CN102027672A - 振荡器 - Google Patents

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长谷川和德
山川务
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Abstract

本发明提供一种容易修正由温度变动所引起的频率偏差、实现小型化并且实现高稳定状态的振荡器。本发明的振荡器具有：3次以上的谐波晶体振子(11)；振荡电路(12)，与晶体振子(11)连接，输出振荡频率；分频器(13)，对振荡频率进行分频并输出给系统设备处理部(2)；温度传感器(16)，检测晶体振子(11)的周围的温度；以及存储器(17)，存储用于根据晶体振子的温度特性而修正振荡频率的频率偏差的信息，并向系统设备处理部(2)提供用于修正频率偏差的信息。

Description

振荡器
技术领域
本发明涉及使用了晶体的振荡器，特别涉及在温度补偿振荡器(TCXO：Temperature Compensated Crystal Oscillator：温度补偿晶体振荡器)或压控温度补偿振荡器(VC-TCXO：Voltage Controlled-TCXO)中高稳定、廉价且实现小型化了的振荡器。
背景技术
[以往的技术]
以往，进行如下所述的控制：在温度补偿振荡器(TCXO)或压控温度补偿振荡器(VC-TCXO)的内部实施温度补偿，将在所安装的系统设备(例如，便携电话机等)的基带部等的数字信号处理部中检测出来的频率偏差反馈给信号处理部，或者反馈到VC-TCXO的频率控制电压上。
[现有技术]
另外，作为相关的现有技术，有日本特开平09-321539号公报(专利文献1)、日本特开平11-065694号公报(专利文献2)、日本特开2003-324318号公报(专利文献3)。
在专利文献1中公开有如下所述的数字控制型振荡电路：AFC电路根据频率误差量，而对从振荡电路输出的频率运算频率偏差并输出到CPU，CPU对A/D转换器施加与频率偏差对应的修正值，将输出到振荡电路的值作为与从温度传感器输出的值对应的值而保存到存储器中。
在专利文献2中公开有如下所述的软件时钟的修正方式：预先测量晶体振荡电路的温度特性，将各温度区域中的离振荡频率的标准值的偏差值作为频率变动表格而存储并保持在存储器中，根据所测量的周围温度检索频率变动表格，读出来自晶体振荡电路的输出频率的偏差量，计算离标准值的偏差，并对时刻信息进行加法运算或减法运算，从而对离标准值的时刻的超前滞后进行修正。
在专利文献3中公开有如下的接收装置：是一种温度传感器测量压电振子附近的温度、控制电路从存储器中输出基于压电振荡器的温度特性的近似曲线系数和偏移数据的压电振荡器，与压电振荡器连接的CPU将测量温度、近似曲线系数等代入计算频率偏差的近似式而运算频率偏差，并将搜索信号的频率范围偏移频率偏差的量。
专利文献1：日本特开平09-321539号公报
专利文献2：日本特开平11-065694号公报
专利文献3：日本特开2003-324318号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
但是，在上述以往的振荡器内部进行温度补偿的电路中，需要温度补偿电路以及用于实现温度补偿的可变电容元件，存在不能将电路小型化、价格昂贵的问题。
另外，在专利文献1中，在数字控制型振荡电路内，因为AFC电路运算频率偏差，CPU求出对应的修正值，所以存在振荡电路内的电路规模增大、不能实现高稳定状态下的振荡的问题。
另外，在专利文献2中，虽然具备测量温度的温度传感器，但是不是设置在晶体振荡电路内部而是设置在外部，并且，在专利文献2中，不能将晶体振荡电路作为部件而以单体方式流通，必须作为计算机整体来设计，不能将晶体振荡电路任意组装而设计整体电路，存在设计的自由度受阻的问题。
另外，在专利文献3中，根据从压电振荡器提供的温度、基于温度特性的近似曲线系数和偏移数据来变更信号处理电路中的捕捉从GPS卫星接收的测位信号的频率范围，但是存在不能在将从振荡器输出的时钟等的基准信号设为高稳定的信号的同时，在信号处理电路中容易地对该基准信号中所包含的频率偏差进行修正的问题。
另外，专利文献3也和专利文献2同样地存在不能将晶体振荡电路作为部件而以单体方式流通，必须作为用于变更捕捉从GPS卫星接收的测位信号的频率范围的接收装置的整体来设计，不能将晶体振荡电路任意组装而设计整体电路，存在设计的自由度受阻的问题。
因此，在专利文献3中不能在提供高稳定的基准信号的同时容易地进行基准信号的修正，不能实现用于使晶体振荡电路作为单体而流通的结构的问题。
本发明就是鉴于上述实际情况而做出的，目的在于提供一种容易对由温度变动引起的频率偏差进行修正、实现小型化并且实现高稳定状态的振荡器。
[用于解决问题的手段]
用于解决上述以往例子的问题的本发明，为向系统设备处理部提供基准信号的振荡器，具有：3次以上的谐波晶体振子；振荡电路，与晶体振子连接，向系统设备处理部输出振荡频率；温度传感器，检测晶体振子附近的温度；以及存储器，存储用于根据晶体振子的温度特性来修正振荡频率的频率偏差的信息，向系统设备处理部提供用于修正频率偏差的信息。
本发明在上述的振荡器中，在振荡电路和系统设备处理部之间设置有缓冲器，该缓冲器输入来自振荡电路的振荡频率，向系统设备处理部输出振荡频率，并且抑制输出侧的负荷的影响。
本发明在上述的振荡器中，在振荡电路和缓冲器之间设置有对来自振荡电路的振荡频率进行分频的分频器。
本发明在上述的振荡器中，在振荡电路和分频器之间设置有抑制分频器中的负荷的影响的缓冲器。
本发明在上述的振荡器中，作为用于修正频率偏差的信息，存储器将与温度的值对应的频率偏差量存储为表格，并将该表格内容输出给系统设备处理部。
本发明在上述的振荡器中，作为用于修正频率偏差的信息，存储器存储运算与温度的值对应的频率偏差量的运算式的系数，并将该运算式的系数输出给系统设备处理部。
本发明在上述的振荡器中，对晶体振子以外的构成部分进行集成化而容纳在集成电路中。
[发明效果]
根据本发明，因为振荡电路连接3次以上的谐波晶体振子，向系统设备处理部输出振荡频率，温度传感器检测晶体振子的周围的温度，存储器存储用于根据晶体振子的温度特性来修正振荡频率的频率偏差的信息，并向系统设备处理部提供用于修正频率偏差的信息，所以，具有如下效果：在系统设备处理部中容易对由温度变动引起的频率偏差进行修正，能够实现小型化并且实现高稳定状态。
附图说明
图1是本发明的实施方式中的振荡器的构成框图。
图2是基波和3倍频波的频率温度特性图。
图3是示出振荡器中的振荡电路以及晶体振子的电路的图。
附图标记说明
1：振荡器；2：系统设备处理部；11：晶体振子；12：振荡电路(OSC)；13：分频器(Div)；15：缓冲器(Buff)；16：温度传感器；17：存储器
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[实施方式的概要]
本发明的实施方式的振荡器是向系统设备处理部提供基准信号的晶体振荡器，具有：3次以上的谐波晶体振子；振荡电路，与晶体振子连接而向系统设备处理部输出振荡频率；温度传感器，检测晶体振子周围的温度；以及存储器，存储用于根据晶体振子的温度特性而修正振荡频率的频率偏差的信息，并向系统设备处理部提供用于修正频率偏差的信息，在系统设备处理部中容易对由温度变动引起的频率偏差进行修正，能够实现小型化并且实现高稳定状态。
[振荡器的整体：图1]
参照图1对本发明的实施方式的振荡器进行说明。图1是本发明的实施方式的振荡器的结构框图。
如图1所示，本发明的实施方式的振荡器(本振荡器)1与系统设备处理部2连接，作为内部结构基本上具有：晶体振子11、振荡电路(OSC)12、分频器(Div)13、缓冲器(Buffer)15、温度传感器16、PROM(Programmable Read only Memory：可编程只读存储器)17。
另外，系统设备处理部2由微处理器或门阵列等构成，在无线通信设备中基带IC等的运算处理部相当于系统设备处理部2。
另外，系统设备处理部2是组装振荡器1的客户任意设计的部分，设计成从振荡器1提供为了修正频率变动所需要的信息、信号。
[振荡器的各部分]
接下来，对本电路的各部分进行具体说明。
[晶体振子11]
晶体振子11是3次以上的谐波晶体振子。使用3次以上的谐波晶体振子是为了使振荡器在高温定(高Q)的状态下动作。
[基波和3倍频波的特性：图2]
在此，参照图2对基波的晶体振子和3倍频波的晶体振子(3次谐波晶体振子)的频率温度特性曲线进行说明。图2是基波和3倍频波的频率温度特性图。在图2中，横轴表示温度，纵轴表示频率变化率。
在晶体振子中，由于其主振动和主振动以外的不需要的振动的结合，如图2所示地，示出相对于温度不连续的频率变化。但是，与基波(Fundamental mode：基频模式)相比，在3倍频波(3rd overtone mode：3次谐波模式)中，很少出现那样的不连续的频率变化，容易得到具有良好的频率温度特性的晶体振子。
[振荡电路(OSC)12]
振荡电路(OSC)12与晶体振子11连接，而以所希望的频率进行振荡，并输出给分频器13。
[分频器(Div)13]
分频器(Div)13对从振荡电路12输入的频率信号进行分频，并输出给缓冲器15。
另外，在振荡器12与分频器13之间也可以设置缓冲器。
[缓冲器(Buffer)15]
缓冲器(Buffer)15是为了不受到系统设备处理部12中的负荷的影响、并且得到所希望的输出振幅而设置的放大器。
来自缓冲器15的输出信号(Osc Out)，被利用为对系统设备处理部2的时钟。
[温度传感器16]
温度传感器16测量晶体振子11的周围的温度，将所测量的温度的值(Temp Out)以数字值或模拟值的方式输出给系统设备处理部2。即，温度传感器16提供温度补偿用的温度信息。
另外，如果温度值是模拟值，则输入到系统设备处理部2而被变换为数字信号。
在此，一般来说，关于决定振荡器的频率稳定度的主要因素，晶体振子11比振荡电路12的影响度高。这是因为，虽然振荡频率受到从晶体振子11看振荡电路12侧时的负荷的影像，但是晶体振子11自身的频率温度特性比由振荡电路12的负荷电容的变动所引起的振荡器1的频率变动大。
[存储器17]
PROM存储器17预先存储与晶体振子11的温度特性有关的信息，并向系统设备处理部2输出该信息。存储器17内的信息，通过预先实测而取得，并根据需要而施加数值计算，在本振荡器1出厂之前根据其温度特性而设定。
作为存储在存储器17中的与温度特性有关的信息，有以表格(修正量表格)形式存储与温度对应的频率偏差的修正量的情况，有存储与温度特性对应地计算频率偏差的式子(修正式)的系数的情况。
在此，存储器17也可以是EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory：电可编程只读存储器)、或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory：电可擦可编程只读存储器)。
[本振荡器中的其他结构]
另外，在上述本振荡器1中，如果不需要也可以设为去掉分频器13的结构。
另外，在本振荡器1中，也可以设为将晶体振子11以外的构成部分进行集成化而通过集成电路来构成。
[实施方式的动作]
在本振荡器1中，输出从振荡电路12得到的振荡频率，在分频器13中进行分频，经由缓冲器15而输出到系统设备处理部2，其中振荡电路12与3次以上的谐波晶体振子11连接。
另外，在本振荡器1中，温度传感器16检测晶体振子11的周围的温度，将该检测出的温度的数值输出给系统设备处理部2，并且，从存储器17将修正量表格的内容或者使用修正式的系数通过修正式而得到的值输出给系统设备处理部2。
系统设备处理部2使用从本振荡器1的缓冲器15输入的信号(Osc Out)、来自温度传感器16的温度的值、来自存储器17的修正量表格或使用修正式的系数而取得频率偏差的修正量，通过系统设备处理部2内的运算以及信号处理来进行频率偏差的修正处理。
[振荡器的结构：图3]
参照图3对上述振荡器中的振荡电路以及晶体振子的电路进行说明。图3是示出振荡器中的振荡电路以及晶体振子的电路的图。
如图3所示，振荡器中的振荡电路以及晶体振子示出典型的科耳皮兹型的反馈放大电路。
在图3中，利用C1、C2的电容器对晶体振子X的两端的信号进行分压，将一方连接到振荡用晶体管Tr的基极端子，将另一方连接到晶体管Tr的发射极端子。另外，RA、RB是用于对晶体管Tr的基极端子施加固定偏置的泄漏电阻，RE是连接到发射极的负反馈电阻，RC是连接到集电极的负反馈电阻。
[实施方式的效果]
根据本振荡器，具有如下效果，即，不是在电路内部对基于温度变动的输出信号的频率偏差进行修正，而是通过将包含频率偏差的输出信号作为基准信号输出、并同时提供与振荡器内部的温度的值和晶体振子的温度特性有关的信息，而能够在系统设备处理部2内根据基准信号对输入信号进行信号处理，并且根据与温度的值和温度特性有关的信息而容易地对频率偏差进行修正。
另外，根据本振荡器，具有如下效果，即，如果在基准信号的输出段设置缓冲器15，并且在振荡电路12和分频器13之间设置缓冲器，则所输出的基准信号很难受到系统设备处理部2的负荷的影响。
另外，根据本振荡器，具有如下效果，即，因为设为在晶体振子中使用3次以上的谐波晶体振子11，所以能够使振荡器在高稳定(高Q)的状态下动作。
产业上的可利用性
本发明适用于容易修正由温度变动引起的频率偏差、实现小型化且实现高稳定状态的振荡器。

Claims (7)

1.一种振荡器，向系统设备处理部提供基准信号，该振荡器具有：
3次以上的谐波晶体振子；
振荡电路，与上述晶体振子连接，向上述系统设备处理部输出振荡频率；
温度传感器，检测上述晶体振子的周围的温度；以及
存储器，存储用于根据上述晶体振子的温度特性而修正上述振荡频率的频率偏差的信息，并向上述系统设备处理部提供用于修正上述频率偏差的信息。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，
在振荡电路和系统设备处理部之间设置有缓冲器，该缓冲器输入来自上述振荡电路的振荡频率，向上述系统设备处理部输出上述振荡频率，并抑制输出侧的负荷的影响。
3.根据权利要求2所述的振荡器，其特征在于，
在振荡电路和缓冲器之间，设置有对来自上述振荡电路的振荡频率进行分频的分频器。
4.根据权利要求3所述的振荡器，其特征在于，
在振荡电路和分频器之间，设置有抑制上述分频器中的负荷的影响的缓冲器。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的振荡器，其特征在于，
作为用于修正频率偏差的信息，存储器将与温度的值对应的频率偏差量存储为表格，并将该表格内容输出给系统设备处理部。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的振荡器，其特征在于，
作为用于修正频率偏差的信息，存储器存储运算与温度值对应的频率偏差量的运算式的系数，并将该运算式的系数输出给系统设备处理部。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的振荡器，其特征在于，
对晶体振子以外的构成部分进行集成化而容纳在集成电路中。
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