KR100965468B1 - 온도 보상 수정 발진기 - Google Patents

Abstract

온도 보상 수정 발진기는 표면 실장용의 실장(實裝) 기판과, 수정 발진기와, 수정 발진기의 주파수 온도 특성을 보상하는 온도 보상 회로와, 수정 발진기의 발진 주파수를 조정하는 주파수 조정 회로를 가진다. 수정 발진기는 적어도 수정편(水晶片)과, 수정편과 전기적으로 접속하여 발진 회로를 구성하는 IC 칩과, 수정편 및 IC 칩을 수용하는 표면 실장 용기를 가진다. 표면 실장 용기는 실장 기판에 탑재되어 있다. 온도 보상 회로를 구성하는 각 소자 및 주파수 조정 회로를 구성하는 각 소자는 실장 기판 상에 직접 탑재되어 있다.

실장 기판, 수정 발진기, 온도 보상 회로, 수정편, IC 칩.

Description

온도 보상 수정 발진기 {TEMPERATURE-COMPENSATED CRYSTAL OSCILLATOR}

도 1은 종래의 온도 보상 수정 발진기의 회로 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2 (A)와 2 (B)는 각각 종래의 온도 보상 수정 발진기의 평면도와 측면도이다.

도 3은 종래의 수정 진동자를 나타내는 단면도이다.

도 4는 종래의 직접법에 의한 온도 보상 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 5 (A)는 본 발명 실시의 한 형태인 온도 보상 수정 발진기를 나타내는 평면도로서, 실드 금속판을 제외한 상태에서의 평면도이다.

도 5 (B)는 본 발명 실시의 한 형태인 온도 보상 수정 발진기의 측면도이다.

도 6은 표면 실장 용기의 내부 배치의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 7은 표면 실장 용기의 내부 배치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 8은 온도 보상 회로 구성의 다른 예를 나타내는 회로도이다.

본 발명은 표면 실장형(實裝型)의 온도 보상 수정 발진기(TCXO)에 관한 것이 며, 특히, 감온(感溫) 저항 소자와 콘덴서로 이루어지는 직접법의 온도 보상 회로를 사용한 온도 보상 수정 발진기에 관한 것이다.

표면 실장형의 온도 보상 수정 발진기는 소형ㆍ경량이기 때문에, 특히, 휴대 전화 등의 모바일 환경 하에서 사용되는 통신 기기의 주파수원으로서 널리 사용되고 있다. 온도 보상 수정 발진기는 전압 제어 수정 발진기(VCXO)와, 그 전압 제어 수정 발진기에 대하여 주위 온도에 따른 제어 전압을 인가하는 온도 보상 회로로 이루어져 있다.

온도 보상 회로에는 제어 전압 발생의 구조에 따라, 직접법에 의한 온도 보상 회로와 간접법에 의한 온도 보상 회로가 있다. 직접법에 의한 온도 보상 회로는 감온 소자, 예를 들면 온도 상승과 함께 저항값이 작아지는 서미스터와, 콘덴서로 구성되어 있다. 이에 대하여 간접법에 의한 온도 보상 회로는 능동 소자를 사용하여 주위 온도에 의존한 온도 보상 전압을 발생시키도록 하고 있다.

도 1은 종래의 온도 보상 수정 발진기의 회로 구성을 나타내고 있다. 도 2 (A) 및 2 (B)는 각각 도 1에 나타낸 온도 보상 수정 발진기의 단면도와 평면도이다.

온도 보상 수정 발진기는 수정 진동자(1), 발진 회로(2), 주파수 조정 회로(3), 온도 보상 회로(4) 및 AFC(자동 주파수 제어) 입력 회로(5)를 구비하고 있으며, 이들을 표면 실장용의 실장 전극(6)을 가지는 실장 기판(7)에 탑재한 것이다. 실장 전극(6)은 이 온도 보상 수정 발진기를 배선 기판 상에 표면 실장할 때, 배선 기판 상의 회로 패턴과 온도 보상 수정 발진기를 전기적으로 접속하는 것이 다.

수정 진동자(1)는 도 3에 나타낸 것과 같이, 용기 본체(8)와, 용기 본체(8) 내에 수용된 수정편(水晶片)(9)을 구비하고 있다. 용기 본체(8)는 오목 형상으로서 적층 세라믹으로 이루어지며, 오목부 저면(底面)에는 한 쌍의 접속 단자(10)가 설치되며, 또 용기 본체(8)의 외저면으로부터 측면에 걸쳐 접속 단자(10)에 대하여 전기적으로 접속된 표면 실장용의 실장 단자가 설치되어 있다. 수정편(9)은 대략 직사각형의 형상이며, 그 양쪽의 주면(主面)에 각각 도시하지 않은 여진(勵振) 전극을 가지며, 이 한 쌍의 여진 전극으로부터는 수정편(9)의 하나의 변의 양단으로 향해 각각 인출 전극이 뻗어 있다. 수정편(9)은 인출 전극이 뻗어 있는 그 일단부 양측이 용기 본체(8)의 오목부 저면의 접속 단자(10)에 도전성 접착제(12) 등에 의해 고착됨으로써, 용기 본체(8)에 대하여 지지되고 있다. 용기 본체(8)의 개구면에는, 예를 들면 금속 커버(13)가 심 용접(seam welding) 등에 의해 접합되어 있으며, 용기 본체(8)의 오목부 내에 수정편(9)을 밀폐 봉입(封入)하고 있다.

도 1로 되돌아가서, 발진 회로(2)는 수정 진동자(1)의 일단에 접속한 IC(집적 회로)로 이루어져 있다. IC에는 수정 진동자(1)와 공진 회로를 형성하는 도시하지 않은 분할 콘덴서, 공진 회로에 접속하여 귀환 증폭을 실행하는 발진용 증폭기, 및 바이어스 저항 등이 집적화되어 있다. 발진 회로(2)의 전원(Vcc)과 어스 사이에는 바이패스 콘덴서(14)가 접속되며, 발진 회로(2)의 출력 단자에는 다음 단(段)의 회로에 발진 출력(Vout)을 공급하기 위해 사용되는 결합 콘덴서가 접속되어 있다.

주파수 조정 회로(3)는 그 일단측이 수정 진동자(1)의 타단측에 접속되어 있으며, 예를 들면 대충 조정용과 미세 조정용의 2개 콘덴서(16)의 병렬 회로로 이루어진다. 각 콘덴서(16)는 모두 칩 콘덴서로 이루어져 있다.

온도 보상 회로(4)는 그 일단측이 주파수 조정 회로(3)의 타단측에 접속되어 있으며, 도 4에 나타낸 것과 같이, 상온을 기준으로 하여, 고온부용의 온도 보상 회로(4a)와 저온부용의 온도 보상 회로(4b)를 직렬로 접속한 것이다. 고온부용 온도 보상 회로(4a) 및 저온부용 온도 보상 회로(4b)은 모두 서미스터(17)와 콘덴서(18)의 병렬 회로로 이루어져 있으며, 온도에 의존한 서미스터(17)의 저항값 변화에 의해 단자 간의 용량값(등가 직렬 용량)이 변화되는 것을 이용하여 온도 보상을 실행한다. 서미스터(17)의 상온에서의 저항값 등을 조정하기 위한 저항(19)이 통상 각 보상 회로(4a, 4b)에 설치되어 있으며, 이 저항(19)은 고온부 보상 회로(4a)에서는 서미스터(17)와 콘덴서(18)와의 병렬 회로에 대하여 직렬로 접속한다. 또 저항(19)은 저온부 보상 회로(4b)에서는 서미스터(17)와 콘덴서(18)와의 병렬 회로에 대하여 병렬로 접속한다.

AFC 입력 회로(5)는 그 제1 단자가 온도 보상 회로(4)의 타단측에 접속되며, 그 제2 단자는 어스 전위에 접속되어 있다. AFC 입력 회로(5)는 전압 가변 용량 다이오드(20), 분압 저항(21) 및 콘덴서(22)가 병렬로 접속된 회로이다. 또한 AFC 입력 회로(5)의 제3 단자에는, 고주파 저지 저항(23)을 거쳐, AFC 전압(Vf)이 인가된다. AFC 전압(Vf)을 인가함에 따른 전압 가변 용량 다이오드(20)의 용량 변화에 의해, 전압 제어 수정 발진기의 발진 주파수는 변화되어 제어된다. 분압 저항(21) 은 AFC 전압(Vf)을 제어하고, 콘덴서(22)는 전압 가변 용량 다이오드(20)의 기준 용량값을 제어한다.

이와 같은 직접법에 의한 온도 보상 회로를 구비한 온도 보상 수정 발진기는 능동 소자를 사용하여 온도 보상 전압을 발생하는 간접법에 의한 온도 보상 회로를 구비하는 온도 보상 수정 발진기와 비교하여, 온도 보상 회로(4)가 수동 소자만으로 구성되므로, 소비 전력이 작고, 또 발진 출력에서의 위상 잡음 특성이 양호하다고 하는 특징을 가진다.

그러나, 직접법의 온도 보상 회로를 가지는 온도 보상 수정 발진기는, 기본적으로는 디스크리트(discrete) 부품으로 구성되며, 특히 서미스터(17) 및 콘덴서(18)로 이루어지는 온도 보상 회로(4)를 IC에 집적화할 수 없기 때문에, 수정 발진기의 소형화, 특히 평면 외형 치수에서의 소형화가 곤란하다고 하는 과제가 있다. 그리고, 간접법의 온도 보상 회로를 가지는 온도 보상 수정 발진기는 수정 진동자 이외의 구성 요소를 1개의 IC 칩에 용이하게 집적화할 수 있기 때문에, 평면 외형 치수의 소형화의 면에서는, 직접법의 온도 보상 회로를 가지는 온도 보상 수정 발진기와 비교하여 유리하지만, 소비 전력이 크고, 또 발진 출력에서의 위상 잡음도 크다.

본 발명의 목적은 직접법의 온도 보상 회로를 사용하는 동시에, 평면 외형의 소형화를 용이하게 달성할 수 있는 온도 보상 수정 발진기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 목적은 표면 실장용의 실장 기판과, 수정 발진기와, 수정 발진기의 주파수 온도 특성을 보상하는 온도 보상 회로와, 수정 발진기의 발진 주파수를 조정하는 주파수 조정 회로를 가지며, 수정 발진기는 적어도 수정편과, 수정편과 전기적으로 접속하여 발진 회로를 구성하는 IC 칩과, 수정편과 IC 칩을 수용하는 표면 실장 용기를 가지며, 표면 실장 용기는 실장 기판에 탑재되고, 온도 보상 회로를 구성하는 각 소자 및 주파수 조정 회로를 구성하는 각 소자가 실장 기판 상에 직접 탑재되어 있는 온도 보상 수정 발진기에 의해 달성된다.

즉 본 발명에서는, 발진 회로를 IC 칩에 집적화하는 동시에, 표면 실장 용기 내에 적어도 수정편과 IC 칩을 수용하고, 표면 실장 용기를 표면 실장용의 실장 기판에 탑재한다. 수정 발진기의 특성에 따라 조정의 필요가 있는 온도 보상 회로와 주파수 조정 회로에 대해서는, 표면 실장 용기 내에 수용하지 않고 실장 기판 상에 직접 탑재한다. 이에 따라, 실장 기판에서 디스크리트 부품이 차지하는 면적을 작게 하여 실장 기판의 소형화를 도모한다. 표면 실장 용기에는 수정편과 IC 칩 외에, 예를 들면, AFC 입력 회로나, 전원용의 바이패스 콘덴서, 출력용의 결합 콘덴서를 수용할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 어쨌든 디스크리트 부품의 개수가 증가하는 경향이 많은 직접법의 온도 보상 회로를 사용한 온도 보상 수정 발진기에서, 그 평면 외형 사이즈의 소형화가 가능하게 된다.

본 발명 실시의 한 형태인 온도 보상 수정 발진기는, 회로 구성으로서는, 도 1에 나타낸 종래의 온도 보상 수정 발진기와 마찬가지로, 수정 진동자(1), 발진 회로(2), 주파수 조정 회로(3), 온도 보상 회로(4) 및 AFC 입력 회로(5)로 이루어져 있으며, 이것들의 회로군은 실장 기판(7) 상에 탑재되어 있다. 온도 보상 회로(4)로서는, 예를 들면, 도 4에 나타낸 것이 사용된다. 실장 기판(7)은 그 외저면으로부터 측면에 형성된 실장 전극(6)을 구비하고 있다. 실장 전극(6)은 이 온도 보상 수정 발진기를 배선 기판 상에 표면 실장할 때에, 온도 보상 수정 발진기를 배선 기판 상의 회로 패턴과 전기적으로 접속하는 것이다.

본 실시 형태에서는, 도 5 (A)와 5 (B)에 나타낸 것과 같이 실장 기판(7) 상에 표면 실장 용기(24)가 탑재되어 있다. 표면 실장 용기(24)는 수정 발진기를 구성하는 것으로서, 표면 실장 용기(24)내에는 수정 진동자를 구성하는 수정편과, 발진 회로와, AFC 입력 회로가 격납되어 있다. 이 표면 실장 용기(24)는 도시하는 것과 같이, 실장 기판(7)의 예를 들면 우(右) 절반측에 탑재되어 있다. 이에 대하여 실장 기판(7)의 좌(左) 절반에는 주파수 조정 회로(3)를 구성하는 대충 조정용 및 미세 조정용의 콘덴서(16)와, 온도 보상 회로(4)를 구성하는 서미스터(17), 콘덴서(18) 및 저항(19)이 직접 탑재되어 있다. 여기에는 도시하고 있지 않지만, 실장 기판(7)에는 주파수 조정 회로(3)를 구성하는 각 소자, 온도 보상 회로를 구성하는 각 소자, 실장 전극(6) 및 표면 실장 용기(24)를 상호 접속하기 위한 회로 패턴이 형성되어 있다.

표면 실장 용기(24)는 적층 세라믹으로 이루어지며 단부(段部)를 가지는 오목부를 구비한 용기 본체(8)와, 용기 본체(8)의 오목부를 덮고 이 오목부를 기밀(氣密)하게 밀봉하는 금속 커버(13)를 구비하고 있다. 용기 본체(8)의 오목부 저면에는, 도 6에 나타낸 것과 같이, 발진 회로를 집적화한 IC 칩(25)과, AFC 입력 회로를 구성하는 전압 가변 용량 소자(20), 분압 저항(21) 및 콘덴서(22)가 고착되어 있다. 여기에서는 또한, 이 오목부 저면에는 전원ㆍ어스 사이의 바이패스 콘덴서(14)와, 발진 회로 출력측의 결합 콘덴서(15)도 고착되어 있다. IC 칩(25)은, 예를 들면, 도시하지 않은 범프를 사용한 초음파 열압착에 의해, 그 밖의 부품은 도전성 접착제(12)에 의해 오목부 저면에 고착되어 있다.

용기 본체(8)의 오목부 단부에는 수정편(9)과의 전기적 및 기계적인 접속에 사용하는 한 쌍의 접속 단자(10)가 형성되어 있다. 수정편(9)은 대략 직사각형의 형상이며, 그 양쪽의 주면에 각각 도시하지 않은 여진 전극을 가지며, 이 한 쌍의 여진 전극으로부터는 한 쌍의 접속 단자(10)에 대응하도록, 수정편(9)의 일단부 양측으로 향해 인출 전극이 뻗어 있다. 그리고, 접속 단자(10)에 대하여, 수정편(9)의 인출 전극이 형성된 일단부 양측이 도전성 접착제(12)에 의해 고착되어 있으며, 이에 따라 수정편(9)은 용기 본체(8)에 대하여 지지되어 있다.

여기에서는 도시하고 있지 않지만, 용기 본체(8)에는 용기 본체(8)에 탑재된 각 소자나 이들 소자와 접속 단자(10)와 접속하는 도전로가 형성되어 있다. 또한 용기 본체(8)의 외저면에는, IC 칩(25)의 전원 단자, 출력 단자 및 어스 단자에 접속하는 외부 접속 단자와, AFC 입력 회로(5)나 주파수 조정 회로(3)에 접속하기 위한 외부 접속 단자가 형성되어 있다. 이 외부 접속 단자는 실장 기판(7) 상에 형성된 회로 패턴과 전기적으로 접속되는 것이며, 이에 따라 실장 기판(7) 상에 표면 실장 용기(24)가 표면 실장되는 동시에, 실장 기판(7) 상의 주파수 조정 회로(3) 및 온도 보상 회로(4)와, 표면 실장 용기(24) 내의 각 회로, 각 소자와의 전기적인 접속이 달성되게 된다.

용기 본체(8)에서는, 그 오목부에 전술한 각 소자를 탑재한 후, 그 오목부를 덮도록 금속 커버(13)가 심 용접 등에 의해 덮여 표면 실장 용기(24)가 완성되는 동시에, 이 표면 실장 용기(24) 내에 각 소자가 밀폐 봉입된다. 또 표면 실장 용기(24)의 금속 커버(13)에는, 실드 금속판(26)이 땜납(27) 등에 의해 접합된다. 실드 금속판(26)은 실장 기판(7)과 거의 동일 평면 치수를 가지며, 실장 기판(7)의 상방에 실장 기판(7)과 거의 중첩되도록 배치되어 있다.

이와 같은 온도 보상 수정 발진기를 조립할 때에는, 수정 발진기를 구성하는 표면 실장 용기(24)를 실장 기판(7)에 탑재한 후, 그 수정 발진기 단독으로의 주파수 온도 특성을 측정한다. 그 중, 수정 발진기의 주파수 온도 특성을 규격 내에 만족시키는 값을 가지는 서미스터(17), 콘덴서(18) 및 저항(19)을 실장 기판(7)에 탑재한다. 또한 상온 시의 발진 주파수가 그 수정 발진기의 공칭 주파수로 되도록 대충 조정용 및 미세 조정용의 콘덴서(16)를 탑재한다.

이상 설명한 온도 보상 수정 발진기에서는, IC 칩(25)에 집적된 발진 회로(2), AFC 입력 회로(5), 바이패스 콘덴서(14) 및 결합 콘덴서(15) 등 조정을 요하지 않는 회로군을 수정편(9)과 함께 표면 실장 용기(24)에 수용하고, 실장 기판(7)에는 이 표면 실장 용기(24)와 함께, 조정을 요하는 회로, 즉 주파수 조정 회로(3) 및 온도 보상 회로(4)만을 직접 탑재하도록 하고 있으므로, 직접법에 의한 온도 보상 회로를 가지는 온도 보상 수정 발진기의 소형화, 특히 평면 외형 사이즈에서의 소형화가 용이하게 달성된다.

이상 설명한 실시 형태에서는, 표면 실장 용기(24)의 용기 본체(8)는 소자 등을 수용하기 위한 오목부를 한쪽의 주면측에만 가지고 있지만, 용기 본체(8)의 형태는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 7에 나타낸 것과 같이, 용기 본체(8)의 양쪽 주면에 오목부를 형성하여, 한쪽의 오목부에는 수정편(9)과 IC 칩(25)을 수용하고, 다른 쪽의 주면에는 AFC 입력 회로를 구성하는 전압 가변 용량 소자(20), 분압 저항(21) 및 콘덴서(22)와, 바이패스 콘덴서(14) 및 결합 콘덴서(15)를 수용해도 된다.

또 전술한 예에서는, 표면 실장 용기(24) 내에 수정편(9)과 IC 칩(25) 외에, AFC 입력 회로, 바이패스 콘덴서 및 결합 콘덴서를 수용했지만, 이들 AFC 입력 회로, 바이패스 콘덴서 및 결합 콘덴서에 관해서는 필요에 따라 표면 실장 용기(24)의 외부에 배치할 수도 있다. 즉, 본 발명에서는, 표면 실장 용기(24) 내에 적어도 수정편(9)과 IC 칩(25)이 수용되면, 온도 보상 수정 발진기를 구성할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 온도 보상 회로(4)로서 도 4에 나타낸 고온부 보상 회로와 저온부 보상 회로가 직렬 접속된 것 대신에, 도 8에 나타낸 회로도 사용할 수 있다. 도 8에 나타낸 온도 보상 회로는 고온부 보상 회로와 저온부 보상 회로가 콘덴서(18)를 공유하도록 병렬로 접속된 것이다. 즉, 온도 보상 회로의 양단 사이에, (1) 제1 서미스터(17)와 제1 저항(19)이 병렬로 접속되고 그 병렬 회로에 대하여 조정용의 콘덴서(28)가 직렬로 접속된 회로와, (2) 콘덴서(18)와, (3) 제2 서미스터(17)와 제2 저항(19)과의 직렬 회로가 병렬로 접속되어 있다.

본 발명에서는, 발진 회로를 IC 칩에 집적화하는 동시에, 표면 실장 용기 내 에 적어도 수정편과 IC 칩을 수용하고, 표면 실장 용기를 표면 실장용의 실장 기판에 탑재한다. 수정 발진기의 특성에 따라 조정의 필요가 있는 온도 보상 회로와 주파수 조정 회로에 대해서는, 표면 실장 용기 내에 수용하지 않고 실장 기판 상에 직접 탑재한다. 이에 따라, 실장 기판에서 디스크리트 부품이 차지하는 면적을 작게 하여 실장 기판의 소형화를 도모한다. 표면 실장 용기에는 수정편과 IC 칩 외에, 예를 들면, AFC 입력 회로나, 전원용의 바이패스 콘덴서, 출력용의 결합 콘덴서를 수용할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 어쨌든 디스크리트 부품의 개수가 증가하는 경향이 많은 직접법의 온도 보상 회로를 사용한 온도 보상 수정 발진기에서, 그 평면 외형 사이즈의 소형화가 가능하게 된다.

Claims (7)

1. 수정 발진기의 주파수 온도 특성을 온도 보상 회로로 보상하고, 상기 수정 발진기의 발진 주파수를 주파수 조정 회로로 보상하며, AFC 입력 회로를 포함하는 온도 보상 수정 발진기로서,

   상기 온도 보상 회로는 서미스터와 콘덴서로 구성되고, 상기 주파수 조정 회로는 콘덴서로 구성되며,

   상기 수정 발진기는 표면 실장 용기에 적어도 수정편(水晶片)과, 발진 회로를 구성하는 IC 칩을 수용하고,

   상기 수정 발진기, 상기 온도 보상 회로, 상기 주파수 조정 회로, 및 상기 AFC 입력 회로를 구성하는 소자만이 표면 실장용의 실장(實裝) 기판에 탑재되고,

   상기 표면 실장 용기의 외저면에는, 전원 단자, 출력 단자, 어스 단자 및 상기 수정편의 한편의 전극과 전기적으로 접속된 수정(水晶) 단자가 형성되어 있고,

   상기 수정 단자는 상기 주파수 조정 회로, 상기 온도 보상 회로, 및 상기 AFC 입력 회로와 전기적으로 접속하고,

   상기 온도 보상 회로와 상기 주파수 조정 회로는, 상기 수정 발진기의 금속 커버에 접속된 실드 금속판에 의해 덮인,

   온도 보상 수정 발진기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 표면 실장 용기 내에 전원 단자와 어스 단자측에 설치된 바이패스 콘덴서와, 출력 단자측에 설치된 결합 콘덴서가 수용되어 있는 온도 보상 수정 발진기.
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