JP5534182B2 - Measuring system and measuring method of frequency temperature characteristic of vibration device - Google Patents
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Description
本発明は、圧電発振器の周波数温度特性の測定システム及び測定方法に関する。 The present invention relates to a measurement system and a measurement method for frequency temperature characteristics of a piezoelectric oscillator.
温度補償水晶発振器(TCXO:Temperature Compensated X'tal Oscillator)は、所定の温度範囲で水晶振動子の発振周波数の所望の周波数(公称周波数)からのずれ(周波数偏差)をキャンセルすることにより高い周波数安定度が得られるため、携帯電話の端末や基地局、GPS(Global Positioning System)受信機等の高精度のタイミング信号を必要とする機器やシステムに広く使用されている。また、最近では、温度センサーとともに、温度情報と発振周波数の対応テーブルを記憶した内部ROMを内蔵した水晶発振器(TSXO:Temperature Sensing X'tal Oscillator)が登場し、この水晶発振器の内部ROMから対応テーブルを読み出して温度センサーの出力電圧に応じた温度補償を実現するシステムも開発されている。近年、これらのシステムでは、ppbオーダーの極めて高い温度補償精度が要求されるようになってきており、温度補償後の水晶発振器の正確な周波数温度特性(温度に対する周波数偏差の変化)を取得する目的で、あるいは正確な温度補償係数を算出するために水晶振動子の正確な周波数温度特性を取得する目的で、水晶発振器(水晶振動子)の周波数をppbオーダーの分解能で測定することが必要になっている。 The temperature compensated crystal oscillator (TCXO: Temperature Compensated X'tal Oscillator) achieves high frequency stability by canceling the deviation (frequency deviation) from the desired frequency (nominal frequency) of the oscillation frequency of the crystal resonator in a specified temperature range. Therefore, it is widely used in devices and systems that require highly accurate timing signals, such as mobile phone terminals, base stations, and GPS (Global Positioning System) receivers. Recently, a crystal oscillator (TSXO: Temperature Sensing X'tal Oscillator) with a temperature sensor and an internal ROM that stores the correspondence table of temperature information and oscillation frequency has appeared. A system that realizes temperature compensation according to the output voltage of the temperature sensor by reading out the signal is also developed. In recent years, these systems are required to have extremely high temperature compensation accuracy on the order of ppb, and the purpose is to obtain accurate frequency-temperature characteristics (change in frequency deviation with respect to temperature) of the crystal oscillator after temperature compensation. In order to obtain an accurate frequency temperature characteristic of the crystal resonator in order to calculate an accurate temperature compensation coefficient, it is necessary to measure the frequency of the crystal oscillator (crystal resonator) with a resolution of ppb order. ing.
一般に、水晶発振器(水晶振動子)の周波数温度特性を測定する従来のシステムでは、恒温槽等を用いて水晶発振器の温度管理を厳密に行い、温度変動が極めて小さい状態になるまで温度が安定するのを待って発振周波数を測定することで測定精度を高めていた。 In general, in a conventional system that measures the frequency temperature characteristics of a crystal oscillator (crystal oscillator), the temperature of the crystal oscillator is strictly controlled using a thermostatic chamber, etc., and the temperature stabilizes until the temperature fluctuation becomes extremely small. The measurement accuracy was improved by measuring the oscillation frequency after waiting.
例えば、図10(A)に示すように、従来の測定手法で、2つの異なる設定温度T1とT2で圧電発振器の周波数と温度(温度センサーの出力電圧)を測定する場合、まず、恒温槽の雰囲気温度をT1に設定した状態で測定時間tfで周波数測定を行い、周波数測定の終了後、測定時間tvで温度測定(電圧測定)を行う。そして、設定温度T1での温度測定(電圧測定)の終了後、恒温槽の雰囲気温度をT2に設定し、温度が十分に安定するのを待って、測定時間tfで周波数測定を行い、周波数測定の終了後、測定時間tvで温度測定(電圧測定)を行う。図10(B)は、図10(A)の丸で囲んだ部分(設定温度T2における測定)を拡大した図である。図10(B)に示すように、厳密には、恒温槽の雰囲気温度は設定温度T2付近で揺らいでいる。そのため、周波数の測定時間tfでの実際の温度の平均値はT2aであるが、温度(電圧)の測定時間tvでの温度の平均値(測定温度)はT2bであり、周波数測定時の温度と測定温度に誤差が生じる。従って、従来手法で測定精度をさらに高めるためには、温度変動をできるだけ小さくするように温度管理をさらに厳密に行う必要があり、温度の安定待ち時間の増大や測定システムの複雑化・大型化により高コスト化を招くという問題がある。さらに、ppbオーダーの高い周波数分解能での測定が要求される場合、数m℃程度の温度誤差しか許容されない場合もあり、従来手法では限界を迎えている。 For example, as shown in FIG. 10A, when measuring the frequency and temperature (output voltage of the temperature sensor) of the piezoelectric oscillator at two different set temperatures T1 and T2 with the conventional measurement method, first, the ambient temperature performs frequency measured by the measuring time t f in a state set to T1, performs temperature measurement (voltage measured) after completion of the frequency measurement, the measurement time t v. After completion of the temperature measurement at the set temperature T1 (voltage measurement), the ambient temperature of the thermostatic chamber is set to T2, waiting for the temperature is sufficiently stable, performs frequency measured by the measuring time t f, the frequency after completion of the measurement, the temperature measurement (voltage measurement) with the measurement time t v. FIG. 10B is an enlarged view of a circled portion (measurement at the set temperature T2) in FIG. Strictly speaking, as shown in FIG. 10B, the atmospheric temperature of the thermostatic chamber fluctuates in the vicinity of the set temperature T2. Therefore, the average value of the actual temperature at the measurement time of the frequency t f = T2a, the average value of the temperature at the measuring time t v of the temperature (voltage) (measurement temperature) is T2b, at frequency measurement An error occurs between the temperature and the measured temperature. Therefore, in order to further improve the measurement accuracy with the conventional method, it is necessary to perform temperature management more strictly so as to minimize temperature fluctuations. Due to an increase in the temperature stabilization waiting time and the complexity and size of the measurement system, There is a problem of increasing the cost. Furthermore, when measurement with a high frequency resolution on the order of ppb is required, only a temperature error of about several m ° C. may be allowed, and the conventional method has reached its limit.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、厳密な温度管理を必要とせずに高い精度で周波数温度特性を測定可能な圧電発振器の周波数温度特性の測定システム及び測定方法を提供することができる。 The present invention has been made in view of the above problems, and according to some aspects of the present invention, a piezoelectric device capable of measuring frequency temperature characteristics with high accuracy without requiring strict temperature management. It is possible to provide a measurement system and a measurement method for the frequency temperature characteristic of an oscillator.
(1)本発明は、圧電発振器を複数の異なる温度で発振させて周波数温度特性を測定する圧電発振器の周波数温度特性の測定システムであって、圧電発振器の温度を可変に調整する温度調整部と、前記圧電発振器の温度を測定する温度測定部と、前記圧電発振器の発振周波数を測定する周波数測定部と、前記温度測定部による温度測定と前記周波数測定部による周波数測定とを同期させる測定制御部と、を含む、圧電発振器の周波数温度特性の測定システムである。 (1) The present invention is a measurement system for frequency temperature characteristics of a piezoelectric oscillator that measures frequency temperature characteristics by oscillating a piezoelectric oscillator at a plurality of different temperatures, and includes a temperature adjustment unit that variably adjusts the temperature of the piezoelectric oscillator; A temperature measuring unit that measures the temperature of the piezoelectric oscillator, a frequency measuring unit that measures an oscillation frequency of the piezoelectric oscillator, and a measurement control unit that synchronizes temperature measurement by the temperature measuring unit and frequency measurement by the frequency measuring unit And a frequency temperature characteristic measurement system for a piezoelectric oscillator.
本発明の測定システムによれば、従来のように圧電発振器の発振周波数と温度を非同期に測定するのではなく、これら2つの測定を同期して行うので、周波数測定時の実際の温度と温度測定結果のずれを小さくすることができる。従って、厳密な温度管理を必要とせずに高い精度で周波数温度特性を測定可能である。 According to the measurement system of the present invention, instead of measuring the oscillation frequency and temperature of the piezoelectric oscillator asynchronously as in the prior art, these two measurements are performed synchronously, so the actual temperature and temperature measurement at the time of frequency measurement is performed. The difference in results can be reduced. Therefore, the frequency temperature characteristic can be measured with high accuracy without requiring strict temperature control.
(2)この測定システムにおいて、前記測定制御部は、前記温度測定と前記周波数測定とが同時に同じ測定時間で行われるように前記温度測定部と前記周波数測定部を制御するようにしてもよい。 (2) In this measurement system, the measurement control unit may control the temperature measurement unit and the frequency measurement unit so that the temperature measurement and the frequency measurement are simultaneously performed in the same measurement time.
このようにすれば、周波数測定時の実際の温度と温度測定結果のずれを無くすことができるので、周波数温度特性の測定精度を高めることができる。 By doing so, it is possible to eliminate the deviation between the actual temperature at the time of frequency measurement and the temperature measurement result, so that the measurement accuracy of the frequency temperature characteristic can be improved.
さらに、この測定時間を短くするほど測定中の温度変動を小さくすることができるので、温度が厳密に一定になるまで待たなくても測定精度を維持することができる。すなわち、温度設定を変更してからの測定待ち時間を短くすることができる(場合によっては測定待ち時間がなくてもよい)ので、トータルの測定時間を短縮し、低コスト化に寄与することができる。 Furthermore, since the temperature fluctuation during the measurement can be reduced as the measurement time is shortened, the measurement accuracy can be maintained without waiting until the temperature becomes strictly constant. In other words, since the measurement waiting time after changing the temperature setting can be shortened (in some cases, there is no need for the measurement waiting time), the total measurement time can be shortened and the cost can be reduced. it can.
(3)この測定システムにおいて、前記周波数測定部の測定時間は、当該測定時間における温度変動に起因する前記圧電発振器の発振周波数の変動幅が、前記周波数測定に要求される周波数分解能の範囲内に収まる時間であるようにしてもよい。 (3) In this measurement system, the measurement time of the frequency measurement unit is such that the fluctuation range of the oscillation frequency of the piezoelectric oscillator caused by temperature fluctuation in the measurement time is within the range of the frequency resolution required for the frequency measurement. It may be time to fit.
このようにすれば、要求される周波数分解能と同じ精度での周波数測定を確実に行うことができる。 In this way, it is possible to reliably perform frequency measurement with the same accuracy as the required frequency resolution.
(4)この測定システムにおいて、前記測定制御部は、前記温度測定部と前記周波数測定部に1つの測定開始信号を同時に送信し、前記温度測定部は、前記測定開始信号を受け取ることにより前記温度測定を開始し、前記周波数測定部は、前記測定開始信号を受け取ることにより前記周波数測定を開始するようにしてもよい。 (4) In this measurement system, the measurement control unit transmits one measurement start signal to the temperature measurement unit and the frequency measurement unit at the same time, and the temperature measurement unit receives the measurement start signal, thereby the temperature measurement unit. The measurement may be started, and the frequency measurement unit may start the frequency measurement by receiving the measurement start signal.
このようにすれば、簡単な構成で、周波数測定と温度測定を同時に行わせることができる。 In this way, frequency measurement and temperature measurement can be performed simultaneously with a simple configuration.
(5)この測定システムにおいて、前記温度測定部の測定時間と前記周波数測定部の測定時間は、ともに、当該測定システムの交流電源の周期の整数倍であるようにしてもよい。 (5) In this measurement system, the measurement time of the temperature measurement unit and the measurement time of the frequency measurement unit may both be an integral multiple of the period of the AC power supply of the measurement system.
このようにすれば、測定ばらつきの支配的な原因となる電源ノイズの影響を最小限にすることができるので、測定精度を高めることができる。 In this way, it is possible to minimize the influence of power supply noise, which is a dominant cause of measurement variation, and thus the measurement accuracy can be increased.
(6)この測定システムは、前記圧電発振器の発振信号を、前記発振周波数よりも低い周波数の発振信号に変換する周波数変換部をさらに含み、前記周波数測定部は、前記周波数変換部が変換した後の前記発振信号の周波数を測定するようにしてもよい。 (6) The measurement system further includes a frequency conversion unit that converts an oscillation signal of the piezoelectric oscillator into an oscillation signal having a frequency lower than the oscillation frequency, and the frequency measurement unit is converted by the frequency conversion unit. The frequency of the oscillation signal may be measured.
このようにすれば、周波数の測定時間を短く抑えながら周波数分解能を高めることができる。 In this way, the frequency resolution can be increased while keeping the frequency measurement time short.
(7)この測定システムにおいて、前記周波数変換部は、前記圧電発振器の発振信号を第1周波数付近の周波数の発振信号に変換するダイレクトディジタルシンセサイザーと、前記第1周波数付近の周波数が通過帯域に含まれるバンドパス特性を有し、前記ダイレクトディジタルシンセサイザーの出力信号が入力される第1のフィルターと、前記バンドパスフィルターの出力信号と第2周波数の基準クロック信号を混合するミキサーと、前記第1周波数と前記第2周波数の差付近の周波数が通過帯域に含まれるとともに、前記第1周波数と前記第2周波数の和付近の周波数が阻止帯域に含まれるバンドパス特性又はローパス特性を有し、前記ミキサーの出力信号が入力される第2のフィルターと、を含むようにしてもよい。 (7) In this measurement system, the frequency converter includes a direct digital synthesizer that converts an oscillation signal of the piezoelectric oscillator into an oscillation signal having a frequency near the first frequency, and a frequency near the first frequency is included in the passband. A first filter to which the output signal of the direct digital synthesizer is input, a mixer that mixes the output signal of the bandpass filter and a reference clock signal of a second frequency, and the first frequency A frequency near the difference between the first frequency and the second frequency is included in the pass band, and a frequency near the sum of the first frequency and the second frequency is included in the stop band. And a second filter to which the output signal is input.
このようにすれば、圧電発振器の発振信号を、S/N比の劣化を抑えながらより低い周波数の発振信号に変換することができる。 In this way, the oscillation signal of the piezoelectric oscillator can be converted into an oscillation signal having a lower frequency while suppressing the deterioration of the S / N ratio.
(8)本発明は、圧電発振器を複数の異なる温度で発振させて周波数温度特性を測定する圧電発振器の周波数温度特性の測定方法であって、圧電発振器の温度を可変に調整する温度調整ステップと、前記圧電発振器の温度を測定する温度測定ステップと、前記圧電発振器の発振周波数を測定する周波数測定ステップと、前記温度測定ステップにおける温度測定と前記周波数測定ステップにおける周波数測定とを同期させる測定制御ステップと、を含む、圧電発振器の周波数温度特性の測定方法である。 (8) The present invention relates to a method for measuring the frequency temperature characteristic of a piezoelectric oscillator that measures the frequency temperature characteristic by oscillating the piezoelectric oscillator at a plurality of different temperatures, and includes a temperature adjustment step for variably adjusting the temperature of the piezoelectric oscillator; A temperature measurement step for measuring the temperature of the piezoelectric oscillator, a frequency measurement step for measuring the oscillation frequency of the piezoelectric oscillator, and a measurement control step for synchronizing the temperature measurement in the temperature measurement step and the frequency measurement in the frequency measurement step. And measuring the frequency temperature characteristics of the piezoelectric oscillator.
本発明の測定方法によれば、従来のように圧電発振器の発振周波数の測定と圧電発振器の温度の測定を非同期に測定するのではなく、これら2つの測定を同期して行うので、周波数測定時の実際の温度と温度測定結果のずれを小さくすることができる。従って、厳密な温度管理を必要とせずに高い精度で周波数温度特性を測定可能である。 According to the measurement method of the present invention, the measurement of the oscillation frequency of the piezoelectric oscillator and the measurement of the temperature of the piezoelectric oscillator are not performed asynchronously as in the prior art, but these two measurements are performed synchronously. The difference between the actual temperature and the temperature measurement result can be reduced. Therefore, the frequency temperature characteristic can be measured with high accuracy without requiring strict temperature control.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1.周波数温度特性測定システムの機能構成
図1及び図2は、本実施形態の圧電発振器の周波数温度特性の測定システム(以下、単に「周波数温度特性測定システム」という)の機能構成の一例を示す図である。
1. Functional Configuration of Frequency Temperature Characteristic Measuring System FIGS. 1 and 2 are diagrams showing an example of a functional configuration of a frequency temperature characteristic measuring system (hereinafter simply referred to as “frequency temperature characteristic measuring system”) of the piezoelectric oscillator of the present embodiment. is there.
本実施形態の周波数温度特性測定システム1は、測定制御部10、周波数測定部20、温度測定部30、温度調整部40を含み、圧電発振器2を複数の異なる温度で発振させて、圧電発振器2の周波数温度特性を測定する。
The frequency temperature characteristic measurement system 1 of the present embodiment includes a
温度調整部40は、圧電発振器2の温度を可変に調整する。温度調整部40は、例えば、恒温槽等のように内部に圧電発振器を収容可能な構造であってもよいし、ホットプレート等のように圧電発振器を接触させる構造であってもよいし、圧電発振器にペルチェ素子を貼り付けて温度調整するようにしてもよい。
The
温度測定部30は、圧電発振器2の温度を測定する。温度測定部30は、例えば、圧電発振器2の内部又は近傍に設けられた温度センサー3の出力電圧を測定するようにしてもよい。この温度センサー3は、周波数温度特性測定システム1に含まれていてもよいし、周波数温度特性測定システム1の外部にあってもよい。
The
周波数測定部20は、圧電発振器2の発振周波数を測定する。この周波数測定部20による発振周波数の測定時間は、当該測定時間における温度変動に起因する圧電発振器2の発振周波数の変動幅が、周波数測定に要求される周波数分解能の範囲内に収まる時間であるようにしてもよい。
The
温度測定部30の測定時間と周波数測定部20の測定時間は、ともに、周波数温度特性測定システム1の交流電源の周期の整数倍であるようにしてもよい。
Both the measurement time of the
測定制御部10は、温度測定部30による温度測定と周波数測定部20による周波数測定とを同期させる。例えば、測定制御部10が温度測定部30と周波数測定部20に1つの測定開始信号12を同時に送信し、温度測定部30と周波数測定部20が測定開始信号12を受け取ることによりそれぞれ温度測定と周波数測定を開始することで、これら2つの測定を同期させるようにしてもよい。また、例えば、測定制御部10は、温度測定部30による温度測定と周波数測定部20による周波数測定とが同時に同じ測定時間で行われるように温度測定部30と周波数測定部20を制御するようにしてもよい。
The
また、図2に示すように周波数温度特性測定システム1は、さらに、周波数変換部50を含んでもよい。そして、周波数変換部50が圧電発振器2の発振信号を発振周波数よりも低い周波数の発振信号52に変換し、周波数測定部20が発振信号52の周波数を測定するようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 2, the frequency temperature characteristic measurement system 1 may further include a
以下、より具体的な例を挙げて本実施形態の周波数温度特性測定システム及び周波数温度特性測定方法について説明する。 Hereinafter, the frequency temperature characteristic measurement system and the frequency temperature characteristic measurement method of the present embodiment will be described with more specific examples.
2.圧電発振器の構成
図3(A)及び図3(B)は、本実施形態の周波数温度特性測定システムによる測定対象の圧電発振器の構成例を示す図である。
2. Configuration of Piezoelectric Oscillator FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a configuration example of a piezoelectric oscillator to be measured by the frequency temperature characteristic measurement system of the present embodiment.
例えば、図3(A)に示すように、本実施形態の測定対象の圧電発振器200は、圧電振動子210、電圧制御発振回路220、温度補償電圧発生回路230、温度センサー240、不揮発性メモリー250、制御回路260、スイッチ回路262、264、インターフェース(I/F)回路270を含んで構成される温度補償型の圧電発振器である。
For example, as shown in FIG. 3A, the
圧電振動子210は、逆圧電効果を利用して振動する圧電素子であり、例えば、水晶振動子やセラミック振動子、ニオブ酸リチウム振動子、タンタル酸リチウム振動子などの単結晶材料を用いた振動子や、酸化亜鉛圧電薄膜振動子、酸化アルミニウム圧電薄膜振動子などの圧電性薄膜を用いた振動子等である。
The
特に、ATカット水晶振動子の周波数温度特性は広い温度範囲に亘って近似3次曲線の極めて良好な特性を示すことが知られており、圧電振動子210としてATカット水晶振動子を使用することで、周波数安定度が極めて高い温度補償水晶発振器を実現することができる。
In particular, it is known that the frequency-temperature characteristics of an AT-cut crystal resonator exhibit extremely good characteristics of an approximate cubic curve over a wide temperature range, and an AT-cut crystal resonator is used as the
電圧制御発振回路220は、入力電圧に応じて圧電振動子210の負荷容量を変化させることにより、圧電振動子210を入力電圧に応じた周波数で発振させて発振信号201を生成し、外部に出力する。
The voltage controlled
不揮発性メモリー250には、周波数調整データ252と温度補償データ254が記憶されている。
The nonvolatile memory 250 stores
周波数調整データ252は、基準温度(例えば25℃)において発振信号201の周波数(発振周波数)が所望の周波数(公称周波数)になるように圧電振動子210の負荷容量を調整するためのデータである。例えば、圧電発振器200の検査工程等において、基準温度(例えば25℃)における圧電振動子210の発振周波数が所望の周波数(公称周波数)になるように周波数調整データ252を調整し、調整後の周波数調整データ252を不揮発性メモリー250に書き込む。これにより圧電振動子210の基準温度(例えば25℃)における周波数のばらつきを吸収することができる。
The
温度補償データ254は、圧電振動子210の周波数温度特性を補償して、発振信号201の周波数(発振周波数)を温度に関係なくほぼ一定の周波数にするためのデータである。具体的には、温度補償データ254は、圧電振動子210の周波数温度特性を表す曲線を特定するためのパラメーターである。例えば、圧電振動子210がATカット水晶振動子であれば、周波数偏差Δf/fは3次曲線によって近似され、この3次曲線に対応する3次関数は次の式(1)のように表すことができる。式(1)において、fは公称周波数、Δfは周波数誤差、Tは温度変数、t0は基準温度(例えば25℃)を示す。
The
式(1)は係数A3、A1、定数A0及び基準温度t0によって特定することができるので、係数A3、A1、定数A0及び基準温度t0を温度補償データ254とすることができる。
Equation (1) is a coefficient A 3, A 1, it is possible to identify the constants A 0 and the reference temperature t 0, and the coefficient A 3, A 1,
例えば、圧電発振器200の検査工程等において、本実施形態の周波数温度特性測定システムを用いて圧電振動子210の周波数温度特性を測定し、この測定データから温度補償データ254を作成して不揮発性メモリー250に書き込む。これにより圧電振動子210の周波数温度特性のばらつきを吸収することができる。
For example, in the inspection process of the
温度センサー240は、圧電振動子210の近傍に配置され、温度に応じた電圧202を出力する。この温度センサー240の出力電圧202は外部に出力できるように構成されている。温度センサー50は、例えば、電気抵抗の変化として温度変化を捉えるサーミスターによって実現することができる。
The
温度補償電圧発生回路230は、温度補償データ254と温度センサー240の出力電圧202に基づいて、圧電振動子210の周波数温度特性を補償する温度補償電圧を発生させる。
The temperature compensation
制御回路260は、外部装置からの制御データ173に従って、スイッチ回路262、264の開閉制御や不揮発性メモリー250に対して周波数調整データ252や温度補償データ254をリード/ライトする処理などを行う。
The
スイッチ回路262は、温度補償電圧発生回路230の出力と電圧制御発振回路220の入力の間に配置されており、スイッチ回路262の開閉により、温度補償電圧発生回路230の出力電圧(温度補償電圧)を電圧制御発振回路220に供給するか否かを選択することができるようになっている。
The
スイッチ回路264は、外部の電圧供給源と電圧制御発振回路220の入力の間に配置されており、スイッチ回路264の開閉により、外部装置から供給される一定の制御電圧172を電圧制御発振回路220に供給するか否かを選択することができるようになっている。
The
スイッチ回路262の開閉とスイッチ回路264の開閉は排他的に行われ、電圧制御発振回路220には、通常動作時(通常モード)は温度補償電圧発生回路230の出力電圧(温度補償電圧)が供給され、圧電振動子210の周波数温度特性の測定時(テストモード)は制御電圧172が供給される。
The
従って、通常モードでは、電圧制御発振回路220は、温度補償電圧発生回路230の出力電圧(温度補償電圧)に応じて負荷容量を変化させることにより、ほぼ一定の周波数の発振信号201を生成する。一方、テストモードでは、電圧制御発振回路220は、一定の制御電圧172に応じた負荷容量を選択し、圧電振動子210の周波数温度特性に応じた周波数の発振信号201を生成する。
Therefore, in the normal mode, the voltage-controlled
インターフェース(I/F)回路270は、外部装置と制御回路260の間のインターフェース処理を行う。例えば、インターフェース(I/F)回路270は、外部装置から制御データ173を受け取って制御回路260に転送する処理や、制御回路260が不揮発性メモリー250から読み出したメモリーデータ203(周波数調整データ252や温度補償データ254)を受け取って外部装置に転送する処理を行う。
The interface (I / F)
また、例えば、図3(B)に示すように、本実施形態の測定対象の圧電発振器200は、圧電振動子210、発振回路280、温度センサー240、不揮発性メモリー250、制御回路260、インターフェース(I/F)回路270を含んで構成される圧電発振器であってもよい。
For example, as shown in FIG. 3B, the
図3(B)における圧電振動子210と温度センサー240は、図3(A)と同じであるため、その説明を省略する。
The
発振回路280は、圧電振動子210を発振させて発振信号201を生成し、外部に出力する。
The
不揮発性メモリー250には、周波数調整データ252と周波数温度特性データ256が記憶されている。周波数調整データ252は、図3(A)と同じであるため、その説明を省略する。
The nonvolatile memory 250 stores
周波数温度特性データ256は、温度値(又は温度センサー202の出力電圧)と発振周波数の対応関係を表すデータ(対応テーブル)である。例えば、圧電発振器200の検査工程等において周波数温度特性を測定し、この測定データを周波数温度特性データ256に変換して不揮発性メモリー250に書き込む。
The frequency-temperature
制御回路260は、外部装置からの制御データ173に従って、不揮発性メモリー250に対して周波数調整データ252や周波数温度特性データ256をリード/ライトする処理などを行う。
The
インターフェース(I/F)回路270は、外部装置と制御回路260の間のインターフェース処理を行う。すなわち、インターフェース(I/F)回路270は、外部装置から制御データ173を受け取って制御回路260に転送する処理や、制御回路260が不揮発性メモリー250から読み出したメモリーデータ203(周波数調整データ252や周波数温度特性データ256)を受け取って外部装置に転送する処理を行う。
The interface (I / F)
この圧電発振器200に対して、不揮発性メモリー250に記憶されている周波数温度特性データ256をメモリーデータ203として外部から読み出すことで、圧電振動子210の周波数温度特性を表す曲線を特定する各係数を算出することができる。これにより、圧電発振器200の外部で、発振周波数の温度補償を行うことができる。
By reading out the frequency temperature
なお、図3(A)と図3(B)に示す圧電発振器200は、圧電振動子210を水晶振動子にすれば、それぞれTCXOとTSXOになる。
The
3.周波数温度特性測定システムの具体的構成
図4は、本実施形態の周波数温度特性測定システムの具体的構成の一例を示す図である。本実施形態の周波数温度特性測定システム100は、パーソナルコンピューター(PC)110、周波数カウンター120、デジタルマルチメーター(DMM)130、恒温槽(温度チャンバー)140、ダウンコンバーター150、電源160、インターフェース回路170を含んで構成されている。
3. Specific Configuration of Frequency Temperature Characteristic Measurement System FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the frequency temperature characteristic measurement system of the present embodiment. The frequency temperature characteristic measuring system 100 of this embodiment includes a personal computer (PC) 110, a
PC110、周波数カウンター120、デジタルマルチメーター(DMM)130、恒温槽140は、それぞれ、図1及び図2の測定制御部10、周波数測定部20、温度測定部30、温度調整部40に対応する。また、ダウンコンバーター150は、図2の周波数変換部50に対応する。
The
PC110は、周波数カウンター120やデジタルマルチメーター(DMM)130とGPIB(General Purpose Interface Bus)で接続されており、GPIBインターフェース(GPIB−I/F)111を介して周波数カウンター120やデジタルマルチメーター(DMM)130の動作を制御し、測定用の各種設定(測定時間の設定等)や測定データの取得などを行うことができる。また、PC110と電源160をGPIBで接続し、PC110がGPIB−I/F111を介して電源160の出力電圧を制御できるように構成してもよい。
The
また、PC110は、デジタルI/O112を介して周波数カウンター120とデジタルマルチメーター(DMM)130に測定開始信号113を同時に送信し、周波数カウンター120とデジタルマルチメーター(DMM)130にそれぞれ周波数測定と電圧測定の開始を指示する。
The
また、PC110は、デジタルI/O112を介して、ダウンコンバーター150に制御データ114を送信し、ダウンコンバーター150の周波数設定等の処理を行う。
Further, the
また、PC110は、デジタルI/O112を介して恒温槽140に制御データ116を送信し、恒温槽140の内部の雰囲気温度の設定等の処理を行う。
In addition, the
なお、PC110を、ダウンコンバーター150や恒温槽140とGPIBで接続し、GPIB−I/F111を介してダウンコンバーター150や恒温槽140を制御するようにしてもよい。
Note that the
恒温槽140の中には、図3(A)又は図3(B)に示した測定対象の圧電発振器200が設置されており、圧電発振器200は、インターフェース回路170を介して、PC110のデジタルI/O112、電源160、周波数カウンター120、デジタルマルチメーター(DMM)130及びダウンコンバーター150と接続されている。
In the thermostatic chamber 140, the
インターフェース回路170は、PC110のデジタルI/O112から受け取った制御データ115を図3(A)及び図3(B)に示した制御データ173に変換して圧電発振器200に送信する。例えば、この制御データ173により、図3(A)の圧電発振器200の内部のスイッチ回路262と264をそれぞれオフとオンにしてテストモードにすることで、圧電振動子210の周波数温度特性(温度補償前の圧電発振器200の周波数温度特性)の測定が可能になる。また、例えば、この制御データ173により、図3(A)の圧電発振器200の内部のスイッチ回路262と264をそれぞれオンとオフにして通常モードにすることで、温度補償後の圧電発振器200の周波数温度特性の測定が可能になる。
The
また、インターフェース回路170は、電源160が発生させる直流電源電圧161と制御電圧162を、それぞれ直流電源電圧171と図3(A)に示した制御電圧172として圧電発振器200に供給する。直流電源電圧171は、圧電発振器200の各回路を動作させるための電源電圧(図3(A)及び図3(B)では図示していない)になる。
The
また、インターフェース回路170は、圧電発振器200の内部の温度センサー240の出力電圧202を受け取り、入力電圧175としてデジタルマルチメーター(DMM)130に供給する。デジタルマルチメーター(DMM)130は、測定開始信号113を受け取って、設定された測定時間で入力電圧175の電圧値の平均値を測定し、測定データ131をGPIBを介してPC110に送信する。
The
また、インターフェース回路170は、圧電発振器200が出力する発振信号201(図3(A)及び図3(B)に示した発振信号201)を受け取り、発振信号174としてダウンコンバーター150に送信する。ダウンコンバーター150は、発振信号174を、設定値に応じた周波数の発振信号156にダウンコンバートし、周波数カウンター120に送信する。
Further, the
周波数カウンター120は、測定開始信号113を受け取って、設定された測定時間(ゲートタイム)で発振信号156の周波数の平均値を測定し、測定データ121をGPIBを介してPC110に送信する。周波数カウンター120は、発振信号156に対して、測定時間(ゲートタイム)におけるパルス数をカウントし、カウント結果を周波数に変換して出力する直接計数方式の周波数カウンター(ダイレクトカウンター)として構成されていてもよいし、発振信号156の周期の整数倍の測定時間(ゲートタイム)を正確な内部クロックでカウントして測定し、その逆数から周波数を計算して出力するレシプロカル方式の周波数カウンター(レシプロカルカウンター)として構成されていてもよい。
The
このように、圧電発振器200が出力する発振信号201をダウンコンバートしてから周波数を測定することで、測定時間(ゲートタイム)を変えずに周波数測定の分解能を向上させることができる。例えば、周波数カウンター120の測定桁数が一定であれば、発振信号201を1/1000の周波数にダウンコンバートしてから周波数を測定することで測定時間(ゲートタイム)を変えずに周波数分解能を1000倍に向上させることができる。
Thus, by measuring the frequency after down-converting the
図5(A)は、ダウンコンバーター150の構成例を示す図である。このダウンコンバーター150は、OCXO(Oven Control X'tal Oscillator)151、ダイレクトディジタルシンセサイザー(DDS:Direct Digital Synthesizer)152、フィルター153、ミキサー154、フィルター155を含んで構成されている。
FIG. 5A is a diagram illustrating a configuration example of the
OCXO151は、所定温度(例えば90℃)で発振周波数の温度特性が平坦になるSCカット水晶振動子をオーブンの中に入れて当該所定温度で一定になるように加熱することにより、極めて高い周波数精度の基準クロック信号を出力する。
The
DDS152は、図4のPC110からの制御データ114により設定された周波数設定値に応じて、OCXO151が出力する基準クロック信号を周波数変換した信号を生成する。この周波数設定値は、DDS152の出力信号の周波数と圧電発振器200の公称周波数の差が所望の周波数付近になるように、圧電発振器200の公称周波数に応じて変更される。
The
フィルター153は、DDS152の出力信号を通過させるバンドパスフィルター(BPF:Bandpass Filter)であり、共振回路を用いたフィルターやアクティブフィルター等で実現することができる。DDS152の出力信号の周波数は圧電発振器200の公称周波数に応じて変わるので、汎用性を持たせるためにはフィルター153の通過帯域を広くする必要がある。
The
ミキサー154は、フィルター153の出力信号と図4の発振信号174を混合(ミキシング)し、これら2つの信号の周波数の和に相当する周波数の発振信号(和信号)とこれら2つの信号の周波数の差に相当する周波数の発振信号(差信号)を生成する。ミキサー154は、例えば、二重平衡変調器(DBM:Double Balanced Mixer)で実現することができる。圧電発振器200の公称周波数によって和信号の周波数は変わるが、差信号の周波数はほぼ一定である。
The mixer 154 mixes (mixes) the output signal of the
フィルター155は、差信号の周波数が通過帯域に含まれるとともに、和信号の周波数が阻止帯域に含まれるバンドパスフィルター(BPF)又はローパスフィルター(LPF:Lowpass Filter)であり、共振回路によるフィルター、アクティブフィルター、デジタルフィルター等で実現することができる。このフィルター155の出力信号が図4の発振信号156になる。発振信号156のS/N比をできるだけ向上させるためには、ミキサー154において広帯域にわたって複雑に混合されたスプリアスノイズをできるだけ減衰させることが重要である。そのため、フィルター155はできるだけ峡帯域のバンドパスフィルターとして構成するのが望ましい。
The
図5(B)は、ダウンコンバーター150の他の構成例を示す図である。このダウンコンバーター150は、図5(A)と同じく、OCXO151、DDS152、フィルター153、ミキサー154、フィルター155を含んで構成されている。
FIG. 5B is a diagram illustrating another configuration example of the
DDS152は、図4のPC210からの制御データ114により設定された周波数設定値に応じて、図4の発振信号174を周波数変換した信号を生成する。この周波数設定値は、DDS152の出力信号の周波数が所望の周波数付近になるように、圧電発振器200の公称周波数に応じて変更される。
The
フィルター153は、DDS152の出力信号を通過させるバンドパスフィルター(BPF)である。DDS152の出力信号の周波数は圧電発振器200の発振周波数によらず常に所望の周波数付近になるので、フィルター153の通過帯域を狭くすることができる。
The
ミキサー154は、フィルター153の出力信号とOCXO151の基準クロック信号を混合(ミキシング)し、これら2つの信号の周波数の和に相当する周波数の発振信号(和信号)とこれら2つの信号の周波数の差に相当する周波数の発振信号(差信号)を生成する。圧電発振器200の公称周波数によらず、和信号の周波数も差信号の周波数もそれぞれほぼ一定である。
The mixer 154 mixes (mixes) the output signal of the
フィルター155は、差信号の周波数が通過帯域に含まれるとともに、和信号の周波数が阻止帯域に含まれるバンドパスフィルター(BPF)又はローパスフィルター(LPF)であり、このフィルター155の出力信号が図4の発振信号156になる。
The
図5(B)のダウンコンバーターでは、フィルター153の通過帯域を狭くすることができるので、DDS152の内部で広帯域に発生するスプリアスノイズをフィルター153により効果的に減衰させることができる。従って、図5(B)のダウンコンバーターでは、図5(A)のダウンコンバーターと比較して発振信号156のS/N比を向上させることができる。
In the down converter of FIG. 5B, since the pass band of the
4.周波数温度特性測定システムの測定動作
次に、本実施形態の周波数温度特性測定システムの測定動作のタイミングについて図6を用いて説明する。図6は、本実施形態の周波数温度特性測定システムの測定動作のタイミングの一例を示す図である。
4). Measurement Operation of Frequency Temperature Characteristic Measurement System Next, the timing of the measurement operation of the frequency temperature characteristic measurement system of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the timing of the measurement operation of the frequency temperature characteristic measurement system of the present embodiment.
まず、時刻t1〜t2において、PC110が、デジタルI/O112を介して恒温槽140に制御データ116を送信し、恒温槽140の内部の雰囲気温度の設定を行う。時刻t2から暫くの間は恒温槽140の雰囲気温度が急激に変化する。
First, at time t 1 to t 2 , the
恒温槽140の雰囲気温度がほぼ一定になった後、時刻t3〜t4において、PC110が、デジタルI/O112を介して周波数カウンター120とデジタルマルチメーター(DMM)130に測定開始信号113を同時に送信する。
After the atmospheric temperature of the thermostatic chamber 140 becomes substantially constant, the
周波数カウンター120とデジタルマルチメーター(DMM)130は、測定開始信号113を受け取って、時刻t4〜t5において、発振信号156の周波数と入力電圧175の電圧値をそれぞれ同時に測定する。
The
時刻t5〜t6において、周波数カウンター120は、GPIBを介してPC110に周波数測定データ121を送信し、PC110が周波数測定データ121を取得する。
At times t 5 to t 6 , the
時刻t6〜t7において、デジタルマルチメーター(DMM)130は、GPIBを介してPC110に電圧測定データ131を送信し、PC110が電圧測定データ131を取得する。
At times t 6 to t 7 , the digital multimeter (DMM) 130 transmits the
この時刻t1〜t7の期間で1つの設定温度における測定処理が終了する。複数の異なる設定温度で時刻t1〜t7と同様の測定処理を繰り返すことで、複数の電圧測定データ131と複数の周波数測定データ121を取得することができる。複数の設定温度で取得した複数の電圧測定データ131と複数の周波数測定データ121に基づいて圧電振動子210の温度と発振周波数の対応関係を算出し、温度補償データ254又は周波数温度特性データ256を作成することができる。この温度補償データ254又は周波数温度特性データ256は、PC110からインターフェース回路170を介して圧電発振器200の不揮発性メモリー250に書き込まれる。
Measuring process at one temperature setting is completed in the period of the time t 1 ~t 7. A plurality of
このように、本実施形態の周波数温度特性測定システムでは、周波数カウンター120による周波数測定とデジタルマルチメーター(DMM)130による電圧測定を測定開始信号113によって同期させる。これにより、周波数カウンター120による周波数測定とデジタルマルチメーター(DMM)130による電圧測定が時刻t4で同時に開始する。また、本実施形態の周波数温度特性測定システムでは、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvをともに同じ時間(t5−t4)に設定している。この周波数測定時間tfと電圧測定時間tvはなるべく短時間であることが望ましい。
As described above, in the frequency temperature characteristic measurement system of this embodiment, the frequency measurement by the
図7(A)及び図7(B)は、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvを極めて短時間に設定し、2つの異なる設定温度T1とT2で周波数測定と電圧測定を行う場合の例を示す図である。図7(A)に示すように、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvを極めて短時間に設定し、恒温槽140の設定温度をT1にして測定を行った後、恒温槽140の設定温度をT1からT2に切り替えて同様の測定を行っている。図7(B)は、図7(A)の丸で囲んだ部分(設定温度T2における測定)を拡大した図である。図7(B)に示すように、恒温槽140の雰囲気温度(圧電発振器200の温度)は設定温度T2付近で揺らいでいる。しかしながら、本実施形態によれば、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvが一致するため、周波数測定時の実際の温度の平均値T2cに応じた電圧値を測定することができる。さらに、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvが極めて短時間であるため、図10(B)に示した従来手法と比較して、周波数測定と電圧測定を行っている間の温度変動の幅を格段に小さくすることができる。この温度変動の幅を数m℃に抑えることも可能であり、ppbオーダーの周波数分解能が要求される測定にも対応することができる。逆に言えば、周波数測定時間tfにおける温度変動に起因する圧電発振器200(圧電振動子210)の発振周波数の変動幅が、周波数測定に要求される周波数分解能の範囲内に収まる範囲で、できるだけ短い周波数測定時間tfを設定すればよい。 FIGS. 7 (A) and 7 (B) is set to an extremely short time frequency measuring time t f and the voltage measurement time t v, in the case of performing frequency measurement and voltage measurement at two different set temperatures T1 and T2 It is a figure which shows an example. As shown in FIG. 7 (A), is set in a very short time the frequency measuring time t f and the voltage measurement time t v, after the set temperature of the constant temperature bath 140 was measured in the T1, setting the constant temperature bath 140 The same measurement is performed by switching the temperature from T1 to T2. FIG. 7B is an enlarged view of a circled portion (measurement at the set temperature T2) in FIG. 7A. As shown in FIG. 7B, the ambient temperature of the thermostatic chamber 140 (the temperature of the piezoelectric oscillator 200) fluctuates in the vicinity of the set temperature T2. However, according to this embodiment, since the frequency measuring time t f and the voltage measurement time t v match, it is possible to measure the voltage according to the value T2c of the actual temperature during frequency measurement. Furthermore, since the frequency measuring time t f and the voltage measurement time t v is very short, as compared with the conventional technique shown in FIG. 10 (B), the temperature variation while performing frequency measurement and voltage measurement The width can be significantly reduced. The width of this temperature fluctuation can be suppressed to several m ° C., and it can cope with a measurement that requires a frequency resolution of ppb order. Conversely, the variation width of the oscillation frequency of the piezoelectric oscillator 200 (piezoelectric vibrator 210) due to temperature variations in the frequency measurement time t f is in a range falling within the range of the frequency resolution required to frequency measurement, as much as possible it may be set short frequency measurement time t f.
なお、電圧測定値から換算される温度は設定温度T2からずれた温度T2cになっているが、そもそも周波数測定時の正確な温度がわかりさえすれば正確な温度補償係数を算出することができるので特に問題は生じない。 The temperature converted from the voltage measurement value is a temperature T2c that deviates from the set temperature T2, but an accurate temperature compensation coefficient can be calculated as long as the exact temperature at the time of frequency measurement is known. There is no particular problem.
さらに、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvは、電源160を駆動する不図示の交流電源(例えば、50Hzや60Hz)の周期の整数倍であることが望ましい。圧電発振器200に供給される直流電源電圧161(171)は、電源160の内部で交流電圧を直流電圧に変換して発生させているが、この交流電圧信号が僅かながら直流電源電圧161(171)に重畳される。圧電発振器200の内部にある温度センサー240もこの直流電源電圧171で動作するので、温度センサー240の出力電圧202にも交流電圧信号が重畳される。そのため、図8(A)に示すように、デジタルマルチメーター(DMM)130の入力電圧175にも交流電圧信号が重畳される。電圧測定時間tvを交流電源の電源周期のN(整数)倍に設定することで、交流成分が積分されてキャンセルされる。なお、図8(B)に示すように、電圧測定時間tvの開始点は交流成分の0クロス点と一致させる必要はなく、電圧測定時間tvが交流電源の電源周期のN(整数)倍であればよい。
Furthermore, the frequency measurement time t f and the voltage measurement time t v the AC power source (not shown) for driving the power supply 160 (e.g., 50 Hz or 60Hz) is preferably an integral multiple of the period of the. The DC power supply voltage 161 (171) supplied to the
同様に、圧電発振器200が出力する発振信号201に交流電圧信号が重畳され、周波数カウンター120に入力される発振信号156にも交流電圧信号が重畳される。周波数測定時間tfを交流電源の電源周期のN(整数)倍に設定することで、交流成分をキャンセルして周波数測定を行うことができる。
Similarly, an AC voltage signal is superimposed on the
例えば、交流電源の電源周期が50Hzであれば、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvをともに、20ms(=1/50Hz)の整数倍にすればよい。特に、周波数測定時間tfと電圧測定時間tvをともに電源周期と等しくすることで、測定中の電源ノイズの影響を最小にすることができる。 For example, if the power supply period of the AC power supply is 50 Hz, the frequency measurement time t f and the voltage measurement time t v together, it may be an integer multiple of 20ms (= 1 / 50Hz). In particular, by equal to both power supply cycle frequency measurement time t f and the voltage measurement time t v, the effect of power source noise in the measurement can be minimized.
5.周波数温度特性測定システムの処理手順
図9は、本実施形態の周波数温度特性測定システムの処理手順の一例を示すフローチャート図である。
5. Processing Procedure of Frequency Temperature Characteristic Measurement System FIG. 9 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the frequency temperature characteristic measurement system of the present embodiment.
まず、圧電発振器200の周波数温度特性を測定するための各種初期設定を行う(ステップS10)。すなわち、電源160の初期設定を行い、直流電源電圧161や必要に応じて制御電圧162を発生させる。また、PC110から、周波数カウンター120やデジタルマルチメーター(DMM)130の初期設定(測定時間(ゲートタイム)の設定等)やダウンコンバーター150の初期設定(DDS152の周波数設定等)を行う。さらに、PC110から、図3(A)の圧電発振器200をテストモード又は通常モードのいずれかに設定する。
First, various initial settings for measuring the frequency temperature characteristics of the
次に、PC110から恒温槽140の雰囲気温度を最初の測定対象温度に設定する(ステップS20)。
Next, the atmospheric temperature of the thermostatic chamber 140 is set from the
次に、ステップS20で温度設定をしてから所定時間が経過した後(ステップS30でYの場合)、PC110から測定開始信号113を送信する(ステップS40)。
Next, after a predetermined time has elapsed since the temperature was set in step S20 (in the case of Y in step S30), the
次に、周波数カウンター120とデジタルマルチメーター130が測定開始信号113を受け取って、周波数測定と電圧測定を同時に開始する(ステップS50)。
Next, the
次に、周波数測定と電圧測定が終了した後(ステップS60でYの場合)、PC110は、周波数カウンター120から周波数測定データ121を取得し(ステップS70)、さらにデジタルマルチメーター130から電圧測定データ131を取得する(ステップS80)。ここで、周波数測定と電圧測定が終了したか否かの判断は、例えば、測定時間(ゲートタイム)が経過しか否かで判断してもよいし、周波数カウンター120とデジタルマルチメーター130が測定終了時に測定終了信号をPC110に送信するようにしてPC110が測定終了信号を受け取ったか否かで判断してもよい。また、PC110が周波数測定データ121を取得するステップS70とPC110が電圧測定データ131を取得するステップS80の順序は逆でもよい。
Next, after the frequency measurement and the voltage measurement are completed (in the case of Y in step S60), the
すべての測定対象温度での周波数測定と電圧測定がまだ終了していなければ(ステップS90でNの場合)、PC110から恒温槽140の雰囲気温度を次の測定対象温度に設定し(ステップS100)、ステップS30〜S80の処理(周波数測定と電圧測定)を行う。
If frequency measurement and voltage measurement at all measurement target temperatures are not yet completed (in the case of N in step S90), the ambient temperature of the thermostat 140 is set from the
すべての測定対象温度で周波数測定と電圧測定が終了するまで以上の処理を繰り返し、各測定対象温度での周波数測定データと電圧測定データを得ることができる。そして、これらの周波数測定データと電圧測定データを用いて、温度補償データ254や周波数温度特性データ256を作成したり、温度補償後の周波数温度特性を検査したりすることができる。
The above processing is repeated until frequency measurement and voltage measurement are completed at all measurement target temperatures, and frequency measurement data and voltage measurement data at each measurement target temperature can be obtained. Then, using these frequency measurement data and voltage measurement data, it is possible to create
以上に説明した本実施形態によれば、圧電発振器の発振周波数の測定と温度の測定を同期して行うので、周波数測定時の実際の温度と温度測定結果のずれを小さくすることができる。従って、厳密な温度管理を必要とせずに高い精度で周波数温度特性を測定可能である。 According to the present embodiment described above, since the measurement of the oscillation frequency of the piezoelectric oscillator and the measurement of the temperature are performed in synchronization, the deviation between the actual temperature and the temperature measurement result at the time of frequency measurement can be reduced. Therefore, the frequency temperature characteristic can be measured with high accuracy without requiring strict temperature control.
特に、周波数測定と電圧測定(温度測定)とを同時に同じ測定時間で行うことで、周波数測定時の実際の温度と温度測定結果のずれを無くすことができるので、周波数温度特性の測定精度をさらに高めることができる。 In particular, by performing frequency measurement and voltage measurement (temperature measurement) at the same measurement time at the same time, it is possible to eliminate the deviation between the actual temperature and the temperature measurement result at the time of frequency measurement. Can be increased.
さらに、本実施形態によれば、周波数測定と電圧測定(温度測定)とを極めて短時間に行うことで測定中の温度変動を非常に小さくすることができるので、温度が厳密に一定になるまで待たなくても測定精度を維持することができる。すなわち、温度設定を変更してからの測定待ち時間を短縮することができる(場合によっては測定待ち時間がなくてもよい)ので、トータルの測定時間を短縮し、低コスト化に寄与することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, the frequency fluctuation during measurement and the voltage measurement (temperature measurement) can be performed in a very short time, so that the temperature fluctuation during the measurement can be made very small, so that the temperature becomes strictly constant. Measurement accuracy can be maintained without waiting. In other words, the measurement waiting time after changing the temperature setting can be shortened (in some cases, there is no need for the measurement waiting time), so the total measurement time can be shortened and the cost can be reduced. it can.
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。 In addition, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention.
例えば、デジタルマルチメーター(DMM)130は、圧電発振器200の内部の温度センサー240の出力電圧の代わりに、圧電発振器200の近傍に設置された温度センサー(例えば、恒温槽140の内部に設置された温度センサー)の出力電圧を測定するようにしてもよい。
For example, the digital multimeter (DMM) 130 is installed in the temperature sensor (for example, inside the thermostatic chamber 140) installed in the vicinity of the
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1 周波数温度特性測定システム、2 圧電発振器、3 温度センサー、10 測定制御部、12 測定開始信号、20 周波数測定部、30 温度測定部、40 温度調整部、50 周波数変換部、52 発振信号、100 周波数温度特性測定システム、110 パーソナルコンピューター(PC)、111 GPIB−I/F、112 デジタルI/O、113 測定開始信号、114,115,116 制御データ、120 周波数カウンター、121 周波数測定データ、130 デジタルマルチメーター、131 電圧測定データ、140 恒温槽、150 ダウンコンバーター、151 OCXO、152 ダイレクトディジタルシンセサイザー(DDS)、153 フィルター、154 ミキサー、155 フィルター、156 発振信号、160 電源、161 直流電源電圧、162 制御電圧、170 インターフェース回路、171 直流電源電圧、172 制御電圧、173 制御データ、200 圧電発振器、201 発振信号、202 温度センサーの出力電圧、203 メモリーデータ、210 圧電振動子、220 電圧制御発振回路、230 温度補償電圧発生回路、240 温度センサー、250 不揮発性メモリー、252 周波数調整データ、254 温度補償データ、256 周波数温度特性データ、260 制御回路、262,264 スイッチ回路、270 インターフェース(I/F)回路、280 発振回路 1 frequency temperature characteristic measurement system, 2 piezoelectric oscillator, 3 temperature sensor, 10 measurement control unit, 12 measurement start signal, 20 frequency measurement unit, 30 temperature measurement unit, 40 temperature adjustment unit, 50 frequency conversion unit, 52 oscillation signal, 100 Frequency temperature characteristic measurement system, 110 personal computer (PC), 111 GPIB-I / F, 112 digital I / O, 113 measurement start signal, 114, 115, 116 control data, 120 frequency counter, 121 frequency measurement data, 130 digital Multimeter, 131 Voltage measurement data, 140 Temperature chamber, 150 Down converter, 151 OCXO, 152 Direct digital synthesizer (DDS), 153 filter, 154 mixer, 155 filter, 156 oscillation signal, 1 0 power supply, 161 DC power supply voltage, 162 control voltage, 170 interface circuit, 171 DC power supply voltage, 172 control voltage, 173 control data, 200 piezoelectric oscillator, 201 oscillation signal, 202 output voltage of temperature sensor, 203 memory data, 210 piezoelectric Resonator, 220 Voltage control oscillation circuit, 230 Temperature compensation voltage generation circuit, 240 Temperature sensor, 250 Non-volatile memory, 252 Frequency adjustment data, 254 Temperature compensation data, 256 Frequency temperature characteristic data, 260 Control circuit, 262, 264 Switch circuit 270 interface (I / F) circuit, 280 oscillator circuit
Claims (11)
前記振動デバイスの温度を調整する温度調整部と、
前記振動デバイスの温度を測定する温度測定部と、
前記振動デバイスの発振周波数を測定する周波数測定部と、
前記温度測定部による温度測定と前記周波数測定部による周波数測定とを同期させる測定制御部と、
を備え、
前記測定制御部は、前記温度測定と前記周波数測定とが同じ測定時間で行われるように前記温度測定部と前記周波数測定部を制御する、振動デバイスの周波数温度特性の測定システム。 A frequency temperature characteristic measurement system for a vibration device that measures frequency temperature characteristics by oscillating a vibration device at a plurality of different temperatures,
A temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the vibrating device;
A temperature measuring unit for measuring the temperature of the vibrating device;
A frequency measuring unit for measuring the oscillation frequency of the vibrating device;
A measurement control unit for synchronizing the temperature measurement by the temperature measurement unit and the frequency measurement by the frequency measurement unit;
With
The measurement control unit, the temperature measuring and said frequency measurement to control said frequency measuring unit and the temperature measuring unit as is done in the same measurement time, the measurement system of the frequency temperature characteristic of the vibrating device.
前記振動デバイスの温度を調整する温度調整部と、
前記振動デバイスの温度を測定する温度測定部と、
前記振動デバイスの発振周波数を測定する周波数測定部と、
前記温度測定部による温度測定と前記周波数測定部による周波数測定とを同期させる測定制御部と、
を備え、
前記温度測定部の測定時間と前記周波数測定部の測定時間は、ともに、前記測定システムに接続している交流電源の周期の整数倍である、振動デバイスの周波数温度特性の測定システム。 A frequency temperature characteristic measurement system for a vibration device that measures frequency temperature characteristics by oscillating a vibration device at a plurality of different temperatures,
A temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the vibrating device;
A temperature measuring unit for measuring the temperature of the vibrating device;
A frequency measuring unit for measuring the oscillation frequency of the vibrating device;
A measurement control unit for synchronizing the temperature measurement by the temperature measurement unit and the frequency measurement by the frequency measurement unit;
With
Both the measurement time of the temperature measuring unit and the measurement time of the frequency measuring unit are integral multiples of the period of the AC power supply connected to the measurement system, and the frequency temperature characteristic measurement system of the vibration device.
前記温度測定部は、前記測定開始信号を受け取ることにより前記温度測定を開始し、
前記周波数測定部は、前記測定開始信号を受け取ることにより前記周波数測定を開始する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の振動デバイスの周波数温度特性の測定システム。 The measurement control unit simultaneously transmits one measurement start signal to the temperature measurement unit and the frequency measurement unit,
The temperature measurement unit starts the temperature measurement by receiving the measurement start signal,
Wherein the frequency measurement unit, the starts frequency measurement by receiving the measurement start signal, the measurement system of the frequency temperature characteristic of the vibration device according to any one of claims 1 to 4.
前記周波数測定部は、前記周波数変換部が変換した後の前記発振信号の周波数を測定する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の振動デバイスの周波数温度特性の測定システム。 A frequency converter that converts the oscillation signal of the vibration device into an oscillation signal having a frequency lower than the oscillation frequency;
6. The frequency temperature characteristic measurement system for a vibrating device according to claim 1, wherein the frequency measurement unit measures the frequency of the oscillation signal after the frequency conversion unit converts the frequency.
前記振動デバイスの発振信号を第1周波数付近の周波数の発振信号に変換するダイレクトディジタルシンセサイザーと、
前記第1周波数付近の周波数が通過帯域に含まれるバンドパス特性を有し、前記ダイレクトディジタルシンセサイザーの出力信号が入力される第1のフィルターと、
前記バンドパスフィルターの出力信号と第2周波数の基準クロック信号を混合するミキサーと、
前記第1周波数と前記第2周波数の差付近の周波数が通過帯域に含まれるとともに、前記第1周波数と前記第2周波数の和付近の周波数が阻止帯域に含まれるバンドパス特性又はローパス特性を有し、前記ミキサーの出力信号が入力される第2のフィルターと、
を備えている請求項6に記載の振動デバイスの周波数温度特性の測定システム。 The frequency converter is
A direct digital synthesizer that converts an oscillation signal of the vibration device into an oscillation signal having a frequency near a first frequency;
A first filter having a bandpass characteristic in which a frequency in the vicinity of the first frequency is included in a passband, and to which an output signal of the direct digital synthesizer is input;
A mixer for mixing the output signal of the bandpass filter and a reference clock signal of a second frequency;
A frequency near the difference between the first frequency and the second frequency is included in the pass band, and a frequency near the sum of the first frequency and the second frequency is included in the stop band. A second filter to which the output signal of the mixer is input;
The frequency temperature characteristic measurement system for a vibrating device according to claim 6.
前記振動デバイスの温度を調整する温度調整ステップと、
前記振動デバイスの温度を測定する温度測定ステップと、
前記振動デバイスの発振周波数を測定する周波数測定ステップと、
前記温度測定ステップにおける温度測定と前記周波数測定ステップにおける周波数測定とを同期させる測定制御ステップと、
を含み、
前記測定制御部ステップでは、前記温度測定と前記周波数測定とが同じ測定時間で行われるように制御する、振動デバイスの周波数温度特性の測定方法。 A method for measuring a frequency temperature characteristic of a vibrating device that oscillates the vibrating device at a plurality of different temperatures and measures a frequency temperature characteristic,
A temperature adjustment step of adjusting the temperature of the vibrating device,
A temperature measuring step for measuring the temperature of the vibrating device;
A frequency measuring step for measuring an oscillation frequency of the vibrating device;
A measurement control step for synchronizing the temperature measurement in the temperature measurement step and the frequency measurement in the frequency measurement step;
Only including,
In the measurement control unit step, the frequency temperature characteristic measurement method of the vibration device is controlled such that the temperature measurement and the frequency measurement are performed in the same measurement time .
前記振動デバイスの温度を調整する温度調整ステップと、 A temperature adjusting step for adjusting the temperature of the vibrating device;
前記振動デバイスの温度を測定する温度測定ステップと、 A temperature measuring step for measuring the temperature of the vibrating device;
前記振動デバイスの発振周波数を測定する周波数測定ステップと、 A frequency measuring step for measuring an oscillation frequency of the vibrating device;
前記温度測定ステップにおける温度測定と前記周波数測定ステップにおける周波数測定とを同期させる測定制御ステップと、 A measurement control step for synchronizing the temperature measurement in the temperature measurement step and the frequency measurement in the frequency measurement step;
を含み、Including
前記温度測定ステップでの測定時間と前記周波数測定ステップでの測定時間は、ともに、前記測定方法で使用される交流電源の周期の整数倍である、振動デバイスの周波数温度特性の測定方法。 Both the measurement time in the temperature measurement step and the measurement time in the frequency measurement step are integer multiples of the period of the AC power source used in the measurement method, and the frequency temperature characteristic measurement method of the vibration device.
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