(57)【要約】      （修正有）【課題】基本波用の発振回路が集積化された発振用ＩＣを用いて３次オーバトーンの水晶発振器を提供する。【解決手段】コレクタとベース間にバイアス抵抗Ｒを有して、コレクタに定電流源Ｉからの定電流を供給し、エミッタ接地とした発振用トランジスタＴｒと、ベースに直流阻止コンデンサＣｓを経てアース電位との間に接続した発振用の第１コンデンサＣ１及びコレクタとアース電位との間に接続した発振用の第２コンデンサＣ２とを有する発振用ＩＣ１を備え、第１コンデンサ及び第２コンデンサとの間に接続した水晶振動子２を有する水晶発振器において、第１コンデンサと並列共振回路を形成するインダクタＬを発振用ＩＣとは別個に独立して接続し、第１コンデンサとインダクタとによる並列共振周波数を、水晶振動子の基本波での発振周波数よりも高くかつ水晶振動子の３次オーバトーンでの発振周波数よりも低く設定して３次オーバトーンでの発振とする。【選択図】図１
2008199568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタとベース間にバイアス抵抗を有して、前記コレクタと前記バイアス抵抗との接続点に定電流源からの定電流を供給し、エミッタ接地とした発振用トランジスタと、前記ベースに直流阻止コンデンサを経てアース電位との間に接続した発振用の第１コンデンサと、前記コレクタとアース電位との間に接続した発振用の第２コンデンサとを有する発振用ＩＣを備え、前記第１及び第２コンデンサとアースとの間に両端子が接続して共振回路を形成する水晶振動子を有する水晶発振器において、前記第１コンデンサと並列共振回路を形成するインダクタを前記発振用ＩＣとは別個に独立した個別素子として接続し、前記第１コンデンサと前記インダクタとによる並列共振周波数を、前記水晶振動子の基本波での発振周波数よりも高くかつ前記水晶振動子の３次オーバトーンでの発振周波数よりも低く設定したことを特徴とする３次オーバトーンの水晶発振器。
【請求項２】
請求項１において、前記ＩＣチップは内壁段部を有する枠壁層を底壁層に積層して凹状とした容器本体の内底面に固着され、前記水晶振動子を形成する水晶片の一端部は前記内壁段部に固着され、前記インダクタは渦巻き状の線路からなるスパイラルインダクタとして前記枠壁層との積層面に一部がまたがって前記底壁層に露出して形成された３次オーバトーンの水晶発振器。
【請求項３】
請求項１において、前記底壁層に露出したスパイラルインダクタは前記渦巻き状の線路間を接続する調整線路を有する３次オーバトーンの水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３次オーバトーンの水晶発振器を技術分野とし、特に基本波発振用のＩＣを用いて構成した３次オーバトーンの水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
水晶発振器は周波数安定度に優れることから各種の電子機器に周波数や時間の基準源として使用される。このようなものの一つに、例えばセイコーＮＰＣ製（バージョン名ＣＦ５０３６及びＣＦ５０３７シリーズ）として光デジタルネットワーク用の水晶発振器がある。そして、近年では、伝送容量を倍増すべく、現状での１５０ＭＨｚ帯から３００ＭHz帯の要求が生じている。
【０００３】
（従来技術の一例）
第４図は一従来例を説明する水晶発振器の図で、同図（ａ）は回路図、同図（ｂ）はカバーを除く構造平面図である。
【０００４】
水晶発振器は発振回路を集積化した発振用ＩＣ１と水晶振動子（水晶片）２とからなり、容器本体３に一体的に収容される。発振用ＩＣ１は、少なくとも、発振用トランジスタＴr、定電流源I、発振用の第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2及び直流阻止コンデンサＣsを集積化してなる。発振器用トランジスタＴrはエミッタ接地とし、コレクタとベース間にバイアス抵抗Ｒを有する。
【０００５】
定電流源Iは電源電圧Ｖddを定電流として、コレクタとバイアス抵抗Ｒとの接続点に定電流を供給する。発振用の第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2はベース及びコレクタとアース電位との間に接続する。直流阻止コンデンサＣsはベースとバイアス抵抗Ｒとの接続点と第１コンデンサＣ1との間に接続する。
【０００６】
そして、例えば内壁段部を上下に有する枠壁層３（ａｂ）を底壁層３ｃに積層して凹状とした容器本体３の内底面にダイボンディングされる。ＩＣチップの図示しない各ＩＣ端子はワイヤーボンディングによる金線４によって幅方向の両側の内壁段部（下段３ｂ）に導出される。
【０００７】
水晶振動子２は例えばＡＴカットからなる水晶片から形成され、両主面に図示しない励振電極を有して一端部両側に引出電極を延出する。そして、引出電極の延出した水晶片２の一端部両側が、容器本体３の長さ方向の一端部における分割された内壁段部（上段３ａ）に導電性接着剤５によって固着される。分割された上段には図示しない水晶端子を有し、発振用ＩＣ１の水晶端子Ｑ1、Ｑ２と電気的に接続する。
【０００８】
このようなものでは、発振用ＩＣ１に集積化された発振回路はその定数等を変えることによって概ね50〜700ＭHzを動作周波数範囲とする。したがって、この範囲内での振動周波数を有する水晶振動子２を、発振用ＩＣ１（発振回路）に電気的に接続することによって、発振周波数を50〜700ＭＨｚとした水晶発振器を得られる。
【０００９】
これらの場合、上述したセイコーＮＰＣ製のＣＦ５０３６及びＣＦ５０３７シリーズでは、要求される水晶振動子２の振動周波数は基本波であり、３次オーバトーンの場合は250ＭHzが限度とされている。
【非特許文献１】セイコーＮＰＣ製のＣＦ５０３６及びＣＦ５０３７シリーズのカタログ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の水晶発振器（発振用ＩＣ１）では、水晶振動子２の基本波では300ＭＨｚ帯以上の発振は可能とするものの、３次オーバトーンでは前述のように250ＭHzが限度であって300ＭHz帯での発振は不可能であった。
【００１１】
この場合、発振用ＩＣ１（発振回路）の規格通りに、水晶振動子２を300ＭHz帯の基本波として適用すればよい。しかし、ＡＴカットの水晶振動子（水晶片）２はその厚みに反比例して振動周波数が決定され、振動周波数を300ＭＨｚとするとその厚みは約5.6μｍとなる。したがって、厚みが小さくなって安定的な供給とするには製造を困難とする問題があった。
【００１２】
これに対し、３次オーバトーンとして300ＭＨｚの発振周波数を得る場合は、基本波の振動周波数は概ね100MHzでよいので、水晶片の厚みは17μｍ程度となる。したがって、製造を容易にして安定的な供給を確保できる。
【００１３】
（発明の目的）
本発明は基本波用の発振回路が集積化された発振用ＩＣを用いて３次オーバトーンの水晶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】
【００１４】
本発明は、特許請求の範囲(請求項１）に示したように、コレクタとベース間にバイアス抵抗を有して、前記コレクタと前記バイアス抵抗との接続点に定電流源からの定電流を供給し、エミッタ接地とした発振用トランジスタと、前記ベースに直流阻止コンデンサを経てアース電位との間に接続した発振用の第１コンデンサと、前記コレクタとアース電位との間に接続した発振用の第２コンデンサとを有する発振用ＩＣを備え、前記第１及び第２コンデンサとアースとの間に両端子が接続して共振回路を形成する水晶振動子を有する水晶発振器において、前記第１コンデンサと並列共振回路を形成するインダクタを前記発振用ＩＣとは別個に独立した個別素子として接続し、前記第１コンデンサと前記インダクタとによる並列共振周波数を、前記水晶振動子の基本波での発振周波数よりも高くかつ前記水晶振動子の３次オーバトーンでの発振周波数よりも低く設定して３次オーバトーンの水晶発振器を構成する。
【発明の効果】
【００１５】
このような構成であれば、第１コンデンサとインダクタとによる並列共振回路のインピーダンスが、基本波の発振周波数では誘導性（Ｌ）になり、３次オーバトーンの発振周波数では容量性（Ｃ）になる。したがって、並列共振周波数を水晶振動子の基本波での発振周波数よりも高くすることによって、基本波での発振周波数以下では負性抵抗は得られないので基本波での発振を抑止できる。
【００１６】
また、並列共振周波数を３次オーバトーンでの発振周波数よりも低くすることにより、３次オーバトーンでの発振周波数以上では負性抵抗を得る。したがって、３次オーバトーンでの発振周波数以上でも最も負性抵抗が大きくなる３次オーバトーンでの発振が容易になる。
【００１７】
（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記ＩＣチップは内壁段部を有する枠壁層を底壁層に積層して凹状とした容器本体の内底面に固着され、前記水晶振動子を形成する水晶片の一端部は前記内壁段部に固着され、前記インダクタは渦巻き状の線路からなるスパイラルインダクタとして前記枠壁層との積層面に一部がまたがって前記底壁層に露出して形成される。これによれば、スパイラルインダクタは枠壁層との積層面にまたがって形成されるので、容器本体の内底面を大きくすることなく、小型化を維持できる。
【００１８】
同請求項３では、請求項１において、前記底壁層に露出したスパイラルインダクタは前記渦巻き状の線路間を接続する調整線路を有する。これによれば、調整線路を切断することによってインダクタンスを小さい方から大きい方に調整し、請求項１での第１コンデンサとによる共振周波数を低い方に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
第１図は本発明の第１実施形態を説明する３次オーバトーンの水晶発振器の図で、同図（ａ）は回路図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００２０】
水晶発振器は、前述したように、発振用ＩＣ１と水晶振動子２（水晶片）とを容器本体３内に一体的に収容してなる。発振用ＩＣ１は、動作周波数範囲を基本波で例えば250〜400ＭHzとしたセイコーＮＰＣ製のＣＦ５０３６Ｄ１とし、前述同様に、少なくとも、発振用トランジスタＴr、定電流源I、発振用の第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2及び直流阻止コンデンサＣsを集積化してなる。
【００２１】
発振器用トランジスタＴｒはエミッタ接地とし、コレクタとベース間にバイアス抵抗Ｒを有する。定電流源Iは、コレクタとバイアス抵抗Ｒとの接続点に定電流を供給する。発振用の第１及び第２コンデンサＣ1、Ｃ2はベース及びコレクタとアース電位との間に接続する。直流阻止コンデンサＣsはベースとバイアス抵抗Ｒとの接続点と第１コンデンサＣ1との間に接続する。
【００２２】
ここでは、第１コンデンサＣ1と並列にインダクタＬを接続し、並列共振回路を形成する。インダクタＬは発振用ＩＣ１とは別個に独立した個別素子（チップ素子）とする。そして、チップ素子としたインダクタＬは容器本体３の内底面に固着されて、発振用ＩＣ１、水晶片２とともに一体的に収容される。そして、第1コンデンサＣ1とインダクタＬとによる並列共振周波数は、水晶振動子２の基本波での発振周波数ｆ1よりも高くし、かつ水晶振動子２の３次オーバトーンでの発振周波数ｆ3よりも低く設定する。
【００２３】
このようなものでは、インダクタＬを接続する前の水晶振動子２の両端子から見た発振回路（ＣＦ５０３６Ｄ1）の負性抵抗特性は第２図の曲線イとなる。但し、水晶振動子２の等価並列容量を２ｐＦとした場合である。すなわち、概ね100ＭHz以上を負性抵抗領域として120ＭHz近傍に最大負性抵抗（650Ω）有して除々に小さくなる曲線となる。
【００２４】
この場合、300ＭHz帯例えば325ＭＨｚでは、負性抵抗は約90Ωとなる。したがって、水晶振動子２の３次オーバトーンでの325ＭHzの発振を考えると、基本波約110ＭＨｚも負性抵抗領域なので、基本波発振を十分に抑圧できない。また、水晶振動子２の三次オーバトーンでのクリスタルインピーダンス（ＣＩ）は約50〜60Ωであることから、負性抵抗が90Ωでは回路マージンが少ない。例えば水晶振動子２のＣＩがエージング特性等によって90Ω以上になったとき、発振を停止する。したがって、長期的に見た発振の信頼性に欠ける。
【００２５】
これに対し、本実施形態ではインダクタＬを接続して並列共振回路を形成し、第２図の曲線ロに示したように、その共振周波数を基本波の発振周波数ｆ1（110ＭHz）よりも高くする。この場合、水晶振動子２の両端子から見た回路側の負性抵抗は、以下の近似式になる。
【００２６】
Ｒ'＝R//(-Ｇm/( ω2(C1'*C2))
ここでは、Gm : トランジスタの相互コンダクタンス
ω: 角周波数
C1': 並列共振回路（C1,L）の合成容量
Ｒ：バイアス抵抗
【００２７】
したがって、並列共振周波数ｆpを例えば300MHzに設定すれば、300ＭHzでの負性抵抗が約バイアス抵抗−Ｒとなり、３００ＭＨｚ以下では、負性抵抗が正になる。これにより、水晶振動子２の基本波（ｆ1、100ＭＨｚ）での発振を確実に抑圧し、これによる発振はない。
【００２８】
また、300ＭHzでの負性抵抗を最大として、発振周波数（325ＭＨｚ）では負性抵抗が約200Ωとなる。したがって、水晶振動子２の３次オーバトーンでのＣＩ（50〜60Ω）に対して負性抵抗（200Ω）は３倍以上となって回路マージンを十分にして、長期的に見た発振の信頼性を確保する。
【００２９】
（第２実施形態）
第３図は本発明の第２実施形態を説明する図で、同図（ａ）はカバー及び水晶片を除く水晶発振器の構造平面図、同図（ｂ）は一部拡大平面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００３０】
第２実施形態では、第１実施形態でのインダクタＬをスパイラルインダクタＬsとする。スパイラルインダクタＬsは例えば矩形状とした渦巻き状の線路からなり、容器本体３の底壁層３ｃ上に焼成前に印刷によって形成される。ここでは、スパイラルインダクタＬsの一部となる図の右半分を枠壁層の下段３ｂとの積層面にまたがって形成され、残りの左半分を底壁層３ｃ上に露出する。
【００３１】
スパイラルインダクタＬsの始端Ａはスルーホール等によって枠壁層の下段３ｂの表面に延出して、ワイヤーボンディングによって発振用ＩＣ１の水晶端子Ｑ1に電気的に接続する。また、スパイラルインダクタの終端Ｂは底壁層の表面のアース電位に電気的に接続する（前第１図参照）。
【００３２】
この例では、例えば底壁層３ｃ上に露出したスパイラルインダクタＬｓの内外周となる隣接した線路間に調整線路ｘ、ｙを設ける「第３図（ｂ）」。そして、調整線路ｘ、ｙを例えばレーザーを照射して切断する。これにより、スパイラルインダクタＬｓのインダクタンスを調整する。
【００３３】
この場合、例えば外側の調整線路ｘを切断すると、始端Ａから終端Ｂまでの線路長（距離）が長くなって巻き数も増えるのでインダクタンスは増加する。これにより、発振用コンデンサＣ1との共振周波数が低下するので、負性抵抗のカットオフ点を低域側に移行できる。内側の調整線路ｙも切断するとさらにインダクタンスは増加し、カットオフ点はさらに低域側となる。
【００３４】
これらのことから、第２実施形態では、インダクタＬをスパイラルインダクタＬsを底壁層に直接形成するので、部品の実装作業を容易にする。そして、スパイラルインダクタLｓの一部を枠壁層（下段３ｂ）底壁層３ｃとの積層面に形成するので、内底面の面積を大きくすることなく小型化を維持できる。
【００３５】
そして、調整線路ｘ、ｙを設けたので、インダクタンスを小さい方から大きい方に調整できて、負性抵抗のカットオフ点を制御できる。なお、スパイラルインダクタLsは矩形状としたが、円形や６角形等の角型としてもよい。そして、調整線路ｘ、ｙは予め設けて切断したが、これとは逆に例えば導電性接着剤によって線路間を接続しインダクタンスを大きい方から小さい方に調整することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を説明する３次オーバトーン発振器の図で、同図（ａ）は回路図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の作用を説明する負性抵抗特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態を説明する図で、同図（ａ）はカバー及び水晶片を除く水晶発振器の構造平面図、同図（ｂ）は一部拡大平面図である。
【図４】一従来例を説明する水晶発振器の図で、同図（ａ）回路図、同図（ｂ）はカバーを除く平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  発振用ＩＣ、２  水晶振動子（水晶片）、３  容器本体、４  金線、５  導電性接着剤。
【図１】
2008199568.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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