JP2015104074A - 発振回路、発振器、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御電圧変化に対する周波数変化の直線性を確保して周波数可変幅を広げることができ、かつ回路規模の増加を抑えることができる、発振回路、発振器、電子機器および移動体等を提供する。
【解決手段】 発振素子が接続されて発振信号を生成する発振用増幅回路２０３と、２端子のうち一端が発振用増幅回路と電気的に接続される複数のＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと、を含み、複数のＭＯＳ型可変容量素子は、それぞれの閾値電圧が異なり、それぞれの一方の端子に制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３、他方の端子に基準電圧Ｖｒ１、が印加される。複数のＭＯＳ型可変容量素子は、ゲート電極下の半導体層への不純物ドープ量がそれぞれ異なってもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、発振回路、発振器、電子機器および移動体に関する。

発振周波数を可変にするために、発振回路内に配置した可変容量素子に電圧を印加して、容量を変化させる方法が知られている。電圧で周波数を制御する発振器は一般にＶＣＸＯ（Voltage Controlled X’tal Oscillator、電圧制御水晶発振器）と呼ばれている。近年、水晶発振器も小型化が求められ、発振回路の集積回路化が進んでいる。

半導体集積回路で用いられる可変容量素子としては、バラクターダイオード、ＭＯＳ型可変容量素子の２種類が知られている。バラクターダイオードは、容量値の可変比率（最小容量値と最大容量値の比率）が一般に２倍程度であり、大きな周波数可変幅が得られない。これは、集積回路を形成するためのプロセスでは濃度勾配が急峻なＰＮ接合を実現できないことに起因する。

一方、ＭＯＳ型可変容量素子は、バラクターダイオードよりも大きな可変幅を実現できる。ＭＯＳ型可変容量素子は、ＭＯＳ型トランジスターのソースとドレインとを接続した構造をとるが、ＭＯＳ型トランジスターの閾値電圧(Ｖｔ)付近で容量値が急峻に変化する。そのため、バラクターダイオードに比べると、制御電圧と発振周波数の関係において直線性が良いとは言い難かった。

そこで、特許文献１の発明は、閾値電圧がＶｔである複数のＭＯＳ型可変容量素子に、共通の制御電圧と互いに異なるバイアス電圧とを供給することで、より広い制御電圧の範囲で容量値との関係を線形に近付けることができる。

特開２０１２−６４９１５号公報

しかし、特許文献１の発明では、複数のＭＯＳ型可変容量素子のそれぞれに異なるバイアス電圧を印加しなければならず、異なるバイアス電圧を生成する回路（バイアス電圧供給部）が必要になり、回路規模が増大してしまう。

本発明は、以上の事を鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、制御電圧変化に対する周波数変化の直線性を確保して周波数可変幅を広げることができ、かつ回路規模の増加を抑えることができる、発振回路、発振器、電子機器および移動体等を提供することができる。

本発明は前述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、以下の態様又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る発振回路は、発振素子が接続されて発振信号を生成する発振用増幅回路と、２端子のうち一端が前記発振用増幅回路と電気的に接続される複数のＭＯＳ型可変容
量素子と、を含み、前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、それぞれの閾値電圧が異なり、それぞれの一方の端子に制御電圧、他方の端子に基準電圧が印加される。

本適用例に係る発振回路は、それぞれの閾値電圧が異なり、それぞれの一方の端子に制御電圧、他方の端子に基準電圧が印加される複数のＭＯＳ型可変容量素子を含む。そのため、複数のＭＯＳ型可変容量素子の合成容量を、制御電圧変化に対して直線性を有するようにでき、その結果、制御電圧変化に対する周波数変化の直線性を確保して周波数可変幅を広げることができる。このとき、複数のＭＯＳ型可変容量素子のそれぞれに異なるバイアス電圧を印加する必要はなく、異なるバイアス電圧を生成する回路（バイアス電圧供給部）は不要であるので、回路規模が増大することも回避できる。

なお、ＭＯＳ型可変容量素子は、ＭＯＳ型トランジスターのソースとドレインとを接続した構造をとるが、ＭＯＳ型トランジスターの閾値電圧付近で容量値が急峻に変化する。つまり、ＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧とは、容量値が急峻に変化する電圧のことをいう。

［適用例２］
上記適用例に係る発振回路において、前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、ゲート電極下の半導体層への不純物ドープ量がそれぞれ異なってもよい。

本適用例に係る発振回路によれば、ＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧を、ゲート電極下の半導体層への不純物ドープ量を変えることで調整する。従来のＭＯＳ型トランジスターの製造工程と同じ手法を用いることができるため、専用の製造工程が不要であり、効率的に発振回路を製造することが可能である。なお、ゲート電極下の半導体層とは、例えばチャンネル領域であり、ヒ素、リン、またはホウ素等の不純物のドープ量によって閾値電圧を調整できる。

［適用例３］
上記適用例に係る発振回路において、前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、少なくとも１つがエンハンスメント型で、少なくとも１つがデプレッション型であってもよい。

本適用例に係る発振回路によれば、エンハンスメント型とデプレッション型のＭＯＳ型可変容量素子を組み合わせることで、制御電圧変化に対する周波数変化の直線性をより良くすることができる。ここで、デプレッション型のＭＯＳ型可変容量素子とは、閾値電圧が０Ｖ以下であるＭＯＳ型可変容量素子を示し、エンハンスメント型のＭＯＳ型可変容量素子とは、閾値電圧が０Ｖよりも高いＭＯＳ型可変容量素子を示している。このようなエンハンスメント型とデプレッション型のＭＯＳ型可変容量素子を組み合わせることで、制御電圧変化に対する合成容量の変化特性において、デプレッション型のＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧とエンハンスメント型のＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧との間の電圧を中心電圧Ｖｍとすることで、中心電圧Ｖｍを基準として制御電圧を変化させることで合成容量を線形に変化させることができ、ユーザーが容易に調整可能な発振回路を実現できる。

［適用例４］
上記適用例に係る発振回路において、前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、それぞれの前記一方の端子に共通の制御電圧が印加され、前記他方の端子に共通の基準電圧が印加されてもよい。

［適用例５］
上記適用例に係る発振回路において、前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、それぞれの
前記一方の端子に共通の制御電圧が印加され、前記他方の端子にそれぞれ異なる基準電圧が印加されてもよい。

本適用例に係る発振回路によれば、制御電圧および基準電圧の少なくとも一方を共通化して、回路構成を簡単にして回路規模を小さくすることが可能である。このとき、複数のＭＯＳ型可変容量素子の一方の端子に共通の制御電圧、他方の端子に共通の基準電圧が印加されてもよい。また、複数のＭＯＳ型可変容量素子の一方の端子に共通の制御電圧、他方の端子にはそれぞれ異なる基準電圧が印加されてもよい。後者の場合には、閾値電圧だけでなく、印加する基準電圧の差によっても複数のＭＯＳ型可変容量素子のそれぞれを調整可能である。

［適用例６］
本適用例に係る発振器は、前記適用例に係る発振回路と、前記発振素子と、を含む。

［適用例７］
本適用例に係る電子機器は、前記適用例に係る発振回路、または前記適用例に係る発振器を含む。

［適用例８］
本適用例に係る移動体は、前記適用例に係る発振回路、または前記適用例に係る発振器を含む。

本適用例に係る発振器、電子機器、移動体は、それぞれの閾値電圧が異なり、それぞれの一端に制御電圧、他端に基準電圧が印加される複数のＭＯＳ型可変容量素子を有する上記の発振回路を含む。そのため、本適用例に係る発振器、電子機器、移動体によれば、制御電圧変化に対する周波数変化の直線性を確保して周波数可変幅を広げることができ、かつ回路規模の増加を抑えることができる。

本実施形態の発振回路を含む振動デバイスのブロック図。 本実施形態の発振回路の回路構成例を示す図。 ＭＯＳ型可変容量素子の特性を説明するための図。 ＭＯＳ型可変容量素子の構成を説明するための概略断面図。 閾値電圧の異なるＭＯＳ型可変容量素子の合成容量の直線性を説明する図。 閾値電圧の異なるＭＯＳ型可変容量素子の数を増やした場合の合成容量の直線性を説明する図。 電子機器の機能ブロック図。 電子機器の外観の一例を示す図。 移動体の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．発振回路、発振器
図１は、本実施形態の発振回路１２を含む振動デバイス２００のブロック図である。発振回路１２は、発振素子２２６を発振させて発振信号１２４を生成する発振用増幅回路２０３と、発振用増幅回路２０３と接続される第１の可変容量部２０１−１、第２の可変容量部２０１−２と、制御電圧Ｖ_Ｃ、基準電圧Ｖ_ｒを受け取って必要な調整を行い、発振用
増幅回路２０３、第１の可変容量部２０１−１、第２の可変容量部２０１−２へと供給する電圧調整部２０２と、を含む。なお、本実施形態では、後述するように第１の可変容量部２０１−１と第２の可変容量部２０１−２とは同じ構成であるが、別の実施形態として一方が省略されてもよいし、一方が固定された容量を有する固定容量部であってもよい。また、別の実施形態として電圧調整部２０２を含まない構成であってもよい。

ここで、発振素子２２６としては、例えばＡＴカット水晶振動子、ＳＣカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いることができる。本実施形態では、発振素子２２６がＡＴカットの水晶振動子２６（図２参照）であるとして説明する。

発振回路１２は振動デバイス２００の一部を構成する。振動デバイス２００としては、例えば、発振素子２２６として振動子を備えた発振器や発振素子２２６として振動型のセンサー素子を備えた物理量センサー等が挙げられる。発振器としては、温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）、電圧制御型発振器（ＶＣＸＯ）、恒温型発振器（ＯＣＸＯ）といった圧電発振器（水晶発振器等）や、ＳＡＷ発振器、シリコン発振器、原子発振器等が挙げられる。また、物理量センサーとしては、角速度センサー（ジャイロセンサー）や加速度センサー等が挙げられる。本実施形態では、発振回路１２が、制御電圧Ｖ_Ｃにより発振周波数を可変することができる水晶発振器であるＶＣＸＯ（Voltage controlled Crystal Oscillator、電圧制御型水晶発振器）の一部を構成するとして説明する。つまり、図１の振動デバイス２００はＶＣＸＯである。

また、発振回路１２は図１のように集積回路（Integrated Circuit、IC）化されており、発振素子２２６と接続するための端子Ｔ１、Ｔ２を備える。そして、発振回路１２は、発振信号１２４を出力するための端子Ｔ３、制御電圧Ｖ_Ｃを受け取るための端子Ｔ４を含む。なお、図１および以後の図において、電源電圧端子や接地端子については図示を省略する。また、発振回路１２は発振素子２２６を含めて一体化されて、パッケージングされた振動デバイス２００（ＶＣＸＯ）を構成してもよい。

図２は、本実施形態の発振回路１２の回路構成例を示す図である。発振用増幅回路２０３は、アナログ反転増幅器として機能する帰還抵抗２８を備えたインバーター２４と、ＤＣカット容量４３、４４と、を含み、これらが図２のように接続されている。インバーター２４の入力側、出力側は、それぞれ端子Ｔ１、Ｔ２を介して水晶振動子２６（図１の発振素子２２６に対応）と接続されており、水晶振動子２６を発振させて発振信号１２４を生成する。

第１の可変容量部２０１−１、第２の可変容量部２０１−２も、図２のように水晶振動子２６と接続される。第１の可変容量部２０１−１は、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを含み、これらが並列に接続されている。また、第２の可変容量部２０１−２は、ＭＯＳ型可変容量素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを含み、これらが並列に接続されている。第１の可変容量部２０１−１と第２の可変容量部２０１−２とは同じ構成であり、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、それぞれＭＯＳ型可変容量素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと特性が同じである。

第１の可変容量部２０１−１において、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、それぞれ閾値電圧が異なっている。ここで、閾値電圧とは容量値が急峻に変化する電圧のことをいう。第１の可変容量部２０１−１と第２の可変容量部２０１−２とは同じ構成であり、ＭＯＳ型可変容量素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃについても、それぞれ閾値電圧が異なっている。なお、本実施形態では、第１の可変容量部２０１−１において、３つの
ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが並列に接続されているが、３つに限られるものではなく、２つ以上であればいくつでもよい。このとき、第２の可変容量部２０１−２も、第１の可変容量部２０１−１と同じ構成になるようにＭＯＳ型可変容量素子の数が変化する。

ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃのゲート端子（極性を反転させた場合にはバックゲート端子）には、基準電圧Ｖ_ｒ１が印加され、バックゲート端子（極性を反転させた場合にはゲート端子）には、それぞれ制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３が印加される。ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、それぞれ基準電圧Ｖ_ｒ１と制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３との差に応じて容量が変動し、これらの合成容量に応じて発振信号１２４の周波数も変化する。

また、ＭＯＳ型可変容量素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのゲート端子（極性を反転させた場合にはバックゲート端子）には、基準電圧Ｖ_ｒ２が印加され、バックゲート端子（極性を反転させた場合にはゲート端子）には、それぞれ制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３が印加される。ＭＯＳ型可変容量素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、それぞれ基準電圧Ｖ_ｒ２と制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３との差に応じて容量が変動し、これらの合成容量に応じて発振信号１２４の周波数も変化する。

なお、図２のように、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２２Ａは固定容量４１Ａを介して接地され、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ｂ、２２Ｂは固定容量４１Ｂを介して接地され、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ｃ、２２Ｃは固定容量４１Ｃを介して接地されている。

電圧調整部２０２は、制御電圧調整回路２０５および基準電圧調整回路２０６を含む。制御電圧調整回路２０５は、端子Ｔ４で受け取った制御電圧Ｖ_Ｃを、必要に応じて調整して制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３として出力する。また、基準電圧調整回路２０６は、例えば電源電圧Ｖｄｄ（不図示）から生成された基準電圧Ｖ_ｒを、必要に応じて調整して基準電圧Ｖ_ｒ１、Ｖ_ｒ２として出力する。

ここで、制御電圧調整回路２０５および基準電圧調整回路２０６が行う調整は、例えば、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの少なくとも１つに生じた製造ばらつきを調整するものである。よって、特許文献１の発明のようにＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのそれぞれに異なるバイアス電圧を生成する大きな回路（バイアス電圧供給部）を設ける必要はない。制御電圧調整回路２０５、基準電圧調整回路２０６は、例えば回路規模の小さい、微調整用の抵抗分圧回路等で実現することが可能である。

また、別の実施形態として、制御電圧調整回路２０５および基準電圧調整回路２０６の少なくとも一方がなくてもよい。仮に制御電圧調整回路２０５がない場合には、制御電圧Ｖ_Ｃがそのまま制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３として出力される。つまり、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのバックゲート端子（極性を反転させた場合にはゲート端子）に共通の制御電圧Ｖ_Ｃが印加されてもよい。また、仮に基準電圧調整回路２０６がない場合には、基準電圧Ｖ_ｒがそのまま基準電圧Ｖ_ｒ１、Ｖ_ｒ２として出力される。つまり、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのゲート端子（極性を反転させた場合にはバックゲート端子）に共通の基準電圧Ｖ_ｒが印加されてもよい。なお、以下ではＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃについて、製造時のばらつきを調整する必要はなく、電圧調整部２０２は、基準電圧Ｖ_ｒをそのまま基準電圧Ｖ_ｒ１、Ｖ_ｒ２として出力し、制御電圧Ｖ_Ｃをそのまま制御電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２、Ｖ_Ｃ３として出力しているとして説明する。

このとき、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ（または、ＭＯＳ型可変容量素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ）の端子間電圧は同じであるが、それぞれ閾値電圧が異なるため、第１の可変容量部２０１−１（第２の可変容量部２０１−２）としての制御電圧Ｖ_Ｃの変化に対する合成容量の可変幅を広げて、周波数可変幅を広げることができる。また、バイアス電圧供給部を設ける必要がないため回路規模も小さくできる。このことについて、以下に図３〜図６を参照して詳細に説明する。なお、第１の可変容量部２０１−１と第２の可変容量部２０１−２とは同じ構成であるため、以下においては第１の可変容量部２０１−１についてのみ説明を行うが、第２の可変容量部２０１−２についても同じである。

図３は１つのＭＯＳ型可変容量素子の特性を説明するための図である。一般に、半導体集積回路で用いられる可変容量素子としては、バラクターダイオード、ＭＯＳ型可変容量素子の２種類が知られている。図３の点線の特性曲線Ｃｄは１つのバラクターダイオードのＣ−Ｖ特性（容量値と制御電圧との関係）を表す。また、図３の実線の特性曲線Ｃｃは１つのＭＯＳ型可変容量素子のＣ−Ｖ特性を表す。制御電圧は中心電圧Ｖｍ（ここでは、中心電圧Ｖｍ＝０Ｖとする）を中心に−Ｖａ〜＋Ｖａの範囲で可変であるとする。

ここで、ＶＣＸＯにおいて、制御電圧によって発振周波数を線形に調整するためには、制御電圧の変化に対して容量値がほぼ線形に変化する可変容量素子を用いる必要がある。また、容量値の可変比率（最小容量値と最大容量値の比率）が大きいほど、発振周波数の可変幅も大きくなり、ユーザーの使い勝手のよいＶＣＸＯを実現できる。図３の特性曲線Ｃｄのように、バラクターダイオードは、制御電圧の−Ｖａ〜＋Ｖａの範囲の変化に対してほぼ線形に変化するが、容量値の可変比率が小さく、大きな周波数可変幅が得られない。一方、図３の特性曲線Ｃｃのように、ＭＯＳ型可変容量素子は閾値電圧付近で容量値が急峻に変化し、容量値の可変比率が大きい。図３の例では、ＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧はほぼ中心電圧Ｖｍである。しかし、特性曲線Ｃｃは閾値電圧を中心とする比較的限られた範囲（図３の範囲Ｒａ）でしか直線性を示さない。

そこで、特許文献１の発明では、並列に接続した複数のＭＯＳ型可変容量素子のそれぞれに異なるバイアス電圧を与えて、合成容量の直線性を示す範囲を拡張している。しかし、上記の通り、バイアス電圧供給部を設ける必要があるためＶＣＸＯの小型化を妨げることになる。また、伸張コイルを用いてＭＯＳ型可変容量素子のＣ−Ｖ特性を変化させて、直線性を示す範囲を拡張する手法もある。しかし、伸張コイルを必須の部品とすると、部品点数が増えるためＶＣＸＯの小型化を妨げることになる。そこで、本実施形態の発振回路１２は、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの閾値電圧をそれぞれ異ならせることで、直線性を示す範囲を拡張する。

図４は、ＭＯＳ型可変容量素子の構成を説明するための概略断面図である。図４において、ＰＷはＰウェルであり、Ｎ＋はＮ型トランジスターのドレイン・ソース領域に対応する。図４のＭＯＳ型可変容量素子では、ドレインとソースとが、コンタクト電極ＣＴ、金属配線ＭＷによって電気的に接続されており、例えば制御電圧Ｖ_Ｃが印加される。また、ゲート酸化膜ＧＩの上にはポリシリコンゲート電極ＰＧがあり、例えば基準電圧Ｖ_ｒが印加される。

ＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧は、製造工程においてポリシリコンゲート電極ＰＧの下の半導体層への不純物ドープ量を変更することで調整可能である。ゲート電極下の半導体層とは、例えばチャンネル領域である。このとき、従来のＭＯＳ型トランジスターの製造工程と同じ手法を用いることができるため、効率的にＭＯＳ型可変容量素子を含む発振回路１２を製造することが可能である。なお、図４ではＮ型のＭＯＳ型可変容量素子を示
したが、Ｐ型のＭＯＳ型可変容量素子を用いてもよい。

図５は、閾値電圧の異なるＭＯＳ型可変容量素子の合成容量の直線性を説明する図である。図５の点線の特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２、Ｃｃ３はそれぞれ１つのＭＯＳ型可変容量素子のＣ−Ｖ特性を表し、実線の特性曲線Ｃｃｏｍはこれらの合成容量についてのＣ−Ｖ特性を表す。例えば、第１の可変容量部２０１−１のＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを、それぞれ特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２、Ｃｃ３に対応させることができる。このとき、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの閾値電圧は、製造工程において不純物ドープ量を変更することで調整されており、それぞれ異なっている。しかし、これらを図２のように並列に接続することで（図２の第１の可変容量部２０１−１参照）、合成容量についてのＣ−Ｖ特性は特性曲線Ｃｃｏｍのようになる。特性曲線Ｃｃｏｍは、図５のＷｃｏｍの範囲において直線性を示しており、直線性の範囲が拡張されていることがわかる。したがって、制御電圧Ｖ_Ｃの変化に対する合成容量の可変幅を広げて、周波数可変幅を広げることができる。

ここで、閾値電圧が０Ｖ以下であるＭＯＳ型可変容量素子をデプレッション型のＭＯＳ型可変容量素子とし、閾値電圧が０Ｖよりも高いＭＯＳ型可変容量素子をエンハンスメント型のＭＯＳ型可変容量素子とする。図５の例では、中心電圧Ｖｍは０Ｖであり、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ（特性曲線Ｃｃ１、Ｃｃ２）の閾値電圧は０Ｖ以下であるためデプレッション型に分類される。一方、ＭＯＳ型可変容量素子２１Ｃ（特性曲線Ｃｃ３）の閾値電圧は０Ｖより高くエンハンスメント型に分類される。図５の例のように、それぞれ少なくとも１つは含まれるエンハンスメント型とデプレッション型とを組み合わせることで、合成容量の変化特性において、直線性を示す範囲に０Ｖが含まれるようにできる。よって、０Ｖ付近の電圧を中心電圧Ｖｍとして、中心電圧Ｖｍを基準として制御電圧を変化させることで合成容量を線形に変化させることができ、調整が容易な発振回路１２を実現できる。ここで、中心電圧Ｖｍは、図５の例では０Ｖに等しいが、デプレッション型のＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧とエンハンスメント型のＭＯＳ型可変容量素子の閾値電圧との間の電圧をとり得る。つまり、中心電圧Ｖｍは０Ｖに限られるものではなく、幅を持たせることが可能である。なお、全てがエンハンスメント型または全てがデプレッション型である場合は除かれるが、エンハンスメント型とデプレッション型との組み合わせの比率に特に制限はない。

図６は、閾値電圧の異なるＭＯＳ型可変容量素子の数を増やした場合の合成容量の直線性を説明する図である。図示の都合上、図２では３つのＭＯＳ型可変容量素子２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを並列接続した例を示しているが、より多くのＭＯＳ型可変容量素子を並列接続することで、合成容量の直線性を示す範囲を大きく拡張することができる。図６は、例えば７つのＭＯＳ型可変容量素子を並列接続した場合のシミュレーション結果に基づく図である。このとき、７つのＭＯＳ型可変容量素子のそれぞれのＣ−Ｖ特性は特性曲線Ｃｅ１〜Ｃｅ７のようになる。また、合成容量についてのＣ−Ｖ特性は特性曲線Ｃｃｏｍのようになる。

図６の例では、中心電圧Ｖｍ（＝０Ｖ）を中心とする制御電圧の全ての可変範囲−Ｖａ〜＋Ｖａで、合成容量を線形に変化させることができる。仮に、この合成容量のＣ−Ｖ特性を、ＭＯＳ型可変容量素子のそれぞれに異なるバイアス電圧を与えることだけで実現すると、例えば０、Ｖｄｄ／６、２×Ｖｄｄ／６、３×Ｖｄｄ／６、４×Ｖｄｄ／６、５×Ｖｄｄ／６、Ｖｄｄ（それぞれ、図６の特性曲線Ｃｅ１、Ｃｅ２、Ｃｅ３、Ｃｅ４、Ｃｅ５、Ｃｅ６、Ｃｅ７に対応）をバイアス電圧供給部で生成する必要がある。合成容量の直線性を示す範囲を大きく拡張するために多くのＭＯＳ型可変容量素子を並列接続すると、バイアス電圧供給部は多くの中間電圧を精度よく生成する必要がある。そのため、回路規模が増大してしまう。

本実施形態の発振回路１２では、多くのＭＯＳ型可変容量素子を並列接続しても、印加する電圧を共通化することも可能であり、バイアス電圧供給部を必要としないので、回路規模を小さくすることができる。以上のように、本実施形態の発振回路１２および振動デバイス２００は、制御電圧Ｖ_Ｃの変化に対する周波数変化の直線性を確保して周波数可変幅を広げることができ、かつ回路規模の増加を抑えることができる。

２．電子機器
本実施形態の電子機器３００について、図７〜図８を用いて説明する。なお、図１〜図６と同じ要素については同じ番号、符号を付しており説明を省略する。

図７は、電子機器３００の機能ブロック図である。電子機器３００は、発振回路１２と水晶振動子２６とを含む振動デバイス２００、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０、音出力部３８０を含んで構成されている。なお、電子機器３００は、図７の構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

振動デバイス２００は、クロックパルス（発振信号１２４が対応）をＣＰＵ３２０だけでなく各部に供給する（図示は省略）。なお、振動デバイス２００は、発振回路１２と水晶振動子２６とが一体化されてパッケージングされた発振器であってもよい。

ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、発振回路１２が出力するクロックパルスを用いて各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部３８０に各種の音を出力させる処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。

そして、音出力部３８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。

上記の通り、振動デバイス２００が含む発振回路１２は、制御電圧変化に対する周波数変化の直線性を確保して周波数可変幅を広げることができ、かつ回路規模の増加を抑えることができる。そのため、電子機器３００は必要な周波数可変幅を持つクロックパルスを発振回路１２から得ることができ、小型化を実現することが可能である。

電子機器３００としては種々のものが考えられる。例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。

図８は、電子機器３００の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。電子機器３００であるスマートフォンは、操作部３３０としてボタンを、表示部３７０としてＬＣＤを備えている。そして、電子機器３００であるスマートフォンは、発振回路１２を含むことで、小型化を実現することが可能である。

３．移動体
本実施形態の移動体４００について、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の移動体４００の一例を示す図（上面図）である。図９に示す移動体４００は、発振回路４１０、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー４２０、４３０、４４０、バッテリー４５０、バックアップ用バッテリー４６０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体４００は、図９の構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

発振回路４１０は、上記の発振回路１２に対応し、不図示の発振素子２２６と接続されて使用されるが、振動デバイス２００（発振器）に置き換えてもよい。その他の構成要素の詳細な説明は省略するが、移動体４００の移動に必要な制御を行うため高い信頼性が要求される。例えば、バッテリー４５０の他に、バックアップ用バッテリー４６０を備えることで信頼性を高めている。

発振回路４１０が出力するクロックパルスについても、使用環境の変動によらずに所定の発振周波数であることが必要とされる。発振回路４１０は発振回路１２を含むので、可変容量素子の容量変化の直線性を確保しながら容量の可変幅を広げることができ、かつ回路規模の増加を抑えることができる。そのため、移動体４００は、温度等の環境の変化にも対応できる周波数可変幅を持つクロックパルス（発振信号１２４が対応）を発振回路４１０から得ることができる。つまり、移動体４００は、発振回路１２を含むことで信頼性を確保できる。

このような移動体４００としては種々のものが考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

４．その他
本発明は、上記の実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明
は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１２ 発振回路、２１Ａ〜２１Ｃ ＭＯＳ型可変容量素子、２２Ａ〜２２Ｃ ＭＯＳ型可変容量素子、２４ インバーター、２６ 水晶振動子、２８ 帰還抵抗、４１Ａ〜４１Ｃ
固定容量、４３ ＤＣカット容量、４４ ＤＣカット容量、１２４ 発振信号、２００
振動デバイス（ＶＣＸＯ）、２０１−１ 第１の可変容量部、２０１−２ 第２の可変容量部、２０２ 電圧調整部、２０３ 発振用増幅回路、２０５ 制御電圧調整回路、２０６ 基準電圧調整回路、２２６ 発振素子、３００ 電子機器、３２０ ＣＰＵ、３３０ 操作部、３４０ ＲＯＭ、３５０ ＲＡＭ、３６０ 通信部、３７０ 表示部、３８０ 音出力部、４００ 移動体、４１０ 発振回路、４２０ コントローラー、４５０ バッテリー、４６０ バックアップ用バッテリー、ＣＴ コンタクト電極、ＧＩ ゲート酸化膜、ＭＷ 金属配線、ＰＧ ポリシリコンゲート電極、ＰＷ Ｐウェル

Claims (8)

1. 発振素子が接続されて発振信号を生成する発振用増幅回路と、
   ２端子のうち一端が前記発振用増幅回路と電気的に接続される複数のＭＯＳ型可変容量素子と、
   を含み、
   前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、
   それぞれの閾値電圧が異なり、
   それぞれの一方の端子に制御電圧、他方の端子に基準電圧が印加される、
   発振回路。
2. 前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、
   ゲート電極下の半導体層への不純物ドープ量がそれぞれ異なる、請求項１に記載の発振回路。
3. 前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、
   少なくとも１つがエンハンスメント型で、少なくとも１つがデプレッション型である、請求項１または２に記載の発振回路。
4. 前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、
   それぞれの前記一方の端子に共通の制御電圧が印加され、前記他方の端子に共通の基準電圧が印加される、請求項１から３のいずれか１項に記載の発振回路。
5. 前記複数のＭＯＳ型可変容量素子は、
   それぞれの前記一方の端子に共通の制御電圧が印加され、前記他方の端子にそれぞれ異なる基準電圧が印加される、請求項１から３のいずれか１項に記載の発振回路。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発振回路と、
   前記発振素子と、
   を含む発振器。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発振回路、または請求項６に記載の発振器
   を含む電子機器。
8. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発振回路、または請求項６に記載の発振器
   を含む移動体。

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