JP2013009128A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 スタンバイ機能を備えた小型のＶＣＸＯを、簡易な構成且つ低コストで実現して、小型ＶＣＸＯの用途を拡大することができる発振器を提供する。
【解決手段】 小型のＶＣＸＯ１の下に、スタンバイＩＣを内蔵したスタンバイベース２を積層して接着し、ＶＣＸＯ１の底面部に、入力端子と、グランド端子と、発振出力端子と、電源端子とを備え、スタンバイベース２の上面部に上記各端子に対応する端子を備え、底面部に、入力端子（＃１）と、グランド端子（＃３）と、発振出力端子（＃４）と、電源端子（＃６）と、スタンバイ制御信号を入力するスタンバイ端子（＃２）を備え、ＶＣＸＯ１の発振出力端子とスタンバイベース２の発振出力端子３４との間にスタンバイＩＣ４１を接続し、電源端子３６とスタンバイ端子３２との間に第１の抵抗４２を接続し、スタンバイＩＣ４１の出力と発振出力端子３４との間に第２の抵抗４３を接続した発振器としている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、スタンバイ機能を備えた発振器に係り、特に小型化及び用途の拡大を図ることができる発振器に関する。

［先行技術の説明］
ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator；電圧制御水晶発振器）には、不要なときには発振出力を一時的に停止して消費電力の低減を図るスタンバイ機能を備えたものがある。
例えば、無線通信システムの基地局等においてクロックとして用いられるＶＣＸＯでは、電源をオン／オフすると電源投入直後の周波数が不安定になるため、スタンバイ機能によって発振出力の出力／停止を切り替えるようにしている。
また、基地局等の保守点検時に、スタンバイ機能によりＶＣＸＯの出力を停止して検査を行うこともある。
従来のスタンバイ機能付きＶＣＸＯでは、スタンバイ機能を実現するスタンバイＩＣをＶＣＸＯのパッケージ内部に内蔵した構成となっている。

また、ＶＣＸＯの用途の拡大に伴って小型化が進み、例えば、２．５ｍｍ×２．０ｍｍ（２５２０サイズ）といった小型の発振器が開発されている。
小型のＶＣＸＯでは、セラミックパッケージが小さくなり、搭載可能なＩＣのサイズが制限されるため、スタンバイ機能を備えることが困難であった。
また、超小型のスタンバイＩＣを小型のＶＣＸＯのパッケージに内蔵しようとすると、コストが増大してしまう。

［関連技術］
尚、発振器のスタンバイ機能に関する技術としては、特開平０８−８７４０号公報「ＰＬＬ発振器及び圧電発振器」（セイコーエプソン株式会社、特許文献１）、特開２００１−２５７５３０号公報「温度補償型発振器、通信装置及び電子機器」（セイコーエプソン株式会社、特許文献２）、特願２００９−２０１０９７号公報「表面実装用の水晶発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献３）がある。

特許文献１には、音叉型水晶振動子を備えた発振器において、発振回路と出力回路の動作を停止させるスタンバイ機能を内蔵して、スタンバイ機能選択時には音叉型水晶振動子のみを動作させる発振器が記載されている。
また、特許文献２には、温度補償型水晶発振器において、発振回路及び温度補償回路を停止させるスタンバイ機能を備えたことが記載されている。
また、特許文献３には、表面実装水晶発振器において、スタンバイ機能回路ＩＣを内蔵したことが記載されている。

特開平０８−８７４０号公報 特開２００１−２５７５３０号公報 特願２００９−２０１０９７号公報

しかしながら、従来の小型のＶＣＸＯでは、小型のセラミックパッケージにスタンバイＩＣを内蔵するのは困難であり、スタンバイ機能が実現できず、用途が限定されてしまうという問題点があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、スタンバイ機能を備えた小型のＶＣＸＯを、簡易な構成で且つ低コストで実現することができ、小型ＶＣＸＯの用途を拡大することができる発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、スタンバイ機能を有する発振器であって、制御電圧が印加される第１の端子と、電源電圧が入力される第２の端子と、グランドレベルに接続する第３の端子と、発振出力を出力する第４の端子とを備えた電圧制御発振器と、スタンバイＩＣを有するスタンバイ回路を備え、第１の面に、電圧制御発振器の各端子にそれぞれ対応する端子を備え、第１の面の裏面となる第２の面に、制御電圧が印加される第５の端子と、電源電圧が入力される第６の端子と、グランドレベルに接続する第７の端子と、発振出力を出力する第８の端子と、スタンバイの切り替え指示を入力する第９の端子とを備えたスタンバイベースとを有し、電圧制御発振器の各端子と、スタンバイベースの第１の面の各端子とが対応するよう接着されて電圧制御発振器とスタンバイベースとが積層され、スタンバイ回路が、第４の端子に対応する端子と第８の端子との間にスタンバイＩＣが接続され、第６の端子と第９の端子との間に第１の抵抗が接続され、スタンバイＩＣの出力と第８の端子との間に第２の抵抗が接続されていることを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器において、第１の抵抗の値を、第２の抵抗の値よりも大きくしたことを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器において、第１の抵抗の値が約１０ＫΩであり、第２の抵抗の値が数百Ωであることを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器において、スタンバイＩＣは、スタンバイベースの第２の面に形成された窪みに埋め込まれていることを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器において、電圧制御発振器の各端子が設けられた面と、スタンバイベースの第１の面の面積を略同じにしたことを特徴としている。

本発明によれば、スタンバイ機能を有する発振器であって、制御電圧が印加される第１の端子と、電源電圧が入力される第２の端子と、グランドレベルに接続する第３の端子と、発振出力を出力する第４の端子とを備えた電圧制御発振器と、スタンバイＩＣを有するスタンバイ回路を備え、第１の面に、電圧制御発振器の各端子にそれぞれ対応する端子を備え、第１の面の裏面となる第２の面に、制御電圧が印加される第５の端子と、電源電圧が入力される第６の端子と、グランドレベルに接続する第７の端子と、発振出力を出力する第８の端子と、スタンバイの切り替え指示を入力する第９の端子とを備えたスタンバイベースとを有し、電圧制御発振器の各端子と、スタンバイベースの第１の面の各端子とが対応するよう接着されて電圧制御発振器とスタンバイベースとが積層され、スタンバイ回路が、第４の端子に対応する端子と第８の端子との間にスタンバイＩＣが接続され、第６の端子と第９の端子との間に第１の抵抗が接続され、スタンバイＩＣの出力と第８の端子との間に第２の抵抗が接続されている発振器としているので、小型のＶＣＸＯであっても、簡易な構成及び低コストでスタンバイ機能を付加することができ、小型ＶＣＸＯの用途を拡大し、また、出力のオーバーシュートを軽減して出力を安定化させることができる効果がある。

また、本発明によれば、スタンバイＩＣは、スタンバイベースの第２の面に形成された窪みに埋め込まれている上記発振器としているので、スタンバイベースの大きさを増大させないようにすることができる効果がある。

また、本発振器によれば、電圧制御発振器の各端子が設けられた面と、スタンバイベースの第１の面の面積を略同じにした上記発振器としているので、発振器全体の平面積を小型ＶＣＸＯと同程度に保持したままスタンバイ機能を付加することができ、用途を拡大することができる効果がある。

本発明の実施の形態に係る発振器の概略構成を示す模式説明図であり、（ａ）はＶＣＸＯ、（ｂ）はスタンバイベース、（ｃ）は積層された構造を示す。 ＶＣＸＯ１の底面部の構成を示す模式説明図である。 スタンバイベース２の底面部の構成を示す模式説明図である。 本発振器の概略回路図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る発振器は、スタンバイ機能を実現するスタンバイＩＣをＶＣＸＯの内部に設けるのではなく、スタンバイＩＣを含むスタンバイ回路を内蔵し、ＶＣＸＯとほぼ同等の平面積のスタンバイベースを備え、当該スタンバイベースを小型のＶＣＸＯの下に積層して接着した構造であり、スタンバイベースの上面には、ＶＣＸＯの下面に設けられた制御電圧端子、電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子の４つの端子にそれぞれ対応する端子が設けられ、スタンバイベースの下面には、制御電圧端子、電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子に加えて、スタンバイの切り替え指示を入力するスタンバイ端子が設けられ、スタンバイ回路は、ＶＣＸＯの発振出力端子に対応する端子とスタンバイベースの発振出力端子との間にスタンバイＩＣを備え、スタンバイベースの電源電圧端子とスタンバイ端子との間に第１の抵抗を備え、スタンバイＩＣの出力とスタンバイベースの発振出力端子との間に第２の抵抗を備えた構成としており、発振器全体の平面積を増大させることなく、簡易な構成且つ低コストでスタンバイ機能を実現して、小型ＶＣＸＯの用途を拡大することができ、また、出力を安定化させることができるものである。

［実施の形態に係る発振器の概略構成：図１］
本発明の実施の形態に係る発振器（本発振器）の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振器の概略構成を示す模式説明図であり、（ａ）はＶＣＸＯ、（ｂ）はスタンバイベース、（ｃ）は積層された構造を示す。
本発振器は、図１（ａ）に示すＶＣＸＯ１と、ＶＣＸＯ１の発振出力の出力／停止を切り替えるスタンバイＩＣを内蔵したセラミックベース（以下、「スタンバイベース」とする）２（図１（ｂ））とを備え、図１（ｃ）に示すように、ＶＣＸＯ１とスタンバイベース２とを上下に重ねて電気的に接続するよう接着した構成となっている。

［各部］
各構成部分について説明する。
［ＶＣＸＯ１：図１（ａ），図２］
図１（ａ）に示すように、本発振器に用いられるＶＣＸＯ１は、例えば、２．５ｍｍ×２．０ｍｍ×０．８ｍｍ程度の小型のＶＣＸＯであり、特定の周波数を発振する振動子と、制御電圧に応じて所望の周波数信号を発振出力として出力する発振回路とを備えている。

ＶＣＸＯ１の底面（裏面、下面）部の構成について図２を用いて説明する。図２は、ＶＣＸＯ１の底面部の構成を示す模式説明図である。
図２に示すように、ＶＣＸＯ１の裏面には、制御電圧が印加される制御電圧端子１１と、グランドレベルに接続するグランド端子１２と、発振出力を出力する発振出力端子１３と、電源電圧が入力される電源端子１４とが設けられている。
各端子１１〜１４は、ＶＣＸＯ１の側面に設けられた接続電極を介して、内部の発振回路や水晶振動子に接続されている。
尚、制御電圧端子１１、グランド端子１２、発振出力端子１３、電源端子１４は、それぞれ、請求項に記載した第１の端子、第３の端子、第４の端子、第２の端子に相当している。

［スタンバイベース２：図１（ｂ），図３］
また、図１（ｂ）に示すように、スタンバイベース２は本発振器の特徴部分であり、セラミックで構成され、ＶＣＸＯ１と同程度の大きさとなるよう、上面部及び底面（裏面、下面）部が２．５ｍｍ×２．０ｍｍ程度で、内部にスタンバイＩＣが埋め込まれて格納されている。
スタンバイベース２の平面積はＶＣＸＯ１とほぼ同等であるため、ＶＣＸＯ１とスタンバイベース２とを重ねて図１（ｃ）のように構成しても、発振器全体の平面的な大きさは変わらず、小型の形状を維持できるものである。

スタンバイベース２の上面部には、ＶＣＸＯ１の各端子１１〜１４にそれぞれ対応する制御電圧端子２１、グランド端子２２、発振出力端子２３、電源端子２４が設けられており、ＶＣＸＯ１の下部に、対応する端子同士が接続するよう接着されている。接着には、ハンダ又は導電性接着剤が用いられる。

スタンバイベース２の底面部の構成について図３を用いて説明する。図３は、スタンバイベース２の底面部の構成を示す模式説明図である。
図３に示すように、スタンバイベース２の底面部には、制御電圧（ＶＣ）が印加される制御電圧端子３１（♯１）と、グランドレベル（ＧＮＤ）に接続するグランド端子３３（♯３）と、発振出力（ＯＵＴ）を出力する発振出力端子３４（♯４）と、電源電圧（Ｖｃｃ）が入力される電源端子３６（♯６）とを備え、更に、スタンバイの切り替え指示であるスタンバイ制御信号を入力するスタンバイ端子３２（♯２）と、端子３５とを備えている。
尚、制御電圧端子３１、グランド端子３３、発振出力端子３４、電源端子３６、スタンバイ端子３２は、それぞれ、請求項に記載した第５の端子、第６の端子、第７の端子、第８の端子、第９の端子に相当している。

制御電圧端子３１、グランド端子３３、電源端子３６は、それぞれ、スタンバイベース２の側面部に設けられた電極を介して、上面部の制御電圧端子２１、グランド端子２２、発振出力端子２３、電源端子２４及び後述するスタンバイＩＣに接続され、ＶＣＸＯ１及びスタンバイＩＣに接続されている。発振出力端子３４及びスタンバイ端子３２は、スタンバイＩＣのみに接続され、ＶＣＸＯ１に接続する上面部の端子には接続されていない。また、端子３５は、本発振器の動作では用いられていない。

更に、スタンバイベース２の底面部には、スタンバイＩＣを収納する窪み（凹部）３７が設けられている。
スタンバイＩＣは、窪み３７に収納され、スタンバイベース２の側面部に設けられた電極を介して上述した各端子に接続され、樹脂によってスタンバイベースの窪み３７内に封入されている。
また、本発振器では、スタンバイＩＣと、スタンバイベース２の裏面に設けられた端子とを接続する配線部分に抵抗を備えている。スタンバイＩＣと抵抗とを備えた回路をスタンバイ回路と称する。スタンバイ回路の構成については後述する。

スタンバイベース２の平面積の大きさはＶＣＸＯ１と同程度であり、スタンバイＩＣを搭載する専用のベースであるため、従来の小型のＶＣＸＯ１には内蔵できない大きさのスタンバイＩＣであっても十分搭載可能であり、小型のＶＣＸＯ１とスタンバイベース２とを積層することによって、スタンバイ機能を備えた小型ＶＣＸＯを低コストで構成可能とするものである。
尚、ここでは２．５ｍｍ×２．０ｍｍの小型ＶＣＸＯを例として説明したが、それよりも小さいＶＣＸＯにも適用可能であり、スタンバイベース２の大きさを上部に重ねるＶＣＸＯと同程度の平面積に形成することで全体の形状を小型に保ち、用途を拡大することができるものである。

［スタンバイ回路の構成：図４］
次に、スタンバイ回路の構成について図４を用いて説明する。図４は、本発振器の概略回路図である。
図４では、ＶＣＸＯ１とスタンバイベース２とが接続された本発振器の回路を模式的に示しており、図４の破線部の外周部に、図３に示したスタンバイベース２の底面部の制御電圧端子３１（＃１，ＶＣ）、スタンバイ端子３２（＃２，Ｅ／Ｄ）、グランド端子３３（＃３，ＧＮＤ）、発振出力端子３４（＃４，Ｏｕｔｐｕｔ）、電源端子３６（＃６，Ｖｃｃ）を示している。

そして、ＶＣＸＯ１の制御電圧端子１１には、スタンバイベース２の制御電圧端子３１（＃１，ＶＣ）から制御電圧が印加され、ＶＣＸＯ１のグランド端子１２は、スタンバイベース２のグランド端子３３（＃３，ＧＮＤ）が接続されて接地され、ＶＣＸＯ１の電源端子１４にはスタンバイベース２の電源端子３６（＃６，Ｖｃｃ）から電源電圧が入力され、ＶＣＸＯ１の発振出力端子１３（ＯＵＴ）は、スタンバイＩＣの入力端子に接続されている。

スタンバイ回路は、スタンバイＩＣ４１と、第１の抵抗４２と、第２の抵抗４３とを備えている。
スタンバイＩＣ４１は、ＶＣＸＯ１の発振出力端子１３（スタンバイベース上面の発振出力端子２３）とスタンバイベース２の発振出力端子３４との間に設けられている。具体的には、スタンバイＩＣ４１の入力端子には、ＶＣＸＯ１の発振出力が入力され、出力端子は第２の抵抗４３に接続されている。尚、スタンバイＩＣ４１の駆動用として、電源電圧（Ｖｃｃ）が印加され、スタンバイベース２のグランド端子３３（＃３，ＧＮＤ）に接続されている。

また、第１の抵抗４２は、スタンバイベース２の電源端子３６（＃６，Ｖｃｃ）とスタンバイ端子３２（＃２，Ｅ／Ｄ）との間に設けられ、スタンバイ端子３２には第１の抵抗４２を介して電源電圧が印加されている。
第２の抵抗４３は、スタンバイＩＣ４１とスタンバイベース２の発振出力端子３４（＃４，Ｏｕｔｐｕｔ）との間に直列に接続されている。

スタンバイＩＣ４１は、トランジスタ等で構成され、スタンバイ端子３２（＃２，Ｅ／Ｄ）からのスタンバイ制御信号に応じて、スタンバイＩＣ４１からの発振出力の出力／停止を切り替える。例えば、スタンバイ制御信号が入力されている場合に発振出力を発振出力端子３４に出力する。

スタンバイＩＣ４１からの出力を外部からの制御信号で制御することにより、電源オンの状態を保持してＶＣＸＯ１を動作させたままで、発振出力を外部へ出力するか否かを切り替えることができ、電源をオン／オフするのに比べて出力開始時に安定した出力周波数が得られるものである。

第１の抵抗４２は、例えば、１０ｋΩ程度の抵抗値であり、スタンバイ端子３２からの制御電圧を安定させるものである。
また、第２の抵抗４３の抵抗値は、第１の抵抗４２の抵抗値より小さく、数百Ω程度であり、ＶＣＸＯ１の出力波形のオーバーシュートを軽減して出力を安定化させるものである。抵抗値を調整して、最適な波形が得られる抵抗値を選択するようにしている。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る発振器によれば、小型のＶＣＸＯ１の下に、当該ＶＣＸＯ１と同程度の平面積で、内部にスタンバイＩＣを内蔵したセラミックベースであるスタンバイベース２を積層して接着した構成として、ＶＣＸＯ１の底面部には、制御電圧端子１１と、グランド端子１２と、発振出力端子１３と、電源端子１４とを備え、スタンバイベース２の上面部には、上記各端子に対応する制御電圧端子２１と、グランド端子２２と、発振出力端子２３と、電源端子２４とを備え、底面部には、制御電圧端子３１と、グランド端子３３と、発振出力端子３４と、電源端子３６とに加えて、スタンバイ制御信号を入力するスタンバイ端子３２を備え、ＶＣＸＯ１の発振出力端子１３とスタンバイベース２の発振出力端子３４との間にスタンバイＩＣ４１を接続し、スタンバイベース２の電源端子３６とスタンバイ端子３２との間に第１の抵抗４２を接続し、スタンバイＩＣ４１の出力とスタンバイベース２の発振出力端子３４との間に第２の抵抗４３を接続した発振器としているので、小型ＶＣＸＯの特性を生かして発振器全体の大きさを大きくすることなく、スタンバイ機能を付加することができ、発振器の用途を拡大させることができる効果があり、また、第１の抵抗を挿入することによりスタンバイ制御信号の電圧値を安定させ、第２の抵抗を挿入することにより、発振出力波形のオーバーシュートを小さくして出力を安定化することができる効果がある。

本発明は、スタンバイ機能を備え、特に小型化及び用途の拡大を図ることができる発振器に適している。

１...ＶＣＸＯ、 ２...スタンバイベース、 １１，２１，３１...制御電圧端子、 １２，２２，３３...グランド端子、 １３，２３，３４...発振出力端子、 １４，２４，３６...電源端子、 ３２...スタンバイ端子、 ３７...窪み、 ４１...スタンバイＩＣ、 ４２...第１の抵抗、 ４３...第２の抵抗

Claims (5)

1. スタンバイ機能を有する発振器であって、
   制御電圧が印加される第１の端子と、電源電圧が入力される第２の端子と、グランドレベルに接続する第３の端子と、発振出力を出力する第４の端子とを備えた電圧制御発振器と、
   スタンバイＩＣを有するスタンバイ回路を備え、第１の面に、前記電圧制御発振器の前記各端子にそれぞれ対応する端子を備え、前記第１の面の裏面となる第２の面に、制御電圧が印加される第５の端子と、電源電圧が入力される第６の端子と、グランドレベルに接続する第７の端子と、発振出力を出力する第８の端子と、スタンバイの切り替え指示を入力する第９の端子とを備えたスタンバイベースとを有し、
   前記電圧制御発振器の前記各端子と、前記スタンバイベースの前記第１の面の各端子とが対応するよう接着されて前記電圧制御発振器と前記スタンバイベースとが積層され、
   前記スタンバイ回路が、前記第４の端子に対応する端子と前記第８の端子との間に前記スタンバイＩＣが接続され、前記第６の端子と前記第９の端子との間に第１の抵抗が接続され、前記スタンバイＩＣの出力と前記第８の端子との間に第２の抵抗が接続されていることを特徴とする発振器。
2. 第１の抵抗の値を、第２の抵抗の値よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載の発振器。
3. 第１の抵抗の値が約１０ＫΩであり、第２の抵抗の値が数百Ωであることを特徴とする請求項２記載の発振器。
4. スタンバイＩＣは、スタンバイベースの第２の面に形成された窪みに埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の発振器。
5. 電圧制御発振器の前記各端子が設けられた面と、スタンバイベースの第１の面の面積を略同じにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の発振器。

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