JP2010109808A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】各種電子機器とのインピーダンス整合を考慮した圧電発振器。
【解決手段】電圧発生回路１２０と、電圧発生回路１２０が出力する制御電圧ＶＣに基づ
いて所定の発振周波数で圧電振動子１００を発振させる発振回路１１０と、発振回路１１
０の発振出力をバッファするバッファ回路２１０と、外部出力端子ＯＵＴと、蛇行させた
配線パターンにより形成されるｎ個（ｎは１以上の整数）のインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ
３と、バッファ回路２１０の出力線２１１と外部出力端子ＯＵＴとの間にｎ個のインダク
タンス素子Ｌ１〜Ｌ３の各々を接続するか否か切り替える切替回路２００と、を含む圧電
発振器１。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電発振器に関し、特に搭載する各種電子機器とのインピーダンス整合を考
慮した圧電発振器に関する。

近年、圧電発振器は周波数安定度、小型軽量、低価格等により携帯電話等の通信機器か
ら水晶時計のような民生機器まで、多くの分野で用いられている。一般に圧電発振器は、
圧電発振器を搭載する機器側の電気回路からの影響を小さくするため、バッファ回路（緩
衝増幅器）を出力部に設けている場合が多い。

例えば、特許文献１には緩衝増幅器を出力部に備えた水晶発振器が開示されている。図
５は、水晶発振器５０の構成を示す回路図であり、増幅器５１と、帰還抵抗５２と、圧電
振動子５３と、２つの負荷容量５４、５５と、緩衝増幅器５６と、を備えている。水晶発
振器５０は、増幅器５１と、帰還抵抗５２と、圧電振動子５３とを並列接続し、その並列
接続回路の一方の接続端に負荷容量５４の一方の端子を接続し、負荷容量５４の他方の端
子を接地する。また並列接続回路の他方の接続端に負荷容量５５の一方の端子を接続し、
他方の端子を接地する。そして、増幅器５１の出力端に緩衝増幅器５６を接続する。この
ように構成される水晶発振器５０の周波数調整は、負荷容量５４、５５にＭＯＳ半導体可
変容量素子を用い、このＭＯＳ半導体可変容量素子に電圧及びその時間を制御したパルス
信号を印加することにより行う。

また、特許文献２には、ピアース型水晶発振器に高速起動回路を付加した回路の出力部
に緩衝用の増幅器を付加した発振器が開示されている。図６は、従来の高速起動回路付水
晶発振器の構成を示す回路図である。この図に示すように、高速起動回路付水晶発振器６
１は、ピアース型水晶発振器６２と、高速起動回路６３とにより構成される。

ピアース型水晶発振器６２は、トランジスタＴｒ６１と、このトランジスタＴｒ６１の
エミッタと接地間に接続された抵抗Ｒ６１と、トランジスタＴｒ６１のベースと定電流源
間に接続された抵抗Ｒ６２と、水晶振動子Ｘと容量Ｃ６３との直列接続回路の両方の端子
にそれぞれ容量Ｃ６２、Ｃ６４接続したπ型回路と、このπ型回路の一方の端部とトラン
ジスタＴｒ６１のベースとを接続する容量Ｃ６１と、π型回路の一方の端部と抵抗Ｒ６２
とを接続する容量Ｃ６５と、緩衝用の増幅器６８と、を備えている。

また、高速起動回路６３は、トランジスタＴｒ６２と、このトランジスタＴｒ６２のエ
ミッタと電源とを接続する抵抗Ｒ６３と、トランジスタＴｒ６３と、このトランジスタＴ
ｒ６３のエミッタと接地間に接続された容量Ｃ６６と、トランジスタＴｒ６４と、を備え
ている。そして、トランジスタＴｒ６３のエミッタとトランジスタＴｒ６２のベースを接
続し、トランジスタＴｒ６２のコレクタとトランジスタＴｒ６４のベースを接続して構成
される。

そして、この高速起動回路６３のトランジスタＴｒ６４のコレクタと水晶振動子Ｘの一
方の端子とを接続することにより高速起動回路付水晶発振器６１が構成される。

特開昭５７−２０００３号公報 特開２００６−２７９６０８号公報

ところで、上記したような圧電発振器に関する客先仕様書は、圧電発振器単体の性能に
ついて詳細に規定しており、圧電発振器の製造メーカはこの客先仕様書に基づいて圧電発
振器を設計、試作、調整作業を行い、仕様書を満たした圧電発振器を客先に納入する。し
かし、客先が納入された圧電発振器を携帯電話等の機器に搭載し、機器の総合性能を試験
すると、機器の仕様を満たさないということが屡々あった。例えば、機器の受信感度が機
器の仕様を満たさないという問題が多々あり、その原因を調べてみると圧電発振器が発す
る高調波が機器のキャリア周波数に影響を及ぼしている場合等があった。高調波発生の原
因としては、圧電発振器の出力ラインと、機器側のＲＦＩＣ（高周波集積回路）までのラ
イン間で発生する場合や、圧電発振器内部からの発生する場合、ＲＦＩＣ内部からの発生
する場合、或いは電源ラインに高調波が重畳する場合等、いくつかの原因が考えられる。
中でも原因として高いものは圧電発振器−ＲＦＩＣ間のラインであり、基板のラインの引
き回しや、圧電発振器−ＲＦＩＣ間のインピーダンス不整合により高調波を放射している
ものと考えられる。

しかしながら、特許文献１及び２には発振回路の出力部に緩衝用の増幅器が付加されて
いるものの、発振器の緩衝用増幅器と、発振器が搭載されるセット側のＲＦＩＣとの整合
、高調波の抑止等については記載されておらず、客先でセットの受信感度不具合が屡々発
生するという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
圧電振動子と、前記圧電振動子を発振させ所定の周波数の発振信号を出力する発振回路
と、前記発振信号を外部に出力する外部出力端子と、前記発振回路の出力と前記外部出力
端子との間に形成された出力線と、蛇行させた配線パターンにより形成され前記出力線に
接続されるｎ個（ｎは１以上の整数）のインダクタンス素子と、前記ｎ個のインダクタン
ス素子の各々を選択して前記ｎ個のインダクタンス素子と前記出力線との接続の断接を制
御する切替回路と、を含む、ことを特徴とする圧電発振器。

この構成によれば、切替回路によって出力線と外部出力端子との間にインダクタンス素
子を何個接続するかを切り替えることにより発振回路の出力インピーダンスを調整するこ
とができるので、本圧電発振器が接続される客先の電子機器の入力インピーダンスに合わ
せることで、インピーダンスマッチングをとることができる。

［適用例２］
上記に記載の圧電発振器において、前記ｎ個のインダクタンス素子は容量成分を有する
ものであることを特徴とする圧電発振器。

この構成によれば、切替回路によって出力線と外部出力端子との間に容量成分を含むイ
ンダクタンス素子を何個接続するかを切り替えることにより発振回路の出力インピーダン
スを調整することができるので、本圧電発振器が接続される客先の電子機器の入力インピ
ーダンスに合わせることで、インピーダンスマッチングをとることができる。

［適用例３］
上記に記載の圧電発振器において、前記圧電発振器は、記憶回路を含み、前記切替回路
は、前記記憶回路に記憶された設定値に基づき前記接続の断接を制御することを特徴とす
る圧電発振器。

この構成によれば、切替回路によって出力線と外部出力端子との間に（容量成分を含む
）インダクタンス素子を何個接続するかを切り替えることにより発振回路の出力インピー
ダンスを調整することができるので、本圧電発振器が接続される客先の電子機器の入力イ
ンピーダンスに合わせることで、インピーダンスマッチングをとることができる。

以下、圧電発振器の実施形態について図面に従って説明する。

（第１実施形態）
＜圧電発振器の構成＞
先ず、第１実施形態に係る圧電発振器の構成について、図１を参照して説明する。図１
（Ａ）は、第１実施形態に係る圧電発振器の構成を示す回路図、図１（Ｂ）は、切替回路
の動作を示す表である。本実施形態では、ｎ＝３個のインダクタンス素子の場合について
説明するが、ｎは１以上の整数であれば実用的な範囲において適用可能である。

図１（Ａ）に示すように、圧電発振器１は、圧電振動子１００を発振するための発振回
路１１０と、電圧発生回路１２０と、バッファ回路２１０と、外部出力端子ＯＵＴと、蛇
行させた配線パターンにより形成されるｎ＝３個のインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３
と、切替回路２００と、さらに、記憶回路であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable
and Programmable Read Only Memory）２４０と、ＥＥＰＲＯＭ２４０の設定値を書き換
えるための外部入力端子ＩＮと、を含んで構成されている。

発振回路１１０は、電圧発生回路１２０が出力する制御電圧ＶＣに基づいて所定の発振
周波数で圧電振動子１００を発振させる。発振回路１１０の発振出力は、バッファ回路２
１０によりバッファされ、出力線２１１から出力される。なお、バッファ回路２１０を備
えない構成でもよい。この場合発振回路１１０の出力が出力線２１１に接続される構成と
なる。

切替回路２００は、７個のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ７と、各々のスイッチ素子ＳＷ１
〜ＳＷ７のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号Ｓ１〜Ｓ７を出力する制御回路２３０と、を含ん
で構成されている。

スイッチ素子ＳＷ１は、出力線２１１と外部出力端子ＯＵＴとの間に接続されている。
スイッチ素子ＳＷ２は、出力線２１１とインダクタンス素子Ｌ１の一方の端子との間に接
続されている。スイッチ素子ＳＷ３は、外部出力端子ＯＵＴとインダクタンス素子Ｌ１の
他方の端子との間に接続されている。スイッチ素子ＳＷ４は、インダクタンス素子Ｌ１の
他方の端子とインダクタンス素子Ｌ２の一方の端子との間に接続されている。スイッチ素
子ＳＷ５は、外部出力端子ＯＵＴとインダクタンス素子Ｌ２の他方の端子との間に接続さ
れている。スイッチ素子ＳＷ６は、インダクタンス素子Ｌ２の他方の端子とインダクタン
ス素子Ｌ３の一方の端子との間に接続されている。スイッチ素子ＳＷ７は、インダクタン
ス素子Ｌ３の他方の端子と外部出力端子ＯＵＴとの間に接続されている。

制御回路２３０は、図１（Ｂ）に示すＥＥＰＲＯＭ２４０の値に基づき動作する。図１
（Ｂ）に示すように、出力線２１１と外部出力端子ＯＵＴとの間にインダクタンス素子Ｌ
１〜Ｌ３を全て接続しない場合は、スイッチ素子ＳＷ１＝ＯＮ、スイッチ素子ＳＷ２〜Ｓ
Ｗ７＝ＯＦＦに設定する。出力線２１１と外部出力端子ＯＵＴとの間にインダクタンス素
子Ｌ１を接続する場合は、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７＝ＯＦＦ、スイッチ素子
ＳＷ２〜ＳＷ３＝ＯＮに設定する。出力線２１１と外部出力端子ＯＵＴとの間にインダク
タンス素子Ｌ１，Ｌ２を接続する場合は、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ７
＝ＯＦＦ、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５＝ＯＮに設定する。出力線２１１と外部
出力端子ＯＵＴとの間にインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を接続する場合は、スイッ
チ素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５＝ＯＦＦ、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６、ＳＷ７
＝ＯＮに設定する。

以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

本実施形態では、切替回路２００によってバッファ回路２１０の出力線２１１と外部出
力端子ＯＵＴとの間にインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ３を何個接続するかを切り替えること
により圧電発振器１の出力インピーダンスを調整することができるので、客先の電子機器
の入力インピーダンスに合わせることで、インピーダンスマッチングをとることができる
。

以上、圧電発振器の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるもの
ではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下
、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）圧電発振器の変形例１について説明する。前記第１実施形態では、圧電発
振器１は、蛇行させた配線パターンにより形成されるインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ３で圧
電発振器１の出力インピーダンスを調整するように説明したが、図２に示すように、蛇行
させた配線パターンに容量成分を付加することもできる。図２（Ａ）は、変形例１に係る
圧電発振器の構成を示す回路図、図２（Ｂ）は、蛇行させた配線パターンに容量成分を付
加する方法を示す模式図である。

図２（Ｂ）に示すように、圧電発振器２を形成する集積回路が３層のアルミ層ＡＬ１，
ＡＬ２，ＡＬ３を有するのであれば、アルミ層ＡＬ１，ＡＬ３を接地線ＧＮＤとし、アル
ミ層ＡＬ２をインダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を形成する蛇行させた配線パターンと
すると、アルミ層ＡＬ１とアルミ層ＡＬ２との間に容量成分が発生し、同様にアルミ層Ａ
Ｌ３とアルミ層ＡＬ２との間に容量成分が発生する。図２（Ｂ）のように構成することに
より、図２（Ａ）に示すように、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の各々に容量成分
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が付随する。すなわち、配線の長さだけでなく太さを変えても、容量成
分を変えることができる。

この構成によれば、切替回路２００によってバッファ回路２１０の出力線２１１と外部
出力端子ＯＵＴとの間に容量成分Ｃ１〜Ｃ３を含むインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ３を何個
接続するかを切り替えることにより圧電発振器２の出力インピーダンスを調整することが
できるので、客先の電子機器の入力インピーダンスに合わせることで、インピーダンスマ
ッチングをとることができる。

（変形例２）圧電発振器の変形例２について説明する。前記変形例１では、圧電発振器
２は、蛇行させた配線パターンにより形成される容量成分Ｃ１〜Ｃ３を含むインダクタン
ス素子Ｌ１〜Ｌ３で発振回路１１０の出力インピーダンスを調整するように説明したが、
図３に示すように、容量成分だけで出力インピーダンスを調整することもできる。図３（
Ａ）は、変形例２に係る圧電発振器の構成を示す回路図、図３（Ｂ）は、容量成分を形成
する方法を示す模式図である。

図３（Ｂ）に示すように、圧電発振器３を形成する集積回路が３層のアルミ層ＡＬ１，
ＡＬ２，ＡＬ３を有するのであれば、アルミ層ＡＬ１，ＡＬ３を接地線（ＧＮＤ）とし、
アルミ層ＡＬ２を容量成分Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を形成するパターンとすると、アルミ層ＡＬ
１とアルミ層ＡＬ２との間に容量成分が発生し、同様にアルミ層ＡＬ３とアルミ層ＡＬ２
との間に容量成分が発生する。図３（Ｂ）のように構成することにより、図３（Ａ）に示
すように、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の代わりに容量成分Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が
接続される。

この構成によれば、切替回路２００によってバッファ回路２１０の出力線２１１と外部
出力端子ＯＵＴとの間に容量成分Ｃ１〜Ｃ３を何個接続するかを切り替えることにより圧
電発振器３の出力インピーダンスを調整することができるので、客先の電子機器の入力イ
ンピーダンスに合わせることで、インピーダンスマッチングをとることができる。

（変形例３）圧電発振器の変形例３について説明する。前記第１実施形態では、圧電発
振器１は、同一層で蛇行させた配線パターンにより形成されるインダクタンス素子Ｌ１〜
Ｌ３で圧電発振器１の出力インピーダンスを調整するように説明したが、図４に示すよう
に、異なる層にインダクタンス素子Ｌ１〜Ｌ３を形成することもできる。図４（Ａ）は、
変形例３に係る圧電発振器の構成を示す回路図、図４（Ｂ）は、インダクタンス素子を形
成する方法を示す模式図である。

図４（Ｂ）に示すように、圧電発振器４を形成する集積回路が３層のアルミ層ＡＬ１，
ＡＬ２，ＡＬ３を有するのであれば、アルミ層ＡＬ１，ＡＬ２，ＡＬ３の各々をインダク
タンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を形成する配線パターンとすることができる。

この構成によれば、インダクタンス素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を形成する配線パターンを上
下に積層することできるので、配線領域を小さくすることができ、切替回路２００によっ
てバッファ回路２１０の出力線２１１と外部出力端子ＯＵＴとの間にインダクタンス素子
Ｌ１〜Ｌ３を何個接続するかを切り替えることにより圧電発振器４の出力インピーダンス
を調整することができるので、客先の電子機器の入力インピーダンスに合わせることで、
インピーダンスマッチングをとることができる。なお、出力線２１１とＯＵＴ端子間に設
けられる、複数のインダクタンスや容量において、それぞれの値（重み付け）を変えたも
のを配置することで、より調整幅を持たせることもできる。

（Ａ）第１実施形態に係る圧電発振器の構成を示す回路図、（Ｂ）切替回路の動作を示す表。 （Ａ）変形例１に係る圧電発振器の構成を示す回路図、（Ｂ）蛇行させた配線パターンに容量成分を付加する方法を示す模式図。 （Ａ）変形例２に係る圧電発振器の構成を示す回路図、（Ｂ）容量成分を形成する方法を示す模式図。 （Ａ）変形例３に係る圧電発振器の構成を示す回路図、（Ｂ）インダクタンス素子を形成する方法を示す模式図。 従来の圧電発振器の回路図。 従来の圧電発振器の回路図。

符号の説明

１…圧電発振器、２…圧電発振器、３…圧電発振器、４…圧電発振器、１００…圧電振
動子、１１０…発振回路、１２０…電圧発生回路、２００…切替回路、２１０…バッファ
回路、２１１…出力線、２３０…制御回路、２４０…ＥＥＰＲＯＭ。

Claims (3)

1. 圧電振動子と、
   前記圧電振動子を発振させ所定の周波数の発振信号を出力する発振回路と、
   前記発振信号を外部に出力する外部出力端子と、
   前記発振回路の出力と前記外部出力端子との間に形成された出力線と、
   蛇行させた配線パターンにより形成され前記出力線に接続されるｎ個（ｎは１以上の整
   数）のインダクタンス素子と、
   前記ｎ個のインダクタンス素子の各々を選択して前記ｎ個のインダクタンス素子と前記
   出力線との接続の断接を制御する切替回路と、
   を含む、
   ことを特徴とする圧電発振器。
2. 請求項１に記載の圧電発振器において、前記ｎ個のインダクタンス素子は容量成分を有
   するものであることを特徴とする圧電発振器。
3. 請求項１または２に記載の圧電発振器において、前記圧電発振器は、記憶回路を含み、
   前記切替回路は、前記記憶回路に記憶された設定値に基づき前記接続の断接を制御するこ
   とを特徴とする圧電発振器。

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