JP2012120074A - 温度補償型圧電発振器、周波数補正システム、周波数ドリフト補正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】TCXO50は、温度センサー2が検知した温度情報を、A/D変換器6によりデジタル信号に変換して記憶する温度情報記憶回路8と、実際の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データ、及び周波数ドリフト特性の温度依存性を示す近似係数データを記憶する周波数ドリフト補正データ記憶部7と、TCXO50が起動した時点からの経過時間情報を出力するN分周器9とカウンタ10により構成される経過時間情報出力手段46と、GPSレシーバ(外部機器)12とインターフェースしてGPSレシーバ12に対して温度情報、周波数ドリフト補正データ、及び経過時間情報を出力するインターフェース制御回路11と、を備えて構成されている。
【選択図】図2
Description
図10は、特許文献1に開示されたTCXOのパッケージ構造を示す断面図であり、図11はICチップ内部の回路構成を示すブロック図であり、図12は圧電振動子の温度特性を示す図である。図10のパッケージ構造では、外部端子36を有するシート基板35に、図11に示すICチップ37が実装され、接続部材34を介して振動子ベース基板31に設けられた振動子端子32と接続され、振動子ベース基板31内には、圧電振動子30が実装されている。ここで、ICチップ37は、図11に示すとおり、周囲温度を検知する温度センサー38、各温度に対する温度補償電圧に係るデータを記憶するメモリ39、温度センサー38とメモリ39のデータに基づいて、温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路40、及びVCXO(Volt Controred Crystal Oscillator:電圧制御水晶発振器)41を備えている。即ち、温度補償機構42と圧電発振器43により構成されている。圧電振動子30は例えば、図12に示すとおり、ATカットとして常温(25℃)付近に変極点を持つ3次曲線44のような温度特性となる。温度センサー38は、例えばダイオード等で構成し、周囲温度に応じて変化するダイオードの電圧値を温度変化として検出する。そして、温度センサー38によって得られた温度情報をもとに生成した温度補償電圧は、圧電振動子30の温度特性を打ち消す温度補償特性45を発生させ、圧電発振器43の周波数を精度良く補償する。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、起動直後の周波数ドリフト補正データ、時間情報、及び温度情報を外部機器側に出力するようにして、外部機器側でこれらの情報に基づいて起動時ドリフトを補正することが可能な温度補償型圧電発振器を提供することを目的とする。
[適用例1]圧電振動子と、温度センサーと、前記温度センサーの出力電圧に基づいて前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路とを備え、前記温度補償電圧に基づいて発振周波数が制御される温度補償型圧電発振器であって、前記温度センサーが検知した温度情報を記憶する温度情報記憶回路と、前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶する周波数ドリフト補正データ記憶部と、前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力する経過時間情報出力手段と、外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するインターフェース制御回路と、を備えたことを特徴とする。
周波数補正式は、以下のように表される。
{A´(temp−t0)2+A}×Ln(time)+{B´(temp−t0)2+B}・・・・・(1)
ここで、A、Bはドリフト近似係数、A´、B´はドリフト近似係数A、 Bにおける温度依存性を表す係数、t0は常温25℃、tempは測定時の温度、timeは所定の時刻情報である。実際の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データ、及びドリフト特性の温度依存性を示す近似係数データ(以下、これらのデータを周波数ドリフト補正データと呼ぶ)を記憶回路に保存しておき、外部機器側がTCXOから現在の温度情報と時間経過情報、及び周波数ドリフト補正データを読み出して周波数ドリフト特性を式(1)に基づいて計算する。理論上では、25℃でTCXOを起動したときには、ICチップの発熱温度が圧電振動子の温度よりも僅かに上昇してICチップと圧電振動子に温度差が生じる。この温度差が温度補償動作に影響を与え時間経過とともに周波数が緩やかに上昇する。このような周波数ドリフト特性を式(1)の計算式を使って計算する。
即ち、本実施形態のTCXO50は、従来の温度補償型発振器に、温度情報記憶回路8、周波数ドリフト補正データ記憶部7、経過時間情報出力手段46、及びインターフェース制御回路11を追加して、インターフェース制御回路11と接続されたGPSレシーバ12に対して、温度情報、周波数ドリフト補正データ、及び経過時間情報を渡し、GPSレシーバ12側でそれらの情報に基づいてTCXO50の起動時の周波数ドリフトを補正する。これにより、TCXO50の起動時の周波数ドリフトを経過時間単位に補正することができる。
まず、GPSレシーバ12のCPU17は、図4の時刻T1(起動直後の時間0秒の時点)における経過時間情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S1)。そして、周波数ドリフト補正データ記憶部7に記憶されている周波数ドリフト補正データと、温度情報記憶回路8に記憶されている温度情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S2)。次に、所定の時刻T2の時点における経過時間情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S3)。そして、前記式(1)の周波数補正式に各値を代入して計算して(S4)、その計算結果で補正回路15により発振信号21の発振周波数を補正する(S5)。GPSレシーバ12は、補正後の周波数をもとにGPS衛星を捕捉する(S6)。
Claims (7)
- 圧電振動子と、温度センサーと、前記温度センサーの出力電圧に基づいて前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路とを備え、 前記温度補償電圧に基づいて発振周波数が制御される温度補償型圧電発振器であって、
前記温度センサーが検知した温度情報を記憶する温度情報記憶回路と、
前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶する周波数ドリフト補正データ記憶部と、
前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力する経過時間情報出力手段と、
外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するインターフェース制御回路と、を備えたことを特徴とする温度補償型圧電発振器。 - 前記周波数ドリフト特性を近似した曲線は、温度を変数とする2次関数の項と、温度を変数とする2次関数と時間を変数とする対数関数との積からなる項と、を含む近似式で表されることを特徴とする請求項1に記載の温度補償型圧電発振器。
- 前記周波数ドリフト補正データ記憶部が、起動から所定時間が経過するまでの間の第1の近似係数データを記憶する第1の周波数ドリフト補正データ記憶部と、前記所定時間が経過した後の第2の近似係数データを記憶する第2の周波数ドリフト補正データ記憶部と、を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の温度補償型圧電発振器。
- 前記第1の周波数ドリフト補正データ記憶部から前記第2の周波数ドリフト補正データ記憶部へ切り替える時間を記憶する補正データ切替時間記憶部を備えたことを特徴とする請求項3に記載の温度補償型圧電発振器。
- 前記近似係数データは、前記圧電振動子の発振周波数の公称値に対する周波数偏差として表されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の温度補償型圧電発振器。
- 請求項1乃至5の何れか一項に記載の温度補償型圧電発振器と、外部機器と、を備えた周波数補正システムであって、
前記外部機器は、前記温度補償型圧電発振器の前記インターフェース制御手段を介して受信した前記近似係数データに基づいて周波数ドリフト特性を計算する制御手段と、該制御手段により計算された前記周波数ドリフト特性に基づいて、前記温度補償型圧電発振器から出力される信号の周波数を補正する補正回路と、を備えたことを特徴とする周波数補正システム。 - 温度情報記憶回路、周波数ドリフト補正データ記憶部、経過時間情報出力手段、及びインターフェース制御回路を備えた温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト補正方法であって、
前記温度情報記憶回路が、温度センサーが検知した温度情報を記憶するステップと、
前記周波数ドリフト補正データ記憶部が、前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶するステップと、
前記経過時間情報出力手段が、前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力するステップと、
前記インターフェース制御回路が、外部機器とインターフェースして該外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するステップと、を備えたことを特徴とする周波数ドリフト補正方法。
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