JP5836115B2 - 圧電デバイスおよび周波数調整方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、圧電デバイスおよび周波数調整方法に関する。

従来、基準信号源やクロック信号源などの信号源として用いられる圧電デバイスとして、圧電素子の共振周波数を外部電圧によって制御する電圧制御型の圧電デバイスが知られている。

特許文献１には、電圧制御型の圧電デバイスの一種であるＶＣＴＣＸＯ（Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator：温度補償型電圧制御水晶発振器）に関する技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、電源投入直後における圧電素子の温度と温度センサの検出温度とのずれによって生じる周波数変動を抑えるために、電源電圧を微分回路へ通して得られる補正電圧を用いて温度補償電圧の補正を行う技術が開示されている。

すなわち、電源が投入されると、微分回路へ入力される電源電圧が変化することとなるため、かかる変化に応じた補正電圧が微分回路から出力される。特許文献１に記載の技術では、この補正電圧を用いて温度補償電圧を補正することで、起動時における周波数変動を抑えることとしている。

特開２００８−２７１３５５号公報

しかしながら、上述した従来技術では、電源電圧の立ち上がり特性が考慮されていない。このため、上述した従来技術には、起動直後における周波数変動を抑えるという点で更なる改善の余地がある。

実施形態の一態様は、起動直後における周波数変動を抑えることのできる圧電デバイスおよび周波数調整方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る圧電デバイスは、圧電素子と、発振回路と、温度補償回路と、補正電圧生成回路と、制御電圧出力回路とを備える。発振回路は、制御電圧に従って圧電素子の共振周波数を調整する。温度補償回路は、圧電素子の共振周波数に対して温度補償を行う。補正電圧生成回路は、電源電圧が入力された場合に、入力された電源電圧の積分値の波形を反転させた補正電圧を生成する。制御電圧出力回路は、温度補償回路から入力される補償電圧と補正電圧との合成電圧を制御電圧として発振回路へ出力する。

実施形態の一態様によれば、起動直後における周波数変動を抑えることができる。

図１は、本実施形態に係る圧電デバイスの断面視による説明図である。 図２は、集積回路素子の構成を示す図である。 図３は、補正電圧生成回路の構成を示す図である。 図４Ａは、可変抵抗へ入力される電源電圧の時間変化を例示する図である。 図４Ｂは、電源電圧の積分値の時間変化を例示する図である。 図４Ｃは、補正電圧の時間変化を例示する図である。 図５は、ＲＣ積分回路の係数値およびＣＲ微分回路の係数値の時間変化を例示する図である。 図６は、電源電圧の立ち上がり特性を例示する図である。 図７は、図６に示す電源１、電源２および理想電源の各電源電圧をＣＲ微分回路に通して得られる補正電圧の時間変化を例示する図である。 図８は、図６に示す電源１、電源２および理想電源の各電源電圧をＲＣ積分回路に通して得られる補正電圧の時間変化を例示する図である。 図９は、電源１の補正電圧および電源２の補正電圧の電圧差の時間変化を例示する図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する圧電デバイスおよび周波数調整方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る圧電デバイスの断面視による説明図である。図１に示すように、本実施形態に係る圧電デバイス１は、パッケージ１０と、圧電素子２０と、蓋体３０と、集積回路素子４０とを備える。

なお、以下の説明では、パッケージ１０からみて集積回路素子４０が設けられる側の面を圧電デバイス１の「下面」と呼び、蓋体３０が設けられる側の面を「上面」と呼ぶ。また、以下の説明では、「下面」または「上面」を「主面」と呼ぶ場合がある。

パッケージ１０は、上面側および下面側にそれぞれ凹部（以下、「キャビティ」と呼ぶ）が形成されたＨ型構造の容器体である。パッケージ１０の上面側キャビティには、圧電素子２０が配置され、下面側キャビティには、集積回路素子４０が配置される。

また、パッケージ１０の最上面には、メタライズ層５１が設けられる。メタライズ層５１は、後述する蓋体３０をパッケージ１０と接合する際に用いられる。また、パッケージ１０の最下面には、外部接続端子５２が設けられる。外部接続端子５２は、圧電デバイス１を携帯端末装置等の電子機器と接続する端子である。

圧電素子２０は、導電性接着剤５４を介して接続パッド５３と接続される。接続パッド５３は、圧電素子２０を集積回路素子４０と電気的に接続するパッドであり、上面側キャビティの底面に設けられる。この接続パッド５３は、内部配線５７を介して集積回路素子４０側の接続パッド５６と電気的に接続される。

なお、圧電素子２０は、たとえば板状に形成された水晶片の両主面に励振電極を配した水晶素子である。励振電極には、水晶片の端部へ向けて引き出された一対の引き出し電極が設けられており、この引き出し電極と接続パッド５３とが導電性接着剤５４を介して接続されることで、圧電素子２０は、接続パッド５３と電気的に接続される。

ここでは、圧電素子２０の水晶片が、ＡＴカットとなるカットアングルで形成される場合について説明するが、水晶片のカットアングルは、ＡＴカット以外のカットアングルであってもよい。また、圧電素子２０は、板状以外の形状であってもよい。

蓋体３０は、上面側キャビティを閉塞する部材である。具体的には、蓋体３０は、蓋体３０の下面に設けられた封止材層５５と、パッケージ１０の最上面に設けられたメタライズ層５１とを重ね合わせるようにしてパッケージ１０の最上面に載置される。その後、封止材層５５とメタライズ層５１とがシーム溶接等により接合されることにより、上面側キャビティは気密封止される。

集積回路素子４０は、圧電素子２０の発振動作を制御する。この集積回路素子４０は、パッケージ１０の下面側キャビティの上面に設けられた接続パッド５６を介してパッケージ１０へ接続される。

接続パッド５６は、集積回路素子４０を圧電素子２０と電気的に接続するパッドである。具体的には、接続パッド５６は、パッケージ１０の内部に設けられた内部配線５７を介して圧電素子２０の接続パッド５３と電気的に接続される。また、接続パッド５６の一部は、パッケージ１０の図示しない内部配線により、パッケージ１０の最下面に設けられた外部接続端子５２と接続される。

このように、圧電素子２０と集積回路素子４０とは、接続パッド５３、導電性接着剤５４、接続パッド５６および内部配線５７を介して電気的に接続される。

なお、ここでは、集積回路素子４０が、アレイ状に設けられた接続パッド５６を介してパッケージ１０と接続されるものとするが（いわゆる、フリップチップ実装）、集積回路素子４０は、他の手法（たとえば、ワイヤボンディング）によって実装されてもよい。

また、下面側キャビティ内の空間には、集積回路素子４０を搭載した後、たとえば樹脂等の素材が充填されてもよい。充填材として用いられる樹脂には、たとえば、ポリイミドやエポキシ系樹脂などを用いることができる。また、このエポキシ系樹脂に硬化剤等の添加剤や添加物を混ぜて得られる組成物等を用いてもよい。

次に、集積回路素子４０の構成について図２を用いて説明する。図２は、集積回路素子４０の構成を示す図である。なお、図２では、説明をわかりやすくする観点から主な構成要素のみを示している。

なお、本実施形態では、圧電デバイス１のパッケージの構造が、上面側および下面側にそれぞれキャビティが形成されるいわゆるＨ型構造である場合の例について説明するが、圧電デバイス１のパッケージの構造は、Ｈ型構造に限定されない。

たとえば、圧電デバイス１のパッケージとして、圧電素子２０が気密封止される第１の容器体と、集積回路素子４０が収納される第２の容器体とを別体で形成してもよい。この場合には、第１の容器体と第２の容器体とを接合することで圧電デバイス１とすることができる。また、圧電デバイス１のパッケージとして、１つのキャビティを有する容器体を用いてもよい。

また、圧電デバイス１は、集積回路素子４０を蓋体の代わりに用いてパッケージのキャビティを気密封止する構造であってもよい。また、圧電デバイス１は、キャビティ内に集積回路素子４０を搭載し、集積回路素子４０の上方に圧電素子２０を配置させた構造であってもよい。

図２に示すように、集積回路素子４０は、端子Ｖｄｄと、端子Ｏｕｔと、端子ＧＮＤと、端子ＴＸ１と、端子ＴＸ２とを備える。また、集積回路素子４０は、発振回路４１と、温度補償部４２と、補正電圧生成回路４３と、メモリ４４と、合成回路４５とを備える。また、集積回路素子４０は、高周波阻止抵抗Ｒ１と、緩衝増幅器ＩＮＶ１とを備える。

端子Ｖｄｄ、端子Ｏｕｔおよび端子ＧＮＤは、外部接続端子５２に対してそれぞれ接続される。端子Ｖｄｄには、外部接続端子５２経由で外部の電源電圧が印加される。ここでは図示を省略するが、端子Ｖｄｄに印加された電源電圧は、温度補償部４２や補正電圧生成回路４３などにも入力される。

端子Ｏｕｔからは、発振信号に基づく信号が外部接続端子５２を介して外部へ出力される。また、端子ＧＮＤは、外部接続端子５２経由で外部のグランドへ接続される。また、端子ＴＸ１および端子ＴＸ２は、圧電素子２０における一対の引き出し電極へ接続される。

発振回路４１は、圧電素子２０を所定の周波数で発振させて圧電素子２０の共振周波数に応じた信号を生成する。具体的には、発振回路４１は、発振用増幅器ＩＮＶ２と、帰還抵抗Ｒ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、可変容量ダイオードＣｖ１，Ｃｖ２とを備える。

かかる発振回路４１では、発振用増幅器ＩＮＶ２が、端子Ｖｄｄ経由で入力された電源電圧を増幅させ、帰還抵抗Ｒ２が、増幅した電源電圧を発振用増幅器ＩＮＶ２へ帰還させることによって、圧電素子２０を発振させる。また、発振回路４１では、合成回路４５から高周波阻止抵抗Ｒ１経由で入力される制御電圧が可変容量ダイオードＣｖ１，Ｃｖ２へ供給されることによって、圧電素子２０の共振周波数が調整される。

このように、発振回路４１は、制御電圧に従って圧電素子２０の共振周波数を調整する。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２は、直流阻止用のコンデンサである。また、可変容量ダイオードＣｖ１，Ｃｖ２のアノード側は、端子ＧＮＤを介してグランドへ接続される。

発振回路４１によって生成された信号は、緩衝増幅器ＩＮＶ１へ入力される。緩衝増幅器ＩＮＶ１は、たとえばＣＭＯＳインバータであり、入力された信号を増幅して端子Ｏｕｔへ出力する。

温度補償部４２は、温度センサ４２ａと、メモリ４２ｂと、温度補償回路４２ｃとを備える。温度センサ４２ａは、圧電素子２０の温度を検出するために設けられるセンサであり、検出した温度情報を温度補償回路４２ｃへ出力する。メモリ４２ｂは、温度補償回路４２ｃが温度補償を行う際に用いる温度補償用データを格納する。

ここで、圧電素子２０は、周波数偏差が温度に対して三次関数的に変化する温度特性を有する。周波数偏差とは、基準周波数からのずれ量のことである。また、基準周波数とは、圧電デバイス１における所望の周波数のことである。メモリ４２ｂには、たとえば、かかる圧電素子２０の温度特性を打ち消す三次関数の係数が温度補償用データとして格納される。

温度補償回路４２ｃは、三次関数発生回路であり、温度センサ４２ａから入力された温度情報とメモリ４２ｂから読み出した温度補償用データとを用い、三次関数によって導き出される補償電圧を生成する。温度補償回路４２ｃによって生成された補償電圧は、合成回路４５へ入力される。このように、本実施形態に係る圧電デバイス１は、温度補償部４２を備える温度補償型発振器である。

ここで、圧電デバイス１に電源が投入され集積回路素子４０が起動すると、集積回路素子４０が発熱し、その後、集積回路素子４０の発熱に伴って圧電素子２０の温度が上昇する。温度センサ４２ａは、通常、集積回路素子４０内あるいは集積回路素子４０の近傍に設けられる。このため、電源投入直後においては、圧電素子２０の実際の温度よりも高い温度が温度センサ４２ａによって検出され、その後、圧電素子２０の実際の温度が温度センサ４２ａの検出温度に近づくこととなる。

この結果、温度補償部４２からは、適切の補償電圧とは異なる補償電圧が出力されることとなる。このため、温度補償部４２からの補償電圧をそのまま制御電圧として用いると、圧電素子２０の温度と温度センサ４２ａの検出温度とが一致し発振回路４１から出力される信号が安定するまでに多くの時間を要する。

近年、たとえばＧＰＳ（Global Positioning System）機能を搭載する電子機器等においては、起動から周波数が安定するまでの時間をより短くすることが要求されており、起動直後における周波数変動をいかに抑えるかが重要な課題となっている。

そこで、本実施形態に係る圧電デバイス１は、温度補償部４２によって生成された補償電圧に対し、補正電圧生成回路４３によって生成される補正電圧を合成することによって得られる制御電圧を発振回路４１へ入力する。これにより、起動直後における周波数変動を抑えることができる。

また、本実施形態に係る圧電デバイス１は、補正電圧生成回路４３として積分回路を用いることとした。これにより、微分回路を用いた場合と異なり、電源電圧の立ち上がり特性をさらに考慮した補正を行うことができ、起動直後における周波数変動をより一層抑えることが可能となる。以下では、これらの点について具体的に説明する。

補正電圧生成回路４３は、温度補償部４２によって生成される補償電圧を補正する補正電圧を生成する回路である。具体的には、補正電圧生成回路４３は、積分回路を含んで構成され、入力される電源電圧の積分値に基づいて補正電圧を生成する。補正電圧生成回路４３によって生成された補正電圧は、合成回路４５へ入力される。

メモリ４４は、補正電圧生成回路４３が補正電圧を生成する際に用いる補正用データを格納する。ここでは、補正用データとして、振幅セレクトコードおよび時定数セレクトコードを記憶する。これら振幅セレクトコードおよび時定数セレクトコードは、起動から周波数が安定するまでにおける圧電素子２０の周波数偏差の変動（ドリフト特性）を実際に測定した測定結果に基づいて決定される。

なお、メモリ４２ｂおよびメモリ４４としては、ＰＲＯＭ（Programmable Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリを用いることができる。

合成回路４５は、たとえばオペアンプであり、温度補償部４２から入力される補償電圧と補正電圧生成回路４３から入力される補正電圧とを合成することによって制御電圧を生成する。合成回路４５によって生成された制御電圧は、高周波阻止抵抗Ｒ１を介して発振回路４１へ入力される。このように、合成回路４５は、補正電圧が合成された制御電圧を発振回路４１に対して出力する制御電圧出力回路の一例である。

次に、補正電圧生成回路４３の構成について図３を用いて説明する。図３は、補正電圧生成回路４３の構成を示す図である。

図３に示すように、補正電圧生成回路４３は、端子Ｖｄｄと、端子Ｖｈと、端子ＧＮＤとを備える。また、補正電圧生成回路４３は、分圧回路４３ａと、バッファアンプ４３ｂと、可変抵抗４３ｃと、反転回路４３ｄと、コンデンサＣ３とを備える。

端子Ｖｄｄには、集積回路素子４０の端子Ｖｄｄ（図２参照）を介して外部の電源電圧が印加される。端子Ｖｄｄに印加された電源電圧は、分圧回路４３ａへ入力される。

端子Ｖｈからは、補正電圧が出力される。端子Ｖｈから出力された補正電圧は、合成回路４５へ入力される。また、端子ＧＮＤは、集積回路素子４０の端子ＧＮＤを介して外部のグランドへ接続される。分圧回路４３ａおよびコンデンサＣ３は、かかる端子ＧＮＤに接続される。

分圧回路４３ａは、入力される電源電圧に比例した電圧を発生させる。分圧回路４３ａによる分圧は、メモリ４４に格納された振幅セレクトコードによって決定される。分圧回路４３ａによって分圧された電源電圧は、ノイズを防止するためのバッファアンプ４３ｂを介して可変抵抗４３ｃへ入力される。

可変抵抗４３ｃは、抵抗値が可変な抵抗器である。可変抵抗４３ｃの抵抗値は、メモリ４４に格納された時定数セレクトコードによって決定される。可変抵抗４３ｃの後段にはコンデンサＣ３が接続される。

このように、補正電圧生成回路４３は、可変抵抗４３ｃとコンデンサＣ３とが直列接続されたＲＣ積分回路を含む。このＲＣ積分回路は、時定数セレクトコードによって時定数が決定され、入力される電源電圧の時間積分に等しい波形の電圧を生成する。

反転回路４３ｄは、可変抵抗４３ｃおよびコンデンサＣ３間の接続点から入力される電源電圧の積分値の波形を反転させ、これによって得られる補正電圧を端子Ｖｈ経由で合成回路４５へ出力する。反転回路４３ｄとしては、たとえば、オペアンプやＣＭＯＳインバータなどを用いることができる。

ここで、ＲＣ積分回路から出力される電源電圧の積分値の波形および反転回路４３ｄから出力される補正電圧の波形について図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、可変抵抗４３ｃへ入力される電源電圧の時間変化を例示する図であり、図４Ｂは、電源電圧の積分値の時間変化を例示する図であり、図４Ｃは、補正電圧の時間変化を例示する図である。

なお、図４Ａには、電源電圧が電源投入直後において直ちに規定電圧Ｖ１へ立ち上がる理想的な例を示している。電源電圧は、実際には、規定電圧Ｖ１に到達するまでに所定の時間を要するが、かかる点については、後述する。

ＲＣ積分回路は、入力される電源電圧を時定数によって決定される時間だけ遅らせて出力する。このため、図４Ｂに示すように、ＲＣ積分回路からは、図４Ａに示す電源電圧の立ち上がりをなまらせた波形が出力される。

また、反転回路４３ｄは、ＲＣ積分回路からの出力波形を、電圧Ｖ１／２を基準に反転させる。これにより、図４Ｃに示すように、反転回路４３ｄからは、電源投入直後に電圧Ｖ１となり、その後、電圧０に向かってなだらかに減衰する波形が出力される。

圧電デバイス１は、図４Ｃに示す補正電圧を温度補償部４２から出力される補償電圧と合成した制御電圧を用いる。これにより、電源投入直後における圧電素子２０の温度と温度センサ４２ａの検出温度とのずれによって生じる補償電圧のずれが補正電圧によって補正されるため、起動時における周波数変動を抑えることができる。

ここで、図４Ｃに示す補正電圧の波形は、メモリ４４に格納される振幅セレクトコードおよび時定数セレクトコードによって決定される。すなわち、可変抵抗４３ｃへ入力される電源電圧における規定電圧Ｖ１が振幅セレクトコードによって決定され、可変抵抗４３ｃの抵抗値が時定数セレクトコードによって決定されることで、補正電圧の波形が決定される。

そして、これら振幅セレクトコードおよび時定数セレクトコードは、温度補償部４２から出力される補償電圧を制御電圧として用いた場合における圧電素子２０のドリフト特性を実際に測定した測定結果に基づいてそれぞれ決定される。

上述したように、電源電圧は、電源投入直後において直ちに規定電圧に到達することが理想的であるが、実際には、規定電圧に到達するまでに所定の時間を要する。

ここで、電源電圧の立ち上がり特性、すなわち、電源投入後において電源電圧が規定電圧に到達するまでの時間的な変化は、使用する電源によって異なる。このため、圧電素子２０のドリフト特性を測定する際に用いられるテスト用電源と、製品出荷後において圧電デバイス１に接続される電源とでは、電源電圧の立ち上がり特性が異なる。したがって、テスト用電源を用いて決定された振幅セレクトコードおよび時定数セレクトコードは、製品出荷後において圧電デバイス１に接続される電源によっては適さない可能性がある。

しかし、本実施形態に係る圧電デバイス１は、ＲＣ積分回路を用いて補正電圧を生成することで、ＣＲ微分回路を用いて補正電圧を生成する場合と比較して、振幅セレクトコードおよび時定数セレクトコードのずれによる影響を小さくすることができる。

以下では、かかる点について図５を用いて説明する。図５は、ＲＣ積分回路の係数値およびＣＲ微分回路の係数値の時間変化を例示する図である。なお、図５には、ＣＲ微分回路の係数値を実線で、ＲＣ積分回路の係数値を点線で示している。

電源電圧（Ｖ）をＶ０、補正電圧（Ｖ）をＶｘとすると、電源電圧をＣＲ微分回路へ通して補正電圧を生成する場合における電源電圧Ｖ０と補正電圧Ｖｘとの関係は、Ｖｘ＝Ｖ０×ｅｘｐ（−Ｔ／ＲＣ）で表される。ここで、Ｔは、時間（ｓ）であり、Ｒは、抵抗値（Ω）であり、Ｃは、容量値（Ｆ）である。なお、ＲＣが時定数となる。

したがって、ＣＲ微分回路の係数値である「ｅｘｐ（−Ｔ／ＲＣ）」は、図５に示すように、電源投入直後において１であり、その後、時定数ＲＣに応じた減少率で減少していく。

一方、電源電圧をＲＣ積分回路へ通して補正電圧を生成する場合における電源電圧Ｖ０と補正電圧Ｖｘとの関係は、Ｖｘ＝Ｖ０×｛１−ｅｘｐ（−Ｔ／ＲＣ）｝で表される。したがって、ＲＣ積分回路の係数値「１−ｅｘｐ（−Ｔ／ＲＣ）」の時間変化は、図５に示すように、電源投入直後において０であり、その後、時定数ＲＣに応じた増加率で増加していく。

このように、電源投入直後を含む所定の時間帯においては、ＣＲ微分回路の係数値よりもＲＣ積分回路の係数値のほうが小さくなる。かかる係数値が小さいほど、電源電圧の立ち上がり特性のバラつきが補正電圧に与える影響は小さくなるため、時定数ＲＣの値が適切でない場合に補正電圧に生じる誤差は、ＣＲ微分回路よりもＲＣ積分回路のほうが小さい。

すなわち、圧電デバイス１は、テスト用電源の立ち上がり特性と製品出荷後に圧電デバイス１に接続される電源の立ち上がり特性とが異なっていたとしても、かかる立ち上がり特性のバラつきが補正電圧に与える影響を小さくすることができる。したがって、圧電デバイス１によれば、ＣＲ微分回路を用いて補正電圧を生成する場合と比較して、起動直後における周波数変動をさらに抑えることができる。

次に、ＣＲ微分回路を用いて補正電圧を生成する場合とＲＣ積分回路を用いて補正電圧を生成する場合との比較について図６〜図９を用いてより具体的に説明する。図６は、電源電圧の立ち上がり特性を例示する図である。

ここで、図６では、電源投入直後において電源電圧が直ちに規定電圧まで立ち上がる電源（以下、「理想電源」と記載する）の立ち上がり特性を太い実線で示している。また、図６では、規定電圧への立ち上がりが比較的早い電源１の立ち上がり特性を細い実線で示し、電源１よりも規定電圧への立ち上がりが遅い電源２の立ち上がり特性を一点鎖線でそれぞれ示している。

図６に示すように、電源電圧は、規定電圧に到達するまでに所定の時間を要する。また、電源電圧が規定電圧に到達するまでの時間的な変化、すなわち、電源電圧の立ち上がり特性は、電源ごとに異なる。

図７は、図６に示す電源１、電源２および理想電源の各電源電圧をＣＲ微分回路に通して得られる補正電圧の時間変化を例示する図である。なお、以下では、ＲＣ積分回路から出力される電圧、すなわち、反転回路４３ｄによって反転される前の補正電圧を便宜上「補正電圧」と呼ぶ。

図７に示すように、たとえば電源投入から所定時間後の時間Ｔにおいて、電源１の補正電圧と電源２の補正電圧とには、大きな差が生じる。周波数調整量は補正電圧によって左右される。このため、ＣＲ微分回路を用いて補正電圧を生成した場合、電源電圧の立ち上がり特性の違いによって周波数調整量に大きな差が生じることとなる。

図８は、図６に示す電源１、電源２および理想電源の各電源電圧をＲＣ積分回路に通して得られる補正電圧の時間変化を例示する図である。

図８に示すように、ＲＣ積分回路を用いた場合、電源１の補正電圧と電源２の補正電圧との差は、ＣＲ微分回路を用いた場合と比較して小さい。すなわち、ＲＣ積分回路を用いた場合には、電源電圧の立ち上がり特性に差があったとしても周波数調整量には大きな差が生じないことがわかる。

図９は、電源１の補正電圧および電源２の補正電圧の電圧差（電源２の補正電圧−電源１の補正電圧）の時間変化を例示する図である。なお、図９では、ＣＲ微分回路を用いた場合における電圧差を実線で、ＲＣ積分回路を用いた場合における電圧差を点線で示している。

図９に示すように、ＣＲ微分回路を用いて補正電圧を生成した場合、電源電圧の立ち上がり特性の違いによって補正電圧が大きくバラつくことがわかる。これに対し、ＲＣ積分回路を用いて補正電圧を生成した場合には、ＣＲ微分回路を用いた場合と比較して、電源電圧の立ち上がり特性の違いによる補正電圧のバラつきが小さいことがわかる。

このように、圧電デバイス１では、ＲＣ積分回路を用いることで、電源電圧の立ち上がり特性を考慮した温度補償を行うことができ、ＣＲ微分回路を用いた場合と比較して、起動直後における周波数変動をより一層抑えることが可能となる。

上述したように、本実施形態に係る圧電デバイス１は、圧電素子２０と、発振回路４１と、補正電圧生成回路４３と、合成回路４５とを備える。発振回路４１は、制御電圧に従って圧電素子２０の共振周波数を調整する。また、補正電圧生成回路４３は、入力される電源電圧の積分値に基づいて補正電圧を生成する。また、合成回路４５は、補正電圧が合成された制御電圧を発振回路４１に対して出力する。したがって、起動直後における周波数変動を抑えることができる。

なお、上述した実施形態では、ＲＣ積分回路が抵抗とコンデンサとを直列に接続して形成される直列ＲＣ回路である場合の例について説明したが、ＲＣ積分回路は、抵抗とコンデンサとを並列に接続して形成される並列ＲＣ回路であってもよい。また、より安定した積分波形を得るために、オペアンプをさらに含んだ積分回路を用いてもよい。

また、図２に示す集積回路素子４０および図３に示す補正電圧生成回路４３は、必ずしも物理的に図示の如く構成されることを要しない。すなわち、集積回路素子４０および補正電圧生成回路４３における各構成要素の分散・統合の具体的態様は、図示のものに限られず、その全部または一部を、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 圧電デバイス
１０ パッケージ
２０ 圧電素子
３０ 蓋体
４０ 集積回路素子
４１ 発振回路
４２ 温度補償部
４２ａ 温度センサ
４２ｂ メモリ
４２ｃ 温度補償回路
４３ 補正電圧生成回路
４３ａ 分圧回路
４３ｂ バッファアンプ
４３ｃ 可変抵抗
４３ｄ 反転回路
４４ メモリ
４５ 合成回路
５１ メタライズ層
５２ 外部接続端子
５３ 接続パッド
５４ 導電性接着剤
５５ 封止材層
５６ 接続パッド
５７ 内部配線

Claims (4)

1. 圧電素子と、
   制御電圧に従って前記圧電素子の共振周波数を調整する発振回路と、
   前記圧電素子の共振周波数に対して温度補償を行う温度補償回路と、
   電源電圧が入力された場合に、入力された電源電圧の積分値の波形を反転させた補正電圧を生成する補正電圧生成回路と、
   前記温度補償回路から入力される補償電圧と前記補正電圧との合成電圧を前記制御電圧として前記発振回路へ出力する制御電圧出力回路と
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記補正電圧生成回路は、
   抵抗とコンデンサとが接続されたＲＣ積分回路
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記補正電圧生成回路は、
   前記電源電圧の積分値の波形を反転させる反転回路
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
4. 電源電圧が入力された場合に、入力される電源電圧の積分値の波形を反転させた補正電圧を生成する補正電圧生成工程と、
   圧電素子の共振周波数に対して温度補償を行う温度補償回路から出力される補償電圧と前記補正電圧との合成電圧を制御電圧として発振回路へ出力する出力工程と、
   前記発振回路が、前記制御電圧に従って圧電素子の共振周波数を調整する調整工程と
   を含むことを特徴とする周波数調整方法。

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