振蕩器和ic晶片的製作方法
2023-05-13 12:11:36
專利名稱：振蕩器和ic 晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及振蕩產生頻率信號的振蕩器和IC晶片。
背景技術：
TCXO(溫度補償型晶體振蕩器)針對周圍溫度的變化，得到穩定的輸出頻率。因此，TCXO廣泛用於行動電話、PND (個人導航設備)等。近年來，對這些設備要求高功能化、可工作時間的長壽命化，對其安裝部件要求低功耗化。以前，通過使TCXO間歇地動作來實現低功耗化，但為了實現進一步的低功耗化，要求以低電壓使TCXO動作。作為使用了這樣的溫度補償型晶體振蕩器的現有的振蕩器，例如存在專利文件I所記載的振蕩器。圖7是表示專利文件I所記載的振蕩器的主要部分的結構圖。該振蕩器由能夠通過電壓改變頻率的振蕩電路1、生成驅動該振蕩電路I所需要的偏壓信號的偏壓生成電路2構成。在此，偏壓生成電路2相當於專利文件I的近似三次函數產生裝置等。圖8是表示專利文件I所記載的振蕩器的近似三次函數產生裝置的結構圖。例如，在使用AT切割的晶體振子的情況下，振蕩頻率具有以三次函數近似的溫度特性，因此，通過該近似三次函數產生裝置21能夠抵消溫度特性。近似三次函數產生裝置21將相對於溫度變化以一次函數的形式變化的來自溫度檢測電路22的溫度檢測值作為輸入信號VIN而輸入，產生補償晶體的溫度特性的溫度補償電壓(偏壓信號BIAS)，將其供給振蕩電路I。近似三次函數產生裝置21由加法器23、三次成分兼常數成分產生部24、一次成分產生部25以及加法電路26構成。加法器23對輸入信號VIN加上用於調整三次函數曲線的中心溫度的可變電壓V0，輸出加法輸出VS。三次成分兼常數成分產生部24被輸入加法輸出VS，輸出輸出信號VA0UT。一次成分產生部25被輸入加法輸出VS，輸出輸出信VBOUT。加法電路26將輸出信號VAOUT和輸出信號VBOUT相力口，輸出溫度補償電壓(偏壓信號BIAS)。構成近似三次函數產生裝置21的三次成分兼常數成分產生部24、一次成分產生部25以及加法電路26接受來自供給電源電壓VDD的外部電源的電力供給。偏壓生成電路2生成用於驅動振蕩電路I的溫度補償電壓(偏壓信號BIAS)、驅動振蕩電路I所需要的基準電壓或基準電流，將它們供給振蕩電路I。由此，能夠正確地補償晶體振蕩器的溫度特性。專利文件1:日本專利3233946號公報
發明內容
發明要解決的問題但是，在如專利文件I所記載的 以往的振蕩器的電路結構中，即使使電源電壓低電壓化也無法實現大幅降低。進一步，在以往的振蕩器的電路結構中，只簡單地使電源電壓低電壓化，有時動態範圍會減少，相位噪聲會惡化。因此，在以往的振蕩器的電路結構中，難以實現電源電壓的低電壓化。另外，不只是使用晶體振子的晶體振蕩器，在使用其他振蕩元件的振蕩電路中也同樣存在這樣的問題。本發明是鑑於上述問題而提出的，其目的在於提供採用現有的電路結構並且不使相位噪聲惡化就能夠使電源電壓低電壓化的振蕩器。用於解決問題的方案本發明的某方式的振蕩器的特徵在於，具有:振蕩電路；偏壓生成電路，其生成用於驅動上述振蕩電路的偏壓信號；以及升壓電路，其對電源電壓進行升壓，生成用於驅動上述偏壓生成電路的升壓電壓。根據該結構，採用現有的電路結構並且不使相位噪聲惡化就能夠使電源電壓低電壓化。在上述振蕩器中 ，也可以是根據上述振蕩電路的輸出信號來驅動上述升壓電路。這樣,具有以下的效果,在升壓電路的輸出電壓中產生的寄生波(spurious Tone)只為振蕩頻率的整數倍，在升壓電壓HVDD中不會出現非高次諧波寄生信號。在上述振蕩器中，也可以是上述偏壓生成電路具備:第一偏壓生成電路，其由上述電源電壓進行驅動；第二偏壓生成電路，其由從上述升壓電路輸出的升壓電壓進行驅動；以及切換部，其對上述第一偏壓生成電路的輸出和上述第二偏壓生成電路的輸出進行切換。這樣，能夠提高電源接通時的振蕩電路的啟動特性，並且通過升壓電路驅動偏壓生成電路。在上述振蕩器中，也可以是上述第一偏壓生成電路是用於促進振蕩的振蕩促進用偏壓生成電路，上述第二偏壓生成電路是用於進行通常動作的通常動作用偏壓生成電路。
上述振蕩器也可以還具有控制電路，該控制電路控制上述切換部的切換動作。在上述振蕩器中，也可以是上述控制電路判定從上述升壓電路輸出的上述升壓電壓是否是規定的電壓，在上述升壓電壓是規定的電壓的情況下，輸出用於執行上述切換部的切換處理的控制信號。這樣，能夠以所需最低限的時間並且穩定地進行振蕩電路的啟動。在上述振蕩器中，也可以是用溫度補償電路來實現上述偏壓生成電路。在上述振蕩器中，也可以是上述偏壓信號包含溫度補償電壓來實現。在上述振蕩器中，也可以是實現為上述偏壓信號被供給作為上述振蕩電路內的電壓可變電容量元件的控制電壓。在上述振蕩器中，也可以是上述偏壓生成電路通過生成驅動上述振蕩電路所需要的基準電壓或基準電流的電路來實現。在上述振蕩器中，也可以是上述偏壓信號包含驅動上述振蕩電路所需要的基準電壓、基準電流來實現。在上述振蕩器中，也可以是實現為上述偏壓信號被供給作為上述振蕩電路內的振蕩器電流的參考。在上述振蕩器中，也可以是上述偏壓生成電路通過存儲溫度校正用參數的存儲電路來實現。
本發明的某形式的IC晶片的特徵在於，在該IC晶片的內部具備:振蕩電路；偏壓生成電路，其生成用於驅動上述振蕩電路的偏壓信號；以及升壓電路，其對電源電壓進行升壓，驅動上述偏壓生成電路，該IC晶片還具備:電源用端子，其用於接受來自供給上述電源電壓的外部電源的電力供給；振子用端子，其用於將被上述振蕩電路控制的振子和上述振蕩電路連接起來；接地用端子，其用於進行接地連接；輸出端子，其用於輸出上述振蕩電路的輸出信號。根據該結構，振蕩電路被安裝在一個IC晶片內，接受來自IC晶片的外部的電源的電源電壓，通過IC晶片內的升壓電路對電源電壓進行升壓。因此，例如在製造設置於安裝基板的電源、其他IC晶片的情況下，能夠不考慮IC晶片外部所具備的電源的電源電壓的降低對振蕩電路的影響地製造電源、IC晶片等。發明效果根據本發明的一個方式，採用現有的電路結構並且不使相位噪聲惡化就能夠使電源電壓低電壓化。
圖1是表示本發明的第一實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。圖2是表示本發明的第二實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。圖3是表示本發明的第三實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。圖4是表示本發明的第三實施方式涉及的晶體振蕩器的動作的一個例子的時序圖。圖5是表示本發 明的第四實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。圖6是表示本發明的第四實施方式涉及的晶體振蕩器的動作的一個例子的時序圖。圖7是表示專利文件I所記載的振蕩器的主要部分的結構圖。圖8是表示專利文件I所記載的振蕩器的近似三次函數產生裝置的結構圖。
具體實施例方式以下，參照
本發明的實施方式。在以下的說明中所參照的各圖中，對於與其他圖同等的部分用相同附圖標記來表示。(第一實施方式)圖1是表示本發明的第一實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。圖1圖示了以下的情況，即，第一實施方式涉及的(作為振蕩器的)晶體振蕩器被安裝在一個IC晶片10內，並配置在電子設備內的安裝基板100上。另外，在安裝基板100上，與IC晶片10獨立地配置有安裝了處理電路的IC晶片20。具體地說，IC晶片20的處理電路是例如接受來自IC晶片10的晶體振蕩器的輸出頻率而執行輸入輸出裝置等的處理的處理電路。在圖1中，晶體振子Ia配置在安裝基板100上，設置在IC晶片10的外部，但也可以將IC晶片10和晶體振子Ia安裝在同一模塊內。安裝於IC晶片10的第一實施方式涉及的晶體振蕩器由向晶體振子Ia施加電壓的振蕩電路1、生成振蕩電路I所需要的偏壓信號BIAS的偏壓生成電路2以及升壓電路3構成。在此，升壓電路3是用於驅動偏壓生成電路2的電路。另外，振蕩電路I和偏壓生成電路2分別與圖7中的振蕩電路I和偏壓生成電路2相同。在此，振蕩電路1、偏壓生成電路2以及升壓電路3被安裝在IC晶片10內。另外，該IC晶片10還具備:電源用端子11，其用於接受來自外部電源的電源電壓VDD的供給；接地用端子12，其用於進行接地連接；振子用端子13，其用於將晶體振子Ia和振蕩電路I連接起來；以及輸出端子F0UT，其向IC晶片10的外部輸出來自振蕩電路I的輸出頻率。偏壓生成電路2例如可以通過由專利文件I所記載的近似三次函數產生裝置等構成的溫度補償電路來實現，也可以通過生成驅動振蕩電路I所需要的基準電壓或基準電流的電路來實現，還可以通過存儲溫度校正用參數的存儲電路等來實現。從偏壓生成電路2輸出的偏壓信號BIAS例如在TCXO的情況下是包含溫度補償電壓的偏壓信號BIAS。而且,該偏壓信號BIAS被供給作為振蕩電路I內的電壓可變電容量兀件的控制電壓，從而能夠任意地控制振蕩頻率，補償晶體的溫度特性。另外，從偏壓生成電路2輸出的偏壓信號BIAS例如在SPXO (封裝晶體振蕩器)的情況下是包含驅動振蕩電路I所需要的基準電壓、基準電流的偏壓信號BIAS。而且，該偏壓信號BIAS被供給作為振蕩電路I內的振蕩器電流等的參考，從而能夠使電源電壓VDD的變動所引起的振蕩頻率的變動變得良好。另外， 升壓電路3是對電源電壓VDD進行升壓而生成電壓比電源電壓VDD高的升壓電壓HVDD的電路，通過該升壓電壓HVDD驅動偏壓生成電路2。即，第一實施方式涉及的晶體振蕩器具有升壓電路3，由此即使電源電壓VDD低，也能夠以升壓電壓HVDD來驅動偏壓生成電路2。由此，能夠直接採用現有的電路結構，並且偏壓生成電路2內的動態範圍也不會減小，因此，能夠防止相位噪聲惡化。這樣，可以說本發明不管構成晶體振蕩器的偏壓生成電路的種類如何均是有用的。另外，安裝晶體振蕩器的IC晶片10和其他元件(電源、IC晶片20等)有時分別由不同的製造廠商製造。在該情況下，如圖1所示，如果將晶體振蕩器安裝在一個IC晶片10內(即如果在IC晶片10內具備升壓電路3)，則即使在為了電子設備的省電化而想要將電源電壓VDD設定得低的情況下，製造電源、IC晶片20等的製造廠商也可能不考慮該低電力化對晶體振蕩器的影響而製造電源、IC晶片20等。另外，也能夠構成為從IC晶片10的外部輸入升壓電路3進行動作所需要的時鐘。然而，近年來，晶體振蕩器不斷小型化，管腳數受到限制。因此，通過將由RC電路等構成的振蕩電路內置在IC晶片10內，能夠不增加管腳數而實現第一實施方式涉及的晶體振蕩器。另外，偏壓生成電路2也可以包含生成用於補償輸出頻率的溫度特性的溫度補償信號的電路，將該溫度補償信號作為偏壓信號BIAS供給振蕩電路I。進一步，偏壓生成電路2不需要用升壓電壓HVDD來驅動構成偏壓生成電路2的全部電路，也可以用電源電壓VDD來驅動其一部分電路。(第二實施方式)圖2是表示第二實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。另外，在圖2中，省略了安裝基板100上的IC晶片10以外的結構，只圖示出安裝有晶體振蕩器的IC晶片10的結構(在以後的實施方式中也相同)。圖2所示的第二實施方式涉及的晶體振蕩器採用與第一實施方式涉及的晶體振蕩器的結構大致相同的結構，但其不同點在於通過振蕩電路I的輸出信號來驅動升壓電路3。S卩，升壓電路3以振蕩電路I的輸出信號為時鐘執行升壓動作。由此，在升壓電路3的輸出電壓(升壓電壓HVDD)中產生的寄生波只為振蕩頻率的整數倍，在升壓電壓HVDD中不會出現非高次諧波寄生信號。在此，在輸出端子FOUT原來就存在因輸出波形(矩形、鉗位正弦波等)產生的振蕩頻率的整數倍的高次諧波寄生信號，因此即使在升壓電路3的輸出中產生上述的寄生波也不成為問題。例如，在通過RC振蕩電路驅動升壓電路3的情況下，有時在輸出端子FOUT作為寄生信號成分而產生RC振蕩電路的輸出頻率。進一步，RC振蕩電路的輸出頻率和振蕩電路I的振蕩頻率混合，由此會在各種頻帶產生非高次諧波寄生信號。然而，根據第二實施方式的晶體振蕩器，能夠避免這些問題。(第三實施方式)圖3是表示本發明的第三實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。如圖3所示那樣，構成第三實施方式涉及的晶體振蕩器的偏壓生成電路2由(作為第一偏壓電路的)振蕩促進用偏壓生成電路2a、(作為第二偏壓電路的)通常動作用偏壓生成電路2b以及切換部4構成。另外，第三實施方式的晶體振蕩器構成為包含用於控制切換部4的控制電路5。振蕩促進用偏壓生成電路2a被電源電壓VDD驅動，晶體振蕩器的負性電阻提高，輸出促進振蕩那樣的偏壓BIASD。另一方面，通常動作用偏壓生成電路2b被升壓電壓HVDD驅動，輸出使晶體振蕩器進行通常動作那樣的偏壓BIASH。此處的「通常動作」例如在TCXO的情況下意味著進行溫度補償而輸出預先決定的規定的振蕩頻率的狀態。另外，控制電路5向切換部4輸出控制信號CONTROL。切換部4與該控制信號CONTROL相應地進行切換振蕩促進用偏壓生成電路2a所輸出的偏壓BIASD和通常動作用偏壓生成電路2b所輸出的偏壓BIASH的動作。圖4是表示本發明的第三實施`方式涉及的晶體振蕩器的動作的一個例子的時序圖。如圖4所示，與電源接通(電源電壓VDD上升)大致同時地，振蕩促進用偏壓生成電路2a所輸出的偏壓BIASD作為偏壓信號BIAS輸入到振蕩電路I，成為促進晶體振蕩器的振蕩動作的振蕩促進狀態。在開始振蕩動作而在輸出端子FOUT輸出時鐘時，升壓電路3進行動作，升壓電壓HVDD上升。然後，根據控制電路5的控制信號CONTROL，切換偏壓BIASD和偏壓BIASH，晶體振蕩器向通常動作狀態轉移。如以上那樣，根據第三實施方式的晶體振蕩器，能夠提高電源接通時的晶體振蕩器的啟動特性，並且通過升壓電路3驅動偏壓生成電路2。另外，控制電路5也可以由計時器電路等構成，從而按照時間常數來進行控制。(第四實施方式)圖5是表示本發明的第四實施方式涉及的晶體振蕩器的結構的一個例子的框圖。圖5所示的第四實施方式涉及的晶體振蕩器的結構與第三實施方式涉及的晶體振蕩器的結構(圖3)大致相同。但是，與圖3的不同點在於:控制電路5基於升壓電路3的輸出電壓(升壓電壓HVDD)控制切換部4，使其執行偏壓的切換動作。在升壓電路3輸出的升壓電壓HVDD小於預先決定的規定的電壓Vth的情況下，通常動作用偏壓生成電路2b的動作有時變得不穩定。在通常動作用偏壓生成電路2b的動作不穩定的狀態下偏壓BIASH作為偏壓信號BIAS施加到振蕩電路I的情況下，有時負性電阻惡化而啟動時間延遲、振蕩停止。因此，理想的是在升壓電壓HVDD成為規定的電壓Vth以上那樣的定時來執行切換部4的切換動作。圖6是表示本發明的第四實施方式涉及的晶體振蕩器的動作的一個例子的時序圖。如圖4所說明的那樣，在振蕩動作開始而在輸出端子FOUT輸出時鐘時，升壓電路3進行動作而升壓電壓HVDD上升。在第四實施方式的晶體振蕩器中，當之後由控制電路5檢測出升壓電壓HVDD成為預先決定的規定的電壓Vth時，控制電路5向切換部4輸出控制信號CONTROL。而且，根據該控制信號CONTROL，切換部4將向振蕩電路I輸出的偏壓信號BIAS從偏壓BIASD切換到偏壓BIASH。如以上那樣，根據第四實施方式的晶體振蕩器，控制電路5判定升壓電路3的升壓電壓HVDD是否是預先決定的規定的電壓Vth，在輸出電壓HVDD是規定的電壓Vth的情況下，向切換部4輸出控制信號CONTROL。切換部4被輸入該控制信號CONTROL，由此執行將向振蕩電路I輸出的偏壓信號BIAS從偏壓BIASD切換到偏壓BIASH的動作。由此，能夠以所需最低限的時間並且穩定地進行晶體振蕩器的啟動。另外，規定的電壓Vth也可以在電源電壓VDD的上升和下降時具有滯後。另外，在以上說明的本發明的各實施方式中，作為振蕩器的一個例子用晶體振蕩器進行了說明，但振蕩器的振蕩元件並不限於晶體振子。例如，作為晶體振子的替代，也可以使用 SAW (surface acoustic wave:聲表面波)振子、BOW (bulk acoustic wave:聲體波)振子、MEMS (Micro Electro Mechanical Systems:微機電系統)、陶瓷振子等。即使是這些振子也起到同樣的效果。以上說明了本發明的實施方式，但本發明的範圍並不限於圖示和記載的示例的實施方式，還包含帶來與本發明的目的等同的效果的全部實施方式。進一步，通過全部公開的各個特徵中的特定特徵的所有希望的組合，能夠劃定本發明的範圍。
附圖標記說明1:振蕩電路；la:晶體振子；2:偏壓生成電路；2a:振蕩促進用偏壓生成電路；2b:通常動作用偏壓生成電路；3:升壓電路；4:切換部；5:控制電路；10:1C晶片(晶體振蕩器)；11:電源用端子；12:接地用端子；13:振子用端子；20:1C晶片(處理電路)；21:近似三次函數產生裝置；100:安裝基板；BIAS:偏壓信號；BIASH:通常動作用偏壓；BIASD:振蕩促進用偏壓；C0NTR0L:控制信號；F0UT:輸出端子；VDD:電源電壓；HVDD:升壓電壓；Vth:規定的電壓。
權利要求
1.一種振蕩器,其特徵在於,具有: 振蕩電路； 偏壓生成電路，其生成用於驅動上述振蕩電路的偏壓信號；以及 升壓電路，其對電源電壓進行升壓，生成用於驅動上述偏壓生成電路的升壓電壓。
2.根據權利要求1所述的振蕩器，其特徵在於， 根據上述振蕩電路的輸出信號來驅動上述升壓電路。
3.根據權利要求1或2所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓生成電路具備: 第一偏壓生成電路，其由上述電源電壓進行驅動； 第二偏壓生成電路，其由從上述升壓電路輸出的升壓電壓進行驅動；以及 切換部，其對上述第一偏壓生成電路的輸出和上述第二偏壓生成電路的輸出進行切換。
4.根據權利要求3所述的振蕩器，其特徵在於， 上述第一偏壓生成電路是用於促進振蕩的振蕩促進用偏壓生成電路， 上述第二偏壓生成電路是用於進行通常動作的通常動作用偏壓生成電路。
5.根據權利要求3或4所述的振蕩器，其特徵在於， 還具有控制電路，該控制電路控制上述切換部的切換動作。
6.根據權利要求5所述的振蕩器 ，其特徵在於， 上述控制電路判定從上述升壓電路輸出的上述升壓電壓是否是規定的電壓，在上述升壓電壓是規定的電壓的情況下，輸出用於執行上述切換部的切換處理的控制信號。
7.根據權利要求1 6中的任一項所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓生成電路是溫度補償電路。
8.根據權利要求7所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓信號包含溫度補償電壓。
9.根據權利要求8所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓信號作為上述振蕩電路內的電壓可變電容元件的控制電壓來被供給。
10.根據權利要求1 6中的任一項所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓生成電路是生成驅動上述振蕩電路所需要的基準電壓或基準電流的電路。
11.根據權利要求10所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓信號包含驅動上述振蕩電路所需要的基準電壓或基準電流。
12.根據權利要求11所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓信號作為上述振蕩電路內的振蕩器電流的參考來被供給。
13.根據權利要求1 6中的任一項所述的振蕩器，其特徵在於， 上述偏壓生成電路是存儲溫度校正用參數的存儲電路。
14.一種IC晶片，其特徵在於， 在該IC晶片的內部具備:振蕩電路；偏壓生成電路，其生成用於驅動上述振蕩電路的偏壓信號；以及升壓電路，其對電源電壓進行升壓，驅動上述偏壓生成電路， 該IC晶片還具備: 電源用端子，其用於接受來自供給上述電源電壓的外部電源的電力供給；振子用端子，其用於將由上述振蕩電路控制的振子和上述振蕩電路連接起來；接地用端子，其用於進行接地連接；以及輸出端子，其用於輸·出上述振蕩電路的輸出信號。
全文摘要
本發明提供一種振蕩器，其採用以往的電路結構並且不使相位噪聲惡化就能夠使電源電壓低電壓化。根據本發明的一個方式，提供一種振蕩器，具有振蕩電路(1)；偏壓生成電路(2)，其生成用於驅動振蕩電路(1)的偏壓信號；升壓電路(3)，其對電源電壓(VDD)進行升壓，驅動偏壓生成電路(2)。另外，也可以在一個IC晶片(10)內設置振蕩電路(1)、偏壓生成電路(2)以及升壓電路(3)，升壓電路(3)從設置於IC晶片(10)的外部的電源接受電源電壓(VDD)而進行升壓。
文檔編號H03B5/32GK103250347SQ20128000373
公開日2013年8月14日 申請日期2012年11月12日 優先權日2011年12月9日
發明者丸晴彥 申請人:旭化成微電子株式會社