CN102655391A

CN102655391A - 振荡装置

Info

Publication number: CN102655391A
Application number: CN2012100488942A
Authority: CN
Inventors: 赤池和男; 小林薰
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2012-09-05
Also published as: JP2012195932A; US20120218048A1; TWI473418B; US8536952B2; TW201249097A; EP2493078A1

Abstract

本发明提供一种振荡装置，其对振荡频率随晶体振子的工作时间的推移而发生的变化进行补偿从而得到稳定的振荡频率。其求出从基准时间经过规定时间后第一及第二晶体振子的频率差和在基准时间第一及第二晶体振子的频率差的的差值ΔF(即，对第一晶体振子的频率从基准时间起的变化量和对第二晶体振子的频率从基准时间起的变化量的差值ΔF)。对从基准时间起经过的时间，设第一晶体振子频率的变化量和第二晶体振子频率的变化量的比率相同并使该此时的该比率为经时变化的修正系数，基于与差值ΔF对应的值和经时变化的修正系数，对用于生成振荡装置的输出的晶体振子的频率取得修正值。

Description

振荡装置

技术领域

本发明涉及一种使用晶体振子的振荡装置，是一种涉及到对晶体振子频率的经时变化进行补偿的技术。

背景技术

晶体振子具有振荡频率随驱动时间的推移而偏移的性质。一方面，市场上对晶体(石英)振荡器要求有极高的频率稳定性的应用正在增长，但是在向应用中组装时，作为晶体振荡器一般为通常OCXO。OCXO具有上述偏移较少的优点，但是装置庞大，电能消耗大。因此正在研究利用构成简单、电能消耗少的TCXO，而TCXO具有振荡频率随驱动时间的推移振荡频率偏移量大的缺点，存在对于要求有高的频率稳定性的应用难以适用的课题。

专利文献1记载了一种在共用的晶体片(石英片)设置两对电极构成两个晶体振子(晶体共振子)，利用对应于温度变化而在两个晶体振子间出现频率差的现象进行振荡频率的温度补偿的技术，但是却没有记载其对频率经时变化的补偿。

专利文献1：日本特开2001-292030号公报

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种振荡装置，其对振荡频率伴随晶体振子工作时间的经过的变化进行补偿而得到稳定的振荡频率。

本发明的振荡装置使用晶体振子，其特征在于，具备：

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；

分别与这些第一晶体振子及第二晶体振子连接的第一振荡电路和第二振荡电路；

频率差检测部，其在设第一振荡电路的振荡频率为f1、设基准时间第一振荡电路的振荡频率为f1rz、设第二振荡电路的振荡频率为f2、设基准时间第二振荡电路的振荡频率为f2rz时，求得差值ΔF的值，其中，该差值ΔF的值为与f2和f2rz的差对应的值和与f1和f1rz的差对应的值的差值(求得与f2和f2rz的差对应的值和与对应于f1与f1rz的差的值的差值ΔF对应的值)；和

经时变化补偿用的修正值取得部，其基于与由该频率差检测部检测出的上述差值ΔF对应的值和经时变化的修正系数，取得基于时间从基准时间起经过的情况的f1的频率修正值(取得基于从基准时间起经过的时间的f1的频率修正值)，其中

上述经时变化的修正系数为：相对于从基准时间起的工作时间的经过(相对于从基准时间起经过的工作时间)，第一振荡电路频率的变化量和第二振荡电路频率的变化量的比率，

振荡装置的输出利用上述第一振荡电路的输出而生成；

基于由上述修正值取得部求得的上述频率修正值来修正上述输出频率的设定值。

下面，列举本发明的具体构成例。

第一振荡电路的振荡频率f1为n次谐波，第二振荡电路的振荡频率f2为基波的频率，

上述差值ΔF为

[(f2-f2rz)/f2rz]-[(f1-f1rz)/f1rz]。

另外，其它具体例的特征在于，上述经时变化的修正系数为在基准温度设定的值，上述振荡装置具备：

对放置有上述第一晶体振子和上述第二晶体振子的气氛温度进行检测的温度检测部；和

温度补偿用计算部，其在基准时间，基于从基准温度起的温度变化量和相对于在基准温度的上述差值ΔF的变动量的关系，以及由上述温度检测部求得的气氛温度，求出因上述差值ΔF包含的温度变化所引起的变化量，

上述修正值取得部使用从上述差值ΔF减去由上述温度补偿用计算部计算出的变化量的值来取得f1的频率修正值。

此外，其它具体例的特征在于，具备：

温度补偿用的修正值取得部，其基于与由该温度检测部检测出的温度对应的信号和该信号与第一振荡电路的振荡频率f1的频率修正值的关系，取得因环境温度偏离基准温度而引起的f1的频率修正值，

基于由上述经时变化用的修正值取得部求得的上述频率修正值和由上述温度补偿用的修正值取得部求得的上述频率修正值，修正上述输出频率的设定值。

频率差检测部的特征在于，具备：脉冲生成部，其生成上述f1和f2的差频率的脉冲；DDS电路部，其按与所输入的直流电压的大小相应的频率，输出信号值随着时间而反复增加、减少的频率信号；闩锁电路，其使从上述DDS电路部输出的频率信号被由上述脉冲生成部生成的脉冲锁存；环路滤波器，其对被该闩锁电路锁存的信号值进行积分，将其积分值作为与上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与f1rz和f2rz的差对应的值的差，使其成为向上述DDS电路部输入的输入值。

第一晶体振子的晶体片和第二晶体振子的晶体片共用。

发明的效果

本发明在设第一振荡电路的振荡频率为f1、设在基准时间第一振荡电路的振荡频率为f1rz、设第二振荡电路的振荡频率为f2、设在基准时间第二振荡电路的振荡频率为f2rz时，则求出对应于与f2和f2rz的差对应的值和与f1和f1rz的差对应的值的差值ΔF的值(即，关于第一晶体振子的频率从基准时间起的变化量和关于第二晶体振子的频率从基准时间起的变化量的差值ΔF)。而且，将设相对于从基准时间起经过的时间，第一晶体振子频率的变化量和第二晶体振子频率的变化量的比率相同而使用此时的该比率作为经时变化的修正系数，基于与差值ΔF对应的值和经时变化的修正系数，对用于生成振荡装置的输出的晶体振子的频率取得修正值。因此，由于对振荡频率随晶体振子工作时间的经过的变化进行补偿，因而可得到稳定的振荡频率。

附图说明

图1是表示用于本发明实施方式的概要说明的振荡频率的经时变化的示意性说明图；

图2是表示本发明实施方式的整体结构的框图；

图3是表示用于上述实施方式的控制电路部的结构的框图；

图4是表示频率差检测部的框图；

图5是表示频率差检测部的一部分输出的波形图；

图6是示意性表示含有频率差检测部的DDS电路部的环路未闭锁的状态的各部的波形图；

图7是示意性表示含有频率差检测部的DDS电路部的环路未闭锁的状态的各部的波形图；

图8是针对实际的装置，上述环路的环路滤波器的输出波形图；

图9是表示第一～第三振荡电路的各频率f1、f2、f3和温度的关系的频率温度特性图；

图10是表示分别将各频率f1、f2、f3归一化后的值和温度的关系的频率温度特性图；

图11是表示将各频率归一化后的值的差和温度的关系的频率温度特性图；

图12是表示因包含于与f1/3-f3对应的值的、温度变化引起的变动量和与温度检测结果对应的值的关系的特性图；

图13是表示基于图12所示的特性图的横轴的值，通过运算求出纵轴的值的运算部的框图；

图14是表示老化修正值计算部的框图；

图15是表示因老化(经时变化)而使频率变化的情况的特性图；

图16是表示将f1归一化后的值和温度的关系以及将f1归一化后的值和将f2归一化后的值的差和温度的关系的频率温度特性图；

图17是表示将图16的纵轴归一化后的值和频率修正值的关系的特性图。

符号说明

1～3：第一～第三振荡电路

10～30：第一～第三晶体振子

4、5：频率差检测部

41：触发电路(双稳态触发电路)

42：单触发电路(单稳态触发电路)

43：闩锁电路

44：环路滤波器

45：加法部

46：DDS电路部

6：经时变化修正值计算部

7：温度变动量计算部

8：温度修正值计算部

100：电压控制振荡器

200：控制电路部

具体实施方式

[发明的实施方式概要]

本实施方式的振荡装置是将使第一晶体振子振荡的第一振荡电路的振荡输出例如用作控制电路的时钟的情况下，若因第一晶体振子的经时变化而使时钟频率变化，则控制电路的工作偏离作为目的的工作。因此，是对时钟频率的经时变化量(因老化引起的频率的变化量)进行补偿的技术。在详细说明实施方式之前，对该补偿的情况的概要进行极为示意性的说明。在该示意性说明中所使用的数值是为了方便而使用的，曲线(图)的倾角等也是为了方便而使用的。

现在，若将第一晶体振子的3次谐波(泛频，泛音)(设频率为f1)用作时钟，设t0为基准时间，则3次谐波的1/3频率的经时变化用图1(a)的下侧的曲线表示，基准时间t0的f1/3为900Hz。通过该实施方式想要知道的是，例如使使用振荡装置之后(驱动晶体振子之后)经过一定天数时f1相对于基准时间的频率偏离了多少。因此，使用有别于第一晶体振子的第二晶体振子，利用该晶体振子的基波(频率为f2)。基波频率的经时变化大于谐波频率的经时变化，另外两经时变化的比率恒定。

在该实施方式中着眼于这一点。图1(a)上侧的曲线表示基波频率f2的经时变化，基准时间t0的f2为1000Hz。图1(b)将两频率的经时变化和基准时间t0一起表示，距各曲线的横轴的高度为频率的变化量。即，若设在基准时间谐波的频率为f1re，则3次谐波的频率变化量为f1re/3和在某时刻的f1/3的差(f1-f1re)/3。另外，若设基准时间的频率为f2re，则基波的频率变化量为f2re和在某时刻的f2的差(f2-f2re)。

由于测定对象为f1/3和f2的差频率，在基准时间的各频率f1re/3、f2re为已知(在该例中为900Hz、1000Hz)，因而，若得知f2-f1/3的测定值，则得知(f2-f2re)-(f1-f1re)/3＝ΔF(参照图1(b))的值。而且由于在各时刻看做(f1-f1re)/3相对于(f2-f2re)的比率m恒定，该比率预先已经知道，因而，若得知ΔF，则能够求出最终想要求出的f1的经时变化补偿量1/3的值[〔f1-f1re)/3]。在图1的例中，由于比率m为4/9，因而，若在时刻t1的测定结果ΔF为10Hz，则可得知(f1-f1re)/3＝ΔF·m/(1-m)＝8Hz。

此外，在制造出晶体振子后开始通电的初期，由于经过时间和上述频率变化量的关系为非线性关系，因而该关系在成为线性后的定时例如是将即将从厂商出货的定时作为基准时间。

因此，第一晶体振子的时钟即3次谐波的频率f1从2700Hz增加了24Hz，上述控制电路的工作以使24Hz增加量相互抵消的方式进行控制例如对控制电压进行控制等。但是，以上的说明是与求出图1所示的频率特性的环境温度和在时刻t1的环境温度相等的情况相对应的。若要求频率特性的环境温度为基准温度即例如为25℃，在时刻t1的环境温度为27℃，则ΔF中也含有基于温度变动的频率变化量。该情况下，不能准确地求出基于f1的经时变化的变动量。

因此，在该实施方式中，将第一晶体振子和第二晶体振子按后述的方式置于相同的环境温度下，使用测定该环境温度的温度检测部。而且，预先求出以基准温度进行归一化后的归一化温度(设基准温度为零时的温度)和在基准时间的ΔF的关系，基于该关系和由温度检测部检测出的温度检测值，求出基于包含于ΔF的温度变化的频率差变动量(经时变化修正时的温度变动量消除数据)。具体而言，若设图1的特性为基准温度的特性，基准时间下27℃时第一晶体振子和第二晶体振子的频率分别为1003Hz及901Hz，则f2的特性及f1/3的特性处于比图1所示的曲线分别高3Hz及1Hz的位置。因此，原来在基准时间f2re和f1re/3的差不为零而是2Hz，上述ΔF中除基于经时变化的频率差外还包含基于温度变化的2Hz量。因此，使用从测定的ΔF中减去2Hz后的值，并需要适用(1)式。

(f1-f1re)/3＝ΔF·m/(1-m)…(1)

这样得到的(f1-f1re)/3的值为基于包含于f1/3的经时变化的可以说是真实的频率变动量，通过用该值3倍的值补偿第一振荡电路的输出频率，可对基于第一振荡电路输出频率的经时变化的频率变动量进行补偿。

但是，在放置晶体振子的温度环境发生变动的情况下，优选由温度检测部对温度进行检测，基于预先求出的、温度(例如对基准温度进行了归一化后的温度)和第一晶体振子的频率(例如对基准温度的频率进行归一化后的温度)的关系，和温度检测值，求出基于包含于第一晶体振子的频率的温度变化的频率变动量。该情况下，通过从第一晶体振子的频率中减去上述的基于经时变化的频率变动量和基于温度变化的频率变动量(根据变动量的值的符号，通过做加法)能够稳定地得到作为目的的输出频率。

这种频率的补偿不限于对第一晶体振子的频率直接进行补偿，而是例如在将第一晶体振子的频率用作时钟的控制电路中，也包含以消除频率变动量的方式调整控制电压等。

此外，本发明中的基于经时变化的频率变动量的补偿也可以用于OCXO。

[发明的实施方式的详细说明]

下面，对本发明实施方式的具体电路构成、频率特性等进行说明。图2是表示本发明的振荡装置实施方式整体的框图。该振荡装置作为输出设定频率的频率信号的频率合成器而构成，其具备：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中的PLL的控制电路部200、进行输入到该控制电路部200的基准时钟的温度补偿及经时变化补偿的信号补偿部。信号补偿部未添加符号，其相当于图1的控制电路部200的左侧部分。

如图3所示，该控制电路部200由相位频率比较部205对从DDS(Direct Digital Synthesizer)电路部201输出的基准(参照用)时钟和用分频器204对电压控制振荡器100的输出进行了分频的时钟的相位进行比较，其比较结果即相位差通过未图示的电荷泵进行模拟，将模拟的信号输入到环路滤波器206，以使PLL(Phase locked loop，锁相环)稳定的方式进行控制。因此，控制电路部200也可以称为PLL部。在此，DDS电路部201将从后述的第一振荡电路1输出的频率信号用作基准时钟，输入用于输出作为目的的频率信号的的频率数据(数字值)。

但是，由于上述基准时钟的频率发生经时变化，因而为了消除该经时变化量而通过加法部90在输入到DDS电路部201的上述频率数据中加上与后述的频率修正值对应的信号。通过修正输入到DDS电路部201的频率数据，而消除基于基准时钟的经时特性变动量的DDS电路部201输出频率的经时变动量，其结果是，相对于温度变动使参照用时钟的频率稳定，由此而使来自电压控制振荡器100的输出频率稳定。

信号补偿部具备经时变化补偿部和温度补偿部。在图2中，10及20分别为第一晶体振子、第二晶体振子。这些晶体振子10及20用共用的晶体片Xb构成。即，例如将长条状的晶体片Xb的区域沿长度方向一分为二，各分割区域(振动区域)的内表两面设置激励用的电极。因此，第一晶体振子10由第一分割区域和一对电极11、12构成，第二晶体振子20由第二分割区域和一对电极11、12构成。因此，可以将这些晶体振子10及20彼此热结合。

第一晶体振子10与第一振荡电路1连接。第一晶体振子10使用基波为28.2MHz的晶体振子，第一振荡电路1的输出例如为3次谐波(高次谐波)。第二晶体振子20与彼此绝缘的第二振荡电路2及第三振荡电路3连接。第二晶体振子20使用基波为26.5MHz的晶体振子。这些第二振荡电路2及第三振荡电路3为确保彼此绝缘而在输入线的分支点设有未图示的开关部，其以在切换到一接点时使第二晶体振子20的激励电极与第二振荡电路2连接，在切换到另一接点时使第二晶体振子20的激励电极与第三振荡电路3连接的方式构成。因此，通过在一接点和另一接点之间交互切换，将第二晶体振子20的基波(f2)作为分时数据从第二振荡电路2取出，再将第二晶体振子20的3次谐波(f3)作为分时数据从第三振荡电路3取出，从而可进行后级的信号处理。

第一振荡电路1及第三振荡电路3的输出既可以是3次以外的谐波，也可以是基波。在得到谐波的输出的情况下，例如也可以在由晶体振子和放大器构成的振荡环路内设置有与谐波调谐的电路，通过谐波使振荡环路产生振荡。或者用基波使振荡环路振荡，在振荡级的后级例如科耳皮兹电路的一部分即放大器的后级设置有C级放大器，通过该C级放大器使基波不发生变形，同时C级放大器的后级设置有与谐波调谐的调谐电路，其结果是，也可以从振荡电路1、2的任一个输出例如3次谐波的振荡频率。

在此，出于方便，而设从第一振荡电路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，从第三振荡电路3输出频率f3的频率信号，这样，将频率f1的频率信号作为基准时钟供给到上述控制电路部200。在本发明中，频率为f1的频率信号用于振荡装置的输出，而所谓“利用”是在该例中作为图2所示的控制电路部200的时钟使用的意思。但是，不限于这样的方式，而是例如在将普通的TCXO即晶体振动和使该晶体振子振荡的振荡电路组合的振荡装置中，也包含第一晶体振子及第一振荡电路分别相当于这些晶体振子及振荡电路的情况，在这两种情况下，频率f1的频率信号就是输出自身。

频率f1及频率f2分别与上述实施方式的概要说明中的f1、f2对应。因此，第一晶体振子10及第一振荡电路1和第二晶体振子20及第二振荡电路2用于测定频率f1的经时变化(因驱动第一晶体振子10而偏离基准时间的频率变化的状态)。

另一方面，第一晶体振子10及第一振荡电路1和第三晶体振子30及第三振荡电路3具有温度检测部的一部分作用。这一点将在以后说明，但是，由于在与频率f1和f3的差对应的值和温度之间存在规定的关系，因而，能够通过测定该差来检测温度。而且该温度的检测结果的用途之一是如在实施方式的概要说明项目中所述，用于基于该温度检测值来检测包含于f2-f1/3的温度变动量。另外，温度检测结果的另一用途是，用于检测包含于从第一振荡电路1输出的频率信号的频率f1的温度变动量。因此，在该例中，从第一振荡电路1输出的频率信号起着作为用于驱动振荡装置的时钟输出部的作用，除此之外，还兼具温度检测的作用。

返回到对频率f1的经时变化进行补偿的部分来进行说明，图2中，4为频率差检测部。在第一振荡电路1的输出端和频率差检测部4的输入端之间设有分频比为1/3的分频电路13，来自第一振荡电路1的频率信号的频率f1被分频为1/3而输入到频率差检测部4。频率差检测部4用概略的说法表示，就是用于获得f1/3和f2的差与Δfre的差即ΔF＝f2-f1/3-Δfre的电路部。Δfre是在基准时间基准温度例如在25℃的f2(f2re)和f1/3(f1re/3)的差。

本发明通过由频率差检测部4来计算与f2和f1/3的差对应的值、和与基准温度例如在25℃的f2和f1/3的差对应的值的差即ΔF而构成。在本实施方式的情况(图4的情况)下，更具体地说，由频率差检测部4得到的值为[(f2-f1/3)/(f1/3)]-[(f2re-f1re/3)/(f1re/3)]。但是附图上对频率差检测部4的输出表示进行了略记。

该值与图1所示的ΔF对应。即，在本发明实施方式的概要项目中为了进行示意性说明，ΔF是为了求出用于对f1的经时变化进行补偿的补偿值的值。而且取代ΔF而使用[(f2-f1/3)/(f1/3)]-[(f2re-f1re/3)/(f1re/3)]的值，例如如使用图1(b)的曲线所述的那样，进行(f1-f1re)/3＝ΔF·m/(1-m)这一运算求出补偿值也能够对f1的经时变化进行补偿。从频率检测部4得到的值例如为34比特的值，通过利用这一数字值来修正DDS电路部201的频率数据，而得到与上述的示意性说明相同的补偿作用。

此外，设频率差检测部4是计算ΔF＝f2-f1/3-Δfre的电路部也可得到本发明的效果，这一点不会改变。

图4表示频率差检测部4的具体例。41为触发电路〔F/F电路)，向该触发电路41的一输入端输入来自第一振荡电路1的频率为f/3的频率信号，向另一输入端输入来自第二振荡电路2的频率为f2的频率信号，利用来自第一振荡电路1的频率为f1/3的频率信号来锁存来自第二振荡电路2的频率为f2的频率信号。下面，为避免冗长的记载，而采用f1、f2表示频率或者频率信号自身的做法。触发电路41输出与f1/3和f2的频率差对应的值即保持(f2-f1/3)/(f1/3)频率的信号。

触发电路41的后级设有单触发电路42，在单触发电路42中，通过从触发电路41得到的脉冲信号的升高而输出单触发脉冲。图5(a)～(d)是表示此前一系列的信号的时间图。

单触发电路42的后级设有PLL(Phase Locked Loop，锁相环)，该PLL由闩锁电路43、具有积分功能的环路滤波器44、加法部45及DDS电路部46构成。闩锁电路43用于将从DDS电路部46输出的锯齿形波由从单触发电路42输出的脉冲锁存，闩锁电路43的输出是输出上述脉冲的定时中的上述锯齿形波的信号电平。环路滤波器44对该信号电平即直流电压进行积分，加法部45对该直流电压和与Δfre对应的直流电压进行加法运算。将与Δfre的对应的与直流电压对应的数据存储于图2所示的存储器30。

在该例中，加法部45的符号是，与Δfre对应的直流电压的输入侧为“+”，环路滤波器44的输出电压的输入侧为“-”。向DDS电路部46输入经由加法部45计算的直流电压，即输入从与Δfre对应的直流电压中减去环路滤波器44的输出电压后的电压，输出与该电压值相应的频率的锯齿形波。为了便于理解PLL的工作而在图6上极为示意性地表示了各部输出的情况。在调试装置时，将与Δfre对应的直流电压通过加法部45输入到DDS电路部46，若设Δfre例如为5MHz，则从DDL36输出与该频率对应的频率的锯齿形波。

上述锯齿形波通过闩锁电路43并按与(f2-f1/3)对应的频率的脉冲锁存，若(f2-f1/3)例如为5.1MHz，则由于锁存用的脉冲的周期比锯齿形波短，因而如图6(a)所示，锯齿形波的闩锁点逐渐下降，闩锁电路43的输出及环路滤波器44的输出如图6(b)、(c)所示在一侧逐渐下降。由于加法部45的环路滤波器44的输出侧的符号为“-”，因而，使从加法部45输入到DDS电路部46的直流电压上升。因此使从DDS电路部46输出的锯齿形波的频率变高，在向DDS电路部46输入与5.1MHz对应的直流电压时，锯齿形波的频率达到5.1MHz，如图7(a)～(c)所示被PLL锁住。此时，从环路滤波器44输出的直流电压为与Δfre-(f2-f1/3)＝-0.1MHz对应的值。即环路滤波器44的积分值能够从5MHz变为5.1MHz相当于锯齿形波发生变化时的0.1MHz的变化量的积分值。此外，5MHz及5.1MHz是为了便于说明的数值。

在此，作为频率差检测部除频率差检测部4之外，还设置有频率差检测部5作为用于进行温度补偿的一部分功能，因此，出于补充频率差检测部的工作说明的观点，对Δfre一方比(f2-f1/3)大的情况的工作一并进行说明。该情况下，设例如Δfre为5.1MHz，(f2-f1/3)为5MHz。由于锁存用的脉冲的周期比锯齿形波长，因而，如图6(a)所示的闩锁点逐渐变高，与此同时，也使闩锁电路43的输出及环路滤波器44的输出上升。由于因此而使加法部45减去的值变大，因而锯齿形波的频率逐渐下降，不久，在达到与(f2-f1/3)相同的5MHz时，PLL被锁闭。此时，从环路滤波器44输出的直流电压成为与Δfre-(f2-f1/3)＝0.1MHz对应的值。

图8为实测数据，在该例中，在时刻t0，PLL被锁闭。实际上频率差检测部4的输出即如图4所示的平均化电路47的输出为用34比特的数字值表示[(f2-f1/3)/(f1/3)]-[(f2re-f1re/3)/(f1re/3)]这一值的值。

另外，由于在触发电路41中f2被f1/3锁闭的工作为非同步，因而亚稳度(在用时钟的边缘对输入数据进行锁存时，锁存的边缘前后需要在一定时间保持输入数据，通过时钟和输入数据几乎同时发生变化使输出成为不稳定的状态)等的不定区间也可能产生，环路滤波器44的输出中有可能含有瞬时误差。由于在上述的PLL中将环路滤波器44的输出用作与温度对应的值即Δfre和(f2-f1/3)的差，在因而环路滤波器44的输出侧设有在预先设定的时间求出输入值的移动平均的平均化电路47，即使产生上述瞬时误差也将被取出。通过设置平均化电路47，最终可高精度获取频率偏移信息。将从PLL的环路滤波器44经由平均化电路47取出的信息输入到经时变化修正值运算部6。

下面，对来自第一振荡电路1的频率信号的频率f1和来自第三振荡电路3的频率信号的频率f3的方面加以说明。此外，设来自第三振荡电路3的频率信号及其频率都用f3表示。图2中，5为频率差检测部，频率差检测部5若用简单的说法，就是用于获得f1和f3的差和Δfrt的差，即ΔF’＝f3-f1-Δfrt的电路部。此外，更准确地说，与频率差检测部4同样ΔF’就是[(f1-f1rt)/f1rt]-[(f3-f3rt)/f3rt]。

Δfrt是基准温度例如为25℃时f3和f1的差。如图4所示，频率差检测部5为与上述频率差检测部4相同的构成，符号51～57表示的是分别相当于符号41～47所示的部位。此外，在求出上述的ΔF和ΔF’时，也可以使用共用的频率差检测部(4或者5)切换信号进行运算。

由频率差检测部5得到的频率偏移信息在该例中Δfrt-(f3-f1)与、温度检测值对应。即，Δfrt-(f3-f1)随温度而变化，另外，由频率差检测部4求出的Δfre-(f2-f1/3)也随温度而变化。因此，分别由频率差检测部4、5得到的ΔF、ΔF’保持一定的关系。即，由于ΔF相对于温度按规定的关系变动，因而将ΔF’看作是温度检测值，预先以温度为介质求出ΔF和ΔF’的关系，如在实施方式的概要中说明的那样，根据ΔF’的值求出包含于ΔF的温度变动量。进行这种运算的部分就是温度变动量计算部7。

在说明温度变动量计算部7之前，参照图9～图12来说明ΔF’和ΔF包含的温度变动量。图9是表示将f1、f2及f3按基准温度进行归一化，温度和频率的关系的特性图。此处所谓的归一化是指例如设25℃为基准温度，对温度和频率的关系是设基准温度时的频率为零，求出频率偏离基准温度时的频率的频率偏移量和温度的关系。若将在25℃时的第一～第三振荡电路1～3的频率分别设为f1r、f2r及f3r，即，设25℃时的f1、f2、f3的值分别为f1r、f2r、f3r，则图9纵轴的值为(f1-f1r)、(f2-f2r)及(f3-f3r)。

另外，图10是关于图9所示的各温度的频率，表示相对于基准温度(25℃)时的频率的变化率。因此，图10纵轴的值为(f1-f1r)/f1r、(f2-f2r)/f2r及(f3-f3r)/f3r，设这些值分别用OSC1、OSC2及OSC3表示。此外，图10纵轴的值的单位为ppm。

在此返回到频率差检测部4的说明，如上所述，在本实施方式中，频率差检测部4不是(f2-f2re)-(f1/3-f1re/3)＝f2-f1/3-Δfr本身的，而是将[(f2-f1/3)/(f1/3)]-[(f2re-f1re/3)/(f1re/3)]作为运算值。而且，表示用34比特代表该运算值的数字值和温度的关系的特性曲线实质上与表示OSC2-OSC1和温度的关系的特性曲线相同。因此，频率差检测部4能够进行求OSC2-OSC1的运算。即，表示各频率按多大的比率偏离基准温度的比率值是求出f2的比率和f1的比率的差。由于向闩锁电路43输入与(f2-f1/3)对应的频率信号，向PLL环路中输入锯齿形波，因而，能够以进行这样的计算的方式组装电路。若频率差检测部4的输出为34比特的数字值，则例如每1比特分配0.058(ppb)的值，OSC2-OSC1的值得到0.058(ppb)以下的精度。此外，能够将每1比特设定为0.058(ppb)的值的根据是基于后述的(2)～(4)式。

图11表示(OSC2-OSC1)和温度的关系及(OSC3-OSC1)和温度的关系。(OSC2-OSC1)相对于温度脱离直线，换言之，其直线性差，而(OSC3-OSC1)相对于温度直线性好。其原因在于，f3、f1都是谐波，本发明的发明人掌握了该差和温度保持良好的比例关系的情况。因此，将(OSC3-OSC1)用作温度检测值。图12中，横轴采用温度检测值即(OSC3-OSC1)的值，纵轴采用(OSC2-OSC1)的值。具体而言，为了抑制温度检测值的比特数，横轴采用对温度检测值进行了归一化后的值。例如确定将振荡装置用于实际的上限温度及下限温度，设上限温度时的(OSC3-OSC1)的值为十1，设下限温度时的(OSC3-OSC1)的值为一1。

在该例中，将图12的线设为曲线，通过最小二乘法推导出9次多项近似式系数。而且将多项近似式系数预先保存在包含于温度变动量计算部7的存储器，温度变动量计算部7使用这些多项近似式系数进行(2)式的运算处理。

Y＝P1·X⁹十P2·X⁸十P3·X⁷十P4·X⁶十P5·X⁵十P6

·X⁴+P7·X³+P8·X²+P9·X……(2)

(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为由图1所示的频率差检测部5得到的值，即由图4所示的平均化电路57得到的值(OSC3-OSC1)。

图13表示用于使温度差变动量计算部7执行运算的框图之一例。图13中，401～409为进行(2)式的各项运算的运算部，400为加法部，410为进行舍入处理的电路。此外，也可以温度变动量计算部7例如使用1个乘法部，由该乘法部求出9次方项的值，然后，由该乘法部求出8次方项的值的做法中，反复使用该乘法部，最终将对各次方的值加在一起。另外，修正值的运算式不限于使用9次多项近似式，而是也可以使用符合所要求的精度的次方的近似式。

按上述方法将由频率差检测部4得到的频率差信息和由温度差变动量计算部7得到的信息输入到图2所示的经时变化修正值计算部6。图14是表示经时变化修正值计算部6的详情的图，61为加法部。如上所述，由于由温度差变动量计算部7得到的信息与由频率差检测部4求出的包含于经时变化修正用频率差信息即ΔF＝Δfre-(f2-f1/3)的温度变动量的值相对应，因而其可以是经时变化修正时温度变动量消除数据。加法部61从ΔF中减去上述消除数据，求出基于通过驱动如前面的图1(b)所示的晶体振子引起的经时变化(老化特性)的真实的ΔF。

图15是与图1(b)对应的图，如在本发明实施方式的概要中列举(1)式说明的那样，若得知ΔF则可使用预先求出的相对于(f2-f2re)的(f1-f1re)/3的比率m求出Δfb＝(f1-f1re)/3。进行该运算的部位是图14所示的乘法部62。另外，乘法部62的后级有闩锁电路63，由经时变化修正触发信号将Δfb锁存并从经时变化修正值计算部6输出。该触发信号从对振荡装置进行控制的未图示的控制部送出，可由操作员选择输出触发信号或不输出触发信号。

以上的说明是关于供给振荡装置的控制电路部200的时钟f1求出经时变化的频率变动量的方法，在不用于OCXO的情况下，优选也对f1的温度变动量进行补偿。因此，由温度检测部来检测温度，基于温度检测值和f1的关系，具体而言就是对基准温度进行了归一化后的温度和相对基准温度时的频率的频率变化量的关系，求出f1的温度变动量即温度修正数据Δfa，需要使Δfa与上述Δfb相加。图2的用符号9表示的部分为进行该运算的加法部。

在本实施方式中，作为温度检测部使用了由用作时钟的第一晶体振子10、第一振荡电路1、第三晶体振子30、第三振荡电路3、频率差检测部5及温度修正值计算部8构成的部分。在求出频率差检测部5的输出即相当于温度检测值的ΔF’＝f3-f1-Δfrt的作业之前，与以前的温度修正数据Δfa的计算作业相同，而不同之处在于，在温度修正值计算部8中使用ΔF’求出f1的温度变动量。

图16表示(OSC3-OSC1)和温度的关系及OSC1和温度的关系，图17基于图16，横轴采用温度检测值即(OSC3-OSC1)的值，纵轴采用-OSC1的值。此外，具体而言，如上所述，横轴采用将温度检测值进行了归一化后的值。在该例中，对图17的曲线通过最小二乘法推导出9次多项近似式系数。而且，将多项近似式系数预先存储在包含于温度修正值计算部的存储器，温度变动量计算部8使用这些多项近似式系数进行运算处理。此外，该运算处理例如在改变系数的基础上使用(2)式进行。

将这样得到的温度修正数据Δfa和经时变化修正数据Δfb由加法部9(参照图2)做加法而得到修正值。图2所示的DDS201以第一振荡电路1～输出的频率信号f1为工作时钟输出参照时钟信号，由于频率信号f1的经时变化及温度变化，参照时钟信号的频率改变。另一方面，向图2所示的控制部200输入由与用于设定电压控制振荡器100的输出频率的设定值相对应的数字值构成的频率数据，通过从上述加法部9得到的修正值来修正上述频率数据。具体而言，例如通过设置于加法部9的后级的加法部90使该修正值和频率数据相加，将该加法值输入到DDS201。这样，通过修正频率数据，可以补偿DDS201的工作时钟f1的经时变化量及温度变化量。其结果是，使本实施方式的振荡装置1的输出即电压控制振荡器100的输出频率不管基于晶体振子的经时变化的频率变动和基于温度变化的频率变动都达到稳定。因此，能够实现高稳定性、高精度的振荡装置。此外，关于输入到图2的加法部9的外部修正数据，由于作为本实施方式的变形例使用，因而将在以后加以说明。

在本实施方式中，如图2所示第一～第三晶体振子10～30使用共用的晶体片Xb构成，彼此热结合，因而振荡电路1～3的频率差是与环境温度极为准确地对应的值，因此，能够高精度地进行上述的温度补偿、经时变化补偿。此外，也可以由单独的晶体片构成第一～第三晶体振子10～30，将它们配置于共用的容器内使其与环境温度一致。

此外，在本实施方式中，利用了晶体振子在基波中的经时变化比谐波大的特点，并使用基波和谐波的差来修正第一振荡电路的输出频率。另外，还利用了谐波温度变化的变动量大，谐波间的特性之差比温度变化大的特点，针对温度补偿使用了谐波。因此，具有能够以高的精度进行与晶体振子的经时变化、温度变化对应的频率补偿的优点。

另外，为了求出频率差信息，而生成例如f2和f1/3的差频率的脉冲，将从DDS电路部46输出的锯齿形波信号通过上述脉冲锁存在闩锁电路43，对锁存的信号值进行积分，将其积分值作为上述频率差输出，同时，推导出与该输出和f2r和f1r/3的差对应的值的差，将其输入到上述DDS电路部46而构成PLL。在对频率差进行计数而得到其差的情况下，计数时间直接影响到检测精度，但是，在上述的构成中，具有因不存在这样的问题因而检测精度高的优点。频率差检测部3的DDS电路部46的输出信号不限于锯齿形波，只要是随时间一起使信号值反复增加、减少的频率信号即可，例如也可以是正弦波。此外，为了求出频率差，也可以是使用频率计数电路求出各计数值的差的方法。

此外，也可以构成为能够选择以下一种状态：将第二晶体振子20连接于第二振荡电路2的状态；和将第二晶体振子20连接于第三振荡电路3的状态。作为这样的例子，能够举出：以使第二振荡电路2与第三振荡电路3共用化，并且能够在基波振荡用的电路要素与3次谐波用的电路要素之间切换共用化后的振荡电路的一部分的方式构成振荡电路的例子。在该例中，将第二晶体振子20连接于第二振荡电路2的状态是使用基波振荡用的电路要素的状态，将第二晶体振子20连接于第三振荡电路3的状态是使用3次谐波用的电路要素的状态。

在这样的例子中，总是选择将第二晶体振子20连接于第三振荡电路3的状态，通过来自温度修正值计算部8的输出，对f1进行温度补偿。而且，定期地例如1个月1次或6个月1次短时间地选择将第二晶体振子20连接于第二振荡电路2的状态。在将第二晶体振子20切换到第二振荡电路2时，从温度修正值计算部8输出在即将从第三振荡电路3切换到选择第二振荡电路2之前的温度修正数据Δfa。此外，在将第二晶体振子20切换到第三振荡电路3时，从经时变化修正值计算部6输出在即将从第二振荡电路2切换到选择第三振荡电路3之前的经时变化修正数据Δfb。因此，在该例中，经时变化修正数据Δfb定期地被更新。

此外，也可以在第二晶体振子20和第二振荡电路2和第三振荡电路3之间设置开关部，通过切换开关部，能够选择上述2种状态。

虽然是重复的说明，但是，在本实施方式中，所谓与f2和f2re的差对应的值是指[(f2-f2re)/f2re](＝OSC2)，所谓与f1/3和f1re/3的差对应的值是指[(f1-f1re)/f1re](＝OSC1)，所谓与这些值的差值对应的值是指OSC2-OSC1。但是，频率差检测部3采用对应于与f2和f2re的差对应的值和与f1/3和f1re/3的差对应的值的差值的值，根据图1的说明，当然也可以使用f2-f2re和f1/3-f1re/3的差值本身。

在上述的实施方式中，在图10～图12的说明中，将频率的变化量用“ppm”单位来表示，而在实际的数字电路中全都是用二进制的处理，因而DDS电路46的频率设定精度按构成比特数来计算，例如为34比特。列举一例如下，在向包含于如图1所示的控制电路部200的DDS电路部201提供10MHz的时钟的情况下，在该时钟的变动频率为100MHz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]

在上述的情况下，上述频率设定精度可用下面的(2)式表示。

因此，

另外，0.58mHz相对于10MHz可按下面的(3)式进行计算。

因此，根据(2)、(3)式，(4)式的关系成立。

le9/2^34＝0.058[ppb/ratio-34bit]…(4)

即，被DDS电路46处理后的频率消失，成为只有比特数的关系。

此外，在上述的例中，第一晶体振子10及第二晶体振子20使用了共用的晶体片Xb，但是不使晶体片Xb共用化也可以。该情况下，可列举例如共用的框体中配置有第一晶体振子10及第二晶体振子20的例。另外，作为温度补偿用从第二晶体振子20使用了谐波信号，但是也可以与第一晶体振子10及第二晶体振子20分开设置第三晶体振子，从第三晶体振子得到温度补偿用的频率信号f3。

由加法部9得到的修正值不限于像上述的实施方式那样使用，在振荡装置的输出频率发生经时变化及因温度而变动的情况下，只要是使用修正值以能够使输出频率的变动量相抵消的方式进行补偿的构成即可，也可以用其它方法进行修正。

本发明以利用上述第一振荡电路1的输出生成振荡装置的输出为前提，作为其实施方式，在上述的实施方式中是将从第一振荡电路1得到的频率信号f1用作图1所示的控制电路部200(具体地说是DDS电路部201)的基准时钟。但是，作为利用第一振荡电路1的输出生成振荡装置的输出的方式，也可以是像普通的TCXO那样将第一振荡电路1的输出直接用作振荡装置的输出的方式。作为TCXO之一，有产生与基准温度时的晶体振子的频率对应的补偿电压，使该基准电压与由温度检测器检测的温度值相对应的补偿电压相加的装置，而作为该情况下的补偿电压也可以使用由加法部9得到的修正值。

以上对输入到图2的加法部9的“外部修正数据”进行了说明。在飞托姆基站等要求使用的时钟的频率稳定性为±30ppb以下，要求具有极高的稳定性。因此，对从GPS接收机、NTP服务器等得到的高精度、高稳定的时钟信号和从本发明的振荡装置输出的频率信号进行比较使用例如取出两者的相位差的PLL等电路部，求出与其差对应的修正值，将该修正值作为“外部修正数据”输入到加法器9。因此，从加法器9输出的修正数据成为上述温度修正数据Δfa、经时变化修正数据Δfb和外部修正数据的加法值。

若进行更具体的说明，就是上述电路部具备在求出与上述的相位差对应的值之后，将该值在输入到图2的控制电路部200的控制电压和从VCXO100输出的频率的变化率的关系中，置换为符合频率的变化率的修正量的控制电压的修正量的功能。将该控制电压的修正量作为外部修正数据。

这样，使得从振荡装置得到的频率信号精度更高、稳定性更高。另外，根据这样的使用方法，作为振荡装置虽然使用TCXO等所谓的稳定性低的振荡装置，但是能够生产高精度、高稳定性的时钟，能够用于在飞托姆基站等对时钟有高的要求的系统。而且，根据本发明，即使在来自外部例如来自NTP服务器等的高品质的时钟中断的情况下，在振荡装置的上位装置时总是使时钟数据按一定周期循环向存储器内进行存储，通过从存储器读出时钟中断之前(最接近)的时钟数据，也能够进行基于外部修正数据的类似的修正，并且，还可进行温度补偿、经时变化补偿。因此，对振荡装置的输出能够保持一定程度的精度，进而能够避免陷于系统停机。

Claims

1.一种振荡装置，使用晶体振子，该振荡装置的特征在于，具备：

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；

分别与这些第一晶体振子和第二晶体振子连接的第一振荡电路和第二振荡电路；

频率差检测部，其在设第一振荡电路的振荡频率为f1、设基准时间的第一振荡电路的振荡频率为f1rz、设第二振荡电路的振荡频率为f2、设基准时间的第二振荡电路的振荡频率为f2rz时，求得差值ΔF的值，其中，该差值ΔF的值为与f2和f2rz的差对应的值和与f1和f1rz的差对应的值的差值；和

经时变化补偿用的修正值取得部，其基于与由该频率差检测部检测出的与所述差值ΔF对应的值和经时变化的修正系数，取得基于时间从基准时间起经过的情况的f1的频率修正值，其中

所述经时变化的修正系数为：相对于从基准时间起的工作时间的经过，第一振荡电路的频率变化量和第二振荡电路的频率变化量的比率，

振荡装置的输出利用所述第一振荡电路的输出而被生成，

基于由所述修正值取得部求得的所述频率修正值来修正所述输出频率的设定值。

2.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

所述差值ΔF为：

[(f2-f2rz)/f2rz]-[(f1-f1rz)/f1rz]。

3.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

所述经时变化的修正系数为在基准温度设定的值，

所述振荡装置具备：

对放置有所述第一晶体振子和所述第二晶体振子的气氛温度进行检测的温度检测部；和

温度补偿用计算部，其在基准时间，基于从基准温度起的温度变化量和相对于在基准温度的所述差值ΔF的变动量的关系，以及由所述温度检测部求得的气氛温度，求出因所述差值ΔF包含的温度变化所引起的变化量，

所述修正值取得部使用从所述差值ΔF减去由所述温度补偿用计算部计算出的变化量而得的值来取得f1的频率修正值。

4.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，具备：

基于由所述经时变化用的修正值取得部求得的所述频率修正值和由所述温度补偿用的修正值取得部求得的所述频率修正值，修正所述输出频率的设定值。

5.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

频率差检测部具备：

脉冲生成部，其生成所述f1和f2的差频率的脉冲；

DDS电路部，其按与所输入的直流电压的大小相应的频率，输出信号值随着时间而反复增加、减少的频率信号；

闩锁电路，其使从所述DDS电路部输出的频率信号被由所述脉冲生成部生成的脉冲锁存；

环路滤波器，其对被该闩锁电路锁存的信号值进行积分，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与f1rz和f2rz的差对应的值的差，使其成为向所述DDS电路部输入的输入值。

6.如权利要求1所述的振荡电路，其特征在于：

第一晶体振子的晶体片和第二晶体振子的晶体片共用。