CN102916652B - 晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶体振荡器（OCXO），以高精度控制放置晶体振子和振荡电路的气氛温度，对于输出频率能够获得高的稳定性。在设第一和第二晶体振子（10）、（20）的振荡输出为f1、f2、基准温度时的所述振荡输出的振荡频率分别为f1r、f2r时，利用频差检测部（3）运算｛（f2－f1）／f1｝－｛（f2r－f1r）／f1r｝。用34比特的数字值表示该值，由此能够与温度相对应地获得数字值。因此，将该值作为温度检测值来处理，将其与温度设定值的差供给到环路滤波器（61），将这些数字值转换为直流电压，控制加热器（5）。

Description

晶体振荡器

技术领域

本发明涉及一种晶体振荡器，其检测放置晶体振子的气氛的温度，基于温度的检测结果控制加热部使所述气氛的温度为一定。

背景技术

晶体振荡器在被编入要求极高的频率稳定性的应用的情况下，通常，一般使用OCXO(oven controlled crystal oscillator）。OCXO中的温度控制将热敏电阻用作温度检测器，用运算放大器、电阻、电容器等独立部件构成，但由于模拟部件各自的参差不齐和经年变化，不能进行例如±20m℃的温度控制。

但是在基站或中继站等中，要求廉价地使用极高稳定性的时钟信号，因此可以预料现有的OCXO对应困难的状况。

在专利文献l的图2和图3中，记载了在共用的晶体片上设置两对电极而构成两个晶体振子（石英振子）的技术。另外在段落0018中，记载了因为根据温度变化在两个晶体振子之间出现频差，所以与通过测量该频差来测量温度的情况相同。而且，将该频差Δf和应修正的频率的量的关系存储在ROM中，基于Δf读出频率修正量。

但是该方法涉及基于温度检测修正振荡频率的TCXO（temperaturecompensated crystal oscillator），而不涉及OCXO。

而且如段落0019所记载，对于期望的输出频率f0和两个晶体振子各自的频率f1、f2，需要进行晶体振子的调节使得成为f0≈f1≈f2的关系，因此存在晶体振子的制造工序变得复杂而且结果得不到高的成品率这样的问题。再者，由于对来自各晶体振子的频率信号即时钟进行一定时间计数而求得其差（f1-f2），所以检测时间直接影响检测精度，高精度的温度补偿困难。

现有技术文献

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

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种晶体振荡器（石英振荡器），该晶体振荡器（OCXO），检测放置晶体振子（石英振子）的气氛的温度，基于温度的检测结果控制加热部而使所述气氛的温度为一定，从而能够获得频率稳定性高的震荡输出。

用于解决课题的方法

本发明提供一种晶体振荡器，其检测放置晶体振子的气氛的温度，基于温度的检测结果控制加热部而使所述气氛的温度为一定，所述晶体振荡器的特征在于，具备：

在石英片上设置第一电极而构成的第一晶体振子；

在石英片上设置第二电极而构成的第二晶体振子；

第一振荡电路和第二振荡电路，分别与所述第一晶体振子和第二晶体振子连接；

频差检测部，在设第一振荡电路的振荡频率为f1、基准温度时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、基准温度时的第二振荡电路的振荡频率为f2r时，求出与一个差值对应的值作为温度检测值，所述差值是与f1和f1r的差对应的值跟与f2和f2r的差对应的值的差值；

偏差量电路部，其取出放置晶体振子的气氛的温度的温度设定值和所述温度检测值的偏差量；和

温度控制部，其基于由该偏差量电路部取出的偏差量，控制供给到所述加热部的电力。

由所述偏差量电路部取出的偏差量，例如由积分电路部进行积分并被输出到温度控制部。

第一振荡电路和第二振荡电路例如将各个谐波作为振荡输出。

对应于与f1和f1r的差对应的值跟与f2和f2r的差对应的值的差值的值，例如为｛（f2－f2r）／f2r｝－｛（f1－f1r）／f1r｝。而且，也包括代替直接检测该值而检测可获得与该值同等的结果的｛（f2-f1）／f1｝－｛（f2r－f1r）／f1r｝的情况。

晶体振荡器的振荡输出例如能够设定为第一振荡电路和第二振荡电路中的一个的振荡输出，但也可以设置与第一晶体振子和第二晶体振子不同的、放置在所述气氛中的第三晶体振子，将来自与该第三晶体振子连接的第三振荡电路的振荡输出作为晶体振荡器的振荡输出。

发明的另一方面提供一种振荡装置，其特征在于，具备：本发明的晶体振荡器；和将该晶体振荡器的振荡输出作为时钟（时钟脉冲）信号、并且包括PLL的振荡装置的主体电路部。

发明效果

本发明，在设第一和第二振荡电路的振荡输为f1、f2、基准温度时的第一和第二振荡电路的振荡频率分别为f1r、f2r时，将对应于与f1和f1r的差对应的值跟与f2和f2r的差对应的值的差值的值，作为此时的温度来处理。由于该值和温度的相关性非常高，因此通过将该值作为温度检测值来控制加热部的供给电力，放置晶体振子的气氛的温度极为稳定。该结果是能够获得稳定性高的振荡输出。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的整体结构的框图。

图2是表示本发明实施方式的一部分的框图。

图3是图2所示的一部分的输出的波形图。

图4是示意性地表示图2所示的、在包括DDS电路部的环路中未闩锁的状态的各部的波形图。

图5是示意性地表示图2所示的、在包括DDS电路部的环路中未闩锁的状态的各部的波形图。

图6是关于与上述的实施方式对应的实际的装置的所述环路中的各部的波形图。

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是表示按照基准温度时的值将f1的变化率和f2的变化率各自标准化后的值与温度的关系的频率温度特性图。

图9是表示频差检测部的数字输出值与温度的关系的特性图。

图10是表示加热部的控制电路的电路图。

图11是表示上述实施方式的振荡装置的构造的概略纵剖侧面图。

图12是表示用基准温度的值将f1的变化率标准化后的值与温度的关系、以及表示用基准温度的值将f1的变化率标准化后的值和用基准温度的值将f2的变化率标准化后的值的差△F与温度的关系的频率温度特性图。

图13是表示图12的纵轴标准化后的值与频率修正值的关系的特性图。

图14是表示修正值运算部的框图。

图15是表示本发明另一实施方式的整体结构的框图。

图16是表示使温度连续地变化时的两个晶体振子的频差的斜坡响应图。

图17是表示使温度变化1℃时的频差检测部的输出的步骤应答图。

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    频差检测部

31   触发电路

32   冲息触发电路

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）

5    加热器电路

6    加法部

100  电压控制振荡器

200  控制电路部

具体实施方式

图1是表示应用本发明实施方式的晶体振荡器而构成的振荡装置的整体的框图。该振荡装置构成为输出被设定的频率的频率信号的频率合成器，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的PLL的控制电路部200；晶体振荡器（石英振荡器）（未附带符号），其生成用于使DDS201动作的时钟信号，所述DDS201用于生成所述PLL的参照信号；和加热器5，其是用于调节该晶体振荡器中的晶体振子10、20放置的气氛的温度的加热部。因此晶体振荡器为OCXO。

另外，该振荡装置还具备进行被输入到控制电路部200的基准时钟的温度补偿的温度补偿部。对于温度补偿部没有附带符号，但相当于比图1中的控制电路部200更靠左侧的部分，其与用于控制所述加热器5的电路部分共用化。

控制电路部200利用相位频率比较部205对从DDS（Direct DigitalSynthesizer）电路部201输出的参考（reference）（参照用）时钟和用分频器204对电压控制振荡器100的输出分频后的时钟的相位进行比较，作为其比较结果的相位差由供给泵204模拟化。被模拟化的信号输入环路滤波器206，被控制使得PLL（Phase locked loop）稳定。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输出的频率信号作为基准时钟来使用，被输入用于输出目标频率的信号的频率数据（数字值）。

但是，由于上述基准时钟的频率具有温度特性，为了取消该温度特性由加法部60在被输入到DDS电路部201的上述频率数据上加上与后述的频率修正值对应的信号。通过修正被输入到DDS电路部201的频率数据，基于基准时钟的温度特性变动量的DDS电路部201的输出频率的温度变动量被取消，结果是相对于温度变动，参照用时钟的频率稳定，因此来自电压控制振荡器100的输出频率趋于稳定。

该实施方式中，如以下所述，生成基准时钟的晶体振荡器构成为OCXO，因此基准时钟的频率稳定，所以可以说看不见该基准时钟的温度特性。但是通过构成为在发生加热器的不良的情况等时，补偿基于基准时钟的温度特性变动量的DDS电路部201的输出频率的温度变动量，由此具有能够构成可靠性非常高的频率合成器的优点。

接着对相当于本发明的晶体振荡器的OCXO部分进行说明。该晶体振荡器具备有第一晶体振子10和第二晶体振子20，上述这些第一晶体振子10和第二晶体振子20，用共用的石英片Xb构成。即，例如将长方形的石英片Xb的区域沿长度方向一分为二，在各分割区域（振动区域）的表背两面设置激振用的电极。因而由一分割区域和一对电极11、12构成第一晶体振子10，由另一分割区域和一对电极21、22构成第二晶体振子20。因此能够说第一晶体振子10和第二晶体振子20被热结合（键合）。

在第一晶体振子10和第二晶体振子20上分别连接有第一振荡电路1和第二振荡电路2。上述这些振荡电路1、2的输出，对任一个而言都可以是例如晶体振子10、20的谐波（高次谐波），也可以是基波。在获得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谐波的调谐电路，使振荡环路以谐波进行振荡。或者对于振荡环路而言使其以基波进行振荡，在振荡段的后级（后段）、例如作为科耳皮兹电路的一部分的放大器的后级，设置C级放大器，利用该C级放大器使基波变歪，并且在C级放大器的后级设置调谐为谐波的调谐电路，结果是从振荡电路1、2任一个都可以输出例如3次谐波的振荡频率。

在此为了方便，在设定为从第一振荡电路1输出频率f1的频率信号、从第二振荡电路2输出频率f2的频率信号的振荡电路时，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为频差检测部，该频差检测部3概略地说是用于取出（抽取）f1和f2的差与△fr的差、即f2－f1－△fr的电路部。△fr是基准温度例如25℃时的f1（f1r）和f2（f2r）的差。如果举出f1和f2的差的一个例子，例如为数MHz。本发明是通过由频差检测部3计算差△F而构成的，上述差△F是与f1和f2的差对应的值跟与基准温度例如25℃时的f1和f2的差对应的值的差。在该实施方式的情况下，更详细地说，由频差检测部3得到的值为｛（f2-f1）／f1｝-｛（f2r-f1r）／f1r｝。但是，在附图中频差检测部3的输出的显示省略。

图2表示频差检测部3的具体例。31为触发电路（F／F电路），从第一振荡电路1对该触发电路31的一输入端输入频率f1的频率信号，从第二振荡电路2对另一输入端输入频率f2的频率信号，利用来自第一振荡电路1的频率f1的频率信号对来自第二振荡电路2的频率f2的频率信号进行闩锁。下面，为了避免记载的冗长，f1、f2作为表示频率或者频率信号本身来处理。触发电路31输出与f1和f2的频差对应的值、即具有（f2－f1）／f1的频率的信号。

在触发电路31的后级设置有冲息触发电路32，在冲息触发电路32中，在从触发电路31得到的脉冲信号的上升沿输出冲息的脉冲。图3是表示至此的一系列的信号的时间图。

在冲息触发电路32的后级设有PLL（Phase Locked Loop），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是用于利用从冲息触发电路32输出的脉冲对从DDS电路部36输出的锯齿波进行闩锁的电路，闩锁电路33的输出为上述脉冲被输出的定时的上述锯齿波的信号电平。环路滤波器34对该信号电平的直流电压进行积分，加法部35将该直流电压和与△fr（基准温度例如25℃时的f1和f2的差）对应的直流电压相加。与△fr对应的直流电压的数据被储存在图2所示的存储器30。

该例中，加法部35中的符号为：与△fr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“－”。在DDS电路部36，输入从由加法部35运算出的直流电压、即与△fr对应的直流电压减去环路滤波器34的输出电压后的电压，输出与该电压值相应的频率的锯齿波。为了容易地理解PLL的动作，图4中非常示意性地表示各部的输出的样子，且为了能够直观地把握而进行非常示意性的说明。在装置上升时，与△fr对应的直流电压通过加法部35被输入到DDS电路部36，例如△f1设定为5MHz时，从DDL36输出与该频率相应的频率的锯齿波。

上述锯齿波被闩锁电路33以与（f2-f1）对应的频率的脉冲闩锁，但当（f2－f1）为例如6MHz时，由于闩锁用的脉冲的周期比锯齿波短，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“－”，因此从加法部35输入到DDS电路部36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。此时从环路滤波器34输出的直流电压成为对应△fr－（f2－f1）=－1MHz的值。也就是说环路滤波器34的积分值，相当于锯齿波从5MHz向6MHz变化时的1MHz的变化量的积分值。

和该例相反，在△fr为6MHz、（f2－f1）为5MHz的情况下，由于闩锁用的脉冲的周期比锯齿波长，所以图4（a）所示的闩锁点逐渐升高，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中被减去的值增大，所以锯齿波的频率逐渐下降，不久与（f2－f1）相同成为5MHz时PLL被锁住。此时从环路滤波器34输出的直流电压成为对应△fr－（f2－f1）=1MHz的值。而且，图6为实测数据，该例中在时刻t0，PLL锁住。

但是如上述，实际上频差检测部3的输出、即图2所示的平均化电路37的输出，是用34比特的数字值表示｛（f2－f1）／f1｝－｛（f2r－f1r）／f1r｝的值的值。从－50℃附近到100℃附近的该值的集合，在（f1－f1r）／f1=OSC1（单位为ppm或者ppb）、（f2－f2r｝／f2r=OSC2（单位为ppm或ppb）时，相对于温度的变化成为实质上与OSC2－OSC1相同的曲线（curve：弯曲）。因而，频差检测部3的输出能够作为OSC2－OSC1=温度数据来处理。

另外，由于在触发电路31中利用f1闩锁f2的动作是不同步的，因此有可能产生亚稳态（stable）（在时钟的边沿对输入数据进行闩锁时，进行闩锁的边沿的前后一定时间需要保持输入数据，但因时钟和输入数据几乎同时进行变化，输出成为不稳定的状态）等不定区间，在环路滤波器34的输出中有可能含有瞬间误差。因此在环路滤波器34的输出侧设有求得预先设定的时间中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可以消除。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差信息，但也可以为不设置平均化电路37的构成。

在此，参照图7~图10说明关于由PLL的环路滤波器34得到的变动温度量的频率偏差（交错）信息即OSC2－OSC1。图7表示将f1和f2在基准温度下标准化、温度和频率的关系的特性图。在此所说的标准化是指：例如将25℃作为基准温度，对于温度和频率的关系，将基准温度时的频率设定为零，求得从基准温度时的频率偏差的频率的偏差量（交错量）和温度的关系。在设第一振荡电路1中的25℃时的频率为f1r、第二振荡电路2中的25℃时的频率为f2r时，也就是在设25℃时的f1、f2的值分别为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相对于基准温度（25℃）时的频率的变化率。因而，图8的纵轴的值为（f1－f1r）／f1r和（f2－f2r）／f2r，即如上述为OSC1和OSC2。另外，图8的纵轴的值的单位为ppm。

图9表示OSC1和温度的关系（与图8相同）以及（OSC2－OSC1）与温度的关系，可知（OSC2－OSC1）与温度处于直线关系。因而可知，（OSC2－OSC1）对应从基准温度变动的温度变动偏差量。

返回图1中的说明，频差检测部3的输出值实质上为（OSC2－OSC1），该值可以说就是如图9所示放置晶体振子10、20的温度检测值。于是，在频差检测部3的后级设置加法器（偏差量取出电路｝6，取出作为数字信号的温度设定值（设定温度时的OSC2－OSC1的34比特的数字值）和作为频差检测部3的输出的OSC2－OSC1的差。温度设定值优选选择与用于得到晶体振荡器的输出的第一晶体振子10对应的OSC1的值不易因温度变化而变动的温度。该温度在图8所示的OSC1和温度的关系曲线中，例如选择与底部部分对应的50℃。而且，从OSC1的值不易因温度变化而变动的温度这一观点考虑，也可以将10度作为设定温度，在该情况下也有比室温低的情况，所以设置与加热部以及珀耳帖元件等冷却部组合的调温部。

而且在加法器6的后级设有相当于积分电路部的环路滤波器61。

进而在环路滤波器61的后级设有PWM内插部62。PWM内插部62进行用一定时间的脉冲信号表现14比特的数字信号（－2¹³～＋2¹³的两个补数）的转换。例如在最小H脉冲宽度为10nsec的情况下，将2¹⁴×10^-9=16.384msec作为一定时间，表现在此间的脉冲数数字信号。具体而言如下所述。在14比特的数字值为零时，16.384msec间的H脉冲数为2¹³个。14比特的数字值为－2¹³时，16.384msec间的H脉冲数为零个。14比特的数字值为2¹³－1时，16.384msee间的H脉冲数为2¹⁴－1个。

在PWM内插部62的后级设有低通滤波器（LPF）63，其将来自PWM内插部62的输出平均化并输出与作为该输出的脉冲数相应的直流电压。

即，在该例中PWM内插部62和低通滤波器63是用于将数字值转换为模拟值的部件，也可以代替使用PWM内插部62和低通滤波器63而使用数字／模拟转换器。

在低通滤波器（LPF）63的后级设有相当于加热部的加热器电路5。该加热器电路5如图10所示包括：晶体管64，低通滤波器63的输出端与其基极连接，并且其从电源部Vc向集电器供给电压；和连接在该晶体管64的发射极和接地极之间的电阻65。供给到晶体管64的基极的电压跟晶体管64的消耗电力与电阻65的消耗电力的合计电力的关系为直线关系，因此根据已说明的温度数据和温度设定值的差来线性地控制发热温度。在该例中，由于晶体管64也是发热部的一部分，因此使用兼用加热器和加热器控制电路的加热器电路5这样的表现。

图11是表示图1所示的振荡装置的概略构造的图。51为容器、52为设于容器51内的印刷电路板。在印刷电路板52的上表面侧设有：晶体振子10、20；集成电路部300，其将包括振荡电路1、2和频差检测部3等的进行数字处理的电路单片化；和控制电路部200等。另外，在印刷电路板52的下表面侧，在与例如晶体振子10、20相对的位置设有加热器5，利用该加热器5的发热将晶体振子10、20维持在设定温度。

另外，该实施方式的振荡装置如上所述还具备温度补偿部，该温度补偿部进行输入到控制电路部200的基准时钟的温度补偿。即，该例的振荡装置为将OCXO和TCXO组合而成的装置。但是，本发明也可以不组合TCXO。该温度补偿部包括晶体振子10、20、振荡电路1、2、频差检测部3和修正值运算部4。即，频差检测部3为进行加热器5的温度控制的部分的一部分，但也可以是上述温度补偿部的一部分。

由PLL的环路滤波器34得到的变动温度量的频率偏差信息，被输入图1所示的修正值取得部即修正值运算部4，在此运算频率的修正值。关于频率偏差信息，如上所述。

图12表示OSC1和温度的关系（和图8相同）、以及（OSC2－OSC1）和温度的关系，可知（OSC2－OSC1）与温度处于直线关系。因而可知（OSC2－OSC1）对应来自基准温度的温度变动偏差量。而且，一般而言，由于晶体振子的频率温度特性用3次函数来表示，因此只要求得抵消该3次函数的频率变动量的频率修正值和（OSC2－OSC1）的关系，即可基于（OSC2－OSC1）的检测值求得频率修正值。

该实施方式的振荡装置如上所述将从第一振荡电路1得到的频率信号（f1）用作图1所示的控制电路部200的基准时钟，由于该基准时钟存在频率温度特性，因此要对基准时钟的频率进行温度修正。因此首先，预先求得以基准温度进行了标准化的、表示温度和f1的关系的函数，如图13那样求得用于抵消该函数的f1的频率变动量的函数。详细而言，上述函数的f1为基准温度时的频率的变动率即（f1－f1r）／f1r=OSC1。因而，图13的纵轴为－OSC1。在该例中，为了高精度地进行温度修正，将上述函数设定为例如9次函数。

如上所述，由于温度和（OSC2－OSC1）处于直线关系，使用设图13的横轴为（OSC2－OSC1）的值，但直接使用（OSC2－OSC1）的值时，用于特定该值的数据量增多，因此如下操作将（OSC2－OSC1）的值进行标准化。即，实际使用振荡装置需要确定上限温度和下限温度，设上限温度时的（OSC2－OSC1）的值为＋1、下限温度时的（OSC2－OSC1）的值为－1来处理。在该例中。如图13所示，设－30ppm为十1、＋30ppm为－1。

晶体振子的相对于温度的频率特性，在该例中作为9次多项近似式来处理。具体而言，通过实测取得在生产晶体振子时（OSC2－OSC1）和温度的关系，从该实测数据导出抵消相对于温度的频率变动量的、表示温度和-OSC1的关系的修正频率曲线，通过最小二乘法导出9次多项近似式系数。而且将多项近似式系数预先储存在存储器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·X⁹十P2·X⁸十P3·X⁷十P4·X⁶十P5·X⁵十P6·X⁴十P7·X³十P8·X²十P9·X .........（1）

在（1）式中，X为频差检测信息、Y为修正数据、P1～P9为多项近似式系数。

在此，X为由图1所示的频差检测部3得到的值，即由图2所示的平均化电路37得到的值（OSC2－OSC1）。

图11表示在修正值运算部4用于执行运算的框图的一个例子。图14中，401～409为进行（1）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。而且，修正值运算部4使用例如一个乘法部，在该乘法部求得9乘项的值，接着在该乘法部求得8乘项的值，在这种情况下，也可以说是任意使用该乘法部，最终将各乘项的值相加。另外，修正值的运算式不限定于使用9次的多项近似式，也可以使用相应于所要求的精度的次数的近似式。

接着，总结上述实施方式的整体的动作。着眼于该振荡装置的晶体振荡器时，晶体振荡器的输出相当于从第一振荡电路1输出的频率信号。而且，用加热器5进行加热，使得放置晶体振子10、20的气氛达到设定温度。第一晶体振子10和第一振荡电路1为生成晶体振荡器的输出即频率信号的部件，和第二晶体振子20和第二振荡电路2都具有作为温度检测部的功能。与从所述这些振荡电路1、2分别得到的频率信号的频差对应的值OSC2－OSC1，如上所述与温度相对应，在加法部取出其与温度设定值（例如50℃时的OSC2－OSC1的值）的差。

该差在环路滤波器61中被积分，之后转换成直流电压来调节加热器5的控制电力。由图9所示的特性图可知，在设50℃时的OSC1的值为－1.5×l0⁵时，加法器6的输出在温度低于50℃时为正的值，且随着温度下降而增大。因而，以放置晶体振子10、20的气氛温度越低于50℃加热器5的控制电力越大的方式进行作用。另外，在气氛温度高于50℃时为负的值，随着温度上升其绝对值增大。因而，以温度越高于50℃加热器的供给电力越小的方式进行作用。因此放置晶体振子10、20的气氛的温度被维持在作为设定温度的50℃，所以作为振荡输出的来自第一振荡器1的输出频率稳定。该结果是，在将来自第一振荡器1的输出用作时钟信号的控制电路部200中，被供给到相位比较部205的参照信号的频率稳定，因此作为振荡装置（频率合成器）的输出的来自电压控制振荡器100的输出频率也稳定。

另一方面，来自频差检测部3的输出（OSC2－OSC1）被输入到修正值运算部4，执行上述的（1）式的运算，获得作为温度修正数据的频率修正量。（1）式的运算例如在图13所示的特性图中为求得与基于频差检测部3的输出值而得到的值相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使用共用的石英片Xb而构成，彼此被热键合（结合），因此振荡电路11、12的频差为与气氛温度非常正确地对应的值，因而，频差检测部3的输出为气氛温度和基准温度（该例中为25℃）的温度差信息。第一振荡电路11输出的频率信号f1用作控制电路部200的主时钟，因此在修正值运算部4得到的修正值，用作为了抵消对基于温度偏离25℃引起的f1的频率偏差（交错）量的控制电路部200的动作的影响而用于补偿控制电路部200的动作的信号。该结果是，作为本实施方式的振荡装置1的输出的电压控制振荡器100的输出频率与温度变动无关而成为稳定的频率。

如上所述，根据上述实施方式，将相当于从各个晶体振子10、20得到的频率信号的频差的值的两者的差用作温度检测值，对管理晶体振子10、20的气氛温度的加热器5，基于上述温度检测值进行控制。因此，能够将气氛温度高精度地维持在设定温度，晶体振荡器的输出（第一振荡器1的输出）稳定。

此外，在该实施方式中，将晶体振荡器的输出作为时钟信号向生成振荡装置即频率合成器的振荡输出的控制电路部200供给，而且使用相当于频差的值对上述时钟信号进行修正。即，频率合成器将由修正值运算部4得到的修正值加在DDS201的频率设定值上、对输入到DDS201的主时钟（f1）进行温度补偿。这样，由于频率合成器具备OCXO和TCXO双方的功能，所以具有以下的优点。虽然制造商确定了频率合成器的使用温度范围，但用户在脱离使用温度范围的气氛中使用频率合成器时，输出频率也稳定。另外，具有如下优点，即，在提高加热器的温度设定值、提高使用温度范围的上限值的情况下，加热器的消耗电力增大，加热器电路的规模也增大，但通过使用TCXO的功能，能够抑制加热器的消耗电力。

但是，频率合成器也可以是如图15所示不具备修正值运算部4（不具有TCXO的功能）的构成。在该情况中，也可以将对应于与f1和f1r的差对应的值跟与f2和f2r的差对应的值的差值的值作为此时的温度来对待。由于该值和温度的相关性非常大，因此通过将该值作为温度检测值而对加热部的供给电力进行控制，放置晶体振子的气氛的温度则非常稳定。该结果是，可获得安定度高的振荡输出。

在此，环路滤波器61为用于决定环路增益和阻尼（damping）的电路，环路增益和阻尼分别能够利用数字值调节系数。即使通过将环路系数数字化来改变由构造变更引起的导热系数，也能够按每个构造容易地调节系数。

在上述的例子中，取出晶体振子10、20各自的3次谐波作为输出频率，由于谐波的频率温度特性的温度变化大，因此与它们的差对应的值对温度灵敏度高，是优选的方式。但是，也可以取出晶体振子10、20的各基波作为输出频率，使用与它们的差对应的值作为温度值。或者，也可以从晶体振子10、20的一个和另一个分别取出基波、谐波，将与它们的差对应的值作为温度值对待。

另外，为了求得频差检测信息而生成与f1和f2的差频率对应的脉冲，利用上述脉冲将从DDS电路部输出的锯齿波信号在闩锁电路进行闩锁，对被闩锁的信号值进行积分并将其积分值作为上述频差输出，并且，取出该输出跟与f1r和f2r的差对应的值的差，输入到上述DDS电路部而构成PLL。如专利文献1所述，在对f1、f2进行计数而取得其差的情况下，计数时间直接影响检测精度，但在这样的构成中没有这样的问题，因此检测精度高。实际上通过模拟对两种方式进行比较，在对频率进行计数的方式中，在设定200ms的计数时间时得到的结果是对于检测精度而言本实施方式的方式高约50倍。

频差检测部3也可以使用（f1-f1r）和（f2-f2r）的差值，作为对应于与f1和f1r的差对应的值跟与f2和f2r的差对应的值的差值的值，在该情况下，有效利用图7的曲线图而求得温度。

在上述的实施方式中，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都是用二进制数的处理，因此，DDS电路36的频率设定精度用构成比特（bit）数来计算，例如为34比特。举出一个例子，为在向图1所示的控制电路部200所包括的DDS电路部201供给10MHz的时钟的情况下，该时钟的变动频率为100Hz的情况。

［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〕

0.0000l×2＾34≈171，799〔比率ratio－34比特bit（临时名称）〕。

为上述的构成的情况下，上述频率设定精度用下面的（2）式表示。

1×〔ratio－34bit〕=10M〔Hz〕／2＾34≈0.58m〔Hz／bit〕

......（2）

因而，100〔Hz〕／0.58m〔Hz／hit〕≈171，799〔bit（ratio－34bit）〕。

另外，0.58mHz相对于10MHz能够按照下面的（3）式进行计算。

0.58m〔Hz〕／10M〔Hz〕×1e9≈0.058〔ppb〕......（3）

因而，根据（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中进行了处理的频率消除，仅仅成为比特数的关系。

此外，在上述的例子中，第一晶体振子10和第二晶体振子20使用共用的石英片Xb，但石英片Xb也可以不共用化。该情况下，能够举出例如在共用的机箱中配置第一晶体振子10和第二晶体振子20的例子。根据这样的构成，由于被放置在实质上相同的温度气氛下，因此能够获得同样的效果。

频差检测部3的DDS电路部36的输出信号不限于锯齿波，例如也可以是正弦波，只要是信号值随着时间反复増加、减少的频率信号即可。

另外，作为频差检测部3，也可以用计数器对f1和f2进行计数，从其计数值的差值减去相当于△fr的值，输出与得到的计数值对应的值。

在以上的实施方式中，第一晶体振子10和第一振荡电路1具有取出温度检测值的功能和生成晶体振荡器的输出的功能。即，振荡电路1共用温度检测用的振荡电路和晶体振荡器的输出用的振荡电路。但是，本发明也可以是，预备例如三个晶体振子，并且预备三个振荡电路，例如在图1的构成中，预备第三晶体振子和与该晶体振子连接的第三振荡电路，将第三振荡电路的输出作为晶体振荡器的输出，将剩余的第一振荡电路和第二振荡电路的振荡输出输入到频差检测部而获得温度检测值。该情况下，如果设定为将OCXO和TCXO组合而成的振荡装置，则第三晶体振荡电路的输出作为DDS201的时钟被使用。

图1和图15所示的振荡装置即频率合成器，利用由晶体振子10、20、振荡电路1、2、频差检测部3、加法部6直到加热器电路5的部分构成的、本发明的实施方式即晶体振荡器而构成。但是，本发明不限于构成为频率合成器，也可以是将第一振荡电路1的振荡输出作为本发明的晶体振荡器的输出的构成，也就是说可以是不使用控制电路部200的构成。

而且，本发明即使在这样将第一振荡电路1的振荡输出作为晶体振荡器的输出的情况下，也可以具备TCXO的功能。具体而言，可举出使用热敏电阻等温度传感器作为用于检测放置晶体振子l0、20的气氛温度的温度检测部、并且基于温度检测部的温度检测值调节晶体振荡器的输出的例子。例如利用科耳皮兹振荡电路的晶体振荡器，通过控制电压的设定来进行频率的设定。该情况下，在放置晶体振子的气氛温度从基准温度起发生变化时，振荡频率发生变化，但通过在控制电压的设定值上加上基于温度检测值而生成的控制电压的修正值，来抵消由温度变化引起的振荡频率的变化量。根据这样的构成，本发明的OCXO的附加价值更进一步提高。

实施例

使用上述的实施方式中表示的电路，在调查了表示使放置晶体振子10、20的气氛的温度以1℃／1分钟的斜度连续地变化时的两个晶体振子10、20的频差的推移的斜坡响应波形的情况下，得到了图16所示的结果。f1、f2任一个都使用3次谐波。图16的1刻度相当于20m℃（20℃／1000），在温度斜度为1℃／1分钟时，能够确认相当20m℃的偏移，通过环路滤波器61的系数的标准化能够减少偏移量。

另外，在调查了表示使上述气氛温度变化1℃时的频差检测部3的输出的推移的阶跃响应波形的情况下，得到了图17所示的结果。从该结果可知，频差检测部3的输出（OSC2－OSC1）追随温度变化的情况。而且，响应波形的越过目标部分能够通过调节环路滤波器61的系数进行改善。

Claims (8)

1.一种晶体振荡器，其特征在于，具备：

与晶体振子连接的振荡器输出用的振荡电路；

用于实现放置晶体振子的气氛的温度的稳定化的加热部；

第一晶体振子，其是在石英片上设置第一电极而构成的；

第二晶体振子，其是在石英片上设置第二电极而构成的；

第一振荡电路和第二振荡电路，分别与所述第一晶体振子和第二晶体振子连接；

频差检测部，在设第一振荡电路的振荡频率为f1、基准温度时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、基准温度时的第二振荡电路的振荡频率为f2r时，求出对应于与f1和f1r的差对应的值跟与f2和f2r的差对应的值的差值的值，作为温度检测值；

加法部，其取出放置晶体振子的气氛的温度的温度设定值和所述温度检测值的偏差量；和

电路部，其基于由所述加法部取出的偏差量，控制供给到所述加热部的电力，

所述第一振荡电路和第二振荡电路中的一个与所述振荡器输出用的振荡电路共用。

2.如权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于：

具备积分电路部，其对由所述加法部取出的偏差量进行积分，向所述电路部输出。

3.如权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于：

对应于与f1和f1r的差对应的值跟与f2和f2r的差对应的值的差值的值，为{(f2－f2r)/f2r}－{(f1－f1r)/f1r}。

4.如权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于：

第一振荡电路和第二振荡电路各自将谐波作为振荡输出。

5.如权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于：

所述频差检测部具备：

脉冲生成部，其生成与所述f1和f2的差对应的频率的脉冲；

DDS电路部，其以与所输入的直流电压的大小对应的频率，输出信号值随时间反复增加、减少的频率信号；

闩锁电路，其利用在所述脉冲生成部生成的脉冲，对从所述DDS电路部输出的频率信号进行闩锁；

环路滤波器，其对在所述闩锁电路中被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，其取出所述环路滤波器的输出和与f1r和f2r的差对应的值的差，在所述DDS电路部作为输入值。

6.如权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于：

具备检测放置所述晶体振子的气氛的温度的温度检测部，

为了抵消晶体振荡器的输出频率因气氛温度与基准温度不同而发生的变化，基于所述温度检测部的温度检测值，对晶体振荡器的输出频率的设定值进行修正。

7.一种振荡装置，其特征在于，具备：

权利要求1记载的晶体振荡器；和

将所述晶体振荡器的振荡输出作为时钟信号，并且包括PLL的振荡装置的主体电路部。

8.如权利要求7所述的振荡装置，其特征在于，具备：

修正值取得部，其基于由所述频差检测部检测到的温度检测值以及所述温度检测值与所述振荡器输出用的振荡电路的振荡频率f1的频率修正值的关系，取得因气氛温度与基准温度不同而引起的所述振荡器输出用的振荡电路的振荡频率的频率修正值；和

设定值修正部，其基于由所述修正值取得部求出的所述频率修正值，对输入到所述主体电路部的频率设定值进行修正。