WO2015133472A1 - 水晶発振器及び水晶発振器の製造方法 - Google Patents

水晶発振器及び水晶発振器の製造方法 Download PDF

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WO2015133472A1
WO2015133472A1 PCT/JP2015/056210 JP2015056210W WO2015133472A1 WO 2015133472 A1 WO2015133472 A1 WO 2015133472A1 JP 2015056210 W JP2015056210 W JP 2015056210W WO 2015133472 A1 WO2015133472 A1 WO 2015133472A1
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circuit
impedance adjustment
frequency
oscillation
adjustment circuit
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高司 中岡
赤池　和男
浩 星上
小林　薫
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日本電波工業株式会社
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    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2201/00—Aspects of oscillators relating to varying the frequency of the oscillations
    • H03B2201/02—Varying the frequency of the oscillations by electronic means
    • H03B2201/0208—Varying the frequency of the oscillations by electronic means the means being an element with a variable capacitance, e.g. capacitance diode

Definitions

  • the present invention relates to a crystal oscillator and a method for manufacturing a crystal oscillator.
  • Patent Document 1 discloses a temperature-compensated crystal oscillator that can output a first oscillation signal output to an external device and a second oscillation signal used for a temperature sensor.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a conventional crystal oscillator 100 that outputs signals of two frequencies.
  • a conventional crystal oscillator 100 includes a first crystal resonator 101, a first oscillation circuit 102 that oscillates the first crystal resonator 101 at a first frequency, a second crystal resonator 103, And a first oscillation circuit 104 that oscillates the second crystal unit 103 at a second frequency.
  • the conventional crystal oscillator 100 includes two crystal resonators, there is a problem that a mounting area becomes large.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a crystal oscillator 110 that simultaneously oscillates one crystal resonator at different frequencies.
  • the crystal oscillator 110 includes a crystal resonator 111, a first oscillation circuit 112 that oscillates the crystal resonator 111 at a first frequency, and a second oscillation circuit 113 that oscillates the crystal resonator 111 at a second frequency.
  • the crystal oscillator 110 has a problem that the respective oscillation circuits influence each other and the output signal cannot be oscillated stably.
  • the present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to provide a crystal oscillator and a method for manufacturing the crystal oscillator that can oscillate an output signal stably while reducing the mounting area. To do.
  • a crystal oscillator includes a first oscillation circuit that oscillates a crystal resonator at a first frequency, and a first impedance adjustment circuit that adjusts an impedance of a first oscillation system including the crystal resonator and the first oscillation circuit.
  • a second oscillation circuit that oscillates the crystal resonator at a second frequency different from the first frequency, and a second oscillation system that adjusts impedance of a second oscillation system that includes the crystal resonator and the second oscillation circuit.
  • An impedance adjustment circuit, and a control circuit that controls the first impedance adjustment circuit and the second impedance adjustment circuit are provided.
  • the crystal oscillator includes the first oscillation system or the first frequency or the second frequency between the crystal resonator and at least one of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit. You may further provide the negative resistance generation circuit which produces a negative resistance with respect to a 2nd oscillation system
  • the negative resistance generation circuit is preferably short-circuited at a frequency outside the predetermined range with respect to the first frequency and at a frequency outside the predetermined range with respect to the second frequency, and negative resistance is not generated.
  • the crystal oscillator further includes an isolation adjustment circuit for ensuring isolation between the oscillation circuits between the crystal resonator and at least one of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit. Good.
  • the first impedance adjustment circuit and the second impedance adjustment circuit have a resistor array composed of a plurality of resistors, and the control circuit controls the resistor array to control the first impedance adjustment circuit and the second impedance adjustment circuit.
  • the resistance value of at least one of the second impedance adjustment circuits may be adjusted.
  • the first impedance adjustment circuit and the second impedance adjustment circuit have a capacitor array composed of a plurality of capacitors, and the control circuit controls the capacitor array to control the first impedance adjustment circuit and the second impedance adjustment circuit.
  • the capacitance value of at least one of the second impedance adjustment circuits may be adjusted.
  • the first impedance adjustment circuit and the second impedance adjustment circuit have variable capacitance diodes, and the control circuit controls the variable capacitance diodes, whereby the first impedance adjustment circuit and the second impedance adjustment circuit.
  • the frequency characteristics of at least one of the above may be adjusted.
  • the first oscillation circuit, the second oscillation circuit, the first impedance adjustment circuit, the second impedance adjustment circuit, and the control circuit may be provided in an integrated circuit.
  • the crystal oscillator is provided between the crystal resonator and the first oscillation circuit, and includes a first filter circuit that blocks an oscillation signal having the second frequency, and the crystal resonator and the second oscillation circuit. It may further include at least one of a second filter circuit that is provided in between and that cuts off the oscillation signal of the first frequency.
  • the crystal oscillator detects the first frequency and the second frequency, and controls a temperature in the vicinity of the crystal resonator based on a difference between the first frequency and the second frequency. May be further provided.
  • the manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a crystal oscillator, wherein the first impedance adjusting circuit is adjusted to adjust the impedance of the first oscillation system, and the second impedance adjusting circuit is adjusted. And a second step of adjusting the impedance of the second oscillation system.
  • the first step includes a step of adjusting a current value flowing through the first impedance adjustment circuit by controlling a resistance array of the first impedance adjustment circuit, and a control of the capacitor array of the first impedance adjustment circuit. Adjusting the frequency characteristics of the first impedance adjustment circuit, and the second step controls the resistor array of the second impedance adjustment circuit to thereby adjust the second impedance adjustment circuit. And adjusting a frequency characteristic of the second impedance adjustment circuit by controlling a capacitor array of the second impedance adjustment circuit.
  • the mounting area can be reduced and the output signal can be stably oscillated.
  • 1 is a circuit configuration diagram of a crystal oscillator according to a first embodiment. It is a figure which shows the negative resistance characteristic when the capacitance value in the 1st impedance adjustment circuit which concerns on 1st Embodiment is fixed, and resistance value is changed. It is a figure which shows the negative resistance characteristic when the resistance value in the 1st impedance adjustment circuit which concerns on 1st Embodiment is fixed, and a capacitance value is changed. It is a circuit block diagram of the crystal oscillator which concerns on 2nd Embodiment. It is a circuit block diagram of the crystal oscillator which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a crystal oscillator 1 according to the first embodiment.
  • the crystal oscillator 1 includes a crystal resonator 12, a first oscillation circuit 13, a second oscillation circuit 14, a first impedance adjustment circuit 17, a second impedance adjustment circuit 18, a control circuit 19, and a first isolation.
  • An adjustment circuit 20 and a second isolation adjustment circuit 21 are provided.
  • the crystal resonator 12 is, for example, an AT cut crystal resonator or an SC cut crystal resonator.
  • the first oscillation circuit 13 is connected to the crystal resonator 12, and oscillates the crystal resonator 12 at a first frequency to generate a first oscillation signal.
  • the second oscillation circuit 14 is connected to the crystal resonator 12, and oscillates the crystal resonator 12 at a second frequency different from the first frequency to generate a second oscillation signal.
  • the circuit that includes the crystal oscillator 12 and the first oscillation circuit 13 and generates the first oscillation signal is referred to as a first oscillation system, and includes the crystal oscillator 12 and the second oscillation circuit 14.
  • a circuit that generates two oscillation signals is called a second oscillation system.
  • the first frequency is a frequency when the crystal resonator 12 is oscillated with the first order
  • the second frequency is the first frequency of the crystal resonator 12. This is the frequency when oscillating at a second order different from the order.
  • the first order and the second order are the overtone orders of the crystal resonator 12, but either the first frequency or the second frequency may be the fundamental frequency.
  • the first frequency is a frequency when the crystal unit 12 is oscillated in a first mode (for example, B mode), and the second frequency. Is a frequency when the crystal unit 12 is oscillated in the second mode (for example, C mode).
  • the first impedance adjustment circuit 17 is provided between the crystal resonator 12 and the first oscillation circuit 13 and adjusts the impedance of the first oscillation system.
  • the second impedance adjustment circuit 18 is provided between the crystal resonator 12 and the second oscillation circuit 14 and adjusts the impedance of the second oscillation system.
  • the first impedance adjustment circuit 17 and the second impedance adjustment circuit 18 have a resistor array composed of a plurality of resistors and a capacitor array composed of a plurality of capacitors.
  • the control circuit 19 is connected to the first impedance adjustment circuit 17 and the second impedance adjustment circuit 18, and controls the first impedance adjustment circuit 17 and the second impedance adjustment circuit 18.
  • the control circuit 19 adjusts the first impedance adjustment circuit 17 to adjust the impedance of the first oscillation system, and adjusts the second impedance adjustment circuit 18 to adjust the second oscillation system. And a second step of adjusting the impedance of the.
  • control circuit 19 adjusts the value of the current flowing through the first impedance adjustment circuit 17 by controlling the resistance array of the first impedance adjustment circuit 17 as the control related to the first step,
  • the step of adjusting the frequency characteristic of the first impedance adjustment circuit 17 is executed by controlling the capacitor array of the 1 impedance adjustment circuit 17.
  • the control circuit 19 adjusts the current value flowing through the second impedance adjustment circuit 18 by controlling the resistance array of the second impedance adjustment circuit 18 as the control related to the second step, and the second impedance adjustment.
  • the step of adjusting the frequency characteristic of the second impedance adjustment circuit 18 is executed by controlling the capacitor array of the circuit 18.
  • control circuit 19 controls the first impedance adjustment circuit 17.
  • control circuit 19 controls the second impedance adjustment circuit 18 by the same control method as that for controlling the first impedance adjustment circuit 17 by the same control method as that for controlling the first impedance adjustment circuit 17, an example in which the control circuit 19 controls the second impedance adjustment circuit 18 will be described. Description is omitted.
  • the control circuit 19 fixes the capacitance value in the first impedance adjustment circuit 17 and changes the resistance value in the first impedance adjustment circuit 17 by controlling the resistor array, and thereby the negative value of the first oscillation system. Change the resistance characteristics.
  • the control circuit 19 includes a register that stores a table in which the resistance value of the resistor array of the first impedance adjustment circuit 17 is associated with the current flowing through the first impedance adjustment circuit 17. Then, the control circuit 19 switches the value of the current flowing through the first impedance adjustment circuit 17 by performing step switching of the resistance value of the resistor array based on the table. Then, the control circuit 19 adjusts the negative resistance characteristic so that the signal of the first frequency oscillates in the first oscillation system.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating negative resistance characteristics when the capacitance value in the first impedance adjustment circuit 17 according to the first embodiment is fixed and the resistance value is changed.
  • the characteristic indicated by the solid line in FIG. 2A is a negative resistance characteristic when the resistance value of the first impedance adjustment circuit 17 is the first resistance value, and the characteristic indicated by the broken line is a negative resistance value when the resistance value is the second resistance value.
  • the characteristic indicated by the dotted line is the negative resistance characteristic when the third resistance value is set, and the characteristic indicated by the alternate long and short dash line is the negative resistance characteristic when the fourth resistance value is set. As shown in FIG. 2A, it can be confirmed that the frequency at which the negative resistance becomes a negative value is changed by changing the resistance value.
  • the control circuit 19 sets the negative resistance value to the first resistance value indicating a negative value at 20 MHz. Identify the corresponding resistor combination. In this way, the control circuit 19 can adjust the negative resistance to be a negative value near the first frequency.
  • the control circuit 19 changes the capacitance value in the first impedance adjustment circuit 17 by changing the capacitance value in the first impedance adjustment circuit 17 by fixing the resistor array with the specified combination of resistors and controlling the capacitor array.
  • the control circuit 19 stores a table that associates the capacitance value of the capacitor array of the first impedance adjustment circuit 17 and the current flowing through the first impedance adjustment circuit 17 in a register.
  • the control circuit 19 switches the capacitance value of the first impedance adjustment circuit 17 by performing step switching of the capacitance value of the capacitor array based on the table.
  • the control circuit 19 adjusts the depth of the negative resistance of the first oscillation system near the first frequency.
  • FIG. 2B is a diagram showing a negative resistance characteristic when the resistance value in the first impedance adjustment circuit 17 according to the first embodiment is fixed and the capacitance value is changed.
  • the characteristic indicated by the solid line is a negative resistance characteristic when the capacitance value of the first impedance adjustment circuit 17 is the first capacitance value
  • the characteristic indicated by the broken line is a negative value when the capacitance value is the second capacitance value.
  • the characteristic indicated by the dotted line indicates the negative resistance characteristic when the third capacitance value is set
  • the characteristic indicated by the alternate long and short dash line indicates the negative resistance characteristic when the fourth capacitance value is set. As shown in FIG.
  • the control circuit 19 sets the first resistance so that the negative resistance does not change suddenly even if the frequency changes at 20 MHz.
  • a combination of capacitors corresponding to a capacitance value of 2 is specified. By doing in this way, the control circuit 19 can adjust so that a negative resistance may not change large near 1st frequency.
  • the control circuit 19 may specify a plurality of combinations of capacitors that stably oscillate at the first frequency by controlling the capacitor array, and may select one combination from the specified combinations of capacitors.
  • first impedance adjustment circuit 17 and the second impedance adjustment circuit 18 include the capacitor array
  • the present invention is not limited thereto and may include a variable capacitance diode.
  • the control circuit 19 adjusts the impedance of at least one of the first impedance adjustment circuit 17 and the second impedance adjustment circuit 18 by controlling the variable capacitance diode.
  • the first isolation adjustment circuit 20 is provided between the crystal resonator 12 and the first impedance adjustment circuit 17, and ensures isolation between the oscillation circuits.
  • the first isolation adjustment circuit 20 includes a capacitor 201, a resistor 202, a capacitor 203, and a resistor 204.
  • the capacitor 201 and the resistor 202 are connected in series, and are connected to one end of the crystal resonator 12 and one end of the first impedance adjustment circuit 17.
  • the capacitor 203 and the resistor 204 are connected in series, and are connected to the other end of the crystal resonator 12 and the other end of the first impedance adjustment circuit 17.
  • the second isolation adjustment circuit 21 is provided between the crystal resonator 12 and the second impedance adjustment circuit 18, and ensures isolation between the oscillation circuits.
  • the second isolation adjustment circuit 21 includes a capacitor 211, a resistor 212, a capacitor 213, and a resistor 214.
  • the capacitor 211 and the resistor 212 are connected in series, and are connected to a connection point between one end of the crystal resonator 12 and the capacitor 201 and one end of the second impedance adjustment circuit 18.
  • the capacitor 213 and the resistor 214 are connected in series, and are connected to the connection point between the other end of the crystal unit 12 and the capacitor 203 and the other end of the second impedance adjustment circuit 18.
  • the capacitance value and the resistance value of the first isolation adjustment circuit 20 and the second isolation adjustment circuit 21 are adjusted according to the use of the first oscillation signal and the second oscillation signal.
  • the first oscillation signal is an oscillation signal output to the outside and high stability is required
  • isolation is ensured by adjusting the capacitance value of the first isolation adjustment circuit 20.
  • the first isolation adjustment circuit 20 may not be provided with a resistor.
  • the second oscillation signal is an oscillation signal that can permit the deterioration of the characteristics, the isolation is ensured by adjusting the resistance value of the second isolation adjustment circuit 21.
  • each oscillation system is less affected by other oscillation systems and can stably output an oscillation signal. Can do.
  • the crystal oscillator 1 includes the first impedance adjustment circuit 17 that adjusts the impedance of the first oscillation system, the second impedance adjustment circuit 18 that adjusts the impedance of the second oscillation system, And a control circuit 19 for controlling the first impedance adjustment circuit 17 and the second impedance adjustment circuit 18.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that an oscillation circuit, an impedance adjustment circuit, and a control circuit are provided in an integrated circuit, and is the same in other points.
  • FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the crystal oscillator 1 according to the second embodiment.
  • the crystal oscillator 1 further includes an integrated circuit 30.
  • the first oscillation circuit 13, the second oscillation circuit 14, the first impedance adjustment circuit 17, the second impedance adjustment circuit 18, and the control circuit 19 are provided in the integrated circuit 30.
  • FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the crystal oscillator 1 according to the third embodiment.
  • the crystal oscillator 1 further includes a first negative resistance generation circuit 22 and a second negative resistance generation circuit 23.
  • the crystal oscillator 1 may include either the first negative resistance generation circuit 22 or the second negative resistance generation circuit 23.
  • the first oscillation circuit 13, the second oscillation circuit 14, the first impedance adjustment circuit 17, the second impedance adjustment circuit 18, and the control circuit 19 are provided in the integrated circuit as in the second embodiment. Also good.
  • the first negative resistance generation circuit 22 and the second negative resistance generation circuit 23 may be provided in the integrated circuit. By doing so, the mounting area can be further reduced.
  • the first negative resistance generation circuit 22 is provided between the crystal resonator 12 and the first oscillation circuit 13, becomes high impedance at the first frequency, and generates a negative resistance in the first oscillation system. Further, the first negative resistance generation circuit 22 is almost short-circuited at a frequency outside a predetermined range with respect to the first frequency. Thereby, in the first oscillation system, almost no negative resistance is generated at a frequency outside the predetermined range with respect to the first frequency.
  • the second negative resistance generation circuit 23 is provided between the crystal resonator 12 and the second oscillation circuit 14 and has a high impedance at the second frequency, thereby generating a negative resistance in the second oscillation system. Further, the second negative resistance generation circuit 23 is substantially short-circuited at a frequency outside a predetermined range with respect to the second frequency. Thereby, in the second oscillation system, almost no negative resistance is generated at a frequency outside the predetermined range with respect to the second frequency.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the first negative resistance generation circuit 22 and the second negative resistance generation circuit 23 according to the third embodiment.
  • the first negative resistance generation circuit 22 includes a capacitor 221, a capacitor 222, a capacitor 223, a resistor 224, and an inductor 225.
  • the capacitor 221, the capacitor 222, and the capacitor 223 are connected in series, one end is connected between one end of the crystal resonator 12 and one end of the first impedance adjustment circuit 17, and the other end is crystal vibration.
  • the other end of the child 12 and the other end of the first impedance adjustment circuit 17 are connected.
  • the resistor 224 and the inductor 225 are connected to the capacitor 222 in parallel. Since the second negative resistance generation circuit 23 has the same configuration as the first negative resistance generation circuit 22, the description thereof is omitted.
  • the first negative resistance generation circuit 22 and the second negative resistance generation circuit 23 may have a circuit configuration different from the circuit configuration shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the circuit configuration of the first negative resistance generation circuit 22 and the second negative resistance generation circuit 23 according to the third embodiment.
  • the first negative resistance generation circuit 22 includes a capacitor 221, a capacitor 223, a capacitor 226, a capacitor 227, an inductor 228, and a resistor 229.
  • the capacitor 227, the inductor 228, and the resistor 229 are connected in series.
  • the capacitor 226, the capacitor 227, the inductor 228, and the resistor 229 connected in series form a parallel circuit. This parallel circuit has one end connected to the capacitor 221 and the other end connected to the capacitor 223.
  • the capacitor 221 is connected between one end of the crystal resonator 12 and one end of the first impedance adjustment circuit 17, and the capacitor 223 is connected to the other end of the crystal resonator 12 and the first impedance adjustment circuit 17. Connected between the ends.
  • the isolation of each oscillation circuit can be further increased.
  • the crystal oscillator 1 can stably output the first oscillation signal corresponding to the C mode and the second oscillation signal corresponding to the B mode even when the crystal resonator 12 is SC cut.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating negative resistance characteristics and impedance characteristics of the crystal resonator 12 in the first oscillation system and the second oscillation system according to the third embodiment.
  • the characteristic indicated by the solid line indicates the characteristic of the synthetic impedance on the circuit side when viewed from the crystal unit 12
  • the characteristic indicated by the broken line is the characteristic on the circuit side when viewed from the crystal unit 12. It shows negative resistance characteristics.
  • the first frequency of the first oscillation signal output in the first oscillation system is a frequency in a range surrounded by a broken line near 30 MHz
  • the second frequency of the second oscillation signal output in the second oscillation system is It is assumed that the frequency is in a range surrounded by a broken line near 14 MHz.
  • the negative resistance shows a negative value, and further, it can be confirmed that the impedance of the crystal resonator 12 becomes high impedance and satisfies the oscillation condition. It can also be confirmed that the negative resistance hardly occurs at a frequency outside the predetermined range with respect to the first frequency.
  • the negative resistance shows a negative value, and furthermore, it can be confirmed that the impedance of the crystal resonator 12 becomes high impedance and satisfies the oscillation condition. It can also be confirmed that the negative resistance hardly occurs at a frequency outside the predetermined range with respect to the second frequency.
  • the crystal oscillator 1 according to the third embodiment includes the first negative resistance generation circuit 22 and the second negative resistance generation circuit 23, thereby reducing the negative resistance at the oscillation frequency in each oscillation system. It is possible to prevent the negative resistance from being generated at a frequency outside the predetermined range corresponding to the oscillation frequency. As a result, the oscillation signal can be output more stably in each oscillation system.
  • the crystal oscillator 1 of the fourth embodiment differs from the crystal oscillator 1 of the first embodiment in that each oscillation system includes a filter circuit that cuts off an oscillation signal output from another oscillation system. The point is the same.
  • FIG. 8 is an internal circuit configuration diagram of the crystal oscillator 1 according to the fourth embodiment.
  • the crystal oscillator 1 further includes a first filter circuit 24 and a second filter circuit 25.
  • the crystal oscillator 1 may include either the first filter circuit 24 or the second filter circuit 25.
  • the crystal oscillator 1 includes the first oscillation circuit 13, the second oscillation circuit 14, the first impedance adjustment circuit 17, the second impedance adjustment circuit 18, and the control circuit 19 in the integrated circuit. It may be provided. In the crystal oscillator 1, the first filter circuit 24 and the second filter circuit 25 may be provided in the integrated circuit.
  • the first filter circuit 24 is provided between the crystal resonator 12 and the first oscillation circuit 13 and blocks the second oscillation signal having the second frequency.
  • the first filter circuit 24 includes an inductor 241, a capacitor 242, an inductor 243, and a capacitor 244.
  • the inductor 241 and the capacitor 242 are provided between one end of the crystal resonator 12 and one end of the first impedance adjustment circuit 17, and the inductor 241 and the capacitor 242 are connected in parallel.
  • the inductor 243 and the capacitor 244 are provided between the other end of the crystal unit 12 and the other end of the first impedance adjustment circuit 17, and the inductor 243 and the capacitor 244 are connected in parallel.
  • the first filter circuit 24 is a filter circuit having a resonance frequency of the second frequency and a high impedance at the second frequency.
  • the second filter circuit 25 is provided between the crystal resonator 12 and the second oscillation circuit 14 and blocks the first oscillation signal having the first frequency.
  • the second filter circuit 25 includes an inductor 251, a capacitor 252, an inductor 253, and a capacitor 254.
  • the inductor 251 and the capacitor 252 are provided between one end of the crystal resonator 12 and one end of the second impedance adjustment circuit 18, and the inductor 251 and the capacitor 252 are connected in parallel.
  • the inductor 253 and the capacitor 254 are provided between the other end of the crystal resonator 12 and the other end of the second impedance adjustment circuit 18, and the inductor 253 and the capacitor 254 are connected in parallel.
  • the second filter circuit 25 is a filter circuit having a resonance frequency of the first frequency and a high impedance at the first frequency.
  • FIG. 9 is a diagram showing a signal path in the crystal oscillator 1.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating frequency characteristics of circuit impedance in the crystal oscillator 1.
  • the first impedance adjustment circuit 17, the second impedance adjustment circuit 18, the first isolation adjustment circuit 20, and the second isolation adjustment circuit 21 are omitted.
  • the crystal oscillator 1 has the first oscillation circuit 13 and the second oscillation circuit 14 connected to one crystal resonator 12, and therefore when viewed from the crystal resonator 12. There are a first path and a second path as signal paths.
  • the first filter circuit 24 since the first filter circuit 24 has a high impedance at the second frequency f2, when the second oscillation signal of the second frequency f2 is output from the second oscillation circuit 14, the second oscillation is generated in the first path. The signal does not flow. Thereby, the second path becomes dominant among the signal paths in the crystal oscillator 1. Therefore, by providing the first filter circuit 24 on the first oscillation circuit 13 side, the first oscillation circuit 13 is prevented from oscillating at the second frequency f2, and the oscillation stability in the first oscillation circuit 13 is improved. be able to.
  • the second filter circuit 25 since the second filter circuit 25 has a high impedance at the first frequency f1, when the first oscillation signal having the first frequency f1 is output from the first oscillation circuit 13, the second oscillation is not generated in the second path. The signal does not flow. Thereby, the first path becomes dominant among the signal paths in the crystal oscillator 1. Therefore, by providing the second filter circuit 25 on the second oscillation circuit 14 side, the second oscillation circuit 14 is prevented from oscillating at the first frequency f1, and the oscillation stability in the second oscillation circuit 14 is improved. be able to.
  • the first filter circuit 24 includes the inductor 241, the capacitor 242, the inductor 243, and the capacitor 244, but is not limited thereto.
  • the first filter circuit 24 may include any one of a parallel circuit including the inductor 241 and the capacitor 242 and a parallel circuit including the inductor 243 and the capacitor 244.
  • the second filter circuit 25 includes the inductor 251, the capacitor 252, the inductor 253, and the capacitor 254, but is not limited thereto.
  • the second filter circuit 25 may include any one of a parallel circuit including the inductor 251 and the capacitor 252 and a parallel circuit including the inductor 253 and the capacitor 254.
  • the characteristics of the first filter circuit 24 and the second filter circuit 25 may be adjusted using a control circuit.
  • a capacitor array composed of a plurality of capacitors is provided, and the first filter circuit 24 is controlled by the control circuit.
  • the capacitance value in the second filter circuit 25 may be adjusted. In this way, the Q values of the first filter circuit 24 and the second filter circuit 25 can be adjusted.
  • the crystal oscillator 1 according to the fourth embodiment includes the first filter circuit 24 and the second filter circuit 25, so that when an oscillation signal is output in each oscillation system, the other oscillation system The oscillation signal can be prevented from flowing through the oscillation system, and the oscillation signal can be output more stably in each oscillation system.
  • FIG. 11 is an internal circuit configuration diagram of the crystal oscillator 2 according to the fifth embodiment.
  • the crystal oscillator 2 has a thermostatic chamber 11 in which the circuit of the crystal oscillator 1 of any of the first to fourth embodiments is accommodated.
  • the crystal oscillator 1, the temperature control circuit 31, and the storage unit 32 of the first embodiment are accommodated in the thermostat 11, and the thermostat 11 is heated outside the thermostat 11.
  • a heater circuit 33 is provided.
  • the crystal oscillator 2 performs temperature control based on the difference between the first frequency of the first oscillation signal output from the first oscillation circuit 13 and the second frequency of the second oscillation signal output from the second oscillation circuit 14. This is different from the crystal oscillator 1 according to the first to fourth embodiments.
  • the temperature control circuit 31 controls the temperature of the thermostat 11 by controlling the heating amount of the heater circuit 33. Specifically, the temperature control circuit 31 is connected to the first oscillation circuit 13 and the second oscillation circuit 14, detects the first frequency and the second frequency, and determines the difference between the first frequency and the second frequency. Identify. The temperature control circuit 31 controls the heating amount of the heater circuit 33 based on the identified frequency difference to heat the thermostat 11 and controls the temperature in the thermostat 11 near the crystal unit 12.
  • the temperature control circuit 31 includes a first frequency and a second frequency stored in a storage unit 32 configured by an actual measurement value of a difference between the first frequency and the second frequency and a memory such as an EEPROM. Is compared with the target value of the difference.
  • the temperature control circuit 31 controls the heating amount of the heater circuit 33 so that the difference between the actually measured value and the target value becomes small.
  • the first oscillation signal is input to the temperature control circuit 31 and output to the outside of the thermostatic chamber 11, and the second oscillation signal is input to the temperature control circuit 31 for use in temperature control. Is done.
  • the crystal oscillator 2 can improve the accuracy of the first frequency of the first oscillation signal and improve the frequency temperature characteristic of the first oscillation signal.
  • the crystal oscillator 2 may output the second oscillation signal to the outside of the thermostatic chamber 11.
  • the temperature control circuit 31 and the storage unit 32 are provided inside the constant temperature bath 11.
  • the temperature control circuit 31 and the storage unit 32 are provided outside the constant temperature bath 11. It may be. Further, the crystal oscillator 2 may not include the thermostatic chamber 11.
  • the temperature control circuit 31 in the crystal oscillator 2 according to the fifth embodiment has the first frequency of the first oscillation signal output from the first oscillation circuit 13 and the first frequency output from the second oscillation circuit 14. Based on the difference between the second oscillation signal and the second frequency, the amount of heat generated by the heater circuit 33 is controlled, thereby controlling the temperature near the crystal unit 12 and adjusting the first frequency and the second frequency to desired frequencies. be able to. Therefore, the crystal oscillator 2 can reduce the mounting area and oscillate the output signal stably even when the ambient temperature fluctuates.

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Abstract

　水晶発振器１は、水晶振動子１２を第１周波数で発振させる第１発振回路１３と、水晶振動子１２と第１発振回路１３とを有する第１発振系統のインピーダンスを調整する第１インピーダンス調整回路１７と、水晶振動子１２を第１周波数とは異なる第２周波数で発振させる第２発振回路１４と、水晶振動子１２と第２発振回路１４とを有する第２発振系統のインピーダンスを調整する第２インピーダンス調整回路１８と、第１インピーダンス調整回路１７及び第２インピーダンス調整回路１８を制御する制御回路１９とを備える。

Description

水晶発振器及び水晶発振器の製造方法
　本発明は、水晶発振器及び水晶発振器の製造方法に関する。
　従来、複数の水晶振動子を備え、第１周波数の発振信号と、第１周波数とは異なる第２周波数の発振信号とを出力可能な水晶発振器が知られている。例えば、特許文献１には、外部装置に出力する第１発振信号と、温度センサ用に用いられる第２発振信号とを出力することができる温度補償型の水晶発振器が開示されている。
特開２０１１－１３５３４２号公報
　図１２は、２つの周波数の信号を出力する従来の水晶発振器１００の構成を示す図である。図１２に示すように、従来の水晶発振器１００は、第１水晶振動子１０１と、第１水晶振動子１０１を第１周波数で発振させる第１発振回路１０２と、第２水晶振動子１０３と、第２水晶振動子１０３を第２周波数で発振させる第１発振回路１０４とを備える。しかしながら、従来の水晶発振器１００は、２つの水晶振動子を備えるため、実装面積が大きくなるという問題がある。
　このような問題に対応するため、一の水晶振動子を異なる周波数で同時に発振させる方法がある。図１３は、一の水晶振動子を異なる周波数で同時に発振させる水晶発振器１１０の構成を示す図である。水晶発振器１１０は、水晶振動子１１１と、水晶振動子１１１を第１周波数で発振させる第１発振回路１１２と、水晶振動子１１１を第２周波数で発振させる第２発振回路１１３とを備える。しかしながら、水晶発振器１１０は、それぞれの発振回路が相互に影響し、安定して出力信号を発振させることができないという問題があった。
　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、実装面積を小さくするとともに、出力信号を安定して発振させることができる水晶発振器及び水晶発振器の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の水晶発振器は、水晶振動子を第１周波数で発振させる第１発振回路と、前記水晶振動子と前記第１発振回路とを有する第１発振系統のインピーダンスを調整する第１インピーダンス調整回路と、前記水晶振動子を前記第１周波数とは異なる第２周波数で発振させる第２発振回路と、前記水晶振動子と前記第２発振回路とを有する第２発振系統のインピーダンスを調整する第２インピーダンス調整回路と、前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路を制御する制御回路と、を備えることを特徴とする。
　前記水晶発振器は、前記水晶振動子と、前記第１発振回路及び前記第２発振回路の少なくともいずれかとの間に、前記第１周波数及び前記第２周波数のいずれかにおいて前記第１発振系統又は前記第２発振系統に対して負性抵抗を生じさせる負性抵抗発生回路をさらに備えてもよい。
　前記負性抵抗発生回路は、前記第１周波数及び前記第２周波数のいずれかにおいてハイインピーダンスとなることが好ましい。前記負性抵抗発生回路は、前記第１周波数に対する所定範囲外の周波数及び前記第２周波数に対する所定範囲外の周波数においてほぼ短絡となり負性抵抗が発生しないことが好ましい。
　前記水晶発振器は、前記水晶振動子と、前記第１発振回路及び前記第２発振回路の少なくともいずれかとの間に、発振回路間のアイソレーションを確保するためのアイソレーション調整回路をさらに備えてもよい。
　前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路は、複数の抵抗から構成される抵抗アレイを有し、前記制御回路は、当該抵抗アレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路の少なくともいずれかの抵抗値の調整を行ってもよい。
　前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路は、複数のコンデンサから構成されるコンデンサアレイを有し、前記制御回路は、当該コンデンサアレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路の少なくともいずれかの容量値の調整を行ってもよい。
　前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路は、可変容量ダイオードを有し、前記制御回路は、当該可変容量ダイオードを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路の少なくともいずれかの周波数特性の調整を行ってもよい。
　前記第１発振回路、前記第２発振回路、前記第１インピーダンス調整回路、前記第２インピーダンス調整回路、及び前記制御回路は集積回路内に設けられていてもよい。
　前記水晶発振器は、前記水晶振動子と前記第１発振回路との間に設けられ、前記第２周波数の発振信号を遮断する第１フィルタ回路と、前記水晶振動子と前記第２発振回路との間に設けられ、前記第１周波数の発振信号を遮断する第２フィルタ回路との少なくともいずれかをさらに備えてもよい。
　また、前記水晶発振器は、前記第１周波数及び前記第２周波数を検出し、前記第１周波数と前記第２周波数との差に基づいて、前記水晶振動子の近傍の温度を制御する温度制御回路をさらに備えてもよい。
　本発明の製造方法は、水晶発振器の製造方法であって、前記第１インピーダンス調整回路を調整して前記第１発振系統のインピーダンスを調整する第１ステップと、前記第２インピーダンス調整回路を調整して前記第２発振系統のインピーダンスを調整する第２ステップと、を備える。
　また、前記第１ステップは、前記第１インピーダンス調整回路の抵抗アレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路を流れる電流値を調整するステップと、前記第１インピーダンス調整回路のコンデンサアレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路の周波数特性を調整するステップと、を有し、前記第２ステップは、前記第２インピーダンス調整回路の抵抗アレイを制御することにより、前記第２インピーダンス調整回路を流れる電流値を調整するステップと、前記第２インピーダンス調整回路のコンデンサアレイを制御することにより、前記第２インピーダンス調整回路の周波数特性を調整するステップと、を有してもよい。
　本発明によれば、実装面積を小さくするとともに、出力信号を安定して発振させることができるという効果を奏する。
第１の実施形態に係る水晶発振器の回路構成図である。 第１の実施形態に係る第１インピーダンス調整回路における容量値を固定し、抵抗値を変化させたときの負性抵抗特性を示す図である。 第１の実施形態に係る第１インピーダンス調整回路における抵抗値を固定し、容量値を変化させたときの負性抵抗特性を示す図である。 第２の実施形態に係る水晶発振器の回路構成図である。 第３の実施形態に係る水晶発振器の回路構成図である。 第３の実施形態に係る第１負性抵抗発生回路及び第２負性抵抗発生回路の回路構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る第１負性抵抗発生回路及び第２負性抵抗発生回路の回路構成の他の例を示す図である。 第３の実施形態に係る第１発振系統及び第２発振系統における負性抵抗特性と水晶振動子のインピーダンス特性とを示す図である。 第４の実施形態に係る水晶発振器の内部の回路構成図である。 水晶発振器における信号経路を示す図である。 第４の実施形態に係る水晶発振器の回路インピーダンスの周波数特性を示す図である。 第５の実施形態に係る水晶発振器の内部の回路構成図である。 ２つの周波数の信号を出力する従来の水晶発振器の構成を示す図である。 一の水晶振動子を異なる周波数で同時に発振させる水晶発振器の構成を示す図である。
＜第１の実施形態＞
［水晶発振器１の構成］
　図１は、第１の実施形態に係る水晶発振器１の回路構成図である。
　水晶発振器１は、水晶振動子１２と、第１発振回路１３と、第２発振回路１４と、第１インピーダンス調整回路１７と、第２インピーダンス調整回路１８と、制御回路１９と、第１アイソレーション調整回路２０と、第２アイソレーション調整回路２１とを備える。
　水晶振動子１２は、例えば、ＡＴカットの水晶振動子又はＳＣカットの水晶振動子である。
　第１発振回路１３は、水晶振動子１２に接続されており、水晶振動子１２を第１周波数で発振させて第１発振信号を発生する。
　第２発振回路１４は、水晶振動子１２に接続されており、水晶振動子１２を第１周波数とは異なる第２周波数で発振させて第２発振信号を発生する。
　ここで、水晶振動子１２と第１発振回路１３とを有し、第１発振信号を発生させる回路を第１発振系統といい、水晶振動子１２と第２発振回路１４とを有し、第２発振信号を発生させる回路を第２発振系統という。
　水晶振動子１２がＡＴカットの水晶振動子である場合、第１周波数は、水晶振動子１２を第１次数で発振させたときの周波数であり、第２周波数は、水晶振動子１２を第１次数とは異なる第２次数で発振させたときの周波数である。ここで、第１次数及び第２次数は、水晶振動子１２のオーバートーン次数であるが、第１周波数及び第２周波数のいずれかが基本周波数であってもよい。
　また、水晶振動子１２がＳＣカットの水晶振動子である場合、第１周波数は、水晶振動子１２を第１のモード（例えば、Ｂモード）で発振させたときの周波数であり、第２周波数は、水晶振動子１２を第２のモード（例えば、Ｃモード）で発振させたときの周波数である。
　第１インピーダンス調整回路１７は、水晶振動子１２と、第１発振回路１３との間に設けられており、第１発振系統のインピーダンスを調整する。
　第２インピーダンス調整回路１８は、水晶振動子１２と、第２発振回路１４との間に設けられており、第２発振系統のインピーダンスを調整する。
　第１インピーダンス調整回路１７及び第２インピーダンス調整回路１８は、複数の抵抗から構成される抵抗アレイと、複数のコンデンサから構成されるコンデンサアレイとを有している。
　制御回路１９は、第１インピーダンス調整回路１７と、第２インピーダンス調整回路１８とに接続されており、第１インピーダンス調整回路１７及び第２インピーダンス調整回路１８を制御する。制御回路１９は、水晶発振器１の製造時に、第１インピーダンス調整回路１７を調整して第１発振系統のインピーダンスを調整する第１ステップと、第２インピーダンス調整回路１８を調整して第２発振系統のインピーダンスを調整する第２ステップとを実行する。
　具体的には、制御回路１９は、第１ステップに係る制御として、第１インピーダンス調整回路１７の抵抗アレイを制御することにより、第１インピーダンス調整回路１７を流れる電流値を調整するステップと、第１インピーダンス調整回路１７のコンデンサアレイを制御することにより、第１インピーダンス調整回路１７の周波数特性を調整するステップとを実行する。
　また、制御回路１９は、第２ステップに係る制御として、第２インピーダンス調整回路１８の抵抗アレイを制御することにより、第２インピーダンス調整回路１８を流れる電流値を調整するステップと、第２インピーダンス調整回路１８のコンデンサアレイを制御することにより、第２インピーダンス調整回路１８の周波数特性を調整するステップとを実行する。
　以下、制御回路１９による具体的な制御方法について、制御回路１９が第１インピーダンス調整回路１７を制御する例を用いて説明する。なお、制御回路１９は、第１インピーダンス調整回路１７を制御する場合と同様の制御方法によって第２インピーダンス調整回路１８を制御するため、制御回路１９が第２インピーダンス調整回路１８を制御する例については説明を省略する。
　まず、制御回路１９は、第１インピーダンス調整回路１７内の容量値を固定し、抵抗アレイを制御することにより、第１インピーダンス調整回路１７内の抵抗値を変化させ、第１発振系統の負性抵抗特性を変化させる。具体的には、制御回路１９は、第１インピーダンス調整回路１７の抵抗アレイの抵抗値と、第１インピーダンス調整回路１７を流れる電流とを関連付けたテーブルを記憶するレジスタを有している。そして、制御回路１９は、当該テーブルに基づいて抵抗アレイの抵抗値のステップ切換を行うことによって、第１インピーダンス調整回路１７を流れる電流値を切り換える。そして、制御回路１９は、第１発振系統において、第１周波数の信号が発振するように、負性抵抗特性を調整する。
　図２Ａは、第１の実施形態に係る第１インピーダンス調整回路１７における容量値を固定し、抵抗値を変化させたときの負性抵抗特性を示す図である。図２Ａにおいて実線で示される特性は、第１インピーダンス調整回路１７の抵抗値を第１の抵抗値としたときの負性抵抗特性、破線で示される特性は第２の抵抗値としたときの負性抵抗特性、点線で示される特性は第３の抵抗値としたときの負性抵抗特性、一点鎖線で示される特性は第４の抵抗値としたときの負性抵抗特性を示す。図２Ａに示されるように、抵抗値を変化させることにより、負性抵抗がマイナス値となる周波数が変化していることが確認できる。
　例えば、第１発振回路１３から出力する第１発振信号の第１周波数が２０ＭＨｚ付近である場合、制御回路１９は、２０ＭＨｚにおいて負性抵抗の値がマイナス値を示している第１の抵抗値に対応する抵抗の組み合わせを特定する。このようにすることで、制御回路１９は、第１周波数付近で負性抵抗がマイナス値になるように調整することができる。
　続いて、制御回路１９は、特定した抵抗の組み合わせで抵抗アレイを固定し、コンデンサアレイを制御することにより、第１インピーダンス調整回路１７内の容量値を変化させ、負性抵抗の周波数特性を変化させる。具体的には、制御回路１９は、第１インピーダンス調整回路１７のコンデンサアレイの容量値と、第１インピーダンス調整回路１７を流れる電流とを関連付けたテーブルをレジスタに記憶している。そして、制御回路１９は、当該テーブルに基づいてコンデンサアレイの容量値のステップ切換を行うことによって、第１インピーダンス調整回路１７の容量値を切り換える。これにより、制御回路１９は、第１周波数付近における第１発振系統の負性抵抗の深さを調整する。
　図２Ｂは、第１の実施形態に係る第１インピーダンス調整回路１７における抵抗値を固定し、容量値を変化させたときの負性抵抗特性を示す図である。図２Ｂにおいて実線で示される特性は、第１インピーダンス調整回路１７の容量値を第１の容量値としたときの負性抵抗特性、破線で示される特性は第２の容量値としたときの負性抵抗特性、点線で示される特性は第３の容量値としたときの負性抵抗特性、一点鎖線で示される特性は第４の容量値としたときの負性抵抗特性を示す。図２Ｂに示されるように、容量値を変化させることにより、負性抵抗がマイナス値となる周波数がほとんど変化せずに、負性抵抗の値の大きさが変化していることが確認できる。図２Ｂでは、容量値を変化させることで、２０ＭＨｚ付近における負性抵抗の大きさが大きく変化していることが確認できる。
　例えば、第１発振回路１３から出力する第１発振信号の第１周波数が２０ＭＨｚ付近である場合、制御回路１９は、２０ＭＨｚにおいて周波数が変化しても負性抵抗が急激に変化しないように、第２の容量値に対応するコンデンサの組み合わせを特定する。このようにすることで、制御回路１９は、第１周波数付近で負性抵抗が大きく変化しないように調整することができる。なお、制御回路１９は、コンデンサアレイを制御することにより、第１周波数において安定的に発振する容量の組み合わせを複数特定し、特定した容量の組み合わせから一の組み合わせを選択するようにしてもよい。
　また、第１インピーダンス調整回路１７及び第２インピーダンス調整回路１８は、コンデンサアレイを備えることとしたが、これに限らず、可変容量ダイオードを有していてもよい。この場合、制御回路１９は、当該可変容量ダイオードを制御することにより、第１インピーダンス調整回路１７及び第２インピーダンス調整回路１８の少なくともいずれかのインピーダンスを調整する。
　第１アイソレーション調整回路２０は、水晶振動子１２と、第１インピーダンス調整回路１７との間に設けられており、発振回路間のアイソレーションを確保する。
　具体的には、第１アイソレーション調整回路２０は、コンデンサ２０１と、抵抗２０２と、コンデンサ２０３と、抵抗２０４とを備える。コンデンサ２０１と抵抗２０２とは直列に接続されており、水晶振動子１２の一端と、第１インピーダンス調整回路１７の一端とに接続されている。コンデンサ２０３と抵抗２０４とは直列に接続されており、水晶振動子１２の他端と、第１インピーダンス調整回路１７の他端とに接続されている。
　第２アイソレーション調整回路２１は、水晶振動子１２と、第２インピーダンス調整回路１８との間に設けられており、発振回路間のアイソレーションを確保する。
　具体的には、第２アイソレーション調整回路２１は、コンデンサ２１１と、抵抗２１２と、コンデンサ２１３と、抵抗２１４とを備える。コンデンサ２１１と抵抗２１２とは直列に接続されており、水晶振動子１２の一端とコンデンサ２０１との間の接続点と、第２インピーダンス調整回路１８の一端とに接続されている。コンデンサ２１３と抵抗２１４とは直列に接続されており、水晶振動子１２の他端とコンデンサ２０３との間の接続点と、第２インピーダンス調整回路１８の他端とに接続されている。
　ここで、第１アイソレーション調整回路２０及び第２アイソレーション調整回路２１の容量値及び抵抗値は、第１発振信号及び第２発振信号の用途に応じて調整される。例えば、第１の実施形態において、第１発振信号が外部に出力する発振信号であり、高安定性が求められる場合、第１アイソレーション調整回路２０の容量値を調整することでアイソレーションを確保する。この場合において、第１アイソレーション調整回路２０には、抵抗を設けないようにしてもよい。また、第２発振信号が、特性の劣化を許容できる発振信号である場合、第２アイソレーション調整回路２１の抵抗値を調整することでアイソレーションを確保する。
　このように、第１アイソレーション調整回路２０及び第２アイソレーション調整回路２１を設けることにより、それぞれの発振系統において、他の発振系統の影響を受けにくくし、安定して発振信号を出力させることができる。
［第１の実施形態の効果］
　以上のとおり、第１の実施形態に係る水晶発振器１は、第１発振系統のインピーダンスを調整する第１インピーダンス調整回路１７と、第２発振系統のインピーダンスを調整する第２インピーダンス調整回路１８と、第１インピーダンス調整回路１７及び第２インピーダンス調整回路１８を制御する制御回路１９とを備える。このようにすることで、それぞれの発振系統における負性抵抗を適切な値に調整し、一の水晶振動子１２を２つの周波数で同時に安定して発振させることができる。また、一の水晶振動子１２により出力信号を発振させるので、実装面積を小さくすることができる。
＜第２の実施形態＞
［発振回路、インピーダンス調整回路及び制御回路を集積回路化する］
　続いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、発振回路、インピーダンス調整回路及び制御回路を集積回路に設けた点で第１の実施形態と異なり、その他の点では同じである。
　図３は、第２の実施形態に係る水晶発振器１の回路構成図である。第２の実施形態において、水晶発振器１は、集積回路３０をさらに備える。第２の実施形態において、第１発振回路１３、第２発振回路１４、第１インピーダンス調整回路１７、第２インピーダンス調整回路１８及び制御回路１９は、集積回路３０内に設けられている。
　このようにすることで、水晶発振器１は、第１実施形態に比べてさらに小型化を実現することができる。
＜第３の実施形態＞
［負性抵抗発生回路を備える］
　続いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、各発振系統に対して負性抵抗発生回路を備える点で第１の実施形態と異なり、その他の点では同じである。
　図４は、第３の実施形態に係る水晶発振器１の回路構成図である。第３の実施形態において、水晶発振器１は、第１負性抵抗発生回路２２と、第２負性抵抗発生回路２３とをさらに備える。なお、水晶発振器１は、第１負性抵抗発生回路２２及び第２負性抵抗発生回路２３のいずれかを備えるようにしてもよい。
　また、水晶発振器１は、第１発振回路１３、第２発振回路１４、第１インピーダンス調整回路１７、第２インピーダンス調整回路１８及び制御回路１９を第２の実施形態と同様に集積回路に設けてもよい。また、水晶発振器１は、第１負性抵抗発生回路２２及び第２負性抵抗発生回路２３を集積回路に設けてもよい。このようにすることで、実装面積をさらに小さくすることができる。
　第１負性抵抗発生回路２２は、水晶振動子１２と第１発振回路１３との間に設けられ、第１周波数においてハイインピーダンスとなり、第１発振系統に負性抵抗を生じさせる。また、第１負性抵抗発生回路２２は、第１周波数に対する所定範囲外の周波数においてほぼ短絡状態となる。これにより、第１発振系統では、第１周波数に対する所定範囲外の周波数において負性抵抗がほとんど発生しない。
　第２負性抵抗発生回路２３は、水晶振動子１２と第２発振回路１４との間に設けられ、第２周波数においてハイインピーダンスとなり、第２発振系統に負性抵抗を生じさせる。また、第２負性抵抗発生回路２３は、第２周波数に対する所定範囲外の周波数においてほぼ短絡状態となる。これにより、第２発振系統では、第２周波数に対する所定範囲外の周波数において負性抵抗がほとんど発生しない。
　図５は、第３の実施形態に係る第１負性抵抗発生回路２２及び第２負性抵抗発生回路２３の回路構成の一例を示す図である。第１負性抵抗発生回路２２は、コンデンサ２２１と、コンデンサ２２２と、コンデンサ２２３と、抵抗２２４と、インダクタ２２５とを有する。コンデンサ２２１、コンデンサ２２２及びコンデンサ２２３は、直列に接続されており、一端が、水晶振動子１２の一端と第１インピーダンス調整回路１７の一端との間に接続されており、他端が、水晶振動子１２の他端と第１インピーダンス調整回路１７の他端との間に接続されている。抵抗２２４及びインダクタ２２５は、コンデンサ２２２に並列に接続されている。第２負性抵抗発生回路２３は、第１負性抵抗発生回路２２と同様の構成であるため説明を省略する。
　なお、第１負性抵抗発生回路２２及び第２負性抵抗発生回路２３は、図５に示す回路構成と異なる回路構成であってもよい。図６は、第３の実施形態に係る第１負性抵抗発生回路２２及び第２負性抵抗発生回路２３の回路構成の他の例を示す図である。図６に示す例において、第１負性抵抗発生回路２２は、コンデンサ２２１と、コンデンサ２２３と、コンデンサ２２６と、コンデンサ２２７と、インダクタ２２８と、抵抗２２９とを有する。コンデンサ２２７、インダクタ２２８及び抵抗２２９は直列に接続されている。コンデンサ２２６と、直列に接続されたコンデンサ２２７、インダクタ２２８及び抵抗２２９とは並列回路を形成している。この並列回路は、一端が、コンデンサ２２１に接続されており、他端が、コンデンサ２２３に接続されている。また、コンデンサ２２１は、水晶振動子１２の一端と第１インピーダンス調整回路１７の一端との間に接続されており、コンデンサ２２３は、水晶振動子１２の他端と第１インピーダンス調整回路１７の他端との間に接続されている。
　図５及び図６に示すように、第１負性抵抗発生回路２２がインダクタ２２５又はインダクタ２２８を有していることから、各発振回路のアイソレーションをさらに高めることができる。これにより、水晶発振器１は、水晶振動子１２がＳＣカットであっても、Ｃモードに対応する第１発振信号及びＢモードに対応する第２発振信号を安定的に出力することができる。
　図７は、第３の実施形態に係る第１発振系統及び第２発振系統における負性抵抗特性と、水晶振動子１２のインピーダンス特性とを示す図である。図７において、実線で示される特性は、水晶振動子１２から見たときの回路側の合成インピーダンスの特性を示し、破線で示される特性は、同じく水晶振動子１２から見たときの回路側の負性抵抗特性を示している。ここでは、第１発振系統において出力される第１発振信号の第１周波数が、３０ＭＨｚ付近の破線で囲まれた範囲の周波数であり、第２発振系統において出力される第２発振信号の第２周波数が、１４ＭＨｚ付近の破線で囲まれた範囲の周波数であるものとする。
　図７に示すように、３０ＭＨｚ付近では、負性抵抗がマイナス値を示し、さらに、水晶振動子１２のインピーダンスがハイインピーダンスとなり発振条件を満たしていることが確認できる。また、第１周波数に対する所定範囲以外の周波数で負性抵抗がほとんど発生しないことが確認できる。
　また、１４ＭＨｚ付近でも、負性抵抗がマイナス値を示し、さらに、水晶振動子１２のインピーダンスがハイインピーダンスとなり発振条件を満たしていることが確認できる。また、第２周波数に対する所定範囲以外の周波数で負性抵抗がほとんど発生しないことが確認できる。
［第３の実施形態の効果］
　以上のとおり、第３の実施形態に係る水晶発振器１は、第１負性抵抗発生回路２２及び第２負性抵抗発生回路２３を備えることにより、それぞれの発振系統における発振周波数において負性抵抗を生じさせ、当該発振周波数に対応する所定範囲以外の周波数において負性抵抗を生じさせないようにすることができる。これにより、それぞれの発振系統において、さらに安定して発振信号を出力させることができる。
＜第４の実施形態＞
［フィルタ回路を備える］
　続いて、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の水晶発振器１は、各発振系統のそれぞれが、他の発振系統において出力される発振信号を遮断するフィルタ回路を備える点で第１の実施形態の水晶発振器１と異なり、その他の点では同じである。
　図８は、第４の実施形態に係る水晶発振器１の内部の回路構成図である。第４の実施形態において、水晶発振器１は、第１フィルタ回路２４と、第２フィルタ回路２５とをさらに備える。なお、水晶発振器１は、第１フィルタ回路２４及び第２フィルタ回路２５のいずれかを備えるようにしてもよい。
　また、水晶発振器１は、第２の実施形態と同様に、第１発振回路１３、第２発振回路１４、第１インピーダンス調整回路１７、第２インピーダンス調整回路１８及び制御回路１９を集積回路内に設けてもよい。また、水晶発振器１は、第１フィルタ回路２４及び第２フィルタ回路２５を集積回路内に設けてもよい。
　第１フィルタ回路２４は、水晶振動子１２と、第１発振回路１３との間に設けられ、第２周波数の第２発振信号を遮断する。具体的には、第１フィルタ回路２４は、インダクタ２４１と、コンデンサ２４２と、インダクタ２４３と、コンデンサ２４４とを備える。インダクタ２４１と、コンデンサ２４２とは、水晶振動子１２の一端と第１インピーダンス調整回路１７の一端との間に設けられており、これらインダクタ２４１及びコンデンサ２４２は、並列に接続されている。インダクタ２４３と、コンデンサ２４４とは、水晶振動子１２の他端と第１インピーダンス調整回路１７の他端との間に設けられており、これらインダクタ２４３及びコンデンサ２４４は、並列に接続されている。第１フィルタ回路２４は、共振周波数が第２周波数であり、第２周波数におけるインピーダンスが高いフィルタ回路である。
　第２フィルタ回路２５は、水晶振動子１２と、第２発振回路１４との間に設けられ、第１周波数の第１発振信号を遮断する。具体的には、第２フィルタ回路２５は、インダクタ２５１と、コンデンサ２５２と、インダクタ２５３と、コンデンサ２５４とを備える。インダクタ２５１と、コンデンサ２５２とは、水晶振動子１２の一端と第２インピーダンス調整回路１８の一端との間に設けられており、これらインダクタ２５１及びコンデンサ２５２は、並列に接続されている。インダクタ２５３と、コンデンサ２５４とは、水晶振動子１２の他端と第２インピーダンス調整回路１８の他端との間に設けられており、これらインダクタ２５３及びコンデンサ２５４は、並列に接続されている。第２フィルタ回路２５は、共振周波数が第１周波数であり、第１周波数におけるインピーダンスが高いフィルタ回路である。
　図９は、水晶発振器１における信号経路を示す図である。図１０は、水晶発振器１における回路インピーダンスの周波数特性を示す図である。なお、図９では、第１インピーダンス調整回路１７、第２インピーダンス調整回路１８、第１アイソレーション調整回路２０、及び第２アイソレーション調整回路２１を省略している。
　図９に示すように、水晶発振器１は、１つの水晶振動子１２に対して第１発振回路１３と第２発振回路１４とが接続されていることから、水晶振動子１２から見たときの信号経路として、第１経路及び第２経路が存在している。
　例えば、第１フィルタ回路２４は、第２周波数ｆ２におけるインピーダンスが高いので、第２発振回路１４から第２周波数ｆ２の第２発振信号が出力される場合には、第１経路には第２発振信号が流れない。これにより、水晶発振器１における信号経路のうち、第２経路が支配的となる。したがって、第１フィルタ回路２４を第１発振回路１３側に設けることにより、第１発振回路１３が第２周波数ｆ２で発振することを防止し、第１発振回路１３における発振の安定度を向上させることができる。
　また、第２フィルタ回路２５は、第１周波数ｆ１におけるインピーダンスが高いので、第１発振回路１３から第１周波数ｆ１の第１発振信号が出力される場合には、第２経路には第１発振信号が流れない。これにより、水晶発振器１における信号経路のうち、第１経路が支配的となる。したがって、第２フィルタ回路２５を第２発振回路１４側に設けることにより、第２発振回路１４が第１周波数ｆ１で発振することを防止し、第２発振回路１４における発振の安定度を向上させることができる。
　なお、本実施形態では、第１フィルタ回路２４は、インダクタ２４１、コンデンサ２４２、インダクタ２４３、及びコンデンサ２４４を備えることとしたが、これに限らない。第１フィルタ回路２４は、インダクタ２４１及びコンデンサ２４２からなる並列回路、及びインダクタ２４３及びコンデンサ２４４からなる並列回路のいずれかを備えるようにしてもよい。
　また、本実施形態では、第２フィルタ回路２５は、インダクタ２５１、コンデンサ２５２、インダクタ２５３、及びコンデンサ２５４を備えることとしたが、これに限らない。第２フィルタ回路２５は、インダクタ２５１及びコンデンサ２５２からなる並列回路、及びインダクタ２５３及びコンデンサ２５４からなる並列回路のいずれかを備えるようにしてもよい。
　また、第１フィルタ回路２４及び第２フィルタ回路２５の特性を、制御回路を用いて調整するようにしてもよい。例えば、コンデンサ２４２、コンデンサ２４４、コンデンサ２５２及びコンデンサ２５４のそれぞれに代えて、複数のコンデンサから構成されるコンデンサアレイをそれぞれ設け、当該制御回路によってこれらのコンデンサアレイを制御することにより第１フィルタ回路２４及び第２フィルタ回路２５における容量値を調整してもよい。このようにすることで、第１フィルタ回路２４及び第２フィルタ回路２５のＱ値を調整することができる。
［第４の実施形態の効果］
　以上のとおり、第４の実施形態に係る水晶発振器１は、第１フィルタ回路２４及び第２フィルタ回路２５を備えることにより、それぞれの発振系統において発振信号が出力される場合に、他の発振系統に発振信号が流れることを防止し、それぞれの発振系統において、さらに安定して発振信号を出力させることができる。
＜第５の実施形態＞
　図１１は、第５の実施形態に係る水晶発振器２の内部の回路構成図である。水晶発振器２は、第１の実施形態～第４の実施形態のいずれかの水晶発振器１の回路が収容されている恒温槽１１を有している。図１１に示す水晶発振器２においては、恒温槽１１に、第１の実施形態の水晶発振器１、温度制御回路３１、及び記憶部３２が収容され、恒温槽１１の外部に、恒温槽１１を加熱するヒータ回路３３が設けられている。水晶発振器２は、第１発振回路１３から出力される第１発振信号の第１周波数と第２発振回路１４から出力される第２発振信号の第２周波数との差に基づいて、温度制御を行う点で、第１の実施形態～第４の実施形態に係る水晶発振器１と異なる。
　温度制御回路３１は、ヒータ回路３３の加熱量を制御することにより、恒温槽１１の温度を制御する。具体的には、温度制御回路３１は、第１発振回路１３及び第２発振回路１４に接続されており、第１周波数及び第２周波数を検出し、第１周波数と第２周波数との差を特定する。温度制御回路３１は、特定した周波数の差に基づいてヒータ回路３３の加熱量を制御して恒温槽１１を加熱し、恒温槽１１内の水晶振動子１２の近傍の温度を制御する。
　より具体的には、温度制御回路３１は、第１周波数と第２周波数との差の実測値と、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリによって構成される記憶部３２に記憶された、第１周波数と第２周波数との差の目標値と、を比較する。温度制御回路３１は、実測値と目標値との差が小さくなるように、ヒータ回路３３の加熱量を制御する。図１１に示す例において、第１発振信号は、温度制御回路３１に入力されるとともに、恒温槽１１の外部に出力され、第２発振信号は、温度制御に用いるために温度制御回路３１に入力される。このようにすることで、水晶発振器２は、第１発振信号の第１周波数の精度を向上させ、第１発振信号の周波数温度特性を向上させることができる。
　なお、水晶発振器２は、第２発振信号を恒温槽１１の外部に出力してもよい。また、上記の説明においては、恒温槽１１の内部に温度制御回路３１及び記憶部３２が設けられているものとしたが、温度制御回路３１及び記憶部３２は、恒温槽１１の外部に設けられていてもよい。また、水晶発振器２は恒温槽１１を備えていなくてもよい。
［第５の実施形態の効果］
　以上のとおり、第５の実施形態に係る水晶発振器２における温度制御回路３１は、第１発振回路１３から出力される第１発振信号の第１周波数と、第２発振回路１４から出力される第２発振信号の第２周波数との差に基づいて、ヒータ回路３３の発熱量を制御することにより、水晶振動子１２付近の温度を制御し、第１周波数及び第２周波数を所望の周波数に合わせることができる。したがって、水晶発振器２は、実装面積を小さくするとともに、周囲温度が変動した場合であっても、出力信号を安定して発振させることができる。
　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、請求の範囲の記載から明らかである。
１・・・水晶発振器、２・・・水晶発振器、１１・・・恒温槽、１２・・・水晶振動子、１３・・・第１発振回路、１４・・・第２発振回路、１７・・・第１インピーダンス調整回路、１８・・・第２インピーダンス調整回路、１９・・・制御回路、２０・・・第１アイソレーション回路、２０１・・・コンデンサ、２０２・・・抵抗、２０３・・・コンデンサ、２０４・・・抵抗、２１・・・第２アイソレーション回路、２１１・・・コンデンサ、２１２・・・抵抗、２１３・・・コンデンサ、２１４・・・抵抗、２２・・・第１負性抵抗発生回路、２２１・・・コンデンサ、２２２・・・コンデンサ、２２３・・・コンデンサ、２２４・・・抵抗、２２５・・・インダクタ、２２６・・・コンデンサ、２２７・・・コンデンサ、２２８・・・インダクタ、２２９・・・抵抗、２３・・・第２負性抵抗発生回路、２３１・・・コンデンサ、２３２・・・コンデンサ、２３３・・・コンデンサ、２３４・・・抵抗、２３５・・・インダクタ、２３６・・・コンデンサ、２３７・・・コンデンサ、２３８・・・インダクタ、２３９・・・抵抗、２４・・・第１フィルタ回路、２４１・・・インダクタ、２４２・・・コンデンサ、２４３・・・インダクタ、２４４・・・コンデンサ、２５・・・第２フィルタ回路、２５１・・・インダクタ、２５２・・・コンデンサ、２５３・・・インダクタ、２５４・・・コンデンサ、３０・・・集積回路、３１・・・温度制御回路、３２・・・記憶部、３３・・・ヒータ回路、１００・・・従来の水晶発振器、１０１・・・水晶振動子、１０２・・・第１発振回路、１０３・・・水晶振動子、１０４・・・第２発振回路、１１０・・・水晶発振器、１１１・・・水晶振動子、１１２・・・第１発振回路、１１３・・・第２発振回路

Claims (13)

  1. 　水晶振動子と、
    　前記水晶振動子を第１周波数で発振させる第１発振回路と、
    　前記水晶振動子と前記第１発振回路とを有する第１発振系統のインピーダンスを調整する第１インピーダンス調整回路と、
    　前記水晶振動子を前記第１周波数とは異なる第２周波数で発振させる第２発振回路と、
    　前記水晶振動子と前記第２発振回路とを有する第２発振系統のインピーダンスを調整する第２インピーダンス調整回路と、
    　前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路を制御する制御回路と、
    　を備える水晶発振器。
  2. 　前記水晶振動子と、前記第１発振回路及び前記第２発振回路の少なくともいずれかとの間に、前記第１周波数及び前記第２周波数のいずれかにおいて前記第１発振系統又は前記第２発振系統に対して負性抵抗を生じさせる負性抵抗発生回路をさらに備える、
    　請求項１に記載の水晶発振器。
  3. 　前記負性抵抗発生回路は、前記第１周波数及び前記第２周波数のいずれかにおいてハイインピーダンスとなる、
    　請求項２に記載の水晶発振器。
  4. 　前記負性抵抗発生回路は、前記第１周波数に対する所定範囲外の周波数及び前記第２周波数に対する所定範囲外の周波数においてほぼ短絡となり負性抵抗が発生しない、
    　請求項２又は３に記載の水晶発振器。
  5. 　前記水晶振動子と、前記第１発振回路及び前記第２発振回路の少なくともいずれかとの間に、発振回路間のアイソレーションを確保するためのアイソレーション調整回路をさらに備える、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の水晶発振器。
  6. 　前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路は、複数の抵抗から構成される抵抗アレイを有し、
    　前記制御回路は、当該抵抗アレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路の少なくともいずれかの抵抗値の調整を行う、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の水晶発振器。
  7. 　前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路は、複数のコンデンサから構成されるコンデンサアレイを有し、
    　前記制御回路は、当該コンデンサアレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路の少なくともいずれかの容量値の調整を行う、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の水晶発振器。
  8. 　前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路は、可変容量ダイオードを有し、
    　前記制御回路は、当該可変容量ダイオードを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路及び前記第２インピーダンス調整回路の少なくともいずれかの周波数特性の調整を行う、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の水晶発振器。
  9. 　前記第１発振回路、前記第２発振回路、前記第１インピーダンス調整回路、前記第２インピーダンス調整回路、及び前記制御回路は集積回路内に設けられている、
    　請求項１から８のいずれか１項に記載の水晶発振器。
  10. 　前記水晶振動子と前記第１発振回路との間に設けられ、前記第２周波数の発振信号を遮断する第１フィルタ回路と、
    　前記水晶振動子と前記第２発振回路との間に設けられ、前記第１周波数の発振信号を遮断する第２フィルタ回路との少なくともいずれかをさらに備える、
    　請求項１から９のいずれか１項に記載の水晶発振器。
  11. 　前記第１周波数及び前記第２周波数を検出し、前記第１周波数と前記第２周波数との差に基づいて、前記水晶振動子の近傍の温度を制御する温度制御回路をさらに備える、
    　請求項１から１０のいずれか１項に記載の水晶発振器。
  12. 　請求項１から１１のいずれか１項に記載の水晶発振器の製造方法であって、
    　前記第１インピーダンス調整回路を調整して前記第１発振系統のインピーダンスを調整する第１ステップと、
    　前記第２インピーダンス調整回路を調整して前記第２発振系統のインピーダンスを調整する第２ステップと、
    　を備える水晶発振器の製造方法。
  13. 　前記第１ステップは、
    　前記第１インピーダンス調整回路の抵抗アレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路を流れる電流値を調整するステップと、
    　前記第１インピーダンス調整回路のコンデンサアレイを制御することにより、前記第１インピーダンス調整回路の周波数特性を調整するステップと、
    　を有し、
    　前記第２ステップは、
    　前記第２インピーダンス調整回路の抵抗アレイを制御することにより、前記第２インピーダンス調整回路を流れる電流値を調整するステップと、
    　前記第２インピーダンス調整回路のコンデンサアレイを制御することにより、前記第２インピーダンス調整回路の周波数特性を調整するステップと、
    　を有する、
    　請求項１２に記載の水晶発振器の製造方法。
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