[发明专利]压电振动元件及使用它的振荡电路

说明书

技术领域

本发明涉及便携终端等便携设备内置的振荡电路所使用的压电振动元件及使用它的振荡电路。

本专利申请根据2008年9月17日向日本申请的特愿2008-238273号，主张优先权，在这里援引其内容。

背景技术

如图3所示，便携电话机等便携设备1具备：装入用于实现便携设备的各种功能的电路块的系统LSI10；用于和外部设备、基站等进行通信的RF模块11；电源控制部12；和电池组13。

另外，在系统LSI10中，还装入用于生成系统时钟的振荡电路20，外置构成振荡电路20的水晶振动器等压电振动器20A。

在这种结构的便携设备中，为了减少电池的充电频率而要求长时间驱动，谋求振荡电路在待机时(振荡电路振荡的状态而且无负载状态时)的超低消耗电力化或者在电源/电力供给方式中实现超寿命化。

有人提出了这样的振荡电路：在进行内部电源电压控制的半导体集成电路中，进行待机时的低消耗电力控制，利用降压的内部电源电压，控制构成使用了压电振动器的振荡电路中的振荡栅极(gate)的CMOS反相器振荡时的漏电位的振幅Vd，并减小CMOS反相器的输出侧外置的电容器的充放电电流，谋求振荡电路的低消耗电力化(例如参照专利文献1)。

还有人提出了这样的振荡电路：在将使用了压电振动器的CMOS反相器作为振荡栅极的振荡电路中，在振荡动作的初始状态，利用开关元件，将电容元件从振荡放大部的CMOS反相器分开，减小振荡动作的初始状态中的负载电容，一边维持能获得良好的振荡启动性的程度所必要的负电阻，一边减小负载电容，尽量减小CMOS反相器的互导Gm，实现低消耗电力化(例如参照专利文献2)。

上述使用了压电振动元件的振荡电路，对于该振荡电路使用的压电振动器，要求超小型轻量化。图4示出压电振动器的尺寸和消耗电流及振荡余量(振荡稳定性)的关系。如该图所示，压电振动器具有下述特性：尺寸越小，晶体阻抗值(CI值)、即串联等效电阻值(有效电阻值)R1就越大，消耗电流增加，振荡余量降低。就是说，为了使压电振动器稳定地振荡，需要尽量较大地设计振荡电路的负电阻(振荡冗余量)，如果该负电阻没有足够大，振荡就有可能停止，作为该负电阻的值，通常推荐串联等效电阻上限标准的5倍以上。

在上述便携设备等节电振荡电路中，要求的超小型薄型的压电振动器的(CI值)存在着增加倾向，振荡电路中要求的超低消耗电力化和压电振动器的晶体阻抗值存在着权衡的关系。

在这里，示出现有的使用CMOS反相器和压电振动器的振荡电路的具体的结构例。图5是现有的具备压电振动器的振荡电路的结构例。该图所示的振荡电路包括：CMOS结构的反相器(反相放大器)IV01；在输入端子XCIN、输出端子XCOUT外置的电阻Rf；水晶振动器等压电振动元件X1；和用于调整负载电容的电容元件(电容器)C1、C2。用CMOS反相器IV01和电阻Rf构成反向放大器，其输入端子与输入端子XCIN连接，并且输出端与输出端子XCOUT连接。

另外，CMOS反相器IV01包括：在电源电压Vdd和接地电位Vss之间串联连接的PMOS晶体管PM1和NMOS晶体管NM1。这些晶体管的栅极与输入端子XCIN连接，并且漏极与输出端子XCOUT连接。图6示出CMOS反相器IV01的等效电路。在该图中，Vd是漏极电压，Vg是栅极电压，GmVg是电流源，Idd(I1)是饱和漏极电流，G是栅电极，D是漏电极，S是源电极。

在该振荡电路中，CMOS反相器IV01和压电振动元件X1形成正反馈回路，进行振荡动作。在上述结构中，振荡时驱动电流I1流入PMOS晶体管PM1，贯通电流I10流入NMOS晶体管NM1，输出电流I11流入输出侧，充放电电流I2流入电容元件C2，激振电流Ix流入电容元件C1、压电振动器X1。这些电流中，贯通电流I10和流入形成负载电容的电容元件C2的充放电电流I2、流入电容元件C1、压电振动器X1的激振电流Ix的激振电流Ix之和，成为消耗电流。

在上述结构中，负载电容CL用从压电振动元件(水晶振动器)X1的两端观察振荡电路侧的有效的串联等效静电电容表示，并且构成为使振动器的负载电容CL和振荡电路侧的负载电容匹配(整合)。在图5所示的现有的振荡电路中，例如振荡频率为32kHz时，使CMOS反相器IV01的电路和用电容元件C1、C2的合成电容CL1形成的负载电容成为12.5pF左右地设定，将压电振动元件X1的负载电容CL也设定成为12.5pF(现有的标准性的值)，以便与振荡电路侧的负载电容匹配(整合)。