JP4407355B2 - 電圧制御圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、電圧制御圧電発振器に関するものである。

近年、移動体通信機器や伝送通信機器に対する小型化、高性能化の要請に伴い、これらの機器において周波数制御デバイスとして使用される水晶発振器等の圧電発振器に対しても、小型化、安定化が強く求められている。圧電発振器は、水晶振動子等の圧電振動子と、周波数調整回路や周波数温度補償回路等を含む発振回路とを備え、特に小型化が要求される場合は、前記周波数調整回路や周波数温度補償回路等を含む発振回路を全て一つのＩＣに内蔵した構成（ＩＣ化ＴＣＸＯ）としている。
また、ＩＣ化ＴＣＸＯのラインアップの中で外部から電圧を印加し周波数を制御することができる電圧制御圧電発振器と呼ばれているものがあり、通信機器のＰＬＬ（Phase-Locked loop：位相同期回路）における重要なキーデバイスとして欠かせない。

図４は従来のシングルシール型の電圧制御圧電発振器の構造図を示したものである。
図４に示した従来の電圧制御圧電発振器は、外部電極１ａ、１ｂを有するセラミックパッケージ２と、前記セラミックパッケージ２の内部に導電性接着剤３にて固着実装された水晶振動子４と、周波数温度補償回路等の発振回路を有するＩＣ５と、前記ＩＣ５に隣接して配置されたボンディングパッド６ａ、６ｂと、前記ＩＣ５と前記ボンディングパッド６ａ、６ｂとをそれぞれ接続するボンディングワイヤ７a、７ｂと、前記セラミックパッケージ２の上面を封止する金属蓋８とを備えている。ここで、前記前記ボンディングパッド６ａ、６ｂは外部電極１ａ、１ｂにそれぞれ接続されており、外部電極１ａは周波数制御用の入力端子として機能し外部電極１ｂは圧電発振器の出力端子として機能する。
なお、上記外部電極１ａ、１ｂ以外に電源用の外部電極とＧＮＤ用外部電極と調整用電極とがセラミックパッケージ２の底面に配置されているが図示を省略する。

ところで、図４に示した電圧制御圧電発振器より電圧制御機能を省略して通常の圧電発振器として製造することが可能である。通常の圧電発振器として流用するときには図５に示すようにボンディングパッド６ａとＩＣ５との間のボンディングワイヤを省略する。これは外部電極１ａを開放状態のまま使用するとノイズを拾いやすくなり、ボンディングパッド６ａを介してＩＣ５の内部にノイズが伝搬するからである。

また、近年の圧電発振器に対する更なる小型化の要求から、前記ＩＣのパッケージをフリップチップ品に変更する例が増えてきている。フリップチップ品は半田ボールを介してＩＣを下向きにボンディングパッド６ａに実装する構造であるため、電圧制御圧電発振器を通常の圧電発振器として流用するときにはボンディングパッド６ａ部分の半田ボールのみが不要となる。
ところが、上記半田ボールを不要とするとフリップチップの基板への支持強度が低下してしまうという重大な問題が生じる。そこで、特開２００３−８６７００号公報には基板上にポリシリコンを含む膜やアルミ等の金属膜を形成した配線をレーザカッター等で切断する技術が開示されている。前記特開２００３−８６７００号公報に開示された技術によれば、前記ＩＣ５がフリップチップ品の場合、図６に示すようにセラミックパッケージ２の内部においてボンディングパッド６ａに隣接してポリシリコンを含む膜やアルミ等の金属膜を配線パターン９の一部として形成し、通常の圧電発振器として製造するときにはこれをレーザカッター等で切断すればよい。
特開２００３−８６７００号公報

ところが、従来の電圧制御型圧電発振器は以下のような問題点を持っている。すなわち、図４に示す従来の電圧制御圧電発振器はＩＣ５とパッド６ａとの間でワイヤボンディングをしなければならない。これに対して、図５に示した通常の圧電発振器はパッド６ａへのボンディングが不要である。従って、これら二つの製造工程を比較するとボンディングの回数が異なるため製造工程を共通化することができない。また、図６に示した電圧制御圧電発振器の製造工程において、これを通常の圧電発振器に流用するときに配線パターン９の一部をレーザーカッター等で切断する製造工程を追加しなければならず、製造工程を共通化することができない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、製造工程を共通化でき、通常の圧電発振器としても簡単に流用可能な電圧制御圧発振器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明においては、圧電振動子と発振回路と周波数可変素子と前記周波数可変素子に接続された入力端子とを有する電圧制御圧電発振器において、前記周波数可変素子と前記入力端子との間に挿入され所定の直流電流にて容断する容断素子と、該溶断素子に流れる直流電流を制御し前記溶断素子の溶断を制御する溶断制御手段とを備え、前記溶断制御手段へ供給する溶断指示信号に基づき前記溶断素子の溶断或いは非溶断の何れかを選択するようにしたものである。

また、請求項２記載の発明においては、請求項１において前記入力端子を介して前記溶断素子に所定の直流電圧を加え、前記溶断指示信号に基づき前記溶断素子に所定の直流電流を流し該溶断素子を溶断したものである。

また、請求項３記載の発明においては、請求項１、または請求項２において、前記溶断素子と前記周波数可変素子との間にバッファ回路を備えたものである。

また、請求項４記載の発明においては、請求項３において、前記バッファ回路がオペアンプを備えた反転増幅回路または非反転増幅回路としたものである。

本発明の電圧制御圧電発振器は、圧電振動子と発振回路と周波数可変素子と前記周波数可変素子に接続された入力端子とを有する電圧制御圧電発振器において、周波数可変素子と前記入力端子との間に挿入した溶断素子と、前記溶断素子の溶断を制御する溶断制御手段とを備える構成とし、溶断制御手段に供給する溶断指示信号に基づき容易に溶断あるいは非溶断を選択可能とし、電圧制御圧電発振器を通常の圧電発振器に簡単に流用可能とした。したがって、本発明は通常の圧電発振器と製造工程を共通化できる電圧制御圧電発振器を提供することを目的とする。

本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係わる電圧制御圧電発振器の回路図を示したものである。
図１において電圧制御圧電発振器は、水晶振動子４と、抵抗Ｒ１と可変容量ダイオードＣＶ１（周波数可変素子）とを有し前記水晶振動子４と共にコルピッツ発振回路を形成するＩＣ１０と、前記抵抗Ｒ１を介し可変容量ダイオードＣＶ１に接続する溶断回路１１と、前記溶断回路１１に接続する外部電極１ａ及び調整電極１２と、前記ＩＣ１０のトランジスタＴｒ１のコレクタ段に接続する外部電極１ｂ（発振器出力）とを備え、前記溶断回路１１は前記外部電極１ａと前記可変容量ダイオードＣＶ１との間に挿入され所定の直流電流にて溶断する溶断素子１３と、前記溶断素子１１に流れる直流電流を制御するトランジスタＴｒ２と、前記調整電極１２から入力した溶断指示信号に基づき前記トランジスタＴｒ２のコレクタ−エミッタ間の導通をＯＮ−ＯＦＦさせるゲートバッファ１４とを備えている。なお、前記溶断素子１１はポリシリコンを使い配線パターンの一部として機能し、所定の直流電流で溶断するようにその配線幅が設定されているが、ポリシリコン以外のものを使ってもよい。

次に、図１に示した電圧制御圧電発振器の調整工程について説明する。なお、本願発明の電圧制御圧電発振器の構造と製造工程については図４にて説明した従来の圧電発振器のものと同じであるため詳細は省略する。
まず、電圧制御圧電発振器としてそのまま使用する場合は調整が不要であり、基板に実装したときに調整端子１２を開放状態または接地状態にて使用する。ここで、トランジスタＴｒ２のベース電圧がＬｏであり、コレクタ−エミッタ間は非導通となりコレクタ側は開放状態を維持する。従って、外部電極１ａから印加した直流電圧は溶断素子１３と抵抗Ｒ１を介しそのまま可変容量ダイオードに印加される。このとき溶断素子１３にはほとんど直流電流が流れないため、溶断素子１３は溶断することなく配線パターンの一部として機能する。

これに対して、電圧制御圧電発振器を通常の圧電発振器に流用する場合は以下のような調整を実行する。すなわち、外部電極１ａに所定の直流電圧、例えば３Ｖ以上の電圧を加え調整端子１２をＨｉとする。このときトランジスタＴｒ２のベース電圧がＨｉとなりコレクタ−エミッタ間が導通するので溶断素子１３からＴｒ２のエミッタへ過大な電流が流れる。ここで、溶断素子１３からエミッタへ流れる過大な電流によって溶断素子１３は溶断する。つまり、外部電極１ａと可変容量ダイオードＣＶ１との接続が断となる。
そこで、これを基板に実装し調整端子１２を開放状態或いは接地状態にしておけば、通常の圧電発振器として流用することができる。なお、溶断時に外部電極１ａに印加する直流電圧の大きさと電圧を印加する時間は溶断素子１３の溶断特性に応じて適宜適切な値に設定すれば良い。

図２は本発明に係わる電圧制御圧電発振器の第２の実施例の回路図を示したものである。
図２に示した第２の実施例は、図１の実施例において溶断回路１１とＩＣ１０との間にバッファ回路１５を追加したものである。ここで、バッファ回路１５はオペアンプ１６と抵抗Ｒ６、Ｒ７とを有する反転増幅回路として動作し、直流バイアス電圧ＶＢ１は可変容量ダイオードＣＶ１に所定の固定電圧を供給している。ここで、溶断素子１３を溶断させるとＲ６の入力端が解放状態となるので、オペアンプ１６はボルテージフォロワ回路として動作しバイアス電圧ＶＢ１のみが可変容量ダイオードＣＶ１に印加される。
バッファ回路１５を挿入する目的は、制御電圧に対する周波数変化の感度及び極性の調整と、可変容量ダイオードＣＶ１へ固定バイアスを供給することであるが、その他の目的として溶断素子１３の溶断時に外部端子１ａに加える直流電圧が過大な電圧となって可変容量ダイオードＣＶ１へ印加されるのを防止している。つまり、オペアンプ１６の出力電圧はその電源電圧を越えることがないので、これを利用し過大な電圧が可変容量ダイオードＣＶ１へ加わらないように考慮している。なお、溶断時に外部電極１ａに印加する電圧が可変容量ダイオードＣＶ１の耐圧以下であり、且つＩＣ１０から所定の固定電圧が可変容量ダイオードＣＶ１へ印加されるように構成されていればバッファ回路１５は必ずしも備えなくとも良い。

図３はバッファ回路１５の他の実施例を示したものである。
図３（Ａ）はオペアンプによる反転増幅回路を２段カスケードに接続し非反転増幅回路として動作させたものである。このバッファ回路は外部端子１ａへ入力した電圧に対する周波数変化の極性が反転しないようにしたものである。また、他のバッファ回路の実施例として図３（Ｂ）（Ｃ）といった回路構成でもよいであろう。つまり、可変容量ダイオードＣＶ１へ過大電圧が加わるのを防止し、且つ溶断素子１３の溶断後に固定電圧を可変容量ダイオードＣＶ１へ供給できるものであればどのような回路構成であってもよい。

以上説明した実施例においては、溶断回路１１とＩＣ１０とバッファ回路１５とが区別されたものとして説明したが、本発明にあってはこれに限らず、溶断回路１１とバッファ回路１５の両方か、或いは何れか一方をＩＣ１０に内蔵してもよい。
また、本発明に係わる電圧制御発振器はＩＣ１０を使った圧電発振器に限定されず、ディスクリート部品のみで構成したものにも適用可能であることはいうまでもない。つまり、ディスクリート部品で構成したものであっても、製造工程を共通化でき簡単に通常の圧電発振器に流用可能な電圧制御圧電発振器を提供することが本願発明の目的とするところである。

以上説明したように、本発明は周波数可変素子と前記入力端子との間に溶断素子を挿入しこれを溶断あるいは非溶断を選択可能としたので、製造工程を共通化でき通常の圧電発振器に簡単に流用可能な優れた電圧制御圧電発振器を提供するのに著効を奏す。

本発明に係る電圧制御圧電発振器の第１の実施例。 本発明に係る電圧制御圧電発振器の第２の実施例。 本発明に係る電圧制御圧電発振器におけるバッファ回路の変形例。 従来の電圧制御圧電発振器の構造図。 従来の圧電発振器の構造図。 従来の電圧制御圧電発振器の構造図。

符号の説明

１ａ、１ｂ・・外部電極
２・・セラミックパッケージ
３・・導電性接着剤
４・・水晶振動子
５、１０・・ＩＣ
６ａ、６ｂ・・ボンディングパッド
７ａ、７ｂ・・ボンディングワイヤ
８・・金属蓋
９・・配線パターン
１１・・溶断回路
１２・・調整端子
１３・・溶断素子
１４・・ゲートバッファ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６・・抵抗
Ｃ１、Ｃ２・・コンデンサ
ＣＶ１・・可変容量ダイオード
Ｔｒ１、Ｔｒ２・・トランジスタ

Claims (4)

1. 圧電振動子と発振回路と周波数可変素子と前記周波数可変素子に接続された入力端子とを有する電圧制御圧電発振器において、前記周波数可変素子と前記入力端子との間に挿入され所定の直流電流にて溶断する溶断素子と、該溶断素子に流れる直流電流を制御し前記溶断素子の溶断を制御する溶断制御手段とを備え、前記溶断制御手段へ供給する溶断指示信号に基づき前記溶断素子の溶断或いは非溶断の何れかを選択するようにしたことを特徴とする電圧制御圧電発振器。
2. 前記溶断制御手段は、前記溶断指示信号が入力される調整端子にベースが導通したトランジスタを備え、前記周波数可変素子と前記溶断素子とを導通する接続線を前記トランジスタのコレクタ−エミッタ間を介して接地に接続した構成を有し、前記入力端子を介して前記溶断素子に所定の直流電圧を加えた状態で、前記溶断指示信号に基づき前記トランジスタのコレクタ−エミッタ間の導通状態が制御されて前記溶断素子に該溶断素子を溶断することができる所定の直流電流を供給するものであることを特徴とする請求項１記載の電圧制御圧電発振器。
3. 前記溶断素子と前記周波数可変素子との間にバッファ回路を備えたことを特徴とする請求項１、または請求項２のいずれかに記載の電圧制御圧電発振器。
4. 前記バッファ回路がオペアンプを備えた反転増幅回路または非反転増幅回路であることを特徴とする請求項３記載の電圧制御圧電発振器。

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