JP2018014661A

JP2018014661A - 発振器

Info

Publication number: JP2018014661A
Application number: JP2016143937A
Authority: JP
Inventors: 健治入江; Kenji Irie
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25

Abstract

【課題】湿度による発振信号の周波数の変動を抑制する。【解決手段】発振器１は、発振信号を出力する発振回路１１と、発振回路１１に近接して配置された、温度によって抵抗値が変化する第１デバイス１２３及び第２デバイス１２７と、第１デバイス１２３の抵抗値に対応する第１電圧と、第２デバイス１２７の抵抗値に対応する第２電圧との差分に基づく信号を出力する信号出力部１３と、当該信号に基づいて、発振回路１１から出力される発振信号の周波数を調整する調整部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発振器に関する。

従来、水晶振動子の温度を一定に保つ恒温槽を設けることにより、水晶振動子を一定の温度で動作させて正確な周波数の信号を出力する恒温槽付水晶発振器（Oven Controlled Crystal Oscillator（OCXO））が知られている（例えば、特許文献１を参照）。恒温槽付水晶発振器は、温度センサにより検出した水晶振動子付近の温度に基づいて、ヒータを制御して恒温槽の温度を一定に保つことで、水晶振動子の温度を一定に保つ。

特開２００７−２５１３６６号公報

ところで、恒温槽付水晶発振器の内部が密閉状態となっていない場合には、外部湿度の変化が、発振器の特性に悪影響を与えてしまうおそれがある。具体的には、発振回路を構成する樹脂製基板の吸水量が外部湿度とともに変化することにより、基板層間の静電容量が変化し、発振器から出力される発振信号の周波数が変動するおそれがある。

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、湿度による発振信号の周波数の変動を抑制する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の態様に係る発振器は、発振信号を出力する発振回路と、前記発振回路に近接して配置された、温度によって抵抗値が変化する第１デバイス及び第２デバイスと、前記第１デバイスの抵抗値に対応する第１電圧と、前記第２デバイスの抵抗値に対応する第２電圧との差分に基づく信号を出力する信号出力部と、前記信号に基づいて、前記発振回路から出力される前記発振信号の周波数を調整する調整部と、を備える。

前記第１デバイスと、前記第２デバイスとは同一の特性を有し、異なる大きさの電圧が印加されてもよい。
前記第１デバイスと、前記第２デバイスとは異なる特性を有していてもよい。

本発明によれば、湿度による発振信号の周波数の変動を抑制することができるという効果を奏する。

本実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。

図１は、本実施形態に係る発振器１の構成を示す図である。発振器１は、発振回路１１と、湿度変化検出部１２と、信号出力部１３と、調整部１４とを備える。
発振回路１１は、所定の周波数で振動する水晶振動子と、水晶振動子の温度を一定に保つ恒温槽と、水晶振動子を振動させて発振信号を出力する回路とを含んでいる。発振回路１１は、水晶振動子の振動周波数に応じた所定の周波数の発振信号を出力する。本実施形態において、発振回路１１は、樹脂製基板上に形成されている。樹脂製基板は、周囲の湿度変化に応じて吸水量が変化し、これにより基板層間の静電容量が変化する。

湿度変化検出部１２は、発振回路１１に近接して配置された、温度によって抵抗値が変化する第１デバイス１２３と、第２デバイス１２７とを有しており、発振回路１１の周囲の湿度の変化を検出する。

具体的には、湿度変化検出部１２は、直流電源１２１と、分圧抵抗１２２と、第１デバイス１２３と、分圧抵抗１２４と、分圧抵抗１２５と、分圧抵抗１２６と、第２デバイス１２７とを備える。なお、分圧抵抗１２２、１２４、１２５、及び１２６は、温度による抵抗値の変化が、第１デバイス１２３及び第２デバイス１２７と比べて極めて小さいものとする。

直流電源１２１は、プラス側が、分圧抵抗１２２及び分圧抵抗１２６に接続されており、マイナス側が接地されている。直流電源１２１は、所定の電圧を分圧抵抗１２２及び分圧抵抗１２６に印加する。

分圧抵抗１２２は、一端が直流電源１２１に接続されており、他端が第１デバイス１２３の一端と分圧抵抗１２４の一端とに接続されている。
第１デバイス１２３は、例えば、温度抵抗センサであり、温度によって抵抗値が大きく変化する。第１デバイス１２３は、一端が分圧抵抗１２２の他端と分圧抵抗１２４の一端とに接続されており、他端が接地されている。
分圧抵抗１２２と第１デバイス１２３とは、直流電源１２１から印加される電圧を分圧する。分圧された電圧は、分圧抵抗１２４に印加される。

分圧抵抗１２４は、一端が分圧抵抗１２２の他端と第１デバイス１２３の一端とに接続されており、他端が分圧抵抗１２５の一端と信号出力部１３とに接続されている。
分圧抵抗１２５は、一端が分圧抵抗１２４の他端と信号出力部１３とに接続されており、他端が接地されている。
分圧抵抗１２４と分圧抵抗１２５とは、分圧抵抗１２２と第１デバイス１２３とによって分圧された電圧をさらに分圧する。分圧された電圧は、信号出力部１３に印加される。

分圧抵抗１２６は、一端が直流電源１２１に接続されており、他端が第２デバイス１２７の一端と信号出力部１３とに接続されている。ここで、分圧抵抗１２２の抵抗値と、分圧抵抗１２６の抵抗値とは異なっており、本実施形態では、分圧抵抗１２２の抵抗値は、分圧抵抗１２６よりも低いものとする。

第２デバイス１２７は、例えば、温度抵抗センサであり、温度によって抵抗値が大きく変化する。本実施形態において、第２デバイス１２７の特性は、第１デバイス１２３の特性と同じである。第２デバイス１２７は、一端が分圧抵抗１２６の他端と信号出力部１３とに接続されており、他端が接地されている。
分圧抵抗１２６と第２デバイス１２７とは、直流電源１２１から印加される電圧を分圧する。分圧された電圧は、信号出力部１３に印加される。

本実施形態の湿度変化検出部１２では、直流電源１２１から直流電圧が分圧抵抗１２２及び分圧抵抗１２６に印加されると、第１デバイス１２３及び第２デバイス１２７にも電圧が印加される。

第１デバイス１２３に電圧が印加されると、第１デバイス１２３には電流が流れて発熱する。これにより、空気中の水分が気化し、第１デバイス１２３において発生した熱が、気化熱によって奪われる。発振回路１１の周囲の湿度が変化すると、空気中の水分量も変化するので、第１デバイス１２３において気化熱によって奪われる熱量も変化する。したがって、発振回路１１の周囲の湿度が変化すると、第１デバイス１２３の温度が変化し、第１デバイス１２３の抵抗値が変化する。

同様に、発振回路１１の周囲の湿度が変化すると、第２デバイス１２７の温度も変化し、第２デバイス１２７の抵抗値も変化する。ここで、分圧抵抗１２２の抵抗値は、分圧抵抗１２６の抵抗値よりも低いことから、第１デバイス１２３には、第２デバイス１２７よりも高い電圧が印加される。印加される電圧が異なると、それぞれのデバイスにおける発熱量も変化し、結果として、湿度の変化によって、第１デバイス１２３と、第２デバイス１２７との抵抗値もそれぞれ異なることとなる。したがって、分圧抵抗１２４と分圧抵抗１２５とにより分圧され、信号出力部１３に印加される電圧と、分圧抵抗１２６と第２デバイス１２７とにより分圧され、信号出力部１３に印加される電圧との差分も、湿度の変化に応じて変化する。

信号出力部１３は、第１デバイス１２３の抵抗値に対応する第１電圧と、第２デバイス１２７の抵抗値に対応する第２電圧との差分に基づく信号を出力する。具体的には、信号出力部１３は、オペアンプ１３１と、抵抗１３２と、抵抗１３３と、コンデンサ１３４と、抵抗１３５とを有する。

オペアンプ１３１、抵抗１３２、抵抗１３３は、差動増幅回路として機能する。
オペアンプ１３１のマイナス入力端子には、分圧抵抗１２４と分圧抵抗１２５とにより分圧された電圧が、抵抗１３２を介して入力される。オペアンプ１３１のプラス入力端子には、分圧抵抗１２６と第２デバイス１２７とにより分圧された電圧が入力される。ここで、マイナス入力端子に入力される電圧を第１電圧、プラス入力端子に入力される電圧を第２電圧という。

オペアンプ１３１の出力端子には、抵抗１３５が接続されている。また、オペアンプ１３１のマイナス入力端子と出力端子とは、抵抗１３３及びコンデンサ１３４の並列回路を介して接続されている。

抵抗１３２と抵抗１３３とはオペアンプ１３１の増幅率を決定する。
コンデンサ１３４は、ローパスフィルタとして機能し、オペアンプ１３１の出力端子から出力される、第１電圧と第２電圧との差分に基づく信号から高周波成分を除去する。
ここで、外気に直接触れる湿度変化検出部１２に設けられている第１デバイス１２３及び第２デバイス１２７付近の湿度変化と、発振回路１１が形成されている樹脂製基板内部の湿度変化とには時間差がある。この湿度変化の時間差を吸収するように抵抗１３３及びコンデンサ１３４の素子の値を調整することにより、湿度による発振信号の周波数変動の抑制効果をさらに高めることができる。

抵抗１３５は、一端がオペアンプ１３１の出力端子に接続されており、他端が調整部１４に接続されている。抵抗１３５は、オペアンプ１３１の出力端子から出力される信号のレベルを調整する。

調整部１４は、信号出力部１３のオペアンプ１３１から出力される信号に基づいて、発振回路１１から出力される発振信号の周波数を調整する。具体的には、調整部１４は、発振回路１１に接続されるバリキャップダイオードを備えており、オペアンプ１３１から入力された信号に基づいて、当該バリキャップダイオードに印加される電圧を変化させる。
調整部１４は、バリキャップダイオードの静電容量を加えた発振回路１１の静電容量が、湿度の変化に応じて一定になるように、バリキャップダイオードに印加される電圧を変化させる。これにより、発振回路１１の周囲の湿度が変化しても、発振回路１１から出力される発振信号の周波数が一定になる。

［変形例］
上記の説明において、第１デバイス１２３と第２デバイス１２７とは同じ特性を有するものとして説明したが、これに限らず、異なる特性を有していてもよい。例えば、第１デバイス１２３と第２デバイス１２７とは同じ傾向を有しており、第１デバイス１２３の抵抗値に対応する第１電圧と、第２デバイス１２７の抵抗値に対応する第２電圧との差分が、湿度の変化に伴って変化すればよい。これにより、発振器１は、第１デバイス１２３と第２デバイス１２７とが同じ特性を有している場合と同様に、発振信号の周波数を調整することができる。

［本実施形態の効果］
以上、本実施形態によれば、発振器１は、発振回路１１に近接して配置された、第１デバイス１２３の抵抗値に対応する第１電圧と、第２デバイス１２７の抵抗値に対応する第２電圧との差分に基づく信号を出力する信号出力部１３と、当該信号に基づいて、発振回路１１から出力される発振信号の周波数を調整する調整部１４とを備える。第１デバイス１２３及び第２デバイス１２７は、湿度の変化に応じて抵抗値が変化することから、信号出力部１３は、第１電圧及び第２電圧の差分に基づいて、湿度の変化に応じた信号を生成することができる。よって、調整部１４は、当該信号に基づいて、湿度による発振信号の周波数の変動を抑制することができる。

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。

１・・・発振器、１１・・・発振回路、１２・・・湿度変化検出部、１２１・・・直流電源、１２２、１２４、１２５、１２６・・・分圧抵抗、１２３・・・第１デバイス、１２７・・・第２デバイス、１３・・・信号出力部、１４・・・調整部

Claims

発振信号を出力する発振回路と、
前記発振回路に近接して配置された、温度によって抵抗値が変化する第１デバイス及び第２デバイスと、
前記第１デバイスの抵抗値に対応する第１電圧と、前記第２デバイスの抵抗値に対応する第２電圧との差分に基づく信号を出力する信号出力部と、
前記信号に基づいて、前記発振回路から出力される前記発振信号の周波数を調整する調整部と、
を備える発振器。
前記第１デバイスと、前記第２デバイスとは同一の特性を有し、異なる大きさの電圧が印加される、
請求項１に記載の発振器。
前記第１デバイスと、前記第２デバイスとは異なる特性を有する、
請求項１に記載の発振器。