JP2013207363A - 回路装置、発振装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】回路装置が有する回路素子を有効利用して発振子のオーバードライブを実現できる回路装置、発振装置及び電子機器等の提供。
【解決手段】回路装置は、発振用電流IOSを供給する電流供給回路20と、発振子XTALの発振用トランジスターBTを有し、電流供給回路20からの発振用電流IOSに基づいて発振用トランジスターBTにより発振子XTALを駆動する発振回路10と、電流供給回路20を制御する制御部30を含む。発振回路10は、オーバードライブモードに設定された場合には、通常モード時の駆動能力よりも大きな駆動能力で発振子XTALを駆動する。
【選択図】図4

Description

本発明は、回路装置、発振装置及び電子機器等に関する。
従来より、TCXO(temperature compensated crystal oscillator)と呼ばれる温度補償型水晶発振装置が知られている。このTCXOは、例えば携帯端末などの無線機器のRF回路の基準信号源等として用いられている。TCXOを実現する回路装置の従来技術としては例えば特許文献1に開示される技術がある。
さて、水晶振動子等の発振子では、製造時に発生した異物が発振子に付着した状態で使用していると、その異物により発振周波数が不安定になったり、付着していた異物がとれると、発振周波数が異なる周波数にジャンプしてしまうなどの問題が発生する。
この場合に、発振装置に発振子を組み込む前に、単体の発振子に対してオーバードライブ(強励振)を行って、異物を取り除く手法が考えられる。
しかしながら、発振装置のパッケージ構造によっては、このような発振子単体でのオーバードライブ試験が困難である構造のものがある。また、発振装置のパッケージ構造がオーバードライブ試験が可能な構造であったとしても、発振装置のパッケージや組み込まれる回路装置(IC)の小型化に伴い、オーバードライブ用の電極(端子)を設けることが困難であるという課題がある。
特開2009−124214号公報
本発明の幾つかの態様によれば、回路装置が有する回路素子を有効利用して発振子のオーバードライブを実現できる回路装置、発振装置及び電子機器等を提供できる。
本発明の一態様は、発振用電流を供給する電流供給回路と、発振子の発振用トランジスターを有し、前記電流供給回路からの前記発振用電流に基づいて前記発振用トランジスターにより前記発振子を駆動する発振回路と、前記電流供給回路を制御する制御部とを含み、前記発振回路は、オーバードライブモードに設定された場合には、通常モード時の駆動能力よりも大きな駆動能力で前記発振子を駆動する回路装置に関係する。
本発明の一態様によれば、電流供給回路からの発振用電流に基づいて、発振用トランジスターにより発振子が駆動されて、発振子の発振動作が行われる。そして、オーバードライブモードに設定されると、通常モードでの駆動能力よりも大きな駆動能力で発振子が駆動されるようになる。従って、回路装置が有する回路素子を有効利用して発振子のオーバードライブを実現することが可能になる。
また本発明の一態様では、電源電圧が供給され、前記電源電圧に基づいて発振用電源電圧を生成するレギュレーターを含み、前記電流供給回路は、前記通常モードでは、前記レギュレーターからの前記発振用電源電圧に基づき動作して、前記発振回路に対して前記発振用電流を供給し、前記オーバードライブモードでは、前記電源電圧に基づき動作して、前記発振回路に対して前記発振用電流を供給してもよい。
このようにすれば、通常モードでは、発振用電源電圧に基づき電流供給回路が動作して、発振回路に対して発振用電流を供給する。これにより、安定した発振動作等を実現できる。一方、オーバードライブモードでは、電源電圧に基づき電流供給回路が動作して、発振回路に対して発振用電流を供給する。従って、オーバードライブモードにおいて発振回路の駆動能力を高めることが可能になり、効果的なオーバードライブの実現が可能になる。
また本発明の一態様では、電源電圧が供給され、前記電源電圧に基づいて発振用電源電圧を生成するレギュレーターを含み、前記発振回路の前記発振用トランジスターは、前記通常モードでは、前記発振用電源電圧が供給されて動作する前記電流供給回路から前記発振用電流が供給されて、トランジスター動作を行い、前記オーバードライブモードでは、前記電源電圧が供給されて、トランジスター動作を行ってもよい。
このようにすれば、通常モードでは、発振用電源電圧に基づき動作する電流供給回路により発振用電流が供給されて、発振用トランジスターがトランジスター動作を行う。一方、オーバードライブモードでは、電源電圧が供給されて、発振用トランジスターがトランジスターを動作を行う。従って、オーバードライブモードにおいて、電源電圧が供給されて発振用トランジスターが動作することで、発振回路の駆動能力を高めることが可能になり、効果的なオーバードライブの実現が可能になる。
また本発明の一態様では、前記発振回路は、バイポーラ型の前記発振用トランジスターと、前記発振用トランジスターのコレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗を含み、前記通常モードでは、前記発振用トランジスターの前記コレクターに対して、前記電流供給回路からの前記発振用電流が供給され、前記オーバードライブモードでは、前記発振用トランジスターの前記コレクターに対して、前記電源電圧が供給されてもよい。
このようにすれば、オーバードライブモードでは、コレクターに電源電圧が供給されて、バイポーラ型の発振用トランジスターがトランジスター動作を行うようになるため、発振回路の駆動能力を高めることが可能になる。
また本発明の一態様では、前記発振用トランジスターは、前記発振用電流の供給ノードと第1の電源ノードとの間に並列に設けられた複数のトランジスターにより構成され、前記制御部は、前記オーバードライブモードでは、前記通常モードに比べて、前記発振用電流が供給されて動作する前記トランジスターの個数を増加させる制御を行ってもよい。
このようにすれば、オーバードライブモードでは、発振用トランジスターを構成するトランジスターの個数が増えるため、オーバードライブ時の駆動能力の維持等が可能になる。
また本発明の一態様では、オーバードライブ用駆動回路を含み、前記発振回路は、前記通常モードでは、前記発振用トランジスターにより前記発振子を駆動し、前記オーバードライブモードでは、前記オーバードライブ用駆動回路により前記発振子を駆動してもよい。
このようにすれば、オーバードライブモードでは、駆動能力が高いオーバードライブ用駆動回路により発振子を駆動できるため、例えば負性抵抗の絶対値を大きくすることができ、効果的なオーバードライブの実現が可能になる。
また本発明の一態様では、前記発振用トランジスターは、前記発振用電流がコレクターに供給されて動作するバイポーラ型のトランジスターであり、前記オーバードライブ用駆動回路は、直列に接続されたP型MOSトランジスターとN型MOSトランジスターにより構成されるインバーター回路であってもよい。
このようにすれば、オーバードライブモードでは、バイポーラ型のトランジスターよりも駆動能力が高いインバータ回路により発振子を駆動できるようになる。
また本発明の一態様では、前記発振回路は、前記発振子の一端及び他端の少なくとも一方に接続される可変容量回路を含み、前記制御部は、前記オーバードライブモードでは、前記通常モードに比べて前記可変容量回路の容量値を小さな容量値に設定してもよい。
このようにすれば、オーバードライブモードでは、発振子の一端及び他端の少なくとも一方に接続される可変容量回路が小さくなることで、発振回路の負荷容量が小さくなる。これにより、発振回路の負性抵抗の絶対値を大きくすることができ、効果的なオーバードライブの実現が可能になる。
また本発明の一態様では、前記可変容量回路は、発振周波数調整用の可変容量回路又発振周波数の温度補償用の可変容量回路であってもよい。
このようにすれば、発振周波数調整用や発振周波数の温度補償用の可変容量回路を有効活用して、効果的なオーバードライブの実現が可能になる。
また本発明の一態様では、前記発振回路は、バイポーラ型の前記発振用トランジスターと、前記発振用トランジスターのコレクター・ベース間に設けられ、抵抗値が可変の帰還抵抗を含み、前記制御部は、前記オーバードライブモードでは、前記通常モードに比べて前記帰還抵抗の抵抗値を小さな抵抗値に設定してもよい。
このようにすれば、オーバードライブモードでは、帰還抵抗の抵抗値が小さくなることで、発振回路の負性抵抗の絶対値を大きくすることができ、効果的なオーバードライブの実現が可能になる。
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置と、前記発振子とを含む発振装置に関係する。
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の回路装置を含む電子機器に関係する。
オーバードライブ試験についての説明図。 図2(A)〜図2(C)はシングルシール構造のパッケージの例。 図3(A)、図3(B)はH型構造のパッケージの例。 図4(A)は本実施形態の回路装置及び発振装置の構成例であり、図4(B)は本実施形態の手法の説明図。 図5(A)、図5(B)は電流調整ビットや発振周波数と発振用電流との関係を示す図。 図6(A)、図6(B)は発振用電流を制御してオーバードライブを実現する手法の説明図。 本実施形態の回路装置の詳細な構成例。 本実施形態の回路装置の第1の変形例。 第1の変形例の動作説明図。 本実施形態の回路装置の第2の変形例。 本実施形態の回路装置の第3の変形例。 本実施形態の回路装置の第4の変形例。 本実施形態の回路装置の第5の変形例。 本実施形態の回路装置の第6の変形例。 本実施形態の電子機器の構成例。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
1.オーバードライブ
前述のように水晶振動子等の発振子では、製造時に発生した異物が発振子に付着した状態で使用していると、発振周波数が不安定になったり、発振周波数がジャンプしてしまうなどの問題が発生する。このため、図1では、発振装置に発振子XTALを組み込む前に、単体の発振子XTALに対してオーバードライブ試験を行っている。具体的には、発振子XTAL(水晶振動子等)に対して大きな交流電流を流し、大きく振動させることで、発振子XTALの表面に付着している異物を取り除く。
しかしながら、発振装置のパッケージ構造によっては、このような発振子単体でのオーバードライブ試験が困難な構造のものがある。また、発振装置等の小型化に伴い、オーバードライブ用の電極を設けるのが困難になって来ているという課題もある。
例えば図2(A)〜図2(C)に、水晶発振器等の発振装置200のパッケージ構造として、シングルシール構造の例を示す。図2(B)は、図2(A)のA−A’での断面図である。
シングルシール構造は、発振装置200のパッケージ210内の同じ空間内に、発振子XTAL(振動子)と回路装置ICを搭載して、リッド220(蓋部)により封止するパッケージ構造である。例えば図2(B)では、パッケージ210内の空間内に、回路装置ICと発振子XTALが設けられ、回路装置ICの電極TICと発振子XTALの電極TXTは、配線LCにより接続される。そして回路装置ICの上方に発振子XTALが搭載され、発振子XTALの上方のリッド220により封止される。
そして発振装置200の制御等は、図2(C)に示すようにパッケージ210の底面に形成されたユーザー実装電極TU1〜TU4(発振装置の制御電極)を用いて行う。ユーザー実装電極TU1〜TU3としては、例えば周波数制御電極(VCON)、電源電極(VDD、VSS)などがある。この場合に、発振子XTALの電極TXT(端子)を、ユーザー実装電極TU1〜TU3のように発振装置200の外部に出すことも可能であるが、電極TXTは特性に影響する電極であるため、外部に出すことは一般的に行われない。
このシングルシール構造では、回路装置ICを搭載した後に、発振子XTALを搭載する。そして回路装置ICと発振子XTALとは、パッケージ210内の配線LCにより接続する。従って、発振子XTALの単体での特性確認を行うことができず、図1に示すような発振子XTALの単体でのオーバードライブ試験ができないという課題がある。このため、製品としての品質や歩留まりという点では、他のパッケージ構造に比べて劣るという問題がある。
図3(A)、図3(B)に、発振装置200のパッケージ構造として、H型構造の例を示す。図3(A)は、図2(A)のA−A’での断面図である。
H型構造では、パッケージ210の上下にキャビティーと呼ばれる空間を設け、ユーザーの基板に実装される下側のキャビティーに回路装置ICを搭載し、上側のキャビティーに発振子XTALを搭載する。また回路装置ICの電極TICと発振子XTALの電極TXTは、配線LCにより接続される。そして発振子XTAL側のキャビティーは、リッド220により封止される。発振装置200の組み立ては、発振子XTALの搭載、回路装置ICの搭載の順で行われる。
このH型構造でオーバードライブを行う場合には、回路装置ICを実装する側のキャビティーに、発振子XTALと接続された電極を設けておき、この電極を用いてオーバードライブ試験を実行することができる。例えば図3(B)において、TU1〜TU4はユーザー実装電極であり、TI1〜TI4はIC実装電極である。そして、TOV1、TOV2が、発振子XTALの特性確認用電極であり、これらの電極TOV1、TOV2を用いることで、オーバードライブ試験を実行することが可能である。具体的には、発振子XTALを搭載して、リッド220により封止を行った後に、電極TOV1、TOV2を用いてオーバードライブ試験を行う。そして、その後に、回路装置ICを実装して、発振装置200を完成する。
しかしながら、このH型構造においても、パッケージの小型化やICの小型化に伴い、オーバードライブ用の電極(TOV1、TOV2)を設けることが難しくなって来ている。例えばオーバードライブ試験は、オーバードライブ用の電極に対して外部からプローブを当てて行うことになるが、パッケージ等の小型化が進み、オーバードライブ用の電極の大きさが小さくなると、プローブを当てる作業が困難になる。このため、発振子に付着した異物を取り除くことができなくなり、信頼性や歩留まりの低下などを招くおそれがある。
2.構成
以上のような課題を解決できる本実施形態の回路装置及びこれを含む発振装置の構成例を、図4(A)に示す。本実施形態の回路装置は、発振回路10、電流供給回路20、制御部30を含む。また回路装置は、温度補償電圧発生回路28、メモリー40を含むことができる。なお、本実施形態の回路装置の構成は図4(A)の構成には限定されず、その一部の構成要素(例えば温度補償電圧発生回路)を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
また本実施形態の発振装置は、発振回路10や電流供給回路20等で構成される回路装置と、発振子XTAL(振動子、圧電振動子、水晶振動子)を含む。具体的には例えば図2(A)〜図3(B)で説明したように回路装置と発振子XTALをパッケージ内に搭載することで、本実施形態の発振装置を実現できる。
発振回路10は、発振子XTAL(圧電振動子、水晶振動子)に接続される。具体的には第1、第2の発振子用端子TX1、TX2(電極、パッド)を介して発振子XTALに接続される。発振回路10は、電圧を印加することで固有振動を起こす発振子XTALを一定の周波数で発振させるための回路である。
電流供給回路20(定電流生成回路)は、発振回路10に対して電流を供給する。具体的には発振用電流IOS(バイアス電流)等を供給する。
温度補償電圧発生回路28は、TCXOを実現するための温度補償電圧を発生して、発振回路10に出力する。これにより発振周波数の温度補償が実現される。
制御部30は、例えば電流供給回路20の制御を行う。また発振回路10や温度補償電圧発生回路28やメモリー40などの制御を行うことができる。また制御部30は、外部とのインターフェース処理なども行う。この制御部30は、例えばスタンダードセルやゲートアレイ等のロジック回路により実現できる。
メモリー40は、回路装置の動作に必要な各種の情報を記憶する。例えば電流供給回路20の電流調整に必要な情報や、温度補償電圧発生回路28が温度補償処理を行うために必要な情報などを記憶する。このメモリー40は例えば不揮発性メモリーなどにより実現できる。或いはメモリー40の機能をトリミング回路(ヒューズ回路)などにより実現してもよい。
以上のように本実施形態の回路装置は、発振回路10と電流供給回路20と制御部30を含む。そして電流供給回路20は発振用電流IOS(バイアス電流)を発振回路10に供給する。発振回路10は、発振子XTALの発振用トランジスターBTを有する。そして、電流供給回路20からの発振用電流IOSに基づいて発振用トランジスターBTにより発振子XTALを駆動する。これにより発振子XTALの発振が実現される。そして制御部30は電流供給回路20を制御する。例えば電流供給回路20から発振回路10に供給される発振用電流IOSの電流値等を制御する。
そして本実施形態では、発振回路10は、オーバードライブモードに設定された場合には、通常モード時(通常の発振動作時)の駆動能力よりも大きな駆動能力で発振子XTALを駆動する。具体的には、通常モード時の電流値よりも大きな電流値の駆動電流で発振子TALを駆動する。例えば、オーバードライブモードでは通常モード時に比べて、発振用電流IOSの電流値を大きくする。つまり、オーバードライブモードでは、通常モード時の例えば2倍以上の大電流を流すようにする。
具体的には図4(B)に示すように、通常モードでは、IOS=INLの発振用電流を電流供給回路20が供給するように、制御部30が電流供給回路20を制御する。一方、オーバードライブモードでは、IOS=IOV>INLとなる発振用電流を電流供給回路20が供給するように、制御部30が電流供給回路20を制御する。オーバードライブ時には、例えば数百μW〜数mWの電力で発振子XTALが駆動されるように、発振用電流IOSを制御する。これにより、通常モード時よりも大きな駆動能力(大きな駆動電流)で、発振子XTALを駆動できるようになる。なお後述するように、オーバードライブモード時には、オーバードライブ用の駆動回路に切り替えることで、通常モード時よりも大きな駆動能力で発振子XTALを駆動するようにしてもよい。
例えば前述の特許文献1のように、発振子を駆動する回路装置には、発振回路に流す発振用電流を調整する機能を有するものがある。これは、異なる発振周波数に対応するための機能であり、発振周波数が高い発振子を使用する際に、発振用電流の電流値が大きくなるように設定して、十分な負性抵抗が得られるようにしている。
例えば図5(A)に示すように、電流調整ビットの設定により、発振用電流IOSの電流値を設定できる。この電流調整ビットは、制御部30(メモリー40)が電流供給回路20に出力する制御信号の各ビットである。具体的には、図5(B)に示すように、発振子XTALの発振周波数が高くなるほど、発振用電流IOSが大きくなるように、制御信号の電流調整ビットを制御する。例えば発振回路10の負性抵抗の絶対値は、発振用トランジスターBTに流す電流が大きくなるほど、大きくなり、発振周波数が高くなるほど、小さくなる。従って、発振周波数が高くなった場合には、発振用電流IOSを大きくすることで、負性抵抗の絶対値を大きな値に維持できるようになる。
そして本実施形態では、このような回路装置の電流調整機能に着目し、この電流調整機能を有効活用することで、オーバードライブを実現している。即ち、電流供給回路20(定電流回路)が供給する電流として、通常使用する範囲を超えた大きな電流を流せる大電流モードを設けることで、オーバードライブを実現している。
具体的には図6(A)に示すように、通常モード時(通常の発振動作時)には、電流調整ビットを用いて、発振周波数に応じて発振用電流IOSの電流値を調整する。
一方、オーバードライブモードでは、このような通常使用範囲の電流ではなく、発振用電流IOSを、オーバードライブモード用の電流IOVに設定する。具体的には、例えば電量調整ビットのうちの1ビットを、オーバードライブ・ビット(オーバードライブのイネーブルビット)に設定し、通常使用範囲を超えた電流を流せるモードを用意する。例えば、通常モード時には、オーバードライブ・ビットを0に設定する一方で、オーバードライブモード時には、オーバードライブ・ビットを1に設定する。このようにオーバードライブ・ビットを1に設定することで、図4(A)の電流供給回路20が、電流IOSとして、オーバードライブ用の大電流IOVを供給するようになる。これにより、発振子XTALが大電力で駆動されるようになり、図1で説明したオーバードライブ試験を実現できるようになる。なお、図6(B)に示すように、オーバードライブ電流を、2段階(IOV1、IOV2)というように多段階で設定できるようにしてもよい。例えば発振子XTALの種類(サイズ等)に応じてオーバードライブの電流値を切り替える。また発振子XTALは圧電振動子以外のデバイス(例えばMEMS)であってもよい。
図7に本実施形態の回路装置の詳細な構成例を示す。なお、本実施形態の回路装置の構成は図7の構成には限定されず、その一部の構成要素を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
図7に示すように、発振回路10は、第1、第2のキャパシターC1、C2を含む。また第3のキャパシターC3を含むことができる。第1のキャパシターC1は、発振子XTAL(圧電振動子)の一端(第1の発振子用端子)にその一端が接続される。第2のキャパシターC2は、発振子XTALの他端(第2の発振子用端子)及び発振用トランジスターBTのベースにその一端が接続される。第3のキャパシターC3は、発振子XTALの一端にその一端が接続される。
具体的には、キャパシターC1は、発振子XTALの一端側のノードN1とVSSノード(広義には、第1の電源ノード、低電位側電源ノード)との間に設けられる。キャパシターC2は、発振子XTALの他端側のノードN2とVSSノードとの間に設けられる。このノードN2は発振用トランジスターBTのベースに接続される。キャパシターC3は、電流IOSの供給ノードNOSとノードN1との間に設けられる。
発振用トランジスターBTは、エミッター接地のバイポーラ型トランジスターであり、そのコレクターは、電流IOS(バイアス電流)の供給ノードNOSに接続され、そのエミッターは、VSSノードに接続される。またベースはノードN2に接続され、ノードN2の電圧VBがバッファー回路BUFに入力されて、発振回路10の出力信号SQ(発振クロック信号)として出力される。
発振用トランジスターBTのコレクターとベースの間には帰還抵抗RFが設けられる。この帰還抵抗RFを介して、電流供給回路20からの電流IOSから分流したベース電流が、発振用トランジスターBTのベースに供給されることになる。
電源供給回路20は、電流IOSを供給するカレントミラー回路CMを含む。このカレントミラー回路CMは、基準電流トランジスターTB1と、電流供給トランジスターTB2を含む。これらのトランジスターTB1、TB2は、例えばP型のMOSトランジスターである。
基準電流トランジスターTB1には基準電流IRFが流れる。この基準電流トランジスターTB1は、電源電圧VREG(広義には発振用電源電圧)のノードとノードNRFとの間に設けられ、そのゲートとドレインが接続されている。VREGは、高電位側の電源電圧VCCを、後述するレギュレーター(定電圧源)によりレギュレート(降圧)した電圧である。
電流供給トランジスターTB2は、基準電流トランジスターTB1のゲート及びドレインにそのゲートが接続され、電流IOSを供給する。この電流供給トランジスターTB2は、VREGのノードと電流IOSの供給ノードNOSとの間に設けられる。
基準電流IRFは、バイポーラ型の基準電流生成トランジスターBTR、BA1〜BAMにより生成される。具体的には、電流源ISからの基準バイアス電流IBSが、基準バイアス電流用のバイポーラ型のトランジスターBTBに流れる。そして、トランジスターBTBと、トランジスターBTR、BA1〜BAMとは、カレントミラー回路を構成しており、基準バイアス電流IBSに応じた電流が、基準電流IRFとして基準電流トランジスターTB1に流れるようになる。
この場合に、電流供給回路20は、基準電流IRFの電流値を、制御部30からの制御信号GA1〜GAM(第1〜第Mの制御信号。Mは2以上の整数)に基づいて可変に制御する。具体的には、トランジスターTB1のドレインが接続されるノードNRFと、トランジスターBA1〜BAM(バイポーラ型の第1〜第Mのトランジスター)のベースとの間には、それぞれ、スイッチ素子SA1〜SAM(第1〜第Mのスイッチ素子)が設けられている。これらのスイッチ素子SA1〜SAMは、制御部30からの制御信号GA1〜GAM(第1〜第Mの制御信号)によりオン・オフ制御され、これにより基準電流IRFの電流値を可変に制御できるようになる。
例えばスイッチ素子SA1がオンになり、その他のスイッチ素子SA2〜SAMがオフになると、トランジスターBTRに流れるデフォルトの電流に対して、トランジスターBA1に流れる電流が加算された電流が、基準電流IRFとしてトランジスターTB1に流れることになる。そして、この基準電流IRFの電流値と、トランジスターTB1とTB2のサイズ比(W/L比)とに応じた電流が、電流IOSとして供給されるようになる。
そして図6(A)、図6(B)の電流調整は、この制御信号GA1〜GAMの電流調整ビットにより実現できる。例えば通常モード時には、制御信号GA1〜GAMを用いて、発振周波数に応じて電流IOSの電流値を制御する。一方、オーバードライブモード時には、制御信号GA1〜GAMを用いて、オーバードライブ用の電流IOVが流れるように、電流IOSの電流値を制御する。例えば、トランジスターBA1〜BAMのうちの1つ又は複数のトランジスターを、オーバードライブ用トランジスターとする。そして、通常モード時には、このオーバードライブ用トランジスターを、対応するスイッチ素子を用いてオフに設定する。一方、オーバードライブモード時には、このオーバードライブ用トランジスターをオンに設定する。そして、オーバードライブ用トランジスターがオンになった場合には大きな電流値の基準電流IRFが流れるようにすることで、オーバードライブ用の大電流を発振用トランジスターBTに流すことができるようになる。
以上の本実施形態の回路装置によれば、回路装置が有する回路素子(電流調整機能)を有効活用して、発振子の異物を除去するオーバードライブを実現できる。即ち、これまでは、オーバードライブ試験は、発振子の単体でしか実現できなかったが、本実施形態によれば、例えば発振子と回路装置を一体にしてパッケージングした後においても、オーバードライブを実現することが可能になる。従って、例えば図2(A)〜図2(C)のように、発振子の単体でのオーバードライブ試験が困難なパッケージ構造の発振装置であっても、発振子と回路装置のパッケージングの後にオーバードライブを実現することが可能になる。また、例えば図3(A)、(B)のようなパッケージ構造において、発振装置等の小型化に伴い、オーバードライブ用の電極を形成するエリアがなくなったような場合でも、発振子と回路装置のパッケージングの後にオーバードライブを実現することが可能になる。これにより、発振子に付着した異物等を除去することが可能になり、安定した品質を維持することが可能になる。
なお、オーバードライブモード等の設定は、図2(C)や図3(B)のユーザー実装電極TU1〜TU4(発振装置の外部端子)を用いて実現することができる。具体的には、ユーザー実装電極TU1〜TU4に所定の信号を所定の手順で入力することで、回路装置(IC)のレジスターにアクセスする。そして、このレジスターへのアクセスにより、前述した電流調整ビットのオーバードライブ・ビットを例えば1に設定して、回路装置の動作モードをオーバードライブモードに設定する。そして、図7で説明したように、制御部30が、制御信号G1〜GAMによりスイッチ素子SA1〜SAMをオン・オフ制御することで、電流供給回路20が、発振用電流IOSとして、オーバードライブモード用の電流IOVを発振回路10に供給する。これにより発振回路10は、通常モード時よりも大きな駆動能力で発振子XTALを駆動できるようになり、図6(A)、図6(B)で説明したオーバードライブを実現できるようになる。
3.変形例
次に本実施形態の種々の変形例(応用例)について説明する。例えば、上述のような発振用電流の調整だけでは、オーバードライブに必要な駆動電流を十分に得ることができない場合もあり得るが、以下に説明する変形例によれば、これを解消できる。なお、以下では、説明の簡素化のために、各変形例において特徴的な部分の構成のみを示し、図4(A)、図7等で説明した詳細な構成要素については、適宜、省略して説明を行う。例えば図4(A)、図7等の構成と以下に説明する変形例の組み合わせた構成や変形例同士の組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。
図8に本実施形態の回路装置の第1の変形例を示す。この第1の変形例では、オーバードライブモードに設定された場合に、電流供給回路20の動作電源電圧を、発振用電源電圧VREGから電源電圧VDDに切り替える。
即ち図8の第1の変形例では、回路装置はレギュレーター50を含む。このレギュレーター50は、電源電圧VDDが供給され、電源電圧VDDに基づいて発振用電源電圧VREG(レギュレーター電圧)を生成する。このレギュレーター50は、定電圧生成回路であり、電源電圧VDDを降圧した電圧VREGを、発振用電源電圧として電流供給回路20に供給する。このレギュレーター50は、例えば出力電圧(VREG)を電圧分割する抵抗と、当該抵抗による電圧分割ノードからの電圧が非反転入力端子に入力され、基準電圧が反転入力端子に入力された差動増幅回路(コンパレーター)などにより実現できる。
そして電流供給回路20は、通常モードでは、レギュレーター50からの発振用電源電圧VREG(VDDを降圧した電圧)に基づき動作して、発振回路10に対して発振用電流IOSを供給する。一方、電流供給回路20は、オーバードライブモードでは、電源電圧VDDに基づき動作して、発振回路10に対して発振用電流IOS(オーバードライブ電流IOV)を供給する。即ち図9に示すように、電流供給回路20の電源電圧が、通常モードではレギュレーター50からのVREGであったものを、オーバードライブモードでは、VREG(例えば1.5V)からVDD(例えば3V)に切り替える。この電源電圧の切り替えは、図8のスイッチ素子SWAにより実現できる。具体的には制御部30が、電流供給回路20の電源供給ノードにその一端が接続されるスイッチ素子SWAの他端を、通常モードでは、レギュレーター50側に切り替え、オーバードライブモードでは、電源電圧VDD側に切り替える。
安定した発振動作のためには電源電圧が安定している必要がある。このため、図8では、通常モード時には、電源電圧VDDから生成された定電圧の電源電圧VREGを、電流供給回路20に供給する。こうすることで、例えば電源電圧VDD(外部電源電圧)に変動があった場合にも、この電源電圧の変動の影響が解消され、安定した発振用電流IOSの供給が可能になる。これにより、安定した発振動作を実現して、発振周波数などの回路性能の安定化を図れるようになる。
一方、オーバードライブモードは、発振子XTALの異物除去等が目的であり、回路性能の安定化についてはそれほど考慮する必要がない。
そこで図8では、通常モードでは電流供給回路20の電源電圧として定電圧のVREGを供給して回路特性の安定化を図る一方で、オーバードライブモードでは、VREGよりも高電位の電源電圧VDDを供給する。このように、オーバードライブモード時に、電流供給回路20の電源電圧を、VREGよりも高い電圧VDDにすることで、電流供給回路20の能力が高くなり、通常モード時よりも高い駆動能力での発振子XTALの駆動が可能になる。これにより効果的なオーバードライブの実現が可能になる。従って、発振子XTALに付着した異物等を除去して、安定した品質を維持することが可能になる。
図10に本実施形態の第2の変形例を示す。この第2の変形例では、オーバードライブモードに設定された場合に、電源電圧VDDによるダイレクト駆動に切り替えることで、発振回路10の駆動能力を増加させる。
具体的には図10の第2の変形例では、図8の第1の変形例と同様に、回路装置はレギュレーター50を含む。このレギュレーター50は、電源電圧VDDが供給され、VDDに基づいて発振用電源電圧VREGを生成する。そして発振回路10の発振用トランジスターBTは、通常モードでは、発振用電源電圧VREGが供給されて動作する電流供給回路20から発振用電流IOSが供給されて、トランジスター動作を行う。一方、発振用トランジスターBTは、オーバードライブモードでは、電源電圧VDDが供給されて、トランジスター動作を行う。例えば抵抗RBを介して電源電圧VDDが発振用トランジスターBTに供給される。即ち、電流供給回路20による電流駆動によるトランジスター動作から、電源電圧VDDによるダイレクト駆動によるトランジスター動作に切り替えられる。この切り替えは、図10のスイッチ素子SWBにより実現される。具体的には制御部30が、発振用トランジスターBTのコレクターにその一端が接続されるスイッチ素子SWBの他端を、通常モードでは、電流供給回路20側に切り替え、オーバードライブモードでは、電源電圧VDD側(抵抗RB側)に切り替える。
更に具体的には発振回路10は、バイポーラ型の発振用トランジスターBTと、発振用トランジスターBTのコレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗RFを含む。
そして、通常モードでは、発振用トランジスターBTのコレクターに対して、電流供給回路20からの発振用電流IOSが供給される。即ち、スイッチ素子SWBの他端が電流供給回路20側に切り替わることで、発振用電流IOSが発振用トランジスターBTのコレクターに供給されるようになる。なお発振用電流IOSの一部は、帰還抵抗RFを介して発振用トランジスターBTのベースに供給される。
一方、オーバードライブモードでは、発振用トランジスターBTのコレクターに対して、電源電圧VDDが供給される。具体的には、抵抗RBを介して電源電圧VDDが発振用トランジスターBTのコレクターに供給される。
このようにすれば、オーバードライブモードにおいては、発振用トランジスターBTは、電源電圧VDDによるダイレクト駆動により動作するようになる。従って、発振用トランジスターBTは、電流駆動で動作する通常モード時に比べて、高い駆動能力での発振子XTALの駆動が可能になり、効果的なオーバードライブの実現が可能になる。これにより、発振子XTALに付着した異物等を除去して、安定した品質を維持することが可能になる。
図11に本実施形態の第3の変形例を示す。この第3の変形例では、オーバードライブモードに設定された場合に、これに連動して発振用トランジスターBTのサイズを大きくすることで、発振回路10の駆動能力を増加させる。
具体的には、図11に示すように、発振用トランジスターBTは、発振用電流IOSの供給ノードNOS(コレクターノード)とVSSノード(広義には第1の電源ノード)との間に並列に設けられた複数のトランジスターBT0〜BTNにより構成される。そして制御部30は、オーバードライブモードでは、通常モードに比べて、発振用電流IOSが供給されて動作するトランジスター(BT0〜BTN)の個数を増加させる制御を行う。
例えばトランジスターBT1〜BTNのベースは、トランジスターBT0のベースのノードN1に接続されている。ノードN1は、キャパシターC2や帰還抵抗RFの一端に接続されるノードである。またトランジスターBT1〜BTNのコレクターとノードNOSとの間には、スイッチ素子SC1〜SCNが設けられている。これらのスイッチ素子SC1〜SCNは、制御部30からの制御信号によりオン・オフ制御される。これにより、発振用電流IOSがコレクターに供給されて動作するトランジスターの個数を制御できるようになる。
一例としては、通常モードでは、スイッチ素子SC1〜SCNをオフにする。これにより、トランジスターBT0が発振回路10の駆動トランジスターになって、発振子XTALの駆動が行われるようになる。
一方、オーバードライブモードでは、スイッチ素子SC1〜SCNをオンにする。このようにすることで、トランジスターBT1〜BTNのコレクターにも発振用電流IOSが供給されるようになり、トランジスターBT0に加えてトランジスターBT1〜BTNも駆動トランジスターになって、発振子XTALの駆動が行われるようになる。即ち、オーバードライブモードになると、発振用電流IOSが供給されて動作するトランジスターの個数が、1個からN+1個に増加する。
図11の第3の変形例によれば、1つのトランジスターに流れる電流を抑制することが可能になり、トランジスターのデバイスへの負荷を低減し、ストレスを抑制できる。また、1つのトランジスターに大電流を流すと、能力が低下して、所望のオーバードライブを実現できなくなるおそれがある。この点、図11のように、複数のトランジスターBT0〜BTNにより発振用トランジスターBTを構成する手法によれば、負荷やストレスを分散することで、所望の能力を維持することが可能になる。
図12に本実施形態の第4の変形例を示す。この第4の変形例では、オーバードライブモードに設定された場合に、これに連動して、駆動能力が高い回路に切り替えることで、よりオーバードライブがかかりやすい回路構成とする。即ち、第4の変形例では、回路装置は、オーバードライブ用駆動回路を含む。図12では、インバーター回路INVがオーバードライブ用駆動回路である。そして発振回路10は、通常モードでは、発振用トランジスターBTにより発振子XTALを駆動し、オーバードライブモードでは、オーバードライブ用駆動回路であるインバーター回路INVにより発振子XTALを駆動する。
具体的には図12において、発振用トランジスターBTは、発振用電流IOSがコレクターに供給されて動作するバイポーラ型のトランジスターである。一方、オーバードライブ用駆動回路は、直列に接続されたP型MOSトランジスターとN型MOSトランジスターにより構成されるインバーター回路INVである。
そして、通常モードでは、バイポーラ型の発振用トランジスターBTにより発振子XTALを駆動する。このようなバイポーラ型の発振用トランジスターBTを用いることで、ノイズによる悪影響を低減できる。一方、オーバードライブモードになると、発振用トランジスターBTに代えて、オーバードライブ用駆動回路であるインバータ回路INVにより、発振子XTALを駆動する。これにより、オーバードライブモードに設定された場合には、通常モード時よりも大きな駆動能力で発振子XTALを駆動することが可能になる。そして、オーバードライブモード時に、インバーター回路INVにより駆動することで、負性抵抗の絶対値を大きくすることなどが可能になり、大電流によるオーバードライブを効果的に実現できるようになる。
図13に本実施形態の第5の変形例を示す。この第5の変形例では、オーバードライブモードに設定された場合に、これに連動して、発振回路10の負荷容量を小さい容量に切り替える。この負荷容量は、発振子XTALの両端か見た合成容量である。具体的には、第5の変形例では、発振回路10は、発振子XTALの一端及び他端の少なくとも一方に接続される可変容量回路(C1、C2)を含み、制御部30は、オーバードライブモードでは、通常モードに比べて可変容量回路の容量値を小さな容量値に設定する。
例えば図13において、第1、第2のキャパシターC1、C2は可変容量回路となっており、その容量値が可変に切り替わるようになっている。具体的には、可変容量回路C1(キャパシターC1)は、キャパシターC1Aと、C1Aよりも小容量のキャパシターC1Bと、スイッチ素子SD1を含む。また、可変容量回路C2(キャパシターC2)は、キャパシターC2Aと、C2Aよりも小容量のキャパシターC2Bと、スイッチ素子SD2を含む。スイッチ素子SD1、SD2は、制御部30からの制御信号に基づいてオン・オフ制御される。
そして、通常モードでは、その一端が発振子XTALの一端に接続されるスイッチ素子SD1の他端が、キャパシターC1Aに接続される。同様に、通常モードでは、その一端が発振子XTALの他端に接続されるスイッチ素子SD2の他端が、キャパシターC2Aに接続される。
一方、オーバードライブモードでは、スイッチ素子SD1の他端が、キャパシターC1Aよりも小容量のキャパシターC1Bに接続される。同様に、オーバードライブモードでは、スイッチ素子SD2の他端が、キャパシターC2Aよりも小容量のキャパシターC2Bに接続される。このように、オーバードライブモードでは、可変容量回路C1、C2の容量値が、通常モードに比べて、小さな容量値に設定される。即ち、発振子XTALの両端か見た合成容量である負荷容量が、オーバードライブモードでは小さな容量に設定される。
このように負荷容量が小さくなれば、負性抵抗の絶対値が大きくなり、より大きな駆動電流を流すことが可能になり、オーバードライブの効果を高めることができる。
即ち、発振回路10での負性抵抗は、負荷容量が小さくなるほど、大きくなる。従って、オーバードライブモードにおいて、負荷容量を小さくすることで。負性抵抗の絶対値が大きくなり、大きな駆動電流で発振子XTALを駆動できるようになる。
例えば通常モードでは、発振回路10の安定性を考慮して、負荷容量を極端に小さな容量値にすることはない。この点、オーバードライブは発振子XTALに大きな電流を流すことを目的とするものであるので、このように負荷容量を小さな容量値に設定しても、問題は生じず、オーバードライブによる効果的な異物の除去を実現できるようになる。
なお、C1、C2の可変容量回路としては、発振周波数調整用の可変容量回路、或いは発振周波数の温度補償用の可変容量回路を利用できる。例えば発振回路10では、発振周波数が変わると、それに応じてC1、C2の容量値を変更することが望ましい。具体的には、キャパシターアレイを設けて、このキャパシターアレイの容量値を変更することで、発振周波数に応じた容量値の設定が可能になる。この場合に、C1、C2の可変容量回路は、このようなキャパシターアレイを有効活用して実現することができる。或いは、図4(A)の温度補償電圧発生回路28による発振周波数の温度補償を実現する場合には、電圧により容量値が制御されるバラクターが用いられる。この場合に、C1、C2の可変容量回路は、この温度補償用のバラクターを有効活用して実現することができる。
図14に本実施形態の第6の変形例を示す。この第6の変形例では、オーバードライブモードに設定された場合に、これに連動して、帰還抵抗RFの抵抗値を切り替える。
即ち、図14に示すように、発振回路10は、バイポーラ型の発振用トランジスターBTと、発振用トランジスターBTのコレクター・ベース間に設けられ、抵抗値が可変の帰還抵抗RFを含む。そして制御部30は、オーバードライブモードでは、通常モードに比べて帰還抵抗RFの抵抗値を小さな抵抗値に設定する。
このように、オーバードライブモードにおいて、帰還抵抗RFの抵抗値を小さくすることで、発振回路10の負性抵抗の絶対値が大きくなり、大きな駆動電流で発振子XTALを駆動できるようになる。
また、通常モードにおいては、発振用トランジスターBTのコレクター電圧と電源電圧との間の電圧差が確保できるように、コレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗RFの値を、コレクター電流に応じて調整することで、安定した発振条件を得ることができる。従って、図14の第6の変形例によれば、このような通常モードで用いられる帰還抵抗RFの抵抗値の可変制御機能を、オーバードライブモードの実現に有効活用できるという利点がある。なお、コレクター電圧の上昇を抑えるために、例えば電流供給回路20から、電流IOSの供給経路とは別経路で、ベース電流(補助ベース電流)を、発振用トランジスターBTのベースに供給するようにしてもよい。
4.電子機器
図15に本実施形態の回路装置を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、本実施形態の回路装置500、水晶振動子等の発振子XTAL、アンテナATN、通信部510、処理部520を含む。また操作部530、表示部540、記憶部550を含むことができる。なおこれらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
図15の電子機器としては、例えば携帯型情報端末(携帯電話、スマートフォーン)、生体計測機器(脈拍計、歩数計等)、映像機器(デジタルカメラ、ビデオカメラ)などの種々の機器を想定できる。
通信部510(無線回路)は、アンテナANTを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。処理部520は、電子機器の制御処理や、通信部510を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。この処理部520の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現される。
操作部530は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどにより実現できる。表示部540は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ELなどのディスプレイにより実現できる。なお操作部530としてタッチパネルディスプレイを用いる場合には、このタッチパネルディスプレイが表示部540の機能を兼ねることになる。記憶部550は、データを記憶するものであり、その機能はRAMやROMなどの半導体メモリーやHDD(ハードディスクドライブ)などにより実現できる。
図15の電子機器に本実施形態の回路装置500を適用すれば、回路装置500の回路素子を有効利用して、オーバードライブ試験を実現できるようになる。従って、回路装置500の信頼性等を向上できるため、電子機器の信頼性等も向上できるようになる。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また回路装置、発振装置、電子機器の構成・動作や、オーバードライブ手法、電流調整手法等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
XTAL 発振子、BT 発振用トランジスター、RF 帰還抵抗、
IOS 発振用電流、BUF バッファー回路、
C1、C2 第1、第2のキャパシター(可変容量回路)、
C3 第3のキャパシター、CM カレントミラー回路、
TB1 基準電流トランジスター、
TB2 電流供給トランジスター、BA1〜BAM トランジスター、
GA1〜GAM 制御信号、BT0〜BTN トランジスター、
SA1〜SAM、SC1〜SCN、SD1、SD2、SWA、SWB スイッチ素子、
INV インバーター回路(オーバードライブ用駆動回路)、
C1A、C1B、C2A、C2B キャパシター、
10 発振回路、20 電流供給回路、28 温度補償電圧発生回路、
30 制御部、40 メモリー、50 レギュレーター、
500 回路装置、510 通信部、520 処理部、530 操作部、
540 表示部、550 記憶部

Claims (12)

  1. 発振用電流を供給する電流供給回路と、
    発振子の発振用トランジスターを有し、前記電流供給回路からの前記発振用電流に基づいて前記発振用トランジスターにより前記発振子を駆動する発振回路と、
    前記電流供給回路を制御する制御部と、
    を含み、
    前記発振回路は、
    オーバードライブモードに設定された場合には、通常モード時の駆動能力よりも大きな駆動能力で前記発振子を駆動することを特徴とする回路装置。
  2. 請求項1において、
    電源電圧が供給され、前記電源電圧に基づいて発振用電源電圧を生成するレギュレーターを含み、
    前記電流供給回路は、
    前記通常モードでは、前記レギュレーターからの前記発振用電源電圧に基づき動作して、前記発振回路に対して前記発振用電流を供給し、
    前記オーバードライブモードでは、前記電源電圧に基づき動作して、前記発振回路に対して前記発振用電流を供給することを特徴とする回路装置。
  3. 請求項1において、
    電源電圧が供給され、前記電源電圧に基づいて発振用電源電圧を生成するレギュレーターを含み、
    前記発振回路の前記発振用トランジスターは、
    前記通常モードでは、前記発振用電源電圧が供給されて動作する前記電流供給回路から前記発振用電流が供給されて、トランジスター動作を行い、
    前記オーバードライブモードでは、前記電源電圧が供給されて、トランジスター動作を行うことを特徴とする回路装置。
  4. 請求項3において、
    前記発振回路は、
    バイポーラ型の前記発振用トランジスターと、
    前記発振用トランジスターのコレクター・ベース間に設けられる帰還抵抗を含み、
    前記通常モードでは、
    前記発振用トランジスターの前記コレクターに対して、前記電流供給回路からの前記発振用電流が供給され、
    前記オーバードライブモードでは、前記発振用トランジスターの前記コレクターに対して、前記電源電圧が供給されることを特徴とする回路装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
    前記発振用トランジスターは、前記発振用電流の供給ノードと第1の電源ノードとの間に並列に設けられた複数のトランジスターにより構成され、
    前記制御部は、
    前記オーバードライブモードでは、前記通常モードに比べて、前記発振用電流が供給されて動作する前記トランジスターの個数を増加させる制御を行うことを特徴とする回路装置。
  6. 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
    オーバードライブ用駆動回路を含み、
    前記発振回路は、
    前記通常モードでは、前記発振用トランジスターにより前記発振子を駆動し、前記オーバードライブモードでは、前記オーバードライブ用駆動回路により前記発振子を駆動することを特徴とする回路装置。
  7. 請求項6において、
    前記発振用トランジスターは、前記発振用電流がコレクターに供給されて動作するバイポーラ型のトランジスターであり、
    前記オーバードライブ用駆動回路は、直列に接続されたP型MOSトランジスターとN型MOSトランジスターにより構成されるインバーター回路であることを特徴とする回路装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれかにおいて、
    前記発振回路は、
    前記発振子の一端及び他端の少なくとも一方に接続される可変容量回路を含み、
    前記制御部は、
    前記オーバードライブモードでは、前記通常モードに比べて前記可変容量回路の容量値を小さな容量値に設定することを特徴とする回路装置。
  9. 請求項8において、
    前記可変容量回路は、発振周波数調整用の可変容量回路又発振周波数の温度補償用の可変容量回路であることを特徴とする回路装置。
  10. 請求項1乃至9のいずれかにおいて、
    前記発振回路は、
    バイポーラ型の前記発振用トランジスターと、
    前記発振用トランジスターのコレクター・ベース間に設けられ、抵抗値が可変の帰還抵抗を含み、
    前記制御部は、
    前記オーバードライブモードでは、前記通常モードに比べて前記帰還抵抗の抵抗値を小さな抵抗値に設定することを特徴とする回路装置。
  11. 請求項1乃至10のいずれかに記載の回路装置と、
    前記発振子と、
    を含むことを特徴とする発振装置。
  12. 請求項1乃至10のいずれかに記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
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