CN104426477A - 带恒温槽的晶体振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带恒温槽的晶体振荡器，其可使用相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等二次旋转切割，从而可改善相对于频率的温度特性。本发明的带恒温槽的晶体振荡器是在恒温槽(9)内设置恒温槽(5)，温度控制电路(13)根据由感温元件(10)检测到的温度对恒温槽(9)内进行温度控制，并在恒温槽(5)内设置第1振子(1)及第2振子(2)，温度控制电路(8)根据两者的振荡频率差进行温度控制，特别是温度控制电路(13)在第1振子(1)与第2振子(2)的相对于振子温度的振荡频率的差对应于1比1且温度梯度成为正方向或负方向的任一个的温度区域内进行温度控制。
Description
交叉引用
本发明基于并主张于2013年8月23号提出的日本专利申请2013-172975号的优先权，该申请的全文以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种带恒温槽的晶体振荡器，特别是涉及一种可改善相对于频率的温度特性的带恒温槽的晶体振荡器。
背景技术
[现有的技术]
现有的带恒温槽的晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO)包括使温度保持为固定的温度槽，并将晶体振子收纳在所述恒温槽内而进行不易受到外部温度影响的稳定的振荡。
而且，在现有的OCXO中，有的是使具有不同频率及不同温度梯度(temperature gradient)的两个振子进行振荡，使用不同频率的差分来进行恒温槽的温度控制。
所述OCXO是利用频率差因温度而产生的变化呈线性的现象来使恒温槽的温度保持为固定。
[现有的OCXO的构造：图4]
其次，一边参考图4，一边对现有的OCXO进行说明。图4是现有的OCXO的截面说明图。
现有的OCXO如图4所示，在印刷基板34的表面搭载有第1振子31，在印刷基板34的背面搭载有第2振子32，此外，在印刷基板34的表面及背面，安装有振荡电路、加热器(heater)、温度控制电路等。
而且，印刷基板34借由多个引线端子(lead terminal)而固定在底座(base)33上，并且以覆盖第1振子31及第2振子32、印刷基板34等的方式而设置罩体(case)35。
恒温槽30由底座33及罩体35所形成，利用频率差检测部对第1振子31与第2振子32的频率差进行检测，借由温度控制电路根据检测频率差对加热器进行控制，以使恒温槽30内的温度保持为固定的方式而进行运行。
[现有的OCXO的电路：图5]
其次，一边参考图5，一边对现有的OCXO进行说明。图5是现有的OCXO的电路图。
现有的OCXO如图5所示，使来自第1振子1的振荡输出输入至振荡电路3及振荡输出端子14，使来自第2振子2的振荡输出输入至振荡电路4。
再者，第1振子1及第2振子2是使用AT切割的晶体振子，第1振子1的振荡频率与第2振子2的振荡频率的相对于温度的变化为不同。
并且，振荡输出端子14将振荡输出向外部加以输出。
振荡电路3、振荡电路4将所输入的信号加以放大而输出至异或(Exclusive OR，ExOR)电路15。
ExOR电路15获得所输入的信号的异或，并输出至频率差检测部6。
频率差检测部6根据由ExOR电路15获得的异或对频率的差分进行检测，并输出至温度控制电路8。
温度控制电路8根据来自频率差检测部6的频率差分的信息，借由加热器等进行恒温槽30内的温度控制。
[AT切割的晶体振子的特性：图6]
其次，一边参考图6，一边对现有的OCXO中的使用AT切割的晶体振子作为第1振子及第2振子的情况下的特性进行说明。图6是使用AT切割的晶体振子作为第1振子及第2振子的情况下的第1振子与第2振子的振荡频率差的温度特性图。在图6中，横轴表示振子温度，纵轴表示量化频率差。
如图6所示，使用AT切割的晶体振子作为第1振子1及第2振子2的情况下，振子的相对于温度(振子温度)的频率差的特性对应于1比1，从而可利用温度控制电路将恒温槽温度控制为任意温度。
[SC切割/IT切割的晶体振子的特性：图7]
再者，一边参考图7，一面对使用SC切割/IT切割等二次旋转切割的晶体振子作为第1振子及第2振子，且使第1振子以C模式(C mode)进行振荡，使第2振子以B模式(B mode)进行振荡的情况下的特性进行说明。图7表示第1振子与第2振子的振荡频率差因温度而产生的变化。
[相关技术]
再者，相关的现有技术有如下：日本专利特开2013-051676号公报“晶体振荡器”(日本电波工业股份有限公司)[专利文献1]、日本专利特开平04-068903号公报“具有温度探测功能的振荡器及晶体振荡元件以及温度检测方法”(朝日电波工业股份有限公司)[专利文献2]、日本专利特开2004-048686号公报“高稳定压电振荡器”(东洋通信机股份有限公司)[专利文献3]。
在专利文献1中揭示了，在晶体振荡器中，对第1振子与第2振子的振荡频率的差分进行检测，并将所述差分供给至环路滤波器(loop filter)，对恒温槽内的加热器进行控制。
在专利文献2中揭示了，在振荡器中，对基波与n次谐波(overtone)振动的频率的差进行检测，根据所述差来进行恒温槽内的温度控制。
在专利文献3中揭示了，在高稳定压电振荡器中，第2恒温槽收纳对压电元件进行收纳的第1恒温槽，并使第1恒温槽的温度低于第2恒温槽的温度。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2013-051676号公报
[专利文献2]日本专利特开平04-068903号公报
[专利文献3]日本专利特开2004-048686号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，在现有的OCXO中存在如下问题：振荡频率差因温度而产生的变化呈线性的振子的组合被限定为振子频率的温度梯度成为最小的温度(零温度系数(zero temperature coefficient，ZTC)温度)为不同的AT切割晶体振子，当使用与AT切割振子相比相对于环境温度(ambient temperature)的频率变化率小，即，相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等二次旋转切割时，频率差因温度而产生的变化不呈线性，从而无法进行温度控制。
再者，在专利文献1中，第1振子及第2振子是使用相对于振子温度的频率差的特性对应于1比1的具有线性的晶体振子，而并非使用相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等的晶体振子，来改善相对于频率的温度特性。
而且，在专利文献1及专利文献2中，并未记载将恒温槽设为双重的，在外侧利用恒温槽对设置在内侧的恒温槽内的振子的工作温度的范围进行温度控制。
此外，在专利文献3中，虽然包含双重的恒温槽，但是所述双重的恒温槽是用于防止由电子零件等的热老化(thermal aging)所引起的退化，而并非用于根据两个振子的频率差来进行稳定的温度控制。
本发明是鉴于所述实际情况而开发的，目的在于提供一种带恒温槽的晶体振荡器，其可使用相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等二次旋转切割，从而可改善相对于频率的温度特性。
[解决问题的手段]
用于解决所述现有例的问题的本发明是一种带恒温槽的晶体振荡器，包括：第1恒温槽；第2恒温槽，设置在第1恒温槽内；感温元件，对第1恒温槽内的温度进行检测；第1温度控制电路，根据由感温元件检测到的温度对第1恒温槽内的温度进行控制；第1振子及第2振子，设置在第2恒温槽内；频率差检测部，对第1振子与第2振子的振荡频率的差进行检测；以及第2温度控制电路，根据所检测到的频率的差对第2恒温槽内的温度进行控制；并且第1振子及第2振子的相对于温度的频率特性为不同，第1温度控制电路在第1振子与第2振子的相对于振子温度的振荡频率的差对应于1比1的温度区域内进行温度控制。“相对于振子温度的振荡频率的差对应于1比1的温度区域”意指随着振子温度的变化，震荡频率差是单调增加或单调减少的振子温度的区域。在该领域中可期望的是，相对于振子温度的变化量的发震频率差的变化量的比率几乎为固定，而振子温度和发振频率的差的关系为线性。
本发明的所述带恒温槽的晶体振荡器：第1振子为二次旋转切割的晶体振子，第1温度控制电路在对应于第1振子与第2振子的振荡频率的差，而振子温度的温度梯度成为正方向或负方向的任一个的温度区域内进行温度控制。
本发明的所述带恒温槽的晶体振荡器：第1温度控制电路在第1振子与第2振子的振荡频率的差成为最低的拐点附近的温度起成为正方向的温度区域内进行温度控制。
本发明的所述带恒温槽的晶体振荡器：第1振子设为SC切割或TT切割的晶体振子。
本发明的所述带恒温槽的晶体振荡器：第2振子设为AT切割或SC切割的B模式的晶体振子。
(发明的效果)
根据本发明，带恒温槽的晶体振荡器包括：第1恒温槽；第2恒温槽，设置在第1恒温槽内；感温元件，对第1恒温槽内的温度进行检测；第1温度控制电路，根据由感温元件检测到的温度对第1恒温槽内的温度进行控制；第1振子及第2振子，设置在第2恒温槽内；频率差检测部，对第1振子与第2振子的振荡频率的差进行检测；以及第2温度控制电路，根据所检测到的频率的差对第2恒温槽内的温度进行控制；并且第1振子与第2振子的相对于温度的频率特性为不同，第1温度控制电路在第1振子及第2振子的相对于振子温度的振荡频率的差对应于1比1的温度区域内进行温度控制，因此具有如下效果：可使用相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等二次旋转切割，从而可改善相对于频率的温度特性。
附图说明
图1是本发明的实施方式的带恒温槽的晶体振荡器的截面说明图。
图2是本振荡器的电路图。
图3是表示使用SC切割/IT切割的晶体振子作为第1振子，使用AT切割的晶体振子作为第2振子的情况下的特性及温度范围的图。
图4是现有的OCXO的截面说明图。
图5是现有的OCXO的电路图。
图6是使用AT切割的晶体振子作为第1振子及第2振子的情况下的第1振子与第2振子的振荡频率差的温度特性图。
图7是使用SC切割/IT切割等二次旋转切割的晶体振子作为第1振子及第2振子，使第1振子以C mode进行振荡，使第2振子以B mode进行振荡的情况下的第1振子与第2振子的振荡频率差的温度特性图。
[符号的说明]
1：第1振子
2：第2振子
3：振荡电路
4：振荡电路
5：恒温槽(第2恒温槽)
6：频率差检测部
7：目标频率差保持部
8：温度控制电路
9：恒温槽(第1恒温槽)
10：感温元件
11：目标温度保持部
12：温度差检测部
13：温度控制电路
14：振荡输出端子
15：异或(ExOR)电路
20a：恒温槽(第2恒温槽)
20b：恒温槽(第1恒温槽)
21：第1振子
22：第2振子
23：第1底座
24：第1印刷基板
25：第1罩体
26：第2印刷基板
27：第2底座
28：第2罩体
30：恒温槽
31：第1振子
32：第2振子
33：底座
34：印刷基板
35：罩体
A：温度范围
B：温度范围
具体实施方式
一边参考附图，一边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带恒温槽的晶体振荡器是在第1恒温槽内设置第2恒温槽，根据第1温度控制电路检测到的温度对第1恒温槽内进行温度控制，并在第2恒温槽内设置第1振子及第2振子，第2温度控制电路根据两者的振荡频率差进行温度控制，特别是第1温度控制电路在第1振子及第2振子的相对于振子温度的振荡频率的差对应于1比1且温度梯度成为正方向或负方向的任一个的温度区域内进行温度控制，并且即使是相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等二次旋转切割的晶体振子也可借由对工作温度进行限定而加以使用，从而可改善相对于频率的温度特性。
[本振荡器的构造：图1]
一边参照图1，一边对本发明的实施方式的带恒温槽的晶体振荡器(本振荡器)进行说明。图1是本发明的实施方式的带恒温槽的晶体振荡器的截面说明图。
本振荡器如图1所示，在第1印刷基板24的表面搭载有第1振子21，在第1印刷基板24的背面搭载有第2振子22，此外，在第1印刷基板24的表面及背面，安装有振荡电路、加热器、温度控制电路等。
而且，第1印刷基板24借由多个引线端子而固定在第1底座23上，并以覆盖第1振子21及第2振子22、第1印刷基板24等的方式而在第1底座上设置第1罩体25。
恒温槽20a由第1底座23及第1罩体25所形成。
并且，第1底座借由多个引线端子而固定在第2印刷基板26上，然后，第2印刷基板26借由多个引线端子而固定在第2底座27上。
而且，以覆盖第1底座23、第1罩体25、第2印刷基板26等的方式而在第2底座27上设置有第2罩体28。
恒温槽20b由第2底座27及第2罩体28所形成。
借由设置在恒温槽20b内的温度传感器等感温元件对恒温槽20b内的温度进行检测，第1温度控制电路(权利要求项中的第1温度控制电路)根据所述检测温度对恒温槽20b内的加热器进行控制，以使恒温槽20b内的温度保持在特定的温度区域的方式而进行工作，并且，恒温槽20a内在所述特定的温度区域内进行工作。关于所述特定的温度区域将在后文描述。
利用频率差检测部对设置在恒温槽20a内的第1振子21与第2振子22的振荡频率的差进行检测，借由第2温度控制电路(权利要求项中的第2温度控制电路)根据检测频率差对恒温槽20a内的加热器进行控制，以使恒温槽20a内的温度保持为固定的方式而进行工作。
[本振荡器的电路：图2]
其次，一边参考图2，一边对本振荡器的电路进行说明。图2是本振荡器的电路图。
本振荡器如图2所示，使来自第1振子1的振荡输出输入至振荡电路3及振荡输出端子14，使来自第2振子2的振荡输出输入至振荡电路4。
并且，振荡输出端子14将振荡输出向外部加以输出。
再者，第1振子1使用SC切割/IT切割等二次旋转切割的晶体振子，第2振子2使用AT切割或SC切割B模式的晶体振子，第1振子的振荡频率及第2振子的振荡频率相对于温度而不同。
使用SC切割/IT切割的晶体振子作为第1振子1的原因在于，与AT切割的振子相比相对于环境温度的频率稳定。
而且其原因在于，由于使用AT切割或SC切割B模式的晶体振子作为第2振子2，所以只要作为温度传感器发挥作用即可。
振荡电路3、振荡电路4将所输入的信号加以放大而输出至频率差检测部6。
频率差检测部6在输入侧包括异或(ExOR)电路，ExOR电路获得所输入的信号的异或，根据所述异或对频率的差分进行检测，并输出至温度控制电路8。
目标频率差保持部7对目标频率的差分的数据进行存储。
温度控制电路8从目标频率差保持部7读入目标频率的差分的数据，根据来自频率差检测部6的频率差分的信息与目标频率的差分的数据，借由加热器等而进行恒温槽5内的温度控制。
具体而言，温度控制电路8对来自频率差检测部6的频率差分的信息与目标频率的差分的数据算出两者的差，以使所述差成为零的方式而对恒温槽5内的温度进行控制。
并且，在第2印刷基板等上，搭载有感温元件10、目标温度保持部11、温度差检测部12、温度控制电路13。
感温元件10是利用温度传感器，例如使用热敏电阻器(thermistor)等，对恒温槽9内的温度进行检测。
目标温度保持部11对用于控制恒温槽9内的温度的目标温度的数据进行存储。
温度差检测部12输入由感温元件10检测到的温度值，并从目标温度保持部11读入目标温度的数据，对目标温度的数据与检测温度的值的差进行检测，将温度差的信息输出至温度控制电路13。
温度控制电路13根据来自温度差检测部12的温度差的信息，以使所述温度差成为零的方式对加热器等进行控制，并对恒温槽9内的温度进行控制以成为特定温度区域。由此，设置在恒温槽9内的恒温槽5在所述特定温度区域内稳定地进行工作。
[本振荡器的温度范围：图3]
其次，一边参照图3，一边对本振荡器中的振子温度的温度范围进行说明。
图3是表示使用SC切割/IT切割的晶体振子作为第1振子，使用AT切割的晶体振子作为第2振子的情况下的特性与温度范围的图。在图3中，横轴表示振子温度，纵轴表示量化频率差。
在图3中，表示了使用SC切割/IT切割等二次旋转切割的晶体振子作为第1振子，使用AT切割的晶体振子作为第2振子的情况下的特性，在以箭头A表示的温度范围中，第1振子及第2振子的频率差与振子温度并未对应于1比1，而在箭头B所表示的温度范围中，第1振子及第2振子的频率差与振子温度对应于1比1，从而可使用两个振子根据频率差来进行温度控制。
即，只要将振子温度限定在箭头B的温度范围，则第1振子及第2振子的频率差与振子温度对应于1比1，从而在OCXO的温度控制电路8中可将振子温度控制为任意温度。
因此，温度控制电路13设定为图3的以箭头B所表示的第1振子及第2振子的相对于振子温度的频率差对应于1比1的最低温度以上。即，设定在从图3的拐点(最低的第1振子及第2振子的频率差)附近起温度梯度成为正方向的温度区域内。
而且，即使设定在从图3的拐点附近起温度梯度成为负方向的温度区域内，由于第1振子与第2振子的频率差及振子温度对应于1比1，因此也可使用两个振子根据频率差来进行温度控制。
[实施方式的效果]
根据本振荡器，设为在恒温槽9内设置恒温槽5，温度控制电路13根据由感温元件10检测到的温度对恒温槽9内进行温度控制，并在恒温槽5内设置第1振子1及第2振子2，温度控制电路8根据两者的振荡频率差进行温度控制，特别是温度控制电路13在第1振子1与第2振子2的相对于振子温度的振荡频率的差对应于1比1且温度梯度成为正方向或负方向的任一个的温度区域内进行温度控制，因此具有如下效果：即使是相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等二次旋转切割的晶体振子，也可借由对工作温度进行限定而加以使用，从而可改善相对于频率的温度特性。
特别是，根据本振荡器，温度控制电路13设为在相对于第1振子1与第2振子2的振荡频率的差，而温度梯度从振子温度成为最低的拐点附近起成为正方向的温度区域内进行温度控制，因此具有如下效果：即使为SC切割/IT切割等二次旋转切割的晶体振子也可加以使用，可改善相对于频率的温度特性。
[产业上的可利用性]
本发明适用于可使用相对于环境温度的频率稳定度高的SC切割/IT切割等二次旋转切割，从而可改善相对于频率的温度特性的带恒温槽的晶体振荡器。
Claims (5)
1.一种带恒温槽的晶体振荡器，其特征在于包括：
第1恒温槽；
第2恒温槽，设置在所述第1恒温槽内；
感温元件，对所述第1恒温槽内的温度进行检测；
第1温度控制电路，根据由所述感温元件检测到的温度对所述第1恒温槽内的温度进行控制；
第1振子及第2振子，设置在所述第2恒温槽内；
频率差检测部，对所述第1振子与所述第2振子的振荡频率的差进行检测；以及
第2温度控制电路，根据所述检测到的频率的差对所述第2恒温槽内的温度进行控制；并且
所述第1振子及所述第2振子的相对于温度的频率特性为不同，
所述第1温度控制电路在所述第1振子与所述第2振子的相对于振子温度的振荡频率的差对应于1比1的温度区域内进行温度控制。
2.根据权利要求1所述的带恒温槽的晶体振荡器，其特征在于：
所述第1振子为二次旋转切割的晶体振子，
所述第1温度控制电路在对应于所述第1振子与第2振子的振荡频率的差，而振子温度的温度梯度成为正方向或负方向的任一个的温度区域内进行温度控制。
3.根据权利要求2所述的带恒温槽的晶体振荡器，其特征在于：
所述第1温度控制电路在第1振子与第2振子的振荡频率的差成为最低的拐点附近的温度起成为正方向的温度区域内进行温度控制。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带恒温槽的晶体振荡器，其特征在于：
所述第1振子设为SC切割或IT切割的晶体振子。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的带恒温槽的晶体振荡器，其特征在于：
所述第2振子设为AT切割或SC切割的B模式的晶体振子。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150318 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |