が使用温度範囲において振動子の温度特性と異なる温度
特性を示し、振動子の温度特性を改善できる特性を作り
込むことで、発振器全体の温度特性を改善できる。
温度特性と発振器温度特性を組み合わせることによっ
て、振動子の極大点を使用温度範囲の頂点温度として利
用し、使用温度範囲で温度特性が最小となるように発振
器温度特性を調整できる。増幅器及び移相器の温度特性
が使用温度範囲において振動子の温度特性と異なる温度
特性を示し、振動子の温度特性を改善できる特性を作り
込むことで、発振器全体の温度特性を改善できる。
【００２４】この場合、振動子の温度特性が使用温度範
囲において擬似的な２次特性であり、振動子の温度特性
が３次関数温度特性であり、変曲点温度が使用温度範囲
の中心より高い温度域または低い温度範囲にあり、使用
温度範囲では擬似的な２次特性に見える振動子を用いて
いる。
囲において擬似的な２次特性であり、振動子の温度特性
が３次関数温度特性であり、変曲点温度が使用温度範囲
の中心より高い温度域または低い温度範囲にあり、使用
温度範囲では擬似的な２次特性に見える振動子を用いて
いる。
【００２５】上記実施形態ではＺ’軸回りに面内回転さ
せたＳＴカット水晶振動子を用いた例を示しているが、
変曲点が使用温度範囲より低い温度領域にあるようなカ
ットなど、振動子の温度特性が使用温度範囲において擬
似的な２次特性を示す振動子に適用できる。
せたＳＴカット水晶振動子を用いた例を示しているが、
変曲点が使用温度範囲より低い温度領域にあるようなカ
ットなど、振動子の温度特性が使用温度範囲において擬
似的な２次特性を示す振動子に適用できる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は３次関数
温度特性を有し前記３次関数温度特性の変曲点が通常使
用温度範囲外にある圧電デバイスの温度特性調整方法で
あって、常温範囲に位置する極大点もしくは極小点温度
を見掛け上の２次関数温度特性の頂点温度とみなし、一
次係数の調整により常温範囲外に位置する変曲点回りに
温度特性を回転させて前記頂点温度を常温範囲の最適値
に調整するようにし、また、３次関数温度特性を有し前
記３次関数温度特性の変曲点が通常使用温度範囲外にあ
る圧電デバイスが組み込まれた発振回路の温度特性調整
方法であって、前記圧電デバイスの温度特性を測定する
と共に前記発振回路の温度特性を測定してそれらの差分
を求め、前記発振回路に要求される温度特性になる振動
子温度特性予測し、当該予測温度特性となるように前記
圧電デバイスの常温範囲に位置する極大点もしくは極小
点温度を見掛け上の２次関数温度特性の頂点温度とみな
し、一次係数の調整により常温範囲外に位置する変曲点
回りに温度特性を回転させて前記頂点温度を常温範囲の
最適値に調整するように構成したので、３次関数温度特
性の振動子の変曲点より低い温度域の特性を使うことに
より、発振回路の温度特性を使用温度範囲で、より平坦
にすることのできる
温度特性を有し前記３次関数温度特性の変曲点が通常使
用温度範囲外にある圧電デバイスの温度特性調整方法で
あって、常温範囲に位置する極大点もしくは極小点温度
を見掛け上の２次関数温度特性の頂点温度とみなし、一
次係数の調整により常温範囲外に位置する変曲点回りに
温度特性を回転させて前記頂点温度を常温範囲の最適値
に調整するようにし、また、３次関数温度特性を有し前
記３次関数温度特性の変曲点が通常使用温度範囲外にあ
る圧電デバイスが組み込まれた発振回路の温度特性調整
方法であって、前記圧電デバイスの温度特性を測定する
と共に前記発振回路の温度特性を測定してそれらの差分
を求め、前記発振回路に要求される温度特性になる振動
子温度特性予測し、当該予測温度特性となるように前記
圧電デバイスの常温範囲に位置する極大点もしくは極小
点温度を見掛け上の２次関数温度特性の頂点温度とみな
し、一次係数の調整により常温範囲外に位置する変曲点
回りに温度特性を回転させて前記頂点温度を常温範囲の
最適値に調整するように構成したので、３次関数温度特
性の振動子の変曲点より低い温度域の特性を使うことに
より、発振回路の温度特性を使用温度範囲で、より平坦
にすることのできる
【図１】Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶の
説明図である。
説明図である。
【図２】Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶振
動子の温度特性線図である。
動子の温度特性線図である。
【図３】発振回路の構成例である。
【図４】実施形態に係る圧電振動子並びに発振器に組み
込んだときの温度特性線図、その部分拡大図である。
込んだときの温度特性線図、その部分拡大図である。
【図５】他の実施形態に係る圧電振動子並びに発振器に
組み込んだときの温度特性線図、その部分拡大図であ
る。
組み込んだときの温度特性線図、その部分拡大図であ
る。
【図６】発振器温度特性の調整作業を示すフローチャー
トである。
トである。
【図７】３次関数温度特性の調整作業の説明図である。
【図８】２次関数温度特性の調整作業の説明図である。
【図９】従来の２次関数温度特性と３次関数温度特性の
説明図である。
説明図である。
１………ＳＴカット水晶板、２………水晶Ｚ板、３……
…Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶振動子、
１０………発振器、１２………圧電振動子、１４………
位相器、１６………増幅器。
…Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶振動子、
１０………発振器、１２………圧電振動子、１４………
位相器、１６………増幅器。
Claims (9)
- 【請求項１】 ３次関数温度特性を有し前記３次関数温
度特性の変曲点が通常使用温度範囲外にある圧電デバイ
スの温度特性調整方法であって、 常温範囲に位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け
上の２次関数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の
調整により常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性
を回転させて前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整す
ることを特徴とする圧電デバイスの温度特性調整方法。 - 【請求項２】 水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りに回転させ
て得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’軸回りに面内回
転させたＳＴカット水晶板からなる圧電デバイスの温度
特性調整方法であって、 前記面内回転角を調整することによって温度特性の極大
点もしくは極小点温度を常温範囲の最適値に調整するこ
とを特徴とする圧電デバイスの温度特性調整方法。 - 【請求項３】 水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りに回転させ
て得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’軸回りに面内回
転させたＳＴカット水晶板からなる圧電デバイスの温度
特性調整方法であって、 Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶板を３次関
数温度特性とみなして常温範囲での温度特性の調整を前
記面内回転角の調整による常温以外に位置する変曲点回
りに温度特性を回転させて温度特性の極大点もしくは極
小点を見掛け上の２次関数温度特性の頂点温度として常
温範囲の適正値に調整することを特徴とする圧電デバイ
スの温度特性調整方法。 - 【請求項４】 Ｚ’軸回りに面内回転させた前記ＳＴカ
ット水晶板は、オイラー角においてθ＝１１３度〜１３
５度，Ψ＝４３±５度であることを特徴とする請求項１
〜３のいずれか１に記載の圧電デバイスの温度特性調整
方法。 - 【請求項５】 前記常温範囲は−４０〜＋８５℃に設定
されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１
に記載の圧電デバイスの温度特性調整方法。 - 【請求項６】 ３次関数温度特性を有し前記３次関数温
度特性の変曲点が通常使用温度範囲外にある圧電デバイ
スが組み込まれた発振回路の温度特性調整方法であっ
て、 前記圧電デバイスの温度特性を測定すると共に前記発振
回路の温度特性を測定してそれらの差分を求め、前記発
振回路に要求される温度特性になる振動子温度特性予測
し、当該予測温度特性となるように前記圧電デバイスの
常温範囲に位置する極大点もしくは極小点温度を見掛け
上の２次関数温度特性の頂点温度とみなし、一次係数の
調整により常温範囲外に位置する変曲点回りに温度特性
を回転させて前記頂点温度を常温範囲の最適値に調整す
ることを特徴とする発振回路の温度特性調整方法。 - 【請求項７】 水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りに回転させ
て得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’軸回りに面内回
転させたＳＴカット水晶板からなる圧電振動子の３次関
数温度特性の変曲点より低い温度範囲で発振回路を構成
し、極大点もしくは極小点温度を見掛け上の２次関数温
度特性の頂点温度として発振回路の周波数特性を調整す
ることを特徴とする発振回路の温度特性調整方法。 - 【請求項８】 水晶板を電気軸（Ｘ軸）回りに回転させ
て得られるＳＴカット水晶板を更にＺ’軸回りに面内回
転させたＳＴカット水晶板を組み込んだ発振回路の温度
特性調整方法であって、面内回転させた前記ＳＴカット
水晶板と面内回転させた当該ＳＴカット水晶板を組み込
んだ発振回路の温度特性を求め、両者の差分が相殺され
るように面内回転させた前記ＳＴカット水晶板の温度特
性を調整することを特徴とする発振回路の温度特性調整
方法。 - 【請求項９】 発振回路の使用温度範囲が−４０〜＋８
５℃であることを特徴とする請求項７または８記載の発
振回路の温度特性調整方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001217238A JP3675373B2 (ja) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | 発振回路の温度特性調整方法 |
| US10/197,243 US6777854B2 (en) | 2001-07-17 | 2002-07-17 | Method of adjusting temperature properties of piezoelectric devices and oscillation circuits |
| US10/885,167 US7019444B2 (en) | 2001-07-17 | 2004-07-01 | Method of adjusting temperature properties of piezoelectric devices and oscillation circuits |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001217238A JP3675373B2 (ja) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | 発振回路の温度特性調整方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005036556A Division JP2005137031A (ja) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | Ｓａｗデバイス、発振回路の温度特性調整方法および発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003032045A true JP2003032045A (ja) | 2003-01-31 |
| JP3675373B2 JP3675373B2 (ja) | 2005-07-27 |
Family
ID=19051607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001217238A Expired - Fee Related JP3675373B2 (ja) | 2001-07-17 | 2001-07-17 | 発振回路の温度特性調整方法 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3675373B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7012476B2 (en) | 2003-03-20 | 2006-03-14 | Seiko Epson Corporation | Voltage-controlled oscillator, clock converter, and electronic device |
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|---|---|---|---|---|
| JP3675373B2 (ja) * | 2001-07-17 | 2005-07-27 | セイコーエプソン株式会社 | 発振回路の温度特性調整方法 |
| CN108199697B (zh) * | 2017-12-04 | 2021-03-30 | 北京航天微电科技有限公司 | 一种声表面波滤波器及其实现方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH650897GA3 (ja) * | 1982-07-14 | 1985-08-30 | ||
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| FR2634067B1 (fr) * | 1988-07-07 | 1992-04-03 | Electro Microtechn Centre | Resonateur piezoelectrique |
| CH683578A5 (fr) * | 1990-03-08 | 1994-03-31 | Suisse Electronique Microtech | Résonateur piézoélectrique. |
| US5895996A (en) * | 1994-09-29 | 1999-04-20 | Seiko Epson Corporation | Saw device |
| JP3129255B2 (ja) | 1997-10-20 | 2001-01-29 | 日本電気株式会社 | 水晶発振回路 |
| JP3673406B2 (ja) | 1998-07-22 | 2005-07-20 | 京セラ株式会社 | ディジタル制御型発振器 |
| JP3840852B2 (ja) | 1998-10-15 | 2006-11-01 | セイコーエプソン株式会社 | 弾性表面波装置及び２ポート弾性表面波共振子 |
| FR2785473B1 (fr) * | 1998-10-30 | 2001-01-26 | Thomson Csf | Filtre faibles pertes a ondes acoustiques de surface sur substrat de quartz de coupe optimisee |
| US6744182B2 (en) * | 2001-05-25 | 2004-06-01 | Mark Branham | Piezoelectric quartz plate and method of cutting same |
| JP3675373B2 (ja) * | 2001-07-17 | 2005-07-27 | セイコーエプソン株式会社 | 発振回路の温度特性調整方法 |
| JP3724575B2 (ja) * | 2001-08-09 | 2005-12-07 | セイコーエプソン株式会社 | 弾性表面波装置 |
| JP3622202B2 (ja) * | 2001-08-29 | 2005-02-23 | セイコーエプソン株式会社 | 弾性表面波装置の温度特性調整方法 |
| JP2004274696A (ja) * | 2002-10-04 | 2004-09-30 | Seiko Epson Corp | 弾性表面波装置および弾性表面波装置の温度特性調整方法 |
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2001
- 2001-07-17 JP JP2001217238A patent/JP3675373B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2002
- 2002-07-17 US US10/197,243 patent/US6777854B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-07-01 US US10/885,167 patent/US7019444B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7012476B2 (en) | 2003-03-20 | 2006-03-14 | Seiko Epson Corporation | Voltage-controlled oscillator, clock converter, and electronic device |
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| US20050001518A1 (en) | 2005-01-06 |
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