【技術】周波数精度「水晶」並みのシリコン半導体発振器を開発、東芝

東芝は水晶発振器に匹敵する精度を持つシリコン半導体製の発振器を開発した。水晶発振器に比べて約３分の１の小型化が見込めるうえ、ほかの部品との一体集積化が可能になる。
開発したのは、既存の半導体プロセスで作れる相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）発振器。
素子の温度をテストするためのオンチップヒーター、発振器内の温度を測る温度計、周波数特性を補正するためのデジタル回路を加えた回路を構成した。

　素子の出荷時に、内蔵したオンチップヒーターを使って室温から７０度Ｃ程度まで徐々に温度を上げながら周波数特性のズレを測り、必要な補正量を求めておく。
その上で、出荷後の実動作時に温度計で温度を測りながら、デジタル回路で０・１秒ごとに周波数特性のズレを補正する。

　温度領域ごとに細かく特性を補正することで、水晶発振器並みの１００ｐｐｍ以下の周波数精度を持つＣＭＯＳ発振器を実現した。
さらに、２メガ―４０メガヘルツの広周波数領域に対応しており、デジタル回路を使って４０ヘルツ刻みで出力する周波数を細かく設定できるようにした。

http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720140612eaaa.html

パナソニックの家電の時計めちゃくちゃ狂う
ヤッスい精度悪い水晶体つこてたからなんだろうな

>>2
水晶なんか使ってないだろ。
トランジスタとコンデンサを組み合わせた発振回路。

マイコン内蔵は普通CR発振でしょ

セイコーエプソンのクォーツディバイスはどうなんの？

これは革命だな。

TDKやセイコーの株価に影響してるか？

出荷時の特性をリファレンスにするんだろうけど経時変化はカバーできんだろ

年差5秒のザ・シチズンは神機種

水晶発信と比べた時のノイズや不要波のレベルが知りたいな。
コストと小型化は申し分ないだろうし。

広帯対応の小型無線通信機が作れそうだな。

やっぱり温度差が生じるとズレも生じるのか、これをチップ単体で克服
できればダウンサイジングに大メリットが生じるのだろうな。

>>7
オンチップヒータの素材にもよるけど、単純なバイメタルであれば経年変化はほぼゼロだと思うよ
ただし周波数特性は固有のものだから、出荷時に全数を特性調べて補正する手間がかかるけどね
付加価値の高い製品にしか載らないんじゃないかな

今度は盗まれるなよ

これを技術供与してFPGAやプロセッサに内蔵してもらえると便利だな

もともと水晶って酸化シリコンなんだけど...

力技感がすごい製品だな。根性があると思うがインテリジェンスは感じない。

オーディオの音質が、、、悪くなるんだろうな。

高そうだな

このICを使って腕時計作れるわけだよな。
価格は5万円以下なら買ってもいい。
クォーツ並みなのか確かめてみたい。

単位がメガヘルツ？

日本電波ざまぁw

恒温槽付きじゃん

精度を出すなら温度だけじゃ無理よ、経年変化も入れてくれないと。
あと防水していたとしても湿気は分子レベルで影響するから、微妙な動作に影響する。
水晶だって温度校正するタイプあるのにいまさらってところだろ。
>>13
内蔵というのはチップ抵抗みたいな形でオンシリコンにはならんよ。
小型化とは常に別部品であり次元が違う。
それ以前に温度計が１個程度の想定では温度計がずれるのを校正する
必要もある。
>>11
そのゼロは、極小値であって無視できるとはいいきれん。
精度が上がるほどその極小値が問題になるぐらい（ｒｙ

これはいい発想だな

>>22
馬鹿丸出し

>>11
バイメタルとか、頭大丈夫？

>>21
違うよ

稲城市立向陽台小学校評判Y子（百村）
http://i.imgur.com/h7Yk8pL.jpg
東京電機大学中学校評判TDU評判
http://i.imgur.com/h7Yk8pL.jpg
稲城サッカースポーツ少年団評判稲城SSS評判
http://i.imgur.com/h7Yk8pL.jpg

時計だったら、電波を利用すればいいだろう
毎日合わせるんだから月差とか年差の概念が不要

クォーツ時計がなくなって、シリコン時計とでもなるのかね・・・

>>15
そういうのもこ慣れてくるとまた見方が変わってくる

>>25は阿呆

問題は高いコストだな

結局水晶振動子のTCXOと素材以外の基本コンポーネントは一緒なんでしょ？

どんな使い道があるんだろ
いまいちわからん

>>23
素人は口だけだ。

レーダーとかにも使えるんちゃうか

>>32
だな、東芝は実際に作ったのにな

これで、時間の狂わないＰＣができるのか、感動ものだな

大真空株式会社　さん
大丈夫か。。。

＞１００ｐｐｍ以下

水晶精度と言うが精度は色々、この精度では、安いクロック用にしか使えん。

ノイズだらけでオーディオには使えんな

消費電力とかコストはクォーツ回路に比べてどうなんだろう

日本の科学力は世界一ィィィ

>>2
まともな水晶時計なら月差15秒未満だよ。この15秒未満てのも最悪値であり
普通月差10秒以内。
コンセントから得られる電力の周波数安定度は半端無く、月差5秒未満。これも
最悪値（商用電力に乗ったノイズや瞬停などに因って時計が狂うことがある）。

メッサ狂うならコスト削減のため、CR発信機使ってんでしょうな。精度などあてに
出来ませんぜ。

数年前、中国製の粗悪なクリスタルが色々な経路で出回って
知らずに採用したあちこちの製品でトラブルが続出した
電極剥離やひび割れが生じて突然発振が止まったり、
ある温度を境に周波数がジャンプしたりするとんでもないガラクタ
被害範囲はオーディオプレーヤーから軍用機器にまで渡る

俺の使ってる某有名国内メーカーの安いCDPも、
短期間に2回同じような壊れ方で故障し、どうにもおかしいと思っていたら中華クリスタルが原因だった
メーカーが原因を把握し、日本製の部品で修理して以後、故障は一度も出ていない

そういう下らないリスクを避けるためにも、コアチップにオシレーターが組み込み済みというのはありがたい
それが水晶並の精度となれば、組み込み用途の小型廉価MCUにはちょっとした革命が起きる

オーディオのＤＡＣとかには使えないなー
温度補償水晶TCXOレベルじゃないと
１０００億万分の１００ぐらい違うのではｗ

温度はVF電圧で判定？

1ppm（百万分率） = 1,000ppb（十億分率）
TCXO
±１００ppb＝０．１ppm
らしい！

パソコンの基板が時計用にボタン電池を積んでるのはちょっとダサい。
あれは改善されるべき。

>>42
中華クリスタルわろた
セラロックの方がマシだったか

電圧で可変可能です。

デジタル回路で温度補正しなきゃならないというのはダメだろ
本質的に安定なので補正不要になりました、というのが正常進化

ヒーターやらデジタル回路やらでどんだけ電気食うやら
それで1/3に小型化して、電源のサイズが倍になったら大笑い

>>49
何言ってんだこいつ

そっとしておこう

＞ ０・１秒ごとに周波数特性のズレを補正する。

人間向けの時計とかタイマーにならこれでいいんだろうけどね
周波数精度はなんとかなっても位相雑音が問題になる用途には使えない

リングオシレータ？

0.1秒毎に補正？
マンドクセ

考え方は好きだけどなー
ソニーとかデジタルアンプとかでやりそうだね
温度補正ＣＭＯＳによりジッターを測定不能としたとか

なるほど
だから偽乳の揺れは生乳よりも規則的なのか

楽器かよ

>>50
>>22がID変えたんじゃね？

>>52
0.1秒ごとの補正がステップ状だなんてどこにも書いてないし、普通は徐々に制御するっての

これ軍事の世界の電子戦で凄い威力を発揮するかもな。。。

水晶振動子関連の株価下がる？

開発しました
発見しました
しかし
実用化は永久に不可能です

１００ｐｐｍってことは、もし時計に使うと一日に８．６４秒
１年で１時間近くズレちゃう・・・

エプソン（いわずと知れたセイコーの工場部門）かシチズンの高級品
（といっても１０円とか２０円）だと１００倍近く精度が良い、
というかこれぐらいじゃないと使い物にならない

IDTがCMOS発振器で±50ppmの精度を保証
http://ednjapan.com/edn/articles/1110/28/news120.html

３年前の記事。負けてんじゃん(笑)

んで、どっちがコスト、耐久性、生産性がいいの？
水晶発信子が１個壊れても車がとまる時代だからな。

>>30
TCXO-->温度を一定にして安定化
シリコン発振-->温度を検出して周波数を補正
ではないですか。

>>55
水晶発振器に同じような技術を使えば出来るような気がする
ソニーじゃわからんけど
東芝なら誤差1ppb以下でジッター計測不能なのをきっとやってくれる

>>65
>温度を一定にして安定化

それはOCXO

>温度を検出して周波数を補正

それがTCXO

ここまで素子ぉーーーーなし

おもしろい技術だね

で結局何に使えるの？
具体的なメリットが分からない
既存の水晶発振子を置き換え可能ということなのか？

100ppm出て安いなら色々使えそうだし、
何より40Hz単位で調整できるってのが便利だと思うんだけど
どんなインターフェースになるんだろ単純に20ビット位は必要だし
I2CやSPIとかでは、卵と鶏の例えになっちゃうし。

昔、キンセキのEXOがお気に入りだった俺は値段次第で欲しい。

>>68
新井素子って江崎ダイオードに並ぶものかと期待したあの日。

>>5
同じ技術をクォーツディバイスに応用すれば神的な精度に達する
結局永遠に追いかけっこ
いいことだがね

ちょっとまってくれ，このスレ技術者が紛れ込んでないか．
素直に考えたら，かなり無理があるやり方のような気がするがどうなんでしょうか？

それほど大それた精度じゃないから、無理なんてないって

推奨以外のクロックってないのかね

セラロックは？

>>77
おれのマザーボードは３枚ともセラロック、１日に１分ぐらい時計が
ずれて補正している。

日本の水晶振動子メーカーオワタ

東芝のマイコンに組み込むのかな？

>>72
素子といえばやっぱり大林素子かな
http://www.fujitv.co.jp/sports/volley/worldcup2011/photo/wc2011_interview_04_04.jpg
http://rupla.cocolog-nifty.com/rupla/images/2011/08/21/img_461858_6003295_6.jpg

ちょっとした水晶の置き換えをするには微妙に性能が足りず、
高性能な用途には全然足りない。精度がそこそこで良い用途ならＲＣ発振でも良い
結局何がやりたいのかわからない

>>66
いやだから、これってジッターとか位相雑音を改善する技術じゃないよ
むしろ0.5秒ごとに補正が掛かった瞬間、位相が動いちゃうｗ

位相はどうでも良くてある一定周期ごとにパルスの数を数えて
位相の積分量（＝周波数）で補正しましょうっていう技術だから

ああ、「0.1秒ごと」か

知ったかぶり終了のお知らせ

なぜ原子時計を使わないのか？

セラミック発振子とネット補正で十分じゃん
この手の隙間商品は売りが難しい

>>74
いや、マイコン使用前提で制御するるなら相当高度な補正までできるよ。
正常動作ならね。

ただマイコンというのはバグって自動リセットが憑き物みたいなもんだからｗ

>>82
>位相の積分量（＝周波数）

次元が合ってないよ

一番ネックになってた水晶の実走高さの削減ができるわ！
でもどんくらい低背にできんだろ？

すげーな
よくわからんが

なんかワクワクする。

CMOS の発振回路の温度毎の誤差求めておいて、それを補償するってことでしょ

なるほど

製品化は2〜3年後を目指しており、従来の水晶発振器の3分の1サイズを目指すほか、システムLSIへの内蔵も進めるという。
http://www.excite.co.jp/News/it_g/20140613/Slashdot_14_06_13_048220.html

根本的な疑問なんだが「ＣＭＯＳ発振器」ってのは
どういう発振回路かを表わしていない用語だと思うんだけど、東芝のは何なんだろう？
なんとなくチップ中にMEMSの技術で水晶片を作り出す技術なのかと勘違いしていた

>>63のIDTは「シールドして温度補償したLC発振器」のようだが
http://news.mynavi.jp/articles/2012/04/09/idt_cmos_oscillator/


>>88
＞次元が合ってないよ

あ

同種のデバイスであるIDTのpMEMS発信器の方が精度も高いし、上限周波数も高いし、
何年も先行して既に色んな製品に組み込まれてるんだが、後発の東芝のは製品化
できるとして、どこが優れてるんだ？

そのＭＥＭＳ発振器も同じ特徴があるのか知らないけど、
既存の半導体プロセスで作れるという事じゃないのかな。

電波の送受信機が格段にコンパクトになりそうだな
これをつかった超小型盗聴器とか出てくるのは時間の問題か

>>42
中華クリスタルって歌舞伎町の新しい風俗店か？

>>95
ｐMEMSは、水晶の代わりにセラミックか何かのピエゾ素子を埋め込む必要があるだろ

>>99
そんな必要は無い。窒化アルミニウム(AlN)薄膜をシリコン上に形成して使う。
物理的にも非常に強く、50G程度の衝撃で損傷する水晶と違い1500Gまで耐える。
pMEMS Oscillators Make Waves Without The Crystal
http://electronicdesign.com/components/pmems-oscillators-make-waves-without-crystal

>>100
それまさに

>セラミックか何かのピエゾ素子を埋め込む

なんだけど？

>>41
電源周波数はドリフトが蓄積しないようにしてるだけで
揺らぎ自体はもっと大きかった気がするが、勘違いかな

>>63
そいつはさすがにもう古い

＞無負荷時の消費電流を34mA

1チップMEMS CMOS ICのクロック発生器をSiLabsが製品化
ttps://www.semiconportal.com/archive/editorial/technology/chips/130703-silabs.html
＞動作電流が1.7mA

>>94
音響定在波を使うものと使わないものがある？

>100や>103は使うもの。>1や>94は使わないんじゃないかな

おれのオパール＆シリコン入りティムポの振動周波数も上げてください><

軍事転用できるモノを開発しないと注目されんよ

>>95
圧電振動子は加速度に弱い

大真空が◎◎してしまう〜。

>素子の出荷時に、
>内蔵したオンチップヒーターを使って室温から７０度Ｃ程度まで
>徐々に温度を上げながら周波数特性のズレを測り、
>必要な補正量を求めておく。

製造時にこんなことをやっていては、時間がかかりますね。
生産性が下がるもとになりますし、安く出来ない気がします。
それに、素子の経年変化、劣化、電源電圧変動に対するずれの傾向
なども関わるはずです。

製造時以外いつやるの？

発振器と温度センサーが密着してるんだから、たいして時間はかからないって

早く言うと
戦艦大和の主砲みたいなものいちいち望遠鏡で見ながら合わせてゆく
熱で命中精度落ちても修正可能

ものすごく難解な比喩だな

>>107
>>100
>物理的にも非常に強く、50G程度の衝撃で損傷する水晶と違い1500Gまで耐える

ありゃ書いてあったのね。。。

しかし固有振動数が慣性系と加速度系で
微妙にずれたりしないだろうか
あるいは地球上と宇宙空間で違うとか

水晶より高性能な発信源が出来たと言う話では無いのでxxだったら精度が落ちると言うのはあまり意味が無い。
オンチップで水晶並みの精度が得られると言うのが重要。
小規模のCPUだと(8Pinデバイスなど)、外付けで発信器をつけると貴重なPinが消費されてしまう。
しかし通信や計測などを使用するにはある程度の精度が必要。

例えばケーブルやコネクタに内蔵するデバイスでは小型化出来るメリットが高い。
またデジタルフィルターなどが外付け部品なしの4Pinぐらいで実現できる。