JP2014171199A - Temperature-compensated oscillator and method of manufacturing temperature-compensated oscillator - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の温度周波数特性を切り替えて動作させる。
【解決手段】温度補償発振器100は、周囲温度を検出する温度検出部3と、水晶振動子11を含む発振回路1と、発振回路1に設けられており、制御電圧に応じてインピーダンスが変化して発振回路の発振周波数を変化させる可変インピーダンス素子2と、温度補償発振器100の複数の温度周波数特性に関連付けて、周囲温度と制御電圧との関係を示す非線形関数の定数を記憶するEEPROM4と、複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択する選択部63と、選択部により選択された温度周波数特性に関連付けてEEPROM4に記憶された定数の非線形関数に基づいて、温度検出部3により検出された周囲温度に対応する制御電圧を出力する制御電圧出力部64と、を備える。
【選択図】図1A plurality of temperature frequency characteristics are switched and operated.
A temperature-compensated oscillator 100 is provided in a temperature detection unit 3 that detects an ambient temperature, an oscillation circuit 1 that includes a crystal resonator 11, and an oscillation circuit 1, and an impedance changes according to a control voltage. The variable impedance element 2 for changing the oscillation frequency of the oscillation circuit, the EEPROM 4 for storing constants of a nonlinear function indicating the relationship between the ambient temperature and the control voltage, in association with the plurality of temperature frequency characteristics of the temperature compensated oscillator 100, The temperature detecting unit 3 detects one temperature frequency characteristic from among the temperature detecting unit 63 based on a constant non-linear function stored in the EEPROM 4 in association with the temperature frequency characteristic selected by the selecting unit. A control voltage output unit 64 that outputs a control voltage corresponding to the ambient temperature.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、温度補償発振器及び温度補償発振器の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a temperature compensated oscillator and a method for manufacturing the temperature compensated oscillator.
従来、水晶振動子を含む発振回路を備え、温度周波数特性を所定の状態に保つ温度補償発振器が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2を参照)。図7は、従来の温度補償発振器200の構成例を示す図である。温度補償発振器200は、水晶振動子211を含む発振回路201と、可変インピーダンス素子202と、温度検出部203と、EEPROM204と、温度補償部206とを備える。
Conventionally, there has been known a temperature compensated oscillator that includes an oscillation circuit including a crystal resonator and maintains a temperature frequency characteristic in a predetermined state (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional temperature compensated
水晶振動子211には、温度変化に対して周波数が3次関数的に変化する温度周波数特性を有するATカット水晶片が用いられており、温度補償部206による温度補償を行っていない状態において、発振回路201は、図8に示されるような温度周波数特性を有している。
In the
温度補償部206は、可変インピーダンス素子202の温度周波数特性が、発振回路201の温度周波数特性を反転した温度周波数特性となるように可変インピーダンス素子202に電圧を印加する。すなわち、温度補償部206は、発振回路201の温度周波数特性を反転した温度周波数特性を3次関数で近似し、この3次関数に基づいて生成される電圧を可変インピーダンス素子202に印加することにより、温度補償発振器200の発振周波数の温度周波数偏移量を所定の閾値以下にすることができる。
The
ところで、温度補償発振器を搭載する製品によって、好適な温度周波数特性は異なる。また、温度補償発振器を搭載する製品の使用条件によっては、正の温度傾斜や負の温度傾斜のように異なる種類の温度周波数特性が必要とされる場合がある。例えば、温度補償発振器を搭載した試作品において、どのような温度周波数特性が好適であるかをテストする場合がある。 By the way, a suitable temperature frequency characteristic differs depending on a product equipped with a temperature compensated oscillator. In addition, depending on the use conditions of a product equipped with a temperature compensated oscillator, different types of temperature frequency characteristics such as a positive temperature gradient and a negative temperature gradient may be required. For example, there is a case where what temperature frequency characteristic is suitable for a prototype equipped with a temperature compensated oscillator is tested.
しかしながら、従来の温度補償発振器は温度周波数特性を変えられないので、製品ごとに異なる温度周波数特性の温度補償発振器を用いなければならなかった。また、好適な温度周波数特性を調べるためには、一の温度周波数特性についての動作テストが完了するごとに、試作品に、異なる温度周波数特性を有する温度補償発振器を装着し直す必要があり、作業が煩雑となっていた。 However, since the conventional temperature compensated oscillator cannot change the temperature frequency characteristic, it has been necessary to use a temperature compensated oscillator having a different temperature frequency characteristic for each product. In addition, in order to investigate a suitable temperature frequency characteristic, it is necessary to reattach a temperature compensated oscillator having a different temperature frequency characteristic to the prototype every time the operation test for one temperature frequency characteristic is completed. Was complicated.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数の温度周波数特性を切り替えて動作することができる温度補償発振器及び当該温度補償発振器の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a temperature compensated oscillator capable of operating by switching a plurality of temperature frequency characteristics, and a method for manufacturing the temperature compensated oscillator.
本発明の第1の態様においては、制御電圧に応じて発振周波数を変化させる温度補償発振器であって、周囲温度を検出する温度検出部と、振動子を含む発振回路と、前記発振回路に設けられており、前記制御電圧に応じてインピーダンスが変化して前記発振回路の発振周波数を変化させる可変インピーダンス素子と、前記温度補償発振器の複数の温度周波数特性に関連付けて、前記周囲温度と前記制御電圧との関係を示す非線形関数の定数を記憶する記憶部と、前記複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択する選択部と、前記選択部により選択された前記温度周波数特性に関連付けて前記記憶部に記憶された前記定数の前記非線形関数に基づいて、前記温度検出部により検出された前記周囲温度に対応する前記制御電圧を出力する制御電圧出力部と、を備える温度補償発振器を提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a temperature compensated oscillator that changes an oscillation frequency according to a control voltage, a temperature detection unit that detects an ambient temperature, an oscillation circuit that includes a vibrator, and the oscillation circuit. A variable impedance element that changes impedance according to the control voltage to change the oscillation frequency of the oscillation circuit, and the ambient temperature and the control voltage in association with a plurality of temperature frequency characteristics of the temperature compensated oscillator. A storage unit that stores a constant of a nonlinear function indicating a relationship between the temperature frequency characteristic, a selection unit that selects one temperature frequency characteristic from the plurality of temperature frequency characteristics, and the temperature frequency characteristic selected by the selection unit in association with the temperature frequency characteristic Based on the nonlinear function of the constant stored in the storage unit, the control voltage corresponding to the ambient temperature detected by the temperature detection unit is output. To provide a temperature compensated oscillator and a control voltage output unit.
上記の温度補償型水晶発振器は、前記温度補償発振器の動作モードを、前記調整用定数に基づいて前記制御電圧出力部に前記制御電圧を出力させる調整モードと、前記調整モードと異なる、前記定数に基づいて前記制御電圧出力部に前記制御電圧を出力させる通常動作モードとから選択するモード選択部をさらに備え、前記記憶部は、前記非線形関数の調整用定数を一時的に記憶し、前記制御電圧出力部は、前記動作モードが前記調整モードである場合に、前記記憶部に記憶された前記調整用定数の前記非線形関数に基づいて前記周囲温度に対応する前記制御電圧を出力し、前記動作モードが前記通常動作モードである場合に、前記記憶部に記憶された前記定数の前記非線形関数に基づいて、前記周囲温度に対応する前記制御電圧を生成してもよい。 In the temperature compensated crystal oscillator, the operation mode of the temperature compensated oscillator is different from the adjustment mode and the adjustment mode in which the control voltage output unit outputs the control voltage based on the adjustment constant. Based on a normal operation mode for causing the control voltage output unit to output the control voltage, the storage unit temporarily stores an adjustment constant for the nonlinear function, and the control voltage The output unit outputs the control voltage corresponding to the ambient temperature based on the nonlinear function of the adjustment constant stored in the storage unit when the operation mode is the adjustment mode, and the operation mode In the normal operation mode, the control voltage corresponding to the ambient temperature is generated based on the nonlinear function of the constant stored in the storage unit. Good.
上記の温度補償型水晶発振器は、前記複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択するための選択情報を取得する選択情報取得部をさらに備え、前記選択部は、前記選択情報に基づいて、前記複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択してもよい。 The temperature compensated crystal oscillator further includes a selection information acquisition unit that acquires selection information for selecting one temperature frequency characteristic from the plurality of temperature frequency characteristics, and the selection unit is based on the selection information. One temperature frequency characteristic may be selected from the plurality of temperature frequency characteristics.
本発明の第2の態様によれば、制御電圧に応じて発振周波数を変化させる発振回路を備える温度補償発振器の製造方法であって、前記制御電圧を出力するための非線形関数の調整用定数を、記憶部に複数記憶させる工程と、前記温度補償発振器の周囲温度を調整する工程と、前記周囲温度において、前記記憶部に記憶させた複数の前記調整用定数のそれぞれを適用した非線形関数に基づく制御電圧を出力した場合の前記発振周波数を、複数の前記調整用定数ごとに測定する工程と、前記調整用定数のそれぞれに基づいて測定された前記発振周波数と、当該発振周波数が測定された時の前記周囲温度とに基づいて、前記発振回路の複数の温度周波数特性のそれぞれに対応する前記制御電圧を生成するための定数を複数算出する工程と、複数の前記温度周波数特性に関連付けて、算出された複数の前記定数を前記記憶部に記憶させる工程と、を備える温度補償発振器の製造方法を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a temperature compensated oscillator including an oscillation circuit that changes an oscillation frequency in accordance with a control voltage, wherein a constant for adjusting a nonlinear function for outputting the control voltage is set. A step of storing a plurality of values in the storage unit, a step of adjusting the ambient temperature of the temperature compensated oscillator, and a non-linear function to which each of the plurality of adjustment constants stored in the storage unit is applied at the ambient temperature A step of measuring the oscillation frequency when a control voltage is output for each of the plurality of adjustment constants, the oscillation frequency measured based on each of the adjustment constants, and when the oscillation frequency is measured A plurality of constants for generating the control voltage corresponding to each of a plurality of temperature frequency characteristics of the oscillation circuit based on the ambient temperature of In association with the temperature-frequency characteristics, providing a step of storing a plurality of the constants calculated in the storage unit, a method of manufacturing a temperature compensated oscillator comprising a.
上記の温度補償発振器の製造方法は、前記定数を算出する工程において、前記周囲温度と前記周囲温度における前記発振周波数との関係を示す関係情報を複数取得し、取得した複数の前記関係情報と、前記複数の調整用定数に基づいて測定された前記発振周波数と、当該発振周波数が測定された時の前記周囲温度とに基づいて、前記定数を算出してもよい。 In the method of manufacturing the temperature compensated oscillator, in the step of calculating the constant, a plurality of pieces of relationship information indicating a relationship between the ambient temperature and the oscillation frequency at the ambient temperature are obtained, and the plurality of obtained relationship information, The constant may be calculated based on the oscillation frequency measured based on the plurality of adjustment constants and the ambient temperature when the oscillation frequency is measured.
本発明に係る水晶発振器によれば、複数の温度周波数特性を切り替えて動作することができるという効果を奏する。 The crystal oscillator according to the present invention has an effect that it can operate by switching a plurality of temperature frequency characteristics.
[温度補償発振器の回路構成]
図1は、本実施形態の温度補償発振器100の構成例を示す図である。
温度補償発振器100は、発振回路1と、可変インピーダンス素子2と、温度検出部3と、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)4と、温度補償部6とを備える。
[Circuit configuration of temperature compensated oscillator]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a temperature compensated
The temperature compensated
発振回路1は、水晶振動子11と、増幅回路と、可変インピーダンス素子2とを備える。水晶振動子11は、例えば、ATカット水晶片を用いた水晶振動子(ATカット水晶振動子)である。なお、発振回路1は、水晶振動子11に替えて、周波数発振素子であれば、MEMS(Micro Electro Mechanical System)素子、又は2次関数に近似できる弾性表面波素子といった圧電素子を備えてもよい。
The oscillation circuit 1 includes a
可変インピーダンス素子2は、例えば、バリキャップダイオード、又はFETと抵抗との直列接続によって構成される素子群である。可変インピーダンス素子2は、水晶振動子11から見たインピーダンスが変化するように配置されている。可変インピーダンス素子2は、後述の温度補償部6が発生させた制御電圧に応じてインピーダンスが変化する。インピーダンスが変化することにより、可変インピーダンス素子2は、発振回路1の発振周波数を変化させる。
The
温度検出部3は、例えば、周囲温度を検出し、周囲温度に応じたアナログ信号を出力する温度センサである。なお、温度検出部3は、温度に応じたアナログ信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を出力してもよい。
The
EEPROM4は、記憶部として機能し、電源が供給されない状態においても、記憶されたデータを保持する。EEPROM4は、温度補償発振器100の複数の温度周波数特性に関連付けて、周囲温度と制御電圧との関係を示す非線形関数の定数を記憶する。本実施形態における「非線形関数の定数」は、非線形関数に含まれる係数及び定数を総称したものである。本実施形態では、非線形関数として、水晶振動子11の温度周波数特性を簡易的に近似することができる3次関数を用いるものとするが、非線形関数としてその他の高次関数を用いてもよい。なお、EEPROM4に代えて、レーザートリミング、ツェナーザッピング、電流トリミング等によりデータを書き込み、書き込んだデータを保持できる素子を用いてもよい。
The EEPROM 4 functions as a storage unit and holds stored data even when power is not supplied. The
さらに、EEPROM4は、制御電圧を出力するための非線形関数の調整用定数を記憶する。この調整用定数は、後述の動作モードが調整モードである場合に、温度補償部6が制御電圧を出力するときに用いられる。この処理の詳細については後述する。
Furthermore, the
本実施形態において、複数の温度周波数特性は、例えば、周囲温度に対する周波数偏移量の割合を示す温度傾斜がそれぞれ異なる。図2は、本実施形態に係る複数の温度周波数特性の例を示す図である。横軸は周囲温度を示し、縦軸は、周囲温度が基準温度(例えば25℃)であるときの発振周波数に対する周波数偏移量を示す。図2Aは、温度傾斜がほぼ0の温度周波数特性を示す図である。図2Bは、正の温度傾斜を有する温度周波数特性を示す図である。図2Cは、負の温度傾斜を有する温度周波数特性を示す図である。図2Dは、温度傾斜が基準温度付近で正から負に変化する凸の温度傾斜を有する温度周波数特性を示す図である。 In the present embodiment, the plurality of temperature frequency characteristics have different temperature gradients indicating the ratio of the frequency shift amount to the ambient temperature, for example. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a plurality of temperature frequency characteristics according to the present embodiment. The horizontal axis indicates the ambient temperature, and the vertical axis indicates the frequency shift amount with respect to the oscillation frequency when the ambient temperature is the reference temperature (for example, 25 ° C.). FIG. 2A is a diagram showing a temperature frequency characteristic with a temperature gradient of almost zero. FIG. 2B is a diagram illustrating a temperature frequency characteristic having a positive temperature gradient. FIG. 2C is a diagram illustrating a temperature frequency characteristic having a negative temperature gradient. FIG. 2D is a diagram showing a temperature frequency characteristic having a convex temperature gradient in which the temperature gradient changes from positive to negative near the reference temperature.
正の温度傾斜を有する温度周波数特性は、温度が低ければ低いほど、周波数が基準温度における周波数よりも低くなり、温度が高ければ高いほど、周波数が基準温度における周波数よりも高くなる特性を有している。
負の温度傾斜を有する温度周波数特性は、温度が低ければ低いほど、周波数が基準温度における周波数よりも高くなり、温度が高ければ高いほど、周波数が基準温度における周波数よりも低くなる特性を有している。
凸の温度傾斜を有する温度周波数特性は、温度が基準温度から離れれば離れるほど周波数が基準温度における周波数よりも低くなる特性を有している。
The temperature frequency characteristic with a positive temperature gradient has the characteristic that the lower the temperature, the lower the frequency at the reference temperature, and the higher the temperature, the higher the frequency at the reference temperature. ing.
The temperature frequency characteristic with a negative temperature gradient has the characteristic that the lower the temperature, the higher the frequency at the reference temperature, and the higher the temperature, the lower the frequency at the reference temperature. ing.
The temperature frequency characteristic having a convex temperature gradient has a characteristic that the frequency is lower than the frequency at the reference temperature as the temperature is further away from the reference temperature.
図3は、本実施形態に係る温度補償部6の機能構成図である。図3に示すように、温度補償部6は、モード選択部61、選択情報取得部62、選択部63、及び制御電圧出力部64として機能する。また、温度補償部6には、選択情報取得部62に対して信号を入力するための入力端子7が接続されている。
FIG. 3 is a functional configuration diagram of the
モード選択部61は、温度補償発振器100の動作モードを、調整モードと、調整モードとは異なる通常動作モードとから選択する。例えば、モード選択部61は、温度補償部6を構成する回路の入力端子7から入力された信号に基づいて動作モードを選択する。ここで、調整モードは、3次関数の調整用定数に基づいて制御電圧を出力させるモードである。調整モードを用いた測定結果に基づいて、通常動作モードで用いられる複数の定数を算出することにより、温度補償発振器100を製造することができる。
The mode selection unit 61 selects an operation mode of the temperature compensated
通常動作モードは、EEPROM4に記憶され、選択部63により選択された温度周波数特性に対応する定数に基づいて、制御電圧出力部64に制御電圧を出力させるモードである。通常動作モードは、調整モードにおいて複数の3次関数の定数が決定した後に選択されるモードである。温度補償発振器100は、調整モードを用いて予め算出された複数の温度周波数特性に対応する定数をEEPROM4に保持させておき、通常動作モードで、EEPROM4に保持された定数を用いて、好適な温度周波数特性に従った発振信号を出力することができる。
The normal operation mode is a mode in which the control
選択情報取得部62は、通常動作モードにおいて、複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択するための選択情報を取得する。具体的には、選択情報取得部62は、入力端子7に入力されたシリアル信号が示す選択情報を取得する。ここで、選択情報は、例えば、予め複数の温度周波数特性のそれぞれに割り当てられたコードである。
The selection
選択部63は、通常動作モードにおいて、選択情報取得部62により取得された選択情報に基づいて、複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択する。選択部63は、例えば、温度補償部6を構成する回路に設けられたレジスタに対して、取得した選択情報に対応する一の温度周波数特性を示す3次関数の定数が記憶されているEEPROM4のアドレスを記憶させることにより、一の温度周波数特性を選択する。
The
選択情報取得部62及び選択部63は、予め温度周波数特性に割り当てられたコードを用いる方法以外の方法によって一の温度周波数特性を選択してもよい。例えば、選択情報取得部62が、温度周波数特性に関するデータを示すシリアル信号を受信し、選択部63が受信したデータに基づいて複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択してもよい。温度周波数特性に関するデータは、例えば、温度周波数特性を示す曲線の変曲点の周囲温度及び周波数を示すデータや、当該曲線の始点や終点等における基準温度からの周波数偏移量を示すデータや、温度周波数特性が有する傾きを示すデータ等である。選択部63は、複数の温度周波数特性それぞれの定数に基づいて、温度周波数特性を示す曲線の変曲点、及びそれぞれの周囲温度における周波数偏移量を算出し、これら受信したデータとの比較を行う。そして、選択部63は、受信したデータが示す温度周波数特性と最も近い温度周波数特性を選択する。
The selection
なお、EEPROM4に対して、複数の温度周波数特性それぞれに関連付けて、温度周波数特性を示す曲線の変曲点、及びそれぞれの周囲温度における周波数偏移量等のデータを記憶させておき、選択部63は、これらのデータと、受信したデータとの類似度を算出して温度周波数特性を選択してもよい。
The
制御電圧出力部64は、動作モードが調整モードである場合に、EEPROM4に記憶された調整用定数の3次関数に基づいて、温度検出部3により検出された周囲温度に対応する制御電圧を出力する。
また、制御電圧出力部64は、動作モードが通常動作モードである場合に、選択部63により選択された温度周波数特性に関連付けてEEPROM4に記憶された定数の3次関数に基づいて、温度検出部3により検出された周囲温度に対応する制御電圧を生成する。
The control
In addition, when the operation mode is the normal operation mode, the control
[調整モードにおける処理]
上述のとおり、調整モードと、通常動作モードとでは、温度補償発振器100の動作は異なる。まず、調整モードの処理について、フローチャートを用いながら説明する。図4は、本実施形態に係る調整モードを用いて、温度補償発振器100を製造するシステムの概要を示す図である。図5は、本実施形態に係る温度補償発振器を製造する処理の流れを示すフローチャートである。
[Processing in adjustment mode]
As described above, the operation of the temperature compensated
図4に示すように、調整モードに設定された温度補償発振器100を温度試験槽20に収容し、コンピュータ30と、周波数測定器40と接続する。次に、温度試験槽20の内部の温度が所定の範囲内の温度になるように、コンピュータ30により温度が調整される。
As shown in FIG. 4, the temperature compensated
続いて、コンピュータ30は、制御電圧を出力するための3次関数の調整用定数を、EEPROM4に複数記憶させる。コンピュータ30は、温度試験槽20の温度を第1の温度に設定して、温度補償発振器100の周囲温度を調整する(S1)。
Subsequently, the
続いて、コンピュータ30は、周波数測定器40を介して、S1で調整した周囲温度において、EEPROM4に記憶させた複数の調整用定数のそれぞれを適用した3次関数に基づく制御電圧を出力した場合の温度補償発振器100の発振周波数を、複数の調整用定数ごとに測定する。
Subsequently, the
すなわち、コンピュータ30は、調整用定数を調整しながら、発振周波数を測定する(S2)。具体的には、制御電圧出力部64は、EEPROM4に記憶された複数の調整用定数の3次関数に基づいて制御電圧を出力する。次に、EEPROM4に記憶された調整用定数に基づいて温度補償部6が発生する制御電圧が可変インピーダンス素子2に印加された状態で出力される発振信号の周波数を、周波数測定器40に測定させる。コンピュータ30は、周囲温度と、当該周囲温度において測定された発振信号の周波数との関係を示す関係情報を、コンピュータ30の内部のメモリに記憶させる。
That is, the
続いて、コンピュータ30は、予め用意された全ての温度について周波数を測定したか否かを判定する(S3)。コンピュータ30は、全ての温度において調整用定数を調整しながら周波数を測定したと判定した場合、S4に処理を移し、全ての温度において周波数を測定していないと判定した場合、S1に処理を移す。
Subsequently, the
続いて、コンピュータ30は、周囲温度と、当該周囲温度における温度補償発振器100の発振周波数との関係を示す関係情報を複数取得し、取得した複数の関係情報と、複数の調整用定数に基づいて測定された発振周波数と、当該発振周波数が測定されたときの周囲温度とに基づいて、定数を算出する(S4)。具体的には、コンピュータ30は、まず、定数を算出すべき温度周波数特性を特定する情報を取得する。温度周波数特性を特定する情報は、複数の周囲温度と当該温度における周波数偏差量との関係を示す情報である。
Subsequently, the
次に、コンピュータ30は、各周囲温度においてそれぞれの調整用定数で測定された発振周波数と、当該周囲温度とに基づいて、温度補償発振器100の複数の温度周波数特性のそれぞれに対応する制御電圧を生成するための定数を複数算出する(S4)。続いて、コンピュータ30は、複数の温度周波数特性のそれぞれに対応する定数をEEPROM4に記憶させる(S5)。
上述のように処理を行うことで、複数の温度周波数特性で動作する温度補償発振器100が製造される。
Next, the
By performing the processing as described above, the temperature compensated
以下、制御電圧を生成するための定数を算出する処理について詳細に説明する。
一般的にATカット水晶振動子を用いた水晶発振回路の発振信号の発振周波数fxは、周囲温度Tの3次関数により、近似的に以下の(1)式で表される。
fx=αx(T−T0x)3+βx(T−T0x)+γx …(1)
ここで、αx、βx、γxは、個々のATカット水晶振動子に固有の定数であり、βxは、水晶片の切断角度に依存する。また、T0xは、変曲点温度であり、通常は25℃前後である。
Hereinafter, processing for calculating a constant for generating the control voltage will be described in detail.
The oscillation frequency f x of the general oscillation signal of the crystal oscillator circuit using an AT-cut crystal oscillator, the third-order function of the ambient temperature T, is approximately expressed by the following equation (1).
f x = α x (T−T 0x ) 3 + β x (T−T 0x ) + γ x (1)
Here, α x , β x , and γ x are constants specific to each AT-cut crystal resonator, and β x depends on the cutting angle of the crystal piece. T 0x is the inflection point temperature, and is usually around 25 ° C.
また、制御電圧出力部64は、周囲温度Tに対して理想3次曲線に近似される制御電圧を出力する。この制御電圧は、
Vc´=α´(T−T0´)3+β´(T−T0´)+γ´…(2)
で表される。
The control
V c ′ = α ′ (T−T 0 ′) 3 + β ′ (T−T 0 ′) + γ ′ (2)
It is represented by
コンピュータ30は、複数の温度周波数特性に対応する3次関数の定数を算出するために、(2)式に対応するα´、β´、γ´及びT0´の複数の組み合わせを調整用定数として、EEPROM4に記憶させる。そして、コンピュータ30は、複数の周囲温度において、温度補償発振器100に、それぞれの調整用定数を用いて制御電圧を出力させる。ここで、複数の周囲温度それぞれにおいて用いる調整用定数は、それぞれ異なるものであってよい。コンピュータ30は、調整用定数を温度補償発振器100に適用して発振周波数を測定し、目標とする周波数温度特性に対する最適な3次関数の係数及び定数を求めることができる。
In order to calculate a constant of a cubic function corresponding to a plurality of temperature frequency characteristics, the
[通常動作モードにおける処理]
続いて、通常動作モードで温度補償部6において行われる処理について、フローチャートを用いながら説明する。図6は、本実施形態に係る3次関数の定数を選択して発振信号を出力する場合の処理の流れを示すフローチャートである。
[Processing in normal operation mode]
Next, processing performed in the
通常動作モードにおいて、選択情報取得部62は、一の温度周波数特性を選択する(S11)。具体的には、選択情報取得部62は、入力端子7に入力されたシリアル信号が示す選択情報を取得することにより、EEPROM4に記憶されている複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択するための選択情報を取得する。
In the normal operation mode, the selection
続いて、選択部63は、選択情報取得部62が取得した選択情報に基づいて、EEPROM4に記憶されている複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択する。選択部63は、例えば、一の温度周波数特性を示す3次関数の定数が記憶されているEEPROM4のアドレスを選択して、温度補償部6を構成する回路に設けられたレジスタに記憶させる(S12)。
Subsequently, the
なお、S11及びS12の処理は、入力端子7から複数の選択情報を取得することにより、複数回実行可能である。すなわち、通常動作モードにおいて、選択情報取得部62は、温度周波数特性が既に選択されているか否かに関わらず、複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を任意に選択可能である。このようにすることで、温度補償発振器100を試作品等の基板に装着して動作テストをする場合に、温度補償発振器100を取り外すことなく、複数の温度周波数特性それぞれについての動作テストを行うことができる。
Note that the processing of S11 and S12 can be executed a plurality of times by acquiring a plurality of selection information from the input terminal 7. That is, in the normal operation mode, the selection
続いて、制御電圧出力部64は、選択部63により選択された温度周波数特性に関連付けてEEPROM4に記憶された定数の3次関数に基づいて、温度検出部3により検出された周囲温度に対応する制御電圧を出力する(S13)。具体的には、制御電圧出力部64は、温度補償部6を構成する回路に設けられたレジスタから、一の温度周波数特性を示す情報に対応する定数が記憶されているEEPROM4のアドレスを取得する。続いて、制御電圧出力部64は、当該アドレスに対応する定数をEEPROM4から取得する。続いて、制御電圧出力部64は、温度検出部3が検出した温度及び取得した定数に基づいて3次関数を演算して周囲温度に対応する制御電圧を出力する。
Subsequently, the control
これにより、制御電圧出力部64は、動作モードが通常動作モードである場合に、EEPROM4に記憶された複数の温度周波数特性に対応する複数の定数のうち、いずれかに対応する定数の3次関数に基づいて、制御電圧を生成する。制御電圧が出力されると、温度補償発振器100は、選択された温度周波数特性を満たす周波数で発振する(S14)。
Thereby, when the operation mode is the normal operation mode, the control
以上、本実施形態によれば、温度補償発振器100は、水晶振動子11を含む発振回路1と、周囲温度を検出する温度検出部3と、発振回路1に接続され、制御電圧に応じてインピーダンスが変化して発振回路の発振周波数を変化させる可変インピーダンス素子2と、温度補償発振器100の複数の温度周波数特性に関連付けて、周囲温度と制御電圧との関係を示す3次関数の定数を記憶するEEPROM4と、複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択する選択部63と、選択部により選択された温度周波数特性に関連付けてEEPROM4に記憶された定数の3次関数に基づいて、温度検出部3により検出された周囲温度に対応する制御電圧を出力する制御電圧出力部64と、を備える。このようにすることで、温度補償発振器100は、複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択して動作することができる。したがって、温度補償発振器100のユーザは、所望の温度周波数特性の発振信号を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the temperature compensated
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
1・・・発振回路、2・・・可変インピーダンス素子、3・・・温度検出部、4・・・EEPROM、6・・・温度補償部、11・・・水晶振動子、30・・・コンピュータ、40・・・周波数測定器、61・・・モード選択部、62・・・選択情報取得部、63・・・選択部、64・・・制御電圧出力部、100・・・温度補償発振器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oscillator circuit, 2 ... Variable impedance element, 3 ... Temperature detection part, 4 ... EEPROM, 6 ... Temperature compensation part, 11 ... Crystal oscillator, 30 ...
Claims (5)
周囲温度を検出する温度検出部と、
振動子を含む発振回路と、
前記発振回路に設けられており、前記制御電圧に応じてインピーダンスが変化して前記発振回路の発振周波数を変化させる可変インピーダンス素子と、
前記温度補償発振器の複数の温度周波数特性に関連付けて、前記周囲温度と前記制御電圧との関係を示す非線形関数の定数を記憶する記憶部と、
前記複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記温度周波数特性に関連付けて前記記憶部に記憶された前記定数の前記非線形関数に基づいて、前記温度検出部により検出された前記周囲温度に対応する前記制御電圧を出力する制御電圧出力部と、
を備える温度補償発振器。 A temperature compensated oscillator that changes the oscillation frequency according to the control voltage,
A temperature detector for detecting the ambient temperature;
An oscillation circuit including a vibrator;
A variable impedance element that is provided in the oscillation circuit and changes an oscillation frequency according to the control voltage to change an oscillation frequency of the oscillation circuit;
A storage unit that stores a constant of a nonlinear function indicating a relationship between the ambient temperature and the control voltage in association with a plurality of temperature frequency characteristics of the temperature compensated oscillator;
A selection unit for selecting one temperature frequency characteristic from the plurality of temperature frequency characteristics;
The control voltage corresponding to the ambient temperature detected by the temperature detection unit is output based on the nonlinear function of the constant stored in the storage unit in association with the temperature frequency characteristic selected by the selection unit. A control voltage output unit to
A temperature compensated oscillator comprising:
前記記憶部は、前記非線形関数の調整用定数を一時的に記憶し、
前記制御電圧出力部は、前記動作モードが前記調整モードである場合に、前記記憶部に記憶された前記調整用定数の前記非線形関数に基づいて前記周囲温度に対応する前記制御電圧を出力し、前記動作モードが前記通常動作モードである場合に、前記記憶部に記憶された前記定数の前記非線形関数に基づいて、前記周囲温度に対応する前記制御電圧を生成する、
請求項1に記載の温度補償発振器。 The operation mode of the temperature compensated oscillator is different from the adjustment mode in which the control voltage output unit outputs the control voltage based on the adjustment constant, and the control voltage output unit based on the constant is different from the adjustment mode. A mode selection unit for selecting from a normal operation mode for outputting a control voltage;
The storage unit temporarily stores a constant for adjusting the nonlinear function,
The control voltage output unit outputs the control voltage corresponding to the ambient temperature based on the nonlinear function of the adjustment constant stored in the storage unit when the operation mode is the adjustment mode, When the operation mode is the normal operation mode, the control voltage corresponding to the ambient temperature is generated based on the nonlinear function of the constant stored in the storage unit.
The temperature compensated oscillator according to claim 1.
前記選択部は、前記選択情報に基づいて、前記複数の温度周波数特性から一の温度周波数特性を選択する、
請求項1又は2に記載の温度補償発振器。 A selection information acquisition unit for acquiring selection information for selecting one temperature frequency characteristic from the plurality of temperature frequency characteristics;
The selection unit selects one temperature frequency characteristic from the plurality of temperature frequency characteristics based on the selection information;
The temperature compensated oscillator according to claim 1 or 2.
前記制御電圧を出力するための非線形関数の調整用定数を、記憶部に複数記憶させる工程と、
前記温度補償発振器の周囲温度を調整する工程と、
前記周囲温度において、前記記憶部に記憶させた複数の前記調整用定数のそれぞれを適用した非線形関数に基づく前記制御電圧を出力した場合の前記発振周波数を、複数の前記調整用定数ごとに測定する工程と、
前記調整用定数のそれぞれに基づいて測定された前記発振周波数と、当該発振周波数が測定された時の前記周囲温度とに基づいて、前記発振回路の複数の温度周波数特性のそれぞれに対応する前記制御電圧を生成するための定数を複数算出する工程と、
複数の前記温度周波数特性に関連付けて、算出された複数の前記定数を前記記憶部に記憶させる工程と、
を備える温度補償発振器の製造方法。 A method of manufacturing a temperature compensated oscillator including an oscillation circuit that changes an oscillation frequency according to a control voltage,
Storing a plurality of non-linear function adjustment constants for outputting the control voltage in a storage unit;
Adjusting the ambient temperature of the temperature compensated oscillator;
At the ambient temperature, the oscillation frequency when the control voltage is output based on a nonlinear function to which each of the plurality of adjustment constants stored in the storage unit is applied is measured for each of the plurality of adjustment constants. Process,
The control corresponding to each of a plurality of temperature frequency characteristics of the oscillation circuit based on the oscillation frequency measured based on each of the adjustment constants and the ambient temperature when the oscillation frequency was measured. Calculating a plurality of constants for generating a voltage;
Storing the plurality of calculated constants in the storage unit in association with a plurality of the temperature frequency characteristics;
A method for manufacturing a temperature compensated oscillator.
前記周囲温度と前記周囲温度における前記発振周波数との関係を示す関係情報を複数取得し、
取得した複数の前記関係情報と、前記複数の調整用定数に基づいて測定された前記発振周波数と、当該発振周波数が測定された時の前記周囲温度とに基づいて、前記定数を算出する、
請求項4に記載の温度補償発振器の製造方法。 In the step of calculating the constant,
Obtaining a plurality of relationship information indicating the relationship between the ambient temperature and the oscillation frequency at the ambient temperature;
Calculating the constant based on the plurality of obtained relationship information, the oscillation frequency measured based on the plurality of adjustment constants, and the ambient temperature when the oscillation frequency is measured;
The manufacturing method of the temperature compensation oscillator of Claim 4.
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