KR101024366B1 - Thermostat Crystal Oscillator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항온조제어 수정발진기에 관한 것으로, 진동전극이 형성된 진동판의 일부면에 박막필름 형태의 가열부재와 온도감지센서를 배치하여 상기 수정판에 열을 공급하는 항온조제어 수정발진기를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 전원 인가 시 진동하도록 일정한 패턴을 갖는 진동전극이 형성된 진동판과; 상기 진동판의 상부면에 접촉하고, 상기 진동판의 외측 테두리를 따라 배치되는 가열부재와; 상기 진동판의 하부면에 접촉하고, 상기 진동판의 외측 테두리를 따라 배치되는 온도감지센서와; 상기 진동판의 상하부면에 접촉하고, 상기 진동판을 지지하도록 배치되는 수정판 지지부재를 포함한다. The present invention relates to a thermo-controlled crystal oscillator, and provides a thermo-controlled crystal oscillator for supplying heat to the crystal plate by disposing a heating member and a temperature sensor in the form of a thin film on a portion of the vibration plate on which the vibration electrode is formed. The present invention for this purpose and the vibration plate having a vibration electrode having a predetermined pattern to vibrate when the power is applied; A heating member in contact with an upper surface of the diaphragm and disposed along an outer edge of the diaphragm; A temperature sensor in contact with a lower surface of the diaphragm and disposed along an outer edge of the diaphragm; It includes a quartz plate support member in contact with the upper and lower surfaces of the diaphragm, disposed to support the diaphragm.
이러한 구성에 의해, 상기 진동판으로 원하는 온도의 열을 전달함에 따라 발생하는 압전현상에 따른 진동판의 진동을 통해 더욱 정확한 주파수를 발생할 수 있는 효과가 있다.By this configuration, there is an effect that can generate a more accurate frequency through the vibration of the diaphragm according to the piezoelectric phenomenon generated by transferring the heat of the desired temperature to the diaphragm.
수정발진기, 진동판, 수정디스크, 압전현상, OCXO, 열전도 Crystal oscillator, diaphragm, crystal disk, piezoelectric phenomenon, OCXO, heat conduction
Description
본 발명은 항온조제어 수정발진기에 관한 것으로, 진동전극이 형성된 진동판의 일부면에 박막필름 형태의 가열부재와 온도감지센서를 배치하여 상기 진동판에 열을 전달하는 항온조제어 수정발진기에 관한 것이다. The present invention relates to a thermostatic quartz crystal oscillator, and a thermostatic crystal oscillator for transferring heat to the diaphragm by disposing a heating member and a temperature sensor in the form of a thin film on a portion of the vibration plate on which the vibration electrode is formed.
일반적으로 수정판의 진동을 이용하는 수정발진기는 이동통신단말기 사이에 신호의 전송 및 수신을 제어하기 위해 발진주파수를 생성하는 필수적인 부품이다. 이러한 수정발진기는 주위 온도에 따라 발진주파수가 변동되는 온도특성이 있고, 이러한 온도특성에 따른 주파수 변동을 보상하기 위해 개발된 제품이 온도보상형 수정발진기(TCXO: Temperature Compensated Crystal Oscillator)이다.In general, the crystal oscillator using the vibration of the crystal plate is an essential component for generating the oscillation frequency to control the transmission and reception of the signal between the mobile communication terminal. The crystal oscillator has a temperature characteristic in which the oscillation frequency varies according to the ambient temperature, and a product developed to compensate for the frequency variation according to the temperature characteristic is a temperature compensated crystal oscillator (TCXO).
하지만, 상기 온도보상형 수정발진기(TCXO)는 상온에서 동작하므로, 주파수 안정도가 떨어지고, 위상노이즈 특성이 열악하여 높은 정밀도가 요구되는 전자제품에 적용하기 어려웠다. However, since the temperature compensated crystal oscillator (TCXO) operates at room temperature, it is difficult to be applied to electronic products requiring high precision due to poor frequency stability and poor phase noise characteristics.
이러한 상기 온도보상형 수정발진기(TCXO)에 대하여 주파수 안정도 및 위상 노이즈 특성이 향상된 발진기가 바로 항온조제어 수정발진기 (OCXO: Oven Controlled Crystal Oscillator)이다. 상기 항온조제어 수정발진기(OCXO)는 주위온도보다 높은 일정한 온도를 유지하기 위한 항온조를 만들고, 그 속에 수정판을 위치시킴으로써, 보다 안정된 주파수안정도를 나타낸다. The oscillator having improved frequency stability and phase noise characteristics for the temperature compensated crystal oscillator (TCXO) is an Oven Controlled Crystal Oscillator (OCXO). The thermostat crystal oscillator (OCXO) creates a thermostat for maintaining a constant temperature higher than the ambient temperature and places a crystal plate therein, thereby exhibiting more stable frequency stability.
여기서, 상기 항온조의 온도를 높여주기 위한 가열지점이 주파수를 생성하는 수정판과 떨어져 있어, 효율적인 열전도와 온도 측정이 이루어지기 어려운 문제점이 발생했다. Here, the heating point for raising the temperature of the thermostat is separated from the quartz plate to generate a frequency, a problem that is difficult to make efficient thermal conductivity and temperature measurement.
본 발명은 이러한 문제점에 의해 제안된 것으로, 진동전극이 형성된 진동판의 일부면에 박막필름 형태의 가열부재와 온도감지센서를 배치하여 상기 진동판에 열을 공급하는 항온조제어 수정발진기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been proposed by such a problem, and the object of the present invention is to provide a thermostatic crystal oscillator for supplying heat to the diaphragm by arranging a heating member and a temperature sensor in the form of a thin film on a part of the diaphragm on which the vibrating electrode is formed. It is done.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 전원 인가 시 진동하도록 일정한 패턴을 갖는 진동전극이 형성된 진동판과; 상기 진동판의 상부면에 접촉하고, 상기 진동판의 외측 테두리를 따라 배치되는 가열부재와; 상기 진동판의 하부면에 접촉하고, 상기 진동판의 외측 테두리를 따라 배치되는 온도감지센서와; 상기 진동판의 상하부면에 접촉하고, 상기 진동판을 지지하도록 배치되는 진동판 지지부 재를 포함한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a vibration plate having a vibration electrode having a predetermined pattern to vibrate when the power is applied; A heating member in contact with an upper surface of the diaphragm and disposed along an outer edge of the diaphragm; A temperature sensor in contact with a lower surface of the diaphragm and disposed along an outer edge of the diaphragm; And a diaphragm support part disposed to contact the upper and lower surfaces of the diaphragm and to support the diaphragm.
바람직하게는 상기 가열부재에 전원이 인가되도록 상기 진동판의 상부면에 접촉하고, 상기 가열부재의 양 끝단에 연결되어 배치되는 적어도 두 개의 전극단자를 더 포함할 수 있다. Preferably, the heating member may further include at least two electrode terminals in contact with an upper surface of the diaphragm so as to be supplied with power, and connected to both ends of the heating member.
바람직하게는 상기 온도감지센서에 전원이 인가되도록 상기 진동판의 하부면에 접촉하고, 상기 온도감지센서의 양 끝단에 연결되어 배치되는 적어도 두 개의 전극단자를 더 포함할 수 있다. Preferably, the temperature sensing sensor may further include at least two electrode terminals which are in contact with the lower surface of the diaphragm to be applied with power, and are connected to both ends of the temperature sensing sensor.
특히 상기 가열부재와 온도감지센서는 박막필름(Thin Film) 형태일 수 있다.In particular, the heating member and the temperature sensor may be in the form of a thin film.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 진동판으로 열을 공급함에 따라 발생하는 압전현상을 이용하여 진동판의 진동을 통해 더욱 정확한 주파수를 발생할 수 있는 효과가 있다. 이와 동시에, 높은 주파수 정확성을 갖는 수정발진기를 생산할 수 있는 효과가 있다. As described above, the piezoelectric phenomenon generated by supplying heat to the diaphragm according to the present invention has an effect of generating a more accurate frequency through vibration of the diaphragm. At the same time, there is an effect that can produce a crystal oscillator with high frequency accuracy.
본 발명에 따른 항온조제어 수정발진기에 대한 예는 다양하게 적용될 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다. Examples of the thermostatic crystal oscillator according to the present invention can be applied in various ways, hereinafter with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온조제어 수정발진기의 구조도이다. 1 is a structural diagram of a thermostatic crystal oscillator according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 항온조제어 수정발진기(100)는 각각의 전극단자들(112a,112b, 113a,113b, 114a,114b)이 형성된 메탈베이스(111)와; 진동전극(122)이 형성된 진동판(121), 상기 진동판(121)의 외주를 따라 형성되는 가열부재(124), 상기 가열부재(124)로 전원을 인가하는 가열부재용 전극단자(126a, 126b), 상기 진동판(121)을 지지하는 진동판 지지부재(미도시), 상기 진동판을 덮는 커버케이스(130)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the thermostat crystal oscillator 100 of the present invention includes a
메탈베이스(111)는 상기 진동판(121)이 실장되는 베이스로, 상기 메탈베이스(111)의 하부면에서 상기 메탈베이스(111)를 지탱하는 지지홀더가 형성되고, 메탈로 구성되는 상기 메탈베이스(111)의 상부면에는 진동판용 전극단자(112a, 112b), 가열부재용 전극단자(113a, 113b), 온도감지센서용 전극단자(114a, 114b)가 각각 형성된다. 이러한 전극단자들은 상기 메탈로 이루어진 메탈베이스(111)의 상부면과 전기적 간섭이 일어나지 않도록 절연재를 포함하여 구성됨이 바람직하다. The
진동판(121)은 진동전극(122)이 상하 또는 좌우로 진동하도록 형성된 원형의 디스크형태를 말한다. 이러한 상기 진동판(121)의 재질은 은(Ag)을 사용함이 바람직하다. The
가열부재(124)는 상기 진동판(121)의 상부면에 접촉하고, 상기 진동판(121)의 상부 외측 테두리를 따라 배치된다. 이러한 상기 가열부재(124)는 박막필름(Thin Film) 형태인 것이 바람직하다. The
가열부재용 전극단자(126a, 126b)는 상기 가열부재(124)로 전원이 인가되도록 상기 진동판(121)의 상부면에 접촉하고, 상기 가열부재(124)의 양끝단과 연결되 어 배치된다. The
진동판 지지부재(미도시)는 상기 진동판(121)의 상하부면에 접촉하여 상기 메탈베이스(111)의 상부면에 형성된 전극단자(112a,112b, 113a113b, 114a114b)들에 각각 연결되고, 상기 진동판(121)을 지지한다.The diaphragm support member (not shown) contacts the upper and lower surfaces of the
커버케이스(130)는 상기 메탈베이스(111)의 상부면에 실장되는 진동판(121)을 덮는다. 이때, 상기 커버케이스(130)는 용접 또는 본딩을 통해 상기 메탈베이스(111)와 진동판(121)을 고정시킨다. The
이하 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예인 항온조제어 수정발진기(100)의 진동판(121)을 위에서 내려다 본 모습을 살펴보도록 한다. Hereinafter, referring to FIG. 2, a look at the top of the
도 2에 도시된 바와 같이, 진동전극(122)이 형성된 진동판(121), 상기 진동판(121)에 접촉하여 형성되는 가열부재(124), 상기 가열부재(124)의 양 끝단에 연결되는 전극단자(126a, 126b)을 포함한다. As shown in FIG. 2, a
상기 진동판(121)은 상부면에 내부 중앙부분으로부터 외곽부분까지 진공증착방법을 통해 진동전극(122)이 형성된다. 이러한 진동판(121)은 원형으로 이루어지고, 내부 중앙부분에는 상기 진동판(121)의 형태와 동일한 원형의 전극이 형성되고, 상기 중앙부분부터 외곽부분까지 연장형성되는 부분은 직사각형의 형태를 갖는 것이 바람직하다. The
상기 가열부재(124)는 상기 진동판(121)의 상부면과 접촉하여, 상기 진동판(121)의 외측 테두리를 따라 일정 두께를 갖는 띠 형태로 배치된다. 따라서 상기 가열부재(124)로부터 발생된 열이 진동판(121)으로 전달되어, 상기 진동판(121)의 온도가 올라간다. The
상기 가열부재용 전극단자(126a, 126b)는 상기 가열부재(124)의 양 끝단에 연결되어 상기 진동판(121)의 상부면에 접촉하여 배치된다.The
결국, 상기 가열부재용 전극단자(126a, 126b)를 통해 상기 가열부재(124)로 전원이 인가되고, 전원이 인가된 가열부재(124)가 상기 진동판(121)으로 열을 전달한다. 진동을 위한 설정온도가 될 때까지 상기 진동판(121)의 온도가 상승함에 따라, 상기 진동판(121)이 진동하여 주파수를 발생한다. As a result, power is applied to the
이하 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예인 항온조제어 수정발진기(100)의 진동판(121)을 아래에서 올려다 본 모습을 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, referring to FIG. 3, the appearance of the
도 3에 도시된 바와 같이, 진동전극(123)이 형성된 진동판(121), 상기 진동판(121)을 따라 형성되는 온도감지센서(125), 상기 온도감지센서(125)로 전원을 인가하는 온도감지센서용 전극단자(127a, 127b)를 포함한다. As shown in FIG. 3, a
진동판(121)은 하부면에 내부 중앙부분으로부터 외곽부분까지 연장되는 진동전극(123)이 형성된다. The
온도감지센서(125)는 상기 진동판(121)의 하부면에 접촉하고, 상기 진동판(121)의 외측 테두리를 따라 배치된다. 이러한 온도감지센서(125)는 상기 진동판(121)을 사이에 두고, 앞서 설명한 상기 가열부재(124)와 대응하여 배치됨이 바람직하다. 또한, 상기 온도감지센서(125)는 상기 가열부재(124)와 동일한 형태인 박막필름 형태를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 상기 온도감지센서(125)는 RTD(Resistance Temperature Detector)를 사용함이 바람직하다. 상기 RTD는 저항을 이용하여 온도를 감지하는 측온저항체를 말하며, 본 발명에서는 백금측온저항체를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 백금측온저항체는 플라스틱 필름에 얇은 백금 막으로 구성되어 있다. 상기 RTD를 통해 전류를 통과시키면 RTD에서 전압을 생성하고, 생성된 전압을 측정하면 저항 및 온도를 파악할 수 있는 소자이다.The
따라서 상기 진동판(121)의 상부면에 형성된 가열부재(124)로부터 발생된 열이 상기 진동판(121)으로 전도됨에 따라, 상기 진동판(121)의 온도가 상승한다. 본 발명에서는 상기 진동판(121)의 온도가 85℃ 일 때, 상기 진동판(121)이 진동하여 정확한 주파수를 발생할 수 있으므로, 상기 진동판(121)의 하부면에 형성된 온도감지센서(125)가 상기 진동판(121)의 온도를 측정하여 85℃가 되는지 확인한다. 상기 온도감지센서(125)가 상기 진동판(121)의 온도를 지속적으로 측정하여 85℃가 되는 것을 확인하면, 상기 가열부재(124)로부터 상기 진동판(121)으로의 열전달이 중단된다. Therefore, as the heat generated from the
상술한 바와 같이, 상기 가열부재(124)와 대응하여 온도감지센서(125)가 상기 진동판(121)에 배치되므로, 상기 가열부재(124)로부터 상기 진동판(121)에 열이 전도될 때, 상기 온도감지센서(125)가 상기 진동판(121)의 온도를 측정한다. As described above, since the
온도감지센서용 전극단자(127a, 127b)는 상기 진동판(121)의 하부면에 접촉되고, 상기 온도감지센서(125)의 양 끝단에 연결배치되어 상기 온도감지센서(125)에 전원을 인가한다. The
이하 도 4를 참조하여, 진동판을 사이에 두고 배치된 가열부재와 온도감지센서에 대해 보다 자세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, the heating member and the temperature sensing sensor disposed with the diaphragm interposed therebetween will be described in more detail.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온조제어 수정발진기(100)의 진동판(121)을 측면에서 본 단면도이다. Figure 4 is a cross-sectional view of the
도 4에 도시된 바와 같이, 진동판(121)을 사이에 두고, 상부면의 중앙에는 진동전극(122)이 형성되고, 상기 상부면의 외측 테두리부분에 가열부재(124)가 형성된다. As shown in FIG. 4, a
상기 진동판(121)의 하부면의 중앙에는 진동전극(123)이 형성되고, 상기 하부면의 외측 테두리부분에 온도감지센서(125)가 형성된다. The
결과적으로, 진동판(121)의 동일한 위치에 있어서 상부면에는 가열부재(124)가 구비되고, 하부면에는 온도감지센서(125)가 구비된다. 이에 따라, 진동판(121)으로 열이 전달되는 위치와 온도를 측정하는 위치가 동일하므로, 효율적인 열전도 및 온도측정이 가능한 효과가 있다. As a result, in the same position of the
열전도를 이용한 수정발진기에 대해 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다. 상기 진동판은 크리스탈로 구성되고, 상기 진동판에 기계적인 힘을 주면 내부에 응력이 발생하고, 그 물질 속에 전기분극이 일어나는 압전현상이 발생한다. 이러한 압전현상에 의해, 상기 진동판에 전원을 인가하면, 내부에 응력이 발생하여 수축 및 팽창이 발생함으로써, 상기 진동판의 진동이 발생하여 주파수를 생성한다. Looking at the crystal oscillator using heat conduction in more detail as follows. The diaphragm is composed of a crystal, and when a mechanical force is applied to the diaphragm, a stress is generated inside and a piezoelectric phenomenon occurs in which electrical polarization occurs in the material. When the power is applied to the diaphragm by such a piezoelectric phenomenon, stress is generated therein to cause contraction and expansion, thereby generating vibrations of the diaphragm to generate a frequency.
이 때, 상기 진동판이 가열부재로부터 열을 공급받으면, 상기 진동판의 내부온도가 상승하게 되고, 이에 따라 상기 진동판이 발생하는 주파수 또한 미세하게 달라진다. 하지만 본 발명과 같이, 상기 진동판에 접촉하여 열을 공급하는 가열부재와 온도를 측정하는 온도감지센서가 배치됨에 따라, 상기 진동판으로 좀 더 효율적인 열 전도가 가능해질 뿐만 아니라 온도측정의 오차를 줄임으로써, 보다 정확한 주파수를 발생시키는 효과가 있다. 이에 따라, 높은 주파수 정확성을 갖는 수정발진기를 생산할 수 있는 효과가 있다. At this time, when the diaphragm receives heat from the heating member, the internal temperature of the diaphragm increases, and thus, the frequency at which the diaphragm is generated varies slightly. However, as in the present invention, as the heating member for contacting the diaphragm to supply heat and the temperature sensor for measuring the temperature are arranged, not only the heat conduction to the diaphragm is more efficient, but also the temperature measurement error is reduced. This has the effect of generating a more accurate frequency. Accordingly, there is an effect that can produce a crystal oscillator having a high frequency accuracy.
이상 본 발명에 의한 항온조제어 수정발진기 및 그 제조방법에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. The thermostatic crystal oscillator and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described above. Such technical configuration of the present invention can be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Therefore, the embodiments described above are intended to be illustrative in all respects and not to be considered as limiting, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the foregoing description, and the meanings of the claims and All changes or modifications derived from the scope and the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항온조제어 수정발진기의 조립구조도이고, 1 is an assembly structure diagram of a thermostatic crystal oscillator according to an embodiment of the present invention,
도 2는 도 1의 진동판을 위에서 내려다 본 모습이고,2 is a top view of the diaphragm of FIG. 1,
도 3은 도 1의 진동판을 아래에서 올려다 본 모습이고,3 is a view of the diaphragm of FIG. 1 viewed from below,
도 4는 도 1의 진동판을 측면에서 본 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of the diaphragm of FIG.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
111: 메탈베이스 112a, 112b: 진동판용 전극단자111:
113a, 113b: 가열부재용 전극단자 114a, 114b: 온도감지센서용 전극단자113a and 113b: electrode terminals for the
121: 진동판 122: 진동전극121: vibration plate 122: vibration electrode
124: 가열부재 126a, 126b: 가열부재용 전극단자124:
130: 커버케이스 130: cover case
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