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【発明の名称】 圧電発振器とその調整方法
【発明者】 【氏名】丸山 泰央
【住所又は居所】神奈川県高座郡寒川町小谷二丁目１番１号 東洋通信機株式会社内
【要約】 【課題】小型化を要求された圧電発振器はパッケージにスペースの余裕がないので、水晶振動子専用の測定端子を設けられず故障診断機能を犠牲にしていた。また、測定端子がないため水晶振動子の実装後に単体のデータを確認できず、温度補償データを発振器に書き込む調整手順が複雑化し、製造効率が悪かった。

【解決手段】圧電振動子と、発振回路と、入出力端子と調整端子とを有するパッケージと、圧電振動子と発振回路との間に挿入された第１の切替手段と、圧電振動子と入出力端子との間に挿入された第２の切替手段とを備え、第１の切替手段は、選択信号に基づき圧電振動子と発振回路との接続を断状態、あるいは導通状態のいずれかに設定するものであり、第２の切替手段は、該選択信号に基づき圧電振動子と入出力端子との接続を導通状態、或いは断状態のいずれかに設定するものであることを特徴とする圧電発振器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、発振回路と、信号を入力或いは出力する入出力端子と調整端子とを有し前記圧電振動子と前記発振回路とを収容するパッケージと、前記圧電振動子と前記発振回路との間に挿入された第１の切替手段と、前記圧電振動子と前記入出力端子との間に挿入された第２の切替手段とを備えた圧電発振器であって、前記第１の切替手段は、前記調整端子に入力した選択信号に基づき前記圧電振動子と前記発振回路との接続を断状態、あるいは導通状態のいずれかに設定するものであり、前記第２の切替手段は、該選択信号に基づき前記圧電振動子と前記入出力端子との接続を導通状態、或いは断状態のいずれかに設定するものであることを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記第２の切替手段は、前記第１の切替手段と前記入出力端子との間に挿入したものであり、前記選択信号に基づき前記第１の切替手段を介して前記圧電振動子と前記入出力端子との接続を導通状態、或いは断状態のいずれかに設定するものであることを特徴とする
請求項１記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記入出力端子は電源端子、接地端子、周波数制御端子、或いは発振信号出力端子のいずれかであることを特徴とする請求項１、または請求項２のいずれかに記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記発振回路と圧電振動子と前記第１の切替手段と前記第２の切替手段とをＩＣチップ内に集積したことを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の圧電発振器。
【請求項５】
前記発振回路は、温度補償データを記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に保存された前記温度補償データに基づく温度補償を行う温度補償回路とを備えたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、または請求項４のいずれかに記載の圧電発振器。
【請求項６】
前記パッケージは、外部から前記温度補償データを入力し前記記憶手段に書き込むための書込端子を備えたことを特徴とする請求項５記載の圧電発振器。
【請求項７】
前記圧電振動子を恒温槽に収納する調整ステップと、前記調整端子に選択信号を入力し前記第１の切替手段を断状態とすると共に前記第２の切替手段を導通状態にする調整ステップと、前記入出力端子に測定装置を接続すると共に前記恒温槽内の温度を変化し前記圧電振動子単体の周波数温度特性データを取得する調整ステップと、前記取得した圧電振動子単体の周波数温度特性データから温度補償データを作成する調整ステップと、該温度補償データを前記書込端子へ入力しこれを前記記憶手段に書き込む調整ステップとを備えていることを特徴とする請求項６記載の圧電発振器を調整する方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電発振器とその調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶発振器は圧電素子に水晶振動子を用いた圧電発振器であり、高安定な基準周波数の発振源として広く使われている。
なかでも、内部に温度補償回路を備え周波数温度特性の安定化を図った温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の需要は特に高い。近年、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）に対する小型化の要求から、水晶振動子以外の温度補償回路や周辺回路を全て一つのＩＣに集積したもの（ＩＣ化ＴＣＸＯ）が主流になってきている。
【０００３】
従来、温度補償型水晶発振器は温度補償データを書き込む調整を必要とするが、一般的には以下のような調整手順を備えている。まず、パッケージへの実装前に水晶振動子単体を恒温槽に入れ、周波数温度特性のデータを取得する。次に、前記水晶振動子単体の周波数温度特性データから温度補償データを作成し、水晶振動子をＩＣと共にパッケージ内に実装してパッケージを封止する。そして、パッケージの書込端子から前記温度補償データを書き込み、水晶発振器を恒温槽に入れ周波数温度特性を確認し調整を完了する。
【０００４】
ここで、パッケージへの実装前後で水晶振動子単体の周波数温度特性が変化する場合があるので、パッケージに水晶振動子のみを実装しこれを恒温槽に入れて単体のデータを取得しておき、単体のデータから温度補償データを作成し、後でＩＣを実装するという場合もある。しかしながら、一旦水晶振動子とＩＣとをパッケージに実装してしまうと、これらが互いに電気的に接続されてしまうので、この状態で水晶振動子単体のデータを取得したり、或いは故障診断を目的として水晶振動子単体の特性を確認することは出来ない。
従って、故障等なんらかの不具合が水晶発振器に発生すると、その原因が水晶振動子側にあるのか、或いは周辺回路側にあるのかを簡単に切り分けることが困難になる。
また、近年の水晶発振器の小型化に伴い、水晶振動子をパッケージから取りはずして故障診断を実施することが非常に時間がかかり困難な作業を伴うようになった。そこで、水晶振動子を実装した状態のまま、これを交換せずに即座に水晶振動子単体の特性を確認でき故障診断を行うものが、特開平９−２４６８６８号公報に開示されている。
【０００５】
図５は特開平９−２４６８６８号公報において開示された水晶発振器のブロック図を示したものである。図５に示した従来の水晶発振器は、発振回路１と水晶振動子２と電源端子３と接地端子４と出力端子５と接続端子６、７、８とを有し全体が金属ケースに封止された水晶発振モジュール９と、アナログスイッチ１０と、前記水晶振動子２と同一の特性を有する水晶振動子１１と、前記水晶発振モジュール９とアナログスイッチ１０と第２の水晶振動子１１を実装するプリント基板１２とを備えている。
ここで、前記プリント基板１２にはこれらの部品を実装し接続するための配線パターン１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されている。
【０００６】
図５に示した従来の水晶発振器は次のように動作する。
まず、図５に示した水晶発振器が何らかの原因で故障（例えば発振の停止等）したものとする。そこで、選択信号をアナログスイッチ１０の端子１１ｂと１１ｃとの間が導通するように設定すると、接続端子６と接続端子８との接続が断となって水晶振動子２は発振回路１から分離されると共に、水晶振動子１１が前記アナログスイッチ１０を介して発振回路１に接続される。
そこで、出力端子５に出力される信号を確認し、所定の発振信号が前記出力端子５から出力されていれば発振停止の原因が水晶振動子２側にあり、発振が停止したままの状態であれば発振停止の原因が発振回路１側にあると診断することができる。
【０００７】
ここで、水晶振動子１１は故障の診断のみに必要な部品であり、プリント基板１２に実装用の配線パターンのみを形成しておき、故障が発生した場合にのみこれを実装してもよい。例えば、水晶振動子１１を実装しない状態において、アナログスイッチ１０の端子１１ｂと１１ｃとの間が導通するように設定し、水晶振動子２が周辺部品から分離された状態にする。そこで、接続端子７、８にネットワークアナライザ等の測定装置を接続すれば水晶振動子２単体の特性を確認することができる。
なお、これを温度補償型水晶発振器として製造する場合は、先述した例と同様に、水晶振動子２単体の周波数温度特性データを取得し、前記水晶振動子２単体の周波数温度特性データから温度補償データを作成し、これを発振回路１に書き込むといった調整が必要であるが、接続端子７、８を利用することにより、水晶振動子２を実装した後でも単体の周波数温度特性データを取得できるという利点を備えている。
【特許文献１】特開平９−２４６８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、図５に示した従来の水晶発振器は以下のような問題点がある。
すなわち、この水晶発振器は水晶振動子２を実装した後でも接続端子７、８にネットワークアナライザ等の測定装置を接続すれば水晶振動子単体のデータを確認、或いは取得できるという利点を備えているが、小型化を要求された場合（特にＩＣ化ＴＣＸＯ）はパッケージに余裕なスペースがないので、このような接続端子を設けることはできない。よって、小型化を図ろうとすると水晶振動子単体の特性を確認する機能を犠牲にせざるを得ない。
【０００９】
また、小型化を要求された従来のＩＣ化ＴＣＸＯ（水晶発振器）は、水晶振動子単体を恒温槽に収容し周波数温度特性のデータを取得する調整作業と、前記データから温度補償データを作成する調整作業と、水晶振動子やＩＣ等を水晶発振器のパッケージに実装する組立作業と、温度補償データを水晶発振器に書き込む調整作業とを順番に実行せざるを得ないため、調整作業が途中で中断し製造効率が悪くなってしまう。また、水晶振動子単体を恒温槽に収容し単体の周波数温度特性データを取得するための設備と、温度補償データを書き込んだ後に水晶発振器を恒温槽に収容し周波数温度特性を確認するための設備とを別々に用意する必要があるので、工場の製造スペースを余分に占有することになり製造上好ましくない。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、製造効率が良い調整手順を有し、且つ不具合発生時にも簡単に水晶振動子単体を分離して特性を確認でき、小型化が可能な圧電発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明においては、圧電振動子と、発振回路と、信号を入力或いは出力する入出力端子と調整端子とを有し前記圧電振動子と前記発振回路とを収容するパッケージと、前記圧電振動子と前記発振回路との間に挿入された第１の切替手段と、前記圧電振動子と前記入出力端子との間に挿入された第２の切替手段とを備えた圧電発振器であって、前記第１の切替手段は、前記調整端子に入力した選択信号に基づき前記圧電振動子と前記発振回路との接続を断状態、あるいは導通状態のいずれかに設定するものであり、前記第２の切替手段は、該選択信号に基づき前記圧電振動子と前記入出力端子との接続を導通状態、或いは断状態のいずれかに設定するものである。
【００１２】
また、請求項２記載の発明においては、請求項１記載の圧電発振器において、前記第２の切替手段は、前記第１の切替手段と前記入出力端子との間に挿入したものであり、前記選択信号に基づき前記第１の切替手段を介して前記圧電振動子と前記入出力端子との接続を導通状態、或いは断状態のいずれかに設定するものである。また、請求項３記載の発明においては、請求項１、または請求項２記載の圧電発振器において、前記入出力端子は電源端子、接地端子、周波数制御端子、或いは発振信号出力端子のいずれかとしたものである。
【００１３】
また、請求項４記載の発明においては、請求項１、請求項２、または請求項３記載の圧電発振器において、前記発振回路と圧電振動子と前記第１の切替手段と前記第２の切替手段とをＩＣチップ内に集積したものである。また、請求項５記載の発明においては、請求項１、請求項２、請求項３、または請求項４記載の圧電発振器において、前記発振回路は、温度補償データを記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に保存された前記温度補償データに基づく温度補償を行う温度補償回路とを備えたものである。
【００１４】
また、請求項６記載の発明においては、請求項５記載の圧電発振器において、前記パッケージは、外部から前記温度補償データを入力し前記記憶手段に書き込むための書込端子を備えたものである。
【００１５】
また、請求項７記載の発明においては、請求項６記載の圧電発振器において、前記圧電振動子を恒温槽に収納する調整ステップと、前記調整端子に選択信号を入力し前記第１の切替手段を断状態とすると共に前記第２の切替手段を導通状態にする調整ステップと、前記入出力端子に測定装置を接続すると共に前記恒温槽内の温度を変化し前記圧電振動子単体の周波数温度特性データを取得する調整ステップと、前記取得した圧電振動子単体の周波数温度特性データから温度補償データを作成する調整ステップと、該温度補償データを前記書込端子へ入力しこれを前記記憶手段に書き込む調整ステップとを備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧電発振器は、圧電振動子と、発振回路と、入出力端子を有するパッケージと、圧電振動子と発振回路との間に挿入された第１の切替手段と、前記圧電振動子と前記入出力端子との間に挿入された第２の切替手段とを備えた圧電発振器であって、前記第１の切替手段は、入力した選択信号に基づき前記圧電振動子と前記発振回路との接続を断状態、あるいは導通状態のいずれかに設定するものであり、前記第２の切替手段は、該選択信号に基づき前記圧電振動子と前記入出力端子との接続を導通状態、或いは断状態のいずれかに設定するものである。したがって、本発明は圧電振動子を実装した後に圧電振動子単体の周波数温度特性の確認とデータ取得が可能であり、また不具合発生時にも実装状態で圧電振動子単体の特性を簡単に確認でき、短時間で故障診断ができ、製造効率の良い小型化可能な圧電発振器を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係わる圧電発振器の第１の実施例のブロック図を示したものである。
図１において本発明の圧電発振器は、電源端子１４と周波数制御端子１５と接地端子１６と出力端子１７と書込端子１８と調整端子１９とを有するパッケージ２０と、水晶振動子２１と、温度補償回路を有する発振回路２２と、前記書込端子１８から入力した温度補償データを記憶する記憶手段２３と、前記水晶振動子２１と前記発振回路２２との間に挿入され前記調整端子１９に入力した選択信号に基づき接続を切り替える第１の切替手段２４ａ、２４ｂと、前記水晶振動子２１と前記電源端子１４、前記周波数制御端子１５との間に挿入され該選択信号に基づき接続を切り替える第２の切替手段２５ａ、２５ｂとを備え、前記発振回路２２と前記記憶手段２３と前記第１の切替手段２４ａ、２４ｂと前記第２の切替手段２５ａ、２５ｂはＩＣ２６に集積されている。また、前記ＩＣ２６と前記水晶振動子２１はパッケージ２０に実装され、パッケージ２０全体が封止されている。
【００１８】
図１に示した圧電発振器は次のように動作する。
まず、調整端子１９に選択信号としてＣＭＯＳインタフェースのＨｉの電圧を入力する。（以下、この状態を「発振器モード」と言う。）このとき、第１の切替手段２４ａ、２４ｂは前記選択信号に従い図２（Ａ）に示す接続となり水晶振動子２１と発振回路２２が接続された状態となる。また、前記選択信号に従い第２の切替手段２５ａ、２５ｂが図２（Ａ）に示す接続となり、発振回路２２、記憶手段２３に電源端子１４が接続され電源が供給された状態となると共に、周波数制御端子１５が発振回路２２に接続された状態となる。
よって、この状態において発振回路２２が起動し出力端子１７には発振信号が出力される。なお、通常はこの状態で使用し、周波数制御端子１５は前記発振信号の周波数を制御するために、直流電圧或いは周波数変調信号を入力するための端子として使用する。
【００１９】
次に、調整端子１９に選択信号としてＣＭＯＳインタフェースのＬｏの電圧を入力する。
（以下、この状態を「振動子モード」と言う。）このとき、第１の切替手段２４ａ、２４ｂは前記選択信号に従い図２（Ｂ）に示す接続となり水晶振動子２１と発振回路２２との接続が断となる。また、前記選択信号に従い第２の切替手段２５ａ、２５ｂが図２（Ｂ）に示す接続となり、発振回路２２、記憶手段２３と電源端子１４との接続が断となると共に、水晶振動子２１は電源端子１４及び周波数可変端子１５に接続された状態となる。つまり、水晶振動子２１が発振回路２２から切り離され、電源端子１４と周波数制御端子１５に接続された状態になる。
そこで、電源端子１４、周波数制御端子１５にネットワークアナライザ等の測定装置を接続し、水晶振動子２１単体のデータを確認する。なお、電源端子１４に電源を供給しないと第１の切替手段２４ａ、２４ｂ及び第２の切替手段２５ａ、２５ｂが作動しないので、電源端子１４と前記測定装置との間にはバイアスＴ回路等を挿入し電源を供給できる状態にしておく。
【００２０】
このように、調整端子１９に所定の選択信号を入力し「発振器モード」から「振動子モード」に設定を変更することで、水晶振動子２１は発振回路２２から簡単に切り離され、水晶振動子２１の測定用端子として電源端子１４と周波数制御端子１５を使うことができる。また、故障診断用に水晶振動子専用の接続端子をパッケージ２０に別途設ける必要がなくなり、小型化を図ることが可能となる。なお、水晶振動子２１の測定用端子として、電源端子１４と周波数制御端子１５とを使用するようにしているが、本願発明はこれに限らず。例えば、接地端子１６や出力端子１７を測定用端子として接続する様にしても良いし、或いは、配線パターンを考慮した上で、これらの入出力端子のなかで測定用端子として最適なものを二つ選択しても良いであろう。
また、ＩＣ２６内部において調整端子１９に接続する配線パターンを抵抗を介して電源へプルアップしても良い。このようにすると、調整端子１９を開放状態にすると本発明の圧電発振器は「発振器モード」となり、また、接地状態にすると「振動子モード」となるので故障診断時の設定が簡単になることは言うまでもない。
【００２１】
次に、本発明に係る圧電発振器の第２の実施例について説明する。
図３は本発明に係る圧電発振器の第２の実施例のブロック図を示したものである。
図３に示した圧電発振器は第２の切替手段２５ａ、２５ｂの配置のみが図１に示した第１の実施例のものと異なるだけであり、その他の構成は全く同じである。図３に示した第２の実施例において、第２の切替手段２５ａは第１の切替手段２４ａと電源端子１４との間に挿入され、第２の切替手段２５ｂは第１の切替手段２５ｂと周波数制御端子１５との間に挿入されている。前述した第１の実施例と動作は全く同じであるため詳細な説明は省略するが、調整端子１９にＣＭＯＳインタフェースのＨｉの電圧を入力するか、或いは開放状態とすると第１の切替手段２４ａ、２４ｂと第２の切替手段２５ａ、２５ｂは図４（Ａ）に示す接続となり「発振器モード」に設定される。また、調整端子１９にＣＭＯＳインタフェースのＬｏの電圧を入力するか、或いは接地状態とすると第１の切替手段２４ａ、２４ｂと第２の切替手段２５ａ、２５ｂは図４（Ｂ）に示す接続となり「振動子モード」に設定される。以上、説明した第１の実施例と第２の実施例において、第１、第２の切替手段の配置とそれらの接続状態を示したが、水晶振動子２１を発振回路２２から切り離し、これを入出力端子に接続するものであれば、前記第１、第２切替手段の配置や、切替手段の数や、切替手段相互の接続はどのようなものであってもかまわない。
【００２２】
次に、本発明の圧電発振器に温度補償データを書き込む調整方法について説明する。
なお、前記第１、第の実施例のいずれについても調整方法は全く同じなので、ここでは第１の実施例を使って説明する。
まず、圧電発振器を恒温槽に収容し電源端子１４、周波数制御端子１５にネットワークアナライザ等の測定装置を接続し、出力端子１７にスペクトラムアナライザ等の測定装置を接続しておく。そこで、調整端子１９にＣＭＯＳインタフェースのＬｏの電圧を入力するか或いは接地状態とし、圧電発振器を「振動子モード」の状態とする。次に、前記恒温槽内の温度を変化させ前記ネットワークアナライザ等の測定装置にて水晶振動子２１単体の周波数温度特性のデータを取得する。次に、前記水晶振動子２１単体の周波数温度特性のデータから温度補償データを作成する。
【００２３】
次に、調整端子１９にＣＭＯＳインタフェースのＨｉの電圧を入力するか或いは開放状態とし、圧電発振器を「発振器モード」の状態とする。そこで、書込端子１８に前記温度補償データを入力しこれを記憶手段２３に書き込み保存する。次に、恒温槽内の温度を変化させ、出力端子１７に出力した発振信号の周波数温度特性を前記スペクトラムアナライザ等の測定装置で確認し調整を完了する。なお、前記書込端子１９は３線式のシリアルインタフェースを用いることが多いので、ＳＣＬＫ（シリアルクロック入力）端子、ＤＩＯ（データ入出力）端子、ＣＳ（チップセレクト）端子といった複数の端子を備えるのが通常である。
従って、これらの端子に入力する信号の組み合わせによって前記選択信号をＩＣ２６内部で作成し、これを前記第１、第２の切替手段に与えるようにしてもよい。このようにすれば、調整端子を複数の書込端子で兼用することができるので、更に小型化を図る上で有効な手段となる。
【００２４】
以上説明したように、本発明の圧電発振器は組み立てが完了した状態でこれを恒温槽に収容し、水晶振動子単体の特性の取得から温度補償データの書き込みまでを一つの測定設備でまとめて行うことができ、水晶振動子単体を恒温槽に収容する作業を不要とするので製造効率が格段にアップする。また、調整端子１９を接地することで水晶振動子２１を発振回路２２から簡単に切り離すことができ専用の測定端子をパッケージに設ける必要がないので、故障診断が簡単に行え、且つ小型化が可能な圧電発振器を提供する上で絶大な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る圧電発振器の第１の実施例を示すブロック図。
【図２】本発明に係る圧電発振器の第１の実施例を示すブロック図。
【図３】本発明に係る圧電発振器の第２の実施例を示すブロック図。
【図４】本発明に係る圧電発振器の第２の実施例を示すブロック図。
【図５】従来の水晶発振器のブロック図。
【符号の説明】
【００２６】
１、２２・・発振回路
２、１１、２１・・水晶振動子
３、１４・・電源端子
４、１６・・接地端子
５、１７・・出力端子
６、７、８・・接続端子
９・・水晶発振モジュール
１０・・アナログスイッチ
１２・・プリント基板
１５・・周波数制御端子
１８・・書込端子
１９・・調整端子
２０・・パッケージ
２３・・記憶手段
２４ａ、２４ｂ・・第１の切替手段
２５ａ、２５ｂ・・第２の切替手段
２６・・ＩＣ
【出願人】 【識別番号】０００００３１０４
【氏名又は名称】エプソントヨコム株式会社
【住所又は居所】神奈川県川崎市幸区塚越三丁目４８４番地
【出願日】 平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【代理人】
【公開番号】 特開２００６−２５３３６（Ｐ２００６−２５３３６Ａ）
【公開日】 平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【出願番号】 特願２００４−２０３３６５（Ｐ２００４−２０３３６５）