JP2006050027A - 水晶発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の発振器では経時変化により劣化して周波数が変化した場合に、定期的に計測しなおしてゼロ調整しなくてはならなかった。そのため計測の設備を用意し、計測しながら周波数調整を行っていた。
【解決手段】 本発明では、二つの発振器のうち第二発振器は水晶振動子の水晶電流を多く流して短期安定度のよい発振器とし、これを基準として水晶電流を少なくして長期安定度の特性の良い第一発振器に位相同期させて、安定な周波数を得られる発振装置としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高安定な周波数を得る水晶発振装置に関する。

水晶発振器の中で恒温槽を用いて、周波数安定度を得る発振器が、クロック源、信号源として広く利用されている。高い安定度を求める水晶発振器では恒温槽を用いて温度特性を維持している。水晶振動子の周波数安定度には、立ち上げ時の短期安定度と月や年単位の長期安定度がある。短期安定度も長期安定度も得られる水晶発振器が求められている。

単に長期安定度を上げるのであれば、セシウムやルビジウム発振器を用いれば周波数安定度が得られるが価格が高い欠点がある。また二つの水晶発振器を用いて安定度を上げる方法も検討されている。

特開平09-214336号公報

なお出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

本発明が解決しようとする問題点は、短期安定度と長期安定度の両方の特性を持つためには、一つの発振器で行うには難しいので、それぞれの持つ特性をもつ発振器が求められていた。

特許文献１では、二つの発振器の差の成分を検出し分周して電圧制御発振器を制御する回路が示されている。しかし特許文献１では水晶電流を配慮された発振器は記載されていない。

水晶振動子の水晶電流を上げると、短期安定度はいいが、長期安定度が悪く、水晶振動子の水晶電流を下げると、短期安定度は悪いが、長期安定度はいい発振器が得られることが知られている。
本発明では、第一水晶発振器と第二水晶発振器があり、第二水晶発振器に比べ第一水晶発振器の水晶電流を高くして、第一水晶発振器の出力を長期安定度の良い第二水晶発振器と位相比較回路で比較し、制御回路で短期安定度の良いときと、長期安定度の良いときを選択し、安定した水晶発振装置が得られるようにしている。

本発明によって、長期安定度の良い第二水晶発振器を基準発振器として、短期安定度の良い第一水晶発振器に位相同期させて、長期安定度と短期安定度の双方の持つ特性を持つ発振装置を実現することができた。

本発明は、 第一水晶発振器と第二水晶発振器とを備えた水晶発振装置において、該第一水晶発振器は、該第二水晶発振器に比べ、使用する水晶振動子に流れる水晶電流が大きくし、該第二水晶発振器を基準発振器として該第一水晶発振器の出力周波数とを周波数比較回路で比較し、該第一水晶発振器を位相同期したことを特徴とする水晶発振装置である。

以下、図面を参照しながら実施例を説明する。
図１は、本発明の構成を示すブロック図である。
第一水晶発振器１は、この実施例では恒温槽入りの水晶発振器でこの発振装置の出力周波数となる発振器である。この第一水晶発振器は水晶振動子に流れる水晶電流を多く流して短期安定度を良くしている。水晶振動子は、短期的時間では水晶電流を多く流すと、短期の周波数安定度がよくなるが、長期安定度では水晶電流が少ない方が良い。ここでは恒温槽入りの水晶発振器を用いているが必ずしも恒温槽入り水晶発振器である必要はない。
一方、第二水晶発振器は、第一水晶発振器に比べ水晶振動子に流す水晶電流を少なくして長期的安定度をよくしている。本願発明では、この第二水晶発振器を基準周波数として利用している。第二水晶発振器は、恒温槽入れの水晶発振器を用いており、恒温槽入りの水晶発振器が好ましい。長期安定度の良い第二水晶発振器で、短期安定度の良い第一水晶発振器に位相同期をかけて制御することにより、双方の持つ良い特性を併せ持つ特性となる。

本発明の特性について説明する。図２は、本発明の動作を示す位相雑音対時間の関係を示している。点線で示す特性は、本願発明の第一水晶発振器の特性を示している。第一水晶発振器は、水晶電流を多くして短期安定度をよくしている。
一方一点鎖線で示す特性は、本発明の第二水晶発振器の特性を示しており、短期安定度は悪いが長期安定度を良くしている。
本発明では第一水晶発振器１と第二水晶発振器２の出力を周波数比較回路３で周波数（位相）を比較をして制御回路４に位相差のデータが入る。制御回路からは第一水晶発振器での出力周波数が第二水晶発振器との位相差が無くなるまで補正を行う。
このときの周波数比較回路のループフィルタの時定数を選ぶことで第二の水晶発振器の出力は、第一水晶発振器の位相同期をかけない時の良い短期安定度と第二水晶発振器に位相同期をかけないときの良い長期安定度の両方の良いところをあわせ持った特性とすることが出来る。このときのループフィルタの時定数は第一水晶発振器と第二水晶発振器の位相同期をかけない時の時間に対する安定度が等しくなる周波数の0.5倍から2倍であることが好ましい。そして利用可能な範囲としては、時定数を0.1倍から10倍であってもよい。
位相同期をかけることにより、特性は図３の太い実線で示す特性となる。すなわち短期安定度と長期安定度の特性をあわせ持つ発振装置とすることができた。

本発明は、高安定水晶発振器として放送局、無線局の基地局や測定器等の基準周波数信号発生器として利用できる。

図1は、本発明を説明するブロック図である。 図２は、第一水晶発振器と第二水晶発振器の位相雑音と時間との関係を示す特性図。 図３は、本発明の位相雑音と時間との関係を示す特性図。

符号の説明

１ 第一水晶発振器
２ 第二水晶発振器
３ 周波数比較回路
４ 制御回路
５ 周波数調整回路

Claims (4)

1. 第一水晶発振器と第二水晶発振器とを備えた水晶発振装置において、該第一水晶発振器は、該第二水晶発振器に比べ、使用する水晶振動子に流れる水晶電流が大きくし、該第二水晶発振器を基準発振器として該第一水晶発振器の出力周波数とを周波数比較回路で比較し、該第一水晶発振器を位相同期したことを特徴とする水晶発振装置。
2. 請求項１において、該周波数比較回路のループフィルタの時定数は該第一水晶発振器と第二水晶発振器の位相同期をかけない時の時間に対する安定度が等しくなる周波数の0.5倍から2倍であることを特徴とする水晶発振装置。
3. 請求項１において、該周波数比較回路のループフィルタの時定数は該第一水晶発振器と第二水晶発振器の位相をかけない時の時間に対する安定度が等しくなる周波数の0.1倍から10倍であることを特徴とする水晶発振装置。
4. 請求項１において、該第一水晶発振器と第二水晶発振器が恒温槽型水晶発振器であることを特徴とする水晶発振装置。

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