CN102931977B

CN102931977B - 振荡装置

Info

Publication number: CN102931977B
Application number: CN201210280028.6A
Authority: CN
Inventors: 小林薰
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: US8692626B2; TW201315137A; JP5780045B2; CN102931977A; JP2013038598A; TWI533594B; US20130038397A1

Abstract

本发明提供一种振荡装置，其能够抑制存储器的容量。该振荡装置具备：频率差检测部，当将第一振荡电路的振荡频率设为f1，将基准温度时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，将基准温度时的第二振荡电路的振荡频率设为f2r时，上述频率差检测部求出与f1与f1r的差所对应的值和f2与f2r的差所对应的值的差值对应的差对应值；和校正值取得部，其基于由该频率差检测部检测出的上述差对应值x，取得由于环境温度与基准温度不同而引起的f1的频率校正值，其中，当将装置固有的除法系数设为k时，上述校正值取得部具备通过对于作为与x／k相当的值的X运算n次多项式而求出f1的频率校正值的功能，由此，减小多项式的系数。

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并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

在晶体振荡器装入要求非常高的频率稳定性的应用的情况下，通常，一般使用OCXO，但OCXO为大规模的装置，消耗电力大。因此，研究利用结构简单且消耗电力少的TCXO，但TCXO存在相对于温度的频率稳定性比OCXO差的缺点。

图19表示TCXO的一般的结构。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，而控制电压可变电容元件92的电容并调节振荡频率(输出频率)

晶体振子90的频率根据温度进行变化，因此，控制电压产生部93根据由温度检测器94检测出的温度校正控制电压。具体地讲，在存储器95存储将晶体振子90的频率温度特性以基准温度进行标准化后得到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，读出那时的温度时(下)的频率相对于基准温度时的频率偏差多少程度，将与该频率的偏差量对应的控制电压作为温度补偿量，并从与基准温度时的频率对应的控制电压减去。

但是，当进行精确的温度校正控制时，规定频率温度特性的函数的数据量变大，作为存储器95需要大容量，因此变得高价。另外，通常使用热敏电阻作为温度检测器，因此，即使增大上述数据量，由于温度检测器的检测精度的限制，也不能够期待频率精度的提高。

另外，温度检测器94和晶体振子90的配置位置不同，因此，不能够精确地得到晶体振子90的实际温度信息，因此，从这点出发，也不能够期待频率精度的提高。

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)设置两对电极构成两个晶体振子(晶体谐振器)。另外，在段落0018中记载有：根据温度变化，在两个晶体振子之间出现频率差，因此测量该频率差等同于测量温度。而且，在ROM存储有该频率差Δf与要校正的频率的量的关系，可基于Δf读出频率校正量。

但是，如段落0019所记载，该方法具有如下课题：对于希望的输出频率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f0≈f1≈f2的关系成立，因此晶体振子的制造工序变得复杂，并且，不能得到高的成品率。另外，如图4所示，在一定时间对来自各晶体振子的频率信号即时钟进行计数并求得其差(f1－f2)，因此检测精度受到检测时间的直接影响，高精度的温度补偿是困难的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－292030号公报

发明内容

本发明是鉴于这种情况而研发的，其目的在于，提供一种技术，能够在振荡装置中抑制规定用于校正由于环境温度与基准温度不同而引起的振荡频率的变动的函数的数据量，减小存储该数据的存储器的容量。

本发明的振荡装置是基于环境温度的检测结果，校正用于设定输出频率的设定信号的振荡装置，其特征在于，具备：

在晶体片(石英片)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；

与这些第一晶体振子和第二晶体振子分别连接的第一振荡电路和第二振荡电路；

频率差检测部，当将第一振荡电路的振荡频率设为f1，将基准温度时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，将基准温度时(下)的第二振荡电路的振荡频率设为f2r时，上述频率差检测部求出与f1与f1r的差所对应的值和f2与f2r的差所对应的值的差值对应的差对应值；和

校正值取得部，其基于由该频率差检测部检测出的上述差对应值x，取得由于环境温度与基准温度不同而引起的f1的频率校正值，其中，

A)当将为了减小多项式的系数而导入的装置固有的除法系数设为k时，上述校正值取得部具备通过对于作为与x/k相当的值的X运算n次多项式而求出f1的频率校正值的功能，其中，n为4以上，

B)上述除法系数k是根据在测量温度范围预先检测出的上述差对应值的最大值而预先设定的值，

C)振荡装置的输出利用上述第一振荡电路的输出而生成，

D)基于由上述校正值取得部求出的上述频率校正值，校正上述设定信号。

上述校正值取得部例如具备：

乘法部；

该乘法部的输出除以上述除法系数k的除法部；

将该除法部的输出与上述多项式的定数依次累计的累计部；

第一切换部，其切换上述除法部的输出与上述差对应值x，并向上述乘法部输出；和

第二切换部，其切换上述差对应值x与多项式的各次数的系数，并向上述乘法部输出，其中，

通过上述第一切换部和上述第二切换部的切换动作，将来自上述第一切换部和上述第二切换部的值相乘，并从加法部输出多项式的运算值。

发明效果

本发明是基于环境温度的检测结果，校正用于设定输出频率的设定信号的振荡装置，其特征在于具备校正值取得部，当将第一和第二振荡电路的振荡频率设为f1、f2，将基准温度时的第一和第二振荡电路的振荡频率分别设为f1r、f2r时，上述校正值取得部基于对从这些f1、f2、f1r、f2r得到的差对应值使用预先设定的最大值进行标准化而得到的值x，取得由于环境温度与基准温度不同而引起的f1的频率校正值。当将预先设定的除法系数设为k时，上述校正值取得部具备通过对于作为与x/k相当的值的X运算n次多项式而求出f1的频率校正值的功能。由此，能够减小多项式系数的绝对值，能够抑制存储该系数的存储器的容量。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的整体结构的方框图。

图2是表示本发明实施方式的局部的方框图。

图3是图2所示的局部的输出的波形图。

图4是示意性地表示在包含图2所示的DDS电路部的环路中的未锁存的状态的各部的波形图。

图5是示意性地表示在包含图2所示的DDS电路部的环路中的锁存的状态的各部的波形图。

图6是上述实施方式对应的实际装置中上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是表示将f1、f2分别进行标准化而得到的值与温度的关系的频率温度特性图。

图9是表示将f1标准化而得到的值与温度的关系，及将f1标准化而得到的值与将f2标准化而得到的值的差ΔF与温度的关系的频率温度特性图。

图10是表示将图9的纵轴标准化而得到的值与频率校正值的关系的特性图。

图11是表示校正值运算部的方框图。

图12是用于制造振荡装置的装置方框图。

图13是表示相对于温度的频率偏差的变化的曲线图。

图14是表示相对于温度的频率偏差的变化的曲线图。

图15是表示每个装置的校正值的误差量的关系的曲线图。

图16是表示相对于温度的频率偏差的变化的曲线图。

图17是表示相对于温度的频率偏差的变化的曲线图。

图18是表示相对于温度的频率偏差的变化的曲线图。

图19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：校正值运算部(校正值取得部)

300：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的整体的方框图。该振荡装置作为输出被设定的频率的频率信号的频率合成器而构成，该振荡装置具备：使用晶体振子的电压控制振荡器300；构成该电压控制振荡器300的PLL的控制电路部200；和进行向该控制电路部200输入的基准时钟的温度补偿的温度补偿部。对温度补偿部标注符号，其相当于图1的控制电路部200的左侧部分。

该控制电路部200通过相位频率比较部205对从DDS(DirectDigital Synthesizer：直接数字频率合成)电路部201输出的参考(参照用)时钟与利用分频器204将电压控制振荡器300的输出分频而得到的时钟的相位进行比较。然后，作为该比较结果的相位差通过设置于相位频率比较部205的后段的未图示的给料泵而模拟化。模拟化了的信号输入环路滤波器206，并以使得PLL(Phase locked loop：锁相环路)稳定的方式进行控制。因此，控制电路部200也可以说是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使用，输入用于输出作为目的的频率信号的频率数据(数字值)。

但是，上述基准时钟的频率具有温度特性，因此为了抵消该温度特性，而使输入DDS电路部201的上述频率数据和与后述的频率校正值对应的信号相加。在图1中对该结构有大概记述，通过校正输入DDS电路部201的频率数据，抵消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，作为结果，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300的输出频率变得稳定。

温度补偿部具备第一晶体振子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而构成。即，将例如短片状的晶体片Xb的区域沿长度方向2等分，在各分割区域(振荡区域)的正背两面设置激励用的电极。因此，通过一方的分割区域和一对电极11、12构成第一晶体振子10，通过另一方的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可以说是热性结合的振荡器。

第一晶体振子10和第二晶体振子20各自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的输出也可以是全部例如晶体振子10、20的谐波(高次谐波)，也可以是基波。在得到谐波的输出的情况下，也可以在由例如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，使振荡环路以谐波振荡。或使振荡环路以基波振荡，在振荡段的后段例如科耳皮兹电路的一部分即放大器的后段设置C级放大器。也可以利用该C级放大器使基波变形，并且，在C级放大器的后段设置与谐波调谐的调谐电路，作为结果，从振荡电路1、2均输出例如3次谐波的振荡频率。

在此，为了方便，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为频率差检测部，概略地说，该频率差检测部3是用于取出f1与f2的差与Δfr的差、即ΔF＝f2－f1－Δfr的电路部。Δfr是基准温度例如25℃下的f1与f2的差。如果举出f1与f2的差的一例，例如数MHz。本发明通过利用频率差检测部3计算f1与f2的差所对应的值与在基准温度例如25℃下的f1与f2的差所对应的值的差即ΔF而成立。在该实施方式的情况下，如果更详细而言，由频率差检测部3得到的值为{(f2－f1)/f1}－{(f2r－f1r)/f1r}。但是，在附图中省略频率差检测部3的输出显示。

图2表示频率差检测部3的具体例。31为触发电路(F/F电路)。在该触发电路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，从第二振荡电路2向另一个输入端输入频率f2的频率信号，利用来自第一振荡电路1的频率f1的频率信号闩锁来自第二振荡电路2的频率f2的频率信号。下面，为了避免记载的繁琐，f1、f2作为表示频率或频率信号本身而进行处理。触发电路31输出具有作为和f1与f2的频率差对应的值的(f2－f1)/f1的频率的信号。

在触发电路31的后段设置单触发电路32，在单触发电路32中，利用从触发电路31得到的脉冲信号的上升，输出单触发脉冲。图3(a)～(d)是表示目前为止一连串的信号的时间图。

在单触发电路32的后段设置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用于利用从单触发电路32输出的脉冲闩锁从DDS电路部36输出的锯齿波，闩锁电路33的输出是在输出上述脉冲的定时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进行积分，加法部35将该直流电压和与Δfr对应的直流电压相加。与Δfr所对应的直流电压对应的数据存储于图2所示的存储器30。

在该例子中，加法部35的符号在与Δfr对应的直流电压的输入侧为“+”，在环路滤波器34的输出电压的输入侧成为“－”。在DDS电路部36输入由加法部35运算出的直流电压、即从与Δfr对应的直流电压减去环路滤波器34的输出电压而得到的电压，并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有各部的输出的情况。在装置启动时，与Δfr对应的直流电压通过加法部35输入到DDS电路部36，例如当Δfr为5MHz时，从DDS电路部36输出与该频率对应的频率的锯齿波。

利用闩锁电路33以与(f2－f1)对应的频率的脉冲闩锁上述锯齿波。当(f2－f1)例如为6MHz时，闩锁用的脉冲周期比锯齿波短，因此，如图4(a)所示，锯齿波的闩锁点逐渐降低，如图4(b)、(c)所示，闩锁电路33的输出和环路滤波器34的输出向一侧逐渐降低。加法部35的环路滤波器34的输出侧的符号为“－”，因此，从加法部35输入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，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被锁存。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，可以说环路滤波器34的积分值，与锯齿波从5MHz向6MHz变化时的1MHz的变化量的积分值相当。

与该例子相反，在Δfr为6MHz、(f2－f1)为5MHz的情况下，闩锁用的脉冲周期比锯齿波长，因此，图4(a)所示的闩锁点逐渐变高，伴随于此，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被减去的值变大，因此，锯齿波的频率逐渐降低，最终，在成为与(f2－f1)相同的5MHz时，PLL被锁存。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，图6为实际测量数据，在该例子中，PLL在时刻t0锁存。

但是，如上所述，实际上，频率差检测部3的输出、即图2所示的平均化电路37的输出，是将﹛(f2－f1)/f1}－﹛(f2r－f1r)/f1r﹜的值用34比特的数字值表示的值。当从－50℃附近到100℃附近的该值的集合设为(f1－f1r)/f1r＝OSC1(单位为ppm或ppb)、(f2－f2r)/f2r＝OSC2(单位为ppm或ppb)时，相对于温度的变化成为与OSC2－OSC1实质相同的曲线。因此，频率差检测部3的输出能够作为OSC2－OSC1＝温度数据而进行处理。

另外，在触发电路31中，利用f1闩锁f2的动作非同步，因此，也可能产生亚稳态(在时钟的边缘闩锁输入数据时，闩锁的边缘前后一定时间需要保持输入数据，但时钟和输入数据大致同时变化，由此，输出变得不稳定的状态)等不定区间，环路滤波器34的输出中可能包含瞬间误差。在上述PLL中，将环路滤波器34的输出作为与温度对应的值即Δfr与(f2－f1)的差而进行处理，因此，在环路滤波器34的输出侧设置求出在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，该瞬间误差也被消除。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。

由PLL的环路滤波器34得到的变动温度量的频率偏差信息、在该例子中为Δfr－(f2－f1)，被输入图1所示的作为校正值取得部的校正值运算部4，在此，运算频率的校正值。在对校正值运算部4进行叙述前，参照图7～图10对频率偏差信息和频率校正值进行说明。图7是将f1和f2用基准温度标准化、以表示温度与频率的关系的特性图。在此，所谓的标准化意思是指：将例如25℃设为基准温度，对于温度与频率的关系，将基准温度时的频率设为零，求出来自基准温度时的频率的频率偏差量与温度的关系。当将第一振荡电路1中的25℃时的频率设为f1r、将第二振荡电路2中的25℃时的频率设为f2r时，即将25℃下的f1、f2的值分别设为f1r、f2r时，图7的纵轴的值成为(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℃)下的频率的变化率。因此，图8的纵轴值为(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，返回频率差检测部3的说明时，如上所述，在该实施方式中，频率差检测部3进行不求出(f2－f2r)－(f1－f1r)＝f2－f1－Δfr本身的值而求出OSC2－OSC1的运算。即，对于表示各频率从基准温度以多少的比率偏离的比率的值，求出f2的比率与f1的比率的差。在闩锁电路33中输入与(f2－f1)对应的频率信号，但在PLL环路中输入有锯齿波，因此能够以进行这种计算的方式组装电路。当频率差检测部3的输出设为34比特的数字值时，例如每1比特分配0.058(ppb)的值，OSC2－OSC1的值得到0.058(ppb)的精度。另外，每1比特能够设定为0.058(ppb)的值的依据，基于后述的(2)～(4)式。在该阶段进行图6的说明时，在f1与f2的频率差(精确来说，频率的变化率的差)OSC2－OSC1为40ppm的情况下，图6为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)相对于温度处于直线关系。因此，可知(OSC2－OSC1)与来自基准温度的温度变动偏差量对应。而且，通常，晶体振子的频率温度特性用3次函数表示，因此，如果求出抵消该3次函数产生的频率变动量的频率校正值与(OSC2－OSC1)的关系，则基于(OSC2－OSC1)的检测值求出频率校正值。

如上所述，该实施方式的振荡装置将由第一振荡电路1得到的频率信号(f1)作为图1所示的控制电路部200的基准时钟而使用，该基准时钟存在频率温度特性，因此，相对于基准时钟的频率，进行温度校正。因此，首先，预先求出表示以基准温度进行标准化而得到的温度与f1的关系的函数，如图10，求出用于抵消该函数产生的f1的频率变动量的函数。因此，图10的纵轴为OSC1。在该例子中，为了高精度地进行温度校正，将上述函数作为例如9次函数制定。

如上所述，温度与(OSC2－OSC1)处于直线关系，因此，图10的横轴作为(OSC2－OSC1)的值，但直接使用(OSC2－OSC1)的值时，用于特定该值的数据量变多，因此，对(OSC2－OSC1)的值进行标准化。该情况下的标准化是指：预先决定振荡装置实际使用时的上限温度和下限温度，将在上限温度与下限温度之间的温度范围中的(OSC2－OSC1)的各值作为－1到+1的范围的数值进行处理。具体地讲，例如，在上述的温度范围中，假定频率偏差量(OSC2－OSC1)在－30ppm～十30ppm的范围中变动，(OSC2－OSC1)除以－30ppm而得到的值作为上述X的值进行处理。即，在该例子中，如图10所示，将－30ppm设为+1，将+30ppm设为－1。

在该例子中，晶体振子中的相对于温度的频率特性作为9次多项近似式进行处理。具体地讲，在生产晶体振子时通过实际测量而取得(OSC2－OSC1)与温度的关系，并根据该实际测量数据，导出抵消相对于温度的频率变动量的、表示温度与－OSC1的关系的校正频率曲线，并通过最小二乗法导出9次多项近似式系数。然后，将多项近似式系数预先存储在存储器30(参照图1)，校正值运算部4使用这些多项近似式系数进行下述的(1)式的运算处理。

Y＝P9·X⁹十P8·X⁸十P7·X⁷十P6·X⁶十P5·X⁵十P4·X⁴十P3·X³十P2·X²十P1·X十P0…(1)

在(1)式中，X为频率差检测信息，Y为校正数据，P0～P9为多项近似式系数。

在此，对X进行详细说明。当将由图1所示的频率差检测部3得到的值、即由图2所示的平均化电路37得到的值、即(OSC2－OSC1)的值设为x时，X＝x/k。该k为预先存储于存储器30的除法系数，是装置的固有定数。由此，通过x除k，如上所述，作为在从－1到+1的范围内进行标准化而得到的数值X进行处理。对除法系数k进行进一步说明时，在振荡装置使用的温度范围中，假定标准化的上述X在从－1～+1的范围中变动。但是，由于晶体振子10、20的加工精度的不均等，在各装置中，暂且将k设定为一样的值的情况下，根据装置，存在X的变动范围与－1～+1的范围相比变得非常小的情况。如后所述，在上述(1)式中，如此变动范围使用小的X设定系数P0～P9时，这些P0～P9的绝对值变大，存储器30的容量变大。因此，如上所述，使用除法系数k算出X，进行标准化并使X的变动范围接近预先假定的－1～+1。通过使用该X进行多项式近似系数P的设定，能够抑制P的值的绝对值变大。在上述温度范围中，以0为中心的OSC2－OSC1的变动幅度越小，作为除法系数k使用绝对值越小的数值。

接着，使用图11对校正值运算部4的结构进行说明。401、402为第一和第二多路转换器。第一和第二多路转换器401、402与其前段侧的频率差检测部3彼此并联连接，并输入上述x。从存储器30向第二多路转换器402输入P1～P9的多项近似式系数。在第一和第二多路转换器401、402的后段设有运算部403。运算部403由前段侧的乘法部404和后段侧的除法部405构成。

除法部405使来自乘法部404的输出除以使用存储于存储器30的除法系数k，进行上述的标准化并向后段输出。除法部405的后段与加法部406连接，另外，以使得除法部405的输出返回到第一多路转换器401的输入的方式，第一多路转换器401与除法部405连接。在加法部406的后段设置闩锁电路407，闩锁加法部406的输出。闩锁电路407的后段与进行舍入处理的电路408连接，另外，以使得闩锁电路407的输出返回到加法部406的方式，闩锁电路407与加法部406连接。将加法部406和闩锁电路407记载为加法电路409。

说明通过该校正值运算部4运算近似式(1)的各项的工序。从第一多路转换器401输出x，从第二多路转换器402输出系数P1，在运算部403运算x×P1×1/k＝P1·X，并向多路转换器401输出。另外，从多路转换器401、402分别输出x，在运算部403运算x×x×1/k。接着，将该运算结果从第一多路转换器401输出，并且从第二多路转换器402输出系数P2，在运算部403运算x×x×1/k×P2×1/k＝P2·X²〔X²＝(1/k)²x²〕，并向加法电路409输出。另外，从多路转换器401、402分别输出x和x×x×1/k，得到x³×(1/k)²。将该运算结果从多路转换器401输出，将P3从多路转换器402输出，得到x³×(1/k)³×P3＝P3×X³。由此，近似式(1)的各项被运算并输入加法电路409。如上所述，在除法部405进行x的标准化，因此，这样输入加法电路409的各项为使用了被标准化的x的运算值。从加法电路409输出被运算的运算值的合计值(相加值)，在电路408进行舍入处理并输出。另外，系数P0被预先输入加法部406。

校正值的运算式不限定于使用9次多项近似式，也可以使用与要求的精度对应的次数、例如4次以上的多项近似式。另外，也可以在校正值运算部4的入口使用除法部405运算x/k而算出X，使用该X算出(1)式的各项，当这样最初使用x/k进行运算时，在x除以k没有除尽的情况下，X成为近似值。当使用该近似值进行以后的计算时，计算精度降低，因此，在该例子中，设为在利用乘法部404进行x的乘法后，使用除法系数k进行除法的结构，以高精度地算出校正值Y。

参照图12对用于设定上述除法系数k的设定装置的结构进行说明。图中101为其内部温度能够自由改变的容器。具体地讲，作为利用恒温槽或珀耳帖元件的容器而构成。在容器101的内部收纳例如多个本发明的振荡装置，各振荡装置在容器101外部与切换单元102连接。切换单元102交替地使容器101内的振荡装置中的一个振荡装置与例如由频率计数器构成的频率测量单元103和控制单元100连接。在与连接频率测量单元103和控制单元100连接的振荡装置中，测量来自该第一振荡电路1、第二振荡电路2的输出频率f1、f2，能够向存储器30写入各系数。

图中104的存储器存储来自被测量的第一振荡电路1、第二振荡电路2的输出频率f1、f2和被运算的OSC1、OSC2、OSC2－OSC1等。另外，在存储器104中，∣OSC2－OSC1∣所取得的范围例如0ppm～30ppm中的互不相同的范围A1、A2、A3…An与系数k1、k2、k3…kn彼此相对应地被存储。该系数k1～kn为互不相同的数值，即如后述作为除法系数k设定而得到的值。校正值算出单元105基于在存储器104取得的OSC1、OSC2、OSC2－OSC1，算出上述的校正值Y。控制单元100控制容器101的温度和切换单元102的动作。

对上述设定装置产生的除法系数k的设定顺序进行说明。对使容器101的温度在使用振荡装置的温度范围中变化，并且对与频率测量单元103和控制单元100连接的振荡装置，测量相对于温度的输出频率f1、f2(单位：Hz)的特性。接着，基于得到的输出频率f1、f2的特性，运算相对于温度的OSC1、OSC2(单位：ppm)的特性，进而运算相对于温度的OSC2－OSC1的特性。

根据相对于得到的温度的OSC2－OSC1的特性，检测例如∣OSC2－OSC1∣的最大值。而且，根据存储于存储器104的上述范围A1～An，特定该检测的最大值收束的范围A，将相对于系数k1～kn中的被特定的A的系数作为除法系数k决定。而且，根据该除法系数k和相对于温度的OSC2－OSC1的特性，决定多项式近似系数P0～P9，并将决定的除法系数k和多项式近似系数P0～P9写入振荡装置的存储器30。写入结束后，利用其它的切换单元，将其它的振荡装置与频率测量单元103和控制单元100连接，并同样地进行除法系数k和多项式近似系数P0～P9的设定和写入。以上一连串的动作通过控制单元100进行。另外，OSC1、OSC2通过构成振荡装置的晶体振子而成为固有的值，因此对每个装置设定恰当的除法系数k。

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信号供给到电压控制振荡器300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300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被输入频率差检测部3，通过已经详细叙述的动作，该例子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、在该例子中为(OSC2－OSC1)时，锁存。然后，将该值输入校正值运算部4，并执行(1)式的运算，得到温度校正数据即频率校正量。在在例如图10所示的特性图中，(1)式的运算是求出与基于频率差检测部3的输出值而得到的值对应的校正频率曲线的纵轴值的处理。

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而构成，并相互热性结合，因此，振荡电路1、2的频率差是与环境温度极其精确地对应的值，因此，频率差检测部3的输出是环境温度于基准温度(在该例子中，为25℃)的温度差信息。第一振荡电路1输出的频率信号f1作为控制电路部200的主时钟使用，因此，为了抵消基于温度偏离25℃引起的f1的频率偏差量的对控制电路部200动作的影响，在校正值运算部4得到的校正值作为用于补偿控制电路部200的动作的信号使用。其结果，无论温度变动，本实施方式的振荡装置的输出即电压控制振荡器300的输出频率均稳定。

根据上述的实施方式，使用与从频率差检测部3输出的OSC2－OSC1的输出对应的x、装置固有的除法系数k和多项式近似系数P，运算用于求出OSC1的校正值的近似式(1)。因此，即使在每个装置标准化后的OSC2－OSC1的值x的变动的范围不同，也能够将近似式(1)的x/k＝X的绝对值接近1。由此，防止该X的乘方值变得极其小，结果，能够防止多项式近似系数P0～P9的绝对值变大。因此，能够抑制存储多项式近似系数P的存储器30的容量。但是，频率偏差量(OSC2－OSC1)因构成第一和第二晶体振子的晶体片的切出角度、电极膜厚、电极面积等不同而变动，调节它们使频率偏差量与假定的－30ppm～+30ppm一致是繁琐的。特别是在上述的实施方式中由共用的晶体片Xb构成第一和第二晶体振子10、20，因此难以以OSC2－OSC1在希望的范围中变动的方式进行调节。因此，这样设定除法系数k是有效的。

重复说明，在该实施方式中，f1与f1r的差所对应的值为{(f1－f1r)/f1r}(＝OSC1)，f2与f2r的差所对应的值为{(f2－f2r)/f2r}(＝OSC2)，与f1与f1r的差所对应的值和f2与f2r的差所对应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f1与f1r的差所对应的值和f2与f2r的差所对应的值的差值对应的值，在该情况下，有效运用图7的图表求得温度。

在上述实施方式中，在从图8到图10的说明中，将频率的变化量以“ppm”单位表示，但在实际的数字电路中，全部以二进制数处理，因此，DDS电路36的频率设定精度以构成比特数计算，例如34比特。举出一个例子，在向图1所示的控制电路部200中包含的DDS电路部201供给10MHz的时钟的情况下，当该时钟的变动频率成为100Hz时，成为

〔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〕

0.00001*2＾34≈171，799〔比率－34比特(临时名称)〕。

在上述结构的情况下，上述频率设定精度以下面的(2)式表示。

1×〔比率－34比特〕＝10M〔Hz〕/2＾34≈0.58m〔Hz/比特〕…(2)

因此，100〔Hz〕/0.58m〔Hz/比特〕≈171，799〔比特(比率－34比特)〕。

另外，0.58mHz相对于10MHz，能够以下面的(3)式计算。

0.58m〔Hz〕/10M〔Hz〕*1e9≈0.058〔ppb〕…(3)因此，根据(2)、(3)式，(4)式的关系成立。

1e9/2＾34＝0.058〔ppb/比率－34比特〕…(4)即，通过DDS电路36处理的频率消失，只成为比特数的关系。

另外，在上述例子中，使用与第一晶体振子10和第二晶体振子20共用的晶体片Xb，但也可以不将晶体片Xb共用化。在该情况下，能够列举例如在共用的箱体中配置第一晶体振子10和第二晶体振子20的例子。根据这种结构，由于在实质相同的温度环境下放置，因此能够得到同样的效果。

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起反复增加、减少的频率信号即可，也可以是例如正弦波。

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，用该计数值的差值减去与Δfr相当的值，并将与得到的计数值对应的值输出。

在校正值运算部4求得的校正值不限定于如上述实施方式那样地使用，在振荡装置的输出频率因温度变动的情况下，只要是能够以使用校正值能够抵消输出频率的变动量的方式进行补偿的结构，就可以使用其它的方法进行校正。例如在图19所示的TCXO中，也可以使用在频率差检测部3得到的频率差信息代替温度检测器94的输出，基于该信息求出与频率校正量对应的控制电压的补偿量，通过控制电压产生部93，使上述补偿量与基准温度时的用于输出频率的基准电压相加并作为控制电压。根据频率差信息求出频率校正量的方法，不限于之前的实施方式那样地使用多项近似式，也可以是在存储器预先存储表示频率差信息与频率校正量的关系的表并参照该表的方法。

在以上的实施方式中，将第一晶体振子10与第二晶体振子20的频率差作为所谓温度测量值而使用，基于该温度测量值求出第一晶体振子10的相对于温度变动的频率校正值。但是，本发明在采取使成为频率校正的对象的晶体振子与构成所谓温度计的两个晶体振子中一个晶体振子不共用化的结构的情况下，也包含于专利请求的技术性的范围中。

该情况下的上述校正值取得部，

替代基于由频率差检测部检测出的上述差值所对应的值、和上述差值所对应的值与第一振荡电路的振荡频率f1的频率校正值的关系，取得f1的频率校正值，

能够基于由频率差检测部检测出的上述差值所对应的值、和上述差值所对应的值与使不同于第一晶体振子和第二晶体振子的其它晶体振子振荡的其它的振荡电路的振荡频率f0的频率校正值的关系，取得f0的频率校正值。

(参考试验1)

下面，对与本发明有关的参考试验进行说明。在上述的实施方式中，将OSC2－OSC1在－1～+1的范围中进行标准化，对进行如此标准化的有效性进行说明。但是，在下面的各试验中，以没有将除法系数k作为装置固有的定数的方式设定，只要没有特别记载，就设为X＝标准化后的OSC2－OSC1，并设定有多项式近似系数P0～P9。在图13中，用实线表示有在已经叙述的振荡装置中这样地以进行标准化的方式设定了上述多项式近似系数P0～P9的近似式(1)的图表。图表的横轴为标准化后的OSC2－OSC1。图表的纵轴为近似式(1)的Y＝－OSC1(单位：ppm)。图13中的点划线的图表表示标准化后的OSC2－OSC1与实际测量的－OSC1的关系。实际上，实线和点划线的图表相互重叠，但为了在图13中容易观察，稍微上下错开。

在图14中，对于OSC2－OSC1，用实线表示有以未进行标准化的方式设定了的多项式近似系数P0～P9的近似式(1)的图表。图表的横轴为OSC2－OSC1(单位：ppm)。图表的纵轴与图13同样，Y＝－OSC1。另外，在图14中，表示有用点划线表示实际测量的－OSC1与(OSC2－OSC1)的关系的图表。由此，在未进行标准化的图14的情况下，与进行了标准化的图13相比，由近似式(1)运算的－OSC1与－OSC1的实际测量值之间的相互关联少。

在未进行标准化的情况下，由近似式(1)运算的－OSC1与－OSC1的实际测量值之间的相互关联变少的原因如下。图表横轴的OSC2－OSC1的值变得越比1大，近似式(1)的Xⁿ(n为9～1)的值也根据乘方的次数而变得越大，因此，如果不减小P0～P9的值，则不能够得到希望的校正值。另一方面，为了通过数字处理进行校正值运算，通常以处理容易的整数进行，因此需要将小数点以下的系数设为零(0)。

如果Xⁿ(n为9～1)的乘方次数越大，则必须更大地减小对应的Pn(n为9～1)的值，其结果，通过进行整数化，高次项容易变为零(0)，出现图14那样的只与低次项相当的运算结果。因此，多项式近似系数P0～P9以进行上述的标准化的方式设定是有效的。

(参考试验2)

如上所述，对频率温度特性的实际测量数据算出多项式近似系数，但存在在实际测量数据中含有测量误差的情况，因此，在多次取得例如相同的晶体振子的频率温度特性的情况下，存在每次不能够得到相同的近似系数P0～P9的情况。因此，近似系数的误差影响装置频率的校正精度。因此，为了确认在设定的近似系数因测量误差等影响而从本来的近似系数偏离的情况下的、与实际测量数据的偏离量(误差量)通过进行标准化而成为怎样的程度，而进行该参考试验2。

在规定的温度范围内，对OSC2－OSC1的最大值互不相同的装置的被实际测量的－OSC1与使用近似式(1)运算的－OSC1的差、即校正误差量(单位：ppb)进行测量，其中，上述近似式(1)设定为使算出P9的值加上+1而得到的值。与上述的实施方式一样，OSC2－OSC1在－30ppm～+30ppm的范围以使得X成为－1～+1的方式进行标准化。另外，变更P0～P9中的P9的设定是因为，在近似式(1)中高次数的项越高，近似系数的偏离的影响越大，因此，通过这样地变更P9，使上述偏离量变得明确。

图15(a)的图表的横轴表示每个装置的OSC2－OSC1的最大值，纵轴表示上述校正误差量。图15(b)是详细表示在图15(a)的图表中的OSC2－OSC1＝30ppm附近的图表。如该图15(b)所示，当OSC2－OSC1超过30ppm时，校正误差量急剧变大。关于说明OSC2－OSC1这样变化的原因，在OSC2－OSC1为30ppm以下的情况下，OSC2－OSC1的标准化后的值的绝对值成为1以下的值，因此，近似式(1)中所包含的X⁹的计算值的绝对值成为1以下。但是，当超过30ppm时，OSC2－OSC1的标准化后的值成为比1大的值，因此，X⁹的计算值随着OSC2－OSC1的増加而指数函数性地増加。即，这是因为即使P9的值只偏离+1，计算值也有较大改变，根据该实验，显示出实际上误差变大。因此，为了抑制校正误差量，实际上OSC2－OSC1变化的范围以不超过标准化的范围的方式设定，即，使用OSC2－OSC1的最大值进行设定是有效的。

(参考试验3)

如上所述，假定OSC2－OSC1在－30ppm～+30ppm中进行变动，图16(a)中表示OSC2－OSC1的变动范围成为如大致假定那样从－28ppm到十28ppm的装置的OSC1、OSC2的相对于温度的特性。在图16(b)中表示有OSC2－OSC1的变动范围明显低于假定的范围而成为从－12ppm到+12ppm的装置的OSC1、OSC2的相对于温度的特性。图17(a)的图表表示有从图16(a)的OSC1、OSC2得到的近似式(1)的特性。图表中的横轴表示标准化后的OSC2－OSC1＝X，纵轴表示Y(单位：ppm)。另外，图17(b)的图表表示从图16(b)的OSC1、OSC2得到的近似式(1)的特性。图表的纵轴和横轴与图17(b)的图表一样。

图17(a)的图表的多项式近似系数P9、P8、P7、P6、P5、P4、P3、P2、P1、P0分别为－9015、－2369、16128、4850、－9461、－3392、－12488、2386、11257、－244。另一方面，图17(b)的图表的多项式近似系数P9、P8、P7、P6、P5、P4、P3、P2、P1、P0分别为－25644683、－5272937、7770083、1534404、－778158、－155195、－172031、14684、27014、－247。由此，图17(b)的图表的多项式近似系数P1～P9的绝对值比图17(a)的图表的多项式近似系数Pl～P9的绝对值大。因此，如上述的实施方式，以使得X在一1～+1的范围中大量分布的方式设定除法系数k，以设为X＝x/k的方式设定近似式(1)的各系数是有效的。

(参考试验4)

图18是表示代替将具有图17(b)的特性的装置的OSC2－OSC1以－30ppm～十30ppm进行标准化，而以－12ppm～+12ppm进行标准化而得到的近似式(1)的特性的图表。即，当OSC2－OSC1＝－12ppm时作为X＝+1进行处理，当OSC2－OSC1＝+12ppm时作为X＝－1进行处理。在该图表中，各多项式近似系数P9、P8、P7、P6、P5、P4、P3、P2、P1、P0分别为－6723、－3456、12731、6285、－7968、－3973、－11010、2379、10806、－247，比以－30ppm～+30ppm进行标准化时的各数值小。由此，通过改变在每个装置标准化的OSC2－OSC1的范围的设定，如后述实验所示，能够抑制多项式近似系数P的绝对值的上升，但由于个别地设置构成装置的电路，因此导致花费时间和成本。因此，如上述实施方式，以设为X＝x/k的方式设定近似式(1)的各系数是有效的。

Claims

1.一种振荡装置，其基于环境温度的检测结果，校正用于设定输出频率的设定信号，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；

频率差检测部，当将第一振荡电路的振荡频率设为f1，将基准温度时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，将基准温度时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出与f1与f1r的差所对应的值和f2与f2r的差所对应的值的差值对应的差对应值；和

校正值取得部，其基于由该频率差检测部检测出的所述差对应值x，取得由于环境温度与基准温度不同而引起的f1的频率校正值，其中，

A）当将为了减小多项式的系数而导入的装置固有的除法系数设为k时，所述校正值取得部具备通过对于作为与x／k相当的值的X运算n次多项式而求出f1的频率校正值的功能，其中，n为4以上，

B）所述除法系数k是根据在测量温度范围预先检测出的所述差对应值的最大值而预先设定的值，

C）振荡装置的输出利用所述第一振荡电路的输出而生成，

D）基于由所述校正值取得部求出的所述频率校正值，校正所述设定信号。

2.如权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：

所述校正值取得部具备：

乘法部；

该乘法部的输出除以所述除法系数k的除法部；

将该除法部的输出与所述多项式的定数依次累计的累计部；

第一切换部，其切换所述除法部的输出与所述差对应值x，并向所述乘法部输出；和

第二切换部，其切换所述差对应值x与多项式的各次数的系数，并向所述乘法部输出，其中，

通过所述第一切换部和所述第二切换部的切换动作，将来自所述第一切换部和所述第二切换部的值相乘，并从加法部输出多项式的运算值。