JPH045288B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH045288B2 JPH045288B2 JP56210429A JP21042981A JPH045288B2 JP H045288 B2 JPH045288 B2 JP H045288B2 JP 56210429 A JP56210429 A JP 56210429A JP 21042981 A JP21042981 A JP 21042981A JP H045288 B2 JPH045288 B2 JP H045288B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- crystal
- circuit
- oscillation circuit
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、温度の変化に対して発振周波数の安
定性を改善した水晶発振回路に関する。本発明の
目的は周波数の安定性を改善した水晶発振回路を
用いて年間累積の時間誤差が10秒程度の極めて高
精度な水晶腕時計の精度の向上と信頼性の確保を
行うことにある。
定性を改善した水晶発振回路に関する。本発明の
目的は周波数の安定性を改善した水晶発振回路を
用いて年間累積の時間誤差が10秒程度の極めて高
精度な水晶腕時計の精度の向上と信頼性の確保を
行うことにある。
従来、水晶腕時計の周波数又は時間標準源とし
て用いられて来た水晶発振回路としては32KHzの
音叉型水晶振動子を用いたＣ−MOS構成の発振
回路が使用されて来た。しかしながら最近になつ
て、32KHz水晶振動子が基本的にもつ上に凸な周
波数温度特性の結果生ずる時間精度の誤差（月差
20秒）を10倍程改良した年差約10秒の腕時計が実
現している。該高精度腕時計に於ては前記32KHz
の周波数温度特性を論理的手段で温度補償する方
法又はATカツトやTM水晶振動子等の本来的に
優れた周波数温度特性を持つ水晶振動子を用いて
高精度を実現している。しかし、周波数温度特性
の改善のみで高精度腕時計が実現されるわけでは
なく、湿度の変動に対しても周波数が安定である
ことが重要である。従来の水晶発振回路はこの耐
湿度性能に関し弱い面があつた。本発明はかかる
欠点を改善したもので以下に詳細な説明を行う。
て用いられて来た水晶発振回路としては32KHzの
音叉型水晶振動子を用いたＣ−MOS構成の発振
回路が使用されて来た。しかしながら最近になつ
て、32KHz水晶振動子が基本的にもつ上に凸な周
波数温度特性の結果生ずる時間精度の誤差（月差
20秒）を10倍程改良した年差約10秒の腕時計が実
現している。該高精度腕時計に於ては前記32KHz
の周波数温度特性を論理的手段で温度補償する方
法又はATカツトやTM水晶振動子等の本来的に
優れた周波数温度特性を持つ水晶振動子を用いて
高精度を実現している。しかし、周波数温度特性
の改善のみで高精度腕時計が実現されるわけでは
なく、湿度の変動に対しても周波数が安定である
ことが重要である。従来の水晶発振回路はこの耐
湿度性能に関し弱い面があつた。本発明はかかる
欠点を改善したもので以下に詳細な説明を行う。
第１図は水晶腕時計に組み込まれている回路ブ
ロツクの一例で水晶発振回路部の平面図ａとａ中
の矢印AA′の方向よりみた側面図ｂである。尚ｂ
はａの上面（トリマコンデンサ１０４、ICチツ
プモールド部１０６が取り付けられている面）を
時計の基板となる地板１１２に対向させた状態で
図ａの矢印AA′側から見た側面図であり、更に説
明のために部品１００，１１０，１１１，１１４
は二点鎖線に沿つて切断した。
ロツクの一例で水晶発振回路部の平面図ａとａ中
の矢印AA′の方向よりみた側面図ｂである。尚ｂ
はａの上面（トリマコンデンサ１０４、ICチツ
プモールド部１０６が取り付けられている面）を
時計の基板となる地板１１２に対向させた状態で
図ａの矢印AA′側から見た側面図であり、更に説
明のために部品１００，１１０，１１１，１１４
は二点鎖線に沿つて切断した。
ａ図中、１００……回路基板、１０１……水晶
振動子、１０２……水晶振動子リード端子、１０
３……ゲイトリードパターン、１０４……トリマ
コンデンサ、１０５……ドレインリードパター
ン、１０６……ICチツプモールド部、１０７…
…＋GNDリードパターン、１０８……＋GND接
続用ピンである。又ｂ図中、１００……回路基
板、１０１……水晶振動子、１０２……水晶振動
子リード端子、１１０……金属製枠、１１１……
耐振用クツシヨン、１１２……地板（金属）、１
１３……回路リードパターン、１１４……水晶振
動子接着部材である。第１図中、１１０の金属製
枠は回路ブロツクの剛性を増すと同時に静電シー
ルド用のアース板の役目をはたしている。次に第
２図は第１図回路実施例の等価的電気回路図を示
すもので第２図ａは従来の発振回路の一例、同ｂ
図は本発明になる水晶発振回路の一実施例であ
る。ａ，ｂ図中、２０１……Ｃ−ＭＳインバー
タ、２０２……移相用抵抗、２０３……直流バイ
アス用帰還抵抗、２０４……水晶振動子、２０５
……ドレイン固定コンデンサ、２０６……外付ト
リマコンデンサ、２０７……ゲイト固定コンデン
サ、２０８……ゲイト端子、２０９……ドレイン
端子、である。又ｂ図中の２１０は本発明になる
水晶発振回路に付加されたもので、水晶振動子と
並列に半導体集積回路に形成された固定コンデン
サである。該固定コンデンサは例えばSi半導体基
板上にSiO2の酸化膜を形成して電気的絶縁分離
を行つた後、導体−SiO2−導体の順に積層した
SiO2を誘電体とするコンデンサとして実現する
ことができる。次に本発明の水晶発振回路が何故
湿度の変化に対して安定となるかを説明する。前
述の第１図の実現配置に於いては、第２図の電気
的等価回路の他に配線間の浮遊容量がわずかなが
ら付帯している。これら浮遊容量は主に、第１図
中のリードパターン１０３と１０５間の回路基板
を媒介とする容量CPS、第１図ｂのリードパター
ン１１３と１１０の金属枠間及びリードパターン
１１３と１１２の地板間との合成容量CGSあるい
はCDSからなつている。これら浮遊コンデンサの
容量値は、湿度の変化に伴つて回路基板材質の多
孔質部が比誘電率の極めて大きい水（εr＝61）を
吸着することに起因して該基板の誘電率が若干変
化するためCPS、CGS、CDSは湿度によつて変化す
る。CPS、CGS、CDSの容量変化による発振周波数
の変化の程度を検討するために第３図の等価回路
を示す。図中、端子３１２を境にして左側が水晶
振動子の等価回路、右側が実装状態を含めた半導
体集積回路の等価回路である。尚水晶振動子の抵
抗成分は解析上無視できるので省略する。図中、
３０２……動的容量、３０３……動的インダクタ
ンス、３０４……並列容量、又回路側の３１１，
３１０，３０９……前述の浮遊容量、３０５……
ゲイト−ドレイン間の並列容量、CGO……半導体
内に形成したゲイト固定容量、CDO……半導体内
に形成したドレイン固定容量、３０８……トリマ
コンデンサ容量である。第３図の容量値を用いる
と当発振回路の発振周波数fOSCは次式で表すこと
ができる。
振動子、１０２……水晶振動子リード端子、１０
３……ゲイトリードパターン、１０４……トリマ
コンデンサ、１０５……ドレインリードパター
ン、１０６……ICチツプモールド部、１０７…
…＋GNDリードパターン、１０８……＋GND接
続用ピンである。又ｂ図中、１００……回路基
板、１０１……水晶振動子、１０２……水晶振動
子リード端子、１１０……金属製枠、１１１……
耐振用クツシヨン、１１２……地板（金属）、１
１３……回路リードパターン、１１４……水晶振
動子接着部材である。第１図中、１１０の金属製
枠は回路ブロツクの剛性を増すと同時に静電シー
ルド用のアース板の役目をはたしている。次に第
２図は第１図回路実施例の等価的電気回路図を示
すもので第２図ａは従来の発振回路の一例、同ｂ
図は本発明になる水晶発振回路の一実施例であ
る。ａ，ｂ図中、２０１……Ｃ−ＭＳインバー
タ、２０２……移相用抵抗、２０３……直流バイ
アス用帰還抵抗、２０４……水晶振動子、２０５
……ドレイン固定コンデンサ、２０６……外付ト
リマコンデンサ、２０７……ゲイト固定コンデン
サ、２０８……ゲイト端子、２０９……ドレイン
端子、である。又ｂ図中の２１０は本発明になる
水晶発振回路に付加されたもので、水晶振動子と
並列に半導体集積回路に形成された固定コンデン
サである。該固定コンデンサは例えばSi半導体基
板上にSiO2の酸化膜を形成して電気的絶縁分離
を行つた後、導体−SiO2−導体の順に積層した
SiO2を誘電体とするコンデンサとして実現する
ことができる。次に本発明の水晶発振回路が何故
湿度の変化に対して安定となるかを説明する。前
述の第１図の実現配置に於いては、第２図の電気
的等価回路の他に配線間の浮遊容量がわずかなが
ら付帯している。これら浮遊容量は主に、第１図
中のリードパターン１０３と１０５間の回路基板
を媒介とする容量CPS、第１図ｂのリードパター
ン１１３と１１０の金属枠間及びリードパターン
１１３と１１２の地板間との合成容量CGSあるい
はCDSからなつている。これら浮遊コンデンサの
容量値は、湿度の変化に伴つて回路基板材質の多
孔質部が比誘電率の極めて大きい水（εr＝61）を
吸着することに起因して該基板の誘電率が若干変
化するためCPS、CGS、CDSは湿度によつて変化す
る。CPS、CGS、CDSの容量変化による発振周波数
の変化の程度を検討するために第３図の等価回路
を示す。図中、端子３１２を境にして左側が水晶
振動子の等価回路、右側が実装状態を含めた半導
体集積回路の等価回路である。尚水晶振動子の抵
抗成分は解析上無視できるので省略する。図中、
３０２……動的容量、３０３……動的インダクタ
ンス、３０４……並列容量、又回路側の３１１，
３１０，３０９……前述の浮遊容量、３０５……
ゲイト−ドレイン間の並列容量、CGO……半導体
内に形成したゲイト固定容量、CDO……半導体内
に形成したドレイン固定容量、３０８……トリマ
コンデンサ容量である。第３図の容量値を用いる
と当発振回路の発振周波数fOSCは次式で表すこと
ができる。
最初にCLについて説明し、次いで(1)式の説明
を行う。
を行う。
本発明に用いる実際の発振回路の容量構成は本
発明第３図の等価回路図であるが、発振回路側の
容量成分をまとめて説明上CLとした。即ち、負
荷容量CLに相当する部分を図示すると、第５図
に示されるようになり、ａ，ｂ，ｃが各々等価で
ある。ｃ図のCG、CDとCP′は、CG＝CGO＋CT＋
CGS、CD＝CDO＋CDS、Cp′＝Cp＋CPSである。
発明第３図の等価回路図であるが、発振回路側の
容量成分をまとめて説明上CLとした。即ち、負
荷容量CLに相当する部分を図示すると、第５図
に示されるようになり、ａ，ｂ，ｃが各々等価で
ある。ｃ図のCG、CDとCP′は、CG＝CGO＋CT＋
CGS、CD＝CDO＋CDS、Cp′＝Cp＋CPSである。
第５図ｃに於て、CGとCDの直列容量を等価に
Ｘとおけば、 １／Ｘ＝１／CG＋１／CDよりＸ＝CG・CD／CGCDとなる
。従つ て、第５図ａのCLはCP′とＸの並列数続であるの
で CL＝CP′＋Ｘとおける。よつてまとめるの次の
ようになる。
Ｘとおけば、 １／Ｘ＝１／CG＋１／CDよりＸ＝CG・CD／CGCDとなる
。従つ て、第５図ａのCLはCP′とＸの並列数続であるの
で CL＝CP′＋Ｘとおける。よつてまとめるの次の
ようになる。
CL＝CP′＋CG・CD／CG＋CD＝CP′＋Ｘ、
Ｘ＝CG・CD／CG＋CD
CP′＝CP＋CPS
CG＝CGO＋CT＋CGS
CD＝CDO＋CDS
ここで(1)式の説明に入る。
水晶発振回路を等価回路で表すと第６図の様に、
左側のよく知られた水晶振動子等価回路と右側の
負性抵抗−Ｒと容量CLの直列回路で表される。
このCLは水晶振動子に対する負荷容量と呼ばれ
る。
左側のよく知られた水晶振動子等価回路と右側の
負性抵抗−Ｒと容量CLの直列回路で表される。
このCLは水晶振動子に対する負荷容量と呼ばれ
る。
第６図に於て、発振現象が持続している状態に
おいては、エネルギーロスの原因である水晶振動
子の直列共振抵抗R1はIC側の増幅器のエネルギ
ー供給量を表す負性抵抗−Ｒと少なくとも等しい
値をとつている。従つて第６図の回路が発振現象
を呈している場合には、第６図のＲ成分が互いに
打ち消されるので実質的に第７図の回路が共振状
態となつている。
おいては、エネルギーロスの原因である水晶振動
子の直列共振抵抗R1はIC側の増幅器のエネルギ
ー供給量を表す負性抵抗−Ｒと少なくとも等しい
値をとつている。従つて第６図の回路が発振現象
を呈している場合には、第６図のＲ成分が互いに
打ち消されるので実質的に第７図の回路が共振状
態となつている。
第７図ａは、第７図ｂと等価である。第７図ｂ
の共振条件は、キルヒホツフの法則により、 （jωL1＋１／jωC1＋１／jωCt）Ｉ＝０ 上式に於て、Ｉ≠０から ｊ｛ωL1−１／ω（１／C1＋１／Ct）｝＝０ ∴ωL1−１／ω（１／C1＋１／Ct）＝０ ω2L1−C1＋Ct／C1・Ct＝０ ω＝2πfであるから （2πf）2＝C1＋Ct／L1C1Ct ＝１／L1C1 C1＋（C0＋CL）／C0＋CL （∵Ct＝C0＋CL） 上式のｆが(1)式のfpscに等しい。
の共振条件は、キルヒホツフの法則により、 （jωL1＋１／jωC1＋１／jωCt）Ｉ＝０ 上式に於て、Ｉ≠０から ｊ｛ωL1−１／ω（１／C1＋１／Ct）｝＝０ ∴ωL1−１／ω（１／C1＋１／Ct）＝０ ω2L1−C1＋Ct／C1・Ct＝０ ω＝2πfであるから （2πf）2＝C1＋Ct／L1C1Ct ＝１／L1C1 C1＋（C0＋CL）／C0＋CL （∵Ct＝C0＋CL） 上式のｆが(1)式のfpscに等しい。
(1)式は又、水晶振動子の直列共振周波数
を基準にして、周波数変化率
fpsc−f0／f0＝△ｆ／f0≒１／２ C1／C0＋CL (3)
と簡略化できる。これを以下に説明すると、
fpscの周波数は前記より
である。又、水晶振動子の直列共振周波数は
であるから、上記fpscは
C1は本発明に於て、１〜２×10-15（Ｆ）、
C0＋CLは２〜10×10-12（Ｆ）であるので
C1／C0＋CLは充分１より小さい。
C1／C0＋CLは充分１より小さい。
従つて上式は√１＋＝１＋１／２Ｘ＋……のテ
ーラ展開が成り立つて近似的に√１＋≒１＋
１／２Ｘとなる。よつて上式は fpsc＝f0（１＋１／２ C1／C0＋CL） ∴fpsc−f0／f0＝f0（１＋１／２ C1／C0＋CL）−f0
／f0 ＝１／２C1／C0＋CL (3) が得られる。CL＝Cp′＋Ｘであるから(3)式は
△ｆ／f0≒１／２C1／C0＋CP′＋Ｘとなる。
１／２Ｘとなる。よつて上式は fpsc＝f0（１＋１／２ C1／C0＋CL） ∴fpsc−f0／f0＝f0（１＋１／２ C1／C0＋CL）−f0
／f0 ＝１／２C1／C0＋CL (3) が得られる。CL＝Cp′＋Ｘであるから(3)式は
△ｆ／f0≒１／２C1／C0＋CP′＋Ｘとなる。
前述の第５図Ｃの負荷容量中で、本発明で問題
となるゲート容量CG、ドレイン容量CD、ゲート
ードレイン間の容量Cp′の一つが変化した場合の
感度係数を求めてみる。この感度係数を求める理
由は、湿度によつて第５図ｂの回路中の浮遊容量
（CPS、CGS、CDS）が変化して周波数fpscが変化する
からである。
となるゲート容量CG、ドレイン容量CD、ゲート
ードレイン間の容量Cp′の一つが変化した場合の
感度係数を求めてみる。この感度係数を求める理
由は、湿度によつて第５図ｂの回路中の浮遊容量
（CPS、CGS、CDS）が変化して周波数fpscが変化する
からである。
fpscをCG、CD、CP′の関数と考えて全微分をとる
と、fpscのわずかな変化△fpscは、水晶振動子の直
列共振周波数f0を基準にして、相対的変化率で求
めると 相対変化量； △（fpsc−f0／f0）＝△（△ｆ／f0）＝∂／∂CP′（
△ｆ／f0） △CP′＋∂／∂CG（△ｆ／f0）△CG ＋∂／∂CD（△ｆ／f0）△CD ＝KP・△CP′＋KG・△CG＋KD・△CD (4) 但し △CP′＝△CPS、△CG＝△CGS、 △CD＝△CDS KP＝∂／∂CP′（△ｆ／f0） KG＝∂／∂CG（△ｆ／f0） KD＝∂／∂CD（△ｆ／f0） KP、KG、KDは各々偏微分係数である。これらを
(4)式により求めると、 KP＝∂／∂CP′（△ｆ／f0） ＝∂／∂CP′（１／２C1／C0＋CP′＋Ｘ） ∴KP＝−１／２ C1／（C0＋CP′＋Ｘ）2＝Ａ (5) 又KDは KD＝∂／∂CD（△ｆ／f0）＝∂／∂X（△ｆ／f0）・
∂X／∂CD ＝−１／２ C1／（C0＋CP′＋Ｘ）2・∂X／∂CD ＝Ａ ∂X／∂CDＸ＝CG・CD／CG＋CD ＝CG＋CD（CG＋CD）-1 ∴∂X／∂CD＝CG（CG＋CD）-1−CG＋CD（CG＋CD）-2 ＝CG（CG＋CD）−CGCD／（CG＋CD）2＝CG 2／（CG＋
CD）2 ∴KD＝ＡCG 2／（CG＋CD）2 (6) さらに同様にしてKGは KG＝∂／∂CG（△ｆ／f0）＝∂／∂X（△ｆ／f0）・
∂X／∂CG ＝Ａ ∂X／∂CG∂X／∂CG＝CD（CG＋CD）-1 −CG＋CD（CG＋CD）-2＝CD 2／（CG＋CD）2 ∴KG＝ＡCD 2／（CG＋CD）2 (7) 上記KP、KD、KGの値をCP′＝0.2PF（この場合CP
＝０、CPS＝0.2PF）、CD＝3PF、CG＝10SF、の一例に
つき計算してみるとKP＝3.8×10-5、KD＝2.2×
10-5、kG＝2.0×10-6の結果が得られKPの係数が
KD、KGの値に比較して大きいことが明かとなる。
但し、CO＝1.1PF、C1＝1.0nPFを用いた。一般的に
この傾向はCP′、CD、CGの他の例にも成立ち、KP
係数の減少が、耐湿度安定性向上に大きく貢献す
ることになることがわかる。このKP、KD、KGの
小さくする方策は(4)乃至(7)式よりCP′、CG、CDを
大とすることに帰着するが、発振回路の発振性能
（発振の維持の容易さ）及び発振回路の消費電流
の節約等の制限よりむやみにCD、CGを大きくは
取り得ない。この制限は発振回路の周波数が高く
なるATカツト水晶振動子（fOSC＝4MHz）TM水
晶振動子（fOSC≒200KHz）等の高い発振周波数の
場合に一層きびしくなる。従つてこれらの場合の
方策としてCGとCDでなくCP′を増加させることを
検討してみる。前述の例と比較するため、CP′＝
2.0PF、CD＝3PF、CG＝10PFの場合につき安定係数
を計算するとKP＝17.1×10-6、KD＝10.1×10-6、
KG＝0.91×10-6が得られK2倍強の改善が期待で
きる。従来の発振回路では前式CP′＝CP＋CPS中の
固定容量CPに相当する容量はＣ−MOSインバー
タのゲイト容量で発生する0.01〜0.03PF程度であ
り、ほとんどCP＝０である。従つて、CP′を2PF程
度とするにはCPS＝0.2PFとしてCP＝1.8PFのコンデ
ンサを新たに半導体内に形成する必要がある。半
導体内に形成されたCPコンデンサの容量は、半
導体外に配置された固定コンデンサよりはモール
ド材、パツシベイシヨンの保護膜がある分だけ湿
度に対して変化しにくいため極めて良好な周波数
の安定性が確保できる。次に以上について実際に
同一の回路ブロツクで発振回路を従来と本発明に
なる発振回路について試作し耐湿特性を測定した
結果を第４図に示した。（測定条件は40℃で
240Hr放置）図中、縦軸は周波数変化率（単位
PPM）、横軸は相対湿度（％）である。曲線４０
１は従来の水晶発振回路であり４０２は本発明に
なる水晶発振回路の測定結果である。予想通りの
改善が見られる。
と、fpscのわずかな変化△fpscは、水晶振動子の直
列共振周波数f0を基準にして、相対的変化率で求
めると 相対変化量； △（fpsc−f0／f0）＝△（△ｆ／f0）＝∂／∂CP′（
△ｆ／f0） △CP′＋∂／∂CG（△ｆ／f0）△CG ＋∂／∂CD（△ｆ／f0）△CD ＝KP・△CP′＋KG・△CG＋KD・△CD (4) 但し △CP′＝△CPS、△CG＝△CGS、 △CD＝△CDS KP＝∂／∂CP′（△ｆ／f0） KG＝∂／∂CG（△ｆ／f0） KD＝∂／∂CD（△ｆ／f0） KP、KG、KDは各々偏微分係数である。これらを
(4)式により求めると、 KP＝∂／∂CP′（△ｆ／f0） ＝∂／∂CP′（１／２C1／C0＋CP′＋Ｘ） ∴KP＝−１／２ C1／（C0＋CP′＋Ｘ）2＝Ａ (5) 又KDは KD＝∂／∂CD（△ｆ／f0）＝∂／∂X（△ｆ／f0）・
∂X／∂CD ＝−１／２ C1／（C0＋CP′＋Ｘ）2・∂X／∂CD ＝Ａ ∂X／∂CDＸ＝CG・CD／CG＋CD ＝CG＋CD（CG＋CD）-1 ∴∂X／∂CD＝CG（CG＋CD）-1−CG＋CD（CG＋CD）-2 ＝CG（CG＋CD）−CGCD／（CG＋CD）2＝CG 2／（CG＋
CD）2 ∴KD＝ＡCG 2／（CG＋CD）2 (6) さらに同様にしてKGは KG＝∂／∂CG（△ｆ／f0）＝∂／∂X（△ｆ／f0）・
∂X／∂CG ＝Ａ ∂X／∂CG∂X／∂CG＝CD（CG＋CD）-1 −CG＋CD（CG＋CD）-2＝CD 2／（CG＋CD）2 ∴KG＝ＡCD 2／（CG＋CD）2 (7) 上記KP、KD、KGの値をCP′＝0.2PF（この場合CP
＝０、CPS＝0.2PF）、CD＝3PF、CG＝10SF、の一例に
つき計算してみるとKP＝3.8×10-5、KD＝2.2×
10-5、kG＝2.0×10-6の結果が得られKPの係数が
KD、KGの値に比較して大きいことが明かとなる。
但し、CO＝1.1PF、C1＝1.0nPFを用いた。一般的に
この傾向はCP′、CD、CGの他の例にも成立ち、KP
係数の減少が、耐湿度安定性向上に大きく貢献す
ることになることがわかる。このKP、KD、KGの
小さくする方策は(4)乃至(7)式よりCP′、CG、CDを
大とすることに帰着するが、発振回路の発振性能
（発振の維持の容易さ）及び発振回路の消費電流
の節約等の制限よりむやみにCD、CGを大きくは
取り得ない。この制限は発振回路の周波数が高く
なるATカツト水晶振動子（fOSC＝4MHz）TM水
晶振動子（fOSC≒200KHz）等の高い発振周波数の
場合に一層きびしくなる。従つてこれらの場合の
方策としてCGとCDでなくCP′を増加させることを
検討してみる。前述の例と比較するため、CP′＝
2.0PF、CD＝3PF、CG＝10PFの場合につき安定係数
を計算するとKP＝17.1×10-6、KD＝10.1×10-6、
KG＝0.91×10-6が得られK2倍強の改善が期待で
きる。従来の発振回路では前式CP′＝CP＋CPS中の
固定容量CPに相当する容量はＣ−MOSインバー
タのゲイト容量で発生する0.01〜0.03PF程度であ
り、ほとんどCP＝０である。従つて、CP′を2PF程
度とするにはCPS＝0.2PFとしてCP＝1.8PFのコンデ
ンサを新たに半導体内に形成する必要がある。半
導体内に形成されたCPコンデンサの容量は、半
導体外に配置された固定コンデンサよりはモール
ド材、パツシベイシヨンの保護膜がある分だけ湿
度に対して変化しにくいため極めて良好な周波数
の安定性が確保できる。次に以上について実際に
同一の回路ブロツクで発振回路を従来と本発明に
なる発振回路について試作し耐湿特性を測定した
結果を第４図に示した。（測定条件は40℃で
240Hr放置）図中、縦軸は周波数変化率（単位
PPM）、横軸は相対湿度（％）である。曲線４０
１は従来の水晶発振回路であり４０２は本発明に
なる水晶発振回路の測定結果である。予想通りの
改善が見られる。
以上の如く本発明は水晶振動子と並列に帰還抵
抗とCMOS増幅器が接続され、水晶振動子の２
端子にゲート容量とドレイン容量が接続されてな
る水晶発振回路において、水晶と並列に接続され
る容量が湿度に対する周波数変動の減少に大きく
影響を与えることに着目し、予め水晶と並列に固
定コンデンサを接続しておくことにより、比較的
小さなコンデンサ容量によつて湿度に対する周波
数変動を減少させることを可能にしたものであ
る。特に本願ではドレイン容量用固定コンデンサ
ー、ゲート容量用固定コンデンサー及び水晶振動
子と並列の固定コンデンサーのすべてを半導体集
積回路内に形成することにより、湿度の影響が可
能な限り少なくなるよう工夫するとともに、耐湿
用の並列固定コンデンサーは比較的小さな値に設
定できるので、半導体集積回路の大きさを何等大
きくすることがなく耐湿手段が達成でき、腕時計
等小型携帯性の機器において一層のメリツトを有
する。
抗とCMOS増幅器が接続され、水晶振動子の２
端子にゲート容量とドレイン容量が接続されてな
る水晶発振回路において、水晶と並列に接続され
る容量が湿度に対する周波数変動の減少に大きく
影響を与えることに着目し、予め水晶と並列に固
定コンデンサを接続しておくことにより、比較的
小さなコンデンサ容量によつて湿度に対する周波
数変動を減少させることを可能にしたものであ
る。特に本願ではドレイン容量用固定コンデンサ
ー、ゲート容量用固定コンデンサー及び水晶振動
子と並列の固定コンデンサーのすべてを半導体集
積回路内に形成することにより、湿度の影響が可
能な限り少なくなるよう工夫するとともに、耐湿
用の並列固定コンデンサーは比較的小さな値に設
定できるので、半導体集積回路の大きさを何等大
きくすることがなく耐湿手段が達成でき、腕時計
等小型携帯性の機器において一層のメリツトを有
する。
第１図ａ，ｂは水晶腕時計に組り込まれている
回路ブロツクの水晶発振回路部の具体的実装例を
湿す図である。同図ａは平面図、同図ｂは側面図
である。第２図ａは従来の水晶発振回路の１例を
示す回路図。第２図ｂは本発明による水晶発振回
路の一実施例を示す回路図。第３図は水晶発振回
路を実際に回路ブロツク中に構成した際の水晶発
振回路の電気的等価回路を示す図。第４図は従来
と本発明になる水晶発振回路の湿度特性を合わせ
て示した図である。第５図ａ，ｂ，ｃ、第６図、
第７図ａ，ｂは、いずれも本発明を説明するため
の等価回路図である。 １０１……水晶振動子、１００……回路基板、
２０１……Ｃ−MOSインバータ、２０５，２０
７，２１０……半導体内に形成された固定コンデ
ンサー、４０１，４０２……水晶発振回路の湿度
特性。
回路ブロツクの水晶発振回路部の具体的実装例を
湿す図である。同図ａは平面図、同図ｂは側面図
である。第２図ａは従来の水晶発振回路の１例を
示す回路図。第２図ｂは本発明による水晶発振回
路の一実施例を示す回路図。第３図は水晶発振回
路を実際に回路ブロツク中に構成した際の水晶発
振回路の電気的等価回路を示す図。第４図は従来
と本発明になる水晶発振回路の湿度特性を合わせ
て示した図である。第５図ａ，ｂ，ｃ、第６図、
第７図ａ，ｂは、いずれも本発明を説明するため
の等価回路図である。 １０１……水晶振動子、１００……回路基板、
２０１……Ｃ−MOSインバータ、２０５，２０
７，２１０……半導体内に形成された固定コンデ
ンサー、４０１，４０２……水晶発振回路の湿度
特性。
Claims (1)
- １ 水晶振動子に並列に接続されるＣ−MOSイ
ンバータのバイアス用抵抗とからなる反転増幅器
と、移相用抵抗及び水晶振動子のゲート容量とな
る固定コンデンサー（CGO）とドレイン容量とな
る固定コンデンサー（CDO）とを半導体集積回路
内に形成した水晶発振回路に於て、容量変化にも
とづく周波数変化を減少させるよう浮遊容量より
はるかに大きな容量値を有する固定コンデンサー
を前記水晶振動子に対して並列接続して前記半導
体集積回路内に形成したことを特徴とする水晶発
振回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21042981A JPS58111505A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 水晶発振回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21042981A JPS58111505A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 水晶発振回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58111505A JPS58111505A (ja) | 1983-07-02 |
| JPH045288B2 true JPH045288B2 (ja) | 1992-01-31 |
Family
ID=16589165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21042981A Granted JPS58111505A (ja) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | 水晶発振回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58111505A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997037426A1 (en) * | 1995-03-31 | 1997-10-09 | National Semiconductor Corporation | Pierce crystal oscillator having reliable startup for integrated circuits |
| US6181217B1 (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Thomson Licensing S.A. | VCXO with reduced PWM effects high slew rate conditions |
| JP2010147530A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Casio Computer Co Ltd | 水晶振動子の実装構造およびそれを備えた電子機器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH609525GA3 (en) * | 1975-08-28 | 1979-03-15 | Oscillator circuit for an electronic timepiece | |
| JPS5516545A (en) * | 1978-07-20 | 1980-02-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Crystal oscillator |
-
1981
- 1981-12-25 JP JP21042981A patent/JPS58111505A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58111505A (ja) | 1983-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI430571B (zh) | 水晶振盪器 | |
| JPH08242026A (ja) | 圧電振動子及びこれを具備する圧電振動子デバイス並びに該デバイスを具備する回路装置 | |
| JP2002271142A (ja) | 表面実装型の水晶発振器及びその製造方法 | |
| JPH045288B2 (ja) | ||
| JPH03201805A (ja) | 電圧制御発振器 | |
| JP2012160779A (ja) | 発振回路及び電子機器 | |
| KR100500356B1 (ko) | 압전공진자 및 이 압전공진자를 이용한 에프엠 검파회로 | |
| JP2009273087A (ja) | 圧電発振器 | |
| JPH0955625A (ja) | 発振器 | |
| JP2597382Y2 (ja) | 水晶発振器 | |
| JP3400165B2 (ja) | 発振器及びフィルタ | |
| JP7800353B2 (ja) | 表面実装型圧電発振器 | |
| JP2975037B2 (ja) | 温度補償型の水晶発振器 | |
| US7239211B2 (en) | Temperature-compensated crystal oscillator | |
| JPS6212684B2 (ja) | ||
| Petit et al. | Thermally stable oscillator at 2.5 GHz using temperature compensated BAW resonator and its integrated temperature sensor | |
| JP2686991B2 (ja) | オーバトーン用発振回路 | |
| JPH0749433Y2 (ja) | 電子時計用回路ブロック | |
| JP7847263B2 (ja) | 水晶振動子 | |
| JP7800354B2 (ja) | 表面実装型圧電発振器 | |
| JPS5929369Y2 (ja) | 発振装置 | |
| JP2524478Y2 (ja) | 水晶発振器 | |
| KR900009189B1 (ko) | 오버톤 수정 발진기 | |
| JPH0964641A (ja) | 温度補償水晶発振装置 | |
| JP2001077627A (ja) | 温度補償圧電発振器 |