JP6123979B2

JP6123979B2 - 発振装置及び電子機器

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Publication number: JP6123979B2
Application number: JP2012117165A
Authority: JP
Inventors: 徳橋　元弘; 元弘徳橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2017-05-10
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Description

本発明は、発振装置、発振素子及び電子機器等に関する。

温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated X’tal Oscillator）は、所定の温度範囲で水晶振動子の発振周波数の所望の周波数（公称周波数）からのずれ（周波数偏差）をキャンセルすることにより高い周波数安定度が得られる。例えば、一般的なＴＣＸＯの周波数安定度は±２００ｐｐｂ程度（使用温度範囲：−２０℃〜＋７０℃）である。

ＴＣＸＯには、一般に、図１２（Ａ）に示すように、周波数温度特性が３次関数で近似されるＡＴカット水晶振動子が用いられるが、個々のＡＴカット水晶振動子でこの３次関数が異なる。そのため、ＴＣＸＯの特性検査において、４点以上の温度と発振周波数との関係を求めて水晶振動の周波数温度特性を温度補償するための情報（温度補償情報）を算出する必要がある。

そして、ＴＣＸＯが動作する際には、この温度補償情報に基づいて、温度変化に対して図１２（Ｂ）に示すような周波数変化を生じさせる温度補償電圧を内部で発生させて、出力される発振信号の周波数温度特性がフラットに近づくようにしている。

近年、フェムトセルといった小さな通話エリア用の小型基地局や計測器において、より高精度のクロック信号が必要とされている。このような用途では、例えば±５０ｐｐｂ程度の周波数安定度が求められることがある。

ＴＣＸＯに比べて周波数安定度が良い発振装置として、恒温槽を備えたＯＣＸＯ（Oven
Controlled Crystal Oscillator）がある。しかし、恒温槽及びその温度制御回路を備えるため、ＴＣＸＯに比べて高価で大型になるという欠点がある。

特許文献１の発明は、ＴＣＸＯを搭載したベースをカバーで封止して温度を一定に保つものであり、ＴＣＸＯとＯＣＸＯの中間程度の温度特性を備え、安価で小型の発振装置を提供する。

特開２０１０−１２４３４８号公報

しかし、特許文献１の手法でも、温度変化に対して図１２（Ｂ）に示すような温度補償電圧を内部で発生させて、出力される発振信号の周波数温度特性を平らにすることが行われる。そのため、製造時に個々のＡＴカット水晶振動子によって異なる高次関数を求めて、例えば極大値や極小値がちょうど相殺されるように調整する作業が必要になる。このとき、４点以上の温度と発振周波数との関係を求める必要があり、製造の効率を低下させてしまう。

また、特許文献１の手法では、ベースをカバーで封止してできる閉空間が疑似オーブンとして機能する（以下、このような閉空間の疑似オーブンも含めてオーブンと呼ぶ）。こ
のとき、ＯＣＸＯ並みに高い精度（例えば±１℃）でオーブンを所定の温度に保つ必要がある。しかし、ＴＣＸＯとその他の回路を組み立てて構成する特許文献１の発振装置では、個体によるばらつきが生じやすい。そのため、オーブンの温度をターゲット温度に合わせるために温度制御回路の調整作業が必要であるが、例えば±１℃の狭い範囲にオーブンの温度が収まるようにするには、非常に手間のかかる調整作業にならざるを得ない。

以上のように、特許文献１の手法では出荷前の調整作業に手間がかかり、製造の効率が低下して、結果的にコストが上昇する可能性が高い。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、周波数安定度を向上させながら、製造の効率を低下させることなく、小型で安価な発振装置を提供することができる。

本発明は前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、以下の態様又は適用例として実現することが可能である。

［態様１］
本態様に係る発振装置は、発振素子を有し、第１の温度範囲の一部を含む温度補償範囲で前記発振素子の周波数温度特性を補償する温度補償型発振器と、前記発振素子の温度を前記温度補償範囲に含まれる第２の温度範囲内に制御する温度制御回路と、を含む。
［態様２］
上記態様に係る発振装置において、前記温度補償型発振器は、前記第１の温度範囲のうち、前記発振素子の周波数温度特性を一次近似した関数によって補償可能な一部の温度範囲を前記温度補償範囲に含めてもよい。
［態様３］
上記態様に係る発振装置において、前記温度補償型発振器は、前記温度補償範囲を前記第１の温度範囲の上限温度を含む高温側の一部としてもよい。
これらの態様に係る発振装置は、温度補償型発振器と温度制御回路とを含む。温度補償型発振器は、発振素子の温度に応じて周波数温度特性を補償する。温度補償型発振器は、例えばＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）、シリコン発振器等である。
温度補償型発振器は、使用温度範囲、すなわち使用時における温度補償型発振器としての期待する特性が得られるべき所定温度範囲の「一部」で温度補償を行う。つまり、使用温度範囲の全てにわたる高次関数を求めて補償する必要はないので、製造時に、例えば極大値や極小値がちょうど相殺されるように調整する作業の労力が軽減される。
例えば、使用温度範囲のうち一次近似によって補償可能な一部が温度補償範囲であってもよい。このとき、２点の温度と発振周波数との関係を求めるだけでよく、調整が容易になる。そのため、製造の効率を高めることが可能である。また、一次近似で補償するため、温度補償範囲における周波数安定度を向上させることが可能である。一次近似によって補償可能な使用温度範囲の一部としては、例えば上限温度付近や下限温度付近が挙げられる（図１２（Ａ）参照）。
そして、温度制御回路は、温度調節素子によって、温度補償型発振器の発振素子の温度を温度補償範囲に含まれる所定の温度範囲内とする制御を行う。すなわち、発振素子が含まれるオーブンの温度を所定の温度範囲内に保つ。温度調節素子は、例えば熱を発する発熱素子（以下、ヒーターとする）であってもよいし、ペルチェ素子等であってもよい。
温度制御回路の制御によって、発振素子の温度は、温度補償型発振器の温度補償範囲に含まれることになる。そのため、周波数安定度を向上させた発振装置を提供することができる。このとき、ＯＣＸＯのように恒温槽を用いるわけではないため、発振装置は小型で安価である。
また、温度補償型発振器は、温度補償範囲を使用温度範囲の上限温度を含む高温側の一部としてもよい。このとき、一次近似で補償できるだけでなく、温度調節素子としてヒーターを用いることができるのでコストを抑えることができる。例えば、ヒーターをパワートランジスター１個で実現することも可能である。
［態様４］
上記態様に係る発振装置において、前記温度補償発振器は、第１の温度センサーを含み、前記温度制御回路は、前記第１の温度センサーよりも前記発振素子から離れた位置に配置されている第２の温度を測定する温度センサーを含み、前記第１の温度センサーの測定値と前記第２の温度センサーの測定値との差の大きさよりも、前記第２の温度範囲の下限温度と前記温度補償範囲の下限温度との差の大きさ、および前記温度補償範囲の上限温度と前記第２の温度範囲の上限温度との差の大きさの方が大きくてもよい。
［態様５］
上記態様に係る発振装置において、温度制御回路は、前記発振素子を加熱する発熱素子を有してもよい。
これらの態様に係る発振装置は、発振素子の温度を測定する温度センサーを含む。この温度センサーは、温度補償型発振器の内部にあるわけではないため、測定温度に誤差を含む。しかし、これらの態様に係る発振装置によると、この誤差よりも大きなマージンをとるように所定の温度範囲を設定し、誤差があってもオーブンの温度が必ず温度補償範囲内に含まれるようにする。そのため、周波数安定度を向上させた発振装置を提供することができる。また、オーブンの温度を調整するのに、温度調節素子としてヒーターを用いれば、コストを抑えることができる。
［態様６］
上記態様に係る発振装置において、前記発振素子が振動子であってもよい。
［態様７］
本態様に係る電子機器は、上記態様に係る発振装置を含む。
［適用例１］
本適用例に係る発振装置は、所定温度範囲の一部を含む温度補償範囲で周波数温度特性を補償する温度補償型発振器と、温度調節素子を備え、前記温度調節素子によって、前記温度補償型発振器の発振素子の温度を前記温度補償範囲に含まれる所定の温度範囲内とする制御を行う温度制御回路と、を含む。

［適用例２］
上記適用例に係る発振装置において、前記温度補償型発振器は、前記所定温度範囲のうち一次近似によって補償可能な一部を前記温度補償範囲に含めてもよい。

［適用例３］
上記適用例に係る発振装置において、前記温度補償型発振器は、前記温度補償範囲を前記所定温度範囲の上限温度を含む高温側の一部としてもよい。

これらの適用例に係る発振装置は、温度補償型発振器と温度制御回路とを含む。温度補償型発振器は、発振素子の温度に応じて周波数温度特性を補償する。温度補償型発振器は、例えばＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）、シリコン発振器等である。

温度補償型発振器は、使用温度範囲、すなわち使用時における温度補償型発振器としての期待する特性が得られるべき所定温度範囲の「一部」で温度補償を行う。つまり、使用温度範囲の全てにわたる高次関数を求めて補償する必要はないので、製造時に、例えば極大値や極小値がちょうど相殺されるように調整する作業の労力が軽減される。

例えば、使用温度範囲のうち一次近似によって補償可能な一部が温度補償範囲であってもよい。このとき、２点の温度と発振周波数との関係を求めるだけでよく、調整が容易になる。そのため、製造の効率を高めることが可能である。また、一次近似で補償するため、温度補償範囲における周波数安定度を向上させることが可能である。一次近似によって補償可能な使用温度範囲の一部としては、例えば上限温度付近や下限温度付近が挙げられる（図１２（Ａ）参照）。

そして、温度制御回路は、温度調節素子によって、温度補償型発振器の発振素子の温度を温度補償範囲に含まれる所定の温度範囲内とする制御を行う。すなわち、発振素子が含まれるオーブンの温度を所定の温度範囲内に保つ。温度調節素子は、例えば熱を発する発
熱素子（以下、ヒーターとする）であってもよいし、ペルチェ素子等であってもよい。

温度制御回路の制御によって、発振素子の温度は、温度補償型発振器の温度補償範囲に含まれることになる。そのため、周波数安定度を向上させた発振装置を提供することができる。このとき、ＯＣＸＯのように恒温槽を用いるわけではないため、発振装置は小型で安価である。

また、温度補償型発振器は、温度補償範囲を使用温度範囲の上限温度を含む高温側の一部としてもよい。このとき、一次近似で補償できるだけでなく、温度調節素子としてヒーターを用いることができるのでコストを抑えることができる。例えば、ヒーターをパワートランジスター１個で実現することも可能である。

［適用例４］
上記適用例に係る発振装置において、温度制御回路は、前記発振素子の温度を測定する温度センサーを含み、前記温度センサーの測定値と前記発振素子の実際の温度との誤差よりも、前記温度補償範囲とのマージンが大きくなるように前記所定の温度範囲を定めてもよい。

［適用例５］
上記適用例に係る発振装置において、温度制御回路は、前記温度調節素子が熱を発する発熱素子であってもよい。

これらの適用例に係る発振装置は、発振素子の温度を測定する温度センサーを含む。この温度センサーは、温度補償型発振器の内部にあるわけではないため、測定温度に誤差を含む。しかし、これらの適用例に係る発振装置によると、この誤差よりも大きなマージンをとるように所定の温度範囲を設定し、誤差があってもオーブンの温度が必ず温度補償範囲内に含まれるようにする。そのため、周波数安定度を向上させた発振装置を提供することができる。また、オーブンの温度を調整するのに、温度調節素子としてヒーターを用いれば、コストを抑えることができる。

［適用例６］
本適用例に係る発振素子は、上記適用例に係る発振装置に搭載される。

［適用例７］
本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る発振装置を含む。

本実施形態の発振装置の構成例を示す図。本実施形態のＴＣＸＯの構成例を示す図。本実施形態の水晶振動子の周波数安定度の例を示す図。本実施形態のＴＣＸＯの温度補償の例を示す図。本実施形態の温度制御回路の例を示す回路図。本実施形態のＴＣＸＯとヒーターの位置関係の例を示す図。図７（Ａ）は本実施形態のＴＣＸＯとヒーターの位置関係の例を示す模式断面図。図７（Ｂ）は変形例におけるＴＣＸＯとヒーターの位置関係の例を示す模式断面図。図８（Ａ）〜図８（Ｂ）はプリント基板を加工しない場合の別の変形例におけるＴＣＸＯとヒーターの位置関係の例を示す模式断面図。本実施形態のオーブンの温度範囲と、温度補償範囲との関係の例を示す図。本実施形態の発振装置の製造方法を示すフローチャート。適用例の電子機器の機能ブロック図。図１２（Ａ）は水晶振動子の周波数温度特性の一例を示す図。図１２（Ｂ）は温度補償電圧による周波数変化の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．発振装置の全体構成
図１は、本実施形態の発振装置１の構成を示す図である。発振装置１は、ＴＣＸＯ２と温度制御回路５を含む。ＴＣＸＯ２は水晶振動子３と集積回路４を含む。また、温度制御回路５はヒーター６と温度センサー７を含む。

ここで、図１におけるＴＣＸＯ２、水晶振動子３、ヒーター６は、それぞれ本発明の温度補償型発振器、発振素子、温度調節素子に対応する。

ＴＣＸＯ２は、使用温度範囲の一部を含む温度補償範囲で周波数温度特性を補償する。例えば、本実施形態では、使用温度範囲が−２０℃〜＋８５℃であるとする。ＴＣＸＯ２は、この使用温度範囲のうちの一部（例えば＋７０℃〜＋８５℃）だけを含む温度補償範囲（＋７０℃〜１００℃）で周波数温度特性を補償する。

集積回路４（ＩＣ）は、後述するように温度補償回路だけでなく、水晶振動子３と接続される発振回路も含み、１チップ化されているものとする。

温度制御回路５は、ヒーター６の熱によってＴＣＸＯ２の温度を調整する。具体的には、後述するオーブン１８（図７（Ａ）参照）の温度を保つように制御を行う。このとき、オーブン１８の温度は、温度補償範囲に含まれるある一定の範囲内に収まっている。

温度センサー７は、水晶振動子３の近くに配置されて温度を測定する。そして、温度センサー７の測定温度に基づいて、温度制御回路５はヒーター６の発熱を制御する。なお、本実施形態では、ヒーター６は発熱素子であるパワートランジスター３０（図５参照）である。また、温度センサー７はＮＴＣサーミスター１１（図５参照）である。

２．ＴＣＸＯの構成
図２は、本実施形態のＴＣＸＯ２の構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態では、集積回路４は、電圧制御発振回路３４、温度補償電圧発生回路３６、温度センサー３８を含んで構成されている。

電圧制御発振回路３４は、端子を介して水晶振動子３と接続されており、温度補償電圧発生回路３６からの制御電圧に応じて可変容量素子３２の容量値を変化させることにより、水晶振動子３の発振周波数を制御する。電圧制御発振回路３４の発振信号は端子（不図示）を介して外部に出力されるものとする。

温度補償電圧発生回路３６は、温度センサー３８からの出力値（例えば、電圧値）に基づいて、制御電圧を発生させる。ここで、温度センサー３８は、図１の温度センサー７とは異なり、水晶振動子３と共にＴＣＸＯ２の内部に存在する。そのため、温度センサー７に比べて、水晶振動子３の温度を正確に測定することが可能である。

ここで、温度補償を考慮しない場合、水晶振動子３の周波数安定度は図３のようになる
。図３での周波数安定度は、２５℃での周波数を基準としたばらつきを表すものである。図３のように、使用温度範囲の上限温度である８５℃付近では、周波数安定度の変化は線形近似できる。すなわち、高次関数（図１２（Ｂ）参照）ではなく一次関数での近似が可能である。従って、使用温度範囲の上限温度である８５℃を基準に±１５℃（すなわち、７０℃〜１００℃）の範囲（図３のＰ）だけを温度補償するならば、線形近似によって高精度の補償が可能になる。

図４は、本実施形態のＴＣＸＯ２の温度補償後の出力についての周波数安定度を表す。図４のように、８５℃±１５℃の範囲でフラットになっており、良好な周波数安定性を示している。つまり、本実施形態のＴＣＸＯ２を、８５℃±１５℃の範囲で使用する限り、ＯＣＸＯ並みの周波数安定度を得ることが可能である。

そのため、本実施形態の発振装置１では、水晶振動子３を含むオーブン１８（図７（Ａ）参照）の温度が８５℃±１５℃の範囲内に収まるように温度制御回路５が温度制御を行う。以下に、温度制御回路５について詳しく説明する。

３．温度制御回路
図５は、本実施形態の温度制御回路５の回路図である。図５の温度制御回路５において、パワートランジスター３０はヒーター６に対応し、ＮＴＣサーミスター１１は温度センサー７に対応する。

図５の上側の端子９には外部から電源電位Ｖｃｃが供給される。また、図５の下側の端子９は接地され、接地電位ＧＮＤが供給される。またレギュレーター１２によって、基準電位Ｖｒｅｆが生成されている。

基準電位Ｖｒｅｆと接地電位ＧＮＤの間には交流ノイズ除去用のコンデンサー５２が接続され、電源電位Ｖｃｃと接地電位ＧＮＤの間には交流ノイズ除去用のコンデンサー５３、５４が接続されている。また、差動増幅器２０には、端子９から電源電位Ｖｃｃ、接地電位ＧＮＤが供給される。

ＮＴＣサーミスター１１は、第１端子は基準電位Ｖｒｅｆに接続され、第２端子は抵抗４０の第１端子、抵抗４３の第１端子及びコンデンサー５０の第１端子と接続され、抵抗４０の第２端子は接地電位ＧＮＤに接続されている。抵抗４３の第２端子は、差動増幅器２０の反転入力端子（−入力端子）、抵抗４４の第１端子と接続されている。抵抗４４の第２端子は、差動増幅器２０の出力端子及び抵抗４５の第１端子と接続されており、コンデンサー５０の第２端子は接地電位ＧＮＤに接続されている。

抵抗４１は、第１端子が基準電位Ｖｒｅｆに接続され、第２端子が差動増幅器２０の非反転入力端子（＋入力端子）及び抵抗４２の第１端子と接続されている。抵抗４２の第２端子は接地電位ＧＮＤに接続されている。

抵抗４５の第２端子は、パワートランジスター３０のコレクター端子、パワートランジスター３１のベース端子、コンデンサー５１の第１端子及び抵抗４８の第１端子に接続されており、コンデンサー５１の第２端子及び抵抗４８の第２端子は接地電位ＧＮＤに接続されている。

パワートランジスター３１のコレクター端子は電源電位Ｖｃｃに接続され、エミッター端子は、パワートランジスター３０のベース端子、抵抗４６の第１端子及び抵抗４７の第１端子と接続されている。パワートランジスター３０のエミッター端子、抵抗４６の第２端子及び抵抗４７の第２端子は接地電位ＧＮＤに接続されている。

パワートランジスター３０（発熱素子の一例）は、被加熱物に近在して配置され、放熱を利用して被加熱物を加熱するＮＰＮ型のバイポーラートランジスターである。そのため、本実施形態ではヒーター６として機能する。発熱量は、パワートランジスター３０を流れる電流量に応じて変化する。

ＮＴＣサーミスター１１は、測定対象である被加熱物の温度に応じて抵抗値を変化させる。具体的には、被加熱物の温度の上昇に対して抵抗が減少する。そのため、本実施形態では温度センサー７として機能する。

そして、本実施形態の温度制御回路５では、差動増幅器２０によって、ＮＴＣサーミスター１１の抵抗値に基づいてパワートランジスター３０の発熱量を制御することができる。

被加熱物の温度が設定温度よりも低い場合、ＮＴＣサーミスター１１の抵抗値に応じてパワートランジスター３０の発熱量を制御しながら被加熱物を加熱する。具体的には、被加熱物の温度が設定温度と一致する時にＮＴＣサーミスター１１の抵抗値が所定値になり、抵抗４３の第１端子の電位と差動増幅器２０の非反転入力端子（＋入力端子）の電位が一致するようになっている。従って、被加熱物の温度が設定温度よりも低い場合は、ＮＴＣサーミスター１１の抵抗値が所定値よりも高いため、抵抗４３の第１端子の電位が差動増幅器２０の非反転入力端子（＋入力端子）の電位よりも低い。そのため、差動増幅器２０の出力電位が高くなり、パワートランジスター３０がオンして発熱する。

被加熱物がパワートランジスター３０によって加熱され、被加熱物の温度が上昇すると、ＮＴＣサーミスター１１の抵抗値が下がるので、抵抗４３の第１端子の電位が上昇する。これに対して、差動増幅器２０の非反転入力端子（＋入力端子）の電位はほとんど変化しない。従って、差動増幅器２０の非反転入力端子（＋入力端子）と抵抗４３の第１端子の間の電位差が小さくなる。これにより差動増幅器２０の出力電位が低下するので、パワートランジスター３０の発熱量が減少する。そして、被加熱物の温度が設定温度よりも高くなると、パワートランジスター３０がオフして被加熱物の加熱を停止する。

４．発振装置の外観
ここで、本実施形態の発振装置１の外観について説明する。外観とは、具体的にはＴＣＸＯ２、ヒーター６、温度センサー７の位置関係である。図６は、本実施形態のＴＣＸＯ２の端子９を備える面を表す模式的な底面図である。図６のように、ＴＣＸＯ２のパッケージ面（端子９以外の部分）にヒーター６が接している。従って、効率的にＴＣＸＯ２に熱を伝えることが可能である。

図７（Ａ）は、本実施形態のＴＣＸＯ２、ヒーター６（すなわち図５のパワートランジスター３０）、温度センサー７（すなわち図５のＮＴＣサーミスター１１）、プリント基板１４（例えばガラスエポキシ基板等）の位置関係を表す模式的な断面図である（図７（Ｂ）〜図８（Ｂ）についても同じ）。なお、ヒーター６、温度センサー７の間の配線やその他の回路については図示を省略している。

図７（Ａ）のように、本実施形態の発振装置１では、プリント基板１４は端子９の間の部分に穴を空ける加工がさえており、ＴＣＸＯ２のパッケージ１６にヒーター６が例えば接着剤等で取り付けられている。

ＴＣＸＯ２は、パッケージ１６の内部に水晶振動子３と集積回路４とを取り付けて、蓋１５によって密封している。そのため、内部の閉空間が擬似的なオーブン１８として機能
し、温度を一定に保つことが可能になる。本実施形態の発振装置１では、ヒーター６はＴＣＸＯ２を熱して、オーブン１８の温度を温度補償範囲に含まれる所定の温度範囲に収める。このとき、図４を用いて説明した通り、ＯＣＸＯ並みの周波数安定度を得ることが可能である。

ここで、ヒーター６の適切な制御のためには、水晶振動子３の環境温度、すなわちオーブン１８の温度（図５の説明における被加熱物の温度に対応）を温度センサー７が測定する必要がある。本実施形態では、温度センサー７はＴＣＸＯ２の近傍のプリント基板１４に配置されている。そして、温度センサー７の測定値に基づいてヒーター６が制御される。

温度センサー７はオーブン１８の温度を測定するが、ＴＣＸＯ２の内部ではなく外部に配置されているので、測定値と実際のオーブン１８の温度とに誤差が生じる。そこで、ヒーター６によって設定するオーブン１８の温度の範囲を、誤差の分だけＴＣＸＯ２の温度補償範囲から狭めることが好ましい。すなわち、誤差よりも大きなマージンを持たせることが好ましい。

図９は、オーブン１８の温度範囲（設定すべき温度範囲）とＴＣＸＯ２の温度補償範囲との関係を示す図である。図９の例では、温度センサー７の誤差を考慮して、ＴＣＸＯ２の温度補償範囲に対して５℃のマージンを持たせてオーブン１８の温度範囲を定めている。そのため、例えば誤差が−５℃あったとしても、ＴＣＸＯ２の温度補償範囲内であるので、所望の周波数安定度を得ることが可能である。

ここで、図７（Ｂ）、図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、それぞれＴＣＸＯ２、ヒーター６、温度センサー７の位置関係についての変形例を表す。図７（Ｂ）の例では、図７（Ａ）と比較して温度センサー７の位置が異なる。図７（Ｂ）の例では、ＴＣＸＯ２のパッケージ１６にヒーター６だけでなく、温度センサー７も例えば接着剤等で取り付けられている。そのため、オーブン１８の温度をより正確に測定できる可能性がある。

図８（Ａ）〜図８（Ｂ）は、プリント基板１４への加工を行わない場合の配置例を表す。図８（Ａ）の例では、図７（Ｂ）の例と異なり端子９に十分な高さがある。そのため、プリント基板１４に穴を空けなくても、ヒーター６、温度センサー７をパッケージ１６の底面に取り付けることが可能である。

図８（Ｂ）の例では、パッケージ１６の底面に取り付けられないヒーター６を蓋１５に取り付けている。この場合も、ヒーター６は効果的にＴＣＸＯ２に熱を伝えることが可能である。なお、温度センサー７は、本実施形態と同じくＴＣＸＯ２の近傍のプリント基板１４に配置されている。

図７（Ａ）〜図８（Ｂ）に示したどのような外観であっても、ヒーター６によってオーブン１８の温度を所定の範囲内（温度補償範囲から温度センサー７の誤差を考慮して狭めた温度範囲内）にすることで、ＯＣＸＯ並みの周波数安定度を得ることが可能である。

５．発振装置の製造方法
図１０は、本実施形態の発振装置１の製造方法を示すフローチャートである。まず、使用温度範囲の上限温度である８５℃を基準に±１５℃の範囲で温度補償を行う（Ｓ１０）。このとき、例えば８５℃でターゲットとする周波数安定度（例えば±１００ｐｐｂ以内）になるように線形近似を行ってもよい。

次にＴＣＸＯと温度制御回路の組み立てを行う（Ｓ２０）。そして、オーブンの設定温
度が所定の温度範囲に含まれるように、調整抵抗（図５の抵抗４０〜４２が対応）によって調整を行う（Ｓ３０）。

その後に、ケーシングを行い（Ｓ４０）、出荷検査を実行して（Ｓ５０）、良品が出荷される（Ｓ６０）。ここで、本実施形態の発振装置１の製造方法で、従来と大きく異なるのがステップＳ３０である。

例えば、ＯＣＸＯであれば、オーブンの設定温度はターゲット（例えば８５℃）の温度の±１℃以内であることが求められていた。そのため、調整に手間がかかり、製造の効率を低下させていた。

しかし、本実施形態の発振装置１の製造方法では、図９の例を用いると、温度センサー７の誤差を考慮しても８５℃±１０℃の範囲に収めればよい。そのため、調整がほとんど不要になり製造の効率が高まる。

以上のように、本実施形態の発振装置１は、線形近似を用いて高精度の補償を行うことでＴＣＸＯの周波数安定度を向上させながら、オーブンの設定温度についての調整がほとんど必要ないため製造の効率を低下させることなく、ＯＣＸＯのように恒温槽を必要としないため小型で安価な発振装置を提供することができる。

６．電子機器
図１１は、適用例の電子機器３００の機能ブロック図である。本適用例の電子機器３００は、発振装置１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０、音出力部３８０を含んで構成されている。なお、本適用例の電子機器３００は、図１１の構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

発振装置１は、上記の実施形態で説明したように、高精度の発振信号（クロック信号）を出力することができる。

ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、発振装置１が出力する発振信号（クロック信号）を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部３８０に各種の音を出力させる処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。

音出力部３８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。

本実施形態の電子機器３００によれば、発振装置１によってＯＣＸＯ並みの高精度のクロック信号を得ることができる。そのため、フェムトセルといった小さな通話エリア用の小型基地局、広範囲をカバーする携帯電話の基地局、分解能の高い計測器といった、電子機器３００への適用が考えられる。

７．その他
本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上記の実施形態では、発振装置が含む発振器として温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を例に挙げて説明したが、本発明の発振器は、これに限られず、例えば、圧電発振器、ＳＡＷ発振器、電圧制御型発振器、シリコン発振器、原子発振器等であってもよい。

また、本実施形態では、発振器の発振素子として水晶振動子を用いているが、発振素子としては、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、ＡＴカット水晶振動子、ＳＣカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などを用いることができる。また、発振素子の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。また、発振素子の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。

上記の実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１発振装置、３水晶振動子、４集積回路、５温度制御回路、６ヒーター、７温度センサー、９端子、１１ＮＴＣサーミスター、１２レギュレーター、１４プリント基板、１５蓋、１６パッケージ、１８オーブン、２０差動増幅器、３０パワートランジスター、３１パワートランジスター、３２可変容量素子、３４電圧制御発振回路、３６温度補償電圧発生回路、３８温度センサー、４０抵抗、４１抵抗、４２抵抗、４３抵抗、４４抵抗、４５抵抗、４６抵抗、４７抵抗、４８抵抗、５０コンデンサー、５１コンデンサー、５２コンデンサー、５３コンデンサー、３００電子機器、３３０操作部、３６０通信部、３７０表示部、３８０音出力部、

Claims

発振素子を有し、使用温度範囲である第１の温度範囲の一部で前記発振素子の周波数温度特性を補償する温度補償型発振器と、
前記発振素子の温度を、前記温度補償型発振器が前記周波数温度特性を補償する温度補償範囲に含まれる第２の温度範囲内に制御する温度制御回路と、を含む発振装置。
発振素子を有し、第１の温度範囲の一部を含む温度補償範囲で前記発振素子の周波数温度特性を補償する温度補償型発振器と、
前記発振素子の温度を前記温度補償範囲に含まれる第２の温度範囲内に制御する温度制御回路と、を含み、
前記温度補償型発振器は、
前記第１の温度範囲のうち、前記発振素子の周波数温度特性を一次近似した関数によって補償可能な一部の温度範囲を前記温度補償範囲に含める、発振装置。
請求項１又は２において、
前記温度補償型発振器は、
前記温度補償範囲を前記第１の温度範囲の上限温度を含む高温側の一部とする、発振装置。
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記温度補償発振器は、第１の温度センサーを含み、
前記温度制御回路は、前記第１の温度センサーよりも前記発振素子から離れた位置に配置されている第２の温度を測定する温度センサーを含み、
前記第１の温度センサーの測定値と前記第２の温度センサーの測定値との差の大きさよりも、前記第２の温度範囲の下限温度と前記温度補償範囲の下限温度との差の大きさ、および前記温度補償範囲の上限温度と前記第２の温度範囲の上限温度との差の大きさの方が大きい、発振装置。
発振素子を有し、第１の温度範囲の一部を含む温度補償範囲で前記発振素子の周波数温度特性を補償する温度補償型発振器と、
前記発振素子の温度を前記温度補償範囲に含まれる第２の温度範囲内に制御する温度制御回路と、を含み、
前記温度補償発振器は、第１の温度センサーを含み、
前記温度制御回路は、前記第１の温度センサーよりも前記発振素子から離れた位置に配置されている第２の温度を測定する温度センサーを含み、
前記第１の温度センサーの測定値と前記第２の温度センサーの測定値との差の大きさよりも、前記第２の温度範囲の下限温度と前記温度補償範囲の下限温度との差の大きさ、および前記温度補償範囲の上限温度と前記第２の温度範囲の上限温度との差の大きさの方が大きい、発振装置。
請求項１乃至５のいずれか１項において、
温度制御回路は、前記発振素子を加熱する発熱素子を有する、発振装置。
請求項１乃至６のいずれか１項において、前記発振素子が振動子である、発振装置。
請求項１乃至７のいずれか１項の発振装置を含む、電子機器。