JP2001257531A - Crystal oscillator - Google Patents

Crystal oscillator

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JP2001257531A
JP2001257531A JP2000070157A JP2000070157A JP2001257531A JP 2001257531 A JP2001257531 A JP 2001257531A JP 2000070157 A JP2000070157 A JP 2000070157A JP 2000070157 A JP2000070157 A JP 2000070157A JP 2001257531 A JP2001257531 A JP 2001257531A
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frequency
voltage
phase
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JP2000070157A
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Inventor
Makoto Sugano
誠 菅野
Original Assignee
Toyo Commun Equip Co Ltd
東洋通信機株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal oscillator which operates with the high stability of a frequency even just after the supply of power and is excellent in phase noise characteristic in a floor area. SOLUTION: With the output of OCXO2 as reference, a PLL control system detects a phase difference with the output of VCXO1 by means of a phase comparator 3, fetches its DC component by means of LPF5 and inputs it to VCXO7 as controlled voltage via a comparison switching unit 6. On starting a power source, the VCXO controlled voltage at the time of PLL control stored in a memory part 8 applied to the VCXO7 via the unit 6. With the outside of this VCXO7 as that of this oscillator, after the output frequency of the OCXO 2 is stabilized, the unit 6 is switched so as to constitute a PLL loop and the precision of the VCXO7 is pulled into the frequency precision of the OCXO2 to fetch the output of this VCXO7 as that of this oscillator.

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、高安定の水晶発振
器に関し、特に恒温槽付き水晶発振回路出力に位相同期
した電圧制御型水晶発振回路より出力を得ることによっ
て周波数安定度並びに位相雑音特性を改善することがで
きる水晶発振器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a highly stable crystal oscillator, and more particularly, to obtain frequency stability and phase noise characteristics by obtaining an output from a voltage controlled crystal oscillation circuit phase-locked to the output of a crystal oscillation circuit with a thermostat. A crystal oscillator that can be improved.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、周波数安定度の優れた水晶発
振器は、移動無線通信の周波数基準や高速伝送路の時間
基準等に広く利用されている。この水晶発振器の周波数
安定度を劣化させる要因は幾つかあるが、主な原因の一
つに、発振源の水晶振動子の温度による共振周波数の変
化があげられる。水晶振動子周波数特性は、水晶結晶材
料からの切り出し角度等で大きく異なるが、例えば周波
数変化の少ないATカットであっても水晶発振器使用温
度範囲(約−40〜85℃)内で約±20〜±30pp
m程度の変化は避けられない。一方、例えば移動無線携
帯電話端末では±2〜±5ppm程度の周波数安定度が
要求されるため、温度変化に対応して発振周波数を制御
し、水晶振動子の周波数変化を上記値内に補償した温度
補償型水晶発振器(TCXO)が広く使用されている。
しかしながら、無線基地局や計測器等の周波数基準とな
る水晶発振器はさらに高い周波数安定度、例えば±1×
10- 7 〜±5×10- 10 程度の高安定度が要求されて
おり、このような周波数安定度は前記の温度補償型水晶
発振器(TCXO)では実現することができない。この
ため、温度変化に対する周波数変動の要因を有している
水晶振動子や発振回路を恒温槽内に閉じこめ、これを一
定温度に維持することにより、周囲温度変化の影響を受
けないようにして上記安定度を実現する手段がとられて
おり、一般に「恒温槽付き高安定水晶発振器」と称され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a crystal oscillator having excellent frequency stability has been widely used as a frequency reference for mobile radio communication, a time reference for a high-speed transmission line, and the like. There are several factors that degrade the frequency stability of the crystal oscillator, but one of the main causes is a change in the resonance frequency due to the temperature of the crystal unit of the oscillation source. The frequency characteristics of the crystal unit vary greatly depending on the cut-out angle from the crystal material. For example, even in the case of an AT cut with a small frequency change, the frequency characteristics are approximately ± 20 to +/− 20 ° C. ± 30pp
A change of about m is inevitable. On the other hand, for example, a mobile radio mobile phone terminal requires a frequency stability of about ± 2 to ± 5 ppm, so that the oscillation frequency was controlled in accordance with the temperature change, and the frequency change of the crystal resonator was compensated within the above value. Temperature compensated crystal oscillators (TCXO) are widely used.
However, a crystal oscillator serving as a frequency reference for a radio base station or a measuring instrument has higher frequency stability, for example, ± 1 ×
10 - 7 ~ ± 5 × 10 - high stability of about 10 has been requested, can not be realized in such a frequency stability is the temperature compensated crystal oscillator (TCXO). For this reason, the crystal oscillator and the oscillation circuit having the factor of the frequency change with respect to the temperature change are confined in a constant temperature bath and maintained at a constant temperature so as not to be affected by the ambient temperature change. Means for achieving stability are taken, and are generally referred to as "high-stability crystal oscillators with a thermostat".
【0003】図4(a)は、従来の恒温槽付き高安定水
晶発振器の一例を示す構成概要図で、水晶振動子21、
発振回路22、出力回路23、恒温槽24、加熱ヒータ
25、ヒータ制御部26、温度検出部27で構成され
る。同図において、電源を投入すると、水晶振動子2
1、発振回路22が動作して、出力回路23から初期の
周波数の信号が出力されるとともに、加熱ヒータ25は
恒温槽24内を加熱する。槽内温度は温度検出部27に
よって検出され、その検出情報に基づくヒータ制御部2
6からの制御信号によって前記加熱ヒータ25の動作が
制御される。その結果、槽内温度は所定の温度が保た
れ、前記出力回路23からは所定の周波数に安定した出
力信号が出力される。上記のような恒温槽付き高安定水
晶発振器の恒温槽温度は、一般的に水晶振動子の周波数
温度特性に応じて設定される。例えば、よく用いられる
ATカット水晶振動子を例にとれば、この水晶振動子の
周波数変化は温度の変化に対して3次の曲線で表され、
温度変化に対する周波数変化が最も少なくなるのは変曲
点温度であることから、恒温槽温度はこの変曲点温度、
すなわち70〜90℃の間で一定値となるよう設定され
るのが一般的となっている。
FIG. 4A is a schematic structural view showing an example of a conventional high-stability crystal oscillator with a thermostatic oven.
It comprises an oscillation circuit 22, an output circuit 23, a thermostat 24, a heater 25, a heater control unit 26, and a temperature detection unit 27. In the figure, when the power is turned on, the quartz oscillator 2
1. The oscillation circuit 22 operates to output a signal of an initial frequency from the output circuit 23, and the heater 25 heats the inside of the thermostat 24. The temperature in the tank is detected by a temperature detecting section 27, and the heater control section 2 based on the detected information.
The operation of the heater 25 is controlled by the control signal from the controller 6. As a result, the tank temperature is maintained at a predetermined temperature, and the output circuit 23 outputs an output signal stable at a predetermined frequency. The temperature of the thermostat of the high-stability crystal oscillator with a thermostat as described above is generally set according to the frequency temperature characteristics of the crystal unit. For example, taking a commonly used AT-cut quartz resonator as an example, a change in frequency of the quartz resonator is represented by a cubic curve with respect to a change in temperature.
Since the inflection point temperature has the least frequency change with respect to temperature change, the temperature of the incubator temperature is the inflection point temperature,
That is, it is general that the temperature is set to a constant value between 70 and 90 ° C.
【0004】周知のように、水晶振動子の素板の厚みは
発振周波数に反比例して薄くなり、例えばATカットで
発振周波数が100MHzの水晶振動子では、その厚み
は数十μmと極めて薄くなる。更に、水晶振動子には、
その製造過程における様々なストレスの残留応力が蓄積
されていると共に、この水晶振動子を保持する保持具や
これらをパックするパッケージも同様にストレスを受け
ている。このような各種のストレスは水晶発振器が恒温
槽で加熱されて周囲温度が上昇すると徐々に開放され、
その応力が振動子に加わり、そのため厚みが極めて薄い
高周波発振用の振動子はわずかな応力でも変形し、発振
周波数が大きく変動してしまって周波数の立ち上り特性
やエージング特性が悪くなってしまう。この理由によっ
て、水晶素板の厚みは一定の厚さ以下に薄くすることが
できず、振動子の共振周波数としては最高50MHz程
度が製作限界とされており、周波数温度特性で厳しい安
定度が要求される場合は、更に低くなる。そこで、例え
ば100MHzのような高周波で、移動無線通信基地局
用の発振器等に要求される厳しい規格を満足させるため
には、厚みがより厚く、多少の応力が発生しても周波数
の変動が少ない、低い共振周波数の振動子を発振させ、
この発振出力を100MHzまで逓倍する方法がとられ
ている。
As is well known, the thickness of a base plate of a crystal unit becomes thin in inverse proportion to the oscillation frequency. For example, in the case of a crystal unit having an oscillation frequency of 100 MHz by AT cut, the thickness becomes extremely thin, several tens of μm. . In addition, crystal oscillators
Residual stresses of various stresses are accumulated in the manufacturing process, and a holder for holding the crystal unit and a package for packing the same are also subjected to the stress. Such various stresses are gradually released when the crystal oscillator is heated in a thermostat and the ambient temperature rises,
The stress is applied to the vibrator, so that the vibrator for high-frequency oscillation, which is extremely thin, is deformed even by a slight stress, and the oscillation frequency fluctuates greatly, thereby deteriorating the frequency rising characteristics and aging characteristics. For this reason, the thickness of the quartz crystal plate cannot be reduced to a certain thickness or less, and the maximum resonance frequency of the vibrator is about 50 MHz, and strict stability is required in the frequency-temperature characteristics. If so, it will be even lower. Therefore, in order to satisfy a strict standard required for an oscillator for a mobile radio communication base station or the like at a high frequency such as 100 MHz, the thickness is thicker and the frequency variation is small even if some stress is generated. Oscillate a resonator with a low resonance frequency,
A method of multiplying the oscillation output up to 100 MHz has been adopted.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】一般に周波数安定度の
要求レベルが比較的低いシステムに用いられる温度補償
型水晶発振器(TCXO)の出力周波数は、数ms(ミリ
セカンド)から数十msという短時間で定常値に達し、こ
の間の周波数変化も僅かであるから、そのシステムでは
電源投入後間もなく動作を開始できる。しかしながら、
高い周波数安定度が要求されるシステムに用いられ、槽
温度が変曲点温度に設定された恒温槽付き高安定水晶発
振器は、電源投入後恒温槽温度が設定温度に達して安定
した発振周波数になるには、図4(b)に示すように一
定の時間を要することになり、この間はサーマルショッ
ク並びに水晶振動子の温度特性による大きな周波数変動
が発生してしまう。この周波数変動はATカット水晶振
動子を用いた場合でも数十ppmに達し、周波数が安定
するまでに要する時間は通常数分〜数十分という長い時
間が必要である。従って、上記の水晶発振器が使用され
ているシステムにおいては、出力周波数が一定となるま
で動作開始を待たなくてはならない。また、周波数の立
ち上り特性の良い特殊な振動子を使用して早急に所定の
温度に到達させる手段をとると、コスト高になるととも
に消費電力が増大するという問題があった。
Generally, the output frequency of a temperature-compensated crystal oscillator (TCXO) used in a system in which the required level of frequency stability is relatively low is as short as several milliseconds to several tens of milliseconds. , And the frequency change during this period is also small, so that the system can start operating shortly after power-on. However,
Used in systems that require high frequency stability, a high-stability crystal oscillator with a constant-temperature bath whose bath temperature is set to the inflection point temperature is a stable oscillation frequency when the temperature of the bath reaches the set temperature after the power is turned on. This requires a certain period of time as shown in FIG. 4B, during which time a large frequency fluctuation occurs due to thermal shock and temperature characteristics of the crystal resonator. This frequency variation reaches several tens of ppm even when an AT-cut crystal resonator is used, and the time required for the frequency to stabilize usually requires a long time of several minutes to several tens of minutes. Therefore, in a system using the above-described crystal oscillator, it is necessary to wait for the operation to start until the output frequency becomes constant. Further, if a means for quickly reaching a predetermined temperature by using a special vibrator having a good frequency rising characteristic is used, there is a problem that the cost increases and the power consumption increases.
【0006】また、前述のように、共振周波数の低い水
晶振動子を発振させ、その発振周波数を逓倍して出力す
る水晶発振器は、周波数温度特性や周波数経時変化等の
特性については変動が少ないが、近年、高い周波数のク
ロック信号等の発信源において重要視されている位相雑
音特性は、逓倍次数に応じて式(1)に従って劣化する
ことが知られている。 D=20log10N(dB) (1) ただし、N:逓倍次数、D:位相雑音劣化量 式(1)から、例えば共振周波数が5MHzの水晶振動
子の発振出力を100MHzまで逓倍した場合、N=2
0となり、位相雑音劣化量はD=26dBとなり、図4
(c)の例示のように悪化してしまう。
As described above, a crystal oscillator that oscillates a crystal resonator having a low resonance frequency and multiplies the oscillation frequency for output has little variation in characteristics such as frequency temperature characteristics and frequency aging. In recent years, it has been known that the phase noise characteristic which is regarded as important in a transmission source of a high frequency clock signal or the like deteriorates according to the equation (1) according to the multiplication order. D = 20log10N (dB) (1) Where, N: Multiplied order, D: Degradation amount of phase noise From the equation (1), for example, when the oscillation output of a crystal resonator having a resonance frequency of 5 MHz is multiplied to 100 MHz, N = 2.
0, the phase noise deterioration amount becomes D = 26 dB, and FIG.
It deteriorates as shown in the example of (c).
【0007】一般に水晶発振器の位相雑音特性は、水晶
振動子を含んだ発振ループのQ値と振動子励振レベルに
よって大きく影響されることが知られている。通常、特
に高安定発振器用の水晶振動子は、Q値を高くするため
振動子表面に曲率の大きいコンベックス加工を施すのが
一般的であり、このため振動子励振電流レベルに対し共
振周波数が2次曲線的に大きく変化するという励振電流
レベル特性を有している。このため周知のように、高安
定水晶発振器における振動子励振レベルは、レベル変化
による周波数変動を抑える目的で、かなり低い励振レベ
ルに設定しており、フロア領域(およそ100kHz以
上の雑音周波数領域)の雑音レベルが通常の水晶発振器
よりも大きくなっているのが一般的である。従って、こ
のような雑音レベルの大きい発振出力を逓倍することに
より、逓倍後の信号に含まれる位相雑音レベルは更に増
大してしまうことになる、即ち従来の逓倍方式による高
周波高安定水晶発振器では、フロア領域の位相雑音特性
が大幅に劣化しているという問題があった。この問題に
対して、広い電流範囲で平坦な励振電流レベル特性をも
つ、例えばSCカットの水晶振動子を使用すると、水晶
振動子の製造コストが高く、且つ発振器回路が複雑とな
って高価な発振器になるという問題があった。本発明
は、上記課題を解決するためになされたものであって、
電源投入直後も高い周波数安定度で動作し、且つフロア
領域の位相雑音特性の優れた水晶発振器を提供すること
を目的とする。
It is generally known that the phase noise characteristic of a crystal oscillator is greatly influenced by the Q value of an oscillation loop including a crystal oscillator and the oscillator excitation level. In general, particularly for a crystal oscillator for a high-stability oscillator, it is common to apply a convex process with a large curvature to the surface of the oscillator in order to increase the Q value. It has an exciting current level characteristic that changes greatly in a following curve. Therefore, as is well known, the excitation level of the oscillator in the highly stable crystal oscillator is set to a considerably low excitation level in order to suppress a frequency change due to a level change, and is set in a floor area (a noise frequency area of about 100 kHz or more). Generally, the noise level is higher than that of a normal crystal oscillator. Therefore, by multiplying the oscillation output having such a large noise level, the phase noise level contained in the multiplied signal is further increased. There is a problem that the phase noise characteristic in the floor area is significantly deteriorated. To solve this problem, the use of an SC-cut quartz resonator having a flat excitation current level characteristic over a wide current range, for example, increases the manufacturing cost of the quartz resonator and complicates the oscillator circuit, resulting in an expensive oscillator. There was a problem of becoming. The present invention has been made to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a crystal oscillator that operates with high frequency stability immediately after power-on and has excellent phase noise characteristics in the floor region.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1の発明においては、恒温槽によって温度制
御される恒温槽付き水晶発振回路と発振周波数を制御電
圧によって制御される電圧制御型水晶発振回路とを備
え、前記電圧制御型水晶発振回路出力は位相同期回路に
よって前記恒温槽付き水晶発振回路出力に位相同期し、
該位相同期制御された電圧制御型水晶発振回路より出力
を得る水晶発振器であって、前記電圧制御型水晶発振回
路は振動子励振レベル特性が平坦な水晶振動子で構成さ
れた発振回路であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the first aspect of the present invention, there is provided a crystal oscillation circuit with a thermostatic chamber whose temperature is controlled by a thermostatic chamber and a voltage control type whose oscillation frequency is controlled by a control voltage. A crystal oscillation circuit, wherein the output of the voltage-controlled crystal oscillation circuit is phase-synchronized with the crystal oscillator circuit output with the constant temperature bath by a phase synchronization circuit,
A crystal oscillator that obtains an output from the phase-locked voltage-controlled crystal oscillation circuit, wherein the voltage-controlled crystal oscillation circuit is an oscillation circuit formed of a crystal resonator having a flat resonator excitation level characteristic. It is characterized by.
【0009】また、請求項2の発明においては、恒温槽
によって温度制御される恒温槽付き水晶発振回路と発振
周波数を制御電圧によって制御される電圧制御型水晶発
振回路とを備え、前記電圧制御型水晶発振回路出力は位
相同期回路によって前記恒温槽付き水晶発振回路出力に
位相同期し、該位相同期制御された電圧制御型水晶発振
回路より出力を得る水晶発振器であって、電源投入直後
は、予め記憶された所定の制御電圧が印加された前記電
圧制御型水晶発振回路より、また、前記位相同期回路か
ら検出される制御電圧が予め設定されたしきい値を下回
ったときからは、前記位相同期回路によって位相同期制
御された前記電圧制御型水晶発振回路より出力を得るこ
とを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a crystal oscillation circuit with a thermostatic chamber whose temperature is controlled by a thermostat and a voltage-controlled crystal oscillation circuit whose oscillation frequency is controlled by a control voltage. The output of the crystal oscillation circuit is a crystal oscillator that is phase-locked by the phase synchronization circuit to the output of the crystal oscillation circuit with the thermostatic chamber and obtains an output from the voltage-controlled crystal oscillation circuit that is phase-locked and controlled. From the voltage-controlled crystal oscillation circuit to which the stored predetermined control voltage is applied, and when the control voltage detected from the phase-locked loop falls below a predetermined threshold, An output is obtained from the voltage-controlled crystal oscillation circuit that is phase-locked by a circuit.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態に基づいて説明する。図1は、請求項1記載の発
明に係わる水晶発振器の実施の一形態例を示す構成概要
図である。同図に示すように、本発振器は、恒温槽付き
水晶発振回路(以下、OCXO)1と、高周波信号を位
相比較周波数に変換する分周器2、4と、入力信号を比
較してその位相差あるいは周波数差に応じた電圧を出力
する位相比較器3と、信号に重畳されている交流成分を
除去して直流成分を出力する低域フィルタ(以下、LP
F)5と、温度補償回路付き電圧制御型水晶発振回路
(以下、VCXO)6とで構成される。上記構成におい
て、本発振器では、次のようにOCXO1の発振出力に
位相同期(PLL)制御された出力がVCXO6から取
り出される。即ち、周波数精度の高い高安定水晶発振器
であるOCXO1の発振出力と、励振電流レベル特性を
ほとんど持たず、従って励振レべルを上げても周波数特
性の劣化が極めて少ない一般の水晶振動子を用いて構成
されたVCXO6の発振出力とは、それぞれ分周器2、
4で位相比較周波数に変換され位相比較器3において位
相が比較される。そして、OCXO1の発振出力を基準
にした位相差情報が電圧に変換され、LPF5において
交流分が除去された後、制御電圧としてVCXO6に入
力する。該VCXO6の出力信号は前記制御電圧によっ
てOCXO1の出力周波数精度に引き込まれるように制
御されるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a crystal oscillator according to the first aspect of the present invention. As shown in the figure, this oscillator comprises a crystal oscillator circuit (hereinafter, OCXO) 1 with a thermostat, frequency dividers 2 and 4 for converting a high-frequency signal into a phase comparison frequency, and an input signal. A phase comparator 3 that outputs a voltage corresponding to the phase difference or the frequency difference, and a low-pass filter (hereinafter, LP) that removes an AC component superimposed on the signal and outputs a DC component
F) 5 and a voltage-controlled crystal oscillation circuit (hereinafter, VCXO) 6 with a temperature compensation circuit. In the above configuration, in this oscillator, an output which is phase-locked (PLL) -controlled to the oscillation output of the OCXO1 is extracted from the VCXO6 as follows. That is, a general quartz crystal oscillator which has almost no oscillation output of the OCXO1, which is a highly stable crystal oscillator having high frequency accuracy, and has very little excitation current level characteristics, so that even if the excitation level is raised, deterioration of the frequency characteristics is extremely small. The oscillation output of the VCXO 6 constituted by
The signal is converted into a phase comparison frequency at 4 and the phase is compared at the phase comparator 3. Then, the phase difference information based on the oscillation output of the OCXO1 is converted into a voltage, the AC component is removed in the LPF 5, and then input to the VCXO 6 as a control voltage. The output signal of the VCXO 6 is controlled by the control voltage so as to be drawn into the output frequency accuracy of the OCXO 1.
【0011】上記のようにして得られた出力信号は、図
3(a)に示されるように、従来の高安定発振回路出力
よりも位相雑音レベルがはるかに小さい出力を得ること
ができる。即ち、位相同期した発振器出力の位相雑音特
性は位相同期回路に用いる低域フィルタのカットオフ周
波数を境にして変化し、このカットオフ周波数より低い
周波数領域の雑音レベルは位相同期された発振器出力の
雑音レベルが現れる。 一方、このカットオフ周波数よ
り高い周波数領域の雑音レベルは、同期している発振器
出力の特性が現れることが知られている。従って、本発
振器の位相雑音特性は、低い周波数領域ではOCXO1
出力の雑音レベルであって、従来の逓倍出力時と同等の
特性が得られ、高い周波数領域ではVCXO6の雑音レ
ベルが得られ、即ち従来の逓倍出力時よりも大幅に改善
された特性が得られることになる。
As shown in FIG. 3A, the output signal obtained as described above can obtain an output having a much lower phase noise level than the output of the conventional high-stability oscillation circuit. That is, the phase noise characteristic of the phase-locked oscillator output changes with the cut-off frequency of the low-pass filter used in the phase-locked loop as a boundary, and the noise level in a frequency region lower than this cut-off frequency is the phase-locked oscillator output. A noise level appears. On the other hand, it is known that a noise level in a frequency region higher than the cutoff frequency has characteristics of a synchronized oscillator output. Therefore, the phase noise characteristic of this oscillator is OCXO1 in the low frequency region.
The noise level of the output is equivalent to that of the conventional multiplied output, and the noise level of the VCXO6 is obtained in a high frequency region, that is, the characteristic is significantly improved compared to the conventional multiplied output. Will be.
【0012】図2は、請求項2記載の発明に係わる水晶
発振器の実施の第2の形態例を示す構成概要図である。
同図に示すように、本発振器は、恒温槽付き水晶発振回
路(以下、OCXO)11と、高周波信号を位相比較周
波数に変換する分周器12、14と、入力信号を比較し
てその位相差あるいは周波数差に応じた電圧を出力する
位相比較器13と、信号に重畳された交流成分を除去し
て直流成分を出力する低域フィルタ(以下、LPF)1
5と、温度補償回路付き電圧制御型水晶発振回路(以
下、VCXO)16と、比較部(図示しない)と切替部
(図示しない)とからなる比較切替器17と、予め定め
られた所定の電圧データを記憶するメモリ部18と、メ
モリ部18で記憶したデータの電圧を出力する電圧発生
部19とで構成される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of the crystal oscillator according to the second aspect of the present invention.
As shown in FIG. 1, this oscillator comprises a crystal oscillator circuit with a thermostat (hereinafter, OCXO) 11, frequency dividers 12 and 14 for converting a high-frequency signal into a phase comparison frequency, and an input signal. A phase comparator 13 that outputs a voltage corresponding to a phase difference or a frequency difference, and a low-pass filter (hereinafter, LPF) 1 that removes an AC component superimposed on a signal and outputs a DC component
5, a voltage controlled crystal oscillation circuit (hereinafter, VCXO) 16 with a temperature compensation circuit, a comparison switch 17 including a comparison unit (not shown) and a switching unit (not shown), and a predetermined predetermined voltage. The memory unit 18 stores data, and the voltage generator 19 outputs a voltage of the data stored in the memory unit 18.
【0013】ここで、位相同期(PLL)制御回路が次
のように構成される。即ち、VCXO16の発振出力と
OCXO11の発振出力とを位相比較器13で比較して
位相差情報を電圧に変換し、この電圧を比較切替器17
を介してVCXO16に入力することによって、該VC
XO16の出力周波数をOCXO11の出力周波数精度
に引き込むように制御する。前記メモリ18は、OCX
O11の恒温槽温度が所定の温度に安定した状態で、前
記OCXO11とVCXO16間でPLL動作が行われ
ているときのVCXO制御電圧、即ちLPF15の出力
電圧値を予めディジタルに変換して記憶しているもので
ある。また、前記比較切替器17の切替部の接続は、電
源投入時はVCXO16を電圧発生部19に接続してお
り、この状態で前記比較切替器17の比較部で所定のし
きい値と前記LPF15の出力電圧とを比較し、前記L
PF15の出力電圧が前記しきい値以下になった場合
に、前記比較切替器17の切替部の接続はVCXO16
をLPF15に接続するように切り替わる。
Here, the phase locked loop (PLL) control circuit is configured as follows. That is, the oscillation output of the VCXO 16 and the oscillation output of the OCXO 11 are compared by the phase comparator 13 to convert the phase difference information into a voltage.
Input to the VCXO 16 via the
Control is performed so that the output frequency of the XO 16 is drawn to the output frequency accuracy of the OCXO 11. The memory 18 has an OCX
The VCXO control voltage when the PLL operation is performed between the OCXO 11 and the VCXO 16 in a state where the temperature of the thermostatic chamber O11 is stabilized at a predetermined temperature, that is, the output voltage value of the LPF 15 is previously converted to digital and stored. Is what it is. When the power is turned on, the switching unit of the comparison switch 17 is connected to the VCXO 16 to the voltage generator 19, and in this state, the comparison unit of the comparison switch 17 sets a predetermined threshold value and the LPF 15 And the output voltage of the L
When the output voltage of the PF 15 falls below the threshold value, the connection of the switching unit of the comparison switch 17 is switched to the VCXO 16
Is connected to the LPF 15.
【0014】本発振器の電源が投入されると、前記メモ
リ18からは、記憶された所定のVCXO16制御電圧
値が読み出され、電圧発生部19から読み出された値の
制御電圧が比較切替器17を介してVCXO16に出力
される。この制御電圧によって制御されたVCXO16
は数ppmあるいはそれ以下の精度に補償された発振周
波数を出力する。そしてOCXO11の恒温槽温度が所
定の温度に安定して該OCXO11の出力周波数が前記
VCXO16の周波数精度を上回るまでは、前記VCX
O16の発振出力が本発振器の出力として出力される。
When the power of the present oscillator is turned on, the stored predetermined VCXO 16 control voltage value is read from the memory 18 and the control voltage of the value read from the voltage generator 19 is compared with the comparison switch. 17 to the VCXO 16. VCXO16 controlled by this control voltage
Outputs an oscillation frequency compensated to an accuracy of several ppm or less. Until the temperature of the oven of the OCXO 11 stabilizes at a predetermined temperature and the output frequency of the OCXO 11 exceeds the frequency accuracy of the VCXO 16, the VCX
The oscillation output of O16 is output as the output of the present oscillator.
【0015】この間、OCXO11は、大きい周波数変
動をもって発振しており、この出力とVCXO16出力
はそれぞれ分周器12、14で位相比較周波数に変換さ
れて位相比較器13に入力する。前記位相比較器13
は、両出力信号を比較してその位相差に応じた出力信号
をLPF15に出力し、前記LPF15で前記位相比較
器13出力から信号中の交流成分を除去して比較切替器
17の比較部に出力する。前記比較切替器17の比較部
においては、前記LPF15の出力電圧と、PLL制御
が動作してVCXO16の出力周波数をOCXO11の
出力周波数精度に引き込んだ状態のVCXO16制御電
圧に基づいて予め設定された所定のしきい値とを比較
し、前記LPF15の出力電圧が前記しきい値以下にな
った場合に、前記比較切替器17の切替部接続は、VC
XO16をLPF15に接続するように切り替わる。
During this time, the OCXO 11 oscillates with large frequency fluctuations. This output and the output of the VCXO 16 are converted into phase comparison frequencies by frequency dividers 12 and 14 and input to the phase comparator 13. The phase comparator 13
Compares the two output signals, outputs an output signal corresponding to the phase difference to the LPF 15, removes an AC component in the signal from the output of the phase comparator 13 by the LPF 15, and outputs the signal to the comparison unit of the comparison switch 17. Output. In the comparison section of the comparison switch 17, a predetermined voltage set in advance based on the output voltage of the LPF 15 and a VCXO 16 control voltage in a state where the PLL control is operated to pull the output frequency of the VCXO 16 to the output frequency accuracy of the OCXO 11 And when the output voltage of the LPF 15 becomes equal to or less than the threshold, the switching connection of the comparison switch 17
Switching is performed so that XO 16 is connected to LPF 15.
【0016】上記の切替部の動作よって、前記OCXO
11を基準にしてVCXO16の出力を位相同期させる
PLL制御ループが構成される。このOCXO11と分
周器12、14と位相比較器13とLPF15とVCX
O16で構成されるPLL制御回路の動作は、図1の発
振器の動作と同じであるので説明は省略する。この結
果、前記OCXO11出力に位相同期したVCXO16
の出力が、本発振器の出力として取り出され、図3
(b)に示すように、電源投入直後でも±1ppm以下
高精度の発振出力が得られる。図2の構成において、V
CXO16は、OCXO11の恒温槽や周囲機器の温度
変化の影響を受けないような配置や断熱等の処置を取る
必要があることは当然のことである。
By the operation of the switching unit, the OCXO
A PLL control loop for synchronizing the output of the VCXO 16 with reference to 11 is formed. The OCXO 11, frequency dividers 12, 14, phase comparator 13, LPF 15, and VCX
The operation of the PLL control circuit composed of O16 is the same as the operation of the oscillator of FIG. As a result, the VCXO 16 phase-locked to the OCXO 11 output
Is taken out as the output of this oscillator, and FIG.
As shown in (b), a highly accurate oscillation output of ± 1 ppm or less can be obtained immediately after the power is turned on. In the configuration of FIG.
As a matter of course, it is necessary to take measures such as disposing the CXO 16 so as not to be affected by the temperature change of the constant temperature bath of the OCXO 11 and the peripheral devices, and heat insulation.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、従来の恒温槽付き
水晶発振器には、電源投入後数分〜数十分にわたり数十
ppmという大きな周波数変動が発生すると共に、位相
雑音レベルが一般の水晶発振器に比べて大きいという欠
点があったが、本発明によれば、低価格で、電源投入後
の周波数変化が±1ppm以内に改善された水晶発振
器、あるいは、フロア領域の位相雑音レベルが極めて低
いという高品質の水晶発振器を提供することができる。
更に、例えば計測器周波数基準として本発振器が使用し
た場合、従来は電源投入後から周波数が安定するまでの
間、全く計測器が使用できなかったものが、電源投入直
後から一定精度での計測器使用が可能となる等、周波数
基準あるいは時間基準に発振器を使用しているシステム
の起動の高速化に大いに貢献できる。
As described above, in the conventional crystal oscillator with a constant temperature oven, a large frequency fluctuation of several tens ppm occurs for several minutes to several tens minutes after the power is turned on, and the phase noise level is a general crystal. According to the present invention, the crystal oscillator has a disadvantage that it is larger than the oscillator, but the cost is low and the frequency change after power-on is improved within ± 1 ppm, or the phase noise level in the floor region is extremely low. High quality crystal oscillator can be provided.
Furthermore, for example, when this oscillator was used as a measuring instrument frequency reference, the measuring instrument could not be used at all until the frequency became stable after the power was turned on. For example, it is possible to greatly increase the speed of startup of a system that uses an oscillator for a frequency reference or a time reference.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】請求項1記載の発明に係る水晶発振器の実施の
一形態例を示す構成概要図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a crystal oscillator according to the first embodiment of the present invention.
【図2】請求項2記載の発明に係る水晶発振器の実施の
一形態例を示す構成概要図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a crystal oscillator according to the invention of claim 2;
【図3】(a)は、図1の発振器の位相雑音特性(C/
N特性)の一例を示す特性図、(b)は、図2の水晶発
振器における電源投入後の周波数変化の一例を示す図。
FIG. 3A shows a phase noise characteristic (C / C) of the oscillator of FIG. 1;
FIG. 3B is a characteristic diagram illustrating an example of N characteristic), and FIG. 3B is a diagram illustrating an example of a frequency change after power is turned on in the crystal oscillator of FIG. 2.
【図4】(a)は、従来の恒温槽付き水晶発振器の一例
を示す構成概要図、(b)は、(a)の水晶発振器にお
ける電源投入後の周波数変化の一例を示す図、(c)
は、(a)の水晶発振器における位相雑音特性図(C/
N特性)の一例を示す図。
FIG. 4 (a) is a schematic diagram illustrating an example of a conventional crystal oscillator with a thermostat, FIG. 4 (b) is a diagram illustrating an example of a frequency change after power-on in the crystal oscillator of FIG. )
Is a phase noise characteristic diagram (C /
FIG. 9 is a diagram showing an example of (N characteristic).
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1・・恒温槽付き水晶発振回路(OCXO)、 2、
4・・分周器、3・・位相比較器、 5・・低
域フィルタ(LPF)、6・・温度補償型電圧制御型水
晶発振回路(VCXO)、11・・恒温槽付き水晶発振
回路(OCXO)、12、14・・分周器、 13
・・位相比較器、15・・低域フィルタ(LPF)、1
6・・温度補償型電圧制御型水晶発振回路(VCX
O)、17・・比較切替器、 18・・メモリ部、
19・・電圧発生部、21・・水晶振動子、 22・・
発振回路、 23・・出力回路、24・・恒温槽、
25・・加熱ヒータ、 26・・ヒータ制御部、2
7・・温度検出部
1. ・ Crystal oscillator circuit (OCXO) with thermostat,
4. Divider, 3 Phase comparator, 5 Low-pass filter (LPF), 6 Temperature-compensated voltage controlled crystal oscillator (VCXO), 11 Crystal oscillator with thermostat ( OCXO), 12, 14, ... frequency divider, 13
..Phase comparator, 15..Low-pass filter (LPF), 1
6. Temperature-compensated voltage-controlled crystal oscillation circuit (VCX
O), 17..comparison switch, 18..memory part,
19 ··· Voltage generator, 21 ·· Crystal oscillator, 22 ···
Oscillation circuit, 23 ... output circuit, 24 ... constant temperature bath,
25 heater, 26 heater control unit, 2
7 ... Temperature detector

Claims (2)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 恒温槽によって温度制御される恒温槽付
    き水晶発振回路と発振周波数を制御電圧によって制御さ
    れる電圧制御型水晶発振回路とを備え、前記電圧制御型
    水晶発振回路出力は位相同期回路によって前記恒温槽付
    き水晶発振回路出力に位相同期し、該位相同期制御され
    た電圧制御型水晶発振回路より出力を得る水晶発振器で
    あって、前記電圧制御型水晶発振回路は振動子励振レベ
    ル特性が平坦な水晶振動子で構成された発振回路である
    ことを特徴とする水晶発振器。
    1. A crystal oscillation circuit with a thermostat controlled by a thermostat and a voltage-controlled crystal oscillation circuit whose oscillation frequency is controlled by a control voltage, wherein the output of the voltage-controlled crystal oscillation circuit is a phase-locked loop. A phase-locked crystal oscillator circuit, and obtains an output from the phase-locked voltage-controlled crystal oscillation circuit, wherein the voltage-controlled crystal oscillation circuit has a vibrator excitation level characteristic. A crystal oscillator, characterized by being an oscillation circuit composed of a flat crystal resonator.
  2. 【請求項2】 恒温槽によって温度制御される恒温槽付
    き水晶発振回路と発振周波数を制御電圧によって制御さ
    れる電圧制御型水晶発振回路とを備え、前記電圧制御型
    水晶発振回路出力は位相同期回路によって前記恒温槽付
    き水晶発振回路出力に位相同期し、該位相同期制御され
    た電圧制御型水晶発振回路より出力を得る水晶発振器で
    あって、電源投入直後は、予め記憶された所定の制御電
    圧が印加された前記電圧制御型水晶発振回路より、ま
    た、前記位相同期回路から検出される制御電圧が予め設
    定されたしきい値を下回ったときからは、前記位相同期
    回路によって位相同期制御された前記電圧制御型水晶発
    振回路より出力を得ることを特徴とする水晶発振器。
    2. A crystal oscillation circuit with an oven controlled by a thermostat and a voltage-controlled crystal oscillation circuit whose oscillation frequency is controlled by a control voltage, wherein the output of the voltage-controlled crystal oscillation circuit is a phase-locked loop. A crystal oscillator which is phase-synchronized with the constant-temperature-controlled crystal oscillator circuit output and obtains an output from the phase-locked voltage-controlled crystal oscillator circuit, immediately after power-on, is supplied with a predetermined control voltage stored in advance. From the applied voltage controlled crystal oscillation circuit, and from when the control voltage detected from the phase locked loop falls below a preset threshold, the phase locked loop controlled by the phase locked loop is used. A crystal oscillator characterized by obtaining an output from a voltage-controlled crystal oscillation circuit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100466490B1 (en) * 2002-11-20 2005-01-24 주식회사 에이스테크놀로지 Apparatus for up converting/down converting frequency with modulation quality using ocxo
JP2009124291A (en) * 2007-11-13 2009-06-04 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Highly-stable oscillator with constant temperature oven
JP2011014991A (en) * 2009-06-30 2011-01-20 Kyocera Kinseki Corp Oscillator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100466490B1 (en) * 2002-11-20 2005-01-24 주식회사 에이스테크놀로지 Apparatus for up converting/down converting frequency with modulation quality using ocxo
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