TWI475797B - 恆溫式水晶振盪器 - Google Patents

Description

恆溫式水晶振盪器

本申請案主張申請於2009年4月13日之日本專利申請號No. 2009-060385之優先權，其整體發明主題係併入此處作為參考。

本發明係有關於一種水晶震盪器之技術領域，尤指一種恆溫式類型之震盪器(於下文稱作恆溫式震盪器constant-temperature type oscillator)，尤指即時偵測水晶單元的運作溫度之恆溫式震盪器。

恆溫式震盪器係將其水晶單元之運作溫度保持於恆常。舉例來說，恆溫式震盪器可藉由頻率對溫度的特性獲致小於或等於百萬分之0.1級(ppm)或/十億分之一級(ppb)的高度穩定震動頻率，而不造成頻率的改變。於是此種恆溫式震盪器被運用於通訊設施的基地台上。

第2A圖及第2B圖係說明先前技術一例之恆溫式震盪器圖，其中第2A圖係其剖面圖，而第2B圖係一電路示意圖。

於第2A圖及第2B圖中所示之恆溫式震盪器係包括一震盪器電路1及一溫度控制電路2，而對應形成該震盪器電路1及該溫度控制電路2之元件係設於一電路板4。該電路板4係由突設於一金屬基座的導線6所夾持，舉例而言，而一金屬罩7係由電阻熔接固定其上。該震盪器電路1係形成作為一Colpitts型電路，並具有一個作為電感元件之表面安裝型水晶單元(surface-mount crystal unit)3A。

第3A圖至第3C圖係為說明先前技術一例之表面安裝型水晶單元，第3A圖係為其剖面圖，第3B圖係為其底面圖，而第3C圖係其一水晶元件之平面圖。

如第3A圖所示，係設有該表面安裝型水晶單元3A使形成為一AT截面水晶元件或一SC截面水晶元件罩於以層狀陶瓷(laminar ceramics)製成的外殼本體8，其係形成一凹面狀，且一金屬罩10係固定並將水晶元件9密封封裝。如第3B圖所示，外殼本體8包含於外底面之嵌設端子(mounting terminals)11，包含設於一組對角的水晶端子11a，及設於另一組對角的接地端子11b。

如第3C圖所示，引導電極17a、17b及激發電極16a、16b係形成於水晶元件9。從水晶元件9之激發電極16a、16b延伸出之引導電極17a、17b係以一導電黏著劑12強固地固定於一水晶固定端子13。於是，水晶元件9係透過包含設於外側邊表面端表面電極之配線路徑(未圖示)，與於外殼本體8之外底部表面之水晶端子11a電性連接。金屬罩10係於外殼本體8之開口底表面以例如縫熔接與一金屬環18固接，金屬罩10係透過包含於框體壁面之穿透電極之配線路徑(未圖示)，與於外殼本體8之外底部表面之接地端子11b電性連接。

於溫度控制電路2中，來自熱敏電阻(thermistor)3Rth產生一偵測電壓，其電阻值係根據表面安裝型水晶單元3A之運作溫度改變以及一固定電阻3Ra，而由固定電阻3Rb及3Rc所產生之一參考電壓係作為一運作放大器30A的輸入，以得到一比較電壓。該比較電壓控制了電力電晶體3Tr的輸出，此輸出提供電力至由片電阻所構成的加熱電阻3Rh。於是，使表面安裝型水晶單元3A之運作溫度保持恆常。

在具有如上述構造恆溫式震盪器之中：該表面安裝型水晶單元3A、加熱電阻3Rh、熱敏電阻3Rth以及電力電晶體3Tr，係裝設於電路板4之相對於金屬基座5之下表面。這些各別元件3係由熱傳導樹脂14所覆蓋。於是，表面安裝型水晶單元3A、加熱電阻3Rh、熱敏電阻3Rth以及電力電晶體3Tr係熱傳耦合(thermally coupled)。

第4A圖及第4B圖係說明先前技術另一例之恆溫式震盪器，其中第4A圖係其電路板之部分佈線圖，而第4B圖係其熱敏電阻圖。如第4A圖及第4B圖所示，接設於熱敏電阻3Rth兩端之第一及第二終端電極15a、15b中之第一終端電極15a連接於熱敏電阻之電路端子15A，該電路端子15A係與水晶單元電路端子11B相連接，表面安裝型水晶單元3A之接地端子11b。於是直接偵測了表面安裝型水晶單元3A的運作溫度。震盪器電路1之各元件3，除了表面安裝型水晶單元3A、加熱電阻3Rh、熱敏電阻3Rth以及電力電晶體3Tr之溫度控制電路2以外，係設於電路板4之頂面。

順帶提及，日本專利公開號JP-A-2006-311496及JP-A-2006-278793係各別揭露了一先前技術。

然而，於一恆溫式震盪器的設置中，其表面安裝型水晶單元3A之接地端子11b，其一端係與熱敏電阻3Rth連接，而並未與水晶元件9電性相連。於是，嚴格的來看，熱敏電阻3Rth並未與水晶元件9熱接觸。故，存在有即使熱敏電阻3Rth與接地端子11b電性連接，亦不一定可以直接的偵測水晶單元的運作溫度，例如，水晶元件9的運作溫度的問題。

且，因熱敏電阻3Rth係一側與表面安裝型水晶單元3A之接地端子11b連接，故接地端子11b係於熱敏電阻3Rth之一端提供有電壓。是故，在將恆溫式震盪器加載於組基板組時，產生了接地端子11b無法被連接至基板組之接地電路上，使得表面安裝型水晶單元3A之金屬罩10不能接地的問題。

本發明之一目的為首先直接偵測表面安裝型水晶單元之運作溫度之恆溫式震盪器，其次是提供具有金屬罩接地至接地位能之恆溫式震盪器。

於日本專利公開號JP-A-2006-278793達成了本發明在專注於熱敏電阻的方面。即，本發明係在專注於熱敏電阻的方面達成了不僅有第一及第二終端電極，並有獨立於他們的第三終端電極。

依本發明之第一目的，提供有一恆溫式水晶震盪器包括：一表面安裝型水晶單元，其中有一個水晶元件係收容於一外殼本體，以將該水晶元件密封地以一金屬罩封裝，且其係包含一水晶端子作為與至少設於該外殼本體之一底部表面的該水晶元件電性連接之一嵌設端子；一熱敏電阻，用於偵測該表面安裝型水晶單元之運作溫度；以及一電路板，其上面裝設有：連同該表面安裝型水晶單元共同形成一個震盪電路的多個元件以及連同該熱敏電阻共同形成一個溫度控制電路的多個元件；其中該熱敏電阻包括：第一端子電極；第二端子電極；以及一溫度偵測電極，係與該第一端子電極及該第二端子電極電性獨立，且其中該溫度偵測電極係透過形成於該電路板之電路圖形與該表面安裝型水晶單元之水晶端子電性連接。

依本發明之第二目的之恆溫式水晶震盪器，其中該外殼本體係包括：一接地端子，係作為設於該底部表面之嵌設端子；而其中該接地端子係與該金屬罩電性連接。

依本發明之各目的，於表面安裝型水晶單元之外側底部表面之水晶端子係與熱敏電阻之溫度偵測電極透過電路圖形電性相接。故，熱敏電阻之溫度偵測電極係透過於外底面與水晶元件(特別是激發電極)電性連接。於是，可較習知技術中將熱敏電阻置於內的狀況更加直接地偵測表面安裝型水晶單元的運作溫度。

並且，依本發明之第二目的，可達不僅偵測表面安裝型水晶單元的運作溫度，此為第一目的之功效，且可將接地端子接地至接地電路。

下文，係參照圖面說明本發明之一實施形態。第1A圖及第1B圖係恆溫式震盪器之電路板之部分佈線圖型，及依據本發明恆溫式震盪器其熱敏電阻圖之示意圖。且，與習知技術中相同之部位係以同樣的元件符號標示，而省略或簡化其說明。

恆溫式水晶震盪器係由震盪器電路1所構成，該震盪器電路1包含表面安裝型水晶單元3A及溫度控制電路2，其保持了表面安裝型水晶單元3A的運作溫度恆常。表面安裝型水晶單元3A包含了水晶端子11a及形成於外殼本體8外底面之接地端子11b，且係由金屬罩10所密封封裝之水晶元件9所構成。接著，恆溫式水晶震盪器這樣的配置使各別元件3構成了震盪器電路1，而溫度控制電路2裝設於電路板4上，且金屬罩7係固設於此，以將電路板4固定於金屬基座5(參考第2各圖)。

溫度控制電路2包含了至少加熱電阻3Rh、電力電晶體3Tr以及熱敏電阻3Rth。溫度控制電路2係裝設於電路板4之下表面。熱敏電阻3Rth包含了第一及第二終端電極於兩底端。熱敏電阻3Rth包含了與它們電性獨立的一溫度偵測電極15c於中央區域。接著，熱敏電阻3Rth係被安裝以與表面安裝型水晶單元3A相接臨。

電路板4包含了水晶單元電路端子11A、11B及熱敏電阻電路端子15A、15B、15C。表面安裝型水晶單元3A之嵌設端子11(水晶端子11a及接地端子11b)係強固地固定至水晶單元電路端子11A、11B。終端電極15a、15b以及溫度偵測電極15c係強固的固定至熱敏電阻電路端子15A、15B、15C。水晶單元電路端子11A、11B係對應表面安裝型水晶單元3A之水晶端子11a，接地端子11b。意即，一組對角係作為對水晶端子11a強固地固定之11A，而另一組對角係作為對接地端子11b強固地固定之11B。

熱敏電阻電路端子15A、15B、15C係形成為與水晶單元電路端子11A接臨，表面安裝型水晶單元3A其中之一的水晶端子11a強固地與其固定。接著，溫度偵測電極15c，固定於熱敏電阻電路端子15C，該熱敏電阻電路端子15C係與水晶單元電路端子11A電性連接，水晶端子11a係穿過佈線圖型強固地其固定於該水晶單元電路端子11A。

透過此設置，熱敏電阻之溫度偵測電極15c係穿過佈線圖型與於表面安裝型水晶單元3A(外殼本體8)的外底面水晶端子11a電性連接。於此例中，於外底面的水晶端子11a係透過於外殼本體8之佈線路徑及水晶固定端子13，與引導電極17a、17b及激發電極16a、16b電性連接。依此，熱敏電阻3Rth可直接的透過具有高溫度傳導性的佈線路徑偵測水晶元件9之激發電極部的溫度，即是表面安裝型水晶單元的運作溫度。

接著，由於接地端子係與金屬罩10電性連接，密封外殼本體8之開口底表面不會如習知技術構成電性連接，接地端子11b可接地至基板組的接地圖型。

於上述之實施例，熱敏電阻3Rth之溫度偵測電極15c係連接至水晶端子11a之一以作為嵌設端子。或者，熱敏電阻3Rth之溫度偵測電極15c係可共同連接至水晶端子11a的其中之一。在此例中，表面安裝型水晶單元係以較由水晶端子11a所偵測之溫度為高的電阻值運作。

且，可將兩個互相獨立的熱敏電阻3Rth，不僅在水晶端子11a的其中之一安裝，而亦可安裝於兩個水晶端子11a，且該溫度偵測電極15c可對其電性連接。於此例中，熱敏電阻3Rth可直接或並聯連接，而可得來自兩個水晶端子11a檢測溫度的平均值。

1．．．震盪器電路

2．．．溫度控制電路

3．．．各別元件

3A．．．表面安裝型水晶單元

3Ra、3Rb、3Rc．．．固定電阻

3Rh．．．加熱電阻

3Rth．．．熱敏電阻

3Tr．．．電力電晶體

4．．．電路板

5．．．金屬基座

6．．．導線

7、10．．．金屬罩

8．．．外殼本體

9．．．水晶元件

11．．．嵌設端子

11a．．．水晶端子

11b．．．接地端子

11A、11B．．．水晶單元電路端子

12．．．導電黏著劑

13．．．水晶固定端子

14．．．熱傳導樹脂

15a．．．第一終端電極

15b．．．第二終端電極

15c．．．溫度偵測電極

15A、15B、15C．．．熱敏電阻電路端子

16a、16b．．．激發電極

17a、17b．．．引導電極

18．．．金屬環

30A．．．運作放大器

第1A圖及第1B圖係說明本發明一實施例之一恆溫式震盪器圖，其中第1A圖係恆溫式震盪器之電路板之部分佈線圖型，而第1B圖係為恆溫式震盪器其熱敏電阻圖；

第2A圖及第2B圖係為說明先前技術一例之恆溫式震盪器圖，其中第2A圖係為其剖面圖，而第2B圖係為一電路示意圖；

第3A圖至第3C圖係為說明先前技術一例之表面安裝型水晶單元，第3A圖係為其剖面圖，第3B圖係為其底面圖，而第3C圖係其一水晶元件之平面圖；以及

第4A圖及第4B圖係為說明先前技術另一例之恆溫式震盪器，其中第4A圖係恆溫式震盪器之電路板之部分佈線型，而第4B圖係為恆溫式震盪器其熱敏電阻圖。

3A．．．表面安裝型水晶單元

3Rh．．．加熱電阻

3Rth．．．熱敏電阻

4．．．電路板

11A、11B．．．水晶單元電路端子

15a．．．第一終端電極

15b．．．第二終端電極

15c．．．溫度偵測電極

15A、15B、15C．．．熱敏電阻電路端子

Claims (2)

1. 一種恆溫式水晶震盪器，包括：一表面安裝型水晶單元，其中有一個水晶元件收容於一外殼本體，以將該水晶元件密封地以一金屬罩封裝，且其係包含一水晶端子作為與至少設於該外殼本體之一底部表面的該水晶元件電性連接之一嵌設端子；一熱敏電阻，用於偵測該表面安裝型水晶單元之運作溫度；以及一電路板，其上面裝設有：連同該表面安裝型水晶單元共同形成一個震盪電路的多個元件以及連同該熱敏電阻共同形成一個溫度控制電路的多個元件；其中該熱敏電阻包括：第一端子電極；第二端子電極；以及一溫度偵測電極，係與該第一端子電極及該第二端子電極電性獨立，且其中該溫度偵測電極係透過形成於該電路板之電路圖形與該表面安裝型水晶單元之水晶端子電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項之恆溫式水晶震盪器，其中該外殼本體係包括：一接地端子，係作為設於該底部表面之嵌設端子；而其中該接地端子係與該金屬罩電性連接。