JP6582378B2 - 発振回路、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、発振回路、発振器、電子機器、移動体及び発振器の制御方法に関する。

水晶振動子（圧電振動子）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などの振動子を用いた発振器が開発されている。このような発振器においては、通常の使用時に用いる動作モードの他に、製造時に使用する特殊な動作モード（例えば、検査用の動作モードや設定情報の書き換え用の動作モード）を有する場合がある。

一方、発振器の小型化のためには、端子数を多くはできないので、特殊な動作モード用の専用端子を設けることが難しい場合がある。例えば、特許文献１には、アナログ／デジタル入出力端子を兼用して複数の動作モードで使用するスイッチ回路が開示されている。

特開平９−２９４０２１号公報

端子に入力される電位や入力される信号によって発振器の動作モードを切り替える場合には、電源電圧の不安定や落雷、物理的衝撃などの影響によって、誤って動作モードが切り替わる可能性がある。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる、発振回路、発振器、電子機器、移動体及び発振器の制御方法を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る発振回路は、電源の投入の状態を検出する電源検出部と、所定信号の入力の状態を判定する判定部と、前記電源検出部が電源の投入を検出してから所定時間以内に、前記判定部が前記所定信号の入力を検出したと判定した場合には第１動作モードを選択し、他の場合には第２動作モードを選択する制御部と、を含む、発振回路。

本適用例によれば、電源が投入された後の所定時間以内にのみ第１動作モードを選択できるので、電源電圧の不安定や落雷、物理的衝撃などの影響によって、誤って第１動作モードに切り替わる可能性を低減できる。したがって、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振回路を実現できる。

［適用例２］
上述の適用例において、前記制御部は、前記第２動作モードから前記第１動作モードへ切り替えることを禁止してもよい。

本適用例によれば、誤って第２動作モードから第１動作モードに切り替わる可能性を低
減できる。したがって、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振回路を実現できる。

［適用例３］
上述の適用例において、前記制御部は、前記第１動作モードである場合に、所定のコマンドの入力に基づいて、前記第２動作モードに切り替えてもよい。

本適用例によれば、電源の再投入などを経ることなく、第２動作モードに切り替えることができる。

［適用例４］
上述の適用例において、前記第２動作モードにおける前記制御部の動作に関する設定情報を記憶する記憶部をさらに含み、前記制御部は、前記第１動作モードである場合に前記設定情報の書き換えを許可してもよい。

本適用例によれば、第１動作モードである場合に、第２動作モードにおける動作の変更を許可するので、誤って第２動作モードにおける動作が変更される可能性を低減できる。

［適用例５］
本適用例に係る発振器は、上述の発振回路と、振動子と、を含む、発振器である。

［適用例６］
本適用例に係る電子機器は、上述の発振回路を含む、電子機器である。

［適用例７］
本適用例に係る移動体は、上述の発振回路を含む、移動体である。

これらの発振器、電子機器及び移動体によれば、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振回路を含んでいるので、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振器、電子機器及び移動体を実現できる。

［適用例８］
本適用例に係る発振器の制御方法は、電源の投入を検出してから所定時間以内に、所定信号の入力を検出したと判定した場合に第１動作モードを選択する第１工程と、他の場合には第２動作モードを選択する第２工程と、を含む、発振器の制御方法である。

本適用例によれば、電源が投入された後の所定時間以内にのみ第１動作モードを選択できるので、電源電圧の不安定や落雷、物理的衝撃などの影響によって、誤って第１動作モードに切り替わる可能性を低減できる。したがって、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振器の制御方法を実現できる。

本実施形態に係る発振器の回路図である。 本実施形態に係る発振器の端子配置を示す外観図（底面図）である。 発振部６０の構成の概要を示す回路図である。 本実施形態に係る発振器の動作例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る発振器の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 本実施形態に係る電子機器の機能ブロック図である。 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。 本実施形態に係る移動体の一例を示す図（上面図）である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．発振器及び発振回路の構成例
図１は、本実施形態に係る発振器１００の回路図である。図２は、本実施形態に係る発振器１００の端子配置を示す外観図（底面図）である。

図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る発振器１００は、発振回路１と振動子１１０とを含む発振器であり、発振回路１と振動子１１０とは、パッケージ１２０に収容されている。

本実施形態では、振動子１１０は、基板材料として水晶を用いた水晶振動子であり、例えば、ＡＴカットやＳＣカットの水晶振動子が用いられる。振動子１１０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子であってもよい。また、振動子１１０の基板材料としては、水晶の他、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動子１１０の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。

発振回路１は、電源端子であるＶＣＣ端子、接地端子であるＧＮＤ端子、出力端子であるＯＵＴ端子、外部インターフェース用のＣＴＲＬ端子、振動子１１０との接続端子であるＸＩ端子及びＸＯ端子が設けられている。ＶＣＣ端子、ＧＮＤ端子、ＯＵＴ端子及びＳＣＴＲＬ端子は、図２に示される発振器１００の外部端子にも電気的に接続されている。

発振回路１は、電源検出部１０と、判定部２０と、制御部３０と、記憶部４０と、インターフェース部５０と、発振部６０と、を含んで構成されている。発振回路１は、構成の一部又は全部が半導体回路で構成されていてもよい。

電源検出部１０は、電源の投入の状態を検出する。図１に示される例では、電源検出部１０は、ＶＣＣ端子に所定の電圧が印加されているか否かを検出することによって、電源の投入の状態を検出する。電源検出部１０は、例えば、ＶＣＣ端子の電位と基準電位とを比較するコンパレーターを含んで構成されていてもよいし、種々の公知のパワーオンリセット回路であってもよい。本実施形態においては、電源検出部１０は、電源の投入を検出した場合には、ハイレベルの信号を制御部３０に出力する。

判定部２０は、所定信号の入力の状態を判定する。図１に示される例では、判定部２０は、ＣＴＲＬ端子に所定信号が入力されたか否かを判定する。本実施形態においては、判定部２０は、ＣＴＲＬ端子に所定信号が入力された場合には、ハイレベルの信号を制御部３０に出力する。

インターフェース部５０は、発振回路１の外部との通信インターフェースを提供する。本実施形態においては、インターフェース部５０は、Ｉ^２Ｃ規格やＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インタフェース）規格などのシリアルインターフェースであってもよい。図１に示される例では、インターフェース部５０は、ＣＴＲＬ端子と制御部３０との間の通
信インターフェース及びＯＵＴ端子と制御部３０との間の通信インターフェースを提供する。また、インターフェース部５０は、発振部６０の出力信号をＯＵＴ端子に出力する。

発振部６０は、振動子１１０と電気的に接続されて発振動作を行う。発振部６０としては、例えば、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路など、種々の公知の発振回路、又は、これらの発振回路を含む位相同期回路（ＰＬＬ回路）を採用できる。

図３は、発振部６０の構成の概要を示す回路図である。図３に示される例では、発振部６０は、増幅回路６１と、バッファー回路６２とを含んで構成されている。増幅回路６１は、反転増幅回路で構成されていてもよい。バッファー回路６２は、バッファーアンプ回路で構成されていてもよい。図３に示される例では、増幅回路６１の入力端子はＸＩ端子を介して振動子１１０の第１電極と電気的に接続され、出力端子はＸＯ端子を介して振動子１１０の第２電極と電気的に接続されるとともにバッファー回路６２の入力端子と電気的に接続されている。また、バッファー回路６２の出力端子はインターフェース部５０と電気的に接続されている。

制御部３０は、インターフェース部５０及び発振部６０や不図示の他の回路構成を制御することによって、発振回路１の動作を制御する。制御部３０は、電源検出部１０が電源の投入を検出してから所定時間以内に、判定部２０が所定信号の入力を検出したと判定した場合には動作モードとして第１動作モードを選択し、他の場合には動作モードとして第２動作モードを選択する。制御部３０は、所定時間をカウントするためのタイマーを含んで構成されていてもよい。

第１動作モードは、例えば、記憶部４０に記憶される情報を書き換えるコマンドを受け付けるインターフェースモードであってもよい。第２動作モードは、例えば、発振部６０の増幅回路６１及びバッファー回路６２を動作させて発振信号を出力させる通常モードであってもよい。また、ＣＴＲＬ端子にハイレベルの電圧が印加されている場合には、第２動作モードは、発振部６０の増幅回路６１の動作を停止させるスタンバイモードや発振部６０のバッファー回路６２を動作させるアウトプットイネーブルモードであってもよい。制御部３０は、発振部６０の増幅回路６１及びバッファー回路６２に制御信号を出力することによって、動作モードを選択する。

記憶部４０は、第２動作モードにおける制御部３０の動作に関する設定情報を記憶する。記憶部４０は、不揮発性メモリーやレジスターを含んで構成されていてもよい。設定情報としては、例えば、第２動作モードにおける動作が、上述のスタンバイモードとアウトプットイネーブルモードのいずれであるかを示す情報であってもよい。

２．発振器及び発振回路の動作例
図４は、本実施形態に係る発振器１００の動作例を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る発振器１００の動作例を説明するためのタイミングチャートである。図５の横軸は時間、縦軸は端子に印加される電圧である。図５の上の図はＶＣＣ端子に印加される電圧を表し、下の図はＣＴＲＬ端子に印加される電圧を表す。

本実施形態に係る発振器１００の制御方法は、電源の投入を検出してから所定時間以内に、所定信号の入力を検出したと判定した場合に第１動作モードを選択する第１工程と、他の場合には第２動作モードを選択する第２工程と、を含む。後述されるステップＳ１００〜ステップＳ１０４が第１工程に対応し、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０が第２工程に対応する。

まず、発振器１００は、ＶＣＣ端子への電源の投入を検出する（ステップＳ１００）。本実施形態においては、電源検出部１０がステップＳ１００の処理を行う。図５に示される例では、電源検出部１０は、ＶＣＣ端子に印加される電圧が時刻ｔ１で基準電圧Ｖｒｅｆを上回ったことを検出する。また、時刻ｔ１から所定期間を開始する。

ステップＳ１００の後に、発振器１００は、ＣＴＲＬ端子に所定信号の入力があるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。本実施形態においては、判定部２０がステップＳ１０２の処理を行う。図５に示される例では、判定部２０は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、所定信号として「０１０１１０」を検出したものと判定する。

ＣＴＲＬ端子に所定信号の入力を検出した場合（ステップＳ１０２でＹＥＳの場合）には、発振器１００は、動作モードとして第１動作モードを選択する（ステップＳ１０４）。本実施形態においては、制御部３０がステップＳ１０４の処理を行う。

ＣＴＲＬ端子に所定信号の入力がなかった場合（ステップＳ１０２でＮＯの場合）には、発振器１００は、電源の投入から所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。本実施形態においては、制御部３０がステップＳ１０８の処理を行う。図５に示される例では、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間が所定時間である。

電源の投入から所定時間が経過していない場合（ステップＳ１０８でＮＯの場合）には、ステップＳ１０２に戻る。電源の投入から所定時間が経過している場合（ステップＳ１０８でＹＥＳの場合）には、発振器１００は、動作モードとして第２動作モードを選択する（ステップＳ１１０）。本実施形態においては、制御部３０がステップＳ１１０の処理を行う。ステップＳ１１０の後に、動作モードの選択を終了する。

本実施形態によれば、電源が投入された後の所定時間以内にのみ第１動作モードを選択できるので、電源電圧の不安定や落雷、物理的衝撃などの影響によって、誤って第１動作モードに切り替わる可能性を低減できる。したがって、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振回路１、発振器１００及び発振器１００の制御方法を実現できる。

本実施形態において、制御部３０は、第２動作モードである場合に、第１動作モードへ切り替えることを禁止してもよい。図４に示される例では、ステップＳ１１０で第２動作モードが選択された後は、動作モードを終了するので、電源の再投入があって再び動作モードの選択が開始されるまでは第１動作モードへ切り替わることがない。

本実施形態によれば、誤って第２動作モードから第１動作モードに切り替わる可能性を低減できる。したがって、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振回路１、発振器１００及び発振器１００の制御方法を実現できる。

本実施形態において、制御部３０は、第１動作モードである場合に、所定のコマンドの入力に基づいて、第２動作モードに切り替えてもよい。図４に示される例では、ステップＳ１０４の後に、所定のコマンドの入力を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。所定のコマンドの入力を受け付けていない場合（ステップＳ１０６でＮＯの場合）には、ステップＳ１０４の処理を行って、第１動作モードを選択する。所定のコマンドを受け付けた場合（ステップＳ１０６でＹＥＳの場合）には、ステップＳ１１０の処理を行って第２動作モードを選択する。

本実施形態によれば、電源の再投入などを経ることなく、第２動作モードに切り替えることができる。

本実施形態において、制御部３０は、第１動作モードである場合に、記憶部４０に記憶される設定情報の書き換えを許可してもよい。

本実施形態によれば、第１動作モードである場合に、第２動作モードにおける動作の変更を許可するので、誤って第２動作モードにおける動作が変更される可能性を低減できる。

３．電子機器
図６は、本実施形態に係る電子機器３００の機能ブロック図である。なお、上述された各実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る電子機器３００は、発振器１００を含む電子機器３００である。図６に示される例では、電子機器３００は、発振器１００、逓倍回路３１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０、音出力部３８０を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る電子機器３００は、図６に示される構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

逓倍回路３１０は、クロックパルスをＣＰＵ３２０だけでなく各部に供給する（図示は省略）。クロックパルスは、例えば振動子１１０と接続された発振回路１からの発振信号から所望の高調波信号を逓倍回路３１０で取り出した信号であってもよいし、発振回路１からの発振信号を、ＰＬＬシンセサイザーを有する逓倍回路３１０で逓倍した信号であってもよい（図示は省略）。

ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、逓倍回路３１０が出力するクロックパルスを用いて各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部３８０に各種の音を出力させる処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や電気泳動ディスプレイ等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。

そして、音出力部３８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。

本実施形態に係る電子機器３００によれば、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振回路１を含んでいるので、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる電子機器３００を実現できる。

電子機器３００としては種々の電子機器が考えられる。例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ（point of sale）端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。

図７は、電子機器３００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。電子機器３００であるスマートフォンは、操作部３３０としてボタンを、表示部３７０としてＬＣＤを備えている。そして、電子機器３００であるスマートフォンは、発振回路１を含んでいるので、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる電子機器３００を実現できる。

４．移動体
図８は、本実施形態に係る移動体４００の一例を示す図（上面図）である。なお、上述された各実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る移動体４００は、発振回路１を含む移動体４００である。図８には、発振回路１を含む発振器１００を含んで構成されている移動体４００が示されている。また、図８に示される例では、移動体４００は、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、コントローラー４３０、コントローラー４４０、バッテリー４５０及び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、本実施形態に係る移動体４００は、図８に示される構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

本実施形態に係る移動体４００によれば、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる発振回路１を含んでいるので、誤って動作モードが切り替わる可能性を低減できる移動体４００を実現できる。

このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

以上、本実施形態あるいは変形例について説明したが、本発明はこれら本実施形態あるいは変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…発振回路、１０…電源検出部、２０…判定部、３０…制御部、４０…記憶部、５０…インターフェース部、６０…発振部、６１…増幅回路、６２…バッファー回路、１００…発振器、１１０…振動子、１２０…パッケージ、３００…電子機器、３１０…逓倍回路、３２０…ＣＰＵ、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、３８０…音声出力部、４００…移動体、４２０…コントローラー、４３０…コントローラー、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 (6)

1. 電源の投入の状態を検出する電源検出部と、
   所定信号の入力の状態を判定する判定部と、
   前記電源検出部が電源の投入を検出してから所定時間以内に、前記判定部が前記所定信号の入力を検出したと判定した場合には第１動作モードを選択し、他の場合には第２動作モードを選択する制御部と、
   を含み、
   前記第１動作モードは、前記制御部の動作に関する設定情報の書き換えが許可されるモードであり、
   前記第２動作モードは、発振信号を出力する通常モードであり、
   前記制御部は、前記第１動作モードである場合に、所定のコマンドの入力に基づいて、前記第２動作モードに切り替える、発振回路。
2. 前記制御部は、前記第２動作モードから前記第１動作モードへ切り替えることを禁止する、請求項１に記載の発振回路。
3. 前記設定情報を記憶する記憶部をさらに含み、
   前記制御部は、前記第１動作モードである場合に前記設定情報の書き換えを許可する、請求項１又は２に記載の発振回路。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振回路と、
   振動子と、
   を含む、発振器。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振回路を含む、電子機器。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振回路を含む、移動体。

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