JP3240463B2 - 発振回路の組立方法及び周波数調整容量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子を用い
た発振回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、時計回路やマイクロコンピュータ
など、種々の電気回路で水晶発振回路が利用されてい
る。この水晶発振回路は、多くの場合、回路基板に適宜
の回路を組み、水晶振動子及び発振用コンデンサなどを
取り付けて発振回路を形成している。

【０００３】そして、今日では、発振回路の主要部を内
蔵したＩＣ（集積回路）を用い、基板にこのＩＣを取り
付け、このＩＣに水晶振動子とコンデンサとを取り付け
て発振回路を組み立てることが多く行われている。この
ような発振回路では、水晶振動子及び発振用コンデンサ
を除いて発振回路を形成する能動素子などの発振回路の
主要部分が組み込まれている発振回路素子を用い、図２
に示すように、この発振回路素子13を基板11に取り付け
ることとしている。更に、この基板11に水晶振動子15や
発振用容量固定コンデンサ17を取り付けて発振回路を形
成している。

【０００４】又、発振周波数を目的の周波数に正しく一
致させた発振回路を製造する場合、発振回路の主要部を
内蔵したＩＣに水晶振動子15を接続し、更に、発振用の
コンデンサとして容量固定コンデンサ及び容量可変コン
デンサを接続するものとしている。この発振用容量固定
コンデンサ17は、水晶振動子15の特性に合わせて目的の
発振周波数が得られるコンデンサ容量に近い一定の固定
容量を有するコンデンサである。又、発振用のコンデン
サの内の容量可変コンデンサは、コンデンサ容量を調整
変更して発振回路の発振周波数の調整を行うものであ
り、この周波数調整用コンデンサ18とする容量可変コン
デンサには、トリマコンデンサなどを用いることが多
い。

【０００５】そして、発振回路素子13及び水晶振動子15
や発振用容量固定コンデンサ17、周波数調整用コンデン
サ18により発振回路を組み上げた後、この発振回路を作
動させて周波数調整用コンデンサ18としたトリマコンデ
ンサのコンデンサ容量を調整し、この発振回路の発振周
波数を目的の周波数に一致させることを行っている。
尚、この基板11には、発振回路を含む所要回路を内蔵し
たＩＣとされる発振回路素子13と共に、制御対象などに
合わせた制御回路や出力アンプなど、種々の回路や出力
用素子19なども取り付けて基板11を組むことが行われて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】水晶振動子は、振動子
固有の振動周波数を有し、水晶発振回路は極めて安定し
た一定の発振周波数を有するものである。しかし、水晶
振動子の個々の特性のバラツキやＩＣなどの回路構成の
相違、及び、同一回路であっても個々の製品による線間
容量などの浮遊容量にバラツキが生じるため、水晶発振
回路の発振周波数が微妙に異なり、目的の周波数に対し
て僅かな誤差を有することになる。

【０００７】このため、時計回路などのように、高精度
の一定発振周波数が要求される場合、回路基板に発振回
路を組み上げた後、周波数調整用コンデンサとしたトリ
マコンデンサを調整している。しかし、各発振回路毎に
発振回路を作動させて発振周波数を測定し、手作業によ
りこの発振周波数の調整を行うことは、製品の製造に手
数と時間とを要する欠点があった。

【０００８】更に、トリマコンデンサなどの容量可変コ
ンデンサは、温度や湿度によって容量が変化することが
あり、又、外部からの衝撃によりコンデンサの容量が変
化し、経時的に発振回路の周波数が僅かに変化すること
もあった。本発明は、このような欠点を排除し、温度や
湿度の影響を受けにくく、目的の周波数に高精度に合わ
せた発振回路を容易に量産することができる発振回路の
製造方法を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、水晶振動子及
び発振用容量固定コンデンサを基板に取り付け、周波数
調整用の容量可変コンデンサを基板に仮設して発振回路
を形成し、発振回路を作動させて容量可変コンデンサを
調整することにより目的周波数で発振させ、このときの
容量可変コンデンサと同容量の容量が固定されたコンデ
ンサに容量可変コンデンサを取り換える発振回路の組立
方法とする。

【００１０】このように、容量可変コンデンサを基板に
仮設して発振回路を作動させることにより目的の周波数
で発振させ、容量可変コンデンサと同容量の容量固定コ
ンデンサに取り換える故、誤差を有することなく正確に
目的の周波数で発振する状態とすることができる。更
に、容量が固定されたコンデンサに取り換える故、コン
デンサの容量が変化する可能性を小さくし、正確な目的
周波数での発振を持続させることができる。

【００１１】又、本発明としては、仮設するコンデンサ
として可変容量ダイオードを用い、目的周波数の基準信
号と発振回路の出力信号との周波数比較を行って差信号
を形成し、この差信号に基づいて可変容量ダイオードの
容量を調整して発振回路に目的周波数で発振させること
が好ましい。このように、仮設するコンデンサとして可
変容量ダイオードを用い、基準信号との周波数比較を行
って差信号を形成し、差信号に基づいて可変容量ダイオ
ードを調整すれば、容易に短時間で発振回路を目的の周
波数で発振させることができ、発振周波数の調整及びこ
のときのコンデンサ容量の検出を自動化することも容易
である。

【００１２】更に、本発明としては、可変容量ダイオー
ドへの印加電圧に基づいて可変容量ダイオードの容量を
検出することが好ましい。このように、可変容量ダイオ
ードへの印加電圧に基づいて容量を検出することは、発
振回路に組み込んだ仮設コンデンサの容量を容易且つ迅
速に検出することを極めて容易に可能とすることができ
る。

【００１３】そして、本発明としては、発振回路の信号
出力線に接続されるか又は非接触で発振回路の出力信号
を検出する信号検出手段と、信号検出手段で検出した信
号の周波数と基準信号の周波数とを比較して周波数の差
に応じた差信号を容量制御表示手段に出力する周波数比
較検出手段と、容量可変コンデンサに容量設定信号を出
力し、この容量設定信号により、検出した信号の周波数
が基準信号の周波数よりも高い状態の差信号が入力され
たときは容量可変コンデンサの容量を大きくする調整を
し、検出した信号の周波数が基準信号の周波数よりも低
い状態の差信号が入力されたときは容量可変コンデンサ
の容量を小さくする調整をし、且つ、調整された容量可
変コンデンサのコンデンサ容量を表示する容量制御表示
手段と、を有する周波数調整容量測定装置とするもので
ある。

【００１４】このように、発振回路の信号を検出する信
号検出手段を有する故、発振回路の発振周波数を検出す
ることができる。そして、基準信号の周波数と比較して
差信号を出力する周波数比較検出手段を有する故、発振
回路の周波数と目的周波数との誤差を直ちに検知するこ
とができる。更に、差信号に基づいて容量可変コンデン
サの容量を調整する容量制御表示手段を有する故、容量
可変コンデンサを発振回路の周波数調整用コンデンサと
して発振回路に接続すれば、発振回路を基準信号の周波
数に一致させて発振させることができる。又、このと
き、発振回路の周波数を調整するコンデンサである周波
数調整用コンデンサの容量を直ちに知ることもできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、図１に示
すように、発振回路素子13や水晶振動子15、及び発振用
コンデンサなどを基板11に取り付けて発振回路を組み立
てるものである。この発振回路素子13は、水晶振動子及
び発振用コンデンサを除き、発振回路を形成する能動素
子などの発振回路の主要部分が組み込まれている回路素
子である。尚、この発振回路素子13は、発振回路の主要
部分以外に適宜の演算回路などが組み込まれた集積回路
とされることもある。

【００１６】そして、この基板11には、発振回路素子13
の他、発振回路素子13が出力する信号に基づいて制御対
象や他の回路基板などに信号を出力する出力用素子19、
及び、所要の抵抗器やコイルなどの素子を取り付けるも
のである。又、発振用コンデンサとして容量固定コンデ
ンサと容量可変コンデンサとを用い、容量可変コンデン
サは仮設するものとし、発振用容量固定コンデンサ17は
確実に基板11に取り付けて発振回路を形成するものであ
る。

【００１７】更に、周波数調整用コンデンサ18とする容
量可変コンデンサとして、例えば周波数調整容量測定装
置20の仮設コンデンサ29を取り付けるものである。この
周波数調整容量測定装置20は、信号検出手段21と周波数
検出比較手段25や基準信号発生手段23、更に、容量制御
表示手段27と仮設コンデンサ29とを有するものである。

【００１８】この信号検出手段21には、例えば誘導コイ
ルを用い、この信号検出手段21を水晶振動子15に近接さ
せて配置したとき、非接触状態で水晶振動子15の振動周
波数と等しい周波数信号を検出することができるように
するものである。尚、信号検出手段21としては、プロー
ブを用い、発振回路素子13におけるクロック出力端子な
どの発振信号端子に接続して発振回路の出力信号を検出
することができるようにすることもある。

【００１９】そして、周波数検出比較手段25は、基準信
号発生手段23から出力される基準信号の周波数と信号検
出手段21から入力される検出信号の周波数とを比較し、
両信号の周波数の差に応じた差信号を出力するものであ
る。又、容量制御表示手段27は、周波数検出比較手段25
からの差信号に基づき、仮設コンデンサ29に容量設定信
号を出力して仮設コンデンサ29のコンデンサ容量を設定
調整し、この容量設定信号により設定している仮設コン
デンサ29のコンデンサ容量を表示するものである。

【００２０】尚、この仮設コンデンサ29としては、可変
容量ダイオードを用い、容量設定信号として直流電圧を
用いている。そして、基準信号発生手段23が出力する基
準信号の周波数を、基板11に組み上げた発振回路の目的
周波数としてこの基準信号発生手段23を作動させ、又、
基板11に取り付けた発振回路素子13も作動させて基板11
に組み上げた発振回路に発振を行わせる。

【００２１】この状態において、信号検出手段21とした
誘導コイルを水晶振動子15に近接させると、発振回路の
発振周波数に等しい周波数の検出信号を周波数検出比較
手段25に入力することができる。そして、周波数検出比
較手段25は、この検出信号と基準信号との周波数比較を
行い、検出信号の周波数と基準信号の周波数との差に応
じた差信号を容量制御表示手段27に出力する。又、容量
制御表示手段27は、この差信号に基づき、仮設コンデン
サ29である可変容量ダイオードに容量制御信号を出力す
るものであり、検出信号の周波数が基準信号の周波数よ
りも高いときは容量制御信号の電圧を高くし、検出信号
の周波数が基準信号の周波数よりも低いときは容量制御
信号の電圧を低くするように変更するものである。

【００２２】従って、基板11に組み上げた発振回路は、
周波数調整用コンデンサ18として取り付けた仮設コンデ
ンサ29の容量が容量制御表示手段27からの容量制御信号
により調整され、この発振回路が出力する信号の周波数
が基準信号の周波数に一致することになる。そしてこの
とき、容量制御表示手段27は、仮設コンデンサ29とした
可変容量ダイオードの容量をメータに表示する。

【００２３】尚、容量制御表示手段27は、仮設コンデン
サ29とした可変容量ダイオードに印加する直流電圧をメ
ータに表示するものとし、メータの表示としては、この
印加電圧に対応した可変容量ダイオードの容量値を表示
しておくものである。尤も、印加電圧に対応した可変容
量ダイオードの容量値を表す電圧容量対応表を予め作成
し、容量制御表示手段27には直接印加電圧の値を表示さ
せることがある。又、電圧容量対照テーブルを用いてコ
ンデンサ容量をデジタル表示として容量制御表示手段27
に表示することもある。

【００２４】このように、周波数調整容量測定装置20の
仮設コンデンサ29を発振回路に組み込んで発振回路を作
動させると、周波数調整容量測定装置20に組み込まれた
基準信号発生手段23の周波数に発振回路の周波数が自動
調整され、発振回路が正しく目的の周波数で作動すると
きの周波数調整用コンデンサ18の容量を実測によって知
ることができる。

【００２５】そして、仮設コンデンサ29を基板11から取
り外し、容量制御表示手段27に表示された容量に等しい
コンデンサ容量の値を有するセラミックコンデンサなど
の容量が固定されたコンデンサを取り付け、発振回路を
組み上げる。このように、基板11に水晶振動子15や発振
回路素子13、更に適宜の出力用素子19などを取り付け、
容量が一定値とされている発振用容量固定コンデンサ17
を取り付けると共に、コンデンサ容量の調整変更が可能
な仮設コンデンサ29も発振用コンデンサとして組み込
み、発振回路を作動させて仮設コンデンサ29の容量を調
整して目的の周波数で発振させた後、仮設コンデンサ29
の容量に等しい容量が固定されたコンデンサに取り換え
る故、気温や湿度の変化又は外部からの衝撃によってコ
ンデンサの容量が変化する虞を少なくし、正確に一定の
周波数とした信号の出力を持続する発振回路基板11を製
造することができる。

【００２６】又、基板11に発振回路素子13などを取り付
け、現実に発振回路を目的の周波数で発振させ、このと
きの周波数調整用コンデンサ18とした仮設コンデンサ29
の容量を測定し、この容量の値に等しい容量を有するコ
ンデンサであって容量が一定に固定されている容量固定
コンデンサに取り換える故、発振回路素子13や水晶振動
子15のバラツキによる発振周波数の誤差を無くした正確
な周波数を発振する発振回路とすることができる。

【００２７】更に、所定の周波数である基準信号の周波
数と、信号検出手段21で検出することにより発振回路の
周波数とされた検出信号の周波数と、を比較し、この両
信号の周波数の差に応じた差信号により仮設コンデンサ
29とした可変容量ダイオードの容量を変更調整して発振
回路の周波数を基準信号の周波数に一致させる故、容易
に発振回路の周波数調整を行うことができる。又、可変
容量ダイオードに印加する電圧により可変容量ダイオー
ドの容量を表示することとしている故、容易に発振回路
の周波数を目的周波数とするのに必要な周波数調整用コ
ンデンサ18の容量を知ることができる。

【００２８】従って、発振回路の組み立てるに際し、基
板11に水晶振動子15や発振回路素子13、その他必要な素
子を取り付け、周波数調整用コンデンサ18により目的の
周波数で発振させることが容易であり、発振回路素子13
や水晶振動子15の個々のバラツキ、及び、基板11への取
り付けに際して浮遊容量などのバラツキが生じて発振周
波数が微妙に異なる場合であっても、正確に目的の周波
数で発振する発振回路を有する基板11を容易に量産する
ことができる。

【００２９】尚、同一のロットとして生産された水晶振
動子15と同一のロットとして生産された発振回路素子13
とを組み合わせる場合、仮設コンデンサ29として従来と
同様にトリマコンデンサを用い、発振回路を作動させて
目的の周波数に調整した後、このトリマコンデンサを外
して容量を計測し、このコンデンサ容量に等しい容量値
を有するセラミックコンデンサなどの容量が固定された
コンデンサに取り換え、連続して同一条件で製造する発
振回路にはこの容量値の容量が固定されたコンデンサを
組み込むこともある。

【００３０】この場合においても、バラツキが少なく特
性のほぼ等しい素子をほぼ同一条件で組み立てることに
なる故、発振周波数の揃った発振回路の基板11を量産す
ることができる。尚、発振回路素子13は、発振回路の水
晶振動子と一部コンデンサを除く主要部分のみが組み込
まれている発振回路用の素子であっても、又、使用目的
に合わせて制御回路や演算回路が発振回路と合わせて組
み込まれている素子であっても、同様に正確な周波数の
発振を行わせる水晶発振回路として組み立て製造し得る
ものである。

【００３１】更に、発振回路を構成する能動素子などや
抵抗素子などを個々に基板11に取り付けて水晶発振回路
を製造する場合であっても、同様に、仮設コンデンサ29
を発振回路に組み込んで目的の周波数で現実に発振さ
せ、周波数調整用コンデンサ18とした仮設コンデンサ29
の容量を測定した後に、仮設コンデンサ29を容量が固定
されたコンデンサに取り換えれば、この周波数の発振を
安定させて持続させることができるものである。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、水晶振動子
及び発振用容量固定コンデンサを基板に取り付け、周波
数調整用の容量可変コンデンサを基板に仮設して発振回
路を形成し、発振回路を作動させて容量可変コンデンサ
の容量を調整することにより目的周波数で発振させ、こ
のときの容量可変コンデンサと同容量の容量が固定され
たコンデンサに取り換える発振回路の組立方法である。

【００３３】従って、目的の周波数に正確に一致した一
定周波数の発振を行わせる発振回路を製造することがで
き、且つ、この発振回路の一定周波数とした発振を安定
的に持続させることができる。又、請求項２に記載した
発明は、請求項１の発明において、仮設するコンデンサ
として可変容量ダイオードを用い、目的周波数の基準信
号と発振回路の出力信号との周波数比較を行って差信号
を形成し、この差信号により可変容量ダイオードの容量
を調整して発振回路に目的の周波数で発振させる発振回
路の組立方法とするものである。

【００３４】従って、正確な一定周波数への発振回路の
調整が容易となり、一定周波数の発振を持続させること
ができる発振回路の生産を容易とすることができる。そ
して、請求項３に記載した発明は、請求項２の発明にお
いて、可変容量ダイオードへの印加電圧に基づいて可変
容量ダイオードの容量を検出する発振回路の組立方法と
するものである。

【００３５】従って、正確に一定周波数とされ、且つ、
この発振状態を持続させることのできる発振回路の製造
を容易且つ迅速とし、高精度に目的周波数に一致した発
振回路の量産を行うことができる。更に、請求項４に記
載した発明は、発振回路の信号出力線に接続されるか又
は非接触で発振回路の出力信号を検出する信号検出手段
と、信号検出手段で検出した信号の周波数と基準信号の
周波数とを比較して周波数の差に応じた差信号を容量制
御表示手段に出力する周波数比較検出手段と、容量可変
コンデンサに容量設定信号を出力し、この容量設定信号
により、検出した信号の周波数が基準信号の周波数より
も高い状態の差信号が入力されたときは容量可変コンデ
ンサの容量を大きくする調整を行い、検出した信号の周
波数が基準信号の周波数よりも低い状態の差信号が入力
されたときは容量可変コンデンサの容量を小さくする調
整を行い、且つ、調整された容量可変コンデンサのコン
デンサ容量を表示する容量制御表示手段と、を有する周
波数調整容量測定装置とするものである。

【００３６】従って、組み立てた発振回路の発振周波数
を目的の周波数として発振回路を作動させると共に、発
振回路を目的の周波数で発振させるために必要なコンデ
ンサの容量を短時間で容易に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法における一状態を示す図。

【図２】従来の発振回路を含む基板を示す図。

【符号の説明】

１１ 基板 １３ 発振回路素子 １５ 水晶振動子 １７ 発振用容量固
定コンデンサ １８ 周波数調整用コンデンサ １９ 出力用素子 ２０ 周波数調整容量測定装置 ２１ 信号検出手段 ２３ 基準信号発生
手段 ２５ 周波数検出比較手段 ２７ 容量制御表示
手段 ２９ 仮設コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03B 5/32 H03H 3/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶振動子と発振用の容量固定コンデン
   サとを基板に取り付け、周波数調整用の容量可変コンデ
   ンサを基板に仮設して発振回路を形成し、この発振回路
   を作動させて容量可変コンデンサの容量を調整すること
   により目的の周波数で発振を行わせ、このときの容量可
   変コンデンサの調整された容量と同容量を有する容量が
   固定されたコンデンサに容量可変コンデンサを取り換え
   ることを特徴とする発振回路の組立方法。
2. 【請求項２】 仮設する容量可変コンデンサとして可変
   容量ダイオードを用い、目的周波数の基準信号と発振回
   路の出力信号との周波数比較を行って周波数の差に対応
   する差信号を形成し、この差信号に基づいて可変容量ダ
   イオードの容量を調整して発振回路に目的の周波数で発
   振させることを特徴とする請求項１に記載した発振回路
   の組立方法。
3. 【請求項３】 可変容量ダイオードへの印加電圧に基づ
   いて可変容量ダイオードの容量を検出することを特徴と
   する請求項２に記載した発振回路の組立方法。
4. 【請求項４】 発振回路の信号出力線に接続されるか又
   は非接触で発振回路の出力信号を検出する信号検出手段
   と、 信号検出手段で検出した信号の周波数と基準信号の周波
   数とを比較して周波数の差に応じた差信号を容量制御表
   示手段に出力する周波数比較検出手段と、 容量可変コンデンサに容量設定信号を出力し、この容量
   設定信号により、検出した信号の周波数が基準信号の周
   波数よりも高い状態の差信号が入力されたときは容量可
   変コンデンサの容量を大きくする調整を行い、検出した
   信号の周波数が基準信号の周波数よりも低い状態の差信
   号が入力されたときは容量可変コンデンサの容量を小さ
   くする調整を行い、且つ、調整された容量可変コンデン
   サのコンデンサ容量を表示する容量制御表示手段と、 を有することを特徴とする周波数調整容量測定装置。