JP5673044B2 - Temperature compensated piezoelectric oscillator, frequency correction system, frequency drift correction method - Google Patents
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Description
本発明は、温度補償型圧電発振器に関し、さらに詳しくは、電子機器に用いられる温度補償型発振器において、起動時の温度ドリフトによる周波数変動を補正する情報を生成する温度補償型圧電発振器に関するものである。 The present invention relates to a temperature-compensated piezoelectric oscillator, and more particularly to a temperature-compensated piezoelectric oscillator that generates information for correcting frequency fluctuations due to temperature drift at startup in a temperature-compensated oscillator used in an electronic device. .
温度補償型圧電発振器(以下、TCXOと呼ぶ)は、小型、軽量化が進む一方で、温度変化に対して高い周波数安定度が求められている。特に、GPSで使用されるTCXOでは、電源起動時において即座にGPS衛星を捕捉する必要があるため、起動時における周波数安定性が高いことが求められている。
図10は、特許文献1に開示されたTCXOのパッケージ構造を示す断面図であり、図11はICチップ内部の回路構成を示すブロック図であり、図12は圧電振動子の温度特性を示す図である。図10のパッケージ構造では、外部端子36を有するシート基板35に、図11に示すICチップ37が実装され、接続部材34を介して振動子ベース基板31に設けられた振動子端子32と接続され、振動子ベース基板31内には、圧電振動子30が実装されている。ここで、ICチップ37は、図11に示すとおり、周囲温度を検知する温度センサー38、各温度に対する温度補償電圧に係るデータを記憶するメモリ39、温度センサー38とメモリ39のデータに基づいて、温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路40、及びVCXO(Volt Controred Crystal Oscillator:電圧制御水晶発振器)41を備えている。即ち、温度補償機構42と圧電発振器43により構成されている。圧電振動子30は例えば、図12に示すとおり、ATカットとして常温(25℃)付近に変極点を持つ3次曲線44のような温度特性となる。温度センサー38は、例えばダイオード等で構成し、周囲温度に応じて変化するダイオードの電圧値を温度変化として検出する。そして、温度センサー38によって得られた温度情報をもとに生成した温度補償電圧は、圧電振動子30の温度特性を打ち消す温度補償特性45を発生させ、圧電発振器43の周波数を精度良く補償する。
A temperature-compensated piezoelectric oscillator (hereinafter referred to as TCXO) is required to have high frequency stability with respect to a change in temperature while being reduced in size and weight. In particular, in TCXO used in GPS, since it is necessary to immediately capture a GPS satellite at the time of power activation, high frequency stability at the time of activation is required.
10 is a cross-sectional view showing the package structure of the TCXO disclosed in
しかし、従来のTCXOでは、起動時には、発振回路や出力回路等の能動素子が動作することで、モールド樹脂に覆われたICチップ37の発熱温度は周囲温度よりも高くなるが、圧電振動子30はICチップ37よりも低い温度で動作するため、ICチップ37内の温度センサー38は、圧電振動子30の実際の温度より高い温度を検出する結果、本来必要とする温度補償量がずれてしまい、起動直後から例えば30秒くらいまでの間に発振周波数がドリフトしてしまうといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、起動直後の周波数ドリフト補正データ、時間情報、及び温度情報を外部機器側に出力するようにして、外部機器側でこれらの情報に基づいて起動時ドリフトを補正することが可能な温度補償型圧電発振器を提供することを目的とする。
However, in the conventional TCXO, active elements such as an oscillation circuit and an output circuit operate at the time of startup, so that the heat generation temperature of the
The present invention has been made in view of such problems, and outputs frequency drift correction data, time information, and temperature information immediately after startup to the external device side, and based on these information on the external device side. An object of the present invention is to provide a temperature-compensated piezoelectric oscillator capable of correcting drift at startup.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[形態1]圧電振動子と、温度センサーと、前記温度センサーの出力電圧に基づいて前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路とを備え、前記温度補償電圧に基づいて発振周波数が制御される温度補償型圧電発振器であって、前記温度センサーが検知した温度情報を記憶する温度情報記憶回路と、前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶する周波数ドリフト補正データ記憶部と、前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力する経過時間情報出力手段と、外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するインターフェース制御回路と、を備えたことを特徴とする。
本発明の温度補償型発振器は、従来の温度補償型発振器に、温度情報記憶回路、周波数ドリフト補正データ記憶部、経過時間情報出力手段、及びインターフェース制御回路を更に追加して、インターフェース制御回路と接続された外部機器に対して、温度情報、近似係数データ、及び経過時間情報を渡し、外部機器側でそれらの情報に基づいて起動時の周波数ドリフトを補正する。これにより、起動時の周波数ドリフトを経過時間単位に補正することができる。
[形態2]前記周波数ドリフト特性を近似した曲線は、温度を変数とする第1の2次関数の項と、温度を変数とする第2の2次関数および時間を変数とする対数関数の積からなる項と、の和で表されることを特徴とする。
周波数ドリフト特性の近似式は、{A´(temp−t 0 ) 2 +A}×Ln(time)+{B´(temp−t 0 ) 2 +B}として表せる。即ち、{A´(temp−t 0 ) 2 +A}の部分が第2の2次関数、{B´(temp−t 0 ) 2 +B}の部分が第1の2次関数、Ln(time)が時間を変数とする対数関数である。従って、外部機器側は、温度情報、近似係数データ、及び経過時間情報を受け取って、上記の近似式に代入して計算することにより、即座に周波数を補正することができる。
[形態3]前記周波数ドリフト補正データ記憶部が、起動から所定時間が経過するまでの間の第1の近似係数データを記憶する第1の周波数ドリフト補正データ記憶部と、前記所定時間が経過した後の第2の近似係数データを記憶する第2の周波数ドリフト補正データ記憶部と、を備えていることを特徴とする。
実際の温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性は、起動直後から2秒位までの時間経過においては急激な周波数変化を示し、それ以降においては緩やかな周波数変化を示す。そこで本発明では、起動初期状態に周波数が急峻に変化する領域の周波数ドリフトを近似する近似係数と、周波数が緩やかに変化する領域の周波数ドリフトを近似する近似係数とを、備える。これにより、実際の周波数ドリフト特性に近い特性を生成することができる。
[形態4]前記第1の周波数ドリフト補正データ記憶部から前記第2の周波数ドリフト補正データ記憶部へ切り替える時間を記憶する補正データ切替時間記憶部を備え、前記インターフェース制御回路は、前記外部機器に対して前記切り替える時間を出力することを特徴とする。
第1と第2の近似係数データは、起動時から所定の時間が経過した時点で交差する点がある。そこで本発明では、この交差する点で第1と第2の周波数ドリフト補正データ記憶部を、インターフェース制御回路から出力された時間を基にして切り替える。これにより、近似係数データが実際の周波数ドリフト特性に近い近似係数データを得ることができる。
[形態5]前記近似係数データは、前記圧電振動子の発振周波数の公称値に対する周波数偏差として表されていることを特徴とする。
機器側が発振器から受信した情報に基づいて計算した近似係数データは、発振周波数を補正する情報である。従って、計算で得られた周波数ドリフト特性は、周波数の偏差として計算されるので、発振周波数の公称値に計算から得られた周波数ドリフト特性(ppb:part per billion(十億分率))を掛けて得られる。これにより、周波数補正式に基づいて計算することにより、精度良く起動時のドリフトを補正することができる。
[形態6]形態1乃至5の何れか一項に記載の温度補償型圧電発振器と、外部機器と、を備えた周波数補正システムであって、前記外部機器は、前記温度補償型圧電発振器の前記インターフェース制御回路から出力された前記近似係数データに基づいて周波数ドリフト特性を計算する制御手段と、該制御手段により計算された前記周波数ドリフト特性に基づいて、前記温度補償型圧電発振器から出力される信号の周波数を補正する補正回路と、を備えたことを特徴とする。
周波数補正システムは、本発明の温度補償型発振器と、そこから出力される情報を基に周波数補正式に基づいて周波数ドリフト特性を計算する制御手段、及び周波数ドリフト特性に基づいて発振周波数を補正する補正回路を備えた外部機器と、を備えて構成される。即ち、外部機器は、温度補償型発振器から与えられた情報を変数として受信して、決められた式に従って計算するだけで、発振周波数を即座に補正することができる。これにより、外部機器側の制御が容易で、且つ単純化することができる。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]圧電振動子と、温度センサーと、前記温度センサーの出力電圧に基づいて前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路とを備え、前記温度補償電圧に基づいて発振周波数が制御される温度補償型圧電発振器であって、前記温度センサーが検知した温度情報を記憶する温度情報記憶回路と、前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶する周波数ドリフト補正データ記憶部と、前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力する経過時間情報出力手段と、外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するインターフェース制御回路と、を備えたことを特徴とする。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Mode 1] A piezoelectric vibrator, a temperature sensor, and a temperature compensation voltage generation circuit that generates a temperature compensation voltage for compensating a frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator based on an output voltage of the temperature sensor, and the temperature A temperature compensated piezoelectric oscillator in which the oscillation frequency is controlled based on a compensation voltage, the temperature information storage circuit storing temperature information detected by the temperature sensor, and the frequency drift characteristics of the temperature compensated piezoelectric oscillator are approximated A frequency drift correction data storage unit that stores approximate coefficient data of a curve, an elapsed time information output unit that outputs elapsed time information from the time when the temperature-compensated oscillator is activated, the temperature information to an external device, the And an interface control circuit for outputting the approximate coefficient data and the elapsed time information.
The temperature compensated oscillator according to the present invention further includes a temperature information storage circuit, a frequency drift correction data storage unit, an elapsed time information output means, and an interface control circuit in addition to the conventional temperature compensated oscillator, and is connected to the interface control circuit. The temperature information, approximate coefficient data, and elapsed time information are passed to the external device, and the frequency drift at startup is corrected based on the information on the external device side. Thereby, the frequency drift at the time of starting can be corrected in elapsed time units.
[Mode 2] The curve approximating the frequency drift characteristic is a product of a first quadratic function term having temperature as a variable, a second quadratic function having temperature as a variable, and a logarithmic function having time as a variable. It is expressed by the sum of the term consisting of
An approximate expression of the frequency drift characteristic can be expressed as {A ′ (temp−t 0 ) 2 + A} × Ln (time) + { B ′ (temp−t 0 ) 2 + B}. That is, the part {A ′ (temp−t 0 ) 2 + A} is the second quadratic function, the part { B ′ (temp−t 0 ) 2 + B} is the first quadratic function, and Ln (time) Is a logarithmic function with time as a variable. Therefore, the external device side can immediately correct the frequency by receiving the temperature information, the approximation coefficient data, and the elapsed time information and substituting them into the above approximate expression for calculation.
[Mode 3] The frequency drift correction data storage unit stores a first frequency drift correction data storage unit that stores first approximate coefficient data until a predetermined time elapses after activation, and the predetermined time has elapsed. And a second frequency drift correction data storage section for storing second approximate coefficient data later.
The frequency drift characteristic of an actual temperature-compensated piezoelectric oscillator shows a rapid frequency change in the time lapse from about 2 seconds immediately after startup, and a gradual frequency change after that. Therefore, the present invention includes an approximation coefficient that approximates a frequency drift in a region where the frequency changes sharply in an initial startup state, and an approximation coefficient that approximates a frequency drift in a region where the frequency changes slowly. Thereby, the characteristic close | similar to an actual frequency drift characteristic can be produced | generated.
[Mode 4] A correction data switching time storage unit that stores a time for switching from the first frequency drift correction data storage unit to the second frequency drift correction data storage unit is provided, and the interface control circuit is connected to the external device. On the other hand, the switching time is output.
The first and second approximation coefficient data have a point of intersection when a predetermined time has elapsed since the start. Therefore, in the present invention, the first and second frequency drift correction data storage units are switched based on the time output from the interface control circuit at the intersection. Thereby, approximate coefficient data whose approximate coefficient data is close to the actual frequency drift characteristic can be obtained.
[Mode 5] The approximation coefficient data is expressed as a frequency deviation with respect to a nominal value of an oscillation frequency of the piezoelectric vibrator.
The approximation coefficient data calculated based on the information received from the oscillator on the device side is information for correcting the oscillation frequency. Therefore, since the frequency drift characteristic obtained by calculation is calculated as a frequency deviation, the nominal value of the oscillation frequency is multiplied by the frequency drift characteristic (ppb: part per billion) obtained from the calculation. Obtained. Thereby, the drift at the time of starting can be correct | amended accurately by calculating based on a frequency correction type | formula.
[Mode 6] A frequency correction system including the temperature compensated piezoelectric oscillator according to any one of
The frequency correction system is a temperature-compensated oscillator according to the present invention, control means for calculating a frequency drift characteristic based on a frequency correction expression based on information output from the temperature-compensated oscillator, and correcting an oscillation frequency based on the frequency drift characteristic. And an external device including a correction circuit. In other words, the external device can immediately correct the oscillation frequency simply by receiving the information given from the temperature compensated oscillator as a variable and calculating according to the determined formula. Thereby, the control on the external device side is easy and can be simplified.
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1] A piezoelectric vibrator, a temperature sensor, and a temperature compensation voltage generation circuit that generates a temperature compensation voltage for compensating the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator based on an output voltage of the temperature sensor, A temperature-compensated piezoelectric oscillator whose oscillation frequency is controlled based on a temperature-compensated voltage, the temperature information storage circuit storing the temperature information detected by the temperature sensor, and the frequency drift characteristics of the temperature-compensated piezoelectric oscillator are approximated A frequency drift correction data storage unit that stores approximate coefficient data of the curve, an elapsed time information output unit that outputs elapsed time information from the time when the temperature compensated oscillator is started, and the temperature information for an external device, And an interface control circuit that outputs the approximate coefficient data and the elapsed time information.
本発明の温度補償型発振器は、従来の温度補償型発振器に、温度情報記憶回路、周波数ドリフト補正データ記憶部、経過時間情報出力手段、及びインターフェース制御回路を更に追加して、インターフェース制御回路と接続された外部機器に対して、温度情報、近似係数データ、及び経過時間情報を渡し、外部機器側でそれらの情報に基づいて起動時の周波数ドリフトを補正する。これにより、起動時の周波数ドリフトを経過時間単位に補正することができる。 The temperature compensated oscillator according to the present invention further includes a temperature information storage circuit, a frequency drift correction data storage unit, an elapsed time information output means, and an interface control circuit in addition to the conventional temperature compensated oscillator, and is connected to the interface control circuit. The temperature information, approximate coefficient data, and elapsed time information are passed to the external device, and the frequency drift at startup is corrected based on the information on the external device side. Thereby, the frequency drift at the time of starting can be corrected in elapsed time units.
[適用例2]前記周波数ドリフト特性を近似した曲線は、温度を変数とする2次関数の項と、温度を変数とする2次関数と時間を変数とする対数関数との積からなる項と、を含む近似式で表されることを特徴とする。 Application Example 2 A curve approximating the frequency drift characteristic is a term composed of a product of a quadratic function having temperature as a variable, a quadratic function having temperature as a variable, and a logarithmic function having time as a variable. It is represented by the approximate expression containing these.
周波数ドリフト特性の近似式は、{A´(temp−t0)2+A}×Ln(time)+{B´(temp−t0)2+B}として表せる。即ち、{A´(temp−t0)2+A}の部分が係数Aの2次関数、{B´(temp−t0)2+B}の部分が係数Bの2次関数、Ln(time)が時間を変数とする対数関数である。従って、外部機器側は、温度情報、近似係数データ、及び経過時間情報を受け取って、上記の近似式に代入して計算することにより、即座に周波数を補正することができる。 An approximate expression of the frequency drift characteristic can be expressed as {A ′ (temp−t 0 ) 2 + A} × Ln (time) + {B ′ (temp−t 0 ) 2 + B}. That is, {A ′ (temp−t 0 ) 2 + A} is a quadratic function of coefficient A, {B ′ (temp−t 0 ) 2 + B} is a quadratic function of coefficient B, and Ln (time) Is a logarithmic function with time as a variable. Therefore, the external device side can immediately correct the frequency by receiving the temperature information, the approximation coefficient data, and the elapsed time information and substituting them into the above approximate expression for calculation.
[適用例3]前記周波数ドリフト補正データ記憶部が、起動から所定時間が経過するまでの間の第1の近似係数データを記憶する第1の周波数ドリフト補正データ記憶部と、前記所定時間が経過した後の第2の近似係数データを記憶する第2の周波数ドリフト補正データ記憶部と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 3 First Frequency Drift Correction Data Storage Unit that Stores First Approximation Coefficient Data Between the Frequency Drift Correction Data Storage Unit and a Predetermined Time Elapse from Start-up And a second frequency drift correction data storage unit for storing the second approximate coefficient data after being performed.
実際の温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性は、起動直後から2秒位までの時間経過においては急激な周波数変化を示し、それ以降においては緩やかな周波数変化を示す。そこで本発明では、起動初期状態に周波数が急峻に変化する領域の周波数ドリフトを近似する近似係数と、周波数が緩やかに変化する領域の周波数ドリフトを近似する近似係数とを、備える。これにより、実際の周波数ドリフト特性に近い特性を生成することができる。 The frequency drift characteristic of an actual temperature-compensated piezoelectric oscillator shows a rapid frequency change in the time lapse from about 2 seconds immediately after startup, and a gradual frequency change after that. Therefore, the present invention includes an approximation coefficient that approximates a frequency drift in a region where the frequency changes sharply in an initial startup state, and an approximation coefficient that approximates a frequency drift in a region where the frequency changes slowly. Thereby, the characteristic close | similar to an actual frequency drift characteristic can be produced | generated.
[適用例4]前記第1の周波数ドリフト補正データ記憶部から前記第2の周波数ドリフト補正データ記憶部へ切り替える時間を記憶する補正データ切替時間記憶部を備えたことを特徴とする。 Application Example 4 The present invention includes a correction data switching time storage unit that stores a time for switching from the first frequency drift correction data storage unit to the second frequency drift correction data storage unit.
第1と第2の近似係数データは、起動時から所定の時間が経過した時点で交差する点がある。そこで本発明では、この交差する点で第1と第2の周波数ドリフト補正データ記憶部を切り替える。これにより、近似係数データが実際の周波数ドリフト特性に近い近似係数データを得ることができる。 The first and second approximation coefficient data have a point of intersection when a predetermined time has elapsed since the start. Therefore, in the present invention, the first and second frequency drift correction data storage units are switched at this intersecting point. Thereby, approximate coefficient data whose approximate coefficient data is close to the actual frequency drift characteristic can be obtained.
[適用例5]前記近似係数データは、前記圧電振動子の発振周波数の公称値に対する周波数偏差として表されていることを特徴とする。 Application Example 5 The approximate coefficient data is expressed as a frequency deviation with respect to a nominal value of the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator.
機器側が発振器から受信した情報に基づいて計算した近似係数データは、発振周波数を補正する情報である。従って、計算で得られた周波数ドリフト特性は、周波数の偏差として計算されるので、発振周波数の公称値に計算から得られた周波数ドリフト特性(ppb:part per billion(十億分率))を掛けて得られる。これにより、周波数補正式に基づいて計算することにより、精度良く起動時のドリフトを補正することができる。 The approximation coefficient data calculated based on the information received from the oscillator on the device side is information for correcting the oscillation frequency. Therefore, since the frequency drift characteristic obtained by calculation is calculated as a frequency deviation, the nominal value of the oscillation frequency is multiplied by the frequency drift characteristic (ppb: part per billion) obtained from the calculation. Obtained. Thereby, the drift at the time of starting can be correct | amended accurately by calculating based on a frequency correction type | formula.
[適用例6]適用例1乃至5の何れか一項に記載の温度補償型圧電発振器と、前記外部機器と、を備えた周波数補正システムであって、前記外部機器は、前記温度補償型圧電発振器の前記インターフェース制御回路から出力された前記近似係数データに基づいて周波数ドリフト特性を計算する制御手段と、該制御手段により計算された前記周波数ドリフト特性に基づいて、前記温度補償型圧電発振器から出力される信号の周波数を補正する補正回路と、を備えたことを特徴とする。
A temperature compensated piezoelectric oscillator according to any one of Application Example 6 Application Example 1 to 5, a frequency correction system and a said external device, the external device, the temperature-compensated piezoelectric Control means for calculating frequency drift characteristics based on the approximate coefficient data output from the interface control circuit of an oscillator, and output from the temperature compensated piezoelectric oscillator based on the frequency drift characteristics calculated by the control means And a correction circuit for correcting the frequency of the received signal.
周波数補正システムは、本発明の温度補償型発振器と、そこから出力される情報を基に周波数補正式に基づいて周波数ドリフト特性を計算する制御手段、及び周波数ドリフト特性に基づいて発振周波数を補正する補正回路を備えた外部機器と、を備えて構成される。即ち、外部機器は、温度補償型発振器から与えられた情報を変数として受信して、決められた式に従って計算するだけで、発振周波数を即座に補正することができる。これにより、外部機器側の制御が容易で、且つ単純化することができる。 The frequency correction system is a temperature-compensated oscillator according to the present invention, control means for calculating a frequency drift characteristic based on a frequency correction expression based on information output from the temperature-compensated oscillator, and correcting an oscillation frequency based on the frequency drift characteristic. And an external device including a correction circuit. In other words, the external device can immediately correct the oscillation frequency simply by receiving the information given from the temperature compensated oscillator as a variable and calculating according to the determined formula. Thereby, the control on the external device side is easy and can be simplified.
[適用例7]温度情報記憶回路、周波数ドリフト補正データ記憶部、経過時間情報出力手段、及びインターフェース制御回路を備えた温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト補正方法であって、前記温度情報記憶回路が、温度センサーが検知した温度情報を記憶するステップと、前記周波数ドリフト補正データ記憶部が、前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶するステップと、前記経過時間情報出力手段が、前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力するステップと、前記インターフェース制御回路が、外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するステップと、を備えたことを特徴とする。
Application Example 7 A frequency drift correction method for a temperature compensated piezoelectric oscillator including a temperature information storage circuit, a frequency drift correction data storage unit, an elapsed time information output unit, and an interface control circuit, wherein the temperature information storage circuit Storing the temperature information detected by the temperature sensor, storing the approximate coefficient data of a curve in which the frequency drift correction data storage unit approximates the frequency drift characteristic of the temperature compensated piezoelectric oscillator, and the elapsed time information output means, and outputting an elapsed time information from the time when the temperature compensated oscillator is activated, the interface control circuit, the temperature information to external devices, the approximate coefficient data, and the elapsed time And a step of outputting information.
本発明は適用例1と同様の作用効果を奏する。 The present invention has the same effects as application example 1.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
図1(a)は常温(25℃)におけるTCXOの周波数ドリフト特性をグラフ化した図であり、グラフ26はTCXOの周波数ドリフト特性、グラフ27は計算値による周波数ドリフト近似特性を表す。図1(b)はドリフト近似係数A、 Bにおける温度依存性を表す図である。図1(c)は圧電振動子の温度特性を示す図である。図1(d)は各温度に対する周波数補正式をグラフ化した図である。
周波数補正式は、以下のように表される。
{A´(temp−t0)2+A}×Ln(time)+{B´(temp−t0)2+B}・・・・・(1)
ここで、A、Bはドリフト近似係数、A´、B´はドリフト近似係数A、 Bにおける温度依存性を表す係数、t0は常温25℃、tempは測定時の温度、timeは所定の時刻情報である。実際の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データ、及びドリフト特性の温度依存性を示す近似係数データ(以下、これらのデータを周波数ドリフト補正データと呼ぶ)を記憶回路に保存しておき、外部機器側がTCXOから現在の温度情報と時間経過情報、及び周波数ドリフト補正データを読み出して周波数ドリフト特性を式(1)に基づいて計算する。理論上では、25℃でTCXOを起動したときには、ICチップの発熱温度が圧電振動子の温度よりも僅かに上昇してICチップと圧電振動子に温度差が生じる。この温度差が温度補償動作に影響を与え時間経過とともに周波数が緩やかに上昇する。このような周波数ドリフト特性を式(1)の計算式を使って計算する。
FIG. 1A is a graph showing the frequency drift characteristics of TCXO at room temperature (25 ° C.).
The frequency correction formula is expressed as follows.
{A ′ (temp−t 0 ) 2 + A} × Ln (time) + {B ′ (temp−t 0 ) 2 + B} (1)
Here, A and B are drift approximation coefficients, A ′ and B ′ are drift approximation coefficients A and B, which are temperature coefficients, t 0 is a room temperature of 25 ° C., temp is a measurement temperature, and time is a predetermined time. Information. Approximation coefficient data of a curve approximating the actual frequency drift characteristics and approximation coefficient data indicating the temperature dependence of the drift characteristics (hereinafter referred to as frequency drift correction data) are stored in a memory circuit, and externally stored. The device side reads the current temperature information, time lapse information, and frequency drift correction data from the TCXO, and calculates the frequency drift characteristic based on the equation (1). Theoretically, when TCXO is started at 25 ° C., the heat generation temperature of the IC chip slightly rises above the temperature of the piezoelectric vibrator, and a temperature difference is generated between the IC chip and the piezoelectric vibrator. This temperature difference affects the temperature compensation operation, and the frequency gradually increases with time. Such a frequency drift characteristic is calculated using the calculation formula (1).
図2は本発明の第1の実施形態に係るTCXOを使用した周波数補正システムの構成を示すブロック図である。本発明の周波数補正システム100は、TCXO50とGPSレシーバ12を備えて構成され、TCXO50は、温度に対して周波数が3次曲線的に変化する圧電振動子1、温度変化に対応した電圧を出力する温度センサー2、この電圧に基づいて圧電振動子1の周波数温度特性を補正する温度補償電圧を発生する温度補償電圧発生回路3、及び温度補償電圧に基づいて制御された周波数を発振する電圧制御型発振器(以下、VCXOと呼ぶ)5を備えたTCXO50であって、TCXO50は、温度センサー2が検知した温度情報を、A/D変換器6によりデジタル信号に変換して記憶する温度情報記憶回路8と、TCXO50の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データ、及び周波数ドリフト特性の温度依存性を示す近似係数データを記憶する周波数ドリフト補正データ記憶部7と、TCXO50が起動した時点からの経過時間情報を出力するN分周器9とカウンタ10により構成される経過時間情報出力手段46と、GPSレシーバ(外部機器)12に対して温度情報、周波数ドリフト補正データ、及び経過時間情報を出力するインターフェース制御回路11と、を備えて構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the frequency correction system using the TCXO according to the first embodiment of the present invention. The
尚、端子4に接続された圧電振動子1以外の回路は、ICチップ22内に集積化されている。また、GPSレシーバ12は、発振信号21の周波数を補正する補正回路15と、GPS衛星との通信を行うRF部14と、ベースバンド信号処理用LSI(BB−LSI)16と、温度情報、周波数ドリフト補正データ、及び経過時間情報に基づいて式(1)により周波数ドリフト特性を計算するCPU(Central processing Unit:中央演算処理装置)17と、メモリ18を備え、クロック19、データ20、及び発振信号21によりTCXO50と接続されている。
即ち、本実施形態のTCXO50は、従来の温度補償型発振器に、温度情報記憶回路8、周波数ドリフト補正データ記憶部7、経過時間情報出力手段46、及びインターフェース制御回路11を追加して、インターフェース制御回路11と接続されたGPSレシーバ12に対して、温度情報、周波数ドリフト補正データ、及び経過時間情報を渡し、GPSレシーバ12側でそれらの情報に基づいてTCXO50の起動時の周波数ドリフトを補正する。これにより、TCXO50の起動時の周波数ドリフトを経過時間単位に補正することができる。
The circuits other than the
That is, the
図3は本発明の第1の実施形態に係る周波数補正システムの動作を説明するフローチャートであり、図4は各経過時間における周波数偏差の変化の様子を示す図である。
まず、GPSレシーバ12のCPU17は、図4の時刻T1(起動直後の時間0秒の時点)における経過時間情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S1)。そして、周波数ドリフト補正データ記憶部7に記憶されている周波数ドリフト補正データと、温度情報記憶回路8に記憶されている温度情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S2)。次に、所定の時刻T2の時点における経過時間情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S3)。そして、前記式(1)の周波数補正式に各値を代入して計算して(S4)、その計算結果で補正回路15により発振信号21の発振周波数を補正する(S5)。GPSレシーバ12は、補正後の周波数をもとにGPS衛星を捕捉する(S6)。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the frequency correction system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a change in frequency deviation at each elapsed time.
First, the
図5は本発明の第2の実施形態に係るTCXOを使用した周波数補正システムの構成を示すブロック図である。本発明の周波数補正システム110は、TCXO51の構成以外は図2と同様であるので、同じ構成要素には図2と同じ参照番号を付して説明を省略する。本発明のTCXO51は、周波数ドリフト補正データ記憶部として、起動から所定時間が経過するまでの間の第1の近似係数データを記憶する第1の周波数ドリフト補正データ記憶部23と、所定時間が経過した後の第2の近似係数データを記憶する第2の周波数ドリフト補正データ記憶部24と、を備えている。即ち、図7で示すように、起動初期状態の周波数ドリフトを近似する近似係数26は、緩やかな部分(B点)では近似精度が悪くなり、実際のTCXO51の周波数ドリフトとの誤差が大きくなる。そこで本実施形態では、起動初期状態の周波数ドリフトを近似する近似係数26と、緩やかに変化する領域の周波数ドリフトを近似する近似係数27とを、備える。これにより、実際の周波数ドリフト特性により近い特性を生成することができる。周波数ドリフト特性が1つの近似曲線上にうまくフィッティングしない場合であっても、ドリフトが急峻なところと緩やかなところで最適フィッティングカーブが得られるため、起動後の周波数ドリフトをより精密に補正することが可能となる。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a frequency correction system using a TCXO according to the second embodiment of the present invention. Since the
図6は本発明の第2の実施形態に係る周波数補正システムの動作を説明するフローチャートであり、図7は各経過時間における周波数偏差の変化の様子を示す図である。まず、GPSレシーバ12のCPU17は、図7の時刻T1(起動直後の時間0秒の時点)における経過時間情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S11)。そして、第1の周波数ドリフト補正データ記憶部23、第2の周波数ドリフト補正データ記憶部24に記憶されている周波数ドリフト補正データと、温度情報記憶回路8に記憶されている温度情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S12)。次に、図7の時刻T2(A点)より前にGPS衛星の捕捉を開始しているか否かをチェックして(S13)、時刻T2より前にGPS衛星の捕捉を開始している場合は(S13でYes)、経過時間情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S14)。そして、周波数補正式(1)の周波数情報の式に各データを代入して計算して(S15)、その値で補正回路15により発振信号21の発振周波数を補正する(S16)。GPSレシーバ12は、補正後の周波数をもとにGPS衛星を捕捉する(S17)。一方、ステップS13で時刻T2(A点)より後にGPS衛星の捕捉を開始した場合は(S13でNo)、発振器の周波数ドリフト補正データを第1の周波数ドリフト補正データ記憶部23から第2の周波数ドリフト補正データ記憶部24に切り替えて読み取り(S18)、ステップS14に進む。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the frequency correction system according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing how the frequency deviation changes at each elapsed time. First, the
図8は本発明の第3の実施形態に係るTCXOを使用した周波数補正システムの構成を示すブロック図である。本発明の周波数補正システム120は、TCXO52の構成以外は図5と同様であるので、同じ構成要素には図5と同じ参照番号を付して説明を省略する。本発明のTCXO52は、第1の周波数ドリフト補正データ記憶部23と第2の周波数ドリフト補正データ記憶部24とを切り替えるための時間情報を記憶する補正データ切替時間記憶部25を備えた。即ち、第1と第2の近似係数データ26、 27は、起動時から所定の時間が経過した時点で交差する点Aがある。そこで本実施形態では、この交差点Aで第1の周波数ドリフト補正データ記憶部23と第2の周波数ドリフト補正データ記憶部24を切り替える。これにより、近似係数データが実際の周波数ドリフト特性により近い近似係数データを得ることができる。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a frequency correction system using a TCXO according to the third embodiment of the present invention. Since the
図9は本発明の第3の実施形態に係る周波数補正システムの動作を説明するフローチャートである。まず、GPSレシーバ12のCPU17は、図7の時刻T1(起動直後の時間0秒の時点)における経過時間情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S21)。そして、第1の周波数ドリフト補正データ記憶部23、第2の周波数ドリフト補正データ記憶部24に記憶されている周波数ドリフト補正データと、温度情報記憶回路8に記憶されている温度情報をインターフェース回路11を介して読み出す(S22)。次に、補正データ切替時間記憶部25に記憶されている切替時間データを読み出す(S23)。そして所定時間経過後、経過時間情報を読み出し(S24)、経過時間と切替時間とを比較して(S25)、経過時間が切替時間より小さい場合(S25でYes)、発振器の周波数ドリフト補正データを第1の周波数ドリフト補正データ記憶部23から読み取り、周波数補正式(1)の周波数情報の式に各データを代入して計算する(S26)。ステップS25で経過時間が切替時間より大きい場合(S25でNo)、発振器の周波数ドリフト補正データを第2の周波数ドリフト補正データ記憶部24から読み取り、周波数補正式(1)の周波数情報の式に各データを代入して計算する(S29)。そして、その値で補正回路15により発振信号21の発振周波数を補正する(S27)。GPSレシーバ12は、補正後の周波数をもとにGPS衛星を捕捉する(S28)。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the frequency correction system according to the third embodiment of the present invention. First, the
1 圧電振動子、2 温度センサー、3 温度補償電圧発生回路、4 端子、5 VCXO、6 A/D変換器、7 周波数ドリフト補正データ記憶部、8 温度情報記憶回路、9 N分周器、10 カウンタ、11 インターフェース制御回路、12 GPSレシーバ、13 アンテナ、14 RF部、15 補正回路、16 BB−LSI、17 CPU、18 メモリ、19 クロック信号線、20 データ線、21 発振信号線、22 ICチップ、23 第1の周波数ドリフト補正データ記憶部、24 第2の周波数ドリフト補正データ記憶部、25 補正データ切替時間記憶部、26 第1の周波数補正データ、27 第2の周波数補正データ、30 圧電振動子、31 振動子ベース基板、32 振動子端子、33 樹脂モールド、34 接続部材、35 シート基板、36 外部端子、37 ICチップ、38 温度センサー、39 メモリ、40 温度補償電圧発生回路、41 VCXO、42 温度補償機構、43 圧電発振器、44 圧電振動子の変動量、45 温度補償機構による温度補償量、46 経過時間情報出力手段、50 第1の実施形態のTCXO、51 第2の実施形態のTCXO、52 第3の実施形態のTCXO、100 第1の周波数補正システム、110 第2の周波数補正システム、120 第3の周波数補正システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator, 2 Temperature sensor, 3 Temperature compensation voltage generation circuit, 4 terminals, 5 VCXO, 6 A / D converter, 7 Frequency drift correction data storage part, 8 Temperature information storage circuit, 9 N frequency divider, 10 Counter, 11 Interface control circuit, 12 GPS receiver, 13 Antenna, 14 RF unit, 15 Correction circuit, 16 BB-LSI, 17 CPU, 18 Memory, 19 Clock signal line, 20 Data line, 21 Oscillation signal line, 22 IC chip , 23 First frequency drift correction data storage unit, 24 Second frequency drift correction data storage unit, 25 Correction data switching time storage unit, 26 First frequency correction data, 27 Second frequency correction data, 30 Piezoelectric vibration Child, 31 vibrator base substrate, 32 vibrator terminal, 33 resin mold, 34 connecting member, 35 Sheet substrate, 36 External terminal, 37 IC chip, 38 Temperature sensor, 39 Memory, 40 Temperature compensation voltage generation circuit, 41 VCXO, 42 Temperature compensation mechanism, 43 Piezoelectric oscillator, 44 Variation amount of piezoelectric vibrator, 45 Temperature compensation mechanism Temperature compensation amount, 46 elapsed time information output means, 50 TCXO of the first embodiment, 51 TCXO of the second embodiment, 52 TCXO of the third embodiment, 100 first frequency correction system, 110 second Frequency correction system, 120 Third frequency correction system
Claims (7)
前記温度補償電圧に基づいて発振周波数が制御される温度補償型圧電発振器であって、
前記温度センサーが検知した温度情報を記憶する温度情報記憶回路と、
前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶する周波数ドリフト補正データ記憶部と、
前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力する経過時間情報出力手段と、
外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するインターフェース制御回路と、を備えたことを特徴とする温度補償型圧電発振器。 A piezoelectric vibrator, a temperature sensor, and a temperature compensation voltage generation circuit that generates a temperature compensation voltage for compensating a frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator based on an output voltage of the temperature sensor,
A temperature compensated piezoelectric oscillator in which an oscillation frequency is controlled based on the temperature compensated voltage,
A temperature information storage circuit for storing temperature information detected by the temperature sensor;
A frequency drift correction data storage unit storing approximation coefficient data of a curve approximating the frequency drift characteristic of the temperature compensated piezoelectric oscillator;
Elapsed time information output means for outputting elapsed time information from the time when the temperature compensated oscillator is started,
An interface control circuit that outputs the temperature information, the approximation coefficient data, and the elapsed time information to an external device.
前記インターフェース制御回路は、前記切り替える時間を前記外部機器に対して出力することを特徴とする請求項3に記載の温度補償型圧電発振器。 A correction data switching time storage unit that stores a time for switching from the first frequency drift correction data storage unit to the second frequency drift correction data storage unit ;
The temperature-compensated piezoelectric oscillator according to claim 3, wherein the interface control circuit outputs the switching time to the external device .
前記外部機器は、前記温度補償型圧電発振器の前記インターフェース制御回路から出力された前記近似係数データに基づいて周波数ドリフト特性を計算する制御手段と、該制御手段により計算された前記周波数ドリフト特性に基づいて、前記温度補償型圧電発振器から出力される信号の周波数を補正する補正回路と、を備えたことを特徴とする周波数補正システム。 A frequency correction system comprising the temperature compensated piezoelectric oscillator according to any one of claims 1 to 5 and an external device,
The external device is based on the frequency drift characteristic calculated by the control means for calculating the frequency drift characteristic based on the approximate coefficient data output from the interface control circuit of the temperature compensated piezoelectric oscillator, and the control means. And a correction circuit for correcting the frequency of the signal output from the temperature-compensated piezoelectric oscillator.
前記温度情報記憶回路が、温度センサーが検知した温度情報を記憶するステップと、
前記周波数ドリフト補正データ記憶部が、前記温度補償型圧電発振器の周波数ドリフト特性を近似した曲線の近似係数データを記憶するステップと、
前記経過時間情報出力手段が、前記温度補償型発振器が起動した時点からの経過時間情報を出力するステップと、
前記インターフェース制御回路が、外部機器に対して前記温度情報、前記近似係数データ、及び前記経過時間情報を出力するステップと、を備えたことを特徴とする周波数ドリフト補正方法。 A temperature drift compensation method for a temperature compensated piezoelectric oscillator comprising a temperature information storage circuit, a frequency drift correction data storage unit, an elapsed time information output means, and an interface control circuit,
The temperature information storage circuit storing temperature information detected by a temperature sensor;
The frequency drift correction data storage unit storing approximation coefficient data of a curve approximating a frequency drift characteristic of the temperature compensated piezoelectric oscillator;
The elapsed time information output means outputs the elapsed time information from the time when the temperature compensated oscillator is started; and
The interface control circuit includes the step of outputting the temperature information, the approximation coefficient data, and the elapsed time information to an external device.
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