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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024104964
(43)【公開日】2024-08-06
(54)【発明の名称】振動デバイス
(51)【国際特許分類】
H03B 5/32 20060101AFI20240730BHJP
【ＦＩ】
H03B5/32 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023009434
(22)【出願日】2023-01-25
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100148323
【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 通
(74)【代理人】
【識別番号】100168860
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 充史
(72)【発明者】
【氏名】田中 敦嗣
【テーマコード（参考）】
5J079
【Ｆターム（参考）】
5J079AA04
5J079BA02
5J079CA04
5J079CA12
5J079CB01
5J079FA01
5J079FB24
5J079FB31
5J079FB38
5J079FB39
5J079FB47
5J079JA03
(57)【要約】
【課題】熱源回路の発熱量が急激に変化しても温度補償を精度よく行うことが可能な振動デバイスを提供すること。
【解決手段】振動子と、前記振動子と離間して配置された回路装置と、を含み、前記回路装置は、前記振動子を駆動する駆動回路と、検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、を有する、振動デバイス。
【選択図】図１
【解決手段】振動子と、前記振動子と離間して配置された回路装置と、を含み、前記回路装置は、前記振動子を駆動する駆動回路と、検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、を有する、振動デバイス。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
振動子と、前記振動子と離間して配置された回路装置と、を含み、
前記回路装置は、
前記振動子を駆動する駆動回路と、
検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、
前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、
第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、
を有する、振動デバイス。
前記回路装置は、
前記振動子を駆動する駆動回路と、
検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、
前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、
第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、
を有する、振動デバイス。
【請求項2】
請求項１において、
前記温度信号はデジタル信号であり、
前記過渡応答補償回路は、前記温度信号に対してフィルター処理を行うデジタルフィルターを含む、振動デバイス。
前記温度信号はデジタル信号であり、
前記過渡応答補償回路は、前記温度信号に対してフィルター処理を行うデジタルフィルターを含む、振動デバイス。
【請求項3】
請求項２において、
前記デジタルフィルターは、ローパスフィルターである、振動デバイス。
前記デジタルフィルターは、ローパスフィルターである、振動デバイス。
【請求項4】
請求項２において、
前記デジタルフィルターは、メモリーに記憶されたデータに基づくカットオフ周波数で動作する、振動デバイス。
前記デジタルフィルターは、メモリーに記憶されたデータに基づくカットオフ周波数で動作する、振動デバイス。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わった後、所定期間が経過した後に前記過渡応答補償回路が動作を停止する、振動デバイス。
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わった後、所定期間が経過した後に前記過渡応答補償回路が動作を停止する、振動デバイス。
【請求項6】
請求項１において、
前記駆動回路は、前記振動子を発振させて発振信号を生成し、
前記温度補償回路は、前記発振信号又は前記発振信号に基づくクロック信号の周波数温度特性を補償し、
前記熱源回路は、前記発振信号又は前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路である、振動デバイス。
前記駆動回路は、前記振動子を発振させて発振信号を生成し、
前記温度補償回路は、前記発振信号又は前記発振信号に基づくクロック信号の周波数温度特性を補償し、
前記熱源回路は、前記発振信号又は前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路である、振動デバイス。
【請求項7】
請求項６において、
少なくとも１つの外部制御信号が入力され、前記外部制御信号に基づいて、前記出力回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わる、振動デバイス。
少なくとも１つの外部制御信号が入力され、前記外部制御信号に基づいて、前記出力回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わる、振動デバイス。
【請求項8】
請求項７において、
少なくとも１つの前記外部制御信号として、第１イネーブル制御信号と第２イネーブル制御信号が入力され、
前記出力回路は、
前記第１イネーブル制御信号がアクティブのとき、第１出力クロック信号を出力し、
前記第２イネーブル制御信号がアクティブのとき、第２出力クロック信号を出力する、振動デバイス。
少なくとも１つの前記外部制御信号として、第１イネーブル制御信号と第２イネーブル制御信号が入力され、
前記出力回路は、
前記第１イネーブル制御信号がアクティブのとき、第１出力クロック信号を出力し、
前記第２イネーブル制御信号がアクティブのとき、第２出力クロック信号を出力する、振動デバイス。
【請求項9】
請求項８において、
前記第１状態は、前記第１出力クロック信号が出力される状態であり、
前記第２状態は、前記第１出力クロック信号及び前記第２出力クロック信号の両方が出力される状態である、振動デバイス。
前記第１状態は、前記第１出力クロック信号が出力される状態であり、
前記第２状態は、前記第１出力クロック信号及び前記第２出力クロック信号の両方が出力される状態である、振動デバイス。
【請求項10】
請求項８において、
前記出力回路は、
前記発振信号に基づいて前記第１出力クロック信号を出力する第１バッファー回路と、
前記発振信号に基づいて前記第２出力クロック信号を出力する第２バッファー回路と、を含み、
前記第１状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、
前記第２状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、且つ前記第２バッファー回路が前記第２出力クロック信号を出力する、振動デバイス。
前記出力回路は、
前記発振信号に基づいて前記第１出力クロック信号を出力する第１バッファー回路と、
前記発振信号に基づいて前記第２出力クロック信号を出力する第２バッファー回路と、を含み、
前記第１状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、
前記第２状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、且つ前記第２バッファー回路が前記第２出力クロック信号を出力する、振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ＩＣチップ内に温度センサーと温度補償回路と複数の出力バッファーとを備え、オン／オフ制御が可能な出力バッファーの出力とは逆位相となる水晶接続端子から見て、その出力バッファーの出力端子を、オン／オフ制御がされない出力バッファーの出力端子よりも遠い位置に配置した温度補償水晶発振器が記載されている。特許文献１に記載の温度補償水晶発振器によれば、発振回路側への発振周波数成分の回り込みが小さくなって、出力バッファーのオン／オフ制御に伴う発振周波数の変動を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２－１５６９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載の温度補償水晶発振器では、出力バッファーのオン／オフが切り替わって出力バッファーの発熱量が急激に変化した場合、ＩＣ内部の温度センサーは温度変化を速やかに検出するのに対して、ＩＣチップとは別体である振動子の温度変化が遅れるので、温度補償に誤差が生じて発振周波数が変動するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係る振動デバイスの一態様は、
振動子と、前記振動子と離間して配置された回路装置と、を含み、
前記回路装置は、
前記振動子を駆動する駆動回路と、
検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、
前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、
第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、
を有する。
振動子と、前記振動子と離間して配置された回路装置と、を含み、
前記回路装置は、
前記振動子を駆動する駆動回路と、
検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、
前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、
第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、
を有する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】振動デバイスの機能的な構成を示す図。
【図2】第１実施形態の振動デバイスの斜視図。
【図3】第１実施形態の振動デバイスの断面図。
【図4】第１実施形態の振動デバイスの機能ブロック図。
【図5】メモリーに対するデータの書き込み及び読み出しのタイミングチャートの一例を示す図。
【図6】出力回路が第１状態から第２状態に切り替わったときの熱の伝搬経路を示す図。
【図8】出力回路が第１状態から第２状態に切り替わる場合の温度の過渡応答及び周波数偏差の時間変化の一例を示す図。
【図9】第２実施形態の振動デバイスの機能ブロック図。
【図10】温度補償回路及びＰＬＬ回路の構成例を示す図。
【図11】変形例の振動デバイスの断面図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
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の形態は、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。
【0008】
１．振動デバイスの機能的構成
図１は、本実施形態の振動デバイスの機能的な構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の振動デバイス１は、回路装置２と、振動子３とを含む。回路装置２と、振動子３は、不図示パッケージに収容されている。
図１は、本実施形態の振動デバイスの機能的な構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の振動デバイス１は、回路装置２と、振動子３とを含む。回路装置２と、振動子３は、不図示パッケージに収容されている。
【0009】
回路装置２は、温度センサー１００と、過渡応答補償回路１１０と、温度補償回路１２０と、駆動回路１３０と、メモリー１４０と、熱源回路１５０とを含む。なお、回路装置２は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
【0010】
駆動回路１３０は、振動子３を駆動し、振動子３を振動させる。
【0011】
温度センサー１００は、温度を検出し、検出した温度に応じた温度信号ＤＴを生成する。温度信号ＤＴは、デジタル信号であってもよい。
【0012】
温度補償回路１２０は、温度センサー１００が生成した温度信号ＤＴに基づいて振動子３の駆動状態の温度特性を補償する。具体的には、メモリー１４０に、振動子３の駆動状態の温度特性を補償するための温度補償データＴＣＤが記憶されており、温度補償回路１２０は、温度信号ＤＴと温度補償データＴＣＤとに基づいて、振動子３の駆動状態の温度特性を補償する。
【0013】
熱源回路１５０は、動作することにより発熱する回路であり、第１状態、又は第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する。熱源回路１５０が第１状態で動作するときの発熱量と第２状態で動作するときの発熱量とは異なる。例えば、熱源回路１５０が第２状態で動作するときの消費電流が第１状態で動作するときの消費電流よりも大きい場合は、熱源回路１５０が第２状態で動作するときの発熱量は第１状態で動作するときの発熱量よりも大きい。したがって、この場合、熱源回路１５０が第１状態から第２状態に切り替わると、熱源回路１５０の発熱量が増加する。また、熱源回路１５０が第２状態から第１状態に切り替わると、熱源回路１５０の発熱量が減少する。逆に、熱源回路１５０が第２状態で動作するときの消費電流が第１状態で動作するときの消費電流よりも小さい場合は、熱源回路１５０が第２状態で動作するときの発熱量は第１状態で動作するときの発熱量よりも小さい。したがって、この場合、熱源回路１５０が第１状態から第２状態に切り替わると、熱源回路１５０の発熱量が減少する。また、熱源回路１５０が第２状態から第１状態に切り替わると、熱源回路１５０の発熱量が増加する。
【0014】
過渡応答補償回路１１０は、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わったときに、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差を補償する。例えば、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わる前後で熱源回路１５０の発熱量が増加する場合、熱源回路１５０から温度センサー１００へと熱が伝搬
して温度センサー１００の温度が上昇し、熱源回路１５０からパッケージを介して振動子３へと熱が伝搬して振動子３の温度が上昇する。逆に、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わる前後で熱源回路１５０の発熱量が減少する場合、温度センサー１００から熱源回路１５０へと熱が伝搬して温度センサー１００の温度が低下し、振動子３からパッケージを介して熱源回路１５０へと熱が伝搬して振動子３の温度が低下する。このとき、温度センサー１００と熱源回路１５０とは回路装置２に含まれているため、温度センサー１００と熱源回路１５０との間では速やかに熱が伝搬するのに対して、回路装置２は振動子３と離間して配置されているため、振動子３と熱源回路１５０との間ではパッケージを介して熱が伝搬し、熱の伝搬が遅くなる。そのため、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わったとき、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答は、振動子３の温度の過渡応答よりも速い。過渡応答補償回路１１０は、この過渡応答の差を補償する。
して温度センサー１００の温度が上昇し、熱源回路１５０からパッケージを介して振動子３へと熱が伝搬して振動子３の温度が上昇する。逆に、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わる前後で熱源回路１５０の発熱量が減少する場合、温度センサー１００から熱源回路１５０へと熱が伝搬して温度センサー１００の温度が低下し、振動子３からパッケージを介して熱源回路１５０へと熱が伝搬して振動子３の温度が低下する。このとき、温度センサー１００と熱源回路１５０とは回路装置２に含まれているため、温度センサー１００と熱源回路１５０との間では速やかに熱が伝搬するのに対して、回路装置２は振動子３と離間して配置されているため、振動子３と熱源回路１５０との間ではパッケージを介して熱が伝搬し、熱の伝搬が遅くなる。そのため、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わったとき、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答は、振動子３の温度の過渡応答よりも速い。過渡応答補償回路１１０は、この過渡応答の差を補償する。
【0015】
例えば、温度信号ＤＴがデジタル信号であり、過渡応答補償回路１１０は、温度信号ＤＴに対してフィルター処理を行うデジタルフィルターを含んでもよい。このデジタルフィルターは、ローパスフィルターであってもよい。温度信号ＤＴがデジタルフィルターを通過することで、デジタルフィルターのカットオフ周波数に応じた群遅延が生じ、温度補償回路１２０への温度信号ＤＴの入力が遅延することになる。その結果、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差が補償され、温度補償回路１２０による温度補償精度が向上する。
【0016】
このデジタルフィルターは、メモリー１４０に記憶されたデータに基づくカットオフ周波数で動作してもよい。すなわち、あらかじめメモリー１４０に記憶されたデータに応じて、デジタルフィルターのカットオフ周波数が可変であってもよい。
【0017】
なお、振動デバイス１のパッケージの外部の気温が変化したときは、温度センサー１００と外気との間での熱の伝搬時間と、振動子３と外気との間での熱の伝搬時間との差が小さい。そのため、過渡応答補償回路１１０が常に動作している場合、熱源回路１５０が第１状態又は第２状態で変わらないときに外気温が変化すると、温度補償回路１２０によって温度補償が過剰に行われてしまうことになる。したがって、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わった後、所定期間が経過した後に過渡応答補償回路１１０が動作を停止することが好ましい。この所定期間は、例えば、熱源回路１５０の第１状態と第２状態とが切り替わってから、振動子３の温度の過渡応答が収束するまでの期間であってもよい。
【0018】
２．振動デバイスの具体例
以下では、図１に示した振動デバイス１の具体例として、温度補償型発振器を例に挙げて説明する。
以下では、図１に示した振動デバイス１の具体例として、温度補償型発振器を例に挙げて説明する。
【0019】
２－１．第１実施形態
２－１－１．振動デバイスの構造
図２及び図３は、第１実施形態の振動デバイス１の構造の一例を示す図である。図２は、振動デバイス１の斜視図であり、図３は、図２のＡ－Ａ断面図の一例である。
２－１－１．振動デバイスの構造
図２及び図３は、第１実施形態の振動デバイス１の構造の一例を示す図である。図２は、振動デバイス１の斜視図であり、図３は、図２のＡ－Ａ断面図の一例である。
【0020】
【0021】
本実施形態では、振動子３は、基板材料として水晶を用いた水晶振動子であり、例えば、ＡＴカット水晶振動子や音叉型水晶振動子等である。ただし、振動子３は、ＳＡＷ共振子やＭＥＭＳ振動子であってもよい。ＳＡＷはSurface Acoustic Waveの略であり、ＭＥ
ＭＳはMicro Electro Mechanical Systemsの略である。また、振動子３の基板材料としては、水晶の他、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動子３の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
ＭＳはMicro Electro Mechanical Systemsの略である。また、振動子３の基板材料としては、水晶の他、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動子３の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。
【0022】
また、本実施形態では、回路装置２は１チップの集積回路で実現されている。ただし、回路装置２は、少なくとも一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。
【0023】
図３に示すように、振動子３は、その表面及び裏面にそれぞれ金属の励振電極３ａ，３ｂを有しており、励振電極３ａ，３ｂを含む振動子３の形状や質量に応じた所望の周波数で発振する。
【0024】
図３に示すように、振動デバイス１は、シングルシール構造の発振器であり、パッケージ４は、回路装置２と振動子３とを同一空間内に収容する。例えば、パッケージ４は、セラミックパッケージであってもよい。具体的には、パッケージ４には、凹部が設けられており、リッド５で凹部を覆うことによって収容室７となる。
【0025】
図３に示すように、回路装置２の底面２０には、複数の端子２１が設けられている。また、振動デバイス１の底面であるパッケージ４の裏面には、複数の外部端子が設けられている。パッケージ４の内部又は凹部の表面には、回路装置２の２つの端子２１と、振動子３の２つの励振電極３ａ，３ｂとをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。これらの配線により、回路装置２は、振動子３と電気的に接続される。また、パッケージ４の内部又は凹部の表面には、回路装置２の他の複数の端子２１と振動デバイス１の複数の外部端子６とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。
【0026】
２－１－２．振動デバイスの構成
図４は、第１実施形態の振動デバイス１の機能ブロック図である。図４において、図１と同様の構成要素には同じ符号が付されている。図４に示すように、第１実施形態の振動デバイス１は、回路装置２と、振動子３とを含む。振動デバイス１は、６個の外部端子６として、ＴＶ端子、ＴＧ端子、ＴＯ１端子、ＴＯ２端子、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子を有している。回路装置２は、８個の端子２１として、ＰＶ端子、ＰＧ端子、ＰＯ１端子、ＰＯ２端子、ＰＥ１端子、ＰＥ２端子、ＰＸＩ端子及びＰＸＯ端子を有している。回路装置２のＰＶ端子、ＰＧ端子、ＰＯ１端子、ＰＯ２端子、ＰＥ１端子及びＰＥ２端子は、振動デバイス１のＴＶ端子、ＴＧ端子、ＴＯ１端子、ＴＯ２端子、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子とそれぞれ電気的に接続されている。回路装置２のＰＸＩ端子は振動子３の一端と電気的に接続され、回路装置２のＰＸＯ端子は振動子３の他端と電気的に接続されている。回路装置２は、ＴＶ端子からＰＶ端子を介して供給される電源電圧ＶＤＤと、ＴＧ端子からＰＧ端子を介して供給されるグラウンド電圧ＧＮＤとが供給されて動作する。
図４は、第１実施形態の振動デバイス１の機能ブロック図である。図４において、図１と同様の構成要素には同じ符号が付されている。図４に示すように、第１実施形態の振動デバイス１は、回路装置２と、振動子３とを含む。振動デバイス１は、６個の外部端子６として、ＴＶ端子、ＴＧ端子、ＴＯ１端子、ＴＯ２端子、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子を有している。回路装置２は、８個の端子２１として、ＰＶ端子、ＰＧ端子、ＰＯ１端子、ＰＯ２端子、ＰＥ１端子、ＰＥ２端子、ＰＸＩ端子及びＰＸＯ端子を有している。回路装置２のＰＶ端子、ＰＧ端子、ＰＯ１端子、ＰＯ２端子、ＰＥ１端子及びＰＥ２端子は、振動デバイス１のＴＶ端子、ＴＧ端子、ＴＯ１端子、ＴＯ２端子、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子とそれぞれ電気的に接続されている。回路装置２のＰＸＩ端子は振動子３の一端と電気的に接続され、回路装置２のＰＸＯ端子は振動子３の他端と電気的に接続されている。回路装置２は、ＴＶ端子からＰＶ端子を介して供給される電源電圧ＶＤＤと、ＴＧ端子からＰＧ端子を介して供給されるグラウンド電圧ＧＮＤとが供給されて動作する。
【0027】
本実施形態では、振動デバイス１は、温度検出回路１０１、Ａ／Ｄ変換回路１０２、デジタルフィルター１１１、温度補償回路１２０、発振回路１３１、メモリー１４０、出力回路１５１、インターフェース回路１７０及びＤ／Ａ変換回路１８０を含む。なお、振動デバイス１は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
【0028】
発振回路１３１は、ＸＩ端子及びＸＯ端子を介して振動子３の両端と電気的に接続され、振動子３を発振させて発振信号Ｖｏｓｃを生成する。具体的には、発振回路１３１は、振動子３から出力される信号がＸＯ端子を介して入力され、当該信号を増幅した信号を、
ＸＩ端子を介して振動子３に供給する。発振回路１３１は、負荷容量として機能する可変容量回路１３２を含み、発振信号Ｖｏｓｃは、可変容量回路１３２の容量値に応じた周波数となる。発振回路１３１は、図１に示した駆動回路１３０に対応する。
ＸＩ端子を介して振動子３に供給する。発振回路１３１は、負荷容量として機能する可変容量回路１３２を含み、発振信号Ｖｏｓｃは、可変容量回路１３２の容量値に応じた周波数となる。発振回路１３１は、図１に示した駆動回路１３０に対応する。
【0029】
温度検出回路１０１は、温度を検出し、検出した温度に応じた電圧のアナログ信号である温度信号ＶＴを出力する。例えば、温度検出回路１０１は、ＰＮ接合の順方向電圧の温度依存性を利用した回路であってもよい。Ａ／Ｄ変換回路１０２は、温度検出回路１０１から出力されるアナログ信号である温度信号ＶＴをデジタル信号である温度信号ＤＴに変換する。例えば、Ａ／Ｄ変換回路１０２は、逐次比較型のＡ／Ｄ変換回路であってもよい。温度検出回路１０１及びＡ／Ｄ変換回路１０２は、図１に示した温度センサー１００に対応する。
【0030】
デジタルフィルター１１１は、Ａ／Ｄ変換回路１０２から出力される温度信号ＤＴに対してフィルター処理を行う。デジタルフィルター１１１は、ローパスフィルターであってもよい。
【0031】
温度補償回路１２０は、デジタルフィルター１１１から出力される温度信号ＤＴＸに基づいて、振動子３の駆動状態の温度特性としての発振信号Ｖｏｓｃの周波数温度特性を補償する。具体的には、メモリー１４０に、発振信号Ｖｏｓｃの周波数温度特性を補償するための温度補償データＴＣＤが記憶されており、温度補償回路１２０は、温度信号ＤＴＸと温度補償データＴＣＤとに基づいてデジタル信号である温度補償信号ＤＣを生成する。温度補償回路１２０は、例えば、振動子３の周波数温度特性が３次曲線になる場合、当該周波数温度特性を打ち消すような３次曲線の各次数の係数値を含む温度補償データＴＣＤに基づいて、発振信号Ｖｏｓｃの周波数が温度によらずに一定に近づくように補正する。
【0032】
デジタルフィルター１１１及び温度補償回路１２０は、例えば、ＤＳＰ１６０によって実現される。ＤＳＰは、Digital Signal Processorの略である。
【0033】
Ｄ／Ａ変換回路１８０は、温度補償回路１２０から出力されるデジタル信号である温度補償信号ＤＣをアナログ信号である温度補償電圧ＶＣに変換する。この温度補償電圧ＶＣは、発振回路１３１に含まれる可変容量回路１３２に印加され、可変容量回路１３２は温度補償電圧ＶＣの大きさに応じた容量値となる。発振回路１３１の発振周波数は可変容量回路１３２の容量値に応じて変化する。Ｄ／Ａ変換回路１８０から出力される温度補償電圧ＶＣは、温度検出回路１０１が検出する温度に応じて変化し、その結果、発振回路１３１の発振周波数が温度によらず一定の周波数に近づくように制御される。
【0034】
メモリー１４０は、各種の情報を記憶する不図示の不揮発性メモリーやレジスターを含む。不揮発性メモリーは、例えば、ＭＯＮＯＳ型メモリーやＥＥＰＲＯＭ等であってもよい。ＭＯＮＯＳはMetal Oxide Nitride Oxide Siliconの略であり、ＥＥＰＲＯＭはElectrically Erasable Programmable Read-Only Memoryの略である。振動デバイス１の製造工程において、メモリー１４０の不揮発性メモリーに、各回路を制御するための各種の情報、例えば、デジタルフィルター１１１のカットオフ周波数や次数を設定するためのデータや温度補償回路１２０を制御するための温度補償データ等が記憶される。そして、ＴＶＤ端子への電源電圧ＶＤＤの供給が開始されると、メモリー１４０の不揮発性メモリーに記憶されている各種の情報はレジスターに転送され、当該レジスターに保存された各種の情報が適宜各回路に供給される。
【0035】
インターフェース回路１７０は、ＴＶＤ端子への電源電圧ＶＤＤの供給が開始してから所定期間内に、ＴＥ２端子から所定のパターンの制御信号が入力された場合に、当該所定期間の経過後に動作モードを外部通信モードに設定する。例えば、インターフェース回路
１７０は、電源電圧ＶＤＤの供給により振動子３が発振を開始して発振が安定したことを検出するまでの期間を当該所定期間としてもよいし、発振信号Ｖｏｓｃのパルス数をカウントし、カウント値が所定の値に到達したら当該所定期間が経過したと判断してもよい。また、例えば、インターフェース回路１７０は、電源電圧ＶＤＤの供給により動作を開始するＲＣ時定数回路の出力信号に基づいて当該所定期間を計測してもよい。
１７０は、電源電圧ＶＤＤの供給により振動子３が発振を開始して発振が安定したことを検出するまでの期間を当該所定期間としてもよいし、発振信号Ｖｏｓｃのパルス数をカウントし、カウント値が所定の値に到達したら当該所定期間が経過したと判断してもよい。また、例えば、インターフェース回路１７０は、電源電圧ＶＤＤの供給により動作を開始するＲＣ時定数回路の出力信号に基づいて当該所定期間を計測してもよい。
【0036】
外部通信モードでは、インターフェース回路１７０は、ＰＥ１端子及びＰＥ２端子を介して、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子と接続される不図示の外部装置とデータ通信を行うことができる。外部装置は、所定の通信規格に従い、ＴＥ１端子にシリアルクロック信号を出力し、シリアルクロック信号に同期して、ＴＥ２端子にシリアルデータ信号を出力し、あるいは、インターフェース回路１７０からＰＥ２端子を介してＴＥ２端子に出力される信号を取得する。インターフェース回路１７０は、外部通信モードにおいて、例えばＩ２Ｃバスの規格に準じて、シリアルクロック信号のエッジ毎に、各種のコマンドとしてのシリアルデータ信号をサンプリングする。Ｉ２Ｃは、Inter-Integrated Circuitの略である。そして、インターフェース回路１７０は、サンプリングしたコマンドに基づいて、動作モードの設定や、メモリー１４０に対するデータの書き込みや読み出し等の処理を行う。なお、本実施形態では、インターフェース回路１７０は、例えば、Ｉ２Ｃバス等の２線式バスの通信規格で外部装置と通信を行うが、ＳＰＩバス等の３線式バスあるいは４線式バスの通信規格で外部装置と通信を行ってもよい。ＳＰＩは、Serial Peripheral Interfaceの略である。
【0037】
例えば、インターフェース回路１７０は、外部通信モードにおいて、メモリー１４０に対する書き込みコマンドをサンプリングした場合、当該書き込みコマンドで指定されたメモリー１４０のアドレスに、当該書き込みコマンドで指定されたデータを書き込む。また、インターフェース回路１７０は、外部通信モードにおいて、メモリー１４０に対する読み出しコマンドをサンプリングした場合、当該読み出しコマンドで指定されたメモリー１４０のアドレスからデータを読み出し、シリアルデータに変換して出力する。図５に、ＴＶＤ端子への電源電圧ＶＤＤの供給が開始してから外部通信モードに移行した後、外部通信モードにおいて、メモリー１４０に対するデータの書き込み及び読み出しが行われる場合のタイミングチャートの一例を示す。
【0038】
また、例えば、インターフェース回路１７０は、外部通信モードにおいて、通常動作モード設定コマンドをサンプリングした場合、動作モードを外部通信モードから通常動作モードに移行させる。通常動作モードでは、インターフェース回路１７０は、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子からＰＥ１端子及びＰＥ２端子を介して入力される信号を、それぞれ第１イネーブル制御信号ＥＮ１及び第２イネーブル制御信号ＥＮ２として出力回路１５１に供給する。したがって、通常動作モードでは、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子に入力される信号に基づいて、ＴＯ１端子からの第１出力クロック信号ＣＫ１及びＴＯ２端子からの第２出力クロック信号ＣＫ２の出力が制御される。
【0039】
なお、インターフェース回路１７０は、電源電圧ＶＤＤの供給が開始してから所定期間内に、ＴＥ２端子から所定のパターンの信号が入力されない場合には、当該所定期間の経過後に動作モードを外部通信モードに設定せずに、直接、通常動作モードに設定する。
【0040】
出力回路１５１は、発振回路１３１から出力される発振信号Ｖｏｓｃに基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する。例えば、出力回路１５１は、第１バッファー回路１５２と、第２バッファー回路１５３とを含む。第１バッファー回路１５２は、発振信号Ｖｏｓｃに基づいて第１出力クロック信号ＣＫ１を出力し、第２バッファー回路１５３は、発振信号Ｖｏｓｃに基づいて第２出力クロック信号ＣＫ２を出力する。例えば、第１バッファー回路１５２は、発振信号Ｖｏｓｃをバッファリングして第１出力クロック信号
ＣＫ１を出力し、第２バッファー回路１５３は、発振信号Ｖｏｓｃをバッファリングして第２出力クロック信号ＣＫ２を出力する。第１出力クロック信号ＣＫ１と第２出力クロック信号ＣＫ２とは、同じ周波数であってもよいし、異なる周波数であってもよい。また、第１出力クロック信号ＣＫ１と第２出力クロック信号ＣＫ２とは、同じ信号形式であってもよいし、異なる信号形式であってもよい。第１出力クロック信号ＣＫ１は、ＰＯ１端子を介してＴＯ１端子から外部に出力される。第２出力クロック信号ＣＫ２は、ＰＯ２端子を介してＴＯ２端子から外部に出力される。なお、図４では、出力回路１５１が２つの出力クロック信号ＣＫ１，ＣＫ２を出力しているが、３つ以上の出力クロック信号を出力するようにしてもよい。
ＣＫ１を出力し、第２バッファー回路１５３は、発振信号Ｖｏｓｃをバッファリングして第２出力クロック信号ＣＫ２を出力する。第１出力クロック信号ＣＫ１と第２出力クロック信号ＣＫ２とは、同じ周波数であってもよいし、異なる周波数であってもよい。また、第１出力クロック信号ＣＫ１と第２出力クロック信号ＣＫ２とは、同じ信号形式であってもよいし、異なる信号形式であってもよい。第１出力クロック信号ＣＫ１は、ＰＯ１端子を介してＴＯ１端子から外部に出力される。第２出力クロック信号ＣＫ２は、ＰＯ２端子を介してＴＯ２端子から外部に出力される。なお、図４では、出力回路１５１が２つの出力クロック信号ＣＫ１，ＣＫ２を出力しているが、３つ以上の出力クロック信号を出力するようにしてもよい。
【0041】
出力回路１５１は、動作することにより発熱する回路であり、第１状態、又は第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する。すなわち、出力回路１５１は、図１に示した熱源回路１５０に対応する。出力回路１５１が第１状態で動作するときの発熱量と第２状態で動作するときの発熱量とは異なる。本実施形態では、振動デバイス１の外部から少なくとも１つの外部制御信号が入力され、当該外部制御信号に基づいて、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わる。例えば、少なくとも１つの外部制御信号として、ＴＥ１端子及びＴＥ２端子から、ＰＥ１端子及びＰＥ２端子を介して第１イネーブル制御信号ＥＮ１及び第２イネーブル制御信号ＥＮ２が入力される。そして、出力回路１５１は、第１イネーブル制御信号ＥＮ１がアクティブのとき、第１バッファー回路１５２が動作して第１出力クロック信号ＣＫ１を出力し、第２イネーブル制御信号ＥＮ２がアクティブのとき、第２バッファー回路１５３が動作して第２出力クロック信号ＣＫ２を出力する。
【0042】
本実施形態では、出力回路１５１の第１状態は、第１出力クロック信号ＣＫ１が出力される状態であり、出力回路１５１の第２状態は、第１出力クロック信号ＣＫ１及び第２出力クロック信号ＣＫ２の両方が出力される状態である。すなわち、本実施形態では、出力回路１５１の第１状態において、第１バッファー回路１５２が第１出力クロック信号ＣＫ１を出力し、出力回路１５１の第２状態において、第１バッファー回路１５２が第１出力クロック信号ＣＫ１を出力し、且つ第２バッファー回路１５３が第２出力クロック信号ＣＫ２を出力する。
【0043】
したがって、出力回路１５１が第２状態で動作するときの消費電流は、第１状態で動作するときの消費電流よりも大きい。そのため、出力回路１５１が第１状態から第２状態に切り替わると、出力回路１５１の発熱量が増加する。逆に、出力回路１５１が第２状態から第１状態に切り替わると、出力回路１５１の発熱量が減少する。
【0044】
出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わる前後で出力回路１５１の発熱量が増加する場合、出力回路１５１から温度検出回路１０１へと熱が伝搬して温度検出回路１０１の温度が上昇し、出力回路１５１からパッケージ４を介して振動子３へと熱が伝搬して振動子３の温度が上昇する。逆に、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わる前後で出力回路１５１の発熱量が減少する場合、温度検出回路１０１から出力回路１５１へと熱が伝搬して温度検出回路１０１の温度が低下し、振動子３からパッケージ４を介して出力回路１５１へと熱が伝搬して振動子３の温度が低下する。
【0045】
図６は、出力回路１５１が第１状態から第２状態に切り替わったときの出力回路１５１から温度検出回路１０１への熱の伝搬経路と、出力回路１５１から振動子３への熱の伝搬経路を示す。また、図７は、図６の伝搬経路に基づく熱回路網を示す図である。図６及び図７において、Ｑｃは、出力回路１５１を発生源とする熱流量である。また、Ｒｉｃ、Ｃｉｃ及びＴｉｃは、それぞれ回路装置２の熱抵抗、熱容量及び温度である。また、Ｒｐｋｇ、Ｃｐｋｇ及びＴｐｋｇは、それぞれパッケージ４の熱抵抗、熱容量及び温度である。また、Ｒｘ、Ｃｘ及びＴｘは、それぞれ振動子３の熱抵抗、熱容量及び温度である。また
、Ｔａは外気の温度である。
、Ｔａは外気の温度である。
【0046】
図６に示すように、温度センサー１００と出力回路１５１とは回路装置２に含まれているため、出力回路１５１と温度センサー１００に含まれる温度検出回路１０１との間では速やかに熱が伝搬するのに対して、回路装置２は振動子３と離間して配置されており、出力回路１５１と振動子３との間ではパッケージ４を介して熱が伝搬し、熱の伝搬が遅くなる。そのため、図７に示すように、出力回路１５１と温度検出回路１０１との間での熱伝搬の時定数は、出力回路１５１と振動子３との間での熱伝搬の時定数よりも大きく、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わったとき、温度検出回路１０１が検出する温度の過渡応答は、振動子３の温度の過渡応答よりも速い。
【0047】
Ａ／Ｄ変換回路１０２から出力される温度信号ＤＴがデジタルフィルター１１１を通過することで、デジタルフィルター１１１のカットオフ周波数に応じた群遅延が生じ、温度補償回路１２０への温度信号ＤＴの入力が遅延することになる。その結果、デジタルフィルター１１１の時定数によって、出力回路１５１と温度検出回路１０１との間での熱伝搬の時定数と、出力回路１５１と振動子３との間での熱伝搬の時定数との差が小さくなるため、温度検出回路１０１が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差が補償され、温度補償回路１２０による温度補償精度が向上する。すなわち、デジタルフィルター１１１は、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わったときに、温度検出回路１０１が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差を補償する機能を有し、図１に示した過渡応答補償回路１１０に対応する。
【0048】
デジタルフィルター１１１は、メモリー１４０に記憶されたデータに基づく次数やカットオフ周波数で動作してもよい。すなわち、あらかじめメモリー１４０に記憶されたデータに応じて、デジタルフィルター１１１の次数やカットオフ周波数が可変であってもよい。これにより、デジタルフィルター１１１の時定数を微調整することが可能となり、デジタルフィルター１１１による過渡応答の補償精度が向上する。その結果、温度補償回路１２０による温度補償精度がより向上する。
【0049】
なお、振動デバイス１のパッケージ４の外部の気温が変化したときは、温度検出回路１０１と外気との間での熱の伝搬時間と、振動子３と外気との間での熱の伝搬時間との差が小さい。そのため、デジタルフィルター１１１が常に動作している場合、出力回路１５１が第１状態又は第２状態で変わらないときに外気温が変化すると、温度補償回路１２０によって温度補償が過剰に行われてしまうことになる。したがって、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わった後、所定期間が経過した後にデジタルフィルター１１１が動作を停止することが好ましい。この所定期間は、例えば、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わってから、振動子３の温度の過渡応答が収束するまでの期間であってもよい。
【0050】
２－１－３．作用効果
図８は、出力回路１５１が第１状態から第２状態に切り替わる場合の、温度信号ＤＴ，ＤＴＸが示す温度の過渡応答、振動子３の温度の過渡応答及び第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差の時間変化の一例を示す図である。図８には、比較例の振動デバイスにおける第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差の時間変化も一点鎖線で示されている。比較例の振動デバイスは、図４においてデジタルフィルター１１１が無く、その他の構成は振動デバイス１と同じである。図８の例では、第１イネーブル制御信号ＥＮ１がアクティブ（ハイレベル）のときに、時刻ｔ１において、第２イネーブル制御信号ＥＮ２が非アクティブ（ローレベル）からアクティブ（ハイレベル）に変化している。したがって、時刻ｔ１よりも前は出力回路１５１が第１状態で動作し、時刻ｔ１以降は出力回路１５１が第２状態で動作している。時刻ｔ１の前後で出力回路１５１の発熱量が増加し、温度検出回
路１０１が検出する温度、すなわち温度信号ＤＴが示す温度が上昇する。その後少し遅れて振動子３の温度が上昇するので、比較例の振動デバイスでは、時刻ｔ１から振動子３の温度上昇が開始するまでの期間において温度補償がかかりすぎて第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差が増加し、ピークでは１０９ｐｐｂとなっている。一方、本実施形態の振動デバイス１では、温度信号ＤＴよりも勾配が緩やかな温度信号ＤＴＸに基づいて適切な温度補償がかかるので、第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差のピークが１８ｐｐｂに抑えられている。なお、図８の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所定期間が経過すると、外気温の変化に対する応答を速くするためにデジタルフィルター１１１の動作が停止している。
図８は、出力回路１５１が第１状態から第２状態に切り替わる場合の、温度信号ＤＴ，ＤＴＸが示す温度の過渡応答、振動子３の温度の過渡応答及び第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差の時間変化の一例を示す図である。図８には、比較例の振動デバイスにおける第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差の時間変化も一点鎖線で示されている。比較例の振動デバイスは、図４においてデジタルフィルター１１１が無く、その他の構成は振動デバイス１と同じである。図８の例では、第１イネーブル制御信号ＥＮ１がアクティブ（ハイレベル）のときに、時刻ｔ１において、第２イネーブル制御信号ＥＮ２が非アクティブ（ローレベル）からアクティブ（ハイレベル）に変化している。したがって、時刻ｔ１よりも前は出力回路１５１が第１状態で動作し、時刻ｔ１以降は出力回路１５１が第２状態で動作している。時刻ｔ１の前後で出力回路１５１の発熱量が増加し、温度検出回
路１０１が検出する温度、すなわち温度信号ＤＴが示す温度が上昇する。その後少し遅れて振動子３の温度が上昇するので、比較例の振動デバイスでは、時刻ｔ１から振動子３の温度上昇が開始するまでの期間において温度補償がかかりすぎて第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差が増加し、ピークでは１０９ｐｐｂとなっている。一方、本実施形態の振動デバイス１では、温度信号ＤＴよりも勾配が緩やかな温度信号ＤＴＸに基づいて適切な温度補償がかかるので、第１出力クロック信号ＣＫ１の周波数偏差のピークが１８ｐｐｂに抑えられている。なお、図８の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所定期間が経過すると、外気温の変化に対する応答を速くするためにデジタルフィルター１１１の動作が停止している。
【0051】
このように、第１実施形態の振動デバイス１では、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わったとき、出力回路１５１の消費電流が変化して発熱量が急激に変化した場合、この発熱量の変化により、出力回路１５１と同じく回路装置２に含まれる温度検出回路１０１は速やかに温度変化を検出するのに対して、回路装置２とは別体である振動子３の温度変化が遅れる。しかしながら、第１実施形態の振動デバイス１によれば、温度検出回路１０１が生成する温度信号ＤＴの急激な変化が、デジタルフィルター１１１によって緩やかになるので、温度検出回路１０１が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差が補償され、出力回路１５１の消費電流が急激に変化しても、温度補償回路１２０が温度補償を精度よく行うことができる。具体的には、第１実施形態の振動デバイス１によれば、外部制御信号である第１イネーブル制御信号ＥＮ１及び第２イネーブル制御信号ＥＮ２の設定により、第１バッファー回路１５２が第１出力クロック信号ＣＫ１を出力する第１状態と、第１バッファー回路１５２及び第２バッファー回路１５３がそれぞれ第１出力クロック信号ＣＫ１及び第２出力クロック信号ＣＫ２を出力する第２状態とが切り替わって出力回路１５１の発熱量が変化した場合にも、適正に温度補償された第１出力クロック信号ＣＫ１及び第２出力クロック信号ＣＫ２を出力することができる。
【0052】
また、第１実施形態の振動デバイス１によれば、メモリー１４０に記憶されるデータを変更すればデジタルフィルター１１１の次数やカットオフ周波数を変更することができるので、温度検出回路１０１が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差を精密に補償可能であり、その結果、温度補償の精度が向上する。
【0053】
また、第１実施形態の振動デバイス１によれば、出力回路１５１の第１状態と第２状態とが切り替わった後の過渡的な状況が終われば、デジタルフィルター１１１が動作を停止するので、その後の外気温の変化に対して温度補償回路１２０による温度補償が過剰に行われるおそれが低減される。
【0054】
２－２．第２実施形態
以下、第２実施形態について、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第２実施形態について、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、第１実施形態と同様の説明は省略又は簡略し、主として第１実施形態と異なる内容について説明する。
【0055】
第２実施形態の振動デバイス１の構造は、図２及び図３と同様であるため、その図示及び説明を省略する。図９は、第２実施形態の振動デバイス１の機能ブロック図である。図９に示すように、第２実施形態の振動デバイス１は、図４に示した第１実施形態の振動デバイス１に対して、回路装置２がＰＬＬ回路１９０を備える点及び温度補償回路１２０がＰＬＬ回路１９０の分周比を示すデジタル信号である分周比設定信号ＤＩＶを出力する点が異なる。ＰＬＬは、Phase Locked Loopの略である。なお、発振回路１３１は、図４に示した可変容量回路１３２を含んでもよいし、可変容量回路１３２を含まなくてもよい。
【0056】
ＰＬＬ回路１９０は、発振信号Ｖｏｓｃが入力されてクロック信号ＣＫを出力する。Ｐ
ＬＬ回路１９０は、発振信号Ｖｏｓｃの位相と、温度補償回路１２０から出力される分周比設定信号ＤＩＶで指定される分周比でクロック信号ＣＫを分周した信号の位相とが一致するようにフィードバック制御することにより、クロック信号ＣＫを生成する。ＰＬＬ回路１９０は、クロック信号ＣＫを整数分周比で分周するインテジャー型のＰＬＬ回路であってもよいし、クロック信号ＣＫを分数分周比で分周するフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路であってもよい。
ＬＬ回路１９０は、発振信号Ｖｏｓｃの位相と、温度補償回路１２０から出力される分周比設定信号ＤＩＶで指定される分周比でクロック信号ＣＫを分周した信号の位相とが一致するようにフィードバック制御することにより、クロック信号ＣＫを生成する。ＰＬＬ回路１９０は、クロック信号ＣＫを整数分周比で分周するインテジャー型のＰＬＬ回路であってもよいし、クロック信号ＣＫを分数分周比で分周するフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路であってもよい。
【0057】
出力回路１５１は、ＰＬＬ回路１９０から出力されるクロック信号ＣＫに基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する。具体的には、ＰＬＬ回路１９０から出力されるクロック信号ＣＫは、出力回路１５１の第１バッファー回路１５２及び第２バッファー回路１５３に入力される。第１バッファー回路１５２は、クロック信号ＣＫをバッファリングして第１出力クロック信号ＣＫ１を生成し、第２バッファー回路１５３は、クロック信号ＣＫをバッファリングして第２出力クロック信号ＣＫ２を生成する。
【0058】
温度補償回路１２０は、デジタルフィルター１１１から出力される温度信号ＤＴＸに基づいて、振動子３の駆動状態の温度特性としての、発振信号Ｖｏｓｃに基づくクロック信号ＣＫの周波数温度特性を補償する。具体的には、メモリー１４０に、クロック信号ＣＫの周波数温度特性を補償するための温度補償データＴＣＤが記憶されており、温度補償回路１２０は、温度信号ＤＴＸと温度補償データＴＣＤとに基づいてデジタル信号である分周比設定信号ＤＩＶを生成する。
【0059】
【0060】
図１０に示すように、温度補償回路１２０は、演算回路１２１及びデルタシグマ変調回路１２２を含む。また、ＰＬＬ回路１９０は、位相比較器１９１、チャージポンプ１９２、ローパスフィルター１９３、電圧制御発振回路１９４及び分周回路１９５を含む。
【0061】
温度補償回路１２０の演算回路１２１は、デジタルフィルター１１１から出力される温度信号ＤＴＸと、メモリー１４０に記憶されている温度補償データＴＣＤとに基づいて、発振信号Ｖｏｓｃの温度補償に必要な、分周回路１９５の分周比を算出する。分周比設定データＶＤＩＶは、基準温度、例えば２５℃における分周回路１９５の分周比を示すデータであり、演算回路１２１は、分周比設定データＶＤＩＶに基づいて、温度信号ＤＴＸが示す温度での分数分周比を求める演算を行う。
【0062】
デルタシグマ変調回路１２２は、演算回路１２１の演算結果である分数分周比に対して、デルタシグマ変調を行い、分周回路１９５の分周比を設定する分周比設定信号ＤＩＶを出力する。分周比設定信号ＤＩＶの時間平均値は、演算回路１２１の演算結果である分数分周比と一致する。
【0063】
ＰＬＬ回路１９０の位相比較器１９１は、発振回路１３１が出力する発振信号Ｖｏｓｃと分周回路１９５が出力するクロック信号ＦＢＣＬＫの位相を比較し、比較結果をパルス電圧として出力する。
【0064】
チャージポンプ１９２は、位相比較器１９１が出力するパルス電圧を電流に変換し、ローパスフィルター１９３は、チャージポンプ１９２が出力する電流を平滑化及び電圧変換する。
【0065】
電圧制御発振回路１９４は、ローパスフィルター１９３の出力電圧を制御電圧として、制御電圧に応じて周波数が変化するクロック信号ＣＫを出力する。電圧制御発振回路１９
４は、コイル等のインダクタンス素子とコンデンサー等の容量素子を用いて構成されるＬＣ発振回路や水晶振動子等の圧電振動子を用いた発振回路などの種々のタイプの発振回路として実現可能である。
４は、コイル等のインダクタンス素子とコンデンサー等の容量素子を用いて構成されるＬＣ発振回路や水晶振動子等の圧電振動子を用いた発振回路などの種々のタイプの発振回路として実現可能である。
【0066】
分周回路１９５は、温度補償回路１２０のデルタシグマ変調回路１２２から出力される分周比設定信号ＤＩＶの値を分周比として、電圧制御発振回路１９４が出力するクロック信号ＣＫを分周したクロック信号ＦＢＣＬＫを出力する。
【0067】
第２実施形態の振動デバイス１のその他の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0068】
以上に説明した第２実施形態の振動デバイス１によれば、第１実施形態の振動デバイス１と同様の効果が得られる。
【0069】
３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0070】
例えば、上記の各実施形態の振動デバイス１は、図２及び図３に示した構造に限定されない。振動デバイス１は、例えば、図１１に示す構造であってもよい。図１１において、図３と同様の構成要素には同じ符号が付されている。図１１に示す振動デバイス１は、Ｈ型構造の発振器であり、パッケージ４には、対向する面に２つの凹部が設けられており、リッド５で一方の凹部を覆うことによって収容室７ａとなり、封止部材８で他方の凹部を覆うことによって収容室７ｂとなる。収容室７ａには振動子３が収容され、収容室７ｂには回路装置２が収容されている。図１１に示すＨ型構造の振動デバイス１では、図３に示したシングルシール構造の振動デバイスと比較して、回路装置２と振動子３との間で空間を介した熱の伝搬が生じにくく、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差がより大きくなる。しかしながら、図１１に示すＨ型構造の振動デバイス１は、過渡応答補償回路１１０を有することにより、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答と振動子３の温度の過渡応答との差が補償されるので、温度補償を高精度に行うことができる。
【0071】
また、上記の各実施形態では、振動デバイス１として温度補償型発振器を例に挙げたが、振動デバイス１の種類はこれに限らない。例えば、振動デバイス１は、ジャイロセンサー等の各種の物理量センサーであってもよい。一例として、物理量センサーである振動デバイス１は、振動子３であるセンサー素子と、回路装置２とを備え、回路装置２は、温度センサー１００と、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答とセンサー素子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路１１０と、センサー素子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路１２０と、センサー素子を駆動する駆動回路１３０と、センサー素子の出力信号に基づいて所定の物理量を検出する検出回路と、熱源回路１５０である故障検出回路と、を含む。例えば、故障検出回路は、センサー素子の故障等を検出する回路であり、例えば、検出回路がセンサー素子の出力信号をＮ回取得するうち、Ｎ－１回は故障検出を行わない第１状態となり、１回は故障検出を行う第２状態となるので、熱源回路１５０に相当する。他の一例として、３軸物理量センサーである振動デバイス１は、振動子３である３軸センサー素子と、回路装置２とを備え、回路装置２は、温度センサー１００と、温度センサー１００が検出する温度の過渡応答と３軸センサー素子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路１１０と、３軸センサー素子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路１２０と、センサー素子を駆動する駆動回路１３０と、３軸センサー素子の出力信号に基づいて３軸の所定の物理量を検出する検出回路と、を含む。例えば、駆動回路１３０が３軸センサー素子の一部の駆動と全部の駆動とを切り替える場
合、検出回路は、一部のセンサー素子の出力信号に対して検出を行う第１状態と全部のセンサー素子の出力信号に対して検出を行う第２状態とが切り替わるので、熱源回路１５０に相当する。このような物理量センサーである振動デバイス１によれば、温度補償精度が向上するので、物理量の検出精度が向上する。
合、検出回路は、一部のセンサー素子の出力信号に対して検出を行う第１状態と全部のセンサー素子の出力信号に対して検出を行う第２状態とが切り替わるので、熱源回路１５０に相当する。このような物理量センサーである振動デバイス１によれば、温度補償精度が向上するので、物理量の検出精度が向上する。
【0072】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【0073】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の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、実施の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、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【0074】
上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。
【0075】
振動デバイスの一態様は、
振動子と、前記振動子と離間して配置された回路装置と、を含み、
前記回路装置は、
前記振動子を駆動する駆動回路と、
検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、
前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、
第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、
を有する。
振動子と、前記振動子と離間して配置された回路装置と、を含み、
前記回路装置は、
前記振動子を駆動する駆動回路と、
検出した温度に応じた温度信号を生成する温度センサーと、
前記温度信号に基づいて前記振動子の駆動状態の温度特性を補償する温度補償回路と、
第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作する熱源回路と、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わったときに、前記温度センサーが検出する温度の過渡応答と前記振動子の温度の過渡応答との差を補償する過渡応答補償回路と、
を有する。
【0076】
この振動デバイスでは、熱源回路の第１状態と第２状態とが切り替わったとき、熱源回路の消費電流が変化して発熱量が急激に変化した場合、この発熱量の変化により、熱源回路と同じく回路装置に含まれる温度センサーは速やかに温度変化を検出するのに対して、回路装置とは別体である振動子の温度変化が遅れる。しかしながら、この振動デバイスによれば、温度センサーが検出する温度の過渡応答と振動子の温度の過渡応答との差を補償するので、熱源回路の消費電流が急激に変化しても、温度補償回路が温度補償を精度よく行うことができる。
【0077】
前記振動デバイスの一態様において、
前記温度信号はデジタル信号であり、
前記過渡応答補償回路は、前記温度信号に対してフィルター処理を行うデジタルフィルターを含んでもよい。
前記温度信号はデジタル信号であり、
前記過渡応答補償回路は、前記温度信号に対してフィルター処理を行うデジタルフィルターを含んでもよい。
【0078】
この振動デバイスによれば、温度センサーが生成する温度信号がデジタルフィルターによって遅延するので、温度センサーが検出する温度の過渡応答と振動子の温度の過渡応答との差が補償される。
【0079】
前記振動デバイスの一態様において、
前記デジタルフィルターは、ローパスフィルターであってもよい。
前記デジタルフィルターは、ローパスフィルターであってもよい。
【0080】
この振動デバイスによれば、温度センサーが生成する温度信号の急激な変化が、ローパスフィルターによって緩やかになるので、温度センサーが検出する温度の過渡応答と振動子の温度の過渡応答との差が補償される。
【0081】
前記振動デバイスの一態様において、
前記デジタルフィルターは、メモリーに記憶されたデータに基づくカットオフ周波数で動作してもよい。
前記デジタルフィルターは、メモリーに記憶されたデータに基づくカットオフ周波数で動作してもよい。
【0082】
この振動デバイスによれば、メモリーに記憶されるデータを変更すればデジタルフィルターのカットオフ周波数を変更することができるので、温度センサーが検出する温度の過渡応答と振動子の温度の過渡応答との差を精密に補償可能であり、その結果、温度補償の精度が向上する。
【0083】
前記振動デバイスの一態様は、
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わった後、所定期間が経過した後に前記過渡応答補償回路が動作を停止してもよい。
前記熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わった後、所定期間が経過した後に前記過渡応答補償回路が動作を停止してもよい。
【0084】
この振動デバイスによれば、熱源回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わった後の過渡的な状況が終われば過渡応答補償回路が動作を停止するので、その後の外気温の変化に対して温度補償回路による温度補償が過剰に行われるおそれが低減される。
【0085】
前記振動デバイスの一態様において、
前記駆動回路は、前記振動子を発振させて発振信号を生成し、
前記温度補償回路は、前記発振信号又は前記発振信号に基づくクロック信号の周波数温度特性を補償し、
前記熱源回路は、前記発振信号又は前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路であってもよい。
前記駆動回路は、前記振動子を発振させて発振信号を生成し、
前記温度補償回路は、前記発振信号又は前記発振信号に基づくクロック信号の周波数温度特性を補償し、
前記熱源回路は、前記発振信号又は前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路であってもよい。
【0086】
この振動デバイスによれば、温度センサーが検出する温度の過渡応答と振動子の温度の過渡応答との差を補償するので、出力回路の消費電流が変化して発熱量が急激に変化しても、適正に温度補償された出力クロック信号を出力することができる。
【0087】
前記振動デバイスの一態様は、
少なくとも１つの外部制御信号が入力され、前記外部制御信号に基づいて、前記出力回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わってもよい。
少なくとも１つの外部制御信号が入力され、前記外部制御信号に基づいて、前記出力回路の前記第１状態と前記第２状態とが切り替わってもよい。
【0088】
この振動デバイスによれば、外部制御信号により出力回路が第１状態と第２状態とで切り替わって発熱量が変化した場合にも、適正に温度補償された出力クロック信号を出力することができる。
【0089】
前記振動デバイスの一態様は、
少なくとも１つの前記外部制御信号として、第１イネーブル制御信号と第２イネーブル制御信号が入力され、
前記出力回路は、
前記第１イネーブル制御信号がアクティブのとき、第１出力クロック信号を出力し、
前記第２イネーブル制御信号がアクティブのとき、第２出力クロック信号を出力してもよい。
少なくとも１つの前記外部制御信号として、第１イネーブル制御信号と第２イネーブル制御信号が入力され、
前記出力回路は、
前記第１イネーブル制御信号がアクティブのとき、第１出力クロック信号を出力し、
前記第２イネーブル制御信号がアクティブのとき、第２出力クロック信号を出力してもよい。
【0090】
この振動デバイスによれば、第１イネーブル制御信号及び第２イネーブル制御信号の設定により、出力回路の第１状態と第２状態とで切り替わって発熱量が変化した場合にも、
適正に温度補償された第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号を出力することができる。
適正に温度補償された第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号を出力することができる。
【0091】
前記振動デバイスの一態様において、
前記第１状態は、前記第１出力クロック信号が出力される状態であり、
前記第２状態は、前記第１出力クロック信号及び前記第２出力クロック信号の両方が出力される状態であってもよい。
前記第１状態は、前記第１出力クロック信号が出力される状態であり、
前記第２状態は、前記第１出力クロック信号及び前記第２出力クロック信号の両方が出力される状態であってもよい。
【0092】
この振動デバイスによれば、第１出力クロック信号が出力される第１状態と、第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号の両方が出力される第２状態とが切り替わって出力回路の発熱量が変化した場合にも、適正に温度補償された第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号を出力することができる。
【0093】
前記振動デバイスの一態様において、
前記出力回路は、
前記発振信号に基づいて前記第１出力クロック信号を出力する第１バッファー回路と、
前記発振信号に基づいて前記第２出力クロック信号を出力する第２バッファー回路と、を含み、
前記第１状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、
前記第２状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、且つ前記第２バッファー回路が前記第２出力クロック信号を出力してもよい。
前記出力回路は、
前記発振信号に基づいて前記第１出力クロック信号を出力する第１バッファー回路と、
前記発振信号に基づいて前記第２出力クロック信号を出力する第２バッファー回路と、を含み、
前記第１状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、
前記第２状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、且つ前記第２バッファー回路が前記第２出力クロック信号を出力してもよい。
【0094】
この振動デバイスによれば、第１バッファー回路が第１出力クロック信号を出力する第１状態と、第１バッファー回路及び第２バッファー回路がそれぞれ第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号を出力する第２状態とが切り替わって出力回路の発熱量が変化した場合にも、適正に温度補償された第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号を出力することができる。
【符号の説明】
【0095】
１…振動デバイス、２…回路装置、３…振動子、３ａ…励振電極、３ｂ…励振電極、４…パッケージ、５…リッド、６…外部端子、７，７ａ，７ｂ…収容室、２０…回路装置の底面、２１…回路装置の端子、１００…温度センサー、１０１…温度検出回路、１０２…Ａ／Ｄ変換回路、１１０…過渡応答補償回路、１１１…デジタルフィルター、１２０…温度補償回路、１２１…演算回路、１２２…デルタシグマ変調回路、１３０…駆動回路、１３１…発振回路、１３２…可変容量回路、１４０…メモリー、１５０…熱源回路、１５１…出力回路、１５２…第１バッファー回路、１５３…第２バッファー回路、１６０…ＤＳＰ、１７０…インターフェース回路、１８０…Ｄ／Ａ変換回路、１９０…ＰＬＬ回路、１９１…位相比較器、１９２…チャージポンプ、１９３…ローパスフィルター、１９４…電圧制御発振回路、１９５…分周回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】