JPH1022734A - 水晶発振器 - Google Patents

水晶発振器

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JPH1022734A
JPH1022734A JP16958196A JP16958196A JPH1022734A JP H1022734 A JPH1022734 A JP H1022734A JP 16958196 A JP16958196 A JP 16958196A JP 16958196 A JP16958196 A JP 16958196A JP H1022734 A JPH1022734 A JP H1022734A
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JP
Japan
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crystal
crystal oscillator
wired
pattern
oscillation circuit
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JP16958196A
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English (en)
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Masataka Otsuka
昌孝 大塚
浩 ▲吉▼川
Hiroshi Yoshikawa
Yasushi Naito
康 内藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0213Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237High frequency adaptations
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/18Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components

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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層基板上に水晶発振器を配線,実装する
に際し、電源パターンまたはアースパターンによる影響
を抑圧し、所望の発振周波数及びその可変範囲が得られ
るようにする。 【解決手段】 水晶発振器を構成するC−MOSインバ
ータ1,抵抗2,水晶振動子3,コンデンサ4,可変容
量ダイオード5及び信号線6が基板の一方の面に実装さ
れ、他方の面にアースパターン8が設けられている。ア
ースパターン8での、C−MOSインバータ1,抵抗
2,水晶振動子3,コンデンサ4,可変容量ダイオード
5及び信号線6に対向する部分には、窓状部8aが形成
され、これにより、アースパターン8とC−MOSイン
バータ1,抵抗2,水晶振動子3,コンデンサ4,可変
容量ダイオード5及び信号線6とが対向しないようにし
て、これら間に発振周波数やその可変範囲に影響する静
電容量が生じないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子を用い
た発振回路に係り、特に、多層基板上に配線、実装され
た水晶発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】水晶振動子を用いた水晶発振器は、発振
周波数の安定度が高いことから、従来より広く用いられ
ており、この発振周波数の微調整は、例えば、水晶振動
子の両端子に接続された負荷容量の値を調整することに
よって行なわれてきた。
【0003】水晶発振器がかかる構成の場合には、かか
る水晶発振器を有する機器(以下、自機器という)が他
の別機器とは一切接続されず、水晶発振器の発振周波数
がこの機器の全ての基準周波数となる場合には、特に問
題はないが、この自機器が任意の個数の別機器と電気的
に直接あるいは空中線を介して接続され、これら別機器
から情報を読み取る場合には、この自機器の基準周波数
を別機器から送られてくる情報の周波数に合わせる必要
があり、この場合には、この自機器の水晶発振器の発振
周波数を何らかの手段を用いて変化させなければならな
い。特に、不特定多数の別機器から情報を読み取る場合
には、発振周波数の可変幅が広い水晶発振器が必要にな
る。
【0004】発振周波数の可変幅を広く取れるように工
夫された水晶発振器の一例が、例えば、特開平5−28
3935号公報に記載されている。
【0005】この水晶発振器は、図3に示すように、水
晶振動子3と並列にCMOSインバータ1と抵抗2を接
続し、また、水晶振動子3の両端子を夫々、可変容量ダ
イオード5を含む負荷容量回路を介して接地する構成と
し、これら可変容量ダイオード5に任意の電圧を加える
ことによって発振周波数を変化させることができるよう
にしたものであって、かかる可変容量ダイオード5を制
御することにより、発振周波数の可変幅を広く取れるよ
うにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の水晶発振器をそのまま多層基板上に配線,実装した
場合、以下のような問題点が生ずる。即ち、 (1)発振周波数の中心値が目標値より大きく外れてし
まう。 (2)発振周波数の可変範囲が目標値より著しく狭くな
る。
【0007】多層基板として、例えば、4層基板を用い
た場合、基板の表面に現われない層(いわゆる、内層)
のパターンは、多くの場合、電源またはアースパターン
であり、それらの配線の仕方は、機器の性能を向上させ
るため、図4に示すように、層一面を、電源またはアー
スパターンとして、殆ど隙間なく銅箔面で埋めつくして
しまうのが一般的である。
【0008】このような基板上に配線,実装した回路で
は、電源またはアースとの間で平行平板コンデンサを構
成してしまうため、これら間に静電容量が存在すること
になり、回路によっては、この静電容量が無視できない
場合がある。特に、水晶発振器では、水晶振動子の負荷
容量が、一般に、数pF〜数十pFと非常に小さいた
め、配線の仕方によっては、この静電容量の影響を受け
やすい。
【0009】例えば、上記従来の水晶発振器を上記の4
層基板に配線,実装した場合、その等価回路は図5に示
すようになり、実際の水晶振動子の負荷容量は、回路図
上で接続されている静電容量の値よりもかなり大きな値
となってしまう。従って、この場合の発振周波数は、こ
の負荷容量の増加した分だけ設計値よりも低くなる。ま
た、この負荷容量の可変幅も固定静電容量の増加した分
だけ狭くなるから、発振周波数の可変範囲も当然に狭く
なる。
【0010】実験によると、27MHz,負荷容量12
pFの仕様の水晶振動子を用いて上記従来の水晶発振回
路を4層基板上に実装した場合、図6に示すように、発
振周波数が設計値よりも約100ppm程度低くなり、
周波数可変範囲も約50ppm程度と狭くなった事例が
ある。
【0011】このような場合、水晶振動子の設計を再度
やり直すか、または、回路的に対策方法を検討せざるを
得ない。前者の場合、水晶振動子を作り直すことになる
わけであるから、このために、相当の時間を要してしま
う。また、後者の場合には、図7に示すように、水晶振
動子3に直列にコンデンサ4を挿入することにより、発
振周波数を若干高くすることは可能であるが、発振周波
数の可変範囲が狭くなるなどの弊害があり、完全な対策
は不可能である。
【0012】本発明の目的は、かかる問題を解消し、多
層基板上に配線,実装されて、発振周波数の中心値や可
変範囲を所望に設定することができるようにした水晶発
振器を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、多層基板上に配線,実装された水晶発振
器において、全ての層で、水晶発振回路と座標を共有す
る部分では、該水晶発振回路に関する配線を除く一切の
配線を行なわないようにし、特に、内層の電源及びアー
スパターンとしては、該水晶発振回路の裏側に相当する
部分を避けるために、窓状部を設け、この部分を銅箔面
で覆わないようにしている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。
【0015】図1は2層基板に実装した場合の本発明に
よる水晶発振器の一実施形態を示す平面図であって、1
はC−MOSインバータ、2は抵抗、3は水晶振動子、
4はコンデンサ、5は可変容量ダイオード、6は表面パ
ターン、7はスルーホール、8はアースパターン、8a
は窓状部である。
【0016】図1において、C−MOSインバータ1,
抵抗2,コンデンサ4及び可変容量ダイオード5は面実
装部品であり、また、水晶振動子3は挿入実装部品であ
る。スルーホール7は表面と裏面のパターンをつなぐも
のである。この場合、面実装部品を基板の表面に実装
し、挿入実装部品を基板の裏面に実装している。また、
信号パターンは全て表面に集約し、裏面を銅箔面からな
るアースパターン8で覆うような配線構成としている。
この実施形態の等価回路を図2に示す。但し、図1に対
応する部分には同一符号を付けている。
【0017】かかる構成において、表側の面に集約され
て配線,実装されたC−MOSインバータ1,抵抗2,
水晶振動子3,コンデンサ4,可変容量ダイオード5及
びこれら間の配線となる表面パターン6は水晶発振回路
を構成しており、銅箔面からなるアースパターン8が設
けられている。
【0018】この実施形態では、かかるアースパターン
8での、かかる水晶発振回路と基板上の座標を共有して
対向する部分に窓状部8aが設けられ、アースパターン
8がC−MOSインバータ1,抵抗2,水晶振動子3,
コンデンサ4,可変容量ダイオード5及び表面パターン
6と対向しないようにしている。
【0019】なお、図9に示すように、C−MOSイン
バータ1,抵抗2,水晶振動子3,コンデンサ4,可変
容量ダイオード5及び表面パターン6に対向する裏側の
部分もアースパターン8で覆ってしまうと、C−MOS
インバータ1,抵抗2,水晶振動子3,コンデンサ4,
可変容量ダイオード5及び表面パターン6夫々がアース
パターン8と平行平板コンデンサを構成するため、これ
ら間にかなり大きな静電容量が存在してしまい、この静
電容量が水晶振動子3の負荷容量に対して無視できない
値となってしまう。このため、発振周波数及び周波数可
変範囲が設計値に対して大きく外れてしまうことにな
る。
【0020】従って、アースパターン8が、C−MOS
インバータ1,抵抗2,水晶振動子3,コンデンサ4,
可変容量ダイオード5及び表面パターン6と対向するの
を避けるようにするために、このアースパターン8での
これら部品と対向する部分を除いて窓状部8aを形成す
ることにより、C−MOSインバータ1,抵抗2,水晶
振動子3,コンデンサ4,可変容量ダイオード5及び表
面パターン6とアースパターン8との間に大きな静電容
量の平行平板コンデンサが形成されなくなり、水晶発振
器の発振周波数及び周波数可変範囲が設計値から大きく
外れてしまうことはない。
【0021】なお、図1は挿入部品の水晶振動子を用い
た例であるが、当然ながら、面実装部品の水晶振動子を
用いても何ら問題はない。
【0022】また、図1では、水晶発振回路を構成する
面実装部品を全て表面に実装しているが、このうちの何
点かをスルーホール7を介して裏面に実装しても、図1
と同様の効果が得られることは明白である。
【0023】さらに、図1では、2層基板を例に用いた
が、3層以上の基板においても、同様に、C−MOSイ
ンバータ1,抵抗2,水晶振動子3,コンデンサ4,可
変容量ダイオード5及び表面パターン6の実装部分に対
向して、他の層に設けられたアースパターン8に窓状部
分8aを設けることにより、さらには、3層以上の基板
の場合には、電源パターンも層一面を銅箔面で覆うよう
な構成にすることが多いが、この電源パターンについて
も、アースパターン8と同様に、C−MOSインバータ
1,抵抗2,水晶振動子3,コンデンサ4,可変容量ダ
イオード5及び表面パターン6に対向する部分に窓状部
を設けることにより、これらとアースパターンや電源パ
ターンとが対向するのを避けることができ、図1と同様
の効果が得られる。
【0024】但し、これらアースパターンや電源パター
ンを水晶発振回路と接続するためのスルーホール7など
の部品は、水晶発振回路に対向する領域に設けてもよ
い。
【0025】また、水晶発振回路との対向を避けて設け
る部品としては、アースパターンや電極パターンのみに
限るものではなく、水晶発振回路から引き出される配線
などの部品であってもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
多層基板上に水晶発振器を実装する場合においても、パ
ターン間などの静電容量の影響を大幅に低減して、発振
周波数及び周波数可変範囲が設計値に対して大きく外れ
てしまうのを防止することができる。
【0027】また、本発明によると、基板が片面基板か
ら多層基板に変更になった場合においても、水晶振動子
を作り直すことなく、そのまま使用することが可能であ
る。従って、水晶発振器の開発期間を大幅に短縮するこ
とが可能となり、また、水晶発振器を実装する基板の如
何によらず、同一の特性を得ることが可能となるため
に、1種類の水晶振動子があれば、複数の機器に対応す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による水晶発振器の一実施形態を示す平
面図である。
【図2】図1に示した実施形態の等価回路を示す回路図
である。
【図3】従来の水晶発振器の等価回路を示す回路図であ
る。
【図4】4層基板のパターンの一例を示す図である。
【図5】図3に示した水晶発振器を図4に示した4層基
板に実装した場合の等価回路を示す回路図である。
【図6】図3に示した水晶発振器の設計値とこれを4層
基板にそのまま実装した場合の実際の特性とを示す図で
ある。
【図7】パターン間などの静電容量による発振周波数の
低下を回路的に補正する方法の一従来例を示す回路図で
ある。
【図8】図7に示した従来例での特性を示す図である。
【図9】水晶発振器の裏側に相当する部分を全てアース
パターンで覆ってしまったパターンの一例を示す平面図
である。
【符号の説明】
1 C−MOSインバータ 2 抵抗 3 水晶振動子 4 コンデンサ 5 可変容量ダイオード 6 表面パターン 7 スルーホール 8 アースパターン 8a 窓状部 9 静電容量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 康 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水晶振動子に並列に能動素子と抵抗とが
    接続され、該水晶振動子の両端子が可変容量素子を含ん
    だ負荷容量回路を介して接地された構成を基本構成とす
    る水晶発振回路が、多層基板上に配線,実装されてなる
    水晶発振器において、 該水晶発振回路が、該多層基板上の所定の1つの層に集
    約されて配線,実装され、 該多層基板上の該所定の1つの層以外の層では、該水晶
    発振回路と基板上の座標を共有する領域に、他の一切の
    部品の配置及び銅箔による配線を行なわないようにした
    ことを特徴とする水晶発振器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の水晶発振器において、 前記多層基板上の全ての層で、前記水晶発振回路と基板
    上の座標を共有する領域に、前記水晶発振回路を構成す
    る配線及び部品を除いた全ての部品の配置及び銅箔によ
    る配線を行なわないようにしたことを特徴とする水晶発
    振器。
  3. 【請求項3】 水晶振動子に並列に能動素子と抵抗とが
    接続され、該水晶振動子の両端子が可変容量素子を含ん
    だ負荷容量回路を介して接地された構成を基本構成とす
    る水晶発振回路が、多層基板上に配線,実装されてなる
    水晶発振器において、 該水晶振動子,該負荷容量回路及び該水晶振動子の両端
    子に接続される配線が配線,実装された面に対して裏側
    の面では、該水晶振動子,該負荷容量回路及び該配線と
    基板上の座標を共有する領域に、該水晶発振回路に関す
    るものを除く全ての配線を行なわないようにしたことを
    特徴とする水晶発振器。
  4. 【請求項4】 水晶振動子に並列に能動素子と抵抗とが
    接続され、該水晶振動子の両端子が可変容量素子を含ん
    だ負荷容量回路を介して接地された構成を基本構成とす
    る水晶発振回路が、多層基板上に配線,実装されてなる
    水晶発振器において、 該水晶発振回路は、該多層基板上の所定の1つの層に集
    約されて配線、実装され、 該多層基板上の該所定の1つの層以外の層では、該水晶
    発振回路と基板上の座標を共有する領域に、電源パター
    ンまたはアースパターンを一切配線しないようにしたこ
    とを特徴とする水晶発振器。
  5. 【請求項5】 水晶振動子に並列に能動素子と抵抗とが
    接続され、該水晶振動子の両端子が可変容量素子を含ん
    だ負荷容量回路を介して接地された構成を基本構成とす
    る水晶発振回路が、多層基板上に配線,実装されてなる
    水晶発振器において、 該多層基板上の全ての層で、該水晶発振回路と基板上の
    座標を共有する領域には、電源パターンまたはアースパ
    ターンを、該水晶発振回路に該電源パターンまたはアー
    スパターンを接続する部分を除いて、配線しないように
    したことを特徴とする水晶発振器。
  6. 【請求項6】 水晶振動子に並列に能動素子と抵抗とが
    接続され、該水晶振動子の両端子が可変容量素子を含ん
    だ負荷容量回路を介して接地された構成を基本構成とす
    る水晶発振回路が、多層基板上に配線,実装されてなる
    水晶発振器において、 該水晶振動子,該負荷容量回路及び該水晶振動子の両端
    子に接続される配線が配線,実装された面に対して裏側
    の面では、該水晶振動子,該負荷容量回路及び該配線と
    基板上の座標を共有する領域に、電源パターンまたはア
    ースパターンを、該水晶発振回路に該電源パターンまた
    はアースパターンを接続する部分を除いて、配線しない
    ようにしたことを特徴とする水晶発振器。
  7. 【請求項7】 水晶振動子に並列に能動素子と抵抗とが
    接続され、該水晶振動子の両端子が可変容量素子を含ん
    だ負荷容量回路を介して接地された構成を基本構成とす
    る水晶発振回路が、銅箔面からなる電源パターンまたは
    アースパターンが任意の層の面に配線されている多層基
    板上に、配線,実装された水晶発振回路において、 該水晶発振回路は、該多層基板上の所定の1つの層に集
    約されて配線,実装され、 該電源パターンまたはアースパターンが設けられた層で
    は、該水晶発振回路と基板上の座標を共有する領域で、
    該電源パターンまたはアースパターンをなす銅箔面に窓
    状部を設け、該領域を避けて該電源パターンまたはアー
    スパターンを配線したことを特徴とする水晶発振器。
  8. 【請求項8】 水晶振動子に並列に能動素子と抵抗とが
    接続され、該水晶振動子の両端子が可変容量素子を含ん
    だ負荷容量回路を介して接地された構成を基本構成とす
    る水晶発振回路が、銅箔面からなる電源パターンまたは
    アースパターンが任意の層の面に配線されている多層基
    板上に、配線,実装された水晶発振回路において、 該水晶発振回路が、該多層基板上の所定の1つの面に集
    約されて配線,実装され、 該水平発振回路が実装された面に対して裏側となる面
    に、該水晶振動子,該負荷容量回路及び該水晶振動子の
    両端に接続された配線とは該多層基板上の座標を共有す
    る領域に窓状部を有する該電源パターンまたはアースパ
    ターンを設け、該電源パターンまたはアースパターン
    を、該領域を避けて、一面に配線したことを特徴とする
    水晶発振器。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6587008B2 (en) 2000-09-22 2003-07-01 Kyocera Corporation Piezoelectric oscillator and a method for manufacturing the same
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