JP4891131B2 - 温度補償型発振器の温度補償方法及び温度補償型発振器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に用いられる温度補償型発振器の温度補償方法及び温度補償型発振器に関する。

従来から、通信機器等の電子機器には、使用環境の温度変化によって生じる水晶振動子の周波数特性の変化を安定させるために温度補償型発振器が用いられる場合がある。
この従来の温度補償型発振器は、例えば、水晶振動素子と集積回路素子とこれらを搭載する容器体と水晶振動素子を気密封止する蓋体とから主に構成されている。
水晶振動素子は、例えば、ＡＴカット水晶片に励振電極を設けて構成されている。この水晶振動素子をセラミック等の容器体内に気密封止して水晶振動子が構成される。このような水晶振動子の周波数特性は、図６に示すように、縦軸を周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）、横軸を温度ｔ（℃）とした場合、一般的には周波数変化量（周波数の変動）と温度との関係が三次関数のグラフを描くような関係となる。グラフの代表例としては、温度ｔが２５℃のときに周波数変化量ｄｆ／ｆ０（ｐｐｍ）とし、温度ｔが２５（℃）より低い温度で三次関数の極大値となり、温度ｔが２５℃より高い温度で三次関数の極小値となる三次関数となっている。

また、集積回路素子は、例えば、温度センサとしての温度検出回路と、三次関数とその定数を発生させる三次関数発生回路と、三次関数の一次の項を発生させる一次関数発生回路と、加算回路と発振回路とから構成され、温度検出回路が三次関数発生回路と一次関数発生回路とに接続され、三次関数発生回路と一次関数発生回路とが加算回路に接続されている。これにより、三次関数発生回路と一次関数発生回路とは温度検出回路からの出力を受け、加算回路は三次関数発生回路と一次関数発生回路とからの出力を受け、発振回路は加算回路からの出力を受けるようになっている。集積回路素子は、温度によって変化する水晶振動素子の周波数特性を三次関数で表して（例えば、特許文献１参照）、図６に示すように、この三次関数に対して周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準に反転した三次関数を集積回路素子の周波数特性とし、温度に対する電圧を印加する構成となっている（例えば、特許文献２参照）。このように集積回路素子の周波数特性を得ることによって、図７（ａ）に示すように、所定の温度の間で周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるように温度補償の結果が得られる。

このような温度補償を行う温度補償型発振器は、図７（ｂ）に示すように、例えば、使用される環境での温度によって、起動又は温度変化から周波数が安定するまでにかかる時間が異なっている。図７（ｂ）では、温度変化が小さい場合、起動又は温度変化してから周波数変化量が０（ｐｐｍ）となる周波数で安定するまでにかかる時間が短くなっている。
例えば、起動前又は温度変化前の温度ｔを２５度とした場合、起動時又は温度変化後の温度ｔが３０℃のときの起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間が例えば「ａ」であり、起動時又は温度変化後の温度ｔが４０℃のときの起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間が例えば「ｂ」であり、起動時又は温度変化後の温度ｔが５０℃のときの起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間が例えば「ｃ」であるとすると、所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間は、ａ＜ｂ＜ｃの関係となり、起動前又は温度変化前の温度と起動時又は温度変化後の温度との差が小さいと、起動又は温度変化してから所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでにかかる時間が短くなっている。

特許第３２３３９４６号公報（全文） 特開２０００−３４９５５３号公報（段落０００３〜０００４、図６）

しかしながら、起動してから所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間が長いと、例えば、この温度補償型発振器をＧＰＳが搭載された携帯電話等に用いられた場合、位置表示に要する時間が長くなることとなり、移動しながらの使用には適さなくなってきている。また、携帯電話等の電子機器が使用される環境において、その電子機器に温度変化が生じた場合、変化後の温度に対応した所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでに時間がかかるという問題もあった。これは、温度補償型発振器の集積回路素子の起動特性が、一旦、周波数が下がってから安定するまでの時間がかかるという性質に起因している。
このように、起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでに時間がかかる、つまり、起動時間又は動作開始時間が遅くなると、温度補償型発振器が搭載される電子機器の使い勝手が悪くなるという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間を短縮する温度補償型発振器の温度補償方法及び温度補償型発振器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子と周囲の温度に対応した温度補償を行う温度補償回路を有する集積回路素子とを所定の容器体に備え、前記集積回路素子が温度補償に用いる温度補償データを格納する記憶手段を備え、前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、前記集積回路素子と水晶振動素子とを電気的に接続した温度補償型発振器の温度補償方法であって、前記温度補償回路は、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、前記記憶手段に格納されている温度補償データを前記温度補償回路に適用し、前記温度補償データに基づいて、前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数を生成し、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算することで、温度補償型発振器における、温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がるように温度補償を行うことを特徴とする。

また、本発明は、三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子とこの水晶振動素子に接続されて構成される発振回路と周囲の温度に対応した温度補償を行うための温度補償回路とを所定の容器体に備え、前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、前記発振回路と前記温度補償回路と水晶振動素子とを電気的に接続した温度補償型発振器の温度補償方法であって、前記温度補償回路は、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数を生成し、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算することで、温度補償型発振器における、温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がるように温度補償を行うことを特徴とする。

また、本発明は、前記温度ｔ（℃）と前記周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配よりも緩やかな勾配となる関係の温度補償を行うことを特徴とする。

また、本発明は、三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子と周囲の温度に対応した温度補償を行う温度補償回路を有する集積回路素子とを所定の容器体に備えた温度補償型発振器であって、前記集積回路素子が温度補償に用いる温度補償データを格納する記憶手段を備え、前記温度補償回路が、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、前記集積回路素子と前記水晶振動素子とを電気的に接続しており、前記記憶手段に格納されている温度補償データが前記温度補償回路に適用され、前記温度補償データに基づいて、前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数が生成されており、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算する加算回路を備え、温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、前記温度が高くなるにつれて前記周波数変化量が下がる構成としたことを特徴とする。

また、本発明は、三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子とこの水晶振動素子に接続されて構成される発振回路と周囲の温度に対応した温度補償を行うための温度補償回路とを所定の容器体に備えた温度補償型発振器であって、前記温度補償回路が、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、前記発振回路と前記温度補償回路と前記水晶振動素子とが電気的に接続しており、前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数が生成されており、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算する加算回路を備え、温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、前記温度が高くなるにつれて前記周波数変化量が下がる構成としたことを特徴とする。

また、本発明は、前記温度ｔ（℃）と前記周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配よりも緩やかな勾配となる関係であることを特徴とする。

このような温度補償型発振器の温度補償方法によれば、温度補償データは、温度補償の結果として温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がる勾配を有するように、水晶片の周波数特性を利用して生成されるので、起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間を短縮することができる。したがって、電子機器に搭載された場合に電子機器の送信や受信にかかる時間を短縮することができる。
また、このような温度補償型発振器によれば、温度補償データを温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がるように構成したので、起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間を短縮することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態に係る温度補償型発振器の一例を示す断面図である。図２は、本発明の第一の実施形態に係る温度補償型発振器の一例を示す概念図である。図３は、温度補償の一例を示す図である。図４（ａ）は温度補償後の温度と周波数変化量との関係を示す図であり、（ｂ）は起動又は温度変化から安定するまでにかかる時間を示す図である。

図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る温度補償型発振器１００は、蓋体１０と容器体２０とこの容器体２０に収納されて気密封止される水晶振動素子３０と使用環境の温度変化によって温度補償を行う集積回路素子４０とから主に構成されている。

水晶振動素子３０は、板状に形成された水晶片３１の両主面に励振電極３２が設けられることで形成され、この両主面の励振電極３２から水晶片３２の端部に引き出し電極３３が設けられている。この水晶振動素子３０は、温度と周波数変化量との関係が三次関数又は三次関数的となる周波数特性を有している。
この水晶振動素子３０が後述する容器体２０内に気密封止されて水晶振動子の状態が構成される。以下、水晶振動素子３０を容器体２０内に気密封止した状態のものを「水晶振動子」という。
なお、水晶振動素子３０に用いられる水晶片３１は、例えば、ＡＴ−Ｃｕｔとなるカットアングルで形成され、外形形状が矩形形状に形成されたものが用いられるが、これに限定されない。

蓋体１０は、後述する容器体２０に形成された凹部２０Ａを塞ぐために矩形形状に形成されており、外周縁側の一方の主面に封止材層１１が設けられて構成されている。

容器体２０は、いわゆるＨ型構造となっている。つまり、所定の厚さを有する基板部２１の両主面に、矩形環状に形成された枠部２２が設けられ、基板部２１と枠部２２とが一体で形成されている。
この基板部２１と枠部２２とで形成される一方の凹部２０Ａ内の底面（基板部２１の表面）２１Ａに水晶振動素子３０と電気的に接続するための接続パッドＰが設けられている。この接続パッドＰに、水晶振動素子３０の励振電極３２と接続する引き出し電極３３が導電性接着剤Ｄを介して接続される。また、凹部２０Ａ内の底面２１Ａと同一方向を向くこの枠部の表面２２Ａにはメタライズ層Ｍが設けられており、後述する蓋体１０と接合する際に用いられる。このメタライズ層Ｍに蓋体１０の封止材層１１を重ねるようにして凹部２０Ａを蓋体１０で覆い、メタライズ層Ｍと封止材層１１とを接合することで水晶振動素子３０が搭載された凹部２０Ａ内を気密封止する。

また、他方の凹部２０Ｂ内の底面（基板部２１の表面）２１Ｂに集積回路素子４０を搭載するための搭載パッドＴが設けられている。この搭載パッドＴの一部は容器体２０に設けられた内部配線Ｈにより水晶振動素子３０が接続されている接続パッドＰと電気的に接続している。また、この搭載パッドＴは、容器体２０の図示しない内部配線により、他方の凹部２０Ｂ内の底面２１Ｂと同一方向を向くこの枠部２２の表面に設けられた複数の外部接続端子Ｇに接続している。
なお、この他方の凹部２０Ｂには、集積回路素子４０を搭載した後に樹脂Ｊ等を充填しても良い。

集積回路素子４０は、例えば、図２に示すように、温度検出回路からなる温度センサ４１と、三次関数とその係数を発生させる三次関数発生回路４２Ａと三次関数の一次の項を発生させる一次関数発生回路４２Ｂとからなる温度補償回路４２と、水晶振動素子３０と接続する発振回路４３と加算回路４４と記憶手段４５とから構成されている。各回路の接続の状態は、温度センサ４１が三次関数発生回路４２Ａと一次関数発生回路４２Ｂとに接続され、三次関数発生回路４２Ａと一次関数発生回路４２Ｂとが加算回路４４に接続されている。これにより、三次関数発生回路４２Ａと一次関数発生回路４２Ｂとは温度センサ４１からの出力を受け、加算回路４４は三次関数発生回路４２Ａと一次関数発生回路４２Ｂとからの出力を受け、発振回路４３は加算回路４４からの出力を受けるようになっている。また、記憶手段４５は、温度補償回路４２に接続している。

記憶手段４５は、温度補償に用いる温度補償データとして三次関数の三次の項の係数、一次の項の係数を格納しており、それぞれ三次関数発生回路４２Ａと一次関数発生回路４２Ｂとで用いられる。

この記憶手段４５に格納された温度補償データを温度補償を行う際に用いて、温度補償を行った結果、温度と周波数変化量との関係が、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がるように構成されている。
以下、温度補償方法について説明する。

図３に示すように、本発明の第一の実施形態に係る温度補償型発振器の温度補償方法は、具体的には、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、水晶振動素子３０の周波数特性が表された三次関数と、三次関数発生回路４２Ａと一次関数発生回路４２Ｂとにより生成させた、この三次関数を基準線で反転させて得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより水晶振動素子３０の周波数特性が表された三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした三次関数とを用いる。これら互いの三次関数の各温度における周波数変化量を加算回路４４により加算すると、温度補償後の温度と周波数変化量との関係が、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がるようになる。つまり、温度補償において、水晶振動子の周波数特性が表された三次関数を反転させて得られた三次関数の一次の項を所定の値に変更した三次関数を生成して補償電圧特性とし、この三次関数に対応した電圧（補償電圧）を印加することで、温度補償後の温度と周波数変化量との関係が温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がる勾配となる関係を実現できる。この三次関数の一次の項の値は、記憶手段４５に格納されている温度補償データが用いられる。

特に、温度補償後の温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係は、温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配よりも緩やかな勾配となる関係となるのが良い。つまり、最大の勾配となるのが、温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、温度が１（℃）ずつ上昇するにつれて周波数変化量が０．１（ｐｐｍ）ずつ減少する勾配となる。また、温度補償後の温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係は、前記勾配より緩やかな傾きになっている勾配となる関係となっていても良い。なお、温度が１（℃）上昇するにつれて周波数変化量が０．１（ｐｐｍ）減少する勾配となる適用温度範囲は、例えば、−４０℃〜８０℃までとなっていても良いし、例えば、２５℃〜４０℃までとなっていても良い。本発明の実施形態に係る温度補償型発振器１００（図１参照）が搭載される電子機器の使用条件に合った適用温度範囲で、温度が１（℃）上昇するにつれて周波数変化量が０．１（ｐｐｍ）減少する勾配となっていれば良い。

このような温度と周波数変化量の関係となる温度補償型発振器１００では、図４（ｂ）に示すように、起動してから所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでにかかる時間が従来よりも短縮されている。また、温度変化が急激に生じても、変化後の温度に対応する所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでにかかる時間を短縮することができる。

ここで起動してから周波数変化量が安定するまでについて説明する。従来は、温度と周波数変化量との関係が、各温度において０（ｐｐｍ）となるように温度補償されているが（図６及び図７参照）、起動後、周波数変化量が時間とともにマイナス側に変化していき、所定の時間を経過した後に、周波数変化量が時間とともにプラス側に変化し、次第に周波数変化量がなだらかな曲線を描きながら周波数変化量が０（ｐｐｍ）となり、この周波数変化率となる周波数で安定していた（図７（ｂ）参照）。ここで、マイナス側に変化する最初の周波数変化量は温度差によって異なり、温度変化前の温度と温度変化後の温度との差が大きいと、温度変化前の周波数変化量と比べて温度変化後の周波数変化量は大きくなる。したがって、従来において、高温の状態で起動した場合、起動から大きく変化した周波数変化量は、安定するのに多くの時間を必要としていた。

前記のとおり、例えば、起動前又は温度変化前の温度ｔを２５度とした場合、起動時又は温度変化後の温度ｔが３０℃のときの起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間が例えば「ａ」であり、起動時又は温度変化後の温度ｔが４０℃のときの起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間が例えば「ｂ」であり、起動時又は温度変化後の温度ｔが５０℃のときの起動又は温度変化から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間が例えば「ｃ」であるとすると、所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間は、ａ＜ｂ＜ｃの関係となり、起動前又は温度変化前の温度と起動時又は温度変化後の温度との差が小さいと、起動又は温度変化してから所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでにかかる時間が短くなっている。

このような状態において、本発明の実施形態に係る温度補償型発振器１００を用いると、温度と周波数変化量との関係が、例えば、温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配となるように温度補償されているので（図３及び図４（ａ）参照）、起動後、マイナス側に変化する周波数変化量が大きくても、その後、周波数変化量のプラス側への変化が小さいために、従来よりも早く所定の周波数変化量となる周波数で安定する（図４（ｂ）参照）。つまり、起動から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでにかかる時間を短縮することができる。

前記のとおり、例えば、本発明の実施形態に係る温度補償型発振器１００を用いた場合、起動前の温度ｔを２５度とした場合、起動時の温度ｔが３０℃のとき、起動から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間は例えば「Ａ」であり、起動時の温度ｔが４０℃のとき、起動から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間は例えば「Ｂ」であり、起動時の温度が５０℃のとき、起動から所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間は例えば「Ｃ」であるとすると、所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでの時間は、Ａ＜Ｂ＜Ｃの関係となり、起動前の温度と起動時の温度との差が小さいと起動してから所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでにかかる時間が短くなっている。

このとき、本発明の実施形態に係る温度補償型発振器１００を用いたときの周波数の安定までの時間「Ａ」と従来の発振器を用いたときの周波数の安定までの時間「ａ」との関係は、Ａ＜ａとなっている。同様に、Ｂ＜ｂであり、Ｃ＜ｃという関係となっている。
つまり、各温度において、所定の周波数変化量となる周波数で安定するまでにかかる時間が短縮されていることが確認できる。

なお、温度補償でなされる温度と周波数変化量との関係が、温度が１（℃）上昇するにつれて周波数変化量が０．１（ｐｐｍ）減少する勾配を超えて急な勾配となると、これに対応する温度補償が行える回路等が必要となり、製造コストが増加することとなる。また、そのような回路等を設計・製造にかかる手間が煩雑であり、現実的ではない。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態に係る温度補償型発振器は、いわゆるディスクリート型となっており、第一の実施形態に係る温度補償型発振器１００の構成要素である集積回路素子４０を構成する各回路がそれぞれ単一の電子部品で形成されている点で第一の実施形態と異なる。

図５は、本発明の第二の実施形態に係る温度補償型発振器の一例を示す概念図である。
例えば、本発明の第二の実施形態に係る温度補償型発振器は、水晶振動素子が所定の容器体内に気密封止された水晶振動子に発振回路が接続され、発振回路と周囲の温度に対応した温度補償を行うための温度補償回路とが電気的に接続され、また、水晶振動子に直列に接続される可変容量ダイオードＤと、温度補償回路と水晶振動子との間に設けられる抵抗Ｒを備えた構成となっている。
以下、温度補償方法について説明する。

本発明の第二の実施形態に係る温度補償型発振器の温度補償方法は、温度補償を行った結果、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がる関係とするために、可変容量ダイオードＤの所定の値と抵抗Ｒの所定の値を決定して、水晶振動子の周波数特性が表された三次関数を反転させて得られた三次関数の一次の項を所定の値に変更する。これにより、温度補償の結果、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がる関係を実現できる。

また、第一の実施形態と同様に、温度補償後の温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係は、温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配よりも緩やかな勾配となる関係となるのが良い。つまり、最大の勾配となるのが、温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配となる。また、温度補償後の温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係は、前記勾配より緩やかな傾きになっている勾配となる関係となっていても良い。このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例）
次に、本発明の実施形態に係る温度補償発振器の変形例について説明する。
例えば、温度補償型発振器に用いられる容器体について、Ｈ型構造の容器体に限定されず、種々の容器体を用いることができる。

（変形例１）
例えば、図示しないが、水晶振動素子を内部に気密封止した第一の容器体と、凹部を有しこの凹部内に集積回路素子を搭載した第二の容器体とを用いても良い。
なお、集積回路素子に換えて、ディスクリート型となるように、発振回路や温度補償回路等を単一の電子部品で構成して第二の容器体に搭載しても良い。
この場合、第一の容器体と第二の容器体とを接合することで温度補償発振器とすることができる。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例２）
また、凹部を有する一つの容器体を用いてもよい。この場合、この凹部内に水晶振動素子と集積回路素子とを搭載して蓋体により凹部を覆って気密封止した構造の温度補償発振器とすることができる。
なお、集積回路素子に換えて、ディスクリート型となるように、発振回路や温度補償回路等を単一の電子部品で構成して容器体に搭載しても良い。
また、別途、水晶振動素子を他の容器体に収納した状態としても良い。例えば、水晶振動素子を平面視四角形形状に形成された容器体やＣＡＮタイプの容器体に収納して水晶振動子を構成おき、集積回路素子とこの水晶振動子とを同一の凹部内に搭載した構造とすることもできる。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例３）
また、集積回路素子を蓋体の代わりに用いて容器体に形成された凹部を気密封止する構造の発振器が提案されているが、このような構造で本発明の実施形態に係る温度補償型発振器を構成しても良い。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例４）
また、容器体内に水晶振動素子を気密封止して水晶振動子を構成し、この容器体に集積回路素子を搭載して、容器体の四隅から柱状の外部端子を備えた構造の発振器が提案されているが、このような構造で本発明の実施形態に係る温度補償型発振器を構成しても良い。
なお、集積回路素子に換えて、ディスクリート型となるように、発振回路や温度補償回路等を単一の電子部品で構成して容器体に搭載しても良い。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例５）
また、容器体内に水晶振動素子を気密封止して水晶振動子を構成し、リードフレームにこの水晶振動子と集積回路素子とを搭載して樹脂でモールドしたモールド型の発振器が提案されているが、このような構造で本発明の実施形態に係る温度補償型発振器を構成しても良い。このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例６）
また、一つの基板に二つの凹部が形成されている容器体を用いることもできる。この場合、一方の凹部に集積回路素子を搭載し、他方の凹部に水晶振動子又は水晶振動素子と搭載して、少なくとも水晶振動子又は水晶振動素子が搭載される凹部を気密封止する構成で、本発明の実施形態に係る温度補償型発振器を構成しても良い。
なお、集積回路素子に換えて、ディスクリート型となるように、発振回路や温度補償回路等を単一の電子部品で構成して容器体に搭載しても良い。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例７）
また、凹部を有する容器体に集積回路素子を搭載し、この容器体の凹部上に水晶振動子が位置するように、容器体と水晶振動子とを接合した構造で本発明の実施形態に係る温度補償型発振器を構成しても良い。
なお、集積回路素子に換えて、ディスクリート型となるように、発振回路や温度補償回路等を単一の電子部品で構成して容器体に搭載しても良い。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（変形例８）
また、容器体の構造の他、種々の要素の変更が可能である。
例えば、水晶振動素子の形状は、ベベル加工された水晶片を用いても良い。また、ＡＴ−Ｃｕｔは、水晶の結晶軸におけるＸ軸を回転軸に３５°１５′で回転した状態を基準として＋１６′〜−４′の範囲で形成しても良い。

また、水晶振動素子に形成される励振電極は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、等の材質より構成しても良いし、これらを下地層としてその表面にＡｕを設けて構成しても良いし、Ｔｉを下地層とし、この表面にＡｕを設けて構成しても良い。
蓋体１０は、例えば、４２アロイやコバール等の金属材料を用いても良い。またこの金属材料にニッケルメッキされたものを用いても良い。

封止材層１１は、例えば、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層を形成したものでも良い。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用することができる。

導電性接着剤Ｄは、例えば、シリコーン樹脂の中に導電性フィラーが含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものを用いても良い。

メタライズ層Ｍは、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を設けた構成としても良い。

容器体２０は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る絶縁層を複数積層することよって形成することができる。

また、気密封止は、例えば、容器体内部を窒素ガス等で満たすか又は真空にして行われる。また、気密封止は、シーム溶接や、ハロゲン光で封止剤を溶かして接合する方法などを用いることができる。

接続パッドＰ、搭載パッドＴ、内部配線Ｈ、外部接続端子Ｇは、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ａｕ等の材質より構成しても良いし、これらを下地層としてその表面にＡｕを設けて構成しても良いし、Ｔｉを下地層とし、この表面にＡｕを設けて構成しても良い。

充填材として用いられる樹脂Ｊは、例えば、ポリイミドやエポキシ系樹脂などを用いても良い。また、このエポキシ樹脂に硬化剤等の添加剤や添加物を混ぜて得られる組成物等を用いることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、温度補償を行ったことにより、温度補償後の温度と周波数変化量との関係が温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がる勾配となる関係が実現できれば、回路構成等を変更しても本発明の各実施形態に含まれることは言うまでもない。
また、容器体は、凹部内にさらに凹部を形成した段差状にして、それぞれの凹部に水晶振動素子と集積回路素子を搭載した構造としても良く、容器体の構造で限定されない。
また、励振電極、搭載パッド、接続パッド、内部配線、外部接続端子に用いられる通電材料は、電気を通すものであればその材質に限定されない。
また、蓋体の材質や形状については、容器体内を気密封止した状態を維持できるものであれば、材質や形状に限定されない。

本発明の第一の実施形態に係る温度補償型発振器の一例を示す断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る温度補償型発振器の一例を示す概念図である。 温度補償の一例を示す図である。 （ａ）は温度補償後の温度と周波数変化量との関係を示す図であり、（ｂ）は起動又は温度変化から安定するまでにかかる時間を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係る温度補償型発振器の一例を示す概念図である。 従来の温度補償の一例を示す図である。 （ａ）は従来の温度補償後の温度と周波数変化量との関係を示す図であり、（ｂ）は起動から安定するまでにかかる時間を示す図である。

符号の説明

１００ 温度補償型発振器
１０ 蓋体
２０ 容器体
３０ 水晶振動素子
４０ 集積回路素子
４１ 温度センサ
４２ 温度補償回路
４２Ａ 三次関数発生回路
４２Ｂ 一次関数発生回路
４３ 発振回路
４４ 加算回路
４５ 記憶手段

Claims (6)

1. 三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子と周囲の温度に対応した温度補償を行う温度補償回路を有する集積回路素子とを所定の容器体に備え、前記集積回路素子が温度補償に用いる温度補償データを格納する記憶手段を備え、前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、前記集積回路素子と水晶振動素子とを電気的に接続した温度補償型発振器の温度補償方法であって、
   前記温度補償回路は、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、
   前記記憶手段に格納されている温度補償データを前記温度補償回路に適用し、
   前記温度補償データに基づいて、前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数を生成し、
   前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算することで、
   温度補償型発振器における、温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がるように温度補償を行うことを特徴とする温度補償型発振器の温度補償方法。
2. 三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子とこの水晶振動素子に接続されて構成される発振回路と周囲の温度に対応した温度補償を行うための温度補償回路とを所定の容器体に備え、前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、前記発振回路と前記温度補償回路と水晶振動素子とを電気的に接続した温度補償型発振器の温度補償方法であって、
   前記温度補償回路は、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、
   前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数を生成し、
   前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算することで、
   温度補償型発振器における、温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、温度が高くなるにつれて周波数変化量が下がるように温度補償を行うことを特徴とする温度補償型発振器の温度補償方法。
3. 前記温度ｔ（℃）と前記周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、
   温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、
   温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配よりも緩やかな勾配となる関係の温度補償を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度補償型発振器の温度補償方法。
4. 三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子と周囲の温度に対応した温度補償を行う温度補償回路を有する集積回路素子とを所定の容器体に備えた温度補償型発振器であって、
   前記集積回路素子が温度補償に用いる温度補償データを格納する記憶手段を備え、
   前記温度補償回路が、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、
   前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、
   前記集積回路素子と前記水晶振動素子とを電気的に接続しており、
   前記記憶手段に格納されている温度補償データが前記温度補償回路に適用され、
   前記温度補償データに基づいて、前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数が生成されており、
   前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算する加算回路を備え、
   温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、
   前記温度が高くなるにつれて前記周波数変化量が下がる構成としたことを特徴とする温度補償型発振器。
5. 三次関数的に周波数特性が変化する水晶片に励振電極を設けた水晶振動素子とこの水晶振動素子に接続されて構成される発振回路と周囲の温度に対応した温度補償を行うための温度補償回路とを所定の容器体に備えた温度補償型発振器であって、
   前記温度補償回路が、三次関数発生回路と一次関数発生回路を備え、
   前記水晶振動素子が前記容器体内に気密封止され、
   前記発振回路と前記温度補償回路と前記水晶振動素子とが電気的に接続しており、
   前記三次関数発生回路と前記一次関数発生回路とにより、各温度ｔで周波数変化量ｄｆ／ｆが０（ｐｐｍ）となるラインを基準線としたとき、前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数を前記基準線で反転し、反転により得られた三次関数の極大値と極小値を、一次の項を調整することにより前記水晶振動素子の周波数特性が表された前記三次関数の極大値と極小値よりも０（ｐｐｍ）側に位置するようにした補償用の三次関数が生成されており、
   前記水晶振動素子の周波数特性が表された三次関数と、前記補償用の三次関数とを加算する加算回路を備え、
   温度ｔ（℃）と周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、
   前記温度が高くなるにつれて前記周波数変化量が下がる構成としたことを特徴とする温度補償型発振器。
6. 前記温度ｔ（℃）と前記周波数変化量ｄｆ／ｆ（ｐｐｍ）との関係が、
   温度ｔが２５（℃）のときの周波数変化量ｄｆ／ｆを０（ｐｐｍ）とし、
   温度ｔが１（℃）上昇するにつれて周波数変化量ｄｆ／ｆが０．１（ｐｐｍ）減少する勾配よりも緩やかな勾配となる関係であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の温度補償型発振器。

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