JP2014175981A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】更なる周波数安定度を達成し得る発振器を提供する。
【解決手段】発振部２０は、水晶振動素子１１に対して周波数温度特性を補償する温度補償電圧Ｖａを用いることにより、一定の発振周波数ｆからなる出力信号Ｆｏｕｔを生成するとともに、補正電圧Ｖｃを入力して発振周波数ｆを補正する。恒温槽１５は、少なくとも発振部２０及び水晶振動素子１１を収容する。温度制御部１３は、温度センサ１２で検出された槽内温度Ｔが一定範囲Ｔ１〜Ｔ２に収まるように、ヒータ１４を制御する。周波数補正部３０は、温度センサ１２で検出された槽内温度Ｔに基づき補正電圧Ｖｃを生成し、補正電圧Ｖｃを発振部２０へ出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子を用いた発振器に関する。

従来、発振器としては、種々のものが開発されており、例えば温度補償水晶発振器（以下「ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator」という。）や恒温槽付水晶発振器（以下「ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator」という。）が知られている。ＴＣＸＯは、圧電素子として使用する水晶振動素子の周波数温度特性を補償するための温度補償回路を有し、例えば携帯電話機やパーソナル・ナビゲーション・デバイス（ＰＮＤ）などの電子機器に搭載される。

図５に、従来のＴＣＸＯの一例として、特許文献１に開示された発振器１００の構成を示す。発振器１００は、圧電素子としての水晶振動素子１１０と、水晶振動素子１１０と電気的に接続されたＩＣチップ１２０とを有し、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを生成する。

ＩＣチップ１２０の内部には、水晶振動素子１１０に接続された水晶発振回路１３０と、水晶振動素子１１０の周波数温度特性を補償するための温度補償回路１４０とが形成されている。

より具体的には、水晶振動素子１１０の一端は、水晶発振回路１３０のうち、帰還抵抗としての抵抗素子１３１の一端に接続されるとともに、インバータ１３２の入力端子に接続されている。また、水晶振動素子１１０の一端とグランドＧＮＤとの間には、可変容量素子１３４が接続されている。

一方、水晶振動素子１１０の他端は、水晶発振回路１３０のうち、抵抗素子１３１の他端に接続されるとともに、インバータ１３２の出力端子に接続されている。また、水晶振動素子１１０の他端とグランドＧＮＤとの間には、可変容量素子１３５が接続されている。

インバータ１３２の出力端子には、バッファとしてのインバータ１３３の入力端子が接続され、インバータ１３３の出力端子から、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔが出力される。

温度補償回路１４０は、温度の変化にかかわらず、一定の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを発振器１００から出力させるため、水晶振動素子１１０の周波数温度特性を補償するための回路である。

具体的には、温度補償回路１４０は、水晶振動素子１１０の周囲の温度を測定するための温度センサを有し、当該温度センサによって得られた温度に基づいて、所定の温度補償電圧を生成する。

そして、温度補償回路１４０は、この温度補償電圧を可変容量素子１３４，１３５に印加し、可変容量素子１３４，１３５の容量を変化させることにより、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数を調整して温度補償を行う。

このようにして、発振器１００は、所望の発振周波数を有する出力信号Ｆｏｕｔを生成し、これを外部に出力する。すなわち、発振器１００では、周波数温度特性を補償することにより、周囲温度が変化しても所望の発振周波数が得られるように動作を調整している。

図６に、発振器１００の周波数温度特性（周囲温度の変化に対する周波数偏差の変化）を示す。図６において、曲線Ａ１０は補償前の周波数温度特性であり、曲線Ｂ１０は温度補償電圧による補償用の周波数温度特性であり、曲線Ｃ１０は補償後の周波数温度特性である。なお、周波数偏差は、周囲温度が例えば２５℃のときに「０」となるように設定されている。

特開２０１１−０３５４８２号公報（図３） 特開２００４−２３６０７９号公報（図２） 特開２００７−３２５０３３号公報（図３）

ＴＣＸＯとは、周波数温度特性を周囲温度に合わせて補償することにより、周波数を一定に保つ発振器である。また、ＯＣＸＯとは、温度の影響力の大きい部品を恒温槽の中に入れて、周囲温度に関係なく恒温槽の中を一定温度になるように制御することにより、周波数を一定に保つ発振器である。ＯＣＸＯは、周囲温度を一定にするため、ＴＣＸＯよりも周波数安定度に優れている。しかし、ＯＣＸＯといえども、周囲温度を完全に一定できるわけではなく、ある温度範囲に収めているに過ぎないので、その温度範囲において周波数が変化する。

その一方、近年の電子機器の高性能化に伴い、発振器にも従来のＴＣＸＯやＯＣＸＯを超え得る更なる周波数安定度が求められている。

そこで、本発明の目的は、更なる周波数安定度を達成し得る発振器を提供することにある。

本発明に係る発振器は、
周波数温度特性を有する圧電素子と、
この圧電素子に対して前記周波数温度特性を補償する温度補償電圧を用いることにより一定の発振周波数からなる出力信号を生成するとともに、補正電圧を入力して前記発振周波数を補正する発振部と、
この発振部及び前記圧電素子を収容する恒温槽と、
この恒温槽内に対して熱を供給又は吸収する熱源と、
前記恒温槽内の温度である槽内温度を検出する温度センサと、
この温度センサで検出された前記槽内温度が一定範囲に収まるように前記熱源を制御する温度制御部と、
前記温度センサで検出された前記槽内温度に基づき前記補正電圧を生成し、当該補正電圧を前記発振部へ出力する周波数補正部と、
を備えたものである。

本発明に係る発振器によれば、恒温槽内において圧電素子の周波数温度特性を補償する温度補償電圧を用いて一定の発振周波数からなる出力信号を生成するとともに、恒温槽内のわずかな温度変動に対しても槽内温度に基づく補正電圧を用いてその発振周波数を補正するので、従来のＴＣＸＯやＯＣＸＯを超える更なる周波数安定度を達成できる。

実施形態１の発振器を示す回路図である。 図２［１］は、実施形態１における水晶振動子の周波数温度特性を示すグラフである。図２［２］は、実施形態１における温度センサの入出力特性を示すグラフである。 図３［１］は、実施形態１における温度補償回路による周波数温度特性の変化を示すグラフである。図３［２］は、実施形態１における補正電圧出力回路による周波数温度特性の変化を示すグラフである。 実施形態２の発振器を示す回路図である。 従来の発振器を示す回路図である。 従来の発振器における周波数温度特性を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。

図１は、実施形態１の発振器を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。

発振器１０は、圧電素子としての水晶振動素子１１、温度センサ１２、温度制御部１３、熱源としてのヒータ１４、恒温槽１５、発振部２０、周波数補正部３０などを備えている。水晶振動素子１１は、周波数温度特性を有する。発振部２０は、水晶振動素子１１に対して周波数温度特性を補償する温度補償電圧Ｖａを用いることにより、一定の発振周波数ｆからなる出力信号Ｆｏｕｔを生成するとともに、補正電圧Ｖｃを入力して発振周波数ｆを補正する。恒温槽１５は、少なくとも発振部２０及び水晶振動素子１１を収容する。ヒータ１４は、恒温槽１５内に対して熱を供給する。温度センサ１２は、恒温槽１５内の温度である槽内温度Ｔを検出する。温度制御部１３は、温度センサ１２で検出された槽内温度Ｔが一定範囲Ｔ１〜Ｔ２に収まるように、ヒータ１４を制御する。周波数補正部３０は、温度センサ１２で検出された槽内温度Ｔに基づき補正電圧Ｖｃを生成し、補正電圧Ｖｃを発振部２０へ出力する。

周波数補正部３０は、補正電圧出力回路３１とメモリ３２とを有する。メモリ３２は、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２における槽内温度Ｔごとの補正電圧Ｖｃに関するデータを予め記憶している。補正電圧出力回路３１は、温度センサ１２で検出された槽内温度Ｔのデータを入力し、このデータとメモリ３２のデータとに基づき槽内温度Ｔに対応する補正電圧Ｖｃを生成し、補正電圧Ｖｃを発振部２０へ出力する。後述するように、本実施形態１では、槽内温度Ｔのデータとは検出電圧Ｖｔであり、槽内温度Ｔごとの補正電圧Ｖｃに関するデータとはオペアンプのゲインである。

発振部２０は、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２における槽内温度Ｔごとの温度補償電圧Ｖａを生成する温度補償回路２１と、温度補償回路２１で生成された温度補償電圧Ｖａと補正電圧出力回路３１から出力された補正電圧Ｖｃとを加算する加算回路２２と、水晶振動素子１１を含む発振ループ内に設けられ、加算回路２２で加算された電圧Ｖａ＋Ｖｃが印加される可変容量素子２６，２７と、を有する。

恒温槽１５は、密閉空間１６を有する箱状である。密閉空間１６内には、発振部２０及び水晶振動素子１１に加え、ヒータ１４、温度センサ１２、温度制御部１３及び周波数補正部３０が収容されている。

次に、各構成要素について更に詳しく説明する。

温度センサ１２は、槽内温度Ｔに対応する検出電圧Ｖｔを槽内温度Ｔのデータとして出力する、例えばＩＣチップ化に適した半導体温度センサである。半導体温度センサには、半導体の抵抗値の温度依存性やｐｎ接合の順方向電圧の温度依存性を利用したものが知られている。例えば、シリコンのｐｎ接合の場合、その順方向電圧は−２ｍＶ／℃で変化する。また、温度センサ１２は、抵抗値や順方向電圧の温度情報（槽内温度Ｔ）を使いやすい大きさのアナログ電圧（検出電圧Ｖｔ）に変換する回路を内蔵したものとしてもよい。

温度制御部１３は、温度センサ１２から出力された検出電圧Ｖｔを入力し、検出電圧Ｖｔが一定範囲に収まるように（すなわち槽内温度Ｔが一定範囲Ｔ１〜Ｔ２に収まるように）、ヒータ１４へ供給する電力を制御する。その制御方法は、一般的なオンオフ制御やＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御を用いることができる。

ヒータ１４は、例えば、ジュール熱を発する電気抵抗体である。熱源としては、加熱に加え冷却も可能なペルチェ素子などを用いてもよい。

恒温槽１５は、例えばセラミックスや金属などからなり、断熱性の観点から密閉空間１６を有する箱状であることが望ましい。ただし、製造コストなどを優先するのであれば、開放空間を有する例えば板状又は皿状の構造体を、実質的な恒温槽として用いることも可能である。

発振部２０は、前述の温度補償回路２１、加算回路２２、可変容量素子２６，２７の他に、帰還用の抵抗素子２３、発振用のインバータ２４、緩衝用のインバータ２５、メモリ２８などを有する。水晶振動素子１１の一端には抵抗素子２３の一端、インバータ２４の入力端及び可変容量素子２６の一端が接続され、水晶振動素子１１の他端には抵抗素子２３の他端、インバータ２４の出力端及び可変容量素子２７の一端が接続され、可変容量素子２６，２７の他端にはグランドＧＮＤが接続されている。水晶振動素子１１、抵抗素子２３、インバータ２４及び可変容量素子２６，２７によって、発振ループが構成されている。つまり、水晶振動素子１１、抵抗素子２３、インバータ２４，２５及び可変容量素子２６，２７は、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillator）となっている。なお、インバータ２４へ定電流を供給する可変定電流源を設け、その定電流の値を補正電圧Ｖｃで変えることにより発振周波数ｆを補正するようにしてもよい。

可変容量素子２６，２７は例えば可変容量ダイオードである。その場合、可変容量ダイオードのカソードが可変容量素子２６，２７の一端に相当し、可変容量ダイオードのアノードが可変容量素子２６，２７の他端に相当し、可変容量ダイオードのカソードに補正電圧Ｖｃ及び温度補償電圧Ｖａが印加される。可変容量ダイオードに印加される逆方向電圧が大きいほど、可変容量ダイオードの空乏層の厚みが増すことにより容量値が減少するので、発振周波数ｆは上昇する。

温度補償回路２１は、例えば、槽内温度Ｔを測定する温度センサと、温度補償電圧Ｖａを出力するオペアンプを含むゲイン調整器とを内蔵し、槽内温度Ｔごとのオペアンプのゲインを記憶する不揮発性のメモリ２８を付設したものである。そのオペアンプは、温度センサから出力された検出電圧を、槽内温度Ｔごとのゲインで増幅し、これを温度補償電圧Ｖａとして出力する。その温度センサは、内蔵せずに、前述の温度センサ１２を利用してもよい。本実施形態１では、間接型アナログ温度補償方式を採用しているが、直接型アナログ温度補償方式や間接型ディジタル温度補償方式などを用いてもよい。

加算回路２２は、例えばオペアンプを中心とした演算回路である。

補正電圧出力回路３１は、例えば、オペアンプなどからなり、検出電圧Ｖｔを入力すると、これに対応する補正電圧Ｖｃを出力する。

メモリ３２は、例えば、不揮発性半導体メモリ付きのディジタル・ポテンショメータであり、補正電圧出力回路３１を構成するオペアンプのゲインを書き込むための書込み端子を有する。

図２［１］は、水晶振動素子１１の周波数温度特性を示すグラフである。図２［２］は、温度センサ１２の入出力特性を示すグラフである。図３［１］は、温度補償回路２１による周波数温度特性の変化を示すグラフである。図３［２］は、補正電圧出力回路３１による周波数温度特性の変化を示すグラフである。以下、図１乃至図３に基づき、更に詳しく説明する。

図２［１］は、水晶振動素子１１の周波数温度特性の一例を示し、横軸が槽内温度Ｔであり、縦軸が周波数偏差ｄｆ／ｆである。水晶振動素子１１がＡＴカットの水晶片によって構成されている場合、その周波数温度特性は曲線Ａ１のような三次関数となる。この三次関数は、極大値Ｔａ及び極小値Ｔｂを有し、周囲温度が２５℃のときに周波数偏差ｄｆ／ｆが「０」になるように設計されている。槽内温度Ｔは一定範囲Ｔ１〜Ｔ２に保たれる。一定範囲Ｔ１〜Ｔ２は、極大値Ｔａ及び極小値Ｔｂを含まないように設定され、かつ、熱源として加熱機能のみのヒータ１４を用いているので室温よりも高温側に設定される。

図２［２］は、温度センサ１２の入出力特性の一例を示し、横軸が入力情報すなわち槽内温度Ｔであり、縦軸が出力情報すなわち検出電圧Ｖｔである。この例では、検出電圧Ｖｔが槽内温度Ｔの一次関数となっている。

図３［１］は、温度補償回路２１による周波数温度特性の変化の一例を示し、横軸が槽内温度Ｔであり、縦軸が周波数偏差ｄｆ／ｆである。曲線Ａ１は補償前の周波数温度特性であり、直線Ｂ１は温度補償電圧Ｖａによる補償用の周波数温度特性であり、曲線Ｃ１は補償後の周波数温度特性である。

一定範囲Ｔ１〜Ｔ２が極大値Ｔａ及び極小値Ｔｂを含まないように設定されているため、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２の曲線Ａ１における補償前の周波数偏差ｄｆ／ｆは、槽内温度Ｔの正の二次関数として近似できる。したがって、この補償前の周波数温度特性（曲線Ａ１）を打ち消すには、厳密には負の二次関数又は大まかには一次関数の補償用の周波数温度特性を用いればよい。本実施形態１では、補償用の周波数温度特性として一次関数である直線Ｂ１を採用している。そのため、補償後の周波数温度特性（曲線Ｃ１）は、かなり安定化されているものの、補償前の周波数温度特性（曲線Ａ１）の痕跡が残る正の二次関数となっている。

直線Ｂ１は、温度補償電圧Ｖａのみの影響を受けた補償用の周波数温度特性であり、補償用の周波数偏差ｄｆ／ｆが槽内温度Ｔの一次関数となることを示している（下記式＜１＞）。また、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２であれば補償用の周波数偏差ｄｆ／ｆは温度補償電圧Ｖａの一次関数とみなせるので（下記式＜２＞）、補償用の周波数偏差ｄｆ／ｆが槽内温度Ｔの一次関数であれば（下記式＜１＞）、温度補償電圧Ｖａも槽内温度Ｔの一次関数となる（下記式＜３＞）。

ｄｆ／ｆ＝ａ・Ｔ＋ｂ ・・・＜１＞
ｄｆ／ｆ＝ｃ・Ｖａ＋ｄ ・・・＜２＞
∴ａ・Ｔ＋ｂ＝ｃ・Ｖａ＋ｄ
∴Ｖａ＝（ａ／ｃ）・Ｔ＋（ｂ−ｄ）／ｃ ・・・＜３＞
ただし、ａ〜ｄは任意の定数とする。

温度補償電圧Ｖａが槽内温度Ｔの一次関数となるのであれば、温度補償回路２１は、検出電圧Ｖｔを入力して一定ゲインで出力するだけであるから、構成が極めて簡素になる。また、厳密に補償するために負の二次関数からなる周波数温度特性を用いた場合も、三次関数からなる補償用の周波数温度特性を用いたときに比べて、温度補償回路２１の構成が簡素になる。その場合の温度補償回路２１は、例えば、二次関数発生回路及びゲイン調整器から構成できる。特に二次関数発生回路は、三次関数発生回路に比べて構成が極めて簡素である（特許文献２参照）。

なお、従来のＴＣＸＯにおける温度補償回路では、周囲温度に対して正の三次曲線となる周波数偏差を打ち消すような、周囲温度に対して負の三次曲線となる温度補償電圧を生成していた。このような三次曲線の温度補償電圧は、例えば温度領域ごとの直線を合わせて折れ線近似した温度補償電圧として生成する（例えば特許文献３参照）。したがって、従来技術における温度補償回路は、構成が複雑化していた。

図３［２］は、補正電圧出力回路３１による周波数温度特性の変化の一例を示し、横軸が槽内温度Ｔであり、縦軸が周波数偏差ｄｆ／ｆである。曲線Ｃ１は温度補償回路２１による補償後かつ補正前の周波数温度特性であり、曲線Ｂ２は補正電圧Ｖｃによる補正用の周波数温度特性であり、曲線Ｃ２は補正後の周波数温度特性である。

一定範囲Ｔ１〜Ｔ２の曲線Ｃ１における補償後かつ補正前の周波数偏差ｄｆ／ｆは、槽内温度Ｔの正の二次関数となっている。したがって、この補正前の周波数温度特性（曲線Ｃ１）を打ち消すには、負の二次関数の補正用の周波数温度特性（曲線Ｂ２）を用いればよい。すなわち、曲線Ｂ２は、ｄｆ／ｆ＝０の直線を中心に曲線Ｃ１を反転させた形状である。これにより、補正後の周波数温度特性（曲線Ｃ２）は、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２において周波数偏差ｄｆ／ｆがほぼ「０」となっている。

曲線Ｂ２は、補正電圧Ｖｃのみの影響を受けた補正用の周波数温度特性であり、補正用の周波数偏差ｄｆ／ｆが槽内温度Ｔの負の二次関数となることを示している（下記式＜４＞）。また、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２であれば補正用の周波数偏差ｄｆ／ｆは補正電圧Ｖｃの一次関数とみなせるので（下記式＜５＞）、補正用の周波数偏差ｄｆ／ｆが槽内温度Ｔの二次関数であれば（下記式＜４＞）、補正電圧Ｖｃも槽内温度Ｔの二次関数となる（下記式＜６＞）。

ｄｆ／ｆ＝ａ・Ｔ^２＋ｂ・Ｔ＋ｃ ・・・＜４＞
ｄｆ／ｆ＝ｄ・Ｖｃ＋ｅ ・・・＜５＞
∴ａ・Ｔ^２＋ｂ・Ｔ＋ｃ＝ｄ・Ｖｃ＋ｅ
∴Ｖｃ＝（ａ／ｄ）・Ｔ^２＋（ｂ／ｄ）・Ｔ＋（ｃ−ｅ）／ｄ ・・・＜６＞
ただし、ａ〜ｅは任意の定数とする。

メモリ３２には、槽内温度Ｔごとの補正電圧Ｖｃに関するデータに相当する、オペアンプのゲインが書き込まれている。一例を述べれば、槽内温度Ｔのある値をＴａ１，Ｔａ２，Ｔａ３，・・・，Ｔａｎ（Ｔａ１＜Ｔａ２＜Ｔａ３＜・・・＜Ｔａｎ）としたとき、Ｔａ１≦Ｔ＜Ｔａ２ではゲインをα１すなわち補正電圧Ｖｃ＝α１・Ｖｔとし、Ｔａ２≦Ｔ＜Ｔａ３ではゲインをα２すなわち補正電圧Ｖｃ＝α２・Ｖｔとし、・・・、Ｔａ（ｎ−１）≦Ｔ≦Ｔａｎではゲインをα（ｎ−１）すなわち補正電圧Ｖｃ＝α（ｎ−１）・Ｖｔとする。このようにして、温度領域ごとに異なるゲインを有する補正電圧出力回路３１の構成を得る（例えば特許文献３参照）。

なお、補正電圧Ｖｃが槽内温度Ｔの二次関数となることにより、周波数補正部３０は、例えば二次関数発生回路及びゲイン調整器によって構成することもできる。前述したように、二次関数発生回路は、三次関数発生回路に比べて構成が極めて簡素である。

以上の説明では、理解しやすくするために、温度補償電圧Ｖａによる補償の後に補正電圧Ｖｃによる補正をするとしたが、実際には図１に示すように電圧Ｖａ＋Ｖｃによって補償及び補正が同時に実行される。

次に、発振器１０の動作について説明する。

電源電圧を投入すると、発振器１０が起動する。つまり、発振部２０は出力信号Ｆｏｕｔを出力し始め、温度補償回路２１は温度補償電圧Ｖａを出力し始め、温度センサ１２は検出電圧Ｖｔを出力し始め、補正電圧出力回路３１は補正電圧Ｖｃを出力し始め、温度制御部１３はヒータ１４を制御し始める。温度補償電圧Ｖａと補正電圧Ｖｃとは、加算回路２２で加算され、電圧Ｖｃ＋Ｖａとなって可変容量素子２６，２７に印加される。すると、水晶振動素子１１を含む発振ループのインピーダンスが変化することにより、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数ｆが補償及び補正される。

次に、発振器１０の効果について説明する。

（１）恒温槽１５内において水晶振動素子１１の周波数温度特性を補償する温度補償電圧Ｖａを用いて一定の発振周波数ｆからなる出力信号Ｆｏｕｔを生成するとともに、恒温槽１５内のわずかな温度変動に対しても槽内温度Ｔに基づく補正電圧Ｖｃを用いて発振周波数ｆを補正するので、従来のＴＣＸＯやＯＣＸＯを超える更なる周波数安定度を達成できる。また、従来のＴＣＸＯに比べて、狭い温度範囲での周波数制御になるので、より高精度な周波数制御が可能である。

（２）周波数補正部３０が補正電圧出力回路３１及びメモリ３２を有する場合は、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２という狭い温度範囲におけるデータをメモリ３２に記憶すればよいので、広い温度範囲におけるデータを記憶する場合に比べて、メモリ容量を維持するならば高精度なデータを記憶でき、精度をそれほど必要としなければメモリ容量を減少できる。

（３）発振部２０が温度補償回路２１、加算回路２２及び可変容量素子２６，２７を有する場合は、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２という狭い温度範囲に対して温度補償電圧Ｖａを生成すればよいので、広い温度範囲に対して温度補償電圧を生成する場合に比べて、温度補償回路２１の複雑さを維持するならば高精度な温度補償電圧Ｖａを生成でき、精度をそれほど必要としなければ温度補償回路２１を簡素化できる。

（４）水晶振動素子１１の周波数温度特性が三次関数で表わされる場合に、この三次関数の極大値Ｔａ及び極小値Ｔｂを含まないように一定範囲Ｔ１〜Ｔ２を設定したときは、一定範囲Ｔ１〜Ｔ２における周波数温度特性を二次関数で近似できるので、これを打ち消すための周波数温度特性も二次関数又は一次関数でよくなり、三次関数の周波数温度特性を打ち消す場合に比べて、周波数補正部３０又は温度補償回路２１の構成を簡素化できる。

（５）恒温槽１５が密閉空間１６内に発振部２０、水晶振動素子１１、ヒータ１４、温度センサ１２、温度制御部１３及び周波数補正部３０を収容する場合は、水晶振動素子１１の周波数温度特性のみならず、他の構成要素に起因する周波数温度特性も含めた全体的な周波数安定度を向上できる。

図４は、実施形態２の発振器を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態２の発振器５０は、発振部６０の構成が実施形態１と異なる。発振部６０は、温度補償回路２１、抵抗素子２３、インバータ２４，２５、可変容量素子２６，２６ａ，２７，２７ａ、メモリ２８などを有する。可変容量素子２６ａと可変容量素子２６とは並列に接続され、可変容量素子２６ａに温度補償電圧Ｖａが印加され、可変容量素子２６に補正電圧Ｖｃが印加される。可変容量素子２７ａと可変容量素子２７とは並列に接続され、可変容量素子２７ａに温度補償電圧Ｖａが印加され、可変容量素子２７に補正電圧Ｖｃが印加される。つまり、本実施形態２では、温度補償電圧Ｖａ及び補正電圧Ｖｃが、加算されることなくそれぞれ別々に、可変容量素子２６ａ，２７ａ及び可変容量素子２６，２７に印加される。

発振器５０の動作中において、温度補償回路２１は温度補償電圧Ｖａを出力し、補正電圧出力回路３１は補正電圧Ｖｃを出力し、温度補償電圧Ｖａは可変容量素子２６ａ，２７ａに印加され、補正電圧Ｖｃは可変容量素子２６，２７に印加される。温度補償電圧Ｖａ及び補正電圧Ｖｃが変化すると、可変容量素子２６，２６ａ，２７，２７ａ（例えば可変容量ダイオード）に印加される逆方向電圧が変化し、可変容量素子２６，２６ａ，２７，２７ａの容量値が変化することにより、出力信号Ｆｏｕｔの発振周波数ｆが補償及び補正される。

また、水晶振動素子１１及び発振部６０は、四つの外部端子６１〜６４を有する既存のＴＣＸＯを利用することができる。外部端子６１は周波数制御ピン、外部端子６２はＧＮＤピン、外部端子６３は出力ピン、外部端子６４は電源電圧ピンである。そのようなＴＣＸＯとしては、例えば京セラクリスタルデバイス株式会社からＫＴ１６１２シリーズとして市販されている。つまり、そのＴＣＸＯを、周波数補正部３０、温度センサ１２、温度制御部１３及びヒータ１４とともに、恒温槽１５に収納することにより、発振器５０を組み立てることができる。

本実施形態２は、実施形態１に比べて、可変容量素子２６ａ，２７ａが必要になるものの、加算器が不要になる。一般に加算器よりも可変容量素子の方が単純な構造になるので、本実施形態２によれば実施形態１よりも構成を簡素化できる。また、本実施形態２によれば、市販されているＴＣＸＯをそのまま利用できるので、そのＴＣＸＯに相当する部分を新たに設計及び製造する場合に比べて、製造方法の容易化及び製造コストの低減化を達成できる。

本実施形態２におけるその他の構成、作用及び効果は、実施形態１におけるそれらと同様である。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

本発明は、例えば水晶やセラミックスからなる圧電素子を用いた発振器に利用可能である。

１０，５０ 発振器
１１ 水晶振動素子（圧電素子）
１２ 温度センサ
１３ 温度制御部
１４ ヒータ（熱源）
１５ 恒温槽
１６ 密閉空間
２０，６０ 発振部
２１ 温度補償回路
２２ 加算回路
２３ 抵抗素子
２４，２５ インバータ
２６，２７，２６ａ，２７ａ 可変容量素子
２８ メモリ
６１，６２，６３，６４ 外部端子
３０ 周波数補正部
３１ 補正電圧出力回路
３２ メモリ
Ｔ 槽内温度
Ｖａ 温度補償電圧
Ｖｃ 補正電圧
Ｆｏｕｔ 出力信号
ｆ 発振周波数
ｄｆ／ｆ 周波数偏差
ＧＮＤ グランド
Ｖｔ 検出電圧

１００ 発振器
１１０ 水晶振動素子
１２０ ＩＣチップ
１３０ 水晶発振回路
１４０ 温度補償回路
１３１ 抵抗素子
１３２，１３３ インバータ
１３４，１３５ 可変容量素子

Claims (5)

1. 周波数温度特性を有する圧電素子と、
   この圧電素子に対して前記周波数温度特性を補償する温度補償電圧を用いることにより一定の発振周波数からなる出力信号を生成するとともに、補正電圧を入力して前記発振周波数を補正する発振部と、
   この発振部及び前記圧電素子を収容する恒温槽と、
   この恒温槽内に対して熱を供給又は吸収する熱源と、
   前記恒温槽内の温度である槽内温度を検出する温度センサと、
   この温度センサで検出された前記槽内温度が一定範囲に収まるように前記熱源を制御する温度制御部と、
   前記温度センサで検出された前記槽内温度に基づき前記補正電圧を生成し、当該補正電圧を前記発振部へ出力する周波数補正部と、
   を備えた発振器。
2. 前記周波数補正部は、
   前記一定範囲における前記槽内温度ごとの前記補正電圧に関するデータを予め記憶するメモリと、
   前記温度センサで検出された前記槽内温度のデータを入力し、このデータと前記補正電圧に関するデータとに基づき前記槽内温度に対応する前記補正電圧を生成し、この補正電圧を前記発振部へ出力する補正電圧出力回路とを有する、
   請求項１記載の発振器。
3. 前記発振部は、
   前記一定範囲における前記槽内温度ごとの前記温度補償電圧を生成する温度補償回路と、
   前記圧電素子を含む発振ループ内に設けられ、前記温度補償回路で生成された前記温度補償電圧と前記補正電圧出力回路から出力された前記補正電圧とが印加される可変容量素子とを有する、
   請求項２記載の発振器。
4. 前記周波数温度特性は温度の三次関数となる周波数偏差として表わされ、この三次関数の極大値及び極小値を含まないように前記一定範囲が設定された、
   請求項１乃至３のいずれか一つに記載の発振器。
5. 前記恒温槽は、密閉空間を有する箱状であり、
   この密閉空間内に、前記発振部及び前記圧電素子に加え、前記熱源、前記温度センサ、前記温度制御部及び前記周波数補正部が収容された、
   請求項１乃至４のいずれか一つに記載の発振器。

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