專利名稱：三次諧波晶體振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及三次諧波晶體振蕩器，并且特別是涉及合成了IC (集 成電路)以用于晶體元件的基波振蕩的三次諧波晶體振蕩器。
背景技術：
其中組合了石英晶體元件和帶有使用晶體元件的振蕩電路的集成 電路的晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性。因此，在各種電子設備中 使用晶體振蕩器來作為頻率和時間的參考源。作為在這種晶體振蕩器中使用的一種類型的IC，有一種由日本東京的Seiko NPC公司 (http:〃www.npc.co.jp)制造的叫做CF 5036系列和CF 5037系列的IC。 這種IC用在光數(shù)字網(wǎng)絡的晶體振蕩器中。近年，為了加倍傳輸容量，需要為光數(shù)字網(wǎng)絡使用振蕩輸出在 300MHz頻帶的晶體振蕩器來取代當前具有150MHz頻帶的振蕩輸出的 晶體振蕩器。圖1A為電路圖，示出了現(xiàn)有晶體振蕩器的例子，并且圖1B為除 去了蓋子的晶體振蕩器的平面圖。該晶體振蕩器包括其中集成了振蕩電路的振蕩器IC 1，以及石英 晶體元件(石英晶體坯)2。振蕩器IC1和晶體元件2位于容器3的凹 進處。這里，假定振蕩器IC是由Seiko NPC公司制造的CF 5036系列 和CF 5037系列中的一個。這種振蕩器IC 1是通過集成至少用于振蕩 的晶體管Tr、恒流源I、用于振蕩的第一和第二電容器Cl和C2以及 隔直(DC)電容器Cs來構(gòu)造的。因此，晶體管Tr的發(fā)射極接地，并且 在集電極和基極之間具有偏置電阻器R。 '恒流源I被提供以電源電壓VCC并且生成恒定電流。恒流源I將恒定電流提供給位于Tr的集電極和偏置電阻器R之間的連接點。用于 振蕩的第一電容器CI連接在基極和地電勢之間。第二電容器C2連接 在集電極和地電勢之間。隔直電容器Cs插入到位于基極和偏置電阻器 R之間的連接點與第一電容器C1之間。振蕩器IC l具有輸出端子Vout， 它連接到晶體管Tr的集電極。振蕩器IC1被芯片鍵合于容器3的凹進的內(nèi)部底表面上，并且該 IC的IC端子通過引線鍵合的金絲4的方式被連接到在凹進的對側(cè)縱向 內(nèi)壁上形成的梯狀部分。晶體元件(晶體坯)2是例如AT切割的石英 晶體坯，并且在兩個主表面上具有激勵電極(圖中未示出)。引導電 極從激勵電極延伸到晶體元件2的一端的對側(cè)。通過將有引導電極延 伸到的晶體元件2的一端的對側(cè)，固定到位于容器3的縱向方向上的 一個端部中的內(nèi)壁的梯狀部分上，從而使晶體元件2容納在容器3的 凹進中。晶體坯2經(jīng)由振蕩器IC1上提供的一對IC端子，被電氣地連 接在第一和第二電容器C1、 C2的非接地端之間。在這種晶體振蕩器中，可以通過改變振蕩器電路的電路參數(shù)等， 改變合成到振蕩器IC 1中的振蕩器電路的工作頻率范圍。總體上，該 系列的IC覆蓋的工作頻率范圍一般從50至700MHz。因此，如果具有 位于該范圍內(nèi)的振蕩頻率的晶體元件2被電氣地連接到振蕩器IC l(也 就是振蕩器電路)，則可以提供振蕩頻率位于50至700MHz范圍內(nèi)的 晶體振蕩器。如果使用上述由Seiko NPC公司制造的CF 5036系列和CF 5037 系列的IC來作為振蕩器IC 1的話，則在當晶體元件以基波振蕩進行工 作時可以獲得最高700MHz的振蕩輸出。不過，在三次諧波振蕩的情 況下，振蕩頻率被限制到最高250MHz。因此，在三次諧波振蕩的f況 下無法獲得300MHz頻段的振蕩輸出。通過在基波變化模式下在300MHz頻段根據(jù)振蕩器IC 1 (也就是 振蕩器電路)的標準來操作晶體元件2，可以獲得在300MHz頻段中的 振蕩頻率。然而，AT切割的石英晶體元件(晶體坯)2的振蕩頻率與 其厚度成反比，并且當晶體元件具有300MHz的基波振蕩頻率時，晶 體元件的厚度為大約5.6)im。在高產(chǎn)的情況下，難以制造出的如此薄的 晶體元件。另一方面，當假定可以通過三次諧波振蕩來獲得300MHz 的振蕩頻率時，可以使用具有大約100MHz的基波振蕩頻率的晶體坯。 這種晶體坯具有大約17pm的厚度，并且容易制造。晶體坯的穩(wěn)定產(chǎn)量 可以得到保障。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目標是提出一種能夠通過使用振蕩IC來產(chǎn)生三次 諧波振蕩的晶體振蕩器，在所述振蕩IC中集成了用于晶體元件的基波 的振蕩電路。本發(fā)明的這一目標可以通過三次諧波晶體振蕩器來實現(xiàn)，該晶體振蕩器包括振蕩器IC;以及晶體元件，其中振蕩器IC包括用于振蕩的晶體管，其發(fā)射極接地，偏置電阻器連接在晶體管的集電極和基 極之間，并且恒定電流從恒流源提供給位于集電極和偏置電阻器之間的連接點；用于振蕩的第一電容器，經(jīng)由隔直電容器連接到基極并且 連接到地電勢；以及用于振蕩的第二電容器，連接在集電極和地電勢 之間，其中晶體元件的一端連接到第一電容器的非接地端，而晶體元 件的另一端連接到第二電容器的非接地端，其中提供了與第一電容器 形成并聯(lián)諧振電路的電感器，來作為與振蕩器IC分離的分立元件，并 且其中由第一電容器和電感器所形成的并聯(lián)諧振電路的并聯(lián)諧振頻率 被設置得高于晶體元件的基波的振蕩頻率并且低于晶體元件的三次諧 波的振蕩頻率。在這種安排下，由第一電容器和電感器所組成的并聯(lián)諧振電路的阻抗，在并聯(lián)諧振頻率范圍內(nèi)，從晶體元件的相對端子看來的振蕩器 電路的阻抗中占主要部分。因此，如果并聯(lián)諧振頻率被設置得高于晶 體元件的基波的振蕩頻率，則在等于或低于基波的振蕩頻率的頻率情 況下振蕩器電路中不會出現(xiàn)負電阻，并且因此可以抑制基波振蕩。進 而，由于在等于或高于并聯(lián)諧振頻率的頻率情況下振蕩器電路中出現(xiàn) 負電阻，因此在當并聯(lián)諧振頻率被設置得低于三次諧波的振蕩頻率時， 可以容易地實現(xiàn)與最高負電阻有關的三次諧波振蕩。可以容易地獲得 三次諧波振蕩的振蕩輸出。


圖1A為根據(jù)現(xiàn)有技術的晶體振蕩器的電路圖；圖1B為圖1A所示的晶體振蕩器的除去了其蓋子的平面圖；圖2A為根據(jù)本發(fā)明的實施例的三次諧波晶體振蕩器的電路圖；圖2B為圖2A所示的晶體振蕩器的除去了其蓋子的平面圖； 圖3為負電阻特性圖，圖例說明了如圖2A所示的晶體振蕩器的工 作原理。
具體實施方式
在示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的三次諧波晶體振蕩器的圖 2A和2B中，與圖1A和1B中相同的那些組件被標以相同的標號，并 且對那些組件的講述被簡化或省略掉。如之前所述的，該晶體振蕩器包括振蕩器IC1和晶體元件(晶體 坯)2，它們被容納在容器3中。振蕩器IC1工作在基波振蕩模式下， 并且例如是由Seiko NPC公司所制造的CF5036D1，其工作頻率范圍為 250至400MHz。振蕩器IC 1的內(nèi)部等效電路與圖1A中所示的相同。 該振蕩器IC 1包括并且集成了至少用于振蕩的晶體管Tr、恒流源I、 用于振蕩的第一和第二振蕩電容器Cl和C2以及隔直電容器Cs。晶體管Tr的發(fā)射極接地并且在集電極和基極之間具有偏置電阻器R。恒流源I被供給有電源電壓Vcc并且將恒定電流提供給位于集電極 和偏置電阻器R之間的連接點。第一電容器C1的一端經(jīng)由隔直電容器 Cs連接到基極，同時第一電容器的另一端連接到地電勢。第二電容器 C2連接在集電極和地電勢之間。振蕩器IC 1提供一對端子XIN、XOUT。 端子XIN被連接到第一電容器Cl的非接地端，同時端子XOUT被連 接到第二電容器C2的非接地端。晶體元件(晶體坯)2的對側(cè)端分別 連接到端子XIN、 XOUT。在該實施例中，電感器L與電容器Cl并聯(lián)連接，以形成并聯(lián)諧 振電路。電感器L是與振蕩器IC 1分離的分立元件(也就是芯片元件)。 電感器L被固定到容器3的凹進的內(nèi)部底表面上，并且與振蕩器IC 1 和晶體坯2 —起被容納在凹進中。第一個由電容器Cl和電感器L形成 的該并聯(lián)諧振電路的并聯(lián)諧振頻率被設置得高于晶體元件2的基波的 振蕩頻率fl并且低于晶體元件2的三次諧波的振蕩頻率f3。在這種安排下，在電感器L被連接到它之前從晶體元件2的對側(cè) 端來看的振蕩器電路(CF5036D1)具有如圖3中的曲線A所示的負電 阻特性。這里，假定晶體元件2具有2pF的等效并聯(lián)電容。也就是說， 負電阻區(qū)位于大約100MHz的范圍中，并且該曲線在120MHz的附近 達到最大負電阻(650Q)并且然后逐漸減少。在這種情況下，在300MHz頻段，例如，在325MHz的頻率情況 下，負電阻大約為90Q。在晶體元件2的三次諧波模式下、以325MHz 頻率振蕩的情況下，基波的大約110MHz的頻率落入負電阻區(qū)域中， 并且因此無法有效的抑制基波振蕩。另外，位于三次諧波振蕩中的晶 體元件2的晶體阻抗(CI)為大約50至60a并且因此當負電阻為90Q 時用于振蕩的電路余量較低。例如，如果晶體元件2的CI由于老化等 原因變得等于或高于90Q，則三次諧波振蕩停止。因此，振蕩的長^ 可靠性較低。另一方面，根據(jù)該實施例，添加了電感器L以形成并聯(lián)諧振電路，并且并聯(lián)諧振頻率被設置得高于如圖3的曲線B所示的基波的振蕩頻 率fl (110MHz)。在這種情況下，并聯(lián)諧振電路的阻抗，在諧振頻率 區(qū)域中，在從晶體元件2的對側(cè)端看來的振蕩器電路的阻抗中占主要 部分。因此，如果并聯(lián)諧振頻率fp被設置為例如300MHz，則阻抗在 300MHz頻率的情況下達到大約300Q的最大值，并且相應地，負電阻 也在300MHz的頻率達到最大值(300Q)。因此，晶體元件2的基波 (fl, lOOMHz)的振蕩可靠地受到抑制。在三次諧波模式下的振蕩頻 率(300MHz)處，負電阻大約為200Q。負電阻(200Q)大于晶體元 件2在三次諧波振蕩中的CI (50至60Q)的三倍。因此，電路余量充 裕，并且長期可靠性得到保障。
權(quán)利要求
1.一種三次諧波晶體振蕩器，包括振蕩器IC；以及晶體元件，其中振蕩器IC包括用于振蕩的晶體管，所述晶體管的發(fā)射極接地，偏置電阻器連接在所述晶體管的集電極和基極之間，并且恒定電流從恒流源提供給位于所述集電極和所述偏置電阻器之間的連接點；用于振蕩的第一電容器，所述第一電容器經(jīng)由隔直電容器連接到所述基極并且連接到地電勢；以及用于振蕩的第二電容器，所述第二電容器連接在所述集電極和所述地電勢之間，其中所述晶體元件的一端連接到所述第一電容器的非接地端，而所述晶體元件的另一端連接到所述第二電容器的非接地端，其中提供了與所述第一電容器一起形成并聯(lián)諧振電路的電感器，來作為與所述振蕩器IC分離的分立元件，并且其中由所述第一電容器和所述電感器所形成的所述并聯(lián)諧振電路的并聯(lián)諧振頻率被設置得高于所述晶體元件的基波的振蕩頻率，并且低于所述晶體元件的三次諧波的振蕩頻率。
2. 如權(quán)利要求1所述的晶體振蕩器，其中晶體元件包括AT切割 晶體單元。
全文摘要
一種三次諧波晶體振蕩器，包括振蕩器IC和晶體元件。振蕩器IC具有用于振蕩的、發(fā)射極接地的晶體管，經(jīng)由隔直電容器連接到基極并且連接到地電勢的第一電容器；以及連接在晶體管的集電極和地電勢之間的第二電容器。晶體元件的兩端分別連接到第一和第二電容器的非接地端。提供了與第一電容器一起形成并聯(lián)諧振電路的電感器，來作為與振蕩器IC分離的分立元件，并且由第一電容器和電感器所形成的并聯(lián)諧振電路的并聯(lián)諧振頻率被設置得高于晶體元件的基波的振蕩頻率，并且低于晶體元件的三次諧波的振蕩頻率。
文檔編號H03B7/06GK101227170SQ200810003549
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月18日
發(fā)明者嚴漢東, 幕田俊勝 申請人:日本電波工業(yè)株式會社