[发明专利]晶体振荡装置以及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及晶体振荡装置以及与晶体振荡器连接的半导体装置，特别涉及适用于以32kHz为代表的低频用的晶体振荡装置以及与晶体振荡器连接的半导体装置而有用的技术。

背景技术

例如，在专利文献1中，公开了如下结构：为了低功耗化，通过分别插入到逆变器电路的电源电压侧和接地电源电压侧的电流源，对晶体振荡电路中的逆变器电路中流过的电流进行控制。另外，在专利文献2中，公开了如下结构：在晶体振荡电路中，除了在负载电容中应用可变电容以外，还使得能够经由电压变换电路可变地设定逆变器电路的电源电压，从而扩大了振荡频率的可变范围。进而，在专利文献3中，公开了如下结构：在多层基板上安装的包括负载电容、晶体振子等的晶体振荡器中，将与该负载电容、晶体振子等的安装区域对置的内层部分设为空。由此，可以大幅降低图案间等的静电电容的影响，防止振荡频率等大幅偏离设计值。

专利文献1：日本特开2001-274627号公报

专利文献2：日本特开2006-135739号公报

专利文献3：日本特开平10-22734号公报

发明内容

例如，在以微型计算机(微型机)为代表的各种电子设备中，通常，搭载了用于实现时钟功能的晶体振荡装置。晶体振荡装置大多通过电池等蓄电池而动作，要求高精度和特别低功耗化等。为了使晶体振荡装置低功耗化，使用和与小的负载电容值(CL值)对应的低CL值对应的晶体振子是有益的。图30是示出一般的晶体振荡装置的结构例的电路图。图31是示出作为本发明的前提研究的振荡电路部的配置例的概略图。

图30所示的晶体振荡装置由半导体封装PKGx、成为其外装部件的晶体振子XTAL、电容Cd、Cg、以及限制用的电阻Rd等构成。Rd还可以省略。在PKGx内的半导体芯片中，形成了包括逆变器电路(反转逻辑电路或者负性电阻生成电路)IV、和连接于其输入(XIN)与输出(XOUT)之间的高电阻的反馈电阻Rf的振荡电路部OSCBK。XTAL连接于XIN与XOUT之间，Cg连接于XIN与接地电源电压GND之间，Cd连接于XOUT与GND之间。通过这样的结构，在XOUT中生成例如振荡频率32kHz等的振荡信号。

另外，如图31所示，例如，为了使得在OSCBK内的GND(VSS)与上述外装部件的GND之间不产生差，在PKGx的电源端子(VCC、VSS)的附近，配置了半导体封装PKGx内的振荡电路部OSCBK。在所谓白色家电等中使用的低端微型机中，外部端子数少，所以只存在1组电源对(VCC和VSS)的情况较多。在该情况下，为了使由于布线电阻引起的电压降低IR_Drop成为最小，电源对设置于边的正中间。为此，OSCBK也会设置于边的正中间附近。

在此，上述负载电容值(CL值)是指，从晶体振子XTAL观察的等价电容值。在图30的情况下，如果忽略各种寄生电容，则CL值相当于Cg与Cd的串联连接的电容值。一般广泛普及的晶体振子的CL值是12.5pF(称为标准CL值)，在该情况下，加上实际的寄生电容而使用分别具有10～20pF等的值的Cd、Cg。另一方面，近年来，开发出了与3～7pF等的低CL值对应的XTAL，在该情况下，需要分别具有2～8pF等的值的Cd、Cg。如果使用这样的低CL值对应的XTAL，则在充分确保了振荡余量的状态下能够减小向Cd、Cg等的充放电电流，所以能实现低功耗化。但是，另一方面，发现相比于使用标准CL值的情况，例如，在(1)芯片、布线基板的寄生电容、(2)噪声耐性等的观点上需要充分注意。

首先，关于(1)芯片、布线基板的寄生电容，例如，如果寄生电容变大，则需要相应地电容值变小的负载电容(Cd、Cg)，但现实上恐怕难以得到这样的小的外装负载电容。特别是，在图31所述那样的低端微型机等中，外部端子数少且其信号分配的自由度也低，所以外部端子间的寄生电容也有可能成为问题。另外，越是低的CL值，电容值变动时的频率灵敏度越高，所以有可能伴随寄生电容的偏差而在振荡动作中产生问题。另外，在使用了标准CL值的情况下，即使在存在例如1～3pF左右的寄生电容的情况下，也能够通过Cd、Cg的值的调整而充分地补偿寄生电容，并且频率灵敏度低，所以即使各电容值的精度稍微低，也不会产生大的问题。