JP2006279798A - Temperature compensated oscillator - Google Patents
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Abstract
【課題】 電圧制御型発振器を構成することなく、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させる。
【解決手段】 発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2が互いに異なるSAW発振器S1、S2を温度補償型発振器に設けるとともに、SAW発振器S1、S2からそれぞれ出力された発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の信号を混合する混合器B1を設け、発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の信号を混合器B1に入力し、これらの発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の和(f1+Δf1+f2+Δf2)の信号と、これらの発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))の信号を生成し、発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))の信号を発振器出力としてローパスフィルタB2にて抽出する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the compensation accuracy of oscillation frequency fluctuation due to temperature change without configuring a voltage controlled oscillator.
A temperature-compensated oscillator is provided with SAW oscillators S1 and S2 having different oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2, and a mixer B1 for mixing signals of oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2 output from the SAW oscillators S1 and S2, respectively. The signals of the oscillation frequencies f1 + Δf1, f2 + Δf2 are input to the mixer B1, and the difference between the signals of the sum of these oscillation frequencies f1 + Δf1, f2 + Δf2 (f1 + Δf1 + f2 + Δf2) and the oscillation frequencies f1 + Δf1, f2 + Δf2 ((f1 + Δf1Δf2)) ) And a signal of the difference ((f1 + Δf1) − (f2 + Δf2)) between the oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2 is extracted as an oscillator output by the low-pass filter B2.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は温度補償型発振器に関し、特に、SAW(Surface Acoustic Wave)発振器に適用して好適なものである。 The present invention relates to a temperature compensated oscillator, and is particularly suitable for application to a SAW (Surface Acoustic Wave) oscillator.
従来の温度補償型発振器では、温度変化による発振器の周波数変動を抑制するため、温度特性に優れたデバイスの特性を参照しながら、発振器の制御電圧を制御することが行われている。
また、例えば、特許文献1には、水晶発振器の周波数温度変動の特性と逆特性を持つ電圧発生回路を設け、その電圧発生回路から出力される電圧に基づいて水晶発振器の付加容量を制御することにより、水晶発振器の周波数偏差を補償する方法が開示されている。
Further, for example, in
しかしながら、水晶発振器の周波数温度変動の特性の逆特性を電圧発生回路に確実に生成させることは困難である。つまり、従来の水晶発振器の温度補償方法では、水晶発振器の周波数偏差を電圧発生回路にて完全に打ち消すことができず、水晶発振器の周波数偏差の補償精度が悪いという問題があった。また、従来の水晶発振器の温度補償方法では、水晶発振器と電圧発生回路とが異なる材質で構成されるため、水晶発振器の温度特性と水晶発振器の温度特性の逆特性とが一致するように調整したとしても、長期的なエージング動作により、水晶発振器の温度特性と水晶発振器の温度特性の逆特性とが離れるようになり、水晶発振器の温度補償の信頼性が悪いという問題があった。さらに、特許文献1に開示された方法では、水晶発振器の周波数偏差を補償するために、電圧制御型発振器を構成する必要があり、単なる発振器に比べてノイズ特性が劣化するという問題があった。
However, it is difficult for the voltage generation circuit to reliably generate the reverse characteristic of the frequency temperature fluctuation characteristic of the crystal oscillator. In other words, the temperature compensation method of the conventional crystal oscillator has a problem that the frequency deviation of the crystal oscillator cannot be completely canceled out by the voltage generation circuit, and the accuracy of compensation of the frequency deviation of the crystal oscillator is poor. In addition, in the conventional crystal oscillator temperature compensation method, the crystal oscillator and voltage generation circuit are made of different materials, so the temperature characteristics of the crystal oscillator and the inverse characteristics of the temperature characteristics of the crystal oscillator are adjusted to match. However, due to the long-term aging operation, the temperature characteristic of the crystal oscillator and the inverse characteristic of the temperature characteristic of the crystal oscillator are separated, and there is a problem that the temperature compensation reliability of the crystal oscillator is poor. Furthermore, in the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、電圧制御型発振器を構成することなく、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能な温度補償型発振器を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a temperature compensated oscillator capable of improving the compensation accuracy of oscillation frequency fluctuation due to temperature change without configuring a voltage controlled oscillator.
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、発振周波数が互いに異なる第1および第2のSAW発振器と、前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分に対応した信号を生成する周波数演算部とを備えることを特徴とする。
これにより、第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分に基づいて温度補償型発振器の発振周波数を規定することができる。このため、SAW発振器の温度特性の逆特性を持つ電圧発生回路を用いることなく、温度変動に起因する周波数偏差を互いに打ち消すことができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となるとともに、SAW発振器の周波数偏差を補償するために電圧制御型発振器を構成する必要がなくなり、ノイズ特性を向上させることができる。また、SAW発振器の材料を異ならせることなく、SAW発振器の発振周波数を互いに異ならせることが可能となり、長期的なエージング動作によっても、第1および第2のSAW発振器の温度特性を同等に変化させることが可能となることから、SAW発振器の温度補償の信頼性を向上させることができる。
In order to solve the above-described problem, according to the temperature compensated oscillator according to one aspect of the present invention, the first and second SAW oscillators having different oscillation frequencies and the oscillations of the first and second SAW oscillators are provided. And a frequency calculation unit that generates a signal corresponding to the difference in frequency.
Thereby, the oscillation frequency of the temperature compensated oscillator can be defined based on the difference between the oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators. For this reason, frequency deviations caused by temperature fluctuations can be canceled out without using a voltage generation circuit having a reverse characteristic of the temperature characteristics of the SAW oscillator, and compensation accuracy of oscillation frequency fluctuations due to temperature changes can be improved. In addition, it is not necessary to configure a voltage-controlled oscillator to compensate for the frequency deviation of the SAW oscillator, and noise characteristics can be improved. In addition, the oscillation frequency of the SAW oscillator can be made different from each other without changing the material of the SAW oscillator, and the temperature characteristics of the first and second SAW oscillators can be equally changed even by a long-term aging operation. Therefore, the reliability of temperature compensation of the SAW oscillator can be improved.
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記周波数演算部は、前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の信号を混合する混合器と、前記混合器にて混合された信号から前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタとを備えることを特徴とする。
これにより、簡易な回路構成にて第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分を抽出することが可能となり、温度補償型発振器の回路構成の大規模化を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となる。
Further, according to the temperature compensated oscillator according to one aspect of the present invention, the frequency calculation unit includes a mixer that mixes the signals of the oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators, and the mixer And a low-pass filter for extracting a difference between the oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators from the obtained signal.
As a result, it is possible to extract the difference between the oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators with a simple circuit configuration, while suppressing an increase in the circuit configuration of the temperature-compensated oscillator and oscillating due to temperature changes. It becomes possible to improve the compensation accuracy of frequency fluctuation.
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第1および第2のSAW発振器は、温度に対する周波数の変化量が互いに一致するように構成されていることを特徴とする。
これにより、第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分をとることで、温度変動に起因する周波数偏差を互いに打ち消すことができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となる。
Further, according to the temperature compensated oscillator according to an aspect of the present invention, the first and second SAW oscillators are configured such that the amount of change in frequency with respect to temperature coincides with each other.
As a result, by taking the difference between the oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators, it is possible to cancel out frequency deviations caused by temperature fluctuations, and to improve the compensation accuracy of oscillation frequency fluctuations due to temperature changes. It becomes.
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第1および第2のSAW発振器は、薄膜圧電体上にそれぞれ形成された第1および第2のIDT電極をそれぞれ備え、前記薄膜圧電体または前記IDT電極のいずれか少なくとも一方の膜厚を互いに異ならせることにより、前記第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を互いに一致させることを特徴とする。 Further, according to the temperature compensated oscillator according to one aspect of the present invention, the first and second SAW oscillators include first and second IDT electrodes respectively formed on a thin film piezoelectric body, By changing the film thickness of at least one of the thin film piezoelectric body and the IDT electrode from each other, the amount of change in frequency with respect to the temperature of the first and second SAW oscillators is made to coincide with each other.
これにより、第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数偏差を調整するために、第1および第2のSAW発振器の材料を互いに異ならせる必要がなくなり、第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を精度よく一致させることができる。このため、温度変動に起因する周波数偏差を精度よく打ち消すことができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となるとともに、長期的なエージング動作によっても、第1および第2のSAW発振器の温度特性を同等に変化させることが可能となることから、SAW発振器の温度補償の信頼性を向上させることができる。 This eliminates the need to use different materials for the first and second SAW oscillators in order to adjust the frequency deviation with respect to the temperatures of the first and second SAW oscillators. The amount of change in frequency with respect to can be matched with high accuracy. For this reason, it is possible to cancel out the frequency deviation due to the temperature variation with high accuracy, to improve the compensation accuracy of the oscillation frequency variation due to the temperature change, and to perform the first and second even by a long-term aging operation. Since the temperature characteristics of the SAW oscillator can be changed equally, the reliability of the temperature compensation of the SAW oscillator can be improved.
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第1および第2のSAW発振器は、前記IDT電極上に形成された温度特性変化膜をさらに備え、前記薄膜圧電体、前記IDT電極または前記温度特性変化膜のいずれか少なくとも一つの膜厚を互いに異ならせることにより、前記第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を互いに一致させることを特徴とする。 In the temperature compensated oscillator according to one aspect of the present invention, the first and second SAW oscillators further include a temperature characteristic change film formed on the IDT electrode, and the thin film piezoelectric body, By changing the thickness of at least one of the IDT electrode and the temperature characteristic change film from each other, the amount of change in frequency with respect to the temperature of the first and second SAW oscillators is made to coincide with each other.
これにより、第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数偏差を調整するために、第1および第2のSAW発振器の材料を互いに異ならせる必要がなくなるとともに、組み合わせの自由度を広げることが可能となり、第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を精度よく一致させることができる。このため、温度変動に起因する周波数偏差を精度よく打ち消すことができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となるとともに、長期的なエージング動作によっても、第1および第2のSAW発振器の温度特性を同等に変化させることが可能となることから、SAW発振器の温度補償の信頼性を向上させることができる。 Thereby, in order to adjust the frequency deviation with respect to the temperature of the first and second SAW oscillators, it is not necessary to make the materials of the first and second SAW oscillators different from each other, and the degree of freedom of combination can be expanded. Thus, the amount of change in frequency with respect to the temperature of the first and second SAW oscillators can be matched accurately. For this reason, it is possible to cancel out the frequency deviation due to the temperature variation with high accuracy, to improve the compensation accuracy of the oscillation frequency variation due to the temperature change, and to perform the first and second even by a long-term aging operation. Since the temperature characteristics of the SAW oscillator can be changed equally, the reliability of the temperature compensation of the SAW oscillator can be improved.
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、半導体チップ上に積層され、波長が互いに異なる弾性表面波を生成する第1および第2の弾性表面波装置と、前記半導体チップに形成され、前記第1および第2の弾性表面波装置がそれぞれ組み込まれることにより発振周波数が互いに異なる第1および第2のSAW発振器を構成する帰還回路と、前記半導体チップに形成され、前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の信号を混合する混合器と、前記半導体チップに形成され、前記混合器にて混合された信号から前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタとを備えることを特徴とする。 In addition, according to the temperature compensated oscillator according to one aspect of the present invention, the first and second surface acoustic wave devices that are stacked on the semiconductor chip and generate surface acoustic waves having different wavelengths, and the semiconductor chip The first and second surface acoustic wave devices are formed and incorporated in the first and second SAW oscillators having different oscillation frequencies, respectively, and formed in the semiconductor chip. And a mixer for mixing the signals of the oscillation frequencies of the second SAW oscillator and a difference between the oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators formed from the signals formed in the semiconductor chip and mixed by the mixer. And a low-pass filter for extraction.
これにより、SAW発振器の温度特性の逆特性を持つ電圧発生回路を用いることなく、温度変動に起因する周波数偏差を互いに打ち消すことが可能となるとともに、半導体チップ上に弾性表面波装置を集積化することができる。このため、複数の弾性表面波装置を設けた場合においても、これらの弾性表面波装置の温度差をなくすことが可能となるとともに、弾性表面波装置の実装面積の増大を抑制することができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となるとともに、温度補償型発振器のコストアップを抑制することができる。 As a result, frequency deviations caused by temperature fluctuations can be canceled out without using a voltage generation circuit having a reverse characteristic of the temperature characteristic of the SAW oscillator, and the surface acoustic wave device is integrated on the semiconductor chip. be able to. For this reason, even when a plurality of surface acoustic wave devices are provided, the temperature difference between these surface acoustic wave devices can be eliminated, and an increase in the mounting area of the surface acoustic wave device can be suppressed, Compensation accuracy of oscillation frequency variation due to temperature change can be improved, and cost increase of the temperature compensated oscillator can be suppressed.
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第1および第2の弾性表面波装置は、前記半導体チップ上に積層された薄膜圧電体と、前記薄膜圧電体上に形成されたIDT電極を備えることを特徴とする。
これにより、薄膜圧電体を半導体チップ上に成膜することで、弾性表面波装置を半導体チップ上に積層することが可能となり、実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を低減させることができる。
Also, according to the temperature compensated oscillator according to one aspect of the present invention, the first and second surface acoustic wave devices are formed on the thin film piezoelectric body stacked on the semiconductor chip and on the thin film piezoelectric body. The IDT electrode is provided.
As a result, the surface acoustic wave device can be stacked on the semiconductor chip by depositing the thin film piezoelectric body on the semiconductor chip, and the oscillation frequency fluctuation due to temperature change is reduced while suppressing an increase in mounting area. Can be made.
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記薄膜圧電体または前記IDT電極のいずれか少なくとも一方の膜厚を互いに異ならせることにより、前記第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を互いに一致させることを特徴とする。
これにより、第1および第2のSAW発振器の材料を互いに異ならせることなく、第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を精度よく一致させることができ、温度変動に起因する周波数偏差を精度よく打ち消すことができる。
Further, according to the temperature compensated oscillator according to the aspect of the present invention, the first and second SAW oscillators can be provided by changing the film thickness of at least one of the thin film piezoelectric body and the IDT electrode. The amount of change in frequency with respect to temperature is made to coincide with each other.
Thus, the amount of change in frequency with respect to the temperature of the first and second SAW oscillators can be made to coincide with each other without making the materials of the first and second SAW oscillators different from each other, and the frequency caused by temperature fluctuations The deviation can be canceled with high accuracy.
以下、本発明の実施形態に係る温度補償型発振器について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る温度補償型発振器の概略構成を示す回路図である。
図1において、温度補償型発振器には、発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2が互いに異なるSAW発振器S1、S2が設けられ、SAW発振器S1、S2には、弾性表面波装置W1、W2が設けられている。Δf1、Δf2は温度による周波数f1、f2の変化量である。ここで、弾性表面波装置W1、W2には、弾性表面波を励振するIDT(インターデジタルトランスデューサ)電極が設けられるとともに、弾性表面波を反射する反射器電極が設けられている。なお、IDT電極は、互いにかみ合うように配置された1組の櫛形電極にて構成することができる。そして、弾性表面波装置W1、W2にそれぞれ設けられたIDT電極の配列ピッチを互いに異ならせることにより、弾性表面波装置W1、W2にてそれぞれ生成される弾性表面波の波長が互いに異なるように構成することができる。また、SAW発振器S1、S2は、温度に対する周波数の変化量Δf1、Δf2が一致するように構成されている。
A temperature compensated oscillator according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the temperature compensated oscillator according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the temperature compensated oscillator is provided with SAW oscillators S1 and S2 having different oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2, and the SAW oscillators S1 and S2 are provided with surface acoustic wave devices W1 and W2. Δf1 and Δf2 are changes in the frequencies f1 and f2 due to temperature. Here, the surface acoustic wave devices W1 and W2 are provided with IDT (interdigital transducer) electrodes for exciting the surface acoustic waves and reflector electrodes for reflecting the surface acoustic waves. The IDT electrode can be composed of a pair of comb electrodes arranged so as to engage with each other. Further, the arrangement pitches of the IDT electrodes provided in the surface acoustic wave devices W1 and W2 are made different from each other so that the wavelengths of the surface acoustic waves generated by the surface acoustic wave devices W1 and W2 are different from each other. can do. Further, the SAW oscillators S1 and S2 are configured such that the frequency changes Δf1 and Δf2 with respect to the temperature coincide with each other.
そして、弾性表面波装置W1の櫛形電極間には、帰還ループを構成するインバータN1が接続され、弾性表面波装置W1およびインバータN1にてSAW発振器S1を構成することができる。また、弾性表面波装置W1の櫛形電極間には抵抗R1が接続されるとともに、各櫛形電極にはコンデンサC1、C1´が接続されている。
また、弾性表面波装置W2の櫛形電極間には、帰還ループを構成するインバータN2が接続され、弾性表面波装置W2およびインバータN2にてSAW発振器S2を構成することができる。また、弾性表面波装置W2の櫛形電極間には抵抗R2が接続されるとともに、各櫛形電極にはコンデンサC2、C2´が接続されている。
An inverter N1 constituting a feedback loop is connected between the comb electrodes of the surface acoustic wave device W1, and the SAW oscillator S1 can be constituted by the surface acoustic wave device W1 and the inverter N1. A resistor R1 is connected between the comb electrodes of the surface acoustic wave device W1, and capacitors C1 and C1 ′ are connected to each comb electrode.
Further, an inverter N2 constituting a feedback loop is connected between the comb-shaped electrodes of the surface acoustic wave device W2, and the SAW oscillator S2 can be constituted by the surface acoustic wave device W2 and the inverter N2. A resistor R2 is connected between the comb electrodes of the surface acoustic wave device W2, and capacitors C2 and C2 'are connected to the comb electrodes.
また、温度補償型発振器には、SAW発振器S1、S2からそれぞれ出力された発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の信号を混合する混合器B1、混合器B1にて混合された信号からSAW発振器S1、S2の発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))の周波数を持つ信号を抽出するローパスフィルタB2が設けられている。 Further, the temperature compensated oscillator includes a mixer B1 that mixes signals of oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2 output from the SAW oscillators S1 and S2, respectively, and oscillations of the SAW oscillators S1 and S2 from signals mixed in the mixer B1. A low-pass filter B2 that extracts a signal having a frequency difference ((f1 + Δf1) − (f2 + Δf2)) between the frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2 is provided.
そして、弾性表面波装置W1からの出力はインバータN1を介して帰還され、発振周波数f1+Δf1の信号が混合器B1に入力される。また、弾性表面波装置W2からの出力はインバータN2を介して帰還され、発振周波数f2+Δf2の信号が混合器B1に入力される。
そして、発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の信号が混合器B1に入力されると、これらの発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の和(f1+Δf1+f2+Δf2)の信号と、これらの発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))の信号が生成され、これらの信号がローパスフィルタB2に入力される。そして、発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の和(f1+Δf1+f2+Δf2)の信号と、これらの発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))の信号がローパスフィルタB2に入力されると、発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の和(f1+Δf1+f2+Δf2)の信号が遮断され、発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))の信号を発振器出力として抽出することができる。
The output from the surface acoustic wave device W1 is fed back via the inverter N1, and a signal having an oscillation frequency f1 + Δf1 is input to the mixer B1. The output from the surface acoustic wave device W2 is fed back via the inverter N2, and a signal having an oscillation frequency f2 + Δf2 is input to the mixer B1.
Then, when signals of the oscillation frequencies f1 + Δf1, f2 + Δf2 are input to the mixer B1, the signal of the sum (f1 + Δf1 + f2 + Δf2) of these oscillation frequencies f1 + Δf1, f2 + Δf2 and the difference between these oscillation frequencies f1 + Δf1, f2 + Δf2 ((f1 + Δf1) − ( f2 + Δf2)) are generated, and these signals are input to the low-pass filter B2. When the signal of the sum (f1 + Δf1 + f2 + Δf2) of the oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2 and the difference between these oscillation frequencies f1 + Δf1, f2 + Δf2 ((f1 + Δf1) − (f2 + Δf2)) is input to the low-pass filter B2, the oscillation frequency f1 + Δf1 The signal of the sum of f2 + Δf2 (f1 + Δf1 + f2 + Δf2) is cut off, and the signal of the difference ((f1 + Δf1) − (f2 + Δf2)) between the oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2 can be extracted as the oscillator output.
これにより、SAW発振器S1、S2の発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))に基づいて温度補償型発振器の発振周波数を規定することができる。ここで、Δf1とΔf2が一致するように構成しているため、温度補償型発振器の発振周波数は、温度によらず(f1−f2)となる。このため、SAW発振器S1、S2の温度特性の逆特性を持つ電圧発生回路を用いることなく、温度変動に起因する周波数偏差を互いに打ち消すことができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となるとともに、SAW発振器S1、S2の周波数偏差を補償するために電圧制御型発振器を構成する必要がなくなり、ノイズ特性を向上させることができる。 As a result, the oscillation frequency of the temperature compensated oscillator can be defined based on the difference ((f1 + Δf1) − (f2 + Δf2)) between the oscillation frequencies f1 + Δf1 and f2 + Δf2 of the SAW oscillators S1 and S2. Here, since Δf1 and Δf2 are configured to coincide with each other, the oscillation frequency of the temperature-compensated oscillator is (f1−f2) regardless of the temperature. For this reason, frequency deviations caused by temperature fluctuations can be canceled out without using voltage generation circuits having inverse characteristics of the temperature characteristics of SAW oscillators S1 and S2, and the compensation accuracy of oscillation frequency fluctuations due to temperature changes can be improved. In addition, it is not necessary to configure a voltage-controlled oscillator to compensate for the frequency deviation of the SAW oscillators S1 and S2, and noise characteristics can be improved.
また、SAW発振器S1、S2の材料を異ならせることなく、SAW発振器S1、S2の発振周波数を互いに異ならせることが可能となり、長期的なエージング動作によっても、SAW発振器S1、S2の温度特性を同等に変化させることが可能となる。このため、SAW発振器S1、S2の使用環境によってSAW発振器S1、S2の温度特性が乖離することを防止することができ、SAW発振器S1、S2の温度補償の信頼性を向上させることができる。 Further, it is possible to make the oscillation frequencies of the SAW oscillators S1 and S2 different from each other without changing the materials of the SAW oscillators S1 and S2, and the temperature characteristics of the SAW oscillators S1 and S2 are equal even by a long-term aging operation. It becomes possible to change to. For this reason, it is possible to prevent the temperature characteristics of the SAW oscillators S1 and S2 from deviating depending on the use environment of the SAW oscillators S1 and S2, and to improve the temperature compensation reliability of the SAW oscillators S1 and S2.
図2(a)は、本発明の第2実施形態に係る温度補償型発振器の概略構成を示す平面図、図2(b)は、図2(a)のSAW振動子の概略構成を示す断面図である。
図2(a)において、温度補償型発振器には、図1の弾性表面波装置W1、W2としてSAW振動子W11、W12がそれぞれ設けられている。そして、温度補償型発振器には、回路ブロックB11が形成された半導体チップ11が設けられるとともに、SAW振動子W11、W12は半導体チップ11上に積層されている。なお、回路ブロックB11には、図1のインバータN1、N2、抵抗R1、R2およびコンデンサC1、C1´、C2、C2´が設けられ、SAW振動子W11、W12がそれぞれ組み込まれることにより発振周波数が互いに異なるSAW発振器S1、S2を構成することができる。また、回路ブロックB11には、SAW発振器S1、S2からそれぞれ出力された発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の信号を混合する混合器B1、混合器B1にて混合された信号からSAW発振器S1、S2の発振周波数f1+Δf1、f2+Δf2の差分((f1+Δf1)−(f2+Δf2))の周波数を持つ信号を抽出するローパスフィルタB2を設けることができる。
2A is a plan view showing a schematic configuration of a temperature compensated oscillator according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the SAW vibrator of FIG. 2A. FIG.
2A, the temperature compensated oscillator is provided with SAW transducers W11 and W12 as the surface acoustic wave devices W1 and W2 of FIG. The temperature compensated oscillator is provided with the
なお、半導体チップ11を構成する半導体材料としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaNまたはZnSeなどを用いることができる。
また、図2(b)に示すように、半導体チップ11上には、薄膜圧電体層12が積層されている。そして、薄膜圧電体層12上には、薄膜圧電体層12に弾性表面波を発生させるIDT電極13が形成され、図2(a)のSAW振動子W11、W12が構成されるとともに、IDT電極13上には、温度特性変化層14が積層されている。なお、薄膜圧電体層12の材質としてはZnO、温度特性変化層14の材質としてはSiO2などを用いることができる。ここで、各SAW振動子W11、W12のIDT電極13の配列ピッチを互いに異ならせることにより、SAW振動子W11、W12にてそれぞれ生成される弾性表面波の波長λが互いに異なるように構成することができる。
In addition, as a semiconductor material which comprises the
As shown in FIG. 2B, a thin
また、SAW振動子W11、W12が組み込まれたSAW発振器S1、S2は、温度に対する周波数の変化量が互いに一致するように構成することができる。ここで、薄膜圧電体層12の膜厚d1、IDT電極13の膜厚d2または温度特性変化膜層14の膜厚d3のいずれか少なくとも一つを調整することで、SAW発振器S1、S2の温度に対する周波数偏差の傾きを調整することができる。
Further, the SAW oscillators S1 and S2 in which the SAW vibrators W11 and W12 are incorporated can be configured such that the amount of change in frequency with respect to temperature coincides. Here, by adjusting at least one of the film thickness d 1 of the thin
図3は、図2の温度補償型発振器の周波数偏差の調整方法を示す図である。
図3において、例えば、薄膜圧電体層12がZnO、温度特性変化層14がSiO2にて構成されている場合、薄膜圧電体層12の膜厚d1またはIDT電極13の膜厚d2を減少させるかあるいは温度特性変化層14の膜厚d3を増加させることにより、温度Tに対する周波数偏差の傾きを緩やかにすることができる。一方、薄膜圧電体層12の膜厚d1またはIDT電極13の膜厚d2を増加させるかあるいは温度特性変化層14の膜厚d3を減少させることにより、温度Tに対する周波数偏差の傾きを急峻にすることができる。
FIG. 3 is a diagram showing a method of adjusting the frequency deviation of the temperature compensated oscillator of FIG.
In FIG. 3, for example, when the thin
これにより、SAW発振器S1、S2の温度Tに対する周波数偏差を調整するために、SAW発振器S1、S2の材料を互いに異ならせる必要がなくなり、SAW発振器S1、S2の温度Tに対する周波数の変化量を精度よく一致させることができる。このため、温度変動に起因する周波数偏差を精度よく打ち消すことができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となるとともに、長期的なエージング動作によっても、SAW発振器S1、S2の温度特性を同等に変化させることが可能となることから、SAW発振器S1、S2の温度補償の信頼性を向上させることができる。 Thereby, in order to adjust the frequency deviation of the SAW oscillators S1 and S2 with respect to the temperature T, it is not necessary to use different materials for the SAW oscillators S1 and S2, and the amount of change in frequency with respect to the temperature T of the SAW oscillators S1 and S2 can be accurately determined. Can be matched well. For this reason, it is possible to cancel out the frequency deviation due to the temperature variation with high accuracy, to improve the compensation accuracy of the oscillation frequency variation due to the temperature variation, and to perform the SAW oscillators S1, S2 even by a long-term aging operation. Therefore, the temperature compensation reliability of the SAW oscillators S1 and S2 can be improved.
図4は、本発明の第3実施形態に係る温度補償型発振器の概略構成を示す断面図である。
図4において、半導体チップ21には素子形成領域22が設けられ、素子形成領域22にはトランジスタ、抵抗、容量などの素子が形成されている。また、素子形成領域22が設けられた半導体チップ21上には層間絶縁膜23が形成され、層間絶縁膜23には、素子形成領域22に接続された配線層24が形成されている。また、層間絶縁膜23上には、配線層24に接続されたパッド電極25が形成されている。そして、素子形成領域22に形成された素子および配線層24にて、図1のインバータN1、N2、混合器B1、ローパスフィルタB2、抵抗R1、R2およびコンデンサC1、C1´、C2、C2´などを構成することができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a temperature compensated oscillator according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 4, an
そして、層間絶縁膜23上には、パッド電極25を避けるようにして、薄膜圧電体層26が成膜されている。そして、薄膜圧電体層26上には、薄膜圧電体層26に弾性表面波を発生させるIDT電極27a、27bが形成され、弾性表面波装置W21、W22が構成されるとともに、IDT電極27a、27bには、温度特性変化層28が積層されている。なお、薄膜圧電体層26の材質としてはZnO、温度特性変化層28の材質としてはSiO2を用いることができる。そして、IDT電極27a、27bはパッド電極25を介して素子形成領域22に接続され、図1のSAW発振器S1、S2が構成されている。ここで、IDT電極27a、27bの配列ピッチを互いに異ならせることにより、弾性表面波装置W21、W22にてそれぞれ生成される弾性表面波の波長λ1、λ2が互いに異なるように構成することができる。また、薄膜圧電体層26、IDT電極27a、27bまたは温度特性変化膜層28のいずれか少なくとも一つの膜厚を弾性表面波装置W21、W22ごとに調整することで、SAW発振器S1、S2の温度に対する周波数の変化量が互いに一致するように構成することができる。
A thin
これにより、SAW発振器S1、S2の温度特性の逆特性を持つ電圧発生回路を用いることなく、温度変動に起因する周波数偏差を互いに打ち消すことが可能となるとともに、半導体チップ21上に弾性表面波装置W21、W22を集積化することができる。このため、複数の弾性表面波装置W21、W22を設けた場合においても、これらの弾性表面波装置W21、W22の温度差をなくすことが可能となるとともに、弾性表面波装置W21、W22の実装面積の増大を抑制することができ、温度変化による発振周波数変動の補償精度を向上させることが可能となるとともに、温度補償型発振器のコストアップを抑制することができる。 As a result, it is possible to cancel out frequency deviations caused by temperature fluctuations without using a voltage generation circuit having a reverse characteristic of the temperature characteristics of the SAW oscillators S1 and S2, and the surface acoustic wave device on the semiconductor chip 21. W21 and W22 can be integrated. Therefore, even when a plurality of surface acoustic wave devices W21 and W22 are provided, it is possible to eliminate the temperature difference between these surface acoustic wave devices W21 and W22, and the mounting area of the surface acoustic wave devices W21 and W22. Increase of the oscillation frequency can be suppressed, and the compensation accuracy of the oscillation frequency fluctuation due to the temperature change can be improved, and the cost increase of the temperature compensated oscillator can be suppressed.
S1、S2 SAW発振器、W1、W2、W21、W22 弾性表面波装置、R1、R2 抵抗、C1、C1´、C2、C2´ コンデンサ、B1 混合器、B2 ローパスフィルタ、N1、N2 インバータ、W11、W12 SAW振動子、B11 回路ブロック、11、21 半導体チップ、12、26 薄膜圧電体層、13、27a、27b IDT電極、14、28 温度特性変化層、22 素子形成領域、23 層間絶縁膜、24、29 配線層、25 パッド電極 S1, S2 SAW oscillator, W1, W2, W21, W22 surface acoustic wave device, R1, R2 resistance, C1, C1 ′, C2, C2 ′ capacitor, B1 mixer, B2 low-pass filter, N1, N2 inverter, W11, W12 SAW vibrator, B11 circuit block, 11, 21 semiconductor chip, 12, 26 thin film piezoelectric layer, 13, 27a, 27b IDT electrode, 14, 28 temperature characteristic changing layer, 22 element forming region, 23 interlayer insulating film, 24, 29 wiring layers, 25 pad electrodes
Claims (8)
前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分に対応した信号を生成する周波数演算部とを備えることを特徴とする温度補償型発振器。 First and second SAW oscillators having different oscillation frequencies;
A temperature-compensated oscillator comprising: a frequency calculation unit that generates a signal corresponding to a difference between oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators.
前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の信号を混合する混合器と、
前記混合器にて混合された信号から前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタとを備えることを特徴とする請求項1記載の温度補償型発振器。 The frequency calculator is
A mixer for mixing signals of oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators;
The temperature-compensated oscillator according to claim 1, further comprising a low-pass filter that extracts a difference between oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators from a signal mixed by the mixer.
前記薄膜圧電体または前記IDT電極のいずれか少なくとも一方の膜厚を互いに異ならせることにより、前記第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を互いに一致させることを特徴とする請求項3記載の温度補償型発振器。 The first and second SAW oscillators include first and second IDT electrodes respectively formed on a thin film piezoelectric body,
The frequency change amount with respect to the temperature of the first and second SAW oscillators is made to coincide with each other by making the film thicknesses of at least one of the thin film piezoelectric body and the IDT electrode different from each other. 3. The temperature compensated oscillator according to 3.
前記薄膜圧電体、前記IDT電極または前記温度特性変化層のいずれか少なくとも一つの膜厚を互いに異ならせることにより、前記第1および第2のSAW発振器の温度に対する周波数の変化量を互いに一致させることを特徴とする請求項4記載の温度補償型発振器。 The first and second SAW oscillators further include a temperature characteristic changing layer formed on the IDT electrode,
By changing the film thickness of at least one of the thin film piezoelectric body, the IDT electrode, and the temperature characteristic changing layer, the amount of change in frequency with respect to the temperature of the first and second SAW oscillators is made to coincide with each other. The temperature compensated oscillator according to claim 4.
前記半導体チップに形成され、前記第1および第2の弾性表面波装置がそれぞれ組み込まれることにより発振周波数が互いに異なる第1および第2のSAW発振器を構成する帰還回路と、
前記半導体チップに形成され、前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の信号を混合する混合器と、
前記半導体チップに形成され、前記混合器にて混合された信号から前記第1および第2のSAW発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタとを備えることを特徴とする温度補償型発振器。 First and second surface acoustic wave devices that are stacked on a semiconductor chip and generate surface acoustic waves having different wavelengths;
A feedback circuit that forms first and second SAW oscillators formed on the semiconductor chip and having different oscillation frequencies by incorporating the first and second surface acoustic wave devices, respectively;
A mixer formed on the semiconductor chip for mixing signals of oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators;
A temperature-compensated oscillator comprising: a low-pass filter that is formed on the semiconductor chip and extracts a difference between oscillation frequencies of the first and second SAW oscillators from a signal mixed by the mixer.
前記半導体チップ上に積層された薄膜圧電体と、
前記薄膜圧電体上に形成されたIDT電極を備えることを特徴とする請求項6記載の温度補償型発振器。 The first and second surface acoustic wave devices include:
A thin film piezoelectric body laminated on the semiconductor chip;
The temperature compensated oscillator according to claim 6, further comprising an IDT electrode formed on the thin film piezoelectric body.
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