(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源、出力、自動周波数制御電圧入力端子を有して少なくとも発振回路を集積化したＩＣを備え、水晶振動子とともに形成される水晶発振器の周波数温度特性を補償してなる温度補償水晶発振器において、前記電源、出力、及び自動周波数制御電圧入力の各端子に、回路基板に搭載する際生じるインダクタンスと前記ＩＣの各端子近傍に存する浮遊容量とによる共振回路の共振先鋭度を小さくするＱダンプ抵抗を設け、前記Ｑダンプ抵抗は前記各端子に接続して設けられた静電破壊防止用の保護ダイオードと前記各端子の間であるとともに、前記共振回路の共振周波数は前記水晶発振器が搭載される携帯電話のアンテナ周波数であることを特徴とする請求項１の温度補償水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話に搭載される温度補償水晶発振器（以下、温度補償発振器とする）を産業上の技術分野とし、特にアンテナに生ずる電磁界に起因した発振周波数の変動を軽減した温度補償発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）温度補償発振器は、水晶振動子の周波数温度特性に起因した水晶発振器の周波数変化を補償することから、特に動的環境下で使用される携帯電話等での基準周波数源に広く使用される。例えば通信周波数を出力するＰＬＬ（PHASE LOOKED LOOP）回路の基準周波数源に使用される。このようなものでは、基地局と携帯電話との通信（搬送）周波数間に所謂フェーズエラーを生ずると通信不能になることから、温度補償発振器の周波数安定度が重要となる。
【０００３】
（従来技術の一例）第７図は一従来例を説明する温度補償発振器の概略図である。
温度補償発振器は水晶振動子１とＩＣ２からなる。水晶振動子１は例えばＡＴカットとし、第８図に示したように周波数温度特性を常温に変曲点を有する三次関数とする。ＩＣ２は、概ね、電圧制御型とした水晶発振器３（但し、水晶振動子１を除く発振回路７）、温度補償回路４及び自動周波数制御電圧の入力回路（ＡＦＣ入力回路５とする）を集積化してなる。水晶発振器３は、ＩＣ２とは独立した水晶振動子１と共振回路を形成する図示しない分割コンデンサ、及びこれによる共振周波数を帰還増幅する発振用増幅器からなる。そして、発振閉ループに電圧可変容量素子６を挿入して電圧制御型とする。
【０００４】
温度補償回路４は、周囲温度を検出して温度情報（電気信号）を得る温度センサ８と、これに基づいて温度補償電圧を生成する３次関数とする電圧発生回路９とからなる。そして、温度補償電圧を電圧可変容量素子６に高周波阻止抵抗１５を経て印加し、水晶振動子１から見た発振閉ループの直列等価容量を変化させて水晶発振器３の周波数温度特性を補償（平坦に）する。なお、水晶発振器３は水晶振動子１に依存して、これと同様に三次関数の周波数温度特性（前第８図、温度補償前）になる。
【０００５】
ＡＦＣ入力回路５は、温度補償発振器の搭載される例えば携帯電話のセット基板に設けられた通信回路の自動周波数制御（ＡＦＣ）回路からのＡＦＣ電圧を入力する。そして、ＡＦＣ電圧を制御して電圧可変容量素子６に印加する。なお、ＡＦＣ回路は携帯電話の中継基地局からの電波を受信し、温度補償発振器の基準発振周波数（公称周波数、例えば２５℃の発振周波数）を制御する。
【０００６】
これらの電圧制御型とした水晶発振器３（発振回路７）、温度補償回路４及びＡＦＣ入力回路５は、電源ＶccからのＩＣ１内の定電圧回路１０を経ての電圧によって駆動される。また、ＩＣ２の一主面には、電源Ｖcc、出力Ｖ0、ＡＦＣ電圧入力端子（ＡＦＣ端子とする）Ｖf及びアース端子等が露出して形成される。
【０００７】
そして、通常では、アース端子を除く各端子には、瞬間的な高電圧（サージ電圧）によるＩＣ２の破壊を防止する保護回路１１が設けられる。保護回路１１は例えば一対の保護ダイオード２２（ａｂ）の中点を各端子に接続し、アース及び電源ラインに接続する（第９図）。但し、電源Ｖccに対する保護ダイオードは２２ａのみでよい。
【０００８】
これらを集積化したＩＣ２及び水晶振動子１は、例えば表面実装容器内に収容されて実際的な温度補償発振器を構成する。表面実装容器は、第１０図に示したように、積層セラミック等からなる凹状の容器本体１２とカバー１３からなり、凹部の段部に水晶片１Ａの例えば一端部を導電性接着剤（未図示）によって、凹部底面にＩＣ２を超音波熱圧着等によって固着してなる。そして、表面実装容器の外表面にはＩＣ２の各端子例えば前述した電源Ｖcc、出力Ｖ0、ＡＦＣ端子Ｖf及びアース端子に接続した各実装端子１４が形成され、図示しない携帯電話等のセット基板に表面実装される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の温度補償発振器では、セット基板にこれを搭載して携帯電話として使用すると、基準発振周波数の周波数安定度が悪化する問題があった。この点に関して、携帯電話との因果関係を調べると次のことが判明した。すなわち、携帯電話を停止させたまま温度補償発振器を発振させると異常はなく、携帯電話を動作してアンテナから強いレベルの電波が放射されると、周波数安定度が悪化することが判明した。
【００１０】
なお、温度補償発振器の発振周波数が変化すると、これを基準信号源としてｎ倍に設定されたＰＬＬ回路の出力周波数（通信周波数）も基準信号源に追従して変化する。しかし、この変化は、携帯電話内の回路により基地局の基準周波数に合わせ込む方向でＡＦＣ電圧Ｖfを変化させて出力周波数を修正するが、一時的には位相が変化して所謂フェーズエラーを生ずる。
【００１１】
（発明の目的）本発明は周波数安定度を良好に維持した温度補償発振器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（着目点、考察及び発想）本発明では、上記の因果関係に着目してさらに原因を究明したところ、温度補償発振器をセット基板に半田等によって固着（搭載）すると、第１１図に示したようにセット基板の配線路等によって各実装端子１３にインダクタ成分（インダクタンス）Ｌが発生する。そして、このインダクタンスＬとＩＣ２の各端子近傍に存する浮遊容量特に保護ダイオード２２（ａｂ）の寄生容量Ｃ22とが、共振回路（端子部共振回路とする）を形成する。これらのインダクタンス及び寄生容量はともに小さく、端子部共振回路による共振周波数は高い。図中のＺは次段の入力インピーダンスである。
【００１３】
一方、温度補償発振器を基準信号源としたＰＬＬ回路からの携帯電話の通信周波数は、例えば900ＭHzあるいは1.9ＧHz帯の高周波になる。このため、電磁波（電波）を放射するためのアンテナに励起された電磁界によって、端子部共振回路に共振して高周波電流ｉ0が誘起され、各端子からＩＣ２内に侵入する。図中の符号（イ、ロ）は電磁界の出入を示す。そして、例えば定電圧回路１０を含む電源回路、発振用増幅器を含む電圧制御とした発振回路７や温度補償回路４及びＡＦＣ入力回路５に影響を及ぼし、結果として周波数安定度を悪化させると推察される。
【００１４】
特に、ＩＣ２内の例えばダイオードやトランジスタの非線形素子によって、侵入した高周波電流が整流されて直流成分を生成する。そして、この直流成分が例えば電圧可変容量素子６に印加されることによって、基準発振周波数が変化するものと考えられる。
【００１５】
これらの考察から、本発明では端子部共振回路の共振先鋭度（所謂Ｑ値）を小さくすれば、電磁界による高周波電流のＩＣ２内への侵入を防止あるいは共振レベルを相対的に小さくして、各回路への影響を軽減して周波数安定度を良好に維持すると考え、ＩＣ２の各端子に抵抗を設けて端子部共振回路のＱを下げることを発想した。
【００１６】
（解決手段）本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、電源、出力、自動周波数制御電圧入力端子を有して少なくとも発振回路を集積化したＩＣを備え、水晶振動子とともに形成される水晶発振器の周波数温度特性を補償してなる温度補償水晶発振器において、前記電源、出力、及び自動周波数制御電圧入力の各端子に、回路基板に搭載する際生じるインダクタンスと前記ＩＣの各端子近傍に存する浮遊容量とによる共振回路の共振先鋭度を小さくするＱダンプ抵抗を設け、前記Ｑダンプ抵抗は前記各端子に接続して設けられた静電破壊防止用の保護ダイオードと前記各端子の間であるとともに、前記共振回路の共振周波数は前記水晶発振器が搭載される携帯電話のアンテナ周波数である構成とする。
【００１７】
【作用】
以下の実施例でも説明するように、本発明では、Ｑダンプ抵抗をＩＣの端子に接続することによって、端子部共振回路の共振先鋭度を小さくしてアンテナからの電磁界による高周波電流の侵入を防止する。以下、本発明の一実施例を、実験例を踏まえて説明する。
【００１８】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する温度補償水晶発振器の概略図である。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。
温度補償発振器は、前述したように三次関数となる周波数温度特性を有する水晶振動子１と、電圧制御型とした発振回路７、温度補償回路４、ＡＦＣ入力回路、定電圧回路１０及び静電破壊防止用の保護回路１１を有するＩＣ２からなり、これらは実装端子１４を有する表面実装容器に収容される（前第１０図参照）。そして、ここでは、ＩＣ２の電源Ｖcc、出力Ｖ0及びＡＦＣ用の各端子と各保護回路１１との間にＱダンプ抵抗１６を挿入してなる。
【００１９】
第２図（ａｂ）はこのような構成及び従来の温度補償発振器を、電磁界を発生させる状況下に配置して比較実験した周波数変化特性図である。但し、横軸はＳＧから供給されたアンテナ周波数（電磁界周波数ＧＨｚ）、縦軸は温度補償発振器を基準発振周波数（１３ＭＨz）で発振させた状態での周波数変化量（Ｈz）である。
【００２０】
なお、ここでは、第３図に示したようにアンテナ１７を有する携帯電話に対応した自作の擬似セット基板１８に温度補償発振器（ＴＣＸＯ）を半田によって接続（搭載）し、周波数カウンタ等の測定器１９を接続する。そして、ＳＧ２０からアンテナ１７に電力を供給して、発振出力を測定した。符号２１はコネクタである。
【００２１】
この実験結果から明らかなように、本実施例「第２図（ａ）、Ｑダンプ抵抗１６を設けた場合」では、供給したアンテナ周波数0.8〜1.8ＧＨzの間で、発振周波数の変化は0.1Ｈz以下となる。これに対し、従来例では「同図（ｂ）、Ｑダンプ抵抗１６がない場合」、アンテナ周波数が1.4ＧＨzのときから周波数変化量が急上昇して1.6ＧＨzのときに周波数変化量が最大の1.65Ｈzを示し、それ以降の1.8ＭＨzは急下降する周波数変化特性となる。
【００２２】
これらの比較実験から明らかなように、従来例では周波数変化特性は1.4から1.8ＧＨzに至る間の1.6ＧＨzに最大値を有する言わば共振波形と類似する。すなわち、先に述べたように、ＩＣ２の各端子（電源Ｖcc、出力Ｖ0、ＡＦＣＶf）近傍の浮遊容量と温度補償発振器の実装時のインダクタ成分が端子部共振回路を形成する。
【００２３】
そして、これによる共振周波数にアンテナ周波数が接近すると、アンテナに供給された高周波電力による電磁界が端子部共振回路を経て、ＩＣ２の各端子から内部に進入して、非線形素子によって整流された直流成分が例えば温度補償電圧に重畳する。これにより、基準発振周波数時の補償電圧に比較して過多となり、周波数変化を引き起こす。
【００２４】
なお、この実験例では、端子部共振回路の共振周波数は1.6ＧＨzとなり、携帯電話での実際の通信周波数900ＭＨzや1.9ＧＨzとは異なる。したがって、この場合には影響は軽減されるが、セット基板１８への実装状態や配線パターン（特に長さ）によって共振周波数はランダムに変化するので、共振周波数がアンテナ周波数と一致あるいは接近した場合には問題を生ずる。
【００２５】
これに対して、本実施例では、ＩＣ２の各端子（Ｖcc、Ｖ0、Ｖf）と保護回路１１「保護ダイオード２２（ａｂ）」との間にＱダンプ抵抗１６を接続する。換言すると、第４図に示したように、保護ダイオード２２（ａｂ）の前述した寄生容量Ｃ２２と実装時のインダクタンスＬとの間にＱダンプ抵抗１６が挿入される。これにより、寄生容量Ｃ２２とインダクタンスＬとの端子部共振回路の共振先鋭度（Ｑ値）が低下し、結果として共振状態を解除する。
【００２６】
したがって、アンテナに生ずる電磁界によって端子部共振回路に誘起される高周波電流はそのレベルを共振周波数時以外の周波数時と同レベルになり、共振周波数時の高周波電流ｉ0を抑圧する。そして、ＩＣ２の各端子から侵入する高周波電流を小さくするので、ＩＣ内部のダイオードやトランジスタの非線形素子によっての直流成分の発生を防止する。このことから、例えば定電圧回路１０への影響を小さくし、さらには電圧可変容量素子６に印加される温度補償電圧への影響を防止する。したがって、基準発振周波数を安定に維持できる。
【００２７】
これらにより、温度補償発振器からの発振周波数を基準信号としたＰＬＬ回路からの出力である通信周波数及び位相特性も良好にし、基地局とのフェーズエラーを防止する。ここで、従来例と比較した、本実施例によるＰＬＬ回路（未図示）からの通信周波数のフェーズエラー特性を第５図に示す。但し、横軸は時間を分割したビット、縦軸はフェーズエラー（位相ズレ量、度）である。なお、フェーズエラー量は、基地局の通信周波数（基準周波数）に対する、ＰＬＬ回路におけるの位相のズレ量である。
【００２８】
これによれば、本実施例「第５図（ａ）」ではフェーズエラー量はＲＭＳ（平均値）で3.6度、ピーク値でも9.0度で、規格（ＲＭＳ５度、ピーク値20度）を充分に満足した。これに対し、従来例「第５図（ｂ）」では、ＲＭＳ6.0度で、ピーク値でも21度となり、何れも規格外となる。
【００２９】
【他の事項】
上記実施例では、ＩＣ２の電源、出力及びＡＦＣの各端子Ｖcc、Ｖ0及びＶfのアースを除く各端子にＱダンプ抵抗１６を設けたが、いずれか一箇所（一端子）であっても、効果を生ずる。ちなみに、各端子Ｖcc、Ｖ0及びＶfの一箇所のみにＱダンプ抵抗１６を接続したときの、フェーズエラー特性は第６図（ａｂｃ）の通りで、上記規格を満足した。
【００３０】
但し、第６図（ａ）は電源端子Ｖcc、同図（ｂ）は出力端子Ｖ0、同図（ｃ）はＡＦＣ端子ＶfにＱダンプ抵抗１６を接続した場合で、いずれも実施例の各端子のすべてに接続した場合よりもフェーズエラー特性は劣る。これは、すべての端子にＱダンプ抵抗を接続した方が、ＩＣ２の内部に侵入する合計の高周波電流及びこれによる直流成分が小さくなるからと推察される。
【００３１】
また、一箇所の端子にＱダンプ抵抗１６を接続した場合は、すべての場合に規格を満足した訳ではなく、規格を満足しない場合もあった。但し、従来に対しては改善があった。これは、アンテナやセット基板の位置等によってからの電磁界の状態が異なって、各端子に侵入する高周波電流の量が異なることに起因すると考えられる。
【００３２】
また、端子部共振回路は、保護ダイオード２２（ａｂ）の寄生容量のみならず、これを含む浮遊容量と端子部共振回路を構成した場合でも本発明は適用する。また、Ｑダンプ抵抗１６はＩＣ２の内部に形成したが、ＩＣ外部であっても端子部共振回路内に挿入されていればその効果は同様である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、電源、出力、自動周波数制御電圧入力端子を有して少なくとも発振回路を集積化したＩＣを備え、水晶振動子とともに形成される水晶発振器の周波数温度特性を補償してなる温度補償水晶発振器において、前記電源、出力、及び自動周波数制御電圧入力の各端子に、回路基板に搭載する際生じるインダクタンスと前記ＩＣの各端子近傍に存する浮遊容量とによる共振回路の共振先鋭度を小さくするＱダンプ抵抗を設け、前記Ｑダンプ抵抗は前記各端子に接続して設けられた静電破壊防止用の保護ダイオードと前記各端子の間であるとともに、前記共振回路の共振周波数は前記水晶発振器が搭載される携帯電話のアンテナ周波数である構成とする。したがって周波数安定度を良好に維持した温度補償水晶発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する温度補償発振器の概略ブロック図である。
【図２】本発明の一実施例の作用を説明する周波数変化特性図である。
【図３】本発明の一実施例の作用を説明する実験構成図である。
【図４】本発明の作用を説明する等価的な一部回路図である。
【図５】本発明の一実施例の作用を説明するＰＬＬ回路のフェーズエラー特性図である。
【図６】本発明の他の例の作用を説明するＰＬＬ回路のフェーズエラー特性図である。
【図７】従来例を説明する温度補償発振器の概略ブロック図である。
【図８】従来例を説明する水晶振動子（水晶発振器）の周波数温度特性図である。
【図９】従来例を説明する保護回路の一例である。
【図１０】従来例を説明する温度補償発振器（表面実装容器）の断面図である。
【図１１】従来例の問題点を説明する等価的な一部回路図である。
【符号の説明】
１  水晶振動子、２  ＩＣ、３  水晶発振器、４  温度補償回路、５  ＡＦＣ入力回路、６  電圧可変容量素子、７  発振回路、８  温度センサ、９  電圧発生回路、１０  定電圧回路、１１  保護回路、１２  容器本体、１３  カバー、１４  実装電極、１５  高周波阻止抵抗、１６  Ｑダンプ抵抗、１７  アンテナ、１８  セット基板、１９  計測器、２０  ＳＧ、２１  コネクタ、２２  保護ダイオード．
【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】
0004034540.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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