JPS63240107A - 温度補償付水晶発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は温度補償付水晶発振回路に関し、特に個々の水
晶発振子の温度係数特性に簡単かつ忠実に整合を取るこ
とにより高精度な温度補償を行ない、安定な所定周波数
の発振を得るための改良に関する。

〈従来の技術〉 周知のように、水晶振動子を用いた発振回路は単にＬＣ
共振系のみを用いた発振回路に比し、相当に安定した発
振周波数を得ることができる。

しかし、電子回路系になべての常として、こうした水晶
発振回路においても温度係数が存在することは事実であ
り、より一層の発振周波数の安定化を図ろうとすれば、
温度補償もまた必須の要件となる。

しかるに従来、第２図に示されるように、この種の温度
補償付水晶発振回路２０では、一般にアナログ的、直接
的な温度補償対策にのみ留まり、水晶発振器２１中に用
いられている水晶振動子の温度係数特性に最も似かよっ
た対温度容量変化とか度電圧変化を示すコンデンサやダ
イオード等を温度補償素子２２として選出し、これによ
り直接に水晶発振器２１の発掘周波数を制御するべくし
ていた。

〈発明が、解決しようとする問題点〉 しかし第２図に示されている従来例においては、水晶撮
動子の温度係数の変化曲線と温度補償素子２２のそれと
が一致しないという事実に基づく問題がある。一般に水
晶振動子の温度係数曲線は三次カーブを描くのに対し、
適当なるコンデンサやダイオード等、温度補償素子２２
の温度係数曲線はむしろリニアに近いものとなる。

したがってまず、こうした従来の手法では、原理的１２
本質的にその周波数安定化精度に限界がある。

これに対し従来例の中においても、温度係数の異なる二
種またはそれ以上の温度補償素子２２を用意し、温度範
囲に応じてそれらを切換使用する等の工夫が施されたも
のもある。

が、例えそのようにしても、水晶振動子の温度係数曲線
と温度補償素子２ｚのそれとが一致しないという事実に
変わりがあるわけではなく、したがって精度上の限界は
やはり存在する。

この点に目をつぶり、単一の温度補償素子２２を用いた
ものよりは精度が上がる点を肯定したとしても、複数個
の温度補償素子２２の中から温度範囲に応じて適当なる
ものを選択する回路が複雑になってしまう。

さらにまた、こうした従来の手法では、個々の水晶振動
子間に見られる特性のバラ付きは全くにして補償するこ
とができない。各水晶振動子のバラ付きに対応させてま
で、個々に適当な温度補償素子２２を選ぶ等は不可能で
ある。

本発明はこうした従来の実情にかんがみて成されたもの
で、水晶振動子が非直線的な温度係数曲線を有していて
も、また個々の水晶振動子間にバラ付きが見込まれても
、各個別の水晶発振回路ごとにそれらを十分有効に温度
補償し得る温度補償回路付水晶発振回路を提供せんとす
るものである。

（問題点を解決するための手段〉 本発明は上記目的を達成するため、あらかじめデータテ
ーブルを作製するという概念に基づき、下記構成の温度
補償付水晶発振回路を提供する。

その時々の温度に応じて固有の温度係数曲線に従いその
出力電気量を可変にする感温素子と；上記感温素子の有
する上記温度係数曲線とは異なる温度係数曲線を有する
と共に、与えられる温度補償データに応じてはその発振
周波数を調整可能な水晶発掘器と； 外部環境の温度変化に応じて変化する上記感温素子の上
記出力電気量に補正値を加味し、最適化した温度補償デ
ータ群をあらかじめ格納した不揮発性メモリとを有し： 上記感温素子のその時々の出力電気量に応じ、上記不揮
発性メモリ中に上記あらかじめ書込まれている温度補償
データ群の中から当該出力電気量に対応する温度補償デ
ータを読出し、該読出した温度補償データを上記水晶発
振器に与えることを特徴とする温度補償付水晶発振回路
。

〈作用および効果〉 本発明においては不揮発性メモリ中にあらかじめ個々の
水晶発振器に応じて各温度に最適な温度補償データを格
納させて置く。

より詳しく言えば、各温度において感温素子が発するそ
の時々の出力電気量の群に対し、各々最適な補正を施し
て、当該最適化した各電気量データならば水晶発振器が
所定の周波数を発振し得るというデータ群を得、これを
温度補償データ群として適当なる不揮発性メモリに格納
して置く。

したがってその時々において発せられる感温素子からの
出力電気量に応じ、当該出力電気量に対応した温度補償
データを不揮発性メモリ中から読出し、このデータを水
晶発振器に与えることにより、各温度ごとに、そして各
個別の水晶発振器ごとに、極めて精度の高い温度補償を
なすことができる。

しかも、あらかじめ不揮発性メモリ中に温度補償データ
群を格納する作業はむずかしくない。

例えば感温素子と共に水晶発振器を恒温槽に入れ、当該
恒温槽の温度を何段階かに可変、安定させながらその都
度、発振周波数を高精度周波数カウンタで監視、測定す
る。

こうして得られた各温度ごとの所定周波数に対する周波
数偏倚のデータ群や与えられた補正電気量に対する水晶
発振器の出力周波数変化分特性等、必要なる既知の関係
式情報に基づき、要すればコンピュータを導入する等し
て補間計算を行ない、各温度毎の感温素子出力電気量に
対して最適な温度補償データ群を得、このデータテーブ
ルを不揮発性メモリに書込めば良い。

こうした最適化データテーブルの作製作業は、実際−１
−１それこそコンピュータを用いて自動化することも容
易である。

また、用いる不揮発性メモリとしては、ユーザ側でプロ
グラム可能なものが望ましいことはもちろんであり、一
般にＰ−ＲＯＭと総括されるものなら何でも良いが、特
には電気的に書換え可能なもの、すなわちＥＥＰＲＯＭ
　（ＥＡＰＲＯＭ）であると使い易い。将来的に不揮発
性ＲＡＭが提供されればこれが一番良い。

いずれにしても本発明によれば、極めて高精度に水晶発
振器の温度補償を図ることができ、したがって所定周波
数の発振を安定に得ることができる。

しかも、例え個々の水晶振動子間に温度係数曲線上のバ
ラ付きがあっても、これには無関係に当該側々の水晶発
振器ごとに良く温度補償することができる。

さらに、書換え可能な不揮発性メモリを用いて置けば、
経年変化により初期の温度係数重線とは異なる曲線とな
っても、そうした水晶発振回路がサービスに回されてき
さえすれば、そのときに新たに最適、最新のデータテー
ブルに書直すことも可能である。

なお明らかなように、本発明においては感温素子は印加
されている温度を絶対値において知る必要は全くない。

したがって換言すれば直線性の悪い安価な感温素子でも
安心して使用することができる。

く実　施　例〉 ７１ｇ１図には本発明による温度補償付水晶発振回路Ｉ
Ｏの原理ないし基本的な実施例の概念図が示されている
。

水晶発振器ｌｌは第２図示の従来例における水晶発振器
２１と同様、例えば電圧に化体される等した適当な形態
の電気量による温度補償データに基づき、所定の周波数
に向けて発振周波数を上下に調整可能なものであれば良
い。

一方、実際の外部環境温度に応じて固有の温度係数曲線
に従いその出力電気量を可変する感温素子１２が設けら
れているが、この感温素子自体も、従来温度補償素子２
２として用いられていたと同様の素子を用い得る外、一
般に“温度センサ”として市販されているようなサーミ
スタその他の温度検出専用素子であっても良い。

ただし、本発明に従って構成された水晶発振回路ｌＯで
は、すでに作用９項において述べたように、また本項に
おいても後述する所から理解されるように、実働下にお
いて外部温度を絶対値により知る必要は全くないので、
印加温度と出力電気量との間に直線化のための付帯回路
（サーミスタにおける直線性補正用直列ないし並列抵抗
等）は特には必要ないし、逆に直線性の悪い素子でも十
分使用に耐えるものとすることができる。本発明におい
ては、感温素子の出力する対温度変換電気量の変化分に
より、直接に水晶発掘器１１を制御してはいないからで
ある。

感温素子１２と水晶発振器１１の間には、不揮発性メモ
リ１４として、望ましはプログラム可能な読出し専用メ
モリ（Ｐ−ＲＯＭ）１４が挿入されている。

ただしＰ−ＲＯＭ１４は電気的に書換え可能なＥＥＰＲ
ＯＭないしＥＡＲＯＭであって良く、さらに将来的には
不揮発性ＲＡＭであって良い。

当該Ｐ−ＲＯＭ１４にはあらかじめ個々の水晶発振器Ｉ
ｔに応じ、各温度において感温素子１２が発するその時
々の出力電気量に対し各々最適な補正を施して、当該最
適化した各電気量データならば水晶発振器ｉｔが所定の
周波数を発振し得るというデータ群が書込まれている。

この最適化したデータテーブルの書込みは、例えば感温
素子１２共々、恒温槽に水晶発振器１１を入れ、当該恒
温槽の温度を何段階かに可変、安定させながらその都度
、発振周波数を高精度周波数カウンタで監視、測定し、
こうして得られた各温度ごとの所定周波数に対する周波
数偏倚のデータ群や、与えられた補正電気量（感温素子
出力電気量）に対する水晶発振器の出力周波数変化分特
性等、必要なる既知の関係式情報に基づき、要すわばコ
ンピュータを導入する等して補間計算を行ない、感温素
子の各出力電気量に対して最適な温度補償データ群を得
ることによりなすことができる。

また、こうした作業はコンピュータを用いて自動化する
ことも容易である。

このようにしてＰ−ＲＯＭｌＪ内にはその時グににおい
て感温素子１２の発するであろう出力電気量に対し、こ
の感温素子と組になフている水晶発振器１１に最適な温
度補償データ群があらかじめ書込まわるので、実働下に
おいては感温素子１２か現実にその時々において発する
出力電気量に応じ、対応する温度補償データを当該Ｐ−
ＲＯＭｌｌ中に格納されているデータ群の中から読出し
て、これを水晶発掘器ｔｉに与えれば、上記のようにし
てあらかじめ作製した温度補償データテーブル自体の精
度に即し、極めて高精度で水晶発振器の温度補償を図る
ことができ、所定周波数に対して偏倚の少ない出力周波
数Ｆを得ることができる。

なおこれを換言すれば、本発明における温度補償精度は
先の恒温槽内における測定点を数多く取る程、あるいは
また補間計算の精度を上げる程、高くし得ることは明ら
かである。しかしこのこと自体は本発明が開示された以
上、全くにしてその設計に任される問題である。

また図示の場合には感温素子１２からは温度データが電
圧に変換されて得られることを想定しており、したがっ
てＰ−ＲＯＭＩ４内のアドレス指定のため、模式的にア
ナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変攬器１３を示しており、
また同様に水晶発振器１１は電圧次元でのデータにより
発振周波数の制御を受けることを想定しているため、Ｐ
−ＲＯＭ１４の出力するデジタルデータを当該電圧デー
タに変換するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１５
も示されている。

しかし例えば、用いる水晶発振器１１の回路のいかんに
よっては電流制御型に変えること等も可能であるし、そ
の場合には温度補償用の電気量は当然、電流となる。

さらに、温度補償用電気量のいかんにかかわらず、上記
したアドレス指定や読出し動作のために図示されていな
いマイクロコンピュータを利用し得ること等は当然であ
る。

いずれにしてもこのようにして、本発明の温度補償付水
晶発振器によれば、水晶振動子の持つ非直接的な温度係
数曲線にも良く対応し、しかも個々の水晶振動子ごとに
その温度係数曲線にバラ付きがあってもこれを吸収する
ことができ、所定周波数に対して温度の変化によらず極
めて高安定な周波数出力Ｆを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度補償付水晶発振回路の原理ないし
基本的な実施例の概念的な構成図、第２図は従来におけ
る温度補償付水晶発振回路の概略構成図、である。 図中、ＩＯは本発明による温度補償付水晶発振回路、１
１は水晶発掘器、１２は感温素子、１４は不揮発性メモ
リとしてのＰ−ＲＯＭ、２０は従来における温度補償付
水晶発振回路、２１は水晶発振器、２２は温度補償素子
、である。 出　願　人　　　　　　　　ユニゾン株式会社、、＋＋
＋。 代理人　　　　　福田信行・　１．） −一一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 その時々の温度に応じて固有の温度係数曲線に従いその
   出力電気量を可変にする感温素子と；上記感温素子の有
   する上記温度係数曲線とは異なる温度係数曲線を有する
   と共に、与えられる温度補償データに応じてはその発振
   周波数を調整可能な水晶発振器と； 外部環境の温度変化に応じて変化する上記感温素子の上
   記出力電気量に補正値を加味し、最適化した温度補償デ
   ータ群をあらかじめ格納した不揮発性メモリとを有し； 上記感温素子のその時々の出力電気量に応じ、上記不揮
   発性メモリ中に上記あらかじめ書込まれている温度補償
   データ群の中から当該出力電気量に対応する温度補償デ
   ータを読出し、該読出した温度補償データを上記水晶発
   振器に与えることを特徴とする温度補償付水晶発振回路
   。