JP2015065511A - Crystal oscillator with constant temperature bath - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、恒温槽付水晶発振器に係り、特に、出力周波数信号を一層安定させると共に、部品の個体差によるばらつきを低減することができる恒温槽付水晶発振器に関する。 The present invention relates to a crystal oscillator with a thermostat, and more particularly, to a crystal oscillator with a thermostat capable of further stabilizing an output frequency signal and reducing variations due to individual differences in parts.
[先行技術の説明:図4]
恒温槽付水晶発振器(OCXO:Oven Controlled Crystal Oscillator)は、温度を一定に保持する恒温槽の内部に水晶振動子を封入したものであり、外部の温度変化の影響を受けにくく、安定した周波数信号を出力するものである。
一般的な恒温槽付水晶発振器の構成例について図4を使って説明する。図4は、一般的な恒温槽付水晶発振器の構成例を示す概略断面説明図である。
[Description of Prior Art: FIG. 4]
A crystal oscillator with a thermostatic chamber (OCXO) is a thermostatic chamber that keeps the temperature constant and encloses a crystal resonator, and is not easily affected by external temperature changes. Is output.
A configuration example of a general crystal oscillator with a thermostat will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory diagram showing a configuration example of a general crystal oscillator with a thermostatic bath.
図4に示すように、恒温槽付水晶発振器は、例えば、基板11の下面に、恒温槽12に格納された水晶振動子13と、ヒータ抵抗等の発熱体14が搭載され、基板11がベース15に固定され、カバー16によって封入されている。
更に、基板11には、発振回路と、サーミスタ等の感温素子、及び温度制御回路が設けられている。
尚、図4ではリードタイプの水晶振動子13を用いたOCXOを示したが、表面実装タイプのものもある。
As shown in FIG. 4, the crystal oscillator with a thermostatic chamber has, for example, a
Further, the
In FIG. 4, OCXO using the lead
そして、従来の恒温槽付水晶発振器では、感温素子で検出された恒温槽付近の温度に基づいて、温度制御回路が発熱体14に供給される電流を制御し、恒温槽内部を一定温度に保持するようにしている。
In the conventional crystal oscillator with a thermostat, the temperature control circuit controls the current supplied to the
[従来の恒温槽付水晶発振器における温度制御:図5]
次に、従来の恒温槽付水晶発振器における温度制御について図5を用いて説明する。図5は、従来の恒温槽付水晶発振器の構成ブロック図である。
図5に示すように、従来の恒温槽付水晶発振器は、水晶振動子41と、発振回路42と、電圧可変容量素子43と、感温素子44と、温度制御回路45と、発熱体46とを備えている。
[Temperature control in a conventional crystal oscillator with a thermostat: Fig. 5]
Next, temperature control in the conventional crystal oscillator with a thermostat will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration block diagram of a conventional crystal oscillator with a thermostatic bath.
As shown in FIG. 5, the conventional crystal oscillator with a thermostatic bath includes a
水晶振動子41は、入力される電圧に基づいて周波数信号を発振する。
発振回路42は、水晶振動子41からの周波数信号を増幅して発振出力として出力すると共に、電圧可変容量素子43を介して周波数を微調整するための電圧を水晶振動子の入力側にフィードバックする。
電圧可変容量素子43は、両端に印加される電圧に応じて発振回路42の負荷を調整して、発振周波数を調整する。
The
The
The voltage
感温素子44は、温度に応じて抵抗値が変化する特性を備えたサーミスタ等で構成され、温度に応じた電気信号を出力するものであり、恒温槽近傍の温度を検出して、恒温槽の温度を指示する信号(感温素子指示温度信号)を出力する。
温度制御回路45は、感温素子44からの感温素子指示温度信号に基づいて、当該指示温度とするよう、発熱体46に供給される電流を制御する発熱指示電圧を出力して発熱量を調整する温度制御を行う。
発熱体46は、ヒータ抵抗等で構成され、入力される電流に応じて発熱する。
The
Based on the temperature sensing element command temperature signal from the
The
つまり、従来の恒温槽付水晶発振器は、水晶振動子が格納されている恒温槽内部の温度を一定に保つことによって、水晶振動子の発振周波数を安定させるものであって、水晶振動子の負荷を温度に応じて直接制御して、出力周波数を調整するものではない。 In other words, a conventional crystal oscillator with a thermostatic chamber stabilizes the oscillation frequency of the crystal resonator by keeping the temperature inside the thermostatic chamber in which the crystal resonator is housed constant. Is not directly controlled according to the temperature to adjust the output frequency.
そのため、従来の恒温槽付水晶発振器においては、制御対象である恒温槽温度と発振周波数との関係は、恒温槽付水晶発振器の機械的構造に大きく依存することになり、個体差も大きくなる。 For this reason, in the conventional crystal oscillator with a thermostat, the relationship between the thermostat temperature to be controlled and the oscillation frequency greatly depends on the mechanical structure of the crystal oscillator with a thermostat, and individual differences also increase.
[従来の恒温槽付水晶発振器の周波数温度特性例:図6]
従来の恒温槽付水晶発振器の周波数温度特性の例について図6を用いて説明する。図6は、従来の恒温槽付水晶発振器の外気温−周波数特性の例を示す特性図である。
図6では、恒温槽付水晶発振器の外側(製品の周囲)の気温である外気温と、25℃を基準とした場合の周波数変動量を示している。
出力周波数は、外部の温度が変動しても一定の値となることが望ましいが、図6に示すように、外部の温度に対して傾斜を持つことが多い。
[Example of frequency temperature characteristics of conventional crystal oscillator with thermostat: Fig. 6]
An example of the frequency temperature characteristics of a conventional crystal oscillator with a thermostat will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of an outside air temperature-frequency characteristic of a conventional crystal oscillator with a thermostatic bath.
FIG. 6 shows the outside air temperature that is the temperature outside the crystal oscillator with constant temperature bath (around the product) and the amount of frequency fluctuation based on 25 ° C.
Although it is desirable that the output frequency be a constant value even when the external temperature varies, as shown in FIG. 6, the output frequency often has a slope with respect to the external temperature.
[感温素子の温度特性:図7]
次に、従来の恒温槽付水晶発振器における感温素子の温度特性について図7を用いて説明する。図7は、従来の恒温槽付水晶発振器における感温素子の温度特性を示す特性図である。
図7に示すように、外気温に対する感温素子指示温度信号の特性は、25℃を基準として±10ppb(10×10^-9)の変動がある。
この変動が図6に示した恒温槽付水晶発振器の周波数温度特性の一因となっているが、感温素子指示温度信号の変動量を電圧換算すると±3mVの変化に相当し、極めて微小なため、変動量を検出して制御することは困難である。
[Temperature characteristics of thermosensitive element: Fig. 7]
Next, the temperature characteristics of the temperature sensing element in the conventional crystal oscillator with a thermostat will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the temperature characteristics of the thermosensitive element in a conventional crystal oscillator with a thermostatic bath.
As shown in FIG. 7, the characteristic of the temperature sensing element indicating temperature signal with respect to the outside air temperature varies ± 10 ppb (10 × 10 ^ -9) with 25 ° C. as a reference.
This variation contributes to the frequency-temperature characteristics of the temperature controlled crystal oscillator shown in FIG. 6, but when the amount of variation of the temperature sensing element indication temperature signal is converted to voltage, it corresponds to a change of ± 3 mV, which is extremely small. Therefore, it is difficult to detect and control the fluctuation amount.
[関連技術]
尚、恒温槽付水晶発振器に関する技術としては、特開2010−213102号公報「圧電発振器及びこの圧電発振器の周囲温度測定方法」(株式会社大真空、特許文献1)、特開2011−205166号公報「恒温型圧電発振器及びその製造方法」(セイコーエプソン株式会社、特許文献2)、特開2011−004382号公報「恒温型の水晶発振器」(日本電波工業株式会社、特許文献3)、特開2011−077963号公報「恒温型の水晶発振器」(日本電波工業株式会社、特許文献4)がある。
[Related technologies]
In addition, as a technique regarding the crystal oscillator with a thermostatic bath, JP 2010-213102 A “Piezoelectric Oscillator and Ambient Temperature Measurement Method of This Piezoelectric Oscillator” (Dai Vacuum, Patent Document 1), JP 2011-205166 A “Constant Temperature Type Piezoelectric Oscillator and Method for Producing the Same” (Seiko Epson Corporation, Patent Document 2), Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-004382 “Constant Temperature Type Crystal Oscillator” (Nippon Radio Industry Co., Ltd., Patent Document 3), Japanese Unexamined Patent Publication 2011 No. 0797963, “Constant Temperature Crystal Oscillator” (Nippon Radio Industry Co., Ltd., Patent Document 4).
特許文献1には、恒温槽付水晶発振器において、発熱消費電力に基づいて、発振器の周囲温度を測定し、バリキャップダイオードを用いて発振周波数を調整することが記載されている。
特許文献2には、周波数温度特性の周波数偏差を電圧可変容量素子に印加して、発振周波数を補償する恒温型圧電発振器が記載されている。
Patent Document 1 describes that, in a crystal oscillator with a thermostatic chamber, the ambient temperature of the oscillator is measured based on heat generation power consumption, and the oscillation frequency is adjusted using a varicap diode.
また、特許文献3には、リニア抵抗及びリード線と、加熱抵抗との間に断熱溝を設けて、リニア抵抗が周囲温度を精度よく検出できる恒温型の水晶発振器が記載されている。
特許文献4には、恒温型の水晶発振器において、回路基板に装着された導熱版の外周部に、水晶振動子を中心とした点対称となる位置に開放部が形成され、開放部の全てに同数のパワートランジスタ及び過熱抵抗がそれぞれ1つ以上配置された構成が記載されている。
In
上述したように、従来の恒温槽付水晶発振器では、周波数温度特性が恒温槽付水晶発振器の機械的構造に大きく依存しているため部品の個体差が大きく、また、感温素子出力を制御することは難しいため、出力周波数を一層安定させることは困難であるという問題点があった。 As described above, in the conventional crystal oscillator with a thermostat, the frequency-temperature characteristics greatly depend on the mechanical structure of the crystal oscillator with a thermostat, so there is a large individual difference between the components, and the temperature sensor output is controlled. Since this is difficult, there is a problem that it is difficult to further stabilize the output frequency.
尚、特許文献1〜4には、発熱体に印加される発熱指示電圧に基づいて、恒温槽付水晶発振器の周波数温度特性を補償する補正電圧を生成して周波数調整電圧に加算し、発振回路の負荷を調整することによって周波数の変動を補償することは記載されていない。 In Patent Documents 1 to 4, based on the heat generation instruction voltage applied to the heat generator, a correction voltage that compensates for the frequency temperature characteristics of the crystal oscillator with a thermostatic bath is generated and added to the frequency adjustment voltage. It is not described to compensate for frequency fluctuations by adjusting the load.
本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、簡易な処理で発振周波数を精度よく調整して、一層高安定の出力周波数信号を得ることができ、また、部品の個体差等によるばらつきを低減して、製品全体の信頼性を向上させる恒温槽付水晶発振器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can easily adjust the oscillation frequency with a simple process to obtain a more stable output frequency signal. It is an object to provide a crystal oscillator with a thermostatic bath that improves the reliability of the entire product.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、恒温槽に格納された水晶振動子と、水晶振動子の出力を増幅して出力する発振回路と、恒温槽の近傍に配置され、温度に応じた信号を出力する感温素子と、感温素子からの信号に基づいて指示電圧を出力する温度制御回路と、温度制御回路からの指示電圧に応じて発熱する発熱体とを備えた恒温槽付水晶発振器であって、温度制御回路からの指示電圧が分岐されて入力され、予め設定された指示電圧に対する出力周波数の特性に基づいて、入力された指示電圧に対応する出力周波数の変動を補償する補正電圧を生成する利得演算部と、補正電圧を、水晶振動子に入力される周波数調整電圧に加算する加算部とを備えたことを特徴としている。 The present invention for solving the problems of the conventional example described above includes a quartz resonator stored in a thermostatic chamber, an oscillation circuit for amplifying and outputting the output of the quartz resonator, a temperature chamber disposed near the thermostatic chamber, A temperature sensing element that outputs a signal according to the temperature, a temperature control circuit that outputs an instruction voltage based on the signal from the temperature sensing element, and a heating element that generates heat according to the instruction voltage from the temperature control circuit It is a crystal oscillator with a tank, and the instruction voltage from the temperature control circuit is branched and inputted, and the fluctuation of the output frequency corresponding to the inputted instruction voltage is calculated based on the characteristic of the output frequency with respect to the preset instruction voltage. A gain calculation unit that generates a correction voltage to be compensated and an addition unit that adds the correction voltage to the frequency adjustment voltage input to the crystal resonator are provided.
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、指示電圧に対する出力周波数の特性は、当該恒温槽付水晶発振器における外気温に対する出力周波数の特性と、外気温に対する指示電圧の特性とに基づいて生成されたものであることを特徴としている。 Further, according to the present invention, in the crystal oscillator with a thermostatic bath, the characteristics of the output frequency with respect to the instruction voltage are based on the characteristics of the output frequency with respect to the outside air temperature and the characteristics of the instruction voltage with respect to the outside air temperature. It is characterized by being generated.
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、利得演算部は、指示電圧に対する出力周波数の特性において、周波数変動量を0とする電圧と、入力された指示電圧との差分を、補正電圧として出力することを特徴としている。 Further, according to the present invention, in the crystal oscillator with a thermostatic bath, the gain calculation unit calculates a difference between a voltage with a frequency fluctuation amount of 0 and an input instruction voltage as a correction voltage in the characteristics of the output frequency with respect to the instruction voltage. Is output as.
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、利得演算部が、A/D変換器、演算回路、D/A変換器を備えたデジタル回路で構成されていることを特徴としている。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described crystal oscillator with a thermostatic bath, the gain calculation unit is constituted by a digital circuit including an A / D converter, an arithmetic circuit, and a D / A converter.
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、利得演算部が、オペアンプ等の演算素子で構成されていることを特徴としている。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described crystal oscillator with a thermostatic bath, the gain calculation unit is configured by an arithmetic element such as an operational amplifier.
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、発振回路がデジタル回路で構成されていることを特徴としている。 Moreover, the present invention is characterized in that in the above-mentioned crystal oscillator with a thermostatic bath, the oscillation circuit is constituted by a digital circuit.
また、本発明は、上記恒温槽付水晶発振器において、発振回路がアナログ回路で構成され、前記発振回路からのフィードバック信号を水晶振動子の入力側に印加する電圧可変容量素子を備えたことを特徴としている。 The present invention is also characterized in that, in the crystal oscillator with a thermostatic bath, the oscillation circuit is configured by an analog circuit, and includes a voltage variable capacitance element that applies a feedback signal from the oscillation circuit to the input side of the crystal resonator. It is said.
本発明によれば、恒温槽に格納された水晶振動子と、水晶振動子の出力を増幅して出力する発振回路と、恒温槽の近傍に配置され、温度に応じた信号を出力する感温素子と、感温素子からの信号に基づいて指示電圧を出力する温度制御回路と、温度制御回路からの指示電圧に応じて発熱する発熱体とを備えた恒温槽付水晶発振器であって、温度制御回路からの指示電圧が分岐されて入力され、予め設定された指示電圧に対する出力周波数の特性に基づいて、入力された指示電圧に対応する出力周波数の変動を補償する補正電圧を生成する利得演算部と、補正電圧を、水晶振動子に入力される周波数調整電圧に加算する加算部とを備えた恒温槽付水晶発振器としているので、恒温槽の温度制御に加えて、外気温により変動する指示電圧を外気温の指標として利用して、外気温に応じた出力周波数の変動を補償するよう、発振回路の負荷を外気温に応じて調整することができ、周波数温度特性を一層安定させると共に、回路を構成する電子部品の個体差を含めた特性を補償するため、製品のばらつきを低減することができる効果がある。 According to the present invention, the crystal resonator stored in the thermostatic chamber, the oscillation circuit that amplifies and outputs the output of the crystal resonator, and the temperature sensing device that is disposed in the vicinity of the thermostatic chamber and outputs a signal corresponding to the temperature. A temperature controlled crystal oscillator comprising: an element; a temperature control circuit that outputs an instruction voltage based on a signal from the temperature sensing element; and a heating element that generates heat in response to the instruction voltage from the temperature control circuit. Gain calculation that generates a correction voltage that compensates for fluctuations in the output frequency corresponding to the input command voltage based on the characteristics of the output frequency with respect to the command voltage set in advance by branching the command voltage from the control circuit Unit and a temperature-controlled crystal oscillator with an addition unit that adds the correction voltage to the frequency adjustment voltage input to the crystal unit. Voltage to outside temperature Using as an index, the load of the oscillation circuit can be adjusted according to the outside air temperature so as to compensate the fluctuation of the output frequency according to the outside air temperature, the frequency temperature characteristic is further stabilized, and the electronic circuit constituting the circuit Since the characteristics including individual differences of parts are compensated for, there is an effect that variation of products can be reduced.
また、本発明によれば、指示電圧に対する出力周波数の特性は、当該恒温槽付水晶発振器における外気温に対する出力周波数の特性と、外気温に対する指示電圧の特性とに基づいて生成されたものである上記恒温槽付水晶発振器としているので、外気温に対して適度な傾きで変動する指示電圧を外気温の指標として用いることにより、恒温槽付水晶発振器の外気温−周波数特性を高精度に補償して、出力周波数信号を一層安定させることができる効果がある。 Further, according to the present invention, the characteristic of the output frequency with respect to the instruction voltage is generated based on the characteristic of the output frequency with respect to the outside air temperature and the characteristic of the instruction voltage with respect to the outside air temperature in the crystal oscillator with constant temperature bath. Since the above-mentioned crystal oscillator with a thermostatic chamber is used, the outside temperature-frequency characteristics of the crystal oscillator with a thermostatic chamber can be compensated with high accuracy by using an indicator voltage that fluctuates with a moderate slope with respect to the outside temperature as an index of the outside temperature. Thus, there is an effect that the output frequency signal can be further stabilized.
また、本発明によれば、利得演算部は、指示電圧に対する出力周波数の特性において、周波数変動量を0とする電圧と、入力された指示電圧との差分を、補正電圧として出力する上記恒温槽付水晶発振器としているので、簡易な処理により出力周波数の変動を精度よく補償することができる効果がある。 Further, according to the present invention, the gain calculation unit outputs the difference between the voltage with the frequency fluctuation amount of 0 and the input instruction voltage as a correction voltage in the output frequency characteristic with respect to the instruction voltage. Since the attached crystal oscillator is used, there is an effect that the fluctuation of the output frequency can be accurately compensated by a simple process.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器は、予め、外気温に対する恒温槽付水晶発振器の周波数変動量の特性と、外気温に対する温度制御回路からの発熱指示電圧の特性とに基づいて、発熱指示電圧−周波数変動量の特性を求めておき、発熱指示電圧を分岐して利得演算部に入力し、利得演算部が、当該特性に基づいて周波数変動量を小さくするよう、水晶振動子に入力される周波数調整電圧を補正するものであり、外気温に応じて発振回路の負荷を制御して、簡易な処理で精度よく周波数温度特性を補償することができ、出力周波数を一層安定させることができるものであり、特に、部品の個体差を含めて周波数特性を補償するため、製品のばらつきを低減できるものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Outline of the embodiment]
The crystal oscillator with a thermostat according to the embodiment of the present invention is preliminarily based on the characteristics of the frequency fluctuation amount of the crystal oscillator with a thermostat with respect to the outside temperature and the characteristics of the heat generation instruction voltage from the temperature control circuit with respect to the outside temperature. Then, the characteristics of the heat generation instruction voltage-frequency fluctuation amount are obtained, the heat generation instruction voltage is branched and input to the gain calculation unit, and the gain calculation unit reduces the frequency fluctuation amount based on the characteristics. The frequency adjustment voltage input is corrected, the load on the oscillation circuit is controlled according to the outside air temperature, and the frequency temperature characteristics can be compensated accurately with simple processing, further stabilizing the output frequency. In particular, since the frequency characteristics including the individual differences of the components are compensated, the variation of products can be reduced.
[実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の構成:図1]
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の構成について図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の構成ブロック図である。
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器(本恒温槽付水晶発振器)は、水晶振動子1と、発振回路2と、電圧可変容量素子3と、感温素子4と、温度制御回路5と、発熱体6と、利得演算部7と、加算部8とを備えている。
[Configuration of Crystal Oscillator with Thermostatic Bath According to Embodiment: FIG. 1]
A configuration of a crystal oscillator with a thermostatic bath according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a crystal oscillator with a thermostatic bath according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a crystal oscillator with a thermostat (crystal oscillator with a thermostat) according to an embodiment of the present invention includes a crystal resonator 1, an
これらの構成の内、利得演算部7と加算部8を除く部分は従来と同等であるため、具体的な説明は省略する。
水晶振動子1で発振された周波数信号は発振回路2で増幅されて発振器出力として出力され、発振回路2は電圧可変容量素子3を介して、微調整のための電圧を水晶振動子1の入力側にフィードバックする。
Of these configurations, the portions excluding the
The frequency signal oscillated by the crystal resonator 1 is amplified by the
それと共に、感温素子4は、従来と同様に恒温槽近傍の温度を検出して、それに基づいて感温素子指示温度信号(指示温度信号)を出力し、温度制御回路5は、指示温度信号に基づいて、発熱体6に発熱指示電圧を出力する。
発熱指示電圧は、請求項における指示電圧に相当している。
尚、ここでは発振回路2をアナログ回路とした場合の構成を示しているが、発振回路2をデジタル回路として、電圧可変容量素子3を含むフィードバック回路をなくした構成としてもよい。
At the same time, the
The heat generation instruction voltage corresponds to the instruction voltage in the claims.
Here, the configuration in which the
本恒温槽付水晶発振器の特徴部分について具体的に説明する。
利得演算部7は、温度制御回路5から出力される発熱指示電圧を分岐して入力し、その利得を調整して、水晶振動子に印加される周波数調整電圧を補正する補正電圧を生成するものである。
利得演算部7は、アナログ回路又はデジタル回路で構成され、アナログ回路の場合にはオペアンプ等の演算素子、デジタル回路の場合には、A/D変換器、演算回路、D/A変換器で構成される。
加算部8は、補正電圧を周波数調整電圧に加算して水晶振動子1に出力する。
The characteristic part of the crystal oscillator with a thermostat is specifically described.
The
The
The
[本恒温槽付水晶発振器における周波数調整の概要]
利得演算部7は、外気温に応じた出力周波数の変動を補償するよう、予め設定された発熱指示電圧とそれに対応する周波数変動量との関係に基づいて補正電圧を生成する。
具体的には、本恒温槽付水晶発振器では、予め、外気温に対する出力周波数の変動量の特性(外気温−周波数特性)と、外気温に対する発熱指示電圧の特性(外気温−発熱指示電圧特性)を求めておき、その2つの関係から、発熱指示電圧特性に対する周波数変動量の特性(発熱指示電圧−周波数特性)を求め、発熱指示電圧−周波数特性に基づいて周波数変動量を0(ゼロ)にするような補正電圧を生成する。
そして、その補正電圧を電圧可変容量素子3に印加される周波数調整電圧に加算することにより、発振回路2における負荷を調整して、周波数変動を補償する。
[Outline of frequency adjustment in this crystal oscillator with temperature chamber]
The
Specifically, in this crystal oscillator with a thermostat, the characteristics of the fluctuation amount of the output frequency with respect to the outside temperature (outside temperature-frequency characteristics) and the characteristics of the heat generation instruction voltage with respect to the outside temperature (outside temperature-heating instruction voltage characteristics) ) Is obtained, and the frequency variation characteristic (heat generation instruction voltage-frequency characteristic) with respect to the heat generation instruction voltage characteristic is obtained from the two relations, and the frequency fluctuation amount is set to 0 (zero) based on the heat generation instruction voltage-frequency characteristic. A correction voltage is generated as follows.
Then, by adding the correction voltage to the frequency adjustment voltage applied to the
つまり、本恒温槽付水晶発振器では、発熱指示電圧を外気温を表す指標として利用するものであり、発熱指示電圧に応じて周波数調整電圧を補正することにより、発振回路2の負荷を外気温に応じて動的に制御するものである。
That is, in the crystal oscillator with a thermostatic bath, the heat generation instruction voltage is used as an index representing the outside air temperature, and the load of the
これにより、本恒温槽付水晶発振器では、恒温槽近傍の温度を一定に保つ制御を行うと共に、温度に応じて発振回路の負荷を調整して、出力周波数の微調整を行うことができるものであり、一層安定した出力周波数信号が得られるものである。 As a result, the crystal oscillator with a thermostat can control the temperature in the vicinity of the thermostat to be constant, and can adjust the output frequency by adjusting the load of the oscillation circuit according to the temperature. Thus, a more stable output frequency signal can be obtained.
[外気温−発熱指示電圧特性:図2]
恒温槽付水晶発振器における外気温−発熱指示電圧特性の一例について図2を用いて説明する。図2は、外気温−発熱指示電圧特性の一例を示す特性図である。
図2に示すように、発熱指示電圧は、発熱体6に対する制御電圧であるが、外気温が−40℃〜+85℃の温度範囲において0〜3Vの範囲で直線的に増加している。
つまり、発熱指示電圧は、外気温に対して適度な傾きの一次関数で表され、温度を表す指標として使い易いものである。
25℃を基準温度とした場合、それに対応する発熱指示電圧は約2.3Vとなっている。
[Outside air temperature vs. heat generation instruction voltage characteristics: Fig. 2]
An example of the outside air temperature-heat generation instruction voltage characteristic in the crystal oscillator with a thermostat will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of an outside air temperature-heat generation instruction voltage characteristic.
As shown in FIG. 2, the heat generation instruction voltage is a control voltage for the
That is, the heat generation instruction voltage is expressed by a linear function having an appropriate slope with respect to the outside air temperature, and is easy to use as an index representing temperature.
When the reference temperature is 25 ° C., the corresponding heat generation instruction voltage is about 2.3V.
[発熱指示電圧−周波数特性:図3]
次に、本恒温槽付水晶発振器の特徴である発熱指示電圧−周波数特性について図3を用いて説明する。図3は、発熱指示電圧−周波数特性を示す特性図である。
本恒温槽付水晶発振器では、図6に示した外気温−周波数特性と、図2に示した外気温−発熱指示電圧特性とに基づいて、発熱指示電圧−周波数特性を求める。
つまり、図3に示すように、発熱指示電圧−周波数特性は、同じ外気温に対応する発熱指示電圧と周波数変動量とを対応付けてプロットしたものであり、周波数変動量が0(ゼロ)となる発熱指示電圧は2.3Vである。
[Heat generation instruction voltage vs. frequency characteristics: Fig. 3]
Next, the heat generation instruction voltage-frequency characteristic, which is a feature of the thermostat crystal oscillator, will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a heat generation instruction voltage-frequency characteristic.
In the crystal oscillator with a thermostat, the heat generation instruction voltage-frequency characteristic is obtained based on the outside air temperature-frequency characteristic shown in FIG. 6 and the outside air temperature-heat generation instruction voltage characteristic shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 3, the heat generation instruction voltage-frequency characteristic is a plot in which the heat generation instruction voltage and the frequency fluctuation amount corresponding to the same outside air temperature are associated with each other, and the frequency fluctuation amount is 0 (zero). The heat generation instruction voltage is 2.3V.
[補正電圧の生成:図3]
次に、利得演算部7における補正電圧の生成について図3を用いて説明する。
本恒温槽付水晶発振器では、水晶振動子1に印加する電圧と発振周波数との関係は既知であるから、発熱指示電圧に応じて、図3に示した発熱指示電圧−周波数特性の逆特性を水晶振動子1に印加すればよい。
[Generation of correction voltage: FIG. 3]
Next, generation of a correction voltage in the
Since the relationship between the voltage applied to the crystal unit 1 and the oscillation frequency is already known in the thermostat with this thermostat, the inverse characteristic of the heat generation instruction voltage-frequency characteristic shown in FIG. What is necessary is just to apply to the crystal oscillator 1.
発熱指示電圧を外気温の指標として用いることにより、本恒温槽付水晶発振器では外気温によって変動する出力周波数を補償することができるものである。
特に、図3の発熱指示電圧−周波数特性は、適度な傾きを備え、量的に制御し易い特性となっており、精度の高い補償が可能となるものである。
By using the heat generation instruction voltage as an index of the outside air temperature, the constant temperature bath crystal oscillator can compensate for the output frequency that varies depending on the outside air temperature.
In particular, the heat generation instruction voltage-frequency characteristic of FIG. 3 has a moderate slope and is easily controlled quantitatively, and enables highly accurate compensation.
図3の発熱指示電圧−周波数特性に基づいた補正電圧の生成について具体的に説明する。
利得演算部7では、図3に基づいて、入力された発熱指示電圧と、周波数変動量が0(ゼロ)となる発熱指示電圧(基準電圧、ここでは2.3V)との差分を求め、当該差分を補正電圧として出力する。
例えば、入力された発熱指示電圧が2.0Vの場合、周波数変動量は約+4.5[ppb]であり、プラス側に変動する。そこで、利得演算部7は、周波数変動量が0(ゼロ)となる2.3Vとの差分−0.3Vを補正電圧として出力する。
これにより、出力周波数をマイナス側に変動させるものである。
The generation of the correction voltage based on the heat generation instruction voltage-frequency characteristic of FIG. 3 will be specifically described.
Based on FIG. 3, the
For example, when the inputted heat generation instruction voltage is 2.0 V, the frequency fluctuation amount is about +4.5 [ppb], and fluctuates to the plus side. Therefore, the
As a result, the output frequency is changed to the minus side.
同様に、例えば、入力された発熱指示電圧が2.8Vの場合、周波数変動量は−7[ppb]であり、補正電圧は+0.5Vとなる。
この場合には、出力周波数をプラス側に変動させるものである。
Similarly, for example, when the input heat generation instruction voltage is 2.8 V, the frequency fluctuation amount is −7 [ppb], and the correction voltage is +0.5 V.
In this case, the output frequency is changed to the plus side.
利得演算部7がオペアンプで構成されている場合には、+(プラス)端子に発熱指示電圧を入力し、−(マイナス)端子に基準電圧(ここでは2.3V)を入力することによって差分となる補正電圧が出力される。
When the
また、利得演算部7がデジタル回路で構成されている場合には、A/D変換器が、発熱指示電圧をA/D変換して発熱指示電圧値を求め、演算回路が、発熱指示電圧から予め記憶されている基準電圧値を差し引くことにより補正電圧値を算出し、D/A変換部が、補正電圧値をD/A変換して補正電圧を出力する。
Further, when the
そして、加算部8で、補正電圧が周波数調整電圧に加算されて、水晶振動子1に印加されることにより、発振回路2の負荷を外気温に応じて制御することができ、出力周波数の温度特性を精度よく補償できるものである。
Then, the
尚、引用文献1の図4では、ヒータ部2aに印加される電圧を分岐して、抵抗41を介してバリキャップダイオード43に印加することで容量を調整しているが、本恒温槽付水晶発振器のような利得演算部は設けられておらず、高精度に容量を調整して出力周波数の変動を補償するのは困難である。
更に、引用文献1では、利得演算部が設けられていないためにバリキャップダイオードへの依存度が高く、従来と同様にバリキャップダイオードの個体差の影響が大きくなり、製品毎のばらつきも生じてしまう。
In FIG. 4 of the cited document 1, the voltage is adjusted by branching the voltage applied to the heater unit 2a and applying the voltage to the
Further, in Cited Document 1, since the gain calculation unit is not provided, the dependence on the varicap diode is high, and the influence of the individual difference of the varicap diode becomes large as in the conventional case, resulting in variations among products. End up.
これに対して、本恒温槽付水晶発振器では、発振回路2がアナログ回路で構成されている場合、図6の外気温−周波数特性は、電圧可変容量素子3を含む構成での特性となり、これに基づいて図3の発熱指示電圧−周波数特性が生成され、補正電圧が生成される。
従って、本恒温槽付水晶発振器では、電圧可変容量素子3の特性にばらつきがあっても、その個体差を吸収することができ、出力周波数を安定させて製品のばらつきを低減できるものである。
On the other hand, in this constant temperature chamber crystal oscillator, when the
Therefore, even if there is a variation in the characteristics of the voltage
[実施の形態の効果]
本発明の実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器によれば、外気温−周波数特性と、外気温−発熱指示電圧特性とに基づく、発熱指示電圧−周波数特性を予め利得演算部7に設定しておき、温度制御回路5からの発熱指示電圧を分岐して利得演算部7に入力し、利得演算部7が、発熱指示電圧−周波数特性に基づいて、出力周波数の変動を0に近づけるよう、周波数調整電圧を補正する補正電圧を生成して、加算部8が周波数調整電圧に補正電圧を加算して水晶振動子に出力するようにしているので、発熱体6を用いた温度制御に加えて、外気温に対して適度な線形性を備えた発熱指示電圧を外気温の指標として利用して、発振回路2の負荷を温度に応じて精度よく調整して、電圧可変容量素子等の部品に大きく依存することなく外気温−周波数特性を補償することができ、出力周波数を一層安定化させることができる効果がある。
[Effect of the embodiment]
According to the crystal oscillator with a thermostatic bath according to the embodiment of the present invention, the heat generation instruction voltage-frequency characteristic based on the outside air temperature-frequency characteristic and the outside air temperature-heat generation instruction voltage characteristic is set in the
特に、本恒温槽付水晶発振器によれば、電圧可変容量素子3の特性にばらつきがあったとしても、それも含めた外気温−周波数特性を、図3の発熱指示電圧−周波数特性で補償することができるため、電圧可変容量素子3の個体差を吸収することができ、製品全体の品質を向上させることができる効果がある。
In particular, according to the crystal oscillator with a thermostat, even if the characteristics of the voltage
また、本恒温槽付水晶発振器によれば、利得演算部7をオペアンプ又はデジタル回路で構成することができ、仕様に応じて柔軟に対応することができるものである。
Further, according to the crystal oscillator with a thermostatic bath, the
本発明は、出力周波数信号を一層安定させると共に、部品の個体差によるばらつきを低減することができる恒温槽付水晶発振器に適している。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a crystal oscillator with a thermostatic bath that can further stabilize the output frequency signal and reduce variations due to individual differences among components.
1,13,41...水晶振動子、 2,42...発振回路、 3,43...電圧可変容量素子、 4,44...感温素子、 5,45...温度制御回路、 6,14,46...発熱体、 7...利得演算部、 8...加算部、 11...基板、 12...恒温槽、 15...ベース、 16...カバー
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記温度制御回路からの指示電圧が分岐されて入力され、予め設定された指示電圧に対する出力周波数の特性に基づいて、前記入力された指示電圧に対応する前記出力周波数の変動を補償する補正電圧を生成する利得演算部と、
前記補正電圧を、前記水晶振動子に入力される周波数調整電圧に加算する加算部とを備えたことを特徴とする恒温槽付水晶発振器。 A quartz oscillator stored in a thermostat; an oscillation circuit that amplifies and outputs the output of the crystal oscillator; a thermosensitive element that is disposed in the vicinity of the thermostat and outputs a signal according to temperature; and A temperature controlled circuit that outputs an instruction voltage based on a signal from a temperature sensing element, and a crystal oscillator with a thermostat equipped with a heating element that generates heat according to the instruction voltage from the temperature control circuit,
An instruction voltage from the temperature control circuit is branched and input, and a correction voltage that compensates for a variation in the output frequency corresponding to the input instruction voltage based on a characteristic of an output frequency with respect to a preset instruction voltage is provided. A gain calculation unit to generate;
A crystal oscillator with a thermostat, comprising: an addition unit that adds the correction voltage to a frequency adjustment voltage input to the crystal resonator.
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