CN106664060A - 振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在振荡装置中可抑制由所述加热器的电源部的电压变动所引起的振荡频率的变动的技术。一种振荡装置，利用温度检测部对放置有振荡输出用晶体振荡子的环境的温度进行检测，基于温度检测值而控制加热器的温度来使所述温度稳定化，所述振荡装置是以如下方式构成，包括：缓冲放大器，插入于基于所述温度检测值而生成的控制信号的信号通路；加热器，包含晶体管，所述晶体管以集电极及发射极位于电源部与接地之间的方式设置，且基极连接于所述缓冲放大器的输出端；以及第1差动放大器，为了以抵消所述电源部的电压变动的方式调整所述缓冲放大器的增益而设置，增大与所述电源电压相对应的电压和预先设定的电压之间的差分并输入至所述缓冲放大器的增益调整端。

Description

振荡装置
技术领域
本发明涉及一种包括用以进行放置有晶体振荡子的环境的温度控制的加热器的振荡装置。
背景技术
作为用以获得高精度的振荡输出的振荡装置，例如已知有在槽内包括振荡电路、晶体振荡子、加热器及温度检测器的恒温晶体振荡器(oven controlled crystaloscillator，OCXO)。所述加热器例如连接于用以输入OCXO的电源电压Vcc的输入端子。另外，所述温度检测器对所述槽内的温度进行检测，并将与所述检测值相应的控制电压输出至所述加热器。基于该控制电压，控制从所述输入端子流至加热器的电流，从而以所述槽内保持为固定的温度的方式控制加热器电功率。由此，来自晶体振荡子的输出频率稳定。即，将所述槽构成为恒温槽。
所述加热器例如包含PNP型晶体管或NPN型晶体管，将所述控制电压施加至这些晶体管的基极。在使用PNP型晶体管的情况下，所述电源电压的输入端子连接于发射极，在使用NPN型晶体管的情况下，所述电源电压的输入端子连接于集电极。如实施方式中所说明般，所述加热器电功率为向这些晶体管供给的电流×Vcc。
然而，有电源电压Vcc产生变动的情况。如此，当电源电压Vcc产生变动时，伴随于此，加热器电功率产生变动，从而所述恒温槽内的温度产生变动。结果，所述振荡频率的稳定性降低。为了防止该加热器电功率的变动，也考虑到在所述输入端子与加热器之间设置调节器(regulator)，使施加至加热器的电压固定，与其他电路零件相比而需要在加热器中流通大的电流，因此由该调节器的电压降低所引起的发热变大。因此，在将槽内的设定温度设为较高的温度的情况下，无法进行温度控制。
在专利文献1中记载有包括所述加热器及温度检测器的温度控制电路，且示出该温度控制电路应用于所述OCXO。但是，在该专利文献1中，是由热敏电阻(thermistor)构成所述温度检测器，因该热敏电阻的温度检测精度存在界限而无法期待OCXO的频率精度的提高。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2001-117645号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是基于所述情况而成者，其目的在于提供一种在振荡装置中可抑制由所述加热器的电源部的电压变动所引起的振荡频率的变动的技术，所述振荡装置包括对放置有晶体振荡子的环境进行加热的加热器。
[解决问题的技术手段]
本发明的振荡装置是利用温度检测部对放置有振荡输出用晶体振荡子的环境的温度进行检测，基于温度检测值而控制加热器的温度来使所述温度稳定化，所述振荡装置的特征在于包括：缓冲放大器，插入于基于所述温度检测值而生成的控制信号的信号通路；加热器，包含晶体管，所述晶体管以集电极及发射极位于电源部与接地之间的方式设置，且基极连接于所述缓冲放大器的输出端；以及第1差动放大器，为了以抵消所述电源部的电压变动的方式调整所述缓冲放大器的增益而设置，增大与所述电源电压相对应的电压和预先设定的电压之间的差分并输入至所述缓冲放大器的增益调整端。
本发明的另一振荡装置是利用温度检测部对放置有振荡输出用晶体振荡子的环境的温度进行检测，基于温度检测值而控制加热器的温度来使所述温度稳定化，所述振荡装置的特征在于包括：加法部，获取所述温度检测值与温度目标值之间的差分；加热器，包含发热用电阻，连接于供给正电压的电源部，及PNP型晶体管，经由该发热用电阻，发射极连接于所述电源部且集电极接地；恒压供给部，用以供给预先设定的电压；差动放大器，输出端连接于所述PNP型晶体管的基极；第1分压电阻及第2分压电阻，在所述发热用电阻与所述发射极之间、与所述恒压供给部之间相互串联地连接而设置；第3分压电阻，介隔设置于所述加法部与所述差动放大器的正的输入端之间；以及第4分压电阻，连接于所述电源部与所述发热用电阻之间、所述差动放大器的正的输入端与所述第3分压电阻之间；且将第1分压电阻与第2分压电阻之间及所述差动放大器的负的输入端连接。
[发明的效果]
根据本发明的振荡装置，包括：缓冲放大器，插入于基于温度检测值而生成的控制信号的信号通路；加热器，包含将基极连接于所述缓冲放大器的晶体管；以及差动放大器，为了调整所述缓冲放大器的增益而设置，增大与所述电源电压相对应的电压和预先设定的电压之间的差分并输入至所述缓冲放大器的增益调整端。通过此种构成，可以抵消连接于晶体管的发射极或集电极的电源部的电压变动的方式使电流流至该晶体管。结果，可抑制振荡频率的变动。
另外，根据本发明的另一振荡装置，包括：加法部，获取温度检测值与温度目标值之间的差分；加热器，包含发热用电阻，连接于供给正电压的电源部；及PNP型晶体管，经由该发热用电阻，发射极连接于所述电源部且集电极接地；恒压供给部，用以供给预先设定的电压；以及差动放大器，输出端连接于所述PNP型晶体管的基极。通过此种构成，可以抵消所述电源部的电压变动的方式使电流流至所述发热用电阻及晶体管，从而可抑制振荡频率的变动。
附图说明
图1为本发明的第1实施方式的OCXO的方块图。
图2为所述OCXO中所包含的发热控制电路的电路图。
图3为本发明的第2实施方式的OCXO的方块图。
图4为所述OCXO中所包含的发热控制电路的电路图。
图5为表示信号变化的情况的示意图。
图6为表示所述第2实施方式中所包含的发热控制电路的变形例的电路图。
图7为表示所述第2实施方式的OCXO的变形例的方块图。
图8为表示评价试验的结果的曲线图。
图9为表示评价试验的结果的曲线图。
图10为表示评价试验的结果的曲线图。
图11为表示评价试验的结果的曲线图。
图12为表示评价试验的结果的曲线图。
图13为表示评价试验的结果的曲线图。
图14为表示评价试验的结果的曲线图。
图15为表示评价试验的结果的曲线图。
图16为表示评价试验的结果的曲线图。
图17为表示评价试验的结果的曲线图。
图18为表示评价试验的结果的曲线图。
图19为表示评价试验的结果的曲线图。
图20为表示评价试验的结果的曲线图。
图21为表示第3实施方式的OCXO的方块图。
图22为表示所述第3实施方式中所包含的发热控制电路的方块图。
图23为表示所述发热控制电路的变形例的方块图。
图24为表示评价试验的结果的曲线图。
图25为表示评价试验的结果的曲线图。
具体实施方式
(第1实施方式)
图1为本发明的实施方式的OCXO 1的方块图。OCXO 1中包含第1晶体振荡子11、第2晶体振荡子12、以及使这些晶体振荡子振荡的第1振荡电路11A、第2振荡电路12A。第1振荡电路11A、12A例如是由考比次(colpitts)型振荡电路构成。在第1振荡电路11A及第2振荡电路12A的后段侧连接有频率差检测部13、修正值运算部14、加法部15、锁相环(Phase-lockedLoop，PLL)电路部16、低通滤波器(Low-pass Filter，LPF)17及晶体压控振荡器(VoltageControl X-tal Crystal Oscillator，VCXO)18。将这些各电路设于恒温槽中。
所述PLL电路部16将来自第1振荡电路11A的振荡输出设为时钟信号，将相当于脉冲信号与来自VCXO 18的反馈脉冲的相位差的信号模拟化，所述脉冲信号是基于作为数值的频率设定信号而生成，对所述模拟信号进行积分并输出至低通滤波器17。VCXO 18的输出为OCXO 1的振荡输出。
与来自第1振荡电路11A的振荡输出f1和来自第2振荡电路12A的振荡输出f2的频率差ΔF相对应的值对应于放置有晶体振荡子11、12的环境的温度，可称为温度检测值。再者，为了便于说明，f1、f2也分别表示第1振荡电路11A及第2振荡电路12A的振荡频率。在该例中，频率差检测部13获取{(f2-f1)/f1}-{(f2r-f1r)/f1r}的值，该值相当于相对于温度而处于比例关系的温度检测值。f1r及f2r分别为在基准温度例如25℃下的第1振荡电路11A的振荡频率及第2振荡电路12A的振荡频率。
修正值运算部14基于所述温度检测值与预先制成的频率修正值的关系而算出频率修正值。所述频率修正值为如下值：当第1晶体振荡子11的温度从目标温度产生变动时，用以补偿其变动量即所述时钟信号的温度变动量的值。在加法部15中输入该频率修正值与存储于存储器10中的设定值并相加，从而设定频率设定信号。而且，从加法部15向PLL电路部16输入该频率设定信号。通过变更控制电压Vc，从加法部15输出至PLL电路部16的频率设定信号发生变化。由此OCXO 1的振荡输出频率发生变化。
更详细而言，PLL电路部16包括直接数字合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)电路部、分频器及相位比较部。基于从所述DDS电路部输出的锯齿波而形成参照用时钟，利用相位比较部来比较对VCXO 18的输出进行分频的输出信号与所述参照用时钟的相位，将比较结果输出至LPF 17。通过来自LPF 17的输出来控制VCXO 18的输出。所述DDS电路部将从第1振荡电路11A输出的频率信号用作基准时钟，并输入有用以输出目标频率的锯齿波的控制电压。但是，所述基准时钟的频率具有温度特性，因此为了取消该温度特性，将输入至所述DDS电路部的所述控制电压和与来自所述加法部15的频率修正值相对应的信号相加。如此，OCXO 1也可作为TCXO而构成，从而构成为如下装置：进行由后述的发热电路的作用、与该修正值运算部14的频率修正而实现的双重的温度对应，因而可以高精度而使输出稳定。
所述温度检测值与频率修正值的关系被存储于存储器10中。例如，若设为(f2-f2r)/f2r＝OSC2、(f1-f1r)/f1r＝OSC1，则在生产晶体振荡子时通过实测而获得(OSC2-OSC1)与温度的关系，根据该实测数据而导出抵消相对于温度的频率变动量的修正频率曲线，利用最小二乘法来导出9次的多项近似式系数。而且将多项近似式系数预先存储于所述存储器10中，修正值运算部14使用这些多项近似式系数来进行修正值的运算处理。
进而，将所述温度检测值从频率差检测部13输出至加法部21，在加法部21中，该温度检测值与存储于所述存储器10中的设定值(目标温度值)相加。将作为该加法值的控制信号输出至环路滤波器(loop filter)22并进行积分，将所述积分值输出至脉宽调制(Pulse-width modulation，PWM)电路23。
PWM电路23进行利用固定时间的脉冲信号来显示14位(bit)的数字信号(-213至+213为止的2的补码(complement))的转换。例如，在最小H脉冲宽度为10nsec的情况下，将214*10-9＝16.384msec设为固定时间，并显示其间的脉冲数数字信号。具体而言以如下方式表示。当14位的数值为零时，16.384msec间的H脉冲数为213个。当14位的数值为-213时，16.384msec间的H脉冲数为零个。当14位的数值为213-1时，16.384msec间的H脉冲数为214-1个。即，PWM电路23具有将数值转换为模拟值的作用。
在PWM电路23的后段设有低通滤波器(LPF)24，将来自PWM电路23的输出平均化而将与作为该输出的脉冲数相应的直流电压输出至后述的发热控制电路3。总体来说，在作为所述壳体的恒温槽内的温度高于设定温度的情况下、低于设定温度的情况下，分别基于所述{(f2-f1)/f1}-{(f2r-f1r)/f1r}，以可输出用以补偿所述恒温槽内的温度与设定温度的偏差的电压V1的方式，在频率差检测部13与发热控制电路3之间设置运算电路。
在集成电路25中包含振荡电路11A、12A、频率差检测部13、修正值运算部14、加法部15、PLL电路部16、LPF 17、加法部21、环路滤波器22、及PWM电路23。图中26为OCXO1的输入有电源电压Vcc的端子，从OCXO 1的外部施加3.3V的电压。另外，在构成电源部的所述输入端子26与所述集成电路25之间的线路中设有作为使电压稳定化的恒压供给部的调节器27。利用该调节器27，在构成集成电路25的所述各电路中供给有3V的电源电压。因此，从LPF 24输出至发热控制电路3的电压V1不因电源电压Vcc的变动而产生变动。也将调节器27的输出供给至发热控制电路3。
将集成电路25、晶体振荡子11、12、LPF 17、24、VCXO 18、发热控制电路3收纳于壳体内，通过发热控制电路3的晶体管的发热而以该壳体内成为固定的温度的方式进行控制。即，将所述壳体构成为恒温槽，并构成为：以晶体振荡子11、12的周围温度固定的方式进行控制，从而自晶体振荡子11、12获取稳定的振荡输出。
继而，参照图2的方块图来对发热控制电路3进行说明。发热控制电路3包括差动增幅器31及PNP型晶体管32，从LPF 24输出的模拟电压经由实现控制信号的信号通路的信号通路41而输入至该差动增幅器31的+侧的输入端子。在信号通路41中介隔设置有作为第3分压电阻的电阻R3。将差动增幅器31的输出端连接于PNP型晶体管32的基极而施加控制电压。所述PNP型晶体管32的集电极接地。电源电压输入端子26经由信号通路42而连接于所述PNP晶体管32的发射极，在信号通路42中插入有发热用电阻RL。利用所述PNP型晶体管32及发热用电阻RL而构成加热器。
设有将电源电压输入端子26与发热用电阻RL之间、电阻R3与差动增幅器31的+侧的输入端子连接的信号通路43，在信号通路43中插入有作为第4分压电阻的电阻R4。另外，设有将恒压供给部27、与信号通路42中发热用电阻RL和PNP晶体管32的发射极之间连接的信号通路44，在该信号通路44中串联地设有作为第1分压电阻的电阻R1、作为第2分压电阻的电阻R2。
所述差动增幅器31及各电阻R1～R4构成控制电压供给电路4。该控制电压供给电路4以补偿由电源电压Vcc的变动而引起的加热器电功率P的变动的方式，形成用以对晶体管32供给控制电压的电压变动抑制部，所述加热器电功率P为供给至该晶体管32的电功率与供给至发热用电阻RL的电功率的合计。加热器电功率P＝Vcc×I，该I为各自供给至发热用电阻RL及晶体管32的发射极的电流。图2中，将从LPF 24供给至发热控制电路3的电压表示为V1。当该V1为固定时，即便所述电源电压Vcc产生变动，所述加热器电功率P的变动也得到补偿，以该加热器电功率P成为固定值的方式构成发热控制电路3。
若对所述加热器电功率P进行补充说明，则加热器电功率P为供给至发热用电阻RL的电压×供给至发热用电阻RL的电流I(＝供给至发热用电阻RL的电功率)+供给至晶体管32的电压×供给至晶体管32的电流I(＝供给至晶体管32的电功率)。其中，如后述的评价试验所示般，相对于供给至晶体管32的电功率，供给至发热用电阻RL的电功率非常小。
继而，对发热控制电路3的作用进行说明。来自所述LPF 24的输出电压V1例如为1V而设为固定，此处对设定为2V的电源电压Vcc变动为2.2V的例子进行说明。另外，将加热器电功率P控制为1W。为了便于说明，图2中，将电源电压Vcc为2V时的电压设为V0、将电源电压Vcc为2.2V时的电压设为V0′来对供给至晶体管32的发射极的电压进行说明。另外，将差动增幅器31的+侧所输入的电压设为VA，将-侧所输入的电压设为VB。
当Vcc为2V时，由于P＝Vcc×I(设为式1)，故为了将加热器电功率P设为1W，1＝1/2＝0.5A。另外，由于I＝(Vcc-V0)/RL(设为式2)，故I＝(2-V0)/RL。因而，0.5A＝(2-V0)/RL，若将该式变形，则成为V0＝2-0.5RL(设为式3)。
当Vcc为2.2V时，根据式1，则另外，根据式2，则I＝(2.2-V0′)/RL。因而，0.46A＝(2.2-V0′)/RL，因此V0′＝2.2-0.46RL(设为式4)。根据式3、式4，则当Vcc从2V变动为2.2V时，V0需要增加(2.2-0.46RL)-(2-0.5RL)＝(0.2+0.04RL)V。总之，当Vcc从2V上升至2.2V时，对差动增幅器31的输入电压VA、VB一起上升，但VA、VB的上升率互不相同。结果，通过VA、VB上升，PNP晶体管32的基极电位变低，因此以晶体管32的发射极电压V0上升(0.2+0.04RL)V的方式来决定各零件的电路常数。
关于Vcc从2.0V降低的情况，发射极电压V0以与该降低相对应的方式降低，由此加热器电功率维持为1W。另外，如上所述，来自LPF 24的输出电压Vp与晶体振荡子11、12的周围温度的检测值相对应，将该输出电压Vp输入至差动增幅器31中，因此来自差动增幅器31的输出因该温度检测值的变动而产生变动。如此，基于与温度检测值相应的电压、和与电源电压Vcc相应的电压来控制所述加热器电功率P，由此以晶体振荡子11、12的周围温度成为固定的方式进行控制。
所述频率差检测部13的输出即OSC2-OSC1与温度的关联度极高。在OCXO 1中，将来自该OSC2-OSC1的输出和与电源电压Vcc相对应的输出输入至差动增幅器31中，将该差动增幅器31的输出供给至PNP型晶体管32的基极，控制在晶体管32中流通的电流，由此控制晶体管32的发热量。因而，所述晶体管32的发热量高精度地与晶体振荡子11、12的周围温度相对应，且以与电源电压的变动相应地补偿因所述变动引起的温度变化的方式进行控制所述晶体管32的发热量。因而，可以所述周围温度成为设定温度的方式高精度地控制，从而使OCXO1的振荡输出稳定化。
(第2实施方式)
以与OCXO 1的差别点为中心来对第2实施方式的OCXO 5进行说明。该OCXO 5中的相对于OCXO 1的差别点在于：如图3所示般，在PWM电路23的后段包括发热控制电路50。第1实施方式中设于PWM电路23的后段的LPF 24如后所述般设为包含于发热控制电路50中。
图4为发热控制电路50的方块图。该发热控制电路50包含第1实施方式中说明的发热控制电路3。在该第2实施方式的发热控制电路3中，也与第1实施方式同样地，当通过电源电压Vcc上升而施加至差动增幅器31的+侧的输入端子的电压及施加至-侧的输入端子的电压一起上升时，以较施加至所述-侧的输入端子的电压的上升率而施加至所述+侧的输入端子的电压的上升率变大的方式来设定各电阻R的电阻值。
构成所述发热控制电路3的信号通路41的另一端依序经由电阻51、电阻52、缓冲放大器53的输出端、输入端而连接于PWM电路23。在电阻51、52间及电阻51、R3间设有接地的电容器54、55。这些电阻51、52、电容器54、55构成已述的LPF 24。
将输入端子26与信号通路41连接的信号通路43产生分支，该分支端经由电阻61而连接于差动增幅器62的一侧的输入端子。另外，设有将调节器27与差动增幅器62的+侧的输入端子连接的信号通路63，在信号通路63中介隔设置有电阻64。在信号通路63中，在电阻64与差动增幅器62之间连接有其中一端接地的电阻66的另一端。差动增幅器62的输出端以可供给电源电压的方式连接于缓冲放大器53的增益调整端(未图示)。在差动增幅器62的输出端与缓冲放大器53之间连接有电阻67的其中一端，电阻67的另一端连接于差动增幅器62的一侧的输入端子与电阻61之间。差动增幅器62及电阻61、64、66、67构成用以从电源电压输入端子26向缓冲放大器53供给电源电压的电源电压供给电路60。
缓冲放大器53接地，且以该缓冲放大器53的输入侧的阻抗无限大、输出侧的阻抗成为0的方式构成，防止从LPF 24向PMW电路23的信号的逆流。如图5的示意图所示般，从PWM电路23输出矩形波的电压信号。缓冲放大器53将所述矩形波增大而输出至LPF 24。该增大的增益因从所述电源电压供给电路60供给至该缓冲放大器53的增益调整端的电源电压的变动而产生变动，电源电压越大，增益越大。所述LPF 24将来自缓冲放大器53的输出平均化，并将与该输出的负载比(duty ratio)及矩形波的电平相应的直流电压输出至控制电压供给电路4。
关于发热控制电路3，所述加热器电功率P＝Vcc×I，因此加热器电功率P与电源电压Vcc的对应为比例关系。另外，作为LPF 24的输出电压的V1与加热器电功率P的关系也以比例关系来表示。输出电压V1与PWM电路23的输出的负载比相对应，因此也以比例关系来表示该负载比与加热器电功率P，即便Vcc变动，该比例关系也不会变动。将来自PWM电路23的输出设为固定，如果电源电压Vcc从规定值上升例如该规定值的10％，由此加热器电功率P相对于规定值而上升该规定值的10％，那么以可从缓冲放大器53获得使所述上升的10％的加热器电功率降低的输出的方式控制来自电源电压供给电路60的输出电压，并以该加热器电功率成为固定的方式进行控制。
对该第2实施方式的发热控制电路50的动作进行说明。当电源电压Vcc从规定的值上升时，向电源电压供给电路60的差动增幅器62的一侧的输入端子供给的电压上升，从差动增幅器62向缓冲放大器53供给的电源电压降低。由此，来自缓冲放大器53的输出降低，从而来自所述LPF 24的输出电压V1降低。该输出电压V1的降低量与电源电压Vcc的上升量相对应。而且，输出电压V1降低，相应地晶体管32的基极电位变低，因此晶体管32的发射极电压V0上升，加热器电功率P的变动得到补偿。由此，将构成OCXO 5的恒温槽内的温度保持为设定温度。
当电源电压Vcc从规定的值降低时，向电源电压供给电路60的差动增幅器62的一侧的输入端子供给的电压降低，从差动增幅器62向缓冲放大器53供给的电源电压上升。由此，来自缓冲放大器53的输出上升，从而来自所述LPF 24的输出电压V1上升。该输出电压V1的上升量与电源电压Vcc的降低量相对应。而且，输出电压V1上升，相应地晶体管32的基极电位变高，因此晶体管32的发射极电压V0降低，加热器电功率P的变动得到补偿。由此，将构成OCXO 5的恒温槽内的温度保持为设定温度。
通过该第2实施方式的OCXO 5包括此种发热控制电路50，与OCXO 1同样地，可抑制由施加至输入端子26的电源电压Vcc的变动而引起的加热器电功率的变动，因而可以高精度将恒温槽内的温度控制为设定温度，从而以高精度使振荡频率稳定。另外，如后述的实验所示般，在OCXO 5中可在较OCXO 1更广的槽内的温度范围内使加热器电功率稳定化。
关于第2实施方式的发热控制电路，也可包括NPN型晶体管71来代替PNP型晶体管32。图6如所述般示出包括NPN型晶体管71的发热控制电路72的一例，NPN型晶体管71的集电极经由发热用电阻RL而连接于电源电压输入端子26，NPN型晶体管71的发射极接地。另外，其他的与第2实施方式的发热控制电路50的差别可列举：将信号通路41即缓冲放大器53、环路滤波器24连接于差动增幅器31的一侧的输入端子，且将连接于输入端子26的信号通路42连接于差动增幅器31的+侧的输入端子。
而且，在该发热控制电路72中，通过与已述的发热控制电路50相同的作用，当电源电压Vcc产生变动时，加热器电功率P的变动得到补偿。即，通过电源电压Vcc从规定的值产生变动，来自缓冲放大器53的输出、NPN型晶体管71的基极电位发生变化，晶体管71的发射极电压发生变化，从而加热器电功率P成为固定。在该例中，关于加热器电功率P＝Vcc×I的电流I为流至晶体管71的发射极的电流。
如上所述，PWM电路23具有将数字信号转换为模拟信号并加以输出的作用，如此可代替PWM电路23而设置能够进行数模转换的电路。图7中示出在第2实施方式的OCXO 5中，设置数模转换器(Digital to analog converter，DAC)73来代替PWM电路23的例子。向该DAC73中供给来自所述环路滤波器22的输出、与作为参考信号的来自电源电压供给电路60的信号，所述信号是通过模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)74转换为数值而成。在DAC 73中使来自环路滤波器22的输出、所述参考信号的电压值、及预先设定的增益(gain)相乘，将与该相乘值相对应的电压供给至缓冲放大器53。
评价试验1-1
对与本发明有关而进行的评价试验加以说明。作为评价试验1-1，进行测定频率偏差与从晶体管32的集电极输出的电流的值的试验，所述频率偏差是根据与第1实施方式中说明的OCXO 1大致相同地构成的OCXO(表记为试验用OCXO)的振荡输出频率而获得。该试验用OCXO在LPF 24的后段不包括控制电压供给电路4，因此LPF 24的输出电压不经该控制电压供给电路4调整而供给至晶体管32。使电源电压Vcc在3.3V±2.5％的范围内变动而进行所述测定。
图8的上段的曲线表示所述频率偏差产生变动的情况，下段的曲线表示来自所述集电极的输出电流的值产生变动的情况。所述频率偏差为((基准频率-所测定的频率)/基准频率)，上段的曲线的纵轴表示该频率偏差(单位：ppb)，下段的曲线的纵轴表示所述电流值(单位：mA)。各曲线的横轴表示从规定时刻起经过的时间(单位：分钟)。如上段的曲线所示般，观察到频率偏差的过冲(over shoot)，该过冲的峰值成为±3ppb。
评价试验1-2
作为评价试验1-2，使用第1实施方式中说明的OCXO 1来代替试验用OCXO，以与评价试验1-1相同的条件进行试验。图9的曲线表示该评价试验1-2的结果，且与图8同样地，表示频率偏差产生变动的情况与从集电极输出的电流产生变动的情况。如根据曲线而明确般，在评价试验1-2中未观察到频率偏差的过冲，频率偏差的变动范围较评价试验1-1中的频率偏差的变动范围而言小。即，通过包括控制电压供给电路4，关于OCXO 1的输出频率，显示具有高的稳定性。
评价试验2
关于第1实施方式中说明的发热控制电路3，使供给至输入端子26的电源电压Vcc以于纵轴表示该电源电压且横轴表示时间的曲线中描绘正弦波的方式在3.3V±5％的范围内变动。而且，如此一面使电源电压Vcc变动，一面使从PWM电路23向LPF 24的输出逐渐上升，从而测定晶体管32的加热器电功率P(＝Vcc×I)。
图10的曲线表示该评价试验2的结果。曲线的横轴表示从规定的时刻起经过的时间(单位：秒钟)。纵轴表示电压(单位：V)及电功率(单位：W)。在曲线中仅显示规定时间的电源电压Vcc变化的情况，在加热器电功率P测定中，以与显示的周期相同的周期持续变动。关于加热器电功率P，曲线的线稠密，因此为了便于图示，代替表示该曲线的线而以附加点的多边形的形式来对变动范围进行表示。关于该多边形的一部分，在箭头的前端表示将曲线的横轴的标尺的间隔设定为更大时的电功率变化的情况。
如该图10的曲线所示般，根据从LPF 24输出的电压V1的值而加热器电功率P产生变动的幅度不同，在电压V1为1.5V～2.1V的范围内尤其将电功率P的变动幅度抑制得小。在OCXO 1中电压V1与晶体振荡子11、12的周围温度相应地变化。根据该实验结果，在以OCXO1的恒温槽内的温度成为规定范围内的方式进行设定的情况下，可抑制加热器电功率P的变动，结果，来自OCXO 1的输出频率显示出稳定化。
评价试验3
关于第1实施方式中说明的发热控制电路3，使供给至输入端子26的电源电压Vcc一面以于纵轴表示该电源电压且横轴表示时间的曲线中描绘正弦波的方式变动，一面使所述值逐渐上升，并且使从LPF 24供给至发热控制电路3的输出电压V1逐渐上升。求出此时的供给至晶体管32的集电极的电压(已述的电压V0)、电流I、及根据这些电压与电流而算出的电功率。另外，求出供给至发热用电阻RL的电压、电流I、及根据这些电压与电流而算出的电功率。关于这些电流、电压的测定部位，在图2中示为点(point)S、T。
图11、图12的曲线表示该评价试验3的结果。曲线的横轴表示来自所述LPF 24的输出电压(单位：V)。纵轴分别表示电压(单位：V)、电流(单位：A)、电功率(单位：W)。图11表示供给至晶体管32的电压、电流及电功率，图12表示供给至发热用电阻RL的电压、电流及电功率。其中，为了便于说明，关于图11中供给至晶体管32的电压，表示(测定值-2)×0.2的值。关于图11、图12，各曲线的波形稠密，因此包围电压的波形、电流的波形、电功率的波形所表示的区域，而在包围圈内各自附加斜线、水平线、点而表示。
图13、图14的曲线分别为将图11、图12的曲线中输出电压为1.90V～2.10V的范围内的所述电压、电流、电功率的波形放大者。图13、图14的曲线中分别以实线、点划线、虚线来表示所述电压、电流、电功率。关于晶体管32，如图13所示般，以与电压的波形及电流的波形相同的周期变动，若电压上升则电流降低，相反地，若电压降低则电流上升。即，关于晶体管32的电功率，如实施方式中说明般，显示为所述变动得到抑制。如图14所示般，关于发热用电阻RL，以与电压的波形及电流的波形相同的周期变动，电压与电流一起上升及降低。即，供给至发热用电阻RL的电功率与供给至晶体管32的电功率不同，且并未以所述值成为固定的方式进行补偿。其中，如图13、图14所示般，相对于供给至晶体管32的电功率，供给至发热用电阻RL的电功率非常小，因此加热器电功率P受到发热用电阻RL的电功率的影响小。
图15的曲线表示供给至图11所示的晶体管32的电功率+供给至图12所示的发热用电阻RL的电功率即加热器电功率P。曲线的横轴与图11、图12同样地，表示由LPF 24供给的电压V1，纵轴表示该加热器电功率P。在所述电压V1为1V～2.5V的范围内，与评价试验2的结果同样地，可将加热器电功率P的值的变动抑制得小。即，可在规定的温度范围内抑制加热器电功率P的变动，从而可确认本发明的效果。
评价试验4
关于第2实施方式中说明的OCXO 5的发热控制电路50，与评价试验2同样地，一面使电源电压Vcc及来自LPF 24的输出电压V1(参照图4)变动，一面测定加热器电功率P。图16的曲线表示该评价试验4的结果。在该图16的曲线中，关于所测定的加热器电功率P的单位，与评价试验2的图10的曲线不同，设为mW。使电源电压Vcc以描绘正弦波的方式变动，因此关于电压V1，由于受其影响而与评价试验2不同，如曲线所示般，使其一面以波状变动一面逐渐上升。而且，在测定中加热器电功率P以描绘一次直线的方式随着时间经过而降低。即，由电源电压Vcc的变动而引起的加热器电功率P变动的幅度极少。
然而，该评价试验4与所述评价试验2一起使电压V1在0V～3V左右的范围内变动。该电压V1与晶体振荡子11、12的温度检测值相对应，因此在评价试验2、4中，在大致相同大小的温度范围下测定加热器电功率P的变动。而且，评价试验4通过评价试验2，相对于电压Vcc的变动而抑制了加热器电功率P的变动。因而，与第1实施方式的OCXO 1相比，可以说第2实施方式的OCXO 5可在更广的温度范围内抑制加热器电功率P的变动。因而，OCXO5具有恒温槽内的设定温度的自由度高的优点。
评价试验5
关于第2实施方式中说明的发热控制电路50，使供给至输入端子26的电源电压Vcc一面以于纵轴表示该电源电压且横轴表示时间的曲线中描绘正弦波的方式变动，一面使来自LPF24的输出电压V1与时间一起上升。图17为关于该电源电压Vcc的曲线，横轴表示所述电压V1(单位：V)，纵轴表示所述电源电压Vee。为了便于图示，仅示出一部分波形，在使所述电压V1从0V变动至2.7V为止的期间内，使电源电压Vcc周期性地变动。如此，分别测定使电源电压Vcc及电压V1变动时的供给至晶体管32的电功率及供给至发热用电阻RL的电功率。
图18、图19为表示测定结果的曲线，分别以实线、虚线表示分别供给至晶体管32、发热用电阻RL的电功率。曲线的横轴、纵轴分别表示输入电压V1(单位：V)、电功率(单位：W)。图19为关于图18的曲线而将输入电压V1为0V～0.5V的范围内的各电功率的波形放大而表示者。如该图19的曲线所示般，供给至晶体管32的电功率与供给至发热用电阻RL的电功率以相同的周期产生变动。而且，当供给至晶体管32的电功率上升时，供给至发热用电阻RL的电功率降低，相反地，当供给至晶体管32的电功率降低时，供给至发热用电阻RL的电功率上升，即晶体管32的电功率的变动与发热用电阻RL的电功率的变动相互消除。
图20的曲线表示供给至图18所示的晶体管32的电功率+供给至发热用电阻RL的电功率、即加热器电功率P。在控制电压为0V～2.5V的范围内可抑制加热器电功率P的变动，加热器电功率P通过控制电压的上升而呈大致直线状地降低。因而，关于第2实施方式而确认到可在广的温度范围内抑制加热器电功率P的变动。
(第3实施方式)
一面参照图21，一面以与第2实施方式的OCXO 5的差别点为中心来对第3实施方式的OCXO 8进行说明。该OCXO 8包括数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)区块81及分频器86。DSP区块81除包含已述的频率差检测部13、修正值运算部14、加法部15及PWM(Pulse with Modulation)电路23以外，也包含PI运算部82及一次修正部83。另外，在OCXO8中，将图1所示的存储器10示为寄存器84，且将已述的PLL电路部16与VCXO18示为一个PLL区块85。PLL区块85的输出为所述VCXO 18的输出，该VCXO 18的输出通过分频器86而进行分频，成为该OCXO 8的输出。
在作为一个大规模集成电路(Large scale integrated circuit，LSI)的集成电路25内形成有所述DSP区块81、第1振荡电路11A、第2振荡电路12A、PLL区块85、寄存器84及分频器86。其中，VCXO 18为晶体振荡器，因此包含晶体振荡子，该晶体振荡子设于集成电路25的外部，但省略图示。与第1及第2实施方式同样地，在集成电路25中经由调节器27而施加有电压(VDD)。另外，在集成电路25的外部设有外部存储器87。在外部存储器87中存储有用以使OCXO 8动作的各参数，例如当OCXO 8的电源投入时，将该参数读入所述寄存器84中，并将该参数从寄存器84输出至频率差检测部13或PWM电路23等OCXO 8的各部而设定。关于第1及第2实施方式的OCXO 1、OCXO 5，也同样地在各部中设定从外部存储器87读入的各参数，但在其他各图中省略外部存储器87的图示。
将所述DSP区块81设于第1振荡电路11A、第2振荡电路12A的后段侧。当对该DSP区块81的动作进行说明时，将从频率差检测部13输出的温度检测值ΔF输入至PI运算部82及修正值运算部14。PI运算部82通过对所述温度检测值ΔF进行积分而输出运算值(记载为PI运算值)。将PI运算值输入至PWM电路23与一次修正部83。在一次修正部83中使系数与PI运算值相乘，并使设定值与所述相乘值相加。在加法部15中，将所述一次修正部83的输出值与在修正值运算部14中算出的频率修正值相加。
而且，来自加法部15的输出信号最终成为频率设定信号，并输入至PLL区块85中所包含的DDS电路部，从而从DDS电路部输出PLL的参照用时钟。所述PI运算值例如与温度的变化成比例地产生变动，因此一次修正部83的输出为与温度变化相对应的输出。通过基于该一次修正部83的输出而输出频率设定信号，可更确实地抑制由温度变化而引起的所述参照用时钟的变动。
在该OCXO 8中设有发热控制电路80来代替第2实施方式的发热控制电路50，将PWM电路23的输出供给至该发热控制电路80。一面参照图22，一面以与图4所示的发热控制电路50的差别点为中心来对该发热控制电路80进行说明。发热控制电路80包括缓冲放大器53、电源电压供给电路89、LPF 24及发热电路90，与发热控制电路50同样地，将来自PWM电路23的输出依序经由缓冲放大器53、LPF 24而输入至发热电路90。缓冲放大器53的增益可与第2实施方式同样地，基于电源电压供给电路89的输出来进行控制。
电源电压供给电路89是与图4所示的电源电压供给电路60大致同样地构成。若以差别点为中心来进行说明，则电源电压供给电路89包括在作为正电压的VCC的输入端子26与接地之间相互串联地连接的电阻91、92。而且，成为如下的构成：在供给电源电压VCC且接地的差动增幅器(第1差动放大器)62的一侧的输入端子连接有信号通路43的其中一端，该信号通路43的另一端经由电阻61而连接于电阻91与92之间。
继而，若对发热电路90进行说明，则发热电路90是由NPN型晶体管93、PNP型晶体管94及发热用电阻RL构成。所述LPF 24连接于NPN型晶体管93的基极，NPN型晶体管93的集电极连接于PNP型晶体管94的基极。NPN型晶体管93的发射极与PNP型晶体管94的集电极相互连接，且经由发热用电阻RL而接地。即，NPN型晶体管93及PNP型晶体管94进行倒置达林顿(inverted darlington)连接，由此可提高发热量。在PNP型晶体管94的发射极连接有输入端子26，並施加有电源电压VCC。从PWM电路23至NPN型晶体管94的信号通路相当于基于温度检测值而生成的控制信号的信号通路。
当电源电压VCC上升时，向电源电压供给电路89的差动增幅器62的一侧的输入端子施加的电压上升，来自该差动增幅器62的输出降低。由此，从缓冲放大器53经由LPF 24而向NPN型晶体管93的基极供给的控制电压降低。通过控制电压的降低，分别供给至NPN型晶体管93的集电极、PNP型晶体管94的发射极、发热用电阻RL的电流各自降低，因此可抑制加热器电功率的上升。所谓加热器电功率，在该例中为将以下积相加而成者：供给至NPN型晶体管93的集电极的电流与施加至该集电极的电压的积、供给至PNP型晶体管94的发射极的电流与施加至该发射极的电压的积、供给至电阻RL的电流与供给至该电阻RL的电压的积。
当电源电压VCC降低时，向差动增幅器62的一侧的输入端子施加的电压降低，来自该差动增幅器62的输出上升。由此，从缓冲放大器53经由LPF 24而向NPN型晶体管93的基极供给的控制电压上升。通过控制电压的上升，分别供给至NPN型晶体管93的集电极、PNP型晶体管94的发射极、发热用电阻RL的电流各自上升，因此可抑制加热器电功率的降低。
如此，以补偿VCC的变动的方式供给至NPN型晶体管93、PNP型晶体管94、发热用电阻RL的电流发生变化，与OCXO 5同样地可抑制加热器电功率的变动，从而保持为固定。即，可抑制由VCC的变动而引起的构成OCXO 8的恒温槽内的温度变化。进而，如已述般利用DSP区块81生成与温度变化相应的频率设定信号而输出至PLL区块85，基于所述频率设定信号而由PLL区块85中所包含的DDS电路部生成PLL的参照用时钟。因而，在OCXO 8中，可更确实地抑制所述输出变动。
然而，连接于缓冲放大器53的晶体管并不限于NPN型。图23中表示作为发热控制电路80的变形例的发热控制电路95。该发热控制电路95包括发热电路96而代替发热电路90，LPF24与发热电路96经由反相增幅电路97而连接。且构成为当电源电压VCC降低，从缓冲放大器53向LPF 24的输出增加时，从反相增幅电路97向发热电路96的输出降低。发热电路96与发热电路90不同，未设置NPN型晶体管93，而是包含PNP型晶体管94及发热用电阻RL，将PNP型晶体管94的基极连接于反相增幅电路97。来自反相增幅电路97的输出越低，从电源电压VCC的输入端子26向PNP型晶体管94的发射极及发热用电阻RL供给的电流越变大。即，如上所述，在电源电压VCC降低的情况下，向PNP型晶体管94的发射极、发热用电阻RL供给的电流增大，可抑制加热器电功率的变动。
(评价试验)
评价试验6
作为评价试验6-1，关于图22中说明的发热控制电路80，使来自PWM电路23的输出电平变化来测定加热器电功率(单位：W)。每次进行测定时变更电源电压VCC，在各测定中分别设定为5V、4.75V、5.25V。图24为表示该测定结果的曲线，曲线的横轴、纵轴分别表示PWM电路23的输出电平、加热器电功率。在VCC为5V、4.75V、5.25V的情况下，曲线的形状大致相同。即，在该发热控制电路80中，可抑制由电源电压VCC的变化而引起的加热器电功率的变动。
作为评价试验6-2，将PWM电路23的输出不经由缓冲放大器53而供给至LPF 24，在从该LPF 24供给至发热电路90的构成的电路中，与评价试验6-1同样地，使来自PWM电路23的输出电平变化来测定加热器电功率(单位：W)。以与评价试验6-1相同的方式在每次测定时变更电源电压VCC。图25为与评价试验6-1同样地表示评价试验6-2的结果的曲线。针对每个电源电压VCC而曲线的斜率不同，随着PWM电路23的输出电平变大，各电源电压VCC间的加热器电功率的差变大。根据评价试验6-1、6-2的结果可知，设置缓冲放大器53及电源电压供给电路89可抑制加热器电功率的变动，因此有效。
[符号的说明]
1、5、8：OCXO
11、12：晶体振荡子
13：频率差检测部
26：电源电压输入端子
3、50：发热控制电路
31：差动增幅器
32：PNP型晶体管
4：控制电压供给电路
60、89：电源电压供给电路
90、96：发热电路

Claims (7)

1.一种振荡装置，利用温度检测部对放置有振荡输出用晶体振荡子的环境的温度进行检测，基于温度检测值而控制加热器的温度来使所述温度稳定化，所述振荡装置的特征在于包括：
缓冲放大器，插入于基于所述温度检测值而生成的控制信号的信号通路；
加热器，包含晶体管，所述晶体管以集电极及发射极位于电源部与接地之间的方式设置，且基极连接于所述缓冲放大器的输出端；以及
第1差动放大器，为了以抵消所述电源部的电压变动的方式调整所述缓冲放大器的增益而设置，增大与所述电源电压相对应的电压和预先设定的电压之间的差分并输入至所述缓冲放大器的增益调整端。
2.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于，所述加热器包含发热用电阻，所述发热用电阻设于供给正电压的所述电源部与所述接地之间。
3.根据权利要求1或2所述的振荡装置，其特征在于，包括电压变动抑制部，所述电压变动抑制部包含第2差动放大器，所述第2差动放大器设于所述缓冲放大器的输出侧，将与所述电源部的电压相对应的电压及所述缓冲放大器的输出侧的电压分别输入至正的输入端及负的输入端的其中一者及另一者，并且使输出端连接于所述晶体管的基极，且所述电压变动抑制部构成为以抵消所述电源部的电压变动的方式使电流流至所述晶体管。
4.根据权利要求3所述的振荡装置，其特征在于，所述晶体管为将发射极经由所述发热用电阻而连接于所述电源部且集电极接地的PNP型晶体管，且
在所述发热用电阻与所述发射极之间经由串联连接的第1分压电阻及第2分压电阻而连接有用以供给预先设定的电压的恒压供给部，所述振荡装置在所述缓冲放大器的后段包括：第3分压电阻，插入于控制信号的信号通路且连接于所述第2差动放大器的正的输入端；以及第4分压电阻，连接于所述电源部与所述发热用电阻之间、所述第2差动放大器的正的输入端与所述第3分压电阻之间，将第1分压电阻与第2分压电阻之间及所述差动放大器的负的输入端连接。
5.一种振荡装置，利用温度检测部对放置有振荡输出用晶体振荡子的环境的温度进行检测，基于温度检测值而控制加热器的温度来使所述温度稳定化，所述振荡装置的特征在于包括：
加法部，获取所述温度检测值与温度目标值之间的差分；
加热器，包含发热用电阻，连接于供给正电压的电源部，及PNP型晶体管，经由所述发热用电阻，发射极连接于所述电源部且集电极接地；
恒压供给部，用以供给预先设定的电压；
差动放大器，输出端连接于所述PNP型晶体管的基极；
第1分压电阻及第2分压电阻，在所述发热用电阻与所述发射极之间、与所述恒压供给部之间相互串联地连接而设置；
第3分压电阻，介隔设置于所述加法部与所述差动放大器的正的输入端之间；以及
第4分压电阻，连接于所述电源部与所述发热用电阻之间、所述差动放大器的正的输入端与所述第3分压电阻之间；
且将第1分压电阻与第2分压电阻之间及所述差动放大器的负的输入端连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的振荡装置，其特征在于，所述温度检测部包括：第1晶体振荡子及第2晶体振荡子；第1振荡电路及第2振荡电路，分别连接于这些晶体振荡子；以及频率差检测部，将相当于这些振荡电路的振荡频率的差分的信号获取为温度检测值。
7.根据权利要求6所述的振荡装置，其特征在于，所述振荡输出用晶体振荡子兼用所述第1晶体振荡子。
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