(57)【要約】【課題】半導体温度センサを温度補償電圧発生回路、発振回路と共に１チップＩＣ化した間接型ＴＣＸＯは、センサ感度が低いため、センサ出力の増幅回路を設けるので、ＴＣＸＯの位相雑音特性が劣化する。【解決手段】温度センサとしてサーミスタをＩＣ５外のセラミックパッケージ７外底面に薄膜印刷によって形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサと、圧電振動子と、可変容量素子を備えた発振回路と温度補償電圧発生回路とを１チップに形成したＩＣと、これらを収容するパッケージとで構成される温度補償圧電発振器であって、
前記温度センサを印刷によって形成される膜状のサーミスタで構成したことを特徴とする温度補償圧電発振器。
【請求項２】
温度センサと、圧電振動子と、可変容量素子を備えた発振回路と温度補償電圧発生回路とを１チップに形成したＩＣと、これらを収容するパッケージとで構成される温度補償圧電発振器であって、
前記温度センサを厚膜チップサーミスタで構成したことを特徴とする温度補償圧電発振器。
【請求項３】
前記温度センサを前記パッケージ内面に形成した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温度補償圧電発振器。
【請求項４】
前記温度センサを前記パッケージ外面に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度補償圧電発振器。
【請求項５】
温度センサと、圧電振動子と、可変容量素子を備えた発振回路と温度補償電圧発生回路とを１チップに形成したＩＣと、これらを収容するパッケージとで構成される温度補償圧電発振器であって、
前記温度センサを前記ＩＣ表面に形成したことを特徴とする温度補償圧電発振器。
【請求項６】
前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の温度補償圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度補償圧電発振器に関し、特に、発振回路がＩＣ化された温度補償圧電発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、通信機器等の基準周波数発生源として用いられる発振器において、例えば、水晶などの圧電素子を用いた発振器は、優れた周波数精度、周波数温度特性、周波数経時変化特性等を有するため、携帯電話等の無線通信分野で広く使用されている。
近年になって、携帯電話等の携帯端末の小型化、低価格化が進められ、その主要部品である水晶発振器においても小型化、薄型化の要望が強くなっている。そして、水晶発振器においてこの要望を満たすためには、その構成部品点数の削減、回路のＩＣ化が不可欠となっている。
【０００３】
水晶発振器においては、周囲温度の変化に対する発振周波数の安定を図るため、発振回路の周波数温度特性を電気的に補償する温度補償水晶発振器（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ    以下、ＴＣＸＯ  という）が用いられる。このＴＣＸＯは、周囲温度の変化に応じて水晶発振回路の負荷容量を変化させて、基準の温度における発振周波数からの変化を抑えることによって発振器の周波数温度特性を改善させるものである。
その温度補償の方式に、温度補償回路が発振ループ内に直接的に設けられている直接型と、温度補償回路が発振ループ外にあって発振ループ内の可変容量素子を間接的に制御する間接型、さらにデジタル型の３方式があることは周知のとおりである。
【０００４】
図７は、従来の間接型ＴＣＸＯの動作を説明する構成概要図である。同図に示すように、本間接型ＴＣＸＯは、水晶振動子２１と、温度センサ２２と補償電圧発生回路２３と発振回路２４とを１チップ化したＩＣ２５とで構成され、前記発振回路２４は可変容量素子２６を備えている。そして、これらの構成部はパッケージ２７に収容されている。
前記水晶振動子２１は、ＡＴカットの水晶振動子であり、該水晶振動子２１と前記発振回路２４によって構成される水晶発振回路によって所定の周波数を生成する。
図８の実線は、前記ＡＴカットの水晶振動子の周波数温度特性を模式的に示した図であり、同図に示されるように、該周波数温度特性は３次曲線を呈する。
【０００５】
前記可変容量素子２６は、前記発振回路２４において水晶振動子２１に直列に接続され、補償電圧発生回路２３から加えられる温度補償電圧に応じてその容量値が変化する。
前記可変容量素子２６に加えられる温度補償電圧が一定であるならば、該可変容量素子２６の容量値は一定であるので、水晶振動子２１と、可変容量素子２６を備えた発振回路２４によって構成される、例えば、コルピッツ型発振器における発振周波数の周波数温度特性は、ほとんど図５の水晶振動子２１の周波数温度特性と一致する。
【０００６】
また、前記温度センサ２２は、水晶振動子２１を除く他の構成部品と共に１チップのＩＣに構成されることを可能にするため、半導体温度センサが用いられている。
前記補償電圧発生回路２３は、周囲温度変化に応じた前記温度センサ２２の出力信号をもとに、基準温度における発振周波数からの周波数変動を相殺するように発振回路２４の負荷容量を変化させる補償電圧を、前記可変容量素子２６に出力するものである。
このときの補償電圧発生回路２３の補償電圧温度特性は、図８の点線のように模式的に表される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記半導体素子による温度センサ２２は、例えば、シリコントランジスタのベースエミッタ間電圧の温度に対する変化を温度センサ機能とした場合、前記ベースエミッタ間の温度依存性、すなわち温度変化に対する感度は、およそ−２ｍＶ／℃と極めて低い感度を有するものである。
そのため、その感度を上げるために、前記センサ２２としてのシリコントランジスタを多段にすることが考えられるが、電源電圧の低電圧化が進んでいる現状においては、重ねられる段数に制限があるので、前記補償電圧発生回路２３に増幅回路を設けてセンサの感度不足を補う必要があった。
【０００８】
その結果、温度センサ２２における雑音が増幅され、さらに前記増幅回路自体の雑音も加わって、補償電圧発生回路２３の出力電圧には、大きなレベルの雑音を含んでしまうことになる。そして、この出力電圧が可変容量素子２６に印加されることによって、水晶発振器の位相雑音特性が悪化してしまうという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、補償電圧発生回路の出力電圧に含まれる雑音が小さく、優れた位相雑音特性を有する間接型型圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明においては、温度センサと、圧電振動子と、可変容量素子を備えた発振回路と温度補償電圧発生回路とを１チップに形成したＩＣと、これらを収容するパッケージとで構成される温度補償圧電発振器であって、前記温度センサを印刷によって形成される膜状サーミスタで構成したことを特徴とする。
また、請求項２の発明においては、温度センサと、圧電振動子と、可変容量素子を備えた発振回路と温度補償電圧発生回路とを１チップに形成したＩＣと、これらを収容するパッケージとで構成される温度補償圧電発振器であって、前記温度センサを厚膜チップサーミスタで構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明においては、請求項１または請求項２のいずれかに記載の温度補償圧電発振器であって、前記温度センサを前記パッケージ内面に形成したことを特徴とする。
さらに、請求項４の発明においては、請求項１または請求項２に記載の温度補償圧電発振器であって、前記温度センサを前記パッケージ外面に形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明においては、温度センサと、圧電振動子と、可変容量素子を備えた発振回路と温度補償電圧発生回路とを１チップに形成したＩＣと、これらを収容するパッケージとで構成される温度補償圧電発振器であって、前記温度センサを前記ＩＣ表面に形成したことを特徴とする。
また、請求項６の発明においては、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の温度補償圧電発振器であって、前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、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、本発明に係わる温度補償圧電発振器としての間接型温度補償水晶発振器の実施の一形態例を示す構成概要図である。
同図に示すように、本発明に係わる間接型ＴＣＸＯは、水晶振動子１と、温度センサ２と、補償電圧発生回路３および発振回路４を備えたＩＣ５とで構成され、さらに前記発振回路４は可変容量素子６を備えている。そして、これらの構成部は、セラミックパッケージ７に後述のように収容される。
【００１３】
なお、上述の水晶振動子１、温度センサ２、補償電圧発生回路３、発振回路４、ＩＣ５及び可変容量素子６の各構成部位の機能、動作は、前記温度センサ２を除いて従来のＴＣＸＯ（図４）の水晶振動子２１、補償電圧発生回路２３、発振回路２４、ＩＣ２５及び可変容量素子２６の機能、動作と同一であるので、前記温度センサ２を除いて詳細な説明は省略する。
【００１４】
図２は、図１に示す本発明に係わる間接型ＴＣＸＯの構造の一形態例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は、底面図である。
同図（ａ）に示すように、前記セラミックパッケージ７は、上面に向けて形成された平面がおよそ長方形の凹陥部８と該凹陥部８内底面の一方の辺縁に設けられた台座９を有する。そして、前記凹陥部８内底面に設けられた電極パターン（図示しない）に前記ＩＣ５が装着されると共に、前記台座９上に設けられたパッド電極（図示しない）に前記水晶振動子１が片持ち支持で固着された後、前記凹陥部８がシーム溶接等によって金属蓋１０で密封される。
【００１５】
本ＴＣＸＯの特徴は、同図（ｂ）に示すように、セラミックパッケージ７の底面に、本ＴＣＸＯの電源（Ｖｃｃ）、出力（ＯＵＴ）、接地（ＧＮＤ）等の入出力端としての表面実装用パッド電極群１１のほかに、温度センサ２として端子電極１２ａ、ｂを備えたサーミスタを薄膜印刷技術によって形成したことである。
そして、前記端子電極１２ａ、ｂは、接続導体（図示しない）を介して前記凹陥部８内底面のＩＣ５の電極パターンと接続される。
また、周知のように、セラミックパッケージは数層のセラミック基板を積層して凹陥部を形成するとともに、該凹陥部内外に設けられた電極間の接続は、前記セラミック基板の焼成時に形成される接続導体によって接続される。
【００１６】
前記温度センサ２としてのサーミスタは温度変化に伴って抵抗値が大きく変化する素子であり、温度変化に対する感度は、抵抗値の変化が数％／℃と非常に高い。したがって、従来のように温度センサを複数段に重ねる必要はなく、さらに、補償電圧発生回路３に設ける温度センサ出力信号の増幅回路の増幅度は、従来に比べて極めて低くすることができる。
上記のように構成することによって、温度センサ２が発生する雑音レベル及び温度センサ出力信号の増幅回路が発生する雑音レベルを低くすることができるので、前記補償電圧発生回路３の出力信号に含まれる雑音レベルを極めて低くすることができる。
【００１７】
図３は、本発明に係わる間接型ＴＣＸＯの他の実施例を示す外形斜視図である。同図に示すように、本実施例のＴＣＸＯは、セラミックパッケージ７の外壁面のうちの１面に、温度センサとして端子電極１３ａ、ｂを備えたサーミスタ２ａを薄膜印刷技術によって形成したものである。
本ＴＣＸＯの構成概要は、図１に示す構成と全く同一であり、図２と図３に示すＴＣＸＯの構造の相違点は、温度センサとしてのサーミスタの配置の違いだけである。
そして、前記サーミスタの端子電極１３ａ、ｂは、図示しない接続導体によって、セラミックパッケージ７の凹陥部８内底面に設けられているＩＣ５装着用の電極パターンに接続される。
【００１８】
図３において、前記温度センサとしてのサーミスタ２ａは、セラミックパッケージ７の外壁の１面に設けられているが、外壁の他の３面のいずれに設けてもよいことは当然である。
なお、以降に示すＴＣＸＯの他の実施例は、構成概要は図１と同一であり、温度センサとして用いるサーミスタの構成、配置が図２と異なるものである。したがって、以降に示すＴＣＸＯの説明は、サーミスタの構成とその配置に関連する部分について行う。
【００１９】
図４は、本発明に係わるＴＣＸＯの他の形態例の構造を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は金属蓋を開放して水晶振動子を透視したセラミックパッケージの凹陥部内底面の平面図である。
同図に示すように、本ＴＣＸＯは、セラミックパッケージ７の凹陥部８の内底面に、ＩＣ５を装着すると共に端子電極１４ａ、ｂを備えたサーミスタ２ｂを、薄膜印刷技術によって形成した構造を有する。
なお、本ＴＣＸＯは、前記サーミスタ２ｂを、セラミックパッケージ７の凹陥部８の内底面に形成した構造であるが、これに限るものでなく、前記凹陥部８の内壁面のいずれに形成してもよい。
【００２０】
図５は、本発明に係わるＴＣＸＯの他の形態例を示す図で、金属蓋を開放した外形斜視図である。
同図に示されるように、本ＴＣＸＯにおいては、セラミックパッケージ７の金属蓋１０の裏面に絶縁被膜１５を施し、その上に薄膜印刷技術によって端子電極１６ａ、ｂを備えたサーミスタ２ｃを形成したものである。そして、前記端子電極１６ａ、ｂの電極端は、前記金属蓋１０の縁端にまで延出している。
一方、前記セラミックパッケージ７の凹陥部８側壁上面の、前記サーミスタ２ｃの端子電極１６ａ、ｂの電極端と対応する部分には、接続導体（図示しない）でＩＣ５の電極パターンに接続された接続パット電極１７ａ、ｂが設けられている。そして、金属蓋１０でセラミックパッケージ７を蓋したとき、前記端子電極１６ａ、ｂの電極端と前記接続電極１７ａ、ｂとが接続固着される。
【００２１】
図６は、ＴＣＸＯの補償電圧発生回路と発振回路を１チップに構成したＩＣの上面にサーミスタを形成した形態例である。
同図に示されるように、本形態例においては、セラミックパッケージ７の内底面に装着されるＩＣ５の上面に、絶縁被膜（図示しない）を施し、その上面に、薄膜印刷技術によって端子電極１８ａ、ｂを備えたサーミスタ２ｄを形成し、前記端子電極１８ａ、ｂとＩＣ５の電極とを接続したものである。
【００２２】
上述の説明のように、図２〜図６に示された温度センサ（サーミスタ）２、２
ａ〜２ｄは、それぞれ薄膜印刷技術によって形成されるが、これに限定されるものではなく、厚膜印刷技術によって形成することもできる。
さらに、薄膜あるいは厚膜印刷によることなく、厚膜チップサーミスタを用いてもよい。この場合、例えば、図４の温度センサ（サーミスタ）２ｂに厚膜チップサーミスタを用いると、該厚膜チップサーミスタは極めて小型であるので、セラミックパッケージ７の内底面において、ＩＣ５と温度センサ（厚膜チップサーミスタ）が占有する面積が小さくなり、ＴＣＸＯの小型化に有効である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の間接型ＴＣＸＯにおいては、水晶振動子と温度センサと補償電圧発生回路と可変容量素子を備えた発振回路とで構成される水晶発振器において、従来、水晶振動子以外の構成部位を１チップＩＣに形成していたものを、温度センサとしてサーミスタを使用し、ＩＣ外に配置するように構成した。
温度センサとしてサーミスタを用いることによって、感度の高いセンサを構成することができ、且つ、そのために温度センサの出力レベルを上げるために補償電圧発生回路に設けられる増幅回路の増幅度を低く設定することができる。
その結果、温度センサ出力の雑音レベル及びセンサ出力の増幅回路の雑音レベルを従来に比べて低くでき、発振回路の可変容量素子に印加される補償電圧に含まれる雑音でベルを大幅に低減することができた。
したがって、本発明によれば、優れた位相雑音特性を有する間接型温度補償圧電発振器を提供するうえで大いに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる温度補償圧電発振器としての間接型温度補償水晶発振器の実施の一形態例を示す構成概要図。
【図２】本発明に係わる間接型水晶発振器の構造の一形態例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図。
【図３】本発明に係わる間接型ＴＣＸＯの他の実施例を示す外形斜視図。
【図４】本発明に係わるＴＣＸＯの他の形態例を示す構造図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は金属蓋を開放して水晶振動子を透視したセラミックパッケージの凹陥部内底面の平面図。
【図５】本発明に係わるＴＣＸＯの他の形態例を示す構造図で、セラミックパッケージの金属蓋を開放した外形斜視図。
【図６】本発明に係わるＴＣＸＯに用いられる上面にサーミスタを形成したＩＣの外形斜視図。
【図７】従来の間接型ＴＣＸＯの動作を説明する構成概要図。
【図８】実線は、ＡＴカットの水晶振動子の周波数温度特性を模式的に示した図、点線は、ＡＴカットの水晶振動子を用いた間接型ＴＣＸＯの補償電圧温度特性を模式的に示した図。
【符号の説明】
１・・水晶振動子、  ２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・温度センサ（サーミスタ）、３・・補償電圧発生回路、      ４・・発振回路、      ５・・ＩＣ、
６・・可変容量素子、  ７・・セラミックパッケージ、  ８・・凹陥部、
９・・台座、    １０・・金属蓋、    １１・・表面実装用パッド電極群、
１２ａ、ｂ、１３ａ、ｂ、１４ａ、ｂ・・端子電極、  １５・・絶縁被膜、
１６ａ、ｂ・・端子電極、              １７ａ、ｂ・・接続パッド電極、
１８ａ、ｂ・・端子電極、
２１・・水晶振動子、  ２２・・温度センサ、２３・・補償電圧発生回路、
２４・・発振回路、      ２５・・ＩＣ、      ２６・・可変容量素子、
２７・・パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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