JP5970275B2 - High stability oscillator - Google Patents

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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

本発明は、高安定度の周波数を出力する発振器に関する。   The present invention relates to an oscillator that outputs a highly stable frequency.

高安定度の周波数を出力する発振器として、例えば、圧電振動子や水晶振動子、さらにはLC(インダクタ−キャパシタ)共振回路などの共振素子を備え、その共振素子を発振回路に接続して共振素子の共振周波数に相当する発振信号を出力するものがある。特に水晶振動子は、共振素子としての共振周波数の高い安定度を備えており、水晶振動子を用いる発振器である水晶発振器は、その出力周波数が高度に安定しており、各種の電子機器において周波数や時間の基準源として広く用いられている。   As an oscillator that outputs a high-stability frequency, for example, a piezoelectric resonator, a crystal resonator, and a resonance element such as an LC (inductor-capacitor) resonance circuit are provided, and the resonance element is connected to the oscillation circuit. Some output an oscillation signal corresponding to the resonance frequency. In particular, the crystal oscillator has high stability of the resonance frequency as a resonance element, and the crystal oscillator, which is an oscillator using the crystal oscillator, has a highly stable output frequency, and is used in various electronic devices. And widely used as a reference source for time.

水晶発振器の周波数安定度が高いとは言え、水晶振動子の共振周波数は温度に応じてわずかに変化するので、水晶発振器により温度によらずに一定の周波数をより高安定度で得るためには、何らかの方法で、水晶振動子に対する温度の影響を取り除かなければならない。   Although the frequency stability of the crystal oscillator is high, the resonance frequency of the crystal oscillator changes slightly depending on the temperature, so in order to obtain a constant frequency with high stability regardless of the temperature by the crystal oscillator In some way, the temperature effect on the crystal must be removed.

より高安定度の周波数を出力する水晶発振器として、温度制御により一定の温度に維持されている恒温槽内に少なくとも水晶振動子を収容した恒温槽付水晶発振器(OCXO:Oven-Controlled Crystal Oscillator)がある。恒温槽付水晶発振器では、周囲温度によらずに水晶振動子の温度が一定温度に高精度に維持されるので、極めて高い安定度の周波数を得ることができる。   As a crystal oscillator that outputs a higher stability frequency, there is an Oven-Controlled Crystal Oscillator (OCXO) that contains at least a crystal unit in a thermostat that is maintained at a constant temperature by temperature control. is there. In the crystal oscillator with a thermostat, the temperature of the crystal resonator is maintained at a constant high temperature regardless of the ambient temperature, so that a frequency with extremely high stability can be obtained.

また、周囲温度を測定し、水晶振動子の周波数温度特性に基づき、測定された周囲温度から補償量を求め、補償量を発振回路にフィードバックすることにより温度補償を行うようにした温度補償水晶発振器(TCXO:Temperature Compensated Crystal Oscillator)もある。温度補償水晶発振器では、例えば、発振回路において水晶振動子に接続した負荷容量の値が変化することによって発振周波数が微小に変化することを利用し、補償量に応じて負荷容量値を変化させることによって、周囲温度によらずに一定の発振周波数が得られるようにしている。   Also, a temperature-compensated crystal oscillator that measures the ambient temperature, calculates the compensation amount from the measured ambient temperature based on the frequency temperature characteristics of the crystal unit, and feeds back the compensation amount to the oscillation circuit. (TCXO: Temperature Compensated Crystal Oscillator). In a temperature-compensated crystal oscillator, for example, it is possible to change the load capacitance value according to the compensation amount by using the fact that the oscillation frequency changes minutely by changing the value of the load capacitance connected to the crystal resonator in the oscillation circuit. Therefore, a constant oscillation frequency can be obtained regardless of the ambient temperature.

恒温槽付水晶発振器は、極めて高い安定度の周波数を出力することができるという利点を有するものの、恒温槽を一定温度に維持するためにヒーターによって恒温槽を加熱する必要があり(一般に恒温槽の温度は室温よりも十分に高い温度とされる)、電力消費が大きいという課題がある。また、電源投入後、恒温槽内が規定の温度に達して安定するまでの起動時間として数分から数十分を要し、その間は出力周波数が安定しない、という課題もある。必要な時にはいつでも恒温槽付水晶発振器を使用できるようにしようとすると、起動時間の問題があるので、結局、使用しないときでも恒温槽付水晶発振器を動作させ続ける必要があり、その分、さらに電力消費量が大きくなる。このような恒温槽付水晶発振器の大きな電力消費という課題を緩和することを目的として、特許文献1には、ヒーターを有する恒温槽を使用するものの、場合によっては、一定温度ではなく、周囲温度からある関係によって定まる温度となるように恒温槽の温度を制御するように構成したものが開示されている。   Although the crystal oscillator with a thermostat has the advantage of being able to output a very high frequency of stability, it is necessary to heat the thermostat with a heater in order to maintain the thermostat at a constant temperature (generally, The temperature is sufficiently higher than room temperature), and there is a problem that power consumption is large. Another problem is that it takes several minutes to several tens of minutes as a startup time until the inside of the thermostatic chamber reaches a specified temperature and stabilizes after the power is turned on, and the output frequency is not stable during that time. If you try to use the crystal oscillator with a thermostatic bath whenever you need it, there is a problem of start-up time, so you need to keep the crystal oscillator with a thermostatic bath operating even when you don't use it. Consumption increases. In order to alleviate the problem of large power consumption of such a crystal oscillator with a thermostat, Patent Document 1 uses a thermostat having a heater, but in some cases, it is not a constant temperature but an ambient temperature. A configuration is disclosed in which the temperature of the thermostatic chamber is controlled so as to be a temperature determined by a certain relationship.

一方、温度補償水晶発振器は、ヒーターによって加熱される恒温槽を用いないので、電力消費が小さく、かつ、電源投入後に直ぐに利用可能になる、という利点を有する。しかしながら、出力周波数の安定度が恒温槽付水晶発振器に比べて例えば1桁以上悪い、という問題点を有する。また、高精度に温度補償を行おうとすると、周波数温度特性における高次の成分までの補償を行う必要が生じて補償量を発生するための温度補償回路の構成が大がかりとなり、また、温度補償回路を最適点に調整するための作業量も膨大となって時間を要するようになる。また、周囲温度が大きく変化する場合には、その変化範囲の上下限付近では十分な温度補償を行うことができず、周波数が安定度が低下することもある。特許文献2には、例えば極端に周囲温度が低い場合などに、ヒーターを作動させ、確実に温度補償を行える温度範囲にまで水晶振動子の温度を上昇させるようにした温度補償水晶発振器が示されている。特許文献3には、温度補償回路の調整時間の短縮を図るために、水晶発振器内にヒーターを組み込み、ヒーターによって水晶振動子を加熱しつつ温度補償回路の調整を行えるようにした温度補償水晶発振器が開示されている。   On the other hand, the temperature-compensated crystal oscillator does not use a thermostatic chamber heated by a heater, and thus has an advantage that power consumption is small and it can be used immediately after power-on. However, there is a problem that the stability of the output frequency is worse by, for example, one digit or more as compared with the crystal oscillator with a thermostatic bath. In addition, if temperature compensation is to be performed with high accuracy, it is necessary to perform compensation up to higher-order components in the frequency temperature characteristics, and the configuration of the temperature compensation circuit for generating the compensation amount becomes large, and the temperature compensation circuit The amount of work for adjusting to the optimum point becomes enormous and requires time. When the ambient temperature changes greatly, sufficient temperature compensation cannot be performed in the vicinity of the upper and lower limits of the change range, and the frequency stability may decrease. Patent Document 2 discloses a temperature-compensated crystal oscillator in which, for example, when the ambient temperature is extremely low, the temperature of the crystal unit is raised to a temperature range in which the heater is operated and temperature compensation can be reliably performed. ing. Patent Document 3 discloses a temperature-compensated crystal oscillator in which a heater is incorporated in a crystal oscillator in order to shorten the adjustment time of the temperature-compensation circuit, and the temperature compensation circuit can be adjusted while the crystal unit is heated by the heater. Is disclosed.

以上では、恒温槽付水晶発振器と温度補償水晶発振器について説明したが、水晶振動子以外の発振素子を用いる発振器においても、その発振素子を恒温槽内に収容して高い安定度の発振周波数を得る構成と、発振素子の周波数温度特性に基づき周囲温度の測定値から補償量を求め、温度補償を行って高い安定度の発振周波数を得る構成とを考えることができる。この場合も、恒温槽を用いる構成の方が、温度補償型の構成をよりも、高い安定度の周波数を出力するが、電力消費も大きく、起動時間も長くなる。   In the above description, the crystal oscillator with temperature chamber and the temperature-compensated crystal oscillator have been described. Even in an oscillator using an oscillation element other than a crystal oscillator, the oscillation element is accommodated in the temperature chamber to obtain a highly stable oscillation frequency. A configuration and a configuration in which a compensation amount is obtained from a measured value of the ambient temperature based on the frequency temperature characteristic of the oscillation element, and the oscillation frequency is compensated to obtain a highly stable oscillation frequency can be considered. Also in this case, the configuration using the thermostatic chamber outputs a higher stability frequency than the configuration of the temperature compensation type, but the power consumption is large and the startup time is also long.

特表2008−507174号公報Special table 2008-507174 特開2009−182881号公報JP 2009-182881 A 特開2009−246658号公報JP 2009-246658 A

発振素子を用いた発振器、例えば水晶発振器は、各種の電子機器に用いられており、その電子機器に要求される周波数安定度に応じ、恒温槽付水晶発振器あるいは温度補償水晶発振器が選択される。例えば、移動体通信における基地局の用途では、極めて安定度の高い周波数源が必要であるので、従来は、恒温槽付水晶発振器を選択するしかなかった。ところが近年、GPS(全地球測位システム;Global Positioning System)衛星からの極めて安定した周波数の電波を受信してこれを利用することが可能になってきており、GPS電波を使用することが可能であるならば、通信基地局の用途においても、必ずしも恒温槽付水晶発振器を使用する必要はなくて温度補償水晶発振器の使用で十分な場合が生じてきている。しかしながら、GPS衛星からの電波が利用できない時間帯の存在や基地局の調整を行うときのために、依然として通信基地局においては恒温槽付水晶発振器が選択され続けている。恒温槽付水晶発振器を使用し続けることに伴って、通信基地局での電力消費の削減が困難になっている。   An oscillator using an oscillation element, such as a crystal oscillator, is used in various electronic devices, and a crystal oscillator with a thermostat or a temperature-compensated crystal oscillator is selected according to the frequency stability required for the electronic device. For example, a base station application in mobile communication requires a very stable frequency source, and conventionally, there has been no choice but to select a crystal oscillator with a thermostatic bath. However, in recent years, it has become possible to receive and use radio waves of extremely stable frequencies from GPS (Global Positioning System) satellites, and it is possible to use GPS radio waves. Therefore, even in the use of a communication base station, it is not always necessary to use a crystal oscillator with a thermostatic bath, and the use of a temperature compensated crystal oscillator is sufficient. However, a quartz oscillator with a thermostat is still being selected in the communication base station for the existence of a time zone in which the radio wave from the GPS satellite cannot be used or when the base station is adjusted. As the crystal oscillator with a thermostatic chamber continues to be used, it is difficult to reduce power consumption at the communication base station.

このように、全体から見ればわずかな時間帯での高安定度周波数の要求のために恒温槽付水晶発振器を動作させ続けなければならない機器が存在し、このことはその機器における消費電力の増大につながっている。この他にも、温度補償水晶発振器では周波数安定度が不足するが、恒温槽付水晶発振器ほどの周波数安定度は要求されない用途がある。このことは、通常時には温度補償水晶発振器と同程度の安定度で周波数を出力しつつ、必要が生じた場合には恒温槽付水晶発振器と同程度の高い安定度で周波数を出力し、しかも、全体としての電力消費が抑えられた水晶発振器に対する要求が存在することを示している。同様に、水晶振動子以外の発振素子を用いる発振器であっても、必要が生じたときには発振周波数の安定度をさらに高めることができるとともに、全体での電力消費が抑えられた発振器に対する要求が存在する。   In this way, there are devices that must keep the quartz crystal oscillator with a constant temperature bath operating due to the demand for high stability frequency in a short period of time, which increases the power consumption of the device. Connected to. In addition to this, the temperature compensated crystal oscillator has insufficient frequency stability, but there are applications in which the frequency stability is not as high as that of the thermostatic bath crystal oscillator. This means that the frequency is output with the same level of stability as the temperature compensated crystal oscillator at normal times, and when necessary, the frequency is output with the same high level of stability as the crystal oscillator with a thermostatic bath, It shows that there is a need for a crystal oscillator with reduced overall power consumption. Similarly, even for an oscillator that uses an oscillation element other than a crystal unit, there is a need for an oscillator that can further increase the stability of the oscillation frequency when the need arises and suppresses the overall power consumption. To do.

そこで本発明の目的は、高い安定度の周波数を出力するとともに、必要が生じた場合にはさらに高い安定度の周波数を出力し、かつ、全体での電力消費が抑えられた発振器を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an oscillator that outputs a high stability frequency, outputs a higher stability frequency when necessary, and suppresses the overall power consumption. It is in.

本発明の発振器は、共振素子とこの共振素子を用いる発振回路とを備えて共振素子に応じた周波数を出力する発振器であって、共振素子の温度を測定する温度センサと、共振素子の温度を調整する温度調整ユニットと、共振素子の温度が一定温度となるように、温度センサによって測定された温度に基づいて温度調整ユニットを駆動し制御する温度制御回路と、共振素子の周波数温度特性に基づき、温度センサによって測定された温度から温度補償用の補償量を求めて発振回路に供給する温度補償回路と、外部信号に基づき、温度制御回路及び温度調整ユニットを動作させて共振素子の温度を一定温度として発振回路を動作させる恒温モードと、温度制御回路及び温度調整ユニットを動作させず補償量に基づく温度補償のみを行って発振回路を動作させる温度補償モードと、を切り替えるモード制御回路と、を有する。   An oscillator according to the present invention is an oscillator that includes a resonant element and an oscillation circuit that uses the resonant element and outputs a frequency corresponding to the resonant element, and includes a temperature sensor that measures the temperature of the resonant element, and a temperature of the resonant element. Based on the temperature adjustment unit to be adjusted, the temperature control circuit for driving and controlling the temperature adjustment unit based on the temperature measured by the temperature sensor so that the temperature of the resonance element becomes a constant temperature, and the frequency temperature characteristic of the resonance element The temperature compensation circuit calculates the compensation amount for temperature compensation from the temperature measured by the temperature sensor and supplies it to the oscillation circuit. Based on the external signal, the temperature control circuit and the temperature adjustment unit are operated to keep the temperature of the resonant element constant. Oscillation circuit that performs constant temperature mode based on compensation amount without operating temperature control circuit and temperature adjustment unit. Has a temperature compensation mode is to operate, a switch-mode control circuit, the.

本発明の発振器において、共振素子は例えば水晶振動子であり、水晶振動子を共振素子として用いた場合には、この発振器は水晶発振器として構成されることになる。また、温度調整ユニットは、昇温の機能のみを有するヒーターによって構成されていてもよいし、あるいは、昇温と降温の両方の機能を有する素子(例えばペルチエ素子)によって構成されてもよい。   In the oscillator of the present invention, the resonant element is, for example, a crystal resonator, and when the crystal resonator is used as the resonant element, the oscillator is configured as a crystal oscillator. Further, the temperature adjustment unit may be constituted by a heater having only a function of raising temperature, or may be constituted by an element (for example, a Peltier element) having both functions of raising and lowering temperature.

本発明では、発振器に、共振素子の周波数温度特性に基づき共振素子の温度に応じて発振周波数の温度補償を行うための温度補償回路を設けるとともに、共振素子を一定温度に維持するための温度調整ユニット(ヒーターやペルチエ素子など)及び温度制御回路を設けている。その上で、外部信号に応じて、温度調整ユニットと温度制御回路とを動作させて共振素子を一定温度に維持しつつ発振回路を動作させる温度制御モードと、温度調整ユニットと温度制御回路とを動作させないで温度補償のみを行って発振回路を動作させる温度補償モードとを切替えるようにしている。その結果、本発明によれば、通常時には、温度調整ユニットを動作させない温度補償モードとして電力消費の低減を図ることができ、必要が生じた時には温度調整ユニットを動作させる温度制御モードとして特に安定度の高い周波数出力を得られるようになる。   In the present invention, the oscillator is provided with a temperature compensation circuit for performing temperature compensation of the oscillation frequency in accordance with the temperature of the resonant element based on the frequency temperature characteristic of the resonant element, and temperature adjustment for maintaining the resonant element at a constant temperature. A unit (such as a heater or a Peltier element) and a temperature control circuit are provided. In addition, a temperature control mode for operating the oscillation circuit while maintaining the resonant element at a constant temperature by operating the temperature adjustment unit and the temperature control circuit according to an external signal, and the temperature adjustment unit and the temperature control circuit are provided. Only the temperature compensation is performed without operating, and the temperature compensation mode for operating the oscillation circuit is switched. As a result, according to the present invention, it is possible to reduce power consumption as a temperature compensation mode in which the temperature adjustment unit is not operated during normal times, and particularly as a temperature control mode in which the temperature adjustment unit is operated when necessary. High frequency output can be obtained.

本発明の実施の一形態の発振器の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the oscillator of one Embodiment of this invention. 図1に示す発振器の回路構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of the oscillator shown in FIG. 1.

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように本実施形態の発振器1は、容器2内に、回路基板3、回路部4、共振素子5及び温度調整ユニット6を収容した構成を有する。容器2は、耐熱性樹脂または金属製のものであって、例えば、ベースとカバーとからなっている。容器2は、気密性のものであっても非気密性のものであってもよい。   As shown in FIG. 1, the oscillator 1 according to this embodiment has a configuration in which a circuit board 3, a circuit unit 4, a resonance element 5, and a temperature adjustment unit 6 are accommodated in a container 2. The container 2 is made of a heat-resistant resin or metal, and includes, for example, a base and a cover. The container 2 may be airtight or non-airtight.

温度調整ユニット6は、共振素子5の温度を調整するものであって、例えば、昇温機能のみを有するヒーター、あるいは昇温及び降温の両方の機能を有するペルチエ素子によって構成されている。温度調整ユニット6は、回路基板3の上面あるいは裏面に設けられるものである。共振素子5は、例えば、水晶振動子であって、その温度が温度調整ユニット6によって変化させられるように、温度調整ユニット6に接して配置されている。図示したものでは、共振素子5は、例えば表面実装型の容器を備えた水晶振動子であって、温度調整ユニット6の表面に取り付けられている。温度調整ユニット6として例えばチャンバーを有するものを使用するとすれば、共振素子5はそのチャンバー内に収容される。回路部4は、後述するように、共振素子5を利用した発振回路などを備えたものであって、例えば、1チップのIC(集積回路)として回路基板3上に設けられている。回路部4を複数の個別(ディスクリート)部品で構成してもよい。さらに容器2のベース部には、この発振器1を電子機器の基板に実装する際に用いられる複数のフットパターン7が形成されており、これらのフットパターン7は導電路を介して回路基板3に接続している。図では、表面実装用の導電膜端子としてフットパターン7が示されているが、フットパターン7はリード線であってもよい。   The temperature adjustment unit 6 adjusts the temperature of the resonant element 5 and is constituted by, for example, a heater having only a temperature raising function or a Peltier element having both a temperature raising and lowering function. The temperature adjustment unit 6 is provided on the upper surface or the back surface of the circuit board 3. The resonant element 5 is, for example, a crystal resonator, and is disposed in contact with the temperature adjustment unit 6 so that the temperature thereof can be changed by the temperature adjustment unit 6. In the illustrated example, the resonant element 5 is a crystal resonator including, for example, a surface-mounted container, and is attached to the surface of the temperature adjustment unit 6. If, for example, a unit having a chamber is used as the temperature adjustment unit 6, the resonance element 5 is accommodated in the chamber. As will be described later, the circuit unit 4 includes an oscillation circuit using a resonance element 5 and is provided on the circuit board 3 as, for example, a one-chip IC (integrated circuit). The circuit unit 4 may be composed of a plurality of individual (discrete) parts. Furthermore, a plurality of foot patterns 7 used when the oscillator 1 is mounted on a substrate of an electronic device are formed on the base portion of the container 2, and these foot patterns 7 are formed on the circuit substrate 3 through conductive paths. Connected. In the drawing, the foot pattern 7 is shown as a conductive film terminal for surface mounting, but the foot pattern 7 may be a lead wire.

図2は、回路部4の内部構成も含めてこの発振器1の回路構成を示している。共振素子5の温度を測定するための温度センサ8が設けられている。温度センサ8は、例えば、温度調整ユニット6と共振素子5との接合界面、あるいは、共振素子5の容器の内部などに配置される。回路部4には、共振素子5が電気的に接続されて共振素子5の共振周波数で発振する発振回路11と、共振素子5の周波数温度特性に基づき、温度センサ8によって測定された温度から温度補償用の補償量を求めこの補償量を表す信号を発振回路11に出力する温度補償回路12と、共振素子5の温度が一定温度となるように、温度センサ8によって測定された温度に基づいて温度調整ユニット6を駆動し制御する温度制御回路13と、この発振器1の動作を制御し、特に、外部からの制御信号に応じて後述する温度制御モードと温度補償モードとの切り替えを行うモード制御回路14と、外部回路からの影響を低減するために発振回路11の出力に接続されたバッファ回路15と、を備えている。バッファ回路15の出力は、周波数出力端子16に接続しており、この周波数出力端子16から発振器1の発振周波数出力が得られる。また、制御信号の入出力のために、モード制御回路14に接続する制御端子17が設けられている。周波数出力端子16及び制御端子17は、それぞれ、対応するフットパターン7に電気的に接続する。   FIG. 2 shows the circuit configuration of the oscillator 1 including the internal configuration of the circuit unit 4. A temperature sensor 8 for measuring the temperature of the resonant element 5 is provided. The temperature sensor 8 is disposed, for example, at the junction interface between the temperature adjustment unit 6 and the resonance element 5 or inside the container of the resonance element 5. The circuit unit 4 includes an oscillation circuit 11 that is electrically connected to the resonance element 5 and oscillates at the resonance frequency of the resonance element 5, and a temperature from the temperature measured by the temperature sensor 8 based on the frequency temperature characteristics of the resonance element 5. Based on a temperature compensation circuit 12 that obtains a compensation amount for compensation and outputs a signal representing the compensation amount to the oscillation circuit 11 and a temperature measured by the temperature sensor 8 so that the temperature of the resonant element 5 becomes a constant temperature. A temperature control circuit 13 for driving and controlling the temperature adjustment unit 6 and the operation of the oscillator 1 are controlled. In particular, mode control for switching between a temperature control mode and a temperature compensation mode, which will be described later, in accordance with an external control signal. A circuit 14 and a buffer circuit 15 connected to the output of the oscillation circuit 11 in order to reduce the influence from the external circuit are provided. The output of the buffer circuit 15 is connected to the frequency output terminal 16, and the oscillation frequency output of the oscillator 1 can be obtained from this frequency output terminal 16. A control terminal 17 connected to the mode control circuit 14 is provided for input / output of control signals. Each of the frequency output terminal 16 and the control terminal 17 is electrically connected to the corresponding foot pattern 7.

次に、温度制御モードと温度補償モードについて説明する。   Next, the temperature control mode and the temperature compensation mode will be described.

温度制御モードは、温度制御回路13及び温度調整ユニット6を動作させ、温度センサ8によって測定された温度に基づいて温度調整ユニット6を駆動することによって共振素子5の温度を一定温度とし、この状態で発振回路11を動作させることにより、より高い安定度で周波数を発振し出力するモードである。このモードでは、例えばヒーターからなる温度調整ユニット6を動作させて共振素子5の温度を室温よりもかなり高い温度(例えば85℃)に維持するので、消費電力は大きくなる。   In the temperature control mode, the temperature control circuit 13 and the temperature adjustment unit 6 are operated, and the temperature adjustment unit 6 is driven based on the temperature measured by the temperature sensor 8, thereby setting the temperature of the resonant element 5 to a constant temperature. In this mode, the oscillation circuit 11 is operated to oscillate and output a frequency with higher stability. In this mode, for example, the temperature adjustment unit 6 including a heater is operated to maintain the temperature of the resonant element 5 at a temperature considerably higher than room temperature (for example, 85 ° C.), so that power consumption increases.

これに対して温度補償モードは、温度制御回路13及び温度調整ユニット6を動作させないモードであり、このモードでは、共振素子5の周波数温度特性に基づき、温度センサ8によって測定された温度から温度補償回路12が温度補償用の補償量を求め、補償量を示す補償信号を発振回路11に供給している。このとき共振素子5の温度は、発振器1内の回路の発熱の影響などを無視すれば周囲温度となり、周囲温度が変化すれば同様に変化する。発振回路11は、例えば、共振素子5に接続した負荷容量の値を補償信号に応じて変化させることにより、温度補償された周波数で発振する。共振素子5の周波数温度特性は、温度を変化させつつ共振素子5を用いて発振回路11を発振させたときの発振周波数の変化から、事前に測定されたものである。この測定された周波数温度特性は、予め、温度補償回路12内の例えばメモリなどに格納されている。温度補償モードでは、温度調整ユニット6を動作させないので電力消費は小さいが、温度制御モードに比べて周波数安定度は悪くなっている。   On the other hand, the temperature compensation mode is a mode in which the temperature control circuit 13 and the temperature adjustment unit 6 are not operated. In this mode, the temperature compensation is performed from the temperature measured by the temperature sensor 8 based on the frequency temperature characteristics of the resonant element 5. The circuit 12 obtains a compensation amount for temperature compensation, and supplies a compensation signal indicating the compensation amount to the oscillation circuit 11. At this time, the temperature of the resonant element 5 becomes the ambient temperature if the influence of the heat generation of the circuit in the oscillator 1 is ignored, and similarly changes if the ambient temperature changes. For example, the oscillation circuit 11 oscillates at a temperature compensated frequency by changing the value of the load capacitance connected to the resonance element 5 in accordance with the compensation signal. The frequency-temperature characteristic of the resonant element 5 is measured in advance from the change in the oscillation frequency when the oscillation circuit 11 is oscillated using the resonant element 5 while changing the temperature. The measured frequency temperature characteristics are stored in advance in, for example, a memory or the like in the temperature compensation circuit 12. In the temperature compensation mode, since the temperature adjustment unit 6 is not operated, the power consumption is small, but the frequency stability is worse than that in the temperature control mode.

以上の説明から明らかなように、温度制御モードと温度補償モードは、共振素子5が水晶振動子であるとすれば、それぞれ、恒温槽付水晶発振器と温度補償水晶発振器の動作に対応する。本発明は、外部から与えられる制御信号に応じ、モード制御回路14において温度制御モードと温度補償モードとを切り替え、選択することに特徴を有する。なお、このモードの切り替え時に出力周波数が変化することがないようにするため、温度制御モードにおいても温度補償回路12は動作を続けており、発振回路11は温度補償回路12からの補償信号に基づいて発振動作を行う。   As is apparent from the above description, the temperature control mode and the temperature compensation mode correspond to the operation of the thermostat crystal oscillator and the temperature compensated crystal oscillator, respectively, if the resonant element 5 is a crystal resonator. The present invention is characterized in that the mode control circuit 14 switches between the temperature control mode and the temperature compensation mode in accordance with a control signal given from the outside. In order to prevent the output frequency from changing when the mode is switched, the temperature compensation circuit 12 continues to operate even in the temperature control mode, and the oscillation circuit 11 is based on the compensation signal from the temperature compensation circuit 12. To oscillate.

温度補償モードと温度制御モードとの切り替えのタイミング等について説明する。   The timing of switching between the temperature compensation mode and the temperature control mode will be described.

通常の稼働時には極めて安定度の高い周波数を要求するシステムにおいては、通常時には温度制御モードとするが、スタンバイ時(電源は投入されているが高安定度の周波数出力を必要としない状態)にあるときには温度補償モードに切り替えることが考えられる。そうすれば、スタンバイ時には温度調整ユニット6を動作させないので、省電力化を実現することができる。   In a system that requires a frequency with extremely high stability during normal operation, the temperature control mode is set during normal operation, but it is in standby mode (the power is on but a high-stability frequency output is not required). Sometimes switching to the temperature compensation mode can be considered. By doing so, the temperature adjustment unit 6 is not operated during standby, so that power saving can be realized.

基地局用途などにおいては、それほど高い周波数安定度を要求されない通常動作時には温度補償モードで動作させておき、比較的高い周波数安定度が要求されるメンテナンス期間等では温度制御モードに切り替えることが考えられる。この場合は、温度補償モードで動作する期間が長くなるので、従来のように恒温槽付水晶発振器を用いる場合に比べ、本実施形態の発振器を用いることによって、全体としての大幅な省電力化が達成される。   In base station applications, etc., it is possible to operate in temperature compensation mode during normal operation where high frequency stability is not required, and to switch to temperature control mode during maintenance periods where relatively high frequency stability is required. . In this case, since the period for operating in the temperature compensation mode becomes longer, the use of the oscillator according to the present embodiment compared to the case of using a crystal oscillator with a thermostatic bath as in the prior art can greatly reduce power consumption as a whole. Achieved.

あるいは、出力周波数がある程度の安定度になるまでに比較的短い時間を要求される用途に対し、起動時には温度補償モードで動作させることによってある程度の周波数安定度を確保し、その後、温度制御モードに切り替えてさらに高い周波数安定度に収束させる、という使用方法も考えられる。   Alternatively, for applications that require a relatively short time before the output frequency reaches a certain degree of stability, a certain degree of frequency stability is ensured by operating in the temperature compensation mode at startup, and then the temperature control mode is entered. A method of use is also conceivable in which switching is made to converge to a higher frequency stability.

以上説明したように、本実施形態の発振器によれば、必要な時には特に安定度の高い周波数を得ることができ、かつ、全体としての消費電力量の低減を図ることができる。   As described above, according to the oscillator of this embodiment, a particularly stable frequency can be obtained when necessary, and the power consumption as a whole can be reduced.

1…発振器、2…容器、3…回路基板、4…回路部、5…共振素子、6…温度調整ユニット、7…フットパターン、8…温度センサ、11…発振回路、12…温度補償回路、13…温度制御回路、14…モード制御回路、15…バッファ回路、16…周波数出力端子、17…制御端子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oscillator, 2 ... Container, 3 ... Circuit board, 4 ... Circuit part, 5 ... Resonance element, 6 ... Temperature adjustment unit, 7 ... Foot pattern, 8 ... Temperature sensor, 11 ... Oscillation circuit, 12 ... Temperature compensation circuit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Temperature control circuit, 14 ... Mode control circuit, 15 ... Buffer circuit, 16 ... Frequency output terminal, 17 ... Control terminal.

Claims (4)

共振素子と該共振素子を用いる発振回路とを備えて前記共振素子に応じた周波数を出力する発振器であって、
前記共振素子の温度を測定する温度センサと、
前記共振素子の温度を調整する温度調整ユニットと、
前記共振素子の温度が一定温度となるように、前記温度センサによって測定された温度に基づいて前記温度調整ユニットを駆動し制御する温度制御回路と、
前記共振素子の周波数温度特性に基づき、前記温度センサによって測定された温度から温度補償用の補償量を求めて前記発振回路に供給する温度補償回路と、
外部信号に基づき、前記温度制御回路及び前記温度調整ユニットを動作させて前記共振素子の温度を前記一定温度として前記発振回路を動作させる温度制御モードと、前記温度制御回路及び前記温度調整ユニットを動作させず前記補償量に基づく温度補償のみを行って前記発振回路を動作させる温度補償モードと、を切り替えるモード制御回路と、
を有する発振器。
An oscillator comprising a resonance element and an oscillation circuit using the resonance element and outputting a frequency according to the resonance element,
A temperature sensor for measuring the temperature of the resonant element;
A temperature adjustment unit for adjusting the temperature of the resonant element;
A temperature control circuit that drives and controls the temperature adjustment unit based on the temperature measured by the temperature sensor so that the temperature of the resonant element becomes a constant temperature;
A temperature compensation circuit for obtaining a compensation amount for temperature compensation from the temperature measured by the temperature sensor based on the frequency temperature characteristics of the resonant element and supplying the compensation circuit to the oscillation circuit;
Based on an external signal, the temperature control mode in which the temperature control circuit and the temperature adjustment unit are operated to operate the oscillation circuit with the temperature of the resonant element as the constant temperature, and the temperature control circuit and the temperature adjustment unit are operated. A mode control circuit that switches between a temperature compensation mode in which only the temperature compensation based on the compensation amount is performed and the oscillation circuit is operated, and
Having an oscillator.
通常の稼働時には前記温度制御モードとし、電源は投入されているが前記通常の稼働時に比べて高安定度の周波数出力を必要としないスタンバイ時にあるときは前記温度補償モードに切り替えられる、請求項1に記載の発振器。 The temperature control mode is set during normal operation, and is switched to the temperature compensation mode when the power is turned on but in a standby time that does not require a high-stability frequency output as compared with the normal operation. The oscillator described in 1. 通常動作時には前記温度補償モードとし、前記通常動作時に比べて高い周波数安定度が要求される期間では前記温度制御モードに切り替えられる、請求項1に記載の発振器。 The oscillator according to claim 1, wherein the temperature compensation mode is set during normal operation, and the temperature control mode is switched during a period in which higher frequency stability is required than during normal operation . 前記温度調整ユニットは昇温及び降温の機能を備える素子によって構成される、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発振器。 The oscillator according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature adjustment unit includes an element having a function of raising and lowering temperature.
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