JPH11261336A - 温度補償型圧電発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】温度補償型圧電発振器の温度補償電圧を広い温
度範囲にわたって精度良く制御し、従来の発振器よりも
周波数安定性のより高い温度補償型圧電発振器を実現す
る。 【解決手段】互いに係数値の異なる複数の高温側二次関
数電流／電圧と、互いに係数値の異なる複数の高温側二
次関数電流／電圧と、一次関数電流／電圧とを合成した
擬似三次関数を温度補償電圧として電圧制御型圧電発振
器を制御することで、周波数安定性のより高い温度補償
型圧電発振器を実現した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度補償型圧電発振
器に関し、特に温度補償における三次関数への近似性を
向上し厚みすべり水晶発振器に好適な温度補償型圧電発
振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】周囲温度の変化にかかわらず発振周波数
を一定値に保持する温度補償型圧電発振器として、例え
ば圧電素子に厚みすべり水晶振動子を用いた温度補償型
水晶発振器が広く知られており、アナログ方式の温度補
償型水晶発振器とデジタル温度補償型水晶発振器の２つ
の方式が提案されている。

【０００３】アナログ方式の温度補償型水晶発振器は、
第６図に示すように温度検出用のサーミスタと抵抗を用
いた温度補償回路網１と外部から供給される電圧に応じ
て周波数が変化する電圧制御型発振回路2とから構成さ
れ、周囲温度の変化に伴い前記電圧制御型発振回路2の
発振周波数が変動するのを相殺し、温度によらず所定の
周波数が出力されるように前記温度補償回路網１が制御
電圧を生成し、電圧制御水晶発振回路２を制御するよう
にしたものである。また他の方法として近年、指数関数
電圧と１次関数電圧等を合成することで温度に対し近似
的に三次関数的変化をする電圧を発生させ、これを三次
関数変化する厚みすべり水晶振動子を用いた電圧制御水
晶発振回路に印加して制御する方法が提案されている。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】一般に水晶発振回路
の周波数温度特性は、その大部分が水晶振動子の影響で
占められている。厚みすべり水晶振動子を用いた水晶発
振回路の周波数温度特性は、温度に対し三次関数で表さ
れる変化を示す。水晶発振回路の周波数変化を抑えるに
は、その三次関数特性に相反する周波数変化を示す三次
関数電圧を発生させて水晶発振回路を制御すればよい。

【０００５】しかしながら、アナログ方式の温度補償型
水晶発振器においては、サーミスタ素子の感温特性のバ
ラツキや抵抗素子等の温度特性により、補償回路をいか
に調整しても理想的な三次関数電圧を得ることが困難で
あり、その結果水晶発振回路の周波数温度特性を完全に
平坦化することができない。また、指数関数電圧と一次
関数電圧の電圧を合成する方式においても、あくまでも
大まかな近似に留まる為、個々の水晶発振回路の特性に
応じた理想的な三次関数電圧を得るのは困難であり、高
い周波数安定性を得ることができなかった。

【０００６】また一方、デジタル温度補償水晶発振器
は、アナログ方式よりも高い周波数安定性を得ることが
可能であるが、デジタル化した温度情報に基づいて温度
補償電圧を変化させるため、温度補償電圧は周囲温度が
変化する際に不連続な階段状の変化をすることから、発
振周波数は温度変化に対し瞬間的に変化する、いわゆる
位相飛び現象が発生する欠点がある。

【０００７】本発明は前記の問題を解決するためになさ
れたものであり、温度変化に対して位相飛びが無いアナ
ログ式の温度補償型発振回路において、従来よりも温度
変化に対して高い周波数安定性を有する温度補償型発振
器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するため、以下に述べる手段により、温度に対する周
波数安定性の高性能化を図った。即ち、電圧制御型圧電
発振回路と、周囲温度を検知する温度センサ回路と、周
囲温度の変化に伴い所定の電圧を前記電圧制御型圧電発
振回路に印加する電圧発生回路を備えた温度補償型圧電
発振器において、前記電圧発生回路で、互いに係数値の
異なる複数の常温近傍を基準とする高温部二次関数電流
／電圧発生手段と、互いに係数値の異なる複数の常温近
傍を基準とする低温部二次関数電流／電圧発生手段と、
任意の係数値の一次関数電流／電圧発生手段と、前記電
流／電圧発生手段の出力を合成し擬似三次関数電流／電
圧を発生させる。この擬似三次関数電流／電圧で電圧制
御型圧電発振回路の発振周波数が平坦化するように温度
補償を行う。

【０００９】

【本発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づい
て本発明を詳細に説明する。第１図は本発明の一実施例
を示すブロック図である。同図において３は温度センサ
であり、その出力を次に述べる各々の電流変換回路に供
給する。４は常温近傍の任意の温度から高温部で二次関
数電流を発生する複数の高温部二次電流変換回路（４−
１，４−２，・・・・４−ｎ）で構成する高温部二次電
流変換回路群であり、５は常温近傍の任意の温度から低
温部で二次関数電流を発生する複数の低温部二次電流変
換回路（５−１，５−２，・・・・５−ｍ）で構成する
低温部二次電流変換回路群である。また、６は入力電流
の一次関数特性の係数値を変換する一次関数係数変換回
路である。これら４、５、６の各変換回路の出力電流を
合成し、７の電流電圧変換回路で電圧に変換したのち、
電圧制御型水晶発振器８に印加するように構成する。

【００１０】前記高温部二次関数電流変換回路による二
次電流発生手段について、第２図に示す機能ブロック図
を参照しつつ詳しく説明する。同図において９は入力電
流が所定の値より大きいときに入力電流に比例した大き
さの電流を出力する比較演算回路であり、その出力を入
力電流に対して二乗の大きさを出力する二乗回路１０に
供給する。この比較演算回路９及び二乗回路１０で構成
する回路に、温度に対して比例する特性をもった電流１
１を供給すると、比較演算回路９によって所定の温度以
上の時だけ入力電流に比例する電流特性に変換され、さ
らに二乗回路１０により、温度に対して二次関数特性を
もった電流（二次関数電流）１２が得られる。ここで、
比較演算回路９における比例出力が開始される値及び比
例係数を任意に設定することで、任意の温度から高温部
において任意の係数をもった二次関数電流特性を得るこ
とができる。この前記比較演算回路９及び二乗回路１０
の回路は、第３図（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ図示した
一例の如く、一般に良く知られた回路で実現し得る。

【００１１】同様に、前記低温部二次関数電流変換回路
による二次電流発生手段について、第４図に示す機能ブ
ロック図を参照しつつ詳しく説明する。同図において１
３は入力電流が所定の値より小さいときに入力電流に比
例した大きさの電流を出力する比較演算回路であり、そ
の出力を入力電流に対して二乗の大きさを出力する二乗
回路１４に供給する。この比較演算回路１３及び二乗回
路１４で構成する回路に、温度に対して比例する特性を
もった電流１５を供給すると、比較演算回路１３によっ
て所定の温度以下の時だけ入力電流に比例する電流特性
に変換され、さらに二乗回路１４により、温度に対して
二次関数特性をもった電流（二次関数電流）１６が得ら
れる。ここで、比較演算回路１３における比例出力が開
始される値及び比例係数を任意に設定することで、任意
の温度から低温部において任意の係数をもった二次関数
電流特性を得ることができる。これらの回路も一般に良
く知られた回路で実現し得る。

【００１２】次に、三次関数の合成について第５図を用
いて説明する。第５図は第１図のブロック図における主
要各部の特性を示した図である。図５（ａ）は温度セン
サ回路３の出力端における温度−電流特性であり、温度
に対し比例する電流を出力する一次関数特性をもつ。こ
の同図（ａ）の電流特性を各変換回路に供給すると、そ
の出力は次のように変換される。

【００１３】同図（ｂ）は、高温部二次電流変換回路群
４の出力電流特性の例であり、それぞれ係数値の異なる
複数の高温部二次関数電流に変換されて出力される。同
図（ｃ）は、低温部二次電流変換回路群５の出力電流特
性の例であり、それぞれ係数値の異なる複数の低温部二
次関数電流に変換されて出力される。同図（ｄ）は、一
次係数変換回路６の出力電流特性の例であり、係数変換
された一次電流が出力される。

【００１４】これら各変換回路から出力される高温部二
次電流の係数値、低温部二次電流の係数値、及び一次電
流の係数値は、それら全てを合成した電流が三次関数に
より近似されるように、さらに電圧制御型水晶発振回路
８の持つ周波数温度特性が平坦化する三次関数となるよ
うに、それぞれを適当な値に設定すれば、例えば図５
（ｆ）の如き擬似三次関数電流を得ることができる。こ
の擬似三次関数電流を電流電圧変換回路７で電圧に変換
したのち、電圧制御型水晶発振回路８に印加すると、電
圧制御型発振器の発振周波数は温度に対して一定に保つ
ように制御される。

【００１５】本実施例の構成では、前述したように各二
次電流と一次電流の係数値を任意に設定することができ
るので、圧電素子の特性に応じて擬似三次関数電流を精
度よく発生することができる。また、回路構成部品（例
えばコンデンサ、抵抗、コイル、トランジスタ等）の特
性バラツキに対しても、個々の発振器に応じた係数値に
設定すればよい。この擬似三次関数電流は発振器全体の
周波数温度特性を十分に平坦化できるので、高い周波数
安定度をもった温度補償型水晶発振器を実現することが
できる。

【００１６】なお本実施例は、一次及び二次関数変換を
電流によって変換／合成を行った一例を示したが、電圧
により変換／合成を行っても同様の効果の得られること
は明らかである。また本実施例は、１個の温度センサ３
の出力から各変換回路に分配する構成を示したが、温度
センサを複数設け、各変換回路に出力する構成にしても
よい。

【００１７】以上、本実施例は、厚みすべり水晶振動子
を利用した温度補償型水晶発振器の一実施例について説
明したが、一次電流と二次関数電流／電圧の係数値、ま
た符号反転等の手段を適当に組合わせることで、擬似３
次関数電圧ばかりでなく任意の高次関数電圧を合成する
ことが可能である。従って本発明は本実施例に限定され
ることはなく、他の切断方位をもつ水晶振動子、タンタ
ル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、
圧電セラミックスなどの圧電材料で構成した温度補償型
圧電発振器に適用することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は複数の高
温側二次電流／電圧と複数の低温側二次電流／電圧と一
次電流／電圧を合成した擬似三次関数電圧を電圧制御型
圧電発振器に印加することで、高い周波数安定性をもつ
温度補償型圧電発振器を実現することができる。さらに
本発明における温度補償用の電圧発生回路は、集積化が
容易な部品で構成されており、より小型で安価な高性能
タイプの温度補償型水晶発振器を実現するのに非常に有
効な手段である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる温度補償型水晶発振器の実施例
を示すブロック図

【図２】（ａ）高温部二次電流変換回路実施例を示す機
能ブロック図 （ｂ）低温部二次電流変換回路実施例を示す機能ブロッ
ク図

【図３】（ａ）温度センサ回路の電流出力特性 （ｂ）高温部二次電流変換回路群の電流出力特性 （ｃ）低温部二次電流変換回路群の電流出力特性 （ｄ）一次電流変換回路群の電流出力特性 （ｅ）合成した擬似三次電流特性

【図４】従来における温度補償水晶発振器のブロック図

【符号の説明】

１・・温度補償回路網、２・・電圧制御型発振回路、３
・・温度センサ回路、４・・高温部二次電流変換回路
群、４−１〜４−ｎ・・高温部二次電流変換回路、５・
・低温部二次電流変換回路群、５−１〜５−ｍ・・低温
部二次電流変換回路、６・・一次電流変換回路、７・・
電流電圧変換回路、８・・電圧制御型水晶発振回路、９
・・比較演算回路（高温側用）、１０・・二乗回路（高
温側用）、１１・・一次入力電流、１２・・高温側二次
出力電流、１３・・比較演算回路（低温側用）、１４・
・二乗回路（低温側用）、１５・・一次入力電流、１６
・・低温側二次出力電流

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月８日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる温度補償型水晶発振器の実施例
を示すブロック図。

【図２】高温部二次関数電流変換回路の実施例を示す機
能ブロック図である。

【図３】高温部二次関数電流変換回路の実施例を示す回
路図である。

【図４】低温部二次関数電流変換回路の実施例を示す機
能ブロック図である。

【図５】（ａ）温度センサ回路の電流出力特性 （ｂ）高温部二次電流変換回路群の電流出力特性 （ｃ）低温部二次電流変換回路群の電流出力特性 （ｄ）一次電流変換回路群の電流出力特性 （ｅ）合成した疑似三次電流特性

【図６】従来における温度補償水晶発振器のブロック
図。

【符号の説明】 １・・温度補償回路網、２・・電圧制御型発振回路、３
・・温度センサ回路、４・・高温部二次電流変換回路
群、４−１〜４−ｎ・・高温部二次電流変換回路、５・
・低温部二次電流変換回路群、５−１〜５−ｍ・・低温
部二次電流変換回路、６・・一次電流変換回路、７・・
電流電圧変換回路、８・・電圧制御型水晶発振回路、９
・・比較演算回路（高温側用）、１０・・二乗回路（高
温側用）、１１・・一次入力電流、１２・・高温側二次
出力電流、１３・・比較演算回路（低温側用）、１４・
・二乗回路（低温側用）、１５・・一次入力電流、１６
・・低温側二次出力電流

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧制御型圧電発振回路と、周囲温度を検
   知する温度センサ回路と、該温度センサ回路の出力に基
   づき所定の電圧を前記電圧制御型圧電発振回路に印加す
   る電圧発生回路とを備えた温度補償型圧電発振器におい
   て、前記電圧発生回路は、互いに係数値の異なる複数の
   常温近傍を基準とする高温部二次関数電流発生手段と、
   互いに係数値の異なる複数の常温近傍を基準とする低温
   部二次関数電流発生手段と、任意の係数値の一次関数電
   流発生手段と、前記電流発生手段の出力を合成し擬似三
   次関数電圧を発生する合成手段とを備えたものであるこ
   とを特徴とする温度補償型圧電発振器。
2. 【請求項２】電圧制御型圧電発振回路と、周囲温度を検
   知する温度センサ回路と、該温度センサ回路の出力に基
   づき所定の電圧を前記電圧制御型圧電発振回路に印加す
   る電圧発生回路とを備えた温度補償型圧電発振器におい
   て、前記電圧発生回路は、互いに係数値の異なる複数の
   常温近傍を基準とする高温部二次関数電圧発生手段と、
   互いに係数値の異なる複数の常温近傍を基準とする低温
   部二次関数電圧発生手段と、任意の係数値の一次関数電
   圧発生手段と、前記電圧発生手段の出力を合成し擬似三
   次関数電圧を発生する合成手段とを備えたものであるこ
   とを特徴とする温度補償型圧電発振器。