JPH0685538A - 温度補償水晶発振器 - Google Patents

温度補償水晶発振器

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JPH0685538A
JPH0685538A JP25726092A JP25726092A JPH0685538A JP H0685538 A JPH0685538 A JP H0685538A JP 25726092 A JP25726092 A JP 25726092A JP 25726092 A JP25726092 A JP 25726092A JP H0685538 A JPH0685538 A JP H0685538A
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crystal resonator
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下 潔 山
Hiroaki Mizumura
村 浩 明 水
Toichi Yagi
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Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 [目的] 簡単な構成で高精度の温度補償を行う。 [構成] 水晶共振子22に直列にコンデンサとサーミ
スタを並列に接続した温度補償回路を接続して水晶共振
子の負荷容量を制御して常温よりも高温度域側および低
温度域側を各別に温度補償を行うものにおいて、水晶共
振子に直列に温度補償特性の傾きを補正する温度係数を
有する傾き補正コンデンサ25を接続し、また傾き補正
コンデンサは温度補償特性の傾きの補正によって生じる
周波数の変位を補償する容量を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、簡単な構成で高精度の
温度補償を行うことができる温度補償水晶発振器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、時間、周波数等の基準として圧電
体の圧電現象を利用した圧電共振子が多用されている。
このような圧電共振子に用いる圧電体としては種々の物
質が知られている。このような圧電体の1つである水晶
を用いた水晶共振子は、水晶の化学的、物理的に極めて
優れた特性に加えて製造技術の進歩により安価で良好な
共振特性を得られるために種々の電子機器に広く使用さ
れている。さらに近時、このような水晶共振子を用いる
電子機器では小形、軽量かつ高信頼性を要求されるため
に水晶共振子と発振回路とを一体に組み立てた水晶発振
器も大量に製造され使用されている。このような水晶発
振器では水晶共振子と発振回路とを一体に組み立てて発
振周波数を正確に調整し、化学的、物理的に極力安定な
状態で気密に封止するようにしているので長期間、高い
周波数精度を維持することができる。ところでこのよう
な水晶発振器の周波数精度は一般に水晶振動子の温度特
性に依存する。たとえば数MHzないし十数MHzの周
波数帯で最も多用されているATカットの厚み滑り水晶
振動子の場合、図4に示すように−30℃ないし80℃
の温度変化に対して±25ppm程度の周波数の変化を
生じる。このため、最近の電子機器の高機能、高精度化
とともに、このような機器に用いる水晶発振器の周波数
精度もさらに安定なことを要求されている。このような
温度補償水晶発振器の代表的なものとしては間接補償方
式と直接補償方式のものがある。
【0003】間接補償方式のものは、たとえば図5に示
すブロック図のように発振回路1に接続した水晶振動子
2に直列にバリキャップダイオード3を接続し、このバ
リキャップダイオード3に制御電圧発生回路4から温度
に応じた制御電圧Vcを印加してバリキャップダイオー
ド3の静電容量を制御して、温度変化による発振周波数
の変動を打ち消すようにしたものである。しかしながら
このようなものでは、比較的感度の高いバリキャップダ
イオード3を必要とし、また制御電圧発生回路4の電源
電圧を入力電圧の変動に対して充分に安定化しておく必
要があり構成が複雑になる問題がある。また直接補償方
式のものでは、たとえば図6に示すように発振回路11
に接続した水晶振動子12に直列に高温部補償回路13
および低温部補償回路14を接続するようにしている。
この高温部補償回路13はコンデンサ13aとサーミス
タ13bとを並列に接続したものである。そして高温部
補償回路13は常温よりも高い、たとえば50℃以上の
温度で温度の上昇とともにサーミスタ13bの抵抗値を
減少させることによって該補償回路13の等価直列容量
を増大させて発振周波数を低くするように作用する。ま
た低温部補償回路14もコンデンサ14aとサーミスタ
14bとを並列に接続している。そして低温部補償回路
14は常温よりも低い、たとえば0℃以下の温度で温度
の低下とともにサーミスタ14bの抵抗値を増大させる
ことによって該補償回路14の等価直列容量を減少させ
て発振周波数を高くするように作用する。すなわち温度
変化によるサーミスタ13b、14bの抵抗値の変化に
よって、それぞれの補償回路13、14の等価直列容量
を変化させることにより、水晶振動子12の負荷容量を
制御して温度補償を行うものである。このような直接補
償方式のものは回路構成も比較的簡単であり、部品点数
も少ないために形状も小型化することができる優れた温
度補償方式である。しかしながらこのような温度補償回
路の場合、温度補償特性の精度をあまり高くすることは
できない。たとえば水晶振動子単体の温度特性を測定し
て、数学的な計算によって温度補償回路の各電子部品の
定数を計算し、この結果に基づいて補償回路を組み立て
ても、個々の水晶振動子毎の温度特性のバラツキが大き
く、さらに実際の電子部品にはそれぞれに誤差があり理
想的な補償特性は得難い。このため、たとえば特に選別
していない水晶振動子および一般に市販されている電子
部品の電気的な定数のばらつきを容認した場合、補償精
度は±2ppm程度になってしまう。したがってより高
精度の温度補償を行うためには、個々の発振器ごとに回
路素子を交換して最適な値を見いだしたり、予め一定の
範囲の定数毎に選別した電子部品を使用する必要があり
工数が増大しコストも上昇する問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、簡単な構成で高精度の温度補償
を行うことができる温度補償水晶発振器を提供すること
を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、水晶共振子に
直列にコンデンサとサーミスタを並列に接続した温度補
償回路を接続して水晶共振子の負荷容量を制御して常温
よりも高温度域側および低温度域側を各別に温度補償を
行うものにおいて、水晶共振子に直列に温度補償特性の
傾きを補正する温度係数を有する傾き補正コンデンサを
接続したことを特徴とするものである。さらに本発明
は、傾き補正コンデンサは温度補償特性の傾きの補正に
よって生じる周波数の変位を補償する容量を有すること
を特徴とするものである。
【0006】
【実施例】以下、本発明の一実施例の水晶発振器を図1
に示すブロック図を参照して詳細に説明する。図中21
は発振回路であって、個別部品あるいは半導体集積回路
等をもって構成している。そして22は水晶共振子であ
って、水晶の結晶を結晶軸に対して所定の角度に切断し
て板状に成形し板面に電極を形成した、たとえばATカ
ットの厚み滑り水晶共振子である。そして23は高温部
補償回路でコンデンサ23aにサーミスタ23bを並列
に接続して、常温以上のたとえば50℃以上の温度にな
るとサーミスタ23bの抵抗値を増大させて該補償回路
の等価直列容量を増大させて発振回路の発振周波数を低
くするように温度補償を行うものである。そして24は
低温部補償回路でコンデンサ24aにサーミスタ24b
を並列に接続して、常温以下のたとえば0℃以下の低温
域では温度の低下とともにサーミスタ24bの抵抗値を
次第に減少させて該補償回路の等価直列容量を減少させ
て発振回路の発振周波数を高くするように温度補償を行
うものである。しかしてこのような温度補償回路を一般
的に市販されている電子部品を使用して構成した場合、
たとえば±4ppm程度の補償精度となる。ところでこ
のような補償特性について検討すると、代表的な特性は
低温部および高温部について図2に示すように分類する
ことができる。すなわち低温部については補償量が不足
している貧補償(図示A)、適正な補償量である適正補
償(図示B)、補償量が過分である過補償(図示C)の
状態がある。また高温部についても、補償量が不足して
いる貧補償(図示D)、適正な補償量である適正補償
(図示E)、補償量が過分である過補償(図示F)の状
態がある。しかして高温部補償回路23および低温部補
償回路24の補償特性は互いに独立に設定することがで
きる。したがって低温から高温まで、たとえば−30℃
から80℃までの補償特性の代表例は図2に示すように
低温部、高温部それぞれ3種類の補償特性があり、全体
としてはこれらを組み合わせた9通りの態様がある。そ
して25は上記水晶共振器22に直列に接続され補償特
性全体の傾きを補正する温度係数を有する傾き補正コン
デンサである。この傾き補正コンデンサ25は、たとえ
ばセラミックコンデンサであって温度の上昇とともに容
量の増大する正の温度係数で、かつ温度係数の比較的大
きな「++温系」のもの、温度係数の比較的小さな「+
温系」のもの、容量の変化しない零温度係数の「0温
系」のものおよび容量の減少する負の温度係数で、かつ
温度係数の比較的大きな「−−温系」のもの、温度係数
の比較的小さな「−温系」のものを補償特性全体の傾き
を勘案して選択的に使用する。すなわち、低温部、高温
部、それぞれの補償特性の傾向に対応して次の表1に示
すような温度係数の傾き補正コンデンサ25を使用すれ
ばよい。 表1 \高温部 貧補償 適正補償 過補償 低温部\ 貧補償 ++温系 +温系 0温系 適正補償 +温系 0温系 −温系 過補償 0温系 −温系 −−温系 なおこのように温度補償特性の傾きを補正したことによ
って発振周波数に変位を生じる場合は、傾き補正コンデ
ンサ25の容量を増減することによって発振周波数を目
的とする周波数に正確に合わせ込むことができる。なお
このような発振周波数の合わせ込みは、傾き補正コンデ
ンサ25の容量を増減して行ってもよいし、発振周波数
を調整するために専用の半固定コンデンサを設けて調整
するようにしてもよい。
【0007】このような構成であれば、発振回路に用い
る水晶振動子の温度特性および温度補償回路の電子部品
の定数のバラツキ等によって生じる図2に示すような温
度補償特性の態様に応じて傾き補正コンデンサ25によ
って、たとえば表1に示すように補償特性全体の傾きを
補正するようにしている。したがって、たとえば温度補
償特性の傾きを補正しない状態で最大±2ppmの補償
精度となる場合、補償特性全体の傾きを補正することに
よって容易に±1ppm以上の補償精度を得ることがで
きる。したがって電気的な定数の精度の高い高価な電子
部品を用いることなく高精度の温度補償を行うことがで
き、また定数の精度の高い電子部品を用いればより高精
度の温度補償を行うことができる。
【0008】したがって、傾き補正コンデンサに温度補
償特性の傾きを打ち消し、温度の変化に対して一定の発
振周波数を維持することができる温度係数のものを用い
ることによって、簡単な構成で補償精度を著しく向上す
ることができ温度の変化に係わらず発振周波数の安定な
高精度の温度補償水晶発振器を得ることができる。なお
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、たとえ
ば温度補償回路は図3に示すように1個のコンデンサ2
6に低温用サーミスタ27、高温用サーミスタ28を並
列に接続して温度補償を行うようにしてもよい。この場
合、低温用サーミスタ27は低温域において抵抗値を増
大させて温度補償回路の等価直列容量を減少させて発振
周波数を高くするように作用する。なおこの場合高温用
サーミスタ18は一定の抵抗値を維持する。また高温用
サーミスタ28は高温域において抵抗値を減少させて温
度補償回路の等価直列容量を増大させて発振周波数を低
くするように作用する。なおこの場合低温用のサーミス
タ27は一定の抵抗値を維持する。なおこの場合も、水
晶振動子22に直列に傾き補正コンデンサ25を接続し
て補償特性全体の傾きを補正することは勿論である。
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば簡
単な構成で高精度の温度補償を行うことができコストも
安価で小型化に適する温度補償水晶発振器を提供するこ
とができる。
【0009】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度補償水晶発振器の一例を示すブロ
ック図である。
【図2】本発明の温度補償を説明する補償特性の図であ
る。
【図3】本発明の温度補償水晶発振器の他の実施例を示
すブロック図である。
【図4】ATカットの水晶振動子の温度特性を示す図で
ある。
【図5】従来の間接補償方式の水晶発振器を示すブロッ
ク図である。
【図6】従来の直接補償方式の水晶発振器を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
21 発振回路 22 水晶振動子 23 高温部補償回路 23a、24a コンデンサ 23b、24b サーミスタ 24 低温部補償回路 25 傾き補正コンデンサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水晶共振子に直列にコンデンサとサーミス
    タを並列に接続した温度補償回路を接続して水晶共振子
    の負荷容量を制御して常温よりも高温度域側および低温
    度域側を各別に温度補償を行うものにおいて、 上記水晶共振子に直列に温度補償特性の傾きを補正する
    温度係数を有する傾き補正コンデンサを接続したことを
    特徴とする温度補償水晶発振器。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のものにおいて、傾き補正
    コンデンサは温度補償特性の傾きの補正によって生じる
    周波数の変位を補償する容量を有することを特徴とする
    温度補償水晶発振器。
JP25726092A 1992-08-31 1992-08-31 温度補償水晶発振器 Ceased JP3399563B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7239211B2 (en) 2003-02-21 2007-07-03 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Temperature-compensated crystal oscillator
US8040197B2 (en) 2008-10-27 2011-10-18 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Crystal oscillator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7239211B2 (en) 2003-02-21 2007-07-03 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Temperature-compensated crystal oscillator
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