JP6527372B2 - 発振器 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子を用いた発振回路で複数の発振信号を出力可能な発振器に関する。

電子機器には、所定周期の安定した発振信号を供給し続けるタイミングデバイスが用いられている。このようなタイミングデバイスとして、水晶振動子を用いた発振器が広く普及している。
近年、発振器として、下記の特許文献１に記載のように、一つの水晶振動片で２つの発振信号を出力するデュアルモード発振器が提案されている。

特開２０１４−２３６４６６号公報

複数の発振信号を出力する発振器では、基板における配線パターンが増えるため、配線が複雑になる。そして、限られたスペースで複数の配線パターンを隣接するように配線する場合には、各配線パターンが接続されている端子間で静電容量の結合が大きくなってしまい、配線パターン間で干渉が発生してしまう。この結果、発振器の周波数特性が悪化する恐れがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数の発振信号を出力する発振器における配線パターン間の干渉を抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、水晶振動子を用いて複数の発振信号を出力可能な発振回路と、前記発振回路と接続されている基板と、を備える発振器であって、前記基板は、前記水晶振動子と電気的に接続されている第１振動子ランド及び第２振動子ランドと、電源と電気的に接続されている電源ランドと、前記第１振動子ランドと前記電源ランドとの間に位置し、前記発振回路からの第１発振信号を外部へ出力する第１出力ランドと、を有し、前記第１出力ランドからの配線パターンは、前記第１振動子ランドと前記第２振動子ランドとの間を通過している発振器を提供する。

また、前記第１振動子ランド、前記第２振動子ランド、前記電源ランド、及び前記第１出力ランドは、前記基板の主面に形成され、前記主面において、前記第１出力ランドからの配線パターンは、前記第１振動子ランドと前記電源ランドを結ぶ仮想線に対して第１の側に形成されており、かつ前記電源ランドからの配線パターンは、前記仮想線に対して前記第１の側とは反対の第２の側に形成されていることとしてもよい。

また、前記基板の主面において、前記第１出力ランドからの配線パターンと前記電源ランドからの配線パターンとの間の距離は、前記第１出力ランドと前記電源ランドの間の距離以上の大きさであることとしてもよい。

また、前記発振器は、前記第１発振信号とは異なる第２発振信号を外部へ出力する第２出力ランドを更に備え、前記電源ランドは、前記第１出力ランドと前記第２出力ランドとの間に位置し、前記基板の主面において、前記第２出力ランドからの配線パターンと前記電源ランドからの配線パターンとの間の距離は、前記第２出力ランドと前記電源ランドの間の距離以上の大きさであることとしてもよい。

本発明によれば、複数の発振信号を出力する発振器における配線パターン間の干渉を抑制できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。 ＩＣ２０の端子の配列状態を示す模式図である。 基板部３１に形成された配線パターン及びランドの配線状態を示す模式図である。 比較例に係るＩＣ９２０の端子の配列状態を示す模式図である。 比較例に係る基板部９３１に形成された配線パターン及びランドの配線状態を示す模式図である。

＜発振器の構成＞
図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係る発振器１の構成の一例について説明する。
図１は、一実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。

発振器１は、携帯機器等の様々な電子機器に搭載可能であり、水晶振動子を用いた発振回路で所定周波数の安定した発振信号を供給し続けるタイミングデバイスである。本実施形態に係る発振器１は、周波数が異なる複数の発振信号（ここでは、３０ＭＨｚに対応する発振信号と２５ＭＨｚに対応する発振信号）を出力可能である。

図１に示すように、発振器１は、水晶振動子１０と、ＩＣ２０と、ベース部材３０と、カバー部材４０とを有する。
水晶振動子１０は、例えば、圧電体である水晶片を２つの電極で挟んだ構造を成している。２つの電極は、それぞれＩＣ２０と電気的に接続される。水晶振動子１０は、ベース部材３０の凹部３０ａに収容されている。

ＩＣ２０は、電子回路を形成しており、水晶振動子１０を用いて３０ＭＨｚ（第１周波数）に対応する第１発振信号と２５ＭＨｚ（第２周波数）に対応する第２発振信号とを出力する発振回路の機能を有する。ＩＣ２０は、ベース部材３０の凹部３０ａに、水晶振動子１０の下方に位置するように収容されている。ＩＣ２０は、ベース部材３０の基板部３１に対向する下面２１に複数の端子を有する。ＩＣ２０の端子は、それぞれ基板部３１に形成されたランドと接続されている。

図２は、ＩＣ２０の端子の配列状態を示す模式図であり、ＩＣ２０を下面２１側から見た図である。図２に示すように、ＩＣ２０の下面２１には、振動子端子２２ａ、第１出力端子２２ｂ、電源端子２２ｃ、第２出力端子２２ｄ、振動子端子２２ｅ、第３出力端子２２ｆ、切替端子２２ｇ、及び接地端子２２ｈが形成されている。

振動子端子２２ａは、水晶振動子１０の電極と電気的に接続される端子である。第１出力端子２２ｂは、３０ＭＨｚの第１発振信号を出力するための端子である。電源端子２２ｃは、電源と電気的に接続される端子である。第２出力端子２２ｄは、２５ＭＨｚの第２発振信号を出力するための端子である。

振動子端子２２ｅは、水晶振動子１０の電極と電気的に接続される端子である。第３出力端子２２ｆは、ここでは、３０ＭＨｚの第１発振信号と２５ＭＨｚの第２発振信号とのうちの一方を選択して出力するための端子である。切替端子２２ｇは、第３出力端子２２ｆが出力する発振信号（第１発振信号又は第２発振信号）を切り替えるための端子である。接地端子２２ｈは、ＩＣ２０を接地するための端子である。

図２に示すように、振動子端子２２ａ、第１出力端子２２ｂ、電源端子２２ｃ、及び第２出力端子２２ｄは、ＩＣ２０の長手方向（Ｘ方向）に沿って所定間隔で一列に配列している。同様に、振動子端子２２ｅ、第３出力端子２２ｆ、切替端子２２ｇ、及び接地端子２２ｈも、ＩＣ２０の長手方向に沿って所定間隔で一列に配列している。また、ＩＣ２０の短手方向（Ｙ方向）における端子の間隔は、同じ大きさである。

図１に戻り、ベース部材３０は、例えば基材であるセラミックスを積層した構造となっている。ベース部材３０は、中央に凹部３０ａが形成された容器である。凹部３０ａは、水晶振動子１０及びＩＣ２０を収容する。ベース部材３０は、配線パターンが形成された基板部３１を有し、ＩＣ２０と接続されている。

図３は、基板部３１に形成された配線パターン及びランドの配線状態を示す模式図である。図３に示すように、ベース部材３０の基板部３１の上面３１ａには、配線パターン３３ａ〜３３ｈが形成されている。また、上面３１ａには、振動子ランド３２ａ、第１出力ランド３２ｂ、電源ランド３２ｃ、第２出力ランド３２ｄ、振動子ランド３２ｅ、第３出力ランド３２ｆ、切替ランド３２ｇ、及び接地ランド３２ｈが形成されている。本実施形態では、上面３１ａがベース部材３０の主面に該当し、振動子ランド３２ａが第１振動子ランドに該当し、振動子ランド３２ｅが第２振動子ランドに該当する。

振動子ランド３２ａは、配線パターン３３ａの端部に形成されており、ＩＣ２０の振動子端子２２ａと接合している。例えば、振動子ランド３２ａは、図１に示すようにＡｕバンプで振動子端子２２ａと接合している。第１出力ランド３２ｂは、配線パターン３３ｂの端部に形成されており、ＩＣ２０の第１出力端子２２ｂと接合している。電源ランド３２ｃは、配線パターン３３ｃの端部に形成されており、ＩＣ２０の電源端子２２ｃと接合している。第２出力ランド３２ｄは、配線パターン３３ｄの端部に形成されており、ＩＣ２０の第２出力端子２２ｄと接合している。

振動子ランド３２ｅは、配線パターン３３ｅの端部に形成されており、ＩＣ２０の振動子端子２２ｅと接合している。第３出力ランド３２ｆは、配線パターン３３ｆの端部に形成されており、ＩＣ２０の第３出力端子２２ｆと接合している。切替ランド３２ｇは、配線パターン３３ｇの端部に形成されており、ＩＣ２０の切替端子２２ｇと接合している。接地ランド３２ｈは、配線パターン３３ｈの端部に形成されており、ＩＣ２０の接地端子２２ｈと接合している。

本実施形態においては、振動子ランド３２ａ及び振動子ランド３２ｅは、それぞれ配線パターン３３ａ、３３ｅを介して、水晶振動子１０の端子と電気的に接続されている（図１参照）。電源ランド３２ｃは、配線パターン３３ｃを介して、電源と電気的に接続されている。第１出力ランド３２ｂ、第２出力ランド３２ｄ及び第３出力ランド３２ｆは、それぞれ配線パターン３３ｂ、３３ｄ、３３ｆを介して、基板部３１の裏面３１ｂ（図１）に設けられ発振信号を外部へ出力する外部端子と電気的に接続されている。例えば、配線パターン３３ｂは、外部端子３５ｂと接続されており、配線パターン３３ｄは、外部端子３５ｃと接続されている。そして、第１出力ランド３２ｂは、ＩＣ２０の発振回路からの３０ＭＨｚの第１発振信号を出力し、第２出力ランド３２ｄは、２５ＭＨｚの第２発振信号を出力し、第３出力ランド３２ｆは、３０ＭＨｚの第１発振信号又は２５ＭＨｚの第２発振信号を出力する。

ところで、本実施形態では、第１出力ランド３２ｂからの配線パターン３３ｂは、第１出力ランド３２ｂの隣に設けられた電源ランド３２ｃからの配線パターン３３ｃとは離間するように形成されている。具体的には、上面３１ａにおいて、第１出力ランド３２ｂからの配線パターン３３ｂと電源ランド３２ｃからの配線パターン３３ｃとの間の距離は、第１出力ランド３２ｂと電源ランド３２ｃの間の距離以上の大きさである。これにより、配線パターン３３ｂと配線パターン３３ｃとが接近することを防止できるので、配線パターン３３ｂと配線パターン３３ｃの間の干渉を抑制できる。この結果、第１出力ランド３２ｂから出力される３０ＭＨｚの第１発振信号を外部に適切に出力することが可能となる。

また、上面３１ａにおいて、第１出力ランド３２ｂからの配線パターン３３ｂは、第１出力ランド３２ｂと電源ランド３２ｃを結ぶ仮想線（図３に示す仮想線Ｌ）に対して第１の側（図３では下側）に形成されており、かつ電源ランド３２ｃからの配線パターン３３ｃは、仮想線Ｌに対して第１の側とは反対の第２の側（図３では上側）に形成されている。これにより、配線パターン３３ｂの形成方向と配線パターン３３ｃの形成方向とが逆方向になるので、配線パターン３３ｂと配線パターン３３ｃが接近することを有効に防止できる。

また、配線パターン３３ｂは、振動子ランド３２ａと振動子ランド３２ｅとの間を通過するように形成されている。すなわち、配線パターン３３ｂは、振動子ランド３２ａからの配線パターン３３ａと振動子ランド３２ｅからの配線パターン３３ｅとの間に形成されている。かかる場合には、配線パターン３３ｂと配線パターン３３ｃの間の距離を大きくできるので、配線パターン３３ｂと配線パターン３３ｃの間の干渉をより有効に抑制できる。

なお、配線パターン３３ｂは、上面３１ａに形成されたスルーホール３４ｂを介して、基板部３１の裏面３１ｂに配線され、裏面３１ｂに設けられた外部端子３５ｂと接続している。一方で、配線パターン３３ｃは、スルーホールを介さず基板部３１の隅の側面３４ｃを介して裏面３１ｂに配線され、裏面３１ｂに設けられた外部端子３５ａと接続している。これにより、裏面３１ｂにおいて配線パターン３３ｂと配線パターン３３ｃが接近することを抑制できる。

また、第２出力ランド３２ｄからの配線パターン３３ｄも、第１出力ランド３２ｂと第２出力ランド３２ｄの間に位置する電源ランド３２ｃからの配線パターン３３ｃとは離間するように形成されている。具体的には、上面３１ａにおいて、第２出力ランド３２ｄからの配線パターン３３ｄと電源ランド３２ｃからの配線パターン３３ｃとの間の距離は、第２出力ランド３２ｄと電源ランド３２ｃの間の距離以上の大きさである。これにより、配線パターン３３ｄと配線パターン３３ｃとが接近することを防止できるので、配線パターン３３ｄと配線パターン３３ｃの間の干渉を抑制できる。この結果、３０ＭＨｚの第１発振信号に加えて、２５ＭＨｚの第２発振信号を外部に適切に出力することが可能となる。

図１に戻り、カバー部材４０は、ベース部材３０と接合して、ベース部材３０の凹部３０ａを密封する。カバー部材４０は、平板状に形成されており、例えば封止材を介してベース部材３０と接合されている。

＜本実施形態における効果＞
本実施形態においては、図３に示すように、３０ＭＨｚの発振信号を出力する第１出力ランド３２ｂからの配線パターン３３ｂ、及び２５ＭＨｚの発振信号を出力する第２出力ランド３２ｄからの配線パターン３３ｄが、第１出力ランド３２ｂと第２出力ランド３２ｄの間に位置する電源ランド３２ｃからの配線パターン３３ｃから離間するように形成されている。これにより、第１出力ランド３２ｂ、電源ランド３２ｃ、及び第２出力ランド３２ｄが近接して配置することに起因して発生する配線パターン３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ間の干渉を抑制できる。

以下においては、図４及び図５に示す比較例に係る発振器と対比しながら、本実施形態による効果について更に説明する。
図４は、比較例に係るＩＣ９２０の端子の配列状態を示す模式図であり、下面９２１側から見た図である。図５は、比較例に係るベース部材９３０の基板部９３１に形成された配線パターン及びランドの配線状態を示す模式図である。

図４に示すように、ＩＣ９２０も、図２に示す発振器１のＩＣ２０と同様に、振動子端子９２２ａ、第１出力端子９２２ｂ、電源端子９２２ｃ、第２出力端子９２２ｄ、振動子端子９２２ｅ、第３出力端子９２２ｆ、切替端子９２２ｇ、及び接地端子９２２ｈを有する。ＩＣ９２０では、短手方向（Ｙ方向）における振動子端子９２２ａと振動子端子９２２ｅの間隔が、図２に示すＩＣ２０の振動子端子２２ａと振動子端子２２ｅの間隔よりも小さい。

また、図５に示すように、比較例に係る発振器にも、ＩＣ９２０の各端子と接合するランド９３２ａ〜９３２ｈと、配線パターン９３３ａ〜９３３ｈが形成されている。図３と図５を対比すると分かるように、第１出力ランド９３２ｂからの配線パターン９３３ｂ、及び電源ランド９３２ｃからの配線パターン９３３ｃの配線状態が、図３に示す発振器１の配線パターン３３ｂ、３３ｃの配線状態とは異なる。具体的には、図５に示すように、配線パターン９３３ｂ、９３３ｃが、第１出力ランド９３２ｂと電源ランド９３２ｃを結ぶ仮想線Ｌに対して同じ側（図５では上側）に形成されている。また、配線パターン９３３ｃが、第２出力ランド９３２ｄからの配線パターン９３３ｄと平行になるように形成されている。ところで、図５に示す配線状態の場合には、ＩＣ９２０の端子間の静電容量の結合値が大きくなってしまう。

ここで、比較例に係る発振器のＩＣ９２０の端子間の静電容量の結合値、及び本実施形態に係る発振器１のＩＣ２０の端子間の静電容量の結合値の測定結果について説明する。一般的に、端子間の静電容量の結合値が大きいと、配線パターン間の干渉の度合いも大きくなる。特に、結合値が大きくなると、配線パターンを介して出力される発振信号の波形が歪んでしまい、正常波形の発振信号を出力できない恐れがある。

表１は、比較例の発振器の振動子端子９２２ａ、第１出力端子９２２ｂ、第２出力端子９２２ｄ、第３出力端子９２２ｆ、及び振動子端子９２２ｅの間の静電容量の結合値を示す。なお、結合値の単位は、ｐＦである。

表２は、本実施形態の発振器１の振動子端子２２ａ、第１出力端子２２ｂ、第２出力端子２２ｄ、第３出力端子２２ｆ、振動子端子２２ｅの間の静電容量の結合値を示す。

上記の表１と表２を比較すると分かるように、本実施形態の場合には、比較例に比べて全般的に端子間の静電容量の結合値が小さくなっている。結合値が小さくなることで、出力される発振信号の波形が歪むことを抑制できるので、発振器１が正常な発振信号を出力できる。また、本実施形態の場合には、振動子端子２２ａ、第１出力端子２２ｂ、第２出力端子２２ｄ、第３出力端子２２ｆ、及び振動子端子２２ｅの各々に対応する配線パターン３３ａ、３３ｂ、３３ｄ、３３ｆ、３３ｅの間の干渉も小さくなり、発振器１の特性を改善できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 発振器
１０ 水晶振動子
２０ ＩＣ
３０ ベース部材
３１ 基板部
３１ａ 凹部底面
３２ａ 振動子ランド
３２ｂ 第１出力ランド
３２ｃ 電源ランド
３２ｄ 第２出力ランド
３２ｅ 振動子ランド
３２ｆ 第３出力ランド
３３ａ〜３３ｈ 配線パターン
Ｌ 仮想線

Claims (3)

1. 水晶振動子を用いて複数の発振信号を出力可能な発振回路と、前記発振回路と接続されている基板と、を備える発振器であって、
   前記基板は、
   前記水晶振動子と電気的に接続されている第１振動子ランド及び第２振動子ランドと、
   電源と電気的に接続されている電源ランドと、
   前記第１振動子ランドと前記電源ランドとの間に位置し、前記発振回路からの第１発振信号を外部へ出力する第１出力ランドと、
   前記第１発振信号とは異なる第２発振信号を外部へ出力する第２出力ランドと、を有し、
   前記電源ランドは、前記第１出力ランドと前記第２出力ランドとの間に位置し、
   前記第１出力ランドからの配線パターンと前記電源ランドからの配線パターンとの間の距離は、前記第１出力ランドと前記電源ランドの間の距離以上の大きさであり、
   前記第２出力ランドからの配線パターンと前記電源ランドからの配線パターンとの間の距離は、前記第２出力ランドと前記電源ランドの間の距離以上の大きさである、発振器。
2. 前記第１振動子ランド、前記第２振動子ランド、前記電源ランド、及び前記第１出力ランドは、前記基板の主面に形成され、
   前記主面において、前記第１出力ランドからの配線パターンは、前記第１振動子ランドと前記電源ランドを結ぶ仮想線に対して第１の側に形成されており、かつ前記電源ランドからの配線パターンは、前記仮想線に対して前記第１の側とは反対の第２の側に形成されている、
   請求項１に記載の発振器。
3. 前記第１出力ランドからの配線パターンは、前記第１振動子ランドと前記第２振動子ランドとの間を通過している、
   請求項１又は２に記載の発振器。

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