JP2780613B2 - 圧電振動子の周波数調整方法 - Google Patents

圧電振動子の周波数調整方法

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JP2780613B2 JP5271045A JP27104593A JP2780613B2 JP 2780613 B2 JP2780613 B2 JP 2780613B2 JP 5271045 A JP5271045 A JP 5271045A JP 27104593 A JP27104593 A JP 27104593A JP 2780613 B2 JP2780613 B2 JP 2780613B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子と発振回路
からなる圧電発振器とその周波数の調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水晶発振器などの圧電発振器にお
いては、周波数の微調整を行う手段として、発振回路に
可変容量を使用し容量を変化させたり、あるいは、バリ
キャップを用いた電圧制御発振器に可変抵抗器を付加し
て制御電圧を変化させる方法が用いられている。通常、
周波数の微調整は、発振回路などを収容した容器に蓋を
して封止する前に行うか、あらかじめこの容器に調整用
の穴を設けておき、蓋をした後に穴からドライバー等に
より調整するなどの方法が採られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の圧電発
振器では、例えば、周波数の微調整を行った後に密封す
る場合、蓋が持つ容量の影響を受けて密封前後で周波数
が変化するため、精度の高い周波数調整ができないとい
う問題がある。また、容器の一部に穴を開けておく方法
では周波数の調整精度は向上するものの、調整後に穴を
塞いでも完全な密封状態とならないため、圧電発振器を
プリント板取付後に有機溶剤等によって洗浄できないと
いう欠点がある。
【0004】本発明の目的は、上述の問題を解決して、
完全密封状態で精度の高い周波数調整を行うことができ
る圧電発振器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の欠点を除去するた
めに、本発明の圧電発振器は、圧電振動子と直流電圧に
より容量を変化させるバリキャップを直列接続した電圧
制御発振器と、電圧制御発振器の出力と周波数基準クロ
ック入力との位相差を検出して、検出結果をディジタル
信号として出力する位相比較器と、位相比較器から出力
されるディジタル信号を記憶する記憶回路と、記憶回路
に記憶されたディジタル信号と位相比較器から出力され
るディジタル信号を選択する選択回路と、選択回路によ
り選択されたディジタル信号をアナログ信号に変換し
て、電圧制御発振器に出力するD/A変換器と、外部か
らのモード設定信号入力に従って書き込み制御信号を前
記記憶回路に出力すると同時に、切替制御信号を前記選
択回路に出力する制御回路とを具備したことを特徴とし
ている。
【0006】本発明は上述の構成からなる圧電発振器に
おいて、電圧制御発振器の出力と周波数基準クロック入
力から入力の位相差を位相比較器により検出してディジ
タル信号を出力し、ディジタル信号を記憶回路に記憶さ
せ、一方で位相比較器により検出された位相差をD/A
変換器によりアナログ電圧に変換し、電圧制御発振器に
入力する。このような系ではPLL(Phase Lo
cked Loop)が形成されるので、定常状態では
ディジタル信号は一定値になり、電圧制御発振器の出力
の周波数は周波数基準クロックの周波数に一致する。定
常状態になった後、外部から入力されるモード設定信号
入力の周波数調整完了信号により、選択回路の入力端を
記憶回路側に切替えて、記憶回路に記憶された周波数を
D/A変換器を通して変換し、電圧制御発振器に入力す
るようにした圧電発振器の周波数の調整方法を特徴とし
ている。
【0007】
【実施例】図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説
明する。
【0008】図1は本発明の圧電発振器の一実施例のブ
ロック図である。本発明の圧電発振器は、電圧制御発振
器1に加えて、制御回路2、位相比較器3、記憶回路
4、選択回路5、D/A変換器6を備えている。電圧制
御発振器1は、圧電振動子と直流電圧により容量を変化
させるバリキャップが直列接続されており、D/A変換
器6から入力される直流電圧により、圧電振動子の周波
数が変化される。電圧制御発振器1からの出力は、圧電
発振器出力として外部に出力されるとともに、途中で分
岐されて一部が位相比較器3に入力される。
【0009】一方、位相比較器3の他の入力端には周波
数基準クロックが入力できるようになっている。位相比
較器3は、電圧制御発振器の出力と周波数基準クロック
入力の位相差を比較し、その結果をディジタル信号とし
て出力する。このような機能を有する位相比較器は、例
えば、Dr.Roland E.Best著、”PHA
SE−LOCKED LOOPS Theory,De
sign,and Applications” Mc
GRAW−HILLBOOK COMPANY出版の8
9ページに記載されるAll−digital PDs
を用いれば、これを実現することができる。位相比較器
3の出力端は途中で分岐され、一方は直接選択回路5の
入力端に接続され、他方は、記憶回路4を介して選択回
路5の入力端に接続されている。記憶回路4、および選
択回路5は、制御回路2に入力されるモード設定信号に
応じて制御回路2から出力される制御信号が入力される
ようになっている。すなわち、モード設定信号により、
記憶回路4は位相比較器出力を記憶するか、またはしな
いを制御することができ、選択回路5は記憶回路4およ
び位相比較器3の一方の出力を選択することができるよ
うになっている。選択回路5を通ったディジタル信号
は、D/A変換器によりアナログ電圧に変換されて、電
圧制御発振器1に入力される。
【0010】次に、本発明の一実施例の圧電発振器の周
波数調整方法について、図2、図3および図4を参照し
て説明する。
【0011】図4は、本発明の圧電発振器の周波数を調
整するための調整・測定系を示している。圧電発振器1
4の周波数基準クロック入力12には、任意の周波数を
発生させることができる周波数基準クロック発生器15
が、モード設定信号入力11にはモード設定信号発生器
17が、それぞれ接続されている。また、圧電発振器出
力13には周波数測定器16が接続されている。
【0012】まず最初に、最終的に合わせ込みたい周波
数と等しい周波数の周波数基準クロックが周波数基準ク
ロック発生器15から送出されて周波数基準クロック入
力12より圧電発振器14に入力される。また、周波数
基準クロック15の基準クロック周波数は、分岐され一
部が周波数比較器18に入力される。
【0013】周波数基準クロックが圧電発振器14に入
力されると同時に、周波数測定器16により圧電発振器
14の周波数が測定される。この結果は周波数比較器1
8に出力され、ここで基準クロック周波数と測定された
圧電発振器14の周波数が比較される。
【0014】周波数調整開始直後は、基準クロックの周
波数と測定された周波数には、通常大きな差がある。こ
の周波数の差に対してあらかじめ基準値が設定されてお
り、この基準値より大きいときはモード設定信号発生器
から調整中を示すモード設定信号、例えば、ビット”
1”が出力されるようになっている。調整開始からある
時間は周波数の差は基準値以上になっているので、制御
回路2からは、記憶回路4が位相比較器から出力される
ディジタル信号を記憶し、選択回路は記憶回路側に切替
えられるように制御信号が送出される。位相比較器3で
は、電圧制御発振器1の出力と周波数基準クロック入力
12の入力が比較され、その結果は、数ビットのディジ
タル信号として選択回路5に入力される。図2に示され
るように、選択回路5は位相比較器3の出力端側に切替
られており(図中、破線で示される側)、そのままD/
A変換器6に入力されアナログ電圧に変換されて、電圧
制御発振器1に圧電振動子の周波数を制御する制御電圧
として入力される。一方、調整中の状態では、圧電発振
器14の内部で制御回路2から記憶回路4に対して書き
込み実行を命令する、例えばラッチパルス等の制御信号
により位相比較器3からの出力を記憶する信号が送出さ
れている。
【0015】以上の系はPLLを構成しており、定常状
態に近づくにしたがって、圧電発振器13の周波数は周
波数基準クロック入力12のクロック信号の周波数に一
致するようになる。すなわち、圧電発振器14の出力周
波数は、基準クロック周波数に一致するようになる。そ
して、定常状態では、圧電発振器13の周波数は周波数
基準クロック入力12のクロック信号の周波数に完全に
一致する。
【0016】上述の周波数の差を判定する基準値より
も、周波数比較器18で測定される周波数の差が小さく
なったときに、モード設定信号発生器17からは、調整
終了を示す信号、例えば、ビット”0”が圧電発振器1
4に入力される。すると、図3に示されるように、制御
回路2から、例えばラッチパルスを停止する等により記
憶回路4に対する書き込みを禁止する制御信号が送出さ
れ、同時に選択回路5に対しては記憶回路4側に入力端
を切替える切替信号が送出される(図中、破線で示され
る側)。その結果、周波数調整時に記憶回路4に記憶さ
れていたディジタル信号に対応した制御電圧が、D/A
変換器によりアナログ電圧に変換された後、電圧制御発
振器1に入力されることとなる。この制御電圧は、周波
数調整時の制御電圧そのままであるため、圧電振動子へ
の制御電圧の周波数は周波数調整時のそれと完全に等し
くなる。これにより、周波数の調整が完了する。この状
態で周波数基準クロックを抜去しても、常に記憶回路4
に記憶された制御電圧が電圧制御発振器に入力されるた
め、その後は周波数は変化せず安定する。なお、調整終
了の判定は、周波数の差に基準値を与えておき、これと
実際に測定により得られる周波数の差を比較することに
より行ったが、基準クロックの周波数は参照せず、圧電
発振器からの出力周波数の変化を観測して、変動量があ
る一定値以下になれば定常状態になったものとして調整
終了を判断してもよい。
【0017】以上の周波数調整工程は、モード設定信号
入力および周波数基準クロック入力用の外部端子を付加
するだけでよく、これらの入力端子から周波数を自由に
設定できるので、容器密封前に限らず、密封した後でも
周波数の微調整を行うことができる。したがって、本発
明の圧電発振器の周波数調整方法によれば、周波数調整
の精度を向上させることができる。
【0018】構成上、従来の圧電発振器にくらべ、回路
の規模が増大するという欠点があるが、新たに付加され
た回路を構成する素子は、いずれも容易に実現できるも
のであり、LSI化することにより価格上昇を抑えるこ
とは十分可能である。一方、図4に示されるような、機
械的な可変抵抗器や可変容量を用いた圧電発振器にくら
べ、これらの素子が不要になる分、低価格化が可能であ
る。さらに、出力周波数をこの圧電発振器内部で検知で
きるようにし、上記調整終了の判定をして制御回路2に
モード設定信号を行うようにすれば、圧電発振器自身で
自動調整も可能であり、調整時間を大幅に短縮すること
もできる。また、周波数調整時に圧電発振器の出力周波
数は全く測定せず、すなわちフィードバックすることな
く、調整開始から一定時間経過後は定常状態になるもの
とみなして選択回路を切替えるようにして、調整工程を
大幅に簡略化することも可能である。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電発振
器は密封後に周波数基準クロック入力により、周波数を
調整し、調整後はモード設定信号入力により選択回路を
切替えて調整時に記憶させておいた周波数に切替るの
で、密封後に周波数の微調整を極めて精度よく行うこと
ができる。また、これらの周波数調整工程の自動化も容
易にでき、機械的な可変抵抗器や可変容量などの部品が
不要となるので、圧電発振器が低価格化できるという効
果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電発振器の一実施例のブロック図
【図2】図1の圧電発振器において、周波数調整時にお
ける選択回路の状態を示す図
【図3】図1の圧電発振器において、周波数調整完了後
の選択回路の状態を示す図
【図4】図1の圧電発振器の周波数調整を行うための調
整・測定系を示す図
【符号の説明】
1 電圧制御発振器 2 制御回路 3 位相比較器 4 記憶回路 5 選択回路 6 D/A変換器 7 可変抵抗器 11 モード設定信号入力 12 周波数基準クロック入力 13 圧電発振器出力 14 圧電発振器 15 基準クロック周波数発生器 16 周波数測定器 17 周波数比較器 18 信号発生器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電振動子と、 発振回路と、 前記圧電振動子と直流電圧により容量を変化させるバリ
    キャップが直列接続された電圧制御発振器と、 ディジタル信号をアナログ信号に変換して前記電圧制御
    発振器に出力するD/A変換器と、 前記電圧制御発振器の出力と周波数基準クロック入力と
    の位相差を検出して、該検出結果をディジタル信号とし
    て出力する位相比較器と、 前記周波数基準クロック入力が入力されるクロック入力
    端子を有し、前記圧電振動子と前記発振回路と前記電圧
    制御発振器と前記D/A変換器とを収容する容器とを備
    圧電発振器であって、 前記圧電振動子は、前記容器内部にさらに前記位相比較
    器から出力される前記ディジタル信号を記憶する記憶回
    路と、 前記記憶回路に記憶された前記ディジタル信号と前記位
    相比較器から直接出力されるディジタル信号を選択する
    選択回路と、 前記モード設定信号入力に従って書き込み制御信号を前
    記記憶回路に出力すると同時に、切替制御信号を前記選
    択回路に出力する制御回路とを備えており、 前記電圧制御発振器の出力と前記周波数基準クロック入
    力から入力の位相差を前記位相比較器により検出してデ
    ィジタル信号を出力し、該ディジタル信号を前記記憶回
    路に記憶させる第1の工程と、 前記位相比較器より出力される前記ディジタル信号を前
    記D/A変換器によりアナログ電圧に変換して、前記電
    圧制御発振器に入力する第2の工程と、 前記容器を密封する第3の工程と、前記第1の工程の開始から予め定められた時間を経過し
    後に、前記選択回路により前記記憶回路に記憶された
    前記ディジタル信号が前記D/A変換器に入力されるよ
    うに切替える第4の工程と、 前記ディジタル信号をアナログ電圧に変換して、前記電
    圧制御発振器に入力する第5の工程とを含む圧電発振器
    の周波数調整方法。
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