CN105846815A - 振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够实现较高的频率稳定性的振荡器、电子设备以及移动体。振荡器包括振荡元件、振荡电路、发热元件、温度控制电路、以及生成对频率温度特性进行补正的温度补正信号的温度补正信号生成电路。温度补正信号生成电路包括温度传感器、生成一次补正信号的一次补正信号生成电路、以及生成高次补正信号的高次补正信号生成电路。高次补正信号生成电路包括：高温侧二次补正信号生成电路；高温侧极性切换电路，其对高温侧二次补正信号的极性进行切换；低温侧二次补正信号生成电路；低温侧极性切换电路，其对低温侧二次补正信号的极性进行切换。

Description

振荡器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及一种振荡器、电子设备以及移动体。
背景技术
通信设备或测量仪器等基准频率信号源所使用的水晶振荡器，要求输出频率相对于温度变化以高精度而处于稳定。一般情况下，作为能够在水晶振荡器中获得的极高频率稳定性的水晶振荡器，已知一种恒温槽型水晶振荡器(OCXO：Oven Controlled Crystal Oscillator)(专利文献1)。OCXO为在被控制为恒定温度的恒温槽内收纳有水晶振子的装置，其为了实现极高的频率稳定性，从而尽可能地减小恒温槽相对于周围温度的变化的温度控制偏差较为重要。
专利文献1中所记载的图16(A)为表示在使用了SC水晶振子的OCXO中未实施恒温槽的温度控制的情况下的频率温度特性的一个示例的图，图16(B)以及图16(C)为对由图16(A)的虚线包围的部分进行了放大的图。例如，在OCXO的动作温度范围为-40℃～+85℃的情况下，通过将恒温槽的温度保持在90℃附近，从而即使受到周围温度变化的影响也能够输出偏差较小的稳定的频率。虽然恒温槽的精度因制品而不同，但是例如在周围温度变为-40℃～85℃时恒温槽以90℃为顶点而以±2℃变化了的情况下，频率偏差将为20ppb程度。另一方面，在尽管将恒温槽的温度设定为90℃但实际上向高温侧偏离了2℃的92℃的情况下，当恒温槽以92℃为顶点而以±2℃变化时，OCXO的频率将会具有二次的温度特性，而其频率偏差也将成为40ppb。
此外，振荡电路或频率调节电路也具有温度特性，该温度特性例如具有以使OCXO的频率相对于温度的上升而线性下降的方式发挥作用等的各种特性。因此，由于振子的二次的频率温度特性上重叠有振荡电路等电子部件的温度特性，因此在现有的OCXO中，存在难以满足极高的频率稳定性的要求的问题。
专利文献1：日本特开2014-197751号公报
发明内容
本发明是鉴于以上的问题点而被完成的，根据本发明的几个方式，能够提供一种可实现与现有的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)相比而较高的频率稳定性的振荡器、以及使用了该振荡器的电子设备以及移动体。
本发明为用于解决前述的课题中至少一部分而被完成的，其能够以以下方式或应用例而实现。
应用例1
本应用例所涉及的振荡器包括：
振荡元件；
振荡电路，其使所述振荡元件振荡；
发热元件，其对所述振荡元件进行加热；
温度控制电路，其对所述发热元件进行控制；
温度补正信号生成电路，其生成对所述振荡电路的输出信号的频率温度特性进行补正的温度补正信号，
所述温度补正信号生成电路包括：
温度传感器；
一次补正信号生成电路，其生成实施一次补正的一次补正信号；
高次补正信号生成电路，其生成实施高次补正的高次补正信号，
所述高次补正信号生成电路包括：
高温侧二次补正信号生成电路，其生成在与频率温度特性的线性区域的温度相比而较高的高温侧实施二次补正的高温侧二次补正信号；
高温侧极性切换电路，其对所述高温侧二次补正信号的极性进行切换；
低温侧二次补正信号生成电路，其生成在与所述线性区域的温度相比而较低的低温侧实施二次补正的低温侧二次补正信号；
低温侧极性切换电路，其对所述低温侧二次补正信号的极性进行切换。
根据本应用例所涉及的振荡器，与现有的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)相同，以保持振荡器的内部温度恒定的方式而实施控制，并且，即使因周围的温度变化而使振荡器的内部温度稍微变化，也能够对振荡电路的输出信号的频率实施补正。此外，通过具有高温侧极性切换电路以及低温侧极性切换电路，从而例如能够以具有反向的二次特性或模拟三次特性的程度进行补正等，并能够实现与现有技术相比更适当的补正。因此，能够实现与现有的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)相比而较高的频率稳定性。
应用例2
在上述的振荡器中也可以采用如下方式，即，
所述温度补正信号生成电路包括使所述一次补正信号与所述高次补正信号相加的合成电路。
由此，能够容易地生成复杂的补正信号。
应用例3
在上述的振荡器中也可以采用如下方式，即，
所述输出信号的频率不会因所述一次补正信号而变化的基准温度在所述温度传感器所检测的温度范围内。
由此，能够使频率适当地并入温度传感器所检测的温度范围内。
应用例4
在上述的振荡器中也可以采用如下方式，即，
所述基准温度能够可变地进行设定。
由此，能够灵活且有效地对频率温度特性进行补正。
应用例5
在上述的振荡器中，也可以采用如下方式，即，
所述高温侧二次补正信号生成电路以及所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度在所述温度传感器所检测的温度范围内。
由此，能够使频率适当地并入温度传感器所检测的温度范围内。
应用例6
在上述的振荡器中，也可以采用如下方式，即，
所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度与所述高温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度相比而较低。
由此，能够实施与具有线性区域的频率温度特性相对应的补正。
应用例7
在上述的振荡器中，也可以采用如下方式，即，
所述振荡元件为SC切割水晶振子。
根据本应用例，即使使用表现出二次的频率温度特性的SC切割水晶振子，也能够实现与现有的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)相比而较高的频率稳定性。
应用例8
本应用例所涉及的电子设备为，包括上述的任意一个振荡器的电子设备。
应用例9
本应用例所涉及的移动体为，包括上述的任意一个振荡器的移动体。
根据这些应用例，由于包括具有较高的频率稳定性的振荡器，从而能够实现可靠性较高的电子设备以及移动体。
附图说明
图1为本实施方式的振荡器的功能框图的一个示例。
图2(A)以及图2(B)为本实施方式的振荡器的剖视图的一个示例。
图3为表示振荡电路的一个示例的图。
图4为表示温度控制电路的一个示例的图。
图5为表示本实施方式的温度补正电路的结构例的图。
图6为表示本实施方式的高温侧极性切换电路的结构例的图。
图7为对本实施方式的二次的温度补正的说明图。
图8为对本实施方式的二次的温度补正的说明图。
图9为对本实施方式的二次的温度补正的说明图。
图10为对本实施方式的二次的温度补正的说明图。
图11为本实施方式所涉及的电子设备的功能框图。
图12为表示作为电子设备的一个示例的智能手机的外观的一个示例的图。
图13为表示本实施方式所涉及的移动体的一个示例的图(俯视图)。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。所使用的附图为便于说明的附图。另外，以下所说明的实施方式并非对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当的限定的方式。此外，以下所说明的结构不一定全部为本发明的必要构成要件。
1.振荡器
图1为本实施方式的振荡器1的功能框图的一个示例。此外，图2(A)以及图2(B)为本实施方式的振荡器1的剖视图的一个示例。
如图1所示，本实施方式的振荡器1被构成为，包括振荡元件20；振荡电路30，其使振荡元件20振荡；发热元件40，其对振荡元件20实施加热；温敏元件50；温度控制电路60，其对发热元件40实施控制；温度补正信号生成电路10，其生成对振荡电路30的输出信号的频率温度特性实施补正的温度补正信号；电压生成电路70以及存储部80。然而，本实施方式的振荡器1还可以采用省略或变更图1所示的结构要素的一部分、或者追加了其他结构要素的结构。
在本实施方式中，振荡元件20、发热元件40以及温敏元件50以外的电路部分除了一部分的部件(外接的电阻、电容器、线圈等)以外均通过一个芯片的IC5而实现。然而，电路部分也可以通过多个IC芯片来实现，还可以将发热元件40、温敏元件50设置在一个芯片的IC5的内部。
在图2(A)所示的示例中，振荡器1在部件搭载基板3的上表面上搭载有IC5以及电阻、电容器、线圈等外接部件6、7、8。此外，与部件搭载基板3对置地设置有部件搭载基板4，在部件搭载基板4的上表面上搭载有振荡元件20以及温敏元件50。在部件搭载基板4的下表面上与振荡元件20对置的位置处搭载有发热元件40。振荡元件20被构成为，在封装件23的内部包括：部件搭载基板22、以及被设置在部件搭载基板22的上表面上的振动片21。
在图2(B)所示的示例中，振荡器1被构成为，在部件搭载基板3的上表面上搭载有IC5以及电阻、电容器、线圈等外接部件6、7、8。此外，与部件搭载基板3对置地设置有部件搭载基板4，且在部件搭载基板4的上表面上搭载有振荡元件20。振荡元件20被构成为，在封装件23的内部包括：部件搭载基板22、以及被设置在部件搭载基板22的上表面上的振动片21、IC5、发热元件40、温敏元件50。
外接部件6、7、8，振荡元件20、发热元件40以及温敏元件50的各端子以未图示的配线图案而分别与IC5所需的各端子电连接。而且，以收纳部件搭载基板4、IC5、外接部件6、7、8、振荡元件20、发热元件40以及温敏元件50的方式，而将外壳(或罩)2粘合在部件搭载基板3上。该振荡器1将由外壳2与部件搭载基板3形成的空间作为恒温槽，以通过发热元件40而使恒温槽内部的温度保持恒定的方式而被控制。
电压生成电路70从由外部供给的电源电压VCC，而生成振荡电路30的电源电压VA、温度补正电路10的基准电压VREF1、温度控制电路60的基准电压VREF2等。
温度补正电路10生成用于对振荡电路30的输出信号的频率温度特性实施补正的温度补正电压VCOMP。例如，温度补正电路10可以设为，只能够实施振荡电路30的输出信号的频率温度特性的一次成分的补正(以下称为“一次补正”)，或只能够实施二次成分的补正(以下称为“二次补正”)，或者能够实施一次补正与二次补正的双方。此外，在能够实施一次补正与二次补正的双方的情况下，温度补正电路10既可以设为，能够独立地分别将一次补正与二次补正设为有效或无效，还可以设为，能够独立地分别设定一次补正的补正参数与二次补正的补正参数。另外，温度补正电路10还可以在多个温度区域(例如低温侧与高温侧)中相互独立地实施二次补正。另外，关于温度补正电路10的具体的电路结构例将在后文中进行叙述。
振荡电路30以与温度补正电路10所输出的温度补正电压VCOMP相对应的频率使振荡元件20振荡。
图3中图示了振荡电路30的一个示例。在图3所示的振荡电路30中，在可变电容元件(变容二极管)的一端施加有温度补正电压VCOMP，并根据该电压值而使可变电容元件的电容值变化，并由此使振荡频率变化。另外，也可以代替可变电容元件，而使用将各自与不同的开关串联连接的多个电容元件(电容器)并联连接在振荡元件20的一端与接地之间的电容器组，并且通过改变各开关的接通/断开的设定从而使电容器组的电容值变化，由此使振荡频率变化。
作为振荡元件20，例如能够使用SC切割或AT切割的水晶振子，SAW(Surface Acoustic Wave:表面声波)谐振器等。此外，作为振荡元件20，例如还可以使用除了水晶振子以外的压电振子或MEMS(Micro ElectronicMechanical Systems：微机电系统)振子等。作为振荡元件20的基板材料能够使用水晶、钽酸锂、铌酸锂等压电单晶体或硅基锆钛酸铅等陶瓷等压电材料，或硅半导体材料等。此外，作为振荡元件20的激励方法，既可以使用通过压电效应而实现的方法，也可以使用通过库伦力而实施的静电驱动。
温度控制电路60根据被配置在振荡元件20的附近的温敏元件50的输出电压，而以使温度保持恒定的方式来对发热元件40的发热实施控制。
作为发热元件40，例如可以使用通过使电流流通而发热的元件(功率晶体管或电阻等)。此外，作为温敏元件50，例如可以使用热敏电阻(NTC热敏电阻(Negative Temperature Coefficient：负温度系数)或PTC(PositiveTemperature Coefficient：正温度系数)热敏电阻等)或铂电阻等。
例如，将具有正斜率的温度特性的温敏元件50配置在振荡元件20的附近，且温度控制电路60可以以如下方式进行控制，即，在温敏元件50的输出电压与基准值相比而较低时使电流流过发热元件40而使其发热，并在温敏元件50的输出电压与基准值相比而较高时使电流不流过发热元件40。
在图4中图示了温度控制电路60的一个示例。图4中，作为发热元件40而使用了NPN型功率晶体管，而作为温敏元件50而使用了NTC热敏电阻。在图4所示的温度控制电路60中，当温度降低时温敏元件50(NTC热敏电阻)的电阻值将会上升，运算放大器的输入电位差将会变大。相反，当温度上升时温敏元件50(NTC热敏电阻)的电阻值将会降低，运算放大器的输入电位差将会变小。运算放大器的输出电压与输入电位差成比例。发热元件40(NPN型功率晶体管)在运算放大器的输出电压与预定的电压值相比而较高时，电压值越高则电流流过后发热量越变大，在运算放大器的输出电压与预定的电压值相比而较低时，电流不流通并且发热量逐渐减小。因此，以使温敏元件50(NTC热敏电阻)的电阻值成为所需的值的方式，即保持在所需的温度的方式，而对发热元件40的动作进行控制。
存储部80为非易失性的存储器，并对温度补正电路的设定信息(是否分别实施一次补正与二次补正的信息，一次补正的补正参数、二次补正的补正参数等进行存储。存储部80能够通过例如MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon：金属—氧化物—氮化物—氧化物—硅)存储器等的闪存存储器或EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-only Memory：电可擦除可编程只读存储器)等而实现。
在这种结构的本实施方式的振荡器1中，通过温度控制电路60，并基于根据振荡元件20或电路部分的温度特性而决定的振荡电路30的输出信号的频率温度特性，而以将恒温槽的内部温度保持为所需的温度(例如如果振荡元件20为SC切割水晶振子时频率最大的温度)的方式实施控制。而且，通过温度补正电路10而对由温度控制电路60的控制误差的造成的、恒温槽内部的实际温度与设定温度的差而产生的细微频率偏差进行补正。由此，能够实现与现有的OCXO相比而较高的频率稳定性。
接下来，对能够对细微频率偏差实施补正的温度补正电路的结构例进行详细说明。图5为表示本实施方式的温度补正电路的结构例的图。如图5所示，本实施方式的温度补正电路10被构成为，包括：一次补正信号生成电路11，其生成实施一次补正的一次补正信号；高次补正信号生成电路12，其生成实施高次补正的高次补正信号；温度传感器13；反相放大电路14以及合成电路15。然而，本实施方式的温度补正电路10也可以采用省略或变更图5所示的结构要素的一部分、或追加了其他结构要素的结构。
温度传感器13被构成为，包括电阻131以及二极管132、133。电阻131在第一端子上被供给有电源电压VCC，并且电阻131的第二端子与二极管132的阳极端子相连接。此外，二极管132的阴极端子与二极管133的阳极端子相连接，二极管133的阴极端子被接地。而且，电阻131的第二端子与二极管132的阳极端子的连接点的信号成为温度传感器13的输出电压VT1。例如，相对于1℃的温度上升，二极管132、133的各自的两端的电压将会分别下降约2mV。因此，VT1相对于恒温槽的内部温度的变化以负的斜率而线性变化。
一次补正信号生成电路11被构成为，包括运算放大器111、114、117，电阻112、115、116，可变电阻113以及开关118、119。运算放大器111在非反相输入端子(+输入端子)中被输入有温度传感器13的输出电压VT1，反相输入端子(-输入端子)与输出端子均被连接于电阻112的第一端子上。即，运算放大器111对温度传感器13的输出电压VT1进行缓冲并输出。电阻112的第二端子与运算放大器114的反相输入端子(-输入端子)以及可变电阻113的第一端子相连接。在运算放大器114的非反相输入端子(+输入端子)中被输入有基准电压VREF1，运算放大器114的输出端子与可变电阻113的第二端子、电阻115的第一端子以及开关118的第一输入端子相连接。电阻115的第二端子与运算放大器117的反相输入端子(-输入端子)以及电阻116的第一端子相连接。在运算放大器117的非反相输入端子(+输入端子)中被输入有基准电压VREF1，运算放大器117的输出端子与电阻116的第二端子以及开关118的第二输入端子相连接。开关118的输出端子与开关119的第一端子相连接，开关119的第二端子的电压成为一次补正信号生成电路11的输出电压(一次补正电压)。在开关119接通时，一次补正电压相对于温度传感器13的输出电压VT1的变化(相对于恒温槽的内部温度的变化)而线性变化。
通过改变可变电阻113的电阻值，从而能够改变一次补正电压相对于VT1的斜率的大小。此外，还能够通过切换开关118，从而改变一次补正电压的斜率的极性(正或负)。而且，还能够通过断开开关119，从而与VT1无关地、始终将一次补正电压设为高阻抗从而使一次的温度补正无效。将由该一次补正信号生成电路11实施的补正设为有效还是无效的信息(开关119的接通/切断的信息)以及一次补正信号生成电路11的补正参数(可变电阻113的电阻值的信息或开关118的连接信息)被存储于存储部80中。
反相放大电路14被构成为，包括运算放大器143以及电阻141、142。电阻141的第一端子与运算放大器111的输出端子相连接，第二端子与运算放大器143的反相输入端子(-输入端子)以及电阻142的第一端子相连接。在运算放大器143的非反相输入端子(+输入端子)中被输入有基准电压VREF1，并且运算放大器143的输出端子与电阻142的端子相连接。而且，运算放大器143的输出电压成为反相放大电路14的输出电压VT2。通过这种结构的反相放大电路14，从而以基准电压VREF1为基准能够获得运算放大器111的输出电压(即VT1)被反相并放大后的电压VT2。因此，VT2相对于恒温槽的内部温度的变化而以正斜率线性变化。
高次补正信号生成电路12被构成为，包括：高温侧二次补正信号生成电路12a，其生成在与频率温度特性的线性区域的温度相比而较高的高温侧实施二次补正的高温侧二次补正信号；高温侧极性切换电路120，其对高温侧二次补正信号的极性实施切换；低温侧二次补正信号生成电路12b，其生成在与频率温度特性的线性区域的温度相比而较低的低温侧实施二次补正的低温侧二次补正信号；低温侧极性切换电路129，其对低温侧二次补正信号的极性实施切换。
高温侧二次补正信号生成电路12a被构成为，包括：NPN型的晶体管121、122、恒定电流源123以及电流反射镜用的NMOS晶体管124。
低温侧二次补正信号生成电路12b被构成为，包括：NPN型的晶体管125、126、恒定电流源127以及电流反射镜用的NMOS晶体管128。
在晶体管121的基极端子中被输入有恒定的参照电压VH，在晶体管121的集电极端子中被输入有电源电压VCC。晶体管121的发射极端子与晶体管122的发射极端子均与恒定电流源123的第一端子相连接，恒定电流源123的第二端子被接地。在晶体管122的基极端子中被输入有反相放大电路14的输出电压VT2，且晶体管122的集电极端子与NMOS晶体管124的源极端子以及栅极端子相连接。在NMOS晶体管124的漏极端子中被输入有电源电压VCC。通过该晶体管121、122以及恒定电流源123而构成第一差动放大电路。在恒定电流源123中流通有恒定电流IoH，且在VT2＝VH时，在晶体管122的发射极-集电极之间流通的电流IH＝IoH/2。而且，在VT2大于VH的范围内，VT2越高(恒温槽的内部温度越高)则IH越非线性地变大，并且接近于IoH。相反，在VT2小于VH的范围内，VT2越低(恒温槽的内部温度越低)则IH越非线性地变小，并且接近于0。
在晶体管125的基极端子中被输入有反相放大电路14的输出电压VT2，在晶体管125的集电极端子中被输入有电源电压VCC。晶体管125的发射极端子与晶体管126的发射极端子均与恒定电流源127的第一端子相连接，恒定电流源127的第二端子被接地。在晶体管126的基极端子中被输入有与参照电压VH不同的恒定的参照电压VL，晶体管126的集电极端子与NMOS晶体管128的源极端子以及栅极端子相连接。在NMOS晶体管128的漏极端子中被输入有电源电压VCC。由该晶体管125、126以及恒定电流源127而构成第二差动放大电路。在恒定电流源127中流通有恒定电流IoL，且在VT2＝VL时，在晶体管126的发射极-集电极之间流通的电流IL＝IoL/2。而且，在VT2小于VL的范围内，VT2越低(恒温槽的内部温度越低)则IH越非线性地变大，并且接近于IoL。相反，在VT2大于VL的范围内，VT2越高(恒温槽的内部温度越高)则IH越非线性地变小，并接近于0。
图6为表示本实施方式的高温侧极性切换电路120的结构例的图。另外，低温侧极性切换电路129的结构也与高温侧极性切换电路120相同。
在图6所示的示例中，高温侧极性切换电路120被构成为，包括增益切换部120a与极性切换部120b。
增益切换部120a被构成为，包括NMOS晶体管M1～M3。NMOS晶体管M1～M3的栅极端子被相互共通地连接，并且与NMOS晶体管124的栅极端子相连接。NMOS晶体管M1～M3的漏极端子被相互共通地连接，并且被输入有电源电压VCC。NMOS晶体管M1～M3的源极端子被相互共通地连接，并且被连接于极性切换部120b的开关SW1的一端以及开关SW2的一端上。在NMOS晶体管M1～M3中流通有与电流IH成比例的电流。由于能够通过未图示的开关等而将NMOS晶体管M1～M3设为有效或无效从而对电流的反射比实施变更，因此能够对高温侧二次补正信号的增益进行切换。
极性切换部120b被构成为，包括作为NPN型晶体管的晶体管Q1～Q2、开关SW1～SW3、以及电阻R1～R2。晶体管Q1的集电极端子与开关SW2的另一端相连接，并且与晶体管Q1以及晶体管Q2的基极端子相连接。晶体管Q1的发射极端子通过电阻R1而与接地电位相连接。晶体管Q2的集电极端子与开关SW3的一端相连接。晶体管Q2的发射极端子通过电阻R2而与接地电位相连接。开关SW1的另一端与开关SW3的另一端被共通地连接，并成为向合成电路15输出的输出端子。
在将极性切换部120b的开关SW1设为接通状态，并将开关SW2～SW3设为断开状态的情况下，极性切换部120b将增益切换部120a的输出电流就此向合成电路15进行输出。相反，在将极性切换部120b的开关SW1设为断开状态、并将开关SW2～SW3设为接通状态的情况下，极性切换部120b向合成电路15输出与增益切换部120a的输出电流反向的电流。因此，通过对开关SW1～SW3进行切换，从而能够对高温侧二次补正信号的极性进行切换。
合成电路15将一次补正信号与所述高次补正信号相加。在图5所示的示例中，合成电路15被构成为，包括运算放大器153以及电阻151、152。在电阻151中，第一端子与开关119的第二端子相连接，第二端子与运算放大器153的反相输入端子(-输入端子)、电阻152的第一端子、高温侧极性切换电路120的输出端子、低温侧极性切换电路129的输出端子相连接。在运算放大器153的非反相输入端子(+输入端子)中被输入有基准电压VREF1，运算放大器153的输出端子与电阻152的第二端子相连接。而且，运算放大器153的输出电压成为合成电路15的输出电压。这种结构的合成电路15输出将一次补正信号生成电路11的输出电压(一次补正信号)与高次补正信号生成电路12的输出电压(高次补正信号)相加后的电压，并且该电压为，作为温度补正电路10的输出电压的温度补正电压VCOMP。
当外部气体温度上升时恒温槽的内部温度也将稍微上升，当外部气体温度下降时恒温槽的内部温度也将稍微降低。例如，当将恒温槽的内部温度设为振荡器1的频率最大的温度(例如90℃)的情况下，如果外部气体温度为基准温度(例如25℃)时的恒温槽的内部温度与设定温度一致，则在振荡器1的动作保证的温度范围(例如-30℃～85℃)中，即使恒温槽的内部温度稍微(例如在88℃～92℃的范围内)变化，振荡器1的频率的频率偏差也较小。但是，如果外部气体温度为基准温度(例如25℃)时的恒温槽的内部温度偏离设定温度，则在动作保证温度范围(例如-30℃～85℃)的端部的附近(例如-30℃附近或85℃附近)处的频率偏差将会变大。因此，在本实施方式中，通过二次的温度补正，从而能够有效地减小该动作保证温度范围的端部的附近处的频率偏差。
图7～图10为用于对本实施方式中的二次的温度补正进行说明的图。如图7(A)所示，VT1相对于温度传感器13的检测温度(以下简单称为“检测温度”)的40℃～90℃的范围内的变化，而以负斜率变化。如图7(B)所示，VT2相对于检测温度的40℃～90℃的范围内的变化而以正斜率变化。此处，例如，以在检测温度为40℃时VT2＝VL、检测温度为90℃时VT2＝VH的方式，而对斜率进行调节。如此，如图7(C)所示，检测温度为40℃时IL＝IoL/2，检测温度在40℃附近处，如果检测温度变低则IL非线性地变大。在检测温度为65℃或90℃时将为IL≒0。此外，如图7(D)所示，检测温度为90℃时IH＝IoH/2，检测温度在90℃附近处，如果检测温度变高则IH非线性地变大。在检测温度为65℃或40℃时将为IH≒0。因此，二次补正电压在低温侧处由IL决定，在高温侧处由IH决定。
而且，如图8(A)所示，通过改变在恒定电流源127中流通的电流IoL，从而能够改变IL相对于检测温度的变化的斜率。具体而言，IoL越大则IL的斜率越陡。同样，如图8(B)所示，通过改变在恒定电流源123中流通的电流IoH，从而能够改变IH相对于检测温度的变化的斜率。具体而言，IoH越大则IH的斜率越陡。因此，通过对振荡电路30的输出信号的频率温度特性进行测量，并且以对低温侧或高温侧的频率的降低进行补正的方式而对IoL或IoH进行调节，从而能够有效地减小频率偏差的二次成分。
由于振荡器1的动作保证温度范围根据用途而改变，因此需要与动作保证温度范围相符的二次的温度补正。因此，在本实施方式中通过对参照电压VL或VH进行变更，从而对IL＝IoL/2的检测温度或IH＝IoH/2的检测温度进行变更。例如，如图9(A)所示，检测温度为40℃、45℃、50℃时VT2分别为VL1、VL2、VL3的情况下，如图9(B)所示，通过分别设定为VL＝VL1、VL2、VL3，从而分别在40℃、45℃、50℃时成为IL＝IoL/2。同样，例如如图10(A)所示，在检测温度为90℃、85℃、80℃时VT2分别为VH1、VH2、VH3的情况下，如图10(B)所示，通过分别设定为VH＝VH1、VH2、VH3，从而分别在90℃、85℃、80℃时成为IH＝IoH/2。因此，通过配合动作保证温度范围而对参照电压VL或VH进行调节，从而能够有效地减小频率偏差的二次成分。
并且，通过利用高温侧极性切换电路120与低温侧极性切换电路120而对高次补正信号的极性进行切换，从而还能够有效地减小反向的二次特性及模拟的三次特性。
该二次补正电路11的补正参数(IoL、IoH、VL、VH的信息或极性的信息)被存储在存储部80中。
根据本实施方式所涉及的振荡器1，与现有的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)相同，以将振荡器1的内部温度保持为恒定的方式而进行控制，并且，即使因周围的温度变化而使振荡器的内部温度稍微变化，也能够对振荡电路30的输出信号的频率进行补正。此外，通过具有高温侧极性切换电路120以及低温侧极性切换电路129，从而能够例如以具有反向的二次特性(向上凸起的二次特性以及向下凸起的二次特性)或模拟的三次特性的程度进行补正等，并能够实现与现有技术相比更适当的补正。因此，能够实现与现有的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)相比而较高的频率稳定性。
如上所述，本实施方式的振荡器1被构成为，温度补正信号生成电路10包括合成电路15。由此，能够容易地生成复杂的补正信号。
在本实施方式的振荡器1中可以设为，振荡电路30输出信号的频率不会因一次补正信号而变化的基准温度在温度传感器13检测的温度范围内。由此，能够使频率适当地并入温度传感器13检测的温度范围内。在该情况下可以设为，振荡电路30输出信号的频率不会因一次补正信号而变化的基准温度能够可变地进行设定。由此，能够灵活且有效地对频率温度特性进行补正。
在本实施方式的振荡器1中可以设为，高温侧二次补正信号生成电路12a以及低温侧二次补正信号生成电路12b的信号生成被开始实施的温度(从远离线性区域的中心温度的方向观察的温度)在温度传感器13所检测的温度范围内。由此，能够使频率适当地并入温度传感器13所检测的温度范围内。
在本实施方式的振荡器1中可以设为，低温侧二次补正信号生成电路12b的信号生成被开始实施的温度与高温侧二次补正信号生成电路12a的信号生成被开始实施的温度相比而较低。由此，能够实施与具有线性区域的频率温度特性相对应的补正。
在本实施方式的振荡器1中可以设为，振荡元件20(振动片21)为SC切割水晶振子。在本实施方式中，即使使用表现出二次的频率温度特性的SC切割水晶振子，也能够实现与现有的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)相比而较高的频率稳定性。
2.电子设备
图11为本实施方式所涉及的电子设备300的功能框图。另外，对于与上述的各实施方式相同的结构标记相同符号，并省略详细的说明。
本实施方式所涉及的电子设备300为，包括振荡器1的电子设备300。在图11所示的示例中，电子设备300被构成为，包括：振荡器1、倍频电路310、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)320、操作部330、ROM(Read only Memory：只读存储器)340、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)350、通信部360、显示部370、声音输出部380。另外，本实施方式所涉及的电子设备300既可以省略或变更图11所示的结构要素(各部分)的一部分，也可以采用追加了其他结构要素的结构。
倍频电路310不仅将时钟脉冲供给到CPU320还供给到各个部分(省略图示)。时钟脉冲例如可以为，通过倍频电路310而从来自包含振荡元件20的振荡器1的振荡信号中提取所需的高频信号的信号，也可以为通过具有PLL合成器的倍频电路310而对来自振荡器1的振荡信号进行倍频而得到的信号(省略图示)。
CPU320根据被存储在ROM340等中的计算机程序，而使用倍频电路310所输出的时钟脉冲来实施各种计算处理或控制处理。具体而言，CPU320实施与操作部330的操作信号相对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而对通信部360进行控制的处理、发送用于在显示部370中显示各种信息的显示信号的处理、向声音输出部380输出各种声音的处理等。
操作部330为由操作键或按钮开关等构成的输入装置，并向CPU320输出与由用户实施的操作相对应的操作信号。ROM340对用于使CPU320实施各种计算处理或控制处理的程序或数据等进行存储。
RAM350被用作CPU320的操作区域，并临时性地对从ROM340读取出的程序或数据、从操作部330输入的数据、CPU320根据各种程序执行所得的运算结果等进行存储。
通信部360实施用于使CPU320与外部装置之间的数据通信成立的各种控制。
显示部370为由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)或电泳显示器等构成的显示装置，并根据从CPU320输入的显示信号来对各种信息进行显示。
而且，声音输出部380为扬声器等输出声音的装置。
根据本实施方式所涉及的电子设备300，由于包括具有较高的频率稳定性的振荡器1，因此能够实现可靠性更高的电子设备300。
作为电子设备300能够考虑到各种电子设备。例如可列举出，个人计算机(例如便携式个人计算机、膝上型个人计算机、平板电脑)、便携式电话机等移动终端、数码照相机、喷墨式喷出装置(例如喷墨式打印机)、路由器或开关等存储区域网络设备、局域网络设备、移动终端基站用设备、电视、摄像机、录像机、导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附带通信功能的产品)、电子词典、台式电子计算器、电子游戏设备、游戏用控制器、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(point ofsale：销售点)终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥鏡)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、头戴式显示器、运动轨迹、运动追踪、运动控制器、PDR(Precision Depth Recorder：步行者航位推算)等。
图12表示作为电子设备300的一个示例的智能手机的外观的一个示例的图。作为电子设备300的智能手机作为操作部330而具备按钮，作为显示部370而具备LCD。而且，由于作为电子设备300的智能手机包括具有较高的频率稳定性的振荡器1，因此能够实现可靠性更高的电子设备300。
3.移动体
图13为表示本实施方式所涉及的移动体400的一个示例的图(俯视图)。另外，对于与上述的各实施方式相同的结构标记相同符号，并且省略详细的说明。
本实施方式所涉及的移动体400为包括振荡器1的移动体400。在图13所示的示例中，移动体400被构成为，包括：实施发动机系统、制动系统、无钥匙进入系统等的各种控制的控制器420、控制器430、控制器440、蓄电池450以及备用电池460。另外，本实施方式所涉及的移动体400可以省略或变更图13所示的结构要素(各部分)的一部分，也采用附加了其他结构要素的结构。
根据本实施方式所涉及的移动体400，由于包括较高的频率稳定性的振荡器1，因此能够实现可靠性更高的移动体400。
作为这种移动体400而考虑到各种移动体，例如可列举出汽车(也包括电动汽车)、喷气式飞机或直升机等飞机、船舶、火箭、人工卫星等。
本发明并非限定于本实施方式，能够在本发明的主旨的范围内实施各种改变。
上述的实施方式以及改变例为一个示例，而并非限定于这些示例。例如，还能够将各实施方式以及各改变例进行适当组合。
本发明包括与实施方式中所说明的结构实质上相同的结构(例如功能、方法以及结果相同的结构，或目的以及效果相同的结构)。此外，本发明包括对实施方式中所说明的结构的非本质的部分进行替换而得的结构。此外，本发明包括能够发挥与实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构或者达成相同目的的结构。此外，本发明包括在实施方式中说明的结构上附加了公知技术的结构。
符号说明
1…振荡器；2…外壳；3…部件搭载基板；4…部件搭载基板；5…IC；6…外接部件；7…外接部件；8…外接部件；10…温度补正电路；11…一次补正信号生成电路；12…二次补正电路；13…温度传感器；14…反相放大电路；15…合成电路；20…振荡元件；21…振动片；22…部件搭载基板；23…封装件；30…振荡电路；40…发热元件；50…温敏元件；60…温度控制电路；70…电压生成电路；80…存储器；111…运算放大器；112…电阻；113…可变电阻；114…运算放大器；115…电阻；116…电阻；117…运算放大器；118…开关；119…开关；120…高温侧极性切换电路；120a…增益切换部；120b…极性切换部；121…晶体管；122…晶体管、123…恒定电流源；124…NMOS晶体管；125…晶体管；126…晶体管；127…恒定电流源；128…NMOS晶体管；129…低温侧极性切换电路；131…电阻；132…二极管；133…二极管；141…电阻；142…电阻；143…运算放大器；151…电阻；152…电阻；153…运算放大器；300…电子设备；310…倍频电路；320…CPU；330…操作部；340…ROM；350…RAM；360…通信部；370…显示部；380…声音输出部；400…移动体；410…振荡器；420、430、440…控制器；450…蓄电池；460…备用电池；M1～M3…NMOS晶体管；Q1～Q2…晶体管；R1～R2…电阻；SW1～SW3…开关。

Claims (20)

1.一种振荡器，包括：
振荡元件；
振荡电路，其使所述振荡元件振荡；
发热元件，其对所述振荡元件进行加热；
温度控制电路，其对所述发热元件进行控制；
温度补正信号生成电路，其生成对所述振荡电路的输出信号的频率温度特性进行补正的温度补正信号，
所述温度补正信号生成电路包括：
温度传感器；
一次补正信号生成电路，其生成实施一次补正的一次补正信号；
高次补正信号生成电路，其生成实施高次补正的高次补正信号，
所述高次补正信号生成电路包括：
高温侧二次补正信号生成电路，其生成在与频率温度特性的线性区域的温度相比而较高的高温侧实施二次补正的高温侧二次补正信号；
高温侧极性切换电路，其对所述高温侧二次补正信号的极性进行切换；
低温侧二次补正信号生成电路，其生成在与所述线性区域的温度相比而较低的低温侧实施二次补正的低温侧二次补正信号；
低温侧极性切换电路，其对所述低温侧二次补正信号的极性进行切换。
2.如权利要求1所述的振荡器，其中，
所述温度补正信号生成电路包括使所述一次补正信号与所述高次补正信号相加的合成电路。
3.如权利要求1所述的振荡器，其中，
所述输出信号的频率不会因所述一次补正信号而发生变化的基准温度，在所述温度传感器所检测的温度范围内。
4.如权利要求2所述的振荡器，其中，
所述输出信号的频率不会因所述一次补正信号而发生变化的基准温度，在所述温度传感器所检测的温度范围内。
5.如权利要求3所述的振荡器，其中，
所述基准温度能够可变地进行设定。
6.如权利要求4所述的振荡器，其中，
所述基准温度能够可变地进行设定。
7.如权利要求1所述的振荡器，其中，
所述高温侧二次补正信号生成电路以及所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度，在所述温度传感器所检测的温度范围内。
8.如权利要求2所述的振荡器，其中，
所述高温侧二次补正信号生成电路以及所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度，在所述温度传感器所检测的温度范围内。
9.如权利要求3所述的振荡器，其中，
所述高温侧二次补正信号生成电路以及所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度，在所述温度传感器所检测的温度范围内。
10.如权利要求1所述的振荡器，其中，
所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度，与所述高温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度相比而较低。
11.如权利要求2所述的振荡器，其中，
所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度，与所述高温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度相比而较低。
12.如权利要求3所述的振荡器，其中，
所述低温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度，与所述高温侧二次补正信号生成电路的信号生成被开始实施的温度相比而较低。
13.如权利要求1所述的振荡器，其中，
所述振荡元件为SC切割水晶振子。
14.如权利要求2所述的振荡器，其中，
所述振荡元件为SC切割水晶振子。
15.如权利要求3所述的振荡器，其中，
所述振荡元件为SC切割水晶振子。
16.一种电子设备，其中，
包括权利要求1所述的振荡器。
17.一种电子设备，其中，
包括权利要求2所述的振荡器。
18.一种电子设备，其中，
包括权利要求3所述的振荡器。
19.一种移动体，其中，
包括权利要求1所述的振荡器。
20.一种移动体，其中，
包括权利要求2所述的振荡器。
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