JP2015177208A - 恒温槽付発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 恒温槽の温度が安定するまでの初期状態において、不安定な周波数信号が出力されるのを防ぎ、搭載された装置の誤動作を防いで信頼性を向上させる恒温槽付発振器を提供する。
【解決手段】 周波数信号を発振する発振回路部１１と、恒温槽の温度に応じた電圧を出力する温度検出回路１２と、温度に応じた電圧と基準電圧との差分を出力する差動増幅器１３と、差動増幅器１３の出力をベースに入力するパワートランジスタＴｒ１と、パワートランジスタＴｒ１のコレクタに接続するヒータ回路ＨＲと、発振回路部１１からの出力と差動増幅器１３からの出力を入力し、差動増幅器１３からの出力に基づいて、発振動作が不安定な初期状態か、恒温槽の温度が安定した安定状態かを判断し、初期状態では発振回路部からの出力を出力端子に出力せず、安定状態では発振回路部からの出力を出力端子に出力するゲート回路１４とを備えた恒温槽付発振器としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、恒温槽付発振器に係り、特に異常な周波数信号の出力を防ぎ、搭載された装置の誤動作を防止し、信頼性を向上させることができる恒温槽付発振器に関する。

［先行技術の説明］
恒温槽付発振器は、発振素子及び温度制御回路を格納する恒温槽内の温度を一定に保持して、外部の温度変化の影響を抑え、高安定な周波数信号を出力するものである。
恒温槽付発振器は、発振素子及び発振回路を備えた発振回路部と、恒温槽の温度を一定に保持する温度制御回路部とを備えている。
従来の恒温槽付発振器では、発振回路部と温度制御回路部とはそれぞれ独立して動作している。

［従来の発振器回路部の例：図３］
従来の恒温槽付発振器における発振回路部の例について図３を用いて説明する。図３は、従来の恒温槽付発振器における発振回路部の例を示す回路図である。
図３に示すように、従来の恒温槽付発振器の発振回路部は、インバータ型の水晶発振回路部であり、インバータＩＣの入力側に発振素子Ｘの一端が接続し、インバータＩＣの出力側に発振素子Ｘの他端が接続し、更に入力側と出力側が抵抗Ｒｆを介して接続している。
インバータＩＣの入力側には容量Ｃgの一端が接続し、他端が接地され、出力側には容量Ｃｄの一端が接続され、他端が接地され、出力側には出力端子（OUTPUT）が設けられている。
尚、従来の恒温槽付発振器の発振回路部としては、コルピッツ型の発振回路部もあるが、説明は省略する。

［温度制御回路部］
図示は省略するが、温度制御回路部は、恒温槽内部の温度を検出し、温度に応じた電圧を出力するサーミスタと、サーミスタからの温度に応じた電圧と基準電圧とを入力して、その差分を出力する差動増幅器と、差動増幅器の出力を増幅し、差分電圧に応じてヒータ抵抗に流れる電流を制御するパワートランジスタとを備えている。
そして、温度制御回路部は、検出した温度に基づいてヒータ抵抗に流れる電流を調整して、恒温槽内の温度を一定に保つように制御している。

［初期状態］
上記構成の発振回路部において、電源電圧が印加されると、発振素子Ｘが発振動作を行って、インバータＩＣで増幅された周波数信号が、出力端子（OUTPUT）から出力される。
また、電源投入後、温度制御回路部も動作を開始するが、恒温槽の温度が所定の温度に上昇するまでにはある程度の時間を要する。
そして、電源投入後から温度が安定するまでの間（初期状態）は、発振回路部において自励発振が生じたり、周波数が設定から外れる場合があり、発振動作が不安定となる。

［関連技術］
尚、発振器の出力周波数を安定化させる技術としては、特開２０１３−１９２２１７号公報「温度補償型水晶発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献１）、特開２０１２−１７８８１９号公報「圧電発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献２）がある。

特許文献１には、温度補償型水晶発振器において、温度補償による周波数ドリフト特性と、水晶のドリフト特性と、発振回路のドリフト特性を補償して、出力周波数を安定させることが記載されている。
また、特許文献２には、圧電発振器において、反射素子の反射特性を用いて、高周波化、周波数安定化を図ることが記載されている。

特開２０１３−１９２２１７号公報 特開２０１２−１７８８１９号公報

しかしながら、従来の恒温槽付発振器では、電源が投入されると直ちに周波数信号の出力を開始するため、恒温槽の温度が安定する前の初期状態における不安定な周波数信号を出力してしまい、当該恒温槽付発振器を搭載した客先の装置に誤動作を発生させてしまうことがあるという問題点があった。

尚、特許文献１及び特許文献２には、恒温槽付水晶発振器において、恒温槽の温度が安定するまでは周波数信号を出力端子に出力しない構成とすることは記載されていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、電源投入後、恒温槽の温度が十分上がって安定するまでは周波数信号を外部に出力しないようにして、異常な信号の出力を防ぎ、恒温槽付発振器が搭載された装置の誤動作を防いで信頼性を向上させることができる恒温槽付発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、恒温槽付発振器であって、周波数信号を発振する発振回路部と、恒温槽の温度を検出して、前記温度に応じた電圧を出力する温度検出回路と、温度に応じた電圧と基準電圧とを入力して、差分を出力する差動増幅器と、差動増幅器の出力をベースに入力するパワートランジスタと、パワートランジスタのコレクタに接続するヒータ回路と、発振回路部からの出力と差動増幅器からの出力を入力し、差動増幅器からの出力に基づいて、発振動作が不安定な初期状態か、恒温槽の温度が安定した安定状態かを判断し、初期状態では発振回路部からの出力を出力端子に出力せず、安定状態では発振回路部からの出力を出力端子に出力するゲート回路とを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、ゲート回路が、第１の入力端子と第２の入力端子と出力端子とを有し、発振回路部からの周波数信号を第１の入力端子に入力し、差動増幅器の出力を第２の入力端子に入力し、差動増幅器の出力がハイレベルである場合には、出力端子にローレベルを出力し、差動増幅器の出力がローレベルである場合には、出力端子に周波数信号を出力することを特徴としている。

また、本発明は、ゲート回路が、差動増幅器の出力を入力して、反転出力する第１のインバータと、発振回路部からの周波数信号を一方の入力とし、第１のインバータの出力を他方の入力として、一方の入力と他方の入力がいずれもハイレベルの場合にローレベルを出力し、他の場合にはハイレベルを出力するＮＡＮＤ回路と、ＮＡＮＤ回路の出力を入力して、反転して出力端子に出力する第２のインバータとを備えたことを特徴としている。

本発明の恒温槽付発振器によれば、周波数信号を発振する発振回路部と、恒温槽の温度を検出して、前記温度に応じた電圧を出力する温度検出回路と、温度に応じた電圧と基準電圧とを入力して、差分を出力する差動増幅器と、差動増幅器の出力をベースに入力するパワートランジスタと、パワートランジスタのコレクタに接続するヒータ回路と、発振回路部からの出力と差動増幅器からの出力を入力し、差動増幅器からの出力に基づいて、発振動作が不安定な初期状態か、恒温槽の温度が安定した安定状態かを判断し、初期状態では発振回路部からの出力を出力端子に出力せず、安定状態では発振回路部からの出力を出力端子に出力するゲート回路とを備えた恒温槽付発振器としているので、初期状態において異常な周波数信号や不安定な周波数信号が外部に出力されるのを防ぎ、搭載された装置の誤動作等を防ぐことができ、信頼性を向上させることができる効果がある。

本発明の実施の形態に係る恒温槽付発振器の概略回路図である。 ゲート回路１４の構成例を示す回路図である。 従来の恒温槽付発振器における発振回路部の例を示す回路図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付発振器（本恒温槽付発振器）は、温度制御回路の差動増幅器の出力レベルに応じて、発振回路部からの周波数信号の出力端子への出力／停止を切り替えるゲート回路を備え、ゲート回路が、温度制御回路の差動増幅器からの出力がハイレベルの場合には周波数信号の出力を停止させ、ローレベルの場合には出力させるよう動作して、発振動作が不安定な初期状態では周波数信号を出力しないようにして、恒温槽付発振器が搭載された装置において誤動作等の発生を防ぐものである。

［本恒温槽付発振器の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る恒温槽付発振器の概略回路図である。
図１に示すように、本恒温槽付発振器は、基本的に、発振回路部１１と、温度検出回路１２と、差動増幅器１３と、ゲート回路１４と、パワートランジスタＴｒ１と、ヒータ抵抗ＨＲと、電源電圧Ｖｃｃと、安定化電源Ｖｒｅｇと、出力端子（OUTPUT）を備えている。

本恒温槽付発振器の各部について説明する。
発振回路部１１は、発振素子及び発振回路を備え、発振動作を行って、周波数信号を出力する。
発振素子としては、水晶振動子、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）振動子等がある。
温度検出回路１２は、サーミスタ等を備え、恒温槽内部の温度に応じた電圧を出力する。

差動増幅器１３は、温度検出回路１２から、温度に応じた電圧と基準電圧とを入力し、その差分を出力する。
例えば、電源投入直後には、検出された温度が設定温度に比べて低く、差分が大きいときには、差動増幅器１３の出力はハイレベル（Ｈレベル）となる。
逆に、温度が設定温度に近くなって安定している状態では、差分電圧は小さく、差動増幅器１３の出力はローレベル（Ｌレベル）となる。

パワートランジスタＴｒ１は、ＮＰＮ型トランジスタであり、差動増幅器の出力に応じてエミッタ電圧が変化し、ヒータ抵抗ＨＲに流れる電流を調整する。尚、パワートランジスタＴｒ１をＰＮＰ型としてもよい。
ヒータ抵抗ＨＲは、コレクタ電圧に応じて発熱する。

ゲート回路１４は、発振回路部１１の出力と、差動増幅器１３の出力とを入力して、差動増幅器１３のレベルに応じて、出力端子（OUTPUT）からの出力信号のオン（出力）／オフ（停止）を切り替える。
本恒温槽付発振器では、ゲート回路１４が、温度制御回路部の出力を用いて、周波数信号の出力のオン／オフを制御して、不安定な周波数信号を出力しないようにしている。ゲート回路１４の構成例及び具体的な動作については後述する。

図１を用いて、接続関係について説明する。
発振回路部１１の一端には電源電圧Ｖｃｃが印加され、他端（出力端子）はゲート回路１４の一方の入力端子に入力されている。
温度検出回路１２の一端には安定化電源Ｖｒｅｇが供給され、基準電圧が差動増幅器１３の一方の入力端子に入力され、温度に応じた電圧が差動増幅器１３の他方の入力端子に入力されている。

差動増幅器１３の出力は２つに分岐されて、一方はパワートランジスタＴｒ１のベースに入力されている。
パワートランジスタＴｒ１のコレクタは、ヒータ抵抗を介して電源電圧が印加され、エミッタは接地されている。

また、差動増幅器１３の分岐された他方の出力は、抵抗Ｒ１を介してゲート回路１４の他方の入力端子に入力されている。
そして、ゲート回路１４の出力が出力端子（OUTPUT）に接続されている。

［ゲート回路１４の構成例：図２］
次に、ゲート回路１４の構成例について図２を用いて説明する。図２は、ゲート回路１４の構成例を示す回路図である。
図２に示すように、ゲート回路１４は、例えば、インバータ２１と、ＮＡＮＤ回路２２と、インバータ２３とから構成される。
インバータ２１は、差動増幅器１３の出力を入力し、反転してＮＡＮＤ回路２２の一方の入力端子に入力する。

ＮＡＮＤ回路２２は、一方の入力端子（Ａ入力）に発振回路部１１の出力を入力し、他方の入力端子（Ｂ入力）にインバータ２１の出力を入力して、Ａ入力とＢ入力の入力レベルの組み合わせに応じて、Ｈレベル又はＬレベルを出力する。
具体的には、Ａ入力とＢ入力がいずれもＨレベルの場合にはＬレベルを出力し、それ以外の場合には全てＨレベルを出力する。
インバータ２３は、ＮＡＮＤ回路２２の出力を入力し、反転して出力端子に出力する。

ゲート回路１４の動作について図２を用いて説明する。
ＮＡＮＤ回路２２のＡ入力には、発振回路部１１から、ＨレベルとＬレベルが特定周期で交互に現れる周波数信号が入力される。
また、Ｂ入力には、差動増幅器１３の反転出力が入力される。

そして、差動増幅器１３の出力がＨレベルとなる初期状態においては、Ｂ入力はＬレベルとなり、Ａ入力のレベルに関わらずＮＡＮＤ回路２２の出力は常にＨレベルとなる。これをインバータ２３を介して出力することで、初期状態においては、常にＬレベルが出力され、周波数信号は出力されない。

一方、差動増幅器１３の出力がＬレベルとなる安定状態においては、Ｂ入力はＨレベルとなるため、ＮＡＮＤ回路２２の出力は、Ａ入力がＬレベルの場合にはＨレベルとなり、Ａ入力がＨレベルの場合にはＬレベルとなって、ゲート回路１４からはＨレベルとＬレベルが交互に現れる周波数信号が出力端子に出力される。

これにより、本恒温槽付発振器の出力端子からは、安定状態においてのみ周波数信号が出力され、初期状態では出力されないものである。
すなわち、本恒温槽付発振器では、初期状態の不安定な周波数信号を出力するのを防ぎ、搭載された装置の誤動作等を未然に防ぐことができるものである。
尚、ゲート回路１４の構成は、図２に示したものに限らず、同様の出力が得られるものであればよい。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付発振器によれば、発振回路部１１からの出力をＡ入力とし、温度制御回路部の差動増幅器１３からの出力をＢ入力として、Ａ入力とＢ入力が共にＨレベルの場合には出力端子にＬレベルを出力し、それ以外の場合には出力端子にＨレベルを出力するゲート回路１４を備えているので、差動増幅器１３の出力が大きくなる初期状態においては、出力端子に発振回路部１１からの周波数信号を出力端子に出力せず、恒温槽の温度が安定した安定状態においてのみ、周波数信号を出力することができ、不安定な周波数信号が出力されるのを防ぎ、恒温槽付発振器が搭載された装置の誤動作等を防止することができ、信頼性を向上させることができる効果がある。

本発明は、異常な周波数信号の出力を防ぎ、搭載された装置の誤動作を防止し、信頼性を向上させることができる恒温槽付発振器に適している。

１１...発振回路部、 １２...温度検出回路、 １３...差動増幅器、 １４...ゲート回路、 ２１，２３...インバータ、 ２２...ＮＡＮＤ回路、 Ｔｒ１...パワートランジスタ、 ＨＲ...ヒータ抵抗、 Ｒ１，Ｒｆ...抵抗、 Ｃｇ，Ｃｄ...容量、 ＩＣ...インバータＩＣ、 Ｘ...発振素子

Claims (3)

1. 恒温槽付発振器であって、
   周波数信号を発振する発振回路部と、
   恒温槽の温度を検出して、前記温度に応じた電圧を出力する温度検出回路と、
   前記温度に応じた電圧と基準電圧とを入力して、差分を出力する差動増幅器と、
   前記差動増幅器の出力をベースに入力するパワートランジスタと、
   前記パワートランジスタのコレクタに接続するヒータ回路と、
   前記発振回路部からの出力と前記差動増幅器からの出力を入力し、前記差動増幅器からの出力に基づいて、発振動作が不安定な初期状態か、恒温槽の温度が安定した安定状態かを判断し、前記初期状態では前記発振回路部からの出力を出力端子に出力せず、前記安定状態では前記発振回路部からの出力を前記出力端子に出力するゲート回路とを備えたことを特徴とする恒温槽付発振器。
2. ゲート回路が、第１の入力端子と第２の入力端子と出力端子とを有し、発振回路部からの周波数信号を前記第１の入力端子に入力し、差動増幅器の出力を前記第２の入力端子に入力し、前記差動増幅器の出力がハイレベルである場合には、前記出力端子にローレベルを出力し、前記差動増幅器の出力がローレベルである場合には、前記出力端子に前記周波数信号を出力することを特徴とする請求項１記載の恒温槽付発振器。
3. ゲート回路が、差動増幅器の出力を入力して、反転出力する第１のインバータと、
   発振回路部からの周波数信号を一方の入力とし、前記第１のインバータの出力を他方の入力として、前記一方の入力と前記他方の入力がいずれもハイレベルの場合にローレベルを出力し、他の場合にはハイレベルを出力するＮＡＮＤ回路と、
   前記ＮＡＮＤ回路の出力を入力して、反転して出力端子に出力する第２のインバータとを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の恒温槽付発振器。

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