TWI465032B - 振盪裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種檢測可放置晶體振盪器之溫度，依據溫度檢測結果，進行輸出頻率之溫度補償之振盪裝置。
晶體振盪器組入至要求極高之頻率穩定度之應用系統時，通常一般使用OCXO，OCXO裝置龐大，耗費電力大。因此，檢討利用為簡單之結構，且耗費電力少之TCXO，但TCXO具有對溫度之頻率穩定度較OCXO差之缺點。
第13圖顯示TCXO之一般結構。90係晶體振盪器，91係振盪電路，藉改變從控制電壓產生部93供至電壓可變電容元件92之控制電壓，可控制電壓可變電容元件92之電容，而調整振盪頻率(輸出頻率)。
由於晶體振盪器90之頻率會因應溫度而變化，故控制電壓產生部93因應以溫度檢測器94所檢測出之溫度，補正控制電壓。具體言之，將為以晶體振盪器90之頻率溫度特性以基準溫度而正規化之函數的3次函數儲存於記憶體95內，依據此函數(頻率溫度特性)，讀取對應於溫度檢測值之頻率。即，讀取對基準溫度時之頻率，在當時之溫度之頻率偏離多少，將對應於此頻率之偏離量之控制電壓作為溫度補償量，從對應於在基準溫度時之頻率之控制電壓扣除。
然而，當欲進行精細之溫度補正控制時，規定頻率溫度特性之函數之資料量增大，作為記憶體95需要大容量，而形成高價。又，因溫度檢測器通常使用熱阻器，故即使前述資料量大，仍因溫度檢測器之檢測精確度之界限，無法期待頻率精確度之提高。
再者，因溫度檢測器94與晶體振盪器90配置位置不同，故無法正確地獲得晶體振盪器90之實際之溫度資訊，從此點亦無法期待頻率精確度之提高。
於專利文獻1之第2圖及第3圖記載有於共通之石英片設2對電極，構成2個晶體振盪器(晶體共振器)。又，於段落0018記載有由於因應溫度變化2個晶體振盪器間出現頻率差，故藉測量此頻率差與測量溫度相同。又，藉使此頻率差Δf與應補正之頻率之量的關係記憶於ROM，依據Δf，讀取頻率補正量。
然而，此手法如段落0019所記載，由於需進行晶體振盪器之調整，以使關於所期之輸出頻率f0與2個晶體振盪器各自之頻率f1、f2，形成為f0≒f1≒f2之關係，故有不僅晶體振盪器之製程複雜，且無法獲得高成品率之問題。再者，如第4圖所示，由於將為來自各晶體振盪器之頻率訊號之時脈計數一定時間，求出其差分(f1-f2)，故檢測時間直接影響檢測精確度，高精確度之溫度補償不易。
專利文獻1 日本專利公開公報2001-292030號
本發明係在此種情況下發明者，其目的在於提供可以高精確度進行輸出頻率之溫度補償之振盪裝置。
本發明係依據環境溫度之檢測結果，補正輸出頻率之設定值之振盪裝置，其特徵在於包含有第1晶體振盪器、第2晶體振盪器、第1振盪電路及第2振盪電路、頻率差檢測部及補正值取得部，該第1晶體振盪器係於石英片設第1電極而構成者；該第2晶體振盪器係於石英片設第2電極而構成者；該第1振盪電路及第2振盪電路係分別連接於該等第1晶體振盪器及第2晶體振盪器者；該頻率差檢測部係當令第1振盪電路之振盪頻率為f1、令在基準溫度之第1振盪電路之振盪頻率為f1r、令第2振盪電路之振盪頻率為f2、令在基準溫度之第2振盪電路之振盪頻率為f2r時，求出對應於對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值的差分值之值者；該補正值取得部係依據對應於以該頻率差檢測部檢測出之前述差分值之值、對應於前述差分值之值與第1振盪電路之振盪頻率f1之頻率補正值的關係，取得起因於環境溫度與基準溫度不同之fl之頻率補正值者；該振盪裝置並構造成依據以該補正值取得部所求出之前述頻率補正值，補正前述輸出頻率。
對應於對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值的差分值之值係{(f2-f2r)/f2r}-{(f1-f1r)/f1r}。
補正值取得部之結構可為依據規定對應於前述差分值之值與第1振盪電路之振盪頻率f1之頻率補正值的關係之關係式，以運算取得f1之頻率補正值。
頻率差檢測部可如下構成。
其具有脈衝作成部、DDS電路部、鎖存電路、環路濾波器及加法部，該脈衝作成部係作成前述f1與f2之差分頻率之脈衝者；該DDS電路部係輸出以因應於所輸入之直流電壓之大小的頻率，訊號值隨時間反覆增加、減少之頻率訊號者；該鎖存電路係藉以前述脈衝作成部所作成之脈衝，鎖存從該DDS電路部所輸出之頻率訊號者；該環路濾波器係將以該鎖存電路所鎖存之訊號值積分，將該積分值作為對應於前述差分值之值而輸出者；該加法部係取出該環路濾波器之輸出與對應於f1r及f2r之差分之值的差分，而將之於前述DDS電路部作為輸入值者。
又，本發明亦可為作為頻率補正之對象之晶體振盪器與可謂構成溫度計之第1晶體振盪器及第2晶體振盪器其中一者不共通化之結構。
本發明係在依據環境溫度之檢測結果，補正輸出頻率之振盪裝置中，當令第1及第2振盪電路之振盪輸出為f1、f2，令在基準溫度之第1及第2振盪電路之振盪頻率分別為f1r、f2r時，將對應於對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值的差分值之值處理作為當時之溫度，由於此值與溫度之相關度極高，故可以高精確度進行輸出頻率之溫度補償。
第1圖係顯示本發明實施形態之全體結構之方塊圖。
第2圖係顯示本發明實施形態之一部份之方塊圖。
第3圖係第2圖所示之一部份之輸出之波形圖。
第4(a)圖~第4(c)圖係示意顯示在包含DDS電路部之環路中未鎖定之狀態的各部之波形圖。
第5(a)圖~第5(c)圖係示意顯示在包含DDS電路部之環路中鎖定之狀態的各部之波形圖。
第6(a)圖、第6(b)圖係關於對應於上述實施形態之實際之裝置，在前述環路之各部之波形圖。
第7圖係顯示第1振盪電路之頻率f1及第2振盪電路之頻率f2與溫度之關係的頻率溫度特性圖。
第8圖係顯示將f1、f2分別經正規化之值與溫度之關係的頻率溫度特性圖。
第9圖係顯示將f1經正規化之值與溫度之關係、及將f1經正規化之值與將f2經正規化之值之差分ΔF與溫度的關係之頻率溫度特性圖。
第10圖係顯示將第9圖之縱軸經正規化之值與頻率補正值之關係的特性圖。
第11圖係顯示補正值運算部之方塊圖。
第12圖係顯示頻率差檢測部之動作模擬之特性圖。
第13圖係顯示習知TCXO之結構圖。
第1圖係顯示本發明振盪裝置之實施形態之全體結構的方塊圖。此振盪裝置係以輸出所設定之頻率之頻率訊號的頻率合成器構成，包含有使用晶體振盪器之電壓控制振盪器100、構成此電壓控制振盪器100之PLL之控制電路部200、進行輸入至此控制電路部200之基準時脈之溫度補償的溫度補償部。關於溫度補償部雖未標示標號，但相當於第1圖之比控制電路部200靠左側之部份。
控制電路部200以相位頻率比較部205比較從DDS(Direct Digital Synthesizer)電路部201輸出之參考(參照用)時脈與以分頻器204將電壓控制振盪器100之輸出分頻之時脈的相位，將為其比較結果之相位差以圖中未示之充電泵予以類比化。經類比化之訊號輸入至環路濾波器206，控制成PLL(Phase locked loop)穩定。因而，控制電路部200亦可稱為PLL部。在此，DDS電路部201使用從後述第1振盪電路1輸出之頻率訊號作為基準時脈，輸入用以輸出作為目的之頻率之訊號的頻率資料(數位值)。
然而，由於前述基準時脈之頻率具溫度特性，故為消除此溫度特性，以加法部60將對應於後述頻率補正值之訊號加至輸入至DDS電路部201之前述頻率資料。藉補正輸入至DDS電路部201之頻率資料，消除依據基準時脈之溫度特性變動量之DDS電路部201之輸出頻率的溫度變動量，結果，對溫度變動，參照用時脈之頻率穩定，因而，電壓控制振盪器100之輸出頻率穩定。
溫度補償部具有第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20，該等第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20使用共通之石英片Xb而構成。即，將薄長方形石英片Xb之區域於長向分割為2，於各分割區域(振動區域)之表裡兩面設激發用電極。因而，以其中一分割區域及一對電極11、12構成第1晶體振盪器10，以另一分割區域及一對電極21、22構成第2晶體振盪器20。因此，第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20可謂以熱方式結合者。
於第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20分別連接有第1振盪電路1及第2振盪電路2。該等振盪電路1、2之輸出不論何者，皆可為晶體振盪器10、20之泛音(諧波)，亦可為基本波。於獲得泛音之輸出時，亦可於由晶體振盪器與放大器構成之振盪環路內設泛音之調諧電路，以泛音使振盪環路振盪。或者，關於振盪環路，亦可以基本波使其振盪，於振盪段之後段，例如為柯匹子電路之一部份之放大器的後段設丙類放大器，以此丙類放大器使基本波畸變，並且，於丙類放大器之後段設調諧成泛音之調諧電路，結果，從振盪電路1、2皆輸出3次泛音之振盪頻率。
在此，為方便，當為從第1振盪電路1輸出頻率f1之頻率訊號，從第2振盪電路2輸出頻率f2之頻率訊號者時，頻率f1之頻率訊號作為基準時脈而供至前述控制電路部200。3係頻率差檢測部，此頻率差檢測部3採概略之說法時，係用以取出為f1及f2之差分與Δfr之差分ΔF=f2-f1-Δfr之電路部。Δfr係在基準溫度，例如25℃之f1與f2之差分。舉f1與f2之差分之一例時，為數MHz。本發明係藉以頻率差檢測部3計算對應於f1及f2之差分之值與對應於在基準溫度(例如25℃)之f1及f2之差分的值之差分ΔF而成立。為此實施形態時，更詳而言之，以頻率差檢測部3取得之值為{(f2-f1)/f1}-{(f2r-f1r)/f1r}。惟，在圖式省略頻率差檢測部3之輸出之顯示。
第2圖顯示頻率差檢測部3之具體例。31係正反電路(F/F電路)，於此正反電路31之其中一輸入端輸入來自第1振盪電路1之頻率f1之頻率訊號，於另一輸入端從第2振盪電路2輸入頻率f2之頻率訊號，以來自第1振盪電路1之頻率f1之頻率訊號，鎖存來自第2振盪電路2之頻率f2之頻率訊號。在以下，為避免記載之冗長，f1、f2處理作為顯示頻率或頻率訊號者。正反電路31輸出具有對應於f1與f2之頻率差之值(f2-f1)/f1之頻率的訊號。
於正反電路31之後段設單觸發電路32，在單觸發電路32，於從正反電路31所得之脈衝訊號之上升，輸出單觸發之脈衝。第3圖係顯示截止目前為止之一連串訊號的時間表。
於單觸發電路32之後段設PPL(Phase Locked Loop)，此PLL以鎖存電路33、具有積分功能之環路濾波器34、加法部35及DDS電路部36構成。鎖存電路33係用以以從單觸發電路32輸出之脈衝，鎖存從DDS電路部36輸出之鋸齒波者，鎖存電路33之輸出係在可輸出前述脈衝之時間點之前述鋸齒波之訊號位準。環路濾波器34係將為此訊號位準之直流電壓積分，加法部35將此直流電壓與對應於Δfr之直流電壓相加。對應於對應Δfr之直流電壓之資料儲存於第2圖所示之記憶體30。
在此例中，加法部35之符號係對應於Δfr之直流電壓之輸入側為「+」，環路濾波器34之輸出電壓之輸入側為「-」。於DDS電路部36輸入以加法部35運算之直流電壓，即，從對應於Δfr之直流電壓扣除環路濾波器34之輸出電壓之電壓，且輸出因應於此電壓值之頻率之鋸齒波。為使PLL之動作之理解容易，於第4圖極力顯示各部之輸出之狀態。於裝置之上升時，對應於Δfr之直流電壓透過加法部35，輸入至DDS電路部36，舉例言之，當Δfr為5MHz時，將因應於此頻率之頻率之鋸齒波從DDL36輸出。
前述鋸齒波藉鎖存電路33以對應於(f2-f1)之頻率之脈衝鎖存，而當(f2-f1)為6MHz時，因鎖存用脈衝之週期較鋸齒波短，鋸齒波之鎖存點如第4(a)圖所示，逐漸下降，鎖存電路33之輸出及環路濾波器34之輸出如第4(b)圖、第4(c)圖所示，逐漸下降至-側。因在加法部35之環路濾波器34之輸出側的符號為「-」，故從加法部35輸入至DDS電路部36之直流電壓上升。因此，從DDS電路部36輸出之鋸齒波之頻率增高，將對應於6MHz之直流電壓輸入至DDS電路部36時，鋸齒波之頻率為6MHz，如第5(a)圖~第5(c)圖所示，鎖定PLL。此時，從環路濾波器34輸出之直流電壓為對應於Δfr-(f2-f1)=-1MHz之值。亦即，環路濾波器34之積分值可謂相當於鋸齒波從5MHz變化為6MHz時之1MHz之變化量的積分值。
與此例相反，Δfr為6MHz，(f2-f1)為5MHz時，因鎖存用脈衝之週期較鋸齒波長，故第4(a)圖所示之鎖存點逐漸增高，鎖存電路33之輸出及環路濾波器34之輸出亦隨之上升。因此，由於在加法部35，扣除之值增大，故鋸齒波之頻率逐漸降低，不久達與(f2-f1)相同之5MHz時，可鎖定PLL。此時，從環路濾波器34輸出之直流電壓為對應於Δfr-(f2-f1)=1MHz之值。此外，第6圖係實測資料，在此例中，於時刻t0鎖定PLL。
而如前述，實際上，頻率差檢測部3之輸出，即，第2圖所示之平均化電路37之輸出係以34位元之數位值表示{(f2-f1)/f1}-{(f2r-f1r)/f1r}之值的值。從-50℃附近至100℃附近之此值之集合係(f1-f1r)/f1=OSC1(單位為ppm或ppb)、(f2-f2r)/f2r=OSC2(單位為ppm或ppb)時，對溫度之變化形成為與OSC2-OSC1實質上相同之曲線。因而，頻率差檢測部3之輸出可處理作為OSC2-OSC1=溫度資料。
又，因在正反電路31，以f1鎖存f2之動作非同步，故亦有產生介穩(以時脈之邊緣鎖存輸入資料之際，鎖存之邊緣之前後一定時間需保持輸入資料，因時脈與輸入資料幾乎同時變化，故為輸出不穩定之狀態)等不穩定區間之可能性，而有於環路濾波器34之輸出包含瞬間誤差之可能性。在上述PLL，將環路濾波器34之輸出處理作為對應於溫度之值Δfr與(f2-f1)之差分，故於環路濾波器34之輸出側設用以求出在預先設定之時間之輸入值之移動平均的平均化電路37，即使產生前述瞬間誤差，亦可將之去除。藉設平均化電路37，最後可以高精確度取得變動溫度量之頻率偏離資訊。
以PLL之34所得之變動溫度量之頻率偏離資訊、在此例中為Δfr-(f2-f1)輸入至為第1圖所示之補正值取得部之補正值運算部4，在此，可運算頻率之補正值。於就補正值運算部4敘述前，參照第7圖至第10圖，就頻率偏離資訊與頻率補正值作說明。第7圖係以基準溫度將f1及f2正規化，顯示溫度及頻率之關係之特性圖。在此所指之正規化係以25℃為基準溫度，關於溫度與頻率之關係，令在基準溫度之頻率為零，求出從在基準溫度之頻率偏離之頻率偏離量與溫度的關係。當令第1振盪電路1之25℃時之頻率為f1r，令第2振盪電路2之25℃時之頻率為f2r時，亦即，分別令在25℃之f1、f2之值為f1r、f2r時，第7圖之縱軸之值為(f1-f1r)及(f2-f2r)。
又，第8圖係對第7圖所示之各溫度之頻率，顯示對在基準溫度(25℃)之頻率之變化率。因而，第8圖之縱軸之值為(f1-f1r)/f1r及(f2-f2r)/fr2，將該等值分別以OSC1及OSC2表示。此外，第8圖之縱軸之值之單位為ppm。
在此，返回頻率差檢測部3之說明時，如前述，在此實施形態中，頻率差檢測部3進行求出非(f2-f2r)-(f1-f1r)=f2-f1-Δfr之值，而是OSC2-OSC1之運算。亦即，關於顯示各頻率從基準溫度以多少比率脫離之比率之值，係求出在f2之比率與在f1之比率之差分。於鎖存電路33輸入對應於(f2-f1)之頻率訊號，而因鋸齒波進入PLL之環路中，故可組裝電路，以進行此種計算。當頻率差檢測部3之輸出為34位元之數位值時，分配每位元0.058(ppb)之值，而可獲得OSC2-OSC1之值至0.058(ppb)之精確度。此外，每位元可設定為0.058(ppb)之值之根據係依據後述(2)~(4)式。在此階段，進行第6圖之說明，第6圖係f1與f2之頻率差(正確為頻率之變化率之差)OSC2-OSC1為40ppm時，組入至實際之電路之鎖存電路33及環路濾波器34的輸出值。
第9圖顯示OSC1與溫度之關係(與第8圖相同)、及(OSC2-OSC1)與溫度之關係，可知(OSC2-OSC1)對溫度為直線關係。因而，可知(OSC2-OSC1)對應於從基準溫度偏離之溫度變動偏離量。又，一般因晶體振盪器之頻率溫度特性可謂以3次函數表示，故求出抵銷此3次函數之頻率變動量之頻率補正值與(OSC2-OSC1)之關係時，可依據(OSC2-OSC1)之檢測值，求出頻率補正值。
此實施形態之振盪裝置如前述，將從第1振盪電路1取得之頻率訊號(f1)使用作為第1圖所示之控制電路部200之基準時脈，因此基準時脈存在頻率溫度特性，故對基準時脈之頻率進行溫度補正。因此，預先求出先以基準溫度經正規化之溫度與f1之關係之函數，將用以抵銷此函數之f1之頻率變動量之函數如第10圖求出，因而，第10圖之縱軸係-OSC1。在此例中，為以高精確度進行溫度補正，而將前述函數訂定為9次函數。
如前述，因溫度與(OSC2-OSC1)為直線關係，故第10圖之橫軸係(OSC2-OSC1)之值，當直接使用(OSC2-OSC1)之值時，因用以界定此值之資料量多，故如下進行，將(OSC2-OSC1)之值正規化。即，預先訂定欲實際使用振盪裝置之上限溫度及下限溫度，將上限溫度時之(OSC2-OSC1)之值處理作為+1，將下限溫度時之(OSC2-OSC1)之值處理作為-1。在此例中，如第10圖所示，令-30ppm為+1，令+30ppm為-1。
對晶體振盪器之溫度之頻率特性在此例中處理作為9次多項式近似。具體言之，於晶體振盪器生產時，以實測取得(OSC2-OSC1)與溫度之關係，從此實測資料，導出顯示抵銷對溫度之頻率變動量之溫度與-OSC1之關係的補正頻率曲線，以最小平方法，導出9次多項式近似係數。又，預先將多項式近似係數記憶於記憶體30(參照第1圖)，補正值運算部4使用該等多項式近似係數，進行(1)式之運算處理。
Y=P1‧X9
+P2‧X8
+P3‧X7
+P4‧X6
+P5‧X5
+P6‧X4
+P7‧X3
+P8‧X2
+P9‧X......(1)
(1)式中，X係頻率差檢測資訊，Y係補正資料，P1~P9係多項式近似係數。
在此，X係以第1圖所示之頻率差檢測部3所得之值，即，以第2圖所示之平均化電路37所得之值(OSC2-OSC1)。
於第11圖顯示用以以補正值運算部4執行運算之方塊圖之一例。第11圖中，401~409係進行(1)式之各項運算之運算部，400係加法部，410係進行捨入之電路。此外，補正值運算部4亦可使用1個乘法部，以以此乘法部求出9乘項之值，接著，以該乘法部求出8乘項之值之情況，將該乘法部可說是善用，最後，將各乘項之值相加。又，補正值之運算式不限於使用9次多項式近似，亦可使用因應於要求之精確度之次數的近似式。
接著，就上述實施形態之全體動作匯整。從第1振盪電路1輸出之頻率訊號作為時脈訊號而供至電壓控制振盪器100之控制電路部200之DDS201，如於本實施形態之開頭所述，以控制電路部200之控制動作從電壓控制振盪器100輸出作為目的之頻率之頻率訊號。另一方面，從第1振盪電路1及第2振盪電路2分別輸出之頻率訊號f1、f2輸入至頻率差檢測部3，以之前詳述之動作，將在此例中為頻率差檢測部3之輸出之PLL的輸出達對應於{Δfr-(f2-f1)}之值、在此例為(OSC2-OSC1)時，鎖定。然後，將此值輸入至補正值運算部4，執行(1)式之運算，而獲得為溫度補正資料之頻率補正量。(1)式之運算係在第10圖所示之特性圖中，求出對應於依據頻率差檢測部3之輸出值而得之值的補正頻率曲線之縱軸之值的處理。
返回第1圖，於控制部200之輸入側之加法部60輸入由對應於用以設定電壓控制振盪器100之輸出頻率之設定值之數位值構成的頻率資料，以加法部60將為前述溫度補正資料之頻率補正量加至頻率資料。因此，可補償DDS201之動作時脈之頻率溫度變化量。
如第1圖所示，第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20使用共通之石英片Xb構成，因相互以熱結合，故振盪頻率11、12之頻率差係極正確地對應於環境溫度之值，因而，頻率差檢測部3之輸出係環境溫度與基準溫度(在此例為25℃)之溫度差資訊。第1振盪電路11輸出之頻率訊號f1係使用作為控制電路部200之主時脈者，故以補正值運算部4所得之補正值係為抵銷依據因溫度從25℃偏離引起之f1之頻率偏離量之對控制電路部200之動作的影響，而使用作為用以補償控制部200之動作之訊號。結果，為本實施形態振盪裝置1之輸出之電壓控制振盪器100之輸出頻率儘管溫度變動，但仍穩定。
如以上，根據上述實施形態，儘管動作時脈自身溫度變動，仍可獲得對應於變動溫度量之正確之頻率偏離資訊，結果，可實現高穩定、高精確度之振盪裝置。又，由於將對應於對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值的差分值作為頻率差檢測資訊(變動溫度量之頻率偏離資訊)，故不需如專利文獻1般，調整成f1≒f2之繁雜之作業，亦無晶體振盪器之成品率降低之問題。
又，為求出頻率差檢測資訊，作成f1與f2之差分頻率之脈衝，以前述脈衝將從DDS電路部輸出之鋸齒波訊號以鎖存電路鎖存，將經鎖存之訊號值積分，將該積分值作為前述頻率差而輸出，並且，取出此輸出與對應於f1r及f2r之差分之值的差分，輸入至前述DDS電路部，構成PLL。如專利文獻1般，計數f1、f2，取得其差分時，計數時間對檢測精確度直接影響，但在此種結構，由於無此種問題，故檢測精確度高。實際以模擬比較兩者之方式，計數頻率之方式中，設定200ms之計數時間，結果，關於檢測精確度，本實施形態之方式獲得了約高50倍之結果。
又，為本實施形態之PLL時，由於不致如習知之DDS電路部般，具有正弦波ROM表，故具有可縮小記憶體容量之優點，而可縮小裝置之規模。又，由於依據變動溫度量之頻率偏離資訊，以運算處理求出頻率之補正值，故不需容量大之記憶體，從此點，亦可縮小裝置之規模，而可抑制成本。
在此，於第12圖顯示使用第2圖之電路，f1為81.9MHz，f2為76.69MHz時，調查為頻率差檢測部3之輸出之頻率差資訊與時間之關係的結果。此時，頻率差資訊設定為(OSC2-OSC1)，此值為+50ppm。
為反覆之說明，在此實施形態，對應於f1與f1r之差分之值係{(f1-f1r)/f1r}(=OSC1)，對應於f2與f2r之差分之值係{(f2-f2r)/f2r}(=OSC2)，對應於對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值的差分值之值係OSC2-OSC1。本發明不限於此，頻率差檢測部3亦可使用(f1-f1r)與(f2-f2r)之差分值作為對應於對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值的差分值之值，此時，活用第7圖之圖表，求出溫度。
在上述實施形態中，在第8圖至第10圖之說明中，以「ppm」單位顯示頻率之變化量，在實際之數位電路，為2進數之處理，故DDS電路36之頻率設定精確度以構成位元數計算，例如為34位元。舉一例為例，將10MHz之時脈供至第1圖所示之控制電路部200所含之DDS電路部201時，此時脈之變動頻率為100Hz時，
100Hz/10MHz=0.00001
0.00001*1e6=10[ppm]
0.00001*2^34≒171,799[ratio-34bit(暫稱)]。
為上述結構時，前述頻率設定精確度以以下(2)式表示。
1×[ratio-34bit]=10M[Hz]/2^34≒0.58m[Hz/bit]......(2)
因而，100[Hz]/0.58m[Hz/bit]≒171,799[bit(ratio-34bit)。
又，0.58mHz對10MHz，可如以下(3)式計算。
0.58m[Hz]/10M[Hz]*1e9≒0.058[ppb]...(3)
因而，從(2)、(3)式，(4)式之關係成立
1e9/2^34=0.058[ppb/ratio-34bit]...(4)
即，以DDS電路部36處理之頻率消除，形成為僅位元數之關係。
再者，在上述例中，第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20使用共通之石英片Xb，石英片Xb亦可不共通化。此時，可舉於共通之殼體中配置第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20之例。為此種結構時，由於實質上置於同一溫度環境下，故可獲得同樣之效果。
頻率差檢測部3之DDS電路部36之輸出訊號不限鋸齒波，只要訊號值為可隨時間反覆增加、減少之頻率訊號即可，亦可為正弦波。
又，頻率差檢測部3亦可以計數器計數f1與f2，從該計數值之差分值扣除相當於Δfr之值，輸出對應於所得之計數值之值。
本發明係以利用前述第1振盪電路1之輸出，生成振盪裝置之輸出為前提，其態樣係在上述實施形態，將從第1振盪電路1所得之頻率訊號f1使用作為第1圖所示之控制電路部200(詳而言之，為DDS電路部201)之基準時脈。然而，利用第1振盪電路1之輸出，生成振盪裝置之輸出之態樣亦可如第13圖所示之一般TCXO般，將第1振盪電路1之輸出直接利用作為振盪裝置之輸出之態樣。
此時，第1振盪電路1之頻率之溫度特性便直接作為振盪輸出之溫度特性。因而，亦可使用以頻率差檢測部3所得之頻率差資訊，取代第13圖所示之溫度檢測器94之輸出，依據此資訊，求出平衡於頻率補正量之控制電壓(相當於設定頻率之設定訊號)之補償量，以控制電壓產生部93將前述補償量與用以輸出基準溫度之頻率之基準電壓相加，作為控制電壓。從頻率差資訊求出頻率補正量之手法如之前之實施形態般，不限多項式近似，亦可為將顯示頻率差資訊與頻率補正量之關係之表預先儲存於記憶體，而參照此表之手法。
在以上之實施形態中，將第1晶體振盪器10與第2晶體振盪器20之頻率差可謂使用作為溫度測量值，依據此溫度測量值，求出對第1晶體振盪器10之溫度變化之頻率補正值。然而，本發明採取不將作為頻率補正之對象之晶體振盪器與可謂構成溫度計之2個晶體振盪器之其中一者共通化之結構時，亦包含於本發明之技術範圍。此時，使用第1晶體振盪器10及第2晶體振盪器20以外之第3晶體振盪器，利用連接於此第3晶體振盪器之振盪電路之輸出，生成振盪裝置之輸出。第1晶體振盪器10、第2晶體振盪器20及第3晶體振盪器可構成共通之石英片，或者，亦可未將石英片共通化，而收納於同一容器內，且放置於相同之環境溫度大氣。
此時之前述補正值取得部可謂係依據對應於以頻率差檢測部所檢測出之前述差分值之值、對應於前述差分值之值與使不同於第1晶體振盪器及第2晶體振盪器之其他晶體振盪器振盪的其他振盪電路之振盪頻率f0之頻率補正值的關係，取得f0之頻率補正值來取代依據對應於以頻率差檢測部所檢測出之前述差分值之值、對應於前述差分值之值與第1振盪電路之振盪頻率f1之頻率補正值的關係，取得f1之頻率補正值。
1．．．第1振盪電路
2．．．第2振盪電路
3．．．頻率差檢測部
4．．．補正值運算部(補正值取得部)
10．．．第1晶體振盪器
11，12，21，22．．．電極
20．．．第2晶體振盪器
30．．．記憶體
31．．．正反電路
32．．．單觸發電路
33．．．鎖存電路
34．．．環路濾波器
35，60，400．．．加法部
36．．．DDS電路部
37．．．平均化電路
90．．．晶體振盪器
91．．．振盪電路
92．．．電壓可變電容元件
93．．．控制電壓產生部
94．．．溫度檢測器
95．．．記憶體
100．．．電壓控制振盪器
200．．．控制電路部
201．．．DDS電路部
204．．．分頻器
205．．．相位頻率比較部
206．．．環路濾波器
401-409．．．運算部
410．．．電路
f0．．．輸出頻率
f1，f2．．．晶體振盪器之頻率
OSC1．．．(f1-f1r)/f1r
OSC2．．．(f2-f2r)/f2r
Xb．．．石英片
△fr．．．在基準溫度之f1與f2之差分
第1圖係顯示本發明實施形態之全體結構之方塊圖。
第2圖係顯示本發明實施形態之一部份之方塊圖。
第3圖係第2圖所示之一部份之輸出之波形圖。
第4(a)圖~第4(c)圖係示意顯示在包含DDS電路部之環路中未鎖定之狀態的各部之波形圖。
第5(a)圖~第5(c)圖係示意顯示在包含DDS電路部之環路中鎖定之狀態的各部之波形圖。
第6(a)圖、第6(b)圖係關於對應於上述實施形態之實際之裝置，在前述環路之各部之波形圖。
第7圖係顯示第1振盪電路之頻率f1及第2振盪電路之頻率f2與溫度之關係的頻率溫度特性圖。
第8圖係顯示將f1、f2分別經正規化之值與溫度之關係的頻率溫度特性圖。
第9圖係顯示將f1經正規化之值與溫度之關係、及將f1經正規化之值與將f2經正規化之值之差分ΔF與溫度的關係之頻率溫度特性圖。
第10圖係顯示將第9圖之縱軸經正規化之值與頻率補正值之關係的特性圖。
第11圖係顯示補正值運算部之方塊圖。
第12圖係顯示頻率差檢測部之動作模擬之特性圖。
第13圖係顯示習知TCXO之結構圖。
1．．．第1振盪電路
2．．．第2振盪電路
3．．．頻率差檢測部
4．．．補正值運算部(補正值取得部)
10．．．第1晶體振盪器
11，12，21，22．．．電極
20．．．第2晶體振盪器
30．．．記憶體
60．．．加法部
100．．．電壓控制振盪器
200．．．控制電路部
201．．．DDS電路部
204．．．分頻器
205．．．相位頻率比較部
206．．．環路濾波器
f1，f2．．．晶體振盪器之頻率
△fr．．．在基準溫度之f1與f2之差分
Claims (5)
- 一種振盪裝置，係依據環境溫度之檢測結果，補正輸出頻率之設定值者，其特徵在於包含有：第1晶體振盪器，係於石英片設第1電極而構成者；第2晶體振盪器，係於石英片設第2電極而構成者；第1振盪電路及第2振盪電路，係分別連接於該等第1晶體振盪器及第2晶體振盪器者；頻率差檢測部，係當令第1振盪電路之振盪頻率為f1、令在基準溫度之第1振盪電路之振盪頻率為f1r、令第2振盪電路之振盪頻率為f2、令在基準溫度之第2振盪電路之振盪頻率為f2r時，求出對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值兩者的差分值所對應之值者；及補正值取得部，係依據對應於以該頻率差檢測部檢測出之前述差分值之值、及對應於前述差分值之值與第1振盪電路之振盪頻率f1之頻率補正值的關係，取得起因於環境溫度與基準溫度不同之f1之頻率補正值者；且前述頻率差檢測部具有：脈衝作成部，作成前述f1與f2之差分頻率之脈衝；DDS電路部，將訊號值以因應於所輸入之直流電壓之大小的頻率隨時間反覆增加、減少之頻率訊號加以輸出；鎖存電路，藉以前述脈衝作成部所作成之脈衝，鎖存從該DDS電路部所輸出之頻率訊號；環路濾波器，將以該鎖存電路所鎖存之訊號值積 分，將該積分值作為對應於前述差分值之值而輸出；及加法部，取出該環路濾波器之輸出與對應於f1r及f2r之差分之值的差分，而將其於前述DDS電路部作為輸入值，又，振盪裝置之輸出係利用前述第1振盪電路之輸出而生成，該振盪裝置構造成依據以前述補正值取得部所求出之前述頻率補正值，補正前述輸出頻率之設定值。
- 如申請專利範圍第1項之振盪裝置，其中對應於對應f1及f1r之差分之值與對應f2及f2r之差分之值的差分值之值係{(f2-f2r)/f2r}-{(f1-f1r)/f1r}。
- 如申請專利範圍第1項之振盪裝置，其中前述補正值取得部依據規定對應於前述差分值之值與第1振盪電路之振盪頻率f1之頻率補正值的關係之關係式，以運算取得f1之頻率補正值。
- 如申請專利範圍第1項之振盪裝置，其中第1晶體振盪器之石英片與第2晶體振盪器之石英片共通。
- 如申請專利範圍第1項之振盪裝置，其中前述補正值取得部是取代依據對應於以頻率差檢測部所檢測出之前述差分值之值、及對應於前述差分值之值與第1振盪電路之振盪頻率f1之頻率補正值的關係，取得f1之頻率補正值的方式，而依據對應於以頻率差檢測部所檢測出之前述差分值之值、對應於前述差分值之值與使不同於第1晶體振盪器及第2晶體振盪器之其他晶體振盪器振盪 的其他振盪電路之振盪頻率f0之頻率補正值的關係，取得f0之頻率補正值，振盪裝置之輸出是取代利用前述第1振盪電路之輸出來生成的方式，而利用使前述其他晶體振盪器振盪之其他振盪電路的輸出來生成。
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