JP4986575B2

JP4986575B2 - 温度補償型圧電発振器の検査方法

Info

Publication number: JP4986575B2
Application number: JP2006296624A
Authority: JP
Inventors: 栄一吹春
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008113383A

Description

本発明は、ある温度範囲内における出力信号周波数をほぼ一定とすることが可能な温度補償型圧電発振器の検査方法であり、特に温度補償型圧電発振器における記憶素子部の動作検査方法に関する。

電子機器における動作周波数あるいは時間の基準として、従来から、圧電振動子と、その圧電振動子の動作を制御する様々な電子回路が組み込まれた集積回路素子とにより構成された圧電発振器が用いられている。特に近年は、携帯電話をはじめとする移動体通信用における圧電発振器の需要がますます増加している。最近の電子機器では、高安定かつ高精度であることが望まれており、例えば圧電振動子を用いた圧電発振器の発振周波数についても、使用環境の変化に対し高度に安定であることが望まれ、特に温度変化に対して発振周波数が安定なことが要求されている。その対策として、温度センサ素子の検出温度に対して非線形関数を発生し、この関数を制御信号として、圧電振動子に直列に接続された可変容量素子の静電容量を調整することで、使用温度により変化する圧電振動子の発振周波数の補償を行う温度補償型圧電発振器が用いられている。一般的に圧電材としてＡＴカットで形成された水晶を用いた圧電振動子の発振周波数の温度特性は３次関数で近似することができ、それを補償するための温度補償データもまた３次関数で与えられる。

このような３次関数を発生する回路は、半導体集積回路等により容易に実現できる。圧電発振器および圧電振動子の温度特性のバラツキに対しては、温度補償のための温度補償データの各次数の係数および定数を、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）から構成される記憶素子部に格納しておき、この記憶素子部に格納する値を変更することで対応している。尚、ＲＯＭとＲＡＭとの関係は、圧電発振器外からまずＲＡＭへ所定の温度補償データを入力し、その温度補償データによって温度補償動作を行い、所望する温度補償特性が得られれば、その温度補償データをＲＯＭへ出力し書き込む。もし、所望する温度補償特性が得られなければ、別の温度補償データをＲＡＭへ入力して、所望の温度補償特性が得られるまで、ＲＡＭへの温度補償データ入力を繰り返す。

従来の温度補償型圧電発振器の構成は、発振回路と、この発振回路の入力に接続された圧電振動子とを備え、これらで圧電発振回路部が構成されている。この圧電発振回路部の入力端には、圧電振動子に直列に、制御電圧の印加により容量が変化してこの圧電発振回路部の発振周波数を調整する可変容量素子を備えている。この可変容量素子としては、例えば可変容量ダイオードが用いられる。この温度補償型圧電発振器には更に、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、この圧電発振回路部の入力端に３次関数発生回路及び記憶素子部により構成される温度補償回路部が接続されており、又、３次関数発生回路には温度センサ素子が接続され、温度センサ素子に印加させる電圧値に基づいて生成される温度データ信号（電圧値）が３次関数発生回路に出力される構成となっている。

３次関数発生回路は、接続された温度センサ素子により検出された周囲温度に対し、同じく接続された記憶素子部から与えられる３次関数の各次数の項の係数および定数に応じた３次関数を発生し、前述した可変容量素子に制御信号として与える。

上述したような温度補償型圧電発振器については以下のような先行技術文献に開示がある。
特開２００５−３４７９２９号公報特許第３３１０５５０号公報特開２００３−１６３５４１号公報特開平３−２８０７０３号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

上述したような温度補償型圧電発振器において、まれにではあるが、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成される記憶素子部に不具合が生じ、３次関数発生回路へ正しい温度補償データが出力されず、所望するような温度補償が施された出力信号を温度補償型圧電発振器から得ることができない問題があった。その際に、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成される記憶素子部が正常に機能して３次関数発生回路へ正しい温度補償データを出力しているのかを検査する方法として、従来では、複数個の検査対象の温度補償型圧電発振器を用意して、その温度補償型圧電発振器を、槽内温度を一定の範囲内で変化させることが可能な恒温槽内に配置し、槽内温度を所定の温度範囲で可変させつつ温度補償型圧電発振器を実際に動作させ、そのときの出力信号周波数を測定し、ＲＡＭやＲＯＭ等から成る記憶素子部からの温度補償データにより温度補償動作が正常に機能しているがどうかを検査する方法が用いられているが、この検査方法では、恒温槽内の温度を複数の所定温度に可変させ、且つ槽内をその所定温度に一定時間保持することに非常に時間がかかってしまい、検査工程を含む温度補償型圧電発振器の製造工程の長時間化の原因となっている。特に数多くの温度補償型圧電発振器を同時に検査するために大型の恒温槽を用いた場合、槽内空間が広くなるため温度維持に更に時間を要してしまい、工程の長時間化が顕著になってしまう虞がある。

因って、本発明の目的は、恒温槽を使うことなく、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成される記憶素子部が正常に機能して３次関数発生回路へ正しい温度補償データを出力して温度補償動作が正常に機能しているがどうか確認することができる温度補償型圧電発振器の検査方法を提供することにある。

本発明の温度補償型圧電発振器の検査方法は、少なくとも、
圧電振動子を組み込んだ発振回路と、この圧電振動子近傍に設置した温度センサ素子と、圧電振動子の発振周波数の温度特性を補償するための関数の各次数の係数及び定数による温度補償データが書き込まれているＲＯＭ及びＲＡＭから構成される記憶素子部と、温度センサ素子からの温度データ信号が入力され、その温度データ信号に応じて、圧電振動子の発振周波数の温度特性を補償する非線形関数信号を前記記憶素子部に書き込まれている各データに基づいて発生し、非線形関数信号を発振回路へ出力する３次関数発生回路とから構成された温度補償型圧電発振器の検査方法において、
記憶素子部内のＲＡＭに温度補償データを、温度補償型圧電発振器に設けられた温度補償データ書込端子から入力し、ＲＡＭ内に一時保存する工程Ａと、
温度補償型圧電発振器内に設けられた温度センサ素子に、温度センサ素子から３次関数発生回路に入力される温度データ信号が任意の温度を検出したときと同じ値の信号を疑似的に出力するための電圧値を印加し、その際に温度センサ素子から出力される疑似温度データと、ＲＡＭに保存した温度補償データを３次関数発生回路に入力する工程Ｂと、
入力された疑似温度データ及び温度補償データを基に３次関数発生回路により生成した周波数補償関数データを前記発振回路に入力し、発振回路から第１の温度補償済み出力信号の周波数値を取得する工程Ｃと、
ＲＡＭに保存されている温度補償データをＲＯＭに書き込む工程Ｄと、
温度補償型圧電発振器内に設けられた温度センサ素子に、上述した工程Ｂにおいて温度センサ素子に印加した電圧と同じ値の電圧を印加し、その際に温度センサ素子から出力される疑似温度データと、ＲＯＭに保存した温度補償データを３次関数発生回路に入力する工程Ｅと、
工程Ｅにより入力された疑似温度データ及び温度補償データを基に前記３次関数発生回路により生成した周波数補償関数データを発振回路に入力し、発振回路から第２の温度補償済み出力信号の周波数値を取得する工程Ｆと、
この第１の温度補償済み出力信号の周波数値と、第２の温度補償済み出力信号の周波数値とを比較し、両周波数値間の差値が所定の誤差未満の温度補償型圧電発振器と、両周波数値間の差値が所定の誤差以上の値となった温度補償型圧電発振器とを分類する工程Ｇと、
差値が所定の誤差未満となった温度補償型圧電発振器は次の工程へ送り、又、差値が所定の誤差以上となった温度補償型圧電発振器は製造工程から排除する工程Ｈとを具備することを特徴とする温度補償型圧電発振器の検査方法である。

また、上述した温度補償型圧電発振器における温度センサ素子に印加する電圧値は、実際の検出温度が０℃であるときの温度データ信号の電圧値と同じ値の信号が出力される電圧値であることを特徴とする請求項１記載の温度補償型圧電発振器の検査方法でもある。

本発明の温度補償型圧電発振器の検査方法によれば、記録素子部が正常に作動して温度補償型圧電発振器の温度補償動作が機能しているかどうかの検査を、恒温槽を使用した検査方法を用いることなく、温度センサ素子に加わる電圧値を変えることで疑似的に温度センサ素子からの温度データ信号を出力させ、且つその温度データ信号と、ＲＯＭ及びＲＡＭからそれぞれ出力される温度補償データとにより生成される温度補償済み出力信号の周波数値を比較することにより、検査対象の温度補償型圧電発振器のＲＯＭ及びＲＡＭから構成される記憶素子部が、正常に機能して３次関数発生回路へ正しい温度補償データを出力しているのかを検査することが可能となる。

因って、本発明により、簡便に且つ短時間で温度補償型圧電発振器を構成する記憶素子部の良否を確認することができる検査方法を提供できる効果を奏する。

以下に、本発明における温度補償型圧電発振器の検査方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明における温度補償型圧電発振器の概略構成を示したブロック図である。図２は、本発明における温度補償型圧電発振器の検査方法を示した工程フローチャート図である。図３は、図１に記載の温度センサ素子１０５における、検出温度−温度センサ素子出力電圧値間の特性を示したグラフである。尚、各図では、説明を明りょうにするためブロック及びフローチャートの一部を図示していない。

本発明における温度補償型圧電発振器１００の構成は、発振回路１０１と、この発振回路１０１の入力に接続された圧電振動子１０２とを備え、これらで圧電発振回路部が構成されている。圧電発振回路部の入力には、圧電振動子１０２に直列に、制御電圧の印加により容量が変化してこの圧電発振回路部の発振周波数を調整する可変容量素子１０３を備えている。この可変容量素子１０３としては、例えば可変容量ダイオード等が用いられる。また、温度補償型圧電発振器１００は、さらに、可変容量素子１０３に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路１０１の発振周波数の変動を補償するため、３次関数発生回路１０４及び記憶素子部１０６により温度補償回路部１０７が設けられており、３次関数発生回路１０４には、圧電振動子１０２近傍に設けられた温度センサ素子１０５が接続されている。この温度センサ素子１０５は、検出した圧電振動子１０２近傍の温度と、温度センサ素子１０５に印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号（電圧値）が３次関数発生回路１０４に出力される構成となっている。

ここで記憶素子部１０６は、ＲＯＭ１０６ａ及びＲＡＭ１０６ｂの各メモリ素子により構成されている。ＲＡＭ１０６ｂへは、温度補償型圧電発振器１００に設けられた書込端子から温度補償データが入力され、その温度補償データによって、後述する本発明における検査方法により温度補償動作を行い、適正な温度補償特性を確認後、その温度補償データをＲＯＭへ出力し書き込む。

又、３次関数発生回路１０４は、温度センサ素子１０５により出力された圧電振動子１０２近傍の温度データ信号に対し、記憶素子部１０６から与えられる３次関数の各次数の項の係数および定数に応じた３次関数を発生し、可変容量素子１０３に制御信号として与える。

ここで本発明の特徴部分は、記憶素子部及び温度補償動作が正常に機能しているかどうかの検査を、図３に図示した特性を有する温度センサ素子１０５に加わる電圧値を変えることで、疑似的に温度センサ素子１０５からの温度情報信号を発信させ、その信号に基づいて温度補償型圧電発振器の温度補償動作が正常に機能しているかにより確認し、更にこの確認工程を所定の回数繰り返すことにより、ＲＯＭ及びＲＡＭから構成される記憶素子部が正常に機能して３次関数発生回路へ正しい温度補償データを出力しているのかをも検査することにある。

具体的な本発明における温度補償型圧電発振器の検査方法は、図２に示す工程フローチャートのように、まず、工程Ａとして、記憶素子部１０６内のＲＡＭ１０６ｂに温度補償データを、温度補償型圧電発振器１００に設けられた温度補償データ書込端子から入力し、ＲＡＭ１０６ｂ内に一時保存する（図２のＳ２０１）。

次に、工程Ｂとして、ＲＡＭ１０６ｂに保存した温度補償データを３次関数発生回路１０４へ出力し（図２のＳ２０２）、また、温度補償型圧電発振器１００内に設けられた温度センサ素子１０５に、温度センサ素子１０５から３次関数発生回路１０４に入力される温度データ信号が、温度センサ素子１０５が実際に０℃を検出したときと同じ値の信号を疑似的に出力するための電圧値を印加し、その際に温度センサ素子１０５から出力される疑似温度データ信号（図３におけるＶ１値）を３次関数発生回路１０４へ出力する（図２のＳ２０３）。

次に、工程Ｃとして、前述した工程Ｂにより温度センサ素子１０５から入力された疑似温度データ及びＲＡＭ１０６ｂから入力された温度補償データを基に、３次関数発生回路１０４により生成した周波数補償関数データを、可変容量素子１０３を介して発振回路１０１に入力し、発振回路１０１から第１の温度補償済み出力信号の周波数値を取得する（図２のＳ２０４）。

次に、工程Ｄとして、ＲＡＭ１０６ｂに保存されている温度補償データを、同じく記憶素子部１０６を構成するＲＯＭ１０６に書き込む（図２のＳ２０５）。

次に、工程Ｅとして、ＲＯＭ１０６ａに保存した温度補償データを３次関数発生回路１０４に出力し（図２のＳ２０６）、また、温度補償型圧電発振器１００内に設けられた温度センサ素子１０５に、前述した工程Ｂにおいて温度センサ素子１０５に印加した電圧値と同じ値の電圧値を印加し、その際に温度センサ素子１０５から出力される疑似温度データ信号（図３におけるＶ１値）を３次関数発生回路１０４へ出力する（図２のＳ２０７）。

次に、工程Ｆとして、前述した工程Ｅにより温度センサ素子１０５から入力された疑似温度データ及びＲＯＭ１０６ａから入力された温度補償データを基に、３次関数発生回路１０４により生成した周波数補償関数データを、可変容量素子１０３を介して発振回路１０１に入力し、発振回路１０１から第２の温度補償済み出力信号の周波数値を取得する（図２のＳ２０８）。

次に、工程Ｇとして、前述した工程Ｃで取得した第１の温度補償済み出力信号の周波数値と、前述した工程Ｆで取得した第２の温度補償済み出力信号の周波数値との差を計算比較し（図２のＳ２０９）、両周波数値間の差値が所定の誤差未満の温度補償型圧電発振器と、両周波数値間の差値が所定の誤差以上の値となった前記温度補償型圧電発振器とを分類する。このとき、両周波数値に所定の誤差未満の差しかない場合は、ＲＡＭ１０６ｂ及びＲＯＭ１０６ａが正常に動作機能したものと判断し、また、両周波数値に所定の誤差以上の差がある場合は、ＲＡＭ１０６ｂ又はＲＯＭ１０６ａに温度補償データの保存機能や書き込み動作の異常があり、記憶素子部１０６において温度補償データが正しく処理できていないと判断する。

次に、工程Ｈとして、前述した工程Ｇにより得られた第１の温度補償済み出力信号の周波数値と、前述した工程Ｆで取得した第２の温度補償済み出力信号の周波数値との差が所定の誤差未満となった温度補償型圧電発振器１０１は次の工程へ送り、又、差が所定の誤差以上となった温度補償型圧電発振器１０１は製造工程から排除する（図２のＳ２１０）。

以上の本発明における温度補償型圧電発振器の検査方法によれば、ＲＯＭ１０６ａ及びＲＡＭ１０６ｂから構成される記憶素子部１０６が正常に機能しているかどうかの検査を、恒温槽を使用した検査方法を用いることなく、温度センサ素子１０５に加わる電圧値を変えることで、疑似的に温度センサ素子１０５からの温度データ信号を発信させ、その疑似的温度データ信号とＲＯＭ１０６ａ及びＲＡＭ１０６ｂからそれぞれ出力される温度補償データとにより生成される温度補償済み出力信号の周波数値を比較判断することにより温度補償型圧電発振器の記憶素子部が正常に動作して温度補償が可能かどうかを確認することが可能となる。

よって、温度補償型圧電発振器を、槽内温度を一定の範囲内で変化させることが可能な恒温槽内に配置し、槽内温度を所定の温度範囲で可変させつつ温度補償型圧電発振器を実際に動作させ、そのときの出力信号周波数を測定し、記憶素子部を含む温度補償型圧電発振器全体が正常に機能しているがどうかを検査する従来の方法では、槽内をその所定温度に一定時間保持することに非常に時間がかかってしまい、検査工程を含む温度補償型圧電発振器の製造工程の長時間化につながっていたが、本発明の温度補償型圧電発振器の検査方法では、恒温槽を使うことなく、記憶素子部を構成する各メモリ素子の不具合の検査が可能となるので、恒温槽を用いることに起因する様々な問題点を解消でき、温度補償型圧電発振器の製造工程の短時間化が可能となる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

図１は、本発明における温度補償型圧電発振器の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明における温度補償型圧電発振器の検査方法を示した工程フローチャート図である。図３は、図１に記載の温度センサ素子における、検出温度−温度センサ素子出力電圧値間の特性を示したグラフである。

符号の説明

１００・・・温度補償型圧電発振器
１０１・・・発振回路
１０２・・・圧電振動子
１０３・・・可変容量素子
１０４・・・３次関数発生回路
１０５・・・温度センサ素子
１０６・・・記憶素子部
１０６ａ・・・ＲＯＭ
１０６ｂ・・・ＲＡＭ
１０７・・・温度補償回路部
Ｖｃｃ・・・電源電圧

Claims

少なくとも、
圧電振動子を組み込んだ発振回路と、
前記圧電振動子近傍に設置した温度センサ素子と、
前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を補償するための関数の各次数の係数及び定数による温度補償データが書き込まれているＲＯＭ及びＲＡＭから構成される記憶素子部と、
前記温度センサ素子からの温度データ信号が入力され、その温度データ信号に応じて、前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を補償する非線形関数信号を前記記憶素子部に書き込まれている各データに基づいて発生し、前記非線形関数信号を前記発振回路へ出力する３次関数発生回路とから構成された温度補償型圧電発振器の検査方法において、
前記記憶素子部内の前記ＲＡＭに前記温度補償データを、前記温度補償型圧電発振器に設けられた温度補償データ書込端子から入力し、前記ＲＡＭ内に一時保存する工程Ａと、
前記温度補償型圧電発振器内に設けられた前記温度センサ素子に、前記温度センサ素子から前記３次関数発生回路に入力される温度データ信号が任意の温度を検出したときと同じ値の信号を疑似的に出力するための電圧値を印加し、その際に温度センサ素子から出力される疑似温度データと、前記ＲＡＭに保存した温度補償データを３次関数発生回路に入力する工程Ｂと、
入力された疑似温度データ及び温度補償データを基に前記３次関数発生回路により生成した周波数補償関数データを前記発振回路に入力し、前記発振回路から第１の温度補償済み出力信号の周波数値を取得する工程Ｃと、
前記ＲＡＭに保存されている温度補償データを前記ＲＯＭに書き込む工程Ｄと、
前記温度補償型圧電発振器内に設けられた前記温度センサ素子に、前記工程Ｂにおいて前記温度センサ素子に印加した電圧と同じ値の電圧を印加し、その際に前記温度センサ素子から出力される疑似温度データと、前記ＲＯＭに保存した温度補償データを３次関数発生回路に入力する工程Ｅと、
前記工程Ｅにより入力された疑似温度データ及び温度補償データを基に前記３次関数発生回路により生成した周波数補償関数データを前記発振回路に入力し、前記発振回路から第２の温度補償済み出力信号の周波数値を取得する工程Ｆと、
前記第１の温度補償済み出力信号の周波数値と、前記第２の温度補償済み出力信号の周波数値とを比較し、両周波数値間の差値が所定の誤差未満の前記温度補償型圧電発振器と、両周波数値間の差値が所定の誤差以上の値となった前記温度補償型圧電発振器とを分類する工程Ｇと、
前記差値が所定の誤差未満となった前記温度補償型圧電発振器は次の工程へ送り、又、前記差値が所定の誤差以上となった前記温度補償型圧電発振器は製造工程から排除する工程Ｈと、
を具備することを特徴とする温度補償型圧電発振器の検査方法。
前記温度補償型圧電発振器における前記温度センサ素子に印加する電圧値は、実際の検出温度が０℃であるときの温度データ信号の電圧値と同じ値の信号が出力される電圧値であることを特徴とする請求項１記載の温度補償型圧電発振器の検査方法。