JP4806910B2

JP4806910B2 - 水晶発振器の周波数変調試験装置および周波数変調試験方法

Info

Publication number: JP4806910B2
Application number: JP2004239837A
Authority: JP
Inventors: 正一岸
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: JP2006058125A

Description

本発明は、バイブレータ起因による水晶発振器の不具合について試験を行なう周波数変調試験装置および試験方法に関する。

一般に、「振動に弱い」とされている水晶発振器は、携帯電話に数多く搭載されている。その部品の単体評価方法としては、振動試験、衝撃試験、落下試験等環境試験が行われ一定基準を満たした部品が採用されている。（例えば特許文献１）
特開２０００−３１５９１７号公報（第３頁の段落００１０）

一方、携帯電話のマナーモードとしてのバイブレータ機能は既に一般化している。そして、実運用では、バイブレータの振動起因で、携帯端末の変調感度劣化という不具合が発生している。

この不具合については、バイブレータの振動により発振素子である水晶振動子が機械的にたわみ、圧電定数が変化することが要因であることは容易に推定できる。この要因により、水晶発振器の出力周波数が変化し、ある限界を超えた時点で携帯端末の不具合につながったと考えられる。

しかし、バイブレータの振動起因による水晶発振器の不具合を事前に評価する単体評価試験装置、単体試験方法が確立されていなかった。

本発明は、バイブレータ起因による水晶発振器の不具合について単体評価試験を行なう周波数変調試験装置および試験方法を提供することを目的とする。

本発明の周波数変調試験装置は、水晶発振器及び水晶発振器に振動を付与するバイブレータを搭載した評価ボードと、バイブレータに所定の振動量を付与するコントローラと、水晶発振器の周波数変調波形を測定する周波数変調測定器と、測定された周波数変調波形を出力する周波数変調波形出力部とを有する構成である。

この構成により、バイブレータを可変することで、実機搭載相当の水晶発振器の振動試験が可能となる。

また、周波数変調波形出力を微分する微分処理部と、微分された微分波形を出力する微分波形出力部とを有する構成である。

この構成により、周波数飛びの現象を把握することが出来るので、実機搭載相当の試験が可能となる。

周波数変調波形を出力するか、周波数変調波形を微分するかの切替をコントローラからの指示により切替えるスイッチ部を有する構成である。

周波数変調波形と微分波形を切替えて出力することができる。

本発明の周波数試験装置による周波数試験方法により、バイブレータの起因による水晶発振器の不具合に関し、実機搭載相当の水晶発振器の単体評価が可能となる。

図１に実施例の周波数変調試験装置の構成図を示す。

まず、周波数変調試験装置１の各構成についての説明を行なう。

周波数変調試験装置１は、評価ボード２、コントローラ３、周波数変調測定器４、スイッチ部５、微分処理部６、モニタ部７を有する。

評価ボード２は、水晶発振器(ＯＳＣ)２４とバイブレータ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）２１〜２３とを搭載し、水晶発振器２４の周波数変調を擬似的に発生させるためのボードである。

図２に評価ボードの構成図を示す。

図２（ａ）に構成図を示す。

水晶発振器２４に対しＸ方向(水平方向)、Ｙ方向(垂直方向)、Ｚ方向（評価ボード面に対して垂直方向）方向にバイブレータ２１〜２３を配置している。

図２（b）にＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す。

一般的なバイブレータは、偏心したおもりをモータで回転させるもので、水晶発振器２４との位置関係により影響度が異なる。このため、多様な位置関係を再現するための配置である。

また、バイブレータ２１〜２３は、振動レベルをコントローラ３の直流電圧の可変装置３１〜３３により、直流電圧を可変にし、バイブレータ２１〜２３の振動レベルを変動させている。

水晶発振器２４の出力は、周波数変調測定器４に入力される。

図３に水晶発振器の説明図を示す。

図３(a)は、水晶発振器の外観略図を示す。

図３(b)は、Ａ−Ａ'断面図を示す。

水晶発振器２４は、水晶振動子がセラミックパッケージに内蔵され、リッド(蓋)により気密を高くするために封じこまれている。

セラミックパッケージと水晶振動子は、導電性部材で接着されている。

図３(c)は、水晶振動子のたわみを示す。

外部のバイブレータの振動が評価ボードの基板を通じて水晶振動子に付与されている図である。破線に示すように、上下方向に振動している。振動が強い場合には、セラミックパッケージやリッドに衝突してしまう恐れがある。

水晶発振器２４の出力は、振動がない状態で、例えば１２ＭＨｚである。バイブレータ２１〜２３の周波数は、例えば１５０Ｈｚの振動のため、その振動の影響を水晶発振器２４が受ける。そして、水晶発振器２４の出力は１２ＭＨｚを変調した波形となり周波数変調測定器４に出力される。

コントローラ３は、バイブレータ２１〜２３にかける直流電圧の可変装置３１〜３３およびスイッチ部５の制御部３４を有する。

直流電圧の可変装置３１〜３３は、電圧を可変にして、バイブレータ２１〜２３のモータの回転数を変更し、振動量を変えている。

スイッチ制御部３４は、スイッチ部５を制御して周波数変調測定器４の出力を微分処理部６と接続するかモニタ部７と接続するかを指示している。

周波数変調測定器４は、水晶発振器２４の周波数変動を測定する測定装置である。

図４は、周波数変調波形の説明図である。

周波数変調測定器４は、評価ボード２からの水晶発振器２４の出力について、周波数変調部分を取得し、スイッチ部５を経由してモニタ部７に出力する。時間tをＸ軸、変調周波数fをＹ軸とする座標上に表示する。変調されない場合の水晶発振器の出力は、f0であらわされる。

モニタ部７に出力された周波数変調波形を見て、合否判定をする。

合否判定は、評価ボード２のバイブレータへの所定の振動量付与後、その周波数変調波形が、所定の振幅範囲に含まれるか否かで判定する。範囲外なら不良と判断する。

振動量は、例えば携帯電話の実運用での振動量を予測して算出し予め決めておく。

また、振動範囲は、携帯電話の周波数変調による劣化により通信不可となる変調周波数から予め決めておく。

スイッチ部５は、周波数変調測定器４の出力を微分処理部６部を通すか通さないかの切替を御するスイッチを有する。通さない場合には、直接モニタ部７に接続される。コントローラ３からの切替指示を受ける。

微分処理部６は、周波数変調測定器４の出力を微分する回路を搭載する。周波数の変調波形について、急峻な変化、すなわち周波数飛びを確認するために設けられている。

図５は、周波数変調出力の微分波形の説明図である。

評価ボード２からの水晶発振器２４の出力について、周波数変調測定器４で周波数変調部分が取得され、スイッチ部５を経由して出力が微分処理部６に入力され微分される。そして、微分された波形がモニタ部７に出力される。時間tをＸ軸、変調周波数の微分周波数f'をＹ軸とする座標上に表示される。

モニタ部７に出力された微分波形を見て、合否判定をする。

合否判定は、評価ボード２のバイブレータ２１〜２３への所定の振動量付与後、その周波数変調波形の微分波形が、所定の振幅範囲に含まれるか否かで判定する。範囲外なら不良と判断する。

所定の範囲は、携帯電話の周波数変調による劣化により通信不可となる変調周波数から予め決めておく。

モニタ部７は、周波数変調波形またはその微分波形を表示する装置である。

図６に周波数変調試験処理の説明図を示す。

まず、Ｘ方向のバイブレータにコントローラ３から所定の直流電圧を付与する(S1ステップ)。

次に周波数変調測定器４の波形を観測する(S2ステップ)。

そして合否判定をする。所定振幅範囲外なら不良と判断する(S3ステップ)。

次に、スイッチを切替えて微分波形を観測する(S4ステップ)。

合否判定を行なう(S5ステップ)。

所定の直流電圧の変動範囲の電圧付加を完了したか否かを確認する(S6ステップ)。

未完了ならS1ステップへ戻る。

所定範囲の電圧付加が完了していれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のすべての振動試験が終了したか否かを確認する(S7ステップ)。

未終了なら、Ｙ方向または、Ｚ方向について、同様の処理をするために、S1ステップへ戻る。

Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のすべての振動試験が終了したら、試験を終了する。

この処理では、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向を個別に振動を付加しているが、各方向を適宜組み合わせた振動を付与する試験方法もある。

以上の周波数変調試験装置１による周波数試験方法により、バイブレータ２１〜２３の起因による水晶発振器２４の不具合に関し、実機搭載相当の水晶発振器２４の単体評価が可能となった。

以上の実施例１を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）水晶発振器及び水晶発振器に振動を付与するバイブレータを搭載した評価ボードと、
バイブレータに所定の振動量を付与するコントローラと、水晶発振器の周波数変調波形を測定する周波数変調測定器と、測定された周波数変調波形を出力する周波数変調波形出力部とを有することを特徴とする水晶発振器の周波数変調試験装置。
（付記２）周波数変調波形出力を微分する微分処理部と、微分された微分波形を出力する微分波形出力部とを有することを特徴とする付記１記載の水晶発振器の周波数変調試験装置。
（付記３）周波数変調波形を出力するか、周波数変調波形を微分するかの切替をコントローラからの指示により切替えるスイッチ部を有することを特徴とする付記２記載の水晶発振器の周波数変調試験装置。
（付記４）水晶発振器及び水晶発振器に振動を付与するバイブレータを搭載した評価ボードのバイブレータに所定の振動量を付与する振動量付与ステップと、水晶発振器の周波数変調波形を測定する周波数変調測定ステップと、測定された周波数変調波形を出力する周波数変調波形出力ステップとを有することを特徴とする水晶発振器の周波数変調試験方法。
（付記５）周波数変調出力を微分する微分処理ステップと、微分された微分波形を出力する微分波形出力ステップとを有することを特徴とする付記４記載の水晶発振器の周波数変調試験方法。
（付記６）周波数変調波形を出力するか、周波数変調波形を微分するかの切替をコントローラからの指示により切替える切替ステップとを有することを特徴とする付記５記載の水晶発振器の周波数変調試験方法。

本発明は、バイブレータ起因による水晶発振器の不具合について試験を行なう周波数変調試験装置および試験方法を提供する用途に適用できる。

実施例の周波数変調試験装置の構成図評価ボードの構成図水晶発振器の説明図周波数変調波形の説明図周波数変調出力の微分波形の説明図周波数変調試験処理の説明図

符号の説明

１周波数変調試験装置
２評価ボード
３コントローラ
４周波数変調測定器
５スイッチ部
６微分処理部
７モニタ部
２１Ｘ方向バイブレータ
２２Ｙ方向バイブレータ
２３Ｚ方向バイブレータ
２４水晶発振器
３１Ｘ方向の直流電圧可変装置
３２Ｙ方向の直流電圧可変装置
３３Ｚ方向の直流電圧可変装置
３４スイッチ制御部

Claims

水晶発振器と、
前記水晶発振器に対してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向に配置され、前記水晶発振器に振動を付与する複数のバイブレータと、
前記水晶発振器および前記複数のバイブレータを搭載した評価ボードと、
前記バイブレータに所定の振動量を付与するコントローラと、
前記コントローラにより、前記Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向のバイブレータに振動が付与されたときの前記水晶発振器の周波数変調波形を測定する周波数変調測定器と、
前記測定された周波数変調波形を出力する周波数変調波形出力部とを有することを特徴とする水晶発振器の周波数変調試験装置。
周波数変調波形出力を微分する微分処理部と、
前記微分された微分波形を出力する微分波形出力部とを有することを特徴とする請求項１記載の水晶発振器の周波数変調試験装置。
周波数変調波形を出力するか、周波数変調波形を微分するかの切替を前記コントローラからの指示により切替えるスイッチ部を有することを特徴とする請求項２記載の水晶発振器の周波数変調試験装置。
水晶発振器及び該水晶発振器に振動を付与する、該水晶発振器に対してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向に配置された複数のバイブレータを搭載した評価ボードの該バイブレータに所定の振動量を付与する振動量付与ステップと、
前記水晶発振器の周波数変調波形を測定する周波数変調測定ステップと
前記測定された周波数変調波形を出力する周波数変調波形出力ステップとを有することを特徴とする水晶発振器の周波数変調試験方法。
周波数変調出力を微分する微分処理ステップと、
前記微分された微分波形を出力する微分波形出力ステップとを有することを特徴とする請求項４記載の水晶発振器の周波数変調試験方法。