KR102561011B1 - 감소된 가속 민감도를 가지는 발진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감소된 가속 민감도를 가지는 발진기 및 발진기의 가속 민감도를 감소시키기 위한 방법을 제공한다.

Description

감소된 가속 민감도를 가지는 발진기

본 발명은 감소된 가속 민감도를 가지는 발진기 및 발진기의 가속 민감도를 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.

전자 발진기는 흔히 주파수를 발생시키도록 사용된다. 주파수를 제어하기 위해서, 전자 발진기에 연결된 공진기가 일반적으로 사용된다. 예를 들어, 석영 결정이 공진기로서 사용된다. 그러나 예로서 리튬 탄탈산염, 리튬 니오브산염 및 다수의 다른 결정 또한 사용된다. 만약 공진기가 가속력을 받으면, 이것의 특징 주파수가 변화하며 결과적으로 공진기에 의해 제어되는 발진기의 주파수 또한 변화한다. 소정의 응용 분야에서, 가속력에 대한 주파수의 종속성(가속 민감도)은 원치 않는 주파수 변화로 이어질 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 예를 들어, 차량, 비행기 및 다른 비고정식 응용에서 사용되는 경우에 그러하다. 이러한 경우의 다른 예는 회전 또는 진동하는 질량을 갖는 환경이다.

2009년 11월 5일 출원된 미국 특허 출원 제12/613336호는, 벡터의 크기 및 방향이 실질적으로 동일한 여러 공진기가 사용될 때 가속 민감도가 감소될 수 있는 방법을 기술한다. 이 특허 출원의 내용 전체는 본 명세서에서 참조된다.

그러나 본 발명의 과정에서, 놀랍게도 예를 들어 적어도 하나의 축 둘레에서 서로에 대해 180° 회전됨으로써 역평행 방식으로 기계적으로 배치된 두 개의 공진기가 생산되거나 또는 다수의 공진기로부터 선택될 때, 가속 민감도가 특히 높은 정도까지 감소될 수 있고, 가속 민감도의 벡터의 크기가 실질적으로 동일한 것으로 특징지어지며, 두 개의 공진기 중 하나의 벡터의 방향은 이러한 축에 수직인 평면에서 다른 공진기의 방향에 대해 미러링된다는 것이 발견되었다.

이것은 본 발명의 바람직한 실시예에서 제안된다. 이러한 경우에, 벡터가 실질적으로 동일한 방향을 가리키는 공진기를 사용하는 것보다 벡터들의 더욱 우수한 역평행 정렬을 획득하는 것이 놀랍게도 가능하며, 이것이 본 발명의 바람직한 실시예가 이 실시예를 제안하는 이유이다.

특히 만약 벡터가 다른 공진기 중 적어도 하나에 대해 공진기 중 적어도 하나가 회전되는 축에 대해 실질적으로 수직이 아니라면, 이러한 실시예는 벡터의 특히 우수한 역평행 정렬을 발생시킨다. 바람직하게는, 벡터의 유용한 각도 범위는 이러한 실시예를 이용함으로써 확대될 수 있으며, 그에 따라 생산량이 바람직하게 증가될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 벡터의 역평행 정렬의 정확도가 향상된다.

벡터의 크기가 실질적으로 동일한 공진기들을 사용할 때, 벡터의 방향이 동일하지 않거나 동일할 필요가 없지만, 다른 공진기의 벡터의 방향에 대해 두 개의 공진기 중 하나의 벡터의 방향이 미러링되고, 이러한 축에 수직인 평면에서 공진기의 역평행 정렬 또는 그의 장착 표면으로 인한 벡터의 소정의 최대 편차를 갖는 역평행 정렬 또는 가능한 한의 역평행 정렬로서의 벡터의 배향을 획득하기 위해서 벡터의 방향이 가질 수 있는 각도 범위가 확장되며, 이는 본 발명의 바람직한 실시예에서 이것이 제안되는 이유이다.

아래에서, 하우징 내에 장착된 공진기가 공진기로도 지칭된다. 예를 들어 이것은 세라믹으로 제조된 하우징일 수 있지만, 금속으로 제조된 것일 수도 있다. 벡터의 방향은 이러한 하우징 내에 공진기가 장착될 때 공진기 하우징에 관련된다.

적어도 하나의 공진기가 적어도 하나의 다른 공진기에 대해 180°만큼 기계적으로 회전되는 축은 바람직하게는 공진기들 중 하나의 장착 표면에 평행한 평면 내에 위치된다. 보다 바람직하게, 이러한 축은 공진기들 중 하나의 에지에, 또는 공진기들 중 하나가 장착되는 하우징의 에지에 평행하다.

다른 실시예에서, 본 발명은 공진기의 장착 표면이 실질적으로 사각형이고 공진기 또는 기판 또는 기판들 상의 전기 접속이 바람직하게는 공진기가 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 90°만큼 회전된 방식으로 장착될 수 있는 배치가 가능한 방식으로 구현된다고 제안한다. 그 결과 축과 같이 평행하거나 장착 표면을 통한 사선을 선택하는 것이 가능하며, 이러한 축 둘레에서 공진기들 중 하나가 다른 공진기들 중 하나에 대해 180°만큼 회전된다.

다른 실시예에서, 본 발명은 전기 접속이 공진기 또는 기판 또는 기판들 상에서, 바람직하게는 적어도 하나의 공진기가 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 서로에 대해 회전되는 적어도 두 개의 서로 다른 배향으로 장착될 수 있는 배치가 가능한 반면, 전기 연결이 실질적으로 개별 배향의 선택에 독립적인 방식으로 수행된다고 제안한다. 그 결과, 공진기가 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 다른 공진기에 대해 회전되는 축을 회전시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 공진기는 자신의 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 180°회전을 가지고 대칭으로 회전되는 방식으로 구성된다. 만약 이러한 공진기가 자신의 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 180°만큼 회전되면, 이것은 실질적으로 축의 회전을 발생시키며, 이러한 축 둘레에서 다른 공진기에 대해 180°만큼, 장착 표면에 수직인 90°만큼 회전된다.

이것은 예를 들어 공진기들이 서로 결합될 수 있게 하며, 가속 민감도의 벡터의 방향이 축에 수직이 아닌 평면에서 미러링되고, 이러한 축 둘레에서 회전된 공진기의 장착을 위해 단부가 회전된 방식으로 배치되지만, 이는 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 90°만큼 회전된다. 이러한 실시예의 다른 변형예는 적어도 하나의 공진기에 대한 전기 단부가 반복되는 기판을 제공하고, 단부는 각각이 축 둘레에서 반복적으로 회전되며, 이러한 축은 장착 표면에 수직인 공진기의 중심에 실질적으로 위치된다. 바람직하게, 반복되는 단부는 각각의 경우에 소정의 각도만큼 서로에 대해 회전되어 배치된다. 보다 바람직하게, 이러한 각도는 360°의 나눗수와 일치한다. 특히 바람직하게 이 각도는 22.5°, 30°, 45°, 60° 및 90°이다. 예를 들어, 단부가 4번 제공되고, 각각의 경우에 22.5°의 회전이 수행된다. 공진기는 따라서 0°, 45°, 90° 및 135°만큼 회전되어 배치될 수 있다. 만약 공진기가 (가속 민감도와 별개로) 실질적으로 전기적으로 상이하게 행동하게 하지 않고 자신의 수직축 둘레에서 180°만큼 회전될 수 있도록 추가로 구현되는 경우, 이것은 또한 실질적으로 180°, 225°, 270° 및 315°만큼 회전되어 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 공진기들이 둘레에서 서로에 대해 180°만큼 실제로 회전되는 축은 여러 단계에서 적용 가능하다면 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 회전될 수 있다. 그 결과, 공진기들이 서로에 대해 둘레에서 회전되는 축에 수직인 평면은 또한 장착 표면에 수직인 축 둘레에서 회전된다. 이것은 다른 공진기의 방향에 대해 두 개의 공진기들 중 하나의 벡터의 방향이 미러링되는 평면이 공진기들 중 하나의 외부 에지에 수직이 아니고 그와 관련하여 자신의 장착 표면에 대해 수직인 축 둘레에서 회전되는 공진기들을 선택하는 것이 가능하게 한다.

추가의 실시예에서, 전체가 아닌 적어도 하나의 공진기가 공진기 하우징 내로의 조립 동안 이미 180°만큼 축 둘레에서 회전된다. 이러한 실시예에서, 이러한 회전은 기판 또는 기판들 상의 공진기의 배치로 생략될 수 있다. 만약 공진기가 하우징 내에서 180°만큼 회전되는 축이 장착 표면의 평면에 대해 평행하게 위치되면, 이것은 따라서 자신의 장착 표면에 수직인 축 둘레의 공진기의 전술된 회전만큼 회전될 수 있다. 이것은 회전된 방식으로 하우징 내에 이미 장착된 공진기들의 조립 동안 축이 가속 민감도의 벡터의 방향에 독립적으로 결정될 수 있다는 장점을 발생시킨다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 공진기가 적어도 서로에 대해 기계적으로 회전되는 축은 공진기 중 하나의 장착 표면에 수직이다.

다른 실시예에서, 이러한 평면은 장착 표면에 평행하거나 또는 수직이다. 이는 공진기들의 장착 표면이 서로에 대해 바람직하게는 평행하게 한다. 공진기들의 장착 표면이 서로에 대해 평행하다는 장점은 또한 둘레에서 적어도 하나의 공진기가 서로에 대해 180°만큼 회전되는 축이 장착 표면에 평행하거나 수직인 경우를 발생시키며, 이는 이것이 다른 실시예에서 제안되는 이유이다.

다른 실시예에서, 장착 표면이 원형인 방식으로 적어도 하나의 공진기를 구현하는 것이 제안된다. 이것은 90°보다 작은 자신의 장착 표면에 수직인 축 둘레의 공진기의 회전의 경우에서도, 질량(특히 열적 질량)의 실질적인 변위가 발생하지 않으며 기판 상의 공진기에 대해 요구되는 공간이 최소화된다는 장점을 가진다.

복수의 공진기가 결합된 공진기(결합된 주파수 결정 요소)를 형성하기 위해 결합된다면, 결합된 공진기의 원하는 모드의 주파수 상의 개별 공진기의 영향이 자신의 풀어빌리티((pullability))에 반비례함이 발견되었다. 풀어빌리티의 2배를 가지는 결합된 주파수 결정 요소를 형성하기 위해 제2 공진기에 접속되는 공진기는 결합된 모드의 주파수에 대해 2배의 영향을 가진다. 동일한 가속이 두 공진기 모두에 작용하는 경우 결합된 모드의 주파수가 가능한 한 작은 영향을 미치도록, 실질적으로 동일한 가속 민감도를 갖는 벡터의 크기가 아닌, 주파수의 결정의 각각의 상대적 부분과 가속 민감도의 벡터의 각각의 크기로부터의 두 개의 곱이다.

주파수의 결정의 상대적인 비율을 가지는 공진기의 가속 민감도의 벡터의 크기는 그와 결합되는 제2 공진기의 2배만큼 높고, 따라서 가속 민감도의 벡터의 크기의 실질적으로 절반만큼 커야만 한다.

다른 실시예에서, 서로에 대한 풀어빌리티과 같이, 공진기의 가속 민감도의 벡터의 크기가 서로에 대해 실질적으로 동일한 비율인 것이 따라서 제안된다. 풀어빌리티가 상이한 경우에, 공진기는 따라서 가속 민감도의 상응하게 다른 크기를 가진다.

다수의 발진기는 공진기 둘레에서 비대칭으로 구성된다. 이것은 공진기의 양 측면 상의 전자 회로가 동일하지 않고 상이함을 의미한다. 예를 들어, 공진기의 하나의 단부는 증폭기의 출력에 접속되며 다른 단부는 이러한 증폭기의 입력에 접속된다. 따라서, 공진기의 양 측면 상의 단부 임피던스는 종종 상이하다.

그 중에서도, 이러한 비대칭성으로 인해, 결합된 주파수 결정 요소의 개별적인 공진기의 영향의 비율은 이들의 풀어빌리티의 역 값의 비율과 상이할 수 있다. 특히, 이것은 예를 들어 전기 직렬 접속에 의해 결합된 몇몇 결합 공진기가 단지 단순한 직렬 접속 회로를 나타낼 뿐 아니라, 대부분 자신의 접속점에서 전기 회로의 다른 모드에 대한 기생 커패시턴스를 발생시킨다는 사실로 인한 것이다. 발진기 회로의 구현에 따라, 이러한 기생 커패시턴스는 다른 공진기 또는 다른 공진기들의 것보다 더욱 큰 정도까지 결합된 모드의 주파수에 대한 공진기들 중 하나의 영향을 감소시킬 수 있다. 이를 고려하기 위해서, 추가의 실시예에서, 서로에 대해 발진기 회로 내의 풀어빌리티의 역으로서, 공진기의 가속 민감도의 벡터의 크기는 실질적으로 서로에 대해 동일한 비율이다. 다른 가능성은 인덕턴스의 병렬 접속에 의해 개별적인 공진기의 접속점에서 기생 커패시턴스에 대해 보상한다. 바람직하게는, 두 개의 공진기가 서로 접속된 적어도 하나의 노드로부터, 접속점의 기생 커패시턴스가 또한 형성되는 노드로 인덕턴스가 접속된다. 이것은 일반적으로 회로 접지이다. 인덕턴스의 값은 실질적으로 기생 커패시턴스와 함께 병렬 공진을 가진 공진 회로가 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 주파수 부근에서 발생하는 방식으로 선택되며, 이것은 추가의 실시예에서 제안된다. 공진기는 가능한 한 손실이 낮은 원하는 모드의 결합을 획득하기 위해서, 바람직하게는 직접, 즉 다른 상호접속된 회로 요소 없이 연결된다. 그러나 반응성 구성요소가 매우 낮은 감쇠만을 갖기 때문에 반응성 구성요소에 의해서도 이러한 연결이 실행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 연결은 주파수 결정 요소 사이에 배치된 인덕턴스, 커패시턴스, 커패시턴스 변화 장벽 층을 가진 요소, 예를 들어 커패시턴스 다이오드, 커패시턴스 가변 요소 등으로서 접속된 전계효과 트랜지스터를 통해 이루어질 수 있다.

연결된 요소들은 결합된 주파수 결합 요소를 형성하고, 이것의 원하는 모드, 또는 이것의 원하는 모드들은 바로 부근에 있는 사용된 주파수 결정 요소의 모드들 사이에 놓인다. 바로 부근에 있는 모드 사이의 결합된 모드(또는 결합된 공진)의 위치는 자신의 개별 풀어빌리티(바람직하게는 가변 리액턴스를 가진 회로에 의해 결과적인 공진 주파수의 변동성)의 비율에 의해 결정된다. 더 높은 주파수 모드는 다른 모드에 대한 풀링 커패시턴스로서 효율적으로 작용하며, 다른 모드는 이에 대한 풀 인덕턴스로서 작용한다.

다수의 주파수 결정 요소, 예를 들어 결정 공진기를 이용하여, 신호 전송은 진동 모드의 주파수 바로 부근에서뿐만 아니라, 예를 들어 결정 공진기의 정적(기생) 커패시턴스와 같이, 소정의 물리적 효과로 인한 일반적으로 원치 않는 신호 전송에서도 발생한다.

일반적으로, 주파수 결정 요소는 자신의 전기 등가 회로 다이어그램으로 전자 회로 내에서 나타내어지며, 이것은 일반적으로 기계적 등가 모델의 운동 질량을 나타내는 인덕턴스(L1), 기계적 등가 모델의 탄성을 나타내는 커패시턴스(C1) 및 기계적 등가 모델의 손실, 예를 들어 내부 마찰 손실을 나타내는 저항기(R1)로 구성된다.

또한, 기술된 바람직하지 않은 신호 전송이 구현되어야만 하며, 일반적으로 추가 기생 커패시턴스(C0)의 형태로 구현된다.

대부분의 경우, 전기 등가 회로는 기생 커패시턴스(C0)가 병렬 접속된 세 개의 주요 요소(L1, C1, R1)의 직렬 회로를 나타낸다.

만약 두 주파수 결정 요소 모두의 원하는 모드만이 바로 부근에 놓이는 원하는 모드 및 원하지 않는 모드를 가진 몇몇 주파수 결정 요소가 이제 연결되면, C0에 의해 나타내어진 원하지 않는 신호 전송의 결과로서, 주파수 결정 요소들 중 하나의 원하지 않는 모드 또한 원하는 모드 또는 모드들에 대해 우세하게 된다(즉, 더 낮은 감쇠를 가진다).

작은 크기의 기생 C0가 풀링 커패시턴스에 의해 발생된 풀링 효과와 유사한 주파수 변위를 발생시키지만, 일부 환경에서, 원하지 않는 모드의 감쇠는 오직 미세하게 증가된다(R1에서 R1'로의 변형, Bernd Neubig의 "Das Quarzkochbuch"를 참조).

두 개의 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 감쇠가 추가되었기 때문에, C0의 영향으로 인해 원하지 않는 모드가 원하는 모드 또는 모드들보다 더 낮은 전체 감쇠를 가지는 상황이 발생할 수 있다.

전체 감쇠가 원하는 결합된 모드의 감쇠보다 크다고 해도, 원하지 않는 주파수의 성분이 발진기의 출력 신호 내에 존재하는 경우가 발생할 수 있다.

유사하게, 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드를 함께 형성하는 개별적인 주파수 결정 요소의 모드가 다른 주파수 결정 요소의 C0의 연결로 인해, 결합된 주파수 결정 요소 내의 원치 않는 모드로서 발생하는 상황이 발생할 수 있다.

결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 부분인 개별적인 요소들의 모드가 다른 요소의 기생 커패시턴스를 통해 연결될 때 상승하는 이러한 유형의 모드는 아래에서 원하지 않는 모드로 지칭된다.

만약 예를 들어 각각이 10MHz의 직렬 공진을 가진 원하는 모드를 갖지만 또한 기생 병렬 커패시턴스 C0 및 다른 요소의 C0의 레벨에 있는 풀링 용량을 갖는 개별적인 요소들의 직렬 회로의 경우에서 예를 들어 10,001MHz에 있는 풀링된 직렬 공진을 갖는 두 개의 주파수 결정 요소가 결합되면, 이것은 10MHz에서의 하나의 모드와 대략 10,001MHz에서의 두 개의 모드를 가진 결합된 주파수 결정 요소를 발생시킨다.

등가 회로 요소(R1, L1, C1)의 다른 파라미터에 따라, 이러한 모드는 소정의 효율적인 직렬 공진 저항을 가지고, 이때 10MHz에서의 원하는 모드의 직렬 공진 저항은 두 요소의 원하는 모드의 직렬 공진 저항의 합이고, 원치 않는 모드의 직렬 공진 저항이 각각의 다른 요소의 C0에 따라 풀링 커패시턴스를 갖는 변형된 직렬 공진 저항이다.

일부 환경에서, 이러한 원하지 않는 모드의 직렬 공진 저항이 원하는 모드의 직렬 공진 저항보다 더 낮거나, 또는 적어도 상응하는 원하지 않는 주파수가 출력 신호 내에 존재하도록 낮은 상황이 발생할 수 있다.

이러한 경우, 다른 원하지 않는 모드에 대해서 그러한 바와 같이, 이러한 원하지 않는 모드를 억제하는 것이 바람직할 수 있다.

병렬 공진 회로가 자신의 공진 주파수 부근에서 매우 낮은 신호 전송만을 갖기 때문에, 본 발명은 일 변형예에서 적어도 하나의 주파수 결정 요소에 대해 적어도 하나의 인덕턴스가 병렬 접속되는 것을 제안하며, 이것은 원하지 않는 모드 또는 모드들의 감쇠를 증가시키거나, 또는 다른 요소의 C0를 통해 실제로 요구되는 모드들의 연결에 의해서 상승하는 모드의 감쇠를 증가시키기 위해서, 다른 주파수 결정 요소들 또는 그 중 하나의 하나 이상의 모드 부근에 있는 이러한 요소의 C0와 병렬 공진한다.

두 주파수 결정 요소가 모두 다른 주파수 결정 요소들 또는 그 중 하나의 기생 C0와 상호작용에서 저손실 공진을 따라 나타날 수 있는 원하지 않는 모드를 가지는 경우, 본 발명은 추가의 변형예에서 상응하는 인덕턴스는 몇몇 또는 모든 주파수 결정 요소에 병렬 접속되는 것을 제안한다.

공진기 내의 제조 오차에 대한 소정의 유보를 획득하기 위해서, 상응하는 인덕턴스를 일반적으로 몇몇 또는 모든 주파수 결정 요소에 병렬 접속시키는 것이 또한 바람직할 수 있다. 인덕턴스가 전자 회로 내에서 부득불하게 사용되기 때문에, 즉 인덕턴스의 바람직하지 않는 온도 양상, 비교적 높은 가격 및 무시할 수 없는 공간 요구로 인해, 기생 결합을 억제하기 위한 다른 방법이 모색되어왔다.

적어도 하나의 주파수 결정 요소 또는 적어도 하나의 주파수 결정 요소와 적어도 하나의 리액턴스, 예를 들어 커플링 및/또는 풀링 커패시턴스의 직렬 회로에 병렬 접속된 저항기에 의해서, 원하지 않는 진동 모드의 감쇠는 원하는 진동 모드 또는 모드들의 감쇠보다 더 큰 정도로 증가될 수 있다.

따라서 본 발명은 추가의 변형예에서 저항기를 적어도 하나의 주파수 결정 요소에 직접, 또는 효율적으로 병렬 접속되도록 하나 이상의 반응성 요소(인덕턴스 및/또는 커패시터)를 통해서 병렬 접속하는 것을 제안한다.

저항기가 일반적으로 작은 치수와 우수한 온도 양상을 가지고 비용 효율적으로 생산될 수 있기 때문에, 이러한 변형예는 본 발명의 뚜렷한 개선을 의미한다.

또한, 공진기가 원하는 모드의 직렬 공진에 가능한 한 근접하게 동작되는 경우, 원하는 모드의 감쇠에 대한 원하지 않는 모드의 감쇠의 비율이 특히 바람직하다는 것이 발견되었다.

원하는 모드를 최대한 작게 감쇠시키기 위해서, 본 발명은 추가의 변형예에서 결정 공진기 또는 다른 공진기가 원하는 모드의 직렬 공진에 가능한 한 근접하게, 바람직하게는 직렬 공진 주파수로부터 병렬 공진의 거리의 30%보다 작은 직렬 공진 주파수로부터의 거리에서, 보다 바람직하게는 10%보다 작은 거리에서, 더욱 바람직하게는 5% 작은 그리고 특히 바람직하게는 2%보다 작은 거리에서 동작되는 것을 제안한다.

본 발명의 응용은 예를 들어 SC 컷으로 구현된 진동 결정이 장착된 석영 발진기로 구성된다.

SC 컷에 기초한 결정 공진기는 주파수가 대략 9%만큼 상이한 적어도 2개의 모드를 가지며, 더 낮은 모드(C-모드)가 바람직한 온도 양상을 가지기 때문에 더 높은 모드(B-모드)에 비해 바람직하다.

두 모드의 상대적인 근접성으로 인해, 종래기술의 설명에서 이미 설명한 바와 같이 진동을 위해 원하는 모드만을 유도하도록 다소 회로 복잡도가 요구된다.

이를 위해서, 때때로 여러 개의 인덕터가 사용되며, 이것의 단점이 이미 설명되었다.

또한, 결정 공진기는 다른 진동 모드(C-모드, B-모드 등)를 가질 뿐만 아니라, 다른 배음 또는 함축에서의 모드도 가진다.

더 높은 함축이 종종 소정의 이유(예를 들어 더 우수한 에이징 양상)로 사용되지만 더 낮은 함축은 일반적으로 더 낮은 감쇠를 갖기 때문에, 추가의 선택이 종종 설치되어야 하며, 이는 예를 들어 추가의 인덕턴스를 사용함으로써 전자 회로의 복잡도를 추가로 증가시킨다.

본 발명에 따른 방법을 이용하는 이러한 발진기의 예시적인 구현이 아래의 예시에 설명되었다.

10MHz(직렬 공진 저항 40Ω)에서 하나의 원하는 모드 및 3.333MHz(직렬 공진 저항 20Ω) 및 10.9MHz(직렬 공진 저항 35Ω)에서 두 개의 저손실 원하지 않는 모드를 가지며, 추가의 결정 저항기는 기초 모드에서 AT 컷이고, 10MHz(직렬 공진 저항 10Ω)에서 원하는 모드를 갖지만 3.333MHz 및 10.9MHz의 부근에서 원하지 않는 모드를 갖지 않는 SC 컷 결정 공진기를 결합함으로써, 대략 3.333MHz, 10MHz 및 대략 10.9MHz에서 결합된 모드를 갖는 결합된 주파수 결정 요소가 형성되고, 그에 따라 두 개의 원하지 않는 모드가 더욱 큰 정도까지 감쇠된다.

10MHz에서의 직렬 공진 저항은 50Ω이다. 또한, 결합된 요소는 10MHz에서 수 ppm 높은 추가의 모드를 가진다(직렬 공진 저항 48Ω).

AT 절단 결정 공진기에 1000Ω을 갖는 저항을 병렬로 접속시킴으로써, 원하지 않는 모드의 감쇠는 원하는 모드의 감쇠에서의 무시할 수 있는 정도의 증가를 가지고 뚜렷하게 증가한다.

이러한 경우에, 전자 회로 내의 임의의 인덕턴스를 생략하는 것을 가능하게 한다.

예를 들어 전자 크기에 따른 결정 공진기의 경우에서 발생하는 원치 않는 비논리적인 공진의 경우에, 감쇠 수단이 동등하게 사용될 수 있다.

기생 커패시턴스(들)가 예를 들어 발진기 회로 내에서 사용되는 추가의 가변 반응물에 의해서 더욱 선형의 주파수 변조를 가능하게 하도록, 예를 들어 원하는 모드 또는 모드들의 범위 내에서 인덕턴스의 도움으로 예로서 적어도 부분적으로 보상됨에도, 하나 이상의 원하지 않는 모드가 원하는 모드보다 더 낮은 감쇠를 가지거나 또는 진동이 발진기 회로와 함께 원하지 않는 모드에서 발생하는 경우가 생길 수 있다.

본 발명의 추가의 변형에서, 따라서 전술된 인덕턴스에 추가로 저항기를 주파수 결정 요소들 중 적어도 하나에 직접 또는 그에 직렬 접속된 하나 이상의 반응성 요소(예를 들어 인덕턴스 및/또는 커패시터)를 통해서 병렬로 접속시키는 것이 제안된다.

본 발명 중에, 저항기 또는 저항기들의 저항값이 바람직하게는 원하지 않는 모드의 실질적인 감쇠가 획득되도록 낮게 정해지는 것이 바람직함이 발견되었다. 원하는 모드의 감쇠는 바람직하게는 가능한 한 낮아야만 한다.

다시 말하면, 원하지 않는 모드 또는 모드들의 품질 인자는 가능한 한 많이 감소되어야 하지만, 원하는 모드 또는 모드들의 품질 인자는 가능한 한 조금 감소되어야만 한다.

특히 바람직하게, 대략 1%의 품질 인자에서의 결과적인 열화가 대부분 항상 허용 가능하며, 매우 높은 배수의 경우, 예를 들어 1000 이상의 배수의 경우에, 대부분 원치 않는 모드의 실질적인 감쇠가 획득되지 않기 때문에, 병렬 접속된 저항기의 저항값은 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 직렬 공진 저항보다 최대 100의 배수만큼 위에 있다.

특히 바람직하게, 대략 3%의 품질 인자에서의 결과적인 열화가 일반적으로 허용 가능하고 원하지 않는 모드의 더욱 우수한 감쇠가 획득되기 때문에, 병렬 접속된 저항기의 저항값은 원하는 모드의 직렬 공진 저항보다 최대 30의 배수만큼 위에 있다.

원하는 모드의 품질 인자를 너무 크게 열화하지 않기 위해서, 병렬 접속된 저항값은 바람직하게는 원하는 모드의 직렬 공진 저항보다 적어도 배수 5만큼 더 위에 있다.

대략 20%만큼의 품질 인자의 결과적인 열화는 공진기의 일반적인 제조 오차의 범위 내에 있으며, 그에 따라 배수가 5 아래에 있는 경우, 품질 인자의 열화는 소정의 응용분야에 대해 허용 가능하지 않을 수 있다.

그러나 예를 들어 품질 인자의 열화가 허용 가능한 경우, 또는 더 높은 배수를 이용하여 원하지 않는 모드의 적절한 감쇠가 신뢰 가능하게 획득될 수 없는 경우, 이러한 배수는 또한 5보다 낮도록, 예를 들어 2 내지 5의 범위 내에 있도록 선택될 수 있다.

특히 바람직하게, 병렬 접속된 저항기의 저항값은 바람직하게는 원하는 모드의 가능한 한 높은 품질 인자가 유지될 수 있도록 원하는 모드의 직렬 공진 저항보다 적어도 10의 인자만큼 더 높다.

원하는 모드의 직렬 공진 저항의 15 내지 25배의 값이 특히 바람직한 것으로 발견되었다.

전술된 저항기는 예를 들어 제어 가능한 저항기로서 접속된 전계 효과 트랜지스터와 같은 가변 저항기뿐 아니라 순수한 옴 저항기, 예를 들어 구리보다 높은 저항을 가지는 재료, 특히 세라믹 기판상으로 연소된 금속 산화물-함유 페이스트(후막 저항기) 또는 니켈-크로뮴 합금으로 제조된 전류 경로를 갖는 구성요소 모두일 수 있다.

가변 저항기를 사용함으로써, 만약 공진기의 특정 속성에 따라 적용 가능하다면, 주변 온도 또는 회로의 주파수 결정 요소에 영향을 미칠 수 있는 다른 파라미터에 대해 감쇠를 조정하는 것이 가능하다.

이는 본 발명의 추가의 변형예를 나타낸다.

결합된 주파수 결정 요소를 형성하도록 여러 개의 공진기를 결합하기 위한 기술된 가능성은 또한 예를 들어 개별적으로 사용된 공진기 또는 다른 이유로 결합된 공진기들의 특정한 원하는 모드의 선택을 위해, 또는 원하지 않는 모드의 억제를 위해, 가속 민감도의 감소와 무관하게 사용될 수 있다.

명백하게 서로 배타적이지 않을수록, 다양한 실시예에서 제안된 특성 또한 적용 가능하며 명백하게 나열되지 않은 조합의 본 발명의 실시예로서 간주된다.

특히, 원하는 모드의 더욱 바람직한 선택을 위한, 또는 원하지 않는 모드의 억제를 위한 기술된 방법은 공진기의 기계적 배치에 독립적으로 사용될 수 있다.

Claims (20)

1. 발진기로서,
   기판 또는 서로 연결된 복수의 기판에 의해 지지되며 주기적 진동을 개시 및 획득하도록 구성된 전자 회로,
   적어도 하나의 상기 기판에 의해 지지되고, 각각이 상기 기판 상에 장착되는 실질적인 평면인 장착 표면 및 공진기들의 장착 표면에 대해 크기 및 방향을 갖는 벡터를 가진 가속 민감도(acceleration sensitivity)를 가지는 적어도 두 개의 공진기를 포함하되, 상기 적어도 두 개의 공진기는 진동 주파수를 제어하기 위해, 상기 전자 회로에 동작상 연결되고 결합된 공진기로서 기능하고,
   상기 공진기들의 상기 장착 표면은 실질적으로 서로 평행하게 배치되며,
   상기 공진기들이 동일하게 배향되면서, 상기 적어도 두 개의 공진기 중 적어도 하나의 제1 공진기의 상기 가속 민감도의 벡터의 방향은, 제2 공진기의 상기 가속 민감도의 벡터의 방향이 거울 평면에서 미러링(반사)될 때, 상기 적어도 두 개의 공진기 중 적어도 제2 공진기의 상기 가속 민감도의 벡터의 방향과 실질적으로 일치하고,
   상기 제1 공진기는 상기 제2 공진기에 대해 상기 거울 평면에 수직인 축 둘레에서 180°만큼 회전된, 기계적으로 회전된 방식으로 구성되는, 발진기에 있어서,
   상기 거울 평면은 상기 공진기들의 장착 표면에 수직이거나 평행인 것으로 특징지어지는, 발진기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 거울 평면은 상기 공진기들 중 적어도 하나의 에지에 평행인 것으로 특징지어지는, 발진기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 거울 평면은 상기 장착 표면에 수직인 상기 축 둘레에서 상기 공진기들 중 적어도 하나의 에지에 대해 45°만큼 회전되는 것으로 특징지어지는, 발진기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 벡터들은 상기 공진기들 중 적어도 하나가 다른 공진기들 중 적어도 하나에 대해 회전되는 축에 실질적으로 수직이 아닌 것으로 특징지어지는, 발진기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 공진기들의 상기 벡터들의 크기는 이들의 풀어빌리티(pullability)의 크기와 실질적으로 비율상 동일한 것으로 특징지어지는, 발진기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 발진기는 상기 공진기들 중 하나에 효율적으로 병렬 접속된 적어도 하나의 저항기를 포함하고,
   상기 저항기의 저항값은 원하는 공진 주파수에서 결합된 공진기의 직렬 공진 저항의 100배보다 작은 것으로 특징지어지는, 발진기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 공진기들 중 하나에 효율적으로 병렬 접속된 상기 저항기는 원하는 모드의 직렬 공진 저항보다 적어도 5배의 높은 저항값을 갖는 것으로 특징지어지는, 발진기.
8. 제 1 항에 있어서,
   적어도 두 개의 공진기가 효율적으로 직렬 접속됨으로써 공동 공진기를 형성하도록 접속되고, 상기 제1 공진기의 하나의 전극을 상기 제2 공진기의 전극에 접속시킴으로써, 실제로는 하나 이상의 추가의 전자 구성요소를 통해서 상기 전극들을 접속시킴으로써 효율적인 직렬 회로가 구현되며, 상기 접속의 저항의 실수부는 상기 두 개의 공진기 중 하나의 직렬 공진 저항보다 작은 것으로 특징지어지는, 발진기.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   인덕턴스가 두 개의 공진기 사이의 적어도 하나의 접속점으로부터 상기 전자 회로의 다른 접속점으로 접속되어, 상기 접속점과 실질적으로 이러한 인덕턴스 값을 갖는 상기 회로의 상기 다른 접속점 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스를 보상하며, 그에 따라 상기 접속점으로부터 상기 회로의 다른 접속점으로의 효율적인 기생 커패시턴스와 함께, 상기 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 주파수 또는 그 부근에 있는 병렬 공진을 갖는 공진 회로가 발생하는 것으로 특징지어지는, 발진기.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인덕턴스가 두 개의 공진기 사이의 적어도 하나의 접속점으로부터 상기 회로 접지로 접속되어, 상기 접속점과 실질적으로 이러한 인덕턴스 값을 갖는 상기 회로접지 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스를 보상하며, 그에 따라 상기 접속점으로부터 상기 회로 접지로의 효율적인 기생 커패시턴스와 함께, 상기 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 주파수 또는 그 부근에 있는 병렬 공진을 갖는 공진 회로가 발생하는 것으로 특징지어지는, 발진기.
11. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 벡터들은 상기 공진기들 중 적어도 하나가 다른 공진기들 중 적어도 하나에 대해 회전되는 축에 실질적으로 수직이 아닌 것으로 특징지어지는, 발진기.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공진기는 적어도 하나의 저항기를 포함하고, 상기 저항기들 중 하나에 효율적으로 병렬 접속되며, 이의 저항값은 원하는 공진 주파수에서 결합된 공진기의 직렬 공진 저항의 5 내지 100배인 것으로 특징지어지는, 발진기.
13. 제 11 항에 있어서,
    인덕턴스가 두 개의 공진기 사이의 적어도 하나의 접속점으로부터 상기 전자 회로의 다른 접속점으로 접속되어, 상기 접속점과 실질적으로 이러한 인덕턴스 값을 갖는 상기 회로의 상기 다른 접속점 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스를 보상하며, 그에 따라 상기 접속점으로부터 상기 회로의 다른 접속점으로의 효율적인 기생 커패시턴스와 함께, 상기 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 주파수 또는 그 부근에 있는 병렬 공진을 갖는 공진 회로가 발생하는 것으로 특징지어지는, 발진기.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공진기는 적어도 하나의 저항기를 포함하고, 상기 저항기들 중 하나에 효율적으로 병렬 접속되며, 이의 저항값은 원하는 공진 주파수에서 결합된 공진기의 직렬 공진 저항의 5 내지 100배인 것으로 특징지어지는, 발진기.
15. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진기들의 상기 벡터들의 크기는 이들의 풀어빌리티(pullability)의 크기와 실질적으로 비율상 동일한 것으로 특징지어지는, 발진기.
16. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발진기는 상기 공진기들 중 하나에 효율적으로 병렬 접속된 적어도 하나의 저항기를 포함하고,
    상기 저항기의 저항값은 원하는 공진 주파수에서 결합된 공진기의 직렬 공진 저항의 100배보다 작은 것으로 특징지어지는, 발진기.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 공진기들 중 하나에 효율적으로 병렬 접속된 상기 저항기는 원하는 모드의 직렬 공진 저항보다 적어도 5배의 높은 저항값을 갖는 것으로 특징지어지는, 발진기.
18. 제 17 항에 있어서,
    인덕턴스가 두 개의 공진기 사이의 적어도 하나의 접속점으로부터 상기 전자 회로의 다른 접속점으로 접속되어, 상기 접속점과 실질적으로 이러한 인덕턴스 값을 갖는 상기 회로의 상기 다른 접속점 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스를 보상하며, 그에 따라 상기 접속점으로부터 상기 회로의 다른 접속점으로의 효율적인 기생 커패시턴스와 함께, 상기 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 주파수 또는 그 부근에 있는 병렬 공진을 갖는 공진 회로가 발생하는 것으로 특징지어지는, 발진기.
19. 제 17 항에 있어서,
    인덕턴스가 두 개의 공진기 사이의 적어도 하나의 접속점으로부터 상기 회로 접지로 접속되어, 상기 접속점과 실질적으로 이러한 인덕턴스 값을 갖는 상기 회로접지 사이에서 발생하는 기생 커패시턴스를 보상하며, 그에 따라 상기 접속점으로부터 상기 회로 접지로의 효율적인 기생 커패시턴스와 함께, 상기 결합된 주파수 결정 요소의 원하는 모드의 주파수 또는 그 부근에 있는 병렬 공진을 갖는 공진 회로가 발생하는 것으로 특징지어지는, 발진기.
20. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 공진기가 효율적으로 직렬 접속됨으로써 공동 공진기를 형성하도록 접속되고, 상기 제1 공진기의 하나의 전극을 상기 제2 공진기의 전극에 접속시킴으로써, 실제로는 하나 이상의 추가의 전자 구성요소를 통해서 상기 전극들을 접속시킴으로써 효율적인 직렬 회로가 구현되며, 상기 접속의 저항의 실수부는 상기 두 개의 공진기 중 하나의 직렬 공진 저항보다 작은 것으로 특징지어지는, 발진기.