JP5679430B2 - 複合型温度補償水晶発振器 - Google Patents
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Description
この従来の温度補償水晶発振器は、ATカット水晶振動素子とこのATカット水晶振動素子と電気的に接続される集積回路素子と、これらが搭載される素子搭載部材と、ATカット水晶振動素子を封止する蓋部材とから主に構成されている(例えば、特許文献1参照)。
ATカット水晶振動素子が搭載された温度補償水晶発振器は、主に基準周波数の信号に用いられる。
音叉型水晶振動素子が搭載された温度補償水晶発振器は、例えば、32.768kHzの周波数を用いて時間のカウントに用いられる。
例えば、特許文献3に記載の複合型温度補償水晶発振器は、素子搭載部材が、基板部とこの基板部の一方の主面に第一凹部と第二凹部が形成されるように設けられる第一枠部と前記基板部の他方の主面に第三凹部が形成されるように第二枠部が設けられている。
ここで、第一凹部には、音叉型水晶振動素子が搭載され、第三凹部にATカット水晶振動素子が搭載される。また、第二凹部には集積回路素子が搭載される。
また、従来の温度補償型水晶発振器は、音叉型水晶振動素子が搭載された第一凹部を封止するために第一蓋部材が素子搭載部材に接合され、ATカット水晶振動素子が搭載された第三凹部を封止するために第二蓋部材が素子搭載部材に接合される。
ここで、集積回路素子は、温度センサーと発振回路と温度補償回路とが含まれており、温度センサーが発生させる温度データを温度補償回路に入力し、温度補償回路によってこの温度データに基づいて温度補償する温度データをメモリから読み込み、この温度データ用いて、ATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とを発振させている。
例えば、従来の複合型温度補償水晶発振器は、ATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とが素子搭載部材の裏表に設けられた第一凹部と第三凹部とに別々に搭載されているので、これらを封止する際は、第一凹部と第三凹部とのどちらか一方を封止した後に残った凹部を封止することとなる。したがって、製造工程が多くかかり、製造コストを増大させる要因となる。
また、電子機器の基板に搭載するための外部接続端子と第一蓋部材又は第二蓋部材とがショートしないように、素子搭載部材の構造を工夫する必要がある。
例えば、従来の複合型温度補償水晶発振器は、外部接続端子が設けられる側の凹部を形成する枠部に段差を設けて、この段差に蓋部材を接合する必要が生じる。そのため、素子搭載部材の構造が複雑となり、製造コストを増大させる要因となる。
ここで、ATカット水晶振動素子の温度補償は、周波数偏差を縦軸、温度変化を横軸とした場合、周波数偏差と温度との関係は三次関数になるため、この三次関数とは逆になる三次関数を生成することで行われる。
また、音叉型水晶振動素子の温度補償は、周波数偏差を縦軸、温度変化を横軸とした場合、周波数偏差と温度との関係は二次関数になるため、この二次関数とは逆になる二次関数を生成することで行われる。
したがって、温度補償回路をATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とで共用する場合は、ATカット水晶振動素子か音叉型水晶振動素子かのどちらかを優先して温度補償することとなる。そのため、ATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子との両方の温度補償を正確に行えない課題があった。
また、このような構成において、温度センサーは、第一温度補償信号発生回路と第二温度補償信号発生回路とに接続されており、第一温度補償信号発生回路がATカット水晶振動素子と接続しており、第二温度補償信号発生回路が音叉型水晶振動素子と接続しているので、ATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とを別々に温度補償することができる。
また、このような構成において、ATカット水晶振動素子に接続される回路と音叉型水晶振動素子に接続される回路とが独立して設けられているため、ATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とのそれぞれに独立して発振させることができる。
図1に示すように、本発明の第一の実施形態に係る複合型温度補償水晶発振器100は、素子搭載部材110、ATカット水晶振動素子120、音叉型水晶振動素子130、蓋部材140、集積回路素子150とから主に構成されている。
この素子搭載部材110は、第一凹部K1内で露出する基板部111に2つ一対の第一搭載パッド111Aが設けられ、第二凹部K2内で露出する基板部111に2つ一対の第二搭載パッド111Bが設けられ、第三凹部K3内で露出する基板部111に複数の第三搭載パッド111Cが設けられている。
また、第二枠部113において、第三凹部K3内に露出する基板部111の表面と同一方向を向く面に複数の外部端子Gが設けられている。
このATカット水晶振動素子120は、図2に示すように、水晶素板121に励振用電極122を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極122を介して水晶素板121に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板121は、人工水晶体から所定のカットアングル、例えば、ATカットで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極122は、前記水晶素板121の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このようなATカット水晶振動素子120は、その両主面に被着されている異極となるそれぞれの励振用電極122から延出する引き出し電極123と第一凹部K1内の第一搭載パッド111Aとを、導電性接着剤DSを介して電気的且つ機械的に接続することによって第一凹部K1内に搭載される。このときの引き出し電極123が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を圧電振動素子120の先端部とする。
図3に示すように、音叉型水晶振動素子130は、水晶片131と、その水晶片131の表面に設けられた励振用電極と接続用電極と周波数調整用電極と導配線パターンとにより主に構成される。
励振用電極132Aは、第一の振動腕部131Bの一方の主面に設けられている。励振用電極132Bは、第一の振動腕部131Bの他方の主面に設けられている。励振用電極132Cは、第一の振動腕部131Bの第二の振動腕部131Cに対向する内側側面に設けられている。励振用電極132Dは、励振用電極132Cが設けられた側面に対向する第一の振動腕部131Bの外側側面に設けられている。周波数調整用電極133Aは、第一の振動腕部131Bの先端部の両主面に設けられている。
なお、蓋部材140と第一枠部112との接合は、例えば、蓋部材140に設けられる封止材が金スズからなる場合は、蓋部材140を第一枠部112に重ねた状態で加熱することで接合することができる。
この集積回路素子150は、図4に示すように、主に、温度センサー151、第一温度補償信号発生回路152A、第二温度補償信号発生回路152B、メモリ153、バリキャップダイオード154A、154B、156A、156B、第一インバータ154C、第一抵抗154D、第二インバータ156C、第二抵抗156Dとが組み込まれて構成される。
これら第一温度補償データと第二温度補償データとは、温度センサー151が出力する温度データに対応したデータとなっている。
この温度補償信号の微調整を、例えば、ゲインコントロール回路で調整しても良い。
温度補償信号となる電圧は、バリキャップダイオード154A、154Bを介してATカット水晶振動素子120に出力される。
この第一出力バッファ155の出力側からATカット水晶振動素子120の周波数を出力する。なお、この第一出力バッファ155は、分周回路を組み込んでいても良い。
この温度補償信号となる電圧の微調整を、例えば、ゲインコントロール回路で調整しても良い。
温度補償信号となる電圧は、バリキャップダイオード156A、156Bを介して音叉型水晶振動素子130に出力される。
この温度補償信号となる電圧の微調整を、例えば、ゲインコントロール回路で調整しても良い。
温度補償信号となる電圧は、バリキャップダイオード156A、156Bを介して音叉型水晶振動素子130に出力される。
この第三インバータ157の出力側から音叉型水晶振動素子130の周波数を出力する。
また、このような構成において、温度センサーは、第一温度補償信号発生回路と第二温度補償信号発生回路とに接続されており、第一温度補償信号発生回路がATカット水晶振動素子と接続しており、第二温度補償信号発生回路が音叉型水晶振動素子と接続しているので、ATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とを別々に温度補償することができる。
本発明の第二の実施形態に係る複合型温度補償水晶発振器は、集積回路素子の回路構成が第一の実施形態と異なる。
なお、第一の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
また、蓋部材140についても第一の実施形態と同一の位置にて素子搭載部材110と接合される。
図5に示すように、集積回路素子250は、主に、温度センサー151、第一温度補償信号発生回路152A、メモリ153、バリキャップダイオード154A、154B、第一インバータ154C、第一抵抗154D、第二インバータ156C、第二抵抗156Dとが組み込まれて構成される。
これら第一温度補償データは、温度センサー151が出力する温度データに対応したデータとなっている。
この温度補償信号の微調整を、例えば、ゲインコントロール回路で調整しても良い。
温度補償信号となる電圧は、バリキャップダイオード154A、154Bを介してATカット水晶振動素子120に出力される。
この第一出力バッファ155の出力側からATカット水晶振動素子120の周波数を出力する。なお、この第一出力バッファ155は、分周回路を組み込んでいても良い。
この第三インバータ157の出力側から音叉型水晶振動素子130の周波数を出力する。
また、このような構成において、ATカット水晶振動素子に接続される回路と音叉型水晶振動素子に接続される回路とが独立して設けられているため、ATカット水晶振動素子と音叉型水晶振動素子とのそれぞれに独立して発振させることができる。
110 素子搭載部材
111 基板部
111A 第一搭載パッド
111B 第二搭載パッド
111C 第三搭載パッド
112 第一枠部
113 第二枠部
120 ATカット水晶振動素子
130 音叉型水晶振動素子
140 蓋部材
150 集積回路素子
151 温度センサー
152 A第一温度補償信号発生回路
152 B第二温度補償信号発生回路
153 メモリ
154A、154B、156A、156B バリキャップダイオード
154C 第一インバータ
154D 第一抵抗
156C 第二インバータ
156D 第二抵抗
250集積回路素子
K1第一凹部
K2第二凹部
K3第三凹部
Claims (2)
- 基板部と、この基板部の一方の主面に平面方向に並んで設けられ第一凹部と第二凹部を形成する第一枠部と、前記基板部の他方の主面に設けられ第三凹部を形成する第二枠部とを備える素子搭載部材と、
前記第一凹部内に設けられた第一搭載パッドに搭載されるATカット水晶振動素子と、
前記第二凹部内に設けられた第二搭載パッドに搭載される音叉型水晶振動素子と、
前記第三凹部内に設けられた第三搭載パッドに搭載される1つの集積回路素子と、
前記第一凹部と前記第二凹部とを塞ぐ1つの蓋部材と、
を備え、
前記集積回路素子は、
周囲の温度を検知して温度データを出力する1つの温度センサーと、
前記温度データに対応した前記ATカット水晶振動素子の温度補償に用いる第一温度補償データと、前記温度データに対応した前記音叉型水晶振動素子の温度補償に用いる第二温度補償データとを格納しているメモリと、
前記温度センサーと前記メモリとに接続しつつ前記ATカット水晶振動素子とバリキャップダイオードを介して接続する第一温度補償信号発生回路と、
前記温度センサーと前記メモリとに接続しつつ前記音叉型水晶振動素子とバリキャップダイオードを介して接続する第二温度補償信号発生回路と、
前記ATカット水晶振動素子と並列に接続される第一抵抗及び第一インバータと、
前記音叉型水晶振動素子と並列に接続される第二抵抗及び第二インバータと、
を備えており、
前記第一温度補償信号発生回路は、前記温度センサーからの温度データを入力し、前記メモリに格納されている前記第一温度補償データのうち、入力した前記温度データに対応した前記第一温度補償データを参照して3次関数を生成し、温度補償信号となる電圧を前記ATカット水晶振動素子に接続した前記バリキャップダイオードのみへ出力し、
前記第二温度補償信号発生回路は、前記温度センサーからの温度データを入力し、前記メモリに格納されている前記第二温度補償データのうち、入力した前記温度データに対応した前記第二温度補償データを参照して2次関数を生成し、温度補償信号となる電圧を前記音叉型水晶振動素子と接続したバリキャップダイオードのみへ出力する
ことを特徴とする複合型温度補償水晶発振器。 - 基板部と、この基板部の一方の主面に平面方向に並んで設けられ第一凹部と第二凹部を形成する第一枠部と、前記基板部の他方の主面に設けられ第三凹部を形成する第二枠部とを備える素子搭載部材と、
前記第一凹部内に設けられた第一搭載パッドに搭載されるATカット水晶振動素子と、
前記第二凹部内に設けられた第二搭載パッドに搭載される音叉型水晶振動素子と、
前記第三凹部内に設けられた第三搭載パッドに搭載される1つの集積回路素子と、
前記第一凹部と前記第二凹部とを塞ぐ1つの蓋部材と、
を備え、
前記集積回路素子は、
周囲の温度を検知して温度データを出力する1つの温度センサーと、
前記温度データに対応した前記ATカット水晶振動素子の温度補償に用いる第一温度補償データを格納しているメモリと、
前記温度センサーと前記メモリとに接続しつつ前記ATカット水晶振動素子とバリキャップダイオードを介して接続する第一温度補償信号発生回路と、
前記ATカット水晶振動素子と並列に接続される第一抵抗及び第一インバータと、
前記音叉型水晶振動素子と並列に接続される第二抵抗及び第二インバータと、
を備えており、
前記第二抵抗及び第二インバータとが、ダイオードを介して接地されており、
前記第一温度補償信号発生回路は、前記温度センサーからの温度データを入力し、前記メモリに格納されている前記第一温度補償データのうち、入力した前記温度データに対応した前記第一温度補償データを参照して3次関数を生成し、温度補償信号となる電圧を前記ATカット水晶振動素子に接続した前記バリキャップダイオードのみへ出力する
ことを特徴とする複合型温度補償水晶発振器。
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JP2011010322A JP5679430B2 (ja) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 複合型温度補償水晶発振器 |
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