JPH06268442A - 温度補償型水晶発振回路 - Google Patents

温度補償型水晶発振回路

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JPH06268442A
JPH06268442A JP5620293A JP5620293A JPH06268442A JP H06268442 A JPH06268442 A JP H06268442A JP 5620293 A JP5620293 A JP 5620293A JP 5620293 A JP5620293 A JP 5620293A JP H06268442 A JPH06268442 A JP H06268442A
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Fumio Kimura
文雄 木村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 デュアル発振型温度補償回路の生産効率の向
上と小型化を可能とする。 【構成】 温度センサーとして音叉型水晶振動子または
長辺縦振動子を用い、かつ、温度当センサー用水晶振動
子3と基準発振用水晶振動子2を並列に接続し、デュア
ル発振回路1にて前記温度センサー用水晶振動子3と基
準発振用水晶振動子2を同時に発振させ、デジタル的に
基準発振周波数の温度特性を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、移動通信、携帯無線
機等の民生用情報機器に利用される温度補償型水晶発振
回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の温度補償型水晶発振回路は、第2
図及び第3図にて示すような2種類または両者の混合型
の回路構成に大別されていた。第2図に示す発振回路
は、発振周波数の持つ負荷容量依存性を利用してアナロ
グ的に、発振周波数の温度特性を補償するタイプであ
る。
【0003】すなわち、図2において、サーミスタの組
み合わせにより構成される感温素子11は、温度変化を
電圧変化に変換する。この電圧変化はコンデンサ12及
び容量可変ダイオード13より構成される発振部14の
負荷容量を変化させる。この負荷容量変化によって、基
準水晶振動子15及び発振回路16で発生する発振周波
数17は変化する。この様な原理を用いて、コンデンサ
ー12及び容量可変ダイオード13、さらには感温素子
11に使用するサーミスタの温度特性を適当に組み合わ
せれば、温度変化に対して高安定な発振周波数Fout1
7を出力する水晶発振回路が実現できる。
【0004】以上がアナログ的な温度補償回路の原理で
ある。次に図3について説明する。これは、デュアル発
振とデジタル制御を組み合わせた温度補償回路である。
すなわち、1個の基準水晶振動子18と発振回路19に
て、大きな温度係数を持つ固有周波数Fs20と基準周
波数Fo21を同時に発振させ、各々、特性の異なるフ
ィルター22、23によって、2個の信号に分離する。
この部分がデュアル発振部24であり、1個の水晶振動
子で2種の信号を発振させる事を「デュアル発振」と呼
んでいる。これら2種の信号は、デジタル制御部25に
入力される。この時、周波数Fs20は温度センサーの
役目を持っている。このデジタル制御部25で、基準周
波数Fo21はセンサー周波数Fs20により温度補償
を受ける。そして、最終的に温度変化に対して高安定な
発振周波数Fout26が出力される。
【0005】以上が、デュアル発振とデジタル制御を組
み合せた温度補償発振回路の原理である。この種の発振
回路の詳細に関しては、例えば、第20回EMシンポジ
ウム(波動デバイス・周波数制御シンポジウム)で、デ
ュアル水晶発振器として発表されている。
【0006】
【発明が解決しようとする問題点】図2にて示したアナ
ログ的温度補償回路では、感温素子11と基準水晶振動
子15の物性に起因する熱伝導率の相違が、過渡状態に
おいて周波数の温度補償精度の劣化を生み出すという欠
点があった。この対策として、近年、図3に示すような
デュアル発振とデジタル制御を組み合せた温度補償回路
(以下、デュアル温度補償回路と略す。)が提案されて
いる。
【0007】デュアル温度補償回路では3つの大きな特
徴がある。第1は、1個の水晶振動子から基準周波数と
センサー用周波数を取り出す為に、先に述べた熱伝導率
の相違が無い点。第2は、デジタル的な温度補償が採用
されている点。第3は、デュアル発振回路を採用してい
る為に発振回路部が小型になる点の3つの大きな特徴か
らデュアル温度補償回路は、アナログ的な温度補償回路
と比較して、より高精度化及び小型化に適していると結
論できる。
【0008】通常、デュアル温度補償回路に使用される
水晶振動子は、ATまたはSCカットである。しかし、
デュアル発振用の水晶振動子本体に電気的に安定な2つ
の固有振動を実現させるという厳しい設計条件が課せら
れる為に、水晶振動子の形状が非常に大きくなるばかり
でなく、振動子の製造歩留まりも低いと言う大きな欠点
がある。以上の理由により、デュアル温度補償回路の生
産効率が低いばかりでなく回路の小型化も実現できない
と言う問題点がある。
【0009】そこで、この発明の目的は、この様な水晶
振動子に起因した問題を解決し、デュアル温度補償回路
の生産効率を向上させると共に小型化をはかることにあ
る。
【0010】
【問題を解決する為の手段】上記の問題点を解決する為
に、1つの水晶振動子により2つの固有周波数を同時発
振させる構成ではなく、温度特性及び振動モードの異な
る2種の水晶振動子を並列に接続する事により、デュア
ル発振させる構成を採用した。
【0011】これら、2種の水晶振動子のうち1つは、
短冊状のATまたはSCカットである。また、他の1つ
は、温度センサーの役目を果たす小型の音叉型水晶振動
子または長辺縦水晶振動子である。
【0012】
【作用】図4で確認するように、代表的なデュアル温度
補償回路用の水晶振動子(ATまたはSCカット)の外
形は非常に大きな形状をしている。ATまたはSCカッ
トの基準周波数となる主振動モードは双方共に厚みすべ
り振動(以下、TSモードと略す)である。このTSモ
ードのみを励振させる目的ならば、図4に示した様な非
常に大きな形状ではなく、図5に示す小型タイプの振動
子が歩留まり良く製造できる事が知られており、小型化
が要求される発振回路においては主流の振動子となって
いる。ちなみに、図5記載のTSモード振動子の振動子
片形状は、短冊状である事は言うまでもない。
【0013】
【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基ずいて
説明する。近年、水晶振動子を用いた小型の温度センサ
ーも良く知られている。この水晶温度センサーは、音叉
型水晶振動子や長辺縦振動子が利用されている。これら
の振動子は、図5にて示したTSモード振動子以上に小
型化が実現できている。図6にて、水晶温度センサーの
形状外観図を示す。
【0014】以上の様に1つの振動子に対して、2つの
電気的に安定な振動を要求しなければ、水晶振動子とし
ては非常な小型化が実現できているのである。すなわ
ち、図5記載のTSモード振動子においては、例えば
(1)の3mm×8mm、(2)の2mm×6mmのチューブタ
イプ及び(3)の7mm×4mm×3mm程度のサーフェイス
マウントタイプが実現されている。さらに、図6記載の
温度センサー用水晶振動子にては、例えば(1)の2mm
×6mm、(2)の1.5mm×6mm、(3)の1mm×5mm
のチューブタイプ及び(3)の5mm×3mm×2mm程度の
サーフェイスマウントタイプが実現されている。よっ
て、両者を組み合わせる事で図4に示したデュアル発振
用振動子に比較してより小型な水晶ユニットが実現でき
る事が判明する。
【0015】次に、TSモード及び温度センサー用振動
子の電気的等価回路を図7に示す。この等価回路図は、
どの様な振動モードにおいても共通であり、内部の等価
定数の値が相違するだけである。すなわち、図7(1)
がTSモード水晶振動子の等価回路であって、それぞ
れ、等価容量C1 27、等価抵抗R1 28、等価インダ
クタンスL1 29及び電極間容量Co 30より構成され
ている。また、第7図(2)は、温度センサー用振動子
の等価回路で、それぞれ、等価容量C1 ′31、等価抵
抗R1′ 32、等価インダクタンスL1′33及び電極
間容量Co′34より構成されている。
【0016】これら2つの振動子を並列に接続した時の
等価回路を第8図に示す。並列接続した場合、等価回路
はTSモード部35と温度センサー部36の2つに分離
された形になっている。ただ、電極間容量37のみが両
者の和となっている。すなわち、この等価回路は、2つ
の振動をもつ1個の水晶振動子とみなす事ができるの
で、デュアル発振用振動子の等価回路と同等になる。ま
た、2つの水晶振動子の組み合わせである為、両者の熱
伝導率の差も無視できる程度に小さい。
【0017】この様にTSモード水晶振動子と温度セン
サー水晶振動子を並列に接続する事によりデュアル発振
用振動子の性質を実現できるだけでなく、2つの小型振
動子に分離させた事によって、トータル的な水晶ユニッ
ト部の小型化が実現される事になる。さらにまた、これ
ら2つの小型振動子の良好な生産効率によって、回路製
造の効率も向上する事になる。
【0018】図1は、この発明を示したブッロク図であ
る。デュアル発振部1において、基準発振源となるTS
モード水晶振動子2と温度センサー用水晶振動子3が並
列に接続されている。これらTSモード水晶振動子2と
温度センサー用水晶振動子3は図5、図6記載の小型形
状の振動子である事は言うまでもない。
【0019】すなわち、両者の水晶振動子の収容器は、
チューブタイプまたはサーフェイスマウントタイプであ
る。発振回路4及びフィルター5、6にて、2つの発振
周波数Fts7とFs8に分離される。ここで、発振周波
数Fs8が温度センサー周波数となる。これら2つの周
波数はデジタル制御部9に入力する。このデジタル制御
部9にて、発振周波数Fts7は温度センサー周波数Fs
8により、温度補償を受ける。その結果として、温度変
化に対して高安定な発振周波数Fout 10が出力され
る。
【0020】ちなみに、図1の実施例において、2つの
振動子の周波数や温度特性の相違から生じる発振回路
4、フィルター5、6及びデジタル制御部9等の詳細な
構成は単なる設計事項にすぎないので、この発明に対し
て何んら本質的な影響を与えるものではない。
【0021】
【発明の効果】以上説明した様に、温度センサーとして
音叉型水晶振動子または長辺縦振動子を用い、かつ温度
センサー用水晶振動子と基準発振用水晶振動子を並列に
接続した手段により、デュアル発振用水晶ユニットを小
型化すると共に生産効率を向上させるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度補償型水晶発振回路の実施例を示
すブロック図である。
【図2】従来のアナログ的な温度補償型水晶発振回路の
構成を示すブロック図である。
【図3】従来のデュアル発振回路とデジタル制御を組み
合わせた温度補償型水晶発振回路の構成を示すブロック
図である。
【図4】代表的なデュアル温度補償回路用水晶振動子の
寸法形状を示す斜視図である。
【図5】(1)、(2)、(3)は本発明に使用する基
準周波数発振用厚みすべり水晶振動子の寸法形状を示す
斜視図である。
【図6】(1)、(2)、(3)、(4)は本発明に使
用する温度センサー用水晶振動子の寸法形状を示す斜視
図である。
【図7】(1)、(2)は本発明に使用する基準周波数
発振用厚みすべり及び温度センサー用水晶振動子の電気
的等価回路と等価定数を示す図である。
【図8】本発明に使用する並列接続された基準周波数発
振用厚みすべり振動子と温度センサー用水晶振動子の電
気的等価回路と等価定数を示す図である。
【符号の説明】
1 デュアル発振部 2 TSモード水晶振動子 3 温度センサー用水晶振動子 4 発振回路 5、6 フィルター 7 発振周波数Fts 8 発振周波数Fs 9 デジタル制御部 10 発振周波数Fout

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温度センサーとして音叉型水晶振動子ま
    たは長辺縦水晶振動子を用い、かつ、前記センサー用水
    晶振動子と、該センサー用水晶振動子とは別に設けた基
    準発振用水晶振動子とを並列に接続し、発振回路にて前
    記センサー用振動子と基準発振用水晶振動子を同時に発
    振させ、デジタル的に基準発振周波数の温度特性を補正
    する事を特徴とする温度補償型水晶発振回路の構成。
  2. 【請求項2】 前記基準発振用水晶振動子は、厚みすべ
    り振動のみを励振目的として設計された事を特徴とする
    請求項1記載の温度補償型水晶発振回路。
  3. 【請求項3】 前記基準発振用水晶振動子及びセンサー
    用水晶振動子の収容器がそれぞれ、小型のチューブタイ
    プまたはサーフェースマウントタイプである事を特徴と
    する請求項1及び請求項2記載の温度補償型水晶発振回
    路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006292733A (ja) * 2005-03-15 2006-10-26 Yoshinori Kanno 水晶マイクロバランスセンサー装置
US7259636B2 (en) 2001-01-16 2007-08-21 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Synchronous signal generator using a crystal oscillator and filter
JP2010169550A (ja) * 2009-01-23 2010-08-05 Epson Toyocom Corp 応力検出装置
CN113740560A (zh) * 2021-08-20 2021-12-03 中国科学院空天信息创新研究院 一种弱耦合谐振式加速度传感器

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