JP2000183649A - Highly stable piezo-oscillator - Google Patents

Highly stable piezo-oscillator

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JP2000183649A
JP2000183649A JP10360271A JP36027198A JP2000183649A JP 2000183649 A JP2000183649 A JP 2000183649A JP 10360271 A JP10360271 A JP 10360271A JP 36027198 A JP36027198 A JP 36027198A JP 2000183649 A JP2000183649 A JP 2000183649A
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JP
Japan
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temperature
bath
constant
frequency
thermostat
Prior art date
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Pending
Application number
JP10360271A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Sato
富雄 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toyo Communication Equipment Co Ltd filed Critical Toyo Communication Equipment Co Ltd
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce deterioration of an electronic part due to high temperature by setting the temperature of a thermostatic oven low, according to the maximum temperature of an ambient temperature. SOLUTION: The temperature of a thermostatic oven is set according to the maximum temperature of an ambient temperature. In this oscillator, a control part CONT first decides a set temperature in the thermostatic oven OVN based on an ambient temperature from a temperature sensor Tsensor, when power is inputted. For instance, when environment temperature information is 10 deg.C, the set temperature in the thermostatic oven OVN is defined as, e.g. 35 deg.C, and the control part CONT supplies the defines set temperature to a temperature control part Tcont. The part Tcont performs control so as to fix the temperature in the oven OVN to 35 deg.C, based on the supplied set temperature. If it is set to about 15 deg.C which is higher than an ambient maximum temperature in this way, the temperature in the oven keeps almost constant. Then, because the temperature in the oven OVN keeps low when an ambient temperature is low, it is possible to reduce the characteristic deterioration of an electronic component due to high temperature aging.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高安定水晶発振器に
関し、特にその周囲温度に応じて高安定水晶発振器の恒
温槽の温度及び発振周波数を設定可能とした高安定水晶
発振器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-stable crystal oscillator, and more particularly to a high-stable crystal oscillator in which the temperature and oscillation frequency of a thermostat of the high-stable crystal oscillator can be set according to the ambient temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】高安定水晶発振器は優れた周波数精度、
周波数温度特性、周波数エージング特性等を満たすため
に発振器を構成する部品のうち、少なくとも水晶振動子
及び温度検出回路等の周辺回路を恒温槽内に収容し、そ
の内部温度を一定に保つようになっており、移動体無線
基地局から測定器まで多くの分野で使用されている。図
7は従来の高安定水晶発振器の構成を示すブロック図で
あって、水晶振動子Yとそれを収容する恒温槽OVNと、該
恒温槽OVNの温度を制御する温度制御部Tcontと、発振用
の増幅器AMPとから構成されている。図8(a)は前記温
度制御部Tcontの一例であり、周知のようにサーミスタT
h、差動増幅器D.AMPとトランジスタTr及びヒーターHと
から構成する。即ち、抵抗R1と抵抗R2との直列接続回路
の抵抗R1側を電源Vccに接続し、他端を接地すると共
に、その中点から差動増幅器D.AMPの+入力に接続する。
さらに、サーミスタThと抵抗R3との直列接続回路のサー
ミスタTh側を電源Vccに接続し、他端を接地すると共
に、その中点から差動増幅器D.AMPの−入力に接続す
る。 差動増幅器D.AMPの−入力と出力端とを帰還用の
抵抗R4を介して接続し、差動増幅器D.AMPの出力をエミ
ッタ接地のトランジスタTrのベースに接続すると共に、
このコレクタと電源Vccとの間にヒーターHを接続する。
尚、少なくとも前記サーミスタThは恒温槽OVN内部に水
晶振動子に近接して配置されている。
2. Description of the Related Art A high stability crystal oscillator has excellent frequency accuracy,
Of the components that make up the oscillator in order to satisfy frequency temperature characteristics, frequency aging characteristics, etc., at least peripheral circuits such as the crystal oscillator and the temperature detection circuit are housed in a thermostat and the internal temperature is kept constant. And are used in many fields from mobile radio base stations to measuring instruments. Figure
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional high-stable crystal oscillator, which includes a crystal oscillator Y, a thermostatic chamber OVN accommodating the same, a temperature control unit Tcont for controlling the temperature of the thermostatic chamber OVN, and an oscillator for oscillation. It consists of an amplifier AMP. FIG. 8A shows an example of the temperature control unit Tcont.
h, composed of a differential amplifier D.AMP, a transistor Tr and a heater H. That is, the resistor R1 side of the series connection circuit of the resistor R1 and the resistor R2 is connected to the power supply Vcc, the other end is grounded, and the middle point is connected to the + input of the differential amplifier D.AMP.
Further, the thermistor Th side of the series connection circuit of the thermistor Th and the resistor R3 is connected to the power supply Vcc, the other end is grounded, and the middle point is connected to the negative input of the differential amplifier D.AMP. The negative input and output terminal of the differential amplifier D.AMP are connected via a feedback resistor R4, and the output of the differential amplifier D.AMP is connected to the base of a transistor Tr with a common emitter.
A heater H is connected between the collector and the power supply Vcc.
Note that at least the thermistor Th is disposed inside the thermostatic oven OVN and close to the crystal oscillator.

【0003】図7に示す高安定水晶発振器用恒温槽OVNの
設定温度は、水晶振動子Yが呈する周波数温度特性の平
坦な領域、例えばその極小値に設定するのが一般的であ
る。図8(a)に示す抵抗R1とR2とによる電源電圧Vccの
分割電圧Vrを基準電圧とし、サーミスタThと抵抗R3とに
よる分割電圧Vsを比較電圧とし、恒温槽の温度が水晶振
動子Yの周波数温度特性の極小値の温度と同一になるよ
うに、抵抗R1〜R3を調整して設定する。図8(a)に示
す温度制御部の動作は、周知のように振動子の周囲温
度、即ち恒温槽の内部温度が設定温度より変化するとサ
ーミスタThの抵抗値が変化し、比較電圧Vsと基準電圧Vr
とに差電圧が生じる。差動増幅器D.AMPは前記差電圧に
応じて出力電圧が変化し、結果的にヒーターHの電流を
変化させ、差動増幅器の2つの入力電圧の差がゼロにな
るまでサーミスタThの温度を変化させる。即ち、水晶振
動子の周囲温度が上昇すればヒーターH1に流れる電流を
少なくし、周囲温度が低下すればヒーターH1に流れる電
流を多くするように動作することにより、恒温槽内温度
を一定に保つように機能する。
The set temperature of the oven OVN for a highly stable crystal oscillator shown in FIG. 7 is generally set to a flat region of the frequency temperature characteristic exhibited by the crystal unit Y, for example, a minimum value thereof. The divided voltage Vr of the power supply voltage Vcc by the resistors R1 and R2 shown in FIG. 8A is used as a reference voltage, the divided voltage Vs by the thermistor Th and the resistor R3 is used as a comparison voltage, and the temperature of the oven is controlled by the temperature of the crystal unit Y. The resistances R1 to R3 are adjusted and set so as to be the same as the minimum temperature of the frequency temperature characteristic. As is well known, the operation of the temperature control unit shown in FIG. 8A is such that when the ambient temperature of the vibrator, that is, the internal temperature of the thermostatic chamber changes from the set temperature, the resistance value of the thermistor Th changes and the comparison voltage Vs and the reference voltage Vs Voltage Vr
And a difference voltage is generated. The output voltage of the differential amplifier D.AMP changes in accordance with the difference voltage.As a result, the current of the heater H changes, and the temperature of the thermistor Th is reduced until the difference between the two input voltages of the differential amplifier becomes zero. Change. That is, if the ambient temperature of the crystal unit increases, the current flowing through the heater H1 is reduced, and if the ambient temperature decreases, the current flowing through the heater H1 is increased so that the temperature in the constant temperature chamber is kept constant. Works like that.

【0004】図8(b)は、図7に示した発振用増幅器AM
Pの一例であって、トランジスタTrと抵抗r1〜r4と容量C
11〜C13とから構成されている。つまり、トランジスタT
rのベースには、電源電圧Vccを抵抗r1とr2とで分割した
電圧をバイアス電圧として印加し、抵抗r3を介してコレ
クタは電源Vccに接続する。さらに、トランジスタTrの
エミッタには抵抗r4と容量C12との並列回路の一端を接
続し、他端を接地すると共に、ベース−エミッタ間には
容量C11を並列接続する構成となっている。そして、出
力はコレクタより容量C13を介して取り出す。
FIG. 8B shows an oscillation amplifier AM shown in FIG.
P is an example of a transistor Tr, resistors r1 to r4, and a capacitor C
11 to C13. That is, the transistor T
A voltage obtained by dividing the power supply voltage Vcc by the resistors r1 and r2 is applied to the base of r as a bias voltage, and the collector is connected to the power supply Vcc via the resistor r3. Further, one end of a parallel circuit of a resistor r4 and a capacitor C12 is connected to the emitter of the transistor Tr, the other end is grounded, and a capacitor C11 is connected in parallel between the base and the emitter. The output is taken out from the collector via the capacitor C13.

【0005】図9は本願発明者が特願平10−125048の中
で示した温度制御部Tcontであり、温度検出回路Aと、ロ
ーパスフィルタBと、増幅回路Cと、電流駆動回路Dとか
ら構成されている。該温度制御部の動作は、温度検出回
路Aの絶縁型FET(Tr3)と抵抗R5によって発生した定電
流を、サーミスタTh1とTh2と抵抗R6とからなる直列回路
に流すと、α点には温度に応じた電圧が発生し、これを
ローパスフィルタBを介して増幅回路Cに印加し増幅す
る。増幅された電圧が電流駆動回路DのトランジスタTr1
のベースに印加され、コレクタに接続したヒーターH1に
電流を流す。
FIG. 9 shows a temperature control unit Tcont disclosed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 10-125048. The temperature control unit Tcont includes a temperature detection circuit A, a low-pass filter B, an amplification circuit C, and a current drive circuit D. It is configured. The operation of the temperature control unit is as follows. When a constant current generated by the insulated FET (Tr3) of the temperature detection circuit A and the resistor R5 flows through a series circuit composed of the thermistors Th1, Th2 and the resistor R6, the temperature at the point α Is generated and applied to the amplifier circuit C via the low-pass filter B for amplification. The amplified voltage is the transistor Tr1 of the current drive circuit D.
To the heater H1 connected to the collector and connected to the collector.

【0006】例えば、恒温槽の内部が設定温度より低い
場合、温度検出回路AのサーミスタTh1、Th2と抵抗R6の
合成値は大きな値となるので、α点の電位、即ち抵抗R4
を介してMOSFET(Tr2)に印加するゲート電位は大とな
る。該MOSFET(Tr2)のゲート−ソース間の電位が大き
くなるとドレイン電流は大となり、ドレイン部の電位は
低下する。従って、パワートランジスタTr1のベース電
流は大となって、コレクタに接続するヒーターH1に電流
が流れて発熱するように動作する。また、温度が高い場
合は逆となる。
For example, when the inside of the thermostat is lower than the set temperature, the combined value of the thermistors Th1 and Th2 of the temperature detecting circuit A and the resistor R6 becomes a large value.
, The gate potential applied to the MOSFET (Tr2) becomes large. As the potential between the gate and source of the MOSFET (Tr2) increases, the drain current increases, and the potential at the drain decreases. Therefore, the base current of the power transistor Tr1 becomes large, and the current flows to the heater H1 connected to the collector to operate so as to generate heat. The reverse is true when the temperature is high.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の高安定水晶発振
器において恒温槽の温度は、例えば水晶振動子として図
2に示すような温度特性を有するSCカット水晶振動子
を用いる場合、周囲温度より高く、温度変化による周波
数変動が少ない60度〜75度のいずれかの温度を保持する
ように設定されるのが一般的である。しかしながら、こ
のような高い温度では恒温槽内の水晶振動子はもちろん
のことその周囲に配置される電子部品は常に高温エージ
ングにさらされることになり、部品の劣化が加速されて
特性が変化し、信頼性が低下する可能性が考えられる。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであっ
て、恒温槽の温度を周囲温度の最高温度に応じて設定す
ることにより、恒温槽の温度を従来のものより、できる
かぎり低く設定し、高温による電子部品の劣化を軽減し
た高安定水晶発振器を提供することを目的とする。
In the above-mentioned highly stable crystal oscillator, the temperature of the thermostat is represented by a crystal oscillator, for example.
When using an SC-cut crystal resonator having temperature characteristics as shown in Fig. 2, it is set to maintain any temperature between 60 degrees and 75 degrees, which is higher than the ambient temperature and has less frequency fluctuation due to temperature changes. General. However, at such a high temperature, not only the crystal oscillator in the thermostat, but also the electronic components disposed around it are constantly exposed to high-temperature aging, and the deterioration of the components is accelerated and the characteristics change, Reliability may be reduced.
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and by setting the temperature of a constant temperature bath according to the maximum temperature of the ambient temperature, the temperature of the constant temperature bath is set as low as possible. It is another object of the present invention to provide a highly stable crystal oscillator in which deterioration of electronic components due to high temperature is reduced.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る高安定圧電発振器の請求項1記載の発明
は、圧電振動子と増幅器とを含む圧電発振器と、少なく
とも前記圧電振動子を収納し内部温度を設定温度に保つ
恒温槽と、環境温度を検出する温度センサと、前記恒温
槽内部温度を予め定めた複数の設定温度の一つに制御す
る恒温槽温度切り替え手段とを備え、環境温度領域を複
数の温度範囲に分割し各温度範囲毎にその最高温度より
所定温度高い設定温度になるように前記恒温槽温度を制
御することを特徴とする高安定度圧電発振器である。請
求項2記載の発明は、圧電振動子と増幅器とを含む圧電
発振器と、少なくとも前記圧電振動子を収納し内部温度
を設定温度に保つ恒温槽と、環境温度を検出する温度セ
ンサと、前記恒温槽内部温度を予め定めた複数の設定温
度の一つに制御する恒温槽温度切り替え手段と、前記恒
温槽の各設定温度において発振器に供給すべき周波数補
償信号情報を記憶した補償信号メモリとを備え、環境温
度領域を複数の温度範囲に分割し各温度範囲毎にその最
高温度より所定温度高い設定温度になるように前記恒温
槽温度を制御すると共に、各恒温槽温度毎に前記補償信
号メモリに記憶した情報に基づいて発振器に補償信号を
供給するように構成したことを特徴とする高安定度圧電
発振器である。請求項3記載の発明は、前記圧電振動子
がSCカット水晶振動子であり、且つ、その谷温度又は
山温度が60℃乃至75℃である場合において、環境温
度が30℃以下においては前記恒温槽内部設定温度が4
0℃近傍であり、30℃と40℃の範囲においては恒温
槽設定温度が50℃近傍であり、50℃以上においては
恒温槽設定温度が60℃以上であることを特徴とする請
求項1又は2記載の高安定度圧電発振器である。請求項
4記載の発明は、前記補償信号メモリに記憶された情報
は、当該圧電発振器が恒温槽設定温度のときの発振周波
数と規定発振周波数との差が所望周波数偏差以下となる
ために圧電発振器の負荷容量値を設定するための情報で
あることを特徴とする請求項1乃至3記載の高安定度圧
電発振器である。請求項5記載の発明は、前記恒温槽に
は内部温度検出手段を備え、恒温槽設定温度が変更され
た際、その内部温度変化に応じて前記圧電発振器に供給
すべき補償信号を変化させることによって、恒温槽内部
温度の過渡状態における周波数偏差を小さくしたことを
特徴とする請求項1乃至4記載の高安定度圧電発振器で
ある。請求項6記載の発明は、前記恒温槽には内部温度
情報検出手段を備え、恒温槽設定温度が変更された際
に、その内部温度変化に応じて前記圧電発振器に供給す
べき補償信号を変化させることによって、恒温槽内部温
度の過渡状態における周波数偏差を小さくするようなデ
ジタルTCXO機能を備えたことを特徴とする請求項1
乃至4記載の高安定度圧電発振器である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a high-stability piezoelectric oscillator according to the present invention, comprising: a piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and an amplifier; and at least the piezoelectric vibrator. A constant temperature bath for storing the internal temperature at a set temperature, a temperature sensor for detecting an environmental temperature, and a constant temperature bath temperature switching means for controlling the internal temperature of the constant temperature bath to one of a plurality of predetermined set temperatures. A high-stability piezoelectric oscillator characterized in that the environmental temperature region is divided into a plurality of temperature ranges, and the temperature of the constant-temperature bath is controlled so that a set temperature is higher than a maximum temperature by a predetermined temperature for each temperature range. According to a second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and an amplifier, a thermostat containing at least the piezoelectric vibrator and maintaining an internal temperature at a set temperature, a temperature sensor for detecting an environmental temperature, and the thermostat. A constant temperature bath temperature switching means for controlling the inside temperature of the bath to one of a plurality of predetermined set temperatures, and a compensation signal memory storing frequency compensation signal information to be supplied to the oscillator at each set temperature of the constant temperature bath. Dividing the environmental temperature region into a plurality of temperature ranges, controlling the temperature of the constant temperature bath so as to be a set temperature higher than the maximum temperature by a predetermined temperature for each temperature range, and storing the compensation signal memory for each constant temperature bath temperature. A high stability piezoelectric oscillator characterized in that a compensation signal is supplied to the oscillator based on stored information. According to a third aspect of the present invention, in the case where the piezoelectric vibrator is an SC-cut quartz crystal vibrator and the valley temperature or the peak temperature is 60 ° C to 75 ° C, and the environmental temperature is 30 ° C or less, the constant temperature is maintained. Temperature set inside the tank is 4
The constant temperature bath set temperature is around 50 ° C. in the range of 0 ° C., 30 ° C. and 40 ° C., and the constant temperature bath set temperature is 60 ° C. or more in the range of 50 ° C. or more. 2. A high stability piezoelectric oscillator according to item 2. The information stored in the compensation signal memory may be such that the difference between the oscillation frequency when the piezoelectric oscillator is at a constant temperature set temperature and the specified oscillation frequency is equal to or less than a desired frequency deviation. 4. The high stability piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the information is information for setting a load capacitance value of the piezoelectric oscillator. According to a fifth aspect of the present invention, the constant temperature bath includes an internal temperature detecting means, and when a set temperature of the constant temperature bath is changed, a compensation signal to be supplied to the piezoelectric oscillator is changed according to the change in the internal temperature. 5. The high-stability piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein a frequency deviation in a transient state of the temperature inside the thermostat is reduced. The invention according to claim 6 is characterized in that the constant temperature bath is provided with an internal temperature information detecting means, and when a constant temperature bath set temperature is changed, a compensation signal to be supplied to the piezoelectric oscillator is changed according to the internal temperature change. 2. A digital TCXO function for reducing a frequency deviation in a transient state of the temperature inside the thermostatic chamber by causing the temperature to be reduced.
5. A high-stability piezoelectric oscillator according to any one of claims 1 to 4.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る高
安定水晶発振器の構成を示すブロック図であって、水晶
振動子Yと増幅器AMPとからなる水晶発振器と、前記水晶
振動子Yを収容する恒温槽OVNと、該恒温槽OVNの温度を
設定温度に保持するよう制御する温度制御部Tcontと、
恒温槽OVNの設定温度における発振周波数を規定周波数
に補正するために発振周波数をシフトする周波数シフト
部Fshiftと、前記水晶発振器の周囲の温度を検出する温
度センサーTsensorと、該温度センサーTsensorからの温
度情報に基づき前記温度制御部Tcontによる恒温槽設定
温度を変更すると共に前記周波数シフト部Fshiftに周波
数シフト量情報を供給する制御部CONTとから構成する。
尚、前記温度センサTsensorは種々のものが提案されて
いるので詳細説明は省略するが、例えばサーミスタを使
用したもの、あるいはダイオード若しくはトランジスタ
等の半導体素子のように温度と端子電圧とが所定の関係
を有するものを使用したもの、更には、発振周波数が温
度依存性を有する発振器を使用したもの等々が考えられ
る。また、後述するように、恒温槽の温度を制御する前
記温度制御部Tcontは恒温槽内の温度をコントロールす
るためにサーミスタ等の温度検出素子を備え、周波数シ
フト部Fshiftは発振器の発振ループ中に挿入した可変
ダイオードへの制御電圧を補正することによって発振周
波数を所望のものにするように構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a high-stable crystal oscillator according to the present invention, in which a crystal oscillator including a crystal oscillator Y and an amplifier AMP, a thermostatic chamber OVN containing the crystal oscillator Y, and a thermostat. A temperature control unit Tcont for controlling the temperature of the tank OVN to be maintained at the set temperature;
A frequency shift unit Fshift that shifts the oscillation frequency to correct the oscillation frequency at the set temperature of the oven OVN to a specified frequency, a temperature sensor Tsensor that detects a temperature around the crystal oscillator, and a temperature from the temperature sensor Tsensor. The temperature control unit Tcont changes a constant-temperature chamber set temperature based on the information, and supplies a frequency shift amount information to the frequency shift unit Fshift.
Although various types of the temperature sensor Tsensor have been proposed, a detailed description thereof will be omitted. However, for example, a temperature and a terminal voltage have a predetermined relationship, such as those using a thermistor or a semiconductor element such as a diode or a transistor. And those using an oscillator whose oscillation frequency has a temperature dependency, and the like. Further, as described later, the temperature control unit Tcont for controlling the temperature of the constant temperature bath includes a temperature detecting element such as a thermistor for controlling the temperature in the constant temperature bath, and the frequency shift unit Fshift is provided during the oscillation loop of the oscillator. The oscillation frequency is adjusted to a desired value by correcting the control voltage to the inserted variable diode.

【0010】前記図1に示した本発明の構成例の具体的
な回路としては種々変形が考えられるが、本発明は、後
述するように従来の恒温槽方式の温度制御が恒温槽設定
温度が補償温度領域より15℃乃至20℃高く設定されてい
たものとは異なり、環境温度に応じて恒温槽設定温度を
切り替えるものである。以下に、代表的な実施例につい
て説明する。先ず、制御部CONTには図示を省略したが読
み出し専用メモリ(ROM)を備えており、これには予め
以下の情報が記憶されている。スペックを保証すべき温
度領域、例えば−20℃〜60℃の環境温度を、20℃以下
(I領域)、20℃〜30℃(II領域)、30℃〜40℃(I
II領域)、40℃〜50℃(IV領域)、50℃以上(V領
域)に分割したときの、夫々の温度における恒温槽の設
定温度を何℃にするかの情報。具体的には、上記各温度
領域に対してその最高温度より10℃乃至15℃高い温度を
恒温槽設定温度にする。即ち、I領域では30℃、II領
域では40℃、III領域では50℃、IV領域では60℃、
V領域では70℃ とするのが適当であろう。前記恒温槽
の各設定温度において発振器に供給すべき周波数補償信
号情報。即ち、本発明においては恒温槽の設定温度を変
更するので、夫々の恒温槽温度における発振周波数は希
望する周波数と若干異なることになる。一方、各温度に
ける発振周波数の希望周波数(公称周波数)との偏差は
予め知ることが出来るから、これらの周波数偏差を補償
して公称周波数に近づけるための補償信号情報をメモリ
に記録しておき、この信号に基づいて周波数を補償す
る。以上のように構成した高安定度圧電発振器の動作及
び制御例を説明する。電源を投入するとまず温度センサ
ーTsensorからの周囲温度に基づき制御部CONTは恒温槽O
VN内の設定温度を決定する。例えば、環境温度情報が10
℃であるとすると、上述したI領域に含まれるから恒温
槽OVN内の設定温度を他の例として35℃に決定し、制御
部CONTは決定した設定温度を温度制御部Tcontに供給す
る。温度制御部Tcontは制御部CONTから供給される設定
温度に基づき、恒温槽OVN内の温度が35℃一定になるよ
うに制御する。
Various modifications are conceivable for the specific circuit of the configuration example of the present invention shown in FIG. 1 described above. Unlike the case where the temperature is set 15 ° C. to 20 ° C. higher than the compensation temperature range, the temperature set in the thermostatic bath is switched according to the environmental temperature. Hereinafter, representative examples will be described. First, although not shown, the control unit CONT includes a read-only memory (ROM), in which the following information is stored in advance. The temperature range in which the specifications are to be guaranteed, for example, an environment temperature of -20 ° C to 60 ° C is set to 20 ° C or lower (I range), 20 ° C to 30 ° C (II range), 30 ° C to 40 ° C (I
Information on what the set temperature of the constant temperature bath should be at each temperature when the temperature is divided into an area II, 40 ° C. to 50 ° C. (IV area), and 50 ° C. or more (V area). Specifically, a temperature higher by 10 ° C. to 15 ° C. than the maximum temperature for each of the above temperature ranges is set as a constant temperature bath set temperature. That is, 30 ° C. in the I region, 40 ° C. in the II region, 50 ° C. in the III region, 60 ° C. in the IV region,
In the V region, 70 ° C may be appropriate. Frequency compensation signal information to be supplied to the oscillator at each set temperature of the constant temperature bath. That is, in the present invention, since the set temperature of the thermostat is changed, the oscillation frequency at each thermostat temperature is slightly different from the desired frequency. On the other hand, since the deviation of the oscillation frequency from the desired frequency (nominal frequency) at each temperature can be known in advance, compensation signal information for compensating for these frequency deviations and approaching the nominal frequency is recorded in the memory. , Based on this signal. An operation and control example of the high stability piezoelectric oscillator configured as described above will be described. When the power supply is turned on, the control unit CONT first operates based on the ambient temperature from the temperature sensor Tsensor.
Determine the set temperature in VN. For example, if the environmental temperature information is 10
If the temperature is ° C, the temperature is included in the region I described above, so that the set temperature in the thermostatic oven OVN is determined as 35 ° C as another example, and the control unit CONT supplies the determined set temperature to the temperature control unit Tcont. The temperature control unit Tcont controls the temperature in the constant temperature bath OVN to be constant at 35 ° C. based on the set temperature supplied from the control unit CONT.

【0011】このように、周囲温度より15℃程度高温と
しておけば槽内の温度はほぼ一定に保たれる。よって、
周囲温度が低いときには、恒温槽OVNは低温を維持する
ので、水晶振動子Yや他の電子部品の高温エージングに
よる特性劣化を軽減できる。しかし、SCカット振動子
の温度特性は図2に示すようにわずかであるが、温度に
よって変化するので周囲温度に応じて槽内温度を変化さ
せると発振周波数が所望の値からずれることになる。周
波数シフト部Fshiftはこのずれを補正するために設けた
ものである。例えば使用した水晶振動子の周波数温度特
性が図2に示す通りであり、且つ、65℃を基準温度と
し、このときの発振周波数が目的とする公称周波数f0
あるとする。制御部CONTには図2のグラフに基づき算出
した恒温槽OVNの設定温度に対応する周波数偏差量を補
正するための情報がメモリされており、これを読み出し
て周波数シフト部Fshiftに供給する。前記周波数偏差量
は槽内温度おける周波数と基準温度における周波数の差
であり、図2に示すように槽内が35℃のときは図中Δf35
に相当する。つまり、周波数シフト部Fshiftは制御部CO
NTからの周波数偏差量に基づき、周波数を図2のA点か
らB点へシフトするように機能するものである。これに
より、図1の回路は槽内温度を比較的低温に維持しつ
つ、周波数変動が少ない発振器を実現できる。
As described above, if the temperature is set to be higher than the ambient temperature by about 15 ° C., the temperature in the tank is kept almost constant. Therefore,
When the ambient temperature is low, the temperature of the oven OVN is kept low, so that the deterioration of characteristics of the crystal unit Y and other electronic components due to high-temperature aging can be reduced. However, although the temperature characteristic of the SC-cut vibrator is slight as shown in FIG. 2, it changes depending on the temperature. Therefore, if the temperature in the bath is changed according to the ambient temperature, the oscillation frequency will deviate from a desired value. The frequency shift unit Fshift is provided to correct this shift. For example, it is assumed that the frequency temperature characteristics of the crystal unit used are as shown in FIG. 2 and the reference temperature is 65 ° C., and the oscillation frequency at this time is the target nominal frequency f 0 . The control unit CONT stores information for correcting the frequency deviation amount corresponding to the set temperature of the thermostatic oven OVN calculated based on the graph of FIG. 2, and reads out this information and supplies it to the frequency shift unit Fshift. Wherein the frequency deviation is the difference in frequency at a vessel temperature of definitive frequency and the reference temperature, reference numeral Delta] f 35 when intracisternal As shown in FIG. 2 is 35 ° C.
Is equivalent to That is, the frequency shift unit Fshift is controlled by the control unit CO
It functions to shift the frequency from point A to point B in FIG. 2 based on the frequency deviation from NT. As a result, the circuit of FIG. 1 can realize an oscillator with a small frequency fluctuation while maintaining the temperature in the bath at a relatively low temperature.

【0012】同様にして環境温度に対応し夫々の温度領
域に対応して設定した温度に恒温槽を制御する。例え
ば、環境温度が−20℃や0℃のときは35℃に、35℃のと
きは55℃に、45℃のときは65℃に、55℃のときは75℃に
する。この際、各恒温槽温度において上述したように公
称周波数(基準周波数)との偏差を補正するように周波
数シフト部に供給する補正信号を適宜変更する必要があ
ることは云うまでもない。また、図2に示すように65℃
において基準周波数(公称周波数)になるように設定し
た場合は、恒温槽温度を75℃にすると基準周波数より低
い周波数になるから、周波数を増加するような補正信号
を供給することになる。なお、恒温槽温度を変更しても
熱容量の関係により、恒温槽内部が直ちに設定温度にな
らず、所定時間要して徐々に設定温度になる。従って、
恒温槽温度変更と同時に周波数シフト部に供給された信
号に従って、周波数をシフトすると補正誤差が発生する
虞がある。もし、この誤差が好ましくない程度に大きい
場合は、恒温槽温度変更後、所用時間経過後に周波数シ
フトを実行するようにしてもよい。また、更に高精度に
補正する必要がある場合の対応についての具体的対応策
については後述する。
Similarly, the thermostat is controlled to a temperature corresponding to the environmental temperature and set to each temperature range. For example, when the ambient temperature is -20 ° C or 0 ° C, the temperature is 35 ° C, when it is 35 ° C, it is 55 ° C, when it is 45 ° C, it is 65 ° C, and when it is 55 ° C, it is 75 ° C. At this time, it is needless to say that it is necessary to appropriately change the correction signal supplied to the frequency shift unit so as to correct the deviation from the nominal frequency (reference frequency) at each temperature of the thermostatic bath as described above. Also, as shown in FIG.
When the temperature is set to be the reference frequency (nominal frequency), the temperature becomes lower than the reference frequency when the temperature of the thermostat is set to 75 ° C., so that a correction signal for increasing the frequency is supplied. Even if the temperature of the constant temperature bath is changed, the inside of the constant temperature bath does not immediately reach the set temperature due to the relation of heat capacity, but gradually reaches the set temperature after a predetermined time. Therefore,
If the frequency is shifted in accordance with the signal supplied to the frequency shift unit simultaneously with the temperature change in the constant temperature bath, a correction error may occur. If this error is undesirably large, the frequency shift may be executed after the required time elapses after the temperature of the thermostat is changed. In addition, a specific countermeasure for a case where it is necessary to perform correction with higher accuracy will be described later.

【0013】図3は温度制御部Tcontの具体的構成例を示
す回路図であって、設定回路Aと、ローパスフィルタB
と、増幅回路Cと、電流駆動回路Dとから構成されてい
る。尚、サーミスタThは恒温槽内に収容されているのは
前記図9について説明した場合と同様である。設定回路A
において、絶縁型FET(Tr3)と抵抗R7とによって発生し
た定電流をサーミスタThに流すと、該サーミスタThとTr
3との接点aは恒温槽の温度に応じた電圧となり、該電
圧がローパスフィルタBを介して増幅器CのFET・Tr2のゲ
ートに印加される。該電圧により増幅器CのFET・Tr2の
ゲート−ソースの電圧が変化し、それに応じてFET・Tr2
のドレイン電流が流れる。該ドレイン電流が流れると、
FET・Tr2のドレインにつながる抵抗R5の両端に電圧が生
じ、この電圧が電流駆動回路Dの抵抗R3を介してFET ・T
r1のゲート電圧となり、ゲート−ソース間の電圧に応じ
たドレイン電流がヒーターH1、H2に流れることになる。
ここで、増幅器Cに用いたツェナーダイオードZDはTr2の
ゲート−ソース間の電圧を嵩上げすると共に、Tr2の温
度によるドリフトを補償するために挿入している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the temperature control unit Tcont.
, An amplifier circuit C, and a current drive circuit D. Note that the thermistor Th is housed in a thermostat as in the case described with reference to FIG. Setting circuit A
, A constant current generated by the insulating FET (Tr3) and the resistor R7 flows through the thermistor Th.
The contact a with 3 becomes a voltage corresponding to the temperature of the thermostat, and the voltage is applied to the gate of the FET Tr2 of the amplifier C via the low-pass filter B. The voltage changes the gate-source voltage of the FET Tr2 of the amplifier C, and accordingly, the FET Tr2
Drain current flows. When the drain current flows,
A voltage is generated across the resistor R5 connected to the drain of the FET Tr2, and this voltage is applied to the FET T via the resistor R3 of the current driver D.
The gate voltage becomes r1, and a drain current corresponding to the voltage between the gate and the source flows through the heaters H1 and H2.
Here, the Zener diode ZD used for the amplifier C raises the voltage between the gate and the source of Tr2 and is inserted to compensate for the drift due to the temperature of Tr2.

【0014】例えば、恒温槽の温度が所定の温度より下
がった場合を考えると、サーミスタThの抵抗値が大きく
なり、FET ・Tr3と抵抗R7によって決まる定電流源から
の電流により、a点の電圧が下がる。a点の電圧が下が
ると増幅回路CのFET ・Tr2のゲート−ソース間の電圧が
大きくなり、ドレイン電流が大きくなると共に、ドレイ
ンとアース間の抵抗R5の両端の電圧が大きくなる。この
大きくなった電圧が電流駆動回路Dの抵抗R3を介してFET
・Tr1のゲート電圧となり、ゲート−ソース間の電圧を
大きくする。該電圧が大きくなるとFET ・Tr1のドレイ
ン電流が大きくなり、該電流がヒーターH1、H2を通して
流れるため、ヒーターH1、H2の温度が上昇するように動
作する。恒温槽の温度が所定の温度より上昇した場合は
上の説明と逆になる。
For example, when the temperature of the constant temperature bath falls below a predetermined temperature, the resistance of the thermistor Th increases, and the voltage at the point a is determined by the current from the constant current source determined by the FET Tr3 and the resistor R7. Goes down. When the voltage at point a decreases, the voltage between the gate and source of the FET Tr2 of the amplifier circuit C increases, the drain current increases, and the voltage across the resistor R5 between the drain and ground increases. This increased voltage is connected to the FET via the resistor R3 of the current drive circuit D.
・ It becomes the gate voltage of Tr1 and increases the voltage between the gate and source. When the voltage increases, the drain current of the FET Tr1 increases, and the current flows through the heaters H1 and H2, so that the temperature of the heaters H1 and H2 increases. When the temperature of the thermostat rises above a predetermined temperature, the above description is reversed.

【0015】ここで、図3の設定回路Aに用いたデジタル
可変抵抗IC(以下、可変抵抗Rv1と称す)について簡
単に説明する。図10は可変抵抗Rvの内部ブロック図であ
って、可変抵抗器(R0、R1・・R63)はマルチプレクサ
によって、最小抵抗値R0から最大抵抗値(R0+R1+・・+R6
3)までの64段階の値に切り換えられる構成になってい
る。前記マルチプレクサは入力信号D、UC、DC、V−の入
力によって制御されるアップ/ダウンカウンタ(Up/Dou
n)に接続されている。例えば、スイッチSWがUC端子とV
−端子とに接続されている場合(UC端子はD端子とOR接
続となっているので、D端子とV−端子との間でも同様)
の動作は、スイッチSWが押されてLOWになると内部のア
ップダウンカウンタに1つのパルスが送られ、カウンタ
は+1(あるいは−1)増加(あるいは減少)すると共
に、抵抗値は1/64増加(あるいは減少)する。尚、抵抗
値が増加するか減少するかの動作については後述する。
Here, the digital variable resistor IC (hereinafter, referred to as variable resistor Rv1) used in the setting circuit A of FIG. 3 will be briefly described. FIG. 10 is an internal block diagram of the variable resistor Rv. The variable resistors (R0, R1,..., R63) are changed from a minimum resistance value R0 to a maximum resistance value (R0 + R1 +.
The configuration is such that the value can be switched to 64 levels up to 3). The multiplexer is an up / down counter (Up / Dou) controlled by the inputs of the input signals D, UC, DC and V-.
n) is connected to. For example, switch SW is connected to UC terminal and V
When connected to the-terminal (UC terminal is OR-connected with the D terminal, so the same applies between the D terminal and the V- terminal)
When the switch SW is pressed and goes LOW, one pulse is sent to the internal up / down counter, and the counter increases (or decreases) by +1 (or -1) and the resistance increases by 1/64. (Or decrease). The operation of increasing or decreasing the resistance value will be described later.

【0016】また、スイッチのONの時間が1mS(1ミリ
秒)より長く、1Sより短い場合は一回の入力で1/64ステ
ップずつ抵抗値が増加あるいは減少し、1Sより長い場
合、100mS毎に1/64ステップずつ連続して増加あるいは
減少し、スイッチがOFFになるか又は、抵抗値が最大値
あるいは最小値になるまで継続する。そして、入力が1S
以上発生しないときあるいは、抵抗値が最大値または最
小値に達したときには、アップダウンカウンタのモード
が反転する。即ち、前に入力されたパルスから1S以上経
過して次のパルスが入力されるとアップダウンカウンタ
のモードが反転する。さらに、D入力のパルスの幅が1S
以上の場合には内部タイマにより100mS毎に自動的に1ス
テップずつ増加(あるいは減少)する。また、アップと
ダウンを独立に制御する場合には、UC入力をアップ入力
として用い、DC入力をダウン入力として使うことができ
る。また、この可変抵抗ICは、可変抵抗器のタップの
位置が電源遮断後もIC内部のE2PROM(書き換え可能メ
モリ)内に記憶される。
In addition, when the ON time of the switch is longer than 1 mS (1 millisecond) and shorter than 1 S, the resistance value increases or decreases by 1/64 step with one input. The resistance value continuously increases or decreases by 1/64 step at a time, and continues until the switch is turned off or the resistance value reaches the maximum value or the minimum value. And the input is 1S
When the above does not occur, or when the resistance value reaches the maximum value or the minimum value, the mode of the up-down counter is inverted. That is, the mode of the up / down counter is inverted when the next pulse is input after 1S or more has elapsed from the previously input pulse. Furthermore, the pulse width of D input is 1S
In the above case, the internal timer automatically increases (or decreases) by one step every 100 ms. When up and down are controlled independently, the UC input can be used as the up input and the DC input can be used as the down input. Further, in the variable resistor IC, the position of the tap of the variable resistor is stored in the E 2 PROM (rewritable memory) inside the IC even after the power is cut off.

【0017】図3に示すように設定回路Aに可変抵抗Rv1
を用いた場合の動作について説明する。可変抵抗Rv1は
外部入力端子Pからのパルスによって抵抗値が変化する
ものであり、外部入力端子Pには制御部CONTからの
設定温度に対応する信号が入力される。即ち制御部CONT
から外部入力端子Pに対し設定温度の情報を供給する
と、可変抵抗Rv1は前記情報に応じて抵抗値を設定す
る。尚、モニター端子Mはこの設定された抵抗値が適正
かどうかをモニターする端子である。なお、制御部CONT
から温度制御部に供給される恒温槽設定温度信号の発生
について簡単に説明する。即ち、上述したように制御部
CONTには図示を省略したが読み出し専用メモリ(ROM)
を備え、これには補償すべき温度領域を複数に分割し、
夫々の温度における恒温槽の設定温度を何℃にするかの
情報がメモリされている。そこで、温度センサTsensor
から環境温度情報が入力されると、その温度が上述した
どの温度区間に属するかを判断し、既設定温度領域外で
ある場合は、恒温槽設定温度変更指示を発生し温度制御
部Tcontに供給する。信号の形式としては、既に設定し
た温度からの変更を行うために、新たに供給すべきパル
ス数を発生する方法や、あるいは既に入力されている状
態をすべてクリアした上で、新たに必要な数のパルスを
供給する方法等、更には、必要段数のシフトレジスタを
設け、該部に温度設定に必要なパルス列を記憶しておく
方法等、種々のものが考えれらる。また、より正確に恒
温槽内分温度を制御するために、例えば恒温槽内に配置
される温度検出用素子サーミスタThの両端電圧(又は両
端抵抗値)をモニタする手段を設け、間違いなく設定さ
れた温度になっているかを監視するようにしてもよい。
As shown in FIG. 3, the setting circuit A has a variable resistor Rv1
The operation in the case of using is described. The resistance value of the variable resistor Rv1 is changed by a pulse from the external input terminal P, and a signal corresponding to the set temperature from the control unit CONT is input to the external input terminal P. That is, the control unit CONT
Supplies the information on the set temperature to the external input terminal P, the variable resistor Rv1 sets the resistance value according to the information. The monitor terminal M is a terminal for monitoring whether the set resistance value is appropriate. The control unit CONT
The generation of the thermostatic chamber set temperature signal supplied to the temperature control unit from will be described briefly. That is, as described above, the control unit
Read-only memory (ROM) not shown for CONT
Which is divided into a plurality of temperature regions to be compensated,
Information on what the set temperature of the thermostatic bath is at which temperature at each temperature is stored. Therefore, the temperature sensor Tsensor
When the environmental temperature information is input from the controller, it determines which temperature section the temperature belongs to, and if the temperature is out of the preset temperature range, generates a thermostatic chamber set temperature change instruction and supplies it to the temperature control unit Tcont. I do. As a signal format, a method of generating the number of pulses to be newly supplied in order to change from the already set temperature, or clearing all the already input states, and adding a new required number Various methods are conceivable, such as a method of supplying a pulse, and a method of providing a necessary number of shift registers and storing a pulse train required for temperature setting in the section. Also, in order to more accurately control the temperature inside the thermostat, for example, a means for monitoring the voltage (or the resistance value at both ends) of the temperature detecting element thermistor Th disposed in the thermostat is provided. It may be monitored whether or not the temperature has reached.

【0018】図4は、水晶振動子Yと周波数設定部αと増
幅器βとから構成される周波数可変発振回路の具体的構
成例を示す回路図である。周波数設定部αは、水晶振動
子Yに容量CL1と可変容量ダイオードCvとからなる直列回
路の一端を接続すると共に、他端を接地する。さらに、
発振周波数を可変するために、抵抗r1と可変抵抗Rv2と
抵抗r2とからなる直列回路の一端を電源Vccに、他端を
アースに接続した後、前記可変抵抗Rv2の出力を並列接
続容量C12と直列接続の高抵抗Rhを介して、可変容量ダ
イオードCvのカソード側に接続する。そして、この周波
数設定部αは図1に示す周波数シフト部としても機能す
る。そのための具体例としては可変抵抗Rv2を図10に示
すデジタル可変抵抗ICと同じものを用いる。制御部CONT
から周波数シフト部Fshiftに供給する補正信号について
簡単に説明すれば、制御部CONTには上述したように図示
を省略したが読み出し専用メモリ(ROM)を備え、恒温
槽の設定温度における発振周波数偏差をゼロにするため
の周波数補償信号情報、即ち、恒温槽の設定温度を変更
した際、発振周波数が希望する周波数と若干異なるから
これを補正するのに必要な周波数シフト情報が記録され
ている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific example of the configuration of a variable frequency oscillation circuit composed of a crystal unit Y, a frequency setting unit α, and an amplifier β. The frequency setting unit α connects one end of a series circuit including the capacitance C L1 and the variable capacitance diode Cv to the crystal unit Y, and grounds the other end. further,
In order to vary the oscillation frequency, one end of a series circuit including the resistor r1, the variable resistor Rv2, and the resistor r2 is connected to the power supply Vcc, and the other end is connected to the ground, and then the output of the variable resistor Rv2 is connected to the parallel connection capacitor C12. Connected to the cathode side of the variable capacitance diode Cv via the high resistance Rh connected in series. The frequency setting unit α also functions as the frequency shift unit shown in FIG. As a specific example therefor, the same variable resistance Rv2 as the digital variable resistance IC shown in FIG. 10 is used. Control unit CONT
Briefly describing the correction signal supplied to the frequency shift unit Fshift from the above, the control unit CONT is provided with a read-only memory (ROM) (not shown) as described above. Frequency compensation signal information for setting to zero, that is, frequency shift information necessary to correct the set temperature of the thermostatic chamber when the set temperature is changed is slightly different from the desired frequency.

【0019】そこで、温度センサTsensorから環境温度
情報が入力されると、その温度が上述したどの温度区間
に属するかを判断し、必要に応じて恒温槽設定温度変更
指示を発生し温度制御部Tcontに供給すると同時に、新
たに設定する恒温槽温度における発振周波数偏差を補正
すべく周波数シフト部に必要な数のパルス信号を供給す
る。尚、この際制御部CONTから温度制御部Tcontに供給
する信号と同様に、既に設定した値からの変更に必要な
数のパルス数を発生する方法や、あるいは既に入力され
ている値をすべてクリアした上で、新たに必要な数のパ
ルスを供給する方法、更には、必要段数のシフトレジス
タを設け該部に周波数シフトに必要なパルス列を記憶し
ておく方法等、種々のものが考えれらる。図5は、図3に
示した温度制御部Tcontの可変抵抗Rv1の抵抗値と恒温槽
OVNの温度との関係を示す図であり、横軸は可変抵抗Rv1
の抵抗値を、縦軸は恒温槽の温度を表している。図5に
示す可変抵抗Rv1と恒温槽内温度との関係を用いて、制
御部CONTは水晶発振器の周囲温度に対して、常に15度〜
20度程度高くなるように恒温槽の温度を設定することが
できる。
Therefore, when the environmental temperature information is input from the temperature sensor Tsensor, it is determined which temperature section the temperature belongs to, and if necessary, a constant temperature chamber setting temperature change instruction is generated and the temperature control unit Tcont At the same time, a necessary number of pulse signals are supplied to the frequency shift unit in order to correct the oscillation frequency deviation at the newly set constant temperature. At this time, similar to the signal supplied from the control unit CONT to the temperature control unit Tcont, a method of generating the number of pulses necessary for changing from the already set value, or clearing all the values already input Then, various methods can be considered, such as a method of supplying a new required number of pulses, and a method of providing a required number of stages of shift registers and storing a pulse train required for frequency shift in the section. . FIG. 5 shows the resistance value of the variable resistor Rv1 of the temperature control unit Tcont shown in FIG.
It is a diagram showing the relationship between the temperature of OVN and the horizontal axis is the variable resistance Rv1
The vertical axis represents the temperature of the thermostat. Using the relationship between the variable resistor Rv1 and the temperature in the thermostatic chamber shown in FIG. 5, the control unit CONT always controls the ambient temperature of the crystal oscillator by 15 degrees or more.
The temperature of the thermostat can be set to be about 20 degrees higher.

【0020】図6は、図4に示した周波数シフト部Fshift
の回路で、例えば可変抵抗Rv2の初期抵抗設定値が10kΩ
のときの発振周波数をf0とし、この周波数からの変化量
をf 0で除したΔf(=(f−f0)/f0)と可変抵抗Rv2の抵
抗値の関係を示した図である。制御部CONTは恒温槽OVN
の設定温度と水晶振動子Yの周波数温度特性から、必要
なシフト量Δfを求め、図6に基づき可変抵抗Rv2の抵抗
値を決定し、周波数シフト部Fshiftを制御することにな
る。このように、可変抵抗Rv2の出力電圧を可変容量ダ
イオードCvに印加することにより、該ダイオードの容量
値を変え、発振周波数を規定値に一致させることができ
る。
FIG. 6 shows the frequency shift unit Fshift shown in FIG.
For example, the initial resistance setting value of the variable resistor Rv2 is 10 kΩ
The oscillation frequency at0And the amount of change from this frequency
F 0Δf divided by (= (f−f0) / F0) And the resistance of the variable resistor Rv2
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between resistance values. Control unit CONT is OVN
Required from the temperature setting and the frequency temperature characteristics of the crystal unit Y.
The shift amount Δf is determined and the resistance of the variable resistor Rv2 is determined based on FIG.
Value to control the frequency shifter Fshift.
You. Thus, the output voltage of the variable resistor Rv2 is
By applying to the diode Cv, the capacitance of the diode
Change the oscillation frequency to the specified value.
You.

【0021】このように、高安定水晶発振器の周囲温度
に応じて恒温槽の温度を制御するので、恒温槽の温度を
従来のものより低温に維持することが可能となり、水晶
振動子と恒温槽内にて用いる電子部品の高温エージング
による劣化を大幅に抑止することができる。なお、以上
は水晶振動子を用いた発振器の動作を説明をしたが、本
発明は必ずしも水晶振動子に限定するものではなく、他
の圧電振動子を用いた発振器にも同様に適用できる。
As described above, since the temperature of the thermostat is controlled in accordance with the ambient temperature of the highly stable crystal oscillator, the temperature of the thermostat can be kept lower than that of the conventional one, and the crystal oscillator and the thermostat can be maintained. Deterioration due to high-temperature aging of electronic components used in the inside can be largely suppressed. Although the operation of the oscillator using the quartz oscillator has been described above, the present invention is not necessarily limited to the quartz oscillator, and can be similarly applied to an oscillator using another piezoelectric oscillator.

【0022】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの例に限らず種々変形が可能である。例
えば、補償温度領域のマイナス温度領域を含めた全領域
を均等に分割して、夫々の分割領域の最大温度より10℃
乃至15℃高い温度に恒温槽を保つことも可能である。即
ち、補償領域が−20℃から60℃である場合は、−20℃〜
0℃については恒温槽温度を15℃に、0℃〜10℃におい
ては恒温槽温度を25℃に、10℃〜20℃においては35℃、
… 、50℃〜60℃においては75℃に夫々恒温槽温度を設
定することも可能であり、この方法によれば、低温度地
域においては恒温槽の平均温度を低くできるので、更
に、恒温槽保温用の電力を省力化することができる。ま
た、逆に周波数精度を高く保つためには、恒温槽設定温
度を水晶振動子自体の周波数温度偏差が小さい範囲に限
定することも有効である。即ち、水晶振動子として例え
ば図2に示したようなSCカット水晶振動子を使用する
場合、山温度60℃を基準として50℃乃至70℃が周波数偏
差が比較的小さいので、恒温槽温度をこの範囲で選択す
れば、場合によっては周波数シフトが不要となることが
あろう。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made. For example, the entire region including the minus temperature region of the compensation temperature region is equally divided, and the maximum temperature of each divided region is 10 ° C.
It is also possible to keep the thermostat at a temperature higher by ~ 15 ° C. That is, if the compensation region is from -20 ° C to 60 ° C,
For 0 ° C, set the temperature to 15 ° C, for 0 ° C to 10 ° C, set the temperature to 25 ° C, for 10 ° C to 20 ° C, 35 ° C,
..., it is also possible to set the temperature of the constant temperature bath to 75 ° C. in the range of 50 ° C. to 60 ° C., and according to this method, it is possible to lower the average temperature of the constant temperature bath in a low temperature area. It is possible to save power for heat retention. Conversely, in order to keep the frequency accuracy high, it is also effective to limit the set temperature of the thermostatic chamber to a range in which the frequency temperature deviation of the crystal resonator itself is small. That is, for example, when an SC-cut crystal resonator as shown in FIG. 2 is used as the crystal resonator, the frequency deviation is relatively small between 50 ° C. and 70 ° C. based on the peak temperature of 60 ° C. Selecting a range may eliminate the need for a frequency shift in some cases.

【0023】更に、恒温槽温度を変更する際、水晶振動
子の温度が恒温槽設定温度になるには所定の時間を要す
ることになるから、その過渡時の周波数偏差を極力小さ
くするために当該過渡期間の温度周波数特性に応じて周
波数シフト量を制御するように構成してもよい。即ち、
恒温槽設定温度変更から実際に水晶振動子の温度が恒温
槽設定温度に一致するまでの時間が仮に10分間とすれ
ば、その間の当該発振器の周波数変化を予め測定してお
きこの変化を補正し得るように周波数シフト量をコント
ロールする。このためのデータは前記制御部CONTのメモ
リに記憶しておく。より正確に補償するためには各恒温
槽設定温度毎に上述した特性を測定しそのデータをメモ
リしておくのが好ましく、この手段として従来から知ら
れているデジタルTCXO技術が有用であろう。デジタル温
度制御によって、上記実施例のように10℃乃至15℃の温
度変化に対応する場合は、ビット数が8ビット程度であ
っても充分に細分化された高精度制御が可能であろう。
なお、この場合恒温槽内部温度検出手段を備えた方が好
ましいが、上述したように恒温槽温度制御回路のサーミ
スタの電圧や抵抗値を利用することも可能であろう。
Further, when changing the temperature of the constant temperature bath, it takes a predetermined time for the temperature of the crystal unit to reach the set temperature of the constant temperature bath. Therefore, in order to minimize the frequency deviation during the transition, the transition period is required. May be configured to control the frequency shift amount in accordance with the temperature frequency characteristics of. That is,
If it is assumed that the time from the change of the temperature setting of the thermostat to the actual temperature of the crystal unit being equal to the temperature setting of the thermostat is 10 minutes, the frequency change of the oscillator during that time is measured in advance, and this change is corrected. Control the amount of frequency shift to obtain. Data for this is stored in the memory of the control unit CONT. In order to compensate more accurately, it is preferable to measure the above-mentioned characteristics for each set temperature of the thermostatic chamber and store the data, and a digital TCXO technology conventionally known would be useful as this means. In the case where the digital temperature control corresponds to a temperature change of 10 ° C. to 15 ° C. as in the above-described embodiment, even if the number of bits is about 8 bits, it is possible to perform sufficiently precise high-precision control.
In this case, it is preferable to provide a constant temperature chamber internal temperature detecting means, but it is also possible to use the voltage or resistance value of the thermistor of the constant temperature chamber temperature control circuit as described above.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、高安定水晶発振器の外部温度に応じて恒温槽の温
度を段階的に切り替えるようにしたので、恒温槽の平均
温度を従来のそれより低くすることが可能となり、高温
エージングにさらされる水晶振動子及び電子部品の劣化
を抑圧し、その信頼性を大幅に向上させると共に消費電
力を大幅に削減するという優れた効果を奏す。
According to the present invention, as described above, the temperature of the thermostat is switched stepwise according to the external temperature of the high-stability crystal oscillator. This makes it possible to lower the temperature, thereby suppressing the deterioration of the crystal unit and the electronic components exposed to high-temperature aging, and significantly improving the reliability and greatly reducing the power consumption.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る高安定水晶発振器の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a highly stable crystal oscillator according to the present invention.

【図2】切断角度をパラメータとしたSCカット水晶振動
子の周波数温度特性である。
FIG. 2 is a graph showing frequency-temperature characteristics of an SC-cut quartz resonator using a cutting angle as a parameter.

【図3】本発明の高安定水晶発振器の温度制御部の回路
構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a temperature control unit of the high stability crystal oscillator of the present invention.

【図4】本発明の高安定水晶発振器の周波数設定部と発
振用増幅器の回路構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of a frequency setting unit and an oscillation amplifier of the high stability crystal oscillator of the present invention.

【図5】温度制御部の第1のディジタル可変抵抗ICの
抵抗値と恒温槽の温度との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a resistance value of a first digital variable resistor IC of a temperature control unit and a temperature of a constant temperature bath.

【図6】周波数設定部の第2のディジタル可変抵抗IC
の抵抗値と初期設定周波数からの変化量(ppm)との関
係を示す図である。
FIG. 6 is a second digital variable resistor IC of a frequency setting unit.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the resistance value of the first embodiment and the amount of change (ppm) from an initial setting frequency.

【図7】従来の高安定水晶発振器の構成を示すブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional high stability crystal oscillator.

【図8】(a)は従来の高安定水晶発振器に用いられて
いる温度制御部の回路構成を示す図、(b)は従来の発
振用増幅器の回路構成を示す図である。
8A is a diagram illustrating a circuit configuration of a temperature control unit used in a conventional high-stable crystal oscillator, and FIG. 8B is a diagram illustrating a circuit configuration of a conventional oscillation amplifier.

【図9】従来の高安定水晶発振器の他の温度制御部の回
路構成を示す図で在る。
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of another temperature control unit of the conventional high stability crystal oscillator.

【図10】デジタル可変抵抗ICの内部構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing an internal configuration of a digital variable resistor IC.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Y・・水晶振動子 OVN・・恒温槽 CONT・・制御部 Tcont・・温度制御部 Fshift・・周波数シフト部 AMP・・増幅器 A・・設定回路 B・・ローパスフィルタ C・・増幅回路 D・・電流駆動回路 Vcc・・電源 Tr 1、Tr2 、Tr3・・電界効果(FET)トランジスタ R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7・・抵抗 r1、r2、r3、r4、r5、r6・・抵抗 C1、C2、C3、C4・・容量 C11、C12、C13、C14、C15・・容量 Th・・サーミスタ ZD・・ツェナーダイオード Rv1、Rv2・・デジタル可変抵抗IC(可変抵抗) P・・外部入力端子 M・・モニター Y ・ ・ Crystal oscillator OVN ・ ・ Temperature chamber CONT ・ ・ Control part Tcont ・ ・ Temperature control part Fshift ・ ・ Frequency shift part AMP ・ ・ Amplifier A ・ ・ Setting circuit B ・ ・ Low pass filter C Current drive circuit Vcc Power supply Tr1, Tr2, Tr3 Field effect (FET) transistor R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 Resistance r1, r2, r3, r4, r5, r6 Resistance C1, C2, C3, C4 Capacitance C11, C12, C13, C14, C15 Capacitance Th Thermistor ZD Zener diode Rv1, Rv2 Digital variable resistor IC (variable resistor) P External input Terminal M Monitor

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電振動子と増幅器とを含む圧電発振器
と、少なくとも前記圧電振動子を収納し内部温度を設定
温度に保つ恒温槽と、環境温度を検出する温度センサ
と、前記恒温槽内部温度を予め定めた複数の設定温度の
一つに制御する恒温槽温度切り替え手段とを備え、環境
温度領域を複数の温度範囲に分割し各温度範囲毎にその
最高温度より所定温度高い設定温度になるように前記恒
温槽温度を制御することを特徴とする高安定度圧電発振
器。
1. A piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and an amplifier, a thermostat containing at least the piezoelectric vibrator and maintaining an internal temperature at a set temperature, a temperature sensor detecting an environmental temperature, and an internal temperature of the thermostat. Constant temperature bath temperature switching means for controlling the temperature to one of a plurality of predetermined set temperatures, dividing the environmental temperature range into a plurality of temperature ranges, and setting each set temperature range to a set temperature higher than the highest temperature by a predetermined temperature. Controlling the temperature of the thermostatic chamber as described above.
【請求項2】 圧電振動子と増幅器とを含む圧電発振器
と、少なくとも前記圧電振動子を収納し内部温度を設定
温度に保つ恒温槽と、環境温度を検出する温度センサ
と、前記恒温槽内部温度を予め定めた複数の設定温度の
一つに制御する恒温槽温度切り替え手段と、前記恒温槽
の各設定温度において発振器に供給すべき周波数補償信
号情報を記憶した補償信号メモリとを備え、補償すべき
環境温度領域を複数の温度範囲に分割し各温度範囲毎に
その最高温度より所定温度高い設定温度になるように前
記恒温槽温度を制御すると共に、各恒温槽温度毎に前記
補償信号メモリに記憶した情報に基づいて発振器に補償
信号を供給するように構成したことを特徴とする高安定
度圧電発振器。
2. A piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and an amplifier, a thermostat containing at least the piezoelectric vibrator and maintaining an internal temperature at a set temperature, a temperature sensor detecting an environmental temperature, and an internal temperature of the thermostat. And a compensation signal memory for storing frequency compensation signal information to be supplied to the oscillator at each set temperature of the constant temperature bath. The environmental temperature region to be divided into a plurality of temperature ranges, and controlling the temperature of the constant temperature bath so as to be a set temperature higher than the maximum temperature by a predetermined temperature for each temperature range, and in the compensation signal memory for each constant temperature bath temperature. A high-stability piezoelectric oscillator configured to supply a compensation signal to an oscillator based on stored information.
【請求項3】 前記圧電振動子がSCカット水晶振動子
であり、且つ、その谷温度又は山温度が60℃乃至75
℃である場合において、環境温度が30℃以下において
は前記恒温槽内部設定温度が40℃近傍であり、30℃
と40℃の範囲においては恒温槽設定温度が50℃近傍
であり、50℃以上においては恒温槽設定温度が60℃
以上であることを特徴とする請求項1又は2記載の高安
定度圧電発振器。
3. The piezoelectric vibrator is an SC cut quartz crystal vibrator, and its valley temperature or peak temperature is 60 ° C. to 75 ° C.
When the ambient temperature is 30 ° C. or less, the temperature set inside the constant temperature bath is around 40 ° C.
In the range of 40 ° C. and 40 ° C., the set temperature of the thermostat is around 50 ° C.
The high stability piezoelectric oscillator according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 前記補償信号メモリに記憶された情報
は、当該圧電発振器が恒温槽設定温度のときの発振周波
数と規定発振周波数との差が所望周波数偏差以下となる
ために圧電発振器の負荷容量値を設定するための情報で
あることを特徴とする請求項1乃至3記載の高安定度圧
電発振器。
4. The information stored in the compensation signal memory is based on the load capacitance of the piezoelectric oscillator because the difference between the oscillation frequency when the piezoelectric oscillator is at a constant temperature set temperature and the specified oscillation frequency is equal to or less than a desired frequency deviation. 4. The high stability piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein the information is information for setting a value.
【請求項5】 前記恒温槽には内部温度検出手段を備
え、恒温槽設定温度が変更された際、その内部温度変化
に応じて前記圧電発振器に供給すべき補償信号を変化さ
せることによって、恒温槽内部温度の過渡状態における
周波数偏差を小さくしたことを特徴とする請求項1乃至
4記載の高安定度圧電発振器。
5. The constant temperature bath is provided with an internal temperature detecting means, and when a set temperature of the constant temperature bath is changed, a compensation signal to be supplied to the piezoelectric oscillator is changed in accordance with the change in the internal temperature, so that the temperature of the constant temperature bath is changed. 5. The high stability piezoelectric oscillator according to claim 1, wherein a frequency deviation in a transient state of the temperature inside the bath is reduced.
【請求項6】 前記恒温槽には内部温度情報検出手段を
備え、恒温槽設定温度が変更された際に、その内部温度
変化に応じて前記圧電発振器に供給すべき補償信号を変
化させることによって、恒温槽内部温度の過渡状態にお
ける周波数偏差を小さくするようなデジタルTCXO機
能を備えたことを特徴とする請求項1乃至4記載の高安
定度圧電発振器。
6. The constant temperature bath is provided with an internal temperature information detecting means, and when a set temperature of the constant temperature bath is changed, a compensation signal to be supplied to the piezoelectric oscillator is changed according to the internal temperature change. 5. The high stability piezoelectric oscillator according to claim 1, further comprising a digital TCXO function for reducing a frequency deviation in a transient state of the temperature inside the thermostat.
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