JP2009267887A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 出力信号の測定の作業性を容易にする。
【解決手段】 温度補償回路部と水晶振動子が接続された発振回路部から２つの出力端子が設けられた温度補償型水晶発振器にであって、発振回路と２つの出力端子とに接続するスイッチ部を備え、スイッチ部が、２つの出力端子のうち一方の出力端子と発振回路との間に設けられる第一のスイッチ部と、発振回路と前記第一のスイッチ部との間と２つの出力端子のうち他方の出力端子とを結ぶ経路において、第一のスイッチ部と前記一方の出力端子との間と経路との間に設けられる第二のスイッチ部と、を備えて構成されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、周囲温度に変化が生じても周波数を安定させる温度補償型水晶発振器に関する。

従来から、通信機器等の電子機器には、使用環境の温度変化によって生じる水晶振動子の周波数特性の変化を安定させるために温度補償型発振器が用いられる場合がある。
この従来の温度補償型発振器は、例えば、水晶振動素子と集積回路素子とこれらを搭載する容器体と水晶振動素子を気密封止する蓋体とから主に構成されている。
水晶振動素子は、例えば、ＡＴカット水晶片に励振電極を設けて構成されている。この水晶振動素子をセラミック等の容器体内に気密封止して水晶振動子が構成される。
また、集積回路素子は、例えば、温度補償回路部として、ＥＥＰＲＯＭ、温度制御回路、温度センサー回路、ＡＦＣ調整回路、共振回路、増幅回路、２つのバッファ回路とから主に構成されており、この２つのバッファ回路のそれぞれに出力端子が接続されている。
ここで、ＥＥＰＲＯＭは温度制御回路と接続し、温度制御回路は温度センサー回路と接続し、温度センサー回路はＡＦＣ調整回路と接続している。また、温度制御回路、温度センサー回路、ＡＦＣ調整回路は共振回路と接続している。また、共振回路は、増幅回路と接続している。この増幅回路は２つのバッファ回路とも接続している（例えば、特許文献１参照）。

このように構成される温度補償型水晶発振器は、２つのバッファ回路と接続する出力端子のそれぞれについて出力信号の検査を行う必要がある。
たとえば、検査に用いるプローブピンを一方の出力端子に当接して出力信号を確認した後に、他方の出力端子にプローブピンを当接して出力信号を確認する。
特開２００１−１５６５４７号公報

しかしながら、このような構成の温度補償型水晶発振器は、出力端子のそれぞれについて検査を行わなければならず、検査の作業が煩雑になる。
また、それぞれの出力端子に対応した治具や装置が必要となり、生産コストが増大する恐れがある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、出力信号の測定の作業性を容易にする温度補償型水晶発振器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、温度補償回路部と水晶振動子が接続された発振回路部から２つの出力端子が設けられた温度補償型水晶発振器にであって、前記発振回路と前記２つの出力端子とに接続するスイッチ部を備え、前記スイッチ部が、２つの出力端子のうち一方の出力端子と発振回路との間に設けられる第一のスイッチ部と、前記発振回路と前記第一のスイッチ部との間と２つの出力端子のうち他方の出力端子とを結ぶ経路において、第一のスイッチ部と前記一方の出力端子との間と前記経路との間に設けられる第二のスイッチ部と、を備えて構成されることを特徴とする。

また、本発明は、前記スイッチ部が、入力される電圧に応じて第一のスイッチ部と第二のスイッチ部とを切り替えることを特徴とする。

このような温度補償型水晶発振器によれば、出力端子を２つ備えているため、測定のために用いる出力端子と、回路基板に実装されて信号出力のために用いる出力端子とに分けて使用することが出来る。また、スイッチ部に第一のスイッチ部と第二のスイッチ部とを設けたことにより、出力信号の測定を行う場合と、実装後に出力信号を出力する場合とで切り替えを行うことができる。これにより、製造過程での出力信号の検査を２つの出力端子のうちのいずれか１つを用いることができるため、出力信号の測定の作業性を向上させることができる。

また、入力される電圧に応じてスイッチ部における切り替えを行うため、人為的な切り替えを必要とせず、プローブを端子に当接した際または回路基板に実装した際にスイッチ部で切り替えがなされるので、測定後すぐに回路基板への実装が可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の第一の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の一例を示す断面図である。図２は本発明の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の一例を模式的に示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る温度補償型水晶発振器１００は、２つの凹部１１Ａ、１１Ｂを有する容器体１０と、一方の凹部１１Ａに搭載される集積回路素子３０と、他方の凹部１１Ｂに搭載される水晶振動素子２０と、この他方の凹部１１Ｂを気密封止する蓋体４０とから主に構成されている。

容器体１０は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数積層することよって形成されており、前記容器体１０の両主面には、中央域に開口する矩形状の凹部１１Ａ、１１Ｂが形成されている。
また、水晶振動素子２０を搭載する凹部１１Ｂを囲繞する容器体１０の側壁部１３の開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン１６が形成されている。また、凹部１１Ｂ内には、圧電振動素子搭載パッド１５が設けられている。この圧電振動素子搭載パッド１５は、容器体１０の内部の配線導体やビアホール導体等及び凹部１１Ａ内底面に形成された集積回路素子搭載パッド１４を介して、集積回路素子３０に電気的に接続される。

また、集積回路素子３０を搭載する凹部１１Ａを囲繞する容器体１０の側壁部１２の開口側頂面には、２つの出力端子と、入力端子となる端子Ｖｃｃ、グランド端子ＧＮＤ、ＡＦＣ端子、イネーブル・ディセーブル端子Ｅ／Ｄからなる外部端子Ｇが設けられている。また、凹部１１Ａの底面に集積回路素子搭載パッド１４が設けられている。
また、集積回路素子搭載パッド１４は、集積回路素子３０に形成されている接続パッド３０Ａと電気的且つ機械的に接続され、容器体１０内部に形成されている配線導体（図示せず）やビアホール導体等（図示せず）を介して２つの出力端子と、入力端子となる端子Ｖｃｃ、グランド端子ＧＮＤ、ＡＦＣ端子、イネーブル・ディセーブル端子Ｅ／Ｄからなる外部端子Ｇに電気的に接続される。これら外部端子Ｇは、圧電発振器１００をマザーボード等の回路基板に搭載する際、半田付け等によって回路基板の回路配線と電気的に接続されることとなる。

なお、容器体１０の側壁部の頂面に形成された封止用導体パターン１６は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、前記容器体１０の環状に囲繞する形態で被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。その封止用導体パターン１６は、後述する蓋体４０を、蓋体４０に形成された封止部材Ｆを介して、容器体１０の側壁部１３の頂面に接合させるためのものであり、かかる封止用導体パターン１６に、Ｗ若しくはＭｏから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成となしておくことにより、封止用導体パターン１６に対する封止部材Ｆの濡れ性を良好とし、圧電発振器１００の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。

水晶振動素子２０は、水晶素板の表裏両主面に励振用電極２１が被着形成したものである。この 水晶振動素子２０は、外部からの交番電圧が励振用電極２１を介して水晶素板に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。また、水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。このような圧電振動素子２０は、その両主面に被着されている励振用電極２１と凹部１１Ｂ内の圧電振動素子搭載パッド１５に導電性接着剤Ｄを介して電気的且つ機械的に接続することによって搭載される。

蓋体４０は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作される。この蓋体４０の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面の封止用導体パターン１６に対応する箇所に封止部材Ｆである金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。また、このような封止部材Ｆは、封止用導体パターン１６の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。また、封止部材Ｆが薄すぎると当該機能を充分に発揮することができない。

集積回路素子３０は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ３１、温度補償回路部３２、発振回路部３３、スイッチ部３４とから主に構成されている。
ＥＥＰＲＯＭ３１は、温度に対応した電圧の値を記憶しており、温度補償回路部３２が有する温度センサー回路から出力された温度に対する電圧の値を示す電圧信号を出力する役割を果たす。このＥＥＰＲＯＭは、温度補償回路部３２に接続している。

温度補償回路部３２は、主に、温度センサー回路３２Ａ、温度制御回路３２Ｂ、ＡＦＣ調整回路３２Ｃ、とから構成されている。温度センサー回路部３２Ａは、集積回路素子３０の周囲の雰囲気温度を検知して、検知した温度を示す温度信号を出力する役割を果たす。
温度制御回路３２Ｂは、温度センサー回路部３２Ａから出力された温度信号を入力し、その温度信号に対応した制御を行う役割を果たす。具体的には、例えば、水晶振動素子２０の温度特性が、例えば縦軸を周波数変化率、横軸を温度とした場合、２５℃の位置を変極点とする３次関数となる。このとき、温度補償型水晶発振器１００の電圧を、３次関数で表される水晶振動素子２０の温度特性を反転した３次関数を生成しつつ、３次関数で表される水晶振動素子２０の温度特性の変極点付近の勾配を傾けて横軸と平行になるように、３次関数を加工する役割を果たす。
ＡＦＣ調整回路３２Ｃは、温度制御回路３２Ｂが生成した３次関数に基づいて、ＥＥＰＲＯＭ３１の電圧信号と温度センサー回路３２Ａの温度信号とを用いて、周波数を理論的な理想値に合わせる役割を果たす。温度補償回路部３２は、発振回路部３３と接続している。
発振回路部３３は、水晶振動素子２０と接続しており、所定の周波数で発振できるようになっている。この発振回路部３３は発振する周波数を出力信号として生成する。この発振回路部３３はスイッチ部３４と接続している。

スイッチ部３４は、２つのバッファ回路Ｂ１、Ｂ２と第一のスイッチ部Ｓ１と第二のスイッチ部Ｓ２とから主に構成されている。
このスイッチ部３４は、それぞれのバッファ回路Ｂ１、Ｂ２が２つある出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１、Ｇ−ｏｕｔ２）に接続している。
そして、これらバッファ回路Ｂ１、Ｂ２は、発振回路部３３側で接続している。

ここで、第一のスイッチ部Ｓ１は、２つの出力端子Ｇのうち一方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ１と発振回路３３との間に設けられる。
つまり、第一のスイッチ部Ｓ１は、バッファ回路Ｂ１と一方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ１との間に設けられる。

また、第二のスイッチ部Ｓ２は、発振回路３３と第一のスイッチ部Ｓ１との間と２つの出力端子Ｇのうち他方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ２とを結ぶ経路において、第一のスイッチ部Ｓ１と前記一方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ１との間と前記経路との間に設けられる。
つまり、発振回路３３から一方のバッファ回路Ｂ１と第一のスイッチ部Ｓ１と一方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ１とで結ばれる経路と、発振回路３３と一方のバッファ回路Ｂ２との間で接続し他方のバッファ回路Ｂ２と他方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ２とを結ぶ経路において、２つの経路を結ぶ位置に第二のスイッチ部Ｓ２が設けられる。なお、この第二のスイッチ部Ｓ２は、第一のスイッチ部Ｓ１と一方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ１との間と、他方のバッファ回路Ｂ２と他方の出力端子Ｇ−ｏｕｔ２との間に設けられることとなる。

このスイッチ部３４による切り替えは、周波数を検査する際に印加される電圧と、回路基板に搭載された後に印加される電圧との違いを用いて切り替えを行う。
例えば、周波数を検査する際の電圧を５．０Ｖ、回路基板に搭載された後に印加される電圧を４．５Ｖとした場合について説明する。
周波数を検査する際、５．０Ｖが集積回路素子に印加されることとなる。このとき、電圧は、スイッチ部３４まで到達することとなるが、この電圧において、スイッチ部３４は、第一のスイッチ部Ｓ１のスイッチを開放し、第二のスイッチ部Ｓ２のスイッチを閉じる制御を行う。これにより、２つの出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１、Ｇ−ｏｕｔ２）から同一の出力信号を取り出せることが出来る。したがって、用いられる設備において、どの出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１、Ｇ−ｏｕｔ２）を用いても、この温度補償型水晶発振器１００の検査を行うことができる。

つぎに、回路基板に搭載された後に４．５Ｖの電圧が印加された場合について説明する。この場合も４．５Ｖの電圧がスイッチ部３４まで到達する。これにより、スイッチ部３４は、第一のスイッチ部Ｓ１のスイッチを閉じ、第二のスイッチ部Ｓ２のスイッチを開放する制御を行う。これにより、出力信号は一方の出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１）のみから取り出せることとなる。
つまり、スイッチ部３４は、入力される電圧に応じて第一のスイッチ部Ｓ１と第二のスイッチ部Ｓ２とを切り替えることができるため、検査の場合と回路基板に実装された場合とで、２つの出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１、Ｇ−ｏｕｔ２）を使い分けることができる。

このように本発明の実施形態に係る温度補償型水晶発振器１００を構成したので、出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１、Ｇ−ｏｕｔ２）を２つ備えていることにより、測定のために用いる出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１、Ｇ−ｏｕｔ２）と、回路基板に実装されて信号出力のために用いる出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１）とに分けて使用することが出来る。また、スイッチ部３４に第一のスイッチ部Ｓ１と第二のスイッチ部Ｓ２とを設けたことにより、出力信号の測定を行う場合と、実装後に出力信号を出力する場合とで切り替えを行うことができる。これにより、製造過程での出力信号の検査を２つの出力端子Ｇ（Ｇ−ｏｕｔ１、Ｇ−ｏｕｔ２）のうちのいずれか１つを用いることができるため、出力信号の測定の作業性を向上させることができる。

また、入力される電圧に応じてスイッチ部３４における切り替えを行うため、人為的な切り替えを必要とせず、プローブを端子に当接した際または回路基板に実装した際にスイッチ部３４で切り替えがなされるので、測定後すぐに回路基板への実装が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、容器体の構造は、一方の主面に２つの凹部を形成した構造や、水晶振動子に凹部が形成された部材を接続した構成としても良い。また、水晶振動子に集積回路素子を搭載してモールド樹脂で集積回路素子を保護した構造や、リードフレームに水晶振動子と集積回路素子を搭載してモールド樹脂で保護した構造としても良い。

本発明の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の一例を模式的に示すブロック図である。

符号の説明

１００ 温度補償型水晶発振器
１０ 容器体
３０ 集積回路素子
２０ 水晶振動素子
４０ 蓋体
３１ ＥＥＰＲＯＭ
３２ 温度補償回路部
３２Ａ 温度センサー回路
３２Ｂ 温度制御回路
３２Ｃ ＡＦＣ調整回路
３３ 発振回路部
３４ スイッチ部
Ｇ 外部端子（出力端子）

Claims (2)

1. 温度補償回路部と水晶振動子が接続された発振回路部から２つの出力端子が設けられた温度補償型水晶発振器にであって、
   前記発振回路と前記２つの出力端子とに接続するスイッチ部を備え、
   前記スイッチ部が、
   ２つの出力端子のうち一方の出力端子と発振回路との間に設けられる第一のスイッチ部と、
   前記発振回路と前記第一のスイッチ部との間と２つの出力端子のうち他方の出力端子とを結ぶ経路において、第一のスイッチ部と前記一方の出力端子との間と前記経路との間に設けられる第二のスイッチ部と、
   を備えて構成されることを特徴とする温度補償型水晶発振器。
2. 前記スイッチ部が、入力される電圧に応じて第一のスイッチ部と第二のスイッチ部とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の温度補償型水晶発振器。

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