详细而言， 分频比控制部 322 根据已知的 MEMS 谐振器 313 的谐振频率的温度特性、 来自温 度传感器 1101 的输入、 以及预先设定的输出信号的频率， 决定针对 PLL321 的反馈而配置的 分频器 ( 未图示 ) 的分频比。 图 22 是上述 MEMS 谐振器 300 的侧面剖视图。如该图所示， MEMS 谐振器 313 被封 装成空气等不会影响振子的机械性振动， 且振子的周围可确保真空状态。具有这种结构的 MEMS 谐振器 313 形成为独立于形成有放大部 312 和修正部 302 的第 1 芯片 1301 的第 2 芯 片 1302。温度传感器 1101 形成在第 1 芯片 1301 内的 MEMS 谐振器 313 附近。
并且， 通过用金属线 806 连接与从第 2 芯片 1302 的封装表面延伸到电路表层的布 线 803 相连的垫片 (pad)804、 和与第 1 芯片 1301 相连的垫片 805， 从而连接第 1 芯片 1301 和第 2 芯片 1302， 以纵向装载的方式进行安装。
如上所述， MEMS 谐振器 313 的振子的周围处于真空状态。 因此， 振子与其外部之间 的热传导性低。然而， 第 1 芯片 1301 的温度传感器 1101 所测量的温度的时间变动与 MEMS 谐振器 313 的振子的实际温度的时间变动之间会产生差异。
图 23 是示意性表示温度传感器 1101 测量出的温度及 MEMS 谐振器 313 内部振子 的实际温度随时间变化的例子的图。在温度传感器 1101 测量出的温度 901 如图那样变动 的情况下， 振子的实际温度 902 的变动是比温度 901 稍微有所延迟地跟踪温度 901。因此， 温度传感器 1101 测量出的温度 901 仅在期间 D903、 时刻 T904、 T905、 T906 这样非常有限的 时刻与振子的实际温度 902 相一致， 在其他时刻两者并不一致。换言之， 在现有的 MEMS 振 荡器 300 的结构中， 基于振子的实际温度实时、 正确地补偿 MEMS 谐振器 313 的谐振频率的 温度依赖性来始终输出具有与期望的频率精确一致的频率的输出信号较为困难。
( 现有技术文献 ) ( 专利文献 ) 专利文献 1 ： JP 特表 2007-518351 号公报 专利文献 2 ： JP 特开 2008-311884 号公报发明内容 本发明是鉴于上述现有技术中的问题而提出的， 提供一种即便在 MEMS 谐振器的 温度变动的情况下也能稳定工作的 MEMS 振荡器。
本发明的一个方式为一种 MEMS 振荡器， 包括 ： 振荡部， 该振荡部具备包括 MEMS 谐 振器和放大器的反馈型振荡电路、 以及自动增益控制器， 该自动增益控制器接收来自放大 器的输出并基于该输出的电平按照将来自放大器的输出的电平确保为固定的方式控制放 大器的增益， 该振荡部将来自放大器的输出作为原振荡信号来输出 ； 和修正部， 输入原振 荡信号， 根据原振荡信号生成规定的设定频率的信号， 并作为输出信号来输出， 修正部从振 荡部输入不同于原振荡信号的、 包括与 MEMS 谐振器的谐振频率下的增益具有对应关系的 信号在内的信息信号， 且基于信息信号修正原振荡信号的频率来生成规定的设定频率的信 号， 并作为输出信号来输出。
也可以在该方式中， 修正部具备 ： 频率合成器， 具有能够以可变方式控制分频比的 可编程分频器 ； 和分频比控制部， 控制可编程分频器的分频比， 分频比控制部基于信息信号 控制可编程分频器的分频比， 频率合成器输入原振荡信号并根据原振荡信号生成规定的设
定频率的信号， 并作为输出信号来输出。
在该方式中， 信息信号也可以是从 MEMS 谐振器反馈到放大器的反馈信号。
在该方式中， 信息信号也可以是用于控制自动增益控制器输出的放大器的增益的 控制信号。
也可以在该方式中， 自动增益控制器具备 ： 峰值保持电路， 输入原振荡信号， 并检 测原振荡信号的峰值电压 ； 和比较器， 比较所述检测所涉及的峰值电压和规定的基准电压， 并输出表示该比较结果的信号， 自动增益控制器将表示比较结果信号作为控制信号来输 出， 从而控制放大器的增益。
在该方式中， 修正部也可以还具备第 2 分频器， 该第 2 分频器输入原振荡信号， 并 将该原振荡信号分频后输出给频率合成器。
在该方式中， 第 2 分频器也可以是第 2 可编程分频器。此时， 分频比控制部也可以 基于信息信号来控制第 2 可编程分频器的分频比。
在该方式中， 修正部也可以还具备倍频器， 该倍频器输入原振荡信号， 并将该原振 荡信号倍频后输出给频率合成器。
在该方式中， 倍频器也可以是可编程倍频器。 此时， 分频比控制部也可以基于信号 信息控制可编程倍频器的倍频比。
( 发明效果 )
本实施方式的 MEMS 振荡器即便在 MEMS 谐振器的温度变动的情况下， 也能够稳定 地输出具有期望频率的电信号。 附图说明
图 1 是实施方式 1 的 MEMS 振荡器的框图。
图 2 是 MEMS 谐振器的输出的频率特性的图。
图 3 是自动增益控制器的框图。
图 4 是频率合成器的框图。
图 5 是 MEMS 谐振器的谐振频率的温度特性的图。
图 6 是 MEMS 谐振器的输出的温度特性的图。
图 7 是 MEMS 谐振器的输出的频率特性的图。
图 8 是 MEMS 谐振器的输出电压的温度特性的图。
图 9 是分频比控制部的框图。
图 10 是分频比控制部的另一例的框图。
图 11 是 MEMS 谐振器的输出的温度特性的图。
图 12 是 MEMS 谐振器的输出的频率特性的图。
图 13 是 MEMS 谐振器的输出电压的温度特性的图。
图 14 是实施方式 2 的 MEMS 振荡器的框图。
图 15 是表示 MEMS 谐振器的输出与放大器的输出之间关系的图。
图 16 是表示 MEMS 谐振器的输出与放大器的输出之间关系的图。
图 17 是修正部的变形例的框图。
图 18 是修正部的变形例的框图。图 19 是实施方式 1 的 MEMS 振荡器的变形例的框图。 图 20 是实施方式 2 的 MEMS 振荡器的变形例的框图。 图 21 是现有的 MEMS 振荡器的框图。 图 22 是现有的 MEMS 振荡器的侧面剖视图。 图 23 是表示温度传感器测量的温度变动与振子的实际温度变动之间关系的图。具体实施方式
下面， 详细说明实施方式。
本实施方式的 MEMS 振荡器具有 ： 振荡部， 其具备反馈型振荡电路， 该反馈型振荡 电路由 MEMS 谐振器、 放大器、 控制放大器的增益来确保来自放大器的输出固定的自动增益 控制器构成 ； 和修正部， 根据从振荡部输出的原振荡信号生成并输出期望频率的输出信号。
本实施方式的 MEMS 振荡器的修正部具备 ： PLL 频率合成器， 输入原振荡信号并输 出输出信号 ； 和分频比控制部， 基于 MEMS 谐振器的增益， 控制针对 PLL 频率合成器的反馈而 配置的可编程分频器的分频比。如后述， 由于 MEMS 谐振器的增益的大小具有与谐振频率同 样的温度依赖性， 且随着温度变化而单调变化， 因此可从该增益的大小获知此时的 MEMS 谐 振器的谐振频率。因此， 在修正部中， 基于 MEMS 谐振器的增益的大小控制可编程分频器的 分频比， 并将来自频率合成器的输出信号的频率确保为期望的频率。 另外， 分频比控制部接收从 MEMS 谐振器向放大器反馈的信号， 并从该信号的电平 中取得 MEMS 谐振器的增益。或者， 分频比控制部接收从自动增益控制器输出的、 用于按 照将来自放大器的输出的电平确保为固定的方式控制放大器的增益的控制信号 ( 限幅信 号 )， 并根据该限幅信号取得 MEMS 谐振器的增益。
根据这样的构成， 本实施方式的 MEMS 振荡器可以很好地修正因 MEMS 谐振器的谐 振频率的温度依赖性引起的原振荡信号的频率的变动， 并输出固定的期望频率的输出信 号。
( 实施方式 1)
1.MEMS 振荡器的结构
图 1 是实施方式 1 涉及的 MEMS 振荡器的框图。MEMS 振荡器 100 具有 ： 输出原振 荡信号的振荡部 1、 接收原振荡信号后输出具有期望频率的输出信号的修正部 2。
振荡部 1 包括 ： 自动增益控制器 11、 在自动增益控制器 11 的控制下将输入信号 ( 振荡部反馈信号 ) 放大至固定电平 ( 电压 ) 后输出的放大器 12、 接收来自放大器 12 的输 出并向放大器 12 返回振荡部反馈信号的 MEMS 谐振器 13。
自动增益控制器 11 输入来自放大器 12 的输出， 并控制放大器 12 的增益， 以使将 放大器 12 的输出的电平确保为固定。这里， 将在该控制中用到的控制信号称为限幅信号。 放大器 12 接收来自 MEMS 谐振器 13 的反馈信号， 并在基于从自动增益控制器 11 输入的限 幅信号的增益控制下， 放大反馈信号后输出。来自放大器 12 的输出 ( 原振荡信号 ) 被传送 到自动增益控制器 11、 修正部 2、 MEMS 谐振器 13。MEMS 谐振器 13 接收来自放大器 12 的输 出， 并输出反馈信号。另外， 在可能会与流经后述的修正部 2 的频率合成器 21 的反馈电路 的反馈信号混淆的情况下， 将从 MEMS 谐振器 13 向放大器 12 反馈的反馈信号特别称为振荡 部反馈信号。
2.MEMS 振荡器的动作
2.1 振荡部的动作
图 2 是表示 MEMS 谐振器 13 的输入输出电极间的电通过特性 ( 单体通过特性 ) 的 曲线图。在该图中， 横抽表示频率， 纵轴表示衰减量 (MEMS 谐振器增益 )。MEMS 谐振器 13 在接收到适当电平的输入的情况下， 表示相对于谐振频率 f 呈左右对称的通过特性 401。 但 是， 在 MEMS 谐振器 13 接收到过大电平的输入的情况下， 如通过特性 402 那样表示歪曲的通 过特性。如果 MEMS 谐振器 13 接收这种过大电平的输入， 则随着 MEMS 谐振器 13 的谐振频 率的变化而变得不稳定。并且， Q 值也会劣化， 根据情况的不同， 构成 MEMS 谐振器 13 的振 子会与隔着间隙相邻的激励电极相接触， 从而 MEMS 谐振器 13 会被破坏。因此， 为了避免向 MEMS 谐振器 13 输入过大电平的信号， 自动增益控制器 11 控制放大器 12 的增益， 以使放大 器 12 的输出对于 MEMS 谐振器 13 而言成为适当电平， 并将放大器 12 的输出确保为规定电 平。另外， 作为向 MEMS 谐振器 13 的输入， 适当的电平是根据 MEMS 谐振器 13 的谐振模式、 构成 MEMS 谐振器 13 的振子与激励电极之间的间隙间隔、 向振子和 / 或激励电极施加的偏 置电压等决定的， 一般， 大致是几十～几百毫伏左右。
图 3 是 表 示 自 动 增 益 控 制 器 11 的 详 细 结 构 的 框 图。 自 动 增 益 控 制 器 (AGC ： Automatic Gain Controller)11 输入来自放大器 12 的输出、 即原振荡信号， 并利用峰值保 持电路 111 检测原振荡信号的最大电平 ( 峰值电压 )。另外， 在自动增益控制器 11 中， 从基 准电压源 ( 未图示 ) 经由基准电压输入端子 112 输入了基准电压。峰值电压和基准电压被 输入到比较器 113 中， 比较器 113 比较这两个电压， 在峰值电压比基准电压低的情况下输出 限幅信号 “Low” ， 相反地， 在峰值电压比基准电压高的情况下， 输出限幅信号 “High” 。 自动增益控制器 11 输出的限幅信号例如被输入到与放大器 12 的输出端子并联配 置的 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 晶体管的栅极。如果该栅极输入限幅信号 “Low” ， 则并联电阻变小， 放大器 12 的增益上升， 相反地， 如果该栅极输入限幅信号 “High” ， 则并联 电阻变大， 放大器 12 的增益下降。这样， 自动增益控制器 11 基于基准电压， 实时控制来自 放大器 12 的输出的电平。由此， 来自放大器 12 的输出 ( 向 MEMS 谐振器 13 的输入 ) 的电 平始终确保在适当电平上， 以确保 MEMS 谐振器 13 的正常动作。
另外， 作为自动增益控制器 11 的结构例， 举出了由峰值保持电路 111 及比较器 113 构成的电路， 但是这只是一个例子， 自动增益控制器 11 的结构并不限定于此。只要是能够 按照使来自放大器 12 的输出的电平 ( 电压 ) 保持固定的方式控制放大器 12 的增益的电 路， 都可以用作自动增益控制器 11。例如， 也可以是作为限幅信号而具体指定放大器 12 的 增益的值来控制放大器 12 的电路。
2.2 修正部的动作 ( 原振荡信号的频率修正 )
图 4 是表示修正部 2 的频率合成器 21 的详细结构的框图。频率合成器 21 是 PLL 频率合成器。在频率合成器 21 中， 首先， 相位比较器 21 检测从振荡部 1 输入的原振荡信号 与从 VCO(Voltage Controlled Oscillator)213 经可编程分频器 214 反馈的反馈信号 (PLL 反馈信号 ) 的相位差， 并将检测出的相位差作为误差信号来输出给环路滤波器 212。 环路滤 波器 212 去除误差信号中所包含的不必要的短周期 ( 高频 ) 的变动成分， 并作为修正信号 而输出给 VCO213 中。VCO213 根据输入的修正信号的电平 ( 电压 ) 控制输出信号的频率， 并 输出与修正信号的电平相对应的频率的输出信号。
2.2.1. 可编程分频器的分频比的控制
可编程分频器 214 是根据来自外部的控制能以可变的方式设定该分频比的分频 器。在修正部 2 中， 可编程分频器 214 的分频比是根据分频比控制部 22 输出的分频比控制 信号进行设定的。以下， 说明如下的动作 ： 分频比控制部 22 接收 MEMS 谐振器 13 的振荡部 反馈信号后， 根据该振荡部反馈信号的电平 ( 电压 ) 的大小取得 MEMS 谐振器 13 的增益， 并 基于 MEMS 谐振器 13 的增益， 控制可编程分频器 214 的分频比。
图 5 是表示 MEMS 谐振器 13 的谐振频率的温度特性的曲线图。这里所说的谐振频 率与图 2 中的通过特性 401 下的峰值的频率 f 相对应。如该图所示， MEMS 谐振器 13 的谐 振频率具有 -20[ppm/℃ ] 左右的温度依赖性。由图可知， MEMS 谐振器 13 的谐振频率随着 温度上升而单调递减。 另外， 即便在谐振器的谐振频率随着温度上升而单调递增的情况下， 也能应用本实施方式及下述实施方式 2 的 MEMS 振荡器。
图 6 是表示 MEMS 谐振器 13 的衰减量 (MEMS 谐振器增益 ) 的温度特性的曲线图。 如该图所示， MEMS 谐振器 13 的衰减量也具有随着其温度上升而单调递减的温度特性 404。
从图 5 及图 6 可导出 MEMS 谐振器 13 的谐振频率与增益之间的对应关系。图 7 是表示 MEMS 谐振器 13 的谐振频率与增益之间的对应关系的曲线图。在该图中， 通过特性 401H 是温度 T ＝ TH 的 MEMS 谐振器 13 的通过特性。例如， 如果 MEMS 谐振器 13 表示谐振频 率 fTH， 则可知此时的 MEMS 谐振器 13 的增益为 gTH。通过特性 401M 及 L 也相同， 这里温度 TH、 TM、 TL 具有 TH ＞ TM ＞ TL 的关系。通过连接各温度下的谐振频率 (fTH、 fTM、 fTL) 以及 未图示的其他温度下的谐振频率的增益， 从而得到曲线 403。曲线 403 是表示 MEMS 谐振器 13 的谐振频率与增益之间的对应关系的曲线。 另外， 在振荡部 1 中， 通过该自动增益控制器 11 的作用， 来自放大器 12 的输出的 电平始终确保为固定。由此， 来自 MEMS 谐振器 13 的反馈信号的电平对应于 MEMS 谐振器 13 的增益。 因而， 来自 MEMS 谐振器 13 的反馈信号的电平表示图 8 所示的如曲线 601 这样的温 度特性。例如， 如果 MEMS 谐振器 13 的工作温度为 TL， 则输出包括具有电平 ( 电压 )VTL 的 频率 fTL 的频率成分的反馈信号， 该频率成分的电平与反馈信号的峰值电压实质上一致。 在其他温度下也是相同的。
如图 1 所示， 分频比控制部 22 输入来自 MEMS 谐振器 13 的振荡部反馈信号 ( 原振 荡频率信息信号 )， 并检测该振荡部反馈信号的最大电平 ( 峰值电压 )， 并基于该峰值电压 和图 7 所示的谐振频率 - 增益的对应关系， 导出该时刻的 MEMS 谐振器 13 的谐振频率。即， 振荡部反馈信号 ( 原振荡频率信息信号 ) 是包括与 MEMS 谐振器 13 的增益相关的信息在内 的信息信号。分频比控制部 22 根据该信息信号导出谐振频率。并且， 根据导出的谐振频率 和预先设定的输出信号的频率， 决定应在可编程分频器 214 中设定的分频比， 并向可编程 分频器 214 输出分频比控制信号， 该分频比控制信号用于将可编程分频器 214 的分频比设 为该决定的分频比。
图 9 是表示分频比控制部 22 的例子的框图。信号生成部 221 输入原振荡频率信 息信号 ( 振荡部反馈信号 )， 并检测其峰值电压， 参照保存了表示峰值电压与可编程分频器 214 的分频比之间的对应关系的表格的表格存储器 222， 决定应在可编程分频器 214 中设定 的分频比。另外， 分频比控制部 22 可以为了检测原振荡频率信息信号的峰值电压而具备峰 值保持电路。
图 10 是表示分频比控制部 22 的另一例子的框图。信号生成部 221 输入原振荡频 率信息信号 ( 振荡部反馈信号 )， 并检测其峰值电压。之后， 分频比运算部 224 将该检测出 的峰值电压输入到近似了图 7 例示的 MEMS 谐振器 13 的谐振频率 - 增益的对应关系的函数 中， 计算出此时的 MEMS 谐振器 13 的谐振频率， 并根据预先设定的输出信号的频率和计算出 的 MEMS 谐振器 13 的谐振频率， 计算应在可编程分频器 214 中设定的分频比。之后， 信号生 成部 223 将计算出的分频比作为分频比控制信号而输出给可编程分频器 214。
3. 实施方式 1 的小结
这样一来， 本实施方式的 MEMS 振荡器 100 能够基于 MEMS 谐振器 13 的增益与谐振 频率之间的对应关系， 修正因温度变动等引起变动的原振荡信号的频率， 并输出具有预先 设定的频率的输出信号。本实施方式的 MEMS 振荡器 100 可以利用 MEMS 谐振器 13 自身产 生的信号来实时地取得 MEMS 谐振器 13 的增益， 并对原振荡信号的频率进行修正。即， MEMS 谐振器 13 的增益 ( 振荡部反馈信号的电平 ) 可以用作与 MEMS 谐振器 13 的工作温度相关 的信息。因而， 在 MEMS 振荡器 100 中， 根据 MEMS 谐振器 13 的增益求出工作温度， 根据谐振 频率的温度特性求出此时的 MEMS 谐振器 13 的谐振频率， 并控制频率合成器 21 的动作， 输 出具有期望频率的输出信号。
因此， MEMS 振荡器 100 不需要如现有结构中的温度传感器。因而， 在 MEMS 振荡器 100 中， 不会产生因温度传感器的测量温度和振子的实际工作温度之间的偏差引起的与输 出信号的频率设定值的偏差。再者， MEMS 振荡器 100 可以始终稳定地输出高品质的输出信 号。
另外， 即便是表示图 11 所示的增益的温度特性 504 的 MEMS 谐振器 13， 也可构成本 实施方式的 MEMS 振荡器 100。此时， 如图 12 示出的曲线 503 所示， MEMS 谐振器 13 的谐振 频率 - 增益的对应关系是随着温度上升而单调递减的曲线。因而， 来自 MEMS 谐振器 13 的 振荡部反馈信号的电平随着温度变化， 按照图 13 所示的曲线 701 那样产生变化。
此外， 在本实施方式中， 作为频率合成器 21 示出了使用模拟 PLL 电路的 PLL 频率 合成器的结构， 但是频率合成器 21 并不限定于模拟 PLL 电路， 也可以利用数字 PLL 电路或 全数字 PLL 电路构成。另外， 频率合成器 21 也可以采用 PLL 电路以外的电路构成。
此外， 本实施方式的 PLL 频率合成器 21 的可编程分频器 214 也可以利用整数型分 频器或分数型分频器的任意一种来构成。
( 实施方式 2)
图 14 是实施方式 2 涉及的 MEMS 振荡器的框图。对于与实施方式 1 的 MEMS 振荡 器 100 等同的结构要素赋予同样的参考符号， 并适当省略其说明。
实施方式 2 涉及的 MEMS 振荡器 200 利用自动增益控制器 11 输出的限幅信号， 作 为原振荡频率信息信号。如上所述， 限幅信号是用于控制放大器 12 来将其增益确保为固定 的信号。
图 15 是沿着 MEMS 谐振器 13 的工作温度表示 MEMS 谐振器 13 的增益 404 和放大 器 12 的增益 405 之间的关系的曲线图。这样， 放大器 12 的增益 405 和 MEMS 谐振器 13 的 增益 404 具有一一对应的对应关系。即， 限幅信号 ( 原振荡频率信息信号 ) 是包括与 MEMS 谐振器 13 的谐振频率下的增益具有对应关系的信号在内的信息信号。因此， 通过监控用于 控制放大器 12 的增益的信号、 即限幅信号， 从而可取得 MEMS 谐振器 13 的增益。 分频比控制部 22 输入限幅信号作为原振荡频率信息信号， 并基于该信号检测 MEMS 谐振器 13 的增益， 根据图 7 所示的 MEMS 谐振器 13 的谐振频率 - 增益的对应关系， 导出此时的 MEMS 谐振器 13 的谐振频率。并且， 与实施方式 1 同样地， 分频比控制部 22 决定应在可编程分频器 214 中 设定的分频比。
另外， 即便是表示图 16 所示那样的增益的温度特性 504 的 MEMS 谐振器 13， 也可构 成本实施方式的 MEMS 振荡器 200。此时， MEMS 谐振器 13 的增益与放大器 12 的增益之间的 对应关系如该图所示的曲线 505 那样， 成为随着温度上升而单调递减的曲线。
( 修正部的第 1 变形例 )
图 17 是表示可应用于 MEMS 振荡器 100 及 200 的修正部 2 的第 1 变形例的图。在 本变形例中， 在 PLL 频率合成器 21 的前级配置将原振荡信号的频率分频为 1/R 的分频器 31。这样， 利用分频器 31 将原振荡信号的频率分频之后输入给 PLL 频率合成器 21， 从而即 便在原振荡信号的频率与输出信号的频率是相同程度的等级的情况下， 也可对原振荡信号 的频率进行精确的修正。此外， 在该图中， 如虚线所示， 也可由第 2 可编程分频器构成分频 器 31， 分频比控制部 22 控制分频器 31 的分频比。此时， 修正部 2 在分频比控制部 22 的控 制下， 可以将原振荡信号的频率精确地修正为任意实数倍的频率。 ( 修正部的第 2 变形例 )
图 18 是表示可应用于 MEMS 振荡器 100 及 200 的、 修正部 2 的第 2 变形例的图。在 本变形例中， 在 PLL 频率合成器 21 的前级配置将原振荡信号的频率倍频 R 倍的倍频器 32。 这样， 利用倍频器 32 将原振荡信号的频率倍频之后输入给 PLL 频率合成器 21， 从而即便在 输出信号的频率比原振荡信号的频率小很多的情况下， 也可对原振荡信号的频率进行精确 的修正。 此外， 与变形例 1 同样地， 如虚线所示， 也可由可编程倍频器构成倍频器 32， 分频比 控制部 22 控制倍频器 32 的倍频比。此时， 修正部 2 在分频比控制部 22 的控制下， 可以将 原振荡信号的频率精确地修正为任意实数倍的频率。
另外， 修正部 2 也可以在 PLL 频率合成器 21 的后级 ( 输入 VCO213 的输出的一侧 ) 进一步配备分频器或倍频器。
( 实施方式 1 的 MEMS 振荡器的变形例 )
图 19 是表示实施方式 1 的 MEMS 振荡器 100 的变形例的图。MEMS 振荡器变形例 1100 在 MEMS 振荡器 100 结构的基础上还具有温度传感器 1101。温度传感器 1101 的输出 被输入到分频比控制部 22 中。
如图 8 所示， 在规定温度 T 以下的温度区域 602 中， 因温度变化引起的 MEMS 谐振 器 13 的输出电平的变化比其他温度区域小。因而， 在规定温度 T 以下， 分频比控制部 22 也 可利用温度传感器 1101 的输出来生成分频比控制信号。这样， MEMS 振荡器 100 即便在因 MEMS 谐振器 13 的输出电平的温度变化引起的变动较小的温度区域中， 也可稳定地输出高 品质的输出信号。
另外， 在 MEMS 谐振器 13 的输出电平随着温度上升而单调递增的情况 ( 如图 13 的 特性 701 所示的情况 ) 下， 在规定温度 T’ 以上的温度区域 702 中， 因温度变化引起的 MEMS 谐振器 13 的输出电平的变化比其他温度区域小。因而， 在规定温度 T’ 以上， 分频比控制部 22 也可利用温度传感器 1101 的输出来生成分频比控制信号。
( 实施方式 2 的 MEMS 振荡器的变形例 )
图 20 是表示实施方式 2 的 MEMS 振荡器 200 的变形例的图。MEMS 振荡器变形例 1200 在 MEMS 振荡器 200 结构的基础上还具有温度传感器 1101。温度传感器 1101 的输出 被输入到分频比控制部 22 中。
如图 15 所示， 在规定的温度 T” 以下的温度区域 406 中， 因温度变化引起的放大器 12 的增益的变化比其他温度区域小。因而， 在规定温度 T” 以下， 分频比控制部 22 也可利 用温度传感器 1101 的输出来生成分频比控制信号。这样， MEMS 振荡器 1100 即便在因放大 器 12 的增益的温度变化引起的变动比较小的温度区域中， 也可稳定地输出高品质的输出 信号。
另外， 在放大器 12 的增益随着温度上升而单调递减的情况 ( 如图 16 的特性 505 所示的情况 ) 下， 在规定温度 T” ’ 以上的温度区域 506 中， 因温度变化引起的放大器 12 的 增益的变化比其他温度区域小。因而， 在规定温度 T” ’ 以上， 分频比控制部 22 也可利用温 度传感器 1101 的输出来生成分频比控制信号。
( 总结 )
本实施方式的 MEMS 振荡器具有 ： 振荡部， 其具备反馈型振荡电路， 该反馈型振荡 电路由 MEMS 谐振器、 放大器、 按照将来自放大器的输出确保为固定的方式控制放大器的增 益的自动增益控制器构成 ； 和修正部， 根据从振荡部输出的原振荡信号， 生成并输出期望频 率的输出信号。 修正部具备 ： 频率合成器 ； 和分频比控制部， 基于 MEMS 谐振器的增益， 控制针对频 率合成器的反馈而配置的可编程分频器的分频比。分频比控制部基于 MEMS 谐振器的增益 的大小， 决定可编程分频器的分频比。与其谐振频率同样， MEMS 谐振器的增益的大小具有 温度依赖性， 因温度变化而单调变化。由此， MEMS 谐振器的谐振频率和增益的大小彼此具 有可根据一方唯一地求出另一方的一一对应的对应关系。因此， 根据 MEMS 谐振器的增益的 大小， 能够获知此时的谐振频率。分频比控制部接收 MEMS 谐振器的增益的时间变动， 并基 于该对应关系实时地控制可编程分频器的分频比。由此， 原振荡信号的频率的时间变动被 实时、 准确地修正， 从 MEMS 振荡器始终输出具有与期望频率相一致的频率的输出信号。
另外， 分频比控制部接收从 MEMS 谐振器向放大器反馈的信号， 并可根据该信号的 电平取得 MEMS 谐振器的增益。这是因为， 在振荡部中， 通过自动增益控制器的作用， 将来自 放大器的输出始终确保为固定， 因此 MEMS 谐振器的反馈信号的电平 ( 电压 ) 与 MEMS 谐振 器的增益良好地对应。
此外， 分频比控制部通过监控从自动增益控制器输出的、 用于按照将来自放大器 的输出的电平确保为固定的方式控制放大器的增益的控制信号 ( 限幅信号 )， 从而可取得 MEMS 谐振器的增益。这是因为， 在振荡部中， 自动增益控制器输出限幅信号， 以使将来自放 大器的输出确保固定电平。由此， 根据限幅信号， 能获知从 MEMS 谐振器反馈给放大器的信 号的电平 ( 即， MEMS 谐振器的增益 )。
上述实施方式 1 及 2 的 MEMS 振荡器可以很好地修正因 MEMS 谐振器的谐振频率的 温度依赖性引起的、 原振荡信号的频率的变动， 从而始终稳定地输出期望频率的输出信号。
( 产业上的可利用性 )
本实施方式的 MEMS 振荡器输出的输出信号具有始终稳定的频率， 因此， 例如在时 钟产生器等用途中是很有用的。
符号说明 1 振荡部 2 修正部 11 自动增益控制器 12 放大器 13 MEMS 谐振器 21 频率合成器 22 分频比控制部 111 峰值保持电路 112 基准电压输入端子 113 比较器 211 相位比较器 212 环路滤波器 213 电压控制振荡器 214 可编程分频器 221 222 223 224 信号生成部 表格存储器 信号生成部 分频比运算部