JP5610071B2 - 水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置、無線送信装置、無線受信装置、無線送受信装置及び無線基地局 - Google Patents
水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置、無線送信装置、無線受信装置、無線送受信装置及び無線基地局 Download PDFInfo
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Description
本件は、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置、無線送信装置、無線受信装置、無線送受信装置及び無線基地局に関する。
環境温度に影響されにくく、安定した周波数特性をそなえた水晶発振器として、恒温槽付き水晶発振器（ＯＣＸＯ；Oven Controlled Crystal Oscillator）が知られている。
この恒温槽付き水晶発振器は、水晶発振器としての水晶振動子を、温度が一定に保たれたケースである恒温槽の中に搭載したものである。
図１は、従来装置の構成の一例を示す図である。
この恒温槽付き水晶発振器は、水晶発振器としての水晶振動子を、温度が一定に保たれたケースである恒温槽の中に搭載したものである。
図１は、従来装置の構成の一例を示す図である。
図１に例示する従来装置は、恒温槽２の内部に、水晶発振器３と、恒温槽２内の温度を制御するための電気ヒータ（以下、単に「ヒータ」という）４，温度検出素子５，パワートランジスタ６，抵抗７及びコンデンサ８とをそなえる。
即ち、図１に例示する従来装置は、恒温槽２の内部の温度を一定に保つため、温度検出素子５によって検出された恒温槽２の内部温度に基づき、パワートランジスタ６のコレクタ電圧を変化させることにより、ヒータ４の両端にかかる電圧を調整する。
即ち、図１に例示する従来装置は、恒温槽２の内部の温度を一定に保つため、温度検出素子５によって検出された恒温槽２の内部温度に基づき、パワートランジスタ６のコレクタ電圧を変化させることにより、ヒータ４の両端にかかる電圧を調整する。
抵抗７及びコンデンサ８は、ヒータ４による急峻なスイッチングを避けるため、ヒータ４に流れる電流の変化を緩やかにする働きをする。
図１に示す構成によると、パワートランジスタ６において電力損失が生じ、熱が発生するため、パワートランジスタ６で発生する熱を有効利用すべく、パワートランジスタ６は、恒温槽２の内部に配置され使用される（下記特許文献１参照）。
図１に示す構成によると、パワートランジスタ６において電力損失が生じ、熱が発生するため、パワートランジスタ６で発生する熱を有効利用すべく、パワートランジスタ６は、恒温槽２の内部に配置され使用される（下記特許文献１参照）。
しかしながら、図１に例示する従来装置では、ヒータ４と並列に接続されるコンデンサ８によって、抵抗値の小さいヒータ４に流れる電流の変化を緩やかにするためには、コンデンサ８の容量を大きくしなければならない。そのため、コンデンサ８自体のサイズも大きくなり、装置の小型化が難しいという欠点があった。
また、図１に例示する従来装置では、恒温槽２の内部は高温に保たれているため、パワートランジスタ６を恒温槽２の内部に配置すると、パワートランジスタ６に温度ストレスがかかってしまい、信頼性が劣化する。
また、図１に例示する従来装置では、恒温槽２の内部は高温に保たれているため、パワートランジスタ６を恒温槽２の内部に配置すると、パワートランジスタ６に温度ストレスがかかってしまい、信頼性が劣化する。
そこで、本件は、小型で信頼性の高い水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置を提供することを目的の１つとする。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
（１）第１の案として、発振信号を出力する水晶発振器を内部に有する恒温槽と、該恒温槽内部を加温するヒータと、該恒温槽内部の温度を検出する温度検出部と、該ヒータのオンオフ制御を行なうスイッチング素子と、該温度検出部からの検出結果及び該水晶発振器からの発振信号を受けて、該発振信号に同期して、該スイッチング素子をオンオフ制御する温度制御部とをそなえて構成される水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置を用いることができる。
（２）また、第２の案として、上記の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置における該水晶発振器からの発振信号で作動する送信部をそなえた無線送信装置を用いることができる。
（３）さらに、第３の案として、上記の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置における該水晶発振器からの発振信号で作動する受信部をそなえた無線受信装置を用いることができる。
（３）さらに、第３の案として、上記の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置における該水晶発振器からの発振信号で作動する受信部をそなえた無線受信装置を用いることができる。
（４）また、第４の案として、上記無線送信装置と、上記無線受信装置とそなえた無線送受信装置を用いることができる。
（５）さらに、第５の案として、上記の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置を有する無線基地局を用いることができる。
（５）さらに、第５の案として、上記の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置を有する無線基地局を用いることができる。
小型で信頼性の高い水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置を提供することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下に示す各実施形態及び変形例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、各実施形態及び変形例を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔１〕一実施形態
（１．１）水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置の構成
図２は、一実施形態に係る水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置（以下、適宜「本装置」ということがある）の構成の一例を示す図である。
〔１〕一実施形態
（１．１）水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置の構成
図２は、一実施形態に係る水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置（以下、適宜「本装置」ということがある）の構成の一例を示す図である。
この水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０は、例示的に、恒温槽２０と、恒温槽２０の内部に配置される水晶発振器３０，電気ヒータ（以下、単に「ヒータ」という）４０及び温度検出素子５０と、恒温槽２０の外部に配置されるスイッチング素子６０，温度制御部７０，遅延部８０及びＮＯＴ回路９１，９２とをそなえる。
恒温槽２０は、内部の温度を一定に保つケースであり、金属製の筐体や保温材などで保温層を施すことによって構成される。即ち、恒温槽２０は、発振信号を出力する水晶発振器３０を内部に有する恒温槽の一例として機能する。
恒温槽２０は、内部の温度を一定に保つケースであり、金属製の筐体や保温材などで保温層を施すことによって構成される。即ち、恒温槽２０は、発振信号を出力する水晶発振器３０を内部に有する恒温槽の一例として機能する。
水晶発振器３０は、電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、周囲温度に依存した周波数の発振信号を出力する。水晶発振器３０から出力された発振信号は、ＮＯＴ回路９１を介して温度制御部７０に出力され、ＮＯＴ回路９１及び９２を介して外部に出力される。
ヒータ４０は、電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、恒温槽４０の内部の温度が低下すると熱を発生し、恒温槽２０の内部を加温する。なお、ヒータ４０のオンオフは、後述するスイッチング素子６０によって制御される。即ち、ヒータ４０は、恒温槽２０内部を加温するヒータの一例として機能する。
ヒータ４０は、電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、恒温槽４０の内部の温度が低下すると熱を発生し、恒温槽２０の内部を加温する。なお、ヒータ４０のオンオフは、後述するスイッチング素子６０によって制御される。即ち、ヒータ４０は、恒温槽２０内部を加温するヒータの一例として機能する。
温度検出素子５０は、恒温槽２０の内部の温度を検出し、検出した温度に応じたレベルの信号を出力するものであり、サーミスタなどの温度依存性の特性を有する素子を用いることができる。即ち、温度検出素子５０は、恒温槽２０内部の温度を検出する温度検出部の一例として機能する。
スイッチング素子６０は、ヒータ４０のオンオフをスイッチングにより制御するものであり、本例では、パワートランジスタを用いる。
スイッチング素子６０は、ヒータ４０のオンオフをスイッチングにより制御するものであり、本例では、パワートランジスタを用いる。
このため、パワートランジスタのコレクタをヒータ４０に接続し、エミッタを接地し、ベースには後述する遅延部８０から出力された制御信号を入力する。
即ち、スイッチング素子６０は、ヒータ４０のオンオフ制御を行なうスイッチング素子の一例として機能する。
一般的に、水晶発振器３０の出力のノイズは発振出力の立上がり、立下がりで発生することが知られている。
即ち、スイッチング素子６０は、ヒータ４０のオンオフ制御を行なうスイッチング素子の一例として機能する。
一般的に、水晶発振器３０の出力のノイズは発振出力の立上がり、立下がりで発生することが知られている。
また、ヒータ４０のオンオフ時には大きな電流が流れるため、電源電圧が揺らぎ、発振出力にノイズが発生する。さらに、このノイズは、発振出力におけるジッタなどの原因となる。
温度制御部７０は、ヒータ４０のオンオフのタイミングを制御することにより、この二つのノイズの発生タイミングを同期させ、ヒータ４０オンオフ時のノイズ発生を抑制するものである。
温度制御部７０は、ヒータ４０のオンオフのタイミングを制御することにより、この二つのノイズの発生タイミングを同期させ、ヒータ４０オンオフ時のノイズ発生を抑制するものである。
即ち、温度制御部７０は、水晶発振器３０及び温度検出素子５０の出力に基づき、ヒータ４０のオンオフを制御するための制御信号を出力する。
このため、温度制御部７０は、設定温度検出回路７１及び同期回路７２をそなえる。
設定温度検出回路７１は、温度検出素子５０の出力に基づき、ヒータ４０をオン状態にするための信号を出力する。
このため、温度制御部７０は、設定温度検出回路７１及び同期回路７２をそなえる。
設定温度検出回路７１は、温度検出素子５０の出力に基づき、ヒータ４０をオン状態にするための信号を出力する。
例えば、設定温度検出回路７１は、温度検出素子５０の出力に対応する温度が、ヒータ４０のオンオフの切り替えの基準となる値（以下、ヒータオンオフ基準値ともいう）より低下したか否かを判断し、温度検出素子５０の出力に対応する温度がヒータオンオフ基準値より低下したと判断すると、ヒータ４０をオンするための信号を出力し、温度検出素子５０の出力に対応する温度がヒータオンオフ基準値以上であると判断すると、ヒータ４０をオンするための信号を出力しない。
即ち、設定温度検出回路７１は、温度検出部の一例である温度検出素子５０からの検出結果を受け、恒温槽２０内部の温度とヒータオンオフ基準値との比較結果としてのオンオフ信号を出力する比較部の一例として機能する。
なお、温度検出素子５０は、バイメタルを用いたサーマルリレーのように、検出した温度に応じて出力のオンオフを切り替える素子を用いることも可能である。
なお、温度検出素子５０は、バイメタルを用いたサーマルリレーのように、検出した温度に応じて出力のオンオフを切り替える素子を用いることも可能である。
このように、温度検出素子５０を、バイメタルを用いたサーマルリレーなどによって構成することにより、温度検出素子５０自体がオンオフを切り替えて出力する場合には、設定温度検出回路７１を省略することができる。
同期回路７２は、設定温度検出回路７１の出力を水晶発振器３０の発振信号に同期させる。即ち、同期回路７２は、比較部の一例である設定温度検出回路７１からのオンオフ信号と水晶発振器３０からの発振信号とを受けて、発振信号に同期して、スイッチング素子６０をオンオフ制御する制御信号を生成する同期部の一例として機能する。
同期回路７２は、設定温度検出回路７１の出力を水晶発振器３０の発振信号に同期させる。即ち、同期回路７２は、比較部の一例である設定温度検出回路７１からのオンオフ信号と水晶発振器３０からの発振信号とを受けて、発振信号に同期して、スイッチング素子６０をオンオフ制御する制御信号を生成する同期部の一例として機能する。
本実施形態では、同期回路７２の一例として、Ｄ型フリップフロップを用いる。即ち、同期回路７２は、ＮＡＮＤ回路７２１〜７２８及びＮＯＴ回路７２９，７３０をそなえたＤ型フリップフロップとして構成することができる。
この同期回路７２は、そのＤ型フリップフロップ機能により、設定温度検出回路７１がヒータ４０をオンする信号を出力しているときに、水晶発振器３０からの反転出力が立上がると、ヒータ４０をオンするための制御信号を出力し、設定温度検出回路７１が、ヒータ４０をオンする信号の出力を止めたあと、水晶発振器３０からの反転出力が立上がると、ヒータ４０をオフするための制御信号に切り替えるようになっている。
この同期回路７２は、そのＤ型フリップフロップ機能により、設定温度検出回路７１がヒータ４０をオンする信号を出力しているときに、水晶発振器３０からの反転出力が立上がると、ヒータ４０をオンするための制御信号を出力し、設定温度検出回路７１が、ヒータ４０をオンする信号の出力を止めたあと、水晶発振器３０からの反転出力が立上がると、ヒータ４０をオフするための制御信号に切り替えるようになっている。
即ち、温度制御部７０は、温度検出部の一例である温度検出素子５０からの検出結果及び水晶発振器３０からの発振信号を受けて、発振信号に同期して、スイッチング素子６０をオンオフ制御する温度制御部の一例として機能する。
遅延部８０は、温度制御部７０から出力された信号を遅延させることにより、スイッチング素子６０のオンオフのタイミングの微調整を行なう。
遅延部８０は、温度制御部７０から出力された信号を遅延させることにより、スイッチング素子６０のオンオフのタイミングの微調整を行なう。
例えば、温度制御部７０において信号の遅延が発生し、水晶発振器２０の立上がりまたは立下がりのタイミングと、ヒータ４０のオンオフのタイミングとの間にずれが生じるような場合、遅延部８０は、温度制御部７０から出力された制御信号を遅延させることにより、タイミングの微調整を行なう。
このため、遅延部８０は、例示的に、可変抵抗８１と、コンデンサ８２とをそなえる。
このため、遅延部８０は、例示的に、可変抵抗８１と、コンデンサ８２とをそなえる。
遅延部８０は、可変抵抗８１を調整することにより、スイッチング素子６０に入力される制御信号を遅延させる。
これにより、スイッチング素子６０のオンオフのタイミングを調整することができ、その結果、ヒータ４０のオンオフのタイミングと、水晶発振器３０の立上がりまたは立下がりのタイミングとを完全に一致させることができる。
これにより、スイッチング素子６０のオンオフのタイミングを調整することができ、その結果、ヒータ４０のオンオフのタイミングと、水晶発振器３０の立上がりまたは立下がりのタイミングとを完全に一致させることができる。
また、水晶発振器３０から出力されるノイズが最小となるように、可変抵抗８１を調整してもよい。
即ち、遅延部８０は、温度制御部７０からの制御信号を遅延させてスイッチング素子に入力する遅延部の一例として機能し得る。
また、温度制御部７０により、ヒータ４０のオンオフのタイミングと、水晶発振器２０の立上がりまたは立下がりのタイミングとを十分に同期させられる場合には、遅延部８０を省略することもできる。
即ち、遅延部８０は、温度制御部７０からの制御信号を遅延させてスイッチング素子に入力する遅延部の一例として機能し得る。
また、温度制御部７０により、ヒータ４０のオンオフのタイミングと、水晶発振器２０の立上がりまたは立下がりのタイミングとを十分に同期させられる場合には、遅延部８０を省略することもできる。
（１．２）水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置の動作
図３を用いて、本装置１０による温度制御の動作の一例を説明する。
図３は、設定温度検出回路７１の出力（図２中の点Ｄ参照），水晶発振器３０の反転出力（図２中の点Ｃ参照），温度制御部７０の出力（図２中の点Ｑ参照），スイッチング素子６０の入力（図２中の点Ｂ参照）及びヒータ３０の入力（図２中の点Ａ参照）を時系列で並べて示すタイムチャートである。
図３を用いて、本装置１０による温度制御の動作の一例を説明する。
図３は、設定温度検出回路７１の出力（図２中の点Ｄ参照），水晶発振器３０の反転出力（図２中の点Ｃ参照），温度制御部７０の出力（図２中の点Ｑ参照），スイッチング素子６０の入力（図２中の点Ｂ参照）及びヒータ３０の入力（図２中の点Ａ参照）を時系列で並べて示すタイムチャートである。
恒温槽２０の内部の温度がヒータオンオフ基準値より低くなると、設定温度検出回路７１の出力Ｄがハイレベルとなる（図３の時間ｔ０参照）。
しかしながら、この時点では、温度制御部７０の出力Ｑはハイレベルとはならず、ヒータ４０はオンとならない。
水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立上がりのタイミング（図３の時間ｔ１参照）で、温度制御部７０の出力Ｑがハイレベルとなる。
しかしながら、この時点では、温度制御部７０の出力Ｑはハイレベルとはならず、ヒータ４０はオンとならない。
水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立上がりのタイミング（図３の時間ｔ１参照）で、温度制御部７０の出力Ｑがハイレベルとなる。
スイッチング素子６０の入力電位Ｂは、遅延部８０の影響により、緩やかに上昇する。
そして、例えば、水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立下がりのタイミング（図３の時間ｔ２参照）で、スイッチング素子６０の入力電位Ｂが、スイッチング素子６０がオンになる電位に達する。
これにより、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりのタイミングにヒータ４０がオンとなり、ヒータ４０がオンとなるタイミングが、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりに一致する。
そして、例えば、水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立下がりのタイミング（図３の時間ｔ２参照）で、スイッチング素子６０の入力電位Ｂが、スイッチング素子６０がオンになる電位に達する。
これにより、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりのタイミングにヒータ４０がオンとなり、ヒータ４０がオンとなるタイミングが、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりに一致する。
なお、上述した例では、スイッチング素子６０がオン状態になるタイミングが、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりのタイミング（ｔ２）に一致するように遅延部８０を調整したが、ｔ２以降に生じる水晶発振器３０の反転出力Ｃの立上がりや立下がりのタイミング（例えば、図３の時間ｔ３や時間ｔ４など）に一致するように遅延部８０を調整しても良い。
次に、恒温槽２０の内部の温度がヒータオンオフ基準値以上になると、設定温度検出回路７１の出力Ｄがローレベルとなる（図３の時間ｔ５参照）。
しかしながら、この時点では、温度制御部７０の出力Ｑはローレベルとはならず、ヒータ４０はオフとならない。
水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立上がりのタイミング（図３の時間ｔ６参照）で、温度制御部７０の出力Ｑがローレベルとなる。
しかしながら、この時点では、温度制御部７０の出力Ｑはローレベルとはならず、ヒータ４０はオフとならない。
水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立上がりのタイミング（図３の時間ｔ６参照）で、温度制御部７０の出力Ｑがローレベルとなる。
スイッチング素子６０の入力電位Ｂは、遅延部８０の影響により、緩やかに低下する。
そして、例えば、水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立下がりのタイミング（図３の時間ｔ７参照）で、スイッチング素子６０の入力電位Ｂが、スイッチング素子６０がオフ状態になる電位に達する。
これにより、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりのタイミングにヒータ４０がオフとなり、ヒータ４０がオフとなるタイミングが水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりに一致する。
そして、例えば、水晶発振器３０の反転出力Ｃの次の立下がりのタイミング（図３の時間ｔ７参照）で、スイッチング素子６０の入力電位Ｂが、スイッチング素子６０がオフ状態になる電位に達する。
これにより、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりのタイミングにヒータ４０がオフとなり、ヒータ４０がオフとなるタイミングが水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりに一致する。
なお、上述した例では、スイッチング素子６０がオフ状態になるタイミングが、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がりのタイミング（ｔ７）に一致するように遅延部８０を調整したが、ｔ６以降に生じる水晶発振器３０の反転出力Ｃの立上がりや立下がりのタイミングに一致するように遅延部８０を調整しても良い。
（１．３）温度制御部，遅延部の変形例
なお、上記の温度制御部７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などによって実現することもできる。
（１．３）温度制御部，遅延部の変形例
なお、上記の温度制御部７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などによって実現することもできる。
この場合、温度制御部７０の動作が図４に示すフローに従うように、温度制御部７０を設計する。
温度制御部７０の動作の一例を、図４に示すフローを用いて説明する。
まず、温度制御部７０は、恒温槽２０の内部の温度が設定温度（ヒータオンオフ基準値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。
温度制御部７０の動作の一例を、図４に示すフローを用いて説明する。
まず、温度制御部７０は、恒温槽２０の内部の温度が設定温度（ヒータオンオフ基準値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。
ここで、恒温槽２０の内部の温度が設定温度以上であると判断した場合には（ステップＳ１のＹｅｓルート）、再度ステップＳ１に移行する。
一方、恒温槽２０の内部の温度が設定温度より低いと判断した場合には（ステップＳ１のＮｏルート）、次に、水晶発振器３０の反転出力の立上がりまたは立下がりを検出したか否かを判断する（ステップＳ２）。
一方、恒温槽２０の内部の温度が設定温度より低いと判断した場合には（ステップＳ１のＮｏルート）、次に、水晶発振器３０の反転出力の立上がりまたは立下がりを検出したか否かを判断する（ステップＳ２）。
ここで、水晶発振器３０の反転出力の立上がりまたは立下がりを検出できない場合には（ステップＳ２のＮｏルート）、再度ステップＳ１に移行する。
一方、水晶発振器３０の反転出力の立上がりまたは立下がりを検出した場合には（ステップＳ２のＹｅｓルート）、スイッチング素子をオンするための制御信号を出力する（ステップＳ３）。
一方、水晶発振器３０の反転出力の立上がりまたは立下がりを検出した場合には（ステップＳ２のＹｅｓルート）、スイッチング素子をオンするための制御信号を出力する（ステップＳ３）。
また、遅延部８０も、温度制御部７０と同様、ＣＰＵやＦＰＧＡなどによって実現することも可能である。
なお、温度制御部７０，遅延部８０の両方または一方をＣＰＵやＦＰＧＡなどで実現した場合も、図３のタイミングチャートと同様、ヒータ４０は、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がり（または立上がり）のタイミングでオンされる一方、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がり（または立上がり）のタイミングでオフされる。
なお、温度制御部７０，遅延部８０の両方または一方をＣＰＵやＦＰＧＡなどで実現した場合も、図３のタイミングチャートと同様、ヒータ４０は、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がり（または立上がり）のタイミングでオンされる一方、水晶発振器３０の反転出力Ｃの立下がり（または立上がり）のタイミングでオフされる。
（１．４）水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置によって得られる効果
以上の構成によれば、スイッチング素子６０としてパワートランジスタにスイッチング動作をさせることにより、パワートランジスタの消費電力を大幅に低減することができる。
また、消費電力の低減に伴い、発熱が抑えられ、パワートランジスタを恒温槽２０の外部に配置することができるため、パワートランジスタの信頼性を向上することができる。
以上の構成によれば、スイッチング素子６０としてパワートランジスタにスイッチング動作をさせることにより、パワートランジスタの消費電力を大幅に低減することができる。
また、消費電力の低減に伴い、発熱が抑えられ、パワートランジスタを恒温槽２０の外部に配置することができるため、パワートランジスタの信頼性を向上することができる。
さらに、スイッチング素子６０としてパワートランジスタにスイッチング動作をさせることにより、強いディレーティングをかけることが可能になり、信頼性を更に改善することができる。
また、強いディレーティングをかけることが可能であるため、スイッチング素子６０に小型な素子や安価な素子を用いることができる。
また、強いディレーティングをかけることが可能であるため、スイッチング素子６０に小型な素子や安価な素子を用いることができる。
さらに、ヒータ４０がオンとなるタイミング及びオフとなるタイミングを、水晶発振器３０の出力の立上がりまたは立下りに一致させることにより、ヒータ４０のオンオフ時のノイズの発生を抑制することができ、更には、発振出力におけるジッタなどの発生を抑えることができるため、高い信頼性の向上に更に寄与することができる。
また、ヒータ４０のオンオフ時のノイズの発生が抑制できるため、ヒータ４０に並列して容量の大きなコンデンサを配置する必要がなくなり、装置の小型化が可能になる。
また、ヒータ４０のオンオフ時のノイズの発生が抑制できるため、ヒータ４０に並列して容量の大きなコンデンサを配置する必要がなくなり、装置の小型化が可能になる。
さらに、設定温度検出回路７１が、温度検出素子５０の出力に対応して制御信号を出力するので、オンオフの温度にヒステリシスを設けることなく温度制御ができる。
ここで、以上の構成により、パワートランジスタの信頼性をどれだけ改善できるかを説明する。
通常、水晶発振器３０付き恒温槽２０の内部は、例えば、８０〜９０℃に保たれることが普通である。
ここで、以上の構成により、パワートランジスタの信頼性をどれだけ改善できるかを説明する。
通常、水晶発振器３０付き恒温槽２０の内部は、例えば、８０〜９０℃に保たれることが普通である。
そこで、環境温度が、例えば２５℃から９０℃に変わった場合のパワートランジスタの故障率の変化量を検証する。
温度ストレスによる半導体素子の寿命を予測する法則として、アレニウスの法則がある。アレニウスの法則によると、半導体素子の寿命Ｌを下記の（１）式で求めることができる。
温度ストレスによる半導体素子の寿命を予測する法則として、アレニウスの法則がある。アレニウスの法則によると、半導体素子の寿命Ｌを下記の（１）式で求めることができる。
ただし、Ａは所定の定数、Ｅａは活性化エネルギー（半導体の活性化エネルギーは１．２［ｅＶ］程度）、Ｔは絶対温度、ｋはボルツマン定数である。
ここで、
とすると、（１）式は
と表せる。
ここで、
次に、周囲温度が２５℃（２９８Ｋ）の時の半導体素子の寿命をＬ２５とすると、アレニウスの法則を用いることにより、Ｌ２５は以下の（３）式で表わされる
同様に、周囲温度が９０℃（３６３Ｋ）の時の半導体素子の寿命をＬ９０とすると、Ｌ９０は以下の（４）式で表わされる。
そして、上記（３）式及び（４）式を用いて、周囲温度が２５℃の時と９０℃の時との半導体素子の寿命を比較すると、
となる。
したがって、環境温度が、上記のように例えば２５℃から９０℃へ上昇することにより、故障設計ＦＩＴ数は約４５０６倍に悪化する。
以上から、一実施形態に係る恒温槽付き水晶発振器を用いることにより、信頼性を大幅に改善できることが理解できる。
したがって、環境温度が、上記のように例えば２５℃から９０℃へ上昇することにより、故障設計ＦＩＴ数は約４５０６倍に悪化する。
以上から、一実施形態に係る恒温槽付き水晶発振器を用いることにより、信頼性を大幅に改善できることが理解できる。
〔２〕第１変形例
上述した実施形態では、スイッチング素子６０としてパワートランジスタを用いる例について説明したが、例えば、パワートランジスタに代えて他の半導体素子を用いることもできる。
図５は、第１変形例に係る水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０ａの構成の一例を示す図である。
上述した実施形態では、スイッチング素子６０としてパワートランジスタを用いる例について説明したが、例えば、パワートランジスタに代えて他の半導体素子を用いることもできる。
図５は、第１変形例に係る水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０ａの構成の一例を示す図である。
図５に示す水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０ａは、例示的に、恒温槽２０と、恒温槽２０の内部に配置される水晶発振器３０，ヒータ４０及び温度検出素子５０と、恒温槽２０の外部に配置されるスイッチング素子６０ａ，抵抗６１，温度制御部７０，遅延部８０及びＮＯＴ回路９１，９２とをそなえる。なお、図５中、既述の符号を付した各構成については、前述の各構成と同様の機能を具備するので、その詳細な説明は省略する。
スイッチング素子６０ａは、ヒータ４０のオンオフをスイッチングにより制御するものであり、本例では、一例として、ＭＯＳＦＥＴを用いる。
このため、ＭＯＳＦＥＴのドレインをヒータ４０に接続し、ソースを接地し、ゲートには遅延部８０から出力された制御信号を印加電圧として入力する。
即ち、スイッチング素子６０ａは、ヒータのオンオフ制御を行なうスイッチング素子の一例として機能する。
このため、ＭＯＳＦＥＴのドレインをヒータ４０に接続し、ソースを接地し、ゲートには遅延部８０から出力された制御信号を印加電圧として入力する。
即ち、スイッチング素子６０ａは、ヒータのオンオフ制御を行なうスイッチング素子の一例として機能する。
以上の構成によると、スイッチング素子６０ａに、ＭＯＳＦＥＴを用いた場合でも、上述した一実施形態の場合と同様の効果が得られる。
なお、この図５に示す例でも、温度制御部７０や遅延部８０をＣＰＵやＦＰＧＡなどで実現できることはいうまでもない。
〔３〕本装置の第１適用例
上述した図２や図５で示す水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０，１０ａは、例えば、無線送信装置に適用することができる。
なお、この図５に示す例でも、温度制御部７０や遅延部８０をＣＰＵやＦＰＧＡなどで実現できることはいうまでもない。
〔３〕本装置の第１適用例
上述した図２や図５で示す水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０，１０ａは、例えば、無線送信装置に適用することができる。
図６は、無線送信装置に適用した構成例を示す図である。
図６に示す無線送信装置１００は、例示的に、変調・符号化部１０１と、Ｄ／Ａ変換部１０２と、周波数変換部１０３と、送信アンテナ１０４と、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａとをそなえる。
なお、図６中、既述の符号を付した各構成については、前述の各構成と同様の機能を具備するので、その詳細な説明は省略する。
図６に示す無線送信装置１００は、例示的に、変調・符号化部１０１と、Ｄ／Ａ変換部１０２と、周波数変換部１０３と、送信アンテナ１０４と、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａとをそなえる。
なお、図６中、既述の符号を付した各構成については、前述の各構成と同様の機能を具備するので、その詳細な説明は省略する。
変調・符号化部１０１は、送信データに所定の変調処理及び符号化処理を施し、Ｄ／Ａ変換部１０２に出力する。
Ｄ／Ａ変換部１０２は、変調・符号化部１０１から出力されたディジタル信号をアナログ信号へ変換する。
Ｄ／Ａ変換部１０２は、アナログ信号への変換処理を施す際、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、クロックとして用いる。
Ｄ／Ａ変換部１０２は、変調・符号化部１０１から出力されたディジタル信号をアナログ信号へ変換する。
Ｄ／Ａ変換部１０２は、アナログ信号への変換処理を施す際、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、クロックとして用いる。
周波数変換部１０３は、Ｄ／Ａ変換部から出力されたアナログ信号を、無線周波数にアップコンバートする。
周波数変換部１０３は、アップコンバートの際、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、局部発振周波数として用いる。
送信アンテナ１０４は、周波数変換部１０３から出力された信号を送信する。
周波数変換部１０３は、アップコンバートの際、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、局部発振周波数として用いる。
送信アンテナ１０４は、周波数変換部１０３から出力された信号を送信する。
即ち、変調・符号化部１０１，Ｄ／Ａ変換部１０２，周波数変換部１０３及び送信アンテナ１０４は、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａにおける水晶発振器３０からの発振信号で作動する送信部の一例として機能する。
以上の構成によれば、無線送信装置１００は、環境温度に影響されることなく、安定して送信処理を行なうことができる。
以上の構成によれば、無線送信装置１００は、環境温度に影響されることなく、安定して送信処理を行なうことができる。
また、上述したように、本装置１０（１０ａ）は、従来例より消費電力を大幅に低減することができるため、これを適用した送信装置１００の消費電力も大幅に低減することができる。
さらに、本装置１０（１０ａ）は、従来例より信頼性を向上することができるため、これを適用した送信装置１００も、信頼性を向上することができる。
さらに、本装置１０（１０ａ）は、従来例より信頼性を向上することができるため、これを適用した送信装置１００も、信頼性を向上することができる。
また、本装置１０（１０ａ）は、スイッチング素子に小型な素子や安価な素子を用いることができるため、これを適用した送信装置１００も、安価かつ小型に製造することができ、また、送信装置１００の設計の自由度を向上することができる。
さらに、本装置１０（１０ａ）は、ヒータオンオフ時のノイズを抑制することができるため、これを適用した送信装置１００は、安定した出力を得ることができる。
さらに、本装置１０（１０ａ）は、ヒータオンオフ時のノイズを抑制することができるため、これを適用した送信装置１００は、安定した出力を得ることができる。
〔４〕本装置の第２適用例
また、上述した図２や図５で示す水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０，１０ａは、例えば、無線受信装置に適用することができる。
図７は、無線受信装置に適用した構成例を示す図である。
図７に示す無線受信装置２００は、例示的に、受信アンテナ２０１と、周波数変換部１０２と、Ａ／Ｄ変換部２０３と、復調・復号部２０４と、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａとをそなえる。
また、上述した図２や図５で示す水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０，１０ａは、例えば、無線受信装置に適用することができる。
図７は、無線受信装置に適用した構成例を示す図である。
図７に示す無線受信装置２００は、例示的に、受信アンテナ２０１と、周波数変換部１０２と、Ａ／Ｄ変換部２０３と、復調・復号部２０４と、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａとをそなえる。
なお、図７中、既述の符号を付した各構成については、前述の各構成と同様の機能を具備するので、その詳細な説明は省略する。
周波数変換部２０２は、受信アンテナ２０１により受信された無線信号を、無線周波数から中間周波数にダウンコンバートする。
周波数変換部２０２は、ダウンコンバートの際、上述した水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、局部発振周波数として用いる。
周波数変換部２０２は、受信アンテナ２０１により受信された無線信号を、無線周波数から中間周波数にダウンコンバートする。
周波数変換部２０２は、ダウンコンバートの際、上述した水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、局部発振周波数として用いる。
Ａ／Ｄ変換部２０３は、周波数変換部２０３から出力された信号に対しサンプリング処理を施し、ディジタル信号に変換する。
Ａ／Ｄ変換部２０３は、サンプリング処理を施す際、上述した水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、クロックとして用いる。
Ａ／Ｄ変換部２０３は、サンプリング処理を施す際、上述した水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０（１０ａ）の水晶発振器出力を適宜分周，逓倍し、クロックとして用いる。
復調・復号部２０４は、Ａ／Ｄ変換部２０３から出力されたディジタル信号に、復調処理及び復号処理を施すことにより、送信されたデータを取り出す。
即ち、受信アンテナ２０１，周波数変換部１０２，Ａ／Ｄ変換部２０３及び復調・復号部２０４は、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａにおける水晶発振器３０からの発振信号で作動する受信部の一例として機能する。
即ち、受信アンテナ２０１，周波数変換部１０２，Ａ／Ｄ変換部２０３及び復調・復号部２０４は、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａにおける水晶発振器３０からの発振信号で作動する受信部の一例として機能する。
以上の構成によれば、無線受信装置２００は、環境温度に影響されることなく、安定して受信処理を行なうことができる。
また、上述したように、本装置１０（１０ａ）は、従来例より消費電力を大幅に低減することができるため、これを適用した受信装置２００の消費電力も大幅に低減することができる。
また、上述したように、本装置１０（１０ａ）は、従来例より消費電力を大幅に低減することができるため、これを適用した受信装置２００の消費電力も大幅に低減することができる。
さらに、本装置１０（１０ａ）は、従来例より信頼性を向上することができるため、これを適用した受信装置２００も、信頼性を向上することができる。
また、本装置１０（１０ａ）は、スイッチング素子に小型な素子や安価な素子を用いることができるため、これを適用した受信装置２００も、安価かつ小型に製造することができ、また、受信装置２００の設計の自由度を向上することができる。
また、本装置１０（１０ａ）は、スイッチング素子に小型な素子や安価な素子を用いることができるため、これを適用した受信装置２００も、安価かつ小型に製造することができ、また、受信装置２００の設計の自由度を向上することができる。
さらに、本装置１０（１０ａ）は、ヒータオンオフ時のノイズを抑制することができるため、これを適用した受信装置２００は、安定した出力を得ることができる。
〔５〕本装置の第３適用例
図６に例示した無線送信装置１００と図７に例示した無線受信装置２００とを組み合わせることにより、無線送受信装置を構成することができる。
〔５〕本装置の第３適用例
図６に例示した無線送信装置１００と図７に例示した無線受信装置２００とを組み合わせることにより、無線送受信装置を構成することができる。
また、図８に示すように、無線送信装置１００ａと無線受信装置２００ａとで、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０あるいは１０ａを共用化することにより、無線送受信装置３００を構成してもよい。
なお、図８中、既述の符号を付した各構成については、前述の各構成と同様の機能を具備するので、その詳細な説明は省略する。
なお、図８中、既述の符号を付した各構成については、前述の各構成と同様の機能を具備するので、その詳細な説明は省略する。
以上の構成によると、上述した第１適用例及び第２適用例の場合と同様の効果が得られる。
また、本装置１０（１０ａ）を無線送信装置１００ａと無線受信装置２００ａとで共用化すれば、更に構成の簡単化を達成できる。
〔６〕その他
なお、上述した水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０及び１０ａ，無線送信装置１００，無線受信装置２００並びに無線送受信装置３００の各構成及び各機能は、必要に応じて取捨選択してもよいし、適宜組み合わせて用いてもよい。即ち、本発明の機能を発揮できるように、上記の各構成及び各機能を取捨選択したり、適宜組み合わせて用いたりしてもよい。
また、本装置１０（１０ａ）を無線送信装置１００ａと無線受信装置２００ａとで共用化すれば、更に構成の簡単化を達成できる。
〔６〕その他
なお、上述した水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０及び１０ａ，無線送信装置１００，無線受信装置２００並びに無線送受信装置３００の各構成及び各機能は、必要に応じて取捨選択してもよいし、適宜組み合わせて用いてもよい。即ち、本発明の機能を発揮できるように、上記の各構成及び各機能を取捨選択したり、適宜組み合わせて用いたりしてもよい。
また、上述した水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置１０及び１０ａ，無線送信装置１００，無線受信装置２００並びに無線送受信装置３００の各構成及び各機能を適宜用いて、無線通信システムにおける基地局などを構成することができる。
さらに、上述した実施形態において、水晶発振器３０の出力を反転して温度制御部７０へ入力する例について説明したが、反転しない出力を温度制御部７０へ入力することもできる。
さらに、上述した実施形態において、水晶発振器３０の出力を反転して温度制御部７０へ入力する例について説明したが、反転しない出力を温度制御部７０へ入力することもできる。
また、水晶発振器３０の出力を、適宜分周，逓倍した後に温度制御部７０へ入力してもよい。
１０，１０ａ 水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置
２，２０ 恒温槽
３，３０ 水晶発振器
４，４０ ヒータ
５，５０ 温度検出素子
６ パワートランジスタ
７，６１ 抵抗
８，８２ コンデンサ
６０，６０ａ スイッチング素子
７０ 温度制御部
７１ 設定温度検出回路
７２ 同期回路
７２１〜７２８ ＮＡＮＤ回路
７２９，７３０，９１，９２ ＮＯＴ回路
８０ 遅延部
８１ 可変抵抗
１００，１００ａ 無線送信装置
１０１ 変調・符号化部
１０２ Ｄ／Ａ変換部
１０３，２０２ 周波数変換部
１０４ 送信アンテナ
２００，２００ａ 無線受信装置
２０１ 受信アンテナ
２０３ Ａ／Ｄ変換部
２０４ 復調・復号部
３００ 無線送受信装置
２，２０ 恒温槽
３，３０ 水晶発振器
４，４０ ヒータ
５，５０ 温度検出素子
６ パワートランジスタ
７，６１ 抵抗
８，８２ コンデンサ
６０，６０ａ スイッチング素子
７０ 温度制御部
７１ 設定温度検出回路
７２ 同期回路
７２１〜７２８ ＮＡＮＤ回路
７２９，７３０，９１，９２ ＮＯＴ回路
８０ 遅延部
８１ 可変抵抗
１００，１００ａ 無線送信装置
１０１ 変調・符号化部
１０２ Ｄ／Ａ変換部
１０３，２０２ 周波数変換部
１０４ 送信アンテナ
２００，２００ａ 無線受信装置
２０１ 受信アンテナ
２０３ Ａ／Ｄ変換部
２０４ 復調・復号部
３００ 無線送受信装置
Claims (10)
- 発振信号を出力する水晶発振器を内部に有する恒温槽と、
該恒温槽内部を加温するヒータと、
該恒温槽内部の温度を検出する温度検出部と、
該ヒータのオンオフ制御を行なうスイッチング素子と、
該温度検出部からの検出結果及び該水晶発振器からの発振信号を受けて、該発振信号に同期して、該スイッチング素子をオンオフ制御する温度制御部とをそなえて構成されたことを特徴とする、水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置。 - 該スイッチング素子が、半導体スイッチング素子であることを特徴とする、請求項１記載の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置。
- 該スイッチング素子が、該恒温槽の外部に設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置。
- 該温度制御部が、
該温度検出部からの検出結果を受け、該恒温槽内部の温度とヒータオンオフ基準値との比較結果としてのオンオフ信号を出力する比較部と、
該比較部からのオンオフ信号と該水晶発振器からの発振信号とを受けて、該発振信号に同期して、該スイッチング素子をオンオフ制御する制御信号を生成する同期部とをそなえていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置。 - 該温度制御部と該スイッチング素子との間に、該温度制御部からの制御信号を遅延させて該スイッチング素子に入力する遅延部が設けられたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置。
- 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置における該水晶発振器からの発振信号で作動する送信部をそなえたことを特徴とする、無線送信装置。
- 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置における該水晶発振器からの発振信号で作動する受信部をそなえたことを特徴とする、無線受信装置。
- 請求項６記載の無線送信装置と、
請求項７記載の無線受信装置とそなえたことを特徴とする、無線送受信装置。 - 該無線送信装置における水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置と、該無線受信装置における水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置とが共用化されて構成されたことを特徴とする、請求項８記載の無線送受信装置。
- 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の水晶発振器付き恒温槽の温度制御装置を有する無線基地局。
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