JP2023127679A - 発振器 - Google Patents

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Abstract

【課題】発振器の小型化を妨げずに発振器に必要な容量を実現できる発振器の提供。【解決手段】発振器４は、振動子１０と、振動子１０を発振させる発振回路３０を有する発振用の集積回路装置２０と、振動子１０を加熱する発熱用の集積回路装置２００を含む。発熱用の集積回路装置２００は、振動子１０を加熱する発熱トランジスターＴＲと、第１金属層による第１電極と、第２金属層による第２電極を有するＭＩＭキャパシターＣＭ１と、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極に接続されたパッドＰＭ１を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、発振器等に関する。
従来より、発熱トランジスターを設けた集積回路装置を備えた恒温槽型発振器が知られている。例えば特許文献１には、パッドから拡散層への電流が、ビアを介して最短経路で流れるレイアウト配置とすることで、エレクトロマイグレーションによる断線の可能性を低減させる発熱トランジスターを備えた発振器が開示されている。
特開特開２０１５－１２２２１９号公報
従来技術においては、発振器に必要な種々のキャパシターをディスクリート部品で構成する必要があった。このため発振器全体の小型化を阻害するという課題があった。
本開示の一態様は、振動子と、前記振動子を発振させる発振回路を有する発振用の集積回路装置と、前記振動子を加熱する発熱用の集積回路装置と、を含み、前記発熱用の集積回路装置は、前記振動子を加熱する発熱トランジスターと、第１金属層による第１電極と、第２金属層による第２電極を有するＭＩＭキャパシターと、前記ＭＩＭキャパシターの前記第１電極に接続されたパッドと、を含む発振器に関係する。
本実施形態の発振器の構成例。 本実施形態の発振器の他の構成例。 本実施形態の発振器の詳細な第１構成例。 本実施形態の発振器の詳細な第２構成例。 本実施形態の発振器の詳細な第３構成例。 発熱用の集積回路装置のレイアウト配置例。 発熱用の集積回路装置のレイアウト配置例。 ＭＩＭキャパシター、発熱トランジスター、パッドの断面構造を示す模式的な断面図。 発熱トランジスターの模式的なレイアウト配置例。 本実施形態の発振器の詳細な第４構成例。 発熱トランジスターのヒーター制御の説明図。 ＰＤＭ信号の説明図。 第１温度補償処理を行う温度補償回路の構成例。 第２温度補償処理を行う処理回路、クロック信号生成回路の構成例。 発振器のモード設定や感度設定についての説明図。 ジッタークリーニング回路の構成例。 発振器の構造例。 発振器の構造例。
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
１．発振器
図１に本実施形態の発振器４の構成例を示す。本実施形態の発振器４は、振動子１０と、振動子１０を発振させる発振回路３０を有する発振用の集積回路装置２０と、振動子１０を加熱する発熱用の集積回路装置２００を含む。本実施形態では、これらの振動子１０、発振用の集積回路装置２０、発熱用の集積回路装置２００が、例えばパッケージに収容されて発振器４が構成される。
振動子１０は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子１０は、例えば水晶振動片などの振動片により実現できる。例えば振動子１０は、カット角がＡＴカットやＳＣカットなどの厚みすべり振動する水晶振動片、音叉型水晶振動片、又は双音叉型水晶振動片などにより実現できる。例えば振動子１０は、恒温槽を備える恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）に内蔵されている振動子である。なお本実施形態の振動子１０は、例えば厚みすべり振動型、音叉型又は双音叉型以外の振動片や、水晶以外の材料で形成された圧電振動片などの種々の振動片により実現することも可能である。例えば振動子１０として、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子や、シリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子等を採用することも可能である。
集積回路装置２０、２００は、ＩＣ（Integrated Circuit）と呼ばれる回路装置である。例えば集積回路装置２０、２００は、半導体プロセスにより製造されるＩＣであり、半導体基板上に回路素子が形成された半導体チップである。
振動子１０は集積回路装置２０に電気的に接続されている。例えば振動子１０、集積回路装置２０、２００を収納するパッケージの内部配線等を用いて、振動子１０と集積回路装置２０は電気的に接続されている。そして集積回路装置２０は発振回路３０を含む。
発振回路３０は振動子１０を発振させる回路である。例えば発振回路３０は、振動子１０を発振させることで発振信号を生成する。発振信号は発振クロック信号である。例えば発振回路３０は、振動子１０の一端及び他端に電気的に接続される発振用の駆動回路と、キャパシターや抵抗などの受動素子により実現できる。駆動回路は、例えばＣＭＯＳのインバーター回路やバイポーラートランジスターにより実現できる。駆動回路は、発振回路３０のコア回路であり、駆動回路が、振動子１０を電圧駆動又は電流駆動することで、振動子１０を発振させる。発振回路３０としては、例えばインバーター型、ピアース型、コルピッツ型、又はハートレー型などの種々のタイプの発振回路を用いることができる。また発振回路３０には、可変容量回路が設けられ、この可変容量回路の容量の調整により、発振周波数を調整できるようになっている。可変容量回路は、例えばバラクターなどの可変容量素子により実現できる。例えば可変容量回路は、温度補償電圧に基づいて容量が制御される可変容量素子により実現できる。或いは可変容量回路を、キャパシターアレイと、キャパシターアレイに接続されるスイッチアレイとにより実現してもよい。この場合にはスイッチアレイが含む複数のスイッチを例えばデジタルの制御信号によりオン又はオフにすることで、可変容量回路の容量を制御する。なお本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続は、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は受動素子等を介した接続であってもよい。
発熱用の集積回路装置２００は、発熱トランジスターＴＲと、ＭＩＭキャパシターＣＭ１と、パッドＰＭ１を含む。発熱トランジスターＴＲは、振動子１０を加熱するトランジスターである。ＭＩＭキャパシターＣＭ１は、第１金属層による第１電極と、第２金属層による第２電極を有するＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）構造のキャパシターである。パッドＰＭ１は、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の端子である第１電極に接続される。
発熱トランジスターＴＲは、高電位側電源ノードであるＶＣＣノードと、低電位側電源ノードであるＧＮＤノードとの間に設けられ、温度制御信号ＧＣに基づいてゲート電圧が制御される。なお本実施形態ではグランドを、適宜、ＧＮＤと記載する。ＧＮＤはＶＳＳとも呼ぶことができる。グランド電圧は例えば接地電位である。発熱トランジスターＴＲは例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）のトランジスターであり、具体的には例えばｎ型のＭＯＳトランジスターである。また発熱トランジスターＴＲは、後述の図９で説明するように複数のトランジスターにより構成される。複数のトランジスターは、発熱トランジスターＴＲのドレインとソースの間に並列に設けられ、複数のトランジスターのゲートに温度制御信号ＧＣが入力される。温度制御信号ＧＣは例えば集積回路装置２００の外部から入力される。なお温度制御信号ＧＣを集積回路装置２００の内部で生成するようにしてもよい。
また集積回路装置２００は図１に示すように電流制限抵抗ＲＬを含む。電流制限抵抗ＲＬは、高電位側電源ノードであるＶＣＣノードと発熱トランジスターＴＲのドレインとの間に設けられる。発熱トランジスターＴＲのソースは、低電位側電源ノードであるＧＮＤノードに接続される。電流制限抵抗ＲＬは例えば拡散層により構成される。電流制限抵抗ＲＬは、例えば発熱トランジスターＴＲのドレインを構成する拡散層と同じ拡散層により構成できる。なお電流制限抵抗ＲＬをポリシリコン層等により構成する変形実施も可能である。電流制限抵抗ＲＬは、ＶＣＣの電源投入等による起動時においてＶＣＣのノードからの過電流が発熱トランジスターＴＲに流れるのを制限する抵抗として用いられる。例えば発熱トランジスターＴＲのドレイン電圧をＶＤＲとし、電流制限抵抗ＲＬの抵抗値をＲとした場合に、起動時には、電流制限抵抗ＲＬにより、発熱トランジスターＴＲに流れる電流がＩＬ＝（ＶＣＣ－ＶＤＲ）／Ｒに制限される。一例として、ＶＣＣが３．０Ｖであり、ドレイン電圧ＶＤＲが０．５Ｖであり、電流制限抵抗ＲＬの抵抗値が２．５Ωである場合には、発熱トランジスターＴＲに流れる電流が例えば１Ａ程度に制限される。そして電源投入等による起動後、温度制御信号ＧＣに基づいて発熱トランジスターＴＲの定常状態の発熱制御が行われるまでの間は、電流制限抵抗ＲＬに電流が流れることによるジュール熱がヒーターＩＣである集積回路装置２００の支配的な熱となる。一方、温度制御信号ＧＣに基づいて発熱トランジスターＴＲの定常状態の発熱制御が行われると、ＶＣＣから電流制限抵抗ＲＬ及び発熱トランジスターＴＲを介してグランドに流れる電流が、例えば０．１Ａ～０．３Ａ程度の電流に制御される。これにより発熱トランジスターＴＲにオン電流が流れることによるジュール熱がヒーターＩＣである集積回路装置２００の支配的な熱になる。
ＭＩＭキャパシターＣＭ１は、絶縁層を２つの金属の電極により挟み込んだＭＩＭ構造のキャパシターである。ＭＩＭ構造のキャパシターは、少ない面積で大きな容量を得ることができる薄膜のキャパシターであり、高い容量密度を実現できる。具体的にはＭＩＭキャパシターＣＭ１は、第１金属層による第１電極と、第２金属層による第２電極と、第１電極と第２電極の間に設けられる絶縁層を有する。第１金属層は、第２金属層の上層又は下層の金属層であり、第１金属層及び第２金属層は例えばアルミ等の金属層である。そして図１では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、パッドＰＭ１に電気的に接続され、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第２電極は、ＧＮＤノードに電気的に接続される。なお第２電極は、ＧＮＤとは異なる電位のノードに接続されてもよい。
パッドＰＭ１は、半導体チップである集積回路装置２００の端子である。例えばパッド領域では、絶縁層であるパッシベーション膜から金属層が露出しており、この露出した金属層により集積回路装置２００の端子であるパッドが構成される。
図２に本実施形態の集積回路装置２００の他の構成例を示す。図１ではＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極だけがパッドＰＭ１に接続されていたが、図２ではＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極がパッドＰＭ１に接続され、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第２電極がパッドＰＭ１Ｂに接続されている。即ちＭＩＭキャパシターＣＭ１の両端の各電極が各パッドに接続されている。このようにすることで、図１に比べて更に汎用性の高いＭＩＭキャパシターＣＭ１の提供が可能になる。
以上のように本実施形態の発振器４は、振動子１０を発振させる発振回路３０を有する発振用の集積回路装置２０と、振動子１０を加熱する発熱トランジスターＴＲを有する発熱用の集積回路装置２００とが設けられる。このようにすれば、発振用の集積回路装置２０の発振回路３０により振動子１０を発振させて、発振信号に基づくクロック信号を生成できると共に、発熱用の集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲにより振動子１０を加熱することで、例えば振動子１０を一定の温度に維持しながら発振させることが可能になる。振動子１０が一定の温度に維持されることで、環境温度の変動が原因で振動子１０の発振周波数が変動してしまうのを抑制できるようになる。
そして本実施形態では、このような発熱用の集積回路装置２００に対して、内蔵のキャパシターであるＣＭ１を設けている。即ち、発熱用の集積回路装置２００に、ＭＩＭキャパシターＣＭ１を設けると共に、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極に接続されるパッドＰＭ１を設けている。このようにすれば、発振器４において、キャパシターの容量が必要なノードがある場合に、そのノードに発熱用の集積回路装置２００のパッドＰＭ１を接続することで、集積回路装置２００に設けられるＭＩＭキャパシターＣＭ１を、そのノードに必要な容量として使用できるようになる。この場合にＭＩＭキャパシターＣＭ１は、例えば発熱用の集積回路装置２００での発熱トランジスターＴＲの配置領域を有効活用して形成できる。従って、発振器４の小型化を阻害することなく、キャパシターの容量が必要なノードに、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の容量を利用できるようになる。特にＭＩＭ構造のキャパシターは、集積回路装置２００のチップ面積がそれほど大きくなくても、大容量のキャパシターを実現できるというメリットがある。
また本実施形態の比較例の手法として、発振器４において容量が必要なノードに対して、ディスクリート部品のキャパシターを接続する手法が考えられる。例えば発振器４のパッケージの外側面に実装されるディスクリート部品のキャパシターや、発振器４が実装される回路基板に実装されるディスクリート部品のキャパシターを用いる手法である。しかしながら、この比較例の手法では、ディスクリート部品のキャパシターが外気の温度の影響を受けてしまい、環境温度の変化により容量が変動してしまうという問題が発生する。これに対して本実施形態では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１は、発熱トランジスターＴＲにより温度が一定に保たれる発熱用の集積回路装置２００に設けられる。従って、環境温度の変化による容量の変動が抑制されたＭＩＭキャパシターＣＭ１を、発振器４において容量が必要なノードに対して接続することが可能になる。またＭＩＭキャパシターＣＭ１は、発熱用の集積回路装置２００に内蔵されるため、ディスクリート部品の削減に繋がり、発振器４の低コスト化も図れるようになる。
２．詳細な構成例
図３に本実施形態の発振器４の詳細な第１構成例を示す。なお本実施形態の発振器４、集積回路装置２０、２００の構成は、図３の構成に限定されず、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したり、一部の構成要素を他の構成要素に置き換えるなどの種々の変形実施が可能である。
発振用の集積回路装置２０は、発振回路３０、温度補償回路４０、温度センサー４８、出力回路８０を含む。また集積回路装置２０は、パッドＰＶＤＤ１、ＰＧＮＤ１、ＰＣＫ、ＰＸ１、ＰＸ２を含む。パッドＰＶＤＤ１、ＰＧＮＤ１は、ＶＤＤ、ＧＮＤが供給されるパッドであり、パッドＰＣＫは第１クロック信号ＣＫ１を出力するためのパッドあり、ＰＸ１、ＰＸ２は振動子接続用のパッドである。
発振回路３０は、振動子接続用のパッドＰＸ１、ＰＸ２を介して振動子１０に接続される。例えば振動子１０の一端がパッドＰＸ１を介して発振回路３０に接続され、振動子１０の他端がパッドＰＸ２を介して発振回路３０に接続される。そして発振回路３０は可変容量回路３２を含む。可変容量回路３２は、例えばバラクター等の可変容量素子により構成される。可変容量回路３２は、振動子１０の一端に電気的に接続される。なお可変容量回路３２である第１可変容量回路と、第２可変容量回路を設け、第１可変容量回路を振動子１０の一端に電気的に接続し、第２可変容量回路を振動子１０の他端に電気的に接続してもよい。
温度補償回路４０は、例えば多項式近似によるアナログ方式の温度補償を行う。例えば振動子１０の周波数温度特性を補償する温度補償電圧が多項式により近似される場合に、温度補償回路４０は、当該多項式の係数情報に基づいてアナログ方式の温度補償を行う。アナログ方式の温度補償は、例えばアナログ信号である電流信号や電圧信号の加算処理等により実現される温度補償である。例えば、高次の多項式により温度補償電圧が近似される場合、多項式の０次係数、１次係数、高次係数が、それぞれ０次補正データ、１次補正データ、高次補正データとして、例えば不揮発性メモリー等により実現される記憶部に記憶される。高次係数は例えば１次より大きい高次の次数の係数であり、高次補正データは、高次係数に対応する補正データである。例えば３次多項式により温度補償電圧が近似される場合には、多項式の０次係数、１次係数、２次係数、３次係数が、０次補正データ、１次補正データ、２次補正データ、３次補正データとして記憶部に記憶される。そして温度補償回路４０は、０次補正データ～３次補正データに基づいて温度補償を行う。この場合に２次補正データや２次補正データに基づく温度補償については省略してもよい。また例えば５次多項式により温度補償電圧が近似される場合には、多項式の０次係数、１次係数、２次係数、３次係数、４次係数、５次係数が、０次補正データ、１次補正データ、２次補正データ、３次補正データ、４次補正データ、５次補正データとして記憶部に記憶される。そして温度補償回路４０は、０次補正データ～５次補正データに基づいて温度補償を行う。この場合に２次補正データ又は４次補正データや、２次補正データ又は４次補正データに基づく温度補償については省略してもよい。また多項式近似の次数は任意であり、例えば５次よりも大きい次数の多項式近似を行うようにしてもよい。また０次補正を温度センサー４８が行うようにしてもよい。
そして、このように温度補償回路４０により生成された温度補償信号である温度補償電圧が、容量制御電圧として可変容量回路３２に入力され、これにより発振回路３０の発振周波数の温度補償が行われるようになる。
温度センサー４８は温度を検出するセンサーである。具体的には温度センサー４８は、環境の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出信号である温度検出電圧として出力する。例えば温度センサー４８は、温度依存性を有する回路素子を利用して温度検出信号である温度検出電圧を生成する。具体的には温度センサー４８は、例えばＰＮ接合の順方向電圧が有する温度依存性を用いることで、温度に依存して電圧が変化する温度検出電圧を出力する。なお温度センサー４８としてデジタル方式の温度センサー回路を用いる変形実施も可能である。この場合には温度検出データをＤ／Ａ変換して温度検出電圧を生成すればよい。
出力回路８０は、発振回路３０の発振信号に基づく第１クロック信号ＣＫ１を出力する。例えば出力回路８０は、発振回路３０からの発振クロック信号である発振信号をバッファリングして、第１クロック信号ＣＫ１として、パッドＰＣＫに出力する。例えば出力回路８０は、シングルエンドのＣＭＯＳの信号形式で第１クロック信号ＣＫ１を出力する。なお出力回路８０が、ＣＭＯＳ以外の信号形式で第１クロック信号ＣＫ１を出力するようにしてもよい。また発振回路３０の後段に、発振信号の周波数を逓倍した周波数のクロック信号を生成するＰＬＬ回路等のクロック信号生成回路を設け、出力回路８０が、このクロック信号生成回路により生成されたクロック信号をバッファリングして第１クロック信号ＣＫ１として出力するようにしてもよい。
なお発振器４は、発振用の集積回路装置２０からの第１クロック信号ＣＫ１を、発振器４のクロック出力端子を介して外部に出力してもよいし、後述の図１０に示すように、第１クロック信号ＣＫ１に基づき生成された第２クロック信号ＣＫ２を、クロック出力端子を介して外部に出力してもよい。
また図３では集積回路装置２００は、図１、図２の発熱トランジスターＴＲと、電流制限抵抗ＲＬと、ＭＩＭキャパシターＣＭ１と、パッドＰＭ１に加えて、温度センサー２２４、ダイオードＤＩ３、ＤＩ４、抵抗ＲＥ１、ＲＥ２、ＲＴ、パッドＰＶＣＣ、ＰＧＮＤ、ＰＧＣ、ＰＴＳを含む。
パッドＰＧＣは温度制御信号ＧＣが入力されるパッドである。パッドＰＴＳは温度センサー２２４からの温度検出信号ＴＳが出力されるパッドである。パッドＰＶＣＣは電源電圧であるＶＣＣが供給されるパッドであり、パッドＰＧＮＤは、グランドであるＧＮＤが供給されるパッドである。
温度センサー２２４は温度を検出するセンサーである。具体的には温度センサー２２４は、環境の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出信号ＴＳとして出力する。具体的には温度センサー２２４は、温度検出信号ＴＳの出力パッドであるパッドＰＴＳのノードとＧＮＤノードとの間に直列に設けられ、パッドＰＴＳのノードからＧＮＤノードの方向を順方向とするダイオードＤＩ１、ＤＩ２を含む。そして温度センサー２２４は、これらのダイオードＤＩ１、ＤＩ２のＰＮ接合の順方向電圧に基づく温度検出電圧である温度検出信号ＴＳを出力する。なおパッドＰＴＳと温度センサー２２４のダイオードＤＩ１の間には抵抗ＲＴが設けられている。
ダイオードＤＩ３、ＤＩ４、抵抗ＲＥ１は静電保護用の回路である。ダイオードＤＩ３は、パッドＰＧＣから入力される温度制御信号ＧＣの入力ノードＮ１とＶＣＣノードの間に設けられ、入力ノードＮ１からＶＣＣノードへの方向を順方向とするダイオードである。ダイオードＤＩ４は、温度制御信号ＧＣの入力ノードＮ１とＧＮＤノードの間に設けられ、ＧＮＤノードから入力ノードＮ１への方向を順方向とするダイオードである。抵抗ＲＥ１は温度制御信号ＧＣの入力ノードＮ１と発熱トランジスターＴＲのゲートノードＮ２の間に設けられ、発熱トランジスターＴＲのゲートを保護する。
抵抗ＲＥ２は、発熱トランジスターＴＲの発熱制御が行われていないときに発熱トランジスターＴＲのゲートをＧＮＤに設定するプルダウン抵抗である。抵抗ＲＥ２は、発熱トランジスターＴＲのゲートノードＮ２とＧＮＤノードとの間に設けられる。
そして図３では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、発熱トランジスターＴＲのゲートに電気的に接続されている。例えばＭＩＭキャパシターＣＭ１の第２電極はＧＮＤノードに接続され、第１電極は発熱トランジスターＴＲのゲートに、受動素子である抵抗ＲＥ２などを介して接続されている。このようにすればヒーター素子である発熱トランジスターＴＲを制御する温度制御信号ＧＣの直流化や安定化のための容量として、集積回路装置２００に内蔵されるＭＩＭキャパシターＣＭ１を利用できるようになる。例えば温度制御信号ＧＣが、ＰＤＭ（Pulse Density Modulation）信号のように変調されたデジタル信号に基づく信号である場合に、このデジタル信号の直流化のための容量として、ＭＩＭキャパシターＣＭ１を用いることができる。例えば前段のローパスフィルターによりＰＤＭ信号等のデジタル信号を平滑化して直流化した後に、大きな容量のＭＩＭキャパシターＣＭ１によるカットオフ周波数が極めて低いローパスフィルター処理により、ＤＣ信号の温度制御信号ＧＣを発熱トランジスターＴＲに入力するようにする。このようにすれば、適切で安定した発熱トランジスターＴＲの発熱制御が可能になる。またＭＩＭキャパシターＣＭ１は集積回路装置２００に内蔵されるキャパシターであるため、発熱トランジスターＴＲの発熱により温度を一定に維持できるようになる。従って、ディスクリート部品によるキャパシターに比べて環境温度の影響を受けにくいＭＩＭキャパシターＣＭ１を、温度制御信号ＧＣの直流化や安定化に使用できるという利点がある。
また図３では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、パッドＰＭ１を介して発熱トランジスターＴＲのゲートに電気的に接続されている。具体的にはＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、パッドＰＭ１、パッドＰＧＣ、抵抗ＲＥ１を介して発熱トランジスターＴＲのゲートに接続されている。即ち本実施形態では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極を、パッドＰＭ１を介して、容量が必要な外部のノードに接続できるようになっている。このようにすれば、図３のようにＭＩＭキャパシターＣＭ１を、その第１電極をパッドＰＭ１等を介して発熱トランジスターＴＲのゲートに接続するという用途に使用できると共に、後述するように振動子１０の一端に接続する用途に使用したり、集積回路装置２０の電源端子に接続する用途に使用することも可能になる。従って、ＭＩＭキャパシターＣＭ１が使用される用途を広げることができるという利点がある。なお温度制御信号ＧＣは後述するように集積回路装置２０、２００以外の集積回路装置から入力される信号であってもよいし、集積回路装置２０から入力される信号であってもよい。
図４に本実施形態の発振器４の詳細な第２構成例を示す。図４の第２構成例が図３の第１構成例と異なるのは、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極の接続先である。即ち図４では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、振動子１０の一端に電気的に接続されている。具体的にはＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、パッドＰＭ１や発振器４の内部配線を介して、振動子１０の一端に電気的に接続されている。内部配線は、例えば発振器４のパッケージの面に形成された金属線、金属端子や、ボンディングワイヤーや、或いはパッケージ内部に形成された金属線などである。
このようにすれば、例えば発振用の集積回路装置２０には内蔵できないような発振の負荷容量を、発熱用の集積回路装置２００に内蔵したＭＩＭキャパシターＣＭ１により実現できるようになる。例えば振動子１０の負荷容量が温度依存性を持つと、環境温度の変化により発振周波数が変動してしまうという問題が発生する。例えばディスクリート部品のキャパシターの場合は、環境温度の変化に応じて容量が変動してしまうため、振動子１０の負荷容量として用いると発振周波数が変動してしまうおそれがある。この点、ＭＩＭキャパシターＣＭ１は、温度が制御される集積回路装置２００に内蔵されるキャパシターであるため、環境温度が変化に対する容量の変動を十分に小さくできる。従って、ＭＩＭキャパシターＣＭ１を用いることで、振動子１０の負荷容量として好適な容量を発振器４に実装することが可能になり、発振周波数の安定化等を図れるようになる。
また図４に示すように発振用の集積回路装置２０は、ＭＩＭキャパシターＣＭ１と並列に、振動子１０の一端に電気的に接続される可変容量回路３２を含んでいる。例えばＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極及び可変容量回路３２の一端は、共に振動子１０の一端に電気的に接続されており、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第２電極及び可変容量回路３２の他端は、ＧＮＤ電位などの所定の電位のノードに電気的に接続されている。このようにすれば、発熱用の集積回路装置２００に内蔵されるＭＩＭキャパシターＣＭ１を、可変容量回路３２に並列に設けられる負荷容量として利用することが可能になる。例えば後述するように振動子１０の負荷容量を大きくして、容量に対する周波数の変化の感度を小さくしたいような要求がある場合には、発熱用の集積回路装置２００のＭＩＭキャパシターＣＭ１を、可変容量回路３２と並列に振動子１０の一端に接続することで、このような要求に応えることが可能になる。
なお図４では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１に加えてＭＩＭキャパシターＣＭ２を発熱用の集積回路装置２００に設けている。またパッドＰＭ１に加えてパッドＰＭ２を設けている。そしてＭＩＭキャパシターＣＭ２の第１電極がパッドＰＭ２に電気的に接続されている。ＭＩＭキャパシターＣＭ２の第２電極は例えばＧＮＤノードに接続されている。そして図４では、図３と同様に、ＭＩＭキャパシターＣＭ２の第１電極が発熱トランジスターＴＲのゲートに電気的に接続されている。具体的にはＭＩＭキャパシターＣＭ２の第１電極は、パッドＰＭ２、パッドＰＧＣ、抵抗ＲＥ１を介して発熱トランジスターＴＲのゲートに接続されている。このようにすれば、図３と同様に、ＭＩＭキャパシターＣＭ２を温度制御信号ＧＣの直流化や安定化のための容量として使用できると共に、ＭＩＭキャパシターＣＭ１を、振動子１０の一端に接続される負荷容量として使用できるようになる。なお図４では、２つのＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２を設けているが、これらのうちの一方のＭＩＭキャパシターだけを設ける構成としてもよい。
図５に本実施形態の発振器４の詳細な第３構成例を示す。図５の第３構成例が図３の第１構成例と異なるのは、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極の接続先である。即ち図５では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、発振用の集積回路装置２０の電源のパッドＰＶＤＤ１に電気的に接続されている。具体的にはＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極は、パッドＰＭ１や発振器４の内部配線を介して、発振用の集積回路装置２０の電源のパッドＰＶＤＤ１に電気的に接続されている。
このようにすれば、例えば発振用の集積回路装置２０には内蔵できないような電源の安定化容量を、発熱用の集積回路装置２００に内蔵したＭＩＭキャパシターＣＭ１により実現できるようになる。例えば発振用の集積回路装置２０では、電源が変動すると、発振周波数も変動してしまい、発振信号に基づくクロック信号の特性が劣化してしまう。一方、発振用の集積回路装置２０には、発振信号の生成や温度補償やクロック信号の出力等のための多くの回路素子がレイアウト配置されているため、容量となるキャパシターを形成する余裕が少ない。この点、本実施形態では、発熱用の集積回路装置２００では、サイズの大きな発熱トランジスターＴＲの上方の領域が空きスペースであることに着目し、発熱用の集積回路装置２００にＭＩＭキャパシターＣＭ１を内蔵している。従って、発振用の集積回路装置２０では作り込めない容量を、発熱用の集積回路装置２００のＭＩＭキャパシターＣＭ１により作り込んで、発振用の集積回路装置２０の電源の容量として発振器４に実装することが可能になる。従って、発振器４の小型化を阻害することなく、発振用の集積回路装置２０の電源の容量を形成して、安定した発振周波数の発振信号を生成してクロック信号を生成できるようになる。
なお図５では、図４と同様に、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、パッドＰＭ１に加えて、ＭＩＭキャパシターＣＭ２、パッドＰＭ２を発熱用の集積回路装置２００に設けて、ＭＩＭキャパシターＣＭ２の第１電極をパッドＰＭ２を介して発熱トランジスターＴＲのゲートに電気的に接続している。このようにすれば、図３と同様に、ＭＩＭキャパシターＣＭ２を温度制御信号ＧＣの直流化や安定化のための容量として使用できると共に、ＭＩＭキャパシターＣＭ１を、発振用の集積回路装置２０の電源の安定化容量として使用できるようになる。なお図５では、２つのＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２を設けているが、これらのうちの一方のＭＩＭキャパシターだけを設ける構成としてもよい。
３．レイアウト配置
図６、図７に発熱用の集積回路装置２００のレイアウト配置例を示す。図６は、後述の図８の金属層ＡＬ５のレイアウトパターンの例であり、図７は、金属層ＡＬ４のレイアウトパターンの例である。なお金属層ＡＬ３のレイアウトパターンは図８の金属層ＡＬ５のレイアウトパターンと同様である。
集積回路装置２００の外形は、辺ＳＤ１と、辺ＳＤ１の対辺である辺ＳＤ２を有する。また集積回路装置２００の外形は、辺ＳＤ１、辺ＳＤ２に交差する辺ＳＤ３と、辺ＳＤ３の対辺である辺ＳＤ４を含む。辺ＳＤ４は辺ＳＤ１、辺ＳＤ２に交差する。辺ＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３、ＳＤ４は、各々、第１辺、第２辺、第３辺、第４辺である。集積回路装置２００の外形は、例えば集積回路装置２００を実現する半導体基板の外形である。図６、図７では、辺ＳＤ１から辺ＳＤ２へと向かう方向が、方向ＤＲ１になっている。そして辺ＳＤ１、辺ＳＤ２は、方向ＤＲ１に直交する方向ＤＲ２に沿った辺であり、辺ＳＤ３、辺ＳＤ４は方向ＤＲ１に沿った辺である。
集積回路装置２００はＧＮＤのパッドＰＧＮＤとＶＣＣのパッドＰＶＣＣを含む。そして図６、図７では、辺ＳＤ１に沿って、発熱トランジスターＴＲのソースに電気的に接続されるＧＮＤのパッドＰＧＮＤが配置される。ここでは複数のパッドＰＧＮＤが辺ＳＤ１に沿って配置されており、一例としては２個のパッドＰＧＮＤが配置されている。また図６、図７では辺ＳＤ２に沿って、発熱トランジスターＴＲのドレインに電源電圧ＶＣＣを供給するＶＣＣのパッドＰＶＣＣが配置される。ここでは複数のパッドＰＶＣＣが辺ＳＤ２に沿って配置されており、一例としては２個のパッドＰＶＣＣが配置されている。発熱トランジスターＴＲには大電流が流れるため、このように複数のパッドＰＧＮＤ、複数のパッドＰＶＣＣを配置することが望ましい。なおパッドＰＧＮＤ、パッドＰＶＣＣの配置数は図６、図７の配置数には限定されず、任意である。
また方向ＤＲ２の反対方向を方向ＤＲ４とした場合に、図６、図７では、パッドＰＧＮＤの方向ＤＲ２側には、ＭＩＭキャパシターＣＭ１に接続されるパッドＰＭ１が配置され、パッドＰＧＮＤの方向ＤＲ４側には、ＭＩＭキャパシターＣＭ２に接続されるパッドＰＭ２が配置される。またパッドＰＭ２の方向ＤＲ４側には、温度制御信号ＧＣの入力パッドであるパッドＰＧＣが配置される。即ち、辺ＳＤ１に沿ってパッドＰＧＣ、ＰＭ２、ＰＧＮＤ、ＰＭ１が配置されている。またパッドＰＶＣＣの方向ＤＲ４側には、温度センサー２４の温度検出信号ＴＳの出力パッドであるパッドＰＴＳが配置される。即ち、辺ＳＤ２に沿ってパッドＰＴＳ、ＰＶＣＣが配置されている。なおパッドＰＧＮＤ、ＰＧＣ、ＰＭ１、ＰＭ２、ＰＶＣＣ、ＰＴＳの配置は一例であり、このような配置に限定されるものではない。
そして図６、図７に示すように発熱トランジスターＴＲは、パッドＰＧＮＤとパッドＰＶＣＣの間に配置される。後述の図９で説明するように、この発熱トランジスターＴＲは複数のトランジスターにより構成されている。例えば集積回路装置２００の辺ＳＤ１の方向ＤＲ１側にパッドＰＧＮＤが配置され、パッドＰＧＮＤの方向ＤＲ１側に発熱トランジスターＴＲが配置され、発熱トランジスターＴＲの方向ＤＲ１側にパッドＰＶＣＣが配置される。図６、図７では、発熱トランジスターＴＲは、例えば方向ＤＲ２を長手方向として、パッドＰＧＮＤの方向ＤＲ１側に配置される。
このようにすれば、パッドＰＧＮＤと発熱トランジスターＴＲのソースをショートパスの経路で電気的に接続し、発熱トランジスターＴＲのドレインとパッドＰＶＣＣもショートパスの経路等で電気的に接続することが可能になる。従って、当該経路に存在する寄生抵抗等が発熱トランジスターＴＲの発熱性能に対して与える悪影響を低減することができ、発熱性能の向上を図れる。なお図１～図５で説明したように集積回路装置２００は、一端がパッドＰＶＣＣに電気的に接続され、他端が発熱トランジスターＴＲのドレインに電気的に接続される電流制限抵抗ＲＬを含む。そして、この電流制限抵抗ＲＬは、例えば発熱トランジスターＴＲとパッドＰＶＣＣの間に配置される。
図８は、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２やパッドの断面構造を示す模式的な断面図である。パッドでは、集積回路装置２００の基板に直交する方向において複数の金属層ＡＬ１～ＡＬ５が積層されている。基板に直交する方向は図６、図７の方向ＤＲ１及び方向ＤＲ２に直交する方向である。また金属層ＡＬ１～ＡＬ５は導電層であり、例えばアルミ層である。
また本実施形態では、ＭＩＭキャパシターＣＭはスタック構造となっている。なお本実施形態では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２を、適宜、ＭＩＭキャパシターＣＭと総称する。スタック構造の上側のＭＩＭキャパシターＣＭは、金属層ＡＬ５とＡＬ４の間のＭＩＭ用の金属層Ｍ５４と、金属層ＡＬ４と、金属層Ｍ５４とＡＬ４の間の絶縁層とにより構成される。この場合にＭＩＭキャパシターＣＭの第１電極は金属層Ｍ５４により構成され、第２電極は金属層ＡＬ４により構成される。そして金属層Ｍ５４による第１電極は、上層の金属層ＡＬ５に接続されて、図６に示すようにパッドＰＭ１又はパッドＰＭ２に接続されることになる。また金属層ＡＬ４による第２電極は、図７に示すようにパッドＰＧＮＤに接続される。従って第１電極がパッドＰＭ１又はパッドＰＭ２に接続され、第２電極がパッドＰＧＮＤに接続されるＭＩＭキャパシターＣＭが実現される。
一方、スタック構造の下側のＭＩＭキャパシターＣＭは、金属層ＡＬ４とＡＬ３の間のＭＩＭ用の金属層Ｍ４３と、金属層ＡＬ３と、金属層Ｍ４３と金属層ＡＬ３の間の絶縁層とにより構成される。この場合に例えばＭＩＭキャパシターＣＭの第１電極は金属層ＡＬ３により構成され、第２電極は金属層Ｍ４３により構成される。そして金属層ＡＬ３による第１電極は、図６に示すようにパッドＰＭ１又はパッドＰＭ２に接続されることになる。また金属層Ｍ４３による第２電極は、上層の金属層ＡＬ４等を介して、図７に示すようにパッドＰＧＮＤに接続される。従って第１電極がパッドＰＭ１又はパッドＰＭ２に接続され、第２電極がパッドＰＧＮＤに接続されるＭＩＭキャパシターＣＭが実現される。このように図８では、基板に直交する方向において複数のＭＩＭキャパシターＣＭがスタックされた構成となっている。このようにすることで、少ないレイアウト面積で大きな容量のＭＩＭキャパシターＣＭを実現できるようになる。
以上のように本実施形態では、図６～図８に示すように、発熱用の集積回路装置２００の基板に直交する平面視において、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２と発熱トランジスターＴＲは重なっている。例えば図６、図７では、平面視においてパッドＰＧＮＤ、ＰＭ１、ＰＭ２とパッドＰＶＣＣの間に、発熱トランジスターＴＲが配置されている。そしてＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２も、平面視においてパッドＰＧＮＤ、ＰＭ１、ＰＭ２とパッドＰＶＣＣの間に、発熱トランジスターＴＲと重なるように配置される。具体的には図８に示すように、基板から見て発熱トランジスターＴＲの上方に、金属層Ｍ５４とＡＬ４又は金属層Ｍ４３とＡＬ３を電極とするＭＩＭキャパシターＣＭが設けられている。このようにすれば、発熱用の集積回路装置２００において多くの面積を占める発熱トランジスターＴＲの配置領域を有効利用して、平面視において発熱トランジスターＴＲに重なるようにＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２を配置できるようになる。そしてＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２が接続されるパッドＰＭ１、ＰＭ２を設けることで、図３～図５で説明したように、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２を、容量が必要な種々なノードに接続できるようになり、様々な用途に使用することが可能になる。また発熱トランジスターＴＲは、温度制御信号ＧＣにより特定の温度に維持されるように制御されるため、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２も特定の温度に維持されるように制御される。従って、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２の容量が、環境温度に依存して変動してしまうような事態も抑制でき、環境温度の変化に対する容量の変動が最小限のキャパシターを提供できるようになる。またＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２は、小さな配置面積でも大きな容量のキャパシターを実現できるという利点もある。例えばＭＩＭキャパシターＣＭ２の容量は数百ｐＦ程度であり、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の容量は数ｐＦ～数十ｐＦ程度である。
図９は発熱トランジスターＴＲのレイアウト配置を模式的に示す図である。図９では発熱トランジスターＴＲは、温度制御信号ＧＣに基づいてゲート電圧が制御され且つ並列接続された複数のトランジスターＴ１～Ｔ６により構成されている。また、これらの複数のトランジスターＴ１～Ｔ６と平面視において重なる金属配線ＡＬＳや、一端が金属配線ＡＬＳに接続され、他端が複数のトランジスターＴ１～Ｔ６の複数のソース領域に接続される複数のビアＶＣが設けられている。金属配線ＡＬＳはＧＮＤを発熱トランジスターＴＲのソースに供給する配線である。図９では、この金属配線ＡＬＳが、平面視において、発熱トランジスターＴＲを構成する複数のトランジスターＴ１～Ｔ６に重なるように配置されている。例えば全面ベタのパターンの金属配線ＡＬＳが、平面視において発熱トランジスターＴＲの複数のトランジスターＴ１～Ｔ６に重なるように配置される。
また図９では、一端が金属配線ＡＬＳに接続され、他端が複数のトランジスターＴ１～Ｔ６の複数のソース領域に接続される複数のビアＶＣが設けられている。そして、これらの複数のビアＶＣは、平面視において、複数のトランジスターＴ１～Ｔ６の複数のソース領域と重なる位置に設けられる。
このようにすれば、発熱トランジスターＴＲの複数のトランジスターＴ１～Ｔ６に平面視において重なる金属配線ＡＬＳから、複数のトランジスターＴ１～Ｔ６のソース領域に対して、当該ソース領域に平面視において重なる複数のビアＶＣを介して、グランドを供給できるようになる。このため、複数のトランジスターＴ１～Ｔ６のソース領域からの電流が、ソース領域を構成する拡散領域よりも抵抗値が低い金属配線ＡＬＳ及び複数のビアＶＣを介して、グランドに流れるようになる。従って、発熱トランジスターＴＲのソース抵抗の抵抗値を実質的に下げることが可能になる。これにより、ソース抵抗が原因となって発熱トランジスターＴＲのゲート・ソース間電圧が低下して発熱性能が低下するのを効果的に抑制できるようになる。
また図９では、トランジスターＴ１とトランジスターＴ２は、ソース領域が共有されており、この共有のソース領域に対してビアＶＣが設けられている。同様にトランジスターＴ３とトランジスターＴ４や、トランジスターＴ５とトランジスターＴ６も、ソース領域が共有されており、この共有のソース領域に対してビアＶＣが設けられている。また金属配線ＡＬＤは、ビアＶＣＤを介して発熱トランジスターＴＲのドレイン領域であるトランジスターＴ１～Ｔ６のドレイン領域に接続されている。
なお発熱トランジスターＴＲのレイアウト配置は図９には限定されず種々の変形実施が可能である。例えば図９に示すようなビアＶＣや金属配線ＡＬＳを設けないようなレイアウト配置とする変形実施も可能である。
４．第４構成例
図１０に本実施形態の発振器４の詳細な第４構成例を示す。図１０の発振器４は、振動子１０と、発振用の集積回路装置２０と、発熱用の集積回路装置２００と、制御用の集積回路装置１００を含む。図１０において、発熱用の集積回路装置２００は、振動子１０の近傍に配置される。このように発振器４に発熱用の集積回路装置２００を設けることで、振動子１０の温度を一定に保てるようになり、恒温槽を有するＯＣＸＯの発振器４を実現できるようになる。例えば発熱用の集積回路装置２００により振動子１０の温度を例えば９０℃等の一定の温度にする。これにより例えばＳＣカット等の振動子１０を用いて、動作温度範囲内での周波数変動が少ないＯＣＸＯの発振器４を実現できるようになる。
発振用の集積回路装置２０は、発振回路３０、温度補償回路４０、温度センサー４８、ロジック回路６０、不揮発性メモリー７０、出力回路８０、電源回路９０を含む。
温度補償回路４０は、温度センサー４８での温度検出結果に基づいて第１温度補償処理を行う。これにより、発振回路３０の発振動作により生成された第１クロック信号ＣＫ１に対して第１温度補償処理が行われ、第１温度補償処理後の第１クロック信号ＣＫ１が集積回路装置２０から出力される。この第１温度補償処理後の第１クロック信号ＣＫ１は、制御用の集積回路装置１００に入力される。制御用の集積回路装置１００は補正用の集積回路装置と言うこともできる。そして制御用の集積回路装置１００は、第１補償処理後の第１クロック信号ＣＫ１に対して第２温度補償処理を行って、第２温度補償処理後の第２クロック信号ＣＫ２を出力する。第２クロック信号ＣＫ２は、例えば集積回路装置１００のＰＬＬ回路１４０により、第１クロック信号ＣＫ１の周波数を逓倍したクロック信号となっている。そして、この第２クロック信号ＣＫ２が、発振器４の出力クロック信号として出力されるようになる。
ロジック回路６０は制御回路であり、種々の制御処理を行う。例えばロジック回路６０は、発振用の集積回路装置２０の全体の制御を行ったり、集積回路装置２０の動作シーケンスの制御を行う。またロジック回路６０は、発振回路３０の制御のための各種の処理を行ったり、不揮発性メモリー７０の情報の読み出しや書き込みの制御を行う。ロジック回路６０は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線によるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）の回路により実現できる。
不揮発性メモリー７０は、電源を供給しなくても情報の記憶を保持するメモリーである。例えば不揮発性メモリー７０は、電源を供給しなくても情報を保持できると共に、情報の書き換えが可能なメモリーである。不揮発性メモリー７０は、集積回路装置２０の動作等に必要な種々の情報を記憶する。不揮発性メモリー７０は、ＦＡＭＯＳメモリー（Floating gate Avalanche injection MOS memory）又はＭＯＮＯＳメモリー（Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon memory）により実現されるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等により実現できる。例えば不揮発性メモリー７０は、温度補償回路４０がアナログ方式の第１温度補償処理を行う場合に、前述した多項式の係数情報を記憶する。具体的には不揮発性メモリー７０は、多項式の０次係数、１次係数、高次係数の情報を、それぞれ０次補正データ、１次補正データ、高次補正データとして記憶する。
電源回路９０は、電源電圧であるＶＤＤやグランド電圧であるＧＮＤが供給されて、集積回路装置２０の内部回路用の種々の電源電圧を内部回路に供給する。図１０では、例えば発振器４の端子ＴＶＣＣに供給されたＶＣＣが制御用の集積回路装置１００の電源回路１９０に供給され、電源回路１９０が例えばレギュレーター等により生成した電源電圧ＶＲ１が、ＶＤＤとして集積回路装置２０の電源回路９０に供給される。また発振器４の端子ＴＧＮＤに供給されたＧＮＤが、集積回路装置２０の電源回路９０に供給される。
また図１０では制御用の集積回路装置１００は、クロック信号生成回路１３０、処理回路１６０、温度センサー１４８、不揮発性メモリー１７０、電源回路１９０、ヒーター制御回路１９２を含む。
クロック信号生成回路１３０は、ＰＬＬ回路１４０と出力回路１８０を有し、発振用の集積回路装置２０から出力された第１クロック信号ＣＫ１の周波数を逓倍した第２クロック信号ＣＫ２を生成する。処理回路１６０は、制御用の集積回路装置１００での各種の制御処理や演算処理を行う。例えば処理回路１６０は、発振用の集積回路装置２０からの第１クロック信号ＣＫ１に対して第２温度補償処理を行って、第２温度補償処理後の第２クロック信号ＣＫ２を生成するための処理を行う。クロック信号生成回路１３０、処理回路１６０の詳細については後述する。
温度センサー１４８は、集積回路装置１００に設けられて、温度を検出するセンサーである。図１０では集積回路装置２０に設けられる温度センサー４８の温度検出結果である温度検出電圧ＶＴＳと、集積回路装置１００に設けられる温度センサー１４８からの温度検出結果とが、処理回路１６０に入力される。そして処理回路１６０は、第１温度センサーである温度センサー４８の温度検出結果と、第２温度センサーである温度センサー１４８の温度検出結果とに基づいて、第２温度補償処理を行う。このようにすることで、集積回路装置１００の温度センサー１４８の温度検出だけではなく、振動子１０の近くに配置される温度センサー４８の温度検出結果に基づいて、第２温度補償処理を行うことが可能になり、振動子１０の周波数温度特性等を適正に補償できる温度補償処理が可能になる。なお処理回路１６０は、発熱用の集積回路装置２００に設けられた温度センサー２２４の温度検出結果も更に加えて、第２温度補償処理を行ってもよい。
不揮発性メモリー１７０は、電源を供給しなくても情報の記憶を保持するメモリーであり、例えば電源を供給しなくても情報を保持できると共に、情報の書き換えが可能なメモリーである。不揮発性メモリー１７０は、集積回路装置１００の動作等に必要な種々の情報を記憶する。不揮発性メモリー１７０は、ＦＡＭＯＳメモリー又はＭＯＮＯＳメモリーにより実現されるＥＥＰＲＯＭ等により実現できる。例えば不揮発性メモリー１７０は、集積回路装置１００がデジタル方式の第２温度補償処理を行う場合に、このデジタル方式の第２温度補償処理に必要な情報を記憶する。例えば処理回路１６０が、学習済みモデルの情報に基づいて第２温度補償処理を行う場合に、不揮発性メモリー１７０は、学習済みモデルの情報を記憶する。
また集積回路装置１００は、ヒーター回路である発熱用の集積回路装置２００のヒーター制御を行うヒーター制御回路１９２を含む。そしてヒーター制御回路１９２が出力するヒーター制御信号である温度制御信号ＧＣは、集積回路装置１００のパッド等を介し発熱用の集積回路装置２００に入力される。これにより、ヒーター制御回路１９２からの温度制御信号ＧＣにより集積回路装置１００の発熱トランジスターＴＲの発熱を制御し、振動子１０の温度を一定にするヒーター制御が可能になる。このように集積回路装置１００にヒーター制御回路１９２を設けることで、ヒーター制御回路１９２による集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲのヒーター制御により、ＯＣＸＯにおけるオーブン制御が可能になる。即ち恒温槽を有するオーブン型の発振器４のオーブン制御を実現できる。なお恒温槽はシングルオーブン型であってもよいし、ダブルオーブン型であってもよい。
また図１～図５で説明したように、発熱用の集積回路装置２００には、ＭＩＭキャパシターＣＭ１、ＣＭ２と、パッドＰＭ１、ＰＭ２が設けられている。そしてＭＩＭキャパシターＣＭ２の第１電極は、パッドＰＭ１を介して発熱トランジスターＴＲのゲートに電気的に接続される。即ち本実施形態の発振器４は、発熱用の集積回路装置２００を制御する制御用の集積回路装置１００を含み、制御用の集積回路装置１００の温度制御信号ＧＣが発熱トランジスターＴＲのゲートに入力される。そしてＭＩＭキャパシターＣＭ２の第１電極は、温度制御信号ＧＣが出力される制御用の集積回路装置１００のパッドに電気的に接続されている。例えばＭＩＭキャパシターＣＭ２の第１電極は、発振器４の内部配線等を介して当該パッドに電気的に接続されている。このパッドは集積回路装置１００において温度制御信号ＧＣが出力される出力パッドである。このようにすれば、図３で説明したように、発熱用の集積回路装置２００に設けられるＭＩＭキャパシターＣＭ２を、温度制御信号ＧＣの直流化や安定化のために使用できるようになり、発熱トランジスターＴＲによる適正なヒーター制御の実現が可能になる。
例えば図１１は発熱トランジスターＴＲのヒーター制御の説明図である。ヒーター制御回路１９２は、図１２に示すようなヒーター制御用のＰＤＭ信号を生成する。ＰＤＭはパルス密度変調であり、２進法の信号でアナログ信号を表現するのに使われる変調方式である。制御用の集積回路装置１００には例えばローパスフィルター＆アンプ１９４が設けられており、ローパスフィルター＆アンプ１９４が、１ビットのデジタルコードの信号であるＰＤＭ信号に対してローパスフィルター処理を行って、直流の温度制御信号が生成される。そして発熱用の集積回路装置２００に設けられたＭＩＭキャパシターＣＭ２を用いることで、例えば１Ｈｚ程度のカットオフ周波数のローパスフィルターが実現され、ローパスフィルター＆アンプ１９４により減衰できなかったＡＣ成分を十分に減衰できるようになる。これにより発熱トランジスターＴＲの安定した発熱制御の実現が可能になる。
また後述の図１７、図１８で説明するように、本実施形態の発振器４は、振動子１０と、発振用の集積回路装置２０と、発熱用の集積回路装置２００と、を収容する第１パッケージ１５を含む。例えば図１７に示すように第１パッケージ１５の内側の収容空間ＳＰ１に、発振用の集積回路装置２０と発熱用の集積回路装置２００が実装されている。このようにすれば第１パッケージ１５の収容空間ＳＰ１を恒温槽とするＯＣＸＯの発振器４を実現できるようになる。即ち発熱用の集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲの発熱により、第１パッケージ１５の収容空間ＳＰ１の温度を一定の温度に保ちながら、発振用の集積回路装置２０の発振回路３０の発振信号に基づくクロック信号を生成できるようになる。従って、振動子１０と発振用の集積回路装置２０と発熱用の集積回路装置２００とにより、恒温槽を有する発振器４を実現することが可能になる。
また発熱用の集積回路装置２００は、第１パッケージ１５内の温度を一定の温度に維持する集積回路装置である。例えば発熱用の集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲのゲートが温度制御信号ＧＣにより制御されることで、第１パッケージ１５内の温度が一定の温度に維持されるようになる。これにより、発熱用の集積回路装置２００と共に第１パッケージ１５内に設けられる振動子１０の温度も、一定の温度に維持されるようになる。従って、振動子１０が周波数温度特性を有する場合にも、振動子１０の温度が一定に維持されることで、環境温度の変化に対して周波数変動の少ない発振信号を生成できるようになり、この発振信号に基づく高精度のクロック信号を生成できるようになる。
また図１０では、振動子１０の一端と、発熱用の集積回路装置２００のパッドＰＭ１とが、第１パッケージ１５の内部配線を介して電気的に接続されている。例えば振動子１０の一端とパッドＰＭ１が、発振器４の第１パッケージ１５の面に形成された金属線、金属端子や、ボンディングワイヤーや、或いはパッケージ内部に形成された金属線などの内部配線を介して電気的に接続される。図１７を例にとれば、振動子１０の端子が、ボンディングワイヤー、第１パッケージ１５の内部や面に設けられる金属線、金属端子などを用いて、発熱用の集積回路装置２００のパッドＰＭ１に電気的に接続される。このようにすれば、図４で説明したように、発振用の集積回路装置２０には内蔵できないような発振の負荷容量を、発熱用の集積回路装置２００に内蔵したＭＩＭキャパシターＣＭ１により実現できるようになる。また発熱用の集積回路装置２００では、温度制御信号ＧＣに基づく発熱トランジスターＴＲの発熱制御により、温度が一定に維持されるため、環境温度の変化に応じてＭＩＭキャパシターＣＭ１による負荷容量が変動してしまうのも抑制できるようになる。従って、ＭＩＭキャパシターＣＭ１を用いることで、振動子１０の負荷容量として好適な容量を発振器４に実装することが可能になり、発振周波数の安定化等を実現できるようになる。
なお図１０では、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極が振動子１０の一端に電気的に接続されているが、図５に示すように、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極を、発振用の集積回路装置２０のＶＤＤのパッドに電気的に接続するようにしてもよい。このようにすれば、発熱用の集積回路装置２００に設けられるＭＩＭキャパシターＣＭ１を、発振用の集積回路装置２０の電源の安定化容量として利用できるようになる。
また後述の図１８、図１７で詳細に説明するように、発振器４は、発熱用の集積回路装置２００を制御する制御用の集積回路装置１００と、第１パッケージ１５と制御用の集積回路装置１００とを収容する第２パッケージ５を含む。例えば図１７に示すように、第１パッケージ１５の収容空間ＳＰ１に振動子１０と発振用の集積回路装置２０と発熱用の集積回路装置２００が収容される。そして図１８に示すように、この第１パッケージ１５と、制御用の集積回路装置１００とが、第２パッケージ５の収容空間ＳＰ２に収容される。このようにすれば、第１パッケージ１５内の発熱用の集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲの発熱により、第１パッケージ１５内の振動子１０の温度を一定に維持できるようになる。そして、この第１パッケージ１５と共に第２パッケージ５に設けられた制御用の集積回路装置１００により、発熱用の集積回路装置２００の制御を行うことで、第１パッケージ１５を恒温槽とするヒーター制御を実現できるようになる。
また制御用の集積回路装置１００の温度制御信号ＧＣは、第２パッケージ５の内部配線及び第１パッケージ１５の内部配線を介して発熱用の集積回路装置２００のパッドＰＧＣに入力される。例えば図１８において、制御用の集積回路装置１００の温度制御信号ＧＣのパッドは、ボンディングワイヤーＢＷや、第２パッケージ５の面や内部に形成された金属端子や金属線を介して、第１パッケージ１５に接続される。そして第１パッケージ１５のボンディングワイヤーＢＷや、第１パッケージ１５の面や内部に形成された金属端子や金属線を介して、発熱用の集積回路装置２００のパッドＰＧＣに接続される。これにより制御用の集積回路装置１００からの温度制御信号ＧＣが、発熱用の集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲのゲートに入力されるようになる。このようにすれば、第１パッケージ１５と共に第２パッケージ５に設けられた制御用の集積回路装置１００からの温度制御信号ＧＣにより、第１パッケージ１５内の発熱用の集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲのゲートを制御することで、第１パッケージ１５を恒温槽とするヒーター制御を実現できるようになる。
また本実施形態では、発振用の集積回路装置２０は、振動子１０の発振信号に基づく第１クロック信号ＣＫ１の第１温度補償処理を行って、第１温度補償処理後の第１クロック信号ＣＫ１を出力する。例えば集積回路装置２０の温度補償回路４０が、温度センサー４８から温度検出結果に基づき、発振回路３０の可変容量回路３２の容量を制御する第１温度補償処理を行うことで、第１温度補償処理が行われた第１クロック信号ＣＫ１が、発振用の集積回路装置２０から出力される。そして制御用の集積回路装置１００は、第１温度補償処理後の第１クロック信号ＣＫ１に対して第２温度補償処理を行って、第２温度補償処理後の第２クロック信号ＣＫ２を出力する。この第２温度補償処理後の第２クロック信号ＣＫ２は、例えば出力回路１８０によりバッファリングされて、発振器４の出力クロック信号として出力されるようになる。
ここで、第１温度補償処理は、例えば温度変動による第１クロック信号ＣＫ１の周波数の変動を抑制して補償する処理である。例えば第１温度補償処理はアナログの温度補償回路を用いたアナログの温度補償処理である。第２温度補償処理は、例えば温度変動による第２クロック信号ＣＫ２の周波数の変動を抑制して補償する処理である。例えば第２温度補償処理はデジタル回路を用いたデジタルの温度補償処理である。集積回路装置１００が出力する第２クロック信号ＣＫ２は、第１クロック信号ＣＫ１と周波数が異なっていてもよいし、周波数が同じであってもよい。
そして集積回路装置２０は、第１温度補償処理として、例えば１次の第１温度補償処理を行う。一方、集積回路装置１００は、第２温度補償処理として、例えば高次の第２温度補償処理を行う。
例えば集積回路装置２０は、第１温度補償処理として、振動子１０の周波数温度特性以外の周波数温度特性を補償する処理を行う。例えば集積回路装置２０は、振動子１０の周波数温度特性以外の周波数温度特性として、発振回路３０に設けられる回路素子の周波数温度特性について温度補償処理を行う。回路素子は、トランジスター等の能動素子、或いは抵抗、キャパシター等の受動素子などである。このような振動子１０の周波数温度特性以外の周波数温度特性を補償する処理としては、１次の温度補償処理が好適である。
一方、集積回路装置１００は、振動子１０の周波数温度特性を主に補償するために高次の第２温度補償処理を行う。集積回路装置１００は、少なくとも高次の第２温度補償処理を行えばよく、１次の第２温度補償処理を行うこともできる。例えば振動子１０が３次、５次等の高次の周波数温度特性を有する場合に、集積回路装置１００は、この高次の周波数温度特性を補償する第２温度補償処理を行う。例えば集積回路装置１００は、集積回路装置２０による第１温度補償処理では温度補償できなかった残存する周波数温度特性を温度補償する処理を、第２温度補償処理として行う。例えば振動子１０が高次の周波数温度特性を有する場合に、集積回路装置２０による１次の第１温度補償処理では振動子１０の高次の周波数温度特性は温度補償されずに残存することになるが、集積回路装置１００は、この残存する周波数温度特性を温度補償する第２温度補償処理を行う。例えば集積回路装置１００は、集積回路装置２０による第１温度補償処理後の第１クロック信号ＣＫ１に対して、第２クロック信号ＣＫ２の周波数温度特性を、発振器４の要求仕様の範囲内にするための第２温度補償処理を行う。第２クロック信号ＣＫ２の周波数温度特性が要求仕様の範囲内であるとは、例えば発振器４の動作温度範囲での第２クロック信号ＣＫ２の周波数変化が規定値以下になることである。
このように集積回路装置２０が１次の第１温度補償処理を行うようにすれば、集積回路装置２０は高次の温度補償処理を行わなくても済むようになり、集積回路装置２０での高次の温度補償処理に起因する、キャリア周波数の近傍ノイズ等の位相ノイズを低減できるため、ノイズ特性の悪化を抑制できる。一方、集積回路装置１００が、高次の第２温度補償処理を行うことで、集積回路装置２０の１次の第１温度補償処理では温度補償できずに残存する高次の周波数温度特性を温度補償できるようになる。例えば発振回路３０の回路素子の周波数温度特性については、集積回路装置２０の１次の第１温度補償処理により温度補償し、振動子１０の高次の周波数温度特性については、集積回路装置１００の高次の第２温度補償処理により温度補償できるようになる。従って、第２クロック信号ＣＫ２の周波数温度特性を要求仕様の範囲内にすることができ、近傍ノイズ等の位相ノイズも低減できる発振器４の実現が可能になる。
また本実施形態では後述の図１５で説明するように、集積回路装置２０は、第１モードでは、第１温度補償処理として１次の第１温度補償処理を行い、第２モードでは、第１温度補償処理として１次及び高次の第１温度補償処理を行う。例えば集積回路装置２０がＯＣＸＯの発振器に用いられる場合には第１モードに設定され、集積回路装置２０の温度補償回路４０は、１次の第１温度補償処理を行う。一方、集積回路装置２０がＴＣＸＯの発振器に用いられる場合には第２モードに設定され、集積回路装置２０の温度補償回路４０は、１次及び高次の第１温度補償処理を行う。
図１３に、集積回路装置２０の温度補償回路４０の構成例を示す。なお以下では、温度補償回路４０が第２モードにおいて１次及び高次の第１温度補償処理を行う場合を主に例にとり説明する。図１３では示していないが実際には、第１モードと第２モードを切り替えるためのスイッチ回路が温度補償回路４０に設けられている。
温度補償回路４０は、温度を変数とする多項式近似によって温度補償電圧ＶＣＰを出力する回路である。この温度補償回路４０は電流生成回路４２と電流電圧変換回路４６を含む。電流生成回路４２は、温度センサー４８の温度検出結果に基づいて関数電流を生成する。例えば電流生成回路４２は、温度センサー４８からの温度検出結果である温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、振動子１０の周波数温度特性を温度補償するための関数電流を生成する。そして電流電圧変換回路４６は、電流生成回路４２からの関数電流を電圧に変換して温度補償電圧ＶＣＰを出力する。具体的には電流電圧変換回路４６は、増幅回路ＡＭにより温度補償電圧ＶＣＰを出力する。
電流生成回路４２は、１次補正回路４３と高次補正回路４４を含む。１次補正回路４３は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、１次関数を近似する１次電流を出力する。例えば１次補正回路４３は、多項式近似における多項式の１次係数に対応する１次補正データに基づいて１次関数電流を出力する。高次補正回路４４は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、高次関数を近似する高次電流を、電流電圧変換回路４６に出力する。例えば高次補正回路４４は、多項式近似における多項式の高次係数に対応する高次補正データに基づいて高次電流を出力する。一例としては、高次補正回路４４は、３次関数を近似する３次電流を出力する。なお図１３では、温度センサー４８が、多項式の０次係数に対応する０次補正データに基づいて、温度検出電圧ＶＴＳのオフセット補正を行っている。即ち温度センサー４８は、０次補正データが示すオフセットの分だけ、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを調整する。また高次補正回路４４は、４次以上の補正を行う補正回路を更に含んでもよい。例えば高次補正回路４４は、４次関数を近似する４次電流を出力する４次補正回路と、５次関数を近似する５次電流を出力する５次補正回路などを更に含んでもよい。
電流電圧変換回路４６は、１次電流と高次電流を加算すると共に、その加算電流を電流電圧変換することで温度補償電圧ＶＣＰを出力する。これにより、多項式関数を近似する温度補償電圧ＶＣＰが生成される。この電流電圧変換回路４６は、増幅回路ＡＭと抵抗ＲＣとキャパシターＣＣとを含む。増幅回路ＡＭは演算増幅器により実現される。抵抗ＲＣ及びキャパシターＣＣは、増幅回路ＡＭの出力端子と反転入力端子との間に並列接続される。増幅回路ＡＭの非反転入力端子には基準電圧ＶＲＣが入力される。これにより電流電圧変換回路４６は、例えばＡ級動作の増幅回路ＡＭにより温度補償電圧ＶＣＰを出力する。
このような構成の温度補償回路４０によれば、温度センサー４８の温度検出結果に基づき電流生成回路４２により生成された関数電流を、電流電圧変換回路４６により電圧に変換して温度補償電圧ＶＣＰとして出力できるようになる。
図１４に集積回路装置１００のクロック信号生成回路１３０、処理回路１６０等の詳細な構成例を示す。図１４では、クロック信号生成回路１３０は、ＰＬＬ回路１４０と出力回路１８０を含み、処理回路１６０は、デルタシグマ変調回路１６２、演算回路１６４を含む。
出力回路１８０は、ＰＬＬ回路１４０が出力するクロック信号ＣＫＱに基づいて第２クロック信号ＣＫ２を出力する。例えば出力回路１８０は、不図示の分周回路を含み、この分周回路によりクロック信号ＣＫＱの分周を行うことで、第２クロック信号ＣＫ２の周波数を可変に設定できるようになっている。これにより、第２クロック信号ＣＫ２の周波数をユーザーが所望する周波数に設定できる。また出力回路１８０は、例えば種々の信号形式で、第２クロック信号ＣＫ２を外部に出力する。
ＰＬＬ回路１４０は、第１クロック信号ＣＫ１が基準クロック信号として入力され、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）の動作を行う。例えばＰＬＬ回路１４０は、第１クロック信号ＣＫ１の周波数を逓倍した周波数のクロック信号ＣＫＱを生成する。即ち第１クロック信号ＣＫ１に位相同期した高精度のクロック信号ＣＫＱを生成する。ＰＬＬ回路１４０は、位相比較回路１４２と制御電圧生成回路１４４と電圧制御発振回路１４６と分周回路１４７を含む。
位相比較回路１４２は、基準クロック信号である第１クロック信号ＣＫ１とフィードバッククロック信号ＦＢＣＫとの間の位相比較を行う。例えば位相比較回路１４２は、第１クロック信号ＣＫ１とフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相を比較し、第１クロック信号ＣＫ１とフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相差に応じた信号ＣＱを位相比較結果の信号として出力する。位相差に応じた信号ＣＱは、例えば位相差に比例したパルス幅のパルス信号である。
制御電圧生成回路１４４は、位相比較回路１４２での位相比較の結果に基づいて、制御電圧ＶＣ２を生成する。例えば制御電圧生成回路１４４は、位相比較回路１４２からの位相比較結果の信号ＣＱに基づいて、チャージポンプ動作やフィルター処理を行って、電圧制御発振回路１４６の発振を制御する制御電圧ＶＣ２を生成する。
ＶＣＯ（Voltage controlled oscillator）である電圧制御発振回路１４６は、制御電圧ＶＣ２に対応する周波数のクロック信号ＣＫＱを生成する。例えば制御電圧生成回路１４４からの制御電圧ＶＣ２に基づいて発振動作を行って、クロック信号ＣＫＱを生成する。例えば電圧制御発振回路１４６は、制御電圧ＶＣ２に応じて変化する周波数のクロック信号ＣＫＱを発振動作により生成する。一例としては、電圧制御発振回路１４６は、バラクターなどの可変容量素子を有し、この可変容量素子の容量が制御電圧ＶＣ２に基づいて変化することで、電圧制御発振回路１４６の発振動作により生成される発振信号であるクロック信号ＣＫＱの周波数が変化する。なお電圧制御発振回路１４６としては、例えばインダクターを用いるＬＣ発振回路などを用いることができる。
分周回路１４７は、クロック信号ＣＫＱを分周してフィードバッククロック信号ＦＢＣＫを出力する。例えば分周回路１４７は、クロック信号ＣＫＱの周波数を、分周比設定信号ＳＤＩＶにより設定される分周比で分周した周波数の信号を、フィードバッククロック信号ＦＢＣＫとして出力する。例えば電圧制御発振回路１４６の発振の周波数をｆｖｃｏとし、分周回路１４７の分周動作の分周比をＤＩＶとした場合に、フィードバッククロック信号ＦＢＣＫの周波数は、ｆｖｃｏ／ＤＩＶになる。そして位相比較回路１４２は、前述のように、第１クロック信号ＣＫ１と、分周回路１４７からのフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相比較を行う。
このような位相比較回路１４２、制御電圧生成回路１４４、電圧制御発振回路１４６、分周回路１４７を有する構成のＰＬＬ回路１４０を用いることで、第１クロック信号ＣＫ１に位相同期したクロック信号ＣＫＱを生成し、クロック信号ＣＫＱに基づく高精度の第２クロック信号ＣＫ２を生成して出力できるようになる。
また本実施形態では、処理回路１６０は、デルタシグマ変調回路１６２と演算回路１６４を含む。このデルタシグマ変調回路１６２によりデルタシグマ変調を行うことで、ＰＬＬ回路１４０がフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路として動作するようになる。また演算回路１６４は、温度検出電圧ＳＴをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１６８からの温度検出データＤＴと、レジスター１６６からの分周比設定値ＶＤＩＶに基づいて、第２温度補償処理を行う。分周比設定値ＶＤＩＶはＰＬＬ回路１４０の分周比を設定するためのデータである。デルタシグマ変調回路１６２は、演算回路１６４の演算結果である演算値に対して、デルタシグマ変調を行い、分周回路１４７の分周比を設定する分周比設定信号ＳＤＩＶを出力する。
例えば図１４では、分周回路１４７とデルタシグマ変調回路１６２とによりフラクショナル分周器が構成される。フラクショナル分周器は、ＰＬＬ回路１４０の逓倍率の逆数を分周比としてクロック信号ＣＫＱを分周し、分周後のクロック信号をフィードバッククロック信号ＦＢＣＫとして位相比較回路１４２に出力する。デルタシグマ変調回路１６２は、分周比の小数部の値をデルタシグマ変調して、整数である変調値を生成する。例えばデルタシグマ変調回路１６２は３次や４次のデルタシグマ変調処理を行う。そして分周比の整数部の値と変調値の加算値が、分周比設定信号ＳＤＩＶとして分周回路１４７に設定される。これによりフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路１４０が実現される。
演算回路１６４は、温度検出データＤＴに基づいて第２温度補償処理を行って、温度補償値を生成する。そして演算回路１６４は、分周比設定値ＶＤＩＶと温度補償値の加算処理を行って、演算値を求め、求められた演算値を演算結果としてデルタシグマ変調回路１６２に出力する。デルタシグマ変調回路１６２は、この演算値に対してデルタシグマ変調を行って、分周比設定信号ＳＤＩＶを生成し、分周回路１４７に出力する。
このようにすれば、フラクショナル分周器を実現できると共に、温度変化による第２クロック信号ＣＫ２の周波数の変動を抑制する第２温度補償処理を実現できるようになる。またフラクショナル分周器を実現するフラクショナル分周処理と、温度補償処理とを、処理回路１６０におけるデジタル演算処理により一括して実行できる。従って、集積回路装置１００の回路規模の増加等の抑制を図りながら、フラクショナル分周処理と温度補償処理を実現できるようになる。
なお集積回路装置１００が行う第２温度補償処理としては種々の処理が考えられる。例えば集積回路装置１００に設けられる処理回路１６０が、学習済みモデルの情報に基づいて第２温度補償処理を行ってもよい。例えば処理回路１６０は、温度センサーによる温度検出結果と、学習済みモデルの情報とに基づいて、第２温度補償処理を行う。そして温度補償処理が行われた周波数設定信号を生成する。例えば不図示の記憶回路は、温度計測結果に対して、対応する温度補償値が得られるように機械学習させた学習済みモデルの情報を記憶する。処理回路１６０は、温度検出結果と記憶回路の学習済みモデルの情報とに基づいて、各温度に対応する温度補償値を求める第２温度補償処理を行う。処理回路１６０がニューラルネットワーク演算を行う場合には、記憶回路は、学習済みモデルの情報として、ニューラルネットワーク演算の重み付け係数の情報を記憶する。処理回路１６０は、例えば温度検出結果に対応する温度検出データに基づいて、重み付け係数の情報を記憶回路から読み出して、ニューラルネットワーク演算を行うことで、各温度に対応する温度補償値を求める第２温度補償処理を実行する。
このように学習済みモデルの情報を用いて、第２温度補償処理を行うことで、より正確で適切な第２温度補償処理の実現が可能になる。例えば発振器４の製造時や出荷時において、当該発振器４の周波数温度特性を計測することで得られた学習済みモデルの情報を、不揮発性メモリーなどにより実現される記憶回路に書き込んで記憶させる。例えば発振器４の製造時や出荷時において、恒温槽などを用いて環境温度を変化させながら、各温度でのクロック信号の周波数特性を計測する。そして計測結果に基づき求められた学習済みモデルの情報を、記憶回路に書き込んで記憶させる。例えば各温度でのクロック周波数と温度検出信号をモニターし、各温度での温度検出信号の値に対応する適正な温度補償値が得られるように機械学習させた学習済みモデルの情報を、記憶回路に書き込んで記憶させる。このようにすることで、発振器４の実動作時において、処理回路１６０は、温度センサーの温度検出結果に対応する温度補償データを求める第２温度補償処理を実行できるようになる。これにより、製造のプロセス変動や回路特性の変動などの影響を抑制してキャンセルした第２温度補償処理を実現することが可能になる。
図１５は発振器４のモード設定や感度設定についての説明図である。図１５に示すように発振器４が、振動子１０の温度を制御する恒温槽型発振器であるＯＣＸＯとして用いられるときは、第１モードに設定される。従って、集積回路装置２０が１次の第１温度補償処理を行い、集積回路装置１００が高次の第２温度補償処理を行うようになる。そしてＯＣＸＯでは、ヒーター回路である発熱用の集積回路装置２００により振動子１０の温度が一定に保たれる。従って、周波数温度特性が良くなり、動作温度範囲での周波数変化を数ｐｐｂ～数十ｐｐｂというように非常に小さくすることが可能になる。また発振器４がＯＣＸＯとして用いられるときに、第１モードに設定されることで、集積回路装置２０が高次の第１温度補償処理を行わなくなるため、図１５に示すように近傍ノイズを低減でき、ノイズ特性を向上できる。従って、発振器４がＯＣＸＯとして用いられるときに、第１モードに設定することで、周波数温度特性を向上できると共にノイズ特性も向上できるようになる。
また図１５に示すように発振器４が、振動子１０の温度を制御しない温度補償型発振器であるＴＣＸＯとして用いられるときは、第１モード又は第２モードに設定される。例えば発振器４がＴＣＸＯとして用いられるときに、第１モードに設定されると、集積回路装置２０が１次の第１温度補償処理を行い、集積回路装置１００が高次の第２温度補償処理を行うようになる。これにより図１５に示すように、周波数温度特性については、動作温度範囲での周波数変化が数百ｐｐｂ～数ｐｐｍとなるが、近傍ノイズが低減され、ノイズ特性を向上できる。一方、発振器４がＴＣＸＯとして用いられるときに、第２モードに設定されると、集積回路装置２０が１次及び高次の第１温度補償処理を行い、集積回路装置１００が高次の第２温度補償処理を行うようになる。これにより図１５に示すように、周波数温度特性については、動作温度範囲での周波数変化が数十ｐｐｂ～数百ｐｐｂとなり、第１モードに比べて向上できる。一方、近傍ノイズは増加してしまい、ノイズ特性が第１モードに比べて悪化する。このように発振器４がＴＣＸＯとして用いられるときに、第１モード又は第２モードに設定されることで、ノイズ特性の向上を優先する場合には、第１モードに設定することで、これに対応し、周波数温度特性の向上を優先する場合には、第２モードに設定することで、これに対応できるようになる。
例えば発振器４が第２モードに設定され、集積回路装置２０が１次及び高次の第１温度補償処理を行うことで、粗調整の第１温度補償処理が行われることになる。これにより集積回路装置２０から出力される第１クロック信号ＣＫ１の周波数温度特性での周波数変動量は小さくなる。そして集積回路装置１００が、集積回路装置２０からの第１クロック信号ＣＫ１に基づいて第２クロック信号ＣＫ２を生成する際に、微調整の温度補償処理である第２温度補償処理を行う。このように集積回路装置２０により粗調整の第１温度補償処理を行った後に、集積回路装置１００により微調整の第２温度補償処理を行うことで、温度計測結果の揺らぎなどを原因とする周波数のマイクロジャンプを小さくすることが可能になり、発振器４のクロック周波数の高精度化等を実現できる。
また本実施形態では図１５に示すように、温度補償電圧ＶＣＰに対する図３～図５の可変容量回路３２の容量感度が、第１モードでは第２モードに比べて低い感度に設定される。容量感度は、容量制御電圧である温度補償電圧ＶＣＰに対する可変容量回路３２の容量の変化の感度である。この容量感度により、発振回路３０における発振周波数の周波数電圧感度が設定される。例えば可変容量回路３２は、温度補償電圧ＶＣＰに対する容量感度を可変に設定できるようになっている。従って、第１モードにおいては、可変容量回路３２の容量感度を低い感度に設定することで、温度補償電圧ＶＣＰの変化に対する発振周波数の変化を小さくする。一方、第２モードにおいては、可変容量回路３２の容量感度を高い感度に設定することで、温度補償電圧ＶＣＰの変化に対する発振周波数の変化を大きくする。
例えば可変容量回路３２の容量感度が高くなると、温度補償電圧ＶＣＰの変化に対する発振回路３０の発振周波数の変化が大きくなる。そして集積回路装置２０が出力する温度補償電圧ＶＣＰには、集積回路装置２０を構成する回路素子が発生する熱ノイズやフリッカーノイズ等のノイズも重畳されているため、このノイズが可変容量回路３２の高い容量感度により増幅されてしまう。従って、発振周波数がノイズにより変動してしまい、ノイズ特性が悪化する。そこでノイズ特性の向上を優先する第１モードでは、図１５に示すように可変容量回路３２の容量感度を低い感度に設定する。これにより、集積回路装置２０を構成する回路素子のノイズが増幅されて、発振周波数がノイズにより変動してしまうのを抑制できるようになり、ノイズ特性の悪化を防止できるようになる。
そして本実施形態では、図４、図１０で説明したように、発熱用の集積回路装置２００に設けられるＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極を、振動子１０の一端に接続できる。このようにＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極が振動子１０の一端に接続されることで、振動子１０の負荷容量が大きくなり、可変容量回路３２の容量感度を低い感度に設定できるようになる。従って、発振器４が第１モードに設定されてＯＣＸＯとして用いられる場合には、ＭＩＭキャパシターＣＭ１の第１電極を振動子１０の一端に電気的に接続する。これにより、ノイズ特性の向上を優先する第１モードにおいて、可変容量回路３２の容量感度を低い感度に設定することで、集積回路装置２０を構成する回路素子のノイズが増幅されて、発振周波数がノイズにより変動してしまうのを抑制できるようになる。
また図１５に示すように、発振器４がＯＣＸＯとして用いられ、第１モードに設定される場合も、フロアーノイズについては改善できない。そこで本実施形態では、例えば図１６に示すように、第２クロック信号ＣＫ２のジッタークリーニングを行うジッタークリーニング回路１５０を設けている。
５．ジッタークリーニング回路
図１６にジッタークリーニング回路１５０の構成例を示す。このようなジッタークリーニング回路１５０を集積回路装置１００に設けることで、フロアーノイズを低減できるようになり、位相ノイズの特性を向上できるようになる。
図１６に示すようにジッタークリーニング回路１５０は、位相比較回路１５２、ローパスフィルター１５４、電圧制御発振回路１５６、分周回路１５８を含むジッタークリーニング用のＰＬＬ回路である。
位相比較回路１５２は、ＰＬＬ回路１４０からのクロック信号ＣＫＱとフィードバッククロック信号ＦＢＣＫＣとの位相比較を行い、クロック信号ＣＫＱとフィードバッククロック信号ＦＢＣＫＣの位相差に応じた信号を位相比較結果信号して出力する。ローパスフィルター１５４は、位相比較回路１５２からの位相比較結果信号のローパスフィルター処理を行い、高周波成分を除去して、発振周波数の制御電圧を電圧制御発振回路１５６に出力する。電圧制御発振回路１５６は、振動子１１を発振させる動作を行って、制御電圧に対応する周波数のクロック信号ＣＫＣを出力する。分周回路１５８は、クロック信号ＣＫＣを分周して、フィードバッククロック信号ＦＢＣＫＣを位相比較回路１５２に出力する。出力回路１８０は、電圧制御発振回路１５６により生成されたクロック信号ＣＫＣのバッファリングを行って、第２クロック信号ＣＫ２を出力する。
このように図１６では、ＰＬＬ回路１４０の後段にジッタークリーニング用のＰＬＬ回路を設けている。そしてジッタークリーニング用のＰＬＬ回路は、例えば振動子１１を発振させる電圧制御発振回路１５６によりクロック信号ＣＫＣを生成しているため、位相ノイズがＰＬＬ回路１４０等に比べて低い。従って、このようなジッタークリーニング用のＰＬＬ回路により構成されるジッタークリーニング回路１５０を、ＰＬＬ回路１４０の後段に設けて、第２クロック信号ＣＫ２を出力するようにすれば、ＰＬＬ回路１４０で発生した高周波の位相ノイズも低減できるようになる。従って、高周波のフロアーノイズを低減することができ、第２クロック信号ＣＫ２の位相ノイズの特性を向上できるようになる。
６．発振器
次に本実施形態の発振器４の構造例を図１７、図１８を用いて説明する。本実施形態では、図１７の構造の発振器１４が、図１８に示すように第２パッケージ５に収容されて発振器４が構成される。
図１７に示すように発振器１４は、振動子１０と、発振用の集積回路装置２０と、発熱用の集積回路装置２００と、振動子１０及び集積回路装置２０、２００を収容する第１パッケージ１５を有する。第１パッケージ１５は、例えばセラミック等により形成され、その内側に収容空間ＳＰ１を有しており、この収容空間ＳＰ１に振動子１０及び集積回路装置２０、２００が収容されている。収容空間ＳＰ１は気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。第１パッケージ１５により、振動子１０及び集積回路装置２０、２００を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。
第１パッケージ１５はベース１６とリッド１７を有する。具体的には第１パッケージ１５は、振動子１０及び集積回路装置２０、２００を支持するベース１６と、ベース１６との間に収容空間ＳＰ１を形成するようにベース１６に接合されたリッド１７とにより構成されている。そして振動子１０は、ベース１６の内側に設けられた段差部に端子電極を介して支持されている。また集積回路装置２０、２００は、ベース１６の内側面に配置されている。具体的には集積回路装置２０、２００は、能動面がリッド１７の方に向くように配置されている。能動面は集積回路装置２０、２００の回路素子が形成される面である。また集積回路装置２０、２００のパッドにはボンディングワイヤーＢＷが接続されている。そして、ボンディングワイヤーＢＷや、第１パッケージ１５の面や内部に形成される金属線、金属端子などの内部配線により、振動子１０と集積回路装置２０、２００との接続や、集積回路装置２０と集積回路装置２００との接続が行われる。また集積回路装置２０、２００のパッドは、ボンディングワイヤー等の内部配線を介して、発振器１４の外部端子１８、１９に電気的に接続される。外部端子１８、１９は、第１パッケージ１５の外側面に形成されている。そして図１８に示すように、発振器１４の外部端子１８、１９は、ボンディングワイヤーＢＷ、金属線、金属端子等を介して、制御用の集積回路装置１００に電気的に接続される。これにより集積回路装置２０からの第１クロック信号ＣＫ１や温度検出電圧ＶＴＳを集積回路装置１００に入力したり、集積回路装置１００からの温度制御信号ＧＣを集積回路装置２００に入力できるようになる。
なお図１８では、振動子１０及び集積回路装置２０、２００を第１パッケージ１５に収容し、第１パッケージ１５及び集積回路装置１００を第２パッケージ５に収容するダブルシール構造について説明した。しかしながら本実施形態の発振器４の構造はこれに限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば振動子１０と集積回路装置２０、１００、２００を１つのパッケージに収容するシングルシール構造を採用するようにしてもよい。
図１８は発振器４の全体的な構造例を示す図である。図１８の発振器４は、振動子１０及び集積回路装置２０、２００を収容する第１パッケージ１５と、第１パッケージ１５及び集積回路装置１００を収容する第２パッケージ５を含む。第１パッケージ１５、第２パッケージ５は、各々、第１容器、第２容器と言うこともできる。
このようにすれば、振動子１０と集積回路装置２０、２００を収容する第１パッケージ１５を恒温槽とするＯＣＸＯを実現できるようになる。例えば第１パッケージ１５内に、ヒーターＩＣである集積回路装置２００が配置され、温度制御信号ＧＣに基づく集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲの発熱制御により、恒温槽である第１パッケージ１５の温度制御が行われる。これにより例えば環境温度が変化しても、振動子１０の温度を一定に保つような温度制御が行われ、恒温槽型水晶発振器であるＯＣＸＯの実現が可能になる。
また図１８の発振器４の構造によれば、振動子１０と集積回路装置２０、２００とが第１パッケージ１５に収容された既存の製品の発振器１４を利用することも可能になる。即ち既存の製品の発振器１４を、制御用の集積回路装置１００と共に、第２パッケージ５に収容することで、ＯＣＸＯを実現できるようになる。従って、既存の製品の発振器を有効利用したＯＣＸＯの実現が可能になり、製品コストや開発コストや開発期間等を削減できるようになる。
また図１８の発振器４は、第２パッケージ５に設けられ、発熱用の集積回路装置２００に温度制御信号ＧＣを出力する集積回路装置１００と、集積回路装置１００に接続されたジッタークリーニング用の振動子１１とを含む。ジッタークリーニング用の振動子１１は、第２パッケージ５の外側底面に実装されている。例えば第２パッケージ５の底面には凹部が形成されており、この凹部の底面に振動子１１が実装されている。なお第２パッケージ５の底面には、発振器４の外部端子８、９も設けられている。集積回路装置１００は図１０に示すようにオーブン制御回路であるヒーター制御回路１９２を有しており、このヒーター制御回路１９２からの温度制御信号ＧＣが発熱用の集積回路装置２００に入力され、発熱トランジスターＴＲの発熱制御が行われる。このようにすれば、集積回路装置１００が温度制御信号ＧＣに基づく温度制御を行うことで、集積回路装置２００の発熱トランジスターＴＲの発熱制御が行われ、これにより恒温槽となる第１パッケージ１５の温度制御が行われて、ＯＣＸＯが実現されるようになる。また集積回路装置１００は、図１６に示したジッタークリーニング回路１５０を内蔵しており、振動子１１に接続されたジッタークリーニング用のＰＬＬ回路により、出力信号の位相ノイズの特性を向上させている。
なお発振器４は図１７、図１８の構造に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば発熱用の集積回路装置２００を第２パッケージ５の収容空間ＳＰ２に配置してもよい。例えば第１パッケージ１５の上面に発熱用の集積回路装置２００を配置して、発熱制御を行ってもよい。
以上に説明したように本実施形態の発振器は、振動子と、振動子を発振させる発振回路を有する発振用の集積回路装置と、振動子を加熱する発熱用の集積回路装置と、を含む。そして発熱用の集積回路装置は、振動子を加熱する発熱トランジスターと、第１金属層による第１電極と、第２金属層による第２電極を有するＭＩＭキャパシターと、ＭＩＭキャパシターの第１電極に接続されたパッドと、を含む。
本実施形態によれば、発振用の集積回路装置の発振回路により振動子を発振させて、発振信号に基づくクロック信号を生成できると共に、発熱用の集積回路装置の発熱トランジスターにより振動子を加熱することで、振動子の温度制御が可能になる。そして本実施形態では、このような発熱用の集積回路装置に対して、ＭＩＭキャパシターを設けると共に、ＭＩＭキャパシターの第１電極に接続されるパッドを設けている。このようにすれば、発振器において、キャパシターの容量が必要なノードがある場合に、そのノードに発熱用の集積回路装置のパッドを接続することで、集積回路装置に設けられるＭＩＭキャパシターを、そのノードに必要な容量として使用できるようになる。従って、発振器の小型化を妨げずに発振器に必要な容量を実現できる発振器の提供が可能になる。
また本実施形態では、発熱用の集積回路装置の基板に直交する平面視において、ＭＩＭキャパシターと発熱トランジスターは重なっていてもよい。
このようにすれば、発熱用の集積回路装置において面積を占める発熱トランジスターの配置領域を利用して、平面視において発熱トランジスターに重なるようにＭＩＭキャパシターを配置できるようになる。そしてＭＩＭキャパシターが接続されるパッドを設けることで、ＭＩＭキャパシターを、発振器において容量が必要な種々なノードに接続できるようになる。
また本実施形態では、ＭＩＭキャパシターの第１電極は、発熱トランジスターのゲートに電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、発熱トランジスターを制御する温度制御信号の直流化や安定化のための容量として、集積回路装置に内蔵されるＭＩＭキャパシターを利用できるようになる。
また本実施形態では、ＭＩＭキャパシターの第１電極は、パッドを介して発熱トランジスターのゲートに電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、ＭＩＭキャパシターの第１電極をパッドを介して発熱トランジスターに接続するという用途に使用できると共に、他の用途に使用することも可能になる。
また本実施形態では、ＭＩＭキャパシターの第１電極は、振動子の一端に電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、発振用の集積回路装置には内蔵できないような発振の負荷容量を、発熱用の集積回路装置に内蔵したＭＩＭキャパシターにより実現できるようになる。
また本実施形態では、発振用の集積回路装置は、ＭＩＭキャパシターと並列に、振動子の一端に電気的に接続される可変容量回路を含んでもよい。
このようにすれば、発熱用の集積回路装置に内蔵されるＭＩＭキャパシターを、可変容量回路に並列に設けられる負荷容量として利用することが可能になる。
また本実施形態では、ＭＩＭキャパシターの第１電極は、発振用の集積回路装置の電源のパッドに電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、例えば発振用の集積回路装置には内蔵できないような電源の安定化容量を、発熱用の集積回路装置に内蔵したＭＩＭキャパシターにより実現できるようになる。
また本実施形態では、発熱用の集積回路装置を制御する制御用の集積回路装置を含み、制御用の集積回路装置の温度制御信号が発熱トランジスターのゲートに入力され、ＭＩＭキャパシターの第１電極は、温度制御信号が出力される制御用の集積回路装置のパッドに電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、発熱用の集積回路装置に設けられるＭＩＭキャパシターを、温度制御信号の直流化や安定化のために使用できるようになり、発熱トランジスターによる適正なヒーター制御の実現が可能になる。
また本実施形態では、振動子と、発振用の集積回路装置と、発熱用の集積回路装置と、を収容する第１パッケージを含んでもよい。
このようにすれば第１パッケージの収容空間を恒温槽とする発振器などを実現できるようになる。
また本実施形態では、発熱用の集積回路装置は、第１パッケージ内の温度を一定の温度に維持する集積回路装置であってもよい。
このようにすれば、振動子が周波数温度特性を有する場合にも、振動子の温度が一定に維持されることで、環境温度の変化に対して周波数変動の少ない発振信号を生成できるようになり、この発振信号に基づく高精度のクロック信号を生成できるようになる。
また本実施形態では、振動子の一端と、発熱用の集積回路装置のパッドとが、第１パッケージの内部配線を介して電気的に接続されていてもよい。
このようにすれば、発振用の集積回路装置には内蔵できないような発振の負荷容量を、発熱用の集積回路装置に内蔵したＭＩＭキャパシターにより実現できるようになる。
また本実施形態では、発熱用の集積回路装置を制御する制御用の集積回路装置と、第１パッケージと制御用の集積回路装置とを収容する第２パッケージと、を含んでもよい。
このようにすれば、第１パッケージ内の発熱用の集積回路装置の発熱トランジスターの発熱により、第１パッケージ内の振動子の温度を一定に維持できるようになる。そして、この第１パッケージと共に第２パッケージに設けられた制御用の集積回路装置により、発熱用の集積回路装置の制御を行うことで、第１パッケージを恒温槽とするヒーター制御を実現できるようになる。
また本実施形態では、制御用の集積回路装置の温度制御信号が、第２パッケージの内部配線及び第１パッケージの内部配線を介して発熱用の集積回路装置のパッドに入力されてもよい。
このようにすれば、第１パッケージと共に第２パッケージに設けられた制御用の集積回路装置からの温度制御信号により、発熱用の集積回路装置の発熱トランジスターのゲートを制御することで、第１パッケージを恒温槽とするヒーター制御を実現できるようになる。
また本実施形態では、発振用の集積回路装置は、振動子の発振信号に基づく第１クロック信号の第１温度補償処理を行って、第１温度補償処理後の第１クロック信号を出力してもよい。そして制御用の集積回路装置は、第１温度補償処理後の第１クロック信号に対して第２温度補償処理を行って、第２温度補償処理後の第２クロック信号を出力してもよい。
このようにすれば、発振用の集積回路装置からの第１温度補償処理後の第１クロック信号に対して、制御用の集積回路装置により第２温度補償処理を行って、第１クロック信号に基づく第２クロック信号として出力できるようになる。
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、本開示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開示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、本開示の範囲に含まれる。また発振器、集積回路装置の構成・動作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。
４…発振器、５…第２パッケージ、８、９…外部端子、１０、１１…振動子、１４…発振器、１５…第１パッケージ、１６…ベース、１７…リッド、２０…集積回路装置、２４…温度センサー、３０…発振回路、３２…可変容量回路、４０…温度補償回路、４２…電流生成回路、４３…１次補正回路、４４…高次補正回路、４６…電流電圧変換回路、４８…温度センサー、６０…ロジック回路、７０…不揮発性メモリー、８０…出力回路、９０…電源回路、１００…集積回路装置、１３０…クロック信号生成回路、１４０…ＰＬＬ回路、１４２…位相比較回路、１４４…制御電圧生成回路、１４６…電圧制御発振回路、１４７…分周回路、１４８…温度センサー、１５０…ジッタークリーニング回路、１５２…位相比較回路、１５４…ローパスフィルター、１５６…電圧制御発振回路、１５８…分周回路、１６０…処理回路、１６２…デルタシグマ変調回路、１６４…演算回路、１６６…レジスター、１６８…Ａ／Ｄ変換回路、１７０…不揮発性メモリー、１８０…出力回路、１９０…電源回路、１９２…ヒーター制御回路、１９４…ローパスフィルター＆アンプ、２００…集積回路装置、２２４…温度センサー、ＡＬ１～ＡＬ５…金属層、ＡＬＤ、ＡＬＳ…金属配線、ＡＭ…増幅回路、ＢＷ…ボンディングワイヤー、ＣＣ…キャパシター、ＣＫ１…第１クロック信号、ＣＫ２…第２クロック信号、ＣＫＣ、ＣＫＱ…クロック信号、ＣＭ１、ＣＭ２、ＣＭ…ＭＩＭキャパシター、ＧＣ…温度制御信号、Ｍ４３…金属層、Ｍ５４…金属層、ＰＭ１、ＰＭ１Ｂ、ＰＭ２、ＰＣＫ、ＰＧＣ、ＰＶＣＣ、ＰＧＮＤ、ＰＴＳ、ＰＶＤＤ１、ＰＧＮＤ１、ＰＸ１、ＰＸ２…パッド、ＲＣ、ＲＥ１、ＲＥ２、ＲＴ…抵抗、ＲＬ…電流制限抵抗、ＳＰ１、ＳＰ２…収容空間、Ｔ１～Ｔ６…トランジスター、ＴＧＮＤ、ＴＶＣＣ…端子、ＴＲ…発熱トランジスター

Claims (14)

  1. 振動子と、
    前記振動子を発振させる発振回路を有する発振用の集積回路装置と、
    前記振動子を加熱する発熱用の集積回路装置と、
    を含み、
    前記発熱用の集積回路装置は、
    前記振動子を加熱する発熱トランジスターと、
    第１金属層による第１電極と、第２金属層による第２電極を有するＭＩＭキャパシターと、
    前記ＭＩＭキャパシターの前記第１電極に接続されたパッドと、
    を含むことを特徴とする発振器。
  2. 請求項１に記載の発振器において、
    前記発熱用の集積回路装置の基板に直交する平面視において、前記ＭＩＭキャパシターと前記発熱トランジスターは重なっていることを特徴とする発振器。
  3. 請求項１又は２に記載の発振器において、
    前記ＭＩＭキャパシターの前記第１電極は、前記発熱トランジスターのゲートに電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
  4. 請求項３に記載の発振器において、
    前記ＭＩＭキャパシターの前記第１電極は、前記パッドを介して前記発熱トランジスターのゲートに電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
  5. 請求項１又は２に記載の発振器において、
    前記ＭＩＭキャパシターの前記第１電極は、前記振動子の一端に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
  6. 請求項５に記載の発振器において、
    前記発振用の集積回路装置は、
    前記ＭＩＭキャパシターと並列に、前記振動子の一端に電気的に接続される可変容量回路を含むことを特徴とする発振器。
  7. 請求項１又は２に記載の発振器において、
    前記ＭＩＭキャパシターの前記第１電極は、前記発振用の集積回路装置の電源のパッドに電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
  8. 請求項１又は２に記載の発振器において、
    前記発熱用の集積回路装置を制御する制御用の集積回路装置を含み、
    前記制御用の集積回路装置の温度制御信号が前記発熱トランジスターのゲートに入力され、
    前記ＭＩＭキャパシターの前記第１電極は、前記温度制御信号が出力される前記制御用の集積回路装置のパッドに電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
  9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発振器において、
    前記振動子と、前記発振用の集積回路装置と、前記発熱用の集積回路装置と、を収容する第１パッケージを含むことを特徴とする発振器。
  10. 請求項９に記載の発振器において、
    前記発熱用の集積回路装置は、前記第１パッケージ内の温度を一定の温度に維持する集積回路装置であることを特徴とする発振器。
  11. 請求項９又は１０に記載の発振器において、
    前記振動子の一端と、前記発熱用の集積回路装置の前記パッドとが、前記第１パッケージの内部配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
  12. 請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の発振器において、
    前記発熱用の集積回路装置を制御する制御用の集積回路装置と、
    前記第１パッケージと前記制御用の集積回路装置とを収容する第２パッケージと、
    を含むことを特徴とする発振器。
  13. 請求項１２に記載の発振器において、
    前記制御用の集積回路装置の温度制御信号が、前記第２パッケージの内部配線及び前記第１パッケージの内部配線を介して前記発熱用の集積回路装置の前記パッドに入力されることを特徴とする発振器。
  14. 請求項１２又は１３に記載の発振器において、
    前記発振用の集積回路装置は、
    前記振動子の発振信号に基づく第１クロック信号の第１温度補償処理を行って、前記第１温度補償処理後の前記第１クロック信号を出力し、
    前記制御用の集積回路装置は、
    前記第１温度補償処理後の前記第１クロック信号に対して第２温度補償処理を行って、前記第２温度補償処理後の第２クロック信号を出力することを特徴とする発振器。
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