JPH0955625A - 発振器 - Google Patents

発振器

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JPH0955625A
JPH0955625A JP22758395A JP22758395A JPH0955625A JP H0955625 A JPH0955625 A JP H0955625A JP 22758395 A JP22758395 A JP 22758395A JP 22758395 A JP22758395 A JP 22758395A JP H0955625 A JPH0955625 A JP H0955625A
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JP
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oscillator
capacitance
frequency
electrode
electrodes
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JP22758395A
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Hitoshi Takanashi
仁 高梨
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発振子に直列に負荷容量を接続し、発振子の負
荷容量特性によって発振周波数が決まるコルピッツ型発
振器において、負荷容量の一部を積層セラミック板の最
下層部で形成し、発振器に金属ケースを固着した状態で
可変容量部を調整し、周波数を微細に調整したことを特
徴とする。 【課題が解決する手段】積層基板の最下層部に、該基板
を誘電体として上下に電極を形成し、上面の電極は平面
とし、裏面の電極パターンは小電極複数個を直列に連結
し、該連結電極複数個を並列に接続した構造の可変容量
を有する発振器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は周波数の微細調整手段を
必要とする発振器に関し、例えば、移動体無線電話等に
於けるシンセサイザーの基準周波数源に用いる小型発振
器における周波数調整手段に関する。
【0002】
【従来技術】一般に、移動体無線機に使用される基準用
発振器は周波数の高い安定性、高精度と小型化を要求さ
れる。従来の発振器としては、ピアス型、コルピッツ型
およびクラップ型などがあり、この中でコルピッツ型が
多く用いられている。該発振器では発振子(例えば水晶
振動子)に直列に負荷容量を接続し、発振子の負荷容量
特性により発振回路の周波数を決めている。小型発振器
の製造に当たっては各種のチップ電子部品を基板上にI
Rリフロー等の手法を用いて固定すると同時に電気的に
接続し、該基板に端子及びケースを取り付け、トリマー
コンデンサで周波数を調整した後各種の電気的および機
械的検査を経て完成する。小型化と自動化を目的とし、
従来のトリマーコンデンサを他の容量可変手段に替えた
方法が、実開昭60ー79727、特開平2ー2062
03および特開平6ー204081等に開示されてい
る。
【0003】周波数調整に関して重要な要素となる静電
容量の構成および調整方法を、上記の公報から要約し、
図7(a)、(b)、(c)を用いて簡単に説明する。
図7(a)はシリコン板上に櫛歯状電極を互いに対向し
た形に組み合わせて形成し、電極材料としてはAl、N
iCrーAr等が用いられ、櫛歯状電極の歯の部分はそ
れぞれ細長い複数の電極指となり、隣り合う電極指の間
で容量が形成される。図7(b)は積層部品であり、一
端が開放されたスパイラル状またはU字状のトリミング
用電極を内部電極に対向して設け、容量が形成されてい
る。また図7(c)は誘電体の表面に各々面積の異なる
電極部を有する表面電極と、これと対向した内部電極と
から構成し、表面電極の各々の面積を最小電極面積に対
し2n(n=1、2、3・・)倍の電極構造とした容量
を形成し、これらの容量を並列に連結している。図7
(a)(b)および(c)は、いずれの場合も形成した
可変容量電極をレーザー等の手段で切断し、容量を削除
して回路の周波数を調整している。
【0004】従来のトリミング法では基板上の可変容量
をレーザーあるいはサンドブラストなどを用いて調整し
て周波数を合わせ、しかる後に発振器に金属ケースを取
り付け、プリント板等に搭載する。この際、周辺部の電
気部品による電磁的、静電的影響を避けるため、金属ケ
ースでシールドするのが一般的である。しかしながら、
このような従来の手法では金属ケースの封止によって、
各部品、配線と接地間の浮遊容量が僅かに変化し、その
結果ケース封止後、発振周波数を規定値に調整するため
のトリマーコンデンサが不可欠であった。また、ケース
封止による周波数偏移を見込んで周波数をシフトしてお
くなど工夫を凝らす方法も考えられるが、発振子や電気
部品などのバラツキのため所望周波数に合わせ込むこと
は難しい。また、レーザーなどを用いて可変容量をトリ
ミングする方法では、レーザーによる強烈な熱が熱伝導
の良いセラミック基板を通して周辺部へ拡散し、周辺部
の電気部品に熱的影響を及ぼし、周波数調整後の発振周
波数を偏移させる要因になっていた。またケースを封止
した後、サンドブラストを用いて可変容量を調整する手
法では内部に砂、研削屑などが入り込み、除去が難し
い。
【0005】
【発明の目的】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、発振子の負荷容量特性によって回路の周波数が決ま
るコルピッツ型発振器において、従来のようにトリマー
コンデンサを用いることなく、小型で機械的振動に強
く、且つ、コストも安い高精度発振器を提供することを
目的とする。
【0006】
【発明の概要】上記目的を達成するため本発明は、負荷
容量値に依存して回路の周波数が決まるコルピッツ型発
振器において、少なくとも前記負荷容量の一部を複数の
基板を積層して構成し、その構成は積層基板の最下層の
基板に前記負荷容量の一部を基板の上下面に電極を形成
し、該電極の裏面の電極パターンを小電極複数個をリー
ド電極で直列に連結し、該連結電極を並列に接続した構
造とし、端子とケースを取り付けた組立完成の発振器
で、最下層の裏面にある前記小電極のリード電極を切断
することにより、回路の発振周波数を微細に調整するこ
とを特徴とする。
【0007】
【発明の実施例】以下、添付図面に示した実施例により
本発明を詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示
す構成図である。同図において1は金属ケースであっ
て、所要部品を搭載したセラミック基板2の上方を覆う
ものであり、底面には誘電体基板3を配置する。上記セ
ラミック基板2には水晶振動子4、抵抗5(R1〜
R4)、チップコンデンサ6(C3)、ミニモールドトラ
ンジスタ7、チップコンデンサ8、9(C1,C2)を搭
載し、基板の裏面で配線パターンにより回路が形成され
ている。なお、各符号に続く()内の記号は後述する図
4の回路図記号を示したものである。上記誘電体板3は
例えばセラミック基板で、その上面に平面電極10を銀
パラジューム(AgーPd)等で形成し、下面には図2
に示すように小面積の電極11、12を複数個直列に連
結し、更に該連結小電極を並列に接続した構造とする。
この構成によれば、誘電体3を挟んで一方面には全面電
極が、他方には図2に示すような多数の小面積電極が全
て連結された状態となるから、全体として一つのコンデ
ンサとして機能する。そこで図2に示すようにリード電
極13を設けると共に、例えばリード電極の14、15
および16を切断すれば容量値を可変することができ
る。この可変容量を、図4のコルピッツ発振器のC4と
して用いれば、トリマコンデンサを用いることなく周波
数を調整することが可能となる。なお、セラミック誘電
体を選ぶに当たって容量としての温度特性も考慮に入れ
る必要がある。
【0008】本例では小電極12の面積は全て同一と
し、誘電体の厚さと面積とからその容量を1pFとして
設計し、周波数の調整をに当たって容量の選択を容易に
し更に電極11は電極12の半分の面積とすることによ
って0.5pFとし、微調整に都合がよいように構成す
る。周知の通り、誘電体をはさんで上下に平行電極を設
けた時の容量は、次式で表される。 C=ε0εS/d (1) ここで、ε0、εは夫々真空および誘電体の誘電率、S
は電極の面積、dは誘電体平板の厚さである。誘電体材
料をきめると、εは定数となり、静電容量は誘電体平板
の厚さdに反比例し、電極面積Sに比例する。
【0009】なお、本実施例では、説明を分かり易くす
るために、回路部品を搭載するセラミック基板2とコン
デンサを形成する誘電体板3とを別々に焼成し、夫々に
電子部品を搭載し、あるいは可変容量を形成し、それら
を積層する場合を例示したが、実用上は、積層基板では
各基板層は極めて薄く形成すると共に、印刷配線基板や
可変容量基板を、補強基板を間に挟んで焼成し、多数積
層化した基板が用いられる。該積層基板上に電子部品を
図1に示すように搭載し、IRリフロー等で部品の固定
と電気的接続を行い、当然のことながら、各層間の電気
的接続はスルーホールなどの手法で導通をはかる。IR
リフロー後、金属ケースを固着して発振器の組立を完了
し、周波数の調整工程にはいる。金属ケースで固定され
ているため、外部の電磁的、静電的影響を受けることな
く、また発振周波数に影響を及ぼす浮遊容量も一定値に
保たれるため、周波数は十分に安定化する。
【0010】本発明の発振器における周波数調整法につ
いて説明する前に、本発明の理解を助けるために、発振
器における負荷容量と発振周波数との関係について簡単
に述べる。発振子の共振周波数をfS,静電容量をC0お
よびモーショナルキャパシタンスをCmとする。該発振
子に直列に負荷容量CLを接続したときの共振周波数を
fとすると、fは次式で表される。 (f−fs)/fs=Cm/{2(C0+CL)} (2) 発振器の負荷容量は、発振子から見た発振ループ中の容
量になり、図4に示す回路図では、C1〜C4、さらに正
確には動作時のトランジスタ回路の容量も含む。この総
合容量をCL0〜CL2であらわすものとし、該負荷容量に
よる周波数の変化を、縦軸に周波数、横軸に総合負荷容
量をとると図6に示すものとなる。負荷容量が無限大、
即ち負荷容量がショート状態の時に発振子自体の共振周
波数fSとなり、負荷容量が小さくなるにつれて周波数
はfSから離れて上昇する。
【0011】設計段階で発振子のパラメータおよび発振
回路の定数は図6の負荷容量特性曲線に基づいて算出可
能であり、この図に基づいて所望周波数f0と発振周波
数fとの差分dfを決めると、負荷容量値を求めること
ができる。即ち、df対標準負荷容量マトリクス表を作
ることができる。しかし、発振周波数を所望値に正確に
一致させるためには、これだけでは不十分であり、実際
の製品においては各部品のバラツキも考慮に入れなけれ
ばならない。所望の周波数がf0の時、その周波数での
負荷容量がCL0であったとする。いま、組立完了時の発
振器の周波数がf1、負荷容量がCL1とし、既定の容量
値を削除して負荷容量をCL2とした時、その周波数がf
2のなったとする。CL2とCL1との差dCL12は上記のよ
うに既知であり、これと測定される周波数からモーショ
ナルキャパシタンスCmの設計値からのバラツキが予測
され、df対標準負荷容量マトリクス表に対し補正する
ことができる。
【0012】本発明に係る発振器における周波数調整は
図2に示す小電極11、12に繋がるリード電極、例え
ば14、15及び16をレーザー等で切断し、上述した
df対標準負荷容量マトリクス表に基づいて得た負荷容
量になるように所望値に合わせればよい。図2のパター
ンの例では電極11を除いて全ての容量が1pFに、電
極11は0.5pFに設計されているので、その作業が
容易である。発振器の周波数調整は例えば、図3のブロ
ック図に示した装置で行う。即ち、発振器の出力を周波
数カウンタにより、周波数を測定すると同時にその出力
は所望周波数の基準発振器と混合され、基準周波数との
差分dfが検出される。該差分dfは計算機に備えたd
f対標準負荷容量マトリクス表あるいは計算から負荷容
量値に変換されて、発振周波数を所望周波数に合致させ
るための削除容量が算出され、切断する小電極の数が求
まる。これより可変容量のリード電極切断位置を決定
し、該当するリード電極にレーザーを照射しリードを切
断することによって負荷容量値を所望値に調整する。こ
の結果、発振器の負荷容量が変化し、発振器の周波数を
所望周波数に調整することができる。
【0013】さらに周波数の調整精度を上げるために
は、前述のようにトランジスタ、抵抗およびコンデンサ
からなる回路と発振子のバラツキを考慮に入れた調整を
行うことができる。即ち、容量値1pFの小電極を複数
個切断した時の周波数変化量df対削除容量を前記のd
f対標準負荷容量マトリクス表と比較し、標準との偏差
をその発振器固有の補正値として使用する方法で、周波
数の調整精度の向上を図ることができる。また削除すべ
き容量が小さい時は、0.5pFの電極11を切断す
る。さらに小さな容量を調整する必要がある場合は、
0.5pFまたは1pFの電極をレーザーで微調整し、
0.5pF以下の容量の調整行い周波数を所望値に合わ
せる。
【0014】図4は本発明の他の実施例を示す構造図
で、可変容量を複数の誘電体30を積層した積層部で構
成する例である。図4の17〜19は容量形成電極を、
20はリード電極を表し、容量形成電極17〜19と対
向する電極がその誘電板の裏面にも形成されている。積
層の可変容量部の調整は平面電極に繋がるリードを切断
する方法もあるが、積層板側面部に導出したリード電
極、例えば図4の21、22、23の所要部を切断する
ことによって容量体を調整する方法もある。この様な積
層基板による可変容量は大きな容量を必要とする場合に
有効である。
【0015】なお、図2にしめした例では小電極の容量
値を1pFあるいは0.5pFとしたが、必ずしもこの
値である必要はなく、また電極を格子状に規則的に配置
する必要もない。要は容量値が規則的で小電極が多数直
列に連結されていれば目的を達成し得る。また、この様
な連結された電極が並列に接続されていれば、容量の選
択が容易になり、調整精度も向上し調整に要する時間も
短縮できる。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属ケー
スで封止した後、レーザートリミング等により周波数の
調整を可能にしたので、浮遊容量の影響を受けることな
く周波数を微細に調整することができる。また調整用の
可変容量部と発振回路を積層板で空間的に、物理的に分
離することもできるのでレーザートリミング時の熱によ
る周波数への影響も大幅に抑えることができる。また複
数の小電極パターンを直列にさらに、これらを並列に構
成するので、標準周波数からのシフト量dfが計測され
ると、削除すべき容量値がdf対標準負荷容量マトリク
ス表から直ちに求まり、削除すべき電極パターンが短時
間に決まり、しかも精度良く調整でき自動化にも適して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構造図である。
【図2】本発明において用いるコンデンサ形成のための
誘電体板にパターンの例を示す図。
【図3】発振器の周波数調整ブロック図。
【図4】本発明の他の実施例を示す図であって、積層し
た可変容量基板部をのみを拡大表示した斜視図。
【図5】本発明を適用するコルピッツ型発振回路の一例
を示す図。
【図6】発振器の負荷容量特性図。
【図7】従来の可変容量部の例を示す図で、(a)は櫛
歯状電極構造の平面図。(b)はスパイラル状の電極の
平面図。(c)は容量電極の大きさを二倍づつ大きくし
た構造の平面図。
【符号の説明】
1 金属ケース 2 基板 3 誘電体基板 4 発振子 5 チップ抵抗 6、8、9、 チップコンデンサ 7 トランジスタ 10、11、12、17、18、19 容量電極 13、20 リード電極 14、15、16、21、22、23 切断箇所 30 誘電体基板 1
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03B 1/00 7922−5E H01G 4/34

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振子に負荷容量を直列に接続し、その
    負荷容量値に発振周波数が依存するコルピッツ型回路に
    おいて、少なくとも前記負荷容量の一部を基板を積層し
    た積層基板で構成すると共に、可変容量基板を最下層と
    し該基板に前記負荷容量の一部を電極を上下面に形成し
    て構成し、該電極の裏面の電極パターンを小電極複数個
    をリード電極で直列に連結し、該連結電極を複数個並列
    に接続した構造とし、端子とケースを取り付けた発振器
    で最下層の前記小電極のリード電極部を切断することに
    より発振周波数を調整可能にしたことを特徴とする発振
    器。
JP22758395A 1995-08-11 1995-08-11 発振器 Pending JPH0955625A (ja)

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