JP2020123782A - 発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
振動子と、
集積回路と、を備え、
前記集積回路は、
前記振動子を発振させる発振用回路と、
温度センサーと、
前記温度センサーの出力信号に基づいて前記振動子の温度特性を補償する温度補償回路と、
前記発振用回路から出力される信号が入力され、発振信号を出力する出力回路と、
発熱回路と、を含み、
前記発熱回路は、
外部からの電源電圧の供給が開始されてから第1期間において電流が流れて発熱し、前記第1期間が終了した後の第2期間において電流が流れない。
前記出力回路は、
前記第1期間において動作を停止し、前記第2期間において動作し、
前記第1期間において前記発熱回路が単位時間あたりに消費する電力は、前記第2期間において前記出力回路が単位時間あたりに消費する電力よりも大きくてもよい。
前記第1期間において前記発熱回路に流れる電流は可変であってもよい。
前記第1期間の長さは可変であってもよい。
前記集積回路は、
前記発振用回路から出力される信号の振幅を検出し、検出信号を出力する振幅検出回路を含み、
前記第1期間は、前記検出信号に基づいて設定されてもよい。
前記集積回路は、前記振動子の一端と電気的に接続される第1外部接続端子及び前記振動子の他端と電気的に接続される第2外部接続端子を含む複数の外部接続端子を有し、
前記複数の外部接続端子のうち、前記第1外部接続端子又は第2外部接続端子が前記発熱回路に最も近くてもよい。
前記複数の外部接続端子のうち、前記第1外部接続端子又は第2外部接続端子が前記温度センサーから最も離れていてもよい。
振動子と、
集積回路と、を備え、
前記集積回路は、
外部からの電源電圧の供給が開始されてから第1期間において、単位時間あたり第1の発熱量で発熱し、
前記第1期間が終了した後の第2期間において、単位時間あたり第2の発熱量で発熱し、
前記第1の発熱量は、前記第2の発熱量よりも大きい。
前記発振器の一態様を備えている。
前記発振器の一態様を備えている。
1−1.第1実施形態
図1及び図2は、本実施形態の発振器1の構造の一例を示す図である。図1は、発振器1の斜視図であり、図2は、図1のA−A断面図である。
チ回路70、シリアルインターフェース回路80、振幅検出回路90及び発熱期間制御回路92を含む。なお、本実施形態の集積回路2は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
図4は、図3の発振用回路10の構成例を示す図である。なお、図4では、発振段電流調整データIADJは4ビットであるが、2ビット以下でもよいし、5ビット以上でもよい。図4に示すように、発振用回路10は、発振部11と電流源回路12とを備えている。発振部11は振動子3と接続されることでピアース型の発振回路を構成する。発振部11では、振動子3と並列に可変容量素子であるバリキャップ・ダイオードVCD1,VCD2が直列接続されており、バリキャップ・ダイオードVCD1,VCD2に温度補償電圧VCOMPが印加されることで温度に対して発振部11の容量値が変化し、振動子3の周波数温度特性が補償された発振信号VOSCが出力される。
図5は、図3の出力回路30の構成例を示す図である。図5に示すように、出力回路30は、レギュレーター回路50の出力電圧Vregと、振幅制御回路20で生成されたクリップド・サイン波出力を得るためのクリップ電圧Vclipとが供給される。出力回路30は、分周回路を備えており、当該分周回路により、分周切替データDIVの値に基づいて、発振用回路10から出力される発振信号VOSCを2分周するか否かを選択可能に構成されている。本実施形態では、分周切替データDIVの値が0のときは、発振信号VOSCは、分周されず、MOSトランジスターM1〜M4から成るインバーターで極性が反転され、ノードVBUF1の信号がNOR回路NOR1に伝達する。一方、分周切替データDIVの値が1のときは、発振信号VOSCは、分周回路で1/2に分周され、ノードVBUF1の信号がNOR回路NOR1に伝達する。
図6は、図3の振幅制御回路20の構成例を示す図である。図6に示すように、振幅制御回路20は、発熱回路21、レプリカ回路22及びデコーダー23を含む。図6において、NMOSトランジスターM1,M2,M3はデプレッション型のMOSトランジスターであり、その他のMOSトランジスターはエンハンスメント型のMOSトランジスターである。
3Bがオン状態からオフ状態に変化し、発熱回路21が動作停止状態となる。このように、本実施形態では、発振器1の起動直後に発熱回路21が発熱し、この熱がXI端子及びXO端子を介して振動子3に伝わることにより、振動子3の温度上昇が速められ、その後、発熱回路21が発熱を停止して振動子3の温度上昇が抑えられる。これにより、集積回路2の温度と振動子3の温度が一致する状態である熱平衡状態に達する時間を短縮することができる。
本実施形態の発振器1は、起動直後から発熱回路21に直流電流Ihtを流すことにより、発熱回路21に直流電流Ihtが流れない比較例の発振器よりも、集積回路2と振動子3とが熱平衡状態に達する時間を短縮することができる。
DD端子への電源電圧の供給が終了し、発振器1の動作が停止する。
本実施形態では、集積回路2が発生する熱が振動子3に伝わりやすくするために、集積回路2のレイアウトが工夫されている。図9は、集積回路2において素子が形成される半導体基板100を平面視した図である。図9に示すように、本実施形態では、発熱回路21とXI端子との最短距離d1は、発熱回路21とVC端子との最短距離d3、発熱回路21とVDD端子との最短距離d4、発熱回路21とVSS端子との最短距離d5、及び発熱回路21とOUT端子との最短距離d6よりも短い。同様に、発熱回路21とXO端子との最短距離d2は、発熱回路21とVC端子との最短距離d3、発熱回路21とVDD端子との最短距離d4、発熱回路21とVSS端子との最短距離d5、及び発熱回路21とOUT端子との最短距離d6よりも短い。すなわち、発熱回路21は、集積回路2の複数の外部接続端子のうち、XI端子又はXO端子との距離が最も短い。換言すれば、集積回路2の複数の外部接続端子のうち、XI端子又はXO端子が発熱回路21に最も近い。したがって、発熱回路21が発する熱は、XI端子及びXO端子を介して効率よく振動子3に伝わり、振動子3の温度上昇を速め、集積回路2と振動子3とが熱平衡状態になるまでの時間が短縮される。
以上に説明したように、第1実施形態の発振器1では、集積回路2において、起動時からの第1期間P1に発熱回路21が発熱することにより、第2期間P2における集積回路2の消費電力が、第1期間P1の後の第2期間P2における集積回路2の消費電力よりも大きくなる。その結果、第1期間P1における集積回路2の発熱量が、第2期間P2における集積回路2の発熱量よりも大きくなり、集積回路2からの熱が効率よく振動子3に伝わる。そのため、振動子3の温度上昇を速め、集積回路2と振動子3とが熱平衡状態になるまでの時間が短縮され、発振信号VOSCの出力が開始されるときの周波数偏差が小さくなる。したがって、第1実施形態の発振器1によれば、起動時における発振信号の周波数偏差を低減することができる。
以下、第2実施形態の発振器1について、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第1実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第1実施形態と異なる内容について説明する。
いる。発熱制御電流調整データIADJ2は、発振器1の製造工程において、メモリー60が有する不揮発性メモリーに記憶される。不揮発性メモリーに記憶されている発熱制御電流調整データIADJ2は、発振器1の起動直後、すなわち、VDD端子への電源電圧の供給が開始した直後に不揮発性メモリーからレジスターに書き込まれる。
ば、第1期間P1において発熱回路21に流れる電流を、発振器1の個体差に応じて調整することができるので、発振器1の個体差があっても集積回路2と振動子3とが熱平衡状態になるまでの時間を確実に短くすることができる。
以下、第3実施形態の発振器1について、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第1実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第1実施形態と異なる内容について説明する。
発熱量で発熱し、第1の発熱量は、第2の発熱量よりも大きい。そのため、第1期間P1において、集積回路2の温度が急峻に上昇し、振動子3の温度も集積回路2の温度に追従して急峻に上昇する。そして、第2期間P2の時刻t2において、集積回路2と振動子3とが熱平衡状態になり、C6に示すように、発振周波数の偏差がほぼゼロになる。このように、第2実施形態の発振器1によれば、第1実施形態と同様、前述した比較例の発振器に対して、集積回路2と振動子3とが熱平衡状態になるまでの時間が短縮される。さらに、第2実施形態の発振器1によれば、集積回路2の温度が急峻に上昇する第1期間P1の長さを、発振器1の個体差に応じて調整することができるので、発振器1の個体差があっても集積回路2と振動子3とが熱平衡状態になるまでの時間を確実に短くすることができる。
上記の第2実施形態と第3実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、発振器1は、第1期間P1の長さと第1期間P1において発熱回路21に流れる電流の両方が可変であってもよい。
図15は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。また、図16は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。
の電子機器は、図15の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
伝送装置が挙げられる。発振器310として、例えば上述した各実施形態の発振器1を適用することにより、例えば通信基地局などに利用可能な、周波数精度の高い、高性能、高信頼性を所望される電子機器300を従来よりも低コストで実現することも可能である。
図17は、本実施形態の移動体の一例を示す図である。図17に示す移動体400は、発振器410、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー420,430,440、バッテリー450、バックアップ用バッテリー460を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図17の構成要素の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
…電流源回路、20…振幅制御回路、21…発熱回路、22…レプリカ回路、23…デコーダー、30…出力回路、40…温度補償回路、42…温度センサー、50…レギュレーター回路、60…メモリー、70…スイッチ回路、80…シリアルインターフェース回路、90…振幅検出回路、92…発熱期間制御回路、300…電子機器、310…発振器、312…集積回路、313…振動子、320…CPU、330…操作部、340…ROM、350…RAM、360…通信部、370…表示部、400…移動体、410…発振器、420,430,440…コントローラー、450…バッテリー、460…バックアップ用バッテリー
Claims (10)
- 振動子と、
集積回路と、を備え、
前記集積回路は、
前記振動子を発振させる発振用回路と、
温度センサーと、
前記温度センサーの出力信号に基づいて前記振動子の温度特性を補償する温度補償回路と、
前記発振用回路から出力される信号が入力され、発振信号を出力する出力回路と、
発熱回路と、を含み、
前記発熱回路は、
外部からの電源電圧の供給が開始されてから第1期間において電流が流れて発熱し、前記第1期間が終了した後の第2期間において電流が流れない、発振器。 - 前記出力回路は、
前記第1期間において動作を停止し、前記第2期間において動作し、
前記第1期間において前記発熱回路が単位時間あたりに消費する電力は、前記第2期間において前記出力回路が単位時間あたりに消費する電力よりも大きい、請求項1に記載の発振器。 - 前記第1期間において前記発熱回路に流れる電流は可変である、請求項1又は2に記載の発振器。
- 前記第1期間の長さは可変である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発振器。
- 前記集積回路は、
前記発振用回路から出力される信号の振幅を検出し、検出信号を出力する振幅検出回路を含み、
前記第1期間は、前記検出信号に基づいて設定される、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発振器。 - 前記集積回路は、前記振動子の一端と電気的に接続される第1外部接続端子及び前記振動子の他端と電気的に接続される第2外部接続端子を含む複数の外部接続端子を有し、
前記複数の外部接続端子のうち、前記第1外部接続端子又は第2外部接続端子が前記発熱回路に最も近い、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発振器。 - 前記複数の外部接続端子のうち、前記第1外部接続端子又は第2外部接続端子が前記温度センサーから最も離れている、請求項6に記載の発振器。
- 振動子と、
集積回路と、を備え、
前記集積回路は、
外部からの電源電圧の供給が開始されてから第1期間において、単位時間あたり第1の発熱量で発熱し、
前記第1期間が終了した後の第2期間において、単位時間あたり第2の発熱量で発熱し、
前記第1の発熱量は、前記第2の発熱量よりも大きい、発振器。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発振器を備えた、電子機器。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発振器を備えた、移動体。
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