JP2001292030A - 水晶発振回路及び水晶共振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度の周波数安定度が、温度センサによる
温度の検出を要せず確実に得られるようにした水晶発振
回路及び水晶共振子を提供すること。 【解決手段】 熱的に結合させてある２個の水晶共振子
７Ａ、７Ｂを用い、２台の水晶発振部８、９により、夫
々周波数ｆ₁、ｆ₂ の発振信号を取出すようにすると、
これらの周波数ｆ₁、ｆ₂ の差を表わす差周波数Δｆか
ら、温度変化による周波数ｆ₁ と目標出力周波数ｆ₀ の
周波数ｆ₁ と目標周波数ｆ₀ の差を表わす補正周波数差
δｆが得られる。そこで、これを周波数加算部１２によ
り周波数ｆ₁ に加算してやれば、温度を検出することな
く、温度変化に対して安定化された目標周波数ｆ₀ の出
力信号を得る個とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水晶共振子を用い
た発振回路に係り、特に高い周波数安定度を必要とする
場合に好適な水晶発振回路と水晶共振子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、伝送空間有効利用の見地から、伝
送チャネルの狭帯域化とチャネル間隔の縮小化が強く望
まれるようになっているが、この場合、搬送周波数にず
れが生じたとすると、たとえ僅かであったとしても、隣
接チャネルに対する妨害となってしまうので、搬送周波
数の高精度化と高安定度化が大きな命題になる。

【０００３】ところで、搬送周波数生成の基準となる発
振回路には、主として水晶発振回路が用いられている
が、この場合、その周波数精度と周波数安定度は、それ
に使用した水晶共振子によって、ほぼ一義的に決められ
てしまうので、搬送周波数の精度と安定度は、ひとえに
水晶共振子の性能にかかっており、このため高価格化が
避けられない。

【０００４】ここで、水晶共振子に要求される性能の
内、実用上からは、特に温度−周波数特性が問題にな
り、発振周波数の高安定度が課題になる。そこで、従来
から、水晶共振子の性能に依存するだけではなく、発振
回路の工夫により周波数の安定化を図る技法についての
提案が種々なされており、その例として、次の文献を挙
ることができる。

【０００５】 “高安定ディジタル温度補償型水晶発振器” 岩本広行、赤間進、工藤裕之、電子情報通信学会総合大
会予稿 Ａ−１−３９，１９９９ この文献では、温度センサによる電圧制御型水晶発振器
の温度補償と、その分解能の向上などにより、１０^-8
オーダーの周波数安定度を広い温度範囲にわたって達成
する方法について開示している。

【０００６】図７は、このような従来技術による高安定
ディジタル温度補償型水晶発振回路の一例で、温度セン
サ１と電圧制御型水晶発振回路(ＶＣＸＯ)５を用い、温
度センサ１により水晶共振子６の温度を検出し、これに
より電圧制御型水晶発振回路５の発振周波数を制御し、
温度補正された高精度で高安定の周波数ｆ₀ の発振出力
信号が得られるように構成したものである。

【０００７】具体的には、温度センサ１で検出したアナ
ログ信号をＡ／Ｄコンバータ２でディジタル化し、これ
をアドレスにしてＲＯＭ３を検索し、その出力データを
Ｄ／Ａコンバータ４でアナログ電圧に戻し、これにより
電圧制御型水晶発振回路５の発振周波数を制御するよう
になっている。

【０００８】ここで、破線で囲んだ部分２４はＬＳＩ化
された部分を表わし、これにより温度センサ１と電圧制
御型水晶発振回路５をＬＳＩ２４にまとめることによ
り、これらの間での温度の違いの影響が低減されるよう
に構成してある。

【０００９】従って、ＲＯＭ３に、水晶共振子６が持つ
温度−振周波数特性の逆特性として与えられる温度−電
圧変換テーブルを格納しておくことにより、水晶共振子
６の温度−周波数特性が補償され、高精度に高安定化さ
れた周波数ｆ₀ の出力信号が得られるのである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、安定
化精度が水晶共振子の温度を検出する際の検出精度に依
存し、且つ、補正機能が間接的な働きになっている点に
配慮がされているとは言えず、安定化精度のより一層の
向上を図る点に問題があった。水晶共振子の温度を検出
するためには、温度センサを要する上、更に、これらを
熱的に結合させる必要があるが、このとき、それらの熱
的結合の程度が問題になり、より良い結合が精度向上の
決め手になる。

【００１１】しかし、温度センサと水晶共振子は機能上
からも回路素子としても異質で、回路部品としては独立
して市場に供給される場合がほとんどであり、しかも、
いずれもかなり小さい部品なので、これらの熱的な結合
は、せいぜい、それらのパッケージ同士を接触させる程
度が限度である。

【００１２】一方、より良い熱的な結合の見地から、水
晶共振子にセンサなどの異物を直接付けたとすれば、水
晶共振子に質量が付加された結果になって、共振周波数
に変化が免れず、従って、従来技術では、水晶共振子の
温度検出精度の向上が困難なのである。

【００１３】また、従来技術では、水晶共振子の温度を
温度センサで電圧として検出し、更にこれをＡ／Ｄ変換
し、水晶共振子の温度に応じて制御型水晶発振回路の制
御電圧を設定し、周波数を補正するという、間接的な補
正動作になっているため、精度の向上が困難なのであ
る。

【００１４】本発明の目的は、高精度の周波数安定度
が、温度センサによる温度の検出を要せず確実に得られ
るようにした水晶発振回路及び水晶共振子を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、第１の水晶
共振子を用いて周波数ｆ₁ の第１の信号を発生する第１
の発振回路と、前記第１の水晶共振子に熱的に結合した
第２の水晶共振子を用いて周波数ｆ₂ の第２の信号を発
生する第２の発振回路と、前記第１と第２の信号の差周
波数Δｆ(＝ｆ₁−ｆ₂)を検出する差周波数検出手段と、
前記差周波数Δｆと、前記第１の信号の周波数ｆ₁ と目
標周波数ｆ₀ の差を表わす補正周波数差δｆ(＝ｆ₀−ｆ
₁)の関係を予め実測し、その結果を、前記差周波数Δｆ
をアドレス、前記補正周波数差δｆを出力データにして
記憶したＲＯＭを用い、差周波数Δｆを補正周波数差δ
ｆに変換して出力する差周波数変換手段と、この差周波
数変換手段から出力された補正周波数差δｆを前記第１
の信号の周波数ｆ₁ に加算する周波数加算手段とを備
え、この周波数加算手段から目標周波数ｆ₀ に安定化さ
れた発振出力信号を得るようにして達成される。

【００１６】水晶共振子は、水晶片のカット(結晶軸に
対する切り出し角度)や形状、寸法により共振周波数が
決るので、たとえ仕様としての周波数が同じになるよう
に作ったとしても、周波数の温度依存性まで厳密に同じ
にすることはできず、個々には異なった温度依存性をも
ってしまい、この結果、同じ温度変化のもとでも、個々
には周波数の変化が異なって現れる。

【００１７】本発明は、端的にいうと、この水晶共振子
の性質を利用したもので、これにより、温度が周波数に
よって計測されるようにしたものである。いま、熱的に
良好な結合を取った２個の水晶共振子についてみると、
これらは常に同一の温度にあると見做すことができる。

【００１８】そこで、このようにした２個の水晶共振子
を用意することにより、一方と他方の水晶共振子の共振
周波数についての温度依存性の違いから、温度変化に応
じて両者の共振周波数に差が現れるので、この周波数差
を計測することにより、水晶共振子の温度を計測したの
と等価になり、従って、この周波数差に応じて周波数を
補正することにより、水晶共振子の温度を検出すること
なく、温度補正を行うことができるのである。

【００１９】具体的には以下のようにする。まず、所望
の出力周波数ｆ₀ に対して、共振周波数かｆ₁ と共振周
波数がｆ₂の２個の水晶共振子を用意する。このとき、
これらの周波数については、ｆ₀≒ｆ₁≒ｆ₂ の関係が成
立するようにし、周波数ｆ₁、ｆ₂ の差として定義され
る検出周波数差Δｆ(＝ｆ₁ −ｆ₂)を設定する。

【００２０】そうすると、温度が変化したとすると、上
記した温度依存性の違いから、検出周波数差Δｆが変化
する。そこで、この検出周波数差Δｆを、予め所定の温
度範囲内で温度を変えながら計測し、このときの検出周
波数差Δｆと補正周波数差δｆ＝ｆ₀−ｆ₁ (ｆ₀：出力
周波数)の関係について、各検出周波数差Δｆの所定値
毎にＲＯＭに格納しておく。

【００２１】そして、動作時、検出周波数差Δｆ(＝ｆ₁
−ｆ₂)を計測し、ＲＯＭの検索により補正周波数差δｆ
(＝ｆ₀−ｆ₁)を読出して、一方の水晶共振子による発振
出力に加算してやることにより、温度補正された周波数
ｆ₀ の出力信号が得られることになり、従って、温度セ
ンサにより水晶共振子の温度を検出することなく、温度
補正を行うことができるのである。

【００２２】また、上記目的は、共振周波数ｆ₁ の水晶
共振子を用い、基本周波数発振動作による周波数ｆ₁ の
第１の信号と、Ｍ次オーバートーン発振動作による周波
数ｆ _M のオーバートーン信号を発生する発振回路と、前
記オーバートーン信号の周波数ｆ_M をＭ分周して周波数
ｆ₂ の第２の信号を出力する分周手段と、前記第１と第
２の信号の差周波数Δｆ(＝ｆ₁−ｆ₂)を検出する差周波
数検出手段と、前記差周波数Δｆと、前記第１の信号の
周波数ｆ₁ と目標周波数ｆ₀ の差を表わす補正周波数差
δｆ(＝ｆ₀−ｆ₁)の関係を予め実測し、その結果を、前
記差周波数Δｆをアドレス、前記補正周波数差δｆを出
力データにして記憶したＲＯＭを用い、差周波数Δｆを
補正周波数差δｆに変換して出力する差周波数変換手段
と、この差周波数変換手段から出力された補正周波数差
δｆを前記第１の信号の周波数ｆ ₁ に加算する周波数加
算手段とを備え、この周波数加算手段から目標周波数ｆ
₀に安定化された発振出力信号を得るようにしても達成
される。

【００２３】つまり、共振周波数ｆ₁ の１個の水晶共振
子を、熱的に良好な結合を取った２個の水晶共振子に代
えて用い、この１個の水晶共振子を周波数ｆ₁ と、Ｍ次
(Ｍ＝３以上の奇数)のオーバートーン周波数ｆ_M の２種
の周波数で同時に発振動作させ、オーバートーン周波数
ｆ_M の信号をＭ分周して得た周波数(ｆ_M／Ｍ)の信号を
周波数ｆ₂ の信号として用いるようにしても良い。

【００２４】これは、同一の水晶共振子でも、基本共振
周波数ｆ₁ とオーバートーン周波数ｆ_M では温度依存性
に違いがあり、しかも、周波数ｆ_M は必ずしも基本共振
周波数ｆ₁ のＭ倍に等しくははならないことを利用した
ものであり、この場合は、１個の水晶共振子で済む。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による水晶発振回路
と水晶共振子について、図示の実施の形態により詳細に
説明する。図１は、本発明による水晶発振回路の一実施
の形態で、図において、まず、水晶共振子７は、共振素
子同士が熱的に結合された２個の水晶共振子７Ａ、７Ｂ
で構成されている。

【００２６】そして、これら２個の水晶共振子７Ａ、７
Ｂを夫々の共振素子とする第１と第２の水晶発振部(Ｘ
Ｏ)８、９を設け、これにより、第１の水晶発振部８か
らは周波数ｆ₁ の発振信号が、そして、第２の水晶発振
部９からは周波数ｆ₂ の発振信号が、夫々出力されるよ
うに構成してある。

【００２７】このとき、要求されている出力周波数ｆ₀
に対して、周波数ｆ₁ と周波数ｆ₂が同じ周波数になる
ように、すなわち(ｆ₁＝ｆ₂)で、且つ(ｆ₀＝ｆ₁＝ｆ₂)
になるように、一応は各水晶共振子７Ａ、７Ｂが作られ
ている。

【００２８】差周波数検出部１０は、第１の水晶発振部
８から出力される周波数ｆ₁ の発振信号と、第２の水晶
発振部９から出力される周波数ｆ₂ の発振信号を入力
し、これらの信号の周波数の差である検出周波数差Δｆ
(＝ｆ₁−ｆ₂)を出力する働きをする。

【００２９】差周波数変換部１１は、差周波数検出部１
０から供給される検出周波数差Δｆを補正周波数差δｆ
(＝ｆ₀−ｆ₁)に変換する働きをするもので、例えばアド
レスを検出周波数差Δｆにして、出力データに補正周波
数差δｆを書込んでおいたＲＯＭで構成されている。従
って、このＲＯＭのアドレスに検出周波数差Δｆを入力
してやれば、補正周波数差δｆに翻訳された出力データ
が直接得られることになる。

【００３０】ここで、このＲＯＭは、次のようにして作
成する。すなわち、まず、当該水晶共振子７による各水
晶発振部８、９から出力される信号の周波数ｆ₁、ｆ₂
を、この水晶発振回路が仕様(スペック)としている温度
範囲にわたって計測し、検出周波数差Δｆと補正周波数
差δｆの関係を、各検出周波数差Δｆ毎に計算した上
で、検出周波数差Δｆをアドレス、補正周波数差δｆを
出力データとしてメモリに書込み、ＲＯＭとするのであ
る。

【００３１】周波数加算部１２は、第１の水晶発振部８
から供給される周波数ｆ₁ の発振信号に、差周波数変換
部１１から供給される補正周波数差δｆを加算して、周
波数ｆ₀ の信号を出力する働きをする。

【００３２】ここで、補正周波数差δｆは、差周波数変
換部１１の働きにより、そのときの温度、すなわち、特
に測定する必要はないが、なんらかの値になっている筈
の温度において、第１の水晶発振部８から出力される発
振信号の周波数ｆ₁ と、発振出力信号の周波数ｆ₀ との
差の周波数(ｆ₀−ｆ₁＝δｆ)になっている。

【００３３】そこで、周波数ｆ₁ に補正周波数差δｆを
加算してやれば、水晶発振部８の発振信号の周波数ｆ₁
が温度に応じてどのように変化したとしても、発振出力
信号の周波数ｆ₀ は常に一定に保たれることになり、従
って、この図１の実施形態によれば、水晶共振子７の温
度を検出することなく、温度変化に対して目標周波数ｆ
₀ に充分に安定化された発振出力信号を周波数加算部１
２から得ることができる。

【００３４】次に、図１の実施形態における水晶共振子
７について、図２により詳細に説明すると、この図にお
いて、まず図２(a)は、１枚の水晶片からなる基板７０
を用い、これに３枚の電極７１、７２、７３を並べて設
け、中央にある電極７２を共通にして、電極７１と電極
７２を一方の対とし、電極７３と電極７２を他方の対と
して、２個の水晶共振子７Ａ、７Ｂが構成されるように
した場合の一実施形態で、各電極７１〜７３は、夫々端
子７４、７５、７６により水晶発振部８、９に接続され
るようになっている。

【００３５】この図２(a)の実施形態によれば、２個の
水晶共振子７Ａ、７Ｂが、１枚の水晶片基板７０を共用
しているので、これら水晶共振子７Ａ、７Ｂ間での熱的
結合はほぼ完璧に保たれ、従って、水晶共振子７に必要
な性能を容易に持たせることができる。

【００３６】次に、図２(b)は、１枚の電極７２を間に
挟んで、その両側に夫々水晶片からなる水晶基板７０
Ａ、７０Ｂを配置し、各々の水晶基板７０Ａ、７０Ｂの
外側に電極７１と電極７３をそれぞれ設け、中間にある
電極７２を共通にして、電極７１と水晶基板７０Ａ及び
電極７２により一方の水晶共振子７Ａが構成され、電極
７２と水晶基板７０Ｂ及び電極７３により他方の水晶共
振子７Ｂが構成されるようにした場合の一実施形態であ
る。

【００３７】この図２(b)の実施形態の場合は、２枚の
水晶基板７０Ａ、７０Ｂが１枚の電極７２だけを介して
接合され、しかも電極７２は、図ではかなりの厚みがあ
るように描かれているが、実際にはアルミニウムなどの
金属の蒸着による薄膜で作られいするので、水晶共振子
７Ａ、７Ｂ間での熱的結合はほぼ完璧に得られ、水晶共
振子７に必要な性能を容易に持たせることができる。

【００３８】次に、図１の実施形態における水晶発振部
８、９を除き、差周波数検出部１０以降の部分につい
て、図３により更に具体的に説明する。図１ではアナロ
グ的に説明したが、差周波数変換部１１をＲＯＭで構成
した場合にはディジタル構成になるので、図３では具体
的にディジタル構成で説明することにする。

【００３９】まず、この図３でも、水晶共振子７及び水
晶発振部８、９については、図１と図２に示した実施形
態と同じであり、その他のディジタル化された部分につ
いては、それぞれ差周波数検出部１０Ｄ、差周波数変換
部１１Ｄ、それに周波数加算部１２Ｄとして示してあ
り、これらの部分での処理は、後述する周期Ｔ(＝Ｎ／
ｆ₁)をクロックとして実行されるように構成してある。

【００４０】このため、差周波数検出部１０Ｄは、検出
周波数差Δｆに代えて、検出カウント値差ΔＮ＝Δｆ・
(Ｎ／ｆ₁)を生成し、次いで差周波数変換部１１Ｄは、
カウント値差ΔＮを補正カウント値δＮに翻訳し、更に
周波数加算部１２Ｄは、補正カウント値δＮから周波数
ｆ₀ の発振出力信号を生成することになる。

【００４１】そして、まず、図４は、差周波数検出部１
０Ｄの詳細で、２個のカウンタ１０１、１０２と減算器
１０３で構成されている。カウンタ１０１は、例えば８
ビットなど所定のビット数のデータからなる数値Ｎが設
定されることによりＮ分周器として動作し、水晶発振部
８から出力される周波数ｆ₁ の発振信号を入力してＮ分
周し、同じく８ビットなど所定のビット数のデータから
なる周期Ｔ(＝Ｎ／ｆ₁)を生成してカウンタ１０２に設
定する。

【００４２】次に、カウンタ１０２は、水晶発振部９か
ら出力される周波数ｆ₂ の発振信号を周期Ｔ毎にカウン
トし、同じく例えば８ビットのデータで表わしたカウン
ト値Ｎ'を生成する。従って、このカウンタ１０２のカ
ウント値Ｎ'は、周波数ｆ₁ と周波数ｆ₂ が等しいと
き、つまりｆ₁＝ｆ₂ のときＮ＝Ｎ'となり、差があると
きは、その差に応じてＮ＞Ｎ'(＝ｆ₁＞ｆ₂)、又はＮ＜
Ｎ'(＝ｆ₁＜ｆ₂)となる。

【００４３】次に、減算器１０３は、このカウント値
Ｎ'と、Ｎ分周器１０１に設定してある分周比Ｎの値を
入力し、カウント値Ｎ'から分周比Ｎを減算した検出カ
ウント値差ΔＮ(＝Ｎ'−Ｎ)を生成する。そうすると、
まず、 Ｔ＝Ｎ／ｆ₁、Ｎ＝Ｔ・ｆ₁、Ｎ'＝Ｔ・ｆ₂ であることから、 ΔＮ＝Ｎ'−Ｎ＝(ｆ₁−ｆ₂)・Ｔ となり、ここで、 Δｆ＝ｆ₁−ｆ₂◎ であることから、 ΔＮ＝Δｆ・Ｔ となり、更に、 Ｔ＝Ｎ／ｆ₁◎ であることから、 ΔＮ＝Δｆ・(Ｎ／ｆ₁) となり、検出カウント値差ΔＮ＝Δｆ・(Ｎ／ｆ₁)が得
られることになる。

【００４４】次に、差周波数変換部１１Ｄは、一実施形
態として、このときも、上記した差周波数変換部１１と
同じくＲＯＭで構成したものが用いられている。そし
て、予め当該水晶発振回路において、各水晶発振部８、
９の夫々の発振周波数ｆ₁、ｆ₂ の差である差周波数Δ
ｆ(＝ｆ₁−ｆ₂)と目標発振出力周波数ｆ₀と発振周波数
ｆ₁ との差である補正周波数差δｆ(＝ｆ₀−ｆ₁)につい
て、ある温度範囲において温度の変化より異なった値を
示す差周波数Δｆの夫々毎に、その都度、対応する補正
周波数差δｆを測定する。

【００４５】そして、測定結果を、差周波数Δｆをアド
レスにし、補正周波数差δｆを出力データとしてＲＯＭ
に書き込んでおき、差周波数検出部１０から差周波数Δ
ｆが供給されたとき、これから補正周波数差δｆを読出
すようにするのであるが、このとき、差周波数Δｆに対
応して補正周波数差δｆを読出すことから、差周波数Δ
ｆについては差の値ΔＮ＝Δｆ・(Ｎ／ｆ₁)と変形し、
これに対応して、補正周波数差δｆについては補正値δ
Ｎ＝δｆ・(Ｎ／ｆ₁)と変形できるので、差周波数変換
部１１Ｄでは、検出カウント値差ΔＮから補正値δＮを
読出せるようにしたＲＯＭを用いて構成してある。

【００４６】次に、図５は、周波数加算部１２Ｄの詳細
で、図示のように、乗算器１２１、１２２と、加算器１
２３、累積器１２４、ＲＯＭ１２５、Ｄ／Ａコンバータ
１２６、それにローパスフィルタ１２７で構成されてい
る。そして、まず、乗算器１２１、１２２には所定の定
数ａと共に、夫々分周比Ｎと上記した補正値δＮ入力さ
れる。ここで、この定数ａは、通常は、分周比Ｎの逆
数、すなわち、 ａ＝１／Ｎ に設定され、これにより分周比Ｎとの積ａ・Ｎが１にな
るように設定されるが、必要に応じて、１／Ｎを中心と
して或る範囲内で異なった値が設定されることもあり、
この点については後述する。

【００４７】これにより乗算器１２１からは、分周比Ｎ
に定数ａが乗算されて数値ａ・Ｎが出力され、乗算器１
２２からは、補正値δＮに定数ａが乗算された数値ａ・
δＮが出力される。そして、これらの数値ａ・Ｎと数値
ａ・δＮが加算器１２３で加算され、加算値ｎ＝ａ・Ｎ
＋ａ・δＮが累積器１２４に入力される。

【００４８】ここで、補正値δＮ＝δｆ・(Ｎ／ｆ₁)
に、補正周波数差δｆ＝ｆ₀−ｆ₁ を代入すると、次の
(1)式となる。 δＮ＝(ｆ₀−ｆ₁)・(Ｎ／ｆ₁)＝｛(ｆ₀／ｆ₁)・Ｎ｝−Ｎ …………(1) そこで、加算値ｎ＝ａ・Ｎ＋ａ・δＮに、この(1)式に
よるδＮを代入してやると、 となり、ここで、上記したように、通常はａ・Ｎ＝１で
あることから、結局、 加算値ｎ＝ｆ₀／ｆ₁ となり、この加算値ｎは、周波数ｆ₀ と周波数ｆ₁ の比
を表わすデータとなっており、これが累積器１２４に入
力されることになる。

【００４９】累積器１２４は、図示のように、周波数ｆ
₁ の信号と加算値ｎ＝ｆ₀／ｆ₁ を入力し、周波数ｆ₁
のクロックで動作して周期Ｔ₀ (＝１／ｆ₀ )の鋸歯状波
データを生成し、これをＲＯＭ１２５に供給するが、こ
のＲＯＭ１２５には、鋸歯状波形のデータをアドレスと
して書込んだ正弦波形(又は余弦波形)のデータが格納し
てある。

【００５０】従って、加算値ｎ＝ｆ₀／ｆ₁ と周波数ｆ₁
の信号を累積器１２４に入力することにより、正弦波
形(又は余弦波形)のデータが、周波数ｆ₀ と同じ周期Ｔ
₀ でＲＯＭ１２５から出力されることになり、このＲＯ
Ｍ１２５の出力がＤ／Ａコンバータ１２６に供給される
ことになる。

【００５１】なお、この実施形態における累積器１２４
とＲＯＭ１２５については、ＤＤＳ(ダイレクト・ディ
ジタル波形合成)変調器ＩＣなどの製品名で知られてる
半導体回路が、例えば型式名ＡＤ７００８として市場に
供給されているので、それを使用すれば良く、従って、
詳しい説明については割愛する。

【００５２】ＲＯＭ１２５からＤ／Ａコンバータ１２６
に入力された正弦波形(又は余弦波形)のデータは、ここ
でアナログ信号に変換された後、ローパスフィルタ１２
７に入力され、ここで高調波成分が除かれることにな
り、この結果、充分に温度補正され、安定化された周波
数ｆ₀ (正確にはａ・Ｎ・ｆ₀)の基本波形からなる正弦
波信号(又は余弦波信号)が周波数加算部１２Ｄから出力
されることになる。

【００５３】次に、本発明の他の実施形態について、図
６により説明する。この図６において、６０は共振周波
数ｆ₁ を有する水晶共振子、６１は２種の周波数で発振
する水晶発振部、そして６２はＭ分周器であり、その他
の構成は、図３の実施形態と同じである。

【００５４】ここで、この図６の実施形態の場合、水晶
発振部６１は１個の水晶共振子６０を用いて基本周波数
ｆ₁ とＭ次オーバートーン周波数ｆ_M で発振動作して２
種の信号を発生し、このうち周波数ｆ₁ の信号について
はそのままにした上で、Ｍ次オーバートーン周波数ｆ_M
の信号についてはＭ分周器６２によりＭ分周し、これを
図３の実施形態における周波数ｆ₂ の信号として使用す
るようにしたものである。なお、Ｍは３以上の奇数であ
るが、実用上は３に限られる。

【００５５】ここで、一般的には、同じ水晶共振子から
基本共振周波数ｆ₁ とＭ次のオーバートーン周波数ｆ_M
の信号を取り出した場合、Ｍ次のオーバートーン周波数
は正しく基本共振周波数のＭ倍になっていると考えられ
ているが、実際には振動モードの違いなどから両者には
微妙な差が生じ、必ずしもｆ₁ ＝ｆ_M ／Ｍにならずに周
波数差Δｆ_D(＝ｆ₁−ｆ_M／Ｍ)が現れ、のみならず温度
依存性にも差を持ち、温度変化に伴って周波数差Δｆ_D
にも変化が生じる。

【００５６】そこで、本来は共振周波数ｆ₁ となるべき
筈の周波数ｆ₂ の信号として、Ｍ次のオーバートーン周
波数ｆ_M 信号をＭ分周して得た信号を用い、それらの差
である周波数差Δｆ_D を計測するようにしても、水晶共
振子の温度を計測したのと等価になり、従って、この図
６の実施形態によっても、水晶共振子６０の温度を検出
することなく容易に正しい温度補正が得られ、周波数が
ｆ₀ に安定化された出力信号を得ることができる。

【００５７】この図６の実施形態によれば、水晶共振子
が１個だけで済み、特殊な水晶共振子を必要としないの
で、小型軽量化が容易な上、コスト面でも有利であると
うう効果がある。

【００５８】次に、上記実施形態における分周比Ｎと定
数ａの値について、更に詳しく説明する。まず、分周比
Ｎは、上記実施形態における温度変化、つまり周波数変
化の検出精度を決める値で、分周比Ｎを大きくするほど
検出精度は高くなり、従って、要求される仕様に応じて
任意な値に設定してやれば良い。

【００５９】例えば、いま出力信号の周波数ｆ₀ がＭＨ
ｚオーダーであったとし、ここで周波数の検出精度を１
Ｈｚにするためには、１秒間当りのサイクル数の最後の
１桁の数値までカウントして検出する必要があるので、
この場合は、Ｎ＝１０⁶ となる。

【００６０】一方、この分周比Ｎにより、周波数検出部
１１Ｄにおける周期Ｔ、つまり１回当りの検出時間が決
まるので、大きくなるにつれカウント値の更新に要する
時間が長くなり、周波数安定化に対する応答性が低下す
る。

【００６１】ちなみに、上記の場合は、１回当りの検出
時間、つまり周期Ｔは１秒とかなり遅い応答性となる
が、一般的に、水晶発振回路の温度は気温により左右さ
れるだけなので、急激な変化の虞れは特に無く、従っ
て、かなり遅くてもあまり問題にはならない。

【００６２】次に、定数ａは、出力信号の周波数ｆ₀ に
対する分周比Ｎの影響を打ち消すために設定したもので
あり、従って、上記したように、通常は分周比Ｎの逆数
である１／Ｎに設定して使用する。

【００６３】しかし、この実施形態では、この定数ａの
値を１／Ｎから変えると出力信号の周波数ｆ₀ が変化す
ることに着目し、必要に応じて、この定数ａの値を、分
周比Ｎの逆数１／Ｎを中心として、それから僅かな大小
範囲内で任意な値に設定し、出力信号の周波数ｆ₀ を微
調整することについて提案するものである。

【００６４】よく知られているように、水晶共振子は、
その寸法により共振周波数が決るので、共振周波数は加
工精度の範囲内で各共振子毎に分布し、このため、一般
的にはトリマコンデンサによる周波数の微調整が採用さ
れているが、この場合、トリマコンデンサの特性変化が
新たな不安定要素になってしまう虞れがある。

【００６５】しかし、この実施形態によれば、このよう
な周波数の微調整が定数ａの設定で得られるので、新た
な不安定要素が付加される虞れがなく、充分に高い周波
数安定度の保持が容易である。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、水晶共振子の温度を検
出する必要がないので、温度センサの付加による影響を
受ける虞れが全くなく、従って、高い周波数安定度を容
易に保持させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水晶発振回路の一実施形態を示す
ブロック構成図である。

【図２】本発明による水晶発振回路における水晶共振子
の一実施形態を示す説明図である。

【図３】本発明による水晶発振回路のディジタル構成に
よる一実施形態を示すブロック構成図である。

【図４】本発明における差周波数検出部の一実施形態を
示すブロック構成図である。

【図５】本発明における周波数加算部の一実施形態を示
すブロック構成図である。

【図６】本発明による水晶発振回路の他の一実施形態を
示すブロック構成図である。

【図７】従来技術による高周波数安定度水晶発振回路の
一例を示すブロック構成図である。

【符号の説明】

７、７Ａ、７Ｂ、６０ 水晶共振子 ８、９ 水晶発振部 １０、１０Ｄ 差周波数検出部 １１、１１Ｄ 差周波数変換部 １２、１２Ｄ 周波数加算部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の水晶共振子を用いて周波数ｆ₁ の
   第１の信号を発生する第１の発振回路と、 前記第１の水晶共振子に熱的に結合した第２の水晶共振
   子を用いて周波数ｆ₂の第２の信号を発生する第２の発
   振回路と、 前記第１と第２の信号の差周波数Δｆ(＝ｆ₁−ｆ₂)を検
   出する差周波数検出手段と、 前記差周波数Δｆと、前記第１の信号の周波数ｆ₁ と目
   標周波数ｆ₀ の差を表わす補正周波数差δｆ(＝ｆ₀−ｆ
   ₁)の関係を予め実測し、その結果を、前記差周波数Δｆ
   をアドレス、前記補正周波数差δｆを出力データにして
   記憶したＲＯＭを用い、差周波数Δｆを補正周波数差δ
   ｆに変換して出力する差周波数変換手段と、 この差周波数変換手段から出力された補正周波数差δｆ
   を前記第１の信号の周波数ｆ₁ に加算する周波数加算手
   段とを備え、 この周波数加算手段から目標周波数ｆ₀ に安定化された
   発振出力信号を得るように構成したことを特徴とする水
   晶発振回路。
2. 【請求項２】 共振周波数ｆ₁ の水晶共振子を用い、基
   本周波数発振動作による周波数ｆ₁ の第１の信号と、Ｍ
   次オーバートーン発振動作による周波数ｆ_Mのオーバー
   トーン信号を発生する発振回路と、 前記オーバートーン信号の周波数ｆ_M をＭ分周して周波
   数ｆ₂ の第２の信号を出力する分周手段と、 前記第１と第２の信号の差周波数Δｆ(＝ｆ₁−ｆ₂)を検
   出する差周波数検出手段と、 前記差周波数Δｆと、前記第１の信号の周波数ｆ₁ と目
   標周波数ｆ₀ の差を表わす補正周波数差δｆ(＝ｆ₀−ｆ
   ₁)の関係を予め実測し、その結果を、前記差周波数Δｆ
   をアドレス、前記補正周波数差δｆを出力データにして
   記憶したＲＯＭを用い、差周波数Δｆを補正周波数差δ
   ｆに変換して出力する差周波数変換手段と、 この差周波数変換手段から出力された補正周波数差δｆ
   を前記第１の信号の周波数ｆ₁ に加算する周波数加算手
   段とを備え、 この周波数加算手段から目標周波数ｆ₀ に安定化された
   発振出力信号を得るように構成したことを特徴とする水
   晶発振回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、 前記差周波数検出手段が、前記第１の信号の周波数ｆ₁
   を分周比Ｎで分周して周期Ｔ(＝Ｎ／ｆ₁)を算出する手
   段と、前記第２の信号の周波数ｆ₂ を前記周期Ｔの期間
   毎にカウントしてカウント値Ｎ'(＝ｆ₂・Ｔ)を算出する
   手段と、前記カウント値Ｎ'から前記分周比Ｎを減算し
   て、減算値ΔＮ(＝Ｎ−Ｎ')を求め、この減算値ΔＮか
   ら前記差周波数Δｆを算出する手段とで構成され、 前記差周波数変換手段が、前記減算値ΔＮをアドレスと
   し、補正カウント値δＮ(＝δｆ・Ｔ＝δｆ・Ｎ／ｆ₁)
   を出力データとするＲＯＭで構成され、 前記周波数加算手段が、前記分周比Ｎと前記補正カウン
   ト値δＮの夫々に定数ａ(＝１／Ｎ)を乗算し加算して加
   算値ｎ(＝ａ・Ｎ＋ａ・δＮ＝ａ・(ｆ₀／ｆ₁)・Ｎ＝ｆ₀
   ／ｆ₁)を算出する手段と、この加算値ｎから周期Ｔ₀(＝
   １／ｆ₀)の鋸歯状波データを生成する手段と、前記鋸歯
   状波データを正弦波形(又は余弦波形)データに変換する
   手段と、前記正弦波形(又は余弦波形)データをアナログ
   値に変換する手段と、前記アナログ値から高調波成分を
   除去して周波数ｆ₀ の基本波形からなる正弦波信号(又
   は余弦波信号)を手段する手段で構成されていることを
   特徴とする水晶発振回路。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記定数ａが、１／Ｎを中心として或る範囲内で異なっ
   た値に設定されていることを特徴とする水晶発振回路。
5. 【請求項５】 熱的に結合された２個の水晶共振子で構
   成されていることを特徴とする水晶共振子。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記２個の水晶共振子が、同一水晶基板に２対の電極を
   設けることにより形成されていることを特徴とする水晶
   共振子。
7. 【請求項７】 請求項５において、 前記２個の水晶共振子が、共通の電極を挟んで結合され
   ている２枚の水晶基板で形成されていることを特徴とす
   る水晶共振子。