JP4454126B2 - 温度補償発振器の調整方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度補償発振器のための調整方法に関し、特に温度補償水晶発振器からの出力を使用して温度補償水晶発振器を調整する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルセルラー、ディジタルコードレスなどでは、無線周波数の切替制御等を行うために、変動範囲が数ｐｐｍ以内と言った、非常に高精度の基準クロックを必要とする。そのような高精度の基準クロックとして、水晶振動子を用いた発振器があるが、発振器の出力周波数は、発振器が置かれた環境の温度変化に応じて変動してしまう。そこで、水晶振動子の温度特性を補償し、高精度基準クロックを出力できるＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＣｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：温度補償水晶発振器）といった発振器が用いられている。
【０００３】
しかしながら、ＴＣＸＯに含まれる水晶振動子及び発振回路は製造上のバラツキ等によって、全てを完全に同一に作ることができないことから、個々のＴＣＸＯに含まれる水晶振動子及び発振回路はそれぞれ異なった温度‐周波数特性を有してしまう。したがって、全てのＴＣＸＯを同一の基準によって補償することができない。そこで、個々のＴＣＸＯ毎に異なった補償データを作成して記憶させるといった調整作業が必要となる。
【０００４】
従来、個々のＴＣＸＯ毎に異なった補償データを作成して記憶させる方法として、調整作業を行うＴＣＸＯを温度槽の中に設置し、温度槽の温度を変化させて、温度槽の温度とＴＣＸＯからの出力周波数を対比させながら測定するといった手順を繰り返す方法が採用されていた。図１４に従来の調整方法における温度槽の温度と測定点との関係を示す。図１４に示すように、温度槽の温度を約マイナス３５℃から８５℃まで変化させ、その間の１１ポイントで、温度槽の温度とＴＣＸＯからの信号の周波数を測定して補償データを作成していた。図１４では、温度を上昇させながら１１ポイントで周波数を測定し、上昇した点において補償データを書き込み、温度を下降させながら再度１１ポイントで周波数を測定して、正しく補償されている事を確認している。このような従来の調整方法においては、温度槽の温度を正確に測定する必要があることから、温度槽の温度を変化させた後、温度槽内の温度を安定させ、その後ＴＣＸＯからの出力周波数の測定を行う必要があった。また、温度槽の中には、一度に多くのＴＣＸＯを配置するため、温度槽内の配置によって、ＴＣＸＯの温度が変化しないようにするためにも、所定時間（通常１０分程度）かけて温度槽内の温度を安定化させる必要があった。
【０００５】
そのため、ＴＣＸＯの調整時間は、温度槽の温度を安定化させるために多くの時間を必要としていた。例えば、図１４に示す従来の調整方法では、１１段階に温度を変化させて補償データを作成するためのデータを測定するだけで、約４００分もの時間を必要としていた。さらに、このような多くの時間を使用しても、ＴＣＸＯ内の発振器近傍の温度と、温度槽内の温度は必ずしも完全に一致しない場合が考えられ、高い精度で周波数を補償するための補償データが作成できないという欠点も生じていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来例が有する欠点を補ったものであり、短時間でかつ高精度な補償データを作成することができる温度補償発振器の調整方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明における、発振器、発振器近傍の温度を検出する温度センサ及び温度センサの出力に基づいて出力周波数を変化させる補償回路を有する温度補償発振器の調整方法は、温度補償発振器を温度槽に収納し、温度槽の温度を変化させて温度補償発振器からの出力信号を測定し、測定値のみに基づいて補償データを作成し、補償データを温度補償発振器に記憶させることを特徴とする。
【０００８】
さらに、出力信号の測定は、出力周波数のみの測定であることが好ましい。
さらに、出力信号の測定は、温度センサの出力を用いることが好ましい。
さらに、出力信号の測定は、出力周波数及び温度センサの出力のみの測定であることが好ましい。
いずれにしても、温度補償発振器から出力される信号のみによって補償データを作成するので、例えば温度槽の温度データ等を必要とせず、簡素にかつ短時間で調整を行うことができる。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明における、発振器、発振器近傍の温度を検出する温度センサ及び温度センサの出力に基づいて出力周波数を変化させる補償回路を有する温度補償発振器の調整方法は、温度補償発振器を温度槽に収納し、温度槽の温度を変化させて少なくとも温度センサからの出力を測定し、温度センサからの測定値を使用して補償データを作成し、補償データを温度補償発振器に記憶させることを特徴とする。
【００１０】
さらに、出力周波数の測定を行い、温度センサの出力の測定及び出力周波数の測定による測定値を用いて補償データを作成することが好ましい。
また、上記課題を解決するために、本発明における、発振器、発振器近傍の温度を検出する温度センサ、メモリ及び温度センサの出力に基づいて出力周波数を変化させる補償回路を有する温度補償発振器の調整方法は、温度補償発振器を温度槽に収納し、温度槽の温度を変化させながら出力周波数が予め決められた値になるように発振器を制御し、出力周波数が予め決められた値になったときの温度センサの出力を測定し、測定値に基づいて補償データを作成し、補償データをメモリに記憶させることを特徴とする。
【００１１】
さらに、補償回路は、補償データに基づいて、出力周波数を調整することが好ましい。
さらに、温度槽の温度を、温度補償発振器の動作保証温度範囲内で変化させることが好ましい。
さらに、温度槽は、それぞれ異なった温度に設定されている複数の領域を有することが好ましい。
【００１２】
さらに、温度槽の温度は、測定開始から終了するまでほぼ直線的に温度が変化するように制御されることが好ましい。
さらに、温度槽の温度変化は、２℃／分〜４℃／分であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を用いて、本発明で用いられる温度補償発振器１００について説明する。図１は、温度補償発振器１００の概略内部構造を示すものである。図１において、１０１はメモリ、１０２は所定の電圧Ｖ_funcを発生する３次関数発生回路、１０３は温度を検出して、検出した温度に対応する電圧Ｖ_tempを出力する温度センサ、１０４はＶＣＸＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御水晶発振器）、１０５は３次の温度特性を有する水晶振動子、１０６はスイッチ、１０７はスイッチ１０６を切替えるためのスイッチング回路である。さらに、１１１はメモリ１０１に補償データを記憶させるため等に使用される端子、１１２は３次関数発生回路１０２の出力電圧Ｖ_funcを出力するための端子、１１３は温度センサ１０３からの出力電圧Ｖ_tempを出力するための端子、１１４はＶＣＸＯからの信号の周波数Ｆを出力するための端子、１１５はＶＣＸＯ１０４に電圧Ｖ_c を印加するための端子、１１６は端子スイッチング回路１０７を制御するための信号を入力するための端子である。なお、各端子は、端子数を減らすために共有にすることも可能である。さらに、水晶振動子１０５は２次の温度特性を有する場合もあり、水晶以外の圧電素子を用いることも可能である。
【００１４】
また、メモリ１０１は、少なくとも４つのレジスタＲ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ 及びＲ₄ を有し、４つのレジスタＲ₁ 〜Ｒ₄ は、端子１１１から入力される温度補償発振器１００の補償データを記憶することができるように構成されている。
さらに、３次関数発生回路１０２は、メモリ１０１のレジスタＲ₁ 〜Ｒ₄ に記憶された値に従って、３次関数を発生し、温度センサ１０３から入力されるＶ_tempに対応した３次関数の値を、電圧Ｖ_funcとして出力することができるように構成されている。
【００１５】
さらに、温度センサ１０３は、ＶＣＸＯ１０４の近傍に配置されている。
さらに、ＶＣＸＯ１０４は、発振回路及び該発振回路の負荷容量となる可変容量素子を有しており、３次関数発生回路１０２からの出力電圧Ｖ_funcに応じて周波数Ｆが変化するように構成されている。
さらに、スイッチ１０６は、３次関数発生回路１０２からの出力電圧Ｖ_funcと端子１１５から入力される電圧Ｖｃを切替えることが可能に構成されている。なお、スイッチ１０６の切替えは、スイッチング回路１０７によって行われる。
【００１６】
図２に本発明の調整方法を実施するためのシステム構成を示す。２００は温度補償発振器１００を装填するための治具基板、３００は温度補償発振器１００の温度を変化させるための温度槽、４００は治具基板２００と接続されたドライバ基板、５００はドライバ基板４００と接続された周波数測定器、６００はドライバ基板４００及び周波数測定器５００と接続されたパーソナルコンピュータ（以下単に「ＰＣ」と言う）である。
【００１７】
ここで、温度槽３００は、その内部の温度を約マイナス４０℃〜約１００℃の範囲内で変更することが可能である。温度槽３００は、表側の扉を開けて治具基板２００を挿入し、温度制御回路によって、その内部の温度を上下させることができる。治具基板２００はケーブルを介して温度槽３００の外部に配置されたドライバ基板４００に接続されている。治具基板２００には、温度補償発振器１００を装填するためのソケットが多数設けられている。好ましい実施形態では、１つの治具基板に２５６個のソケットが設けられている。
【００１８】
ドライバ基板４００は、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ（図示せず）を有しており、温度補償発振器１００と各種デジタル又はアナログ信号を送受信する機能を有している。なお、ドライバ基板４００は、温度補償発振器１００の端子１１４から出力される出力周波数を中継して、周波数測定器５００へ送信する。
【００１９】
周波数測定器５００は、温度補償発振器１００から出力された信号をドライバ基板４００を介して受信し、その周波数Ｆを測定し、測定値をＰＣ６００へ送信する。
ＰＣ６００は、温度槽３００の温度制御回路３０１に制御信号を送信して、温度槽３００内の温度を変化させ、ドライバ基板４００及び治具基板２００を介して温度補償発振器を駆動し、治具基板２００及びドライバ基板４００を介して温度補償発振器１００からの出力信号を受信し、さらに周波数測定器５００から温度補償発振器１００の周波数Ｆの測定値を受信する。
【００２０】
図３は、図２に示したシステム構成の概略を示すブロック図である。なお、ＰＣ６００と、温度槽３００の温度制御回路３０１、ドライバ基板４００及び周波数測定器５００とは、不図示のＩＯポート等を介して、ＧＰ−ＩＢ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｕｓ）等によるバスＢ１〜Ｂ４によって相互に接続されている。なお、図３には示していないが、温度補償発振器１００を駆動するための駆動電圧がドライバ基板４００から治具基板２００を介して温度補償発振器１００に供給されるように構成されている。
【００２１】
図４を用いて、本発明に係わる温度補償発振器１００の第１の調整方法について以下に説明する。図４の調整手順は、予めＰＣ６００に記憶された調整プログラムに従って実行される。
最初に、ＰＣ６００は、温度槽３００の温度制御回路３０１に指示を出して、温度槽３００内の温度を約マイナス３５℃に設定し、その後所定の温度勾配で、８５℃まで温度を上昇させるように設定する（ステップ４０１）。なお、温度変化は、測定開始から終了するまでほぼ直線的に変化するように制御される。さらに、温度勾配は、２℃／分〜４℃／分であることが好ましい。
【００２２】
図５に、本発明に係わる調整方法において設定された温度槽３００の温度変化の様子を示す。図５において、縦軸は温度槽３００の内部の温度を示し、横軸は経過時間を示している。後述するように、図中の点Ａから点Ｂの間１１点で測定が行われ、点Ｂから点Ｃの間で補償データが書き込まれ、点Ｃから点Ｄの間に検証が行われる。
【００２３】
次に、温度補償発振器１００の端子１１１を介してメモリ１０１内のレジスタＲ₁ 〜Ｒ₄ に初期値Ｂ₃ 、Ｂ₁ 、Ｂ₀ 及びＴ₀ が記憶される（ステップ４０２）。すると、３次関数発生回路１０２は、以下の（１）式に応じた３次関数を発生し、温度センサ１０３から入力される出力電圧Ｖ_tempに応じたＶ_funcを出力する。
【００２４】
Ｖ_func＝Ｂ₃ （Ｖ_temp−Ｔ₀ ）³ ＋Ｂ₁ （Ｖ_temp−Ｔ₀ ）＋Ｂ₀ …（１）
ここで、この時温度補償発振器１００の端子１１６を介してスイッチング回路１０７に指示を与え、スイッチ１０６を切替えて、３次関数発生回路１０２からの出力電圧Ｖ_funcがＶＣＸＯ１０４に入力されないようにしておく。
次に、温度補償発振器１００の端子１１５を介して電圧Ｖ_c をＶＣＸＯ１０４に印加し、温度補償発振器１００の端子１１４を介して温度補償発振器１００からの周波数Ｆを測定しながら、周波数Ｆが予め決められた基準周波数Ｆ₀ になるよう、Ｖ_c を調整する（ステップ４０３）。
【００２５】
次に、Ｆ＝Ｆ₀ となった時点の、Ｖ_funcを端子１１２を介して、またＶ_tempを端子１１３を介して測定する（ステップ４０４）。
次に、予め設定された測定が終了したか否かが判断され（ステップ４０５）、終了していない場合には、ステップ４０３へ戻って測定が繰替えされる。この場合では、図５に示すように、点Ａから点Ｂまでの間の１１ポイントで、予め決められた時間間隔毎に、測定が行われるように設定されている。なお、測定は、温度補償発振器１００の動作保証温度範囲内で行われることが好ましいが、測定点の設定の仕方、測定回数は、必要に応じて適宜決定することができる。
【００２６】
予め予定した測定が終了した場合には、ステップ４０６へ進み、以下の（２）式から各測定点におけるΔＶが演算される。なお、ΔＶの演算は、まとめて行わず、Ｖ_func及びＶ_tempの測定毎に行っても良い。
ΔＶ＝Ｖ_c −Ｖ_func…（２）
図６（ａ）に測定されたＶ_func及びＶ_c をプロットしたグラフを示し、図６（ｂ）に演算されたΔＶをプロットしたグラフを示す。各グラフにおける横軸は、測定したＶ_tempから求めた温度を示している。ここでは、温度（℃）で示したが、Ｖ_temp（ｍＶ）をそのまま用いても良い。また、図６（ａ）における６０１は、３次関数発生回路１０２によって、レジスタＲ１〜Ｒ４に記憶された初期値によって発生される３次関数を示している。
【００２７】
次に、図６（ｂ）にプロットされたΔＶを、公知の最小２乗法又は最良近似方法を用いて以下の（３）式の３次関数にカーブフットさせ、３次係数ΔＡ₃ 、２次係数ΔＡ₂ 、１次係数ΔＡ₁ 及び０次係数ΔＡ₀ を求める（ステップ４０７）。（３）式は、係数ΔＡ₃ ，ΔＡ₂ ，ΔＡ₁ 及びΔＡ₀ に関して線型であるので、カーブフィットは容易である。図６（ｂ）の６０２に、ΔＶにカーブフィットされた３次関数を示す。
【００２８】
ΔＶ＝ΔＡ₃ Ｖ_temp ³ ＋ΔＡ₂ Ｖ_temp ² ＋ΔＡ₁ Ｖ_temp＋ΔＡ₀ …（３）
次に、（１）式を係数に関して線型である以下の（４）式に変形した場合の３次係数Ａ₃ 、２次係数Ａ₂ 、１次係数Ａ₁ 及び０次係数Ａ₀ を求める。（（１）式は線型でないため、種々の演算が困難である。）
Ｖ_func＝Ａ₃ Ｖ_temp ³ ＋Ａ₂ Ｖ_temp ² ＋Ａ₁ Ｖ_temp＋Ａ₀ …（４）
Ｖ_funcをΔＶだけ修正したものをＶ’_funcとすれば、カーブフィットの誤差を除いてＶ_c ＝Ｖ’_funcとなる。
【００２９】
Ｖ’_funcを求めるには、
Ｖ’_func＝Ｖ_func＋ΔＶ
＝Ａ₃ Ｖ_temp ³ ＋Ａ₂ Ｖ_temp ² ＋Ａ₁ Ｖ_temp＋Ａ₀ ＋ΔＡ₃ Ｖ_temp ³ ＋ΔＡ₂ Ｖ_temp ² ＋ΔＡ₁ Ｖ_temp＋ΔＡ₀
＝（Ａ₃ ＋ΔＡ₃ ）Ｖ_temp ³ ＋（Ａ₂ ＋ΔＡ₃ ）Ｖ_temp ² ＋（Ａ₁ ＋ΔＡ₁ ）Ｖ_temp＋（Ａ₀ ＋ΔＡ₀ ）
であるから、
以下の（５）式に従って、修正３次係数Ａ’₃ 、２次係数Ａ’₂ 、１次係数Ａ’₁ 及び０次係数Ａ’₀ を求めれば良い。
【００３０】
Ａ’₃ ＝Ａ₃ ＋ΔＡ₃ 、Ａ’₂ ＝Ａ₂ ＋ΔＡ₂ …（５）
Ａ’₁ ＝Ａ₁ ＋ΔＡ₁ 、Ａ’₀ ＝Ａ₀ ＋ΔＡ₀
次に、修正係数による以下の（６）式を（７）式に変換した場合の係数Ｂ’₃ 、Ｂ’₁ 、Ｂ’₀ 及びＴ’₀ を補償データとして求める（ステップ４０８）。
Ｖ’_func＝Ａ’₃ Ｖ_temp ³ ＋Ａ’₂ Ｖ_temp ² ＋Ａ’₁ Ｖ_temp＋Ａ’₀ …（６）
Ｖ’_func＝Ｂ’₃ （Ｖ_temp−Ｔ’₀ ）³ ＋Ｂ’₁ （Ｖ_temp−Ｔ’₀ ）＋Ｂ’₀ …（７）
最後に、温度補償発振回路１００の端子１１１を介してメモリ１０１のレジスタＲ₁ 〜Ｒ₄ に、Ｂ’₃ 、Ｂ’₁ 、Ｂ’₀ 及びＴ’₀ を記憶させて一連の手順を終了する（ステップ４０９）。
【００３１】
即ち、図６（ｂ）のΔＶが、温度に係わらず０（ゼロ）になるようにＶ_funcが出力されるようにすれば、温度補償発振器１００の出力信号の周波数Ｆは温度にかかわらず一定となる。（７）式は、そのようなＶ_funcを発生させる式であるので、初期値Ｂ₃ 、Ｂ₁ 、Ｂ₀ 及びＴ₀ に代わって、Ｂ’₃ 、Ｂ’₁ 、Ｂ’₀ 及びＴ’₀ を記憶することにより、温度補償発振器１００の周波数Ｆが温度に係わらず高精度に維持されることとなる。
【００３２】
次に補償データが記憶された温度補償発振器１００の動作を簡単に説明する。通常使用状態では温度補償発振器１００の図示しない電源端子へ電力が供給されると共に、温度補償発振器１００の端子１１６へは信号が供給されないので、スイッチ１０６はスイッチング回路１０７からの制御により閉じている。従ってＶＣＸＯ１０４へは３次関数発生回路１０２からの出力電圧Ｖ_funcが入力される。３次関数発生回路１０２は、メモリ１０１に記憶した補償データと、温度センサ１０３で検出されるＶＣＸＯ１０４近傍、即ち水晶振動子１０５近傍の温度データとから、出力周波数を一定に保つための出力電圧Ｖ_funcが出力するので、温度変化があってもＶＣＸＯ１０４は端子１１４から周波数変化の小さい周波数Ｆを出力できる。
【００３３】
図７に第１の調整方法によって調整を完了した温度補償発振器１００の周波数―の温度特性を測定した結果を示す。図７の測定値は、調整が完了した温度補償発振器１００を温度槽３００内に配置し、温度槽内の温度を−３５℃〜８５℃の範囲内で変化させ、その間の２７ポイントにおいて周波数Ｆを測定したものである。図７から、−３５℃から８５℃の間で、周波数Ｆの変動幅が、０．５ｐｐｍ以内という高精度に維持されていることが分かる。
【００３４】
このように、第１の調整方法では、温度補償発振器１００からの温度情報（Ｖ_temp）を用いているため、温度槽３００の温度を正確な温度に維持する必要がなく、温度槽３００の温度を安定化させるために必要であった時間を必要としない。さらに、間接的に温度補償発振器１００の温度を決定せずに、発振器の近傍に配置された温度センサからの出力信号を利用しているので、正確な温度情報を得ることが可能となっている。したがって、短時間且つ高精度で、温度補償発振器の調整を完了することができる。例えば、１１ポイントの測定をするために、従来約４００分（図１４参照）必要であった次間が、約２２０分（図５参照）で済むこととなる。
【００３５】
図８を用いて、温度補償発振器１００を用いた、第２の調整方法について以下に説明する。図８の調整手順は、予めＰＣ６００に記憶された調整プログラムに従って実行される。
最初に、ＰＣ６００から、温度槽３００の温度制御回路３０１に指示を出して、温度槽３００内の温度を約マイナス３５℃に設定し、その後所定の温度勾配で、８５℃まで温度を上昇させるように設定する（ステップ８０１）。この場合の温度槽３００の温度変化の様子は、前述した第１の調整方法の場合における図５に示されるものと同様である。第２の調整方法においても、図５の点Ａから点Ｂの間の１１ポイントで測定が行われる。
【００３６】
次に、温度補償発振器１００の端子１１１を介してメモリ１０１内のレジスタＲ₁ 〜Ｒ₄ に初期値Ｄ₃ 、Ｄ₁ 、Ｄ₀ 及びＳ₀ が記憶される（ステップ８０２）。すると、３次関数発生回路１０２は、以下の（８）式に応じた３次関数を発生し、温度センサ１０３から入力される出力電圧Ｖ_tempに応じたＶ_funcを出力する。
【００３７】
Ｖ_func＝Ｄ₃ （Ｖ_temp−Ｓ₀ ）³ ＋Ｄ₁ （Ｖ_temp−Ｓ₀ ）＋Ｄ₀ …（８）次に、温度補償発振器１００の端子１１４を介して、温度補償発振器１００の周波数Ｆを、端子１１３を介して温度センサ１０３からの出力電圧Ｖ_tempを測定する（ステップ８０３）。なお、この時、温度補償発振器１００の端子１１６を介してスイッチング回路１０７に指示を与え、スイッチ１０６を切替えて、３次関数発生回路１０２からの出力電圧Ｖ_funcがＶＣＸＯ１０４に入力するようにしておく。
【００３８】
次に、予め設定された測定が終了したか否かが判断され（ステップ８０４）、終了していない場合には、ステップ８０３へ戻って測定が繰替えされる。この場合では、図５に示すように、点Ａから点Ｂまでの間の１１ポイントで、予め決められた時間間隔毎に、測定が行われるように設定されている。なお、この場合も、測定は、温度補償発振器１００の動作を補償している温度範囲を含んで行われることが好ましいが、測定点の設定の仕方、測定回数は、必要に応じて適宜決定することができる。
【００３９】
予め予定した測定が終了した場合には、ステップ８０５へ進み、測定した周波数Ｆを、公知の最小２乗法又は最良近似方法を用いて以下の（９）式の３次関数にカーブフィットさせ、３次係数ΔＣ₃ 、２次係数ΔＣ₂ 、１次係数ΔＣ₁ 及び０次係数ΔＣ₀ を求める。
図９に測定された周波数Ｆをプロットしたグラフを示す。グラフにおける横軸は、測定したＶ_tempから求めた温度を示している。ここでは、温度（℃）で示したが、Ｖ_temp（ｍＶ）をそのまま用いても良い。
【００４０】
αＦ＝ΔＣ₃ Ｖ_temp ³ ＋ΔＣ₂ Ｖ_temp ² ＋ΔＣ₁ Ｖ_temp＋ΔＣ₀ …（９）
なお、ＶＣＸＯの特性をＦ＝１／α・Ｖ_funcと仮定する。
次に、（８）式を以下の（１０）式に変形した場合の３次係数Ｃ₃ 、２次係数Ｃ₂ 、１次係数Ｃ₁ 及び０次係数Ｃ₀ を求める。
Ｖ_func＝αＦ＝Ｃ₃ Ｖ_temp ³ ＋Ｃ₂ Ｖ_temp ² ＋Ｃ₁ Ｖ_temp＋Ｃ₀ …（１０）
次に、以下に（１１）式に従って、修正３次係数Ｃ’₃ 、２次係数Ｃ’₂ 、１次係数Ｃ’₁ 及び０次係数Ｃ’₀ を求める。
【００４１】
Ｃ’₃ ＝Ｃ₃ ＋ΔＣ₃ 、Ｃ’₂ ＝Ｃ₂ ＋ΔＣ₂ …（１１）
Ｃ’₁ ＝Ｃ₁ ＋ΔＣ₁ 、Ｃ’₀ ＝Ｃ₀ ＋ΔＣ₀
次に、修正係数を用いた以下の（１２）式を（１３）式に変換した場合の係数Ｄ’₃ 、Ｄ’₁ 、Ｄ’₀ 及びＳ’₀ を補償データとして求める（ステップ８０６）。
【００４２】
Ｖ_func＝αＦ＝Ｃ’₃ Ｖ_temp ³ ＋Ｃ’₂ Ｖ_temp ² ＋Ｃ’₁ Ｖ_temp＋Ｃ’₀ …（１２）
Ｖ_func＝αＦ＝Ｄ’₃ （Ｖ_temp−Ｓ’₀ ）³ ＋Ｄ’₁ （Ｖ_temp−Ｓ’₀ ）＋Ｄ’₀ …（１３）
最後に、温度補償発振回路１００の端子１１１を介してメモリ１０１のレジスタＲ₁ 〜Ｒ₄ に、Ｄ’₃ 、Ｄ’₁ 、Ｄ’₀ 及びＳ’₀ を記憶させて一連の手順を終了する（ステップ８０７）。
【００４３】
即ち、図９に示す周波数Ｆが温度に係わらず０（ゼロ）になるようにＶ_funcが出力されるようにすれば、温度補償発振器１００の出力信号の周波数Ｆは温度にかかわらず一定となる。（１３）式は、そのようなＶ_funcを発生させる式であるので、初期値Ｄ₃ 、Ｄ₁ 、Ｄ₀ 及びＳ₀ に代わって、Ｄ’₃ 、Ｄ’₁ 、Ｄ’₀ 及びＳ’₀ を記憶することにより、温度補償発振器１００の周波数Ｆが温度に係わらず高精度に維持されることとなる。
【００４４】
この場合でも、第２の調整方法では、温度補償発振器からの温度情報（Ｖ_temp）を用いているため、温度槽３００の温度を正確な温度に維持する必要がない。したがって、温度槽３００の温度を安定化させるために必要であった時間を必要としないため、短時間且つ高精度に温度補償発振器１００の調整を完了することができる。
【００４５】
次に、他の温度補償発振器１０００に対応した第３の調整方法について以下に説明する。図１０は、本発明で用いられる他の温度補償発振器１０００の概略内部構造を示す図である。図１０において、１００１はメモリ、１００２は所定のデジタル信号Ｄ_funcを発生する演算回路、１００３は温度を検出して、検出した温度に対応するアナログ電圧Ｖ_tempを出力する温度センサ、１００４はＶＣＸＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御水晶発振器）、１００５は水晶振動子、１００６はスイッチ、１００７をスイッチ１００６を切替えるためのスイッチング回路である。また、１００８は、温度センサ１００３のアナログ出力電圧Ｖ_tempをデジタル信号Ｄ_tempに変換するためのＡ／Ｄ変換器、１００９は、演算回路１００２の出力デジタル信号Ｄ_funcをアナログ電圧Ｖ_funcに変換し、また後述する端子１１０２から入力されるデジタル信号Ｄ_c をアナログ電圧Ｖ_c に変換するためのＤ／Ａ変換器である。さらに、１１０１は演算回路１００２を制御するための信号を入力するための端子、１１０２はデジタル信号Ｄｃを入力するための端子、１１０３はＶＣＸＯ１００４からの周波数Ｆを出力するための端子、１１０４はスイッチング回路１００７を制御するための信号を入力するための端子である。
【００４６】
ここで、温度センサ１００３は、ＶＣＸＯ１００４の近傍に配置されている。
さらに、ＶＣＸＯ１００４は、発振回路及び可変容量素子を有しており、演算回路１００２からの出力されるＤ_funcからＤ／Ａ変換器１００９によって変換されたＶ_funcに応じて周波数Ｆが変化するように構成されている。
さらに、スイッチ１００６は、演算回路１００２からのＤ_funcと端子１１０２から入力されるＤ_c を切替えることが可能に構成されている。なお、スイッチ１００６の切替えは、スイッチング回路１００７によって行われる。
【００４７】
図１１に他の温度補償発振器１０００を用いた第３の調整方法を実施するためのシステム構成の概略を示す。温度槽３００、温度制御回路３０１、ドライバ基板４００、周波数測定器５００、ＰＣ６００、バスＢ１〜Ｂ４は、図３と同様の構成である。なお、図３には示していないが、温度補償発振器１０００を駆動するための駆動電圧がドライバ基板４００から治具基板２００を介して温度補償発振器１０００に供給されるように構成されている。
【００４８】
図１２を用いて、他の温度補償発振器１０００を用いたの第３の調整方法について以下に説明する。図１２の調整手順は、予めＰＣ６００に記憶された調整プログラムに従って実行される。
最初に、ＰＣ６００は、温度槽３００の温度制御回路３０１に指示を出して、温度槽３００内の温度を約マイナス３５℃に設定し、その後所定の温度勾配で、８５℃まで温度を上昇させるように設定する（ステップ１２０１）。ここで、設定された温度槽３００の温度変化の様子は、第１の調整方法における図５に示したものと同じである。したがって、第３の調整方法においても、図５の点Ａから点Ｂの間の１１のポイントで測定が行われる。
【００４９】
次に、温度補償発振器１０００の端子１１０１を介して演算回路１００２に、調整のための測定が開始される旨のデータが送信される（ステップ１２０２）。
次に、温度補償発振器１０００の端子１１０４を介してスイッチング回路１００７に指示を与え、スイッチ１００６を切替えて、端子１１０２からのデジタル信号Ｄ_c が、Ｄ／Ａ変換器１００９でアナログＶ_c に変換されてＶＣＸＯ１００４に入力するようにしておく。
【００５０】
次に、ＰＣ６００は、端子１１０３を介して温度補償発振器１０００の周波数Ｆを測定しながら、端子１１０２を介してＶＣＸＯ１００４に入力される信号Ｄ_c を調整して、周波数Ｆが、予め決められた基準周波数Ｆ₀ になるようにする。（ステップ１２０３）。この時、同時に、温度補償発振器１０００の端子１１０２を介して信号Ｄ_c は演算回路１００２に入力される。
【００５１】
次に、Ｆ＝Ｆ₀ となったら、Ｄ_c の調整が完了した旨のデータを、温度補償発振器１０００の端子１１０１を介して演算回路１００２に送信する（ステップ１２０４）。この時、演算回路１００２では、その時点の温度センサから出力されるアナログ出力電圧Ｖ_tempをＡ／Ｄ変換器１００８でデジタル信号Ｄ_tempに変換して入力及びメモリに記憶し、また端子１１０２を介して入力されるＤ_c をメモリ１００１に記憶する。なお、デジタル信号Ｄ_tempとＤ_c は、温度槽３００の測定点毎に記憶されることとなる。
【００５２】
次に、予め設定された測定が終了したか否かが判断され（ステップ１２０５）、終了していない場合には、ステップ１２０３へ戻って測定が繰替えされる。この場合では、図５に示すように、点Ａから点Ｂまでの間の１１ポイントで、予め決められた時間間隔毎に、測定が行われるように設定されている。なお、測定は、温度補償発振器１０００の動作保証温度範囲内で行われることが好ましいが、測定点の設定の仕方、測定回数は、必要に応じて適宜決定することができる。
【００５３】
予め予定した測定が終了した場合には、測定が完了した旨のデータが、温度補償発振器１０００の端子１１０１を介して演算回路１００２に送信され（ステップ１２０６）、一連の手順を終了する。この時、温度補償発振器１０００の端子１１０４を介してスイッチング回路１００７に指示を与え、スイッチ１００６を切替えて、以後は演算回路１００２からの出力信号Ｄ_funcが、Ｄ／Ａ変換器１００９でアナログ信号Ｖ_funcに変換されてＶＣＸＯ１０４に入力するようにしておく。
【００５４】
測定が完了した旨のデータを受信した演算回路１００２は、メモリ１００１に記憶されている、各測定点毎のデジタル信号Ｄ_tempとＤ_c を用いて、温度補償発振器１０００の周波数Ｆを温度にかかわらず一定にするための補償データを、所定のプログラムに従って作成し、メモリ１００１に記憶する。以後、演算回路１００２は、メモリ１００１に記憶された補償データと温度センサ１００３からのＤ_temp入力基づいてＤ_funcを変化させ、ＶＣＸＯから出力される信号の周波数Ｆを調整する。
【００５５】
このように、第３の調整方法では、温度補償発振器１０００から出力される周波数出力Ｆのみを用いて補償データが作成され且つ記憶されるので、温度槽３００の温度を安定化させるために必要であった時間を必要としないため、短時間且つ高精度で、温度補償発振器の調整を完了することができる。また、温度補償発振器１０００から出力される周波数出力Ｆのみを用いて、補償データを作成し且つ記憶するようにしているため、温度補償発振器１０００から複数種類の出力信号を測定する必要がないため、測定用の配線又は基板構成などが簡素化することができる。
【００５６】
前述した第１〜第３の調整方法においては、温度補償発振器を温度槽３００内に密閉し、温度槽内部の温度を可変しているが、図１３に示すように、複数の容器３１０〜３３０をそれぞれ所定の温度に維持しておき、ベルトコンベア１２００上の治具基盤２００に温度補償発振器１００を装填したものを置き、ベルトコンベアを移動させて、各容器内で所定の測定を行うような温度槽を用いることも可能である。さらに、複数の容器３１０〜３３０は、各容器内の所定の領域の温度を所定の温度に維持する方式（空気槽式）に限られず、ホットプレートの温度を所定の温度に維持するような方式（熱伝導式）であっても良い。
【００５７】
【発明の効果】
温度槽の温度情報を使用せず、温度補償発振器から出力される信号のみを用いて、温度補償発振器の調整を行うようにしたので、短時間かつ高精度で調整を完了させることが可能となった。
また、温度補償発振器からの温度情報（Ｖ_temp）を用いているため、温度槽の温度情報を必要とせず、さらに温度槽の温度を安定化させるために必要であった時間を必要としないため、短時間且つ高精度で、温度補償発振器の調整を完了させることが可能となった。
【００５８】
また本発明によれば、短時間測定であるにもかかわらず、多数ポイントでの測定が可能なので、温度特性に異常のある水晶振動子を検出する確率も高くなり、発振器としての信頼性を高める効果も有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる温度補償発振器の概略内部構造を示す図である。
【図２】本発明に用いられる測定システムの概略を示す図である。
【図３】本発明に用いられ測定システムの概略を示すブロック図である。
【図４】第１の調整方法の手順を示すフロー図である。
【図５】温度槽の温度と測定点との関係を示す図である。
【図６】第１の調整方法における測定データをプロットした図である。
【図７】第１の調整方法によって調整された温度補償発振器の温度特性を示す図である。
【図８】第２の調整方法の手順を示すフロー図である。
【図９】第２の調整方法における測定データをプロットした図である。
【図１０】本発明に用いられる他の温度補償発振器の概略内部構造を示す図である。
【図１１】本発明に用いられる他の測定システムの概略を示すブロック図である。
【図１２】第３の調整方法の手順を示すフロー図である。
【図１３】本発明に用いられる他の温度槽の形態を示す図である。
【図１４】従来の温度槽の温度と測定点を示す図である。
【符号の説明】
１００…温度補償発振器
１０１…メモリ
１０２…３次関数発生回路
１０３…温度センサ
１０４…ＶＣＸＯ
２００…治具基板
３００、３１０、３２０、３３０…温度槽
３０１…温度制御回路
４００…ドライバ基板
５００…周波数測定器
６００…ＰＣ
１０００…温度補償発振器
１００１…メモリ
１００２…演算回路
１００３…温度センサ
１００４…ＶＣＸＯ

Claims (9)

1. 発振器、前記発振器近傍の温度を検出する温度センサ、メモリ、及び前記温度センサの出力に基づいて第１制御出力を出力して前記発振器の出力周波数を変化させる補償回路を有する温度補償発振器の調整方法であって、
   前記温度補償発振器を温度槽に収納し、
   前記温度槽の温度を変化させて、前記発振器の前記出力周波数及び前記温度センサの出力を測定し、
   前記発振器の前記出力周波数が所定の基準値となるような第２制御出力を決定し、
   前記温度センサの出力及び前記第２制御出力に基づいて補償データを作成し、
   前記補償データを前記メモリに記録し、
   前記補償回路は、前記補償データによって係数が調整された関数を利用して、前記温度センサの出力に対応した前記第１制御出力を出力する、
   ことを特徴とする調整方法。
2. 前記温度補償発振器は前記第１制御出力及び前記第２制御出力を切替えて前記発振器へ入力するためのスイッチを更に有し、
   前記第２制御出力を決定する時には、前記第１制御出力が前記発振器に入力されないように前記スイッチを動作させる、請求項１に記載の調整方法。
3. 発振器、前記発振器近傍の温度を検出する温度センサ、メモリ、及び前記温度センサの出力に基づいて制御出力を出力して前記発振器の出力周波数を変化させる補償回路を有する温度補償発振器の調整方法であって、
   前記温度補償発振器を温度槽に収納し、
   前記温度槽の温度を変化させて、前記発振器の前記出力周波数及び前記温度センサの出力を測定し、
   前記出力周波数及び前記温度センサの出力に基づいて補償データを作成し、
   前記補償データを前記メモリに記録し、
   前記補償回路は、前記補償データによって係数が調整された関数を利用して、前記温度センサの出力に対応した前記制御出力を出力する、
   ことを特徴とする調整方法。
4. 発振器、前記発振器近傍の温度を検出する温度センサ、メモリ、及び前記温度センサの出力に基づいて第１制御出力を出力して前記発振器の出力周波数を変化させる補償回路を有する温度補償発振器の調整方法であって、
   前記温度補償発振器を温度槽に収納し、
   前記温度槽の温度を変化させて、前記発振器の前記出力周波数を測定し、
   前記発振器の前記出力周波数が所定の基準値となるような第２制御出力を決定し、
   前記第２制御出力が決定された時の前記温度センサの出力を前記メモリに記録し、
   前記温度センサの出力及び前記第２制御出力に基づいて補償データを作成し、
   前記補償データを前記メモリに記録し、
   前記補償回路は、前記補償データを利用して、前記温度センサの出力に対応した前記第１制御出力を出力する、
   ことを特徴とする調整方法。
5. 前記温度補償発振器は前記第１制御出力及び前記第２制御出力を切替えて前記発振器へ入力するためのスイッチを更に有し、
   前記第２制御出力を決定する時には、前記第１制御出力が前記発振器に入力されないように前記スイッチを動作させる、請求項４に記載の調整方法。
6. 前記温度槽の温度を、前記温度補償発振器の動作保証温度範囲内で変化させる請求項１〜５の何れか一項に記載の調整方法。
7. 前記温度槽は、それぞれ異なった温度に設定されている複数の領域を有する請求項１〜６の何れか一項に記載の調整方法。
8. 前記温度槽の温度は、測定開始から終了するまで、ほぼ直線的に温度が変化するように制御される請求項１〜７の何れか一項に記載の調整方法。
9. 前記温度槽の温度変化は、２℃／分〜４℃／分である請求項８に記載の調整方法。

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