CN106165292A - 振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供对于输出频率具有高稳定度的恒温晶体振荡器。在作为恒温晶体振荡器的振荡装置1A中，在第一容器41内部设置着晶体振子10、20、振荡电路1、2、温度检测部53及加热器电路50，所述第一容器41在第二容器42内部以浮起的状态受到支撑，并且将用以使供给到加热器电路50的电源电压稳定化的电压稳定化电路6，在第二容器42内部与所述第一容器41隔开而设置。因此，因供给到加热器电路50的电源电压稳定化，而且电压稳定化电路6不易受到加热器电路50的发热的影响，所以结果为，获得无论环境温度如何均稳定的振荡频率的输出。

Description

振荡装置
技术领域
本发明涉及一种振荡装置，对振子例如晶体振子所放置的温度进行检测，并基于温度检测结果进行输出频率的稳定化。
背景技术
作为例如使用了晶体振子的振荡装置，具恒温槽的振荡装置即恒温晶体振荡器(Oven Controlled Xtal Oscillator，OCXO)构成为如下，即，利用加热器将晶体振子所放置的环境加热到固定的温度，由此，晶体振子的温度不会被外部的温度变化所影响。而且，作为以加热器的温度控制的高精度化为目标的技术，已知有如下方法，即，使用两个晶体振子作为温度传感器，求出与利用两个晶体振子的频率差计算出的温度检测值相当的信号值，并基于该信号值控制加热器的输出电力(专利文献1)。
另一方面，关于振荡装置的相对于温度的频率，在例如从基站向终端发送电波的系统中，不仅对基站，对中继站也要求更高的稳定性。专利文献2中记载了使用电压调节器来驱动温度补偿型晶体振荡器1，但关于本发明的构成未作记载。
背景技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-51676号
专利文献2：日本专利特开2000-261248号
发明内容
发明所要解决的问题
本发明于所述情况下完成，其目的在于提供如下技术，即，在使用加热器电路实现振子所放置的环境的温度稳定化的振荡装置中，能够使加热器电路的发热量稳定化而输出稳定的振荡频率。
解决问题的技术手段
本发明的振荡装置包括：连接于振子的振荡电路，以及用以将所述振子所放置的环境的温度加以固定化的加热器电路，所述振荡装置的特征在于包括：
第一基板，在第一容器内以从该第一容器的内壁浮起的状态由第一支撑构件支撑；
温度检测部，用以检测所述第一容器内的温度，所述加热器电路利用所述温度检测部的温度检测值控制供给电力，所述振子、所述振荡电路、所述温度检测部与所述加热器电路分别设置于该第一基板；
第二容器，将所述第一容器收容于所述第二容器的内部空间，并且以从所述第二容器的内壁浮起的状态经由支撑部而支撑；
电压稳定化电路，在所述第二容器内与所述第一容器隔开而设置，用以使供给到所述加热器电路的电源电压稳定化。
发明的效果
本发明在恒温晶体振荡器(OCXO)中，在第一容器内设置振子、振荡电路、温度检测部及加热器电路，所述第一容器在第二容器内以浮起的状态受到支撑，并且将用以使供给到加热器电路的电源电压稳定化的电压稳定化电路，在第二容器内与所述第一容器隔开而设置。因此，因供给到加热器电路的电压稳定化，且电压稳定化电路不易受到加热器电路的发热的影响，所以结果为，获得无论环境温度如何均稳定的振荡频率的输出。
附图说明
图1是表示本发明的振荡装置的整体构成的框图。
图2是表示所述振荡装置的一部分电路的详情的框图。
图3是示意性地表示周边设备的温度变化与振荡装置的振荡频率的变动率的关系的频率特性图。
图4是表示振荡装置的构成的纵剖侧视图。
图5是表示所述振荡装置的主要部分的俯视概略图。
图6是表示本发明的振荡装置与作为比较例的振荡装置的实验结果的曲线图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式的振荡装置1A的整体的框图。振荡装置1A中包含：第一晶体振子10、第二晶体振子20、以及使这些晶体振子振荡的第一振荡电路1、第二振荡电路2。第一振荡电路1、第二振荡电路2例如包含考毕兹(Colpitts)型振荡电路。
在第一振荡电路1、第二振荡电路2的后段侧，设置着锁相回路(Phase LockedLoop，PLL)电路部200及数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)区块5。PLL电路部200在图1中简略记述为区块，包括：如图2所示的具备直接数字合成器(Direct DigitalSynthesizer，DDS)201的电路。DDS 201的动作时钟使用从第一振荡电路1输出的振荡输出。与输入到DDS 201的设定频率对应的数字值为从后述的加法部58输出的值。
从DDS 201输出的频率信号被输入到相位比较器202的一输入端。从后述的电压控制振荡器205输出的频率信号，经分频器206分频后，输入到相位比较器202的另一输入端。相位比较器202检测两者的频率信号的相位的差分，并输入到电荷泵(charge pump)203。来自电荷泵203的输出利用回路滤波器(loop filter)204而积分，其积分值作为控制电压而输入到电压控制振荡器205。也就是，PLL电路部200利用DDS 201生成作为参考频率的频率信号，使用该基准的频率信号构成PLL。
DSP区块5包含：温度检测部53、PI运算部54、脉冲调制(Pulse with Modulation，PWM)部55、1次修正部56(first order correction unit)、9次修正部57(ninth-ordercorrection unit)及加法部58。温度检测部53运算数字值ΔF，该数字值ΔF与来自第一振荡电路1的振荡输出f1及来自第二振荡电路2的振荡输出f2的差分(f1-f2)对应。ΔF为与第一晶体振子10及第二晶体振子20所放置的环境的温度对应的值，因而，ΔF能够称作温度检测值。在温度检测部53的后段，虽未图示，但设置着对温度检测值ΔF偏离设定温度何种程度进行运算的电路，该电路例如求出温度检测值与设定温度的差分。PI运算部54将该差分值进行比例积分(proportional integral，PT)(微分、积分)而输入到PWM部55。PWM部55用来将从PI运算部54输出的数字值转换为模拟信号。因此，也可代替PWM部55而使用D/A(数字/模拟)部。
在PWM部55的后段设置着加热器电路50，加热器电路50的输出利用PWM部55的输出而控制。加热器电路50如后述那样设置在第一晶体振子10及第二晶体振子20的附近。加热器电路50具备功率晶体管(power transistor)，将电压从电压稳定化电路6供给到功率晶体管的集电极。而且，利用来自PWM部55的控制电压对功率晶体管的基极电压进行控制，而调整功率晶体管的供给电力。因此，PI运算部54的输出能够称作：用以控制加热器电路50的控制信号。
而且，作为PI运算部54的输出的数字值，是相应于第一晶体振子10、第二晶体振子20的振荡频率的变化而变化，因而，也是与第一晶体振子10、第二晶体振子20所放置的环境的温度对应的值。因此，使PI运算部54的输出被输入到1次修正部56，在一次修正部56中，对PI运算值乘以系数，将该相乘值作为后述的频率设定值的修正值。
另一方面，由温度检测部53获得的已述的ΔF被输入到9次修正部57。9次修正部57中，基于温度检测值ΔF并根据9次的温度特性曲线，而算出对于频率设定值的频率修正值。该频率修正值用以对DDS 201的动作时钟的频率因温度而变化的变动量进行补偿。该例中，将第一晶体振子10中的频率与温度的关系利用9次函数取得近似。此处，图1中，由符号7表示的部位为寄存器(register)。将从外部存储器82读取的频率设定值作为数字值而写入到该寄存器7中，该频率设定值被输出到加法部58。加法部58中，对该频率设定值加上来自9次修正部57的修正值与来自1次修正部56的修正值。
利用来自9次修正部57的修正值，对第一晶体振子10的振荡频率修正与温度变动对应的变化量。然而，关于PLL电路部200或DDS 201等的周边设备的特性也会因温度而改变，因而，仅利用来自9次修正部57的修正值，无法高精度地进行从电压控制振荡器205获得的振荡频率的温度补偿。因此，为了补偿周边设备的特性因温度而变化的量，利用加法部58将由1次修正部56获得的修正值与频率设定值相加。
图3是概略地表示由1次修正部56进行的设定频率的修正的比例的曲线图，是纵轴表示电压控制振荡器205的输出频率的变动率、横轴表示外部气体温度的曲线图。虚线a表示由周边设备的特性因温度而变化所引起的电压控制振荡器205的输出频率的变动率(将基准温度下的输出频率与此时的温度下的输出频率的差分，除以基准温度下的输出频率所得的值)。点划线b表示从一次修正部56输出与外部气体温度对应的频率修正值时的、电压控制振荡器205的输出频率的变动率。根据该曲线图可知，虚线a与点划线b相抵消，即便周边设备的特性因温度而变化，电压控制振荡器205的输出频率也稳定。
这样，来自加法部58的输出值最终为频率设定值，决定PLL电路部200的PLL中的参考频率。DSP区块5、PLL电路部200、寄存器7及分频器206形成于一个集成电路部(大规模集成电路(Large Scale Integration，LSI))300内。而且，外部存储器82中存储着用以使振荡装置1A动作的各参数，例如在振荡装置1A的电源启动时将该参数读取到振荡装置1A内的寄存器7内。
如上所述，作为恒温晶体振荡器(OCXO)的振荡装置1A构成为如下装置，即，即便作为温度补偿晶体振荡器(Temperature Compensate X′tal Oscillator，TCXO)而构成，也能够利用加热器电路50的作用及基于温度检测值的频率修正而进行双重的温度对应，且能够高精度地使输出稳定。
此外，振荡装置1A具备：含有低压降稳压器(low dropout regulator，LDO)的电压稳定化电路6。来自外部的电源60的电压经电压稳定化电路6而稳定化，该稳定化的电压被供给到LSI 300及加热器电路50。
图4是振荡装置1A整体的纵剖侧视图，图5是振荡装置1A中的后述第一基板31的俯视概略图。使用这些图，对振荡装置1A的立体构成进行说明。
振荡装置1A具备：与外容器相当的例如方形的第二容器42。在第二容器42的内部，利用作为从第二容器42的底部向上方伸出的支撑部、即导电性的销62，对第二基板32以浮起的状态进行支撑。作为支撑部的导电性的销63从第二基板32朝向上方伸出，利用导电性的销63对与内容器相当的第一容器41进行支撑。也就是，第一容器41以从第二基板32浮起的状态受到支撑。
在第一容器41的内部，利用作为从第一容器41的底部向上方伸出的支撑部、即导电性的销64，对第一基板31以浮起的状态进行支撑。第一基板31中，如果将配置着第二基板32侧的面的相反侧的面称作上表面(一面)，则在第一基板31的中央部的上表面侧(一面侧)及下表面侧(另一面侧)分别设置着第一晶体振子10及第二晶体振子20。在第一基板31的上表面侧，进而将多个加热器电路50以包围第一晶体振子10的方式设置于销64群组的内侧，在比加热器电路50的群组靠外侧处设置着第三晶体振子100。第三晶体振子100为包含于电压控制振荡器205的晶体振子。
在第一基板31的下表面侧，在比与加热器电路50的群组对应的位置靠内侧处设置着LSI 300。而且，在与对应于加热器电路50的群组的位置隔开的位置，设置着回路滤波器204及外部存储器82。
而且，电压稳定化电路6设置于第二基板32的下表面(与第一容器41相向的面的相反侧的面)。
这种构成的振荡装置中，外部温度作为与第一晶体振子10及第二晶体振子20的频率差对应的值ΔF而被检测，基于该ΔF对加热器电路50的输出电力进行控制，而将第一晶体振子10的温度维持为设定温度。而且，基于ΔF，对与PLL电路部200内的参考时钟的频率对应的设定值进行修正。此外，基于与加热器电路部50的控制值相当的PI运算部54的输出值，如所述那样进一步对所述设定值进行修正。
而且，即便电源60的电源电压发生变动，电压也能够利用电压稳定化电路6而稳定化，经稳定化的电压被供给到加热器电路50、PLL电路部200或DSP区块5。
所述实施方式中，作为恒温晶体振荡器(OCXO)的振荡装置1A中，在第一容器41内部设置着第一晶体振子10、第二晶体振子20、第一振荡电路1、第二振荡电路2、温度检测部53及加热器电路50，该第一容器41在第二容器42内部以浮起状态受到支撑，并且将用以使供给到加热器电路50的电源电压稳定化的电压稳定化电路6，在第二容器42内部设置于与第一容器41隔开的位置。因此，供给到加热器电路50的电压稳定化。而且，因电压稳定化电路6不易受到加热器电路50的发热的影响，所以结果为，能够获得无论振荡装置1A所放置的环境温度如何均稳定的振荡频率的输出。
所述实施方式中，经电压稳定化电路6稳定化的电压被供给到加热器电路50的群组及LSI 300的双方，但也可使对加热器电路50的群组进行电压供给的电路与对LSI 300进行电压供给的电路分开。该情况下，也可设为仅在将电压供给到加热器电路50的群组的电路设置电压稳定化电路6的构成。
进而，所述实施方式中，为了将经稳定化的电压供给到加热器电路50的群组而使用电压稳定化电路6，但也可代替电压稳定化电路6而使用开关电源。
而且，第一晶体振子10及第二晶体振子20也可配置在设置于第一基板31的上表面侧的共用的晶体振子收纳用的容器内，或者，也可在共用的晶体振动片划分区域，在各自的区域形成第一晶体振子10及第二晶体振子20。
所述实施方式中，通过使用多个晶体振子而测量频率差来检测温度，但即便构成为使用热敏电阻(thermistor)作为这些晶体振子的代替来检测温度，也可获得相同的效果。
此外，本发明的振荡装置不限于图1的电路构成，也可例如代替加法部58的后段的PLL电路部200，而使用电压控制振荡器。该情况下，加法部58的输出被用作该电压控制振荡器的控制电压。
图6表示为了确认本发明的效果而进行的试验的结果。图1的电路中，将电压控制振荡器205的输出频率设定为20MHz，使电源电压呈矩形状以±1％变化。图6中，纵轴表示电压控制振荡器205的输出频率的变动率，横轴表示经过时间，为了容易理解，利用实线a重叠显示电压的推移。虚线b表示未设置电压稳定化电路6的情况下的特性，点划线c表示使用所述实施方式的情况下的特性。在未设置电压稳定化电路6的情况下，频率变动最大为±0.5ppb，所述实施方式中，频率变动最大为±0.1ppb。因此，理解为根据所述实施方式而实现了输出频率的稳定化。
符号的说明
1A：振荡装置
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
5：DSP区块
53：温度检测部
55：PWM部
56：一次修正部
50：加热器电路
6：电压稳定化电路
7：寄存器
82：外部存储器
100：晶体振子(VCXO)
200：PLL电路部
300：集成电路部(LSI)
31：第一基板
32：第二基板
41：第一容器
42：第二容器

Claims (4)

1.一种振荡装置，包括：振荡电路，连接于振子，以及加热器电路，用以将所述振子所放置的环境的温度加以固定化，所述振荡装置的特征在于包括：
第一基板，在第一容器内以从所述第一容器的内壁浮起的状态由第一支撑构件支撑；
温度检测部，用以检测所述第一容器内的温度，所述加热器电路利用所述温度检测部的温度检测值控制供给电力，所述振子、所述振荡电路、所述温度检测部与所述加热器电路分别设置于所述第一基板；
第二容器，将所述第一容器收容于所述第二容器的内部空间，并且以从所述第二容器的内壁浮起的状态经由支撑部而支撑；以及
电压稳定化电路，在所述第二容器内与所述第一容器隔开而设置，用以使供给到所述加热器电路的电源电压稳定化。
2.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：
所述电压稳定化电路设置在由所述支撑部支撑的第二基板。
3.根据权利要求2所述的振荡装置，其特征在于：
所述电压稳定化电路设置在所述第二基板中与所述第一容器相反侧的面。
4.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：
将所述温度检测部的所述温度检测值与温度设定值的差分用作所述加热器电路的控制值，并且将对所述差分乘以系数所得的值用作所述振荡装置的频率设定值的修正值。
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