ＦＳＫ送信装置

【課題】ＳＡＷ素子とＩＣ（半導体集積回路）と水晶温度センサ素子の各１チップを１個
のセラミックパッケージに収納することにより温度情報を伝達する超小形なＦＳＫ送信装
置を市場に提供すること。
【解決手段】２値の周波数信号を送信可能なＦＳＫ送信装置において、送信装置は、温度
検出用水晶振動子をもちいた発振回路から温度情報を含んで出力されたデジタル信号列に
より２値の周波数をＦＳＫ変調させる２モード発振回路が備わり、２モード発振回路はＳ
ＡＷ共振素子を発振させるための増幅器と、２値の発振周波数状態を切り替えるためのＳ
Ｗ回路からなるＦＳＫ変調回路を内蔵し、さらにＦＳＫ変調回路からの出力をアンテナに
接続して送信系を構成したことからなることを特徴とするＦＳＫ送信装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶等の安定な周波数を発生できる圧電体ＳＡＷ共振子を使用したＦＳＫ変
調器と温度検出用センサを内蔵したＦＳＫ送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電気を有する水晶ＳＴカット基板（圧電体平板の一例）を用いて構成するＳＡ
Ｗ共振子は、その周波数温度特性が零温度係数をもち精度が良く、かつ、所望の周波数を
直接発振が可能であるために、各種無線系の圧電発振器に使用されているが、これはジッ
タが無く位相ノイズに優れた信号が高信頼性かつ低コストで容易に得られるという長所が
あるためである。
【０００３】
この理由から近年、乗用車のドアの自動開閉にはＳＡＷ共振子を用いた微弱無線機（キ
ーレスエントリー装置）が多数使用されるに至っている。この微弱無線機には周波数を可
変することができるＳＡＷ発振器で構成されたＦＳＫ変調器が使われている。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１０５７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の従来技術を使用したものはいずれもＦＳＫ変調器のみからなる送
信装置であるが（例えば、特許文献１）、近年のセンサネットワーク社会の到来により、
各種のセンサ機能を備えて、益々超小形な装置が求められるに至っている。
【０００６】
本発明は係る課題を解決するものでその目的とするところは、ＳＡＷ共振子と温度セン
サ素子、さらに他の回路機能を集積化したＩＣ（半導体集積回路）等を一体として１個の
セラミックパッケージ内に収納することにより超小形なＦＳＫ送信装置を製作して、今後
、発展が期待されるセンサネットワーク市場に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明のＦＳＫ送信装置は、２値の周波数信号を送信可能なＦＳＫ送信装置であ
って、前記ＦＳＫ送信装置は、温度検出用水晶振動子を用いた発振回路から温度情報を含
んで出力されたデジタル信号列により２値の周波数をＦＳＫ変調させる２モード発振回路
を備え、前記２モード発振回路は２モード型ＳＡＷ共振子を発振させるための増幅器と、
２値の発振周波数状態を切り替えるためのＳＷ回路からなるＦＳＫ変調回路を内蔵し、さ
らに前記ＦＳＫ変調回路からの出力をアンテナに接続して送信系を構成してなることを特
徴とする。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、発振周波数が周囲温度により変化している温度検出用水晶
振動子の発振信号により２モード発振器を直接変調して、変調信号を送信する結果、最も
シンプルかつ低コストな構成により温度情報を伝達可能なＦＳＫ送信装置が実現できる。
【０００９】
（２）本発明のＦＳＫ送信装置は、前記温度検出用水晶振動子が４０ｋＨｚの公称周波
数を有する音叉型水晶振動子であることが好ましい。
【００１０】
上記（２）の構成であれば、数十ナノワットの最も低電力で温度情報を得ることが可能
である。
【００１１】
（３）本発明のＦＳＫ送信装置は、前記２モード型ＳＡＷ共振子は、振動状態が縦の対
称モードＳ０と振動状態が縦の斜対称モードＡ０との２つの振動モードを有することが好
ましい。
【００１２】
上記（３）の構成であれば、２モード型ＳＡＷ共振子が有するＳＡＷ共振素子が同一形
式の電極パターン構成をなすために素子相互の周波数配置精度を向上することができる。
【００１３】
（４）本発明のＦＳＫ送信装置は、前記２モード発振回路およびゲイト回路がＣ−ＭＯ
ＳＩＣで構成されてなることを特徴とする。
【００１４】
上記（４）の構成であれば、２モード発振回路およびゲイト回路がＣ−ＭＯＳ素子で形
成されているために、同一プロセスにて製作が可能であり、かつ、チップサイズが小形で
一体化できる。
【００１５】
（５）本発明のＦＳＫ送信装置は、前記２モード発振回路を集積化したＣ−ＭＯＳＩ
ＣおよびＳＡＷチップ上に形成した前記２モード型ＳＡＷ共振子と前記温度検出用水晶子
をセラミックパッケージ内に封じたことが好ましい。
【００１６】
上記（５）の構成であれば、ＳＡＷチップ上に形成した２モード型ＳＡＷ共振子と温度
検出用水晶振動子およびＩＣチップが１個の機密容器に封じることができるため、７×５
ミリ角程度の超小型なセンサモジュールが実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のＦＳＫ送信装置の実施形態について、まず理解を容易ならしめるために
、図１と図２によって具体的回路の実施例をブロック図にて説明した後、図３で本発明で
使用される２モードの振動状態が実現できる２モードＳＡＷ共振子の具体的な電極パター
ンの構成を図により説明し、図４においてその動作特性を示し、さらに、図５において４
０ｋＨｚの公称周波数を有する温度検出用水晶振動子の周波数温度変化の様子を示し、さ
らにまた図６において、本発明の実装形態の一実施例の状態を、図７にはその動作特性を
示す。
【実施例１】
【００１８】
図１は、ＦＳＫ送信装置の一実施例について、その構成をブロック図にて図示したもの
である。図１中の各部位は、アンテナ１００、ＳＡＷチップ１０９上に形成された２モー
ド型ＳＡＷ共振子１０１、温度検出用水晶振動子１０２、ＩＣチップ１０３、２モード発
振回路１０４、４０ｋＨｚの発振回路１０５およびゲイト回路１０６である。
【００１９】
図１のＦＳＫ送信装置１につきさらに詳しく説明すると、まず温度検出用水晶振動子１
０２と発振回路１０５により、発振周波数が温度により変化するデジタル入力データ信号
７０１が得られる。このデジタル入力データ信号７０１は、送信可能指令信号７０３との
論理積をとって２モード発振回路１０４に入力される入力信号７０４がつくられて、ＦＳ
Ｋ変調動作がおこなわれる。結果として被変調波信号７０２をアンテナ１００に出力する
。２モード発振回路１０４は、２値の周波数（数百ＭＨｚ帯）をＦＳＫ変調させるもので
、２つの振動モードで動作可能なＳＡＷチップ１０９上に形成された２モード型ＳＡＷ共
振子１０１を発振させるため、１個の増幅器２００（図２参照）と、２値の発振周波数状
態に切り替えるためのＳＷ（スイッチ）回路２０４，２０５（図２参照）とを有してＦＳ
Ｋ変調動作を実現している。なお、送信可能指令信号７０３に識別符号を付加すれば、Ｆ
ＳＫ送信装置１の位置情報を送ることが可能であることを付け加える。
【００２０】
つぎに図２は、ＦＳＫ変調回路１０８を説明するために図１の２モード型ＳＡＷ共振子
１０１と２モード発振回路１０４の全体をブロック図にて図示したものである。図２中の
各部位は、増幅器２００、Ｃ−ＭＯＳトランジスタからなるＳＷ（スイッチ）回路２０４
，２０５、ＦＳＫ変調回路１０８へのデジタル入力データ信号７０１、ＦＳＫ変調回路１
０８の出力信号端子２０７である。
【００２１】
つぎに、図３は、ＳＡＷチップ１０９（図１参照）上に形成された２モード型ＳＡＷ共
振子１０１を示す。図３中の各部位は、ＳＡＷチップの基板となる圧電体平板３００、反
射器３０２，３１０、主ＩＤＴ（主すだれ状電極）３０３、副ＩＤＴ（副すだれ状電極）
３０５、ゲイトＩＤＴ３０４、主ＩＤＴ（主すだれ状電極）３０３への正負極性の入力端
子３０６，３０７、副ＩＤＴ（副すだれ状電極）３０５への入力端子３０８，３０９であ
る。
【００２２】
反射器３０２，３１０、主ＩＤＴ（主すだれ状電極）３０３、ゲイトＩＤＴ３０４、副
ＩＤＴ（副すだれ状電極）３０５の全体で１個の２モード型ＳＡＷ共振素子３０１を構成
している。また前述した圧電体平板３００は、例えば面内回転ＳＴカット水晶板でありレ
イリー型表面波で動作するもので、水晶結晶の基本軸である電気軸Ｘと光軸Ｚの２軸が作
る面を主面とするＹ板を電気軸Ｘの回りに反時計方向にθ度（特に零温度係数が得られる
θ＝３１度から４２度）回転した基板において、さらにこの基板の法線軸の回りにＸ軸か
らの面内の回転角Ψが±（４０〜４６）度である方位を弾性表面波の位相伝播方位軸とし
たものであってもよい。あるいはまた、前述した圧電体平板３００は、ＳＨ型表面波で動
作する水晶基板であってもよい。
【００２３】
つぎに圧電体平板３００の表面を鏡面研磨した後、レイリー型あるいはＳＨ型等の弾性
表面波の位相伝搬方向軸に対して直交して、例えば金属アルミニウムからなる多数の平行
導体の電極指を周期的に配置した少なくとも１個のすだれ状電極（以下、省略してＩＤＴ
と呼ぶ）を構成し、その両側に一対の反射器を形成して１個のＳＡＷ共振子を構成するの
が通例である。
【００２４】
前述した１個の２モード型ＳＡＷ共振子１０１は表面波にて動作して２つの定常振動を
形つくるが、両者は１個のＳＡＷ共振子内において相互に弾性的に結合するように設計す
ることが必要である。この状態を効果的に形成するためにゲイトＩＤＴ３０４が必要であ
る。ＳＴカットの場合においては、このゲイトＩＤＴ３０４の電極周期長を、主ＩＤＴ（
主すだれ状電極）３０３および副ＩＤＴ（副すだれ状電極）３０５の電極周期長ＰＴ０に
対して、大きく設定することにより振動の変位状態を制御して、対称モードＳ０と斜対称
モードＡ０を効果的に発生させることができる。
【００２５】
また入力端子３０６，３０７に接続する主ＩＤＴ（主すだれ状電極）３０３は常にＦＳ
Ｋ変調回路１０８（図２参照）の増幅回路に接続されて、対称モードＳ０および斜対称モ
ードＡ０の振動変位の片側部分を励振する。一方、副ＩＤＴ（副すだれ状電極）３０５は
、対称モードＳ０と斜対称モードＡ０を選択して励振できるように、ＩＤＴに加える駆動
電圧の極性を設定するように制御する。
【００２６】
たとえば一例として、対称モードＳ０を選択する場合には、主ＩＤＴ（主すだれ状電極
）３０３と副ＩＤＴ（副すだれ状電極）３０５の電極指の極性を同一符号（＋）とし、斜
対称モードＡ０を選択する場合には、主ＩＤＴ（主すだれ状電極）３０３と副ＩＤＴ（副
すだれ状電極）３０５の電極指の極性を逆符号（＋／−）の関係に設定する。前述した３
個のＩＤＴ（主ＩＤＴ（主すだれ状電極）３０３、副ＩＤＴ（副すだれ状電極）３０５、
ゲイトＩＤＴ３０４）はひとつのＩＤＴを３つに分割して形成することができる。
【００２７】
本発明における図３の２モード型ＳＡＷ共振子１０１の構成条件の１例を示すと、前述
のＳＴカット水晶板あるいは面内回転ＳＴカット水晶板において、アルミニウム電極の膜
厚みｈと、利用する弾性表面波の波長λとの比ｈ／λが０．０２から０．０３であり、前
述した３個のＩＤＴの総対数Ｍ＝１６０対、主ＩＤＴ（主すだれ状電極）３０３が７０対
、副ＩＤＴ（副すだれ状電極）３０５が７０対、ゲイトＩＤＴ３０４は２０対、ＩＤＴの
交叉幅が４０波長、反射器は９０本である。
【００２８】
つぎに図４は本発明による図３の構成にて実現する２モード型ＳＡＷ共振子１０１のア
ドミタンス特性Ｙ（ｆ）を示す。同図縦軸は２０ｌｏｇ１０（Ｙ（ｆ））（ｄＢ）かつ単
位はシーメンスにて表示し、横軸は周波数により表示した場合である。図中の曲線４０１
が前述した対称モードＳ０の状態をしめし、曲線４０２が斜対称モードＡ０の状態である
。両者の共振周波数ｆＬ，ｆＨの差と共振周波数ｆＬとの比（ｆＨ−ｆＬ）／ｆＬは１０
０〜２００ｐｐｍと近接させることが可能である。
【００２９】
つぎに、本発明に使用される温度検出用水晶振動子１０２について説明する。図５は温
度センサとして使われる公称周波数４０ｋＨｚの音叉型水晶振動子の周波数−温度特性５
００である。まず温度検出用水晶振動子１０２は約１ｍｍから２ｍｍ程度の長さで、幅寸
法が１ｍｍ以下、厚みが約１００μｍと小形な音叉型形状を有して水晶材で形成されてい
る。周波数−温度特性５００で示す特性は、温度に対する変化率が−２６ｐｐｍ／℃程度
の傾斜を有しているため、温度範囲−５０から１００℃の範囲において、およそ４０００
ｐｐｍすなわち１６０Ｈｚの周波数変化量が得られる。従って、発振回路１０５からの出
力信号は、周波数が３９９２０ｂｐｓから４００８０ｂｐｓの間をとるデジタル信号であ
る。これを受信側で再生することにより温度情報が簡単に得られることになる。
【００３０】
つぎに、本発明のＦＳＫ送信装置１の実装形態につき図６（ａ）および図６（ｂ）を用
いて説明する。図６（ａ）は、ＦＳＫ送信装置１の実装形態における平面図であり、図６
（ｂ）は、実装形態における断面図である。図６（ａ）は、容器６００の上に被せるフタ
６０４を除外した状態で示している。図６（ａ）、図６（ｂ）中の各部位は、セラミック
材料から構成されたセラミックパッケージとしての容器６００、温度検出用の音叉型水晶
振動片で構成された温度検出用水晶振動子６０１、Ｃ−ＭＯＳプロセスで形成されたＩＣ
チップ６０２、水晶基板上にて形成された２モード型ＳＡＷ共振子１０１のＳＡＷチップ
６０３である。以上の３個の機能を集積化した素子は図６の例のように配置されて、さら
に各素子間はワイヤーボンデング、回路基板等により電気配線が施されて、セラミックパ
ッケージとしての容器６００内に収容されており、さらに容器６００内は減圧され、その
気密維持のためにフタ６０４をかぶせて封止される。
【００３１】
以上において各構成要素について説明した。最後に図７（ａ）〜（ｄ）において、本発
明のＦＳＫ送信装置１にて得られる信号波形について説明する。図７（ａ）で示す信号波
形は、ＦＳＫ変調回路１０８（図２参照）へのデジタル入力データ信号７０１であり、発
振回路１０５（図１参照）の出力信号でもある。図７（ｂ）で示す信号波形は、２モード
発振回路１０４からアンテナ１００に出力される被変調波信号７０２である。図７（ｃ）
で示す信号波形は、ゲイト回路１０６への送信可能指令信号７０３（図１参照）である。
図７（ｄ）で示す信号波形は、２モード発振回路１０４（図１参照）における周波数信号
の状態と電圧を対比してあらわしたもので２モード発振回路への入力信号７０４に相当す
る。また入力信号７０４は、ＦＳＫ変調回路１０８へのデジタル入力データ信号７０１と
ゲイト回路１０６への送信可能指令信号７０３とによって形成され、デジタル入力データ
信号７０１のＨ（＋１）に対応して共振周波数ｆＨで対称モードＳ０が動作し、デジタル
入力データ信号７０１のＨ（０）に対応して共振周波数ｆＬで斜対称モードＡ０が動作す
る。
【００３２】
以上、説明したように本発明のＦＳＫ送信装置１はＳＡＷデバイス技術とＩＣ技術を融
合してコンパクトに集積可能であり、今後、ＦＳＫ送信装置１を利用したセンサシステム
分野におおいに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のＦＳＫ送信装置の一実施例を示すブロック図。
【図２】本発明のＦＳＫ変調回路の回路構成の一実施例を示すブロック図。
【図３】本発明のＦＳＫ送信装置に使用する２モード型ＳＡＷ共振素子の電極パターンの一実施例が示す平面図。
【図４】本発明に使用する２モード型ＳＡＷ共振子のアドミタンス特性図。
【図５】本発明に使用する温度検出用水晶振動子の一実施例が示す特性図。
【図６】本発明のＦＳＫ送信装置の一実施例を示す（ａ）は、実装状態における平面図、（ｂ）は、実装状態における断面図。
【図７】本発明のＦＳＫ送信装置が有する信号波形を示す特性図。
【符号の説明】
【００３４】
１…ＦＳＫ送信装置、１００…アンテナ、１０１…２モード型ＳＡＷ共振子、１０２，
６０１…温度検出用水晶振動子、１０３，６０２…ＩＣチップ、１０４…２モード発振回
路、１０５…発振回路、１０６…ゲイト回路、１０８…ＦＳＫ変調回路、１０９…ＳＡＷ
チップ、２００…増幅器、２０４，２０５…ＳＷ（スイッチ）回路、２０７…出力信号端
子、３００…圧電体平板、３０１…２モード型ＳＡＷ共振素子、３０２，３１０…反射器
、３０３…主ＩＤＴ（主すだれ状電極）、３０４…ゲイトＩＤＴ、３０５…副ＩＤＴ（副
すだれ状電極）、３０６，３０７，３０８，３０９…入力端子、４０１，４０２…曲線、
５００…周波数−温度特性、６００…セラミックパッケージとしての容器、６０３…ＳＡ
Ｗチップ、６０４…フタ、７０１…デジタル入力データ信号、７０２…被変調波信号、７
０３…送信可能指令信号、７０４…入力信号、Ａ０…斜対称モード、ｆＨ，ｆＬ…共振周
波数、ｈ…膜厚み、ＰＴ０…電極周期長、Ｓ０…対称モード、Ｘ…電気軸、Ｙ（ｆ）…ア
ドミタンス特性、Ｚ…光軸、λ…波長、Ψ…回転角。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
２値の周波数信号を送信可能なＦＳＫ送信装置であって、前記ＦＳＫ送信装置は、温度
検出用水晶振動子を用いた発振回路から温度情報を含んで出力されたデジタル信号列によ
り２値の周波数をＦＳＫ変調させる２モード発振回路を備え、前記２モード発振回路は２
モード型ＳＡＷ共振子を発振させるための増幅器と、２値の発振周波数状態を切り替える
ためのＳＷ回路からなるＦＳＫ変調回路を内蔵し、さらに前記ＦＳＫ変調回路からの出力
をアンテナに接続して送信系を構成してなることを特徴とするＦＳＫ送信装置。
【請求項２】
前記温度検出用水晶振動子が４０ｋＨｚの公称周波数を有する音叉型水晶振動子である
ことを特徴とする請求項１に記載のＦＳＫ送信装置。
【請求項３】
前記２モード型ＳＡＷ共振子は、振動状態が縦の対称モードＳ０と振動状態が縦の斜対
称モードＡ０との２つの振動モードを有することを特徴とする請求項１に記載のＦＳＫ送
信装置。
【請求項４】
前記２モード発振回路およびゲイト回路がＣ−ＭＯＳＩＣで構成されてなることを特
徴とする請求項１に記載のＦＳＫ送信装置。
【請求項５】
前記２モード発振回路を集積化したＣ−ＭＯＳＩＣおよびＳＡＷチップ上に形成した
前記２モード型ＳＡＷ共振子と前記温度検出用水晶子をセラミックパッケージ内に封じた
ことを特徴とする請求項１に記載のＦＳＫ送信装置。

【図１】