(57)【要約】【課題】低電圧でも発振動作を行える、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。【解決手段】発振回路１は、パルス信号Ｖｐの供給を受けて作動する昇圧回路１１を有し、入力される基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して生成したバイアス電圧Ｖｂを、振動子１００に向けて出力する電圧生成部１０と、クロックパルス信号Ｖｃｐを生成して出力するクロックパルス信号生成部２０と、昇圧回路１１に入力されるパルス信号Ｖｐを、クロックパルス信号Ｖｃｐとする第１状態と、振動子１００から発振される信号Ｖｏｓｃとする第２状態との間で切り替えるスイッチ部３０と、を有して構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号の供給を受けて作動する昇圧回路を有し、入力される基準電圧を昇圧して生成したバイアス電圧を、振動子に向けて出力する電圧生成部と、
クロックパルス信号を生成して出力するクロックパルス信号生成部と、
前記昇圧回路に入力される前記パルス信号を、前記クロックパルス信号とする第１状態と、前記振動子から発振される信号とする第２状態との間で切り替えるスイッチ部と、
を有する、発振回路。
【請求項２】
前記クロックパルス信号生成部は、前記スイッチ部が前記第２状態である場合に、前記クロックパルス信号の出力を停止する、請求項１に記載の発振回路。
【請求項３】
前記スイッチ部は、前記第１状態から前記第２状態へと切り替える、請求項１又は２に記載の発振回路。
【請求項４】
前記スイッチ部は、初期通電時には前記第１状態である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発振回路。
【請求項５】
前記スイッチ部は、前記発振信号の電圧振幅が基準値以上となった場合に、前記第１状態から前記第２状態へと切り替える、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発振回路。
【請求項６】
前記スイッチ部は、初期通電時からの経過時間が基準時間以上となった場合に、前記第１状態から前記第２状態へと切り替える、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発振回路。
【請求項７】
前記振動子を発振源とする信号を分周して前記発振信号を出力する分周回路を含む、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発振回路。
【請求項８】
前記電圧生成部は、前記昇圧回路の入力電圧又は出力電圧を所与の大きさの電圧に変換して出力する電圧調整回路を含む、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発振回路。
【請求項９】
前記振動子が静電容量型のＭＥＭＳ振動子である、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の発振回路。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振回路と、
前記振動子と、
を有する、発振器。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振回路を有する、電子機器。
【請求項１２】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の発振回路を有する、移動体。
【請求項１３】
クロックパルス信号の供給を受けて、入力される基準電圧を昇圧して生成したバイアス電圧を、振動子に向けて出力する第１工程と、
前記振動子から発振される信号の供給を受けて、前記基準電圧を昇圧して前記振動子に前記バイアス電圧を生成して出力する第２工程と、
を含む、発振器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などの静電容量型の振動子を用いた発振器が開発されている。ＭＥＭＳ振動子の一例として、固定電極及び可動電極を有し、両電極間に発生する静電力により可動電極を駆動させるＭＥＭＳ振動子がある。このような振動子を発振器に用いる場合には、通常は両電極間にバイアス電圧を印加して用いる。
【０００３】
特許文献１には、振動子にバイアス電圧を印加するための昇圧回路を、振動子を発振源とするクロックパルスによって動作させる発振器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３２７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の発振器においては、昇圧回路が昇圧動作をする前に振動子及び発振回路が発振条件を満たし、発振する必要がある。しかしながら、例えば、発振器への供給電圧を低くすると、発振条件を満たすことが難しくなる。このため、振動子の製造バラツキなどによって発振条件を満たせない場合には、所望の発振動作を行えない可能性がある。
【０００６】
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、低電圧でも発振動作を行える、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係る発振回路は、パルス信号の供給を受けて作動する昇圧回路を有し、入力される基準電圧を昇圧して生成したバイアス電圧を、振動子に向けて出力する電圧生成部と、クロックパルス信号を生成して出力するクロックパルス信号生成部と、前記昇圧回路に入力される前記パルス信号を、前記クロックパルス信号とする第１状態と、前記振動子から発振される信号とする第２状態との間で切り替えるスイッチ部と、を有する、発振回路である。
【０００９】
本適用例によれば、第１状態ではクロックパルス信号で昇圧回路を動作させるので、低電圧でも昇圧回路を動作させてバイアス電圧を生成することができる。したがって、低電圧でも発振動作を行える発振回路を実現できる。また、第２状態では振動子から発振される信号で昇圧回路を動作させるので、相互変調歪みによる出力信号の劣化を抑制できる。
【００１０】
［適用例２］
上述の発振回路において、前記クロックパルス信号生成部は、前記スイッチ部が前記第
２状態である場合に、前記クロックパルス信号の出力を停止してもよい。
【００１１】
これによって、相互変調歪みによる出力信号の劣化をさらに抑制できる。
【００１２】
［適用例３］
上述の発振回路において、前記スイッチ部は、前記第１状態から前記第２状態へと切り替えてもよい。
【００１３】
これによって、クロックパルス信号で昇圧回路を動作させて発振動作を行った後に、振動子を発振源とする発振信号で昇圧回路を動作させるので、相互変調歪みによる出力信号の劣化を抑制できる。
【００１４】
［適用例４］
上述の発振回路において、前記スイッチ部は、初期通電時には前記第１状態であってもよい。
【００１５】
これによって、初期通電時にはクロックパルス信号で昇圧回路を動作させて発振動作を行える。したがって、低電圧でも発振動作を行える発振回路を実現できる。
【００１６】
［適用例５］
上述の発振回路において、前記スイッチ部は、前記発振信号の電圧振幅が基準値以上となった場合に、前記第１状態から前記第２状態へと切り替えてもよい。
【００１７】
これによって、適切な発振動作を行った後に第１状態から第２状態へと切り替えることができる。
【００１８】
［適用例６］
上述の発振回路において、前記スイッチ部は、初期通電時からの経過時間が基準時間以上となった場合に、前記第１状態から前記第２状態へと切り替えてもよい。
【００１９】
これによって、適切な発振動作を行った後に第１状態から第２状態へと切り替えることができる。
【００２０】
［適用例７］
上述の発振回路において、前記振動子を発振源とする信号を分周して前記発振信号を出力する分周回路を有してもよい。
【００２１】
これによって、昇圧回路の動作に適した周波数の発振信号を生成することが容易となる。
【００２２】
［適用例８］
上述の発振回路において、前記電圧生成部は、前記昇圧回路の入力電圧又は出力電圧を所与の大きさの電圧に変換して出力する電圧調整回路を有してもよい。
【００２３】
これによって、振動子の動作に適したバイアス電圧を生成することが容易となる。
【００２４】
［適用例９］
上述の発振回路において、前記振動子が静電容量型のＭＥＭＳ振動子であってもよい。
【００２５】
これによって、静電容量型のＭＥＭＳ振動子の駆動に適した発振回路を実現できる。
【００２６】
［適用例１０］
本適用例に係る発振器は、上述のいずれかの発振回路と、前記振動子と、を有する、発振器である。
【００２７】
［適用例１１］
本適用例に係る電子機器は、上述のいずれかの発振回路を有する、電子機器である。
【００２８】
［適用例１２］
本適用例に係る移動体は、上述のいずれかの発振回路を有する、移動体である。
【００２９】
これらの発振器、電子機器及び移動体によれば、低電圧でも発振動作を行える発振回路を有しているので、低電圧でも適切な動作を行える発振器、電子機器及び移動体を実現できる。
【００３０】
［適用例１３］
本適用例に係る発振器の制御方法は、クロックパルス信号の供給を受けて、入力される基準電圧を昇圧して生成したバイアス電圧を、振動子に向けて出力する第１工程と、前記振動子から発振される信号の供給を受けて、前記基準電圧を昇圧して前記振動子に前記バイアス電圧を生成して出力する第２工程と、を含む、発振器の制御方法である。
【００３１】
本適用例によれば、第１工程ではクロックパルス信号で基準電圧を昇圧してバイアス電圧を生成できるので、低電圧でも発振動作を行える発振器の制御方法を実現できる。また、第２工程では振動子を発振源とする発振信号で基準電圧を昇圧してバイアス電圧を生成できるので、相互変調歪みによる出力信号の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態に係る発振回路１の回路図である。
【図２】電圧生成部１０の回路図である。
【図３】能動部５０の回路図である。
【図４】制御部４０の回路図である。
【図５】第２実施形態に係る発振回路１ａの回路図である。
【図６】第３実施形態における電圧生成部１０ａの回路図である。
【図７】第４実施形態における電圧生成部１０ｂの回路図である。
【図８】本実施形態に係る発振器１０００の回路図である。
【図９】振動子１００の構成例を模式的に示す平面図である。
【図１０】振動子１００の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１１】本実施形態に係る発振器の制御方法を示すフローチャートである。
【図１２】本実施形態に係る電子機器３００の機能ブロック図である。
【図１３】図１３（Ａ）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、図１３（Ｂ）は、電子機器３００の一例としての腕装着型の携帯機器である。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
１．発振回路
１−１．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る発振回路１の回路図である。
【００３５】
本実施形態に係る発振回路１は、パルス信号Ｖｐの供給を受けて作動する昇圧回路１１を有し、入力される基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して生成したバイアス電圧Ｖｂを、振動子１００に向けて出力する電圧生成部１０と、クロックパルス信号Ｖｃｐを生成して出力するクロックパルス信号生成部２０と、昇圧回路１１に入力されるパルス信号Ｖｐを、クロックパルス信号Ｖｃｐとする第１状態と、振動子１００から発振される信号（振動子１００を発振源とする発振信号）Ｖｏｓｃとする第２状態との間で切り替えるスイッチ部３０と、を有して構成されている。
【００３６】
図２は、電圧生成部１０の回路図である。電圧生成部１０は、振動子１００を発振源として動作させるために必要となるバイアス電圧Ｖｂを生成する。図２に示される例では、電圧生成部１０は、昇圧回路１１、抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２を有して構成されている。
【００３７】
昇圧回路１１は、いわゆるＤｉｃｋｓｏｎチャージポンプ回路で構成されている。図２に示される例では、昇圧回路１１は、クロック発生回路１２、スイッチ素子ＭＤ１、スイッチ素子ＭＤ２、スイッチ素子ＭＤ３、スイッチ素子ＭＤ４、スイッチ素子ＭＤ５、コンデンサーＣ１１、コンデンサーＣ１２、コンデンサーＣ１３、コンデンサーＣ１４及びコンデンサーＣｏを有して構成されている。
【００３８】
クロック発生回路１２は、パルス信号Ｖｐを用い、周波数及び位相がパルス信号Ｖｐと同一の正相クロックパルスＰ１と、位相がパルス信号Ｖｐと反転した以外は正相クロックパルスＰ１と同一の逆相クロックパルスＰ２とを生成する。
【００３９】
昇圧回路１１は、クロック発生回路１２で生成された正相クロックパルスＰ１及び逆相クロックパルスＰ２を利用して、入力された基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して、基準電圧Ｖｒｅｆより大きいバイアス電圧Ｖｂを出力する。
【００４０】
昇圧回路１１は、直列接続された５つのスイッチ素子ＭＤ１、スイッチ素子ＭＤ２、スイッチ素子ＭＤ３、スイッチ素子ＭＤ４及びスイッチ素子ＭＤ５と、これらのスイッチ素子ＭＤ１〜スイッチ素子ＭＤ５の各接続点に一端側が接続される４つのコンデンサーＣ１１、コンデンサーＣ１２、コンデンサーＣ１３及びコンデンサーＣ１４と、これらのスイッチ素子ＭＤ１〜スイッチ素子ＭＤ５のうち終段のスイッチ素子ＭＤ５の出力側に一端側が接続されるコンデンサーＣｏと、を備える。スイッチ素子ＭＤ１〜スイッチ素子ＭＤ５は、ダイオード接続されたＮＭＯSトランジスターで構成されている。また、コンデンサーＣ１１及びコンデンサーＣ１３の他端側には、正相クロックパルスＰ１が入力されるようにクロック発生回路１２と接続されており、コンデンサーＣ１２及びコンデンサーＣ１４の他端側には、逆相クロックパルスＰ２が入力されるようにクロック発生回路１２と接続されている。
【００４１】
電圧生成部１０は、振動子１００の第１端子と電子的に接続されるノードＡと接地電位ＧＮＤとを抵抗Ｒ１１を介して接続する。また、昇圧回路１１で昇圧される基準電圧Ｖｒｅｆは、スイッチ素子ＭＤ１の一端側（入力側）から入力され、昇圧されたバイアス電圧Ｖｂは、スイッチ素子ＭＤ５の他端側（出力側）から抵抗Ｒ１２を介して、振動子１００の第２端子と電気的に接続されるノードＢに出力される。
【００４２】
昇圧回路１１において、正相クロックパルスＰ１がローレベル、逆相クロックパルスＰ２がハイレベルレベルのときには、コンデンサーＣ１１及びコンデンサーＣ１３の他端側
電位がローレベル、コンデンサーＣ１２及びコンデンサーＣ１４の他端側電位がハイレベルになるので、スイッチ素子ＭＤ１、スイッチ素子ＭＤ３及びスイッチ素子ＭＤ５が導通状態となるとともにスイッチ素子ＭＤ２及びスイッチ素子ＭＤ４が遮断状態となる。
【００４３】
また、昇圧回路１１において、正相クロックパルスＰ１がハイレベル、逆相クロックパルスＰ２がローレベルのときには、コンデンサーＣ１２及びコンデンサーＣ１４の他端側電位がローレベル、コンデンサーＣ１１及びコンデンサーＣ１３の他端側電位がハイレベルになるので、スイッチ素子ＭＤ２及びスイッチ素子ＭＤ４が導通状態となるとともにスイッチ素子ＭＤ１、スイッチ素子ＭＤ３及びスイッチ素子ＭＤ５が遮断状態となる。
【００４４】
このようなスイッチ素子ＭＤ１〜スイッチ素子ＭＤ５によるスイッチ動作とコンデンサーＣ１１〜コンデンサーＣ１４及びコンデンサーＣｏｕｔによる充放電動作とにより、終段のコンデンサーＣｏｕｔには基準電圧Ｖｒｅｆから各スイッチ素子ＭＤのしきい値電圧Ｖｔｈを差し引いた、５×（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｈ）の電圧が充電される。これにより、電圧生成部１０は、ノードＡとノードＢとの間に、５×（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｈ）のバイアス電圧Ｖｂを出力する。
【００４５】
図１に戻り、クロックパルス信号生成部２０は、クロックパルス信号Ｖｃｐを生成してスイッチ部３０に出力する。クロックパルス信号生成部２０は、例えば、ＣＲ発振回路などの種々の公知の発振回路を有して構成されていてもよい。また、クロックパルス信号生成部２０は、例えば、ＣＲ発振回路の出力信号を分周する分周回路をさらに有して構成されていてもよい。
【００４６】
図３は、能動部５０の回路図である。能動部５０は、振動子１００を発振源とする発振信号Ｖｏ１を生成して出力する。能動部５０は、いわゆるインバーター型の発振回路で構成されている。図３に示される例では、能動部５０は、増幅回路５１、抵抗５２、抵抗５３、コンデンサーＣ５１及びコンデンサーＣ５２を有して構成されている。
【００４７】
増幅回路５１は、反転増幅回路であり、入力側がコンデンサーＣ１を介してノードＡ（振動子１００の第１端子側）と接続され、出力側が抵抗５３及びコンデンサーＣ２を介してノードＢ（振動子１００の第２端子側）と接続されている。また、増幅回路５１の入力側と出力側とは、抵抗５２を介して接続されている。また、増幅回路５１の入力側は、コンデンサーＣ５１を介して接地電位ＧＮＤに接続されている。また、増幅回路５１の入力側は、抵抗５３及びコンデンサーＣ５２を介して接地電位ＧＮＤに接続されている。増幅回路５１は、振動子１００を発振源とする発振信号Ｖｏ１を出力側から出力する。
【００４８】
図１に戻り、発振回路１は、緩衝回路６１及び緩衝回路６２を有して構成されている。緩衝回路６１及び緩衝回路６２は、バッファーアンプで構成されている。緩衝回路６１は、能動部５０が出力する発振信号Ｖｏ１を入力し、振動子１００を発振源とする発振信号Ｖｏｓｃをスイッチ部３０に出力する。緩衝回路６２は、能動部５０が出力する発振信号Ｖｏ１を入力し、振動子１００を発振源とする出力信号Ｖｏを出力端子６３に出力する。
【００４９】
スイッチ部３０は、昇圧回路１１に入力されるパルス信号Ｖｐを、クロックパルス信号Ｖｃｐとする第１状態と、振動子１００を発振源とする発振信号Ｖｏｓｃとする第２状態との間で切り替える。スイッチ部３０は、クロックパルス信号Ｖｃｐ及び発振信号Ｖｏｓｃのいずれかを選択して、パルス信号Ｖｐとして電圧生成部１０に出力する。スイッチ部３０は、トランジスターなどの種々の公知のスイッチ素子を有して構成されていてもよい。
【００５０】
本実施形態に係る発振回路１によれば、第１状態ではクロックパルス信号Ｖｃｐで昇圧
回路１１を動作させるので、低電圧でも昇圧回路１１を動作させてバイアス電圧Ｖｂを生成することができる。したがって、低電圧でも発振動作を行える発振回路１を実現できる。また、第２状態では振動子１００から発振される信号（振動子１００を発振源とする発振信号）Ｖｏｓｃで昇圧回路１１を動作させるので、クロックパルス信号Ｖｃｐと発振信号Ｖｏｓｃ（及び発振信号Ｖｏ１）との相互変調歪みによる出力信号Ｖｏの劣化を抑制できる。
【００５１】
上述の発振回路１において、スイッチ部３０は、第１状態から第２状態へと切り替えてもよい。すなわち、スイッチ部３０は、第１状態の後に第２状態になるように構成されていてもよい。これによって、クロックパルス信号Ｖｃｐで昇圧回路１１を動作させて発振動作を行った後に、振動子１００を発振源とする発振信号Ｖｏｓｃで昇圧回路１１を動作させるので、クロックパルス信号Ｖｃｐと発振信号Ｖｏｓｃ（及び発振信号Ｖｏ１）との相互変調歪みによる出力信号Ｖｏの劣化を抑制できる。
【００５２】
上述の発振回路１において、スイッチ部３０は、初期通電時には第１状態であってもよい。これによって、初期通電時にはクロックパルス信号Ｖｃｐで昇圧回路１１を動作させて発振動作を行える。したがって、低電圧でも発振動作を行える発振回路１を実現できる。
【００５３】
上述の発振回路１において、スイッチ部３０は、発振信号Ｖｏｓｃの電圧振幅が基準値以上となった場合に、第１状態から第２状態へと切り替えてもよい。また、スイッチ部３０は、発振信号Ｖｏ１の電圧振幅が基準値以上となった場合に、第１状態から第２状態へと切り替えてもよい。基準値は予め任意に設定できる値である。
【００５４】
図１に示される例では、発振回路１は、スイッチ部３０に制御信号Ｓ１を出力する制御部４０を有して構成されている。
【００５５】
図４は、制御部４０の回路図である。図４に示される例では、制御部４０は、検波回路４１及び比較回路４２を有して構成されている。
【００５６】
検波回路４１は、発振信号Ｖｏ１を入力し、発振信号Ｖｏ１の振幅に応じた電圧を比較回路４２に出力する。比較回路４２は、検波回路４１が出力する電圧と基準電圧Ｖｒとを比較した結果を、制御信号Ｓ１としてハイレベル又はローレベルの電圧で出力する。
【００５７】
このように、本実施形態に係る発振回路１によれば、振動子１００を発振源として適切な発振動作を行った後に第１状態から第２状態へと切り替えることができる。
【００５８】
なお、スイッチ部３０は、初期通電時からの経過時間が基準時間以上となった場合に、第１状態から第２状態へと切り替えてもよい。初期通電時から振動子１００を発振源として適切な発振動作を行うまでの時間は、概ね決まっているので、このような構成によっても、振動子１００を発振源として適切な発振動作を行った後に第１状態から第２状態へと切り替えることができる。
【００５９】
上述の発振回路１において、クロックパルス信号生成部２０は、スイッチ部３０が第２状態である場合に、クロックパルス信号Ｖｃｐの出力を停止してもよい。本実施形態においては、制御部４０が制御信号Ｓ２をクロックパルス信号生成部２０に出力することによって、スイッチ部３０と同期してクロックパルス信号生成部２０の動作を制御している。これによって、クロックパルス信号Ｖｃｐと発振信号Ｖｏｓｃ（及び発振信号Ｖｏ１）との相互変調歪みによる出力信号Ｖｏの劣化をさらに抑制できる。
【００６０】
上述の発振回路１と共に用いられる振動子１００は、例えば、静電容量型のＭＥＭＳ振動子であってもよい。これによって、静電容量型のＭＥＭＳ振動子の駆動に適した発振回路１を実現できる。
【００６１】
１−２．第２実施形態
図５は、第２実施形態に係る発振回路１ａの回路図である。第１実施形態に係る発振回路１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。
【００６２】
本実施形態に係る発振回路１ａは、振動子１００を発振源とする信号Ｖｏｓｃ１を分周して発振信号Ｖｏｓｃを出力する分周回路８０を有して構成されている。図５に示される例では、分周回路８０は、緩衝回路６１が出力する信号Ｖｏｓｃ１を分周して、発振信号Ｖｏｓｃをスイッチ部３０に出力している。
【００６３】
本実施形態に係る発振回路１ａによれば、昇圧回路１１の動作に適した周波数の発振信号Ｖｏｓｃを生成することが容易となる。
【００６４】
また、本実施形態に係る発振回路１ａにおいても、第１実施形態に係る発振回路１と同様の理由により同様の効果を奏する。
【００６５】
１−３．第３実施形態
上述の発振回路１及び発振回路１ａにおける電圧生成部１０は、種々の変形が可能である。図６は、第３実施形態における電圧生成部１０ａの回路図である。
【００６６】
図６に示される電圧生成部１０ａは、昇圧回路１１の入力電圧となる基準電圧Ｖｒｅｆを所与の大きさの電圧Ｖｒｅｆ１に変換して出力する電圧調整回路１３を有して構成されている。電圧調整回路１３は、例えば、抵抗分圧回路を有して構成されていてもよい。
【００６７】
本実施形態によれば、振動子１００の動作に適したバイアス電圧Ｖｂを生成することが容易となる。
【００６８】
１−４．第４実施形態
図７は、第４実施形態における電圧生成部１０ｂの回路図である。
【００６９】
図７に示される電圧生成部１０ｂは、昇圧回路１１の出力電圧Ｖｂ１を所与の大きさの電圧に変換して出力する電圧調整回路１４を有して構成されている。電圧調整回路１４は、例えば、抵抗分圧回路を有して構成されていてもよい。
【００７０】
本実施形態によれば、振動子１００の動作に適したバイアス電圧Ｖｂを生成することが容易となる。
【００７１】
２．発振器
本実施形態に係る発振器１０００は、発振回路１と、振動子１００とを有して構成されている。
【００７２】
図８は、本実施形態に係る発振器１０００の回路図である。図８に示される例では、発振器１０００は、第１実施形態に係る発振回路１と、振動子１００とを有して構成されている。
【００７３】
図９は、振動子１００の構成例を模式的に示す平面図である。図１０は、振動子１００の構成例を模式的に示す断面図である。なお、図１０は、図９のＩＩ−ＩＩ線断面図であ
る。
【００７４】
なお、本実施形態に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００７５】
図９及び図１０に示される例では、振動子１００は、静電容量型のＭＥＭＳ振動子である。図９及び図１０に示されるように、振動子１００は、基板１１０の上方に設けられた第１電極１２０及び第２電極１３０を有して構成されている。
【００７６】
図１０に示されるように、基板１１０は、支持基板１１２と、第１下地層１１４と、第２下地層１１６とを有することができる。
【００７７】
支持基板１１２としては、例えば、シリコン基板等の半導体基板を用いることができる。支持基板１１２として、セラミックス基板、ガラス基板、サファイア基板、ダイヤモンド基板、合成樹脂基板などの各種の基板を用いてもよい。
【００７８】
第１下地層１１４は、支持基板１１２の上方に（より具体的には支持基板１１２上に）形成されている。第１下地層１１４としては、例えば、トレンチ絶縁層、ＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）絶縁層、セミリセスＬＯＣＯＳ絶縁層を用いることができる。第１下地層１１４は、振動子１００と、支持基板１１２に形成された他の素子（図示せず）と、を電気的に分離することができる。
【００７９】
第２下地層１１６は、第１下地層１１４上に形成されている。第２下地層１１６の材質としては、例えば、窒化シリコンが挙げられる。
【００８０】
振動子１００の第１電極１２０は、基板１１０上に形成されている。第１電極１２０の形状は、例えば、層状又は薄膜状である。
【００８１】
振動子１００の第２電極１３０は、第１電極１２０と間隔を空けて形成されている。第２電極１３０は、基板１１０上に形成された支持部１３２と、支持部１３２に支持されており第１電極１２０の上方に配置された梁部１３４と、を有する。支持部１３２は、例えば、第１電極１２０と空間をあけて対向配置されている。第２電極１３０は、片持ち梁状に形成されている。
【００８２】
第１電極１２０及び第２電極１３０の間に電圧が印加されると、梁部１３４は、第１電極１２０と第２電極１３０との間に発生する静電力により振動することができる。すなわち、図９及び図１０に示される振動子１００は、静電容量型の振動子である。なお、振動子１００は、第１電極１２０及び第２電極１３０を減圧状態で気密封止する被覆構造体を有していてもよい。これにより、梁部１３４の振動時における空気抵抗を減少させることができる。
【００８３】
第１電極１２０及び第２電極１３０の材質としては、例えば、所定の不純物をドーピングすることにより導電性が付与された多結晶シリコンが挙げられる。
【００８４】
なお、振動子１００としては、上述された構成に限らず、種々の公知の静電容量型の振動子を採用できる。また、電圧生成部１０、能動部５０、基準電圧生成部７０、スイッチ部３０などのいずれかが、振動子１１０が配置されている支持基板１１２上にあってもよく、すべてが同じ支持基板１１２上にあってもよい。
【００８５】
本実施形態に係る発振器１０００によれば、低電圧でも発振動作を行える発振回路１を有しているので、低電圧でも適切な動作を行える発振器１０００を実現できる。なお、発振回路１に代えて、発振回路１ａを採用した場合においても、同様の理由により同様の効果を奏する。また、電圧生成部１０に代えて、電圧生成部１０ａ又は電圧生成部１０ｂを採用した場合においても、同様の理由により同様の効果を奏する。
【００８６】
３．発振器の制御方法
図１１は、本実施形態に係る発振器の制御方法を示すフローチャートである。以下では、上述の発振器１０００を制御する場合を例に説明する。
【００８７】
本適用例に係る発振器１０００の制御方法は、クロックパルス信号Ｖｃｐの供給を受けて、入力される基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して振動子１００にバイアス電圧Ｖｂを生成して出力する第１工程（ステップＳ１００）と、振動子１００から発振される信号（振動子１００を発振源とする発振信号）Ｖｏｓｃの供給を受けて、基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して振動子１００にバイアス電圧Ｖｂを生成して出力する第２工程（ステップＳ１０２）と、を含む。
【００８８】
本実施形態においては、第１工程（ステップＳ１００）において、クロックパルス信号生成部２０が生成したクロックパルス信号Ｖｃｐの供給を受けて、電圧生成部１０が基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して、第１状態のスイッチ部３０を介して振動子１００にバイアス電圧Ｖｂを生成して出力する。
【００８９】
本実施形態においては、第２工程（ステップＳ１０２）において、振動子１００を発振源とする発振信号Ｖｏｓｃの供給を受けて、電圧生成部１０が基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して、第２状態のスイッチ部３０を介して振動子１００にバイアス電圧Ｖｂを生成して出力する。
【００９０】
また、本実施形態においては、制御部４０がスイッチ部３０を制御することによって、第１工程（ステップＳ１００）の後に、第２工程（ステップＳ１０２）を行う。
【００９１】
本実施形態に係る発振器１０００の制御方法によれば、第１工程（ステップＳ１００）ではクロックパルス信号Ｖｃｐで基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧してバイアス電圧Ｖｂを生成できるので、低電圧でも発振動作を行える発振器１０００の制御方法を実現できる。また、第２工程（ステップＳ１０２）では振動子１００から発振される信号（振動子１００を発振源とする発振信号）Ｖｏｓｃで基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧してバイアス電圧Ｖｂを生成できるので、相互変調歪みによる出力信号の劣化を抑制できる。クロックパルス信号Ｖｃｐと発振信号Ｖｏｓｃ（及び発振信号Ｖｏ１）との相互変調歪みによる出力信号Ｖｏの劣化を抑制できる。
【００９２】
第２工程（ステップＳ１０２）において、クロックパルス信号生成部２０は、クロックパルス信号Ｖｃｐの出力を停止してもよい。本実施形態においては、制御部４０が制御信号Ｓ２をクロックパルス信号生成部２０に出力することによって、スイッチ部３０と同期してクロックパルス信号生成部２０の動作を制御している。これによって、クロックパルス信号Ｖｃｐと発振信号Ｖｏｓｃ（及び発振信号Ｖｏ１）との相互変調歪みによる出力信号Ｖｏの劣化をさらに抑制できる。
【００９３】
４．電子機器
図１２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。
【００９４】
本実施形態に係る電子機器３００は、発振回路１又は発振回路１ａを含む電子機器３００である。図１２に示される例では、電子機器３００は、発振回路１を有して構成されている発振器１０００、演算処理装置３１０、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を有して構成されている。なお、本実施形態に係る電子機器３００は、図１２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。
【００９５】
演算処理装置３１０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、演算処理装置３１０は、発振器１０００の出力信号をクロック信号として、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。
【００９６】
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演算処理装置３１０に出力する。
【００９７】
ＲＯＭ３４０は、演算処理装置３１０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。
【００９８】
ＲＡＭ３５０は、演算処理装置３１０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、演算処理装置３１０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【００９９】
通信部３６０は、演算処理装置３１０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。
【０１００】
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、演算処理装置３１０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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
本実施形態に係る電子機器３００によれば、低電圧でも発振動作を行える発振回路１を有して構成されているので、低電圧でも適切な動作を行える電子機器３００を実現できる。なお、電子機器３００が、発振回路１に代えて、発振回路１ａを有して構成されている場合にも同様の効果を奏する。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図１３（Ａ）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、図１３（Ｂ）は、電子機器３００の一例としての腕装着型の携帯機器である。図１３（Ａ）に示される電子機器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。図１３（Ｂ）に示される電子機器３００である腕装着型の携帯機器は、操作部３３０としてボタン及び竜頭を、表示部３７０としてＬＣＤを備えている。これらの電子機器３００は、低電圧でも発振動作を行える発振回路１又は発振回路１ａを有して構成されているので、低電圧でも適切な動作を行える電子機器３００を実現できる。
【０１０５】
５．移動体
図１４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。
【０１０６】
本実施形態に係る移動体４００は、発振回路１又は発振回路１ａを含む移動体４００である。図１４には、発振回路１を有して構成されている発振器１０００を有して構成されている移動体４００が示されている。また、図１４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を有して構成されている。なお、本実施形態に係る移動体４００は、図１４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。
【０１０７】
本実施形態に係る移動体４００によれば、低電圧でも発振動作を行える発振回路１を有して構成されているので、低電圧でも適切な動作を行える移動体４００を実現できる。なお、移動体４００が、発振回路１に代えて、発振回路１ａを有して構成されている場合にも同様の効果を奏する。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【符号の説明】
【０１１１】
１，１ａ…発振回路、１０，１０ａ，１０ｂ…電圧生成部、１１…昇圧回路、１２…クロック発生回路、１３…電圧調整回路、１４…電圧調整回路、２０…クロックパルス信号生
成部、３０…スイッチ部、４０…制御部、４１…検波回路、４２…比較回路、５０…能動部、５１…増幅回路、５２，５３…抵抗、６１…緩衝回路、６２…緩衝回路、６３…出力端子、７０…基準電圧生成部、８０…分周回路、１００…振動子、１１０…基板、１１２…支持基板、１１４…第１下地層、１１６…第２下地層、１２０…第１電極、１３０…第２電極、１３２…支持部、１３４…梁部、３００…電子機器、３１０…演算処理装置、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、１０００…発振器、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ５１，Ｃ５２，Ｃｏ…コンデンサー、ＭＤ１，ＭＤ２，ＭＤ３，ＭＤ４，ＭＤ５…スイッチ素子、Ｒ１１，Ｒ１２…抵抗
【図１】
2015198339.tif 000003
【図２】
2015198339.tif 000004
【図３】
2015198339.tif 000005
【図４】
2015198339.tif 000006
【図５】
2015198339.tif 000007
【図６】
2015198339.tif 000008
【図７】
2015198339.tif 000009
【図８】
2015198339.tif 000010
【図９】
2015198339.tif 000011
【図１０】
2015198339.tif 000012
【図１１】
2015198339.tif 000013
【図１２】
2015198339.tif 000014
【図１３】
2015198339.tif 000015
【図１４】
2015198339.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月1日(2014.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３２７９１号公報
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月2日(2015.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
昇圧回路１１において、正相クロックパルスＰ１がローレベル、逆相クロックパルスＰ２がハイレベルのときには、コンデンサーＣ１１及びコンデンサーＣ１３の他端側電位がローレベル、コンデンサーＣ１２及びコンデンサーＣ１４の他端側電位がハイレベルになるので、スイッチ素子ＭＤ１、スイッチ素子ＭＤ３及びスイッチ素子ＭＤ５が導通状態となるとともにスイッチ素子ＭＤ２及びスイッチ素子ＭＤ４が遮断状態となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
このようなスイッチ素子ＭＤ１〜スイッチ素子ＭＤ５によるスイッチ動作とコンデンサーＣ１１〜コンデンサーＣ１４及びコンデンサーＣｏによる充放電動作とにより、終段のコンデンサーＣｏには基準電圧Ｖｒｅｆから各スイッチ素子ＭＤのしきい値電圧Ｖｔｈを差し引いた、５×（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｈ）の電圧が充電される。これにより、電圧生成部１０は、ノードＡとノードＢとの間に、５×（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｈ）のバイアス電圧Ｖｂを出力する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
増幅回路５１は、反転増幅回路であり、入力側がコンデンサーＣ１を介してノードＡ（振動子１００の第１端子側）と接続され、出力側が抵抗５３及びコンデンサーＣ２を介してノードＢ（振動子１００の第２端子側）と接続されている。また、増幅回路５１の入力側と出力側とは、抵抗５２を介して接続されている。また、増幅回路５１の入力側は、コンデンサーＣ５１を介して接地電位ＧＮＤに接続されている。また、増幅回路５１の出力側は、抵抗５３及びコンデンサーＣ５２を介して接地電位ＧＮＤに接続されている。増幅回路５１は、振動子１００を発振源とする発振信号Ｖｏ１を出力側から出力する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
なお、振動子１００としては、上述された構成に限らず、種々の公知の静電容量型の振動子を採用できる。また、電圧生成部１０、能動部５０、基準電圧生成部７０、スイッチ部３０などのいずれかが、振動子１００が配置されている支持基板１１２上にあってもよく、すべてが同じ支持基板１１２上にあってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
本実施形態に係る発振器１０００の制御方法は、クロックパルス信号Ｖｃｐの供給を受けて、入力される基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して振動子１００にバイアス電圧Ｖｂを生成して出力する第１工程（ステップＳ１００）と、振動子１００から発振される信号（振動子１００を発振源とする発振信号）Ｖｏｓｃの供給を受けて、基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧して振動子１００にバイアス電圧Ｖｂを生成して出力する第２工程（ステップＳ１０２）と、を含む。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
本実施形態に係る発振器１０００の制御方法によれば、第１工程（ステップＳ１００）ではクロックパルス信号Ｖｃｐで基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧してバイアス電圧Ｖｂを生成できるので、低電圧でも発振動作を行える発振器１０００の制御方法を実現できる。また、第２工程（ステップＳ１０２）では振動子１００から発振される信号（振動子１００を発振源とする発振信号）Ｖｏｓｃで基準電圧Ｖｒｅｆを昇圧してバイアス電圧Ｖｂを生成できるので、クロックパルス信号Ｖｃｐと発振信号Ｖｏｓｃ（及び発振信号Ｖｏ１）との相互変調歪みによる出力信号Ｖｏの劣化を抑制できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
以上、本実施形態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。