(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子を発振回路により発振させ第１の周波数の発振信号を出力し、この発振信号を第１のプログラマブルデバイダの第１の分周数で分周して第２の周波数の基準信号を出力し、この基準信号を入力信号としてＰＬＬ回路を動作させ、前記ＰＬＬ回路の帰還回路に設けられた第２のプログラマブルデバイダの第２の分周数で前記入力信号を逓倍した第３の周波数の逓倍信号を生成する発振装置の周波数設定方法であって、
前記発振装置は、
前記第１の周波数の前記発振信号を前記第１のプログラマブルデバイダおよび前記ＰＬＬ回路を経ずに外部端子から出力するバイパス回路と、
設定された調整量に基づいて前記発振回路に接続される容量を可変し前記第１の周波数を調整する調整回路と、
を備え、
前記発振装置の周波数設定方法は、
前記圧電振動子を発振させ、前記バイパス回路を用いて前記外部端子から出力される前記発振信号の前記第１の周波数を測定する第１のステップと、
測定した前記第１の周波数に基づき、所望の周波数に最も近い前記第３の周波数の前記逓倍信号が得られる前記第１および第２の分周数を設定する第２のステップと、
前記調整量を調整することによって、前記第３の周波数を前記所望の周波数に合致するように微調整する第３のステップとを有する発振装置の周波数設定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置の周波数設定方法であって、
前記発振装置は、外部から入力される分周数を前記第１、第２のプログラマブルデバイダへ仮設定可能であるシフトレジスタを更に備え、
前記第２のステップは、前記所望の周波数に最も近い前記第３の周波数の前記逓倍信号が得られる前記第１および第２の分周数を、前記シフトレジスタにより前記第１および第２のプログラマブルデバイダの夫々に仮設定することを特徴とする発振装置の周波数設定方法。
【請求項３】
前記第１ないし第３のステップを、前記発振装置が基板にマウントされた後に行うことを特徴とする請求項１または２に記載の発振装置の周波数設定方法。
【請求項４】
圧電振動子を発振回路により発振させ第１の周波数の発振信号を出力し、この発振信号を第１のプログラマブルデバイダの第１の分周数で分周して第２の周波数の基準信号を出力し、この基準信号を入力信号としてＰＬＬ回路を動作させ、前記ＰＬＬ回路の帰還回路に設けられた第２のプログラマブルデバイダの第２の分周数で前記入力信号を逓倍した第３の周波数の逓倍信号を生成する発振装置の周波数設定方法であって、
前記発振装置は、
前記第１の周波数の前記発振信号を前記第１のプログラマブルデバイダおよび前記ＰＬＬ回路を経ずに外部端子から出力するバイパス回路と、
設定された調整量に基づいて前記発振回路に接続される容量を可変し前記第１の周波数を調整する調整回路と、
を備え、
前記発振装置の周波数設定方法は、
前記第３の周波数が所望の周波数になる前記逓倍信号が得られる前記第１および第２の分周数の組を複数求める第１のステップと、
前記圧電振動子を発振させ、前記バイパス回路を用いて前記外部端子から出力される前記発振信号の前記第１の周波数を測定する第２のステップと、
測定した前記第１の周波数に基づき、前記第１のステップで求められた前記複数の組のうちいずれか１つを選択する第３のステップと、
選択された前記組に含まれる前記第１および第２の分周数の下で前記第３の周波数の前記逓倍信号が前記所望の周波数となるように、前記調整量を調整することによって前記第１の周波数を微調整する第４のステップを有する発振装置の周波数設定方法。
【請求項５】
前記第１ないし第４のステップを、前記発振装置が基板にマウントされた後に行うことを特徴とする請求項４に記載の発振装置の周波数設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置や通信装置のクロック供給源の発振回路などとして用いられる所望の周波数の基準となる信号を供給可能な発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの情報処理装置や通信装置などにおいては、水晶振動子などの圧電振動子を発振源として用いた発振装置がクロック源などとして採用されており、この発振装置から供給される信号を基準として情報処理装置を構成する各処理部に対し適当な周波数のクロック信号などが供給されるようになっている。図１８に、従来のＰＬＬ回路を用いた発振装置の例を示してある。この発振装置９０は、予め出力が予定された複数の周波数の中のいずれかを選択し、その周波数の信号を出力できるようになっている。発振装置９０は、水晶振動子１と、この水晶振動子１を発振して水晶振動子１の共振周波数ｆｃの発振信号φ１を出力する発振信号出力部１０と、この発振信号φ１を分周（Ｍ分周）して周波数ｆｒの基準信号φ２を生成するプログラマブルデバイダ（リファレンスデバイダ：ＲＤ）１５と、この基準信号φ２を入力信号として動作するＰＬＬ回路２０と、ＰＬＬ回路２０から出力された周波数ｆｐの逓倍信号φ３を分周（Ｘ分周）して周波数ｆｏの出力信号φ４を生成するプログラマブルデバイダ（アウトプットデバイダ：ＯＤ）３０と、この出力信号φ４を増幅して出力するバッファ３５を備えている。ＰＬＬ回路２０は、ＰＤ１５から供給された基準信号φ２および電圧制御発振回路（ＶＣＯ）２３からフィードバックされた信号の位相を比較する位相比較器２１と、位相比較器２１の出力の高周波成分をカットしてＶＣＯ２３に供給するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２と、位相比較器２１に入力された２つの信号の位相が一致するように発振するＶＣＯ２３とを備えている。さらに、ＰＬＬ回路のフィードバック回路にはフィードバックデバイダ（ＦＤ）２４が設置されており、ＶＣＯ２３の出力は、ＦＤ２４で分周（Ｎ分周）されて位相比較器２１にフィードバックされる。従って、ＰＬＬ回路２０では、位相比較器２１に入力された信号をＮ逓倍した周波数の逓倍信号φ３がＶＣＯ２３から出力される。
【０００３】
この発振装置９０に採用されているデバイダ（分周器）１５、２４および３０はいずれもプログラマブルデバイダであり、設定された分周数で入力された信号を分周できるようになっている。このため、図１８に示した発振装置９０においては、メモリ９５に出力を予定している周波数の分周数Ｍ、Ｎ、Ｘの組み合わせを予め設定しておき、外部入力９４と繋がったデコーダ９６でメモリ９５に記憶された分周数Ｍ、Ｎ、Ｘの組み合わせのいずれかを選択できるようになっている。例えば、共振周波数ｆｃが２０ＭＨｚの水晶振動子１を用いた発振装置９０では、図１９に示してあるように、４本の外部端子Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の組み合わせによって１６種類の異なった周波数の内から１つの周波数を選択して発振装置９０から出力できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなプログラマブルデバイダを用いたＰＬＬ発振装置を採用することによって１つの発振装置によって複数の周波数をカバーすることができるようになったので、従来の水晶発振装置と同様に安定動作する発振装置を短納期で安価に供給することができる。しかしながら、近年、基準発振源として要求される周波数は多岐にわたり、上記のようなＰＬＬ発振装置を採用した場合でも多種多様な発振装置を用意する必要がある。さらに、近年の情報処理装置あるいは通信装置の開発スピードは大幅に高速化されているので、新たな仕様あるいは周波数の発振装置をいっそう短期間で製造することが要求されている。その一方で、情報処理装置や通信装置の動作精度も向上しており、発振装置から出力される信号の周波数精度の向上も必要になっている。
【０００５】
そこで、本発明においては、従来のＰＬＬ発振装置に増して高精度で安定した周波数の出力信号を出力でき、さらに短期間で製造でき、安価に供給可能な発振装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
上述したように、従来のＰＬＬ発振回路は、所定の精度に共振周波数が調整された水晶振動子を用いて、その共振周波数を所定の分周数の組み合わせで逓倍し、予定された周波数の出力信号が得られるようにしている。これに対し、本願の発明者らは、各デバイダにおける分周数を、それぞれ独立した適当な値に設定することによってユーザが望む様々な周波数の出力信号が得られることを見いだした。すなわち、本発明の発振装置においては、各デバイダにおける分周数を適当に設定できるようにしておくことによって、水晶振動子の共振周波数を理想的な値に調整しなくとも所望の周波数の出力信号を得ることが可能であり、また、出力を予定しているいないに係わらず、ユーザが要求する多種多様な周波数に合致した高精度の出力信号が得られる。
【０００７】
第１図に示したモデルケースを参照しながらさらに詳しく説明する。図１は、共振周波数ｆｃの水晶振動子に対し、リファレンスデバイダＲＤの分周数Ｍの値を５〜１０まで順々に変え、さらに、それぞれの分周数Ｍの値に対し、ＰＬＬのＦＤの分周数Ｎの値を１〜３０の間で順々に変えた場合に得られるＰＬＬ回路の出力信号（逓倍信号）の周波数ｆｐをプロットしたものである。このように、分周数Ｍ、Ｎの値を独立して可変設定できるようにしておくことにより、１つの共振周波数ｆｃで多種多様な周波数が得られることが判る。例えば、分周数Ｍが１０のときに周波数ｆｐが０．１ｆｃおよび０．２ｆｃが得られ、さらにこの間の周波数としては分周数Ｍ、Ｎを適当に変えることによってｆｃ／９、ｆｃ／８、ｆｃ／７、ｆｃ／６の４種類の周波数が得られることが判る。従って、１つの水晶振動子を用いて非常に細かなピッチでＰＬＬ回路から出力される逓倍信号の周波数を設定できることが判る。周波数を設定できるピッチは、リファレンスデバイダＲＤの分周数Ｍを大きくすることによって細かくなることは明らかである。逆に、分周数ＭおよびＮを適当に設定することによって共振周波数ｆｃが理想とする共振周波数と異なる水晶振動子を用いても所望の周波数の逓倍信号が得られることが判る。
【００１０】
図１に示したように、プログラマブルデバイダで分周される分周数ＭおよびＮとしては整数値がセットされるので、分周数ＭおよびＮを適当に設定してもＰＬＬ回路部で得られる周波数ｆｐはデジタル的（離散的）である。従って、必ずしも所望の周波数に対し設定された公差の範囲内に収まる分周数ＭおよびＮの組み合わせがあるとは限らない。また、共振周波数ｆｃの整数倍の周波数の前後には分周数ＭおよびＮをどのように変えて設定しても周波数を設定できない周波数帯Ｇがあり、分周数Ｍの値の最大値Ｍｍａｘとすると、その周波数帯Ｇの範囲は±ｆｃ／Ｍｍａｘとなる。これらの原因による逓倍信号の周波数ｆｐがバリアブルに設定できない範囲は分周数Ｍを大きくすることによってその周波数帯Ｇの範囲を限りなく限定することができる。しかしながら、分周数Ｍを大きくするとＰＬＬ回路部の入力信号となる基準信号の第２の周波数が著しく低下し、この入力信号を位相比較しながら逓倍した信号は精度が悪化し不安定になりやすい。すなわち、ジッタが悪化する。従って、分周数Ｍは、ジッタが悪化しない程度の値以下に収めておくことが望ましい。
【００１７】
本発明の発振装置の周波数設定方法は、圧電振動子を発振回路により発振させ第１の周波数の発振信号を出力し、この発振信号を第１のプログラマブルデバイダの第１の分周数で分周して第２の周波数の基準信号を出力し、この基準信号を入力信号としてＰＬＬ回路を動作させ、前記ＰＬＬ回路の帰還回路に設けられた第２のプログラマブルデバイダの第２の分周数で前記入力信号を逓倍した第３の周波数の逓倍信号を生成する発振装置の周波数設定方法であって、前記発振装置は、前記第１の周波数の前記発振信号を前記第１のプログラマブルデバイダおよび前記ＰＬＬ回路を経ずに外部端子から出力するバイパス回路と、設定された調整量に基づいて前記発振回路に接続される容量を可変し前記第１の周波数を調整する調整回路と、を備え、前記発振装置の周波数設定方法は、前記圧電振動子を発振させ、前記バイパス回路を用いて前記外部端子から出力される前記発振信号の前記第１の周波数を測定する第１のステップと、測定した前記第１の周波数に基づき、所望の周波数に最も近い前記第３の周波数の前記逓倍信号が得られる前記第１および第２の分周数を設定する第２のステップと、前記調整量を調整することによって、前記第３の周波数を前記所望の周波数に合致するように微調整する第３のステップとを有することを特徴とする。
また、前記発振装置は、外部から入力される分周数を前記第１、第２のプログラマブルデバイダへ仮設定可能であるシフトレジスタを更に備え、前記第２のステップは、前記所望の周波数に最も近い前記第３の周波数の前記逓倍信号が得られる前記第１および第２の分周数を、前記シフトレジスタにより前記第１および第２のプログラマブルデバイダの夫々に仮設定してもよい。
【００１８】
また、本発明の発振装置の周波数設定方法は、圧電振動子を発振回路により発振させ第１の周波数の発振信号を出力し、この発振信号を第１のプログラマブルデバイダの第１の分周数で分周して第２の周波数の基準信号を出力し、この基準信号を入力信号としてＰＬＬ回路を動作させ、前記ＰＬＬ回路の帰還回路に設けられた第２のプログラマブルデバイダの第２の分周数で前記入力信号を逓倍した第３の周波数の逓倍信号を生成する発振装置の周波数設定方法であって、前記発振装置は、前記第１の周波数の前記発振信号を前記第１のプログラマブルデバイダおよび前記ＰＬＬ回路を経ずに外部端子から出力するバイパス回路と、設定された調整量に基づいて前記発振回路に接続される容量を可変し前記第１の周波数を調整する調整回路と、を備え、前記発振装置の周波数設定方法は、前記第３の周波数が所望の周波数になる前記逓倍信号が得られる前記第１および第２の分周数の組を複数求める第１のステップと、  前記圧電振動子を発振させ、前記バイパス回路を用いて前記外部端子から出力される前記発振信号の前記第１の周波数を測定する第２のステップと、測定した前記第１の周波数に基づき、前記第１のステップで求められた前記複数の組のうちいずれか１つを選択する第３のステップと、選択された前記組に含まれる前記第１および第２の分周数の下で前記第３の周波数の前記逓倍信号が前記所望の周波数となるように、前記調整量を調整することによって前記第１の周波数を微調整する第４のステップを有することを特徴とする。
【００２０】
従来のメーカー側で一義的に発振周波数が決定された発振装置を用いる場合は、ユーザー側で周波数の設定を行うといった作業はなく、これと同様に、本発明の発振装置においても、検査の作業の流れの一環として発振周波数の設定を行うことにより、従来の発振周波数を変えられない発振装置と同様の工数あるいは手順で、本発明のバリアブルに発振周波数を変えることができる発振装置を組み込み、さらに周波数調整することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図２に、本発明のＰＬＬ回路を用いた発振装置の例を示してある。本例の発振装置５も、水晶振動子１を発振してＰＬＬ回路で逓倍することによって所定の周波数ｆｏの出力信号φ４を出力する発振装置であり、図１８に基づき説明した発振装置と共通する部分については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。本例の発振装置５は、水晶振動子１を発振する発振信号出力部１０が、発振回路１１に加え、水晶振動子１の共振周波数ｆｃを微小調整して発振信号φ１の周波数ｆｇを変えられる調整回路１２を備えている。そして、周波数が微調整された発振信号φ１がプログラマブルデバイダであるリファレンスデバイダ（ＲＤ）１５によってＭ分周されて周波数ｆｒの基準信号φ２となり、ＰＬＬ回路２０に供給される。ＰＬＬ回路２０は基準信号φ２を入力信号として動作し、フィードバック回路（帰還回路）に設けられたプログラマブルデバイダであるフィードバックデバイダ（ＦＤ）２４の分周数Ｎで基準信号φ２が逓倍された周波数ｆｐの逓倍信号φ３が出力される。この逓倍信号φ３は、さらに、第３のプログラマブルデバイダであるアウトプットデバイダ（ＯＤ）３０でＸ分周されて周波数ｆｏの出力信号φ４となり、セレクタ３２およびバッファ３５を通って出力端子６１から出力される。セレクタ３２は、発振信号出力部１０から出力される発振信号φ１を直に出力端子６１から出力するためのバイパス回路３６と出力信号φ４とを切り換えるためのものであり、後述する設定部４０によって制御される。さらに、バッファ３５は出力信号φ４を緩衝増幅して出力すると共に、発振装置の動作モードによっては出力端子をハイインピーダンス状態にするなどの機能を果たす。
【００２２】
これらデバイダＲＤ１５、ＦＤ２４およびＯＤ３０、さらに、調整回路１２などには、設定部４０から分周数Ｍ、Ｎ、Ｘおよび調整量などが供給される。本例の設定部４０は、２段のＲＯＭ４１および４２と、これらのＲＯＭ４１および４２の各々にデータを書き込むために入力されたシリアルデータをパラレルデータに変換可能なシフトレジスタ４３を備えており、このシフトレジスタ４３は、調整回路１２の調整量を仮設定したり、あるいは分周数Ｍ、ＮおよびＸなどを仮設定するためにも用いられる。設定部４０は、さらに、ＲＯＭ４１および４２を介してバッファ３５やセレクタ３２の制御を行うと共にＲＯＭ４１および４２に対するデータの書き込み制御を行う制御回路４４を備えている。そして、この制御回路４４の制御モードの選択はコントロール端子６２を介して行われる。例えば、シフトレジスタ４３を介してＲＯＭ４１あるいはＲＯＭ４２にデータを書き込む場合は、出力端子６１がデータ入力端子として用いられる。このため、データ書き込み時は、バッファ３５はクローズし出力端子６１から入力されたデータが制御回路４４を介してシフトレジスタ４３に送られ、パラレル変換されて各ＲＯＭ４１あるいは４２に書き込まれる。従って、本例の発振装置５においては、デコーダは設けられておらず、ＲＯＭ４１あるいは４２に分周数Ｍ、ＮおよびＸ、および調整量として、それぞれ独立した自由な値を設定することが可能であり、それぞれの値を自由に変えることができる。もちろん、所定の組み合わせとなった分周数Ｍ、ＮおよびＸをデータとして外部からＲＯＭ４１あるいは４２にロードすることも可能であるが、本例の発振装置５は、そのような組み合わせにかぎらず、分周数Ｍ、ＮおよびＸ、さらに調整量を必要に応じて独立した自由な値に可変設定することができる。
【００２３】
また、ＲＯＭ４１および４２は、制御回路４４によって各々を切り換えて使用可能であり、各々のＲＯＭ４１あるいは４２に記憶された設定値でＰＬＬ回路やデバイダが動作するようになっている。本例のそれぞれのＲＯＭ４１あるいは４２は本例の発振装置５を制御するために必要な全てのデータ、例えば、分周数Ｍ、ＮおよびＸ、さらに調整量などを記憶できる容量を備えており、水晶振動子１の共振周波数ｆｃが経時変化などで万一変化したとき、あるいは最初に設定された周波数と異なった周波数の信号の発振源として本例の発振装置５を用いるときなどに分周数Ｍ、Ｎ、Ｘおよび調整量などを再度セットすることができる。
【００２４】
もちろん、ＲＯＭ４１および４２の用途はこれに限定されるものではなく、たとえば、検査用としてメーカーサイドでＲＯＭ４１にデータを書き込み、発振装置の諸特性に関し専門性が必要とされる検査をメーカーで一括行ってしまうためにも利用できる。このような検査としては、ＰＬＬのロックアップ特性、電源電圧と発振の立ち上がり時間との関係などあり、このような検査はユーザには装置的にも技術的にも難しいため、メーカー側で専門の技術者や高性能な計測能力を備えた検査機器を用いて行うことが望ましい。
本例の発振装置５においては、このような検査を行うためにＲＯＭ４１を使用しても、他方のＲＯＭ４２はユーザー側で自由に利用することが可能である。したがって、メーカーからは検査に合格した良品だけを出荷し、営業拠点やユーザがそれぞれの要求に応じたデータをＲＯＭ４２に書き込む。すでに、メーカーで検査した項目は再検査する必要はないので、営業拠点やユーザでは簡単な検査で済ませることができる。
【００２５】
さらに、本例の発振装置５においては、ＲＯＭ４１および４２を設定値の記憶媒体として採用しているので、発振装置５の動作状態を制御できる機能のうち、コントロール端子６２で制御できる機能ＯＥ、ＳＴあるいはＳＴＺのいずれかをＲＯＭに設定しておくことができる。ＯＥ（アウトプットイネーブル）機能は、水晶振動子１の発振回路とＰＬＬ回路は動作させたまま出力信号φ４をハイインピーダンス状態にする機能であり、コンピュータなどの動作テスト時に用いられる。また、ＳＴ（スタンバイ）機能は、発振回路とＰＬＬ回路を停止状態にして出力信号φ４を高レベルあるいは低レベルに固定する機能であり、コンピュータなどの省エネルギー化に効果がある。また、ＳＴＺ機能は、両者の機能を複合させたものであり、発振回路とＰＬＬ回路を停止するとともに出力信号φ４をハイインピーダンスにする機能である。従って、コンピュータの製造時の動作テスト時にも、また、省電力化する際にも利用できる機能である。さらに、出力端子６１から出力される信号のデューティを任意に設定するためのデータがＲＯＭ４１および４２に記憶されている。
【００２６】
本例の発振装置５においては、発振信号出力部１０、デバイダＲＤ１５、ＰＬＬ回路部２０、デバイダＯＤ３０、セレクタ３２、バッファ３５および設定部４０が１チップのＩＣ６０に纏められており、このＩＣ６０と水晶振動子１がモールドでパッケージングされている。図３に本例の発振装置５がモールド樹脂６８によってパッケージングされた外観を示し、図４にその内部の構成をモールド樹脂６８を一部欠いて示してある。本例の発振装置５は、リードフレーム６７の一方の面にＩＣ６０が搭載され、他方の面にシリンダー内に封入された水晶振動子１が搭載されている。そして、これらがモールド樹脂６８によって一体にパッケージングされ、パッケージの外側には出力端子６１と発振装置本来の端子と兼用している制御端子６２が現れている。データを書き込むための端子は発振装置本来の端子と兼用しても良いし、専用に設けても良い。パッケージされてしまうので、ＲＯＭ４１あるいは４２にＥＰＲＯＭを採用してもモールド６８で覆われてしまい紫外線を照射することができない。ＥＥＰＲＯＭなどを採用することも可能であるが、制御回路４４がさらに複雑化し、また、ＲＯＭも高価になってしまう。これに対し、本例の発振装置５のように十分な記憶容量のＲＯＭ４１および４２の２列のＲＯＭを用意しておくことによって、これらのＲＯＭ４１および４２を切り替えて使用することが可能であり、分周数などを含めた設定値の書換えや変更を安価に、そして、確実に行うことができる。
【００２７】
本例の発振装置５においては、水晶振動子１として基本波で２５．１ＭＨｚを発振するように製造された矩形状ＡＴカット水晶振動子を採用している。この水晶振動子は、圧電振動子の中で、物理的、化学的さらに経時的な変化を考えても最も安定した振動子の１つであり、水晶振動子を採用することによって信頼性の高い発振装置を実現することができる。さらに、振動片の形状を矩形状とすることによって円盤型などの振動片に比較してコンパクトに纏めることができ、発振装置を小型化することができる。また、基本波で２５．１ＭＨｚを発振する矩形状ＡＴカット水晶振動子を実現できるので、３０ＭＨｚを越える共振周波数を持ったオーバートーンで発振する振動子と比較し安定した発振を得ることができる。
【００２８】
さらに、本例の水晶振動子１は、基本波で発振する水晶振動子であるので、周波数可変範囲も非常に広く、発振信号出力部１０の調整回路１２によって発振信号φ１の周波数を幅広く設定することができる。本例の発振装置５においては、図１のモデルで説明したように分周数ＭおよびＮがデジタル値なので分周数ＭおよびＮを変えてもＰＬＬ回路２０で得られる周波数ｆｐは離散値になり、また、分周数ＭおよびＮを変えても発振信号φ１の周波数ｆｇまたはｆｃの整数倍の周波数の前後に所定の幅の周波数を設定できない周波数帯Ｇが存在する。これに対し、本例の水晶振動子１は周波数可変範囲が広いので調整回路１２における調整量を広くすることが可能であり、分周数ＭおよびＮの組み合わせでは所定の周波数ｆｏが得られないときでも調整回路１２の側で発振信号φ１の周波数を微調整して所定の周波数ｆｏの出力信号φ４を確実に生成することができる。
【００２９】
さらに、２０ＭＨｚ以下の振動子では振動エネルギーを閉じ込めるためにコンベックス加工を必要とするのに対し、本例の２５．１ＭＨｚの振動子は矩形状で実現することができ、高品質の振動子を安価に提供できる。また、２５．１ＭＨｚの前後では広い範囲でスプリアスとの結合がないので歩留りも高く、この点でも安価で品質の良い振動子を提供することができる。そして、本例の発振装置５は、分周数ＭおよびＮ、さらにＸを適当な値に可変設定することによって様々な周波数の出力信号を生成できるので、このような高品質で小型で、さらに安価な水晶振動子１を発振源として用い、現状でユーザから要望のあるほぼ全ての周波数に対応することができる。現在、要望のある周波数の大半は、通信系の３２．７６８ｋＨｚ、あるいはシステム系の３３．３３３ｋＨｚをベースとした周波数であり、基本波で２５．１ＭＨｚを発振するように製造された矩形状ＡＴカット水晶振動子は、分周数Ｍが７５３のときにシステム系の周波数のベースとなり、また、分周数Ｍが７６６のときに１０ｐｐｍ程度の調整回路で容易に調整できる範囲で通信系の周波数のベースとなる。従って、２５．１ＭＨｚの水晶振動子を採用することによって殆どの周波数をカバーできることが判る。
【００３０】
図５に、本例の発振装置５において、共振周波数ｆｃが２５．１ＭＨｚの水晶振動子１を用いて周波数ｆｏが１６ＭＨｚの出力信号φ４を得るために使用できる分周数Ｍ、ＮおよびＸの組み合わせの幾つかのケースを示してある。本図から判るようにケース４、５あるいは６に示した分周数Ｍ、ＮおよびＸの組み合わせを中心に適当な分周数Ｍ、ＮおよびＸを設定することによって、ターゲットである１６ＭＨｚに対し数１０ｐｐｍから数１００ｐｐｍ程度ずれた周波数を本例の発振装置５で得られることが判る。逆に、理想的な共振周波数である２５．１ＭＨｚに対し数１０ｐｐｍから数１００ｐｐｍ程度ずれた水晶振動子１を採用した場合には、これらの分周数ＭおよびＮをＲＯＭ４１あるいは４２にセットすることによって所望の１６ＭＨｚの出力信号φ４が得られることが判る。従って、本例の発振装置５においては、水晶振動子１の共振周波数を敢えて高精度でターゲットとする理想的な値、例えば２５．１ＭＨｚに合わせ込まなくても、振動片に励振電極を付けた状態の振動子をそのまま採用し、個々の振動子の共振周波数に適した分周数ＭおよびＮを設定することにより所望の周波数ｆｏの出力信号φ４を得ることができる。このため、周波数を合わせ込む、すなわち、ｆ調するために、重り取り、重り付けといった作業は不要となり、手間のかかる工程を省くことができる。これと共に、重り取りや重り付けによる位置ずれやアンバランスなどに起因する特性の劣化や周波数シフトといった問題も取り除くことができる。さらに、発振回路１１の回路定数のばらつきなどに起因する周波数のずれも個々の発振装置５において適当な分周数を選択することによって吸収することが可能となる。従って、本例の発振装置５は、製造、組み立て、調整といった手間をほとんどかけずに非常に精度が高く、安定した周波数の出力信号を得ることができる。
【００３１】
本例の発振装置５において選択可能な分周数Ｍ、ＮおよびＸの値は整数値なので、得られる周波数ｆｏは離散的となり、逆に、水晶振動子の共振周波数によっては分周数Ｍ、ＮおよびＸの適当な整数値が見当たらないこともある。また、所望の周波数ｆｏによっては、先に説明した共振周波数ｆｏの整数倍の周波数の前後の分周数Ｍ、ＮあるいはＸを可変しても合わせることができない周波数帯Ｇに入ってしまうケースもある。一方、基準信号φ２を生成するＲＤ１５の分周数Ｍを大きくすれば、合わせ込みのできないケースが大幅に削減されることは図１に基づき説明した通りであるが、分周数Ｍを大きくすればするほどＰＬＬ回路部２０から得られる逓倍信号φ３のジッタが悪化することも説明した通りである。従って、水晶振動子の共振周波数ｆｃに対し、できるかぎり分周数Ｍが小さくなるような分周数Ｍ、ＮおよびＸの組み合わせで所望の周波数ｆｏが得られるようにすることが望ましい。これらのケースに対応するために、本例では、発振信号出力部１０に発振回路１１で得られる共振周波数ｆｃに対し、発振信号の周波数ｆｇを微小調整できる調整回路１２を設けてある。調整回路１２で調整できる範囲は、例えば、分周数Ｍの最大値Ｍｍａｘを８００に設定すると、共振周波数ｆｃの前後に１２５０ｐｐｍの分周数ＭおよびＮでは設定できない周波数帯Ｇが発生することを考慮し、調整回路１２は最大でこの周波数帯Ｇをカバーできる程度の微調整ができることが望ましい。あるいは、ＯＤ３０の分周数Ｘに適当な整数、例えば２あるいは３などを設定するとによって設定できない周波数帯Ｇの幅は１／２あるいは１／３になるので、調整回路１２で調整可能とすべき帯域を狭くすることができる。
【００３２】
図６および図７に調整回路１２の例を示してある。発振回路１１は、インバーター１１ｂ、帰還抵抗１１ａ、ドレイン抵抗１１ｃ、ドレイン容量１１ｄ、さらに、ゲート容量１１ｆを備えており、調整回路１２でゲート容量１１ｆの容量を変えて発振信号φ１の周波数ｆｇを調整できるようにしている。このため、図６に示した調整回路１２においては、重み付けされたｎ個の容量アレイ１３．１〜１３．ｎがゲート容量１１ｆと並列に接続されており、それぞれの容量アレイ１３．１〜１３．ｎと繋がったトランジスタスイッチ１４．１〜１４．ｎをオンオフすることによってゲート容量１１ｆの容量を可変設定できるようにしている。そして、その調整量はトランジスタスイッチ１４．１〜１４．ｎをオンオフするデジタルデータとして設定部４０のＲＯＭ４１あるいは４２に記憶されるようになっている。図７に示した調整回路１２は、可変容量ダイオード１９を採用した例である。ゲート容量１１ｆとコンデンサ１７を介して接続された可変容量ダイオード１９の容量をＤ／Ａコンバータ１８を介すことによってデジタル値で制御できるようにしてあり、可変容量ダイオード１９の調整量を上記と同様に設定部４０のＲＯＭ４１あるいは４２に記憶できるようにしている。
【００３３】
図８および図９に、本例の発振装置５の出力信号φ４の周波数ｆｏを所望の値に設定する方法の例を示してある。図８に示した周波数設定方法は、まず、ステップ７１において、未調整状態の水晶振動子１の共振周波数ｆｃを測定する。本例の発振装置５においては、このためにバイパス回路３６が設けられており、調整回路１２で調整を行わない状態で水晶振動子１を発振することにより共振周波数ｆｃの信号を外部端子６１から測定することができる。バイパス回路３６を用いなくとも各デバイダＲＤ１５、ＦＤ２４およびＯＤ３０の分周数Ｍ、ＮおよびＸを設定部４０のシフトレジスタ４３を用いて各々１に設定しておくことによっても共振周波数ｆｃを計測することができる。バイパス回路３６を設けて直に共振周波数を測定できるようにしておくことは、周波数源の品質把握や不良解析等の場合には特に有用である。次に、ステップ７２において、共振周波数ｆｃの値と所望の出力周波数ｆｏから適当な分周数ＭおよびＮを計算する。必要であれば分周数Ｘも同時に計算する。この際、ジッタの悪化を防止するために調整回路１２で微調整できる範囲で、分周数Ｍとして最小限の値を選択したり、あるいは調整量を最小にするために分周数Ｍを限界値まで近づけて選択するなど幾つかの手法を採用することが可能である。本例の発振装置５は、分周数ＭとＮ、さらにはＸの組み合わせを出力信号の周波数ｆｏに対して一義的に決定する必要がないので、ユーザの使用目的などに合わせた条件で分周数ＭおよびＮを決定することができる。
【００３４】
分周数ＭおよびＮが決定すると、ステップ７３においてシフトレジスタ４３などに分周数ＭおよびＮを仮設定し、ステップ７４で調整回路１２で発振信号φ１の周波数ｆｇの微小調整を行いながらステップ７５で出力信号φ４の周波数ｆｏとして所望の値が得られたか否かをチェックする。そして、所望の周波数が得られるまで、ステップ７４および７５を繰り返す。この周波数設定方法を採用することによって、先にも説明したように、水晶振動子１の共振周波数を特定の理想とする値まで絞り込む、いわゆるｆ調と呼ばれるステップを水晶振動子１の製造工程から省くことができる。従って、短期間で安価に供給される水晶振動子を本例の発振装置５に採用することができる。さらに、本例の発振装置５は、分周数Ｍ、ＮさらにＸ、さらに調整量は、水晶振動子１の共振周波数ｆｃおよびユーザが望む周波数ｆｏによって適宜決定することが可能であり、分周数Ｍ、ＮさらにＸおよび調整量を従来の発振装置のようにメモリに予め用意された組み合わせから選択する必要もなく、独立した値に可変設定できる。従って、ＩＣ６０および水晶振動子１がモールドされたパッケージング後の状態で、ユーザの要望する周波数に本例の発振装置をセットして出荷することができる。このため、発振装置をユーザの要望する周波数にかかわらず見込み生産することが可能であり、本例の発振装置５は、量産化に非常に適した形態となっている。このため、短納期で安価にユーザの要望する周波数の発振装置５を供給することができる。
【００３５】
図９に示した周波数設定方法は、共振周波数ｆｃの水晶振動子１の発振を調整回路１２によって調整し、発振回路１１出口の発振周波数ｆｇを理想的な水晶振動子の周波数にセットしたり、あるいは、ユーザの要望する周波数ｆｏに対し分周数ＭおよびＮ、さらにはＸが所定の値の組み合わせに設定されたときに必要となる周波数に設定する方法である。
まず、ステップ８１において、公差のない理想的な水晶振動子ｆｃｉに基づき所望の出力周波数ｆｏを得るために最も都合のよい分周数ＭおよびＮさらにはＸを決定する。図１０に、水晶振動子の共振周波数ｆｏが２５．１０００００から２５．３５１０００ＭＨｚと１００００ｐｐｍ程度ばらついているときに、所望の出力周波数ｆｏとして１０６．２５ＭＨｚを得るときの例を示してある。オリジナルの共振周波数ｆｃは、バイパス回路３６あるいは全ての分周数を１にセットすることにより、調整していない状態での発振周波数（共振周波数）ｆｇから求めることができる。図１０に示したケースでは、２５．１０００００から２５．３５１０００ＭＨｚを容量アレイで十分に調整可能な１８０ｐｐｍピッチで５６区間に分割し、求められた共振周波数ｆｃからその振動子の属する区間を決定する。得られた共振周波数ｆｃが２５．１０５ＭＨｚであれば、この水晶振動子は区間２に属することになる。
次に、ステップ８２で容量アレイを調整し、発振周波数ｆｇが区間２を代表する周波数、すなわち、出力周波数ｆｏを得るために都合の良いＭおよびＮが決定されている周波数である２５．１０４５１８ＭＨｚとなるようにする。そして、ステップ８３において、この周波数ｆｇを確認し、発振周波数ｆｇが区間２を代表する上記の発振周波数２５．１０４５１８ＭＨｚになるまでステップ８２および８３を繰り返す。
そして、区間を代表する発振周波数が得られると、ステップ８４で予め計算されていた分周数Ｍ、ＮおよびＸの組み合わせ、本例においては、Ｍ＝５５１、Ｎ＝２３３２およびＸ＝１をＲＯＭにセットする。この結果、上述したような関係、すなわち、以下の式（１）に示すような関係により所望の周波数ｆｏ（本例においては１０６．２５ＭＨｚ）の出力信号φ４が得られるようにする。
ｆｏ＝ｆｇ×（Ｎ／Ｍ）／Ｘ          ・・・（１）
なお、上記では、水晶振動子１とＩＣ６０がリードフレーム６７を挟んで厚み方向で重ねた状態でモールド樹脂６８によりパッケージングされた発振装置５を例に示しているが、このようなパッケージに限定されないことはもちろんである。
【００３６】
図１１に示すように、水晶振動子１とＩＣ６０とを平面的に隣り合わせの配置でモールド樹脂を用いてパッケージングすることによりさらに薄い発振装置５を提供できる。
【００３７】
さらに、図１２に示すように、セラミックのベース６３ａにＩＣ６０を収納し、その中に、水晶振動子の振動片１ａを片持ち状態で収納した後に、セラミックまたは金属の蓋６３ｂを被せた、セラミック製の容器６３を用いた発振装置５としても供給可能である。この発振装置５は、振動片１ａを収納する専用の容器が不要となるので、上記よりもさらに小型で薄い発振装置５を提供することができる。
【００３８】
また、図１３に示すように、金属製の容器６４に振動片１ａおよびＩＣ６０を収納した発振装置５であってももちろん良い。このような金属製の容器６４を用いたタイプは周知のものであるが、本例の発明はこのような従来型の発振装置５としても実現できる。
【００３９】
さらに、図１４に示すように、パッケージングするときにＩＣ６０に当たる部分に紫外線を透過するガラスなどの透過用の窓６５を設けることも可能であり、紫外線でＲＯＭの記録データを消去できるＥＰＲＯＭを内蔵したＩＣ６０を使用することができる。したがって、ユーザで設計変更などがあってもＲＯＭのデータを書き換えて利用することができる、いっそうフレキシブルな利用ができる発振装置５を提供することができる。紫外線を用いたデータの消去方法は、専門性を必要とせず、電気などを用いたデータ消去方法と比べても発振装置の他の機能を破壊する恐れがないので、確実な処理を行うことができる。
【００４０】
このようなパッケージング方法の発振装置５は、図１５（ａ）に示すような表面実装型（ＳＭＤ）として実現することも可能であり、また、図１５（ｂ）に示すように、ディップ型（ＤＩＰ）として実現することも可能である。
【００４１】
さらに、本発明の発振装置には、図１６に示すような、水晶振動子１とＩＣ６０とがモールド樹脂などによってパッケージングされておらず、基板（回路基板）６６にそれぞれが実装されて構成された発振装置５も含まれている。このようなＩＣ６０と振動子１とが個別に実装された発振装置５においては、ユーザがその用途などに応じた温度特性あるいは形態の振動子を用いて発振装置を構成することが可能であり、さらにフレキシブルなシステムを構築することができる。
また、図１６に示した水晶振動子１とＩＣ６０が別々に基板６６に実装された発振装置５に限らず、水晶振動子１とＩＣ６０とが一体でパッケージングされた発振装置５においても、これらの発振装置５が基板６６に実装された後に周波数の設定を行い、そのデータをＩＣ６０のＲＯＭに書き込むことも可能である。
また、回路基板６６の検査と同時あるいは前後して周波数を設定する作業を行うことも可能である。
【００４２】
発振装置５の出力周波数は、発振装置が単体で調整される場合と、基板６６に実装された場合とではごくわずかであるが異なる場合がある。これに対し、発振装置５を基板６６に実装した後に周波数の設定を行えば、このような出力周波数の違いが発生することもなく、さらに精度の高い信号を得ることができる。
また、本発明に係る発振装置５は、ユーザが必要とする適当な周波数に設定でき、その作業をメーカー側で行っても良いが、もちろん、ユーザ側で行うことも可能であり、システムの設計あるいは変更に即応した対応を取ることができる。しかしながら、このようなケースでは、ユーザ側で周波数の設定を行うという新たな作業が発生することになり、工数は増加する。これに対し、図１７に示すように、発振装置５を基板に実装し（ステップ１１１）、基板検査のために基板６６の回路あるいは専用のパッド１０５に対しプローブ１０１を接続し（ステップ１１２）、基板検査を行い（ステップ１１３）、さらに図８あるいは図９に示した工程により周波数設定を行う工程（ステップ１１４）を一連で行うことが可能である。そして、このような周波数設定方法を採用することにより、従来の周波数が一義的に決まっている発振装置と同じ工程でシステムを組み立てて、出荷することができる。
このような周波数設定方法を採用する場合は、基板上の発振装置５とつながったパッドあるいは回路に少なくとも接続可能なプローブ１０１と、これを介して容量アレイなどの調整量、分周数Ｍ、ＮおよびＸを決定し、ＩＣ６０のＲＯＭに書き込むことができる機能を備えた周波数設定装置１００を用いることが望ましい。もちろん、この周波数設定装置１００が基板の検査機能を備えていても良いことは上述したとおりである。
プローブ１０１は、発振装置５の端子に直に接触するようにしても良いが、図１６に示すように、基板６６にプローブ１０１とコンタクトするためのパッド１０５などの専用あるいは通常のパターンを設けておくことにより、周波数設定作業の信頼性を向上できる。
【００４３】
【発明の効果】
これらの例に基づき説明したように、従来の発振装置においては、予め出力が予定された各周波数毎に分周数の組み合わせがメモリに設定されており、その内のどの組み合わせを使用するかによって発振装置から出力される信号の周波数が決定されていた。これに対し、本発明においては、分周数の組み合わせを予め設定しておくといった思想から離れて、分周数Ｍ、ＮおよびＸを相互に独立に可変設定できるようにしている。これによって本発明の発振装置においては、分周数Ｍ、ＮおよびＸの無数の組み合わせを利用することができるので、適当な組み合わせを選べるようにすることにより１つの発振装置で生成可能な周波数の種類が大幅に広がる。従って、安定した性能を発揮し、安価に製造できる高精度の水晶振動子を用いて広範囲の周波数をカバーし、さらに高精度の出力信号が得られる発振装置を提供することができる。さらに、分周数Ｍ、ＮおよびＸを自由に設定できるようにしてあるので、使用する水晶振動子それぞれの共振周波数に合わせて分周数Ｍ、ＮおよびＸを設定することが可能であり、従来は必ず必要であった水晶振動子のｆ調といった手間のかかる工程を省くことが可能になる。さらに、調整回路を設けることによって分周数Ｍ、ＮおよびＸを可変するだけではカバーできない周波数の出力信号も生成することができる。
【００４４】
このように、本発明により、ユーザの望む周波数の出力信号を出力できる発振装置を短期間で安価に供給することが可能となり、さらに、広範囲の周波数を出力できる発振装置の発振源として安価で安定した振動を行う水晶振動子を採用することができるので、従来にも増して高精度で性能の安定した発振装置が要求されている通信装置および情報処理装置に好適な発振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発振装置で生成可能な信号の周波数の分布モデルを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発振装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す発振装置の外観を示す斜視図である。
【図４】図３に示す発振装置の内部構造をモールドを一部欠いて示す図である。
【図５】図２に示す発振装置に設定可能な分周数Ｍ、ＮおよびＸの一部を例示する図表である。
【図６】容量アレイを用いた調整回路を示す図である。
【図７】可変容量ダイオードを用いた調整回路を示す図である。
【図８】図２に示す発振装置の周波数を設定する工程の一例を示すフローチャートである。
【図９】図２に示す発振装置の周波数を設定する工程の異なった例を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示した方法によって周波数を設定する例を示す図である。
【図１１】本発明の発振装置の異なった例を示す図であり、図１１（ａ）は平面に沿った方向の断面図であり、図１１（ｂ）は縦方向の断面図であり、図１１（ｃ）は横方向の断面図である。
【図１２】本発明の発振装置のさらに異なった例として、セラミックパッケージを用いた発振装置を示す図である。
【図１３】本発明の発振装置のさらに異なった例として、金属製容器を用いた発振装置を示す図である。
【図１４】本発明の発振装置のさらに異なった例として、紫外線消去型の発振装置を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は、図１４に示す発振装置をＳＭＤとして実現した様子を示す図であり、図１５（ｂ）は、ＤＩＰとして実現した様子を示す図である。
【図１６】本発明の発振装置のさらに異なった例を示す図であり、基板上で構成した例を示す図である。
【図１７】基板に実装された発振装置に周波数調整を行う工程を示すフローチャートである。
【図１８】従来の発振装置の例を示すブロック図である。
【図１９】図１８に示す発振装置で出力可能な周波数を示す図表である。
【符号の説明】
１・・水晶振動子
５・・発振装置
１０・・発振信号出力部
１１・・発振回路
１２・・調整回路
１３・・容量アレイ
１５・・リファレンスデバイダ（ＲＤ）
１９・・可変容量ダイオード
２０・・ＰＬＬ回路
２１・・位相比較器
２２・・ローパスフィルタ
２３・・電圧制御発振回路（ＶＣＯ）
２４・・フィードバックデバイダ（ＦＤ）
３０・・アウトプットデバイダ（ＯＤ）
４０・・設定部
４１、４２・・ＲＯＭ
４３・・シフトレジスタ
６１、６２・・端子
６６・・基板
６８・・モールド樹脂
１００・・周波数設定装置
１０１・・プローブ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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