JP2008109391A - Temperature-compensated piezoelectric oscillator and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、圧電発振子の周波数温度特性を補償する温度補償型圧電発振器、及び該発振器を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a temperature-compensated piezoelectric oscillator that compensates the frequency-temperature characteristics of a piezoelectric oscillator, and an image forming apparatus including the oscillator.
ファクシミリや複合機等の画像形成装置やその他の電子機器において、水晶発振子のような圧電発振子がリアルタイムクロックに用いられている。ファクシミリでは、ファクシミリの送受信時刻としてRTCを利用しており、複合機では、本体時刻表示などで利用している。圧電発振子の発振周波数は温度によって変化するため、時刻ずれなどを抑えようとすると、その周波数温度特性を補償することが必要になる。例えば、ファクシミリにおける時刻ずれの許容範囲は60s/月である。 In an image forming apparatus such as a facsimile machine or a multifunction machine and other electronic devices, a piezoelectric oscillator such as a crystal oscillator is used as a real time clock. Facsimile uses RTC as facsimile transmission / reception time, and multi-function machines use it for displaying the main unit time. Since the oscillation frequency of the piezoelectric oscillator changes depending on the temperature, it is necessary to compensate the frequency-temperature characteristic in order to suppress a time lag. For example, the allowable range of time deviation in a facsimile is 60 s / month.
画像形成装置では、その使用方法や使用温度を推定して周波数偏差が最初となるようにソフトウェアで一定の補正をすることが行われている。しかしながら、本体電源でマイクロプロセッサを駆動していると、そのオフ時に補正をすることができないし、使用方法や使用温度によっては120s/月程度のずれが生じることがあった。 In the image forming apparatus, a certain correction is performed by software so that the frequency deviation becomes the first by estimating the use method and the use temperature. However, when the microprocessor is driven by the main power supply, correction cannot be performed when the microprocessor is turned off, and a deviation of about 120 s / month may occur depending on the use method and use temperature.
また温度補償回路を有した圧電発振器では、一般的に、VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator)構造にあるバリキャップに、サーミスタのような感温素子を用いて生成した補償電圧を印加して温度補償を行っている。周辺温度に応じてバリキャップの容量が変化することにより、圧電発振子からみた負荷容量が変化し、それによって発振周波数偏差が抑えられる。例えば特許文献1には、デジタル制御の温度補償型水晶発振器が記載されている。
バリキャップのような可変容量素子により、周辺温度が低温の場合と高温の場合の両方で補正をしようとすると、例えばバリキャップを2つ直列に接続して二次関数を作り出す必要がある。二次以上の関数を作り出すと部品のバラツキに敏感になり、さらに部品点数が増加することでバラツキも大きくなり易い。 If correction is to be performed both when the ambient temperature is low and when it is high using a variable capacitance element such as a varicap, for example, it is necessary to create a quadratic function by connecting two varicaps in series. Creating a quadratic or higher function makes it more sensitive to component variations, and the variation tends to increase as the number of components increases.
本発明は、このような従来の技術における課題を鑑みてなされたものであり、画像形成装置のような本体機器に取り付けられたときに、簡単な回路構成により発振周波数偏差を適当に抑えることのできる温度補償型圧電発振器、及びその発振器を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem in the conventional technology, and when attached to a main device such as an image forming apparatus, the oscillation frequency deviation can be appropriately suppressed by a simple circuit configuration. An object of the present invention is to provide a temperature-compensated piezoelectric oscillator and an image forming apparatus including the oscillator.
上述の目的を達成するために、本発明の提供する温度補償型圧電発振器は、圧電発振子及び可変容量素子を有する発振回路と、バッテリ電源電圧を感温素子により分圧する温度検出回路と、当該発振器が取り付けられる本体の電源が投入されているときに、前記感温素子による分圧電圧を前記可変容量素子に出力し、前記本体の電源が切断されている間は、前記感温素子による分圧を解除する切替回路とを備えている。 In order to achieve the above object, a temperature compensated piezoelectric oscillator provided by the present invention includes an oscillation circuit having a piezoelectric oscillator and a variable capacitance element, a temperature detection circuit that divides a battery power supply voltage by a temperature sensitive element, and When the power source of the main body to which the oscillator is attached is turned on, the divided voltage by the temperature sensitive element is output to the variable capacitance element, and while the power source of the main body is turned off, the voltage divided by the temperature sensitive element is output. And a switching circuit for releasing the pressure.
本発明の他の態様によれば、上述の温度補償型圧電発振器を備えた画像形成装置を提供する。 According to another aspect of the present invention, an image forming apparatus including the above-described temperature compensated piezoelectric oscillator is provided.
以上の構成によれば、本体の電源が投入され本体内が比較的高温になっているときには、感温素子による分圧電圧を用いて温度補償を行うととともに、本体の電源が切断され、本体内が周波数偏差の少ない常温付近になっているときには、感温素子による温度補償を解除して行わないため、温度域によって可変容量素子のような部品の点数を増加させることなく、適当な範囲で発振周波数偏差を抑えることが可能となる。 According to the above configuration, when the power of the main body is turned on and the inside of the main body is at a relatively high temperature, temperature compensation is performed using the divided voltage by the temperature sensing element, and the power of the main body is cut off. When the inside is near room temperature where the frequency deviation is small, the temperature compensation by the temperature sensing element is not canceled and it is not performed, so within the appropriate range without increasing the number of parts such as variable capacitance elements depending on the temperature range. Oscillation frequency deviation can be suppressed.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態では、複合機の本体時刻表示等に用いるRTCの温度補償型水晶発振器として本発明を具体化しているものとする。その複合機では、RTCをバッテリにて単独で動作させており、複合機本体の電源が切断されているときも、本体時刻表示のためRTCにより計時を行っている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, it is assumed that the present invention is embodied as an RTC temperature-compensated crystal oscillator used for main unit time display of a multifunction machine. In the multi-function device, the RTC is operated independently by a battery, and even when the power source of the multi-function device main body is turned off, the RTC measures time for displaying the main body time.
図1は本実施の形態における温度補償型水晶発振器の回路構成の一例を示す図である。この温度補償型水晶発振器では、音叉形状の水晶発振片を有する水晶発振子101を備えている。この水晶発振子101には、インバータ102及び帰還抵抗103を有する増幅回路が接続されている。これらはピアースCB発振回路として動作し持続発振を行う。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a temperature-compensated crystal oscillator according to the present embodiment. This temperature compensated crystal oscillator includes a
この発振回路には、可変容量素子であるバリキャップ104及び105が接続されている。バリキャップ104及び105に印加する電圧を制御して、発振回路の負荷容量を変更することにより、水晶発振子101の発振周波数が調整される。バリキャップ104及び105に印加される電圧が大きくなればその容量は小さくなり、その電圧が小さくなればその容量は大きくなる。負荷容量は、水晶発振子101の一端から他端までの閉ループに含まれる容量成分である。その閉ループには、バリキャップ104及び105のほか、容量固定のコンデンサ106及び107、直流カットコンデンサ108及び109が含まれる。さらに発振回路と直流カットコンデンサ109の間にはオーバートーンを抑制するため抵抗110が設けられている。
To this oscillation circuit,
このような電圧制御型発振回路のバリキャップ104及び105には、温度検出回路111が制御電圧を出力する。ここでは、温度検出回路111が、感温素子であるサーミスタ112を低圧側に配置した分圧回路を有している。分圧回路にはバッテリ電源電圧が印加され、高圧側に配置した固定抵抗113の抵抗値と、サーミスタ112の抵抗値との比でバッテリ電源電圧を分圧する。サーミスタ112は水晶発振子101の近傍に配置されており、水晶発振子101の周辺温度が上昇すれば、その抵抗値が低下し、周辺温度が低下すれば、その抵抗値が上昇する。サーミスタ112の抵抗値が変化することにより、サーミスタ112及び固定抵抗113の接続点の電圧である分圧電圧が、水晶発振子101の周辺温度に応じて変化する。この分圧電圧が、抵抗114及び115を介してバリキャップ104及び105にそれぞれ出力される。
The
この実施の形態における温度補償型水晶発振器では、当該発振器が取り付けられている複合機本体の電源が投入されているときに、サーミスタ112による分圧電圧をバリキャップ104及び105に出力し、本体の電源が切断されている間は、サーミスタ112による分圧を解除する切替回路を有している。ここでは、その切替回路として、サーミスタ112と接地との間にMOSFET116が配置されている。このPチャンネルFET116のソースがサーミスタ112の一端に接続され、ドレインが接地されている。
In the temperature compensated crystal oscillator according to this embodiment, when the power supply of the multi-function device main body to which the oscillator is attached is turned on, the divided voltage by the
FET116のゲートは、本体電源と接続されている。本体電源電圧は抵抗117及び118により分圧され、その分圧電圧をコンデンサ119によりゲートに供給している。FET116はスイッチング素子として動作し、複合機本体の電源が投入されているとオンして、サーミスタ112の低圧端を接地する。またFET116は、本体電源が切断されている間、オフとなる。このため、サーミスタ112による分圧電圧は、本体電源が投入されている間だけバリキャップ104及び105に出力され、温度補償がされることになる。一方、本体電源が切断されているときは、サーミスタ112による分圧が解除され、バッテリ電源電圧による最大電圧が、バリキャップ104及び105に出力されることになる。この場合、温度補償は行われない。これは、複合機本体の電源が切断されているときの発振周波数偏差は小さいと考えられるためである。
The gate of the FET 116 is connected to the main body power supply. The main body power supply voltage is divided by
複合機本体の電源が切断されているとき、その温度範囲は通常10℃〜40℃であると考えられる。実際にオフィス等で複合機が使用される環境では、複合機の電源が切断されるようなとき、そのオフィス等が稼動していないことが多い。この場合、水晶発振器が配置される複合機内も常温近傍にあり、その温度は、10℃〜40℃の複合機仕様温度範囲から大きく逸脱しないと考えられる。これに対し、複合機の電源が投入されているようなときには、オフィスが稼動しているので、周囲温度は25℃前後となっていることが多く、機器内部温度としてはそれ以上の温度、例えば60℃程度までの高温になることが考えられる。 When the power supply of the multi-function peripheral is turned off, the temperature range is normally considered to be 10 ° C to 40 ° C. In an environment where a multifunction device is actually used in an office or the like, the office or the like is often not operating when the power of the multifunction device is turned off. In this case, the inside of the multifunction machine in which the crystal oscillator is disposed is also near the normal temperature, and the temperature is considered not to deviate significantly from the multifunction machine specification temperature range of 10 ° C. to 40 ° C. On the other hand, when the MFP is powered on, the office is in operation, so the ambient temperature is often around 25 ° C., and the internal temperature of the device is higher than that, for example, It is conceivable that the temperature becomes as high as 60 ° C.
このように、電源投入時と未投入時とで複合機の機器内部温度が大幅に変化するため、使用温度範囲が例えば10℃〜60℃まで広がり、複合機では使用方法による発振周波数偏差が大きくなってしまう。それに加えてRTCに使用している水晶発振子の温度偏差は60℃で約−45ppm(120s/月)存在するため、60s/月という規定を満たすのは困難である。またバリキャップにより低温の場合と高温の場合を補正しようとすると、部品点数が増加し、バラツキの影響を抑えるのが難しくなる。 As described above, since the internal temperature of the multifunction device changes greatly between when the power is turned on and when it is not turned on, the operating temperature range is expanded to, for example, 10 ° C. to 60 ° C., and the multifunction device has a large oscillation frequency deviation depending on the method of use. turn into. In addition, since there is a temperature deviation of about −45 ppm (120 s / month) at 60 ° C., it is difficult to satisfy the rule of 60 s / month. Further, if the varicap tries to correct the case of low temperature and high temperature, the number of parts increases and it becomes difficult to suppress the influence of variation.
しかしながら、常温付近では温度偏差も小さいので、本実施の形態における温度補償型水晶発振器では、電源切断時に温度補償を行わず、電源投入時にのみ温度補償を行っている。これによって、部品点数を増加させずに、簡単な回路構成で適当な範囲で温度補償を行うことが可能となる。例えば複合機では60s/月を満足すればよいので、それを満足するよう、周波数偏差を約20ppmの範囲内に抑えられる。また部品のバラツキによる影響も抑えられるので、複合機の製品個体ごとのばらつきも軽減できる。その結果、製品個々に対する調整等も不要になる。 However, since the temperature deviation is small near room temperature, the temperature compensated crystal oscillator according to the present embodiment does not perform temperature compensation when the power is turned off, but performs temperature compensation only when the power is turned on. This makes it possible to perform temperature compensation within an appropriate range with a simple circuit configuration without increasing the number of parts. For example, since it is sufficient for the multi-function device to satisfy 60 s / month, the frequency deviation can be suppressed within a range of about 20 ppm so as to satisfy it. In addition, since the influence of component variations can be suppressed, the variation of each multifunction product can be reduced. As a result, it is not necessary to make adjustments for individual products.
図2は温度補償型水晶発振器の周波数温度特性の一例を示す図である。横軸が周辺温度[℃]を示し、縦軸が発振周波数偏差[ppm]を示す。このグラフにおいて破線で示すバリキャップの温度特性は、上述のようにバリキャップに電圧を印加することにより得られる補償量を仮に表現したものである。 FIG. 2 is a diagram showing an example of frequency temperature characteristics of the temperature compensated crystal oscillator. The horizontal axis indicates the ambient temperature [° C.], and the vertical axis indicates the oscillation frequency deviation [ppm]. The temperature characteristic of the varicap indicated by a broken line in this graph is a temporary representation of the compensation amount obtained by applying a voltage to the varicap as described above.
この例において、水晶発振子の周波数温度特性は、細点線及び細実線で示している。本実施の形態では、音叉型発振子を用いているので、その特性は、このグラフで上に凸の二次関数で表されており、その頂点温度は25℃である。このように二次関数の形状を周波数温度特性は有しているけれども、複合機本体の電源が切断されている10℃〜40℃の範囲では、細点線で示すように、水晶発振子の周波数偏差は−10ppm以下となっている。このため、本体の電源切断時における発振器全体の温度特性は、太点線で示すように、−20ppm以下におさまっている。 In this example, the frequency temperature characteristics of the crystal oscillator are indicated by a thin dotted line and a thin solid line. In this embodiment, since a tuning fork type oscillator is used, the characteristic is represented by an upward convex quadratic function in this graph, and the vertex temperature is 25 ° C. Although the shape of the quadratic function has frequency temperature characteristics as described above, in the range of 10 ° C. to 40 ° C. in which the power source of the multi-function device is cut off, the frequency of the crystal oscillator is indicated by a thin dotted line. The deviation is −10 ppm or less. For this reason, the temperature characteristics of the entire oscillator when the power source of the main body is turned off are kept at −20 ppm or less as shown by the thick dotted line.
一方、電源を投入しているときには、複合機内部の温度は35℃から60℃程度にまでなる。この範囲では、細実線で示すように、水晶発振子の発振周波数偏差が大きく変動する。しかしながら、電源を投入しているときには、温度補償が行われているため、バリキャップの温度特性も、細破線で示すように、水晶発振子の発振周波数偏差に応じて変化している。温度が上昇すればするほど補償量が増加している。したがって電源を投入しているときも、水晶発振器全体の周波数温度特性は、太実線で示すように、約20ppmの範囲内に抑えられる。 On the other hand, when the power is turned on, the temperature inside the multi-function device is about 35 ° C. to 60 ° C. In this range, as shown by a thin solid line, the oscillation frequency deviation of the crystal oscillator greatly fluctuates. However, since temperature compensation is performed when the power is turned on, the temperature characteristics of the varicap also change in accordance with the oscillation frequency deviation of the crystal oscillator, as indicated by a thin broken line. The amount of compensation increases as the temperature rises. Therefore, even when the power is turned on, the frequency-temperature characteristic of the entire crystal oscillator can be suppressed within a range of about 20 ppm as shown by the bold solid line.
このように本実施の形態における温度補償型水晶発振器では、複合機の電源切断時に温度補償を行わず、電源投入時にのみ温度補償を行うことにより、バリキャップのような部品の点数を増加させることなく、適当な範囲で発振周波数偏差を抑える。また高温時のみが補償の対象となり、対象温度範囲が狭まることにより精度に対しても改善が可能である。 As described above, in the temperature compensated crystal oscillator according to the present embodiment, the temperature compensation is not performed when the power of the multi-function device is turned off, and the temperature compensation is performed only when the power is turned on, thereby increasing the number of parts such as varicaps. And suppress the oscillation frequency deviation within an appropriate range. In addition, only when the temperature is high can be compensated, and the accuracy can be improved by narrowing the target temperature range.
上述した実施の形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。上述の例では、二次関数の特性を有する音叉型発振子を用いたが、その他の種類の圧電発振子を用いるようにしてもよい。例えば三次関数の特性を有するATカット発振子を用いてもよい。また温度補償の有無を本体電源の投入・切断により切り替える代わりに、画像形成装置のスリープモードやレディモード等の動作点で切り替えることもできる。さらに本発明は、複合機のほか、ファクシミリやプリンタのような他の画像形成装置に適用することが可能であるし、また画像形成装置以外の電子機器に搭載する温度補償型圧電発振器や、その電子機器にも適用が可能である。 The embodiments described above do not limit the technical scope of the present invention, and various modifications and applications other than those already described are possible within the scope of the present invention. In the above example, a tuning fork type oscillator having a quadratic function characteristic is used. However, other types of piezoelectric oscillators may be used. For example, an AT cut oscillator having a cubic function characteristic may be used. Further, instead of switching the presence / absence of temperature compensation by turning on / off the main power supply, it is also possible to switch at the operating point of the image forming apparatus such as a sleep mode and a ready mode. Furthermore, the present invention can be applied to other image forming apparatuses such as facsimiles and printers in addition to multi-function machines, temperature compensated piezoelectric oscillators mounted on electronic devices other than image forming apparatuses, It can also be applied to electronic devices.
本発明に係る温度補償型圧電発振器及び画像形成装置によれば、画像形成装置のような本体機器に取り付けられたときに、簡単な回路構成により発振周波数偏差を適当に抑えることができ、画像形成装置やその他のRTCを搭載する各種の機器に有用である。 According to the temperature-compensated piezoelectric oscillator and the image forming apparatus according to the present invention, the oscillation frequency deviation can be appropriately suppressed by a simple circuit configuration when attached to a main device such as an image forming apparatus, and image formation It is useful for various devices equipped with devices and other RTCs.
101 水晶発振子
102 インバータ
103 帰還抵抗
104、105 バリキャップ(可変容量素子)
111 温度検出回路
112 サーミスタ(感温素子)
116 FET
101
111
116 FET
Claims (2)
圧電発振子及び可変容量素子を有する発振回路と、
バッテリ電源電圧を感温素子により分圧する温度検出回路と、
当該発振器が取り付けられる本体の電源が投入されているときに、前記感温素子による分圧電圧を前記可変容量素子に出力し、前記本体の電源が切断されている間は、前記感温素子による分圧を解除する切替回路と
を備える温度補償型圧電発振器。 A temperature compensated piezoelectric oscillator,
An oscillation circuit having a piezoelectric resonator and a variable capacitance element;
A temperature detection circuit that divides the battery power supply voltage by a temperature sensing element; and
When the power source of the main body to which the oscillator is attached is turned on, the divided voltage by the temperature sensing element is output to the variable capacitance element, and while the power source of the main body is cut off, the temperature sensing element A temperature-compensated piezoelectric oscillator comprising a switching circuit that releases partial pressure.
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JP2006290226A JP2008109391A (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Temperature-compensated piezoelectric oscillator and image forming apparatus |
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-
2006
- 2006-10-25 JP JP2006290226A patent/JP2008109391A/en active Pending
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WO2015079792A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | 株式会社村田製作所 | Non-reciprocal circuit element |
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