JPH02170607A - 周波数温度補償水晶発振器 - Google Patents
周波数温度補償水晶発振器Info
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- JPH02170607A JPH02170607A JP32398588A JP32398588A JPH02170607A JP H02170607 A JPH02170607 A JP H02170607A JP 32398588 A JP32398588 A JP 32398588A JP 32398588 A JP32398588 A JP 32398588A JP H02170607 A JPH02170607 A JP H02170607A
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- Japan
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- frequency
- temperature
- circuit
- oscillation
- crystal
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野）
水晶振動子の周波数温度特性を補償して一定な発振周波
数を出力するように設計された、特に温度制御を目的と
して恒温槽を使用しない周波数温度補償発振器に関する
。
数を出力するように設計された、特に温度制御を目的と
して恒温槽を使用しない周波数温度補償発振器に関する
。
（従来の技術）
高温度の恒温槽に水晶Ｓ＃Ｊ子を内蔵させた高安定恒温
槽水晶発振器は、恒温保持の電力を必要とすること及び
恒温槽そのものが小型化を妨げていることから、特殊な
用途に限定されている。
槽水晶発振器は、恒温保持の電力を必要とすること及び
恒温槽そのものが小型化を妨げていることから、特殊な
用途に限定されている。
この欠点を改善するため、サーミスタ等の感温素子を用
いて、温度−電気抵抗値の変化を電圧−静電容量に変換
して、これを水晶振動子の等価負荷容量の変化として利
用することにより、水晶振動子の周波数温度変化を補償
する小型な非恒温槽型の周波数温度補償水晶発振器（以
下ＴＣＸＯとする）が広く使用されている。
いて、温度−電気抵抗値の変化を電圧−静電容量に変換
して、これを水晶振動子の等価負荷容量の変化として利
用することにより、水晶振動子の周波数温度変化を補償
する小型な非恒温槽型の周波数温度補償水晶発振器（以
下ＴＣＸＯとする）が広く使用されている。
このＴＣＸＯをさらに改良して、水晶振動子固有の周波
数対温度のデータを演算処理してメモリしておき、これ
を周波数温度補償に利用するディジタル周波数温度補償
発掘回器（以下ＤＴＣＸＯとする）が開発されて実用段
階にある。
数対温度のデータを演算処理してメモリしておき、これ
を周波数温度補償に利用するディジタル周波数温度補償
発掘回器（以下ＤＴＣＸＯとする）が開発されて実用段
階にある。
（発明が解決しようとする課Ｍ）
従来、ＴＣＸＯあるいはＤＴＣＸＯの温度検出には、例
えば、サーミスタ、ポジスタ等の感温素子を用いてきて
いるが、測温対象の水晶振動子と必ずしも等価位置で等
価熱容量とすることはできないから、環境温度の急な変
化に対して、どうしても感温素子と水晶振動子との間で
温度差を生じ、周波数温度補償特性の劣化を招いていた
。
えば、サーミスタ、ポジスタ等の感温素子を用いてきて
いるが、測温対象の水晶振動子と必ずしも等価位置で等
価熱容量とすることはできないから、環境温度の急な変
化に対して、どうしても感温素子と水晶振動子との間で
温度差を生じ、周波数温度補償特性の劣化を招いていた
。
また、感温素子は化合物半導体材料を混成焼結して製造
することが多く、その化合物成分の不安定性に起因する
と考えられる経時変化が避けられず、安定性と信頼性を
損ねている。
することが多く、その化合物成分の不安定性に起因する
と考えられる経時変化が避けられず、安定性と信頼性を
損ねている。
これを改善するため、熱電堆などの利用が考えられたが
、低感度と低インピーダンスであることから、現在は殆
ど使用されていない。
、低感度と低インピーダンスであることから、現在は殆
ど使用されていない。
また、半導体材料からなる感温素子は温度に対する抵抗
１１■の変化が指数間数的に大きく変化することから、
単一の素子で温度全域にわたって温度補償することは到
底不可能である。従って、特性の異なる２個ないしは３
個の感温素子を各々分担する狭い温度域に分割して一体
に組合せた回路構成としなけれはならなかった。
１１■の変化が指数間数的に大きく変化することから、
単一の素子で温度全域にわたって温度補償することは到
底不可能である。従って、特性の異なる２個ないしは３
個の感温素子を各々分担する狭い温度域に分割して一体
に組合せた回路構成としなけれはならなかった。
第６図に従来例として、動作温度補償域を３分割してＴ
ＣＬ、ＴＣＭ、ＴＣＨの３つに分担させ、それぞれが可
変容潰素子ＶＣＩ、ＶＣ２、ＶＯ２を制御するＴＣＸＯ
の例を示す。
ＣＬ、ＴＣＭ、ＴＣＨの３つに分担させ、それぞれが可
変容潰素子ＶＣＩ、ＶＣ２、ＶＯ２を制御するＴＣＸＯ
の例を示す。
しかし、この感温素子の特性を要求に合致させることは
極めて難しく、多く素子の中から選別して目的の特性を
持った素子を得るほかはなかった。
極めて難しく、多く素子の中から選別して目的の特性を
持った素子を得るほかはなかった。
従って、回路の調整作業も勢い複雑を極め、コンピュー
タを利用しても、なお調整や測定に長時間かけなければ
ならなかった。
タを利用しても、なお調整や測定に長時間かけなければ
ならなかった。
このようにしても、補償温度全域にわたって周波数偏差
の仕様規格内に温度補償するのは非常に困難になりつつ
あり、新たな技術手段の開発が強く望まれていた。
の仕様規格内に温度補償するのは非常に困難になりつつ
あり、新たな技術手段の開発が強く望まれていた。
ＤＴＣＸＯは、水晶振動子の固有周波数温度特性に一致
させた補償データを基に理想的な周波数温度補償を行い
易い利点があり、理論的には任意の周波数偏差規格内に
補償することができる。
させた補償データを基に理想的な周波数温度補償を行い
易い利点があり、理論的には任意の周波数偏差規格内に
補償することができる。
第７図にスイッチドキャパシタを用いて、最適な補償室
ｊｌｃｎをスイッチングＳｎ （ｎ＝１． ２゜３・・
・＋ｎ）の選択的開閉により温度補償制御するＤＴＣＸ
Ｏの従来例を示す。
ｊｌｃｎをスイッチングＳｎ （ｎ＝１． ２゜３・・
・＋ｎ）の選択的開閉により温度補償制御するＤＴＣＸ
Ｏの従来例を示す。
しかしながら、制御のために行う温度サンプリングの粗
さによって補償する周波数はなかなか平坦とならず、サ
ンプリングの量子化ノイズあるいはジッターが発生する
こと、演算マイクロコンピュータあるいはメモリー等の
多くの半導体素子を含むデジイタルデータ処理回路の消
費電力が比較的大きくなり、小型低消費電力の要求に合
致しないなどの欠点があった。
さによって補償する周波数はなかなか平坦とならず、サ
ンプリングの量子化ノイズあるいはジッターが発生する
こと、演算マイクロコンピュータあるいはメモリー等の
多くの半導体素子を含むデジイタルデータ処理回路の消
費電力が比較的大きくなり、小型低消費電力の要求に合
致しないなどの欠点があった。
本発明は、゛このれらの欠点に鑑みてなされたもので、
小型低消費電力の周波数温度補償水晶発振器をきわめて
高精度かつ高信頼度に達成することを目的とするもので
ある。
小型低消費電力の周波数温度補償水晶発振器をきわめて
高精度かつ高信頼度に達成することを目的とするもので
ある。
（課題を解決するための手段）
辺比（＝＠／厚み）の大きな平板に設計したＡＴカット
水晶基板において、基本波の周波数温度特性と第３次オ
ーバトーンのそれとは切断角度差に換算して約７分程の
差があることがよく知られている。ベベルあるいはカバ
チャ等の外形加工あるいは励振電極寸法等により、この
温度特性の差異はさらに拡大して約１８分の角度差相当
になることが経験的に知られている。
水晶基板において、基本波の周波数温度特性と第３次オ
ーバトーンのそれとは切断角度差に換算して約７分程の
差があることがよく知られている。ベベルあるいはカバ
チャ等の外形加工あるいは励振電極寸法等により、この
温度特性の差異はさらに拡大して約１８分の角度差相当
になることが経験的に知られている。
この温度特性の差は水晶基板設計により一方的に決まり
、周波数調整等の付随の加工処理により変化せず、いわ
ば水晶基板の固有特性とみなすことができるから、この
差異を周波数差として取り出すことにより逆に水晶基板
温度を高精度に検出できろ。
、周波数調整等の付随の加工処理により変化せず、いわ
ば水晶基板の固有特性とみなすことができるから、この
差異を周波数差として取り出すことにより逆に水晶基板
温度を高精度に検出できろ。
本発明は、この原理を応用して水晶基板自体の温度を検
出し、同一水晶基板上にある励振電極対と発振回路とに
接続した温度補償回路の周波数温度補償を行おうとする
ものである。
出し、同一水晶基板上にある励振電極対と発振回路とに
接続した温度補償回路の周波数温度補償を行おうとする
ものである。
すなわち、水晶振動子と発振回路と該水晶振動子の負荷
容量を変化させることにより水晶振動子の周波数温度特
性を補償する温度補償回路とを具イーシてなる周波数温
度補償水晶発振器において、１、水晶振動子の水晶基板
の表裏板面上に互いに独立した３個の励振電極対を、周
波数を常に異なるように配設してその各々に発振回路を
接続し、一の励振電極対に接続した一の発振回路の発振
高調波次数と二の励振電極対に接続した二の発振回路の
発振高調波次数とを異ならしめこれら発振高調波次数の
周波数温度特性の差異に基づく周波数差から水晶基板の
温度を検出して、 三の励振電極対に接続した三の発振回路の温度補償回路
を温度補償制御する手段、 ２、水晶振動子の水晶基板の表裏板面上に互いに独立し
て２個の励Ｗ１電極対を、周波数を常に異なるように配
設して、一方の励振電極対にスイッチング回路を介して
２個の発振回路を接続し、一の発振回路の発振高調波次
数と二の発振回路の発振高調波次数とを異ならしめこれ
ら発振高調波次数の周波数温度特性の差異に基づく周波
数差から水晶基板の温度を検出して、 他方の励振電極対に接続した他の発振回路の温度補償回
路を温度補償制御する手段、 ３、水晶振動子の水晶基板の表裏板面上に互いに独立し
て２個の励振電極対を、周波数を常に異なるように配設
して、一方の励振電極対に２個の発振回路を並列接続し
、 一の発振回路の発振高調波次数と二の発振回路の発振高
調波次数とを異ならしめ同時に発振させて２つの周波数
に分離・出力しこれら発振高調波次数の周波数温度特性
の差異に基づく周波数差から水晶基板の温度を検出して
。
容量を変化させることにより水晶振動子の周波数温度特
性を補償する温度補償回路とを具イーシてなる周波数温
度補償水晶発振器において、１、水晶振動子の水晶基板
の表裏板面上に互いに独立した３個の励振電極対を、周
波数を常に異なるように配設してその各々に発振回路を
接続し、一の励振電極対に接続した一の発振回路の発振
高調波次数と二の励振電極対に接続した二の発振回路の
発振高調波次数とを異ならしめこれら発振高調波次数の
周波数温度特性の差異に基づく周波数差から水晶基板の
温度を検出して、 三の励振電極対に接続した三の発振回路の温度補償回路
を温度補償制御する手段、 ２、水晶振動子の水晶基板の表裏板面上に互いに独立し
て２個の励Ｗ１電極対を、周波数を常に異なるように配
設して、一方の励振電極対にスイッチング回路を介して
２個の発振回路を接続し、一の発振回路の発振高調波次
数と二の発振回路の発振高調波次数とを異ならしめこれ
ら発振高調波次数の周波数温度特性の差異に基づく周波
数差から水晶基板の温度を検出して、 他方の励振電極対に接続した他の発振回路の温度補償回
路を温度補償制御する手段、 ３、水晶振動子の水晶基板の表裏板面上に互いに独立し
て２個の励振電極対を、周波数を常に異なるように配設
して、一方の励振電極対に２個の発振回路を並列接続し
、 一の発振回路の発振高調波次数と二の発振回路の発振高
調波次数とを異ならしめ同時に発振させて２つの周波数
に分離・出力しこれら発振高調波次数の周波数温度特性
の差異に基づく周波数差から水晶基板の温度を検出して
。
他方の励振電極対に接続した他の発振回路の温度補償回
路を温度補償制御する手段、 のいづれかを用いて周波数温度補償水晶発振器を構成す
るものである。
路を温度補償制御する手段、 のいづれかを用いて周波数温度補償水晶発振器を構成す
るものである。
（作用）
一価閏数として温度と一対一に対応した周波数差を検出
するためには、その周波数差を零とするのを避ける必要
があり、発振周波数を適当周波数機だけ予めシフトさせ
ておく必要がある。かつ、検出精度を維持するには励振
電極対相互間の音響的結合による直接干渉を防止しなけ
ればならない。
するためには、その周波数差を零とするのを避ける必要
があり、発振周波数を適当周波数機だけ予めシフトさせ
ておく必要がある。かつ、検出精度を維持するには励振
電極対相互間の音響的結合による直接干渉を防止しなけ
ればならない。
以下、基本波とオーバトーンの場合について詳述する。
一般に、飽和に近い振幅増幅の発振回路は非直線性を有
する。この発振回路に接続された単一励振電極の水晶振
動子が、例えば、整数倍関係にある２共振周波数をもっ
ていると、一方の共振周波数において発振条件を満たし
持続発振を開始すると、他方の共振周波数もこの発振回
路の非直線性を介して結合・付随発振し、その結果、多
重発振あるいは振動レベル変動等の干渉現象が観測され
ることがある。
する。この発振回路に接続された単一励振電極の水晶振
動子が、例えば、整数倍関係にある２共振周波数をもっ
ていると、一方の共振周波数において発振条件を満たし
持続発振を開始すると、他方の共振周波数もこの発振回
路の非直線性を介して結合・付随発振し、その結果、多
重発振あるいは振動レベル変動等の干渉現象が観測され
ることがある。
この干渉を防上するのに、互いの共振周波数を適当な周
波数量だけシフトさせ、かつそれら共振周波数の間に整
数倍関係が成立しないように水晶振動子を設計すること
が最も効果的である。
波数量だけシフトさせ、かつそれら共振周波数の間に整
数倍関係が成立しないように水晶振動子を設計すること
が最も効果的である。
第１ ［ｌ （ｂ ）にＡＴカット等の回転Ｙカットに
切り出された無限平板の水晶基板１を示す。
切り出された無限平板の水晶基板１を示す。
この水晶基板ｌは、電気機械結合係数（以下結合係数と
する）ｋ２６によって、基本波（共Ｓ）周波数と高次高
調波（共ｆｆ１）周波数（以下オーバトーン周波数とす
る）との間には整数倍関係はない。
する）ｋ２６によって、基本波（共Ｓ）周波数と高次高
調波（共ｆｆ１）周波数（以下オーバトーン周波数とす
る）との間には整数倍関係はない。
このことは、文献Ｌｉｎｅａｒ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ ＰｌａｔｅＶｉｂｒａｔｉｏｎｓ、ｂｙ Ｉ（
、Ｆ、Ｔｉｅｒｓｔｅｉｎ（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ
、Ｎ、Ｙ、 １９（３９発行）８９頁に次式として与え
られている。
ｒｉｃ ＰｌａｔｅＶｉｂｒａｔｉｏｎｓ、ｂｙ Ｉ（
、Ｆ、Ｔｉｅｒｓｔｅｉｎ（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ
、Ｎ、Ｙ、 １９（３９発行）８９頁に次式として与え
られている。
即ち、
ｊａｎ ７Ｉｈ＝ ７１ ｈ／（ｋ２ｅ）２（１）ただ
し、ηは音速の周波数分散、ｈは水晶基板厚みの半分を
表す。ちなみに、等方体基板において（すなわちに２６
＝０において）角周波数ω、音速Ｃから η＝ω／Ｃと
して定数表現される。
し、ηは音速の周波数分散、ｈは水晶基板厚みの半分を
表す。ちなみに、等方体基板において（すなわちに２６
＝０において）角周波数ω、音速Ｃから η＝ω／Ｃと
して定数表現される。
また、ε、Ｃ及びｅをそれぞれ水晶基板１の誘電率、弾
性係数及び圧電係数とすると、結合係数１（２６は、 ｋ２ｅ２＝ε２２（Ｃａｅ＋ｅ２ａ２／ε２２）／ｅ２
ｅ２（２）として与えられる。
性係数及び圧電係数とすると、結合係数１（２６は、 ｋ２ｅ２＝ε２２（Ｃａｅ＋ｅ２ａ２／ε２２）／ｅ２
ｅ２（２）として与えられる。
上式（１）の関係を第１図（ａ）に示す。
式（１）の根であって、基本波、第３次オーバトーン、
第５次オーバトーン等を表す周波数変数は、ηｈ１、〃
１１３、ηｈ５、・傘・・となるが、これらの間には本
質的に整数倍関係はない。
第５次オーバトーン等を表す周波数変数は、ηｈ１、〃
１１３、ηｈ５、・傘・・となるが、これらの間には本
質的に整数倍関係はない。
しかし、実際には、寸法が有限な水晶基板面上に部分励
振電極対を設けるから、励Ｓ電極を付加したときのいわ
ゆる質量付加効果による周波数低下ｍ＜プレートバック
Ｉｉ）が基本波とオーバ） −ンとで異なり、かつ結合
係数が比較的小さいことから、これらの間に整数倍関係
が成立することがある。このような場合、常に非整数倍
関係となるよう適当なプレートバック量に設計する必要
かある。
振電極対を設けるから、励Ｓ電極を付加したときのいわ
ゆる質量付加効果による周波数低下ｍ＜プレートバック
Ｉｉ）が基本波とオーバ） −ンとで異なり、かつ結合
係数が比較的小さいことから、これらの間に整数倍関係
が成立することがある。このような場合、常に非整数倍
関係となるよう適当なプレートバック量に設計する必要
かある。
さらに、水晶振動子の負荷容量の変化に対して周囲温度
の変化が重畳することも考慮して、常に非整数倍関係を
維持できるように周波数差に余裕を持たせ、水晶振動子
及び発振回路を設計しなければならない。
の変化が重畳することも考慮して、常に非整数倍関係を
維持できるように周波数差に余裕を持たせ、水晶振動子
及び発振回路を設計しなければならない。
以上のようにして、水晶基板上において音響的結合によ
る直接干渉を防止できる。
る直接干渉を防止できる。
第２図（ａ）に、同一のＡＴカット水晶賑動子を基本波
あるいは第３次オーバトーンで測定した周波数温度特性
を示す。これは、平板設計の１０ＭＩ（ｚ近傍の水晶振
動子の場合であって、基本波と第３次オーバトーンで約
７分の方向角に相当する周波数温度特性の差異がある。
あるいは第３次オーバトーンで測定した周波数温度特性
を示す。これは、平板設計の１０ＭＩ（ｚ近傍の水晶振
動子の場合であって、基本波と第３次オーバトーンで約
７分の方向角に相当する周波数温度特性の差異がある。
この水晶振動子を別々な発振回路に接続して周波数温度
特性を測定すると、それぞれＦｌ、Ｆ３が得られ、同図
（ａ）の基板温度と周波数偏差との関係が得られる。
特性を測定すると、それぞれＦｌ、Ｆ３が得られ、同図
（ａ）の基板温度と周波数偏差との関係が得られる。
これから、周波数差ΔＦ：Ｆ３−３零Ｆｌ を求めて
周波数偏差としてこれを縦軸にとり、横軸の温度との間
で２次子面座標上に表したのが第２図（ｂ）のグラフで
ある。
周波数偏差としてこれを縦軸にとり、横軸の温度との間
で２次子面座標上に表したのが第２図（ｂ）のグラフで
ある。
この周波数差ΔＦと基板温度の関係が一価関数、なかん
ずく動作温度範囲内の広い領域において、単調増加の直
線に近い関係が得られ一体一の対応関係があるから、こ
のΔＦから基板温度を周波数差として正確に知ることが
できる。
ずく動作温度範囲内の広い領域において、単調増加の直
線に近い関係が得られ一体一の対応関係があるから、こ
のΔＦから基板温度を周波数差として正確に知ることが
できる。
そして、第３図、第４図あるいは第５図の周波数電圧変
換回路ＦＶへこの周波数差ΔＦを入力して補償電圧■に
変換するが、このとき同図の温度補償回路ＴＣに人力し
て周波数温度補償を行うのに適した温度関数値の補償電
圧でなければならないから、例えば、Ｌ記周波数電圧変
換回路ＦＶに内蔵された図示していないアナログディジ
タル変換回路Ａ／Ｄ等で所望の変換が行われる。
換回路ＦＶへこの周波数差ΔＦを入力して補償電圧■に
変換するが、このとき同図の温度補償回路ＴＣに人力し
て周波数温度補償を行うのに適した温度関数値の補償電
圧でなければならないから、例えば、Ｌ記周波数電圧変
換回路ＦＶに内蔵された図示していないアナログディジ
タル変換回路Ａ／Ｄ等で所望の変換が行われる。
上記説明において、便宜上、ＡＴカット水晶振動子の場
合とし・たが、発振高調波次数の差異によって周波数温
度特性が異なる撮動姿態であるならば、ＡＴカットの対
称撮動姿態に限定されることなく他の撮動ＷＢにおいて
も同様に本発明を適用できることは云うまでもない。
合とし・たが、発振高調波次数の差異によって周波数温
度特性が異なる撮動姿態であるならば、ＡＴカットの対
称撮動姿態に限定されることなく他の撮動ＷＢにおいて
も同様に本発明を適用できることは云うまでもない。
例えば、ＡＴカット振動姿態に類似したＢＴカット水晶
遼勤子、あるいはＡＴカットの斜対称振動姿態等のイン
ハーモニック振動姿態等を利用する水晶振動子等におい
て、発振高調波次数の差異に基づく周波数温度特性の差
が同様に認められるから、これら振動姿態の水晶振動子
に対しても本発明を実施することができる。
遼勤子、あるいはＡＴカットの斜対称振動姿態等のイン
ハーモニック振動姿態等を利用する水晶振動子等におい
て、発振高調波次数の差異に基づく周波数温度特性の差
が同様に認められるから、これら振動姿態の水晶振動子
に対しても本発明を実施することができる。
また、基本波と第３次オーバトーンに限定される必要は
なく、任意に高調波次数を設定できることは言うまでも
ない。
なく、任意に高調波次数を設定できることは言うまでも
ない。
（実施例）
第３図（ａ）は３個の励振電極対を配設した水晶基板２
を用いた水晶振動子である。同図（ｂ）はその水晶基板
２を接続して周波数温度補償発掘回路とした本発明の一
実施例である。
を用いた水晶振動子である。同図（ｂ）はその水晶基板
２を接続して周波数温度補償発掘回路とした本発明の一
実施例である。
励振電極３ａｌ、３ａ２は、基本波発振回路Ｏ８１に接
続され、基本波周波数Ｆｌが出力される。
続され、基本波周波数Ｆｌが出力される。
これを逓倍回路ＭＦにより３木Ｆ１とする。励振電極３
ｔ）１．３ ｂ ２は、第３次オーバトーン発振回路Ｏ
８３に接続されＦ３を出力し、これは周波数差検出回路
ＰＤに人力される。周波数差検出回路ＰＤにはすでに３
木Ｆ１が別に人力されているから、これとの周波数差Δ
Ｆを出力する。このΔＦは周波数電圧変換回路ＦＶで補
償電圧■に変換されて、基本波発振回路ＯＳ２と励振電
極３ｃｌ、３ｃ２とに接続された温度補償回路ＴＣに人
力される。
ｔ）１．３ ｂ ２は、第３次オーバトーン発振回路Ｏ
８３に接続されＦ３を出力し、これは周波数差検出回路
ＰＤに人力される。周波数差検出回路ＰＤにはすでに３
木Ｆ１が別に人力されているから、これとの周波数差Δ
Ｆを出力する。このΔＦは周波数電圧変換回路ＦＶで補
償電圧■に変換されて、基本波発振回路ＯＳ２と励振電
極３ｃｌ、３ｃ２とに接続された温度補償回路ＴＣに人
力される。
その結果、最終的に周波数温度補償された周波数Ｆ２が
発振回路ＯＳ２から得られることになる。
発振回路ＯＳ２から得られることになる。
第４図（ａ）は２個の励振電極対５ａ、５ｂを配設した
水晶基板４を、同図（ｂ）はこの水晶振動子を構成素子
とする本発明の他の実施例を示す。
水晶基板４を、同図（ｂ）はこの水晶振動子を構成素子
とする本発明の他の実施例を示す。
励振電極５ａＬ５ａ２に接続したスイッチング回路ＳＷ
で基本波発振回路Ｏ９Ｉあるいはオーバトーン発振回路
Ｏ９３に切り替えて、交互に基本波とオーバトーンとに
共振させ、同図（Ｃ）及び（ｅ）に示すそれぞれ周波数
Ｆｌ’ Ｆ３’を間欠発振させるものである。
で基本波発振回路Ｏ９Ｉあるいはオーバトーン発振回路
Ｏ９３に切り替えて、交互に基本波とオーバトーンとに
共振させ、同図（Ｃ）及び（ｅ）に示すそれぞれ周波数
Ｆｌ’ Ｆ３’を間欠発振させるものである。
しかし、画周波数を比較するため、Ｆｌ’は３逓ｆ８・
同期遅延回路ＭＦを経由させ、同図（ｄ）に示す３零Ｆ
ｌの連続波形とする。使方、Ｆ３’は同期遅延回路ＤＬ
を経由させ同図（ｆ）に示すＦ３の連続波形とする。こ
れらを周波数差検出回路ＰＤに人力し周波数差ΔＦ＝Ｆ
３−３零Ｆｌを出力させるが、これらは間欠周期に同期
している波形比較であるため、同図（ｇ）に示すように
同期毎に位相ジッターが発生する。これを改善するには
、第４図（ｂ）の低周波フィルタ整形回路ＦＩ７におい
て、整形と同時に同期信号回路ＳＰを経由させ、出力し
た同期信号Ｃによりスイッチング回路ＳＷの切り替えを
同期さて解決している。
同期遅延回路ＭＦを経由させ、同図（ｄ）に示す３零Ｆ
ｌの連続波形とする。使方、Ｆ３’は同期遅延回路ＤＬ
を経由させ同図（ｆ）に示すＦ３の連続波形とする。こ
れらを周波数差検出回路ＰＤに人力し周波数差ΔＦ＝Ｆ
３−３零Ｆｌを出力させるが、これらは間欠周期に同期
している波形比較であるため、同図（ｇ）に示すように
同期毎に位相ジッターが発生する。これを改善するには
、第４図（ｂ）の低周波フィルタ整形回路ＦＩ７におい
て、整形と同時に同期信号回路ＳＰを経由させ、出力し
た同期信号Ｃによりスイッチング回路ＳＷの切り替えを
同期さて解決している。
第５図（ａ）は、第３図（ａ）の水晶基板を利用して周
波数温度補償を行う本発明の他の実施例である。励振電
極５ａｌ、５ａ２に、低周波フィルタＬＰに直列接続し
た基本波発振回路Ｏ９４と、オーバトーン発振回路Ｏ３
５とが並列に接続されて、同時に２周波数で発振し、そ
れぞれ周波数Ｆ１、Ｆ３を分離・出力している。
波数温度補償を行う本発明の他の実施例である。励振電
極５ａｌ、５ａ２に、低周波フィルタＬＰに直列接続し
た基本波発振回路Ｏ９４と、オーバトーン発振回路Ｏ３
５とが並列に接続されて、同時に２周波数で発振し、そ
れぞれ周波数Ｆ１、Ｆ３を分離・出力している。
この第５図の実施例において、基本波Ｆｌとオーバトー
ンＦ３は励振電極５ ａ ！、５ａ２に共存しているが
、あらゆる場合において音響的結合による直接干渉を生
じさせないことが重要である。
ンＦ３は励振電極５ ａ ！、５ａ２に共存しているが
、あらゆる場合において音響的結合による直接干渉を生
じさせないことが重要である。
温度検出以後の機能は、第３図の実施例と同一であり説
明は省略する。
明は省略する。
上記実施例において、発振高調波次数を基本波と第３次
オーバトーンとしたが、これに限定されることなく任意
の高調波次数を選択可能であることは明かである。
オーバトーンとしたが、これに限定されることなく任意
の高調波次数を選択可能であることは明かである。
また、上記実施例において、周波数逓倍の手段を利用し
た場合としたが、周波数逓降の手段も利用可能であるこ
とは云うまでもない。
た場合としたが、周波数逓降の手段も利用可能であるこ
とは云うまでもない。
（効果）
上記のように構成された周波数温度補償発振器は、周波
数温度補償するための水晶基板の励振電極対と水晶基板
の温度検出するための励振電極対とが同一基板上に配設
されており、かつ同一振動姿態であることから、まさに
水晶基板の温度検出そのものであるから原理的に水晶振
動子と温度検出の間に差は発生しない。
数温度補償するための水晶基板の励振電極対と水晶基板
の温度検出するための励振電極対とが同一基板上に配設
されており、かつ同一振動姿態であることから、まさに
水晶基板の温度検出そのものであるから原理的に水晶振
動子と温度検出の間に差は発生しない。
高調波次数の差異による周波数温度特性の差異は水晶基
板だけにに基づくものであり、水晶基板の設計が決定さ
れると、水晶基板の結晶安定性とほぼ同等な意味合にお
いて基板固有の安定した周波数温度特性を一方的に得ら
れるものであるから、その他の要因をほとんど考慮する
必要がない。つまり、温度検出精度の点において、周波
数温度補償の経時的安定性と温度特性の再現性を保証し
製品の信頼性を裏付けることができる。
板だけにに基づくものであり、水晶基板の設計が決定さ
れると、水晶基板の結晶安定性とほぼ同等な意味合にお
いて基板固有の安定した周波数温度特性を一方的に得ら
れるものであるから、その他の要因をほとんど考慮する
必要がない。つまり、温度検出精度の点において、周波
数温度補償の経時的安定性と温度特性の再現性を保証し
製品の信頼性を裏付けることができる。
さらに、温度検出の周波数差は高精度なデータそのもの
であるから、はるかに滑らかな高精度温度補償制御が可
能となる。従来のＤ １’ ＣＸ Ｏにとってその発生
と抑制が困難な低ノイズ化、並びに装置全体の低電力消
費と小型化に対して非常に有利に資するものである。
であるから、はるかに滑らかな高精度温度補償制御が可
能となる。従来のＤ １’ ＣＸ Ｏにとってその発生
と抑制が困難な低ノイズ化、並びに装置全体の低電力消
費と小型化に対して非常に有利に資するものである。
第２図は水晶基板の周波数温度特性の説明図、第１閏は
無限の水晶基板の高次高調波の関係説明図及び水晶基板
斜視図、第３図は本発明の一実施例を示す基板斜視図及
びその構成回路図、第４図は本発明の他の実施例を示す
基板斜視図及びその構成回路図と動作説明図、第５図は
他の実施例の構成回路図及び動作説明図、第６図は従来
例のＴＣｘＯ機能説明図、そして第７図は従来例のＤＴ
ＣＫＯ機能説明図をそれぞれ示す。 １、 ２． ４・・・水晶基板 ３ａ、 ３ｂ、 ３ｃ、５ａ、５ｂ＝励振電極対０
８１−Ｏ８５，ＯＳＣ・・争・・発振回路ＭＦ・・・周
波数逓倍回路 ＰＤ・・・周波数差検出回路 ＦＶ・・・周波数電圧変換回路 ＴＣ，ＴＣＬ−ＴＣＨ・・温度補償回路ＤＬ・・・遅延
・同期回路 ＦＬ・・・フィルタ・同期回路 ＳＰ・・・同期信号発生回路 Ｌ ｐ・・・低域通過フィルタ ＳＷ・・・スイッチング回路 Ａ／Ｄ・・Ａ−Ｄ変換回路 Ｘ・・・・水晶黒動子 ＶＣＩ−ＶＣ３◆・・可変容量ダイオード第１！！！ ｙ 、 ｔａｎ 、７ｈ （ｂ） 第４図 第３図 （ａ） （ｂ） 第４１！！ｌＦ
無限の水晶基板の高次高調波の関係説明図及び水晶基板
斜視図、第３図は本発明の一実施例を示す基板斜視図及
びその構成回路図、第４図は本発明の他の実施例を示す
基板斜視図及びその構成回路図と動作説明図、第５図は
他の実施例の構成回路図及び動作説明図、第６図は従来
例のＴＣｘＯ機能説明図、そして第７図は従来例のＤＴ
ＣＫＯ機能説明図をそれぞれ示す。 １、 ２． ４・・・水晶基板 ３ａ、 ３ｂ、 ３ｃ、５ａ、５ｂ＝励振電極対０
８１−Ｏ８５，ＯＳＣ・・争・・発振回路ＭＦ・・・周
波数逓倍回路 ＰＤ・・・周波数差検出回路 ＦＶ・・・周波数電圧変換回路 ＴＣ，ＴＣＬ−ＴＣＨ・・温度補償回路ＤＬ・・・遅延
・同期回路 ＦＬ・・・フィルタ・同期回路 ＳＰ・・・同期信号発生回路 Ｌ ｐ・・・低域通過フィルタ ＳＷ・・・スイッチング回路 Ａ／Ｄ・・Ａ−Ｄ変換回路 Ｘ・・・・水晶黒動子 ＶＣＩ−ＶＣ３◆・・可変容量ダイオード第１！！！ ｙ 、 ｔａｎ 、７ｈ （ｂ） 第４図 第３図 （ａ） （ｂ） 第４１！！ｌＦ
Claims (3)
- （１）水晶振動子と発振回路と該水晶振動子の負荷容量
を変化させることにより水晶振動子の周波数温度特性を
補償する温度補償回路とを具備してなる周波数温度補償
水晶発振器において、 水晶振動子の水晶基板（２）の表裏板面上に互いに独立
した３個の励振電極対（３ａ、３ｂ、３ｃ）を、周波数
を常に異なるように配設してその各々に発振回路を接続
し、 一の励振電極対（３ａ）に接続した一の発振回路（ＯＳ
１）の発振高調波次数と二の励振電極対（３ｂ）に接続
した二の発振回路（ＯＳ３）の発振高調波次数とを異な
らしめこれら発掘高調波次数の周波数温度特性の差異に
基づく周波数差から水晶基板（２）の温度を検出して、 三の励振電極対（３ｃ）に接続した三の発振回路（ＯＳ
２）の温度補償回路（ＴＣ）を温度補償制御するように
したことを特徴とする周波数温度補償水晶発振器。 - （２）水晶振動子と発振回路と該水晶振動子の負荷容量
を変化させることにより水晶振動子の周波数温度特性を
補償する温度補償回路とを具備してなる周波数温度補償
水晶発振器において、 水晶基板（４）の表裏板面上に互いに独立して２個の励
振電極対（５ａ、５ｂ）を、周波数を常に異なるように
配設して一方の励振電極対（５ａ）にスイッチング回路
（ＳＷ）を介して２個の発振回路を接続し、 一の発振回路（ＯＳ１）の発振高調波次数と二の発振回
路（ＯＳ３）の発掘高調波次数とを異ならしめこれら発
振高調波次数の周波数温度特性の差異に基づく周波数差
から水晶基板（４）の温度を検出して、 他方の励振電極対（５ｂ）に接続した他の発振回路（Ｏ
Ｓ２）の温度補償回路（ＴＣ）を温度補償制御するよう
にしたことを特徴とする周波数温度補償水晶発振器。 - （３）水晶振動子と発振回路と該水晶振動子の負荷容量
を変化させることにより水晶振動子の周波数温度特性を
補償する温度補償回路とを具備してなる周波数温度補償
水晶発振器において、 水晶基板（４）の一方の励振電極対（５ａ）に２個の発
振回路を並列接続し、 一の発振回路（ＯＳ１）の発振高調波次数と二の発振回
路（ＯＳ３）の発振高調波次数とを異ならしめこれらを
同時に発振させて２つの周波数に分離・出力しこれら発
振高調波次数の周波数温度特性の差異に基づく周波数差
から水晶基板（４）の温度を検出して、 他方の励振電極対（５ｂ）に接続した他の発振回路（Ｏ
Ｓ２）の温度補償回路（ＴＣ）を温度補償制御するよう
にしたことを特徴とする周波数温度補償水晶発掘器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32398588A JPH02170607A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 周波数温度補償水晶発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32398588A JPH02170607A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 周波数温度補償水晶発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02170607A true JPH02170607A (ja) | 1990-07-02 |
Family
ID=18160835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32398588A Pending JPH02170607A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 周波数温度補償水晶発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02170607A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008066799A (ja) * | 2006-09-04 | 2008-03-21 | Seiko Instruments Inc | 発振器 |
| JP2012160790A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 発振装置 |
| JP2013051677A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-03-14 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 水晶発振器 |
| JP2014062812A (ja) * | 2012-09-21 | 2014-04-10 | Fujitsu Ltd | 温度センサー及び温度補償発振器 |
| JP2014533015A (ja) * | 2011-10-31 | 2014-12-08 | アンハーモニック ビー．ヴイ．Ａｎｈａｒｍｏｎｉｃ Ｂ．Ｖ． | 電子発振回路 |
| WO2018087978A1 (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | 日本電波工業株式会社 | 温度検出装置 |
-
1988
- 1988-12-22 JP JP32398588A patent/JPH02170607A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008066799A (ja) * | 2006-09-04 | 2008-03-21 | Seiko Instruments Inc | 発振器 |
| JP2012160790A (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 発振装置 |
| JP2013051677A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-03-14 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 水晶発振器 |
| JP2014533015A (ja) * | 2011-10-31 | 2014-12-08 | アンハーモニック ビー．ヴイ．Ａｎｈａｒｍｏｎｉｃ Ｂ．Ｖ． | 電子発振回路 |
| JP2014062812A (ja) * | 2012-09-21 | 2014-04-10 | Fujitsu Ltd | 温度センサー及び温度補償発振器 |
| US9464943B2 (en) | 2012-09-21 | 2016-10-11 | Fujitsu Limited | Temperature sensor and temperature compensation oscillator |
| WO2018087978A1 (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | 日本電波工業株式会社 | 温度検出装置 |
| JP2018080921A (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 日本電波工業株式会社 | 温度検出装置 |
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