株式会社村田製作所
日本電波工業株式会社
京セラ株式会社
セイコーエプソン株式会社
アールエスコンポーネンツ株式会社

【2021年版】水晶発振器5選 / メーカー11社一覧

水晶発振器のメーカー11社・7製品を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


水晶発振器とは

水晶発振器は、水晶の持つ圧電現象を利用することにより、その機械的共振から一定の周波数を生み出す素子のことです。

水晶以外の発振回路には、LC発振、CR発振、セラミック素子を使った発振などがあります。
水晶発振の場合はppmオーダ(100万個に1個の不良も許さない厳しい品質管理が可能)の高い精度が得られますが、そのほかは%の精度が許容できる回路に限られる点で水晶発振は優れています。

水晶が電子回路素子として使えるのはなぜかと言うと、水晶に圧電効果があるからです。トランジスタやICの発明よりもはるか昔の19世紀から水晶は素子として使われていたという歴史があります。

水晶発振器の使用用途

水晶の振動をもとにした水晶発振器は、通信機器などの周波数信号源、時計(クオーツ)のタイミング源、テレビのカラーバースト信号源として使われてきました。近年では、デジタル回路のクロック源として膨大な数が使われています。

ICやLSI(ICに比べてより集積度の高い複雑な回路をおさめた集積回路)にはクロック基準信号が不可欠であり、水晶発振器はクロック生成のため高い周波数安定性と無調整化、小型化を実現しています。

そのため、従来の通信機器やテレビ、時計などにとどまらず、衛星通信や自動車、パソコン、DVD機器などの情報家電分野にまで水晶発振器の使用用途は幅広くなっています。

水晶発振器の原理

水晶発振器は、水晶の持つ圧電現象を利用します。水晶は、石英(Sio2:二酸化ケイ素)から組成されていますが、水晶発振器に使うのは人口水晶です。その人口水晶はラスカという天然の水晶が原料です。

アルカリ溶液を満たした炉(オートクレーブ)の中にラスカを入れ、高温かつ高圧にかけて溶かし、温度を制御することによって自然対流を発生させ、高い純度で再結晶した大きな人工結晶をつくります。それを薄く切り出し、水晶発振器にします。

結晶軸に対して切り出す角度によって、周波数の温度特性、振動モードなどが変わります。MHz帯の水晶が最も多く、なかでも「ATカット」と呼ばれるものは、広い温度範囲であり、かつ偏差が小さいという特性を持っています。

たとえば、腕時計などに使われる場合には、体温や室温に近い温度で、温度係数が0になるような角度で切り出すといった具合に、使用目的によって切り出し方も変わります。

振動モードは、水晶が持っている機械的な振動の形態を言います。ATカット「厚み滑り振動」とも言い、イメージとしてはまな板の上に豆腐を置いて揺らしたような振動です。このように、発振周波数は、切り出し方の厚みがどの程度かによって決定されます。

時計の場合であれば、水晶の形を「音叉型」にして屈曲振動モードで発振させるといった具合で振動させます。ケースに収めるなどして、よけいな衝撃や振動を与えないことが正確性を担保するために大切です。

水晶発振器の精度

通常の水晶発振器の精度は1/10000~1/100000程度の誤差です。この精度を他の発振器と比較すると、シリコン発振器の約1000倍、セラミック発振器の約100倍であり、シリコン発振器やセラミック発振器より高い精度を持っています。

一方、原子時計に使われるセシウム発振器と水晶発振器の精度を比較すると、セシウム発振器の精度は水晶発振器の1千万倍程度の精度があり、セシウム原子時計の精度は物凄い精度であることもわかります。

水晶発振器にはより精度を高めた製品もあり、温度保証水晶発振器(TCXO)というタイプの製品が存在します。このタイプの製品には温度保証回路と呼ばれる回路が組み込まれています。温度保証回路は水晶振動子の持つ温度特性を打ち消すような回路で、この回路を内蔵することにより、より広い温度範囲で安定した性能を発揮する事が可能です。

また、水晶発振器にはOCXOと呼ばれるタイプの製品も存在します。OCXOとは恒温槽付水晶発振器と呼ばれるもので、恒温槽内に水晶振動子を格納したもので、周囲温度の変化に対してより精度を高くした水晶発振器です。

水晶発振器式時計の仕組み

水晶発振器式時計、すなわちクオーツ式時計は、水晶発振器が作り出す高精度な振動からICが分周を行い1秒間隔の周波数へ変換し時計として機能します。

アナログ式(針のあるタイプ)の時計は、この1秒間隔の周波数でステップモータを駆動して、秒針、分針、そして時針を動かします。一方、デジタル時計は同様に水晶発振器から作り出された1秒間隔の周波数で液晶パネルを駆動し、数字を表示していきます。

クオーツ式時計の機械式時計と比較した場合のメリットは、時間の精度が優れているだけではありません。電池で駆動出来る事から、長い時間メンテナンス無しで動き続ける事があげられます。また、たとえ電池切れとなっても、電池を交換すれば以前と同様の精度で動き続ける事が可能です。電池交換を不要としたクオーツ式時計として、太陽電池の搭載や発電機を搭載した腕時計等も発売されており、これらの時計はより長い期間に渡って時計を動かし続ける事が可能です。

参考文献
https://jp.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=ideas-and-advice/crystal-oscillators-guide
https://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/backnumber/2010/12/p147.pdf
https://www.jcwa.or.jp/time/tech/tech09.html

水晶発振器のメーカー情報

水晶発振器のメーカー11社一覧


水晶発振器のメーカーランキング

社員数の規模

  1. 1 セイコーエプソン株式会社
  2. 2 京セラ株式会社
  3. 3 株式会社村田製作所

設立年の新しい会社

  1. 1 株式会社ナカアンドカンパニー
  2. 2 アールエスコンポーネンツ株式会社
  3. 3 株式会社アロー電子

歴史のある会社

  1. 1 セイコーエプソン株式会社
  2. 2 日本電波工業株式会社
  3. 3 株式会社村田製作所

水晶発振器5選

OCO-N5A

株式会社ナカアンドカンパニー

特徴

OCO-N5Aは恒温槽付きの水晶発振器で、出力周波数は10MHzです。

恒温槽付きタイプの発振器は周囲温度が変化しても、水晶の温度が一定に保たれるため温度変化による周波数特性変化が少なく、本製品の周波数特性は ± 5ppbと高精度な点が特徴です。

出力信号はCMOS出力であるため波形変換回路が不要なため、搭載基板の省スペース化につながります。

また3.3V電圧でも駆動するため消費電力の低減に寄与します。

株式会社ナカアンドカンパニーの会社概要

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NT2016SJB

日本電波工業株式会社 NT2016SJB 画像出典: 日本電波工業株式会社公式サイト

特徴

NT2016SJBは、温度補償回路を搭載した水晶発振器です。

水晶振動子の持つ温度特性と反対の特性をもった補償回路により、広い温度範囲で良好な周波数特性が得られることが大きな特徴です。

超低位相雑音特性を有しているため、高精度オーディオ用途向け製品となっており44.1kHz系、48kHz系のオーディオに対応しています。

高さMax.0.8mm、体積0.0022㎤、重量0.008gと超小型に設計されているので、搭載製品の小型化に寄与します。

日本電波工業株式会社の会社概要

  • 会社所在地: 東京都渋谷区笹塚1-47-1メルクマール京王笹塚
  • URL: https://www.ndk.com/jp/
  • 創業: 1948年
  • 従業員数: 2,994人

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KC2520Mシリーズ

京セラ株式会社

特徴

KC2520MシリーズはkHz帯水晶発振器であり、出力周波数は32.768kHzです。

ATカット型水晶であるため広い温度範囲と小偏差が特徴です。

本製品は特に車載機器用途に開発されており、-40℃から+125℃までの広い温度範囲での動作保証があり、衝撃・振動による偏差が少ない設計になっています。

1.6~5.5Vの幅広い電源電圧範囲に対応している点、また150~175μAという低消費電流である点も特徴です。

京セラ株式会社の会社概要

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GTXO-04

リバーエレック株式会社 GTXO-04 画像出典: リバーエレック株式会社公式サイト

特徴

GTXO-04は、プログラマブルタイプのGTカット水晶発振器です。

本製品は7.9MHzから1,124MHzという高周波領域における幅広い出力周波数を任意に設定可能です。

動作温度範囲が-40℃から200℃までと広く、またどの温度域においても周波数許容偏差が小さい点、セラミックと金属蓋を封止した構造で高信頼性を備えている点も本製品の特徴です。

無線通信機器や医療機器など高い周波数かつ信頼性が必要とされる分野に適した製品です。

リバーエレック株式会社の会社概要

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SG-9101シリーズ

セイコーエプソン株式会社

特徴

SG-9101シリーズは、プログラマブルタイプの水晶発振器で、任意の周波数を後から書き込み設定できる点が大きな特徴です。

本製品は、0.67MHz~170MHzまでの幅広い周波数を任意に設定できる上、スペクトラム拡散機能を搭載しているため放射ノイズ(EMI)を抑制できます。

スペクトラム拡散機能の変調形状は3種類備えており、周波数と同様後から設定を書き込むことができます。

小量開発で複数クロックに対応しなければならない用途やEMIに厳しい製品への応用に適した製品です。

セイコーエプソン株式会社の会社概要

  • 会社所在地: 長野県諏訪市大和三丁目3番5号
  • URL: https://www.epson.jp
  • 創業: 1942年
  • 従業員数: 75,608人

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水晶発振器の7製品一覧

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