JPS588601B2 - 温度補正水晶発振回路 - Google Patents

温度補正水晶発振回路

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JPS588601B2
JPS588601B2 JP13791974A JP13791974A JPS588601B2 JP S588601 B2 JPS588601 B2 JP S588601B2 JP 13791974 A JP13791974 A JP 13791974A JP 13791974 A JP13791974 A JP 13791974A JP S588601 B2 JPS588601 B2 JP S588601B2
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signal
temperature
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crystal
crystal oscillator
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JP13791974A
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赤羽好和
平林正英
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Suwa Seikosha KK
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Suwa Seikosha KK
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度補正された水晶発振回路に関する本発明の
目的は (1)2つの水晶発振器と論理回路との組合せにより高
精度の温度特性が容易に得られる温度補正水晶発振回路
を作ることにある。
(2)本発明の他の目的は同一ケース内に封入された2
つの水晶振動子と集積回路とからなる電子回路を内蔵す
る高精度で小型化可能な温度補正水晶発振回路を得るこ
とにある。
従来の温度補正水晶発振回路においては水晶発振回路に
温度変化素子を挿入する形が一般的であるが第1図に従
来の温度補正水晶発振回路の回路図の例を示す。
第1図において1は温度補正用セラミックコンデンサ、
2は水晶発振体、3はコンデンサ、4はインバーター、
5,6は抵抗である。
7は分周器で8より時間標準信号を出力する。
水晶振動子は温度が変化するとヤング率の変化などによ
りその個有振動数が変る特性を持ち水晶発振器の発振周
波数が変るが1のチタン酸バリウムなどを原料とする温
度補正用セラミックコンデンサが温度により容量が変化
する特性を持ち温度変化に伴い発振回路系の回路定数が
変化し水晶振動子の温度変化を補うごとく周波数を変化
させる。
適当な組合せにより前述の水晶振動子の温度特性の改良
された温度補正水晶発振回路が得られるが次の欠点があ
る。
(1)温度変化素子による温度補正関数と水晶振動子の
温度誤差関数の一致が極めて困難であり高精度な温度特
性を作り込むことが難しい。
(2)チタン酸バリウムなどを原料とする温度補正用セ
ラミックコンデンサは水晶発振体に比較し経時変化量が
大きく時計に用いた場合に時間精度に悪影響を与える。
(3)上記セラミックコンデンサはキューリ一点前後の
温度を経過することにより履歴現象を呈し温度特性の再
現性が悪く時計製造工程における時間精度の作り込みが
困難である。
本発明はかかる欠点を除去したもので第2図にその応用
例のブロック図を示す。
以下第2図で説明する。
9,10は水晶発振器、11はビート信号回路12はカ
ウンター、13はタイマー、14はパルス挿入回路、1
5は分周器、16より表示機構へ時間信号を出力する。
ATカット、GTカットなどの一部のものを除いた大部
分の水晶振動子は一般に次の式で近似される温度の2次
関数の温度特性を持つ。
f=Aθ2+Bθ+C 前記等式においてfは発振周波数、A,B,Cは定数、
θは温度である。
水晶発振器9,10について前記記号に添数を付加して
区別し温度特性を次式に示す。
f9=A9θ2+B9θ+C9 ・・・・・・
第1式f10=A10θ2+B10θ+C10 ・・・
・・・第2式11のビート信号回路においては次式で示
される周波数信号が得られる。
|f9−f10|=|(A9−A10)θ2+(B9−
B10)θ+(C9−C10)| 同一タイプの水晶振動子においてはA9とA10は近い
値を持ちA9≒A10のものの適当な組合せにより次の
ようになる。
|f9−f10|≒|(B9−B10)θ+(C9−C
10)|・・・第3式このようにビート信号は温度の比
較的簡単な関数となりこの信号により時間出力信号を制
御することにより温度補正水晶時計が作られる。
第2図において11のビート信号を12のカウンターが
計数し設定されたカウント数N毎に信号を出力する。
13のタイマーにおいては12のカウンターの出力信号
をリセット信号とし、9の水晶発振器の信号をクロツク
パルスとし設定された間隔Tの信号を出力する。
14のパルス挿入回路は13のタイマーの出力信号のあ
る間だけ11のビート回路の信号1パルスにつき設定さ
れた数の信号M個のパルスを10の水晶発振器からのパ
ルス信号の間に挿入する。
15の分周器からの出力信号はパルス挿入があった場合
に微少量変動するが1日当りの入力平均周波数Fは次の
ようになる。
F≒f10+(|f9−f10|)/N×T×|f9−
f10|×M=f10+(TM)/N(f0−f10)
2・・・・・・第4式第1式、第2式、第3式よりT,
M,Nを適当に設定することによりFはK1,K2を定
数とし次のように作り込みが可能である。
F≒K1θ+K2 ・・・・・・第5式K1
はほとんど零に近づけることも可能であり第1式又は第
2式にくらべ温度特性は大幅に改善される。
ここでF≒K2となるための水晶振動子の特性る求める
まず第4式に第1式、第2式及び第3式を代入すると F={A10+TM/N(B9−B10)2}θ2+{
B10+2TM/N×(B9−B10)(C9−C10
)}θ+C10+TM/N(C9−C10)2となり、
Fを温度θの変化に対して一定とするためには、 A10+TM/N(B9−B10)2=0・・・・・・
第6式B10+2TM/N(B9−B10)(C9−C
10)=0・・・・・・第7式が成立しなければならな
い。
第6式、第7式をTM/Nについて解くと TM/N=A10/[(B9−B10)2] ・・
・・・・第8式および TM/N=−B10/[2(B9−B10)(C9−C
10)] ・・・・・・第9式従って、第8式、第
9式よりFが限定特性を用いないためには、2つの水晶
振動子の定数A,B,Cを A10/(B9−B10)=B10/[2(C9−C1
0)]但し、A9≒A10<0 の関係を満足するように選定すればよいことが分かる。
以上に述べたように本発明による発振回路は常に温度修
正がなされ、水晶時計に用いれば温度変化があっても正
確な時刻編指示する。
第3図に第1式の例と第5式の例を時計の日差でグラフ
で示す。
第3図において横軸は温度、縦軸は日差である。
破線が第1式の例、鎖線が第5式の例である。
第4図に本発明の応用例の回路図を示す。
以下第4図で説明する。
17から22は水晶発振器で17が水晶発振体18,1
9がコンデンサ、20が発振用インバーター、21,2
2が抵抗である。
23から27は前記水晶発振器の1/2の周波数を持ち
パルス幅の比と位相の異なる信号を取出す回路である。
23はパルス遅延回路、24は1/2分周器、25はイ
ンバーター、26,27はアンド回路である。
28は前述と同じ構成のもう1つの水晶発振器から一定
位相の1/2周波数の信号を取出す同様のアンド回路で
ある。
29は28,26の出力信号のアンド出力をとり30か
ら32で構成され69のインバーターを介した信号をク
ロックパルスとする分周器をリセットする。
30はアンド回路、32は分周器で設定値毎に信号を反
転する。
31のインバーターを介してリセット状態解除後定数カ
ウントした後の状態をクランプする機能を有する。
この分周器出力信号が前記2つの水晶発振器のビート信
号となり第2図の説明における周波数差ビート信号に相
当する。
33は32のビート出力信号をカウントする回路で第2
図の説明におけるN個のパルスをカウントする。
34から36は33の出力信号の立ち上り信号を微分信
号として出力する回路である。
37から56はタイマーを構成する。
37から41は分周器で42から45はエリスクルーシ
ブオア回路で46から49は抵抗、50から53は接点
スイッチである。
接点スイッチの選択を変えることでこの場合、2の4乗
16通りの時間間隔、第2図の説明におけるTを設定で
きる。
35からの出力信号でリセットされた後設定されたパル
ス数をカウントすると42から45に同時に出力信号が
でて54、55のアンド回路、56のナンド回路からの
信号で70のアンド回路により入力信号が止りタイマー
はこの状態でクランプされ次のリセット信号が入力され
るまで定状態を保つ。
58は57のインバーターを介したビート信号と前記タ
イマーの出力信号のアンドをとりタイマーの作動時間中
のビート信号を取出す。
66のアンド回路によりこの信号と27より出力される
水晶発振器より原信号を得る信号のアンドをとることに
より26の出力信号の間に位置するパルス信号が得られ
る。
両者のパルスの時間関係は必要に応じ71の遅延回路に
より適当な位相調整を行う。
62から65は挿入パルス数を制御する回路で第2図の
説明におけるMを設定する。
59から61は57のビート信号の微分信号取出し回路
、62から64は定数カウンターで67のアンド回路に
より68のオア回路に至る挿入信号を制御する。
63は分周器、62はアンド回路、64はインバーター
である。
68の出力信号は72の分周器の入力信号となり分周器
は時間標準信号を出力する。
以上が第4図の説明であるがビート信号回路、タイマー
、パルス挿入回路、ビート信号カウント回路などはこの
他種々の形式が考えられる。
又図中の遅延回路についてはCR遅延回路、論理回路素
子の遅延時間を応用した回路などが考えられる。
これらの電子回路はモス集積回路と簡単な容量、抵抗で
構成が可能であり高密度の集積化が可能である。
以上応用例に示されるように、本発明の温度補正水晶発
振回路においては、発振周波数はパルス挿入により温度
に対して安定な値となる。
本発明によれば水晶発振器より取出されたビート信号に
より水晶発振器の温度誤差の逆符号の関数に近い関数を
加算することができ広範囲、高精度の温度特性が得られ
温度特性の優れたATカット水晶振動子を用いた水晶発
振回路に匹敵する温度特性を持つ水晶発振回路が容易に
得られる。
又経時変化要素は水晶発振体自身であり前述のセラミッ
クコンデンサに比し小さくなる。
更に温度変化に対する履歴現象もほとんどない。
以上3点により本願発明を水晶時計に用いれば高精度な
時計の製造が可能である。
最近の水晶発振体の小型化技術を応用し同一ケース内に
封入された2つの水晶振動子により水晶発振器を構成す
れば外界の温度変化に対する水晶振動子の追従条件がよ
り一致し高精度化が可能であると同時に集積回路との組
合せにより小型の高精度時計の製造が可能である。
本発明はビート信号により温度指示を行う時計の製造に
も応用できる。
又水晶振動子のみならずタンタル酸リチウム、ニオブ酸
リチウムなど他の材質を利用した振動子を用いた発振器
にも応用できる。
本発明は現在量産化が進み普及している時計用水晶振動
子を2個用いることにより集積回路と組合せることによ
り高精度な腕時計、置時計、工業用標準時計の量産が可
能であり今後の発展が大いに期待される。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の温度補正水晶発振回路の回路図の例を示
す。 第2図は本発明の応用例ブロック図を示す。 第3図は本発明の応用例と温度無補正時計との時間精度
の比較グラフを示す。 破線は温度無補正時計の例、鎖線は温度補正時計の応用
例である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 発振周波数の温度特性が、それぞれ f1=A1θ2+B1θ+C1 f2=A2θ2+B2θ+C2 但し、θは温度、A,B,Cは定数で表わされる第1及
    び第2の水晶発振器と前記第1及び第2の発振器の周波
    数差を検出するビート信号回路とビート信号をカウント
    するカウント回路と前記第1の発振器の信号をクロツク
    信号とし、前記カウント回路の出力信号により制御され
    るタイマーと前記第2の発振器より得られるパルスに前
    記タイマーと前記ビート信号に制御されるパルス信号を
    挿入するパルス挿入回路とからなり、前記第1及び第2
    の発振器の温度特性を表わす定数が、A1≒A2<0 A2/(B1−B2)=B2/[2(C1−C2)]な
    る関係をほぼ満たすことを特徴とする温度補正水晶発振
    回路。
JP13791974A 1974-12-02 1974-12-02 温度補正水晶発振回路 Expired JPS588601B2 (ja)

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Families Citing this family (10)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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