電圧制御型圧電発振器
【課題】ＥＣＬ出力回路を有する電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性を改善する手段
を得る。
【解決手段】圧電振動子Ｙ１と、発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、発振回路
１１の出力に接続されるＥＣＬ出力回路１３と、各要素を搭載する絶縁基板５と、絶縁基
板５を収容するケースと、を備えた電圧制御型圧電発振器である。圧電振動子Ｙ１は、水
晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の回りにφ回転した二回回
転カット水晶振動子である。発振回路１１は、コルピッツ型発振回路、又はピアース型発
振回路であり、周波数電圧制御回路１２は、容量素子とインダクタと少なくとも１つの可
変容量素子とを有する回路からなる。ＥＣＬ出力回路１３は、発振回路１１の出力をデジ
タル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、圧電振動子Ｙ１とＥＣＬ出力回路１３と
を絶縁基板５上に近接配置して電圧制御型圧電発振器を構成する。
を得る。
【解決手段】圧電振動子Ｙ１と、発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、発振回路
１１の出力に接続されるＥＣＬ出力回路１３と、各要素を搭載する絶縁基板５と、絶縁基
板５を収容するケースと、を備えた電圧制御型圧電発振器である。圧電振動子Ｙ１は、水
晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の回りにφ回転した二回回
転カット水晶振動子である。発振回路１１は、コルピッツ型発振回路、又はピアース型発
振回路であり、周波数電圧制御回路１２は、容量素子とインダクタと少なくとも１つの可
変容量素子とを有する回路からなる。ＥＣＬ出力回路１３は、発振回路１１の出力をデジ
タル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、圧電振動子Ｙ１とＥＣＬ出力回路１３と
を絶縁基板５上に近接配置して電圧制御型圧電発振器を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＣＬ回路を備えた電圧制御型水晶発振器であって、周波数温度特性を改善
した電圧制御型水晶発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、光デジタル通信網の普及により発振周波数が数百ＭＨｚと非常に高い電圧制御型
水晶発振器が要求され、ＥＣＬロジック・インバータを用いて高周波化に図っている。Ｃ
−ＭＯＳロジックの場合は電荷が飽和してスイッチングするのに対し、ＥＣＬ（Emitter
Coupled Logic）の場合には不飽和でスイッチングするので、スイッチングスピードが速
くなり、高周波に適している。
特許文献１には、ＥＣＬ回路（ＥＣＬＩＣ）を用いた電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ
）が開示されている。図１１は、ＶＣＸＯの回路図であり、水晶振動子Ｙ１を有するコル
ピッツ型の水晶発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、ＥＣＬ回路１３とを備えて
いる。
水晶発振回路１１は、トランジスタＱ１のベースに水晶振動子Ｙ１の一端が接続されて
いると共に、抵抗Ｒ４、Ｒ５から成るベースバイアス回路が接続され、更にベースと接地
との間に負荷容量の一部を担うコンデンサＣ１、Ｃ２との直列回路が接続されている。そ
して、この直列回路の接続中点がトランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ７との接続点に接
続される。またトランジスタＱ１のコレクタがコレクタ抵抗Ｒ６を介して電源Ｖｃｃに接
続されている。なおコンデンサＣ１０、Ｃ１１はノイズ除去用のバイパスコンデンサであ
る。
【０００３】
水晶振動子Ｙ１の他端には、周波数電圧制御回路１２が接続されている。周波数電圧制
御回路１２は、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６との並列回路、抵抗Ｒ３とインダクタＬ
１との並列回路、及び抵抗Ｒ２とを直列にした直列回路から成り、コンデンサＣ５とコン
デンサＣ６との並列回路の一端を水晶振動子Ｙ１の他端に接続し、抵抗Ｒ２の一端を接地
するようにしている。更に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２との接続点と接地との間には、コンデンサ
Ｃ４と可変容量ダイオードＤ２とを並列に接続した第１の並列回路と、コンデンサＣ３と
可変容量ダイオードＤ１とを並列に接続した第２の並列回路とを直列に接続した直列回路
が接続されている。
また可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード接続点が交流阻止用の抵抗Ｒ１を介して
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔに接続されている。
水晶発振回路１１の出力を結合コンデンサＣ８と抵抗Ｒ８の直列回路を介してＥＣＬ回
路１３に入力し、ＥＣＬ回路１３によりデジタル出力に変換して出力するように構成され
ている。ＥＣＬ回路１３は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端子と、レベル
調整用の抵抗Ｒ９、及びバイパスコンデンサＣ９を所定の端子に接続して構成される。
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔからの制御電圧により、水晶発振回路１１の発振出力を可変制御
可能に構成され、ＥＣＬ回路１３を介して出力される。
なお、ＶＣＸＯの小型化を図るために、可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２を発振器用基板
上にベアチップで搭載すると共に、ＶＣＸＯの抵抗を発振器用基板上に印刷抵抗により形
成するようにしたと開示されている。
【０００４】
ＥＣＬの特徴はトランジスタを飽和させずに利用するため、状態変化が非常に高速に行
える点であり、ＥＣＬで構成された回路は非常に高速で動作する。欠点は、トランジスタ
を常に駆動しているため、電力消費が大きくなる点で、その電力のほとんどは熱として放
熱される。
また、ＥＣＬは入力段として差動増幅回路構成を使い、入力電圧の適当な論理関数がそ
の増幅回路を制御して、出力トランジスタのベースを制御するために、差動増幅回路のＨ
ｉｇｈレベルと、Ｌｏｗレベルとの中間の電圧をバイアスとして供給する。なお、出力ト
ランジスタはコレクタ接地回路構成（エミッタフォロア）で使われる。スイッチングにか
かる遅延時間は1ナノ秒（１０-9ｓ）未満であり、ＥＣＬが最も高速な論理素子とされて
きた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８９２８４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）は、Ｅ
ＣＬ回路から放熱される熱のため、水晶振動子が呈する温度特性の高温側の特性が、ＶＣ
ＸＯの周波数温度特性となるので、温度特性が劣化するという問題があった。
また、ＶＣＸＯの周波数温度特性の劣化を防止するに、水晶振動子とＥＣＬ回路とを離
間させると、回路基板を大きくなり、ひいてはＶＣＸＯが大きく成り過ぎるという問題が
あった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、小型化と周波数温度特性の改善と
を図った高周波の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本発明の電圧制御型圧電発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を励振
する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電圧制御回路と、前記発振回路の出力に接
続されるＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧電発振器であって、前記圧電振動子と
前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭載する絶縁基板と、
を有し、前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学
軸）の回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子を
パッケージに収納したものであり、前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタ
ル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路とが
前記絶縁基板上で互いに隣在することを特徴とする電圧制御型圧電発振器である。
【０００９】
絶縁基板上に圧電振動子と、発振回路と、周波数電圧制御回路と、ＥＣＬ出力回路とを
搭載して電圧制御型圧電発振器を構成する際に、圧電振動子とＥＣＬ出力回路と近接配置
する。ＥＣＬ出力回路の消費電流の一例は４０ｍＡにもなり、放熱される熱量は大きい。
この放熱される熱のため電圧制御型圧電発振器の周囲温度と、内部の圧電振動子の呈する
温度とに温度差ΔＴが生じることになる。電圧制御型圧電発振器を中心周波数ｆ0に設定
する際の温度をＴｓ（通常は２５℃）とすると、圧電振動子の変曲点温度ＴｆをＴｆ＝Ｔ
ｓ＋ΔＴに設定することにより、常温（２５℃）に対し電圧制御型圧電発振器の周波数偏
差の極大値と、極小値の絶対値とがほぼ等しくなり、良好な周波数温度特性の電圧制御型
圧電発振器が得られるという効果がある。
【００１０】
［適用例２］本発明の電圧制御型圧電発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を励振
する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電圧制御回路と、前記発振回路の出力に接
続されるＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧電発振器であって、前記圧電振動子と
前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭載する絶縁基板と、
を有し、前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学
軸）の回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子を
パッケージに収納したものであり、前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタ
ル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、熱伝導性の樹脂によって前記圧電振動子の
上面及び前記ＥＣＬ出力回路の上面が覆われ、且つ前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路
との挟まれた間も前記樹脂が充填されていることが好ましい。
【００１１】
電圧制御型圧電発振器の圧電振動子の上面及びＥＣＬ出力回路の上面を覆うと共に、夫
々の間も連続して覆うように熱伝導性の良い接着剤を接着することにより、圧電振動子と
ＥＣＬ出力回路との温度勾配が短時間で緩やかになる。周囲温度が変化しても、ＥＣＬ出
力回路から圧電振動子への熱伝導が素早く、且つ両者間の温度勾配が早く安定になるため
、電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性が安定になるという効果がある。
【００１２】
［適用例３］本発明の電圧制御型圧電発振器では、前記圧電振動子の変曲点温度を３０
度から６５度の範囲に設定することが好ましい。
【００１３】
電圧制御型圧電発振器の周囲温度と、内部の圧電振動子の呈する温度との温度差ΔＴと
し、中心周波数ｆ0に設定する際の温度をＴｓ（通常は２５℃）とすると、圧電振動子の
変曲点温度ＴｆをＴｆ＝Ｔｓ＋ΔＴに設定すると良好な周波数温度特性の電圧制御型圧電
発振器が得られる。ＥＣＬ出力回路の放熱量から計算して、圧電振動子の変曲点温度を３
０度から６５度の範囲に設定することにより、上記の式を満たすことができるという効果
がある。
【００１４】
［適用例４］本発明の電圧制御型圧電発振器では、前記水晶振動素子と、前記発振回路
と、前記周波数電圧制御回路と、前記出力回路と、を前記パッケージの中に収納すること
が好ましい。
【００１５】
発振回路、周波数電圧制御回路及びＥＣＬ出力回路をＩＣ化し、このＩＣとパッケージ
に収容してない圧電振動素子と、を１つのパッケージ内に収めることにより、電圧制御型
圧電発振器を大幅に小型化することができるという効果がある。ＥＣＬ回路から放熱され
熱によるパッケージ内の温度上昇は、ＳＣカット水晶基板の切断角度を適宜選定すること
により、良好な周波数温度特性の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る電圧制御型圧電発振器１の構成を示す平面図。
【図２】電圧制御型圧電発振器１の構成を示す回路図。
【図３】従来の電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性の一例を示す図。
【図４】圧電振動子にＡＴカット水晶振動子を、出力回路にＥＣＬを用いた電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性の一例を示す図。
【図５】回転角φを０°から１５°まで変化させたときのＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性を示す図。
【図６】回転角φと変曲点温度を示す図。
【図７】ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性Ｃ１と、ＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性Ｃ２を示す図。
【図８】ＳＣカット水晶振動子とＥＣＬ出力回路とを用いた電圧制御型圧電発振器１の周波数温度特性を示す図。
【図９】第２の実施例の電圧制御型圧電発振器２の構成を示す平面図。
【図１０】シングルシール型電圧制御型圧電発振器３の構成を示す断面図。
【図１１】従来の電圧制御型圧電発振器の回路構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の構成を示す平面図であり、図２はその
回路図である。電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１は、圧電振動子Ｙ１と、圧電振動子
Ｙ１を励振するための発振回路１１と、圧電振動子Ｙ１と発振回路１１とからなる圧電発
振器の発振周波数を可変可能にする周波数電圧制御回路１２と、発振回路１１の出力に接
続されるＥＣＬ出力回路１３と、前記各要素を搭載する基板５と、基板５を収容するケー
ス（図示せず）と、を備えた電圧制御型圧電発振器である。
圧電振動子Ｙ１は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の
回りにφ回転した二回回転カット水晶基板の表裏面に対向する励振電極を形成した水晶振
動子素子をパッケージに密封して構成する。
発振回路１１は、図２に示すようなコルピッツ型発振回路、又はピアース型発振回路で
構成される。そして、周波数電圧制御回路１２は、容量素子とインダクタＬ１と少なくと
も１つの可変容量素子とを有する回路からなる。
出力回路は、発振回路１１の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ回路で構成
され、圧電振動子Ｙ１とＥＣＬ出力回路１３とを図１に示すように、基板５上に互いに隣
在して電圧制御型圧電発振器１を構成する。
【００１８】
図２は電圧制御型圧電発振器１の回路構成を示す回路図である。発振回路１１は、トラ
ンジスタＱ１のベースに水晶振動子Ｙ１の一端が接続されていると共に、抵抗Ｒ４、Ｒ５
から成るベースバイアス回路が接続され、更にベースと接地との間に負荷容量の一部を担
うコンデンサＣ１、Ｃ２との直列回路が接続されている。そして、この直列回路の接続中
点がトランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ７との接続点に接続される。またトランジスタ
Ｑ１のコレクタがコレクタ抵抗Ｒ６を介して電源Ｖｃｃに接続されている。なおコンデン
サＣ１０、Ｃ１１はノイズ除去用のバイパスコンデンサである。
水晶振動子Ｙ１の他端には、周波数電圧制御回路１２が接続されている。周波数電圧制
御回路１２は、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６との並列回路、抵抗Ｒ３とインダクタＬ
１との並列回路、及び抵抗Ｒ２とを直列にした直列回路から成り、コンデンサＣ５とコン
デンサＣ６との並列回路の一端を水晶振動子Ｙ１の他端に接続し、抵抗Ｒ２の一端を接地
するようにしている。更に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２との接続点と接地との間には、コンデンサ
Ｃ４と可変容量ダイオードＤ２とを並列に接続した第１の並列回路と、コンデンサＣ３と
可変容量ダイオードＤ１とを並列に接続した第２の並列回路とを直列に接続した直列回路
が接続されている。
また可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード接続点が交流阻止用の抵抗Ｒ１を介して
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔに接続されている。
水晶発振回路１１の出力を結合コンデンサＣ８と抵抗Ｒ８の直列回路を介してＥＣＬ出
力回路１３に入力し、ＥＣＬ出力回路１３によりデジタル出力に変換して出力するように
構成されている。ＥＣＬ出力回路１３は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端
子と、レベル調整用の抵抗Ｒ９、及びバイパスコンデンサＣ９を所定の端子に接続して構
成される。
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔからの制御電圧により、水晶発振回路１１の発振出力を可変制
御可能に構成され、ＥＣＬ回路１３を介して出力される。
【００１９】
図３は一般的なトランジスタを用いた電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）の周波数温度
特性の一例を示す図である。発振回路の温度特性は小さいので、圧電振動子（ＡＴカット
水晶振動子）の周波数温度特性が、ほぼＶＣＸＯの周波数温度特性となる。つまり曲線Ｃ
１はＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性であると共に、ＶＣＸＯの周波数温度特性を
示す曲線である。説明を容易にするため使用温度範囲を、変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）
に対し左右対称な−２５℃から＋７５℃として進める。
図３の黒●点はＡＴカット水晶振動子の変曲点を示し、変曲点温度Ｔｆ１は２５℃強で
ある。２５℃におけるＡＴカット水晶振動子の周波数をｆ25とし、任意の温度における周
波数をｆtとしたとき、周波数偏差Δｆ／ｆは（ｆt−ｆ25）／ｆ25で表わされる。ここで
はΔｆ／ｆをＤｆとして表わすものとする。
図３に示すように、ＡＴカット水晶振動子の頂点温度をＴｐ、その温度Ｔｐ１における
周波数偏差ＤｆをＤｆ（Ｔｐ１）、谷の温度をＴｖ１、その温度Ｔｖ１での周波数偏差を
Ｄｆ（Ｔｖ１）とする。水晶振動子の周囲温度Ｔを−２５℃から＋７５℃まで上昇させる
と、水晶振動子の温度特性は、周波数偏差Ｄｆ（−２５）、Ｄｆ（Ｔｐ１）、Ｄｆ（２５
）（一般的にはＤｆ（２５）＝０とする）、Ｄｆ（Ｔｖ１）、Ｄｆ（７５）と推移し、周
波数偏差Ｄｆ（Ｔ）の近似式は温度Ｔの三次式で表わされる。
一般的にＴ＝２５℃における周波数偏差Ｄｆ（２５）を零とするので、温度を−２５℃
から＋７５℃まで変化させた場合の周波数偏差Ｄｆは、図３に示した例では、極大値Ｄｆ
（Ｔｐ１）から極小値Ｄｆ（Ｔｖ１）までとなる。ＡＴカット水晶振動子の場合は、Ｄｆ
（Ｔｐ１）≒｜Ｄｆ（Ｔｖ１）｜となり、良好な周波数温度特性が得られる。
同様に、このような周波数温度特性を有するＡＴカット水晶振動子を用いて、電圧制御型
圧電発振器（ＶＣＸＯ）を構成すれば、図３の曲線Ｃ１で示すような良好な周波数温度特
性の電圧制御型圧電発振器が得られる。
【００２０】
図４は、圧電振動子がＡＴカット水晶振動子であって、出力回路にＥＣＬ（ＥＣＬＩＣ
）を付加した電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）の周波数温度特性の一例を示す図である
。曲線Ｃ１はＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性であるが、ＶＣＸＯの発振回路の温
度特性は小さいので、近似的にＥＣＬ出力回路を用いたＶＣＸＯの周波数温度特性と考え
る。ＥＣＬ回路は大きな発熱を伴うので、図４の横軸はＶＣＸＯの周囲温度Ｔｏｔと、Ｖ
ＣＸＯの内部温度（圧電振動子の呈する温度）Ｔｉｎとを二重表記している。ＶＣＸＯの
周囲温度Ｔｏｔと、内部温度Ｔｉｎとの差の一例として、１５℃とする。発熱源のＥＣＬ
回路からの圧電振動子への熱伝導は、両者の温度差に依存するが、ＥＣＬ回路と圧電振動
子とを近接配置しているので、周囲温度に関わらず両者の差は一定温度１５℃とする。
【００２１】
周囲温度Ｔｏｔが２５℃のとき、ＥＣＬ回路の発熱により内部温度（圧電振動子の呈す
る温度）Ｔｉｎは白抜き○点となり、黒●点で示す圧電振動子の変曲点温度（Ｔｆ１＝２
５℃強）より１５℃高い４０℃となる。ＶＣＸＯの周囲温度を−２５℃から＋７５℃まで
変化させると、内部温度、即ち水晶振動子の呈する温度は、−１０℃から９０℃まで変化
することになる。ＶＣＸＯの初期設定周波数は、周囲温度Ｔｏｔがほぼ２５℃のとき所定
の周波数に設定するので、内部温度Ｔｉｎ、つまり水晶振動子の呈する温度が４０℃のと
きＤｆ（４０）を零に設定することになる。周囲温度Ｔｏｔが２５℃より低温側では、温
度変化による周波数偏差は、図４に示す曲線Ｃ１では（Ｄｆ（Ｔｐ１）−Ｄｆ（４０））
＝Ｄｆ（Ｔｐ１）となる。また、２５℃より高温側では、温度変化による周波数偏差は、
（Ｄｆ（９０）＋｜Ｄｆ（Ｔｖ１）｜）となる。周囲温度Ｔｏｔが２５℃より低温側であ
れ、高温側であれＥＣＬ回路を用いたＶＣＸＯの周波数温度特性は、一般的なトランジス
タを用いたＶＣＸＯより、劣化することになる。
そこで、高安定圧電発振器に用いられている２回回転水晶振動子を、図１、２に示す電
圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１に用いることを想致した。２回回転水晶振動子Ｙ１は
、Ｘ軸の回りにθ回転し、Ｚ’軸の回りにφ回転して切断されたカットアングルの水晶基
板であり、ＳＣカットやＩＴカットとの名称でよく知られている。図５はＳＣカットの回
転角φを０°から１５°まで変化させたときの水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性を示す図
である。回転角φと共に変曲点温度Ｔｆ２が高温側に移動する。
【００２２】
図６は回転角φとそのときの変曲点温度とを示す図である。回転角φが１３．９°のと
き、変曲点温度Ｔｆ２は４２．０℃となり、ＡＴカットの変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）
より高温側に移っていることが分かる。
図７は、ＡＴカット水晶振動子の一例の周波数温度特性を破線曲線Ｃ１で示し、ＳＣカ
ット水晶振動子Ｙ１の一例の周波数温度特性を実線曲線Ｃ２で示す図である。ＡＴカット
水晶振動子の変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）を白抜き○で、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の
変曲点温度Ｔｆ２（４０℃）を黒●で示す。ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性
Ｃ２は、頂点温度Ｔｐ２で極大の周波数偏差Ｄｆ（Ｔｐ２）となり、変曲点温度Ｔｆ２で
周波数偏差Ｄｆ（Ｔｆ２）、谷温度Ｔｖ２で極小の周波数偏差Ｄｆ（Ｔｖ２）となる特性
である。ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性Ｃ１は、変曲点温度Ｔｆ１に対して点対
象であるが、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性Ｃ２は、変曲点温度Ｔｆ２に対
して点対象である。
変曲点温度Ｔｆ２が、ＡＴカット水晶振動子の変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）より、１
５℃高いＳＣカット水晶振動子Ｙ１を例にして、図１、２に示す出力回路にＥＣＬ回路を
使用した電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の周波数温度特性を説明する。
【００２３】
図８は、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性を表わすと共に、図２に示す発振
回路１１の温度特性が小さいので、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の周波数温度特
性を表わすものとする。図８の横軸はＶＣＸＯ１の周囲温度Ｔｏｔと、ＶＣＸＯ１の内部
温度（ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の呈する温度）Ｔｉｎと、の二重表記で表わす。つまり
、ＶＣＸＯ１の周波数温度特性の温度は、横軸Ｔｏｔを用い、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１
の周波数温度特性の温度は、横軸Ｔｉｎを用いるものとする。縦軸は周波数偏差Ｄｆ（＝
Δｆ／ｆ）を表わす。
周囲温度Ｔｏｔが２５℃のとき、内部温度（水晶振動子Ｙ１の温度）は、ＥＣＬ回路の
発熱により１５℃高い４０℃を呈する。つまり、周囲温度Ｔｏｔが２５℃のとき、内部温
度ＴｉｎとＳＣカット水晶振動子Ｙ１の変曲点温度Ｔｆ２とをほぼ一致するようにＳＣカ
ット水晶振動子Ｙ１の変曲点温度Ｔｆ２を設定する。周囲温度Ｔｏｔを−２５℃から＋７
５℃まで変化させると、図８の例では、内部温度Ｔｉｎは−１０℃から＋９０℃まで変化
することになる。
【００２４】
周囲温度Ｔｏｔが−２５℃のとき、内部温度Ｔｉｎは−１０℃であり、周波数偏差はＤ
ｆ（−１０）となる。周囲温度Ｔｏｔが−２５℃から２５℃まで変化するとき、ＳＣカッ
ト水晶振動子Ｙ１の頂点温度Ｔｐ２で周波数偏差は極大となり、そのときの周波数偏差Ｄ
ｆはＤｆ（Ｔｐ２）となる。周囲温度Ｔｏｔが２５℃から＋７５℃まで変化するとき、Ｓ
Ｃカット水晶振動子Ｙ１の谷温度Ｔｖ２で極小となり、周波数偏差ＤｆはＤｆ（Ｔｖ２）
となる。周囲温度を−２５℃から＋７５℃まで変化させると、ＶＣＸＯ１の周波数偏差Ｄ
ｆは、極小値Ｄｆ（Ｔｖ２）から極大値Ｄｆ（Ｔｐ２）まで変化する。つまり、周囲温度
Ｔｏｔが２５℃（内部温度Ｔｉｎが４０℃）のときの周波数偏差Ｄｆ（Ｔｏｔ＝２５）＝
零に対し、Ｄｆ（Ｔｐ２）≒｜Ｄｆ（Ｔｖ２）｜となり、周波数偏差Δｆ／ｆは周囲温度
Ｔｏｔに対しほぼ点対象な特性となり、良好な温度特性が得られることになる。
【００２５】
以上では、周囲温度Ｔｏｔと内部温度（ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の呈する温度）Ｔｉ
ｎとの温度差を１５℃として説明してきたが、使用するＥＣＬ出力回路の消費電流により
放熱される熱量は異なり、温度差も異なる。発振回路１１に流れる電流が数ｍＡであるの
に対し、ＥＣＬ出力回路には４０ｍＡ以上の電流が流れ、熱として放熱される。
絶縁基板５上に圧電振動子Ｙ１と、発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、ＥＣ
Ｌ出力回路１３と、を搭載して電圧制御型圧電発振器１を構成する際に、圧電振動子Ｙ１
とＥＣＬ出力回路１３と近接配置する。ＥＣＬ出力回路１３の消費電流の一例は４０ｍＡ
にもなり、放熱される熱量は大きい。この放熱される熱のため電圧制御型圧電発振器の周
囲温度と、内部の圧電振動子の呈する温度とに温度差ΔＴが生じることになる。電圧制御
型圧電発振器１を中心周波数ｆ0に設定する際の温度をＴｓ（通常は２５℃）とすると、
圧電振動子Ｙ１の変曲点温度ＴｆをＴｆ＝Ｔｓ＋ΔＴに設定することにより、Ｔｓ（常温
で一般的には２５℃）に対し電圧制御型圧電発振器１の周波数偏差の極大値と、極小値の
絶対値とがほぼ等しくなり、良好な周波数温度特性の電圧制御型圧電発振器１が得られる
という効果がある。
ＥＣＬ出力回路１３の放熱量から計算して、圧電振動子Ｙ１の変曲点温度を３０度から
６５度の範囲に設定することにより、Ｔｆ＝Ｔｓ＋ΔＴを満たすことが可能となり、良好
な周波数温度特性の電圧制御型圧電発振器１が得られるという効果がある。
【００２６】
図９は、第２の実施例の電圧制御型圧電発振器２の構成を示す平面図である。図１に示
した電圧制御型圧電発振器１と異なる点は、圧電振動子Ｙ１の上面及びＥＣＬ出力回路１
３の上面を覆うと共に夫々の間も連続して熱伝導性の良い樹脂（シリコン接着剤等）１５
を装着した点である。熱伝導性の良い樹脂で連続して覆うことにより、圧電振動子Ｙ１と
ＥＣＬ出力回路１３との温度勾配が短時間で緩やかになる。周囲温度の変化が多く且つ大
きい場所での使用では、図９に示す電圧制御型圧電発振器２の方が、ＥＣＬ出力回路１３
から圧電振動子Ｙ１への熱伝導が素早く、且つ早く温度勾配が安定になるため、電圧制御
型圧電発振器２の周波数温度特性が改善される。
電圧制御型圧電発振器２の圧電振動子Ｙ１の上面及びＥＣＬ出力回路の上面を３覆うと
共に、夫々の間も連続して覆うように熱伝導性の良い樹脂１５を装着することにより、圧
電振動子Ｙ１とＥＣＬ出力回路１３との温度勾配が短時間で緩やかになる。周囲温度が変
化しても、ＥＣＬ出力回路１３から圧電振動子Ｙ１への熱伝導が素早く、且つ両者間の温
度勾配が早く安定になるため、電圧制御型圧電発振器２の周波数温度特性が安定になると
いう効果がある。
【００２７】
図１０は、第３の実施例の電圧制御型圧電発振器３の構成を示す断面図である。第３の
実施例の電圧制御型圧電発振器３では、発振回路１１、周波数電圧制御回路１２、ＥＣＬ
出力回路１３を集積化してＩＣ３０とし、このＩＣ３０をパッケージ２０の底面に接着す
ると共に、ＩＣ３０の接続端子とパッケージのパッド電極とをボンディングワイヤー３２
を用いて接続する。更に、パッケージの台座上に導電性接着剤を塗布し、その上に圧電振
動素子（ＳＣカット水晶振動素子）２５を載置し、導電性接着剤を硬化させた後、パッケ
ージ２０の上面周縁に形成したメタライズ部に蓋体２１を抵抗溶接等の手段を用いて溶接
して、電圧制御型圧電発振器３を完成する。
発振回路１１、周波数電圧制御回路１２及びＥＣＬ出力回路１３を集積化したＩＣ３０
と、パッケージに収容してない圧電振動素子２５と、を１つのパッケージ２０内に収める
ことにより、電圧制御型圧電発振器３を大幅に小型化することができるという効果がある
。ＥＣＬ出力回路１３から放熱され熱によるパッケージ２０内の温度上昇は、ＳＣカット
水晶基板２５の切断角度を適宜選定することにより、良好な周波数温度特性の電圧制御型
圧電発振器３が得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００２８】
１、２、３…電圧制御型圧電発振器、５…絶縁基板、Ｙ１…圧電振動子、１１…発振回路
、１２…周波数電圧制御回路、１３…ＥＣＬ出力回路、１５…樹脂、２０…パッケージ、
２１…蓋体、３０…ＩＣ、３２…ボンディングワイヤー、Ｑ１…トランジスタ、Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９…抵抗、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５
、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ…１１容量、Ｌ１…インダクタ、Ｄ１、Ｄ２…可変容量
素子、Ｖ１…ＥＣＬ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＣＬ回路を備えた電圧制御型水晶発振器であって、周波数温度特性を改善
した電圧制御型水晶発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、光デジタル通信網の普及により発振周波数が数百ＭＨｚと非常に高い電圧制御型
水晶発振器が要求され、ＥＣＬロジック・インバータを用いて高周波化に図っている。Ｃ
−ＭＯＳロジックの場合は電荷が飽和してスイッチングするのに対し、ＥＣＬ（Emitter
Coupled Logic）の場合には不飽和でスイッチングするので、スイッチングスピードが速
くなり、高周波に適している。
特許文献１には、ＥＣＬ回路（ＥＣＬＩＣ）を用いた電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ
）が開示されている。図１１は、ＶＣＸＯの回路図であり、水晶振動子Ｙ１を有するコル
ピッツ型の水晶発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、ＥＣＬ回路１３とを備えて
いる。
水晶発振回路１１は、トランジスタＱ１のベースに水晶振動子Ｙ１の一端が接続されて
いると共に、抵抗Ｒ４、Ｒ５から成るベースバイアス回路が接続され、更にベースと接地
との間に負荷容量の一部を担うコンデンサＣ１、Ｃ２との直列回路が接続されている。そ
して、この直列回路の接続中点がトランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ７との接続点に接
続される。またトランジスタＱ１のコレクタがコレクタ抵抗Ｒ６を介して電源Ｖｃｃに接
続されている。なおコンデンサＣ１０、Ｃ１１はノイズ除去用のバイパスコンデンサであ
る。
【０００３】
水晶振動子Ｙ１の他端には、周波数電圧制御回路１２が接続されている。周波数電圧制
御回路１２は、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６との並列回路、抵抗Ｒ３とインダクタＬ
１との並列回路、及び抵抗Ｒ２とを直列にした直列回路から成り、コンデンサＣ５とコン
デンサＣ６との並列回路の一端を水晶振動子Ｙ１の他端に接続し、抵抗Ｒ２の一端を接地
するようにしている。更に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２との接続点と接地との間には、コンデンサ
Ｃ４と可変容量ダイオードＤ２とを並列に接続した第１の並列回路と、コンデンサＣ３と
可変容量ダイオードＤ１とを並列に接続した第２の並列回路とを直列に接続した直列回路
が接続されている。
また可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード接続点が交流阻止用の抵抗Ｒ１を介して
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔに接続されている。
水晶発振回路１１の出力を結合コンデンサＣ８と抵抗Ｒ８の直列回路を介してＥＣＬ回
路１３に入力し、ＥＣＬ回路１３によりデジタル出力に変換して出力するように構成され
ている。ＥＣＬ回路１３は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端子と、レベル
調整用の抵抗Ｒ９、及びバイパスコンデンサＣ９を所定の端子に接続して構成される。
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔからの制御電圧により、水晶発振回路１１の発振出力を可変制御
可能に構成され、ＥＣＬ回路１３を介して出力される。
なお、ＶＣＸＯの小型化を図るために、可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２を発振器用基板
上にベアチップで搭載すると共に、ＶＣＸＯの抵抗を発振器用基板上に印刷抵抗により形
成するようにしたと開示されている。
【０００４】
ＥＣＬの特徴はトランジスタを飽和させずに利用するため、状態変化が非常に高速に行
える点であり、ＥＣＬで構成された回路は非常に高速で動作する。欠点は、トランジスタ
を常に駆動しているため、電力消費が大きくなる点で、その電力のほとんどは熱として放
熱される。
また、ＥＣＬは入力段として差動増幅回路構成を使い、入力電圧の適当な論理関数がそ
の増幅回路を制御して、出力トランジスタのベースを制御するために、差動増幅回路のＨ
ｉｇｈレベルと、Ｌｏｗレベルとの中間の電圧をバイアスとして供給する。なお、出力ト
ランジスタはコレクタ接地回路構成（エミッタフォロア）で使われる。スイッチングにか
かる遅延時間は1ナノ秒（１０-9ｓ）未満であり、ＥＣＬが最も高速な論理素子とされて
きた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８９２８４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）は、Ｅ
ＣＬ回路から放熱される熱のため、水晶振動子が呈する温度特性の高温側の特性が、ＶＣ
ＸＯの周波数温度特性となるので、温度特性が劣化するという問題があった。
また、ＶＣＸＯの周波数温度特性の劣化を防止するに、水晶振動子とＥＣＬ回路とを離
間させると、回路基板を大きくなり、ひいてはＶＣＸＯが大きく成り過ぎるという問題が
あった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、小型化と周波数温度特性の改善と
を図った高周波の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本発明の電圧制御型圧電発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を励振
する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電圧制御回路と、前記発振回路の出力に接
続されるＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧電発振器であって、前記圧電振動子と
前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭載する絶縁基板と、
を有し、前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学
軸）の回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子を
パッケージに収納したものであり、前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタ
ル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路とが
前記絶縁基板上で互いに隣在することを特徴とする電圧制御型圧電発振器である。
【０００９】
絶縁基板上に圧電振動子と、発振回路と、周波数電圧制御回路と、ＥＣＬ出力回路とを
搭載して電圧制御型圧電発振器を構成する際に、圧電振動子とＥＣＬ出力回路と近接配置
する。ＥＣＬ出力回路の消費電流の一例は４０ｍＡにもなり、放熱される熱量は大きい。
この放熱される熱のため電圧制御型圧電発振器の周囲温度と、内部の圧電振動子の呈する
温度とに温度差ΔＴが生じることになる。電圧制御型圧電発振器を中心周波数ｆ0に設定
する際の温度をＴｓ（通常は２５℃）とすると、圧電振動子の変曲点温度ＴｆをＴｆ＝Ｔ
ｓ＋ΔＴに設定することにより、常温（２５℃）に対し電圧制御型圧電発振器の周波数偏
差の極大値と、極小値の絶対値とがほぼ等しくなり、良好な周波数温度特性の電圧制御型
圧電発振器が得られるという効果がある。
【００１０】
［適用例２］本発明の電圧制御型圧電発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を励振
する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電圧制御回路と、前記発振回路の出力に接
続されるＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧電発振器であって、前記圧電振動子と
前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭載する絶縁基板と、
を有し、前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学
軸）の回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子を
パッケージに収納したものであり、前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタ
ル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、熱伝導性の樹脂によって前記圧電振動子の
上面及び前記ＥＣＬ出力回路の上面が覆われ、且つ前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路
との挟まれた間も前記樹脂が充填されていることが好ましい。
【００１１】
電圧制御型圧電発振器の圧電振動子の上面及びＥＣＬ出力回路の上面を覆うと共に、夫
々の間も連続して覆うように熱伝導性の良い接着剤を接着することにより、圧電振動子と
ＥＣＬ出力回路との温度勾配が短時間で緩やかになる。周囲温度が変化しても、ＥＣＬ出
力回路から圧電振動子への熱伝導が素早く、且つ両者間の温度勾配が早く安定になるため
、電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性が安定になるという効果がある。
【００１２】
［適用例３］本発明の電圧制御型圧電発振器では、前記圧電振動子の変曲点温度を３０
度から６５度の範囲に設定することが好ましい。
【００１３】
電圧制御型圧電発振器の周囲温度と、内部の圧電振動子の呈する温度との温度差ΔＴと
し、中心周波数ｆ0に設定する際の温度をＴｓ（通常は２５℃）とすると、圧電振動子の
変曲点温度ＴｆをＴｆ＝Ｔｓ＋ΔＴに設定すると良好な周波数温度特性の電圧制御型圧電
発振器が得られる。ＥＣＬ出力回路の放熱量から計算して、圧電振動子の変曲点温度を３
０度から６５度の範囲に設定することにより、上記の式を満たすことができるという効果
がある。
【００１４】
［適用例４］本発明の電圧制御型圧電発振器では、前記水晶振動素子と、前記発振回路
と、前記周波数電圧制御回路と、前記出力回路と、を前記パッケージの中に収納すること
が好ましい。
【００１５】
発振回路、周波数電圧制御回路及びＥＣＬ出力回路をＩＣ化し、このＩＣとパッケージ
に収容してない圧電振動素子と、を１つのパッケージ内に収めることにより、電圧制御型
圧電発振器を大幅に小型化することができるという効果がある。ＥＣＬ回路から放熱され
熱によるパッケージ内の温度上昇は、ＳＣカット水晶基板の切断角度を適宜選定すること
により、良好な周波数温度特性の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る電圧制御型圧電発振器１の構成を示す平面図。
【図２】電圧制御型圧電発振器１の構成を示す回路図。
【図３】従来の電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性の一例を示す図。
【図４】圧電振動子にＡＴカット水晶振動子を、出力回路にＥＣＬを用いた電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性の一例を示す図。
【図５】回転角φを０°から１５°まで変化させたときのＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性を示す図。
【図６】回転角φと変曲点温度を示す図。
【図７】ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性Ｃ１と、ＳＣカット水晶振動子の周波数温度特性Ｃ２を示す図。
【図８】ＳＣカット水晶振動子とＥＣＬ出力回路とを用いた電圧制御型圧電発振器１の周波数温度特性を示す図。
【図９】第２の実施例の電圧制御型圧電発振器２の構成を示す平面図。
【図１０】シングルシール型電圧制御型圧電発振器３の構成を示す断面図。
【図１１】従来の電圧制御型圧電発振器の回路構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の構成を示す平面図であり、図２はその
回路図である。電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１は、圧電振動子Ｙ１と、圧電振動子
Ｙ１を励振するための発振回路１１と、圧電振動子Ｙ１と発振回路１１とからなる圧電発
振器の発振周波数を可変可能にする周波数電圧制御回路１２と、発振回路１１の出力に接
続されるＥＣＬ出力回路１３と、前記各要素を搭載する基板５と、基板５を収容するケー
ス（図示せず）と、を備えた電圧制御型圧電発振器である。
圧電振動子Ｙ１は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の
回りにφ回転した二回回転カット水晶基板の表裏面に対向する励振電極を形成した水晶振
動子素子をパッケージに密封して構成する。
発振回路１１は、図２に示すようなコルピッツ型発振回路、又はピアース型発振回路で
構成される。そして、周波数電圧制御回路１２は、容量素子とインダクタＬ１と少なくと
も１つの可変容量素子とを有する回路からなる。
出力回路は、発振回路１１の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ回路で構成
され、圧電振動子Ｙ１とＥＣＬ出力回路１３とを図１に示すように、基板５上に互いに隣
在して電圧制御型圧電発振器１を構成する。
【００１８】
図２は電圧制御型圧電発振器１の回路構成を示す回路図である。発振回路１１は、トラ
ンジスタＱ１のベースに水晶振動子Ｙ１の一端が接続されていると共に、抵抗Ｒ４、Ｒ５
から成るベースバイアス回路が接続され、更にベースと接地との間に負荷容量の一部を担
うコンデンサＣ１、Ｃ２との直列回路が接続されている。そして、この直列回路の接続中
点がトランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ７との接続点に接続される。またトランジスタ
Ｑ１のコレクタがコレクタ抵抗Ｒ６を介して電源Ｖｃｃに接続されている。なおコンデン
サＣ１０、Ｃ１１はノイズ除去用のバイパスコンデンサである。
水晶振動子Ｙ１の他端には、周波数電圧制御回路１２が接続されている。周波数電圧制
御回路１２は、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６との並列回路、抵抗Ｒ３とインダクタＬ
１との並列回路、及び抵抗Ｒ２とを直列にした直列回路から成り、コンデンサＣ５とコン
デンサＣ６との並列回路の一端を水晶振動子Ｙ１の他端に接続し、抵抗Ｒ２の一端を接地
するようにしている。更に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２との接続点と接地との間には、コンデンサ
Ｃ４と可変容量ダイオードＤ２とを並列に接続した第１の並列回路と、コンデンサＣ３と
可変容量ダイオードＤ１とを並列に接続した第２の並列回路とを直列に接続した直列回路
が接続されている。
また可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード接続点が交流阻止用の抵抗Ｒ１を介して
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔに接続されている。
水晶発振回路１１の出力を結合コンデンサＣ８と抵抗Ｒ８の直列回路を介してＥＣＬ出
力回路１３に入力し、ＥＣＬ出力回路１３によりデジタル出力に変換して出力するように
構成されている。ＥＣＬ出力回路１３は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端
子と、レベル調整用の抵抗Ｒ９、及びバイパスコンデンサＣ９を所定の端子に接続して構
成される。
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔからの制御電圧により、水晶発振回路１１の発振出力を可変制
御可能に構成され、ＥＣＬ回路１３を介して出力される。
【００１９】
図３は一般的なトランジスタを用いた電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）の周波数温度
特性の一例を示す図である。発振回路の温度特性は小さいので、圧電振動子（ＡＴカット
水晶振動子）の周波数温度特性が、ほぼＶＣＸＯの周波数温度特性となる。つまり曲線Ｃ
１はＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性であると共に、ＶＣＸＯの周波数温度特性を
示す曲線である。説明を容易にするため使用温度範囲を、変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）
に対し左右対称な−２５℃から＋７５℃として進める。
図３の黒●点はＡＴカット水晶振動子の変曲点を示し、変曲点温度Ｔｆ１は２５℃強で
ある。２５℃におけるＡＴカット水晶振動子の周波数をｆ25とし、任意の温度における周
波数をｆtとしたとき、周波数偏差Δｆ／ｆは（ｆt−ｆ25）／ｆ25で表わされる。ここで
はΔｆ／ｆをＤｆとして表わすものとする。
図３に示すように、ＡＴカット水晶振動子の頂点温度をＴｐ、その温度Ｔｐ１における
周波数偏差ＤｆをＤｆ（Ｔｐ１）、谷の温度をＴｖ１、その温度Ｔｖ１での周波数偏差を
Ｄｆ（Ｔｖ１）とする。水晶振動子の周囲温度Ｔを−２５℃から＋７５℃まで上昇させる
と、水晶振動子の温度特性は、周波数偏差Ｄｆ（−２５）、Ｄｆ（Ｔｐ１）、Ｄｆ（２５
）（一般的にはＤｆ（２５）＝０とする）、Ｄｆ（Ｔｖ１）、Ｄｆ（７５）と推移し、周
波数偏差Ｄｆ（Ｔ）の近似式は温度Ｔの三次式で表わされる。
一般的にＴ＝２５℃における周波数偏差Ｄｆ（２５）を零とするので、温度を−２５℃
から＋７５℃まで変化させた場合の周波数偏差Ｄｆは、図３に示した例では、極大値Ｄｆ
（Ｔｐ１）から極小値Ｄｆ（Ｔｖ１）までとなる。ＡＴカット水晶振動子の場合は、Ｄｆ
（Ｔｐ１）≒｜Ｄｆ（Ｔｖ１）｜となり、良好な周波数温度特性が得られる。
同様に、このような周波数温度特性を有するＡＴカット水晶振動子を用いて、電圧制御型
圧電発振器（ＶＣＸＯ）を構成すれば、図３の曲線Ｃ１で示すような良好な周波数温度特
性の電圧制御型圧電発振器が得られる。
【００２０】
図４は、圧電振動子がＡＴカット水晶振動子であって、出力回路にＥＣＬ（ＥＣＬＩＣ
）を付加した電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）の周波数温度特性の一例を示す図である
。曲線Ｃ１はＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性であるが、ＶＣＸＯの発振回路の温
度特性は小さいので、近似的にＥＣＬ出力回路を用いたＶＣＸＯの周波数温度特性と考え
る。ＥＣＬ回路は大きな発熱を伴うので、図４の横軸はＶＣＸＯの周囲温度Ｔｏｔと、Ｖ
ＣＸＯの内部温度（圧電振動子の呈する温度）Ｔｉｎとを二重表記している。ＶＣＸＯの
周囲温度Ｔｏｔと、内部温度Ｔｉｎとの差の一例として、１５℃とする。発熱源のＥＣＬ
回路からの圧電振動子への熱伝導は、両者の温度差に依存するが、ＥＣＬ回路と圧電振動
子とを近接配置しているので、周囲温度に関わらず両者の差は一定温度１５℃とする。
【００２１】
周囲温度Ｔｏｔが２５℃のとき、ＥＣＬ回路の発熱により内部温度（圧電振動子の呈す
る温度）Ｔｉｎは白抜き○点となり、黒●点で示す圧電振動子の変曲点温度（Ｔｆ１＝２
５℃強）より１５℃高い４０℃となる。ＶＣＸＯの周囲温度を−２５℃から＋７５℃まで
変化させると、内部温度、即ち水晶振動子の呈する温度は、−１０℃から９０℃まで変化
することになる。ＶＣＸＯの初期設定周波数は、周囲温度Ｔｏｔがほぼ２５℃のとき所定
の周波数に設定するので、内部温度Ｔｉｎ、つまり水晶振動子の呈する温度が４０℃のと
きＤｆ（４０）を零に設定することになる。周囲温度Ｔｏｔが２５℃より低温側では、温
度変化による周波数偏差は、図４に示す曲線Ｃ１では（Ｄｆ（Ｔｐ１）−Ｄｆ（４０））
＝Ｄｆ（Ｔｐ１）となる。また、２５℃より高温側では、温度変化による周波数偏差は、
（Ｄｆ（９０）＋｜Ｄｆ（Ｔｖ１）｜）となる。周囲温度Ｔｏｔが２５℃より低温側であ
れ、高温側であれＥＣＬ回路を用いたＶＣＸＯの周波数温度特性は、一般的なトランジス
タを用いたＶＣＸＯより、劣化することになる。
そこで、高安定圧電発振器に用いられている２回回転水晶振動子を、図１、２に示す電
圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１に用いることを想致した。２回回転水晶振動子Ｙ１は
、Ｘ軸の回りにθ回転し、Ｚ’軸の回りにφ回転して切断されたカットアングルの水晶基
板であり、ＳＣカットやＩＴカットとの名称でよく知られている。図５はＳＣカットの回
転角φを０°から１５°まで変化させたときの水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性を示す図
である。回転角φと共に変曲点温度Ｔｆ２が高温側に移動する。
【００２２】
図６は回転角φとそのときの変曲点温度とを示す図である。回転角φが１３．９°のと
き、変曲点温度Ｔｆ２は４２．０℃となり、ＡＴカットの変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）
より高温側に移っていることが分かる。
図７は、ＡＴカット水晶振動子の一例の周波数温度特性を破線曲線Ｃ１で示し、ＳＣカ
ット水晶振動子Ｙ１の一例の周波数温度特性を実線曲線Ｃ２で示す図である。ＡＴカット
水晶振動子の変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）を白抜き○で、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の
変曲点温度Ｔｆ２（４０℃）を黒●で示す。ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性
Ｃ２は、頂点温度Ｔｐ２で極大の周波数偏差Ｄｆ（Ｔｐ２）となり、変曲点温度Ｔｆ２で
周波数偏差Ｄｆ（Ｔｆ２）、谷温度Ｔｖ２で極小の周波数偏差Ｄｆ（Ｔｖ２）となる特性
である。ＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性Ｃ１は、変曲点温度Ｔｆ１に対して点対
象であるが、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性Ｃ２は、変曲点温度Ｔｆ２に対
して点対象である。
変曲点温度Ｔｆ２が、ＡＴカット水晶振動子の変曲点温度Ｔｆ１（２５℃強）より、１
５℃高いＳＣカット水晶振動子Ｙ１を例にして、図１、２に示す出力回路にＥＣＬ回路を
使用した電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の周波数温度特性を説明する。
【００２３】
図８は、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性を表わすと共に、図２に示す発振
回路１１の温度特性が小さいので、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の周波数温度特
性を表わすものとする。図８の横軸はＶＣＸＯ１の周囲温度Ｔｏｔと、ＶＣＸＯ１の内部
温度（ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の呈する温度）Ｔｉｎと、の二重表記で表わす。つまり
、ＶＣＸＯ１の周波数温度特性の温度は、横軸Ｔｏｔを用い、ＳＣカット水晶振動子Ｙ１
の周波数温度特性の温度は、横軸Ｔｉｎを用いるものとする。縦軸は周波数偏差Ｄｆ（＝
Δｆ／ｆ）を表わす。
周囲温度Ｔｏｔが２５℃のとき、内部温度（水晶振動子Ｙ１の温度）は、ＥＣＬ回路の
発熱により１５℃高い４０℃を呈する。つまり、周囲温度Ｔｏｔが２５℃のとき、内部温
度ＴｉｎとＳＣカット水晶振動子Ｙ１の変曲点温度Ｔｆ２とをほぼ一致するようにＳＣカ
ット水晶振動子Ｙ１の変曲点温度Ｔｆ２を設定する。周囲温度Ｔｏｔを−２５℃から＋７
５℃まで変化させると、図８の例では、内部温度Ｔｉｎは−１０℃から＋９０℃まで変化
することになる。
【００２４】
周囲温度Ｔｏｔが−２５℃のとき、内部温度Ｔｉｎは−１０℃であり、周波数偏差はＤ
ｆ（−１０）となる。周囲温度Ｔｏｔが−２５℃から２５℃まで変化するとき、ＳＣカッ
ト水晶振動子Ｙ１の頂点温度Ｔｐ２で周波数偏差は極大となり、そのときの周波数偏差Ｄ
ｆはＤｆ（Ｔｐ２）となる。周囲温度Ｔｏｔが２５℃から＋７５℃まで変化するとき、Ｓ
Ｃカット水晶振動子Ｙ１の谷温度Ｔｖ２で極小となり、周波数偏差ＤｆはＤｆ（Ｔｖ２）
となる。周囲温度を−２５℃から＋７５℃まで変化させると、ＶＣＸＯ１の周波数偏差Ｄ
ｆは、極小値Ｄｆ（Ｔｖ２）から極大値Ｄｆ（Ｔｐ２）まで変化する。つまり、周囲温度
Ｔｏｔが２５℃（内部温度Ｔｉｎが４０℃）のときの周波数偏差Ｄｆ（Ｔｏｔ＝２５）＝
零に対し、Ｄｆ（Ｔｐ２）≒｜Ｄｆ（Ｔｖ２）｜となり、周波数偏差Δｆ／ｆは周囲温度
Ｔｏｔに対しほぼ点対象な特性となり、良好な温度特性が得られることになる。
【００２５】
以上では、周囲温度Ｔｏｔと内部温度（ＳＣカット水晶振動子Ｙ１の呈する温度）Ｔｉ
ｎとの温度差を１５℃として説明してきたが、使用するＥＣＬ出力回路の消費電流により
放熱される熱量は異なり、温度差も異なる。発振回路１１に流れる電流が数ｍＡであるの
に対し、ＥＣＬ出力回路には４０ｍＡ以上の電流が流れ、熱として放熱される。
絶縁基板５上に圧電振動子Ｙ１と、発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、ＥＣ
Ｌ出力回路１３と、を搭載して電圧制御型圧電発振器１を構成する際に、圧電振動子Ｙ１
とＥＣＬ出力回路１３と近接配置する。ＥＣＬ出力回路１３の消費電流の一例は４０ｍＡ
にもなり、放熱される熱量は大きい。この放熱される熱のため電圧制御型圧電発振器の周
囲温度と、内部の圧電振動子の呈する温度とに温度差ΔＴが生じることになる。電圧制御
型圧電発振器１を中心周波数ｆ0に設定する際の温度をＴｓ（通常は２５℃）とすると、
圧電振動子Ｙ１の変曲点温度ＴｆをＴｆ＝Ｔｓ＋ΔＴに設定することにより、Ｔｓ（常温
で一般的には２５℃）に対し電圧制御型圧電発振器１の周波数偏差の極大値と、極小値の
絶対値とがほぼ等しくなり、良好な周波数温度特性の電圧制御型圧電発振器１が得られる
という効果がある。
ＥＣＬ出力回路１３の放熱量から計算して、圧電振動子Ｙ１の変曲点温度を３０度から
６５度の範囲に設定することにより、Ｔｆ＝Ｔｓ＋ΔＴを満たすことが可能となり、良好
な周波数温度特性の電圧制御型圧電発振器１が得られるという効果がある。
【００２６】
図９は、第２の実施例の電圧制御型圧電発振器２の構成を示す平面図である。図１に示
した電圧制御型圧電発振器１と異なる点は、圧電振動子Ｙ１の上面及びＥＣＬ出力回路１
３の上面を覆うと共に夫々の間も連続して熱伝導性の良い樹脂（シリコン接着剤等）１５
を装着した点である。熱伝導性の良い樹脂で連続して覆うことにより、圧電振動子Ｙ１と
ＥＣＬ出力回路１３との温度勾配が短時間で緩やかになる。周囲温度の変化が多く且つ大
きい場所での使用では、図９に示す電圧制御型圧電発振器２の方が、ＥＣＬ出力回路１３
から圧電振動子Ｙ１への熱伝導が素早く、且つ早く温度勾配が安定になるため、電圧制御
型圧電発振器２の周波数温度特性が改善される。
電圧制御型圧電発振器２の圧電振動子Ｙ１の上面及びＥＣＬ出力回路の上面を３覆うと
共に、夫々の間も連続して覆うように熱伝導性の良い樹脂１５を装着することにより、圧
電振動子Ｙ１とＥＣＬ出力回路１３との温度勾配が短時間で緩やかになる。周囲温度が変
化しても、ＥＣＬ出力回路１３から圧電振動子Ｙ１への熱伝導が素早く、且つ両者間の温
度勾配が早く安定になるため、電圧制御型圧電発振器２の周波数温度特性が安定になると
いう効果がある。
【００２７】
図１０は、第３の実施例の電圧制御型圧電発振器３の構成を示す断面図である。第３の
実施例の電圧制御型圧電発振器３では、発振回路１１、周波数電圧制御回路１２、ＥＣＬ
出力回路１３を集積化してＩＣ３０とし、このＩＣ３０をパッケージ２０の底面に接着す
ると共に、ＩＣ３０の接続端子とパッケージのパッド電極とをボンディングワイヤー３２
を用いて接続する。更に、パッケージの台座上に導電性接着剤を塗布し、その上に圧電振
動素子（ＳＣカット水晶振動素子）２５を載置し、導電性接着剤を硬化させた後、パッケ
ージ２０の上面周縁に形成したメタライズ部に蓋体２１を抵抗溶接等の手段を用いて溶接
して、電圧制御型圧電発振器３を完成する。
発振回路１１、周波数電圧制御回路１２及びＥＣＬ出力回路１３を集積化したＩＣ３０
と、パッケージに収容してない圧電振動素子２５と、を１つのパッケージ２０内に収める
ことにより、電圧制御型圧電発振器３を大幅に小型化することができるという効果がある
。ＥＣＬ出力回路１３から放熱され熱によるパッケージ２０内の温度上昇は、ＳＣカット
水晶基板２５の切断角度を適宜選定することにより、良好な周波数温度特性の電圧制御型
圧電発振器３が得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００２８】
１、２、３…電圧制御型圧電発振器、５…絶縁基板、Ｙ１…圧電振動子、１１…発振回路
、１２…周波数電圧制御回路、１３…ＥＣＬ出力回路、１５…樹脂、２０…パッケージ、
２１…蓋体、３０…ＩＣ、３２…ボンディングワイヤー、Ｑ１…トランジスタ、Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９…抵抗、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５
、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ…１１容量、Ｌ１…インダクタ、Ｄ１、Ｄ２…可変容量
素子、Ｖ１…ＥＣＬ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、前記圧電振動子を励振する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電
圧制御回路と、前記発振回路の出力に接続するＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧
電発振器であって、
前記圧電振動子と前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭
載する絶縁基板と、を有し、
前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の
回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子をパッケ
ージに収納したものであり、
前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ
回路を有し、
前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路とが前記絶縁基板上で互いに隣在することを特徴
とする電圧制御型圧電発振器。
【請求項２】
圧電振動子と、前記圧電振動子を励振する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電
圧制御回路と、前記発振回路の出力に接続するＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧
電発振器であって、
前記圧電振動子と前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭
載する絶縁基板と、熱伝導性の樹脂と、を有し、
前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の
回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子をパッケ
ージに収納したものであり、
前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ
回路を有し、
熱伝導性の樹脂によって前記圧電振動子の上面及び前記ＥＣＬ出力回路の上面が覆われ
、且つ前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路との挟まれた間も前記樹脂が充填されている
ことを特徴とする電圧制御型圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電振動子の変曲点温度を３０度から６５度の範囲に設定することを特徴とする請
求項１又は２に記載の電圧制御型圧電発振器。
【請求項４】
前記水晶振動素子と、前記発振回路と、前記周波数電圧制御回路と、前記出力回路と、
を前記パッケージの中に収納したことを特徴とする請求項１又は３に記載の電圧制御型圧
電発振器。
【請求項１】
圧電振動子と、前記圧電振動子を励振する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電
圧制御回路と、前記発振回路の出力に接続するＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧
電発振器であって、
前記圧電振動子と前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭
載する絶縁基板と、を有し、
前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の
回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子をパッケ
ージに収納したものであり、
前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ
回路を有し、
前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路とが前記絶縁基板上で互いに隣在することを特徴
とする電圧制御型圧電発振器。
【請求項２】
圧電振動子と、前記圧電振動子を励振する発振回路と、発振周波数を可変する周波数電
圧制御回路と、前記発振回路の出力に接続するＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧
電発振器であって、
前記圧電振動子と前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭
載する絶縁基板と、熱伝導性の樹脂と、を有し、
前記圧電振動子は、水晶のＸ軸（電気軸）の回りにθ回転し、更にＺ’軸（光学軸）の
回りにφ回転した二回回転カット水晶基板に励振電極を形成した水晶振動子素子をパッケ
ージに収納したものであり、
前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ
回路を有し、
熱伝導性の樹脂によって前記圧電振動子の上面及び前記ＥＣＬ出力回路の上面が覆われ
、且つ前記圧電振動子と前記ＥＣＬ出力回路との挟まれた間も前記樹脂が充填されている
ことを特徴とする電圧制御型圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電振動子の変曲点温度を３０度から６５度の範囲に設定することを特徴とする請
求項１又は２に記載の電圧制御型圧電発振器。
【請求項４】
前記水晶振動素子と、前記発振回路と、前記周波数電圧制御回路と、前記出力回路と、
を前記パッケージの中に収納したことを特徴とする請求項１又は３に記載の電圧制御型圧
電発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１９９３３４（Ｐ２０１１−１９９３３４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０３２８（Ｐ２０１０−６０３２８）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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