JP6587560B2 - 恒温槽付水晶発振器 - Google Patents
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Description
本発明は、恒温槽付水晶発振器に係り、特に位相雑音特性を劣化させることなく周波数調整を高精度で容易に行うことができる恒温槽付水晶発振器に関する。
［先行技術の説明］
恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ；Oven Controlled Crystal Oscillator）は、水晶発振器をオーブン内に収納して一定温度に保持する構成であり、水晶発振器の中でも高い周波数安定度を備えたものである。
オーブンは、温度センサと熱源とを備え、内部を一定温度に保つよう温度制御する。
恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ；Oven Controlled Crystal Oscillator）は、水晶発振器をオーブン内に収納して一定温度に保持する構成であり、水晶発振器の中でも高い周波数安定度を備えたものである。
オーブンは、温度センサと熱源とを備え、内部を一定温度に保つよう温度制御する。
ＯＣＸＯでは、ＯＣＸＯ専用に設計された振動子を用いており、ＳＣカット又はＡＴカットが代表的である。ＡＴカットの振動子の周波数温度特性は３次関数曲線となり、オーブンによって重根である頂点付近に温度制御されている。
しかし、頂点温度は、水晶の切断加工のバラつきにより変化し、ＯＣＸＯのようにppb（Parts Per Billion;10-9）オーダーの極めて高い安定度が要求される場合には、加工のバラつきの影響も無視できないものとなっている。
そのため、振動子毎に個々に頂点温度を測定し、温度制御回路の回路定数を調整してオーブンを頂点温度に設定するようになっていた。
そのため、振動子毎に個々に頂点温度を測定し、温度制御回路の回路定数を調整してオーブンを頂点温度に設定するようになっていた。
また、一般的な水晶発振器の周波数調整精度は、±0.1ppm（Parts Per Million;10-6）程度に調整されるが、ＯＣＸＯは、より高安定かつ高精度であるため、個別に発振器と温度制御回路の手調整を行う必要があり、調整項目が多く煩雑であった。
調整項目としては、電気的に周波数を変化させる感度（ＶＣ感度）、恒温槽設定温度、発振周波数、オーブン補正回路、出力調整回路、温度補正回路等がある。
調整項目としては、電気的に周波数を変化させる感度（ＶＣ感度）、恒温槽設定温度、発振周波数、オーブン補正回路、出力調整回路、温度補正回路等がある。
更に、周波数を簡単に変えられる従来技術として、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路やＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）回路を用いた発振器がある。
しかし、ＰＬＬ回路やＤＤＳ回路を用いた発振器では、デジタル回路特有のノイズが発生し、位相雑音の劣化、ジッタの劣化、不要なスプリアスの発生といった特性の劣化が生じてしまう。
しかし、ＰＬＬ回路やＤＤＳ回路を用いた発振器では、デジタル回路特有のノイズが発生し、位相雑音の劣化、ジッタの劣化、不要なスプリアスの発生といった特性の劣化が生じてしまう。
［関連技術］
尚、発振器の周波数調節に関する従来の技術としては、特開２０１２−１３８８９０号公報「圧電発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献１）、特開２０００−３１７４１号公報「発振周波数制御方法、電圧制御発振器、電圧制御圧電発振器調整システムおよび電圧制御圧電発振器調整方法」（セイコーエプソン株式会社、特許文献２）、特開平５−２１８７４１号公報「水晶発振器の発振周波数補正方法」（シチズン時計株式会社、特許文献３）がある。
尚、発振器の周波数調節に関する従来の技術としては、特開２０１２−１３８８９０号公報「圧電発振器」（日本電波工業株式会社、特許文献１）、特開２０００−３１７４１号公報「発振周波数制御方法、電圧制御発振器、電圧制御圧電発振器調整システムおよび電圧制御圧電発振器調整方法」（セイコーエプソン株式会社、特許文献２）、特開平５−２１８７４１号公報「水晶発振器の発振周波数補正方法」（シチズン時計株式会社、特許文献３）がある。
特許文献１には、発振回路の入力側に、可変容量ダイオードのカソードを接続し、更に、当該カソードを抵抗を介してポテンショメータの制御電圧電極に接続し、ポテンショメータには、電源電圧がレギュレータを介して印加されるようにして、電源電圧が変動してもダイオードのカソードに一定の電圧を印加して周波数変化を抑制する圧電発振器が記載されている。
特許文献２には、可変電圧発生回路が、制御電圧に応じて調整した電源電圧を発振回路に給電し、発振周波数を可変にする圧電発振器が記載されている。
特許文献３には、発振信号を周波数計測器で計測し、計測信号を演算機器で演算し、周波数偏差データをメモリー回路に記憶させて発振周波数を補正する水晶発振器が記載されている。
特許文献３には、発振信号を周波数計測器で計測し、計測信号を演算機器で演算し、周波数偏差データをメモリー回路に記憶させて発振周波数を補正する水晶発振器が記載されている。
しかしながら、従来の恒温槽付水晶発振器では、温度制御回路及び発振器を個々の製品毎に手調整しなければならず、作業が煩雑であり、また、ＰＬＬ回路を用いた発振器では、周波数調整は容易であるが位相雑音が劣化してしまうという問題点があった。
尚、特許文献１〜３には、デジタル制御ＩＣを設けて、温度制御回路の動作を調整することは記載されていない。
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、位相雑音特性を劣化させることなく、発振器及び温度制御回路の調整を容易且つ高精度に行って、良好な特性の周波数信号を出力することができる恒温槽付水晶発振器を提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、恒温槽付水晶発振器であって、水晶振動子と発振回路とを有する水晶発振器と、電源電圧が一端に接続して発熱するヒータ抵抗と、温度に応じた電圧を一端に出力するサーミスタと、電源電圧が一端に供給され、他端がサーミスタの一端に接続する第１の抵抗と、電源電圧が一端に供給される第２の抵抗と、第２の抵抗の他端に一端が接続し、他端が接地する第３の抵抗と、第１の抵抗の他端とサーミスタの一端との間の電圧が、一方の入力端子に入力されると共に、第２の抵抗の他端と第３の抵抗の一端との間の電圧が、他方の入力端子に入力され、一方の入力端子に入力される電圧と他方の入力端子に入力される電圧との差分を増幅して制御電圧として出力する差動増幅器と、第１の抵抗に並列に設けられ、一端に電源電圧が供給される感温素子と、感温素子の他端に一端が接続し、他端が接地する第４の抵抗とを有する温度制御回路と、感温素子に並列に接続するデジタル可変抵抗と、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、デジタル可変抵抗の抵抗値を調整する制御部とを有する制御ＩＣとを備えたことを特徴としている。
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶発振器が、水晶振動子に基準信号を供給する基準信号端子と、基準信号端子と水晶振動子との間に直列に接続する第５の抵抗と、第５の抵抗と水晶振動子との間に直列に接続する第１の容量素子と、第５の抵抗と第１の容量素子との間に一端が接続し、他端が接地する第２の容量素子とを備え、制御ＩＣが、第１の容量素子と第２の容量素子との間の点に接続する別のデジタル可変抵抗を備え、制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、別のデジタル可変抵抗の抵抗値を調整することを特徴としている。
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶発振器が、水晶振動子に基準信号を供給する基準信号端子と、基準信号端子と水晶振動子との間に直列に接続する第５の抵抗と、第５の抵抗と水晶振動子との間に直列に接続する第１の容量素子と、第５の抵抗と第１の容量素子との間に一端が接続し、他端が接地する第２の容量素子とを備え、制御ＩＣの外部に、第１の容量素子と第２の容量素子との間の点に接続するバリキャップダイオードを備え、制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、バリキャップダイオードの抵抗値を調整することを特徴としている。
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、水晶発振器が、水晶振動子に基準信号を供給する基準信号端子と、基準信号端子と水晶振動子との間に直列に接続する第５の抵抗と、第５の抵抗と水晶振動子との間に直列に接続する第１の容量素子と、第５の抵抗と第１の容量素子との間に一端が接続し、他端が接地する第２の容量素子とを備え、制御ＩＣが、第１の容量素子と第２の容量素子との間の点に接続し、デジタル信号によって容量値を離散的に制御するキャパシタを備え、制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、キャパシタの容量値を調整することを特徴としている。
本発明によれば、水晶振動子と発振回路とを有する水晶発振器と、電源電圧が一端に接続して発熱するヒータ抵抗と、温度に応じた電圧を一端に出力するサーミスタと、電源電圧が一端に供給され、他端がサーミスタの一端に接続する第１の抵抗と、電源電圧が一端に供給される第２の抵抗と、第２の抵抗の他端に一端が接続し、他端が接地する第３の抵抗と、第１の抵抗の他端とサーミスタの一端との間の電圧が、一方の入力端子に入力されると共に、第２の抵抗の他端と第３の抵抗の一端との間の電圧が、他方の入力端子に入力され、一方の入力端子に入力される電圧と他方の入力端子に入力される電圧との差分を増幅して制御電圧として出力する差動増幅器と、第１の抵抗に並列に設けられ、一端に電源電圧が供給される感温素子と、感温素子の他端に一端が接続し、他端が接地する第４の抵抗とを有する温度制御回路と、感温素子に並列に接続するデジタル可変抵抗と、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、デジタル可変抵抗の抵抗値を調整する制御部とを有する制御ＩＣとを備えた恒温槽付水晶発振器としているので、アナログ発振器を用いることで位相雑音特性を良好とし、デジタル制御により温度制御回路を精度よく容易に調整することができ、温度制御回路の動作を安定させて水晶振動子の頂点温度を保持し、良好な特性で高安定な出力周波数信号を得ることができる効果がある。
また、本発明によれば、水晶発振器が、水晶振動子に基準信号を供給する基準信号端子と、基準信号端子と水晶振動子との間に直列に接続する第５の抵抗と、第５の抵抗と水晶振動子との間に直列に接続する第１の容量素子と、第５の抵抗と第１の容量素子との間に一端が接続し、他端が接地する第２の容量素子とを備え、制御ＩＣが、第１の容量素子と第２の容量素子との間の点に接続する別のデジタル可変抵抗を備え、制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、別のデジタル可変抵抗の抵抗値を調整する上記恒温槽付水晶発振器としているので、温度制御回路をデジタル制御で調整して、温度制御を安定させると共に、水晶発振器をデジタル制御により調整して、発振周波数を精度よく容易に調整でき、良好な特性で高安定な出力周波数信号を得ることができる効果がある。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、低雑音のアナログ水晶発振器及び温度制御回路に加えて、デジタルポテンショメータと制御部とを有するデジタル制御ＩＣを備え、制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、デジタルポテンショメータの抵抗値を調整して、温度制御回路に温度依存特性を補償する電圧を印加するものであり、位相雑音特性を劣化させることなく、デジタル制御により温度制御回路を精度よく容易に調整でき、温度制御回路の動作を安定させて水晶振動子の頂点温度を保持し、高精度且つ高安定な出力周波数信号を得ることができるものである。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、低雑音のアナログ水晶発振器及び温度制御回路に加えて、デジタルポテンショメータと制御部とを有するデジタル制御ＩＣを備え、制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、デジタルポテンショメータの抵抗値を調整して、温度制御回路に温度依存特性を補償する電圧を印加するものであり、位相雑音特性を劣化させることなく、デジタル制御により温度制御回路を精度よく容易に調整でき、温度制御回路の動作を安定させて水晶振動子の頂点温度を保持し、高精度且つ高安定な出力周波数信号を得ることができるものである。
また、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、更に、デジタル制御ＩＣに別のポテンショメータを備え、制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、別のデジタルポテンショメータの抵抗値を調整して、アナログ水晶発振器に出力周波数を調整する電圧を印加するものであり、デジタル制御により発振周波数を精度よく容易に調整でき、高精度且つ高安定な出力周波数信号を得ることができるものである。
［実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の回路構成：図１］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の回路構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の回路図である。
尚、図１は、後述する第２の恒温槽付水晶発振器に相当する回路となっている。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（本恒温槽付水晶発振器）は、従来と同様のアナログ回路から成る水晶発振器（発振器部）及び温度制御回路に加えて、発振器部及び温度制御回路をデジタル制御するデジタル制御ＩＣ２０が設けられている点が特徴となっている。
尚、アナログ回路の発振器部を用いることにより、位相雑音特性を良好にすることができるものである。
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の回路構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の回路図である。
尚、図１は、後述する第２の恒温槽付水晶発振器に相当する回路となっている。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（本恒温槽付水晶発振器）は、従来と同様のアナログ回路から成る水晶発振器（発振器部）及び温度制御回路に加えて、発振器部及び温度制御回路をデジタル制御するデジタル制御ＩＣ２０が設けられている点が特徴となっている。
尚、アナログ回路の発振器部を用いることにより、位相雑音特性を良好にすることができるものである。
［デジタル制御ＩＣ２０］
本恒温槽付水晶発振器の特徴部分であるデジタル制御ＩＣ２０について説明する。
デジタル制御ＩＣ２０は、温度制御回路及び発振器部に対して、動作を調整する制御信号を出力するものである。
具体的には、デジタル制御ＩＣ２０は、内部に、制御部とデジタル可変抵抗（デジタルポテンショメータ）とを備え、制御部が、外部から入力されるデジタル信号に基づいて、デジタル可変抵抗の抵抗値を調整し、それに応じた制御信号（制御電圧）を出力する。
デジタル制御ＩＣ２０の構成については後述する。
本恒温槽付水晶発振器の特徴部分であるデジタル制御ＩＣ２０について説明する。
デジタル制御ＩＣ２０は、温度制御回路及び発振器部に対して、動作を調整する制御信号を出力するものである。
具体的には、デジタル制御ＩＣ２０は、内部に、制御部とデジタル可変抵抗（デジタルポテンショメータ）とを備え、制御部が、外部から入力されるデジタル信号に基づいて、デジタル可変抵抗の抵抗値を調整し、それに応じた制御信号（制御電圧）を出力する。
デジタル制御ＩＣ２０の構成については後述する。
デジタル制御ＩＣ２０は、調整対象の素子として２つの素子が接続可能となっており、外部からの制御信号（外部制御信号）を入力する入力端子２３と、第１の素子を調整する制御信号を出力する接続端子２１（図では「素子１」と記載）と、第２の素子を調整する制御信号を出力する接続端子２２（「素子２」と記載）とを備えている。
接続端子２１から出力される制御信号を素子１制御信号、接続端子２２から出力される制御信号を素子２制御信号と称する。
そして、本恒温槽付水晶発振器では、素子１を発振器部、素子２を温度制御回路として、発振器部及び温度制御回路の調整を精度よく且つ容易に行うようにしている。
接続端子２１から出力される制御信号を素子１制御信号、接続端子２２から出力される制御信号を素子２制御信号と称する。
そして、本恒温槽付水晶発振器では、素子１を発振器部、素子２を温度制御回路として、発振器部及び温度制御回路の調整を精度よく且つ容易に行うようにしている。
つまり、本恒温槽付水晶発振器は、アナログの発振器部を用いることで、位相雑音特性を良好にすると共に、従来、煩雑な工程となっていた製品毎の個別調整を、デジタル制御ＩＣ２０を用いて間接的に行うものである。
調整時には、外部から各素子（温度制御回路及び発振器部）に対する調整パラメータの値（具体的には抵抗値）を数値入力することによって、デジタル可変抵抗の抵抗値を変えて温度制御回路及び発振器部を微調整することで、温度制御回路の特性及び恒温槽付水晶発振器の出力周波数を調整して、所望の出力特性とすることができるものである。
これにより、従来のアナログ素子の調整に比べて微調整を可能として出力信号の特性を良好にし、また、調整工程の効率を大幅に向上させることができるものである。
これにより、従来のアナログ素子の調整に比べて微調整を可能として出力信号の特性を良好にし、また、調整工程の効率を大幅に向上させることができるものである。
［温度制御回路：図１］
次に、本恒温槽付水晶発振器の温度制御回路について説明する。
本恒温槽付水晶発振器の温度制御回路は、図１に示すように、主要な構成として、ヒータ抵抗１２と、トランジスタ１３と、制御回路１４と、サーミスタＴＨ１とを備えている。
サーミスタＴＨ１は温度に応じた電圧を一端に出力する温度センサであり、制御回路１４はサーミスタＴＨ１の出力に応じて発熱を制御する回路である。
トランジスタ１３は、制御回路１４からの信号を増幅する。
ヒータ抵抗１２及びトランジスタ１３は制御回路１４からの出力に応じて発熱する発熱素子となっている。
次に、本恒温槽付水晶発振器の温度制御回路について説明する。
本恒温槽付水晶発振器の温度制御回路は、図１に示すように、主要な構成として、ヒータ抵抗１２と、トランジスタ１３と、制御回路１４と、サーミスタＴＨ１とを備えている。
サーミスタＴＨ１は温度に応じた電圧を一端に出力する温度センサであり、制御回路１４はサーミスタＴＨ１の出力に応じて発熱を制御する回路である。
トランジスタ１３は、制御回路１４からの信号を増幅する。
ヒータ抵抗１２及びトランジスタ１３は制御回路１４からの出力に応じて発熱する発熱素子となっている。
温度制御回路における接続について説明する。
ヒータ抵抗１２は、一端に電源電圧が印加されて、他端がトランジスタ１３のコレクタに接続されている。トランジスタ１３のエミッタは接地されている。
サーミスタＴＨ１は、一端に温度に応じた電圧を出力し、他端は接地されている。
また、サーミスタＴＨ１の一端には抵抗Ｒ１０の一端が接続され、他端に電源電圧が印加されている。
抵抗Ｒ１１は、一端に電源電圧が印加され、他端は抵抗Ｒ１２の一端に接続されている。抵抗Ｒ１２の他端は接地されている。
尚、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２は、請求項に記載した第１〜第３の抵抗に相当している。
ヒータ抵抗１２は、一端に電源電圧が印加されて、他端がトランジスタ１３のコレクタに接続されている。トランジスタ１３のエミッタは接地されている。
サーミスタＴＨ１は、一端に温度に応じた電圧を出力し、他端は接地されている。
また、サーミスタＴＨ１の一端には抵抗Ｒ１０の一端が接続され、他端に電源電圧が印加されている。
抵抗Ｒ１１は、一端に電源電圧が印加され、他端は抵抗Ｒ１２の一端に接続されている。抵抗Ｒ１２の他端は接地されている。
尚、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２は、請求項に記載した第１〜第３の抵抗に相当している。
制御回路（増幅回路）１４は、差動増幅器等で構成され、一方の入力端子にサーミスタＴＨ１と抵抗１０の間の電圧が印加され、他方の入力端子に抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の間の電圧が印加され、各入力端子に入力される電圧の差分を増幅して、発熱素子への制御電圧として出力する。この制御電圧によって発熱素子が発熱して、オーブン内の温度を一定に保持している。
制御回路１４の出力は、トランジスタ１３のベースに入力される。
制御回路１４の出力は、トランジスタ１３のベースに入力される。
そして、本恒温槽付水晶発振器の特徴として、サーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１０との間に、デジタル制御ＩＣ２０の接続端子２２からの素子２制御信号が印加される構成となっている。
具体的には、温度制御回路の各素子が備える特性（温度傾斜）によって、オーブン内の温度が若干変動してしまうものであるが、デジタル制御ＩＣ２０からはこの変動を補償（キャンセル）するような制御信号を出力するようにしている。
具体的には、温度制御回路の各素子が備える特性（温度傾斜）によって、オーブン内の温度が若干変動してしまうものであるが、デジタル制御ＩＣ２０からはこの変動を補償（キャンセル）するような制御信号を出力するようにしている。
これにより、デジタル制御ＩＣ２０からの素子２制御信号によって温度制御回路の動作を微調整することができ、オーブン内の温度を水晶振動子の頂点温度に精度よく保つことができるものである。
［発振器部：図１］
次に、発振器部について説明する。
本恒温槽付水晶発振器の発振器部は、図１に示すように、基本的には従来と同様のアナログの発振器であり、基準信号に基づいて特定の周波数を発振する水晶振動子Ｘ１と、水晶振動子Ｘ１の出力を増幅する発振回路１１とを有している。
端子としては、電源が印加される電源端子Vcc、出力信号が出力される出力端子OUT PUT、グランドに接続されるグランド端子GND、基準信号が入力される基準信号端子VCONTを備えている。
次に、発振器部について説明する。
本恒温槽付水晶発振器の発振器部は、図１に示すように、基本的には従来と同様のアナログの発振器であり、基準信号に基づいて特定の周波数を発振する水晶振動子Ｘ１と、水晶振動子Ｘ１の出力を増幅する発振回路１１とを有している。
端子としては、電源が印加される電源端子Vcc、出力信号が出力される出力端子OUT PUT、グランドに接続されるグランド端子GND、基準信号が入力される基準信号端子VCONTを備えている。
そして、基準信号端子VCONTと水晶振動子Ｘ１との間に、直列に、抵抗Ｒ１と容量素子Ｃ２とが設けられ、抵抗Ｒ１と容量素子Ｃ２との間の点に一端が接続し、他端が接地される容量素子Ｃ１が設けられている。
尚、抵抗Ｒ１は、請求項に記載した第５の抵抗に相当し、容量素子Ｃ２は第１の容量素子に相当し、容量素子Ｃ１は第２の容量素子に相当している。
尚、抵抗Ｒ１は、請求項に記載した第５の抵抗に相当し、容量素子Ｃ２は第１の容量素子に相当し、容量素子Ｃ１は第２の容量素子に相当している。
そして、本恒温槽付水晶発振器の特徴として、容量素子Ｃ１と容量素子Ｃ２との間の点にデジタル制御ＩＣ２０の接続端子２１からの素子１制御信号が印加される構成となっている。
デジタル制御ＩＣ２０からの素子１制御信号によって、発振器部の発振周波数を容易に微調整することができるものである。
デジタル制御ＩＣ２０からの素子１制御信号によって、発振器部の発振周波数を容易に微調整することができるものである。
［第１の恒温槽付水晶発振器の主要部分：図２］
次に、本発明の第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第１の恒温槽付水晶発振器）の主要部分について図２を用いて説明する。図２は、第１の恒温槽付水晶発振器の主要部分を示す説明図である。尚、主要部分以外の構成は、図１に示したものと同等である。
第１の恒温槽付水晶発振器は、デジタル制御ＩＣ２０が温度制御回路を調整するものである。
次に、本発明の第１の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第１の恒温槽付水晶発振器）の主要部分について図２を用いて説明する。図２は、第１の恒温槽付水晶発振器の主要部分を示す説明図である。尚、主要部分以外の構成は、図１に示したものと同等である。
第１の恒温槽付水晶発振器は、デジタル制御ＩＣ２０が温度制御回路を調整するものである。
図２に示すように、第１の恒温槽付水晶発振器のデジタル制御ＩＣ２０は、デジタル可変抵抗２４と、制御部２５とを備えている。
デジタル可変抵抗２４は、制御部２５からの指示に従って抵抗値を変えるものであり、例えば、２５６段階に制御可能となっている。
デジタル可変抵抗２４は、制御部２５からの指示に従って抵抗値を変えるものであり、例えば、２５６段階に制御可能となっている。
制御部２５は、入力端子２３からの外部制御信号（図では「制御信号」と記載）に基づいて、デジタル可変抵抗２４の抵抗値を制御する。外部制御信号としては、デジタル可変抵抗２４の２５６段階の抵抗値に対応する数値データが入力される。
また、デジタル可変抵抗２４の両端は、２つの接続端子２２にそれぞれ接続されている。
また、デジタル可変抵抗２４の両端は、２つの接続端子２２にそれぞれ接続されている。
また、図２に示すように、第１の恒温槽付水晶発振器では、温度制御回路に、新たに感温素子１５と抵抗Ｒ１４とを設けている。
感温素子１５は、サーミスタやリニア正温度計数抵抗等で構成され、抵抗Ｒ１０に並列に設けられ、一端に電源電圧が印加され、他端が抵抗Ｒ１４の一端に接続されている。抵抗Ｒ１４の他端は接地されている。
Ｒ１４の抵抗値は、数kΩ程度としている。
Ｒ１４は、請求項に記載した第４の抵抗の抵抗に相当している。
感温素子１５は、サーミスタやリニア正温度計数抵抗等で構成され、抵抗Ｒ１０に並列に設けられ、一端に電源電圧が印加され、他端が抵抗Ｒ１４の一端に接続されている。抵抗Ｒ１４の他端は接地されている。
Ｒ１４の抵抗値は、数kΩ程度としている。
Ｒ１４は、請求項に記載した第４の抵抗の抵抗に相当している。
そして、デジタル制御ＩＣ２０の素子２接続端子２２は、温度制御回路の感温素子１５の両端に接続されており、デジタル可変抵抗２４が感温素子１５に並列に接続される構成となっている。
デジタル可変抵抗２４の抵抗値を変えることにより、感温素子１５とデジタル可変抵抗２４との合成抵抗値を変えることができ、これにより、感温素子１５の感度を調整し、温度制御回路の微調整を行うことができるものである。
デジタル可変抵抗２４の抵抗値を変えることにより、感温素子１５とデジタル可変抵抗２４との合成抵抗値を変えることができ、これにより、感温素子１５の感度を調整し、温度制御回路の微調整を行うことができるものである。
第１の恒温槽付水晶発振器では、温度制御回路の部品点数を増やす必要があるものの、温度制御回路の特性を精度よく調整することができ、高い安定度の温度制御を可能とし、出力周波数信号の安定性を向上させることができるものである。
［第２の恒温槽付水晶発振器の主要部分：図３］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第２の恒温槽付水晶発振器）の主要部分について図３を用いて説明する。図３は、第２の恒温槽付水晶発振器の主要部分を示す説明図である。
第２の恒温槽付水晶発振器も、デジタル制御ＩＣ２０が温度制御回路の調整を行うものであり、図３に示すように、デジタル制御ＩＣ２０には、デジタル可変抵抗２６と、制御部２５とが設けられている。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第２の恒温槽付水晶発振器）の主要部分について図３を用いて説明する。図３は、第２の恒温槽付水晶発振器の主要部分を示す説明図である。
第２の恒温槽付水晶発振器も、デジタル制御ＩＣ２０が温度制御回路の調整を行うものであり、図３に示すように、デジタル制御ＩＣ２０には、デジタル可変抵抗２６と、制御部２５とが設けられている。
デジタル可変抵抗２６は、図２に示したデジタル可変抵抗２４と同様のものであるが、一端に電源電圧が印加され、他端が接地されている。
そして、制御部２５が、入力端子２３からの外部制御信号に基づいてデジタル可変抵抗２６の抵抗値を調整して、素子２制御信号を接続端子２２に出力するようになっている。
そして、制御部２５が、入力端子２３からの外部制御信号に基づいてデジタル可変抵抗２６の抵抗値を調整して、素子２制御信号を接続端子２２に出力するようになっている。
第２の恒温槽付水晶発振器の温度制御回路は、図１に示した温度制御回路と同様の構成であり、抵抗Ｒ１０とサーミスタＴＨ１の間の点にデジタル制御ＩＣ２０の接続端子２２からの素子２制御信号が入力されるものである。
これにより、サーミスタＴＨ１からの出力信号を調整して制御回路１４に入力することができ、温度制御回路の動作を微調整するものである。
第２の恒温槽付水晶発振器は、第１の恒温槽付水晶発振器に比べて、簡易な構成で温度制御回路の調整を容易に行うことができるものである。
これにより、サーミスタＴＨ１からの出力信号を調整して制御回路１４に入力することができ、温度制御回路の動作を微調整するものである。
第２の恒温槽付水晶発振器は、第１の恒温槽付水晶発振器に比べて、簡易な構成で温度制御回路の調整を容易に行うことができるものである。
［発振器部の調整］
次に、上述した温度制御回路の調整に加えて、発振器部の調整を行う恒温槽付水晶発振器について説明する。
図示は省略するが、後述する第３〜第５の恒温槽付水晶発振器は、発振器部の調整も合わせて行うものである。
次に、上述した温度制御回路の調整に加えて、発振器部の調整を行う恒温槽付水晶発振器について説明する。
図示は省略するが、後述する第３〜第５の恒温槽付水晶発振器は、発振器部の調整も合わせて行うものである。
［第３の恒温槽付水晶発振器］
まず、本発明の第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第３の恒温槽付水晶発振器）について説明する。
第３の恒温槽付水晶発振器は、上述した温度制御回路の調整に加えて、発振器部における周波数調整を行うものである。
まず、本発明の第３の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器（第３の恒温槽付水晶発振器）について説明する。
第３の恒温槽付水晶発振器は、上述した温度制御回路の調整に加えて、発振器部における周波数調整を行うものである。
第３の恒温槽付水晶発振器は、図２又は図３の構成に加えて、デジタル制御ＩＣ２０の内部に別のデジタル可変抵抗を備え、制御部が、入力端子２３からの制御信号に基づいて、別のデジタル可変抵抗の抵抗値を可変することで、素子１制御信号の電圧を調整して接続端子２１から出力するものである。
接続端子２１からの素子１制御信号は、発振器部の容量素子Ｃ２とＣ１の間の点に入力される。
接続端子２１からの素子１制御信号は、発振器部の容量素子Ｃ２とＣ１の間の点に入力される。
これにより、外部制御信号としてデジタルデータを入力することで、水晶振動子Ｘ１への基準信号を容易に且つ精度よく調整でき、所望の周波数信号が得られるものである。
特に、第３の恒温槽付水晶発振器では、温度制御回路と発振器部とを両方調整しているので、温度制御を安定させると共に周波数の調整を精度よく行うことができ、一層良好な特性の出力周波数信号が得られるものである。
特に、第３の恒温槽付水晶発振器では、温度制御回路と発振器部とを両方調整しているので、温度制御を安定させると共に周波数の調整を精度よく行うことができ、一層良好な特性の出力周波数信号が得られるものである。
［第４の恒温槽付水晶発振器］
第４の恒温槽付水晶発振器は、デジタル制御ＩＣ２０の内部にデジタル可変抵抗を設けるのではなく、デジタル制御ＩＣの外部に抵抗を可変とするバリキャップダイオードを設け、このバリキャップダイオードを制御部が調整するものである。
第４の恒温槽付水晶発振器は、デジタル制御ＩＣ２０の内部にデジタル可変抵抗を設けるのではなく、デジタル制御ＩＣの外部に抵抗を可変とするバリキャップダイオードを設け、このバリキャップダイオードを制御部が調整するものである。
具体的には、バリキャップダイオードは、デジタル制御ＩＣ２０の接続端子２１と、発振器部との間に設けられ、制御部は、入力端子２３からの外部制御信号に基づいて、バリキャップダイオードの抵抗値を可変する素子１制御信号を接続端子２１から出力する。第４の恒温槽付水晶発振器では、素子１はバリキャップダイオードとなっている。
これにより、水晶振動子の基準信号を調整でき、出力周波数の調整を容易に行うことができるものである。
第４の恒温槽付水晶発振器は、安価な構成で、第３の恒温槽付水晶発振器と同様に、温度制御を安定させると共に、周波数調整を容易に行うことができるものである。
第４の恒温槽付水晶発振器は、安価な構成で、第３の恒温槽付水晶発振器と同様に、温度制御を安定させると共に、周波数調整を容易に行うことができるものである。
［第５の恒温槽付水晶発振器］
第５の恒温槽付水晶発振器は、素子１制御信号の電圧を、容量を変化させることで調整するものであり、デジタル制御ＩＣ２０の内部にデジタルキャパシタを備えている。
そして、制御部が、入力端子２３からの外部制御信号に従って、デジタルキャパシタの容量値を調整して素子１制御信号として接続端子２１から出力し、水晶振動子の基準信号を調整することができるものである。
これにより、温度制御を安定させると共に、発振周波数の調整を容易に行うことができるものである。
第５の恒温槽付水晶発振器は、素子１制御信号の電圧を、容量を変化させることで調整するものであり、デジタル制御ＩＣ２０の内部にデジタルキャパシタを備えている。
そして、制御部が、入力端子２３からの外部制御信号に従って、デジタルキャパシタの容量値を調整して素子１制御信号として接続端子２１から出力し、水晶振動子の基準信号を調整することができるものである。
これにより、温度制御を安定させると共に、発振周波数の調整を容易に行うことができるものである。
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器によれば、アナログ回路から成る発振器部と温度制御回路を有し、温度制御回路のサーミスタＴＨ１に接続する抵抗Ｒ１０に並列に、直列接続の感温素子１５と抵抗Ｒ１４を備え、デジタル制御ＩＣ２０の制御部２５が、入力端子２３からの外部制御信号に基づいて、温度制御回路の感温素子１５に並列接続するデジタル可変抵抗２４の抵抗値を調整して素子２制御信号として出力するようにしているので、アナログ発振器を用いることで、良好な位相雑音特性を備え、デジタル制御により温度制御回路を精度よく容易に調整でき、温度制御回路の動作を安定させて水晶振動子の頂点温度を保持し、高精度且つ高安定な出力周波数信号を得ることができる効果がある。
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器によれば、アナログ回路から成る発振器部と温度制御回路を有し、温度制御回路のサーミスタＴＨ１に接続する抵抗Ｒ１０に並列に、直列接続の感温素子１５と抵抗Ｒ１４を備え、デジタル制御ＩＣ２０の制御部２５が、入力端子２３からの外部制御信号に基づいて、温度制御回路の感温素子１５に並列接続するデジタル可変抵抗２４の抵抗値を調整して素子２制御信号として出力するようにしているので、アナログ発振器を用いることで、良好な位相雑音特性を備え、デジタル制御により温度制御回路を精度よく容易に調整でき、温度制御回路の動作を安定させて水晶振動子の頂点温度を保持し、高精度且つ高安定な出力周波数信号を得ることができる効果がある。
また、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器によれば、上記構成に加えて更に、デジタル制御ＩＣ２０に、別のデジタル可変抵抗を備え、制御部２５が、入力端子２３から入力される外部制御信号に基づいて、別のデジタル可変抵抗の抵抗値を調整して、発振器部の基準信号を調整する素子１制御信号を印加するようにしているので、温度制御を安定させると共に、デジタル制御により発振周波数を精度よく容易に調整でき、高精度且つ高安定な出力周波数信号を得ることができる効果がある。
本発明は、位相雑音特性を劣化させることなく、発振器及び温度制御回路の調整を容易且つ高精度に行って、良好な特性の周波数信号を出力することができる恒温槽付水晶発振器に適している。
１１...発振回路、 １２...ヒータ抵抗、 １３...トランジスタ、 １４...制御回路、 １５...感温素子、 ２０...デジタル制御ＩＣ、 ２１，２２...接続端子、 ２３...入力端子、 ２４，２６...デジタル可変抵抗、 ２５...制御部、 Ｘ１...水晶振動子、 ＴＨ１...サーミスタ、 Ｒ１，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１４...抵抗、 Ｃ１，Ｃ２...容量素子
Claims (4)
- 恒温槽付水晶発振器であって、
水晶振動子と発振回路とを有する水晶発振器と、
電源電圧が一端に接続して発熱するヒータ抵抗と、
温度に応じた電圧を一端に出力するサーミスタと、
電源電圧が一端に供給され、他端が前記サーミスタの一端に接続する第１の抵抗と、
電源電圧が一端に供給される第２の抵抗と、
前記第２の抵抗の他端に一端が接続し、他端が接地する第３の抵抗と、
前記第１の抵抗の他端と前記サーミスタの一端との間の電圧が、一方の入力端子に入力されると共に、前記第２の抵抗の他端と前記第３の抵抗の一端との間の電圧が、他方の入力端子に入力され、前記一方の入力端子に入力される電圧と前記他方の入力端子に入力される電圧との差分を増幅して制御電圧として出力する差動増幅器と、
前記第１の抵抗に並列に設けられ、一端に電源電圧が供給される感温素子と、
前記感温素子の他端に一端が接続し、他端が接地する第４の抵抗とを有する温度制御回路と、
前記感温素子に並列に接続するデジタル可変抵抗と、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、前記デジタル可変抵抗の抵抗値を調整する制御部とを有する制御ＩＣとを備えたことを特徴とする恒温槽付水晶発振器。 - 水晶発振器が、水晶振動子に基準信号を供給する基準信号端子と、
前記基準信号端子と前記水晶振動子との間に直列に接続する第５の抵抗と、
前記第５の抵抗と前記水晶振動子との間に直列に接続する第１の容量素子と、
前記第５の抵抗と前記第１の容量素子との間に一端が接続し、他端が接地する第２の容量素子とを備え、
制御ＩＣが、前記第１の容量素子と第２の容量素子との間の点に接続する別のデジタル可変抵抗を備え、
制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、前記別のデジタル可変抵抗の抵抗値を調整することを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。 - 水晶発振器が、水晶振動子に基準信号を供給する基準信号端子と、
前記基準信号端子と前記水晶振動子との間に直列に接続する第５の抵抗と、
前記第５の抵抗と前記水晶振動子との間に直列に接続する第１の容量素子と、
前記第５の抵抗と前記第１の容量素子との間に一端が接続し、他端が接地する第２の容量素子とを備え、
前記制御ＩＣの外部に、前記第１の容量素子と第２の容量素子との間の点に接続するバリキャップダイオードを備え、
制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、前記バリキャップダイオードの抵抗値を調整することを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。 - 水晶発振器が、水晶振動子に基準信号を供給する基準信号端子と、
前記基準信号端子と前記水晶振動子との間に直列に接続する第５の抵抗と、
前記第５の抵抗と前記水晶振動子との間に直列に接続する第１の容量素子と、
前記第５の抵抗と前記第１の容量素子との間に一端が接続し、他端が接地する第２の容量素子とを備え、
制御ＩＣが、前記第１の容量素子と第２の容量素子との間の点に接続し、デジタル信号によって容量値を離散的に制御するキャパシタを備え、
制御部が、外部から入力されるデジタル制御信号に基づいて、前記キャパシタの容量値を調整することを特徴とする請求項１記載の恒温槽付水晶発振器。
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