JPS6387003A - 水晶発振器 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、例えば時計の基準クロックの発振器等とし
て使用される水晶発振器に関する。

（従来の技術） 従来の水晶発振器としては、例えば第３図に示すような
ものがある。

水晶発振器は、水晶発振子２１とトランジスタ回路等２
２とが組合わされて構成されており、水晶発振子２１を
、トランジスタ回路等２２のどの部分に接続するかによ
って、ピアースＧＫ回路、ピアースＧＰ回路、無調整回
路等、数種の回路形式のものがある。

また、水晶発振子２１として音叉形水晶発娠子を用いた
音叉形の水晶発振器もある。

そして、何れの回路形式のものにおいても、水晶発振子
２１の固有振動周波数によって決まる周波数のクロック
が発振される。このうち、音叉形の水晶発振器は、他の
回路形式のものと比べると低周波のクロックが発振され
る。

ところで、水晶発成子の固有振動周波数は温度特性を有
している。したがって水晶発振器は、周［ＩＴｌ温度が
変化するとその発振周波数が変動する。

第４図は、音叉形水晶発振子の周波数温度特性を示した
もので、特にこの音叉形水晶発撮子の温度変化に対する
固有振動周波数の変動は、他の形の水晶発振子の変動と
比べると大きい。

このため、各回路形式の水晶発振器のうち、音叉形の水
晶発振器は、比較的精度を要しない分野での使用が多い
。しかし音叉形の水晶発振器は、低周波発成特性を有し
ていて分周手段の構成が簡単になること等から、電子腕
時計への応用等、精度を要する分野への展開が考えられ
て来ている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の水晶発振器は、電子腕時計への応用等、周囲温度
が比較的変化し易い分野に応用されると、水晶発振子の
周波数温度特性により発振周波数が変動し、特に音叉形
の水晶発ｆｆ１３は、その変動が大きいという問題点が
あった。

この発明は、上記事情に基づいてなされたもので、温度
変化に対して一定周波数のクロックを精度よく出力する
ことのできる水晶発振器を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するために、水晶発振子を
用いてクロックを発振させる水晶発振手段と、前記水晶
発振子の周波数温度特性に対応した周波数制御データを
記憶する記憶手段と、周囲温度を検知する温度検知手段
と、該温度検知手段で検知された温度に応じた周波数制
御データを前記記憶手段から読出し、当該読出した周波
教訓６０データに対応した制御信号を出力する周波数制
御手段と、該周波数制御手段から出力される制御信号に
より前記水晶発振手段で発振したクロックの周波数を可
変制御する周波数可変手段とを有することを要旨とする
。

（作用） 水晶発振手段に用いられている水晶発振子の周波数温度
特性に対応した周波数制御データが予め記憶手段に記憶
されている。

温度検知手段で周囲温度が検知されると、周波数制御手
段によりこの検知温度に対応した周波数制御データが記
憶手段から読出され、その周波数制御データに対応した
制御信号が出力される。

周波数可変手段で、上記の周波数制御手段から出力され
る制御信号により、水晶発振手段で発振したクロックの
周波数が可変制御され、周波数温度特性の補刊された一
定周波数のクロックが出力される。

（実施例） 以下この発明の実施例を第１図および第２図に基づいて
説明する。

第１図は全体構成を示すブロック図、第２図は周波数可
変回路の内部構成を示すブロック図である。

まず構成を説明すると、第１図中、１は水晶発振子で音
叉形のものが用いられており、この音叉形水晶発振子１
が所要のトランジスタ等の回路と組合わされて音叉形の
水晶発振回路（水晶発振手段）２が構成されている。音
叉形水晶発撮子１は、前記第４図に示したような周波数
温度特性を有している。

水晶発振回路２の出力線３には、音叉形水晶発振子１の
固有振動周波数によって決まる周波数のクロックが出力
される。

水晶発振回路２の出力線３は、周波数可変回路（周波数
可変手段）４に接続されている。周波数可変回路４は、
水晶発振回路２で発振したクロックの周波数を、後述の
制御信号により可変制御して、その出力線５に音叉形水
晶発振子１の周波数温度特性の補償された一定周波数の
クロックを出力するものである。

なお、周波数可変回路４の内部構成の詳細については後
述する。

一方、６は記憶手段で、ＥＥＰＲＯＭ等で構成されてお
り、この記憶手段６には、音叉形水晶発娠子１の周波数
温度特性（第４図）に対応した周波数制御データが予め
記憶されている。

記憶手段６は、マイクロプロセッサで構成された周波数
制御手段７に接続されている。

８は温度検知手段で、例えばサーミスタ温度センサ等が
用いられており、この温度検知手段８で、水晶発振回路
２の周囲温度が検知され、検知温度に応じた電気アナロ
グ品が出力される。

温度検知手段８は、Ａ／Ｄ変換器９を介して周波数制御
手段７に接続されている。

而して周波数制御手段７に、温度検知手段８で検知され
た温度がディジタル値に変換されて入力し、検知温度に
応じた周波数制御データが記憶手段６から読出される。

そしてこの周波数制御データに対応した制御信号が周波
数可変回路４に送られる。

次いで、第２図により周波数可変回路の内部構成をさら
に説明する。

第２図°中、１１はランクロックカウンタ、１２はスト
ップクロックカウンタ、１３は３人力のＡＮＤ回路で、
水晶発揚回路２の出力線３が、これらのランクロックカ
ウンタ１１、ストップクロックカウンタ１２およびＡＮ
Ｄ回路１３にそれぞれ接続されている。

また周波数制御手段７からは制御信号として、ランクロ
ック数信号およびストップクロック数信号が出力され、
ランクロック数信号の信号線１４は、ランクロックカウ
ンタ１１に接続され、ストップクロック数信号の信号線
１５は、ストップクロックカウンタ１２にそれぞれ接続
されている。

ランクロックカウンタ１１は、制御信号であるランクロ
ック数信号に基づいて水晶発振回路２からのクロックを
所要数カウントし、そのカウントしている間、Ｈレベル
のラン信号をラン信号線１６を介してＡＮＤ回路１３に
送るものである。カウント時以外はＬレベルの信号をＡ
ＮＤ回路１３に送る。

またストップクロックカウンタ１２は、制御信号である
ストップクロック数信号に基づいて水晶発揚回路２から
のクロックを所要数カウントし、そのカウントしている
間、Ｌレベルのストップ信号をストップ信号線１７を介
してＡＮＤ回路１３に送るものである。カウント時以外
はＨレベルの信号をＡＮＤ回路に送る。

ランクロックカウンタ１１は、水晶発成回路２からのク
ロックを所要数カウントする毎に、そのカウント終了時
にスタートＡ信号を出力し、これをストップクロツクカ
ウンタ１２０カウントスタート信号としてストップクロ
ックカウンタ１２側に送る。

これと同様にしてストップクロックカウンタ１２は、水
晶発振回路２からのクロックを所要数カウントする毎に
、そのカウント終了時にスタートＢ信号を出力し、これ
をランクロックカウンタ１１のカウントスタート信号と
してランクロックカウンタ１１側に送る。

而して、スタート八信号の信号線１８およびスタートＢ
信号の信号線１９が、ランクロックカウンタ１１および
ストップクロックカウンタ１２の間に相互に接続されて
いる。

周波数可変回路４は、周波数制御手段７がらのランクロ
ック数信号およびストップクロック信号により、水晶発
成回路２からのクロックを分周してクロックの周波数を
可変し、この周波数可変過程において水晶発振子の周波
数温度特性を補償するものである。

次に作用を説明する。

いまある周囲温度において、水晶発振回路２から所定の
周波数からなるクロックが出力され、周波数可変回路４
からは、水晶発振回路２からのクロックが所定比に分周
された一定周波数のクロックが出力されているものとす
る。

ここで水晶発振子１は、周囲温度が高くなったとき水晶
発振回路２の発振周波数を高い方向に変動させるような
周波数温度特性を有しているものとする。

周囲温度が高くなると、水晶発振回路２から出力される
クロックの周波数が、これに応じて高い方に変動する。

一方、Ａ／Ｄ変換器９から出力されるディジタル値も、
周囲温度の上昇に応じて大となり、このディジタル値の
入力により周波数制御手段７は、周囲温度が上昇して水
晶発振回路２の発振周波数が高い方向に変動したと判断
する。

そしてこの判断に基づいて、入力したディジタル値に対
応した周波数ｔ、ＩＪ　ｔｉｌｌデータを記憶手段６か
ら読出し、これに応じた制御信号が周波数可変回路４に
送られる。

周波数可変回路４では上記の制御信号により、その分周
過程において水晶発振回路２で発振したクロックの周波
数が制御され、その出力［！５からは、水晶発振子１の
周波数温度特性の補償された一定周波数のクロックが出
力される。

一方、周囲温度が低くなると、水晶発振回路２から出力
されるクロックの周波数は、これに応じて低い方に変動
する。

このときは、前記と同様にして、周波数制御手段７から
この変動を補正するようなυ１１１１信号が、周波数可
変回路４に送られて、その出力線５からは水晶発振子１
の周波数温度特性の補償された一定周波数のクロックが
出力される。

このようにして、周囲温度が、高低何れに変化しても、
温度変化に対する固有振動周波数の変動が比較的大きい
音叉形水晶の発振子１が用いられている場合にも、その
周波数温度特性が適切に補償されて周波数変換回路４の
出力線５には、常に一定周波数のクロックが出力される
。

次いで周波数可変回路４による上述の周波数編、度特性
の補償作用を、第２図を用いてさらに説明する。

いまある周囲温度において、周波数制御手段７から送ら
れるランクロック信号およびストップクロック信号によ
り、ランクロックカウンタ１１は、水晶発振回路２から
のクロックを８クロツクだけカウントしている間Ｈレベ
ルのラン信号を出力し、またストップクロックカウンタ
１２も、これと同様に８クロツクだけカウントしている
間Ｌレベルのストップ信号を出力し、アンド回路１３の
出力線５ａには、この８クロツク分を半周期とした信号
が出力されて、周波数可変回路・４の出力線５には、こ
の周期に対応した一定周波数のクロックが出力されてい
るものとする。

周囲温度が高くなると、水晶発振回路２から出力される
クロックの周波数も、これに応じて高い方に変動して、
単位時間当りクロツタの発生数が増加する。このとき周
波数制御手段７からは、これに応じて、この変動を補償
するような、修正されたランクロック信号およびストッ
プクロック信号が、周波数可変回路４に送られる。

そしてこの修正されたランクロック信号およびストップ
クロック信号により、ランクロックカウンタ１１は、水
晶発振回路２からのクロックを例えば９クロツクだけカ
ウントしている間Ｈレベルのラン信号を出力し、またス
トップクロックカウンタ１２も、これと同様に例えば９
クロツクだけカウントしている門、しレベルのストップ
信号を出力するように１１１１１される。この結果アン
ド回路１３の出力線５ａには、この９クロツク分を半周
期とした信号が出力される。

そしてこの９クロツク分を半周期とした信号の周期が、
周囲温度の変動前の前記の８クロツク分を半周期とした
信号の周期と同じであるとすれば、周波数可変回路４の
出力＄１１５には、周囲温度が変動しても一定周波数の
クロックが出力される。

このようにして周波数可変回路４により、その分周過程
において、水晶発振子１の周波数温度特性が補償される
。

ランクロックカウンタ１１およびストップクロックカウ
ンタ１２による半周期に対応したカウント数が大なるほ
ど周波数温度特性の補償精度は向上する。

なお、ランクロックカウンタ１１によりＨレベル出力間
のカウント数およびストップクロックカウンタ１２によ
るＬレベル出力間のカウント数は同一でなくともよく、
両者のＨレベル期間とＬレベルＩＩ間の和により周波数
可変回路４から出力されるりＯツクの周波数が規定され
る。

また上述の実施例では、水晶発揚子として音叉形のもの
を適用して、水晶発振回路を音叉形水晶発振回路２とし
たが、この発明はその他の形式の水晶発振回路を用いた
ものにも適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の構成によれば、水晶発
振子の周波数温度特性に対応した周波数ｔｉ制御データ
が予め記憶手段に記憶され、周囲温度に応じた周波数制
御データが読出されて、この周波数制御データに対応し
た制御信号により水晶発掘手段で発振したクロックの周
波数が可変制（財）されるので、水晶１娠子の周波数温
度特性が補償されて一定周波数のクロックを精度よく出
力することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る水晶発振器の実施例を示すブロ
ック図、第２図は同上実施例における周波数可変回路の
内部構成の一例を示すブロック図、第３図は従来の水晶
発振器のブロック図、第４図は音叉形水晶発振子の周波
数温度特性を示す特性図である。 １：水晶発振子、 ２：水晶発振回路（水晶発掘手段）、 ４：周波数可変回路（周波数可変手段〉、６：記憶手段
、　　　　　７：周波数制御手段、８：温度検知手段、 ９：Ａ／Ｄ変換器、 １１：ランクロックカウンタ、 １２ニストツプクロツクカウンタ。 代理人力′理士三　好　１呆　丈 手続？１１１正吉（自発） 昭和６２年１月３０日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水晶発振子を用いてクロックを発振させる水晶発
   振手段と、 前記水晶発振子の周波数温度特性に対応した周波数制御
   データを記憶する記憶手段と、 周囲温度を検知する温度検知手段と、 該温度検知手段で検知された温度に応じた周波数制御デ
   ータを前記記憶手段から読出し、当該読出した周波数制
   御データに対応した制御信号を出力する周波数制御手段
   と、 該周波数制御手段から出力される制御信号により前記水
   晶発振手段で発振したクロックの周波数を可変制御する
   周波数可変手段とを有することを特徴とする水晶発振器
   。
2. （２）前記水晶発振子は、音叉形水晶発振子であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水晶発振器。
3. （３）前記周波数制御手段からの制御信号は、ランクロ
   ック数信号およびストップクロック数信号であり、前記
   周波数可変手段は、前記ランクロック数信号に基づいて
   水晶発振手段からのクロックを所要数カウントし、この
   カウント中Ｈレベル信号を出力するランクロックカウン
   タと、前記ストップクロック数信号に基づいて水晶発振
   手段からのクロックを所要数カウントし、このカウント
   中Ｌレベル信号を出力するストップクロックカウンタと
   を備え、前記ランクロックカウンタから出力されるＨレ
   ベル信号と、前記ストップクロックカウンタから出力さ
   れるＬレベル信号とで１周期となる信号を出力して前記
   水晶発振手段からのクロックを分周するものであり、こ
   の分周過程において前記水晶発振子の周波数温度特性を
   補償するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の水晶発振器。