JP2002118422A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、温度補償型水晶発振器の温度補償
回路において、７０℃以上の高温領域および−２０℃以
下の低温領域において温度補償効果が低減することを改
善するものであり、広い温度範囲において周波数精度を
安定化させる水晶発振器を提供することを目的とする。 【解決手段】 高温補償回路の感温抵抗としてＢ定数Ｔ
Ｈ₁₃が零値を含み互いのＢ定数が異なる第一のサーミス
タＴｈ₁₁と第二のサーミスタＴｈ₁₂とを並列接続した構
成を有する。また、低温補償回路の感温抵抗として第一
のサーミスタＴｈ₁₃とＢ定数が零値を含む第二のサーミ
スタＲ₁₃とを直列接続した構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度補償型水晶発振
器の温度補償回路に関し、特に高温側または低温側ある
いは高温側および低温側の温度補償精度を高めた温度補
償型水晶発振器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温度補償型水晶発振器は、近年携帯電話
の普及とともに急激に生産数が増大しており、その性能
においても市場の要求が厳しくなってきている。温度補
償型水晶発振器には数種類の温度補償方法があるが、特
に小型化、低コスト化、調整方法の容易さの面から、水
晶振動子に温度補償回路が直列に接続される直接型温度
補償回路が多く使用されている。

【０００３】従来の直接型温度補償水晶発振器は、特公
昭６４−１９６９号公報に記載されたものが知られてお
り、以下に簡単に説明する。

【０００４】図１０は従来の直接型温度補償水晶発振器
の回路図である。温度補償回路１は、低温補償回路２と
高温補償回路３とからなり、ＡＴカットした水晶振動子
４に直列に接続する。低温補償回路２はコンデンサＣ₁
に感温抵抗部ＲＴ₁、調整用抵抗Ｒ₁をそれぞれ並列接続
し、高温補償回路３は感温抵抗部ＲＴ₂と調整用抵抗Ｒ ₂
を直列接続したものをコンデンサＣ₂と並列に接続した
構成を取っている。

【０００５】ここで低温補償回路２、高温補償回路３の
感温抵抗部ＲＴ₁、及びＲＴ₂は、図１１（ａ），（ｂ）
のようにサーミスタＴｈ₁、Ｔｈ₂の単体より構成されて
いる。

【０００６】以上の構成において以下にその動作を説明
する。温度補償回路は、図１２（ａ）に示すように感温
抵抗ＲｐとコンデンサＣｐを並列接続した回路で簡単に
表され、この回路をそれと等価な直列回路に変換すると
同図１２（ｂ）が得られる。並列接続されたＲｐとＣｐ
のインピーダンスは（数１），（数２）により求めら
れ、温度Ｔにおける等価直列抵抗Ｒｓと等価直列容量Ｃ
ｓは同式を展開した（数３），（数４）で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】

【数３】

【００１０】

【数４】

【００１１】（数４）から等価直列容量Ｃｓは、並列接
続されたコンデンサの容量値Ｃｐと感温抵抗の抵抗値Ｒ
ｐとの関数で表され、感温抵抗の抵抗値の変化により、
等価直列容量が変化する。したがって、図１０における
端子ａ，ｂ間、ｃ，ｄ間の等価直列容量は、感温抵抗部
ＲＴ₁，ＲＴ₂の温度による抵抗値の変化が等価直列容量
Ｃｓを変化させることを利用して、一定の温度範囲内で
制御され、その結果、水晶発振器の発振周波数を温度補
償することが可能となる。

【００１２】この回路動作を利用し、コンデンサＣ₁，
Ｃ₂の容量値と感温抵抗部ＲＴ₁，ＲＴ₂における温度−
抵抗特性、調整抵抗Ｒ₁，Ｒ₂の抵抗値を最適な値に設定
することにより水晶振動子の温度変化による周波数の変
化を打ち消す温度−等価直列容量値特性を得て、広い温
度範囲において周波数の変動を小さく抑えるものであ
る。

【００１３】図１３に、以上の回路動作から得られる温
度補償回路が水晶振動子の温度−周波数特性を広い温度
範囲で周波数補償した効果を示しており、右上がりの３
次曲線を有する水晶振動子の温度−周波数特性（イ）を
温度補償回路の動作により低温から高温域で周波数変動
を抑えこみ温度−周波数特性（ロ）を得ようとするもの
である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成の温度補償回路では、約７０℃以上の高温領域お
よび約−２０℃以下の低温領域において、水晶振動子の
温度特性に高温補償用サーミスタおよび低温補償用サー
ミスタの温度特性が追随できないために温度補償効果が
低減し、水晶振動子の温度特性を十分に抑えこめず、水
晶発振器の補償温度範囲を広くとると周波数精度が悪化
することが避けられないという問題点を有していた。

【００１５】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、水晶発振器の周波数が広い温度範囲で変化割合が極
めて少ない温度補償型水晶発振器を提供することを目的
とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を有するものである。

【００１７】本発明の請求項１に記載の発明は、特に、
感温抵抗部とコンデンサを並列に接続して構成される低
温補償回路と高温補償回路を有する温度補償回路を水晶
振動子および増幅器に直列に接続した温度補償型水晶発
振器において、前記低温補償回路の感温抵抗部をＢ定数
が零値を含み互いのＢ定数が異なる第一のサーミスタと
第二のサーミスタを直列接続した構成を特徴とする温度
補償型水晶発振器の構成を有しており、これにより、各
定数を水晶振動子の温度特性に合わせて最適値に選定す
ることにより、感温抵抗部の温度−抵抗特性のカーブを
任意に変えることができ、低温域でより抵抗値が大きく
なる温度特性を得ることができる。その結果、低温域に
おける温度−周波数補償精度を更に向上させることを可
能とするものである。

【００１８】本発明の請求項２に記載の発明は、特に、
感温抵抗部とコンデンサを並列に接続して構成される低
温補償回路と高温補償回路を有する温度補償回路を水晶
振動子および増幅器に直列に接続した温度補償型水晶発
振器において、前記高温補償回路の感温抵抗部をＢ定数
が零値を含み互いのＢ定数が異なる第一のサーミスタと
第二のサーミスタを並列接続した温度補償型水晶発振器
の構成を有しており、これにより、各定数を水晶振動子
の温度特性に合わせて最適値に選定することにより、感
温抵抗部の温度−抵抗特性のカーブを任意に変えること
を可能とし、高温域でより抵抗値が小さくなる特性カー
ブを得ることができる。その結果、高温域における温度
−周波数補償精度を向上させることを可能とするもので
ある。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、実施の形
態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明につ
いて記載する。

【００２０】図１は本発明の実施の形態１における温度
補償回路の回路図である。

【００２１】図１において、温度補償回路１１はコンデ
ンサＣ₁₁に感温抵抗部ＲＴ₁₁と調整抵抗Ｒ₁₁をそれぞれ
並列接続した低温補償回路１２と、感温抵抗部ＲＴ₁₂と
調整抵抗Ｒ₁₂を直列接続した回路をコンデンサＣ₁₂に並
列接続した高温補償回路１３から成り、低温補償回路１
２の感温抵抗部ＲＴ₁₁は図２（ａ）のように互いのＢ定
数が異なる第一のサーミスタＴｈ₁₁と第二のサーミスタ
Ｔｈ₁₂を直列接続した構成を取っている。

【００２２】以上のように構成された温度補償回路にお
いて、回路を構成する各部品の定数の一例をあげて同図
面を参照しながら説明する。

【００２３】低温補償回路１２の感温抵抗部ＲＴ₁₁にお
いて各定数の一例をあげて説明すると、第一のサーミス
タＴｈ₁₁は、２５℃における抵抗値＝４０Ω、Ｂ_25/50
＝４１４０Ｋとし、第二のサーミスタＴｈ₁₂は２５℃に
おける抵抗値＝１１０Ω、Ｂ _25/50＝１５００Ｋとし、
これらを直列接続することにより、図３（ａ）に示すよ
うに、従来の構成のサーミスタＲＴ₁（例えば、２５℃
における抵抗値＝１５０Ω、Ｂ_25/50＝２７５０Ｋ）単
独の温度特性に比べ低温域においてより抵抗値が大きく
なり、水晶振動子の温度特性を補償する能力が向上され
ている。

【００２４】その結果、図４に示すように従来の構成の
温度補償回路を持つ水晶発振器が低温域で（−３５℃
〜）±１．５ｐｐｍの周波数偏差であったのに対し、本
発明の構成による水晶発振器は同図４の曲線ａの特性を
示し、低温域で±１ｐｐｍと約２／３の周波数偏差に周
波数精度を向上させることを可能とし、周波数−温度特
性を低温域で高精度に安定化させることができる温度補
償型水晶発振器が得られる。

【００２５】また、低温補償回路１２の感温抵抗部ＲＴ
₁₁を図２（ｂ）のように、第一のサーミスタＴｈ₁₃と第
二のサーミスタとしてＢ定数が零値とした抵抗Ｒ₁₃とを
直列接続した構成を取った場合においても同様の効果が
得られる。第一のサーミスタＴｈ₁₃はＲ₂₅＝９５Ω、Ｂ
_25/50＝３３７７Ｋとし、抵抗Ｒ₁₃は５５Ωに定数を設
定した場合、図３（ｂ）の温度特性を得て、図４の曲線
ｂの温度−周波数特性を示す。結果、従来の構成の温度
特性に比べ低温域で±０．５ｐｐｍと約１／３の周波数
偏差に周波数精度を向上させることを可能とし、周波数
−温度特性を低温域で高精度に安定化させることができ
る温度補償型水晶発振器が得られる。

【００２６】（実施の形態２）以下、実施の形態２を用
いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について記載
する。

【００２７】図５において、温度補償回路１１は前記従
来例と同様にコンデンサＣ₁₁に感温抵抗部ＲＴ₁₁と調整
抵抗Ｒ₁₁をそれぞれ並列接続した低温補償回路１２と、
感温抵抗部ＲＴ₁₂と調整抵抗Ｒ₁₂を直列接続したものを
コンデンサＣ₁₂に並列接続した高温補償回路１３から成
り、高温補償回路１３の感温抵抗部ＲＴ₁₂は図６（ａ）
のように第一のサーミスタＴｈ₁₄と第二のサーミスタＴ
ｈ₁₅を並列接続した構成を取っている。

【００２８】以上のように構成された温度補償回路にお
いて、以下に回路を構成する各部品の定数の一例をあげ
て同図面を参照しながら説明する。

【００２９】高温補償回路１３の感温抵抗部ＲＴ₁₂は、
第一のサーミスタＴｈ₁₄をＲ₂₅＝４．１ｋΩ、Ｂ_25/50
＝４７００Ｋ、第二のサーミスタＴｈ₁₅をＲ₂₅＝７．９
ｋΩ、Ｂ_25/50＝２０００Ｋとし、これらを並列接続し
た構成により図７（ａ）のように従来の構成のサーミス
タＴｈ₂（Ｒ₂₅＝３．０ｋΩ、Ｂ_25/50＝４１００Ｋ）単
独の温度特性に比べ高温域において抵抗値がより小さく
なり、水晶振動子の温度特性を補償する能力を向上して
いる。

【００３０】その結果、図８に示すように従来の構成の
温度補償回路を持つ水晶発振器が、高温域で（〜８５
℃）±３．０ｐｐｍの周波数偏差であったのに対し、本
発明の構成による水晶発振器は同図の曲線cの特性を示
し、高温域で±２ｐｐｍと約２／３の周波数偏差に周波
数精度を向上させることを可能とし、周波数−温度特性
を低温域で高精度に安定化させることができる温度補償
型水晶発振器が得られる。

【００３１】また、高温補償回路１３の感温抵抗部ＲＴ
₁₂を図６（ｂ）のように第二のサーミスタＴｈ₁₆と第一
のサーミスタとしてＢ定数が零値とした抵抗Ｒ₁₄とを並
列接続した構成を取った場合においても同様の効果が得
られる。サーミスタＴｈ₁₆はＲ₂₅＝４．０ｋΩ、Ｂ
_25/50＝４７００Ｋとし、抵抗Ｒ₁₄は８．３ｋΩに定数
を設定した場合、図７（ｂ）の高温補償感温抵抗部の温
度特性を得て、図８の曲線ｄの特性を示し、従来の温度
特性に比べ高温域で±１．０ｐｐｍと約１／３の周波数
偏差に周波数精度を向上させることを可能とし、周波数
−温度特性を低温域で高精度に安定化させた温度補償型
水晶発振器が得られる。

【００３２】前記実施の形態では温度補償回路をコンデ
ンサＣ₁₁に感温抵抗部ＲＴ₁₁を接続した低温補償回路１
２とコンデンサＣ₁₂に感温抵抗部ＲＴ₁₂を並列接続した
高温補償回路１３とからなり、例えば図９に示したよう
に、コンデンサＣ₁₄と感温抵抗部ＲＴ₁₁の直列岐路（低
温部用）と、コンデンサＣ₁₅と感温抵抗部ＲＴ₁₂の直列
岐路（高温部用）と、コンデンサＣ₁₆の並列回路からな
る温度補償回路においても適用できることは勿論であ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明は、高温補償回路の
感温抵抗部にＢ定数が零値を含み互いのＢ定数が異なる
第一のサーミスタと第二のサーミスタを並列接続した構
成を備えることにより、感温抵抗部の温度−抵抗特性を
水晶振動子の温度−周波数特性にマッチングさせ、水晶
発振器の周波数−温度特性を広い温度範囲で高精度に安
定化させる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における温度補償回路の
回路図

【図２】（ａ）同低温補償回路の説明図 （ｂ）同高温補償回路の説明図

【図３】（ａ）本発明の低温補償回路における感温抵抗
部の一実施の形態における温度−抵抗特性図 （ｂ）本発明の低温補償回路における感温抵抗部の一実
施の形態における温度−抵抗特性図

【図４】本発明の実施の形態１における水晶発振器を従
来例と比較した温度−周波数特性図

【図５】同実施の形態２における温度補償回路の回路図

【図６】（ａ）同低温補償回路の説明図 （ｂ）同高温補償回路の説明図

【図７】（ａ）本発明の高温補償回路における感温抵抗
部の温度−抵抗特性図 （ｂ）本発明の高温補償回路における感温抵抗部の温度
−抵抗特性図

【図８】本発明の実施の形態２において従来例と比較し
た温度−周波数特性図

【図９】本発明の実施の形態１，２の他の例を示す温度
補償回路の回路図

【図１０】従来例を説明する温度補償回路の回路図

【図１１】（ａ），（ｂ）同要部の説明図

【図１２】（ａ），（ｂ）温度補償回路の動作原理を説
明する回路図

【図１３】従来例を説明する温度−周波数特性図

【符号の説明】

４ 水晶振動子 １１ 温度補償回路 １２ 低温補償回路 １３ 高温補償回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感温抵抗部とコンデンサを並列に接続し
   て構成される低温補償回路と高温補償回路を有する温度
   補償回路を水晶振動子および増幅器に直列に接続した温
   度補償型水晶発振器において、前記低温補償回路の感温
   抵抗部をＢ定数が零値を含み互いのＢ定数が異なる第一
   のサーミスタと第二のサーミスタを直列接続した構成と
   する温度補償型水晶発振器。
2. 【請求項２】 感温抵抗部とコンデンサを並列に接続し
   て構成される低温補償回路と高温補償回路を有する温度
   補償回路を水晶振動子および増幅器に直列に接続した温
   度補償型水晶発振器において、前記高温補償回路の感温
   抵抗部をＢ定数が零値を含み互いのＢ定数が異なる第一
   のサーミスタと第二のサーミスタを並列接続した構成と
   する温度補償型水晶発振器。