專利名稱：石英振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石英振蕩器，特別涉及適合于將石英振子以外的電路單芯片化的石英振蕩器。
背景技術：
以往，在便攜電話等的移動通信設備中廣泛使用溫度補償石英振蕩器(TCXOTemperature Compensated Crystal Oscillator)。
圖10是表示以往的溫度補償石英振蕩器的概略結構的圖。
該圖10中所示的TCXO 100由石英振子101和單芯片IC 102構成。除石英振子101之外的TCXO電路部103和內部存儲電路104集成在單芯片IC102中。TCXO電路部103由溫度補償電壓發(fā)生電路105和壓控振蕩電路106構成。溫度補償電壓發(fā)生電路105根據(jù)來自內部存儲電路104的數(shù)據(jù)產生溫度補償電壓，并向壓控振蕩電路106輸出。
壓控振蕩電路106是具有電壓可變電容元件107的電壓控制型的振蕩電路，可以根據(jù)來自所述溫度補償電壓發(fā)生電路105的溫度補償電壓進行振蕩頻率的可變控制。
例如為了補償以三次曲線示出的石英振子101的頻率溫度特性，在內部存儲電路104中保存了用于分別地調整溫度補償電壓發(fā)生電路105中產生的電壓相對于溫度的三次系數(shù)或一次系數(shù)的參數(shù)的數(shù)據(jù)。
并且，作為上述這樣的TCXO的先行文獻有專利文獻1等。
專利文獻1日本特開2004-356872號公報近年來，在便攜電話用的TCXO等中，高功能化的要求也在提高，對低相位噪聲特性或諧波頻譜噪聲去除等性能的要求也變得更加嚴格。例如，有以下這樣的要求當偏頻1kHz時相位噪聲不超過-135dBc，對于諧波不超過-15dBc。
為了兼顧上述低相位噪聲特性的提高與諧波頻譜噪聲去除，可以把石英振蕩器100的輸出波形調整為正弦波輸出，但在該情況下存在不利之處，即石英振蕩器100變成用于需要正弦波輸出的專用機型，作為石英振蕩器能夠使用的范圍非常有限。
即，以往的石英振蕩器在根據(jù)用途所要求的性能不同的情況下，需要制作具有滿足各自要求的波形輸出電路的石英振蕩器，因此難以充分達成石英振蕩器的低價格化，不是通用性的產品。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明就是鑒于上述這樣的情況而提出的，其目的在于提供一種能夠根據(jù)使用用途來改變振蕩信號的波形輸出的石英振蕩器。
為了達成上述目的，本發(fā)明的第一方面的石英振蕩器，經由緩沖電路輸出以石英振子作為振動源來振蕩的振蕩電路的振蕩輸出信號，其特征在于，具有多個波形輸出電路，其設置在所述緩沖電路中，當輸入所述振蕩輸出信號時，轉換為各不相同的波形并輸出；電路選擇單元，其在所述多個波形輸出電路中選擇任意一個作為所述緩沖電路的波形輸出電路；以及存儲電路，其存儲用于所述電路選擇單元選擇所述波形輸出電路的任意一個的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第二方面的石英振蕩器，其特征在于，在第一方面的石英振蕩器中，所述振蕩電路具有具備電壓可變電容元件的壓控振蕩電路、和用于利用所述電壓可變電容元件進行溫度補償?shù)臏囟妊a償電壓發(fā)生電路，在所述存儲電路中，存儲有用于補償所述石英振子的溫度特性的溫度補償數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第三方面的石英振蕩器，其特征在于，在第一方面的石英振蕩器中，至少所述振蕩電路、所述緩沖電路、所述電路選擇單元以及所述存儲電路由單芯片構成。
根據(jù)本發(fā)明，通過設置多個波形輸出電路、電路選擇單元和存儲電路，能夠根據(jù)使用用途改變從波形輸出電路輸出的振蕩信號的波形輸出。其中，這多個波形輸出電路在對緩沖電路輸入了振蕩電路的振蕩輸出信號時，將該信號轉換為各不相同的波形后輸出；電路選擇單元在這些多個波形輸出電路中選擇任意一個作為緩沖電路的波形輸出電路；存儲電路存儲有用于該電路選擇單元選擇波形輸出電路中的任意一個的數(shù)據(jù)。
由此，能夠實現(xiàn)通過一個石英振蕩器對應多個用途的石英振蕩器，能夠提高石英振蕩器的附加價值。
特別是，根據(jù)本發(fā)明，具有以下優(yōu)點即使在為了實現(xiàn)小型化而把石英振子以外的電路元件全部集成在單芯片IC內的石英振蕩器中，也能夠根據(jù)用途改變振蕩信號的輸出波形。


圖1是表示作為本發(fā)明的實施方式的TCXO的概要結構的圖。
圖2是表示正弦波信號的輸出波形的圖。
圖3是表示削波正弦波信號的輸出波形的圖。
圖4是表示正弦波輸出電路的結構的圖。
圖5是表示選擇正弦波輸出電路時的諧波頻譜的圖。
圖6是表示作為本實施方式的TCXO的C/N特性的圖。
圖7是表示削波正弦波輸出電路的結構的圖。
圖8是表示選擇削波正弦波輸出電路時的諧波頻譜的圖。
圖9是表示CMOS電平輸出電路的結構的圖。
圖10是表示以往的TCXO的概要結構的圖。
具體實施例方式
以下對本發(fā)明的實施方式進行說明。并且，在本實施方式中作為本發(fā)明的石英振蕩器的一例以溫度補償石英振蕩器(TCXO)為例進行說明。
圖1是表示作為本發(fā)明的實施方式的TCXO的概要結構的圖。
該圖1中所示的TCXO 1由石英振子2和單芯片IC 3構成。在單芯片IC3中集成有除石英振子2之外的TCXO電路部4、緩沖電路部5以及內部存儲電路6。TCXO電路部4由溫度補償電壓發(fā)生電路7和具有電壓可變電容元件9、能夠通過電壓進行振蕩頻率的控制的壓控振蕩電路8構成。
在內部存儲電路6中，保存有溫度補償電壓發(fā)生電路7的設定參數(shù)，該溫度補償電壓發(fā)生電路7輸出用于補償石英振子2的頻率溫度特性的溫度補償電壓。
緩沖電路部5對來自TCXO電路部4的振蕩輸出信號進行阻抗變換等，作為振蕩信號輸出。在該緩沖電路部5與TCXO電路部4之間設有用于對TCXO電路部4的壓控振蕩電路8的輸出和緩沖電路部5的輸入進行耦合的耦合電容器Cb。
作為對來自TCXO電路部4的振蕩輸出信號進行阻抗變換并向外部輸出的波形輸出電路，在緩沖電路部5中設有正弦波輸出電路10、削波(clipped)正弦波輸出電路11以及CMOS電平輸出電路12。
在正弦波輸出電路10的輸入輸出線中，作為電路選擇單元，分別插入有開關SW1a、SW1b。同樣，在削波正弦波輸出電路11的輸入輸出線中，作為電路選擇單元，插入有開關SW2a、SW2b；在CMOS電平輸出電路12的輸入輸出線中，作為電路選擇單元，插入有開關SW3a、SW3b。
通過接通這些開關SW1a、SW1b～SW3a、SW3b中的任意一個來選擇任意一個波形輸出電路。
例如，要輸出如圖2所示的正弦波信號時，通過僅接通一對開關SW1a、SW1b，全部切斷其它的開關SW2a、SW2b、開關SW3a、SW3b，來選擇正弦波輸出電路10作為緩沖電路。
并且，如果僅選擇各波形輸出電路的功能，本來僅用波形輸出電路的輸入側開關SW1a、SW2a、SW3a就足夠，但通過添加開關SW1b、SW2b、SW3b，能夠防止在TCXO 1的輸出端OUT處產生不必要的負載，因此能夠提高TCXO 1的輸出信號電平的穩(wěn)定度。
即，在需要正弦波時，通過切斷除SW1a和SW1b之外的開關，變成在TCXO 1的輸出端OUT處僅連接正弦波輸出電路10的結構，因此例如在伴隨環(huán)境溫度的變化輸出波形電路11、12的額定電容發(fā)生變動的情況下，也不會對TCXO 1的振蕩功能帶來影響。
并且，也可以增加在各輸出波形電路的電源與TCXO 1的電源端子之間分別設置開關的結構，在該情況下，例如，當需要正弦波輸出時，通過接通開關SW1a與SW1b以及設在正弦波輸出電路10的電源與TCXO 1的電源端子之間的開關，同時切斷開關SW2a、SW2b與SW3a、SW3b以及設在波形輸出電路11的輸出端與TCXO 1的電源端子之間的開關、設在波形輸出電路12的輸出端與TCXO 1的電源端子之間的開關，因為不消耗不必要的電力，所以能夠維持TCXO的低耗電化。
此外，當要輸出如圖3所示的限制振幅后的限幅信號(削波正弦波)時，通過僅接通一對開關SW2a、SW2b，全部切斷其它的開關SW1a、SW1b、開關SW3a、SW3b，來選擇削波正弦波輸出電路11作為緩沖電路。
此外，當要輸出省略圖示的CMOS電平信號時，通過僅接通一對開關SW3a、SW3b，全部切斷其它的開關SW1a、SW1b、開關SW2a、SW2b，選擇CMOS電平輸出電路12作為緩沖電路。
在本實施方式的TCXO 1中，可以在內部存儲電路6中保存在這些波形輸出電路10～12之中選擇哪一個波形輸出電路的信息，可以根據(jù)所保存的存儲信息，僅接通開關SW1a、SW1b、開關SW2a、SW2b和開關SW3a、SW3b中的任意一組開關。
此外，實際上在TCXO 1出廠時已經決定了內部存儲電路6內的用于選擇波形輸出電路的存儲信息，在出廠后不能任意選擇波形輸出電路。
以下，針對緩沖電路部的每個波形輸出電路說明本實施方式的TCXO1的輸出波形。
首先，對于作為緩沖電路選擇了正弦波輸出電路時的輸出波形進行說明。該情況下在內部存儲電路6中寫入了用于僅接通開關SW1a、SW1b的數(shù)據(jù)。
圖4是表示正弦波輸出電路的電路結構的圖。
該圖4中所示的正弦波輸出電路10由模擬放大器構成，該放大器構成為在由Pch晶體管M1和Nch晶體管M2構成的反相放大電路的輸入輸出之間連接了反饋電阻Rf，在該情況下，對于所輸入的振蕩信號表示出線性的輸出特性。
圖5是表示選擇了正弦波輸出電路時的諧波頻譜的圖。如該圖5所示，可以看出諧波頻譜實現(xiàn)了對于基波的2次諧波成分不超過-22dBc，3次諧波不超過-34dBc。并且，可以明白如圖6所示的相位噪聲特性實現(xiàn)了不超過-150dBc/Hz的本底噪聲(noise floor)，在偏頻1kHz時為-138dBc/Hz。從而，選擇正弦波輸出電路10作為緩沖電路時，低C/N且具有良好的諧波噪聲除去比。
接著，對于作為緩沖電路選擇了削波正弦波輸出電路時的輸出波形進行說明。該情況下在內部存儲電路6中寫入了用于僅接通開關SW2a、SW2b的數(shù)據(jù)。
圖7是表示削波正弦波輸出電路的電路結構的圖。
如該圖7所示，削波正弦波輸出電路11在前級具有由Pch晶體管M1和Nch晶體管M2構成的反相放大器21、以及由Pch晶體管M3和Nch晶體管M4構成的反相放大器22，在末級為了以低阻抗輸出，具有由Nch晶體管M8和Pch晶體管M9構成的CMOS推挽放大器24。M5是耗盡型的MOS晶體管，由此由Pch晶體管M6和Nch晶體管M7構成的第3級的阻抗放大器23的輸出振幅成為(VREG-VGSM5)，如果設基準定電壓VREG＝2.1V，因為M5是耗盡型的MOS晶體管，振幅為1.9Vp-p左右。
第3級的反相放大器23的輸出信號被電容CB1和電容CB2截去直流成分，分別輸入到Nch晶體管M8的柵極和Pch晶體管M9的柵極，由于電阻R1、R2的分壓，Nch晶體管M8的柵電壓為VGM8，所以當Nch晶體管M8導通時，Pch晶體管M9的VGS幾乎消失，成為截止狀態(tài)。因此，最終的輸出電壓振幅不依存于電源電壓，大致按照(VGM8-VGSM8)的關系保持不變。
例如，如果設VREG＝2.1V、VGM8＝1.8V左右，雖然受Nch晶體管M8的驅動能力的影響，但作為最終輸出信號能夠得到大約1.0Vp-p左右的恒定振幅。
但是，如果電源電壓VDD變低，產生基準定電壓的電源電路的晶體管進入飽和區(qū)，但如果(VDD-VREG≥0.2V)，則沒有特別的問題，在寬的電源電壓范圍內能夠得到穩(wěn)定的輸出信號。一般，如果(VDD-VREG≥0.2V)則沒有特別問題，如果設VREG＝2.1V，則直至VDD＝2.3V都可以穩(wěn)定工作。
形成這樣的結構，是因為這樣能夠從直流電源側(VDD)提供用于CMOS推挽放大器24向輸出負載流入、以及用于第3級的反相放大器23對電容CB1、CB2進行充電的電流，例如，與把基準定電壓VREG作為第3級的反相放大器的電源時相比，產生基準定電壓的電源電路的負載減輕，對于高頻動作，基準電壓VREG穩(wěn)定。由此，能夠較低地抑制產生基準定電壓VREG用的放大器的驅動能力，能夠得到低噪聲特性的基準定電壓VREG，能夠從輸出信號中除去不必要的頻譜成分，此外因為抑制了由VREG中包含的噪聲而引起的相位調制的敏感度，所以對改善相位本底噪聲有效。
即，如果產生基準定電壓VREG的電源電路的負載變輕，則能夠將產生基準定電壓VREG的放大器的驅動能力抑制得較低，所以能夠得到低噪聲特性的基準定電壓VREG，將具有這樣低噪聲特性的定電壓VREG作為電源，驅動第1、第2級的反相放大器，并且，第3級的反相放大器由基于定電壓VREG的柵/源間電位來驅動控制，因此能夠從石英振蕩器的輸出側的輸出端OUT得到C/N特性優(yōu)良、輸出信號的振幅水平變化特性穩(wěn)定的信號。
圖8是表示選擇削波正弦波輸出電路時的諧波頻譜的圖，該圖8中示出的選擇削波正弦波輸出電路時的諧波頻譜，并不如上述圖5中所示的選擇正弦波輸出電路時那么好，相對于基波，2次諧波成分不超過-26dBc，但3次諧波無法滿足不超過-15dBc?；旧峡梢钥吹诫y以抑制奇數(shù)次諧波的噪聲成分。
并且，關于圖6中示出的相位噪聲特性，與選擇正弦波輸出電路時相比，本底噪聲約為-148dBc/Hz左右，在偏頻1kHz時為-134dBc/Hz左右。
因此，當作為緩沖電路選擇了削波正弦波輸出電路11時，不能說它低C/N且諧波噪聲除去比良好，但是因為輸出電路的末級是低阻抗輸出，所以具有抗輸出負載變化能力強的優(yōu)點。
接著，對于作為緩沖電路選擇了CMOS電平輸出電路時的輸出波形進行說明。在該情況下在內部存儲電路6中寫入了用于僅接通開關SW3a、SW3b的數(shù)據(jù)。
圖9是表示CMOS電平輸出電路的電路結構的圖。
如該圖9所示，CMOS電平輸出電路12由模擬放大器31、反相放大器32、反相放大器33和反相放大器34構成，反相放大器33與反相放大器34并聯(lián)連接。其中，模擬放大器31在由Pch晶體管M1和Nch晶體管M2構成的反相放大電路的輸入輸出之間連接反饋電阻Rf而構成；反相放大器32由Pch晶體管M3和Nch晶體管M4構成；反相放大器33由Pch晶體管M5和Nch晶體管M6構成；反相放大器34由Pch晶體管M7和Nch晶體管M8構成。
當作為緩沖電路選擇了這樣結構的CMOS電平輸出電路12時，能夠實現(xiàn)適合于傳送用途的TCXO。
這樣本實施方式的TCXO在緩沖電路部5中作為波形輸出電路設有正弦波輸出電路10、削波正弦波輸出電路11以及CMOS電平輸出電路12，在出廠時，可以選擇任意一個波形輸出電路。因此，如果這樣構成，則可以通過一個TCXO實現(xiàn)對應于多種用途的石英振蕩器，這樣就能夠提高TCXO的附加價值。
例如，如果選擇了正弦波輸出電路10作為波形輸出電路，則能夠構成低C/N且諧波除去比良好的TCXO。如果選擇了削波正弦波輸出電路11作為波形輸出電路，則能夠構成C/N和諧波噪聲惡化不嚴重、且抗輸出負載變化能力強的TCXO。如果選擇了CMOS電平輸出電路12作為波形輸出電路，則能夠構成適用于傳送用途的TCXO。
特別是，根據(jù)本實施方式的TCXO，在以往輸出波形的變更困難的、石英振子2以外的所有電路元件集成在單芯片IC 3內的TCXO中，也能夠改變振蕩電路的振蕩信號的輸出波形。
此外，在本實施方式中，作為波形輸出電路列舉了設有正弦波輸出電路10、削波正弦波輸出電路11、以及CMOS電平輸出電路12的情況，但這只不過是一個例子，只要是能夠得到與石英振蕩器的用途相對應的波形輸出的波形輸出電路，可以設置任何電路。
并且在本實施方式中列舉了在緩沖電路5中具有3個波形輸出電路的情況，但在緩沖電路5中設置的波形輸出電路的數(shù)量可以是任意的。
此外，本實施方式列舉了溫度補償石英振蕩器(TCXO)作為本發(fā)明的石英振蕩器的一個例子，但當然本發(fā)明也可以適用于TCXO以外的石英振蕩器。
權利要求
1.一種石英振蕩器，經由緩沖電路輸出以石英振子作為振動源而振蕩的振蕩電路的振蕩輸出信號，其特征在于，具有多個波形輸出電路，其設置在所述緩沖電路中，當輸入了所述振蕩輸出信號時，轉換為各不相同的波形后輸出；電路選擇單元，其在所述多個波形輸出電路中選擇任意一個作為所述緩沖電路的波形輸出電路；以及存儲電路，其存儲用于所述電路選擇單元選擇所述波形輸出電路的任意一個的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的石英振蕩器，其特征在于，所述振蕩電路具有具備電壓可變電容元件的壓控振蕩電路、和用于利用所述電壓可變電容元件進行溫度補償?shù)臏囟妊a償電壓發(fā)生電路，在所述存儲電路中，存儲有用于補償所述石英振子的溫度特性的溫度補償數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的石英振蕩器，其特征在于，至少所述振蕩電路、所述緩沖電路、所述電路選擇單元以及所述存儲電路由一個芯片構成。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種能夠根據(jù)用途改變輸出波形的石英振蕩器。作為解決方法，在具有石英振子(2)和振蕩電路的石英振蕩器(8)中，具有輸出多個不同波形的多個波形輸出電路(10～12)；從多個的波形輸出電路(10～12)中選擇任意一個、作為振蕩電路(8)的輸出電路的開關(SW1a、SW1b～SW3a、SW3b)；以及存儲用于選擇開關(SW1a、SW1b～SW3a、SW3b)的數(shù)據(jù)的內部存儲電路(6)。
文檔編號H03B5/32GK1909362SQ20061010832
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權日2005年8月1日
發(fā)明者山本壯洋 申請人:愛普生拓優(yōu)科夢株式會社