JP2016005143A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】出力信号のレベルを一定に保つ。
【解決手段】発振器１は、水晶振動子１１と、水晶振動子１１の温度を制御する温度制御回路１２と、水晶振動子１１を発振させることにより発振信号を出力する発振回路１３と、発振回路１３から出力された発振信号を増幅する増幅回路１４と、増幅回路１４から出力された信号を温度に応じた減衰量で減衰させる減衰回路１５とを備える。水晶振動子１１及び温度制御回路１２は、基板１０の第１領域に配置され、減衰回路１５は、基板１０において第１領域に対して熱的に疎な第２領域に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、発振器に関する。

従来、水晶振動子の周辺温度を一定に保つことにより、発振信号の周波数を安定化させた恒温槽内蔵水晶発振器（OCXO: Oven-Controlled Crystal Oscillator）が知られている。

特開２００９−２７４９５号公報

ＯＣＸＯでは、ヒーターにより温度を制御可能な恒温槽に水晶振動子を設けることにより、水晶振動子の温度を一定に保っている。これに対して、発振回路や増幅回路は、ヒーターから離れた位置に設けられており、外気温の変化に応じて電気的特性が変化する。このため、外気温の変化に応じて発振信号の出力レベルが変化するという問題がある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、出力信号のレベルを一定に保つことができる発振器を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、発振素子と、前記発振素子の温度を制御する温度制御回路と、前記発振素子を発振させることにより発振信号を出力する発振回路と、前記発振回路から出力された前記発振信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路から出力された信号を温度に応じた減衰量で減衰させる減衰回路と、を備える発振器を提供する。

上記の発振器において、前記減衰回路は、一端が前記増幅回路に接続されるとともに他端が出力端子に接続され、前記一端と前記他端との間に設けられた第１サーミスタと、前記一端とグランドとの間に設けられた第２サーミスタと、前記他端とグランドとの間に設けられた第３サーミスタとを有し、前記第１サーミスタ、前記第２サーミスタ及び前記第３サーミスタは、第１温度における抵抗値が、前記第１温度よりも高温の第２温度における抵抗値に比べて大きくともよい。

上記の発振器において、前記減衰回路は、前記第１サーミスタ、前記第２サーミスタ及び前記第３サーミスタのそれぞれに並列に設けられた抵抗を有していてもよい。
上記の発振器において、前記発振素子及び前記温度制御回路は、基板の第１領域に配置され、前記減衰回路は、前記基板において前記第１領域に対して熱的に疎な第２領域に配置されていてもよい。
上記の発振器において、前記第１領域と前記第２領域とは、前記基板に形成されたスリットによって隔離されていてもよい。

本発明によれば、出力信号のレベルを一定に保つことができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る発振器の基板配置図である。 第１の実施形態に係る発振器の構成図である。 第１の実施形態に係るサーミスタの特性を示す図である。 第２の実施形態に係る発振器の基板配置図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る発振器１の基板配置図である。図２は、第１の実施形態に係る発振器１の構成図である。
発振器１は、基板１０上に、発振素子としての水晶振動子１１と、温度制御回路１２と、発振回路１３と、増幅回路１４と、減衰回路１５とを備える。

水晶振動子１１は、例えばＳＣカット水晶振動子であり、発振回路１３に接続されている。水晶振動子１１は、恒温槽（不図示）の内部に設けられており、水晶振動子１１の周囲温度が一定に保たれている。

温度制御回路１２は、水晶振動子１１の温度を制御する。具体的には、温度制御回路１２は、恒温槽の内部の温度を測定する温度測定部と、恒温槽を加熱する加熱部と、測定された温度に基づいて加熱部を制御する加熱制御部とを含んで構成されている。例えば、温度制御回路１２は、測定した恒温槽の内部の温度に基づいて、恒温槽を加熱することにより、水晶振動子１１の温度がＺＴＣ（Zero-Temperature Coefficient）点付近の温度となるように制御する。

第１の実施形態において、水晶振動子１１を収容する恒温槽と、温度制御回路１２とは、基板１０に形成されているスリット１６、スリット１７、スリット１８及びスリット１９によって囲まれる領域（以下、第１領域Ａ１という）に配置されている。これにより、基板１０において、第１領域Ａ１から他の領域（例えば、図１における第２領域Ａ２）に熱が伝わりにくくなるため、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが熱的に疎になり、温度制御回路１２が有する加熱部が発生する熱の影響が、第２領域Ａ２に実装された発振回路１３、増幅回路１４及び減衰回路１５に及びにくい。ここで、「第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが熱的に疎」とは、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間に、熱の伝達を妨げる要因が存在する状態をいう。

発振回路１３は、水晶振動子１１と電気的に接続されており、水晶振動子１１を発振させることにより生じる発振信号を増幅回路１４に出力する。
増幅回路１４は、発振回路１３から出力された発振信号を増幅する。

減衰回路１５は、一端が増幅回路１４に接続されるとともに、他端が出力端子ＴＯに接続されている。減衰回路１５は、増幅回路１４から出力された信号を温度に応じた減衰量で減衰させて出力端子ＴＯに出力する。

具体的には、減衰回路１５は、第１サーミスタ１５１と、第２サーミスタ１５２と、第３サーミスタ１５３とを備えている。第１サーミスタ１５１は、増幅回路１４の出力端（一端）と、出力端子ＴＯ（他端）との間に設けられている。第２サーミスタ１５２は、増幅回路１４の出力端と、グランドとの間に設けられている。第３サーミスタ１５３は、出力端子ＴＯと、グランドとの間に設けられている。

図３は、第１の実施形態に係るサーミスタの特性を示す図である。第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３は、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタであり、想定温度（例えば、−５０℃〜１５０℃）の範囲において、温度が高くなるにつれて抵抗値が小さくなる特性を有している。例えば、第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３は、図３に示す第１温度Ｔ１における抵抗値が、第１温度Ｔ１よりも高温の第２温度Ｔ２における抵抗値に比べて大きい。

これにより、低温時において、第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３の抵抗値が大きいので、第１サーミスタ１５１の影響により減衰回路１５における減衰量が増加する。また、高温時において、第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３の抵抗値が小さいので、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３の影響により減衰回路１５における減衰量が増加する。

なお、ＮＴＣサーミスタは、温度変化に対する抵抗値の変化量がＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタよりも大きいので、減衰量の調整に適している。しかし、第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３は、ＰＴＣサーミスタであってもよい。また、第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３として、ＮＴＣサーミストとＰＴＣサーミスタとを組み合わせて使用してもよい。

ここで、発振回路１３及び増幅回路１４は、恒温槽から離れた位置に配置されていることから、外気温の変化に応じて発振回路１３及び増幅回路１４の周囲の温度が変化する。これにより、発振回路１３及び増幅回路１４の電気的特性が変化し、増幅回路１４から出力される信号の出力レベルが変化する。

本実施形態では、発振器１の設計時において、増幅回路１４から出力される信号のレベルの温度変化に対して、減衰回路１５から出力される信号のレベルが一定となるように、減衰回路１５に用いる第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３の組み合わせを選択する。

例えば、発振回路１３及び増幅回路１４の電気的特性の変化により、増幅回路１４から出力される信号のレベルが、低温時において所望の出力信号よりも大きく、高温時において適正なレベルであるものとする。この場合、低温時における減衰回路１５の減衰量を、高温時における減衰回路１５の減衰量よりも大きくする必要がある。

そこで、低温時において、第１サーミスタ１５１の抵抗値が比較的大きく、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３が比較的小さくなり、高温時において、第１サーミスタ１５１の抵抗値が０Ωに近く、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３の抵抗値が比較的大きいサーミスタの組み合わせを減衰回路１５に適用する。

ここで、第１サーミスタ１５１をＮＴＣとし、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３をＰＴＣとしてもよい。このようにすることで、減衰回路１５は、低温時において、増幅回路１４から出力された信号を大きく減衰させることにより、増幅回路１４から出力される信号のレベルを適正なレベルに調整することができる。また、減衰回路１５は、高温時において、増幅回路１４から出力される信号をほとんど減衰させず、適正なレベルに維持することができる。

減衰回路１５は、第１サーミスタ１５１、第２サーミスタ１５２及び第３サーミスタ１５３のそれぞれに並列に設けられた抵抗１５４、抵抗１５５及び抵抗１５６を有している。抵抗値の種類が豊富な抵抗によって減衰回路１５の抵抗値を調整することにより、抵抗値の種類が少ないサーミスタのみで減衰回路１５の特性を調整する場合に比べて、減衰回路１５の特性を幅広く調整することができる。

以上のとおり、本実施形態に係る発振器１によれば、外気温の変化によって発振回路１３及び増幅回路１４の電気特性が変化し、増幅回路１４から出力される出力信号のレベルが変化しても、減衰回路１５により増幅回路１４から出力された信号を温度に応じた減衰量で減衰させることによって、出力信号のレベルを一定に保つことができる。

＜第２の実施形態＞
［減衰回路１５の周囲にスリットを設ける］
続いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、減衰回路１５の周囲にスリットを設けた点で第１の実施形態と異なる。

図４は、第２の実施形態に係る発振器１の基板配置図である。図４に示すように、水晶振動子１１及び温度制御回路１２は、基板１０の第１領域Ａ１に配置され、発振回路１３、増幅回路１４及び減衰回路１５は、基板１０において第１領域Ａ１に対して熱的に疎な第２領域Ａ２に配置されている。具体的には、第１領域Ａ１は、スリット１６、スリット１７、スリット１８及びスリット１９に囲まれた領域であり、第２領域Ａ２は、基板１０に形成されたスリット１７及びスリット２１によって、第１領域Ａ１と隔離された領域である。

さらに、第２領域Ａ２において、減衰回路１５と、発振回路１３及び増幅回路１４とは、スリット２０によって熱的に疎の関係にある。このようにすることで、減衰回路１５は、発振回路１３及び増幅回路１４が発生する熱の影響を受けず、減衰回路１５と、発振回路１３及び増幅回路１４とは、それぞれ個別に、外気温の影響を受ける。よって、減衰回路１５は、発振回路１３及び増幅回路１４を構成する抵抗やトランジスタ等による熱の影響をほとんど受けずに、外気温の変化に応じて減衰量を変化させることができるので、発振信号の減衰量を高い精度で調整することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、上記の実施形態においては、発振器１が恒温槽を有するＯＣＸＯであるものとして説明したが、恒温槽を有しない温度補償型発振器にも本発明を適用できる。

１・・・発振器、１０・・・基板、１１・・・水晶振動子、１２・・・温度制御回路、１３・・・発振回路、１４・・・増幅回路、１５・・・減衰回路、１５１・・・第１サーミスタ、１５２・・・第２サーミスタ、１５３・・・第３サーミスタ、１５４、１５５、１５６・・・抵抗、１６、１７、１８、１９、２０、２１・・・スリット

Claims (5)

1. 発振素子と、
   前記発振素子の温度を制御する温度制御回路と、
   前記発振素子を発振させることにより発振信号を出力する発振回路と、
   前記発振回路から出力された前記発振信号を増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路から出力された信号を温度に応じた減衰量で減衰させる減衰回路と、
   を備える発振器。
2. 前記減衰回路は、一端が前記増幅回路に接続されるとともに他端が出力端子に接続され、
   前記一端と前記他端との間に設けられた第１サーミスタと、
   前記一端とグランドとの間に設けられた第２サーミスタと、
   前記他端とグランドとの間に設けられた第３サーミスタとを有し、
   前記第１サーミスタ、前記第２サーミスタ及び前記第３サーミスタは、第１温度における抵抗値が、前記第１温度よりも高温の第２温度における抵抗値に比べて大きい、
   請求項１に記載の発振器。
3. 前記減衰回路は、前記第１サーミスタ、前記第２サーミスタ及び前記第３サーミスタのそれぞれに並列に設けられた抵抗を有する、
   請求項２に記載の発振器。
4. 前記発振素子及び前記温度制御回路は、基板の第１領域に配置され、
   前記減衰回路は、前記基板において前記第１領域に対して熱的に疎な第２領域に配置されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の発振器。
5. 前記第１領域と前記第２領域とは、前記基板に形成されたスリットによって隔離されている、
   請求項４に記載の発振器。

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