(57)【要約】  【課題】  水晶振動子等の発振素子を用いた３次オーバートーン発振回路において、発振動作を安定化する。  【解決手段】  この発振回路は、第１の端子及び第２の端子を有する発振素子１０と、発振素子の第２の端子に接続された第１の端子を有する第１の抵抗２０と、発振素子の第１の端子と第１の抵抗の第２の端子との間に接続された反転増幅回路３０と、発振素子の第１の端子と第１の抵抗の第２の端子との間に直列に接続された複数の抵抗であって、不純物が拡散された単結晶シリコンによって形成された第２の抵抗４１と不純物を含む多結晶シリコンによって形成された第３の抵抗４２とを含む複数の抵抗とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子及び第２の端子を有する発振素子と、
前記発振素子の第２の端子に接続された第１の端子を有する第１の抵抗と、
前記発振素子の第１の端子と前記第１の抵抗の第２の端子との間に接続された反転増幅回路と、
前記発振素子の第１の端子と前記第１の抵抗の第２の端子との間に直列に接続された複数の抵抗であって、不純物が拡散された単結晶シリコンによって形成された第２の抵抗と不純物を含む多結晶シリコンによって形成された第３の抵抗とを含む前記複数の抵抗と、
を具備する発振回路。
【請求項２】
前記第２の抵抗の温度係数が正の値であり、前記第３の抵抗の温度係数が負の値である、請求項１記載の発振回路。
【請求項３】
室温において、前記第２の抵抗の温度係数をα、前記第３の抵抗の温度係数をβとしたときに、前記複数の抵抗の合成された温度係数γが、α及び｜β｜よりも絶対値が小さい値である、請求項２記載の発振回路。
【請求項４】
室温において、前記複数の抵抗の合成された温度係数γが、α及び｜β｜よりも絶対値が小さい負の値である、請求項３記載の発振回路。
【請求項５】
前記発振素子の第１の端子と基準電位との間に接続された第１のコンデンサと、
前記発振素子の第２の端子と基準電位との間に接続された第２のコンデンサと、
をさらに具備する請求項１〜４のいずれか１項記載の発振回路。
【請求項６】
前記発振素子が、水晶振動子、セラミック振動子、又は、表面弾性波振動子である、請求項１〜５のいずれか１項記載の発振回路。
【請求項７】
前記発振素子の基本振動周波数の３倍の周波数で発振する請求項６記載の発振回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に発振回路に関し、特に、水晶振動子等の発振素子を用いた３次オーバートーン発振回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水晶振動子を用いた３次オーバートーン発振回路として、図４に示す構成が知られている。図４に示すように、この発振回路においては、第１の端子及び第２の端子を有する水晶振動子１０が用いられ、水晶振動子１０の第２の端子に抵抗２０の第１の端子が接続され、水晶振動子１０の第１の端子と抵抗２０の第２の端子との間に、インバータ３０と帰還抵抗４０とが並列に接続されている。さらに、水晶振動子１０の第１の端子と接地電位との間にコンデンサ５０が接続され、水晶振動子１０の第２の端子と接地電位との間にコンデンサ６０が接続されている。インバータ３０の出力信号は、水晶振動子１０等により所定の位相回転を与えられてインバータ３０の入力に帰還され、これにより発振動作が行われる。
【０００３】
ここで、水晶振動子１０の第１の端子と第２の端子との間に接続されている回路を等価的に抵抗に置き換えて考えると、その等価抵抗は、図５に示すように周波数によって変化する。例えば、水晶振動子１０の基本振動周波数を１５ＭＨｚ、３次オーバートーン発振周波数を４５ＭＨｚとすると、３次オーバートーン発振を行うためには、１５ＭＨｚにおいて等価抵抗の値が正であり、４５ＭＨｚにおいて等価抵抗の値が負であることが必要である。即ち、等価抵抗の値がゼロとなる周波数ｆＣが、１５ＭＨｚよりも大きく４５ＭＨｚよりも小さいという微妙な条件を満たさなければならない。
【０００４】
この等価抵抗の値は、インバータ３０のゲインや帰還抵抗４０の値によって定まる。従来は、プロセスの改善又はレーザトリミングによって、インバータ３０のゲインや帰還抵抗４０の値を合わせ込んでいた。しかしながら、プロセスの改善は、不純物濃度のコントロールが難しいことから限界があり、レーザトリミングによる場合には、トリミング用の回路を追加したりトリミング工程を追加しなければならず、コストが上昇してしまう。さらに、周囲の温度変化によって等価抵抗の値が変化してしまうので、３次オーバートーン発振回路の発振動作を安定化することは困難であった。
【０００５】
関連する技術として、下記の特許文献１には、周囲温度が変化しても抵抗値の変化を抑えることのできるバイポーラ型半導体装置が開示されている。この半導体装置においては、ベース抵抗素子にポリシリコン抵抗素子が直列に接続されている。ベース抵抗素子が正の温度特性を持つのに対し、ポリシリコン抵抗素子は負の温度特性を持つので、両者を直列に接続することにより、温度特性を０ｐｐｍ／℃に近付けることができる。しかしながら、特許文献１においては、３次オーバートーン発振回路の発振動作を安定化することに関しては開示されていない。
【特許文献１】特開２０００−１９５９６４号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、水晶振動子等の発振素子を用いた３次オーバートーン発振回路において、発振動作を安定化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る発振回路は、第１の端子及び第２の端子を有する発振素子と、発振素子の第２の端子に接続された第１の端子を有する第１の抵抗と、発振素子の第１の端子と第１の抵抗の第２の端子との間に接続された反転増幅回路と、発振素子の第１の端子と第１の抵抗の第２の端子との間に直列に接続された複数の抵抗であって、不純物が拡散された単結晶シリコンによって形成された第２の抵抗と不純物を含む多結晶シリコンによって形成された第３の抵抗とを含む複数の抵抗とを具備する。
【０００８】
ここで、第２の抵抗の温度係数が正の値であり、第３の抵抗の温度係数が負の値であることが望ましい。具体的には、室温において、第２の抵抗の温度係数をα、第３の抵抗の温度係数をβとしたときに、複数の抵抗の合成された温度係数γが、α及び｜β｜よりも絶対値が小さい値であることが望ましい。ここで、複数の抵抗の合成された温度係数γが、α及び｜β｜よりも絶対値が小さい負の値であっても良い。
【０００９】
また、発振回路は、発振素子の第１の端子と基準電位との間に接続された第１のコンデンサと、発振素子の第２の端子と基準電位との間に接続された第２のコンデンサとをさらに具備するようにしても良い。発振素子としては、水晶振動子、セラミック振動子、又は、表面弾性波振動子を用いても良い。発振回路は、発振素子の基本振動周波数の３倍の周波数で発振することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、不純物が拡散された単結晶シリコンによって形成された第２の抵抗と不純物を含む多結晶シリコンによって形成された第３の抵抗とを含む複数の抵抗を用いて温度特性を制御することにより、水晶振動子等の発振素子を用いた３次オーバートーン発振回路において発振動作を安定化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る発振回路の構成を示す図である。この発振回路においては、第１の端子及び第２の端子を有する水晶振動子１０が用いられる。なお、水晶振動子１０の他に、セラミック振動子やＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）振動子等の振動子を用いても良い。
【００１２】
図１に示すように、水晶振動子１０の第２の端子に抵抗２０の第１の端子が接続され、水晶振動子１０の第１の端子と抵抗２０の第２の端子との間に、反転増幅回路の一種としてインバータ３０が接続され、これと並列に、直列接続された複数の帰還抵抗４１及び４２が接続されている。さらに、水晶振動子１０の第１の端子と基準電位（本実施形態においては接地電位とする）との間にコンデンサ５０が接続され、水晶振動子１０の第２の端子と基準電位との間にコンデンサ６０が接続されている。
【００１３】
インバータ３０は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＱＰ１と、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱＮ１とによって構成される。トランジスタＱＰ１のソースには電源電位ＶＤＤが接続され、トランジスタＱＮ１のソースには電源電位ＶＳＳ（本実施形態においては接地電位とする）が接続されている。インバータ３０の出力信号は、水晶振動子１０等により所定の位相回転を与えられてインバータ３０の入力に帰還され、これにより発振動作が行われる。例えば、水晶振動子１０の基本振動周波数が１５ＭＨｚであるとすると、この発振回路は、発振周波数４５ＭＨｚにおいて３次オーバートーン発振を行う。
【００１４】
直列接続された帰還抵抗の内で、帰還抵抗４１は、Ｐ型の単結晶シリコン基板、又は、シリコン基板内に形成されたＰウエル中に、Ｎ型の不純物を拡散させることによって形成された単結晶シリコン抵抗である。なお、Ｎ型の単結晶シリコン基板、又は、シリコン基板内に形成されたＮウエル中に、Ｐ型の不純物を拡散させることによって帰還抵抗４１を形成しても良い。一方、帰還抵抗４２は、シリコン基板上に絶縁膜を介して多結晶シリコン（ポリシリコン）をパターン形成することによって形成された多結晶シリコン抵抗である。この多結晶シリコンは、Ｐ型又はＮ型の不純物を含有している。
【００１５】
図２に、単結晶シリコン抵抗と多結晶シリコン抵抗の温度特性を示す。図２において、横軸には温度をとっており、縦軸には、２５℃を基準とした抵抗値変化率（ΔＲ／Ｒ）をとっている。本願においては、抵抗値変化率の温度による変化を表す直線の傾きを温度係数と呼ぶ。
【００１６】
図２に示すように、少なくとも室温（２７℃）付近において、単結晶シリコン抵抗は、正の温度係数αを有しており、多結晶シリコン抵抗は、負の温度係数βを有している。温度係数の絶対値は、両者ともかなり大きい。しかしながら、帰還抵抗４１と４２とを組み合わせることにより、図３に示すように、合成抵抗の温度係数γの絶対値を、かなり小さくすることができる。
【００１７】
単結晶シリコン抵抗の抵抗値をＲ１、多結晶シリコン抵抗の抵抗値をＲ２とすると、上記３つの温度係数の間には、次のような関係が成立する。
（αＲ１＋βＲ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）＝γ  ・・・（１）
∴  Ｒ１／Ｒ２＝−（β−γ）／（α−γ）  ・・・（２）
ここで、β＜γ＜αであり、｜γ｜＜α、かつ、｜γ｜＜｜β｜とすることができる。
【００１８】
例として、α＝０．１％／℃、β＝−０．２５％／℃の場合に、γ＝０％／℃とするためには、式（２）から、Ｒ１／Ｒ２＝２．５とすれば良い。従って、Ｒ１＝２５０Ω、Ｒ２＝１００Ωのように抵抗値を決定する。実際には、インバータの伝達コンダクタンスｇｍも温度特性を有するので、これをキャンセルするために、γ≠０とすることが望ましい。合成抵抗の温度係数γを、インバータの伝達コンダクタンスｇｍの温度特性をキャンセルする値に設定することにより、先に説明した等価抵抗の値がゼロとなる周波数ｆｃの温度特性をフラットにすることができる。例えば、特定の電源電圧の下で、インバータの伝達コンダクタンスｇｍが正の温度係数を有する場合には、合成抵抗の温度係数γを、絶対値の小さい負の値とすることが望ましい。一方、特定の電源電圧の下で、インバータの伝達コンダクタンスｇｍが負の温度係数を有する場合には、合成抵抗の温度係数γを、絶対値の小さい正の値とすることが望ましい。
【００１９】
その結果、３次オーバートーン発振回路の発振動作を安定化することが可能となる。また、単結晶シリコン抵抗と多結晶シリコン抵抗の電圧特性も式（１）と同様に表されるので、本実施形態によれば、発振回路の電圧特性を改善することも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、一般的な発振回路や、水晶振動子等の発振素子を用いた３次オーバートーン発振回路において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る発振回路の構成を示す図。
【図２】単結晶シリコン抵抗と多結晶シリコン抵抗の温度特性を示す図。
【図３】合成抵抗の温度特性を示す図。
【図４】水晶振動子を用いた従来の発振回路の構成を示す図。
【図５】水晶振動子の端子間に接続されている等価抵抗の周波数による変化を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１０  水晶振動子、  ２０  抵抗、  ３０  インバータ、  ４１、４２  帰還抵抗、５０、６０  コンデンサ、  ＱＰ１  ＰチャネルＭＯＳトランジスタ、  ＱＮ１  ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
【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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