DE3629588A1

DE3629588A1 - Kristalloszillator-kompensationsschaltung

Info

Publication number: DE3629588A1
Application number: DE19863629588
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Leitl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-08-30
Filing date: 1986-08-30
Publication date: 1988-03-03
Also published as: US4949055A; WO1988001810A1; EP0323466A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Kristalloszillator-Kompensations schaltung mit einem Oszillatorkristall, im folgenden kurz Kristall genannt, der von einer Kristall-Oszillatorschaltung zum Schwingen angeregt wird, und einer einstellbaren Kapazi tät zum Einstellen der Frequenz des Oszillators.

Stand der Technik

Oszillatorkristalle sind piezoelektrische Kristalle, in der Regel Quarzkristalle. Es handelt sich meistens um quaderförmi ge Plättchen, die in einer bestimmten Kristallrichtung aus einem Kristall herausgeschnitten sind. Diese Plättchen werden auf zwei gegenüberliegenden Flächen mit Elektroden versehen, denen eine Wechselspannung zugeführt wird. Entspricht die anregende Frequenz der Resonanzfrequenz oder der Antiresonanz frequenz des Kristalls, schwingt dieser mit großer Amplitude, was wiederum dazu benützt wird, die Frequenz der Oszillator schaltung zu stabilisieren. Die Frequenz des Kristalls läßt sich mit Hilfe eines Bauteils mit einstellbarer Blindreak tanz, in der Regel einer Kapazitätsdiode, in gewissen Grenzen verändern.

Schwingt ein Kristall aufgrund vorgegebener Abmessungen, einer vorgegebenen Schnittrichtung und einer vorgegebenen Steuerspannung an der Kapazitätsdiode mit einer bestimmten Frequenz, so wird diese Frequenz nur für eine gewisse Tempera tur und nur für gewisse Zeit gehalten. Ändert sich die Tempe ratur, ändert sich auch die Frequenz. Auch mit fortschreiten der Zeit treten Frequenzänderungen auf.

Das zeitabhängige Verhalten der Frequenz wird dadurch so klein wie möglich gehalten, daß Quarze verwendet werden, die bei erhöhten Temperaturen, z. B. 80-90 Grad Celsius für einige Zeit, z. B. für einige Monate gealtert wurden. Nach einer derartigen Behandlung ändern sich die Kristalleigen schaften mit fortlaufender Zeit nur noch wenig.

Die Temperaturabhängigkeit der Frequenz versucht man dadurch zu kompensieren, daß der Kristall in Serie und/oder in Reihe mit mindestens einem Kondensator mit temperaturabhängigem Kapazitätswert betrieben wird. Die Kondensatorschaltung wird dabei so ausgebildet, daß der durch sie bewirkte temperatur abhängige Einfluß auf die Frequenz des Kristalls gerade den jenigen Einfluß auf die Oszillatorfrequenz kompensieren soll, der durch die Temperaturänderung des Kristalls bedingt ist. Die mit solchen Schaltungen erzielte Frequenzstabilität ist allerdings nicht allzu zufriedenstellend. Erheblich bessere Ergebnisse, nämlich Stabilitäten von etwa 10 ppb werden dann erzielt, wenn ein Kristall mitsamt seiner Ansteuerschaltung in einem sehr genau geregelten Thermostaten untergebracht wird. Teilweise wird sogar mit einem Thermostat gearbeitet, der seinerseits in einem Thermostaten angeordnet ist.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Temperaturkom pensation teure und raumaufwendige Maßnahme und die Alterung langwierige und damit ebenfalls teure Maßnahmen erfordert, wenn sehr hohe Frequenzstabilität erwünscht ist.

Darstellung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Kristalloszillator-Kompensationsschal tung weist außer einem Kristall, der von einer Kristall-Os zillatorschaltung zum Schwingen angeregt wird, und einer ein stellbaren Kapazität zum Einstellen der Oszillatorfrequenz noch einen Port, einen Speicher, einen Temperatursensor und eine logische Schaltung auf. Der Port dient zum Anschließen eines Meßmittels zum Messen von Eigenschaften des Kristalles. Aus den Meßdaten errechnete Kennzahlen des Kristalls werden im genannten Speicher gespeichert. Der Temperatursensor, der so angeordnet ist, daß er immer möglichst dieselbe Temperatur aufweist wie der Kristall, gibt sein Temperatursignal an die logische Schaltung, die abhängig vom jeweiligen Temperatur signal ein Temperatur-Kompensationssignal an die einstellbare Kapazität abgibt, wobei bei einer Temperaturänderung von einer ersten Temperatur zu einer zweiten Temperatur das Tempe ratur-Kompensationssignal um einen solchen Betrag nach einer bekannten Gesetzmäßigkeit unter Berücksichtigung der gespei cherten Kennzahlen geändert wird, daß der dadurch bedingte Einfluß zum Verschieben der Oszillatorfrequenz gerade denjeni gen Einfluß zum entgegengesetzten Verschieben aufhebt, der durch die Temperaturänderung bedingt ist.

Mit einer solchen Kompensationsschaltung läßt sich eine Stabi lität der Oszillatorfrequenz von ebenfalls 10 ppb erzielen. Es ist jedoch offensichtlich, daß dies mit sehr billigen und raumsparenden Mitteln möglich ist. Die genannten Bauteile sind nämlich wesentlich billiger und kleiner als ein Thermo stat oder gar ein Doppelthermostat.

Mit einer anderen erfindungsgemäßen Schaltung ist es durch einfache Änderungen oder Ergänzungen der ersten Schaltung mög lich, auch den Einfluß von Beschleunigungskräften zu kompen sieren. Dazu weist die Schaltung, u. U. zusätzlich, einen Be schleunigungssensor auf, der ein Beschleunigungssignal an die logische Schaltung abgibt, das entsprechend dem Temperatursig nal zum Kompensieren der durch eine Beschleunigungsänderung bedingten Frequenzänderungseffekte verwendet wird.

Eine dritte erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht es, Alte rungseffekte zu kompensieren. Dadurch entfällt die Notwendig keit, Oszillatorkristalle zu verwenden, die über lange Zeit bei erhöhter Temperatur künstlich gealtert wurden, und die daher verhältnismäßig teuer sind. Vielmehr kann ein gerade erst hergestellter, billiger Oszillatorkristall Verwendung finden.

Durch Alterung bedingte Frequenzeffekte ändern sich mit einer logarithmischen Funktion von der Zeit. Die zugehörigen Kri stallkonstanten für die Funktion können durch Messung der Os zillatorfrequenz zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt wer den. Die logische Schaltung ist dann in der Lage, aufgrund der genau festliegenden Funktion für den zugehörigen Kristall und aufgrund einer Zeitmessung zu jedem Zeitpunkt diejenige Kompensationsspannung zu ermitteln, die den durch Alterung bedingten Frequenzänderungseffekt kompensiert.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Alterungs funktion jedoch nicht durch die logische Schaltung sondern durch eine besondere Alterungsschaltung nachgebildet. Eine solche Alterungsschaltung kann so aufgebaut sein, daß sie nur sehr wenig Strom verbraucht, z. B. nur einige µA, während eine logische Schaltung, z. B. ein Mikroprozessor einen Strom verbrauch von etwa 50 mA hat. Angesichts dieser geringen Stromaufnahme reicht eine Batterie sehr geringer Kapazität, vorzugsweise eine Li-Batterie, dazu, die Alterungsschaltung über einige Jahre hinweg zu betreiben, wodurch in dieser Zeit das Alterungsverhalten, auch unter Berücksichtigung von Tempe raturschwankungen, jederzeit genau nachgebildet wird, also auch dann, wenn das Gerät, in dem der Kristall angeordnet ist, und damit auch die logische Schaltung innerhalb der Kri stalloszillator-Kompensationsschaltung für längere Zeit nicht betrieben wird.

In anfänglichen Versuchen hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung herkömmlicher Oszillatorschaltungen die Temperatur kompensation mit einer erfindungsgemäßen Kristalloszillator- Kompensationsschaltung zwar besser als bei herkömmlichen Kom pensationsschaltungen erfolgte, jedoch noch nicht völlig zu friedenstellend. Es ergab sich, daß der Grund darin lag, daß bei herkömmlichen Oszillatorschaltungen der Temperaturgang des Oszillatortransistors einen Effekt auf die Kapazitätsdio de ausübt, der durch die erfindungsgemäße Kompensationsschal tung nicht berücksichtigt werden kann. Gemäß einer vorteilhaf ten Weiterbildung weist eine Oszillatorschaltung innerhalb einer erfindungsgemäßen Kristalloszillator-Kompensationsschal tung einen Oszillatortransistor auf, zwischen dessen Basis und Kollektor der Kristall, ein Entkopplungskondensator und die Kapazitätsdiode in der genannten Reihenfolge liegen. Da bei liegt die Versorgungsspannung am Kollektor an und die aus der Versorgungsspannung unter Berücksichtigung der Kompensa tionssignale gewonnene Steuerspannung für die Kapazitätsdiode wird zwischen dieser und dem Entkoppelungskondensator zuge führt. Damit liegt die Kapazitätsdiode zwischen zwei Spannun gen, die auf eine einzige Spannung bezogen sind, die zudem hin kaum temperaturabhängig ist. Daher ist nur noch der Tempe raturgang des Kristalles, nicht aber auch ein Temperaturgang der anregenden Schaltung zu kompensieren.

Weitere Vorteile und Wirkungen der Erfindung sowie andere vor teilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen werden im fol genden anhand von Figuren näher veranschaulicht.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 schematische Darstellung zum Erläutern von Schnitt richtungen von Oszillatorkristallen aus einem Quarz-Einkristall;

Fig. 2 Diagramm zum Erläutern des temperaturabhängigen Frequenzganges eines Schwingquarzes;

Fig. 3 Diagramm des alterungsbedingten Frequenzganges eines Schwingquarzes;

Fig. 4 Blockdiagramm einer Kristalloszillator-Kompensa tionsschaltung;

Fig. 5 schematisches Blockdiagramm zum Erläutern des Kalibriervorganges für die Schaltung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 Schaltbild für die Ansteuerung einer Kapazitäts diode innerhalb einer Oszillatorschaltung, die Teil der Schaltung gemäß Fig. 4 ist;

Fig. 7 schematisches Blockdiagramm zum Erläutern der Funk tion eines Beschleunigungssensors;

Fig. 8 schematische perspektivische Darstellung zum Erläu tern der Ausrichtung eines Beschleunigungssensors in bezug auf einen Schwingquarz;

Fig. 9 Blockdiagramme einer Alterungsschaltung; und

Fig. 10 Schaltbild einer Alterungsschaltung gemäß dem Blockdiagramm von Fig. 9.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die weiter un ten anhand der Fig. 4 bis 6 näher erläutert wird, basiert auf Gesetzmäßigkeiten des Verhaltens von Schwingquarzen, wie sie nun anhand der Fig. 1 bis 3 näher beschrieben werden.

Im Schnitt gemäß Fig. 1 durch einen Quarz-Einkristall 11 in der y-z-Ebene sind Schnittrichtungen für übliche Schnitte ein getragen, wobei hier insbesondere auf den AT-Schnitt hingewie sen wird. Übliche Schwingquarze 12 sind in etwa parallel zu dieser Richtung AT aus dem Quarz-Einkristall 11 in Form qua derförmiger Stäbe ausgeschnitten. Die Frequenz, in der solche Quarze betrieben werden schwankt in weiten Grenzen, von denen Schwinger im Bereich zwischen 1-20 MHz am häufigsten verwen det werden. Üblich sind Schwinger mit 5 MHz oder 10 MHz. Ande re Frequenzen werden in der Regel durch Teilung der genannten Frequenzen gewonnen.

Die Resonanzfrequenz (oder die Antiresonanzfrequenz) eines Quarzoszillators ist temperaturabhängig, was in Fig. 2 darge stellt ist, zeitabhängig, was in Fig. 3 dargestellt ist, und beschleunigungsabhängig, was nicht näher dargestellt ist, da dieser Effekt in der Regel von untergeordneter Bedeutung ist.

Der Frequenzgang in Abhängigkeit von der Temperatur genügt be stimmten Gesetzmäßigkeiten. Bei einem Quarz in AT-Schnittrich tung ist die Gesetzmäßigkeit eine kubische Parabel, für die gilt:

Δ f/f = k _a (T - T ₀) + k _b (T - T ₀)³

Dabei ist f die Schwingungsfrequenz, T ist die Temperatur des Quarzes und k _a, k _b und T ₀ sind Konstanten, die für jeden Quarz individuell zu bestimmen sind und insbesondere von der Abweichung der Schnittrichtung von der AT-Richtung abhängen.

In Fig. 2 ist auch dargestellt, daß der genannte Frequenzgang einem Hystereseeffekt unterworfen ist, was allerdings über trieben gezeichnet ist. So hat die relative Frequenzänderung bei einer Temperatur T ₁ beim Erwärmen des Kristalls einen kleineren Wert (Δ f/f)_1u als beim Abkühlen, wo der Wert (Δ f/f) _1o beträgt. Entsprechendes gilt bei einer höheren Tempe ratur T ₂. In Fig. 2 ist die Temperatur, bei der von Erwärmen auf Abkühlen umgekehrt wird mit T ₃ bezeichnet.

In Fig. 3 sind zwei Alterungsverläufe für einen einzigen Quarz dargestellt, nämlich einmal der Verlauf, den der Quarz bei einer Temperatur T ₁ aufweist, und zum anderen der Ver lauf, den der Quarz bei einer höheren Temperatur T ₂ aufweisen würde (zu einem bestimmten Zeitpunkt t kann der Quarz jedoch immer nur eine einzige Temperatur aufweisen). In der halbloga rithmischen Darstellung gemäß Fig. 3 ergeben sich für jede Temperatur zwei lineare Kurvenabschnitte. Der erste Abschnitt erstreckt sich vom Herstellungszeitpunkt bis zwei Tage nach der Herstellung. In dieser Zeit altern Quarze sehr schnell. Danach erfolgt eine erheblich geringere Alterung, die jedoch mit zunehmender Temperatur nach der Gesetzmäßigkeit exp (-k _d/T) erfolgt. Die zeitbedingte Änderung erfolgt loga rithmisch. Damit gilt für den Frequenzgang der Alterung:

Δ f/f = k _c e ^-k d ^/T lnt

Dabei sind k _c und k _d Konstanten, die für jeden Oszillator in dividuell zu bestimmen sind.

Die Kristalloszillator-Kompensationsschaltung 13 weist den be reits erwähnten Quarz 12, eine Kapazitätsdiode 14, einen I/O- Port 15, einen Speicher (PROM) 16, einen Temperatursensor 17, eine logische Schaltung 18 und eine Kristall-Oszillatorschal tung 19 mit einer automatischen Verstärkungsregelungsschal tung 20 (AGC = automatic gain control) auf.

Die Kapazitätsdiode 14 und der Quarz 12 sind über einen Ent koppelungskondensator 23 in Reihe geschaltet. Der Kapazitäts diode 14 wird vom D/A-Konverter 21 eine analoge Kompensations spannung U _K zugeführt. Diese entspricht einem Digitalwert, der dem D/A-Konverter 21 über einen Bus 24 von der logischen Schaltung 18 zugeführt wird. Die logische Schaltung 18 errech net den genannten digitalen Wert aufgrund der oben angegebe nen Gesetzmäßigkeit für den temperaturabhängigen Frequenzgang abhängig von der vom Tempratursensor 17 gemeldeten Tempera tur. Dieser Temperatursensor ist, wie auch die Kapazitätsdio de 14 in gutem Wärmekontakt mit dem Quarz 12 angeordnet, was durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, die die genann ten Bauteile einschließt. Der Temperatursensor 17 gibt ein analoges Signal an den Analog/Digital-Wandler 22, das dieser nach dem Umwandeln in ein digitales Signal über den Bus 24 an die logische Schaltung 18 weiterleitet. Der Bus ist in Fig. 4 nach unten offen dargestellt, um anzudeuten, daß an ihn noch weitere Bauteile angeschlossen sein können. Beispiele werden unten aufgeführt.

Das Speichern der obenerwähnten Gleichungskonstanten k _a, k _b und T ₀ erfolgt auf eine Art und Weise, wie sie nun anhand von Fig. 5 näher erläutert wird.

Die beschriebene Kristalloszillator-Kompensationsschaltung 13 wird in einem Thermostaten 25 angeordnet, der durch eine Hei zung 26 auf eine Temperatur geheizt wird, die von einer Kali brierschaltung 27 geregelt wird. Die Kalibrierschaltung 27 überwacht gleichzeitig das Signal vom Temperatursensor 17, wie es ihr über den I/O-Port 15 zugeführt wird. Bleibt das Temperatursignal über einige Zeit unverändert, was anzeigt, daß sich konstante Temperaturverhältnisse eingestellt haben, mißt die Kalibrierschaltung 27 die Frequenz f, wie sie von der Kristall-Oszillatorschaltung 19 ausgegeben wird. Diese Frequenz wird mit der Frequenz eines Frequenznormals 28, z. B. einer Atomuhr, verglichen. Das Frequenznormal ist auf eine Frequenz eingestellt, auf der auch die Oszillatorschal tung 19 dauernd schwingen soll. Wird eine Abweichung der Fre quenzen festgestellt, verändert die Kalibrierschaltung die an die Kapazitätsdiode 14 geleitete Kompensationsspannung U _K so lange, bis Übereinstimmung der Frequenzen vorliegt. Das Sig nal zum Einstellen der Kompensationsspannung wird der Kri stalloszillator-Kompensationsschaltung 13 über den I/O-Port 15 zugeführt.

Dieser Vorgang wird für mehrere Temperaturen durchgeführt, wo bei die Kalibrierschaltung 27 zu jeder Temperatur, bei der der Abgleichvorgang erfolgt, den zugehörigen Wert für das Sig nal zum Einstellen der Kompensationsspannung speichert. Aus z. B. fünf Meßpunkten innerhalb eines Temperaturbereiches zwi schen -10 Grad Celsius und +60 Grad Celsius lassen sich die temperaturabhängigen Kennzahlen des vorliegenden Quarzes, also die Konstanten k _a, k _b und T ₀ sehr genau bestimmen. Diese Konstanten werden von der Kalibrierschaltung 27 über den I/O- Port 15 an den Speicher gegeben, der in der Kristalloszil lator-Kompensationsschaltung 13 gemäß Fig. 5 nicht mehr als PROM 16, sondern als EEPROM 16.1 ausgebildet ist. Die Verwen dung eines EEPROM hat den Vorteil, daß die Konstanten zu einem späteren Zeitpunkt wieder verändert werden können, z. B., wenn nach längerer Zeit ein Nachkalibrieren erfolgt. Dies ist auch möglich, wenn statt des PROM 16 ein NOVRAM ver wendet wird.

Nach diesem Kalibriervorgang wird die Kristalloszillator-Kom pensationsschaltung 13 von der Kalibrierschaltung 27 getrennt und steht danach zur Verwendung in einer größeren Schaltung, die sehr genau frequenzstabilisiert sein muß, zur Verfügung.

Nach dem Kalibrieren funktioniert die Kristalloszillator-Kom pensationsschaltung 13 so, daß auf ein jeweiliges Signal vom Temperatursensor 17 hin die logische Schaltung 18 unter Aus nutzung der im EEPROM 16.1 gespeicherten Werte, der dort ge speicherten Gesetzmäßigkeit und eines dort gespeicherten Pro grammes errechnet, welche Kompensationsspannung U _K der Kapazi tätsdiode 14 zugeführt werden muß, um den Frequenzänderungsef fekt zu kompensieren, der durch eine Temperaturänderung in be zug auf einen früheren Zeitpunkt hervorgerufen ist. So wird die Frequenz f der Oszillatorschaltung 19 dauernd mit sehr ho her Genauigkeit, nämlich einer Genauigkeit von etwa 10 ppb in einem realisierten Ausführungsbeispiel konstant gehalten.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die logische Schal tung 18 durch eine CPU und einen RAM gebildet. Die CPU wird mit einer aus der Frequenz f und der Kristall-Oszillator schaltung 19 abgeleiteten Frequenz betrieben. Dadurch wird ein gesonderter Taktoszillator für die logische Schaltung eingespart.

Die Ansteuerung der Kapazitätsdiode 14 ist in der Kristall- Oszillatorschaltung gemäß Fig. 6 näher dargestellt. Die Oszil latorschaltung verfügt über einen Oszillatortransistor 29, dessen Emitter über einen Widerstand geerdet ist. Die Basis erhält unter Zwischenschaltung eines kapazitiven Spannungstei lers Spannung von der AGC 20. Der kapazitive Spannungsteiler weist einerseits einen zwischen Basis und Erde liegenden Kon densator 30 und andererseits eine Kondensatoranordnung auf, die aus dem Quarz 12, dem Entkopplungskondensator 23 und der Kapazitätsdiode 14 besteht. Die Kapazitätsdiode 14 ist mit ihrem anderen Anschluß mit dem Kollektor des Oszillatortran sistors 29 sowie über eine Induktivität 53 mit einer Span nungsquelle zum Zuführen einer Versorgungsspannung U _V verbun den. Zwischen der Kapazitätsdiode 14 und dem Entkoppelungskon densator 23 liegt der Anschlußpunkt für die Steuerspannung zum Steuern der Kapazitätsdiode 14 und damit der Resonanzfre quenz des Quarzoszillators 12. Die Steuerspannung ist die obenerwähnte Kompensationsspannung U _K. Diese wird aufgrund der oben beschriebenen Gesetzmäßigkeit mit Hilfe des oben be schriebenen Verfahrens aus der Versorgungsspannung U _V gewon nen.

Aufgrund dieser Anordnung, bei der die Kapazitätsdiode 14 zwi schen den Zuführpunkten für die weitgehend temperaturabhängi ge Versorgungsspannung U _V und der aus dieser abgeleiteten Kom pensationsspannung U _K angeordnet ist, ist der Einfluß des Tem peraturgangs des Oszillatortransistors 29 auf die Resonanzfre quenz des Quarzes 12 ausgeschaltet. Dadurch ist sicherge stellt, daß der temperaturabhängige Frequenzgang des Quarzes 12 genau nach der oben angegebenen Gesetzmäßigkeit kompensier bar ist.

Die Kapazität des Entkoppelungskondensators 23 (die Entkoppe lung bezieht sich auf die Gleichspannung; für die auftretende Wechselspannung wirkt der Kondensator rückkoppelnd) beträgt 30 pF, die der Kapazitätsdiode einstellbar zwischen etwa 15 und 300 pF. Der Entkoppelungskondensator 23 weist hohe Güte auf.

Das Frequenzsignal f wird am Kollektor des Oszillatortransi stors 29 über einen Trennverstärker 51 abgegriffen, der dafür sorgt, daß Laständerungen am Ausgang keine Rückwirkung auf das Schwingverhalten der Quarzoszillatorschaltung 19 ausüben. Am Kollektor ist außerdem noch ein Schwingkondensator 52 ge gen Masse angeschlossen, der zusammen mit der ebenfalls am Kollektor angeschlossenen Induktivität 53 einen LC-Resonanz kreis bildet, der auf die erwünschte Frequenz f abgestimmt ist. Dieser besonders vorteilhafte Schaltungsaufbau führt da zu, daß unerwünschte Harmonische zur Frequenz f und auch Rausch signale ausgefiltert werden, die außerhalb der Bandbreite des LC-Resonanzkreises liegen. Dadurch erhält der Trennverstärker 51 als starkes Signal nur das mit der erwünschten Frequenz f zugeführt.

Wie erwähnt, erhält der Oszillatortransistor 29 ein Signal von der automatischen Verstärkungsregelungsschaltung AGC 20. Es handelt sich um eine übliche AGC zum Einstellen der Ver lustleistung des Quarzoszillators 12. Durch die AGC 20 wird der Quarz 12 bei einer solchen Leistung betrieben, bei der er keine Änderung der Oszillatoreigenschaften gegenüber dem nicht schwingenden Zustand des Quarzes besteht. Ein typischer Leistungswert liegt bei etwa 0,5 mW. Würde der Quarz 12 bei höheren Leistungen betrieben werden, würden sich die o. g. Konstanten in der Gesetzmäßigkeit für den temperaturabhängi gen Frequenzgang ändern. Auch andere Kenngrößen des Kristal les, z. B. in der Gesetzmäßigkeit für den alterungsbedingten Frequenzgang würden sich ändern. Besonders in bezug auf den alterungsbedingten Frequenzgang, auf den im folgenden näher eingegangen wird, ist zu beachten, daß es längere Zeitspannen geben kann, möglicherweise über die Dauer von Jahren, in denen ein Quarz 12 nicht betrieben wird, während ein anderer Quarz unter Umständen dauernd betrieben wird. Würde ein Unter schied der Konstanten für die Fälle des schwingenden und des nicht schwingenden Zustandes bestehen, müßten diese Unter schiede beim Berechnen von Kompensationsspannungen mit berück sichtigt werden, was sehr aufwendig wäre. Daher ist es in einer erfindungsgemäßen Schaltung von besonderem Vorteil, die Verlustleistung wie oben ausgeführt zu begrenzen.

Bei der Realisierung des bevorzugten Ausführungsbeispiels wer den nicht ein D/A-Konverter 21 und ein davon getrennter A/D- Konverter 22 verwendet, sondern der A/D-Konverter wird mit Hilfe des D/A-Konverters gebildet, vorzugsweise mit einer nach dem Wägeverfahren (one digit at a time) arbeitenden Schaltung. Dies gilt auch für die weiter unten beschriebenen Fälle, bei denen ein Meßsignal einem A/D-Konverter zugeführt wird. Dies ist billiger und platzsparender, als einen getrenn ten A/D-Konverter zu verwenden.

Weiterbildungen und Abwandlungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die Kristalloszillator-Kompensationsschaltung 13 gemäß dem bisher beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel kann in verschiedenen Richtungen abgewandelt, weitergebildet oder aus gestaltet sein.

Eine erste Weiterbildung geht dahin, daß zusätzlich zum Tempe ratursensor 17 noch ein Beschleunigungssensor 31 vorhanden ist, dessen Gehäuse 32, wie in Fig. 8 schematisch darge stellt, mit dem Gehäuse 33 des Quarzes 12 über eine gemein same Grundplatte 34, z. B. eine Leiterplatte, mechanisch fest verbunden ist, so daß der Beschleunigungssensor 31 nach Rich tung und Betrag dieselbe Beschleunigung erfährt wie der Quarz 12. In Fig. 8 ist dargestellt, daß der Beschleunigungssensor 31 drei Sensorkristalle 35.1 bis 35.3 in drei rechtwinklig aufeinanderstehenden Raumrichtungen aufweist, die mit a ₁, a ₂ bzw. a ₃ bezeichnet sind. Diese Sensorkristalle 35.1 bis 35.3 sind mit ihren Achsen so in bezug auf den quaderförmigen Quarz 12 ausgerichtet, daß die genannten Richtungen parallel zu den Quaderkanten verlaufen. Diese Quaderkantenrichtungen stellen die Richtungen dar, in denen die Oszillatorfrequenz in bezug auf Beschleunigungsänderungen reagiert. Es ist allerdings zu beachten, daß es von der Schnittrichtung des Quarzes 12 abhängt, ob er in allen drei Kantenrichtungen beschleunigungsempfindlich ist oder nicht. Ein Quarz 12, der genau in AT-Richtung geschnitten ist, ist im wesentlichen nur in Längsrichtung beschleunigungsempfindlich. Bei Verwendung eines solchen Schnittes könnten daher die Sensorkristalle 35.1 und 35.2 eingespart werden, deren Richtungen parallel zu den kurzen Kanten des Quarzes 12 liegen.

Statt dreier Sensorkristalle 35.1 bis 35.3, die in drei recht winklig aufeinanderstehenden Raumrichtungen ausgerichtet sind, ist es auch möglich, nur einen einzigen Sensorkristall zu verwenden, der in bezug auf Beschleunigungen in allen drei Raumrichtungen einen Meßeffekt zeigt.

Der Beschleunigungssensor 31 gibt über einen Analog/Digital- Wandler 36 ein Beschleunigungssignal an den Bus 24. Dieses Beschleunigungssignal wird entsprechend wie das Temperatursig nal vom Temperatursensor 17 verarbeitet. Das heißt, daß die Kri stalloszillator-Kompensationsschaltung 13 zunächst für ver schiedene Beschleunigungen kalibriert wird, was dadurch er folgt, daß die Kristalloszillator-Kompensationsschaltung 13 auf einem Rütteltisch angeordnet wird, der mit verschiedenen Frequenzen betrieben wird. Die Kalibrierschaltung 27 nimmt dann bei verschiedenen Rüttelfrequenzen Messungen vor und gibt wiederum solange eine Kompensationsspannung aus, bis trotz der Beschleunigungseffekte wiederum kein Unterschied zwischen der Frequenz von der Oszillatorschaltung 19 und der Frequenz des Frequenznormals 28 besteht. Bei diesem Kalibrier vorgang ermittelte Kenngrößen werden im EEPROM 16.1 abgespei chert. Ist die Kristalloszillator-Kompensationsschaltung 13 auf diese Weise in bezug auf Beschleunigungsänderungen kali briert, erfolgt beim späteren Betrieb ein Kompensieren von Frequenzverschiebungseffekten aufgrund von Beschleunigungsän derungen, entsprechend wie dies oben anhand der Kompensation in bezug auf Temperatureffekte beschrieben ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der bevorzugten Aus führungsform wird nun anhand der Fig. 9 und 10 näher be schrieben. Sie betrifft eine Alterungsschaltung 37. Diese weist ein temperaturempfindliches Bauteil 38, eine Oszillator schaltung 39, einen logarithmischen Zähler 40, eine Batterie 41, eine Mikrosicherung 42 und einen Kurzschlußtransistor 43 auf.

Das temperaturempfindliche Bauteil 38 wirkt so auf die Oszil latorschaltung 39 ein, daß diese eine Frequenz f _a ausgibt, die folgender Gleichung genügt:
f _a = k _e e ^-k f ^/T, wobei k _e und k _f Konstanten sind, die zu den Konstanten k _c und k _d derjenigen Gleichung proportional sind, wie sie anhand von Fig. 3 erläutert wurde. Der logarithmische Zähler 40 zählt die Takte von der Oszillatorschaltung 39 so, daß sein Zählwert N nicht proportional mit der Zahl der Takte an seinem Eingang zunimmt, sondern nur logarithmisch mit der Zahl der Eingangstakte. Damit nimmt der Zählwert aber auch nur logarithmisch und nicht linear mit der Zeit t zu, so daß für den Zählwert N gilt:

N = k _g e ^-k f ^/T lnt

Dabei ist die Konstante k _g der Konstanten k _c proportional, die in der anhand von Fig. 3 erläuterten Gleichung betreffend die Alterungsanhängigkeit des Frequenzganges betrifft.

Der Zählwert N wird über den Bus 24 der (in Fig. 9 nicht dar gestellten) logischen Schaltung 18 zugeführt. Diese berechnet aufgrund im EEPROM 16.1 abgespeicherter Kennzahlen ein Alte rungs-Kompensationssignal, das der Kapazitätsdiode 14 zuge führt wird. Dabei ändert die logische Schaltung das Alterungs- Kompensationssignal zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt um einen solchen Betrag, daß der dadurch be dingte Einfluß zum Verschieben der Frequenz des Oszillators gerade denjenigen Einfluß zum entgegengesetzten Verschieben aufhebt, der durch die Alterung zwischen den beiden Zeitpunk ten bedingt ist.

Die Ermittlung der Kennzahlen für das Berechnen des Alterungs- Kompensationssignales erfolgt wieder durch einen Kalibriervor gang, der dem Kalibriervorgang zum Ermitteln der Kennzahlen für die Temperaturabhängigkeit des Frequenzganges entspricht. Es wird also zu einem ersten Zeitpunkt die von der Oszillator schaltung 19 abgegebene Frequenz f solange durch Abgeben eines Signales von der Kalibrierschaltung 27 an den I/O-Port 15 verändert, bis sie mit der Frequenz vom Frequenznormal 28 übereinstimmt. Derselbe Vorgang wird für mehrere weitere Zeit punkte wiederholt und aus den jeweils erforderlichen Kompensa tionssignalen werden die Kenngrößen errechnet.

Anhand von Fig. 10 wird der Aufbau der Alterungsschaltung 37 noch genauer erläutert. Die Oszillatorschaltung 39 weist einen Operationsverstärker 44 sowie vier Widerstände und einen Kondensator auf, die zum Erzielen eines Oszillators in üblicher Weise verdrahtet sind. Ein erster Widerstand, der in Fig. 10 das Bezugszeichen 45.1 trägt, hat einen Widerstands wert von 470 kOhm. Ein zweiter Widerstand 45.2 hat denselben Widerstandswert, ein dritter Widerstand 45.3 hat einen Wert von 12 MOhm und der vierte Widerstand 45.4 hat schließlich einen Widerstand von 4,7 MOhm. Der Ladekondensator 46 hat einen Kapazitätswert von 1 µF. Die Zeitkonstante wird im wesentlichen durch den Widerstandswert des Rückkopplungs widerstandes 45.3 und den Kapazitätswert des Ladekondensators 46 bestimmt, wodurch sich mit den angegebenen Werten eine Frequenz von etwa 0,1 Hz ergibt. Die Frequenz variiert jedoch dadurch in gewissen Grenzen, daß das temperaturempfindliche Bauteil 38 zwischen den positiven Eingang des Operationsver stärkers 44 und denjenigen Anschluß des Ladekondensators 46 geschaltet ist, der dem Anschluß gegenüberliegt, der an den negativen Eingang des Verstärkers 44 geschaltet ist. Durch den Einfluß des temperaturempfindlichen Bauteils 38 verändert sich der Spannungswert, bei dem die Ausgangsspannung des Ope rationsverstärkers 44 umkippt. Dies ist durch eine temperatur abhängige Charakteristik der Durchlaßspannung des temperatur empfindlichen Bauteils 38 verursacht, daß aus zwei gegenein andergeschalteten Si-Dioden besteht. Si-Dioden sind für die Alterungsschaltung 37 von besonderem Vorteil, da sie bei Er reichen der Durchlaßspannung nur sehr wenig Strom ziehen. Die Durchlaßspannung in Abhängigkeit von der Temperatur ändert sich nach der oben angegebenen inversen Exponentialfunktion, die genau dem temperaturabhängigen Frequenzgang des Quarzos zillators 12 entspricht. Die Änderung beträgt für beide genannte Bauteile etwa 1% pro K.

Der logarithmische Zähler 40 ist aus einem Vorteiler 47, einem variablen Teiler 48, z. B. einem Abwärtszähler, und einem Aufwärtszähler 49 aufgebaut. Im Ausführungsbeispiel ist der Vorteiler 47 ein 4-Bit Zähler, der bei jedem sechzehnten Takt von der Oszillatorschaltung 39 einen Impuls an den varia blen Teiler 48 weitergibt. Von diesem gehen Impulse an den Aufwärtszähler 49. Mit dem Zählwert N des Aufwärtszählers 49 wird der variable Teiler 48 voreingestellt.

Bei der genannten Taktfrequenz der Oszillatorschaltung 39 von etwa 0,1 Hz und bei Verwendung eines 12-Bit Aufwärtszählers 49 läuft dieser Zähler nach etwas mehr als drei Jahren über, wenn das temperaturempfindliche Bauteil 38 und damit auch der Quarz 12 während der ganzen Zeit bei etwa 25 Grad Celsius betrieben werden. Liegt die Betriebstemperatur dauernd bei -10 Grad Celsius, liegt die Überlaufdauer bei beinahe 4¹/₂ Jah ren, während sie bei einer Dauerbetriebstemperatur von etwa 60 Grad Celsius bei etwa 2¹/₄ Jahren liegt. Bis zu diesem Zeitpunkt des Überlaufes zählt die genannte Zähleranordnung linear zunehmend langsamer, also entsprechend dem Logarithmus der Zeit t. Läuft der Aufwärtszähler 49 dagegen über und be ginnt wieder bei Zählwert Null, führt dies auch zu einem Rück sprung in der Alterungskompensation auf den Zeitpunkt Null, was nicht zulässig ist.

Um das genannte Zurückspringen zu vermeiden, weist die Alte rungsschaltung 37 die Mikrosicherung 42 auf. Diese ist in Reihe mit dem Kurzschlußtransistor 43 geschaltet. Dessen Ba sis wird vom Aufwärtszähler 49 ein Überlaufsignal zugeführt, wodurch der Transistor 43 durchsteuert und die Mikrosicherung 42 gegenüber den Anschlüssen der Batterie 41 kurzschließt, wo durch die Sicherung durchbrennt. Vom Ausgang der Mikrosiche rung 42 führt eine Signalleitung zum Bus 24. Solange die Si cherung 42 noch nicht durchgebrannt ist, steht die Batterie spannung an dieser Signalleitung 50 an, was von der logischen Schaltung 18 festgestellt wird. Entsprechend wird der geänder te Zustand nach dem Durchbrennen der Sicherung 42 festge stellt.

Wie oben erläutert, läuft der Aufwärtszähler 49 bei Dauerbe trieb in relativ hoher Umgebungstemperatur nach etwa 2¹/₄ Jahren über. Zweckmäßigerweise wird als Batterie 41 eine Li- Batterie verwendet, die bei dauerndem Betreiben der Alterungs schaltung 37 eine deutlich höhere Lebensdauer als 2¹/₄ Jahre aufweist, damit gewährleistet ist, daß die Alterungsschaltung bis zum Auftreten des geänderten Signales an der Signallei tung 50 in vorgesehener Weise betrieben wird. Eine ausreichen de Lebensdauer von z. B. fünf Jahren weist bereits eine sehr kleine Batterie mit etwa 2 Ah auf, da die angegebene Alte rungsschaltung 37 einen Stromverbrauch von nur etwa 5 µA auf weist.

Es ist zu beachten, daß nach einem Zeitablauf von etwa 2¹/₄ Jahren alterungsbedingte Frequenzänderungen bei Quarzoszilla toren 12 nur noch sehr gering ausfallen. Die logische Schal tung 18 geht dann, da das Signal auf der Signalleitung 50 keinen hohen Pegel mehr einnimmt, dauernd vom höchsten Zähl wert des Alterungszählers 49 beim Berechnen des Alterungs-Kom pensationssignales aus. Der Überlaufwert des LN-Zählers 40 und die Lebensdauer der Batterie 41 werden grundsätzlich so ausgelegt, daß für die jeweilige Spezifikation die Restalte rung nach dem Durchbrennen der Sicherung 42 vernachlässigbar ist. In Sonderfällen kann eine neue Sicherung eingesetzt wer den und die Schaltung 13 neu kalibriert werden.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde auf einen Quarzoszillator mit AT-Schnitt Bezug genommen. Die Erfindung ist jedoch bei jedem beliebigen Oszillatorkristall, unabhän gig vom verwendeten Material und unabhängig vom verwendeten Schnittwinkel anwendbar.

Die Frequenz eines Kristalloszillators kann durch Verändern einer beliebigen Blindreaktanz in gewissen Grenzen gesteuert werden. In der Praxis ist bisher nur das Steuern mit Hilfe einstellbarer Kapazitäten, insbesondere mit Kapazitätsdioden sinnvoll, weswegen nur auf eine derartige Ansteuerung bezug genommen wurde. Bei den Ausführungsbeispielen liegt die Kapa zitätsdiode in Serie zum Quarz. Es ist jedoch auch möglich, die Diode parallel zum Quarz anzuordnen, was in der Praxis aber nur dann mit wenig Aufwand realisierbar ist, wenn ein Kristalloszillator in seiner Grundfrequenz angeregt wird. Je doch hat sich auf für diesen Fall die Serienschaltung als zweckmäßiger erwiesen.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Speicher zum Speichern der Kristalloszillator-Kennzahlen ein EEPROM oder ein NOVRAM, was, wie beschrieben, den Vorteil hat, daß bei einem Nachkalibriervorgang neue Kennzahlen auf einfache Art und Weise eingegeben werden können. Kann auf ein Nachkalibrie ren verzichtet werden, reicht es aus, einen einmalig program mierbaren ROM zu verwenden, z. B. einen EPROM. Außer den elek trisch programmierbaren Speichern können auch anders, z. B. optisch programmierbare verwendet werden, wie sie in jüngster Zeit in der Forschung entwickelt werden.

In den Ausführungsbeispielen ist die logische Schaltung 18 durch eine CPU und einen RAM gebildet. Es ist jedoch auch mög lich, die Berechnungen durch eine Gate-Anordnung vorzunehmen. Dabei bestehen zwei Möglichkeiten. Die eine ist die, daß die Gate-Anordnung so aufgebaut ist, daß sie Kompensationssignale genau nach der vorbekannten Gesetzmäßigkeit unter Berücksich tigung der gespeicherten Kennzahlen und der gemessenen Tempe ratur, einer gemessenen Beschleunigung oder eines gemessenen Zeitablaufes berechnet. Die andere Möglichkeit ist die, daß im PROM 16 beim Kalibrieren ausführliche Tabellen angelegt werden, in denen einer Vielzahl von Temperaturen jeweils ein Temperatur-Kompensationssignal und einer Vielzahl von Zeit punkten jeweils ein Alterungs-Kompensationssignal zugeordnet wird, was entsprechend auch für Beschleunigungen oder andere Einflußgrößen erfolgen kann. Die Gate-Anordnung dient dann nur dazu, abhängig von z. B. einer gemessenen Temperatur den PROM zu adressieren und ausgehend vom nachgeschlagenen Tabel lenwert für das Kompensationssignal den genauen Spannungswert des Signales zu berechnen. Ein derartiger Aufbau erfordert je doch einen sehr aufwendigen Kalibriervorgang.

Zum Berechnen eines Alterungs-Kompensationssignales ist nicht notwendigerweise eine Alterungsschaltung 37 erforderlich. Vielmehr besteht auch die Möglichkeit, durch eine Uhr den Zeitablauf darzustellen und über die logische Schaltung 18 dauernd unter gleichzeitiger Berücksichtigung des Temperatur signales vom Temperatursensor 17 die Alterung zu berechnen. Dies erfordert jedoch ein ununterbrochenes Betreiben der logi schen Schaltung 18 und damit einen Stromverbrauch, der um mehrere Größenordnungen über dem der Alterungsschaltung 37 liegt. Ein Mikroprozessor hat nämlich z. B. einen Stromver brauch von etwa 50 mA, im Gegensatz zum genannten Stromver brauch der auf extrem niedrigen Stromverbrauch konstruierten Alterungsschaltung 37 gemäß Fig. 10 mit einem Wert von etwa 5 µA. Es ist also nur dann sinnvoll, die Alterungskompensa tion über die logische Schaltung 18 vorzunehmen, wenn es sich um ein Gerät handelt, das nicht auf Batteriebetrieb angewie sen ist oder ohne Unterbrechung betrieben wird.

Wird eine Alterungsschaltung mit einem Zähler verwendet, so kann statt einer Mikrosicherung 42 auch eine beliebige andere Speichereinrichtung verwendet werden, die das Auftreten des Überlaufsignales registriert. Zum Beispiel kann beim Auftreten des Überlaufsignales die gesamte Kristalloszillator-Kompensations schaltung 13 für kurze Zeit eingeschaltet werden, nämlich so lange, bis an einer Speicherstelle des EEPROM 16.1 die Tat sache des Überlaufs abgespeichert ist.

Entsprechend dem im Speicher 16 gespeicherten Programm können auch Effekte zweiter Ordnung berücksichtigt werden, z. B. der Hystereseeffekt, wie er anhand von Fig. 2 erläutert wurde. Eine andere Möglichkeit liegt darin, eine Temperaturabhängig keit des beschleunigungsbedingten Frequenzganges zu berück sichtigen.

Von besonderem Vorteil ist es, die erfindungsgemäße Schaltung in SMD-Technik (surface mounted device) aufzubauen, da sich dabei ein Volumen von nur wenigen ccm erzielen läßt, also um Größenordnungen weniger als bei herkömmlichen sehr gut kompen sierten Kristalloszillatoren. Wird die Schaltung mit einem gut wärmeleitenden Harz vergossen, ist gewährleistet, daß alle Bauteile diejenige Temperatur aufweisen, die vom Tempe ratursensor gemessen wird.

Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Beschreibung wurde das einer Kompensationsschaltung zum Kompensieren von Temperatureffekten ausgewählt. Schaltungen zum Kompensieren von Beschleunigungs- oder Alterungseffekten wurden lediglich als Abwandlungen oder Weiterbildungen dargestellt. Diese Rang folge erfolgte, da die Temperaturkompensation für praktische Anwendungen die wichtigste Kompensation ist. Es ist jedoch durchaus möglich, die Temperaturkompensation wegzulassen, wenn z. B. ein herkömmlicher Aufbau in einem Thermostaten ver wendet wird. Dann ist aber immer noch die Alterungskompensa tion sinnvoll, falls kein vorgealteter Kristall verwendet wird, und/oder es ist Beschleunigungskompensation sinnvoll, falls die Schaltung starken Beschleunigungen, z. B. in Flug körpern ausgesetzt ist.

Claims

1. Kristalloszillator-Kompensationsschaltung mit

a) einem Oszillatorkristall, der von einer Kristall oszillatorschaltung zum Schwingen angeregt wird, und
b) einer einstellbaren Kapazität zum Einstellen der Fre quenz des Kristalls,

gekennzeichnet durch

c) einen Port (15) zum Anschließen eines Meßmittels (27) zum Messen von Eigenschaften des Kristalls (12),
d) einen Speicher (16; 16.1) zum Speichern von aus den Meßdaten errechneten Kennzahlen des Kristalls,
e) eine logische Schaltung (18), und
- einen Temperatursensor (17), der so angeordnet ist, daß er immer möglichst dieselbe Temperatur aufweist wie der Kristall,
- wobei der Schaltung (18) das Temperatursignal vom Tem peratursensor zugeführt wird, und diese abhängig vom jeweiligen Temperatursignal ein Temperatur-Kompen sationssignal (U _K) an die einstellbare Kapazität (14) abgibt, und
- -- wobei bei einer Temperaturänderung von einer ersten Temperatur (T ₁) zu einer zweiten Temperatur (T ₂) das Temperatur-Kompensationssignal von der logischen Schaltung um einen solchen Betrag nach einer bekannten Gesetzmäßigkeit unter Berücksichtigung der gespeicherten Kennzahlen geändert wird, daß der da durch bedingte Einfluß zum Verschieben der Oszillator frequenz (f) gerade denjenigen Einfluß zum entgegenge setzten Verschieben aufhebt, der durch die Temperatur änderung bedingt ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (18) den Hystereseeffekt des Tem peraturänderungs/Frequenzänderungs-Verhaltens berücksich tigt.

3. Schaltung mit den Merkmalen a-e von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- sie einen Beschleunigungssensor (31) aufweist, der ein Beschleunigungssignal an die logische Schaltung (18) abgibt, und
- die logische Schaltung abhängig vom jeweiligen Be schleunigungssignal ein Beschleunigungs-Kompensations signal an die einstellbare Kapazität (14) abgibt,
- -- wobei bei einer Beschleunigungsänderung von einer ersten Beschleunigung zu einer zweiten Beschleunigung das Beschleunigungs-Kompensationssignal von der logi schen Schaltung um einen solchen Betrag nach einer be kannten Gesetzmäßigkeit unter Berücksichtigung der ge speicherten Kennzahlen geändert wird, daß der dadurch bedingte Einfluß zum Verschieben der Oszillatorfre quenz (f) gerade denjenigen Einfluß zum entgegenge setzten Verschieben aufhebt, der durch die Beschleuni gungsänderung bedingt ist.

4. Schaltung mit den Merkmalen a-e von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- sie eine Alterungsschaltung (37) aufweist, die ein Alterungssignal an die logische Schaltung (18) abgibt, und
- die logische Schaltung abhängig vom jeweiligen Alte rungssignal ein Alterungs-Kompensationssignal an die einstellbare Kapazität (14) abgibt,
- -- wobei das Alterungs-Kompensationssignal zwischen einem ersten Zeitpunkt (t) und einem zweiten Zeitpunkt (t) nach einer bekannten Gesetzmäßigkeit unter Berücksich tigung der gespeicherten Kennzahlen um einen solchen Betrag geändert wird, daß der dadurch bedingte Einfluß zum Verschieben der Oszillatorfrequenz (f) gerade den jenigen Einfluß zum engegengesetzten Verschieben auf hebt, der durch die Alterung zwischen den beiden Zeit punkten bedingt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterungsschaltung (37) eine Oszillatorschaltung (39) und einen logarithmischen Zähler (40) aufweist, aus dessen Zählwert (N) das Alterungs-Kompensationssignal er rechnet wird.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorschaltung (39) mindestens ein in seinen Eigenschaften temperaturabhängiges Bauteil (38) aufweist, das so geschaltet ist, daß sich die Taktfrequenz des Oszillators nach dem Gesetz f = k _e × e ^-k f ^/T mit der Temperatur T ändert.

7. Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (42), die mit dem Zähler (40) verbunden ist und eine Überlauf-Information speichert, wenn der Zähler ein Überlaufsignal abgibt.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung eine Mikrosicherung (42) ist, die durchbrennt, wenn sie das Überlaufsignal erhält.

9. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung (20) innerhalb der Kristalloszillatorschaltung (19) die den Kristall (12) bei einer solchen Leistung betreibt, bei der keine Änderung der Oszillatoreigenschaften gegenüber dem nichtschwingenden Zustand des Kristalls besteht.

10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalloszillatorschaltung (19) einen Oszillator transistor (29) aufweist, zwischen dessen Basis und Kol lektor der Kristall (12), ein Entkoppelungskondensator (23) und die Kapazitätsdiode (14) in der genannten Rei henfolge angeschlossen sind, daß dabei die Versorgungs spannung (U _v) am Kollektor anliegt und die aus der Versorgungsspannung gewonnene Kompensations-Steuerspan nung (U _K) für die Kapazitätsdiode zwischen dieser und dem Entkoppelungskondensator zugeführt wird.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Kollektor des Oszillatortransistors (29) ein Schwing kondensator (52) und eine Induktivität (53) angeschlossen sind, die einen LC-Resonanzkreis bilden, der auf die erwünschte Frequenz (f) der Kristalloszillatorschaltung (19) abgestimmt ist.