JPH1141032A - 水晶発振子の温度制御装置 - Google Patents
水晶発振子の温度制御装置Info
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- JPH1141032A JPH1141032A JP19732397A JP19732397A JPH1141032A JP H1141032 A JPH1141032 A JP H1141032A JP 19732397 A JP19732397 A JP 19732397A JP 19732397 A JP19732397 A JP 19732397A JP H1141032 A JPH1141032 A JP H1141032A
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Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】安価で簡易な装置によって水晶発振子の周波数
変動を０．１〜０．２ｐｐｍまで向上させる。 【解決手段】水晶発振子１０のケーシング外壁に密着す
る熱の良導体２の外面に温度センサ３及び電気ヒータ５
を貼着し、水晶発振子の温度設定値と前記温度センサの
測定値との偏差を零にするように前記電気ヒータの加熱
量を操作するヒータ制御装置６を備える。
変動を０．１〜０．２ｐｐｍまで向上させる。 【解決手段】水晶発振子１０のケーシング外壁に密着す
る熱の良導体２の外面に温度センサ３及び電気ヒータ５
を貼着し、水晶発振子の温度設定値と前記温度センサの
測定値との偏差を零にするように前記電気ヒータの加熱
量を操作するヒータ制御装置６を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水晶発振子の温度制
御装置に関する。
御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水晶振動子は、水晶の結晶から一定の方
位に切り出した板又は棒状の水晶片からなる圧電振動子
の一種であって、水晶の結晶の機械的な共振振動を圧電
現象を介して安定的な電気振動として取り出す電子部品
である。その共振現象は、水晶板の機械的な共振現象か
ら水晶板の圧電性を利用して電気的な共振現象として現
れるものである。
位に切り出した板又は棒状の水晶片からなる圧電振動子
の一種であって、水晶の結晶の機械的な共振振動を圧電
現象を介して安定的な電気振動として取り出す電子部品
である。その共振現象は、水晶板の機械的な共振現象か
ら水晶板の圧電性を利用して電気的な共振現象として現
れるものである。
【０００３】この水晶振動子を共振回路に使用した水晶
発振子は、弾性共振を利用してきわめて正確に一定な周
波数の電気振動を発生させる。発振周波数は水晶振動子
の固有振動数に近く、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚのものを
製作することができる。このような水晶発振子（信号発
生回路）は、各種の通信用、放送用高周波の主発振器と
して、あらゆる電子回路で必ずといってよいほど使用さ
れている。水晶振動子が周波数の標準として広く用いら
れる理由は、周波数−温度特性がほかの電子部品に比べ
て優れているからである。このような発振回路で最も重
要な項目は、発振周波数の範囲と周波数変動精度であ
る。
発振子は、弾性共振を利用してきわめて正確に一定な周
波数の電気振動を発生させる。発振周波数は水晶振動子
の固有振動数に近く、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚのものを
製作することができる。このような水晶発振子（信号発
生回路）は、各種の通信用、放送用高周波の主発振器と
して、あらゆる電子回路で必ずといってよいほど使用さ
れている。水晶振動子が周波数の標準として広く用いら
れる理由は、周波数−温度特性がほかの電子部品に比べ
て優れているからである。このような発振回路で最も重
要な項目は、発振周波数の範囲と周波数変動精度であ
る。
【０００４】従来より、いくつかの温度補正技術も考え
られているが、使用周波数帯の幅に余裕があり使用温度
範囲も狭かった時代には、温度変化によって生ずる周波
数変動が数ｐｐｍ程度の特性変化は無視しても、実用上
の支障がないものが大半であった。近年、移動体通信等
の使用が飛躍的に伸び、使用周波数帯の幅が狭くなり、
また機器類の使用温度範囲が広がったことにより水晶発
振子の周波数のズレ（変化）の許容幅が少くなってきて
いる。一方、携帯用電話器（ＰＨＳ）等の急速な市場の
拡大により、水晶発振子の温度特性を補償する安価で確
実な技術が要求されている。
られているが、使用周波数帯の幅に余裕があり使用温度
範囲も狭かった時代には、温度変化によって生ずる周波
数変動が数ｐｐｍ程度の特性変化は無視しても、実用上
の支障がないものが大半であった。近年、移動体通信等
の使用が飛躍的に伸び、使用周波数帯の幅が狭くなり、
また機器類の使用温度範囲が広がったことにより水晶発
振子の周波数のズレ（変化）の許容幅が少くなってきて
いる。一方、携帯用電話器（ＰＨＳ）等の急速な市場の
拡大により、水晶発振子の温度特性を補償する安価で確
実な技術が要求されている。
【０００５】水晶発振子の周波数安定方法は基本的に水
晶発振子の温度特性を補正することにつきる。一般的
に、水晶の温度特性は図４に曲線３１で示すように三次
曲線状をした特性を持ち、水晶の結晶軸方向の切断の方
向で温度特性の違いがあるが、この三次曲線状の温度特
性そのものをなくすることはできない。そこで、水晶発
振子の周波数の温度による変化を防止するには、次の手
段が用いられている。
晶発振子の温度特性を補正することにつきる。一般的
に、水晶の温度特性は図４に曲線３１で示すように三次
曲線状をした特性を持ち、水晶の結晶軸方向の切断の方
向で温度特性の違いがあるが、この三次曲線状の温度特
性そのものをなくすることはできない。そこで、水晶発
振子の周波数の温度による変化を防止するには、次の手
段が用いられている。
【０００６】（ａ）恒温槽（ＯＶＥＮ）を用いて水晶発
振子を一定温度に保つ技術。周波数の安定を特に求めら
れる送信機等の場合には、水晶発振子を約６０℃の一定
温度に加熱した恒温槽に入れて温度を一定に保持し、温
度の変化による特性変化をゼロにする。この技術は、Ｏ
ＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣｒｙｓｔａｌＯ
ｓｃｉｌａｔｏｒ）と呼ばれている。このような技術は
例えば特開平７−５０５２３号公報など種々開発されて
おり、高級な用途には理想的であるが、恒温槽の価格は
高級なものは数万円から十万円以上であり、非常に高価
であるという欠点がある。
振子を一定温度に保つ技術。周波数の安定を特に求めら
れる送信機等の場合には、水晶発振子を約６０℃の一定
温度に加熱した恒温槽に入れて温度を一定に保持し、温
度の変化による特性変化をゼロにする。この技術は、Ｏ
ＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣｒｙｓｔａｌＯ
ｓｃｉｌａｔｏｒ）と呼ばれている。このような技術は
例えば特開平７−５０５２３号公報など種々開発されて
おり、高級な用途には理想的であるが、恒温槽の価格は
高級なものは数万円から十万円以上であり、非常に高価
であるという欠点がある。
【０００７】（ｂ）直列、並列共振回路を形成し、水晶
発振子の温度特性と逆傾向の補償回路を形成して温度に
よる周波数変化をキャンセルする技術。例えば図４に示
す曲線３２のような、曲線３１と逆特性を有する補償回
路を付加して、周波数変化を相殺しようとするものであ
る。これに対応して開発されたのがＮＴＣサーミスタ
（又はコンデンサ）と抵抗を用いた補償回路網で、ＴＣ
ＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）回路と呼ばれ
ている。このＴＣＸＯ回路の価格は数百円程度である。
ＴＣＸＯを高級化した高価な製品では−１０℃〜＋６０
℃における周波数変化率が１ｐｐｍ以下の製品が市場に
出ているがコストパフォーマンスが充分ではない。
発振子の温度特性と逆傾向の補償回路を形成して温度に
よる周波数変化をキャンセルする技術。例えば図４に示
す曲線３２のような、曲線３１と逆特性を有する補償回
路を付加して、周波数変化を相殺しようとするものであ
る。これに対応して開発されたのがＮＴＣサーミスタ
（又はコンデンサ）と抵抗を用いた補償回路網で、ＴＣ
ＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）回路と呼ばれ
ている。このＴＣＸＯ回路の価格は数百円程度である。
ＴＣＸＯを高級化した高価な製品では−１０℃〜＋６０
℃における周波数変化率が１ｐｐｍ以下の製品が市場に
出ているがコストパフォーマンスが充分ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の水晶発振回路の
温度特性は、温度範囲が−１０℃〜＋６０℃における周
波数変化率ｐｐｍが概ね表１に示すようなものである。
温度特性は、温度範囲が−１０℃〜＋６０℃における周
波数変化率ｐｐｍが概ね表１に示すようなものである。
【０００９】
【表１】
【００１０】本発明は恒温槽などの高価な装置を用いる
ことなく、従来よりも温度による周波数数変動が少な
く、移動通信装置などに十分な信頼性を付与することが
できる、安価な水晶発振子の温度制御装置を提供するこ
とを目的とする。
ことなく、従来よりも温度による周波数数変動が少な
く、移動通信装置などに十分な信頼性を付与することが
できる、安価な水晶発振子の温度制御装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、水晶発振子の
温度による特性変動を防止する技術であり、基本的には
温度を一定にする技術に属する。その技術手段は、水晶
発振子のケーシング外壁に外嵌して密着する形状を有
し、外面に温度センサ及び電気ヒータを貼着した熱の良
導体の板体からなる温度調節部材と、水晶発振子の温度
設定値と前記温度センサの測定値との偏差を零にするよ
うに前記電気ヒータの加熱量を操作するヒータ制御装置
とから構成されていることを特徴とする水晶発振子の温
度制御装置である。
温度による特性変動を防止する技術であり、基本的には
温度を一定にする技術に属する。その技術手段は、水晶
発振子のケーシング外壁に外嵌して密着する形状を有
し、外面に温度センサ及び電気ヒータを貼着した熱の良
導体の板体からなる温度調節部材と、水晶発振子の温度
設定値と前記温度センサの測定値との偏差を零にするよ
うに前記電気ヒータの加熱量を操作するヒータ制御装置
とから構成されていることを特徴とする水晶発振子の温
度制御装置である。
【００１２】本発明では水晶発振子のケーシングに密着
する簡易で安価な温度調節部材を用い、これに直接ヒー
タと温度センサを取り付け、水晶発振子のケーシングを
一定温度に保つことにより、恒温槽を使用せず、所望の
周波数精度と温度変化に対する安定性が得られた。温度
調節部材は、銅、アルミニウム又はこれらの合金等、熱
伝導率の大きい材料を用いる。鋼板、ステンレス鋼板を
用いても良い。この温度調節部材を水晶発振子のケーシ
ングの外面とほぼ等しい内面プロフィールを有するＵ字
形又は筒形のキャップに成形し、内面にシリコンオイル
等を塗布して水晶発振子のケーシングにかぶせることに
より容易に密着し、両者間にほとんど温度差を生じな
い。
する簡易で安価な温度調節部材を用い、これに直接ヒー
タと温度センサを取り付け、水晶発振子のケーシングを
一定温度に保つことにより、恒温槽を使用せず、所望の
周波数精度と温度変化に対する安定性が得られた。温度
調節部材は、銅、アルミニウム又はこれらの合金等、熱
伝導率の大きい材料を用いる。鋼板、ステンレス鋼板を
用いても良い。この温度調節部材を水晶発振子のケーシ
ングの外面とほぼ等しい内面プロフィールを有するＵ字
形又は筒形のキャップに成形し、内面にシリコンオイル
等を塗布して水晶発振子のケーシングにかぶせることに
より容易に密着し、両者間にほとんど温度差を生じな
い。
【００１３】前記温度調節部材はその外面全体を密に覆
う断熱被覆を備えることによって、温度を一定に保つこ
とがさらに容易になり好ましい。さらに、本発明の推奨
発振子の温度制御装置は前記水晶発振子が基板上に形成
されている形式の基板では、スルーホールを備えた基板
よりも脚からの放熱の影響が少なく、周波数変動が小さ
くなるという効果がある。
う断熱被覆を備えることによって、温度を一定に保つこ
とがさらに容易になり好ましい。さらに、本発明の推奨
発振子の温度制御装置は前記水晶発振子が基板上に形成
されている形式の基板では、スルーホールを備えた基板
よりも脚からの放熱の影響が少なく、周波数変動が小さ
くなるという効果がある。
【００１４】また、水晶発振子の温度特性がオーブンコ
ントロール温度近傍で変曲点をもつ曲線を有する水晶発
振子が特に有効な効果を示す。
ントロール温度近傍で変曲点をもつ曲線を有する水晶発
振子が特に有効な効果を示す。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は実施例のブロック図、図２は
実施例の断面図、図３は別の実施例の断面図である。本
発明の水晶発振子の温度制御装置は温度調節部材１とヒ
ータ制御装置６とから構成される。温度調節部材１は、
水晶発振子１０のケーシングに外嵌密着するＵ字状又は
筒状のキャップのように形成された熱の良導体２と、そ
の外面に貼着された温度センサ３及び電気ヒータ５とか
ら成るものである。温度センサ３はエポキシ樹脂等を用
いて貼着する。温度センサ３としてサーミスタを用い、
電気ヒータ５にはパワートランジスタを用いた。電気ヒ
ータ５は同じくエポキシ樹脂等により貼着している。な
お、電気ヒータ５と温度センサ３を一体にして取りつけ
ることも可能である。
の形態を説明する。図１は実施例のブロック図、図２は
実施例の断面図、図３は別の実施例の断面図である。本
発明の水晶発振子の温度制御装置は温度調節部材１とヒ
ータ制御装置６とから構成される。温度調節部材１は、
水晶発振子１０のケーシングに外嵌密着するＵ字状又は
筒状のキャップのように形成された熱の良導体２と、そ
の外面に貼着された温度センサ３及び電気ヒータ５とか
ら成るものである。温度センサ３はエポキシ樹脂等を用
いて貼着する。温度センサ３としてサーミスタを用い、
電気ヒータ５にはパワートランジスタを用いた。電気ヒ
ータ５は同じくエポキシ樹脂等により貼着している。な
お、電気ヒータ５と温度センサ３を一体にして取りつけ
ることも可能である。
【００１６】温度調節部材１は水晶発振子１０のケーシ
ングに密着しており、両者は同一温度となっている。温
度センサ３の測定値は信号４としてヒータ制御装置６に
入力され、ヒータ制御装置６は温度設定値と温度センサ
３の測定値との偏差を零にするように電流７を供給し、
電気ヒータ５の加熱量を操作する。温度設定値は例えば
６０℃に設定し、ヒータ制御装置６は電気ヒータ５の出
力を増減して温度調節部材１の温度を上記目標温度（設
定値６０℃）に一致させる。このことにより、周辺環境
温度が変化しても水晶発振子１０のケーシングの温度を
一定に保つ。水晶発振子１０は内部が高真空となってお
り、ケーシングの外面温度を上記のように管理すること
によって十分な精度の特性保持を達成することができ
る。電源はヒータ制御装置６、発振回路２０に電源入力
２１、２２を供給し、水晶発振子１０は一定周波数の出
力２３を発振回路２０に与え、発振回路２０は発信周波
数出力２４を出力する。図１、図２に示す装置により水
晶発振子の温度を一定温度に保つことができ、精度の高
い出力２４を得ることができる。
ングに密着しており、両者は同一温度となっている。温
度センサ３の測定値は信号４としてヒータ制御装置６に
入力され、ヒータ制御装置６は温度設定値と温度センサ
３の測定値との偏差を零にするように電流７を供給し、
電気ヒータ５の加熱量を操作する。温度設定値は例えば
６０℃に設定し、ヒータ制御装置６は電気ヒータ５の出
力を増減して温度調節部材１の温度を上記目標温度（設
定値６０℃）に一致させる。このことにより、周辺環境
温度が変化しても水晶発振子１０のケーシングの温度を
一定に保つ。水晶発振子１０は内部が高真空となってお
り、ケーシングの外面温度を上記のように管理すること
によって十分な精度の特性保持を達成することができ
る。電源はヒータ制御装置６、発振回路２０に電源入力
２１、２２を供給し、水晶発振子１０は一定周波数の出
力２３を発振回路２０に与え、発振回路２０は発信周波
数出力２４を出力する。図１、図２に示す装置により水
晶発振子の温度を一定温度に保つことができ、精度の高
い出力２４を得ることができる。
【００１７】図３は別の実施例を示すもので、温度調節
部材１の外面全体を密に覆う断熱被覆８を備えているの
で、周囲の環境の影響（外乱）を受けることが少なく、
環境温度の変動を受けにくく、さらに精密に一定温度を
保つことが容易である。また、図２、図３とも、前記水
晶発振子１０が片面実装基板１１上に脚１２を取りつけ
てあり、基板１１の底面とは電気的に絶縁板で隔離され
ている。電気絶縁板は熱の絶縁性も大きく、スルーホー
ルを備えた基板に比べて脚１２からの放熱の影響が少な
く、周波数のばらつきが小さくなり、効果が大きい。
部材１の外面全体を密に覆う断熱被覆８を備えているの
で、周囲の環境の影響（外乱）を受けることが少なく、
環境温度の変動を受けにくく、さらに精密に一定温度を
保つことが容易である。また、図２、図３とも、前記水
晶発振子１０が片面実装基板１１上に脚１２を取りつけ
てあり、基板１１の底面とは電気的に絶縁板で隔離され
ている。電気絶縁板は熱の絶縁性も大きく、スルーホー
ルを備えた基板に比べて脚１２からの放熱の影響が少な
く、周波数のばらつきが小さくなり、効果が大きい。
【００１８】次に本発明の実施例の具体例を挙げて、作
用効果をさらに説明する。試験用恒温槽内に実施例の水
晶発振子を入れて、試験用恒温槽の温度を−１０℃〜＋
６０℃間に変化させて、実施例の水晶発振子の周波数変
化率（ｐｐｍ／１０ＭＨｚ）を実測したところ、図５に
示す結果を得た。図５から明らかなように実施例では周
波数変化率が±０．２ｐｐｍ以内であった。
用効果をさらに説明する。試験用恒温槽内に実施例の水
晶発振子を入れて、試験用恒温槽の温度を−１０℃〜＋
６０℃間に変化させて、実施例の水晶発振子の周波数変
化率（ｐｐｍ／１０ＭＨｚ）を実測したところ、図５に
示す結果を得た。図５から明らかなように実施例では周
波数変化率が±０．２ｐｐｍ以内であった。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、ケーシング外壁に外嵌
密着する温度調節部材の外面に温度センサ及び電気ヒー
タを貼着した簡易で安価な構造により、−１０℃〜＋６
０℃の周波数変動を０．１〜０．２ｐｐｍまで向上させ
ることができ、移動体通信その他の周波数精度を満足す
る水晶発振子を得ることができる。
密着する温度調節部材の外面に温度センサ及び電気ヒー
タを貼着した簡易で安価な構造により、−１０℃〜＋６
０℃の周波数変動を０．１〜０．２ｐｐｍまで向上させ
ることができ、移動体通信その他の周波数精度を満足す
る水晶発振子を得ることができる。
【図１】実施例のブロック図である。
【図２】実施例の作動説明図である。
【図３】実施例の温度制御装置の断面図である。
【図４】水晶発振子の温度による周波数変化率の例を示
す模式的グラフである。
す模式的グラフである。
【図５】実施例の水晶発信子の温度による周波数変化率
の実測値を示すグラフである。
の実測値を示すグラフである。
１ 温度調節部材 ２ 熱の良導体 ３ 温度センサ ４ 信号 ５ 電気ヒータ ６ ヒータ制御装置 ７ 電流 ８ 断熱被覆 １０ 水晶発振子 １１ 基板 １２ 脚 ２０ 発振回路 ２１、２２ 電源入力 ２３ （水晶発振子）出力 ２４ （発振周波数）出力 ３１ （温度特性）曲線 ３２ （補償）曲線
Claims (3)
- 【請求項１】 水晶発振子のケーシング外壁に外嵌して
密着する形状を有し、外面に温度センサ及び電気ヒータ
を貼着した熱の良導体板体からなる温度調節部材と、水
晶発振子の温度設定値と前記温度センサの測定値との偏
差を零にするように前記電気ヒータの加熱量を操作する
ヒータ制御装置とからなることを特徴とする水晶発振子
の温度制御装置。 - 【請求項２】 前記温度調節部材はその外面全体を密に
覆う断熱被覆を備えたことを特徴とする請求項１記載の
水晶発振子の温度制御装置。 - 【請求項３】 前記水晶発振子が片面実装基板上に装着
されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載
の水晶発振子の温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19732397A JPH1141032A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 水晶発振子の温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19732397A JPH1141032A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 水晶発振子の温度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1141032A true JPH1141032A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16372556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19732397A Withdrawn JPH1141032A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 水晶発振子の温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1141032A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008060716A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 恒温槽型水晶発振器 |
| US8558629B2 (en) | 2010-12-06 | 2013-10-15 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Temperature-controlled crystal oscillating unit and crystal oscillator |
| US10084429B2 (en) | 2013-12-24 | 2018-09-25 | Seiko Epson Corporation | Heating body, resonation device, electronic apparatus, and moving object |
| US10103708B2 (en) | 2013-12-24 | 2018-10-16 | Seiko Epson Corporation | Heating body, vibration device, electronic apparatus, and moving object |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP19732397A patent/JPH1141032A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008060716A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 恒温槽型水晶発振器 |
| US8558629B2 (en) | 2010-12-06 | 2013-10-15 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Temperature-controlled crystal oscillating unit and crystal oscillator |
| US10084429B2 (en) | 2013-12-24 | 2018-09-25 | Seiko Epson Corporation | Heating body, resonation device, electronic apparatus, and moving object |
| US10103708B2 (en) | 2013-12-24 | 2018-10-16 | Seiko Epson Corporation | Heating body, vibration device, electronic apparatus, and moving object |
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