振蕩電路、電子設備以及移動體的製作方法

2023-09-19 08:40:20

振蕩電路、電子設備以及移動體的製作方法
【專利摘要】本發明提供振蕩電路、電子設備以及移動體，能夠在確保可變電容元件的電容變化的直線性的同時擴大電容的可變範圍，並且能夠抑制電路規模和功耗的增加。振蕩電路與振蕩元件（石英振子26）連接，使振蕩元件振蕩而輸出振蕩信號，其中，該振蕩電路包含：放大元件（反相器25）；以及可變電容元件組，其具有與從放大元件的輸出至輸入的振蕩環路連接的至少兩個可變電容元件（21A、21B），所述兩個可變電容元件（21A、21B）的電容值由基準電壓（Vr0、Vr1）與可變的控制電壓（VC）的電位差來控制，可變電容元件組的各個可變電容元件的一個端子被施加公共的控制電壓，另一個端子被施加對於各個可變電容元件電壓彼此不同的基準電壓。
【專利說明】振蕩電路、電子設備以及移動體
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及振蕩電路、電子設備以及移動體等。
【背景技術】
[0002]公知有對配置在振蕩電路內的可變電容元件施加電壓使電容變化，來改變振蕩電路的頻率的方法。利用電壓來控制頻率的振蕩器通常被稱為VCXO (Voltage ControlledX’tal Oscillator:壓控石英振蕩器)。在利用該原理相對於溫度抑制頻率偏差的振蕩器中，有 TCXO (Temperature Compensated V tal Oscillator:溫度補償石英振蕩器)。
[0003]在分立型振蕩器中，可以選定電容變化大的可變電容元件來構成電路，但是，在對振蕩電路進行集成電路化時所能使用的可變電容元件的特性受到限制。即，這是因為，在進行集成電路化時，通常採用的是電容變化比分立型的可變電容元件小的可變電容元件。而為了得到較大的電容變化需要專用的工藝。
[0004]近年來，也要求石英振蕩器小型化，振蕩電路的集成電路化得到發展。但是，在使用集成電路的情況下，可使用的可變電容元件的可變量受到限制，因而存在不能得到所需要的頻率可變範圍或直線性(Iinearity)的問題。
[0005]專利文獻I的發明是利用兩個電平移位電路在中途對施加給兩個可變電容元件的一個控制電壓進行分壓，在形成電位差後施加給可變電容元件。此時，在比控制電壓的中心電壓低的區域中，使一個可變電容元件的C-V特性成為直線，而且，在比控制電壓的中心電壓高的區域中，使另一個可變電容元件的C-V特性成為直線。因此，既能確保直線性，又能使控制電壓在比以往更大的範圍內變動，能夠得到所需要的頻率可變範圍。
[0006]【專利文獻I】日本特開2007-19565號公報
[0007]但是，專利文獻I的發明針對每種控制電壓都需要多個電平移位電路。例如，在TCXO中為了提高補償精度而使用了多種控制電壓。此時，需要使用乘以了控制電壓的種類數量而得到的數量的電平移位電路。因此，在將專利文獻I公開的方法應用於TCXO的情況下，可能導致電路規模和功耗增大。

【發明內容】

[0008]本發明是鑑於以上情況而完成的，根據本發明的幾個方式，能夠提供如下的振蕩電路、電子設備以及移動體等:能夠在確保可變電容元件的電容變化相對於控制電壓變化的直線性的同時擴大電容的可變範圍，因此能夠確保頻率變化相對於控制電壓變化的直線性並擴大頻率可變範圍，而且能夠抑制電路規模和功耗的增加。
[0009]本發明正是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，可作為以下方式或應用例來實現。
[0010][應用例I]
[0011]本應用例的振蕩電路與振蕩元件連接，使所述振蕩元件振蕩而輸出振蕩信號，該振蕩電路包含:放大元件；以及可變電容元件組，其具有與從所述放大元件的輸出至輸入的振蕩環路連接的至少兩個可變電容元件，所述可變電容元件的電容值由基準電壓與可變的控制電壓之間的電位差控制，所述可變電容元件組的各個所述可變電容元件的一個端子被施加公共的所述控制電壓，另一個端子被施加對於各個所述可變電容元件電壓彼此不同的所述基準電壓。
[0012]根據本應用例的振蕩電路，包含:放大元件,其對來自所連接的振蕩元件的信號進行放大；以及可變電容元件組，其具有與從放大元件的輸出至輸入的振蕩環路連接的至少兩個可變電容元件，所述可變電容元件的電容值由基準電壓與可變的控制電壓之間的電位差控制。另外，可變電容元件組也可以表現為可變電容元件的集合(group)、可變電容元件群。
[0013]作為放大元件，可使用雙極電晶體、場效應電晶體(FET =Field EffectTransistor)、金屬氧化膜型場效應電晶體(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)等。作為振蕩兀件，例如可使用SAW(Surface Acoustic Wave:表面聲波)諧振器、AT切石英振子、SC切石英振子、音叉型石英振子、其他壓電振子或MEMS (MicroElectro Mechanical Systems:微電子機械系統)振子等。可變電容元件組與從放大元件的輸出至輸入的振蕩環路連接，振蕩信號的頻率隨著電容變化而變化。
[0014]此時，各個可變電容元件具有第I布線和第2布線。並且，向第I布線施加作為公共電壓的控制電壓，向第2布線施加電壓相互不同的基準電壓。例如，各個可變電容元件的一端被施加控制電壓，另一端被施加基準電壓。
[0015]各個可變電容元件的電位差(施加到第I布線的控制電壓與施加到第2布線的基準電壓之差)相互不同，因此能夠在確保可變電容元件組的電容變化的直線性的同時擴大電容的可變範圍。因此，能夠確保頻率變化相對於控制電壓變化的直線性並擴大頻率可變範圍。此時，不需要電平移位電路，因此能夠抑制電路規模和功耗的增加。
[0016][應用例2]
[0017]上述應用例的振蕩電路可以具有能夠調整所述基準電壓的功能。
[0018]根據本應用例的振蕩電路，可以具有能夠調整所述基準電壓的功能。能夠調整基準電壓的功能例如可以由包含可變電阻的電阻分壓電路等實現，有按照多個不同的基準電壓中的每個基準電壓獨立進行調整的方法、使多個基準電壓整體偏移相同電壓的方法等。此時，能夠調整為，使得可變電容元件組的可變靈敏度平穩(例如相對於控制電壓，振蕩信號的頻率變化沒有偏向的狀態)，即展現出更好的直線性。
[0019][應用例3]
[0020]在上述應用例的振蕩電路中，所述可變電容元件可以包含MOS型可變電容元件。
[0021]根據本應用例的振蕩電路，可變電容電路構成為包含MOS型可變電容元件。MOS(Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化物半導體)型可變電容元件是具有金屬氧化膜半導體的構造的可變電容元件(以下稱為變容二極體)。因此，能夠將本應用例的振蕩電路作為半導體集成電路來實現。
[0022][應用例4]
[0023]在上述應用例的振蕩電路中，可以具有多個所述可變電容元件組，在所述可變電容元件組彼此之間所述控制電壓不同。
[0024]根據本應用例的振蕩電路，在多個所述可變電容元件組彼此之間，施加到所述第I布線的所述控制電壓不同。此外，在各個所述可變電容元件組中的各個所述可變電容元件之間，施加到所述第2布線的所述基準電壓不同。
[0025]例如在TCXO中為了提高補償精度而使用了多種控制電壓(作為具體例子，是外部控制用、溫度補償用、頻率偏移用的3種控制電壓)時，不像專利文獻I的發明那樣需要電平移位電路，能夠避免電路規模和功耗增大。
[0026][應用例5]
[0027]在上述應用例的振蕩電路中，可以是，多個所述可變電容元件組中的至少一個所述可變電容元件組是與其他所述可變電容元件組相比，相對於電壓變化的電容變化最小的最小靈敏度可變電容元件組。
[0028]根據本應用例的振蕩電路，能夠根據用途區分地處理一個可變電容元件組。例如，有時，僅僅對於特定的用途，可變電容元件的相對於電壓變化的電容變化靈敏度可以比其他用途低。該情況下，確定作為多個可變電容元件組中的一個可變電容元件組的最小靈敏度可變電容元件組，將最小靈敏度可變電容元件組的電容靈敏度設為比其他種類的可變電容元件組小。
[0029][應用例6]
[0030]在上述應用例的振蕩電路中，可以是，所述控制電壓由3個種類的一組電壓構成，所述最小靈敏度可變電容元件組的所述控制電壓使用了其他所述可變電容元件組的所述基準電壓的中間電壓。
[0031]根據本應用例的振蕩電路，最小靈敏度可變電容元件組的控制電壓使用了其他2種可變電容元件組的基準電壓中間電壓，由此能夠使得最小靈敏度可變電容元件組的電容靈敏度比其他種類的可變電容元件組小。此時，不需要另外的生成電壓的電路，因此能夠抑制電路規模和功耗的增加。並且，通過從相同的電壓生成電路提供這些控制電壓和基準電壓，能夠避免在最小可變電容元件組中產生較大噪聲。
[0032][應用例7]
[0033]本應用例的電子設備包含上述應用例的振蕩電路。
[0034][應用例8]
[0035]本應用例的移動體包含上述應用例的振蕩電路。
[0036]根據這些應用例的電子設備、移動體，包含能夠在維持可變電容元件的電容變化的直線性的同時擴大可變範圍、並且能夠抑制電路規模和功耗的增加的振蕩電路。因此，能夠實現可得到所需的頻率可變範圍、且對於使用者而言使用便利性良好的電子設備、移動體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是示出第I實施方式的振蕩電路的結構例的圖。
[0038]圖2是示出MOS型可變電容元件相對於控制電壓的電容變化的圖。
[0039]圖3是示出多個MOS型可變電容元件相對於控制電壓的合成電容變化的圖(施加了公共的基準電壓和公共的控制電壓的情況)。
[0040]圖4是示出多個MOS型可變電容元件相對於控制電壓的合成電容變化的圖(施加了不同的基準電壓和公共的控制電壓的情況)。[0041]圖5是示出第I比較例的振蕩電路的詳細結構例的圖。
[0042]圖6是示出第I實施方式的振蕩電路的變形例的詳細結構例的圖。
[0043]圖7是示出第I實施方式的振蕩電路的其他變形例的圖。
[0044]圖8是示出第I實施方式的振蕩電路的其他變形例的圖。
[0045]圖9是示出增加了第I實施方式的振蕩電路的可變電容元件組的可變電容元件數量的變形例的圖。
[0046]圖10是示出增加了第I實施方式的振蕩電路的可變電容元件組的可變電容元件數量的其他變形例的圖。
[0047]圖11是示出第2實施方式的振蕩電路的結構例的圖。
[0048]圖12是示出第2比較例的振蕩電路的詳細結構例的圖。
[0049]圖13是對第2比較例的振蕩電路的噪聲進行說明的圖。
[0050]圖14是示出第2實施方式的振蕩電路的變形例的詳細結構例的圖。
[0051]圖15是對第2實施方式的振蕩電路的變形例的噪聲進行說明的圖。
[0052]圖16是應用例的電子設備的功能框圖。
[0053]圖17是示出應用例的電子設備的外觀的一例的圖。
[0054]圖18是示出應用例的移動體的一例的圖。
[0055]標號說明
[0056]10:振動器件(振蕩器)；12:振蕩電路；21?23:可變電容元件組；21A?24A:變容二極體；21B?24B:變容二極體；25:反相器；26:石英振子；28:反饋電阻；41A?43A:固定電容；41B?43B:固定電容；44、45:DC截止電容；46:電晶體；47、48:DC截止電容；50?52:輸入電阻；52A?52C:輸入電阻；54、55:輸入電阻；58:電平移位電路；60:電壓生成部；62:電阻分壓電路；64 =AFC電壓控制電路；66:溫度補償電壓生成電路；68:溫度傳感器；72:頻率調整電壓生成電路；74:加法電路；110?112:布線；112A?112C:布線；164:控制信號;168:溫度數據；172:控制信號；300:電子設備；330:操作部；340 =ROM ；350:RAM ；360:通信部；370:顯示部；380:聲音輸出部；400:移動體；410:振蕩電路；420?440:控制器；450:電池；460:備用電池；Ca:電容特性；Cb:電容特性；Cm:合成電容特性；Na?N。、Nx:噪聲;VC、Vci?Vc3:控制電壓；Vr0?Vr3:基準電壓。
【具體實施方式】
[0057]下面，使用附圖對本發明的優選實施方式進行詳細說明。另外，以下說明的實施方式並不對權利要求書中記載的本發明的內容進行不恰當的限定。並且以下說明的全部結構並非都是本發明必需的結構要件。
[0058]1.第I實施方式
[0059]1.1.振蕩電路的概要
[0060]圖1是示出第I實施方式的振蕩電路12的結構例的圖。本實施方式的振蕩電路12 構成 TCXO (Temperature Compensated X’tal Oscillator:溫度補償石英振蕩器)的一部分。另外，本實施方式的振蕩電路12也可以是省略或變更了以下說明要素的一部分、或者追加了其他要素的結構。
[0061]本實施方式的振蕩電路12包含反饋電阻28、反相器25，並與石英振子26連接。反相器25具有對輸入的信號進行放大的性質，對應於本發明的放大元件。此外，石英振子26對應於本發明的振蕩元件。如圖1所示，振蕩電路12與石英振子26連接，形成了從反相器25的輸出至輸入的振蕩環路。振蕩電路12利用反相器25對石英振子26生成的信號進行放大，輸出振蕩信號124作為例如外部電路中使用的時鐘脈衝。
[0062]振蕩電路12與石英振子26連接而形成作為振蕩器的振動器件10。S卩，從振動器件10中排除了石英振子26後的部分對應于振蕩電路12。因此，以下在沒有特別說明的情況下，有時將關于振動器件10的說明作為振蕩電路12的說明。
[0063]並且，本實施方式的振蕩電路12在振蕩環路內設置了 DC截止電容43、44，不過也可以省略其中一方或雙方。
[0064]本實施方式的振蕩電路12在振蕩環路內包含可變電容元件組21，所述可變電容元件組21可改變其電容來調整振蕩信號124的頻率。可變電容元件組21可以由兩個以上的可變電容元件構成。此外，如後所述，可變電容元件組可以有多個。可變電容元件組可以包含MOS型可變電容元件而構成。MOS型可變電容元件例如為變容二極體，其電容根據施加到端子的電位差而變化。
[0065]在圖1中，可變電容元件組的各個可變電容元件(變容二極體21A、變容二極體21B)的第I布線112經由固定電容41A、41B而接地，但也可以共用固定電容41A和固定電容 41B。
[0066]在本實施方式的振蕩電路12中，可變電容元件組21的各個可變電容元件(變容二極體21A、變容二極體2IB )由一個MOS型可變電容元件構成，其電容根據控制電壓V。和基準電壓VrflJrt而變化。關於變容二極體21A，經由輸入電阻52對第I布線112施加控制電壓\，經由輸入電阻50對第2布線110施加基準電壓\0。關於變容二極體21B，經由輸入電阻52對第I布線112施加控制電壓V。，經由輸入電阻51對第2布線111施加基準電壓Vrl。
[0067]此處，第I布線112與作為變容二極體21A、21B的MOS型可變電容元件的一個端子(以下稱為第I端子)連接。另一方面，第2布線110與變容二極體21A的不同於第I端子的另一個端子(以下稱為第2端子)連接。此外，第2布線111與變容二極體21B的不同於第I端子的另一個端子(以下稱為第2端子)連接。
[0068]並且，變容二極體21A的電容根據基準電壓Vki與控制電壓V。的電位差而變化。此夕卜，變容二極體2IB的電容根據基準電壓Vrt與控制電壓V。的電位差而變化。在本實施方式的振蕩電路12中,振蕩信號124的頻率根據可變電容元件組21的合成電容的變化而變化，因此能夠進行頻率調整。
[0069]1.2.控制電壓與電容的關係
[0070]在本實施方式的振蕩電路12中，構成可變電容元件組21的可變電容元件(變容二極體21A、變容二極體21B)共同使用控制電壓V。，而基準電壓\0、Vrl具有相互不同的電位。如後所述，構成可變電容元件組的可變電容元件不限於兩個，可以進一步增加，該情況下，也是共同使用控制電壓\，而基準電壓具有相互不同的電位。
[0071]S卩，對多個可變電容元件的第2布線(如後所述，對應於構成可變電容元件組的MOS型可變電容元件的第2端子)施加相互不同的電壓。以下，參照圖2?圖4，對控制電壓、基準電壓和電容的關係進行說明。[0072]圖2是示出一個MOS型可變電容元件相對於控制電壓的電容變化的圖。在本實施方式的振蕩電路12中，可變電容元件組21包含MOS型可變電容元件。在此，作為可變電容元件，雖然也存在PN結型的可變電容元件，但出於集成電路化、低電壓化的目的，大多如本實施方式這樣使用MOS型可變電容元件。
[0073]MOS型可變電容元件的特徵在於，與PN結型相比，其電容在狹小的電壓範圍內急劇變化。因此，表示電容變化的曲線(下面稱為電容特性)的直線區域狹小。通常，在使用MOS型可變電容元件的振蕩電路中，如果電壓變化的大小相同，則電容的變化也需要相同。這是因為，在電壓變化相同而電容變化不同的情況下，振蕩電路將難以正確地調整頻率。
[0074]因此，假如振蕩電路只具有一個MOS型可變電容元件，則在頻率調整中，只能使用直線性良好的電壓範圍即圖2中的Vm此時，由於相對於電壓變化的電容變化較小，因此不得不減小頻率可變範圍，存在不能實現振蕩電路所需的頻率可變範圍的問題。
[0075]在此，通過改變施加到MOS型可變電容元件的一個端子的電壓(可以是基準電壓偵牝也可以是控制電壓側，但在該例子中設為基準電壓側)，能夠改變電容特性。圖2示出了如下情況:在使施加到MOS型可變電容元件的基準電壓側的電壓按照實線的情況變化時，實線的電容特性變化到虛線所示的電容特性。
[0076]下面說明基於這樣的性質，在振蕩電路具有多個MOS型可變電容元件的情況下，擴大直線性良好的電壓範圍的情況。圖3是振蕩電路具有兩個MOS型可變電容元件的情況，示出了表示各自的電容特性Ca、Cb與合成電容的變化的曲線(下面稱為合成電容特性Cm)。
[0077]此時，在對兩個MOS型可變電容元件的一個端子施加相同的基準電壓、對另一個端子施加相同的控制電壓而按照圖3所示的那樣變化的情況下，雖然合成電容特性Cm自身增加，但Cm變化仍然急劇，因此直線性良好的電壓範圍(圖3的Vui)與只具有一個MOS型可變電容元件的情況(參照圖2的Vui)相比還是沒有變化。這是相對於電壓變化的電容變化較大的狀態、即可變電容元件的靈敏度較高的狀態，難以進行電容調整。
[0078]但是，在對兩個MOS型可變電容元件的一個端子施加不同的基準電壓的情況下，能夠擴大合成電容特性Cm的直線性良好的電壓範圍(圖4的VuiX此時，對所施加的基準電壓進行調整,使得:在比控制電壓的中心電壓(在Vdd=L 8V時，中心電壓例如是0.9V)低的區域中，電容特性Ca成為直線，而且在比控制電壓的中心電壓高的區域中，電容特性Cb成為直線。
[0079]包含有表現出圖4所示的合成電容特性Cm的兩個MOS型可變電容元件的振蕩電路能夠在確保直線性的同時，使得控制電壓在比以往更大的範圍(圖4的Vui的範圍)內變動。本實施方式的振蕩電路12也能夠通過改變施加到構成可變電容元件組的各個MOS型可變電容元件的第2端子的基準電壓，使得可變電容元件組的合成電容特性在較大的電壓範圍內成為直線性良好的狀態，並且成為相對於電壓變化的電容變化較小的狀態、即可變電容元件的靈敏度較低的狀態，從而容易調整電容。
[0080]1.3.第I比較例
[0081]在示出本實施方式的振蕩電路12的詳細結構例之前，先對第I比較例進行說明以進行對比。圖5是示出第I比較例的振蕩電路的詳細結構例的圖。第I比較例的振蕩電路使用了專利文獻I公開的在控制電壓V。側設置電平移位電路58的方法，來針對合成電容特性Cm擴大直線性良好的電壓範圍。另外，在圖5中，僅示出了第I比較例的振蕩電路中、與圖1的振蕩電路12對應的部件的一部分。此外，對與圖1相同的要素標註相同的標號並省略說明，在圖5及之後的附圖中省略振湯彳目號124的圖不。
[0082]第I比較例的振蕩電路也與本實施方式的振蕩電路12同樣地構成TCXO的一部分。並且，如圖5所示，在第I比較例的振蕩電路12中，控制電壓V。由作為3個種類的一組電壓構成。具體而言，這些電壓是外部控制用的控制電壓Va、溫度補償用的控制電壓Vc2、頻率偏移用的控制電壓Vra。另外，雖然在該例中為3種，但也可以是2種，還可以是4種以上。
[0083]並且，第I比較例的振蕩電路中的可變電容元件組21、22、23分別被施加控制電壓m此外，可變電容元件組21、22、23分別由變容二極體2IA和變容二極體21B、變容二極體22k和變容二極體22B、變容二極體23A和變容二極體23B構成。3個種類的可變電容元件組的一方的可變電容元件是作為MOS型可變電容元件的變容二極體21A、22A、23A。如圖5所示，變容二極體21A、22A、23A的一個端子(對應於第I端子)分別經由電平移位電路58、輸入電阻52被施加控制電壓Va、Ve2、VC3。
[0084]此外，變容二極體21A、22A、23A的第I端子分別經由固定電容41A、42A、43A而接地。固定電容41A、42A、43A對應於圖1的固定電容41A。
[0085]第I比較例的振蕩電路中的可變電容元件組的另一方的可變電容元件也採用與一方的可變電容元件相同的結構。另一方的可變電容元件的變容二極體2IB、22B、23B分別與一方的可變電容元件的變容二極體21A、22A、23A相對應。此外，另一方的可變電容元件的固定電容41B、42B、43B對應於圖1的固定電容41B。
[0086]在第I比較例的振蕩電路中，變容二極體21A、22A、23A的另一個端子(對應於第2端子)與可變電容元件組21的第2布線110連接。此外，變容二極體21B、22B、23B的另一個端子(對應於第2端子)與第2布線111連接。並且，經由輸入電阻50對第2布線110和第2布線111施加基準電壓Vki。
[0087]並且，與參照圖2?圖4說明的情況相反，例如通過對變容二極體21A和變容二極體21B的第I端子施加不同的控制電壓，來擴大合成電容特性Cm (參照圖4)的直線性良好的電壓範圍。對於變容二極體22A和變容二極體22B，也對第I端子施加不同的控制電壓。對於變容二極體23A和變容二極體23B也同樣如此。
[0088]例如，設置於控制電壓Va與變容二極體21A之間的電平移位電路58、和設置於控制電壓Va與變容二極體21B之間的電平移位電路58進行如下調整:通過對控制電壓賦予電平差，將不同的電壓施加到變容二極體21A、變容二極體21B的第I端子。關於變容二極體22k和變容二極體22B、以及變容二極體23A和變容二極體23B，也通過各自的電平移位電路58進行同樣的調整。
[0089]通過這種方法，第I比較例的振蕩電路能夠擴大直線性良好的電壓範圍。但是，第I比較例的振蕩電路需要電平移位電路58。尤其是，在TCXO中為了提高補償精度而需要使用多種控制電壓，因此電平移位電路58與控制電壓的種類數成比例地增加(在該例中需要6個)。因此，可能導致電路規模和功耗增大。
[0090]1.4.變形例
[0091]圖6是示出作為第I實施方式的變形例的振蕩電路12的詳細結構例的圖。本變形例示出了具有多個可變電容元件組(作為例子，與第I比較例同樣地是3組)的結構例。與第I比較例的振蕩電路不同，本變形例的振蕩電路12不包含電平移位電路。另外，與圖5同樣，在圖6中也僅不出了圖1的振蕩電路12的一部分。此外,對與圖1?圖5相同的要素標註相同的標號並省略說明。
[0092]在本變形例的振蕩電路12中，如使用圖2?圖4說明的那樣，對兩個MOS型可變電容元件的第2端子施加不同的基準電壓，從而擴大合成電容特性Cm (參照圖4)的直線性良好的電壓範圍。此時，對兩個MOS型可變電容元件的第I端子施加公共的控制電壓。
[0093]如圖6所示，本變形例的振蕩電路12中的可變電容元件組21、22、23分別由變容二極體21A和21B、22A和22B、23A和23B構成。並且，變容二極體21A、22A、23A的一個端子(對應於第I端子)分別與第I布線112A、112B、112C連接。分別經由輸入電阻52A、52B、52C向第I布線112A、112B、112C分別施加控制電壓VC1、VC2、VC3。
[0094]本變形例的振蕩電路12中的變容二極體21B、22B、23B分別與變容二極體21A、22A、23A對應地構成可變電容元件組。並且，向變容二極體21A和變容二極體21B的第I端子施加相同的控制電壓Va。同樣，向變容二極體22Α和變容二極體22Β的第I端子施加相同的控制電壓Vk，向變容二極體23Α和變容二極體23Β的第I端子施加相同的控制電壓
Vc3。
[0095]在本變形例的振蕩電路12中，也是變容二極體21A、22A、23A的另一個端子(對應於第2端子)與第2布線110連接。此外，變容二極體21B、22B、23B的另一個端子(對應於第2端子)與第2布線111連接。並且，經由輸入電阻50對第2布線110施加基準電壓Vrt，經由輸入電阻51對第2布線111施加基準電壓Vrl。
[0096]此處，在圖6中基準電壓νΛ、Vrl是相互不同的電壓，因此向變容二極體21Α、22Α、23Α和變容二極體21Β、22Β、23Β施加不同的電壓，從而能夠擴大合成電容特性Cm (參照圖4)的直線性良好的電壓範圍。
[0097]例如，對基準電壓Vrfl與基準電壓Vrt設置電壓差而進行施加，使得:在比控制電壓的中心電壓(在Vdd=L 8V時，中心電壓例如是0.9V)低的區域中，變容二極體21Α的電容特性成為直線，而且在比控制電壓的中心電壓高的區域中，變容二極體21Β的電容特性成為直線。對於變容二極體22Α和變容二極體22Β、以及變容二極體23Α和變容二極體23Β也同樣如此。
[0098]此時，本變形例的振蕩電路12能夠擴大直線性良好的電壓範圍。並且，由於不像第I比較例的振蕩電路那樣包含電平移位電路58，因此電路規模和功耗也不會變大。S卩，本變形例的振蕩電路12能夠在確保可變電容元件的電容變化的直線性的同時擴大電容的可變範圍，並且能夠抑制電路規模和功耗的增加。
[0099]另外，在本變形例的振蕩電路12中，施加有公共的控制電壓的可變電容元件(在圖6的例子中，是變容二極體2IA和變容二極體2IB、變容二極體22k和變容二極體22B、變容二極體23A和變容二極體23B)的電容特性可以彼此不同。在圖6的例子中，在能夠通過對基準電壓Vrt和基準電壓Vrt設置適當的電壓差來擴大合成電容特性Cm (參照圖4)的直線性良好的電壓範圍的前提下，例如變容二極體21A的電容特性、和變容二極體21B的電容特性也可以不同。
[0100]S卩，在本變形例的振蕩電路12中，具有以下優點:通過組合具有不同的電容特性的可變電容元件，能夠擴大合成電容特性的直線性良好的電壓範圍，設計自由度較高。[0101]1.5.其他變形例
[0102]第I實施方式的振蕩電路12除了圖1、圖6的結構以外，還可以進行以下所述的變形。其他變形例的振蕩電路12也能夠在確保可變電容元件的直線性的同時擴大電容的可變範圍，並且不包含電平移位電路58，因此能夠抑制電路規模和功耗的增加。另外，在以下將參照的圖7?圖10中,對與圖1相同的要素標註相同的標號並省略說明。
[0103]可以適當進行圖1、圖6的振蕩電路12的結構要素的公共化或獨立化。例如，圖1的輸入電阻52可以分別獨立設置於變容二極體21Α、21Β的輸入部分。此時，還可以進行與變容二極體21Α、21Β的輸入負載對應的調整等。
[0104]還可以如圖7所示的振蕩電路12那樣，使固定電容41Α和固定電容41Β共同化而僅具有一個固定電容41Α。此時，不需要固定電容41Β，因此能夠減小電路規模。
[0105]也可以如圖8所示的振蕩電路12那樣，不使用反相器25作為放大元件，而使用與恆流源連接的電晶體46作為放大元件。
[0106]還可以如圖9所示的振蕩電路12那樣，與第I實施方式的振蕩電路12相比，配置更多數量的構成可變電容元件組的可變電容元件。在圖9的例子中，在石英振子26的輸入偵U、輸出側分別經由DC截止電容47、48連接有變容二極體21C、21D，構成可變電容元件組的可變電容元件為4個。另外，也可以僅連接變容二極體21C、21D中的一個。
[0107]圖9的振蕩電路12可以進一步進行由變容二極體21C、21D實現的調整，因此容易得到所需的頻率可變範圍。另外，基準電壓Vf Vri對應於上述基準電壓Vrt、Vrt，輸入電阻54、55對應於上述輸入電阻50、51，因此這裡省略說明。
[0108]圖10在圖9的振蕩電路12中省略了變容二極體21D，並且去除了基準電壓Vrt、輸入電阻50、DC截止電容43，構成可變電容元件組的可變電容元件為3個。此時，石英振子26的輸入側的兩個變容二極體21A、21C中的變容二極體2IA利用了反相器25的自偏置電位作為基準電壓。
[0109]另外，這些第I實施方式的變形例還可以成為以下敘述的第2實施方式的振蕩電路12的變形例。
[0110]2.第2實施方式
[0111]2.1.振蕩電路的概要
[0112]圖11是示出第2實施方式的振蕩電路12的結構例的圖。本實施方式的振蕩電路12與第I實施方式不同，包含生成基準電壓\0、Vrt、控制電壓\的電壓生成部60。另外，對與圖1?圖10相同的要素標註相同的標號並省略說明。
[0113]在本實施方式的振蕩電路12中，電壓生成部60能夠容易地調整基準電壓Vrt、Vrt。因此，能夠進行微調，使得變容二極體21A、21B的可變靈敏度平穩(相對於控制電壓，振蕩信號的頻率變化沒有偏向的狀態)，即展現出更好的直線性。
[0114]2.2.第2比較例
[0115]在示出本實施方式的振蕩電路12的詳細結構例之前，對第2比較例進行說明以進行對比。第2比較例的振蕩電路也與本實施方式的振蕩電路12同樣地構成TCXO的一部分。圖12是示出第2比較例的振蕩電路的詳細結構例的圖。另外，在圖12中，僅示出了第2比較例的振蕩電路中、與圖11的振蕩電路12對應的部件的一部分。另外，對與圖1?圖11相同的要素標註相同的標號並省略說明。[0116]第2比較例的電壓生成部60包含生成基準電壓VfVrt的電阻分壓電路62。第2比較例的電壓生成部60包含根據控制信號164生成控制電壓Va的AFC電壓控制電路64。此外，第2比較例的電壓生成部60包含根據來自溫度傳感器68的溫度數據168生成溫度補償用的控制電壓的溫度補償電壓生成電路66。並且，第2比較例的電壓生成部60包含根據控制信號172生成頻率偏移用的控制電壓的頻率調整電壓生成電路72。另外，AFC電壓控制電路64、溫度補償電壓生成電路66、頻率調整電壓生成電路72也可以對電阻分壓電路中生成的控制電壓進行調整。
[0117]此處，應該利用頻率調整電壓生成電路72生成的頻率偏移用的控制電壓進行調整的頻率變化範圍小。另一方面，應該利用溫度補償電壓生成電路66生成的溫度補償用的控制電壓進行調整的頻率變化範圍較大。此處，在獨立地設置施加頻率偏移用的控制電壓和溫度補償用的控制電壓的變容二極體的情況下，前者需要相對於電壓的電容變化靈敏度低的(例如15ppm/V左右)變容二極體，後者需要靈敏度高的(例如50ppm/V左右)變容二極體。
[0118]在第2比較例的振蕩電路中，對靈敏度高的變容二極體22A、22B統一施加這些控制電壓。因此，第2比較例的電壓生成部60具有對頻率偏移用的控制電壓和溫度補償用的控制電壓進行合成的加法電路74，生成一個控制電壓。
[0119]但是，在第2比較例的振蕩電路中，有時會向靈敏度高的變容二極體22A、22B輸入作為電壓變動的較大噪聲。在輸入了噪聲時，使變容二極體22A、22B產生電容變動，從而引起振蕩電路的相位噪音特性的劣化，因此期望沒有噪聲。圖13是對第2比較例的振蕩電路的噪聲進行說明的圖。另外，對與圖12相同的要素標註相同的標號並省略說明。
[0120]在圖13中，噪聲Nx、Na, Nb分別表示加載於變容二極體21B、22B的一個端子(對應於第I端子)、變容二極體22A的另一個端子(對應於第2端子)、變容二極體22B的另一個端子(對應於第2端子)的噪聲。
[0121]此處，噪聲Na、Nb均是從電阻分壓電路62傳遞的同相且相同振幅的噪聲。另一方面，噪聲Nx是從與電阻分壓電路62獨立的電路(例如加法電路74)傳遞的噪聲，且具有與噪聲Na、Nb不同的位相、不同的振幅。因此，在靈敏度高的變容二極體22A、22B的兩個端子加載有不同位相、不同振幅的噪聲，從而產生了振蕩信號的相位噪音增大的問題。
[0122]2.3.變形例
[0123]圖14是示出第2實施方式的變形例的振蕩電路12的詳細結構例的圖。與第2比較例的振蕩電路不同，本變形例的振蕩電路12包含施加有由電阻分壓電路62生成的頻率偏移用的控制電壓的專用變容二極體23A、23B。另外，與圖12?圖13同樣，在圖14中也是僅不出了圖11的振蕩電路12的一部分。此外，對與圖1?圖13相同的要素標註相同的標號並省略說明。
[0124]如圖14所示，本變形例的振蕩電路12將一組變容二極體21A?23A中的施加有頻率偏移用的控制電壓的變容二極體23A設為最小靈敏度可變電容元件。最小靈敏度可變電容元件是電容靈敏度比其他變容二極體21A、22A低的變容二極體。另外，對於一組變容二極體21B?23B而言，變容二極體23B是最小靈敏度可變電容元件。
[0125]因此，能夠獨立地處理頻率偏移用的控制電壓。此時，與第2比較例的振蕩電路不同，不需要加法電路74，從而與第2比較例相比，能夠削減電路規模並降低功耗。[0126]並且，本變形例的振蕩電路12能夠解決第2比較例中因靈敏度高的變容二極體產生較大噪聲的問題。如圖14所示，頻率偏移用的控制電壓&3由電阻分壓電路62生成。此外，由於頻率偏移用的控制電壓Vc3使用了基準電壓Vrt、Vrl中間的電壓，因而不需要像第2比較例那樣設置頻率調整電壓生成電路72。另外，中間電壓例如可以使用(UVrt) /2，也可以使用V^/2等。
[0127]圖15是對本變形例的振蕩電路12的噪聲進行說明的圖。另外，對與圖14相同的要素標註相同的標號並省略說明。
[0128]在圖15中，噪聲Na、Nb、Nc分別表示加載於變容二極體23A的另一個端子(對應於第2端子)、變容二極體23B的另一個端子(對應於第2端子)、變容二極體23A、23B的一個端子(對應於第I端子)的噪聲。
[0129]此處，噪聲Na、Nb以及N。均是從電阻分壓電路62傳遞的同相且相同振幅的噪聲。因此，雖然在變容二極體23A、23B的兩個端子加載了噪聲Na、Nb和N。，但它們彼此抵消，而且變容二極體23A、23B的電容靈敏度較低，因此能夠解決第2比較例的產生較大噪聲的問題。
[0130]如上所述，本變形例的振蕩電路12能夠在確保可變電容元件的直線性的同時擴大電容的可變範圍，並且不需要使用第2比較例那樣的頻率調整電壓生成電路72、加法電路74等電路，因此能夠抑制電路規模和功耗的增加。
[0131]3.應用例
[0132]3.1.電子設備
[0133]使用圖16~圖17來說明作為與第I實施方式、第2實施方式以及它們的變形例有關的應用例的電子設備300 。另外,對與圖1~圖15相同的要素標註相同的編號、標號並省略說明。
[0134]圖16是應用例的電子設備300的功能框圖。本應用例的電子設備300構成為包含與石英振子26連接的振蕩電路12、CPU (Central Processing Unit:中央處理單元)320、操作部 330、ROM (Read Only Memory:只讀存儲器)340、RAM (Random Access Memory:隨機存取存儲器)350、通信部360、顯示部370和聲音輸出部380。另外，本應用例的電子設備300也可以是省略或變更了圖16的結構要素(各個部分)的一部分、或者附加了其他結構要素的結構。
[0135]振蕩電路12不僅向CPU 320，而且向各個部分提供時鐘脈衝(省略圖示)。時鐘脈衝例如可以是來自與石英振子26連接的振蕩電路12的振蕩信號。另外，電子設備300可以不是振蕩電路12自身，而具有包含蕩電路12的振動器件10(與所需的電路、部件封裝在一起的振蕩器)。
[0136]CPU 320依照存儲在ROM 340等中的程序，使用振蕩電路12輸出的時鐘脈衝進行各種計算處理和控制處理。具體而言，CPU 320進行與來自操作部330的操作信號對應的各種處理、為了與外部進行數據通信而控制通信部360的處理、發送用於使顯示部370顯示各種信息的顯不信號的處理、使聲音輸出部380輸出各種聲音的處理等。
[0137]操作部330是由操作鍵、按鈕開關等構成的輸入裝置，將與用戶操作對應的操作信號輸出到CPU 320。
[0138]ROM 340存儲有用於使CPU 320進行各種計算處理和控制處理的程序和數據等。
[0139]RAM 350被用作CPU 320的工作區域，臨時存儲從ROM 340讀出的程序和數據、從操作部330輸入的數據、CPU 320依照各種程序執行的運算結果等。
[0140]通信部360進行用於建立CPU 320與外部裝置之間的數據通信的各種控制。
[0141]顯示部370是由LOXLiquid Crystal Display:液晶顯示器)等構成的顯示裝置，根據從CPU 320輸入的顯示信號顯示各種信息。
[0142]並且,聲音輸出部380是揚聲器等輸出聲音的裝置。
[0143]如上所述，振蕩電路12能夠在確保可變電容元件的直線性的同時擴大電容的可變範圍，並且能夠抑制電路規模和功耗的增加。因此，本應用例的電子設備300能夠從振蕩電路12得到具有所需的頻率可變範圍的時鐘脈衝。此外，能夠實現小型且低功耗的電子設備 300。
[0144]作為電子設備300，可以考慮各種電子設備。例如可列舉出個人計算機(例如移動型個人計算機、膝上型個人計算機、平板型個人計算機)、便攜電話機等移動終端、數字靜態照相機、噴墨式排出裝置(例如噴墨印表機)、路由器或開關等存儲區域網絡設備、區域網設備、電視、攝像機、錄像機、車載導航裝置、尋呼機、電子記事本(也包含附帶有通信功能的電子記事本)、電子辭典、計算器、電子遊戲設備、遊戲用控制器、文字處理器、工作站、視頻電話、防範用電視監視器、電子望遠鏡、POS終端、醫療設備(例如電子體溫計、血壓計、血糖計、心電圖計測裝置、超聲波診斷裝置、電子內窺鏡)、魚群探測器、各種測定設備、計量儀器類(例如車輛、飛機、船舶的計量儀器類)、飛行模擬器、頭戴式顯示器、運動追蹤器、運動跟蹤器、運動控制器、PDR (步行者位置方位計測)等。
[0145]圖17是示出作為電子設備300的一例的智慧型手機的外觀的一例的圖。作為電子設備300的智慧型手機具有作為操作部330的按鈕和作為顯示部370的LCD。並且，作為電子設備300的智慧型手機通過使用振蕩電路12，能夠實現小型化且抑制功耗。
[0146]3.2.移動體
[0147]使用圖18來說明作為與第I實施方式、第2實施方式以及它們的變形例有關的應用例的移動體400。
[0148]圖18是示出本實施方式的移動體的一例的圖(俯視圖)。圖18所示的移動體400構成為包含振蕩電路410、發動機系統、制動系統、無鑰匙進入系統等進行各種控制的控制器420、430、440、電池450和備用電池460。另外，本實施方式的移動體也可以是省略或變更了圖18的結構要素(各個部分)的一部分、或者附加了其他結構要素的結構。
[0149]振蕩電路410對應於第I實施方式、第2實施方式或它們的變形例的振蕩電路12。另外，振蕩電路410可以是包含振蕩電路12的振蕩器。雖然省略了其他結構要素的詳細說明，但也要求較高的可靠性，以便進行移動體的移動所需的控制。例如，除電池450以外，通過設置備用電池460來提高可靠性。
[0150]關于振蕩電路410輸出的時鐘脈衝，無論溫度等環境變化如何，都要求是預定的頻率。因此，振蕩電路410例如還可以是第2實施方式的振蕩電路12 (參照圖11參照)。
[0151]此時，振蕩電路410能夠在確保可變電容元件的電容變化的直線性的同時擴大電容的可變範圍，並且能夠抑制電路規模和功耗的增加。因此，本應用例的移動體400的系統能夠從振蕩電路410得到具有也能夠應對溫度等環境變化的頻率可變範圍的時鐘脈衝。因此，能夠確保可靠性，而且避免大型化及功耗的增加。
[0152]作為這樣的移動體400，可以考慮各種移動體，例如可列舉出汽車(也包含電動汽車)、噴氣式飛機、直升飛機等飛機、船舶、火箭、人造衛星等。
[0153]4.其他
[0154]振蕩電路12例如可以使用電子部件在基板上構成,但還可以被IC (IntegratedCircuit:集成電路)化而作為半導體集成電路裝置來提供。由于振蕩電路12形成為單片化的電子部件，因而對於使用者而言使用便利性良好。此處，也可以將與放大元件對應的部分(在上述實施方式中是具有反饋電阻28的反相器25)排除在外而進行IC化。此時，僅通過與振蕩元件(在上述實施方式中為石英振子26)連接即可構成振動器件10 (例如振蕩器)，因而對於使用者而言使用便利性更加良好。此外，振蕩電路12和振蕩器可以被封裝為振動器件10而作為一個電子部件來提供。
[0155]本發明包含與在上述實施方式以及變形例中說明的結構實質相同的結構(例如，功能、方法和結果相同的結構，或者目的和效果相同的結構)。此外，本發明包含對實施方式等中說明的結構的非本質部分進行置換後的結構。此外，本發明包含能夠起到與實施方式等中說明的結構相同作用效果的結構或達到相同目的的結構。此外，本發明包含對實施方式等中說明的結構附加了公知技術後的結構。
【權利要求】
1.一種振蕩電路，其與振蕩兀件連接，使所述振蕩兀件振蕩而輸出振蕩信號，該振蕩電路包含: 放大元件；以及 可變電容元件組，其具有與從所述放大元件的輸出至輸入的振蕩環路連接的至少兩個可變電容元件，所述可變電容元件的電容值由基準電壓與可變的控制電壓之間的電位差控制， 所述可變電容元件組的各個所述可變電容元件的一個端子被施加公共的所述控制電壓，另一個端子被施加對於各個所述可變電容元件電壓彼此不同的所述基準電壓。
2.根據權利要求1所述的振蕩電路,其中， 所述振蕩電路具有能夠調整所述基準電壓的功能。
3.根據權利要求1或2所述的振蕩電路，其中， 所述可變電容元件包含MOS型可變電容元件。
4.根據權利要求1或2所述的振蕩電路，其中， 所述振蕩電路具有多個所述可變電容元件組，在所述可變電容元件組彼此之間所述控制電壓不同。
5.根據權利要求4所述的振蕩電路，其中， 多個所述可變電容元件組中的至少一個所述可變電容元件組是與其他所述可變電容元件組相比，相對於電壓變化的電容變化最小的最小靈敏度可變電容元件組。
6.根據權利要求5所述的振蕩電路，其中， 所述控制電壓由3個種類的一組電壓構成， 所述最小靈敏度可變電容元件組的所述控制電壓使用了其他所述可變電容元件組的所述基準電壓的中間電壓。
7.一種電子設備，該電子設備包含權利要求1或2所述的振蕩電路。
8.—種移動體，該移動體包含權利要求1或2所述的振蕩電路。
【文檔編號】H03B5/32GK103715988SQ201310435743
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】石川匡亨, 山本壯洋, 板坂洋佑 申請人:精工愛普生株式會社