JP2000201024A - ヒ―タ内蔵型水晶発振器 - Google Patents
ヒ―タ内蔵型水晶発振器Info
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Abstract
の水晶発振器の提供すること。 【解決手段】本発明では、水晶発振器の近傍に熱源を配
置し、その熱源に供給する電源を水晶発振器の電源と同
一とする。熱源としては、キュリー点を超えると急激に
抵抗値が増加する性質を有するPTCサーミスタを採用
し、低温側でのみヒータとして作用させ、水晶発振器と
PTCサーミスタ気密封止するよう設ける。上記構成に
より、低音側の周波数安定度の変化が小さくかつ小形の
水晶発振器を実装できる。
Description
タイミング回路の基準となる、水晶振動子に関し、特に
水晶発振器の低温側周波数安定度を改善するためのヒー
タを有するヒータ内蔵型水晶発振器に関する。
イルなどのリアクタンス素子とから構成され、所望の共
振周波数を出力する水晶振動器においては、第4図に示
すとおりの正特性の共振周波数温度特性がある。しかし
ながら、この種の水晶発振器では、共振周波数の周波数
安定度の幅が大きいため、広範囲の温度変化に対する周
波数安定度の幅を一定に保つことが不可能であり障害と
なっている。上記課題を解決する手段として、例えば特
開平9−191226号公報に記載されている水晶振動
子が知られており、第7図にその共振周波数温度特性を
示す。図中の一点破線は従来の水晶振動子、実線は改善
した特性を示す。
来の水晶振動子では、ある一定の温度範囲、例えば−1
0℃から+60℃までの間における周波数安定度の幅を
一定に保つことが可能であるが、−10℃以下における
周波数安定度は一定に保つことが困難であるという課題
がある。
低温側の水晶振動子の共振周波数温度特性の周波数安定
度の幅を小さくできるヒータ内蔵型水晶発振器を提供す
ることにある。
ために、本発明による水晶発振器は、水晶発振器と、ヒ
ータと、リアクタンス素子を備えている。このヒータ
は、水晶振動子の共振周波数温度特性の周波数安定度の
幅が小さくなるように発熱する一次温度係数を有してい
る。
用コンデンサで形成される。
の基板の上に設けられた水晶発振器と、基板上に設けら
れ、水晶発振器の温度補償用チップコンデンサと、ヒー
タと、基板を気密封止する封止部材とから構成されてい
る。本発明では、コンデンサ、サーミスタは、水晶発振
器やヒータとは異って、気密封止しなくてもよい。この
場合には、水晶発振器の気密封止後任意に特性を調整す
ることが可能となる。
されるヒータを適宜変更することで、発熱する一次温度
係数を変更することが可能である。また、水晶発振器と
ヒータを気密封止することで、気密内の温度は気密外の
温度を遮断することができ、気密外がいかなる温度にな
っても、気密内の温度はある一定の温度に設定すること
が可能となる。これにより、水晶発振器の共振周波数温
度特性の周波数安定度の幅を小さくすることができる。
さらに、水晶発振器が気密封止されない基板を有し、こ
の基板にコンデンサとを実装するため、外部温度が変化
しても回路のリアクタンス値が変化するので水晶発振器
の共振周波数温度特性を外部温度の変化に追従させるこ
とができる。したがって、水晶振動子の周波数安定度の
幅を小さくすることができる。
細に説明する。
示す温度補償機能付き水晶振動子の気密封止前の上面図
および図1の水晶振動子の A−A断面図である。
プログラマブル高精度水晶発振器2とPTCサーミスタ
3及びチップコンデンサ4が面付実装技術(SMT:Su
rface Mount Technolgy)によりはんだ付けされ(はん
だは図示省略)固定され、小型高密度の機能モジュール
となっている。これらプログラマブル高精度水晶発振器
2とPTCサーミスタ3及びチップコンデンサ4は回路
パターンにより接続されている。2、3、4の部品は全
て表面実装型部品(SMD:Surface Mount Device )
である。このモジュールは貫通している一番ピン6、8
番ピン7、9番ピン8、16番ピン9に、はんだ付けさ
れることにより、電気的な回路を構成すると同時に機械
的にも固定されている。図2において、プリント基板は
上下二枚で構成し、2番から7番および10番から15
番のピンは下のプリント基板5−2だけに貫通してはん
だ付けされている。パッケージ1はカバー10をシーム
溶接することにより完全に密封とし、内部は窒素ガスで
置換されている。
である。実線が上のプリント基板5−1上の配線を示
し、破線が下のプリント基板5−2上の配線を示す。こ
の配線とパッケージ1の空ピンを利用して配線を交又さ
せ、従来パッケージのピン配列と同じピンコンパチビリ
ティーを実現している。
板5−2の2枚基板の構成を用いたが、2枚のプリント
基板の配線パターンを両面配線可能なプリント基板1枚
へ実装することもできる。また、プリント基板を厚膜ま
たは薄膜の配線基板、例えばセラミックス基板に置き換
えることもできる。
変化について図5および図6を用いて説明する。
子片とこれを制御する電子回路を個別部品で組立てるこ
とにより構成されていた。
C化された電子制御回路と水晶素子片を一体モールド化
し、1個の部品として販売されるに到っている。
技術とOne Time PROMへのプログラム入力により、幅広
い周波数への対応が可能なプログラマブル高精度水晶発
振器も開発されている。図4は環境温度に対する周波数
安定度のメーカーデータの一例を示し、ここでいう周波
数安定度(A)は次の定義による。
は10個のサンプル全てが±10ppmに入っているこ
とが分かる。高温85℃では1個が+10ppmをオー
バーしているが、残り9個のサンプルは全て+10pp
m以下である。これに対し、低温−45℃では7個が−
10ppmをオーバーし、−10ppm以内に入ってい
るのは3個のみである。即ち、低温−45℃の方が周波
数安定度のばらつきが大きくなっている。
ものであるため、このばらつきを小さくすることは、現
在の技術では不可能である。
5℃)初期値の基準周波数に対する偏差を含め、−45
℃から85℃の全ての環境温度範囲において、±10p
pm以下であることが要求される。即ち、
測し、選別する方法が最適であると判断されているが、
その場合、選別に要するために必要な時間の増加と、選
別結果として良品率が極めて低いという問題があるた
め、本発明は、この2つの問題点を解決するものであ
る。
子片の近傍に熱源を配置し、その熱源に供給する電源を
水晶発振器の電源と同一とすることとする。
TEMPERATURE COEFFICIENT THERMISTORS)を採用する。
希土類元素を添加した半導体磁器であり、材料組成で定
まる規定温度(キュリー点)に達すると抵抗値が急激に
増加する正の温度係数を持った感熱抵抗素子である。こ
のPTCサーミスタは、材料組成を変えることにより、
キュリー点を−20℃から330℃まで広い範囲に移動
させることが可能であり、温度の選択が容易であるとい
う特徴を有している。図5は温度に対する抵抗値変化の
メーカデータの一例を示すものである。
場合で、キュリー点(CT)が70℃と80℃および1
00℃の場合の抵抗値の変化を示している。いずれの場
合も−20℃からキュリー点近くまでは温度が上がると
抵抗値が小さくなる傾向を示すが、キュリー点を超える
と急激に抵抗値が大きくなっていることが分かる。抵抗
に電圧を印加すると、オームの法則により、一定の電流
が流れ、ジュール熱により発熱することが知られてい
る。この場合は、低温側(−20℃〜50℃)では電流
が流れ発熱するが、50℃からキュリー点を超えた高温
側では急激な抵抗値の増加により、電流が制限され、ほ
とんど発熱しなくなることを示している。なお、図5で
は−20℃以下のデータがないが、グラフの連続性から
−40℃まで同一傾向を示すであろうことが充分推定で
きる。このPTCサーミスタを水晶発振器の近傍に配置
することにより、低温側で熱源となることが期待できる
ことを見い出した。
℃で−19ppm,−30℃で−12ppmであるた
め、MIL規格の±10ppmを満足することはでき
ず、規格外であることが分かる。
て±10ppmの規格を満足している。図6は、この水
晶発振器の近傍にPTCサーミスタを配置し、熱源とし
ての効果を確認した実験の結果を示す。図6は、PTC
サーミスタに5V、6V,7Vを印加したときのそれぞ
れの周波数安定度を重ねてプロットする。図6から判断
できるように、高温側では水晶発振器単体の特性とほと
んど同一で変化はないが、低温側において顕著な特性の
変動が認められ、大幅に特性が改善できることが分か
る。さらに電圧が高くなるほど、効果が高いことが分か
る。これは、流れる電流の増加により発熱量が多くなる
ためであり、熱源として充分に効果があることが分か
る。
タの熱源を用いることで、水晶発振器の共振周波数温度
特性に直接的に関係する環境温度を変化させることが可
能である。
特性が変化し、外部温度の変化に影響されずに低温側の
水晶振動子の共振周波数温度特性の周波数安定度の幅を
小さくすることができることが分かる。
発振器では、PTCサーミスタを熱源として、水晶発振
器の近傍に配置することにより、低温側の周波数安定度
を大幅に改善することができ、水晶発振器の周波数安定
度の幅を小さくすることができる。
要な時間と良品率の低下を阻止することができる。
ことにより、小型高密度のモジュールとし、このモジュ
ールを従来と同一寸法のパッケージ内に収納することに
より、モジュールの配線基板とパッケージの空ピンを利
用して、従来パッケージとピンユパチビリティーとする
ことができる。
して真上から見た水晶発振器の上面図。
図。
度のメーカデータを示す図。
示すメーカデータを示す図。
度に対する周波数安定度の改善を示す実験結果を示す
図。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】水晶発振器、ヒータ及びリアクタンス素子
からなるヒータ内蔵型水晶発振器において、 リアクタンス素子と前記水晶発振器の共振周波数温度特
性の周波数安定度の幅が小さくなるような温度係数を有
するヒータを前記水晶発振器に電気的に接続することに
より、 高温側の周波数安定度は変化せずに、低温側の周波数安
定度のみ改善することを特徴とするヒータ内蔵型水晶発
振器。 - 【請求項2】前記水晶発振器における電源端子に第1お
よび第2の入出力端子を備えるヒータの第1端子と、第
1および第2の入出力端子を備えるコンデンサの第1端
子を電気的に接続する電極パターンと、前記水晶発振器
におけるGND端子に第1および第2の入出力端子を備
えるヒータの第2端子と、第1および第2の入出力端子
を備えるコンデンサの第2端子を電気的に接続する電極
パターンを備え、 前記水晶発振器と、前記ヒータとコンデンサを前記電極
パターンに実装した後にカバーを取り付けて気密封止す
ることを特徴とするヒータ内蔵型水晶発振器。 - 【請求項3】水晶発振器、ヒータ、リアクタンス素子及
び基板を備えるヒータ内蔵型水晶発振器であって、前記
水晶発振器の共振周波数温度特性の周波数安定度の幅が
小さくなるような温度係数を有するヒータと、コンデン
サからなる回路を前記水晶発振器に電気的に接続するパ
ターンを実装する基板により電気的に接続し、前記水晶
発振器を気密封止することを特徴とするヒータ内蔵型水
晶発振器。 - 【請求項4】前記水晶発振器における電源端子に第1お
よび第2の入出力端子を備えるヒータの第1端子と、第
1および第2の入出力端子を備えるコンデンサの第1端
子を電気的に接続する電極パターンと、前記水晶発振器
におけるGND端子に第1および第2の入出力端子を備
えるヒータの第2端子と、第1および第2の入出力端子
を備えるコンデンサの第2端子を電気的に接続する電極
パターンを実装する基板を備え、前記水晶発振器と、前
記ヒータとコンデンサを基板に実装した後にカバーを取
り付けて気密封止することを特徴とするヒータ内蔵型水
晶発振器。 - 【請求項5】基板と、この基板の上に設けられた面付け
水晶発振器と、前記基板上に設けるヒータ及びコンデン
サと、前記基板を気密封止する封止部材とから構成され
たヒータ内蔵型水晶発振器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11000873A JP2000201024A (ja) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | ヒ―タ内蔵型水晶発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11000873A JP2000201024A (ja) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | ヒ―タ内蔵型水晶発振器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000201024A true JP2000201024A (ja) | 2000-07-18 |
Family
ID=11485800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11000873A Pending JP2000201024A (ja) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | ヒ―タ内蔵型水晶発振器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000201024A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009059873A1 (de) * | 2009-12-21 | 2011-06-22 | Epcos Ag, 81669 | Varaktor und Verfahren zur Herstellung eines Varaktors |
-
1999
- 1999-01-06 JP JP11000873A patent/JP2000201024A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009059873A1 (de) * | 2009-12-21 | 2011-06-22 | Epcos Ag, 81669 | Varaktor und Verfahren zur Herstellung eines Varaktors |
US8988849B2 (en) | 2009-12-21 | 2015-03-24 | Epcos Ag | Varactor and method for producing a varactor |
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