CN1658500A - 石英振荡器、振荡方法及加热器 - Google Patents
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Abstract
一种石英振荡器，同时发出石英振子的多个振荡模式的振荡信号，其特征在于，具有：第1谐振子单元，从所述石英振子的输出中滤出第1振荡模式的振荡信号；第2谐振子单元，具有与所述第1谐振子单元不同的谐振频率，从石英振子的输出中滤出所述第1振荡模式的振荡信号；第1相位合成单元，将所述第1谐振子单元的输出信号和所述第2谐振子的输出信号进行相位合成；第3谐振子单元，从所述石英振子的输出中滤出第2振荡模式的振荡信号；第4谐振子单元，具有与所述第3谐振子单元不同的谐振频率，从石英振子的输出中滤出所述第2振荡模式的振荡信号；第2相位合成单元，将所述第3谐振子单元的输出信号和所述第4谐振子单元的输出信号进行相位合成。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用石英振子的振荡器，更具体讲是涉及能够同时发出石英振子的不同振动模式的多个振荡信号的石英振荡器。
背景技术
在振荡器中使用的石英振子除主振动外还产生副振动，一般为了只利用主振动，需要尽量抑制副振动，以便使其不破坏主振动。但是，目前提出了一种将这种副振动信号提取出来用于温度补偿等的控制的方案。
例如，公知SC切割或IT切割的石英振子产生主振动的振动模式(C模式)的谐振频率的高频带侧约9％的频率的副振动(B模式)。而且，B模式的信号相对温度变化，其频率呈直线性变化，所以在专利文献1(美国专利第4079280号说明书)中提出了利用该B模式的谐振频率变化进行温度补偿，使C模式的振荡频率稳定。
图1是专利文献1所示的石英振荡器的电路方框图。
在该图所示振荡器中，将反馈信号通过放大器123放大后输入SC切割的石英振子121，把来自石英振子121的输出，使用两个滤波器122a、122b输出B模式信号和C模式信号。
专利文献1所述的振荡器，可以根据B模式信号的频率极其准确地检测构成石英振子的石英片自身的温度，所以与使用从设在石英振子附近的温度传感器的输出的值的情况相比，可以进行更准确的温度补偿。
另外，在专利文献2(美国专利第4525647号说明书)和专利文献3(美国专利第4872765号说明书)记载的使用AT切割的石英振子的振荡器中，使从石英振子输出的、AT切割的厚度方向的滑动振动模式和轮廓振动模式这两个不同的振动模式的信号同时振荡。
同时发出石英振子的不同振动模式的多个振荡信号的方法在上述文献等中已经公开。但是，在各文献中没有披露用于实现同时振荡的电路的具体结构。例如，专利文献1记载的结构如图1所示，独立取出B、C模式的信号输出，但由于它们是共同输出，实际上该图的B模式和C模式的输出及反馈信号是相同信号，即输出混有B模式和C模式的信号。并且，为了独立取出B模式和C模式的信号，必须对该共同输出采用某种方法进行处理将两者分离，但关于这一点也根本没有披露。
另外，专利文献2记载的结构是，石英振子具有厚度方向的滑动振动用和轮廓振动用的独立的构成端子，具有4个输入输出端子，但实际上不存在这种石英振子。
并且，如果尝试从一个石英振子同时发出两个振动模式的振荡信号，则由于电源电压和周围温度的变动，产生只能振荡任一方信号的跷跷板现象。两个模式的信号同时振荡的电源电压和周围温度的范围非常狭窄，如果温度和电压变动并脱离该范围，则只有任一方振荡或两方均不振荡。特别是为了在接通电源的同时可靠地同时振荡，需要极其困难的微调整。但是，在上述的各专利文献中，完全没有披露用于减轻该跷跷板现象的产生的方法，根据这些文献，很难可靠地同时发出两个振荡模式的振荡信号，并稳定地保持该状态。
并且，石英振荡器的温度补偿为了稳定石英振子的振荡频率，在石英振子附近设置加热器，使其与石英振子和振荡电路进行热连接，使其恒定保持在较高的周围温度下。
该加热器的形状一般是缠绕石英振子外周的边框式，或利用金属封装体覆盖整个振荡电路部分，将加热器线缠绕在封装体外周上的热筒式等。但是，这些方式的加热器从加热器到被保持为高真空的石英振子内部的石英片的热电阻大，所以热效率降低，并且长期稳定性不足。而且装配复杂，在成本方面也不利。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够同时且稳定地发出石英振子的2个振动模式的振荡信号的石英振荡器。
并且，本发明的目的在于，提供一种热效率良好、实现可以进行高精度温度补偿控制的石英振荡器。
为了解决上述问题，本发明以同时发出石英振子的多个振动模式的振荡信号的石英振荡器为前提，具有：第1谐振子单元；第2谐振子单元；第1相位合成单元；第3谐振子单元；第4谐振子单元及第2相位合成单元。
第1谐振子单元，从所述石英振子的输出中滤出作为所述多个振荡模式之一的第1振荡模式的振荡信号；
第2谐振子单元，具有与所述第1谐振子单元不同的谐振频率，从石英振子的输出中滤出所述第1振荡模式的振荡信号；
第1相位合成单元，将所述第1谐振子单元的输出信号和所述第2谐振子的输出信号进行相位合成；
第3谐振子单元，从所述石英振子的输出中滤出作为所述多个振荡模式之一的第2振荡模式的振荡信号；
第4谐振子单元，具有与所述第3谐振子单元不同的谐振频率，从石英振子的输出中滤出所述第2振荡模式的振荡信号；
第2相位合成单元，将所述第3谐振子单元的输出信号和所述第4谐振子单元的输出信号进行相位合成。
根据该结构，通过第1相位合成单元和第2相位合成单元进行相位合成后的信号，相对频率振动具有稳定的增益和相位，所以能够使第1振荡模式的振荡信号和第2振荡模式的振荡信号均稳定振荡。
并且，所述第1相位合成单元和第2相位合成单元可以形成为例如利用差动放大器实现的结构。由此，可以避免相对温度变化的不稳定性，获得长期稳定性。
所述第1谐振子、第2谐振子、第3谐振子和第4谐振子可以形成与所述石英振子直接连接的结构。
由此，各振动模式用的结构可以利用有源电路减轻彼此的干扰。
另外，所述石英振子是SC切割或IT切割的石英振子，所述第1振荡模式是C模式，所述第2振荡模式是B模式。
根据该结构，可以使用B模式的振荡信号实现温度补偿的控制。
并且，通过形成下述结构，即还具有把所述B模式的振荡信号和C模式的振荡信号的拍频信号作为针对所述石英振子的温度信息进行抽取的拍频信号抽取单元，不必另外设置用于获得所述拍频信号的混频器。
并且，可以形成为还具有温度补偿控制单元，以所述C模式的振荡信号的振动频率为基准，求出表示所述B模式的振荡信号的振动频率和C模式的振荡信号的拍频信号的振动频率的值，在表示该拍频信号的振动频率的值的变化较小时，进行基于表示该拍频信号的振动频率的值的温度补偿控制，在表示该拍频信号的振动频率的值的变化较大时，进行基于表示该拍频信号的振动频率的值和第1规定值的温度补偿控制。
根据该结构，可以实现高精度的温度补偿控制。
并且，此时，所述温度补偿控制单元，在表示所述拍频信号的振动频率的值小于第1温度时，根据第2规定值进行所述温度补偿控制，在表示所述拍频信号的振动频率的值大于等于高于所述第1温度的第2温度时，根据第3规定值进行所述温度补偿控制。
或者，可以形成为还具有：第1温度检测单元，检测所述石英振子附近是否小于第1温度；第2温度检测单元，检测所述石英振子附近是否大于等于高于所述第1温度的第2温度，所述温度补偿控制单元在所述第1温度检测单元检测到所述石英振子附近小于第1温度时，根据第2规定值进行所述温度补偿控制，在所述第2温度检测单元检测到所述石英振子附近大于等于第2温度时，根据第3规定值进行所述温度补偿控制。
这种结构可以进行分解度细密的温度补偿控制。
另外，可以形成为还具有加热器单元，设置在具有所述石英振子的端子的部位，从所述端子加热该石英振子。
根据该结构，可以进行热效率良好的石英振子的加热。
并且，本发明也包括使用石英振子的振荡方法，在石英振荡器中使用的加热器。
根据本发明，相对电源电压的变动和温度变化，可以使两个振动模式的振荡信号同时且稳定振荡。
并且，可以实现热效率良好、高精度控制的温度补偿。
因此，能够输出精度非常高的频率信号。
附图说明
图1是表示专利文献1所示石英振荡器的电路方框图。
图2是本实施方式的石英振荡器的概略方框图。
图3是表示振荡电路部的结构示例图。
图4A、图4B是表示将通过两个滤波器的信号成分进行相位合成时的信号特性的图。
图5A、图5B是本实施方式的振荡电路部的放大电路特性的图。
图6是表示温度补偿部2的控制电路的方框图。
图7是表示温度补偿部的温度控制的图。
图8是表示第2实施方式的温度补偿部的结构图。
图9是表示第3实施方式的温度补偿部的结构图。
图10是表示本实施方式的石英振荡器使用的加热器的结构说明图。
图11是表示使驱动加热器的功率晶体管热传导接触石英振子的结构示例图。
图12是表示本实施方式的石英振荡器的封装体内部的剖面概略图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的振荡器的一实施方式。另外，在以下示例中，使用SC切割或IT切割的石英振子的结构可以列举下述结构示例，即，使同时振荡C模式的信号和B模式的信号，并且使用B模式的输出信号进行温度补偿，输出频率精度较高的C模式信号，但本发明的石英振荡器不限于使用SC切割或IT切割的石英振子，也可以适用于在例如使用AT切割的石英振子时的基波和3倍波的信号等、使用其他切割的石英振子的振荡器中，使同时振荡多个振动模式的信号的所有振荡器。
图2表示本实施方式的石英振荡器的概略方框图。
本实施方式的石英振荡器具有振荡电路部1和温度补偿部2，根据从振荡电路部1振荡的C模式的输出信号(以下称为C模式信号)、以及B模式的输出信号(以下称为B模式信号)和C模式的输出信号的拍频信号(以下称为C/B模式拍频信号)(如后面所述，在振荡电路部1具有温度开关的情况下，也考虑来自温度开关的输出)，控制加热器部3，控制振荡电路部1内的石英振子和构成振荡电路部1的各元件的温度。
图3是表示振荡电路部1的结构示例图。
在本实施方式的石英振荡器中，将通过SC切割或IT切割的石英振子Xtal的信号成分直接连接石英振子并输入，而不通过放大器等有源元件。因此，可以减轻B模式信号用电路和C模式信号用电路由于有源电路而彼此干扰。如果形成为在振荡电路的反馈环的输入端包括有源元件的结构，则在增大一方振荡模式的信号输入时，另一模式的信号输出电平降低，不能保持稳定的振荡，但在图3的振荡电路部1中，通过直接连接石英振子Xtal的输出和石英振子，即使增大一方模式的信号输入，另一模式的信号输出电平也能够保持一定值。
并且，在B模式、C模式中分别设置各两个石英谐振子，通过进行这些两个石英谐振子的输出信号的相位合成，即使频率变动时也能够获得稳定的相位和增益，所以即使温度和电源电压变动，也不会产生跷跷板现象，可以从起振时即稳定输出两个信号。
在图3中，上段表示C模式的振荡侧电路，下段表示B模式的振荡侧电路的结构，把通过上段电路振荡的C模式信号作为振荡信号输出，并且利用电阻R1对C模式信号和通过下段电路振荡的B模式信号进行弱耦合，在放大器A1放大后，利用低通滤波器LPF1去除信号内残留的B、C模式信号等的高频信号，然后把C/B模式拍频信号输出给温度补偿部2。
图3所示的C模式侧结构，石英振子Xtal的输出并联连接石英谐振子F11、F12，石英谐振子F11、F12的输出端通过输入电阻R101、R102和电容C102、C103连接晶体管TR11、TR12的基极。并且，晶体管TR11和TR12的发射极相连接，并且通过电阻R108接地，晶体管Tr11的集电极通过电阻R107连接电源DC正侧，发射极连接晶体管Tr12的集电极。晶体管Tr12的集电极通过电容C105连接倒相放大器A11的输入端，倒相放大器A11的输出被输入非倒相放大器A12，同时作为C模式信号通过电容C106输出。非倒相放大器A12的输出端通过电容C107和电阻R112连接电阻R1，并且通过电容C1连接石英振子Xtal。
另外，电阻R103、R104、R107是晶体管Tr11的偏置电阻，电阻R105、R106、R109是晶体管Tr12的偏置电阻，电阻R108是向晶体管Tr11、Tr12双方施加偏置的偏置电阻。电阻R201是晶体管Tr11的输入电阻，电阻R202是晶体管Tr12的输入电阻。电容C102、C103、C105、C106和C107是阻止直流成分、仅输入交流成分的耦合电容，电容C101、C104和C108是电源用旁路电容。
在这种结构中，来自石英振子Xtal的信号通过石英谐振子F1、F2被滤波，其输出通过由两个晶体管Tr11、晶体管12构成的差动放大器进行相位合成，该信号为使作为振荡条件之一的反馈信号和原来的信号相位相同，所以在通过倒相放大器A11使相位偏移180度的同时被放大。并且，把通过电容C106从该倒相放大器A11的输出中去除直流成分的信号作为C模式信号，输出给振荡电路部1。另外，倒相放大器A11的输出通过非倒相放大器A12与上述的C模式信号分离，并通过电容C107和电阻R112输入到电阻R1，然后与下段电路的B模式信号进行弱耦合，生成C/B模式拍频信号。
另外，下段的B模式侧的结构和C模式侧的结构大致相同，石英谐振子F21和F22对应C模式侧的石英谐振子F11和F12，晶体管Tr21和Tr22对应C模式侧的晶体管Tr11和Tr12，放大器A21和A22对应C模式侧的放大器A11和A12，偏置电阻R203～R209对应C模式侧的偏置电阻R103～R109，电阻R210～R212对应C模式侧的电阻R110～R112，耦合电容C202、C203、C205和C206对应C模式侧的耦合电容C102、C103、C105和C107，电源用旁路电容C201、C204和C207对应C模式侧的电容C101、C104和C108。
通过电容C206和电阻R212从放大器A22输出的B模式侧的输出信号，经由电阻R1与通过电容C107和电阻R112从放大器A12输出的C模式侧的输出信号弱耦合，在放大器A1放大后，通过低通滤波器LPF1去除信号内残留的B、C模式信号等的高频信号，然后作为C/B模式拍频信号输出给振荡电路部1的外部。为了进行温度补偿，把频率稳定性高的C模式信号作为时间基准值，计数B模式信号的频率波动，所以需要在混频器电路把C模式信号和B模式信号混合，生成作为差分的C/B模式拍频信号，但在本实施方式中，由于是以C/B模式拍频信号的形式从振荡电路部1内取出，所以不必在振荡电路部1的外部设置混频器电路。
在图3所示电路中，使石英振子的输出信号在C模式侧、B模式侧分别输入两个谐振子F11(F21)、F12(F22)中，通过对其穿透输出进行相位合成，由此稳定输出两个信号。
图4是表示将通过两个振子F1和振子F2的信号成分进行相位合成后的信号特性的图。
在图3所示振荡电路部1中，为了构成滤波器，在B模式侧、C模式侧分别使用两个石英谐振子，将两者的输出进行相位合成。
图4(b)表示如图4(a)所示表示使用线圈L1、L2将石英谐振子F1、F2的穿透输出进行相位合成时的输出信号OUT的相位曲线31和增益曲线32，横轴表示输入信号IN的频率，纵轴表示输出信号OUT的相位和增益水平。
把图4(a)的振子F1的中心频率设为f1，把振子F2的中心频率设为f2时，如图4(b)所示，在频率f1～f2之间的较大频率范围内，可以获得相位31和增益32稳定的区域。因此，即使由于电源电压和温度的变化，输入信号IN的频率变化时，只要在该频率f1～f2的范围内，就可以获得稳定的振荡，可以防止产生跷跷板现象。所以，选择中心频率f1、f2，以使B模式信号和C模式信号的频率到达频率f1～f2的中心f，并且即使频率因温度和电源电压的波动而变化时，也能控制在频率f1～f2之间的相位和增益不变化的范围内。
在图3所示电路中，选择石英谐振子F11和F12，以便即使C模式信号的频率因温度和电源电压的波动而变化时，也不会偏移图3的石英谐振子F11和F12的中心频率f11～f12，并且在B模式侧选择石英谐振子F21和F22，以使B模式信号的频率不偏移石英谐振子F21和F22的中心频率f21～f22的范围，由此可以稳定作为振荡条件的反馈信号的增益和相位，因此振荡电路部1能够使两个振荡模式的信号稳定振荡。
在图3的电路中，相位合成不使用线圈，而利用使用晶体管的差动放大电路实现。由此，可以避免相对使用线圈等时的温度变化的不稳定性，并且能够获得长期稳定性，所以能够实现起振时的稳定的同时振荡和同时振荡的持续进行。
另外，B模式信号由于频率波动较大，所以需要将来自两个振子的信号进行相位合成，但是C模式信号由于频率波动较小，所以不进行上述的相位合成，也可以形成使用中心频率为C模式信号的振荡频率的一个滤波器滤波石英振子Xtal的输出的结构。
在图3的电路示例中，振子F11、F12、F21和F22使用石英谐振子，但是只要能够获得充足的Q，并具有良好的温度特性，也可以是单晶滤波器等其他滤波器。
图5是表示本实施方式的振荡电路部1的放大电路特性的图。
图5(a)表示C模式侧的振荡电路部分的放大电路特性，图5(b)表示B模式侧的振荡电路部分的放大电路特性。
图5(a)表示改变B模式侧的信号输入电平时的C模式侧的输出变化，图5(a)的曲线中横轴表示B模式侧的输入信号电平，纵轴表示B模式侧和C模式侧的输出信号电平，曲线42表示B模式侧的输入信号电平，曲线41表示C模式侧的输出信号电平。
根据图5，在振荡电路部1中，即使提高B模式侧的信号输入电平42，对C模式侧的输出信号电平41也没有影响，而保持一定。
并且，图5(b)表示改变C模式侧的信号输入电平时的B模式侧的输出变化，图5(b)的曲线中横轴表示C模式侧的输入信号电平，纵轴表示B模式侧和C模式侧的输出信号电平，曲线43表示B模式侧的输出信号电平，曲线44表示C模式侧的输入信号电平。
根据图5(a)和图5(b)判明，即使同样改变C模式的输入信号电平时，B模式输出信号电平43也保持一定，C模式的输入信号电平的变化不影响B模式输出信号电平43。
这样，在本实施方式的石英振荡器中，B模式侧的振子F21、F22和C模式侧的振子F11、F22具有彼此不同的阻抗，从一方观看时，另一方成为高阻抗，所以形成彼此独立地滤波信号的结构。因此，一方的输入信号电平的变化不影响另一方的输出信号电平。
下面，说明温度补偿部2的温度控制。
温度补偿部2根据来自振荡电路部1的C模式信号和C/B模式拍频信号，控制构成振荡电路部1内的石英振子Xtal的石英片的温度。
图6是表示温度补偿部2的控制电路的方框图。
在本实施方式中，把C模式信号作为时钟信号，计数C/B模式拍频信号，利用积分器累计一定期间内的计数值，根据该值对驱动加热器部3的晶体管进行PWM控制。
一般，在起振时温度处于低的状态，如果单纯地累加计数值，由于从该起振时的较低温度状态累计值，所以累加此时的计数值累加的值偏移，不能进行准确的控制。
图6所示的控制电路就是对应这一点的电路，在温度达到预先设定的目标值之前，不进行积分器的累加，在温度超过目标值后进行累计。由此，实现准确的温度控制。
另外，在以下说明中，C模式信号为5MHz，在图6的温度补偿部2内部进行16比特处理。
在图6的温度补偿部2，首先利用分频器501把来自振荡电路部1的C模式信号分频为1/n(＝215＝32786)，生成计数用间隔时钟信号S501。并且，利用PLL倍增器518把来自振荡电路部1的C/B模式拍频信号的频率放大为100倍，获得S-CLK。通过利用计数器505计数该S-CLK，求出温度，控制加热器部3内的加热器523。
该S-CLK信号和分频器501的输出(S501)不同步，所以为了使两者同步，使用3段串联连接成的双稳态多谐振荡器502～504。向双稳态多谐振荡器502的输入端输入S501，向各时钟输入端输入S-CLK，从双稳态多谐振荡器503的输出端获得信号S503。向以S-CLK为时钟信号而动作的双稳态多谐振荡器504输入双稳态多谐振荡器503的输出S503，使延迟S-CLK的一个周期，对利用NOT电路520将该输出信号S504反转后的信号和S503，利用AND电路519取AND，把所得到的S1作为计数器505的清零信号以及寄存器506的寄存信号。
计数器505在每次输入清零信号S1时，清除基于S-CLK的计数值，并且由于清零信号S1又是寄存器506的寄存信号，所以在该信号S1的1个周期间的S-CLK被计数，该值作为倍增时钟计数输出保持信号S506由寄存器506输出给加法器507。
加法器507从事前设定的目标值和寄存器506的计数值S506进行减算，输出利用2的补码表示结果的值S507。该值被输入存储前面数据的寄存器508、比较器509和比特换算器514。
比较器509比较从寄存器508输出的前面数据和从加法器507输出的当前数据，通过16比特运算，在上位8比特的值的一致时，输出逻辑H，在不一致时输出逻辑L。
并且，在从比较器509输出H时，开关510接通，运算器507的输出S507被输入到加法器512。在从比较器509输出L时，开关511接通，2的补码的中心值0000H被输入运算器512。由此，在加法器507的输出值S507的值的变化较大，与设置于寄存器508的前面数据的上位8比特不同时，向加法器515输入0000H，在加法器507的输出值S507的值的变化较小，与设置于寄存器508的前面数据的上位8比特相同时，向加法器515输入加法器507的输出值S507。
加法器512和寄存器513构成积分器，利用加法器512合计开关510或开关511的输出、和寄存器513输出的前面数据，把结果输出给加法器515，并且设置于寄存器513，由此进行积分动作。此时，比较器509的比较结果，如上所述与上位8比特不一致时，2的补码的中心值0000H被输入运算器512，进行积分处理。另外，寄存器513的数据的更新周期为根据C/B模式拍频信号和加热器的热响应时间常数算出的数值。
在换算器514中，在不超过运算器507的开始控制时的差分数据的输出值的16比特的值的范围内进行移位乘法计算，进行换算。并且，把该换算器514的输出值和寄存器513的输出值的合计结果输入脉冲宽度调制器516。脉冲宽度调制器516根据该输入值，进行随机增减一定期间内的脉冲数量等的脉冲宽度调制，利用低通滤波器517把其转换为模拟信号后，输入加热器部3的功率晶体管，驱动加热器。
另外，在上述示例中，使用脉冲宽度调制器516和低通滤波器517执行用于进行加热器部3的加热器输入控制的模拟信号的生成，但也可以利用D/A转换器把运算器515的输出值转换为模拟数据。
这样，本实施方式的温度补偿部2考虑开始控制时的温度远离目标值的情况，进行积分值的运算，所以能够尽快控制为作为目标值的频率，实现高精度的温度控制。并且，不必进行低通滤波器517和加热器部3的模拟部分的微调整。
下面，说明温度补偿部2的第2实施方式。
图7是表示温度补偿部2的温度控制的图。
在该图中，把目标温度设为85℃，温度补偿部2根据振荡电路部1的C/B模式拍频信号进行上述的控制，但是在从起振时温度较低的时间点开始上述控制的情况下，在温度达到目标值之前需要时间，并且由于控制的范围较宽，所以控制用的分解度变差。
第2实施方式的温度补偿部2就是用来对应这一点的，在起振时温度到达特定值(在图7中为75℃)之前，全力驱动加热器使过热，在到达第1特定值之后，进行基于C/B模式拍频信号的精密控制。在温度超过第2特定值(在图7中为95℃)时，通过关闭加热器等进行控制，使其尽快降低到第2特定值(95℃)以下。
图8是表示第2实施方式的温度补偿部2的结构图。
在第2实施方式中，在振荡电路部1的石英振子Xtal附近设置95℃的温度开关和75℃的温度开关，温度补偿部2使用这些开关的输出进行温度控制。
第2实施方式的温度补偿部2除了图6的第1所示结构外，在加法器515和脉冲宽度转换器516之间还具有图8所示的构成要素。
75℃和95℃的温度开关在温度达到75℃(95℃)以上时输出逻辑H，在除此以外的温度时输出逻辑L。因此，在温度小于75℃时，75℃温度开关、95℃温度开关均输出L，所以从AND电路74向OR电路75输入最大值，并且从AND电路72、73输入0，所以脉冲宽度调制器516被输入最大值的值，加热器被全力驱动。
另外，在温度大于等于95℃时，75℃、95℃温度开关均输出H，所以从AND电路72向OR电路75输入最小值，并且从AND电路73、74输入0，所以脉冲宽度调制器516被输入最小值的值，加热器的加热处于最小状态。
另外，在温度为75℃和95℃之间时，从75℃温度开关输入H，从95℃温度开关输入L，所以从AND电路73向OR电路75输入加法器515的输出，并且从AND电路72、74输入0，脉冲宽度调制器516被输入加法器515的输出，进行和上述的第1实施方式的温度补偿部2相同的基于C/B模式拍频信号的精密的温度控制。
图9是表示第3实施方式的温度补偿部2的结构图。
第3实施方式不在振荡电路部1设置温度开关，即可实现和第2实施方式相同的控制。
第3实施方式的温度补偿部2在图6所示结构的基础上，在加法器515和脉冲宽度调制器516之间还具有图9所示的构成要素。
在第3实施方式中，利用比较器81根据加法器507的输出值控制开关82的输出。比较器81在C/B模式拍频信号所示的温度低于75℃时，向开关82输出加法器507的输出值S507的最大值，在大于等于75℃小于95℃时向开关82输出加法器515的输出，在大于等于95℃时向开关82输出最小值，脉冲宽度调制器516根据该输出值驱动加热器。
根据这种结构，在第3实施方式中，即使在振荡电路部1不设置温度开关，和第2实施方式相同，仅在75～95℃温度范围进行基于C/B模式拍频信号的精密控制，在小于75℃和大于等于95℃的温度范围，根据规定值驱动加热器，所以能够快速地达到温度，并且以细密的分解度高精度地控制狭小的温度范围。
下面，说明本实施方式的石英振荡器的加热器部3。
图10是本实施方式的石英振荡器使用的加热器的结构说明图。
在本实施方式的石英振荡器中，为了提高加热器部3的热效率，在温度上最接近石英片、即热电阻较低的部位即石英振子91的底部等的具有端子的部分，利用热传导良好的氮化铝系列粘接板等粘接与其形状相吻合的圆盘加热器92。由此，圆盘加热器92的热量从热传导率高的石英振子91的端子93直接传递给石英片，所以能够以良好的热效率加热石英片。
该圆盘加热器92通过在陶瓷圆板上溅射镍铬系列合金构成。并且，向圆盘加热器92施加电压的端子设置在圆盘加热器92的中央部和圆周部，圆盘加热器92的热分布变均匀。根据该结构，可以高精度地作进发热体的电阻值，并且能够确保长期稳定性。
并且，为了使热耦合变牢靠，圆盘加热器92和石英振子91的连接使用氮化铝系列的环氧树脂粘接剂，把加热器92的热量高效地传递给石英片。所以能够确保良好的热响应性。
并且，如图11所示，也可以使驱动加热器92的功率晶体管101热传导接触石英振子102，利用加热器92的驱动用功率晶体管101的发热来加热石英振子102。所以，能够确保更加良好的热效率。
在图11中，功率晶体管101利用银填充剂系列的粘接剂粘接在热传导用金属板102上，把其固定在石英振子103上部并形成热连接。根据该结构，在功率晶体管101发热时，该热量通过金属板102均匀地传导给石英振子103。
图12是表示本实施方式的石英振荡器的封装体内部的剖面概略图。
本实施方式的石英振荡器，把振荡电路部1的各构成要素112、未图示的温度开关、放置石英振子113和功率晶体管118的基板111装入金属封装体114，并进行真空密封，把基板111上的各要素与外部气温进行热隔绝。基板111利用机密端子119与金属封装体114的外部形成电连接。
此时，基板111被收纳在封装体114内，并且形成将其四角放置在设于封装体114内部的台座115上的状态，但在台座115的与基板111接触的部分设置玻璃116。基板111在该玻璃116上被放置成不直接接触台座115的状态，并且利用热传导性差的环氧树脂系列粘接剂117固定。
由于该玻璃116和粘接剂117的隔热性好，所以能够减少从基板111向封装体114周围的热传导。因此，能够提高加热器113的热效率，实现低功率化。
另外，玻璃116和环氧树脂系列粘接剂117只要隔热性好，也可以是其他材质。
Claims (15)
1.一种石英振荡器，同时发出石英振子的多个振荡模式的振荡信号，其特征在于，具有：
第1谐振子单元，从所述石英振子的输出中滤出作为所述多个振荡模式之一的第1振荡模式的振荡信号；
第2谐振子单元，具有与所述第1谐振子单元不同的谐振频率，从石英振子的输出中滤出所述第1振荡模式的振荡信号；
第1相位合成单元，将所述第1谐振子单元的输出信号和所述第2谐振子的输出信号进行相位合成；
第3谐振子单元，从所述石英振子的输出中滤出作为所述多个振荡模式之一的第2振荡模式的振荡信号；
第4谐振子单元，具有与所述第3谐振子单元不同的谐振频率，从石英振子的输出中滤出所述第2振荡模式的振荡信号；
第2相位合成单元，将所述第3谐振子单元的输出信号和所述第4谐振子单元的输出信号进行相位合成。
2.根据权利要求1所述的石英振荡器，其特征在于，所述第1相位合成单元和第2相位合成单元是差动放大器。
3.根据权利要求1所述的石英振荡器，其特征在于，所述第1谐振子单元、第2谐振子单元、第3谐振子单元和第4谐振子单元是石英谐振子。
4.根据权利要求1所述的石英振荡器，其特征在于，所述第1谐振子单元、第2谐振子单元、第3谐振子单元和第4谐振子单元与所述石英振子直接连接。
5.根据权利要求1所述的石英振荡器，其特征在于，所述石英振子是SC切割的石英振子或IT切割的石英振子中的至少一方石英振子，所述第1振动模式是C模式，所述第2振动模式是B模式。
6.根据权利要求5所述的石英振荡器，其特征在于，还具有拍频信号抽取单元，将所述B模式的振荡信号和所述C模式的振荡信号弱耦合，把所述B模式的振荡信号和所述C模式的振荡信号的拍频信号作为关于所述石英振子的温度信息抽取。
7.根据权利要求5所述的石英振荡器，其特征在于，还具有温度补偿控制单元，以所述C模式的振荡信号的振动频率为基准，求出表示所述B模式的振荡信号的振动频率和C模式的振荡信号的拍频信号的振动频率的值，在表示该拍频信号的振动频率的值的变化较小时，进行基于表示该拍频信号的振动频率的值的温度补偿控制，在表示该拍频信号的振动频率的值的变化较大时，进行基于表示该拍频信号的振动频率的值和第1规定值的温度补偿控制。
8.根据权利要求7所述的石英振荡器，其特征在于，所述温度补偿控制单元在表示所述拍频信号的振动频率的值小于第1温度时，根据第2规定值进行所述温度补偿控制，在表示所述拍频信号的振动频率的值大于等于比所述第1温度高的第2温度时，根据第3规定值进行所述温度补偿控制。
9.根据权利要求7所述的石英振荡器，其特征在于，还具有：第1温度检测单元，检测所述石英振子附近是否小于第1温度；第2温度检测单元，检测所述石英振子附近是否大于等于比所述第1温度高的第2温度，所述温度补偿控制单元在所述第1温度检测单元检测到所述石英振子附近小于第1温度时，根据第2规定值进行所述温度补偿控制，在所述第2温度检测单元检测到所述石英振子附近大于等于第2温度时，根据第3规定值进行所述温度补偿控制。
10.根据权利要求1所述的石英振荡器，其特征在于，还具有加热器单元，设置在具有所述石英振子的端子的部位，从所述端子加热该石英振子。
11.根据权利要求10所述的石英振荡器，其特征在于，还具有驱动所述加热器单元的功率晶体管，该功率晶体管与所述石英振子热传导连接。
12.根据权利要求1所述的石英振荡器，其特征在于，还具有将构成所述石英振荡器的元件真空密封的封装体。
13.一种石英振荡器，同时发出石英振子的多个振荡模式的振荡信号，其特征在于，具有振荡单元，相对所述多个振动模式分别设置各两个具有不同的谐振频率的谐振子，通过将这两个谐振子单元的输出进行相位合成，生成所述振荡信号。
14.一种加热器，使石英振荡器内的石英振子加热，具有：
电阻体，在陶瓷圆板上溅射镍铬系列合金而构成；
具有良好的热传导性和电绝缘性的粘接板，用于将所述电阻体粘接在所述石英振子的端子面上。
15.一种石英振荡器的振荡方法，该石英振荡器同时发出石英振子的多个振荡模式的振荡信号，其特征在于，
使来自所述石英振子的输出通过具有所述多个振荡模式之一的第1振荡模式的频率两侧的谐振频率的谐振子，将各个输出信号进行相位合成，生成所述第1振荡模式的振荡信号和反馈信号，
使来自所述石英振子的输出通过具有所述多个振荡模式之一的第2振荡模式的频率两侧的谐振频率的谐振子，将各个输出信号进行相位合成，生成所述第2振荡模式的振荡信号和反馈信号。
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