JP3371769B2 - 電圧制御圧電発振用ｉｃ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子やＳＡ
Ｗ共振子などの圧電素子と、バリキャップと称される可
変容量ダイオードとを接続して発振可能な電圧制御圧電
発振用ＩＣと、このＩＣを用いた電圧制御圧電発振器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】素子およびモジュールを小型化および高
集積化のために回路部品をＩＣ化することが望ましい。
そして、ＩＣ化する上においては、静電気によるＩＣの
破壊を防止するために各接続端子（パッド）あるいはそ
のパッドに繋がる配線に静電気保護回路を設けることが
必須となっている。

【０００３】図８に示すように、従来の電圧制御圧電発
振器９は、ディスクリートのＣ−ＭＯＳインバータ２ま
たはバイポーラ・トランジスタが増幅器として使用さ
れ、インバータ２の帰還抵抗Ｒｆ、圧電振動子５のドラ
イブ電流を制限するための抵抗Ｒｄ、直流カット用のコ
ンデンサＣｃ、発振用のドレイン容量Ｃｄおよびゲート
容量Ｃｇ、周波数制御用の制御電圧Ｖｃが印加される入
力抵抗Ｒｉ、さらに、バリキャップ（可変容量ダイオー
ド）６のバイアス抵抗Ｒｘといった発振回路を構成する
各素子もディスクリートな部品で構成されおり、電圧制
御圧電発振器９の静電耐圧を十分に高く保持することが
できる。

【０００４】電圧制御圧電発振器９は、逆方向に制御電
圧Ｖｃを印加し、その値を変えることにより容量が調整
できる可変容量ダイオード（バリキャップ）６を用いた
発振器である。このため、発振用容量ＣｄおよびＣｇに
バリキャップ６の容量を加えた合成発振容量を制御電圧
Ｖｃで調整できるので、例えば、図９に示すように制御
電圧Ｖｃによって発振周波数ｆｏを可変できる。

【０００５】近年、図１０に示すように、電圧制御圧電
発振器も小型化のためにＩＣ化されており、圧電振動子
５やバリキャップ６といった半導体基板上に作り込むこ
とができない素子を除き、インバータ２およびその他の
抵抗と容量などから構成される発振回路１０はＩＣ化さ
れ１チップに搭載されるようになっている。そして、こ
の発振回路１０を内蔵したＩＣ１１と、水晶振動子など
の圧電振動子５、バリキャップ６および配線部材などが
共にモールド樹脂、金属容器あるいはセラミック容器な
どによって１つにパッケージ化され、小型の電圧制御圧
電発振器８が提供されるようになっている。

【０００６】発振回路１０を内蔵したＩＣ１１には、圧
電振動子５およびバリキャップ６を接続するための接続
端子（パッド）Ｘｇ、ＸｒおよびＸｘが設けられてお
り、例えば、本例のＩＣ１１にはパッドＸｒおよびＸｘ
のぞれぞれに静電気保護回路２０が接続されている。静
電気保護回路２０は、パッドＸｒあるいはＸｘと、ＩＣ
１１の２つの定電圧部分である高電位Ｖｄｄと低電位Ｖ
ｓｓ（接地電位ＧＮＤ）とを各々１つの静電気保護ダイ
オード２１を介して接続した構成が採用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１１に、ＩＣ化され
静電気保護回路２０を備えた電圧制御圧電発振器８で得
られる発振周波数ｆｏの特性を制御電圧Ｖｃに対して模
式的に示してある。詳しくは後述するが、静電気保護回
路２０を設けることにより、制御電圧Ｖｃが高電位Ｖｄ
ｄあるいは低電位Ｖｓｓの近傍になると、バリキャップ
６の接続端子の電位がクリップされ、アノードとカソー
ド間の電位差Ｖａ（以降において印加電圧Ｖａ）が制御
電圧Ｖｃの変化に追従しにくくなるので、制御電圧Ｖｃ
の低電圧側と高電圧側（図中のＡおよびＢ）でｆｏ−Ｖ
ｃ特性が劣化する。従って、発振周波数ｆｏが制御電圧
Ｖｃに対し直線的に変化する直線領域Ｗｃ’が、図９に
示したディスクリートの部品を用いて構成した電圧制御
圧電発振器９の直線領域Ｗｃよりも狭くなる。

【０００８】図１２に、ディスクリートな部品により構
成された電圧制御圧電発振器９のバリキャップ６のカソ
ード側が接続される端子（パッド）Ｘｘの波形を示して
ある。例えば、発振波形のピーク間電圧Ｖｐｐが３Ｖと
すると、パッドＸｘには、パッドＶｃより抵抗Ｒｉを介
して直流の制御電圧Ｖｃが印加されるので、パッドＸｘ
の電圧波形は制御電圧Ｖｃを中心値としてピーク間電圧
Ｖｐｐの発振波形が付加された上下に対象な波形とな
る。また、バリキャップ６のアノード側が接続されるパ
ッドＸｒは、抵抗Ｒｘを介して接地電位ＧＮＤに接続さ
れているので、接地電位ＧＮＤを中心にピーク間電圧Ｖ
ｐｐの発振波形が付加された上下に対象な波形となる。
従って、図１３に示すように、バリキャップ６の印加電
圧ＶａとなるパッドＸｘとパッドＸｒの電位差は制御電
圧Ｖｃと等しくなる。なお、説明を容易にするため、パ
ッドＸｘとＸｒの波形の位相と振幅の大きさを同じにし
てある。

【０００９】図１４に、発振回路１０を収納したＩＣ１
１を用いた電圧制御圧電発振器８のパッドＸｘの波形を
示してある。この電圧制御圧電発振器８は、静電気保護
回路２０を備えているので、静電気保護回路２０の静電
気保護ダイオード２１のターンオン（順方向）電圧Ｖｔ
による影響を考慮する必要がある。すなわち、ターンオ
ン電圧Ｖｔが０．６５Ｖ、ピーク間電圧Ｖｐｐが３Ｖの
ときは、制御電圧Ｖｃが０．８５Ｖ未満であると、パッ
ドＸｘにおける発振波形の下側の一部で電位が低電位Ｖ
ｓｓよりターンオン電圧分０．６５Ｖさらに低い電位を
下回る電位になるので、低電位Ｖｓｓ側に接続された静
電気保護ダイオード２１がオンする。このため、パッド
Ｘｘの電位は−０．６５Ｖでクリップされる。従って、
電圧波形は非対象となり、これはパッドＸｒの電圧波形
でも同じである。一方、制御電圧Ｖｃが４．１５Ｖを越
えると、パッドＸｘにおける発振波形の上側の一部で高
電位Ｖｄｄよりターンオン電圧分０．６５Ｖさらに高い
電位を上回る電位になるので、高電位Ｖｄｄ側に接続さ
れた静電気保護ダイオード２１がオンする。従って、パ
ッドＸｘの電位は５．６５Ｖででクリップされ、上下の
振幅が非対象になる。

【００１０】制御電位Ｖｃが高電圧側および低電圧側に
おいては、パッドＸｘおよびパッドＸｒの発振電圧がＶ
ｄｄおよびＶｓｓにターンオン電圧Ｖｔを加味した値を
越えようとすると、ＶｄｄおよびＶｓｓにターンオン電
圧Ｖｔを加味した値に前述のようにクリップされるの
で、バリキャップ６の印加電圧ＶａとなるパッドＸｘと
パッドＸｒの電位差は制御電圧Ｖｃと等しくならず、時
刻によって変動する。各制御電圧Ｖｃに対する印加電圧
Ｖａ（パッドＸｘとパッドＸｒの電位差）の時間変化を
図１５に示す。時間的に変化する印加電圧Ｖａを時間平
均（時間で積分）し、制御電圧Ｖｃに対して模式的に示
したのが図１６である。この図１６により、制御電圧Ｖ
ｃが高電圧Ｖｄｄ側に近くになったとき、あるいは、低
電圧Ｖｓｓ側（接地電位ＧＮＤ）に近くになったとき
は、制御電圧Ｖｃを変化させても実効的にバリキャップ
６に印加される電圧Ｖａは制御電圧Ｖｃの変化に追従し
ないことが理解できる。このため、制御電圧Ｖｃに対し
バリキャップ６の容量変化が少なくなり、制御電圧Ｖｃ
が高電圧側および低電圧側のときにｆｏ−Ｖｃ特性が劣
化し、制御電圧Ｖｃの制御範囲Ｗｃが狭くなってしま
う。さらに、パッドＸｒの側では、常に低電位Ｖｓｓ側
（ＧＮＤ側）が−０．６５Ｖでクリップされるので、バ
リキャップ６の印加電圧Ｖａの時間平均値は図１６に示
すように約０．５Ｖ程小さくなってしまう。従って、こ
の点でもバリキャップ６の制御可能な範囲が狭くなって
しまう。

【００１１】このように、発振回路がＩＣ化された電圧
制御圧電発振器８は、小型化が可能であるが、静電気保
護回路２０が接続されたパッドの電位は、高電位Ｖｄｄ
および低電位Ｖｓｓの近傍ではクリップされてしまい、
印加電圧Ｖａが制御電圧Ｖｃに比例しないため、制御電
圧Ｖｃの低電圧側と高電圧側でｆｏ−Ｖｃ特性が劣化し
てしまう。従って、良好なｆｏ−Ｖｃ特性を重視する場
合にはディスクリートな部品で構成した電圧制御圧電発
振器９を用い、コンパクト性を重視する場合には、ｆｏ
−Ｖｃ特性が劣化するが、静電気保護回路と共に発振回
路１０がＩＣ化された電圧制御圧電発振器８が用いられ
ている。

【００１２】コンパクト性とｆｏ−Ｖｃ特性の直線性と
を重視する場合には、ＩＣ化された電圧制御圧電発振器
８を用いてｆｏ−Ｖｃ特性が劣化しない範囲で制御電圧
Ｖｃを設定する必要があるので、制御範囲Ｗｃが狭くな
り、周波数を可変できる範囲も狭くなる。また、発振回
路の駆動レベル（圧電振動子の駆動レベル）を下げて発
振振幅（ピーク間電圧Ｖｐｐ）を狭くすると若干ｆｏ−
Ｖｃ特性の直線性が改善される。しかしながら、負性抵
抗が減少するので、発振開始時間が長くなり、また、発
振停止が発生するという問題がある。

【００１３】図１７に示すように、ｆｏ−Ｖｃ特性を急
峻にすることにより、可変できる周波数範囲ｆｗをｆ
ｗ’と広げることができるが、制御電圧Ｖｃの制御範囲
Ｗｃは変化しない。このため、制御電圧Ｖｃに対する周
波数変化率が大きくなり周波数の制御精度が低下してし
まう。

【００１４】そこで、本発明においては、コンパクト性
とｆｏ−Ｖｃ特性を両立できる電圧制御圧電発振用ＩＣ
および電圧制御圧電発振器を提供することを目的として
いる。そして、小型で、幅の広い制御範囲を備え、周波
数の制御精度も高い電圧制御圧電発振器を提供すること
を目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、電圧クリップの発生する可能性のある、バリキャ
ップのカソードに接続される第１の接続端子と、ＩＣ内
の高電位部分あるいは低電位部分（接地電位部分）の定
電位部分（定電圧部分）とをカソード側またはアノード
側のいずれかが対向するように直列に接続された少なく
とも１組のダイオードを介して接続し、静電気保護機能
を持たせるようにしている。すなわち、本発明の圧電素
子および可変容量ダイオードを接続可能な複数の接続端
子と、これらの接続端子のうち、可変容量ダイオードの
カソードに接続される第１の接続端子に対し、入力抵抗
を介して接続された制御端子と、制御端子へ印加する制
御電圧によって発振周波数を制御可能な発振回路とを有
する電圧制御圧電発振用ＩＣにおいては、複数の接続端
子のうち、可変容量ダイオードのカソードに接続される
第１の接続端子が第１の定電圧部分に対し、カソード側
またはアノード側のいずれかが対向するように直列に接
続された少なくとも１組のダイオードを介して接続され
ていることを特徴としている。

【００１６】例えば、２つの静電気保護用ダイオードを
カソード側またはアノード側のいずれかが対向するよう
に直列に接続すると、２個のうち一方が順方向で他方が
逆方向となるので、２個のダイオードが同時にオンにな
ることはない。従って、可変容量ダイオード（バリキャ
ップ）に印加される電圧など、発振回路内の電圧が高電
位あるいは低電位（接地電位）に静電気保護用ダイオー
ドのターンオン電圧を加味した電圧にクリップされな
い。一方、２つの静電気保護用ダイオードをカソード側
またはアノード側のいずれかが対向するように接続して
静電気保護回路を形成しても、一方の静電気保護用ダイ
オードのブレークダウン電圧に他方の静電気保護用ダイ
オードのターンオン電圧（順方向電圧）が加わる程度で
あり、ＩＣを構成する素子の耐圧に影響はない。従っ
て、十分な静電気保護機能を発揮できる。

【００１７】このように、本発明の電圧制御圧電発振用
ＩＣは、静電気保護回路に起因する発振回路内の電圧ク
リップを防止できるので、このＩＣに水晶振動子などの
圧電振動子とバリキャップとを接続してコンパクトでｆ
ｏ−Ｖｃ特性に優れた電圧制御圧電発振器を提供するこ
とができる。

【００１８】さらに、電圧制御圧電発振用ＩＣの第１の
接続端子に、第２の定電圧に近い電圧が生ずる場合は、
第１の接続端子が第２の定電圧部分に対しても、カソー
ド側またはアノード側のいずれかが対向するように直列
に接続された少なくとも１組のダイオードを介して接続
されていることが望ましい。このように、第１の定電圧
部分あるいは第２の定電圧部分に対しカソードまたはア
ノードが対向するように複数のダイオードを接続するこ
とにより、第１の接続端子においては、第１の定電圧あ
るいは第２の定電圧に対しダイオードのブレーク電圧を
加味した電圧範囲までクリップが発生しないので、ディ
スクリートな部品を用いて電圧制御発振器を構成した場
合とほぼ同じレベルの制御電圧Ｖｃによる周波数可変範
囲を確保できる。

【００１９】また、本発明の電圧制御圧電発振用ＩＣを
用いることにより、制御電圧Ｖｃに対し十分な制御範囲
を確保できるので、ｆｏ−Ｖｃ特性の直線性を確保する
ために圧電振動子の駆動レベルを下げる必要はなく、負
性抵抗を増大でき、発振開始時間を短縮できる。また、
発振停止などが起こるのも防止できる。さらに、ｆｏ−
Ｖｃ特性の直線性が広い範囲で確保できるので、制御で
きる周波数範囲ｆｗを広げるためにｆｏ−Ｖｃ特性を急
峻にする必要もなく、周波数の制御精度も高いコンパク
トな電圧制御圧電発振器を提供することができる。

【００２０】さらに、第１の接続端子には、静電気保護
の機能を果たすために複数個のダイオードが直列に接続
される状態になるので、これらのダイオードの合成容量
は個数分の１になる。従って、接続端子に寄生する容量
が削減され、発振容量に寄生する容量が従来に数分の１
になり、具体的見積もりが困難な寄生容量が小さくなる
ので、設計が容易でｆｏ−Ｖｃ特性の均一な電圧制御発
振器を提供することができる。

【００２１】

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００２３】〔第１の実施の形態〕図１に、本発明の第
１の実施の形態に係る電圧制御圧電発振器１の概略構成
を回路図を用いて示してある。本例の電圧制御圧電発振
器１の基本的な構成は、先に図１０に基づき説明した発
振器８と同じであるので、共通する部分には同じ符号を
付して説明を省略する。本例の電圧制御圧電発振器１
は、パッドＸｘに接続された静電気保護回路２０ａおよ
びパッドＸｒに接続された静電気保護回路２０ｂを備え
ており、これらの静電気保護回路２０ａおよび２０ｂに
は、カソード側が対向するように直列に接続された静電
気保護用ダイオード２１のペア２２が高電位Ｖｄｄ側あ
るいは低電位Ｖｓｓ（接地電位ＧＮＤ）側の少なくとも
いずれかに設けられている。

【００２４】バリキャップ６のカソード側が接続される
パッドＸｘには、図１２に示したように、制御電圧Ｖｃ
によって振幅の一部が高電位Ｖｄｄおよび低電位Ｖｓｓ
に静電気保護回路２０ａおよび２０ｂに用いられている
ダイオードのターンオン電圧Ｖｔを加味した電圧に達す
る。パッドＸｘは静電気保護回路２０ａによって高電位
Ｖｄｄ側とカソード側が対向するように直列に接続され
た静電気保護用ダイオード２１のペア２２を介して接続
され、また、低電位Ｖｓｓ側とも同様のペア２２を介し
て接続されている。このため、本例の静電気保護回路２
０ａは、ペア２２をなすいずれかの静電気保護ダイオー
ド２１に対し逆方向の電位が印加されるので、静電気保
護ダイオード２１のターンオン電圧( 順方向電圧）では
オンオフしない。したがって、図１２に示したように、
パッドＸｘの電圧変動（電圧振幅）が高電位Ｖｄｄおよ
び低電位Ｖｓｓに対し、あるいは加えて静電気保護ダイ
オードのブレークダウン電圧の範囲に収まる場合は、パ
ッドＸｘの電位が高電位Ｖｄｄおよび低電位Ｖｓｓにタ
ーンオン電圧Ｖｔを加味した電圧にクリップされること
はない。一方、パッドＸｘに何らかの原因により静電気
が発生しても、その電圧は静電気保護ダイオード２１の
ブレークダウン電圧にクリップされる。このため、ＩＣ
１１を構成している素子の耐圧以上の電圧が発生するこ
とはなく本例の静電気保護回路２０によってＩＣ１１を
静電気に対し保護することができる。

【００２５】また、静電気保護回路２０ａに直列に接続
された２つの保護ダイオード２１のペア２２を採用する
ことにより、パッドＸｘに対しダイオード２１の寄生容
量も直列に接続されることになるので、その影響を１／
２にできる。パッドに対する寄生容量は、バリキャップ
６および発振容量Ｃｄなどの寄生容量になるので、この
具体的見積もりが困難な寄生容量を小さくすることによ
り、設計が容易でｆｏ−Ｖｃ特性の均一な電圧制御発振
器１を提供することができる。また、発振器の設計にあ
たり、回路内の各種寄生容量を極力抑えることは発振器
性能確保の点から重要であり、さらに、設計段階におい
ても、正確な見積もりが困難な寄生容量を極力排除する
ことは、開発工数の軽減、開発期間の短縮といった大き
な効果を得ることができる。

【００２６】バリキャップ６のアノード側が接続される
パッドＸｒは抵抗Ｒｘを介して接地電位（低電位Ｖｓ
ｓ）に接続されているので、図１２に示した低電位Ｖｓ
ｓを中心に振れる電圧が発生する。従って、パッドＸｒ
は静電気保護回路２０ｂによって低電位Ｖｓｓ側とカソ
ード側が対向するように直列に接続された静電気保護用
ダイオード２１のペア２２を介して接続されている。し
たがって、パッドＸｒの電圧が低電位Ｖｓｓにターンオ
ン電圧Ｖｔを加味した電圧にクリップされるのを防止で
きる。一方、高電位Ｖｄｄ側は、パッドＸｒの電圧が高
電位Ｖｄｄにまで達することがないので、従来と同様に
静電気保護用ダイオード２１が１つ接続されている。も
ちろん、高電位Ｖｄｄ側に、低電位Ｖｓｓ側と同様のダ
イオード２１のペア２２を設置することも可能である。
ダイオードのペア２２を高電位Ｖｄｄ側に設けても、上
述したようにＸｒの電圧が高電位Ｖｄｄ近傍まで振れな
いので、電圧クリップという点では、静電気保護回路は
必要であるがペア２２を設置する必要は実用上はない。
しかしながら、パッドＸｒの寄生容量を小さくするとい
う点で効果を得ることができる。

【００２７】このように、本発明の電圧制御圧電発振用
ＩＣ１１は、静電気保護回路に起因する発振回路内の電
圧クリップを防止できるので、このＩＣ１１に水晶振動
子などの圧電振動子とバリキャップとを接続することに
より、コンパクトでｆｏ−Ｖｃ特性に優れた電圧制御圧
電発振器１を提供することができる。したがって、電圧
制御圧電発振器１として、コンパクトで、周波数特性
（偏差ｄｆなど）が制御電圧Ｖｃに対しほぼリニアに変
化する範囲が広い、優れた制御特性を備えた電圧制御圧
電発振器を提供することができる。

【００２８】図２に、本例の電圧制御圧電発振器１のｆ
ｏ−Ｖｃ特性をシミュレーションした結果を実線で示し
てある。また、図１０に示した従来の静電気保護回路を
備えた電圧制御圧電発振器８の特性をシミュレーション
した結果を一点鎖線で示し、また、図８に示した静電気
保護回路を備えていないディスクリートな部品を対象と
した電圧制御圧電発振器９の特性を破線で示してある。
図２の縦軸は、基準となる発振周波数に対して制御電圧
Ｖｃを制御することで得られた発振周波数ｆｏの偏差ｄ
ｆをｐｐｍ単位で示してある。また、横軸は制御電圧Ｖ
ｃを示してある。

【００２９】本例のシミュレーションは、インバータ２
および帰還抵抗Ｒｆ以外はディスクリートな素子を組み
合わせて回路を構成し、その測定結果を示してある。イ
ンバータ２を備えたＩＣは日本無線社製のＮＪＵ６３２
１Ｐを用い、バリキャップ６は東光社製のＫＶ１８１１
Ｅを用いた。発振回路１０を構成する各素子は、抵抗Ｒ
ｄが１ｋΩ、容量Ｃｃが４７ｐＦ、抵抗Ｒｉが１００ｋ
Ω、容量Ｃｄが２２ｐＦ、抵抗Ｒｘが５０ｋΩ、容量Ｃ
ｇが２２ｐＦのものを採用した。また、圧電振動子５と
しては、セイコーエプソン社製の水晶振動子を用い、高
電位Ｖｄｄは５．０Ｖ、中心周波数１３．０ＭＨｚの電
圧制御圧電発振器を形成し、その特性を測定した。な
お、静電気保護用ダイオード２１にはターンオン電圧
０．６５Ｖのシリコンダイオードを用いている。

【００３０】図２に示した測定結果からわかるように、
従来の静電気保護回路を備えた電圧制御圧電発振器は、
一点鎖線で示したようにｄｆ−Ｖｃ特性は複雑な挙動を
示し、線形として取り扱える範囲は非常に狭い。これに
対し、本例のダイオードをペアにした静電気保護回路を
備えた電圧制御圧電発振器１のｄｆ−Ｖｃ特性は、実線
で示すように、静電気保護回路を設けない場合（破線の
特性）とほぼ同じ傾向が現われ、周波数特性が制御電圧
Ｖｃに対し広い範囲でほぼ直線的に単純に変化する。し
たがって、ＩＣ化に必要な静電気保護回路を備えた電圧
制御圧電発振器であって、静電気保護回路を必要としな
いディスクリートな素子で構成した電圧制御圧電発振器
と同等の優れた周波数−制御電圧特性を得ることができ
る。このように、本発明により、優れたｆｏ−Ｖｃ特性
を備えた電圧制御圧電発振用ＩＣ１１を実現することが
でき、この電圧制御圧電発振用ＩＣ１１を用いることに
より、コンパクトで周波数特性の優れた電圧制御圧電発
振器１を提供することができる。

【００３１】図２に示したように、本例の電圧制御圧電
発振用ＩＣ１１を用いることにより、制御電圧Ｖｃに対
し十分な周波数制御範囲を設定できるので、制御の直線
性を改善するために圧電振動子の駆動レベルを下げる必
要はなく、負性抵抗を増大でき、発振開始時間を短縮で
きる。また、発振停止などがおきる可能性も大幅に低減
できる。また、制御電圧Ｖｃに対し十分な周波数制御範
囲を設定できるのでｆｏ−Ｖｃ特性の傾きも適当に設定
することが可能であり、周波数の制御精度も高いコンパ
クトな電圧制御圧電発振器を提供することができる。

【００３２】図３に、ＩＣの半導体基板２５に本例の静
電気保護回路２０ａまたは２０ｂを構成するダイオード
２１のペア２２を作り込んだ様子を模式的に示してあ
る。本例のＩＣ１１の基板にはＰ型の半導体基板２５が
採用されており、この基板２５にＮ型のウェル２６が形
成され、さらに、そのウェル２６の中に２つのＰ型層２
７が形成されている。そして、それぞれのＰ型層２７に
電極２８が設置され、カソード側が対向した１組のシリ
コンダイオードのペア２２が形成されている。このよう
に、半導体基板に１組のダイオードのペア２２を作り込
むことは容易であり、従来の１つのダイオードを用いた
静電気保護回路に対して、ペア２２のダイオードを用い
ることによるＩＣ１１の面積の増加やコストの増加はほ
とんどない。したがって、従来の各々１つのダイオード
を用いた静電気保護回路が設けられたＩＣと比較して
も、本発明により、同等にコンパクトで低コストであ
り、さらに、制御特性に優れた電圧制御圧電発振器用Ｉ
Ｃ１１を提供することができる。

【００３３】ダイオードのペア２２は、Ｐ型基板２５に
かぎらず、Ｎ型の半導体基板に対しても同等に作り込む
ことが可能である。ただし、Ｎ型基板を用いる場合は、
ダイオードのアノード側が対向したペア２２となるが、
静電気保護機能としては同等の性能を発揮し、また、電
圧クリップも上述したように防止することができる。ま
た、図４に示したように、ＭＯＳＦＥＴ３０を用いてダ
イオード２１のペア２２を構成することが可能である。
本例のＭＯＳＦＥＴ３０は、Ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥ
Ｔであり、Ｐ型基板２５に形成されたＮ型ウェル２６を
用いて構成されている。このＭＯＳＦＥＴ３０のゲート
電極３１を高電圧Ｖｄｄに固定しておくことにより、ソ
ース２７ａとドレン２７ｂとの間にチャンネル層が形成
されず、ソース２７ａおよびドレン２７ｂを用いてカソ
ード側が対向したダイオードのペア２２を構成すること
ができる。

【００３４】〔第２の実施の形態〕図５に、本発明の第
２の実施の形態に係る電圧制御圧電発振器７の概略構成
を回路図を用いて示してある。本例の電圧制御圧電発振
器７の基本的な構成は、先に図１に基づき説明した電圧
制御圧電発振器と同様であり、発振容量Ｃｄの位置にバ
リキャップ６を接続できるようになっている。従って、
パッドＸｒが省略されており、バリキャップ６のカソー
ド側を接続するパッドＸｘに圧電振動子５も接続される
ようになっている。本例の電圧制御圧電発振用ＩＣ１１
には、上記と同様にパッドＸｘをダイオード２１のペア
２２を介して高電位Ｖｄｄと低電位Ｖｓｓにそれぞれ接
続する静電気保護回路２０ｃが設けられており、バリキ
ャップ６のカソード側の電位が高電位Ｖｄｄにダイオー
ド２１のターンオン電圧Ｖｔに加味した電位にクリップ
されるのを防止している。

【００３５】本例の静電気保護回路２０ｃのダイオード
２１のペア２２は、アノード側が向かい合うように直列
に接続されており、このようなダイオード２１のペア２
２は、図３に示したような構成でＮ型半導体基板に作り
込むことができる。ただし、各拡散層２５、２６および
２７のタイプは異なったものになる。

【００３６】図６（ａ）に従来のディスクリートな部品
で電圧制御圧電発振器９を構成した例を示してある。ま
た、図６（ｂ）に、高電圧Ｖｄｄ側と低電圧Ｖｓｓ側に
それぞれ１つのダイオード２１で接続した静電気保護回
路２０を備えた電圧制御圧電発振器８を示してある。そ
して、図５に示した本例の電圧制御圧電発振器７と、こ
れら従来の電圧制御圧電発振器との性能を比較するため
にシミュレーションを行った結果を図７に示してある。
シミュレーションは、先に説明した実施の形態と同様の
方法で行われ、インバータ２を除きディスクリートなパ
ーツが用いて回路を構成して制御電圧Ｖｃに対して発振
周波数が変化する様子を偏差ｄｆ（ｐｐｍ単位）で示し
てある。なお、シミュレーション用の回路を構成するデ
ィスクリートな各々のパーツは先に説明したものと同じ
ものが使用された。

【００３７】図７に、本例の電圧制御圧電発振器７のシ
ミュレーション結果を実線で示し、静電気保護回路を持
たないディスクリートタイプの従来の電圧制御圧電発振
器９の測定結果を破線で示してある。また、従来の静電
気保護回路を備えた電圧制御圧電発振器８の測定結果を
一点鎖線で示してある。本図から判るように、従来の静
電気保護回路を備えた電圧制御圧電発振器８のｆｏ−Ｖ
ｃ特性は複雑なカーブを描いており、直線状になる範囲
は非常に狭い。これに対し、実線で示したように、本例
の電圧制御圧電発振器７で得られる特性は制御電圧Ｖｃ
に対しほぼ直線的に滑らかに変化し、従来の静電気保護
回路のないディスクリートな部品で構成された電圧制御
圧電発振器９の特性にほぼ等しくなる。このように、本
例の発振回路においても、静電気保護回路に直列に接続
されたダイオードのペア２２を用いることにより、優れ
たｆｏ−Ｖｃ特性を備えた電圧制御圧電発振用ＩＣ１１
を実現することができる。従って、この電圧制御圧電発
振用ＩＣ１１を用いることにより、コンパクトで周波数
特性の優れた電圧制御圧電発振器７を提供することがで
きる。そして、制御電圧Ｖｃに対し十分な周波数制御範
囲を設定できるので、負性抵抗を低下させずにすみ、安
定した発振が行える電圧制御圧電発振器を提供すること
ができる。また、本例においても、ダイオードの寄生容
量を数分の１にすることができるので、設計が容易で高
性能の電圧制御圧電発振器を提供することができる。

【００３８】なお、上述した例では、アノードまたはカ
ソード側が向かい合うように直列に接続されたダイオー
ドの１組のペアが、高電位側あるいは低電位側に接続さ
れた静電気保護回路を例に説明しているが、１組にかぎ
らず、２組以上のダイオードのペアを高電位側あるいは
低電位側に接続しても良いことはもちろんである。そし
て、複数のダイオードのペアのブレークダウン電圧で耐
圧が保持できるようであれば、直列に接続されるダイオ
ードの数を増すことによって端子（パッド）に寄生する
容量をさらに小さくすることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の電圧制
御圧電発振用ＩＣは、アノードまたはカソード側が向き
合うように直列に接続された少なくとも１組のダイオー
ドを用いて接続端子（パッド）の静電気保護回路を構成
するようにしている。このため、パッドの電圧が高電位
または低電位（接地電位）の近傍で振れても静電気保護
回路がオンになることはないので、そのパッドの電圧が
高電位または低電位にクリップされない。従って、制御
電圧に対し発振周波数の変化が広い範囲でリニアな特性
を持ち、さらに、静電気保護機能も備えた、優れた制御
特性の電圧制御圧電発振用ＩＣを提供することができ
る。そして、この電圧制御圧電発振用ＩＣにバリキャッ
プおよび水晶振動子などの圧電素子を接続してパッケー
ジングすることにより、コンパクトで制御範囲が広く優
れた特性をもつ電圧制御圧電発振器を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電圧制御圧電
発振器の概略構成を示す回路図である。

【図２】図１に示す電圧制御圧電発振器で得られる特性
を、従来の静電気保護回路を備えた電圧制御圧電発振器
および静電気保護回路を持たないディスクリートタイプ
の電圧制御圧電発振器で得られる特性と共に示すグラフ
である。

【図３】ダイオードのペアを半導体基板に作り込んだ様
子を模式的に示す断面図である。

【図４】ダイオードのペアをＭＯＳＦＥＴを用いて形成
する様子を模式的に示す断面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電圧制御圧電
発振器の概略構成を示す回路図である。

【図６】静電気保護回路を持たないディスクリートタイ
プの電圧制御圧電発振器の概略構成（図６（ａ））と、
従来の静電気保護回路を備えた電圧制御圧電発振器の概
略構成（図６（ｂ））を示す回路図である。

【図７】図５に示す電圧制御圧電発振器で得られる特性
を、従来の静電気保護回路を備えた電圧制御圧電発振器
（図６（ｂ））および静電気保護回路を持たないディス
クリートタイプの電圧制御圧電発振器（図６（ａ））で
得られる特性と共に示すグラフである。

【図８】静電気保護回路を持たないディスクリートタイ
プの電圧制御圧電発振器の概略構成を示す回路図であ
る。

【図９】図８に示す電圧制御圧電発振器の特性を模式的
に示すグラフである。

【図１０】従来の静電気保護回路を備えた電圧制御圧電
発振器の概略構成を示す回路図である。

【図１１】図１０に示す電圧制御圧電発振器の特性を模
式的に示すグラフである。

【図１２】図８に示す静電気保護回路を持たない電圧制
御圧電発振器のパッドＸｘの電圧波形を模式的に示す図
である。

【図１３】図８に示す電圧制御圧電発振器のパッドＸｘ
とパッドＸｒの電位差の変化を模式的に示す図である。

【図１４】図１０に示す従来の静電気保護回路を備えた
電圧制御圧電発振器のパッドＸｘの電圧波形を模式的に
示す図である。

【図１５】図１０に示す電圧制御圧電発振器のパッドＸ
ｘとパッドＸｒの電位差の変化を模式的に示す図であ
る。

【図１６】従来の静電気保護回路を備えた電圧制御圧電
発振器のバリキャップ印加電圧の平均値（実線）と、静
電気保護回路を備えていない電圧制御圧電発振器のバリ
キャップ印加電圧の平均値（破線）を制御電圧に対して
示す図である。

【図１７】図１０に示す電圧制御圧電発振器の周波数の
制御範囲を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１、７、８、９ 電圧制御圧電発振器 ２ インバータ ５ 圧電振動子 ６ バリキャップ（可変容量ダイオード） １０ 発振回路 １１ 電圧制御圧電発振器用ＩＣ ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 静電気保護回路 ２１ 静電気保護用ダイオード ２２ ダイオードのペア ２５ 半導体基板 ２６ ウェル ２７ 半導体層 ２８ 電極 ３０ ＭＯＳＦＥＴ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−162232（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−205325（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267589（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121679（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−306811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−98263（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−164611（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03B 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子および可変容量ダイオードを接
   続可能な複数の接続端子と、前記複数の接続端子のうち、前記可変容量ダイオードの
   カソードに接続される第１の接続端子に対し、入力抵抗
   を介して接続された制御端子と、 前記制御端子へ印加する 制御電圧によって発振周波数を
   制御可能な発振回路とを有し、前記 第１の接続端子が、第１の定電圧部分に対し、カソ
   ード側またはアノード側のいずれかが対向するように直
   列に接続された少なくとも１組のダイオードを介して接
   続されていることを特徴とする電圧制御圧電発振用Ｉ
   Ｃ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１の接続端子
   が第２の定電圧部分に対し、カソード側またはアノード
   側のいずれかが対向するように直列に接続された少なく
   とも１組のダイオードを介して接続されていることを特
   徴とする電圧制御圧電発振用ＩＣ。