CN105897167A - 振荡电路、电子设备、移动体以及振荡电路的调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种振荡电路、电子设备、移动体以及振荡电路的调节方法。振荡电路包括:振荡用电路;第一频率调节电路,其用于对频率进行调节;第一端子,所述振荡电路具有第一模式和第二模式,所述第一模式为,振荡用电路与第一频率调节电路电连接且第一频率调节电路与第一端子不进行电连接的模式;所述第二模式为,振荡用电路与第一频率调节电路进行工作且第一频率调节电路的输出有信号被的一侧的端子与第一端子电连接的模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种振荡电路、电子设备、移动体以及振荡电路的调节方法。
背景技术
在专利文献1中公开了一种在水晶振荡器中通过将水晶振子的检查端子兼用为振荡器的端子从而能够实现小型化的技术。
然而,虽然在专利文献1所记载的振荡器中,可以将水晶振子的检查端子兼用为振荡器的端子,但由于会使振荡用放大器或缓冲用放大器的工作停止,因此检查时的振荡器的工作状态与通常的工作状态不同。因此,在检查了水晶振子之后使振荡器恢复通常的工作时,振荡器的频率有可能偏离所希望的值。
专利文献1:日本特开2009-201097号公报
发明内容
本发明为鉴于以上这样的问题点而完成的发明,根据本发明的几个方式,能够提供一种可以降低在调节后振荡频率产生变动的危险的振荡电路以及振荡电路的调节方法。此外,根据本发明的几种方式,能够提供一种使用了该振荡电路的电子设备及移动体。
本发明为用于解决前述的课题中的至少一部分而完成的发明,并能够作为以下的方式或应用例来实现。
应用例1
本应用例所涉及的振荡电路包括:振荡用电路,其与振子电连接并使所述振子进行振荡;第一频率调节电路,其用于对所述振荡用电路的频率进行调节;第一端子,所述振荡电路具有第一模式和第二模式,所述第一模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路电连接且所述第一频率调节电路与所述第一端子不进行电连接的模式;所述第二模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路进行工作且所述第一频率调节电路的输出有信号的一侧的端子与所述第一端子电连接的模式。
振荡电路可以是例如皮尔斯振荡电路、反相型振荡电路、科尔皮兹振荡电路、哈脱利振荡电路等多种振荡电路的一部分或全部。
例如,可以采用如下方式,即,所述第二模式为用于对所述振荡用电路的频率进行调节的工作模式,所述第一模式为在所述第二模式下被调节了频率的所述振荡用电路进行振荡的工作模式(例如,普通工作模式)。
根据本应用例所涉及的振荡电路,由于在第二模式下,能够在振荡用电路和第一频率调节电路进行工作的状态下根据从第一端子输出的第一频率调节电路的输出信号而对振荡频率进行调节,因此能够降低在调节后的第一模式下的振荡频率发生变动的危险。
应用例2
上述应用例所涉及的振荡电路,也可以采用如下方式,即,包括输出电路,所述输出电路被输入从所述振荡用电路输出的信号并输出振荡信号,所述输出电路在所述第一模式及所述第二模式下工作。
根据本应用例所涉及的振荡电路,由于在第二模式下,能够与第一模式同样地在输出电路进行工作的状态下,根据从第一端子输出的第一频率调节电路的输出信号对振荡频率进行调节,因此能够使在第一模式和第二模式下从输出电路产生的噪声或发热的差缩小,从而降低在调节后的第一模式下的振荡频率发生变动的危险。
应用例3
上述应用例所涉及的振荡电路,也可以采用如下的方式,即,包括第二端子,所述第二端子与所述输出电路的输出侧的端子电连接。
根据本应用例所涉及的振荡电路,由于在第二模式下,能够对从第二端子输出的振荡信号的频率(振荡频率)直接地进行测量并更准确地对振荡频率进行调节,因此能够降低在调节后的第一模式下的振荡频率发生变动的危险。
应用例4
上述应用例所涉及的振荡电路,也可以采用如下方式,即,包括第二频率调节电路和电压产生电路,所述第二频率调节电路用于对所述振荡用电路的频率进行调节,所述电压产生电路能够可变地对输出的电压进行设定,在所述第一模式下,所述第一端子与所述第二频率调节电路电连接且所述第二频率调节电路与所述振荡用电路电连接,在所述第二模式下,所述第一端子与所述第二频率调节电路不进行电连接且所述电压产生电路与所述振荡用电路电连接。
根据本应用例所涉及的振荡电路,由于在第二模式下,取代在第一模式下向振荡用电路输入的第二频率调节电路的输出电压,转而向振荡用电路输入电压产生电路所产生的电压,因此能够使第一模式与第二模式下的振荡用电路的状态之差缩小,从而能够降低在第二模式下对振荡频率进行调节之后在第一模式下的振荡频率发生变动的危险。
应用例5
上述应用例所涉及的振荡电路也可以采用如下的方式,即,包括温感元件,所述第一频率调节电路根据从所述温感元件输出的信号而对所述振荡用电路的频率进行调节。
根据本应用例所涉及的振荡电路,由于在第二模式下,能够在与第一模式相同的状态下,根据从第一端子输出的第一频率调节电路的输出信号而对频率温度特性进行调节,因此能够降低在调节后的第一模式下的频率温度特性发生变动的危险。
应用例6
本应用例所涉及的电子设备具有上述任一项所述的振荡电路。
应用例7
本应用例所涉及的移动体设备具有上述任一项所述的振荡电路。
根据这些应用例,由于能够使用一种可以降低在调节后振荡频率发生变动的危险的振荡电路,因此能够实现一种可靠性较高的电子设备以及移动体。
应用例8
本应用例所涉及的振荡电路的调节方法,所述振荡电路包括:振荡用电路,其与振子电连接并使所述振子进行振荡;第一频率调节电路,其用于对所述振荡用电路的频率进行调节;第一端子,所述振荡电路具有第一模式和第二模式,所述第一模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路电连接且所述第一频率调节电路与所述第一端子不进行电连接的模式;所述第二模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路进行工作且所述第一频率调节电路的输出有信号的一侧的端子与所述第一端子电连接的模式,所述振荡电路的调节方法还包括:将所述振荡电路设定为所述第二模式的工序;在所述振荡电路被设定为所述第二模式的状态下,根据从所述第一端子输出的所述第一频率调节电路的所述信号,对所述振荡电路进行调节的工序。
根据本应用例所涉及的振荡电路的调节方法,由于在第二模式下,能够在振荡用电路和第一频率调节电路进行工作的状态下根据从第一端子输出的第一频率调节电路的输出信号而对振荡频率进行调节,因此能够降低在调节后的第一模式下的振荡频率发生变动的危险。
附图说明
图1为本实施方式的振荡器的立体图。
图2(A)为振荡器的剖视图,图2(B)为振荡器的仰视图。
图3为本实施方式的振荡器的功能框图。
图4为用于对模式切换动作进行说明的时序图。
图5(A)为表示在振子特性测量模式下的开关的连接状态的图,图5(B)为表示在温度补偿调节模式下的开关的连接状态的图。
图6为VC1端子的电压与电压VAFC的关系的曲线图。
图7为表示本实施方式的振荡器的制造方法(调节方法)的一个示例的流程图。
图8为图7的工序S20~S70的详细的流程图。
图9为表示本实施方式的电子设备的结构的一个示例的功能框图。
图10为表示本实施方式的电子设备的外观的一个示例的图。
图11为表示本实施方式的移动体的一个示例的图。
具体实施方式
以下,利用附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。另外,以下所说明的实施的方式并不是对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当限定的方式。此外,以下所说明的结构未必都是本发明的必要结构要件。
1.振荡器
振荡器的结构
图1及图2表示本实施方式的振荡器的结构。图1为本实施方式的振荡器的立体图,图2(A)为图1的A-A’剖视图。此外,图2(B)为本实施方式的振荡器的仰视图。
如图1及图2(A)所示,本实施方式的振荡器1被构成为,包括电子部件9、振子3、封装件4、盖5、外部端子(外部电极)6、密封部件8,其中,电子部件9包括后述的图5的振荡电路(未图示)。
作为振子3,可以使用例如SAW(Surface Acoustic Wave:面声波)共振子、AT切割水晶振子、SC切割水晶振子、音叉型水晶振子、其他的压电振子或MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微机电系统)振子等。作为振子3的基板材料,可以使用水晶、钽酸锂、铌酸锂等压电单晶或、锆钛酸铅等压电陶瓷等压电材料、或者硅半导体材料等。作为振子3的激振方法,可以使用利用压电效果实施的方法,也可以使用利用库伦力来实施的静电驱动。另外,虽然将本实施方式的振子3设为将基板材料分片化而得到的芯片状的元件,但并不局限于此,也可以使用将芯片状的元件封入容器中的振动装置。
封装件4为用于对电子部件9和振子3进行收纳的容器。具体而言,在封装件4的对置的面上设置有两个凹部,并通过由盖5对一方的凹部进行覆盖而形成收纳室7a,通过由密封部件8对另一方的凹部进行覆盖而形成收纳室7b。收纳室7a中收纳有振子3,收纳室7b中收纳有电子部件9。在封装件4的内部或凹部的表面上,设置有用于分别对振荡电路2的两个端子(后述的图3的XO端子以及XI端子)与振子3的两个端子进行电连接的未图示的配线。此外,在封装件4的内部或凹部的表面上,设置有用于对振荡电路2的各个端子与对应的各外部端子6进行电连接的未图示的配线。
如图2(B)所示,本实施方式的振荡器1在底面(封装件4的背面)上设置有作为电源端子的外部端子VDD1、作为接地端子的外部端子VSS1、作为被输入对电子部件9进行控制的信号的端子的外部端子VC1以及作为输出端子的外部端子OUT1这四个外部端子6。电源电压被供给至外部端子VDD1,外部端子VSS1被接地。
图3为本实施方式的振荡器的功能框图。如图3所示,本实施方式的振荡器1为包括振荡电路2和振子3的振荡器,振荡电路2和振子3被收纳在封装件4中。
振荡电路2设置有作为电源端子的VDD端子、作为接地端子的VSS端子、作为输出端子的OUT端子(第二端子的一个示例)、作为被输入对频率进行控制的信号的端子的VC端子(第一端子的一个示例)、作为与振子3连接的连接端子的XI端子及XO端子。VDD端子、VSS端子、OUT端子以及VC端子露从作为IC芯片的电子部件9(参照图1)的表面露出,并分别与被设置在封装件4上的外部端子VDD1、VSS1、OUT1、VC1相连接。此外,XI端子与振子3的一端(一方的端子)连接,XO端子与振子3的另一端(另一方的端子)连接。
在本实施方式中,振荡电路2以包括可变电容控制电路10、温度补偿电路20(第一频率调节电路的一个示例)、温度传感器22、振荡用电路30、输出电路40、三端子开关51、三端子开关52、存储器60、开关控制电路70、接口(I/F)电路80的方式构成。另外,本实施方式的振荡电路2可以设为将这些要素的一部分进行省略或变更、或者追加了其他的要素的结构。
可变电容控制电路10被构成为,包括AFC(Automatic FrequencyControl:自动频率控制)电路11(第二频率调节电路的一个示例)、电压产生电路(电压选择电路)12以及三端子开关13。
AFC电路11为用于对振荡用电路30的频率进行调节的电路,并被构成为,包括运算放大器111、电阻值为R1的电阻112、电阻值为R2的可变电阻113、运算放大器114、电阻值为R3的电阻115、电阻值为R4的电阻116。
电阻112被连接在三端子开关51的第三端子与运算放大器111的反相输入端子(-端子)之间,可变电阻113被连接在运算放大器111的反相输入端子(-端子)与输出端子之间。此外,运算放大器111的非反相输入端子(+端子)被输入有固定电压V1。
电阻115被连接在运算放大器111的输出端子与运算放大器114的反相输入端子(-端子)之间,电阻116被连接在运算放大器114的反相输入端子(-端子)与输出端子之间。此外,运算放大器114的非反相输入端子(+端子)输入有固定电压V2,运算放大器114的输出端子与三端子开关13的第一端子连接。
可变电阻113的电阻值R2成为与被存储在存储器60中的增益调节值对应的电阻值。
在以这种方式构成的AFC电路11中,在将输入电压设为VAFC_IN时,运算放大器111的输出电压VA通过下式(1)来表示。
数学式1
此外,运算放大器114的输出电压VB通过下式(2)来表示。
数学式2
电压产生电路12以包括n+1个电阻121-0~121-n以及n个二端子开关122-1~122-n的方式构成。
n+1个电阻121-0~121-n依次被串联连接于电源与大地之间。
各二端子开关122-k(k=1~n)的第一端子被连接在电阻121-(k-1)与电阻121-k的连接点上,第二端子被连接在三端子开关13的第二端子上。
n个二端子开关122-1~122-n中的任一个与被存储在存储器60中的选择值对应,成为导通状态(第一端子与第二端子电连接的状态),其他开关成为断开状态(第一端子与第二端子电切断的状态)。因此,电压产生电路12的输出电压(向三端子开关13的第二端子供给的电压)VS成为与被存储在存储器60中的选择值对应的电压值。
三端子开关13根据来自开关控制电路70的控制信号而成为第一端子与第三端子电连接的第一状态、第二端子与第三端子电连接的第二状态之一。
温度传感器22为输出与其周边的温度相应的信号(例如,与温度相应的电压)的温感元件。
温度补偿电路20为用于对振荡用电路30的频率进行调节的电路,且被构成为,包括函数产生电路23以及加法器2,并根据从温度传感器22输出的信号来对振荡用电路30的频率进行调节。
在本实施方式中,振子3的频率温度特性设为能够通过将温度作为变量的三次式而拟合所得到的特性,函数产生电路23以包括三次函数产生电路231、一次函数产生电路232以及零次函数产生电路233的方式构成。
三次函数产生电路231的输入端子与温度传感器22的输出端子连接,三次函数产生电路231将温度传感器22的输出电压作为变量来产生并输出与被存储在存储器60中的三次系数相应的三次函数的电压。
一次函数产生电路232的输入端子与温度传感器22的输出端子连接,一次函数产生电路232将温度传感器22的输出电压作为变量来产生并输出与被存储在存储器60中的一次系数相应的一次函数的电压。
零次函数产生电路233产生并输出与被存储在存储器60中的零次系数(常数)相应的固定电压。
加法器24对三次函数产生电路231的输出电压、一次函数产生电路232的输出电压以及零次函数产生电路233的输出电压进行加法运算并输出。加法器24的输出端子与三端子开关51的第二端子以及三端子开关52的第一端子连接。
振荡用电路30与XO端子及XI端子连接,从而使振子3进行振荡。在图3的示例中,振荡用电路30以包括NPN型的双极型晶体管31、电阻32、33、电容器34、35、变容二极管(可变电容二极管)36、变容二极管37、电阻38、电阻39的方式构成。
双极型晶体管31的基极端子与XI端子连接,集电极端子与XO端子连接,发射极端子接地。
电阻32被连接在双极型晶体管31的基极端子与集电极端子之间,电阻33被连接在电源与双极型晶体管31的集电极端子之间。
电容器34被连接在双极型晶体管31的集电极端子与变容二极管36的阴极端子之间,电容器35被连接在双极型晶体管31的基极端子与变容二极管37的阴极端子之间。
变容二极管36的阳极端子以及变容二极管37的阳极端子接地。
电阻38被连接在三端子开关52的第三端子与变容二极管36的阴极端子之间,电阻39被连接在三端子开关13的第三端子与变容二极管37的阴极端子之间。
以这种方式构成的振荡用电路30将双极型晶体管31作为放大元件而对从XI端子输入的振子3的输出信号进行放大,并经由XO端子而将该放大的信号作为振子3的输入信号供给。另外,振荡用电路30作为放大元件,可以利用PNP型的双极型晶体管、场效应晶体管(FET:Field Effect Transistor)、金属氧化膜型场效应晶体管(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor)、闸流晶体管等来实现。
振荡用电路30的输出信号,即双极型晶体管31的集电极端子的信号被输入至输出电路40,输出电路40的输出信号经由OUT端子从OUT1端子向外部输出。
三端子开关51的第一端子与VC端子连接,第二端子与加法器24的输出端子(温度补偿电路20的输出端子)连接,第三端子与电阻112的一方的端子连接。
三端子开关51根据来自开关控制电路70的控制信号而成为第一端子与第三端子电连接的第一状态、第一端子与第二端子电连接的第二状态之一。
三端子开关52的第一端子与加法器24的输出端子连接,第二端子被输入固定电压V3,第三端子与电阻38的一方的端子连接。
三端子开关52根据来自开关控制电路70的控制信号而成为第一端子与第三端子电连接的第一状态、第二端子与第三端子电连接的第二状态之一。
开关控制电路70根据被设定的模式来生成分别对三端子开关51、三端子开关52以及三端子开关13进行控制的控制信号。
接口(I/F)电路80对VDD端子的电压与阈值相比而较高还是较低进行判断,当VDD端子的电压与阈值相比而较高时接收从VC端子外部输入的时钟信号SCLK以及从OUT端子外部输入的数据信号DATA,然后针对存储器60实施数据的读写,或者,将振荡电路2的模式设定在未图示的寄存器中。
存储器60为用于对各种控制数据进行存储的存储部,可以是例如EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory:电可擦可编程只读存储器)或闪存等可改写的非易失性存储器,也可以是以包括非易失性存储器以及DRAM(Dynamic Random Access Memory:动态随机存取存储器)、SRAM(Static Random Access Memory:静态存取存储器)等各种易失性存储器的方式构成。
振荡电路的模式
在本实施方式中,振荡电路2在振荡器1的电源接通时(VDD端子从0V上升到所希望的电压时)被设定为普通工作模式。此外,能够通过接口(I/F)电路80而切换为包括温度补偿调节模式及振子特性测量模式的多种模式中的任一种。图4为用于对该模式切换动作进行说明的时序图。图4的横轴与时间对应,纵轴与电压对应。在图4的时序图中,表示了VDD端子(振荡器1的外部端子VDD1)的电压、从VC端子(振荡器1的外部端子VC1)输入的时钟信号SCLK、从OUT端子(振荡器1的外部端子OUT1)输入的数据信号DATA。
在图4所示的示例中,VDD端子的电压在时刻t0处成为0V,在时刻t1处成为电压VDDL,在时刻t2处成为基准值Vth,之后上升至电压VDDH。在VDD端子的电压为VDDHD的期间内被输入的时钟信号SCLK的初始的脉冲的下降沿时刻即时刻t3处,通信成为使能态。时钟信号SCLK的下次的脉冲为测试模式设定用的脉冲,并根据与之后的五个脉冲同步被输入的五位的数据信号DATA来选择出测试模式的种类。在VDD端子的电压返回至VDDL的时刻t4处转换至被选择出的测试模式。通过将该五位的数据信号DATA设定为预定值,从而能够将振荡电路2设定为被选择出的测试模式。
在普通工作模式(第一模式的一个示例)中,如图3所示,三端子开关13成为第一端子与第三端子电连接的第一状态,三端子开关51成为第一端子与第三端子电连接的第一状态,三端子开关52成为第一端子与第三端子电连接的第一状态。
因此,在普通工作模式中,变容二极管36的阴极端子被施加有根据温度传感器22的输出电压而生成的温度补偿电路20的输出电压VTC,从而使振子3的频率温度特性被补正(温度补偿)。此外,根据VC端子的电压而生成的AFC电路的输出电压VB作为VAFC而被施加至变容二极管37的阴极端子,从而对振荡频率进行控制。即,本实施方式的振荡器1为电压控制型温度补偿振荡器,例如,当设定V2=V1、R3=R4,且将式(1)代入式(2)并进行整理时,普通工作模式下的VAFC由下式(3)来表示。
数学式3
如式(3)所表示的那样,AFC电路11的增益为R2/R1,VAFC为VAFC_IN,即通过VC端子的电压而被控制。
图6为表示V1=V2=0.9V、R3=R4时将AFC电路11的增益(R2/R1)设为0.4倍、0.5倍、0.6倍的情况下的VC端子的电压(=VAFC_IN)与电压VAFC的关系的图。例如,在AFC电路11的增益为0.5倍时,若设为VC端子的电压=0.9V±0.7V,则VAFC=0.9V±0.35V,若设为VC端子的电压=1.2V±1V,则VAFC=1.05V±0.5V。
此外,在振子特性测量模式中,如图5(A)所示,三端子开关13成为第一端子与第三端子电连接的第一状态,三端子开关51成为第一端子与第三端子电连接的第一状态,三端子开关52成为第二端子与第三端子电连接的第二状态。另外,在图5(A)中,虽然省略了一部分的结构的图示以及函数产生电路23、振荡用电路30、AFC电路11、电压产生电路12的内部结构的图示,但它们均与图3相同。
因此,在振子特性测量模式中,变容二极管36的阴极端子被施加固定电压V3,未对振子3的频率温度特性进行补正(温度补偿)。此外,变容二极管37的阴极端子被施加基于VC端子的电压而生成的AFC电路11的输出电压VAFC,从而对振荡频率进行控制。因此,从VC端子输入固定电压,通过在所希望的温度范围(例如,以振荡器1的方式被保证工作的温度范围)内使温度变动时对从OUT端子输出的振荡信号的频率进行测量,从而能够取得振子3的频率温度特性。
此外,在温度补偿调节模式(第二模式的一个示例)中,如图5(B)所示,三端子开关13成为第二端子与第三端子电连接的第二状态,三端子开关51成为第一端子与第二端子电连接的第二状态,三端子开关52成为第一端子与第三端子电连接的第一状态。另外,虽然在图5(B)中,省略了一部分的结构的图示以及函数产生电路23、振荡用电路30、AFC电路11、电压产生电路12的内部结构的图示,但它们均与图3相同。
因此,在温度补偿调节模式中,变容二极管36的阴极端子被施加温度补偿电路20的输出电压VTC,变容二极管37的阴极端子被施加电压产生电路12所产生(选择)的固定电压VS。因此,通过在所希望的温度范围内使温度变动并对从VC端子输出的电压VTC进行测量,从而能够取得三次函数电压、一次函数电压以及零次函数电压的信息,并对振子3的频率温度特性进行补正(补偿)从而计算出用于使所希望的温度范围内的振荡频率趋近于目标频率的三次系数、一次系数、零次系数(常数)。
如此,在本实施方式中,在普通工作模式和温度补偿调节模式中的任一模式下,振荡用电路30与温度补偿电路20电连接,振荡用电路30与温度补偿电路20一起工作。因此,在温度补偿调节模式时,能够使振荡用电路30和温度补偿电路20以与普通工作模式时相同的状态进行工作,同时对从VC端子输出的电压VTC进行测量。并且,在普通工作模式和温度补偿调节模式中的任一模式下,由于发热量较大的、振荡用电路30和输出电路40一起工作,因此由于振荡电路2的发热而导致的普通工作模式时的温度的变动量与温度补偿调节模式时的温度的变动量之差较小。因此,根据本实施方式,能够以良好的精度来实施温度补偿调节。
并且,在温度补偿调节模式中,由于通过也对从OUT端子输出的振荡信号的频率进行测量从而知道温度补偿电路20的输出电压VTC与振荡频率的关系,因此能够以更良好的精度来实施温度补偿调节。另外,在本实施方式的温度补偿调节模式中,虽然三端子开关52的第一端子与第三端子连接,但并不局限于此,即使在三端子开关52的第二端子与第三端子连接的状态下,即振荡用电路30与温度补偿电路20未电连接的状态下,对从VC端子输出的电压VTC进行测量,也能够取得与上述相同的效果。
另外,例如,设为V1=V2=0.9V、R3=R4时,假设,在温度补偿调节模式下,在与被输入VC端子的电压范围无关地将VS固定为0.9V的情况下,只要在普通工作模式时以VC端子的电压=0.9V±0.7V的方式而使VC端子的中心电压为0.9V,则在普通工作模式时通过VC端子来向变容二极管37的阴极端子施加的电压的中心电压就与温度补偿调节模式时向变容二极管37的阴极端子施加的电压一致。因此,在温度补偿调节模式下的变容二极管37的电容值与在普通工作模式下VC1端子的电压为中心电压时的变容二极管37的电容值一致,在普通工作模式下VC1端子的电压为中心电压时被实施了温度补偿的振荡频率与目标频率一致。然而,在如VC端子的电压=1.2V±1V这样VC端子的中心电压不是0.9V的情况下,在普通工作模式时且VC端子的电压为中心电压1.2V时,向变容二极管37的阴极端子施加的电压将成为1.05V,在温度补偿调节模式时,向变容二极管37的阴极端子施加的电压将成为0.9V,从而在普通工作模式与在温度补偿调节模式下向变容二极管37的阴极端子施加的电压不一致。因此,在温度补偿调节模式下的变容二极管37的电容值与在普通工作模式下且VC端子的电压为中心电压时的变容二极管37的电容值不一致,由此在普通工作模式下VC端子的电压为中心电压时被实施了温度补偿的振荡频率将偏离目标频率。
因此,在本实施方式中构成为,根据被存储在存储器60中的选择值而使电压VS可选择,并且构成为,能够通过选择与在普通工作模式下且VC1端子的电压为中心电压时向变容二极管37的阴极端子施加的电压最接近的电压,作为在温度补偿调节模式下向变容二极管37的阴极端子施加的电压VS,而实施最佳的温度补偿调节。
此外,若可详细地设定向变容二极管37施加的电压VS,则能够对变容二极管37的电容值进行详细调节。在温度补偿模式下,当为了对变容二极管37的电容值进行调节而被施加的电压VS的电压阶跃为0.1V以上时,由在温度补偿模式时与普通工作模式时向变容二极管37施加的电压不同所导致的变容二极管37的电容值变化变大,从而无法在温度补偿模式下实施最佳的温度补偿调节。因此,通过在温度补偿模式时将向变容二极管37施加的电压VS的电压阶跃设为0.1V以下,优选为0.05V以下,从而能够在温度补偿调节模式时实施最佳的温度补偿调节。
例如,在普通工作模式时向VC端子施加的电压的中心电压(VAFC_IN的中心电压)一般为0.9V至1.6V,在将V1=V2=0.9V、R3=R4、AFC电路11的增益(R2/R1)设为0.5倍的情况下的电压VS根据式(3)而成为0.9V至1.25V左右。因此,由于为了将电压VS的电压阶跃设为0.05V以下而使电压VS为从0.9V至1.25V左右(0.35V宽度),因此只要为了对电压VS进行设定所需要的存储量为3bit(如8)以上,则能够将电压VS的电压阶跃设为0.4375V和0.05V以下,从而能够实施最佳的温度补偿调节。另外,作为用于对电压VS进行设定的存储量,虽然对上述VAFC_IN的中心电压、V1、V2、R1、R2、R3、R4进行例示并进行了计算,但并不局限于此,根据VAFC_IN的中心电压、V1、V2、R1、R2、R3、R4的值,能够以将电压VS的电压阶跃设为0.1V以下、优选设为0.05V以下的值的方式对存储量进行适当设定。
振荡器的制造方法(调节方法)
图7为表示本实施方式的振荡器的制造方法(调节方法)的一个示例的流程图。本实施方式的振荡器的制造方法(调节方法)包括图7所示的工序S10~S80。然而,本实施方式的振荡器的制造方法(调节方法)可以对工序S10~S80的一部分进行省略或变更,或者追加其他的工序。
如图7所示,在本实施方式中,首先,准备振荡电路2和振子3,并对振荡电路2与振子3进行电连接(工序S10)。
接下来,对三端子开关51进行控制,以使VC端子与振荡用电路30经由AFC电路11电连接(工序S20)。
接下来,对振子3的频率温度特性进行测量(工序S30)。
接下来,对三端子开关51进行控制,以使VC1端子与温度补偿电路20的输出侧的端子电连接(工序S40)。
接下来,对可变电容控制电路10的输出电压VAFC进行设定(工序S50)。
接下来,使振荡器1的温度在所希望的温度范围内进行变动并根据从VC端子输出的温度补偿电路20的输出电压VTC来对温度补偿电路20的特性进行检查(工序S60)。
接下来,根据在工序S60中检查的温度补偿电路20的特性,对温度补偿用的系数值进行计算(工序S70)。
接下来,将在工序S70中得到的温度补偿用的系数值写入存储器60(工序S80)。
图8为图7的工序S20~S70的详细的流程图。如图8所示,在本实施方式中,作为工序S20,将振荡电路2设定为振子特性测量模式(S21)。由此,三端子开关13、三端子开关51以及三端子开关52分别成为图5(A)这样的连接状态。
此外,作为工序S30,首先,对在所希望的温度范围的5点以上的温度处的振子3的频率温度特性进行测量(S31)。具体而言,例如,将振荡器1收纳在恒温槽内,在向外部端子VC1施加了普通工作模式时的中心电压的状态下,改变恒温槽的温度,同时在5点以上的温度处对从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率进行测量。
接下来,利用最小二乘法来对通过工序S31的测量而得到的振子3的频率温度特性的数学式来进行拟合,从而提取零次函数的分量、一次函数的分量、三次函数的分量(S32)。
此外,作为工序S40,将振荡电路2设定为温度补偿调节模式(S41)。由此,三端子开关13、三端子开关51以及三端子开关52分别成为图5(B)这样的连接状态,VC端子与AFC电路11的电连接被切断,VC端子与温度补偿电路20的输出端子电连接。
此外,作为工序S50,对电压产生电路12的输出电压VS进行选择(S51)。具体而言,将普通工作模式时的VC端子的中心电压设为VAFC_IN,并将使电压VS与通过式(1)以及式(2)而计算出的电压VB最接近的选择值写入存储器60。例如,设为V1=V2=0.9V、R3=R4、R2/R1=0.5时,只要普通工作模式时的VC端子的中心电压为0.9V,就写入使VS最接近0.9V的选择值,只要普通工作模式时的VC端子的中心电压为1.2V,就写入使VS最接近1.05V的选择值。
此外,作为工序S60,首先,将振荡器1的温度设定为预定的温度(S61)。具体而言,例如,将对振荡器1进行收纳的恒温槽的温度设定为被包括在所希望的温度范围内的测量对象的多个温度中的任一个。
接下来,分别对分别将零次、一次、三次的各系数设定为最小值(MIN)时的温度补偿电路20的输出电压(以及振荡频率)进行测量(S62)。具体而言,将一次系数和三次系数设定为0并将零次系数设定为最小值(MIN),对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。此外,将零次系数和三次系数设定为0并将一次系数设定为最小值(MIN),并对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。此外,将零次系数和一次系数设定为0并将三次系数设定为最小值(MIN),再对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。
接下来,分别对分别将零次、一次、三次的各系数设定为基准值(TYP)时的温度补偿电路20的输出电压(以及振荡频率)进行测量(S63)。具体而言,将一次系数和三次系数设定为0并将零次系数设定为基准值(TYP),再对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。此外,将零次系数和三次系数设定为0并将一次系数设定为基准值(TYP),再对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。此外,将零次系数和一次系数设定为0并将三次系数设定为基准值(TYP),再对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。
接下来,分别对分别将零次、一次、三次的各系数设定为最大值(MAX)时的温度补偿电路20的输出电压(以及振荡频率)进行测量(S64)。具体而言,将一次系数和三次系数设定为0并将零次系数设定为最大值(MAX),再对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。此外,将零次系数和三次系数设定为0并将一次系数设定为最大值(MAX),再对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。此外,将零次系数和一次系数设定为0并将三次系数设定为最大值(MAX),再对从外部端子VC1输出的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及从外部端子OUT1输出的振荡信号的频率)进行测量。
接下来,在未包括在所希望的温度范围内的测量对象的多个温度处的测量还未结束的情况(S65的否)下,将振荡器1的温度变更为未测量的温度(S66),再次实施工序S62以后的工序。
而且,在被包括在所希望的温度范围内的测量对象的多个温度处的测量结束的情况(S65的是)下,作为工序S70,根据工序S61~S66中的测量结果,选择最能抵消在工序S32中从拟合式提取的零次函数分量、一次函数分量、三次函数分量的、零次、一次、三次的各系数值(S71)。具体而言,根据工序S61~S66中的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及振荡频率)的测量结果,分别计算出在将零次系数分别设定为最小值(MIN)、基准值(TYP)、最大值(MAX)时的零次函数电压的数学式,根据这些计算结果,选择最能抵消零次函数电压在工序S32中提取的零次函数分量的、零次系数值。同样,根据工序S61~S66中的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及振荡频率)的测量结果,分别计算出将一次系数分别设定为最小值(MIN)、基准值(TYP)、最大值(MAX)时的一次函数电压的数学式,根据这些计算结果,选择最能抵消一次函数电压在工序S32中提取的一次函数分量的、一次系数值。同样,根据工序S61~S66中的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及振荡频率)的测量结果,分别计算出将三次系数分别设定为最小值(MIN)、基准值(TYP)、最大值(MAX)时的三次函数电压的数学式,根据这些计算结果,选择最能抵消三次函数电压在工序S32中提取的三次函数分量的、三次系数值。
另外,由于零次函数电压不随着振荡器1的温度而发生变化,因此将零次系数分别设定为最小值(MIN)、基准值(TYP)、最大值(MAX)时的温度补偿电路20的输出电压VTC(以及振荡频率)可以仅在多个温度中的任一个温度时分别在工序S62、S63、S64中进行测量。
如以上所说明的那样,根据本实施方式,在温度补偿调节模式下,由于能够在振荡用电路30和温度补偿电路20进行工作的状态下,根据从VC端子输出的温度补偿电路20的输出信号来对振荡器1(振荡电路2)的振荡频率进行调节,因此能够降低在调节后的普通工作模式下的振荡频率(频率温度特性)发生变动的危险。
尤其,根据本实施方式,在温度补偿调节模式下,能够与普通工作模式同样地在输出电路40进行工作的状态下,对振荡器1(振荡电路2)的振荡频率进行调节,因此在普通工作模式和温度补偿调节模式下从输出电路40产生的噪声或发热的差较小。此外,在温度补偿调节模式下,直接对从OUT端子输出的振荡信号的频率进行测量,同时能够更准确地对振荡频率进行调节。因此,能够降低在调节后的普通工作模式下的振荡频率(频率温度特性)发生变动的危险,从而能够提供一种频率温度特性良好的振荡器。另外,作为本实施方式的输出电路40,例如,可以使用输出消波正弦波形的电路或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体)输出电路。由于CMOS输出电路与输出消波正弦波形的电路相比所发出的热量较多,因此在将CMOS输出电路使用于输出电路40的情况下,能够进一步取得上述的实施方式中的效果。
此外,根据本实施方式,在温度补偿调节模式下,由于电压产生电路12产生的电压被输入至振荡用电路30,以代替在普通工作模式下向振荡用电路30输入的AFC电路11的输出电压,因此能够缩小温度补偿调节模式与普通工作模式下的振荡用电路30的状态之差。更详细而言,在温度补偿调节模式下,能够以如下的状态来实施温度补偿调节,即,将电压产生电路12的输出电压设定为,与在普通工作模式时向VC端子施加了中心电压时的AFC电路11的输出电压VB最接近的电压的状态。由此,由于能够在向变容二极管37施加的电压与在普通工作模式时向VC端子施加了中心电压时向变容二极管37施加的电压最接近的状态,即,变容二极管37的电容值与普通工作模式时向VC端子施加了中心电压时的电容值基本一致的状态下,实施温度补偿调节,因此,能够降低温度补偿调节的误差。因此,根据本实施方式,能够进一步降低普通工作模式下的振荡频率(频率温度特性)在调节后发生变动的危险,从而能够提供一种频率温度特性良好的振荡器。
2.电子设备
图9为表示本实施方式的电子设备的结构的一个示例的功能框图。此外,图10为表示作为本实施方式的电子设备的一个示例的智能电话的外观的一个示例的图。
本实施方式的电子设备300以包括振荡器310、CPU(Central ProcessingUnit,中央处理单元)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的方式构成。另外,本实施方式的电子设备也可以设为对图9的结构要素(各部)的一部分进行省略或变更或者添加了其他结构要素的结构。
振荡器310具备振荡电路312和振子313。振荡电路312使振子313进行振荡从而产生振荡信号。该振荡信号从振荡器310的OUT端子向CPU320输出。
CPU320按照被存储在ROM340等中的程序而将从振荡器310输入的振荡信号作为时钟信号并实施各种计算处理及控制处理。具体而言,CPU320实施与来自操作部330的操作信号相应的各种处理、对用于实施与外部装置进行数据通信的通信部360进行控制的处理、对使各种信息显示在显示部37上的显示信号进行发送的处理等。
操作部330为通过操作键及按钮开关等构成的输入装置,并向CPU320输出与用户所进行的操作相对应的操作信号。
ROM340对用于使CPU320实施各种计算处理及控制处理的程序及数据等进行存储。
RAM350作为CPU320的作业区域而被使用,并临时性地对从ROM340读出的程序即数据、从操作部330输入的数据、CPU320根据各种程序而执行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为通过LCD(Liquid Crystal Display:液晶显示器)等构成的显示装置,并根据从CPU320输入的显示信号来显示各种信息。在显示部370上也可以设置作为操作部330而发挥功能的触摸屏。
通过应用例如上述的实施方式的振荡电路2来作为振荡电路312,或者应用例如上述的实施方式的振荡器1来作为振荡器310,从而可以实现一种可靠性较高的电子设备。
作为这样的电子设备300考虑到了多种电子设备,例如,列举了个人计算机(例如,移动型个人计算机、膝上型个人计算机、平板型个人计算机)、智能电话及移动电话等移动体终端、数码相机、喷墨式喷出装置(例如,喷墨式打印机)、路由器及开关等存储区域网设备、局域网设备、移动体终端基站设备、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、实时时钟装置、寻呼机、电子记事本(包括附带通信功能的产品)、电子词典、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、电视电话、防盗用电视监视器、双筒电子望远镜、POS终端、医療设备(例如电子体温计、血圧计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、魚群探测机、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)、飞行模拟装置、头戴式显示器、动作跟踪器、动作追踪器、动作控制器、PDR(行人位置方位计测)等。
作为本实施方式的电子设备300的一个示例,将上述的振荡器310作为基准信号源或者电压可变型振荡器(VCO)等来使用,例如,列举了作为与终端通过有线或无线来实施通信的终端基站用装置等而发挥功能的传送装置。本实施方式的电子设备300通过应用例如上述的实施方式的振荡器1来作为振荡器310,从而能够在例如通信基站等中将可利用的、高性能、高可靠性应用于所希望的传送设备中。
3.移动体
图11为表示本实施方式的移动体的一个示例的图(上表面图)。图11所表示的移动体400以包括振荡器410、实施发动机系统、制动系统、无钥匙进入系统等各种控制的控制器420、430、440、蓄电池450、备用蓄电池460的方式构成。另外,本实施方式的移动体也可以设为对图11的结构要素(各部)的一部分进行省略或添加其他的结构要素的结构。
振荡器410具备未图示的振荡电路和振子,振荡电路使振子进行振荡从而产生振荡信号。该振荡信号从振荡器410的外部端子向控制器420、430、440输出,并作为例如时钟信号来使用。
蓄电池450向振荡器410以及控制器420、430、440供给电力。备用蓄电池460在蓄电池450的输出电压低于阈值时向振荡器410以及控制器420、430、440供给电力。
通过应用例如上述的实施方式的振荡电路2来作为振荡器410所具备的振荡电路,或者,应用例如上述的实施方式的振荡器1来作为振荡器410,从而能够实现一种可靠性较高的移动体。
作为这样的移动体400,考虑到了多种移动体,例如,列举了汽车(包括电动汽车)、喷气式飞机或直升机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。
本发明并不限定于本实施方式,可以在本发明的主旨的范围内实施各种的变形。
例如,虽然上述的实施方式的振荡器为具有温度补偿功能和电压控制功能(频率控制功能)的振荡器(VC-TCXO(Voltage Controlled TemperatureCompensated Crystal Oscillator:电压控制温度补偿晶体振荡器)等),但本发明也可以应用于没有温度补偿功能的电压控制型振荡器(VCXO(VoltageControlled Crystal Oscillator:电压控制晶体振荡器)等)、没有电压控制功能(频率控制功能)的温度补偿型振荡器(TCXO(TemperatureCompensated Crystal Oscillator:温度补偿型晶体振荡器)等)、温度补偿功能和电压控制功能(频率控制功能)都不具有的振荡器(SPXO(SimplePackaged Crystal Oscillator:简装晶体振荡器)等)、恒温槽型的振荡器(OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator:烤箱控制晶体振荡器)等)等振荡器。
上述的实施方式为一个示例,并不限定于这些示例。例如,也可以将各实施方式进行适当组合。
本发明包括与在实施的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者目的及效果相同的结构)。此外,本发明包括对与在实施的方式中所说明的结构的非本质部分进行置换的结构。此外,本发明包括能够得到与在实施的方式中所说明的结构相同的作用效果的结构或达到相同的目的的结构。此外,本发明还包括向在实施的方式中所说明的结构中添加公知技术的结构。
符号说明
1振荡器;2振荡电路;3振子;4封装件;5盖;6外部端子(外部电极);7a、7b收纳室;8密封部件;9电子部件;10可变电容控制电路;11AFC电路;12电压产生电路(电压选择电路);13三端子开关;20温度补偿电路;22温度传感器;23函数产生电路;24加法器;30振荡用电路;31双极型晶体管;32电阻;33电阻;34电容器;35电容器;36变容二极管;37变容二极管;38电阻;39电阻;40输出电路;51三端子开关;52三端子开关;60存储器;70开关控制电路;80接口(I/F)电路;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;121-0~121-n电阻;122-1~122-n二端子开关;231三次函数产生电路;232一次函数产生电路;233零次函数产生电路;300电子设备;310振荡器;312振荡电路;313振子;320CPU;330操作部;340ROM;350RAM;360通信部;370显示部;400移动体;410振荡器;420、430、440控制器;450蓄电池;460备用蓄电池。
Claims (8)
1.一种振荡电路,包括:
振荡用电路,其与振子电连接并使所述振子进行振荡;
第一频率调节电路,其用于对所述振荡用电路的频率进行调节;
第一端子,
所述振荡电路具有第一模式和第二模式,
所述第一模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路电连接且所述第一频率调节电路与所述第一端子不进行电连接的模式;
所述第二模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路进行工作且所述第一频率调节电路的输出有信号的一侧的端子与所述第一端子电连接的模式。
2.如权利要求1所述的振荡电路,其中,
包括输出电路,所述输出电路被输入从所述振荡用电路输出的信号并输出振荡信号,
所述输出电路在所述第一模式及所述第二模式下工作。
3.如权利要求2所述的振荡电路,其中,
包括第二端子,所述第二端子与所述输出电路的输出侧的端子电连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的振荡电路,其中,
包括第二频率调节电路和电压产生电路,所述第二频率调节电路用于对所述振荡用电路的频率进行调节,所述电压产生电路能够可变地对输出的电压进行设定,
在所述第一模式下,所述第一端子与所述第二频率调节电路电连接,且所述第二频率调节电路与所述振荡用电路电连接,
在所述第二模式下,所述第一端子与所述第二频率调节电路不进行电连接,且所述电压产生电路与所述振荡用电路电连接。
5.如权利要求1至4中任一项所述的振荡电路,其中,
包括温感元件,
所述第一频率调节电路根据从所述温感元件输出的信号而对所述振荡用电路的频率进行调节。
6.一种电子设备,具备:
权利要求1至5中任一项所述的振荡电路。
7.一种移动体,具备:
权利要求1至5中任一项所述的振荡电路。
8.一种振荡电路的调节方法,所述振荡电路包括:
振荡用电路,其与振子电连接并使所述振子进行振荡;
第一频率调节电路,其用于对所述振荡用电路的频率进行调节;
第一端子,
所述振荡电路具有第一模式和第二模式,
所述第一模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路电连接且所述第一频率调节电路与所述第一端子不进行电连接的模式;
所述第二模式为,所述振荡用电路与所述第一频率调节电路进行工作且所述第一频率调节电路的输出有信号的一侧的端子与所述第一端子电连接的模式,
所述振荡电路的调节方法还包括:
将所述振荡电路设定为所述第二模式的工序;
在所述振荡电路被设定为所述第二模式的状态下,根据从所述第一端子输出的所述第一频率调节电路的所述信号而对所述振荡电路进行调节的工序。
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