CN102624330B

CN102624330B - 振荡装置

Info

Publication number: CN102624330B
Application number: CN201210020100.1A
Authority: CN
Inventors: 赤池和男; 佐藤信一
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2012-01-21
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2032-01-21
Also published as: JP5782724B2; TWI454043B; JP2012160790A; EP2482458B1; CN102624330A; US20120194280A1; TW201234765A; EP2482458A1; US8581671B2

Abstract

本发明提供一种振荡装置，能够高精度地进行输出频率的温度补偿。其包括：使第一晶体振子以泛频进行振荡的第一振荡电路；使第二晶体振子以泛频进行振荡的第二振荡电路；频率差检测部，其当设第一振荡电路的振荡频率为f1，基准温度的第一振荡电路的振荡频率为f1r，第二振荡电路的振荡频率为f2，基准温度的第二振荡电路的振荡频率为f2r时，求取与对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值对应的值；修正值取得部，其基于与上述差值对应的值，以及与上述差值对应的值和第一振荡电路的振荡频率f1的频率修正值的关系，取得f1的频率修正值，基于用该修正值取得部求得的上述频率修正值对上述输出频率进行修正。

Description

振荡装置

技术领域

本发明涉及检测放置晶体振子的温度，基于温度检测结果进行输出频率的温度补偿的振荡装置。

背景技术

TCXO称为温度补偿型晶体振荡器，通过组合晶体振子具有的温度特性和相反的电路特性，在广泛的温度范围能够得到比晶体振子单体更良好的温度特性。另外，TCXO除了像这样拥有良好的温度特性之外，还具有小型轻量、起动时间短等特长，所以作为各种通信设备、频率计数器和合成器等测定设备的基准振荡器使用。

TCXO具有含有感温元件的温度补偿电路，作为该温度补偿电路，存在使用热敏电阻作为上述感温元件并与电阻和电容器组合而构成的温度补偿电路，和将LSI内的元件用作感温元件地形成的温度补偿电路。各TCXO通过这样的温度补偿电路的结构的不同，在温度补偿精度、相位噪声、小型化的容易方面各有长短。

图13表示TCXO一般的结构。90为晶体振子，91为振荡电路，通过改变从控制电压产生部93供给到电压可变电容元件92的控制电压，来控制电压可变电容元件92的电容，调整振荡频率(输出频率)。

由于晶体振子90随温度变化而频率变化，所以控制电压产生部93根据由温度检测器94检测出的温度修正控制电压。具体而言，在存储器95内存储将晶体振子90的频率温度特性用基准温度标准化的函数即例如三次函数，基于该函数(频率温度特性)读出与温度检测值对应的频率。即，读出此时的温度的频率相对于基准温度时的频率偏离多少，将与该频率的偏离量对应的控制电压作为温度补偿量，从与基准温度时的频率对应的控制电压减去。作为这样的TCXO的结构，已知有在陶瓷基板的两面分别设置有包含晶体振子和温度检测元件的IC芯片的H型结构、在框体内设置有包含晶体振子和温度检测元件的IC芯片的单层密封(Single Seal)结构型等。

但是，上述TCXO中，也存在因晶体振子90的温度特性和由晶体振子和振荡电路91构成的晶体振荡电路的温度特性而使频率稳定度下降的情况，要求更高频率精度的振荡装置。另外，由于温度检测器94通常使用热敏电阻，所以由于温度检测精度的限度，不能期待频率精度的提高。另外，由于温度检测器94和晶体振子90的配置位置不同，所以不能精确地得到晶体振子90实际的温度信息，所以出于这一点也不能期待频率精度的提高。

另外，上述各温度的温度补偿量按每个TCXO单体设定。该设定方法通过在生产线内准备恒温槽，在搬入作为对象产品的TCXO后改变槽内的温度并测定频率，来个别设定。该频率测定必须在使槽内的温度变化后等到TCXO的温度成恒定之后进行。因此，TCXO的生产所需要的时间长。

专利文献1的图2和图3中记载有：在共用的晶体片(石英片)设置2对电极，构成2个晶体振子(晶体谐振器)。另外，段落0018中记载有：由于随温度变化而在2个晶体振子之间出现频率差，所以与通过计测该频率差来计测温度是相同的。另外，该专利文献1的段落0054、段落0055和图6中记载有：从1个晶体振子取出的基本频率f1和M次的泛频(overtone)频率fm，因振动模式的不同而不一定f1＝fm/M，在f1和fm/M之间出现具有温度依赖性的频率差Δf。而且，将该频率差Δf与应修正的频率的量的关系存储于ROM，基于Δf读出频率修正量。

但是该方法如段落0019中记载，关于期望的输出频率f0和2个晶体振子各自的频率f1、f2，由于需要进行晶体振子的调整以使成为的关系，所以不仅晶体振子的制造工序变得复杂，而且存在不能得到高成品率的课题。另外，如图4所示，由于在一定时间计数作为来自各晶体振子的频率信号的时钟，求取该差值(f1-f2)，所以检测时间直接影响检测精度，难以进行高精度的温度补偿。另外，由于是从1个晶体振子取出基波和泛频的结构，所以电路变得复杂，基波的M次杂散和fm会发生干扰。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-292030号

发明内容

发明要解决的课题

本发明是在这样的情况下研发的，其目的在于提供一种能够高精度地进行输出频率的温度补偿的振荡装置。

用于解决课题的方法

本发明是基于环境温度的检测结果对输出频率进行修正的振荡装置，其特征在于，包括：

在晶体片设置第一电极而构成的第一晶体振子；

在晶体片设置第二电极而构成的第二晶体振子；

第一振荡电路，其与第一晶体振子连接，使该第一晶体振子以泛频进行振荡；

第二振荡电路，其与第二晶体振子连接，使该第二晶体振子以泛频进行振荡；

频率差检测部，当将第一振荡电路的振荡频率设为f1，将基准温度条件下的第一振荡电路的振荡频率设为f1r，将第二振荡电路的振荡频率设为f2，将基准温度条件下的第二振荡电路的振荡频率设为f2r时，所述频率差检测部求取与对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值对应的值；

修正值取得部，其基于用该频率差检测部检测出的与上述差值对应的值，以及与上述差值对应的值和第一振荡电路的振荡频率f1的频率修正值的关系，取得起因于环境温度与基准温度不同的f1的频率修正值，其中

振荡装置的输出，利用上述第一振荡电路的输出而生成，

基于用上述修正值取得部求得的上述频率修正值对上述输出频率进行修正。

与对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值对应的值，例如是[{(f2-f2r)/f2r}-{(f1-f1r)/f1r}]。

能够采用如下结构：修正值取得部，基于规定与上述差值对应的值和第一振荡电路的振荡频率f1的频率修正值关系的关系式，通过运算取得f1的频率修正值。

上述振荡装置中，例如在第一振荡电路振荡的泛频次数和在第二振荡电路振荡的泛频次数相同，

第一晶体振子和第二晶体振子的电极的膜厚、电极的面积和晶体片的厚度中的至少一个不同，或者在第一振荡电路振荡的泛频的次数和在第二振荡电路振荡的泛频的次数彼此不同。另外，例如将将第一晶体振子的晶体片和第二晶体振子的晶体片共用化。

发明效果

本发明，在基于环境温度的检测结果对输出频率进行修正的振荡装置中，将第一和第二振荡电路的振荡输出设为f1、f2，将基准温度条件下的第一和第二振荡电路的振荡频率分别设为f1r、f2r时，将与对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值对应的值作为此时的温度处理，并且f1、f2使用各晶体振子的泛频。泛频由于用C₀/C₁表示的电容比大，所以对于温度变化是稳定的，所以通过使用使温度特性变化的2个泛频振荡，能够求取准确的值(温度)。另外，由于与所述差值对应的值与温度的相关性极其良好，所以能够高精度地进行输出频率的温度补偿。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的整体结构的方框图。

图2是表示本发明的实施方式的一部分的方框图。

图3是图2所示的一部分输出的波形图。

图4是示意性地表示图2所示的包含DDS电路部的环路中未锁定(lock)的状态的各部的波形图。

图5是示意性地表示图2所示的包含DDS电路部的环路中锁定的状态的各部的波形图。

图6是与上述实施方式对应的实际装置中上述环路的各部的波形图。

图7是表示第一振荡电路的频率f1和第二振荡电路的频率f2与温度的关系的频率温度特性图。

图8是表示将f1、f2分别标准化的值与温度的关系的频率温度特性图。

图9是表示将f1标准化的值与温度的关系，以及将f1标准化的值和将f2标准化的值的差值Δf与温度的关系的频率温度特性图。

图10是表示将图9的纵轴标准化的值与频率修正值的关系的特性图。

图11是表示修正值运算部的方框图。

图12是表示频率差检测部的动作模拟的特性图。

图13是表示现有的TCXO的结构图。

符号说明

1 第一振荡电路

2 第二振荡电路

10 第一晶体振子

20 第二晶体振子

3 频率差检测部

31 触发电路

32 单触发电路

33 闩锁电路

34 环路滤波器

35 加法部

36 DDS电路部

4 修正值运算部(修正值取得部)

100 电压控制振荡器

200 控制电路部

具体实施方式

图1是表示本发明的振荡装置的实施方式整体的方框图。该振荡装置为TCXO，作为输出所设定的频率的频率信号的频率合成器而构成，具有：使用晶体振子的电压控制振荡器100；构成该电压控制振荡器100的PLL的控制电路部200；和进行输入到该控制电路部200的基准时钟的温度补偿的温度补偿部。对温度补偿部没有标注符号，相当于图1中的比控制电路部200更靠左侧部分。

该控制电路部200，基于从DDS(Direct Digital Synthesizer：直接数字式频率合成器)电路部201输出的锯齿波，形成参照用时钟。而且是如下结构：将电压控制振荡器100的输出用分频器204分频后的输出信号与上述参照用时钟的相位，用相位比较部205进行比较，基于用环路滤波器206积分该比较结果的值来调整电压控制振荡器100的控制电压。

在此，DDS电路部201将从后述的第一振荡电路1输出的频率信号作为基准时钟使用，输入用于输出作为目的的频率的锯齿波的控制电压。但是，由于上述基准时钟的频率具有温度特性，所以为了消除该温度特性，将输入到DDS电路部201的上述控制电压与对应于后述的频率修正值的信号相加。图1中对该结构有简略记述，通过修正输入到DDS电路部201的控制电压，基于基准时钟的温度特性变动量，消除DDS电路部201的输出频率的温度变动量，结果是参照用时钟的频率相对于温度变动稳定，因此来自电压控制振荡器100的输出频率稳定。

温度补偿部具有第一晶体振子10和第二晶体振子20，这些第一晶体振子10和第二晶体振子20使用共用的晶体片Xb。即，例如将长条状的晶体片Xb的区域在长度方向上分割成2部分，在各分割区域(振动区域)的表里两面设置激励用的电极。因此，由一个分割区域和一对电极11、12构成第一晶体振子10，由另一个分割区域和一对电极21、22构成第二晶体振子20。因此，第一晶体振子10和第二晶体振子20能够热结合。

在第一晶体振子10和第二晶体振子20分别连接有第一振荡电路1和第二振荡电路2。这些振荡电路1、2的输出(振荡频率)，是晶体振子10、20的例如三次泛频(高次谐波)。第一晶体振子10的电极11、12的厚度和第二晶体振子的电极21、22的厚度彼此不同，由此，从第一振荡电路1、第二振荡电路2分别输出的频率彼此偏离。

在此所谓“频率偏离”，更具体而言是指各晶体振子的绝对频率偏离，如后所述例如f1为81.9MHz、f2为76.69MHz，以及如后述的图8所示各晶体振子的温度特性曲线以旋转的方式偏离。温度特性的曲线旋转是下面的意思。是将温度用基准温度(例如25℃)标准化，某温度的频率f与基准温度的频率fr之差(f-fr)除以fr得到的频率变化比率(f-fr)/fr和标准化后的温度的关系的数据。概略地讲是指通过三次曲线改变膜厚，以基准温度的频率为中心旋转。因此，可以说两特性的差值的灵敏度对于温度值大。另外，代替像这样各晶体振子的电极的膜厚不同的结构，也可以通过采用构成各晶体振子10、20的电极的面积不同或构成各晶体振子10、20的晶体片Xb的厚度不同的结构，使第一振荡电路1、第二振荡电路2的输出频率彼此偏离。

另外，在得到这样的泛频输出的情况下，也可以在例如由晶体振子和放大器构成的振荡环路内设置泛频的调谐电路，使振荡环路以泛频振荡。或者也可以对振荡环路以基波振荡，在振荡段的后级例如作为科尔皮兹电路的一部分的放大器的后级设置C级放大器通过该C级放大器使基波变形，并且在C级放大器的后级设置对泛频进行调谐的调谐电路，结果是从振荡电路1、2都输出例如三次泛频的振荡频率。

在此，为了便于说明，当从第一振荡电路1输出频率f1的频率信号，从第二振荡电路2输出频率f2的频率信号时，频率f1的频率信号作为基准时钟供给到上述控制电路部200。

3是频率差检测部，该频率差检测部3如果概略的说是f1与f2之差和Δfr的差，是用于取出ΔF＝f2-f1-Δfr的电路部。Δfr是基准温度例如25℃的f1与f2之差。列举f1与f2之差的一例，例如为数MHz。本发明通过利用频率差检测部3计算上述ΔF而成立，但在该实施方式的情况下，更详细地说，频率差检测部3计算后述的OSC2-OSC1[＝{(f2-f2r)/f2r}-{(f1-f1r)/f1r}]。但是在该阶段，为了容易理解频率差检测部3的动作和实施方式的整体流程，频率差检测部3作为取出ΔF＝f2-f1-Δfr的电路进行说明，另外，附图中也统一用这样的表示。

图2表示频率差检测部3的具体例。31为触发(flip-flop)电路(F/F电路)，向该触发电路31的一个输入端输入来自第一振荡电路1的频率f1的频率信号，向另一个输入端输入来自第二振荡电路2的频率f2的频率信号，通过来自第一振荡电路1的频率f1频率信号将来自第二振荡电路2的频率f2的频率信号闩锁。下面，为了避免叙述的冗长，f1、f2作为表示频率或频率信号来处理。触发电路31是输出具有f1与f2的频率差(该例中为f2-f1)的频率的占空比为50％的脉冲信号的结构。

在触发电路31的后级设置有单触发电路32，单触发电路32在从触发电路31得到的脉冲信号的上升沿输出单触发的脉冲。图3是表示到此为止的一连串的信号的时间图。

在单触发电路32的后级设置有PLL(Phase Locked Loop：锁相环路)，该PLL包括：闩锁电路33、具有积分功能的环路滤波器34、加法部35和DDS电路部36。闩锁电路33用于通过从单触发电路32输出的脉冲将从DDS电路部36输出的锯齿波闩锁，闩锁电路33的输出是输出上述脉冲的时刻的上述锯齿波的信号电平。环路滤波器34对作为该信号电平的直流电压积分，加法部35将该直流电压和与该直流电压Δfr对应的直流电压相加。与对应于Δfr的直流电压对应的数据，存储于图2所示的存储器30。

该例子中加法部35的符号，与Δfr对应的直流电压的输入侧为“+”，环路滤波器34的输出电压的输入侧为“-”。向DDS电路部输入从使用加法部35运算后的直流电压即与Δfr对应的直流电压减去环路滤波器34的输出电压的电压，输出与该电压值对应的频率的锯齿波。为了容易理解PLL的动作，图4中极其示意性地表示各部输出的状态。在装置上升沿时，与Δfr对应的直流电压通过加法部35输入到DDS电路部36，例如Δfr为5MHz时，从DDS36输出与该频率对应的频率的锯齿波。

上述锯齿波由闩锁电路33被与(f2-f1)对应的频率脉冲闩锁，但当(f2-f1)为例如6MHz时，由于闩锁用的脉冲周期比锯齿波的短，所以锯齿波的闩锁点如图4(a)所示逐渐下降，闩锁电路33的输出和环路滤波器34的输出如图4(b)、(c)所示向一侧逐渐下降。由于加法部35中的环路滤波器34的输出侧的符号为“-”，所以从加法部35向DDS电路部36输入的直流电压上升。因此从DDS电路部36输出的锯齿波的频率变高，在向DDS电路部36输入与6MHz对应的直流电压时，锯齿波的频率成为6MHz，如图5(a)～(c)所示，PLL被锁定。此时，从环路滤波器34输出的直流电压成为与Δfr-(f2-f1)＝-1MHz对应的值。即，环路滤波器34的积分值能够相当于锯齿波从5MHz至6MHz变化时的1MHz变化量的积分值。

与此例相反，在Δfr为6MHz，(f2-f1)为5MHz的情况下，由于闩锁用的脉冲周期比锯齿波的长，所以4(a)所示的闩锁点逐渐变高，随之，闩锁电路33的输出和环路滤波器34的输出也上升。因此，在加法部35中减去的值变大，所以锯齿波的频率逐渐下降，不久在成为与(f2-f1)相同的5MHz时PLL被锁定。此时，从环路滤波器34输出的直流电压成为与Δfr-(f2-f1)＝1MHz对应的值。另外，在f1与f2的频率差(f2-f1)为40ppm的情况下，将装入实际电路的闩锁电路33和环路滤波器34的输出值表示在图6中。该例中在时刻t0锁定PLL。

另外，由于触发器31中利用f1将f2闩锁的动作是不同步的，所以有产生亚稳(在时钟的沿(edge，边缘)将输入数据闩锁时，在闩锁的沿前后一定时间需要保持输入数据，但通过使时钟和输入数据大致同时变化而使输出变得不稳定的状态)等不定区间的可能，环路滤波器34的输出中也有包含瞬间误差的可能。上述PLL中由于将环路滤波器34的输出作为与温度对应的值即Δfr与(f2-f1)之差处理，所以在环路滤波器34的输出侧设置求取预先设定的时间的输入值的移动平均的平均化电路37，即使产生上述瞬间误差也将之去除。通过设置平均化电路37，最终能够高精度地取得变动温度量的频率偏离信息。

用PLL的环路滤波器34得到的变动温度量的频率偏离信息，在该例中是Δfr-(f2-f1)，被输入到作为图1所示的修正值取得部的修正值运算部4，在此运算频率的修正值。在对修正值运算部4进行叙述之前，参照图7～图10对频率偏离信息和频率修正值进行说明。图7是将f1和f2用基准温度标准化，表示温度与频率的关系的特性图。这里所说的标准化是指：例如将25℃设为基准温度，对于温度与频率的关系将基准温度的频率设为0，从基准温度的频率求取频率的偏离量与温度的关系。在将第一振荡电路1中25℃时的频率设为f1r，将第二振荡电路2中25℃时的频率设为f2r时，即将25℃的f1、f2的值分别设为f1r、f2r时，图7的纵轴的值为(f1-f1r)和(f2-f2r)。

另外，图8表示图7所示的各温度的频率对于基准温度(25℃)的频率的变化率。因此，图8的纵轴的值为(f1-f1r)/f1r和(f2-f2r)/f2r，将这些值分别用OSC1和OSC2表示。另外，图8的纵轴的值的单位为ppm。

在此，返回对频率差检测部3的说明，如上所述，在该实施方式中频率差检测部3不是进行求取(f2-f2r)-(f1-f1r)＝f2-f1-Δfr本身的值的运算，而是进行求取OSC2-OSC1的运算。即，对于表示各频率以多少比率从基准温度偏离的比率的值，求取f2的比率与f1的比率之差。向闩锁电路33输入与(f2-f1)对应的频率信号，但由于PLL环路中一直输入锯齿波，所以能够以进行这样的计算的方式组成电路。当频率差检测部3的输出为34比特的数字值时，例如每一比特分配0.058(ppb)的值，OSC2-OSC1的值能够得到0.058(ppb)的精度。另外，每一比特能够设定为0.058(ppb)的值的依据，是基于后述的(2)～(4)式。在该阶段进行图6的说明时，图6在f1与f2的频率差(准确地讲是频率的变化率之差)OSC2-OSC1为40ppm的情况下，是装入实际电路的闩锁电路33和环路滤波器34的输出值。

图9表示OSC1与温度的关系(与图8相同)和(OSC2-OSC1)与温度的关系，可知(OSC2-OSC1)对于温度是直线关系。因此可知(OSC2-OSC1)与偏离基准温度的温度变动量对应。而且，一般认为晶体振子的频率温度特性用三次函数表示，所以只要求取抵消由该三次函数引起的频率变动量的频率修正值与(OSC2-OSC1)的关系，就能够基于(OSC2-OSC1)的检测值求取频率修正值。

该实施方式的振荡装置中，如上所述将从第一振荡电路1得到的频率信号(f1)作为图1所示的控制电路部200的基准时钟使用，由于该基准时钟中存在频率温度特性，所以对基准时钟的频率进行温度修正。因此，首先用基准温度进行标准化，预先求取表示温度与f1的关系的函数，如图10所示，求取用于抵消该函数的f1的频率变动量的函数。因此，图10的纵轴为-OSC1。该例中为了高精度地进行温度修正而将上述函数定为例如9次函数。

如上所述，由于温度与(OSC2-OSC1)存在直线关系，所以图10的横轴为(OSC2-OSC1)的值，但如果直接使用(OSC2-OSC1)的值，则由于用于确定该值的数据量变多，所以通过下面的方式对(OSC2-OSC1)的值进行标准化。即，决定实际使用振荡装置的上限温度和下限温度，将上限温度时的(OSC2-OSC1)的值设为+1、将下限温度时的(OSC2-OSC1)的值设为-1处理。该例中如图10所示将-30ppm设为+1、将+30ppm设为-1。

晶体振子的针对温度的频率特性，在该例中作为9次多项近似式处理。具体而言，在晶体振子生产时通过实测取得(OSC2-OSC1)与温度的关系，根据该实测数据导出修正频率曲线，该修正频率曲线表示将针对温度的频率变动量抵消的、温度与-OSC1的关系，利用最小平方法导出9次多项近似式系数。而且，将多项近似式系数预先存储于存储器30(参照图1)，修正值运算部4使用这些多项近似式系数进行(1)式的运算处理。

Y＝P1·X⁹+P2·X⁸+P3·X⁷+P4·X⁶+P5·X⁵+P6·X⁴+P7·X³+P8·X²+P9·X……(1)

(1)式中，X为频率差检测信息，Y为修正数据，P1～P9为多项近似式系数。

在此，X是利用图1所示的频率差检测部3得到的值，即利用图2所示的平均化电路37得到的值(OSC2-OSC1)。将用于用修正值运算部4执行运算的方框图的一例在图11中表示。图11中，401～409是进行(1)式的各项运算的运算部，400是加法部，410是进行取整(round)处理的电路。另外，修正值运算部4也可以在例如使用1个乘法运算部，用该乘法运算部求取9次方的值，接着用该乘法运算部求取8次方的值，以这样的方法反复使用该乘法运算部最终将各次方的值相加。另外，修正值的运算式不限定于使用9次的多项近似式，也可以使用与要求的精度对应的次数的近似式。

接着对上述实施方式的整体动作进行汇总。从第一振荡电路1输出的频率信号作为时钟供给到电压控制振荡器100的控制电路部200，如本实施方式的开头所述，通过控制电路部200的控制动作，从电压控制振荡器100输出作为目的的频率的频率信号。另一方面，从第一振荡电路1和第二振荡电路2分别输出的频率信号f1、f2，被输入到频率差检测部3，通过已详述过的动作，在该例中作为频率差检测部3的输出的PLL的输出成为与{Δfr-(f2-f1)}对应的值时锁定。而且，该值被输入到修正值运算部4，执行(1)式的运算得到作为温度修正数据的频率修正量。(1)式的运算是求取与例如图10所示的特性图中基于频率差检测部3的输出值得到的值对应的修正频率曲线的纵轴的值的处理。

如图1所示，第一晶体振子10和第二晶体振子20使用共用的晶体片Xb，由于彼此热结合，所以振荡电路11、12的频率差是与环境温度极其准确地对应的值，因此，频率差检测部3的输出是环境温度与基准温度(例如25℃)的温度差信息。由于第一振荡电路11输出的频率信号f1作为控制电路部200的主时钟使用，所以将用修正值运算部4得到的修正值为了基于因温度偏离25℃产生的f1的频率偏离量抵消对控制电路部200的动作的影响，而作为用于补偿控制电路部200的动作的信号使用，其结果是，作为本实施方式振荡装置的输出的电压控制振荡器100的输出频率与温度变动无关地变得稳定。

如上所述，根据上述实施方式，虽然动作时钟本身进行温度变动，但是能够得到与变动温度量对应的准确的频率偏离信息，其结果是能够实现高稳定、高精度的振荡装置。另外，由于将对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值作为频率差检测信息(变动温度量的频率偏离信息)，所以不需要像专利文献1那样调整成的繁琐的作业，另外，也没有晶体振子的成品率低的问题。而且，f1、f2使用各晶体振子的泛频。由于泛频的针对温度的频率变动量比基波的针对温度的频率变动量大，而且与上述差值对应的值和温度的相关性极其良好，所以能够高精度地进行输出频率的温度补偿。

而且，为了求取频率差检测信息，生成f1与f2之差频率的脉冲，利用上述脉冲将从DDS电路部36输出的锯齿波信号在闩锁电路33闩锁，积分所闩锁的信号值，将该积分值作为上述频率差输出，并且取出该输出和对应于f1r与f2r之差的值的差值，将其输入到上述DDS电路部36构成PLL。在像专利文献1那样计数f1、f2取得该差的情况下，计数时间会直接影响检测精度，但在这样的结构中没有这样的问题，所以检测精度高。将两者的方式利用虚拟进行实际比较，得到如下结果：在计数频率的方式中，设定200ms的计数时间，在检测精度方面，本实施方式的方式为约50倍高。

另外，在本实施方式的PLL的情况下，像现有的DDS电路部那样不具有正弦波ROM表，所以有能够减小存储器容量的优点，能够减小装置的规模。另外，由于基于变动温度量的频率偏离信息通过运算处理求取频率的修正值，所以不需要容量大的存储器，出于这点也能够减小装置的规模，能够抑制成本。

像这样，包含DDS电路部201并构成PLL的控制电路部200，基于用修正值运算部4得到的修正值控制电压控制振荡器100，但该PLL的动态范围必须能够允许包含电压控制振荡器100的温度特性的电压控制振荡器100的偏差。

另外，在上述振荡装置中，例如电压控制振荡器100由晶体振子构成，分频器204作为可变分频器构成。通过采用这样的结构，能够不改变温度补偿部、控制电路部200的电路结构，仅变更分频器204的分频数和构成电压控制振荡器100的晶体振子就能够制造输出任意频率的振荡装置。因此，有容易制造与各输出频率对应的振荡装置的优点。

第一晶体振子10和第二晶体振子20由1张晶体片Xb构成，所以作为放置于相同环境中的结果，能够高精度地算出作为上述频率差检测信息的Δf-(f2-f1)。另外，在该实施方式中，能够以利用数字信号对频率差检测部3、修正值运算部4、构成DDS电路部201和控制电路部200的分频器204、相位比较电路205和环路滤波器206进行控制的方式构成振荡装置，通过这样的方式，能够进一步高精度地控制振荡装置。而且，即使在像这样利用数字信号控制各电路的情况下，上述振荡装置也实施利用PLL的VCXO控制，所以相位噪声特性优秀。另外，上述的振荡装置能够实现例如OCXO程度的频率精度，但由于不需要开环(open)，所以与OCXO相比有消耗电力小的优点。

而且，该实施方式中由于不需要为了检测第一晶体振子10、第二晶体振子20的频率差而使这些各晶体振子10、20的振荡频率严格地匹配，也不需要在背景技术的项目中叙述过的在生产线中使用恒温槽、在严格地进行温度管理的基础上测定频率，所以具有容易生产的优点。另外，构成电压控制振荡器100的晶体振子也由于例如不用进行特别加工，而能够使用通常的晶体振子，所以具有不增加生产上的负担的优点。

在此，将使用图2电路对调查作为频率差检测部3的输出的频率差信息与时间的关系的结果在图12中表示。在此，以第一晶体振子10的电极的膜厚和第二晶体振子20的电极的膜厚不同的方式构成，设定成第一晶体振子10的基波为27.3MHz，第二晶体振子20的基波为25.56MHz。而且，从第一振荡电路1、第二振荡电路2输出这些基板的3倍的泛频，f1为81.9MHz，f2为76.69MHz。另外，在这种情况下，频率差信息设定成(OSC2-OSC1)，该值为+50ppm。

虽然是重复说明，但该实施方式中对应于f1和f1r之差的值为{(f1-f1r)/f1r}(＝OSC1)，对应于f2和f2r之差的值为{(f2-f2r)/f2r}(＝OSC2)，与对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值对应的值为OSC2-OSC1。但是，频率差检测部3也可以使用(f1-f1r)和(f2-f2r)的差值本身作为与对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值对应的值，在这种情况下，有效运用图7的图来求取温度。

在上述实施方式中，在图8～图10的说明中，用“ppm”单位表示频率的变化量，但在实际的数字电路中，全部作为二进制处理，所以DDS电路36的频率设定精度用构成比特数计算，例如为34比特。列举一例，在向图1所示的控制电路部200所含的DDS电路部201供给10MHz的时钟时，该时钟的变动频率成为100Hz的情况下

[变动比率计算]

100Hz/10MHz＝0.00001

[ppm换算]

0.00001*1e6＝10[ppm]

[DDS设定精度换算]

在上述结构的情况下，上述频率设定精度用下面的(2)式表示。

因此，成为

另外，0.58mHz对10MHz，能够如下面的(3)式所示进行计算。

因此，由(2)、(3)式，(4)式的关系成立。

1e9/2^34＝0.058[ppb/ratio-34bit] ……(4)

即，在DDS电路36处理的频率消失，仅成为比特数的关系。

而且，上述的例子中，第一晶体振子10和第二晶体振子20使用共用的晶体片Xb，但也可以不将晶体片Xb共用化。在这种情况下，能够举出例如在共用的框体中配置第一晶体振子10和第二晶体振子20的例子。根据这样的结构，由于放置于实质相同的温度环境下，所以能够得到同样的效果。在像这样使用个别的晶体片的情况下，在各晶体振子间除了彼此改变电极膜的厚度、电极膜的面积、晶体片的厚度之外，还对晶体片进行不同的倒角加工，由此能够使f1、f2彼此错开。

另外，上述的例子中，f1、f2分别是晶体振子10、20的三次泛频，但f1、f2也可以是彼此不同次数的泛频，例如也可以f1是晶体振子10的三次泛频，f2是晶体振子20的五次泛频。

频率差检测部3的DDS电路部36的输出信号不限于锯齿波，只要是信号值与时间一同增加、反复减少的频率信号即可，例如也可以是正弦波。

另外，作为频率差检测部3，也可以利用计数器对f1和f2进行计数，从该计数值的差值减去与Δfr相当的值，输出与得到的计数值对应的值。

用修正值运算部4求得的修正值，不限定于像上述实施方式那样使用，在振荡装置的输出频率因温度变动的情况下，只要是能够用修正值抵消输出频率的变动量地进行补偿的结构，也可以用其它的方法进行修正。例如在图13所示的TCXO中，也可以代替温度检测器94的输出使用由频率差检测部3得到的频率差信息，基于该信息求取与频率修正量相称的控制电压的补偿量，用控制电压产生部93将上述补偿量和用于输出基准温度的频率的基准电压相加将之作为控制电压。从频率差信息求取频率修正量的方法，不限于像上述实施方式那样的多项近似式，也可以是在存储器中预先存储表示频率差信息与频率修正量关系的表，参照该表的方法。

在以上实施方式中，将第一晶体振子10与第二晶体振子20的频率差作为所谓的温度计测值使用，基于该温度计测值求取针对第一晶体振子10的温度变动的频率修正值。但是本发明中，采用不将成为频率修正对象的晶体振子和构成所谓的温度计的2个晶体振子的一个共用化的结构的情况，也包含于权利要求的技术范围。

在这种情况下，上述修正值取得部，代替基于用频率差检测部检测出的与上述差值对应的值，以及与上述差值对应的值和第一振荡电路的振荡频率f1的频率修正值的关系，取得f1的频率修正值的方式，能够基于用频率差检测部检测出的与上述差值对应的值，以及与上述差值对应的值和使与第一晶体振子和第二晶体振子不同的其它晶体振子振荡的其它振荡电路的振荡频率f0的频率修正值的关系，取得f0的频率修正值。

Claims

1.一种振荡装置，其基于环境温度的检测结果对输出频率进行修正，该振荡装置的特征在于，包括：

在晶体片设置第一电极而构成的第一晶体振子；

在晶体片设置第二电极而构成的第二晶体振子；

修正值取得部，其基于用该频率差检测部检测出的与所述差值对应的值，以及与所述差值对应的值和第一振荡电路的振荡频率f1的频率修正值的关系，取得起因于环境温度与基准温度不同的f1的频率修正值，其中

所述频率差检测部具备：

脉冲生成部，其生成所述f1与f2之差频率的脉冲；

DDS电路部，其输出以与输入的直流电压的大小对应的频率，信号值与时间一同反复增加、减少的频率信号；

闩锁电路，其利用由所述脉冲生成部生成的脉冲将从该DDS电路输出的频率信号闩锁；

环路滤波器，其对由该闩锁电路闩锁的信号值进行积分，将其积分值作为与所述差值对应的值输出；和

加法部，其取出该环路滤波器的输出和对应于f1r和f2r之差的值的差，作为所述DDS电路部的输入值，

振荡装置的输出，利用所述第一振荡电路的输出而生成，

基于用所述修正值取得部求得的所述频率修正值对所述输出频率进行修正。

2.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

与对应于f1和f1r之差的值和对应于f2和f2r之差的值的差值对应的值，是[{(f2-f2r)/f2r}-{(f1-f1r)/f1r}]。

3.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

在第一振荡电路振荡的泛频的次数和在第二振荡电路振荡的泛频的次数相同，

第一晶体振子和第二晶体振子的电极的膜厚、电极的面积和晶体片的厚度中的至少一个不同。

4.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

在第一振荡电路振荡的泛频的次数和在第二振荡电路振荡的泛频的次数彼此不同。

5.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

将第一晶体振子的晶体片和第二晶体振子的晶体片共用化。