CN103701461A - 振荡装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振荡装置，可在具有晶体振荡器(恒温控制晶体振荡器)的振荡装置中获得频率的稳定度高的振荡输出，该晶体振荡器检测晶体振子放置的环境的温度，并基于其检测结果而控制加热部来使所述环境的温度为固定。如果将第1晶体振子的振荡输出设为f1，及将第2晶体振子的振荡输出设为f2，且将基准温度时的所述振荡输出的振荡频率分别设为f1r、f2r，则通过频率差检测部而运算{(f2-f1)／f1}-{(f2r-f1r)／f1r}。将基于该值与晶体振子、晶体振子放置的环境的温度设定值的偏差量的积分值而得的值，设为对输入至包含锁相回路的主体电路部的频率设定值进行修正的频率修正值。

Description

振荡装置

技术领域

本发明涉及一种包含锁相回路(Phase locked loop，PLL)的振荡装置，该振荡装置用以基于一面调节晶体振子(crystal unit)放置的环境的温度且一面产生的时钟(clock)信号，而生成与频率设定值对应的振荡输出。

背景技术

在晶体振荡器装入至要求极高的频率稳定度的振荡装置中的情形时，通常使用恒温控制晶体振荡器(oven controlled crystal oscillator，OCXO)。恒温控制晶体振荡器的温度控制是使用热敏电阻(thermistor)作为温度检测器，且使用运算放大器、电阻、电容器等的分立零件(discrete part)来构成，但由于模拟零件(analog part)各自的偏差或经年变化，而无法进行例如+20m℃的温度控制。

然而，在基站或中继站等中、要求低价地使用极高稳定度的时钟信号，因此可预测以往的恒温控制晶体振荡器处于难以应对的状况。尤其，即便在如恒温控制晶体振荡器般进行温度控制的情形时，例如在基于外部气温的急剧变动而使晶体振荡器放置的环境温度产生变化或温度控制产生不良情况的情形时等，也会成为导致频率稳定度降低的因素。

专利文献1的图2及图3中，记载有在共同的晶体片设置2对电极来构成2个晶体振子(晶体共振器)。此外，段落0018中记载有对应于温度变化而在2个晶体振子之间出现频率差，因此与通过计测该频率差而计测温度的情况相同。而且使该频率差Δf与应修正的频率的量的关系存储在只读存储器(read-only memory，ROM)中，且基于Δf而读出频率修正量。

然而，该方法涉及基于温度检测来对振荡频率进行修正的温度补偿晶体振荡器(temperature compensated crystal oscillator，TCXO)，而并不涉及恒温控制晶体振荡器。

而且，如段落0019中所记载般，必须以使所期望的输出频率f0与2个晶体振子各自的频率f1、频率f2成为

的关系的方式，来对晶体振子进行调整，由此存在晶体振子的制造步骤变得复杂，而且无法获取高良率的问题。进而此外，对来自各晶体振子的频率信号即时钟，进行固定时间的计数并求出其差分(f1-f2)，因此检测精度直接影响到检测时间，难以进行高精度的温度补偿。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2001-292030号

发明内容

本发明是在所述情况下完成的，其目的在于提供一种在具有晶体振荡器(恒温控制晶体振荡器)的振荡装置中，可获得频率的稳定度高的振荡输出的振荡装置，该晶体振荡器检测晶体振子放置的环境的温度，并基于其检测结果而控制加热部来使所述环境的温度为固定。

本发明的振荡装置具有包含锁相回路的主体电路部，锁相回路将与晶体振子连接的时钟输出用的振荡电路的输出设为时钟信号，而主体电路部生成与频率设定值对应的振荡装置的振荡输出，该振荡装置的特征在于包括：

加热部，用以实现所述晶体振子放置的环境的温度的固定化；

第1晶体振子，在晶体片设置第1电极而构成；

第2晶体振子，在晶体片设置第2电极而构成；

第1振荡电路及第2振荡电路，分别与所述第1晶体振子及第2晶体振子连接；

频率差检测部，当将第1振荡电路的振荡频率设为f1，将基准温度时的第1振荡电路的振荡频率设为f1r，将第2振荡电路的振荡频率设为f2，且将基准温度时的第2振荡电路的振荡频率设为f2r时，求出和对应于f1与f1r的差分的值、与对应于f2与f2r的差分的值的差分值对应的值，来作为温度检测值；

用于取出所述加热部的温度设定值与所述温度检测值的偏差量的加法部；

积分电路部，将由该加法部取出的偏差量进行积分并输出；

电路部，基于从所述积分电路部输出的积分值而控制对所述加热部供给的电力；

修正值取得部，基于从所述积分电路部输出的积分值，而获取用以对所述主体电路部的输出频率进行修正的频率修正值，该主体电路部的输出频率是基于因所述环境的温度与所述加热部的温度设定值不同而导致所述时钟信号变化的情况；以及用于将所述频率设定值与所述频率修正值相加的加法部。

所述振荡装置也可具有下述特征。

(a)所述时钟输出用的振荡电路与所述第1振荡电路及第2振荡电路中的一方为共用的。

(b)和对应于f1与f1r的差分的值、与对应于f2与f2r的差分的值的差分值对应的值为{(f2-f2r)／f2r}-{(f1-f1r)／f1r}。

(c)第1振荡电路及第2振荡电路分别以谐波(overtone)作为振荡输出。

(d)所述主体电路部具有直接数字合成(direct digital synthesizer，DDS)电路部，所述DDS电路部将基于所述时钟信号与所述经修正的频率设定值而产生的频率信号，输出至所述锁相回路的相位比较器。

(e)所述修正值取得部是：以相对于所述积分电路部输出积分值的间隔，而使由所述加法部将频率设定值与频率修正值相加的间隔拉长的方式，以预先设定的间隔拉长频率修正值的输出的间隔。

发明的效果

根据本发明，通过从与晶体振子放置的环境的温度对应的积分电路部的积分值获取的频率修正值，而对输入至包含锁相回路的主体电路部的频率设定值进行修正，由此可抵消所述环境温度的变化的影响而获得稳定度高的振荡输出。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的整体构成的方块图。

图2是表示本发明的实施方式的一部分的方块图。

图3是图2所示的一部分的输出的波形图。

图4(a)、图4(b)、图4(c)是示意性地表示图2所示的包含直接数字合成电路部的回路的未锁定的状态中各部分的波形图。

图5(a)、图5(b)、图5(c)是示意性地表示图2所示的包含直接数字合成电路部的回路的锁定的状态中各部分的波形图。

图6(a)、图6(b)是与所述实施方式对应的实际的装置的所述回路的各部分的波形图。

图7是表示第1振荡电路的频率f1及第2振荡电路的频率f2与温度的关系的频率温度特性图。

图8是表示将f1的变化率及f2的变化率分别以基准温度时的值标准化而得的值与温度的关系的频率温度特性图。

图9是表示将f1的变化率以基准温度时的值标准化而得的值和将f2的变化率以基准温度时的值标准化而得的值的差分ΔF与温度的关系的频率温度特性图。

图10是表示频率差检测部的数字输出值与温度的关系的特性图。

图11是表示加热部的控制电路的电路图。

图12是表示所述实施方式的振荡装置的构造的概略纵断侧视图。

图13是表示回路滤波器的输出与加热器电路的电压、环境温度的关系的特性图。

图14是表示晶体振子放置的环境温度与输出频率的关系的特性图。

图15是表示修正值取得部的方块图。

图16是来自控制电路部的输出频率的温度特性图。

附图标记：

1：第1振荡电路

2：第2振荡电路

3：频率差检测部

5：加热器电路

6：加法部

10：第1晶体振子

11：电极

12：电极

20：第2晶体振子

21、22：电极

30：存储器

31：触发器电路

32：单触发电路

33：锁存电路

35、42：加法部

36、201：直接数字合成电路部

37：平均化电路

41：修正值取得部

51：容器

52：印刷基板

63：低通滤波器

64：晶体管

65：电阻

62：脉宽调制内插部

100：电压控制振荡器

200：控制电路部

202：电荷泵

204：分频器

205：相位频率比较部

206、61、34：回路滤波器

300：集成电路部

411：放大器

412：抽取滤波器

Δf：频率差

f1、f2：频率

Δfr：基准温度

Vc：电源部

ΔF：差分

Xb：晶体片

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式的振荡装置的整体的方块图。该振荡装置包括：电压控制振荡器100(voltage controlled crystal oscillator，VCXO)，构成为输出所设定的频率的频率信号(振荡输出)的频率合成器(frequencysynthesizer)，且使用晶体振子；控制电路部200(主体电路部)，构成该电压控制振荡器100中的锁相回路；晶体振荡器(未附符号)，生成用以使直接数字合成电路部201(direct digital synthesizer circuit portion，DDS circuit portion)工作的时钟信号，该直接数字合成电路部201生成所述锁相回路的参考信号；以及作为加热部的加热器电路5，用以调整该晶体振荡器中的晶体振子10、晶体振子20放置的环境的温度(以下称作环境温度)。由此，晶体振荡器为恒温控制晶体振荡器。

此外，该振荡装置也具有对从控制电路部200输出的输出频率进行温度补偿的功能。对于进行温度补偿的电路部分未附符号，但相当于图1中的较控制电路部200更靠左侧的部分，且兼用为用以控制所述加热器电路5的电路部分。

控制电路部200利用相位频率比较部205对从直接数字合成(DirectDigital Synthesizer)电路部201输出的参考信号(参考时钟(reference clock))、与以分频器204对电压控制振荡器100的输出进行分频而得的时钟的相位进行比较，且通过电荷泵(charge pump)202使作为其比较结果的相位差模拟化。模拟化而得的信号输入至回路滤波器206，以使锁相回路稳定的方式受到控制。由此，控制电路部200包含锁相回路。此处，直接数字合成电路部201以从后述的第1振荡电路1输出的频率信号为时钟信号，而被输入用以输出作为目标的频率的信号的频率设定值(数字值)。

然而，所述时钟信号的频率(第1振荡电路1的振荡频率)具有温度特性，因此，为抵消该温度特性对振荡输出造成的影响，而利用加法部42将输入至直接数字合成电路部201的所述频率设定值、与对应于后述的频率修正值的信号进行相加。通过对输入至直接数字合成电路部201的频率设定值进行修正，来抵消基于时钟信号的温度特性变动量而从振荡装置输出的振荡输出的频率(以下称作输出频率)的温度变动量，从而使来自电压控制振荡器100的输出频率变得稳定。

该实施方式中，如以下所述般输出时钟信号的晶体振荡器构成为恒温控制晶体振荡器，因此，时钟信号的频率稳定，由此可说，观察不到该时钟信号的温度特性。然而仍具有如下优点，即通过预先构成为在加热器产生不良情况等时、或基于外部气温的急剧变动而产生环境温度的变化时，对基于时钟信号的温度特性变动量而产生的控制电路部200的输出频率的变动量进行补偿，而可构成可靠性极高的频率合成器。

其次，对相当于本发明的晶体振荡器的恒温控制晶体振荡器的部分进行说明。该晶体振荡器包括：第1晶体振子10及第2晶体振子20，所述第1晶体振子10及第2晶体振子20使用例如AT切割的共同的晶体片Xb来构成。即例如将短条状的晶体片Xb的区域沿长度方向分割为两个部分，并在各分割区域(振动区域)的正背两表面设置激振用的电极。由此，由一方的分割区域与一对电极11、电极12构成第1晶体振子10，且由另一方的分割区域与一对电极21、电极22构成第2晶体振子20。因此，第1晶体振子10及第2晶体振子20可热耦合。

分别在第1晶体振子10及第2晶体振子20上连接有第1振荡电路1及第2振荡电路2。所述振荡电路1、振荡电路2的输出可均为例如晶体振子10、晶体振子20的谐波(overtone)(高次谐波)，也可均为基波。在获取谐波的输出的情形时，例如，也可在包含晶体振子与放大器的振荡回路(oscillation loop)内设置谐波的调谐电路，使振荡回路以谐波进行振荡。或者，也可使振荡回路以基波进行振荡，并在振荡段的后段，例如在作为科耳皮兹电路(Colpitts circuit)的一部分的放大器的后段设置C级放大器，且通过该C级放大器使基波失真(distort)，并且在C级放大器的后段设置与谐波调谐的调谐电路，作为结果，振荡电路1、振荡电路2均输出例如3次谐波的振荡频率。

此处，当方便起见而设为从第1振荡电路1输出频率f1的频率信号，且从第2振荡电路2输出频率f2的频率信号时，频率f1的频率信号作为时钟信号供给至所述控制电路部200。在该观点上，第1晶体振子10及第1振荡电路1相当于输出时钟信号的晶体振子、及时钟输出用的振荡电路。另外，当然也可代替第1振荡电路1，而将第2振荡电路2选用作时钟输出用的振荡电路。

图1中的3为频率差检测部，概括而言，该频率差检测部3是用以取出：f1和f2的差分与Δfr的差分、即f2-f1-Δfr的电路部。Δfr是基准温度例如25℃时的f1(以下，将基准温度时的第1振荡电路1的振荡频率记为f1r)与f2(以下，将基准温度时的第2振荡电路2的振荡频率记为f2r)的差分。此处，如果列举f1与f2的差分的一例，则例如为数MHz。本发明中，通过频率差检测部3计算：对应于f1与f2的差分的值、与对应于基准温度例如25℃时的f1与f2的差分的值的差分ΔF而得以解决。该实施方式的情形时，更详细而言，利用频率差检测部3获取的值为{(f2-f1)／f1}-{(f2r-f1r)／f1r}。但是，图式中省略频率差检测部3的输出的显示。

图2表示频率差检测部3的具体例。31是触发器电路(flip flop circuit)(F／F电路)，来自第1振荡电路1的频率f1的频率信号输入至该触发器电路31的一方的输入端，且从第2振荡电路2对另一方的输入端输入频率f2的频率信号，通过来自第1振荡电路1的频率f1的频率信号而锁存来自第2振荡电路2的频率f2的频率信号。以下为避免记载变得冗长，f1、f2处理为表示频率或频率信号自身。从触发器电路31输出：具有与f1和f2的频率差对应的值即(f2-f1)／f1的频率的信号。

在触发器电路31的后段设置单触发电路(one shot circuit)32，单触发电路32中，通过从触发器电路31获取的脉冲信号的上升，而输出单触发的脉冲。图3是表示至此为止的一系列的信号的时间图(time chart)。

在单触发电路32的后段设置锁相回路(Phase Locked Loop)，该锁相回路包括：锁存电路33、具有积分功能的回路滤波器34、加法部35及直接数字合成电路部36。锁存电路33是：用以通过从单触发电路32输出的脉冲，而对从直接数字合成电路部36输出的锯齿形波(sawtooth wave)进行锁存的电路。锁存电路33的输出为：输出所述脉冲的时序(timing)中的所述锯齿形波的信号电平(signal level)。回路滤波器34将作为该信号电平的直流电压进行积分，加法部35将该直流电压与对应于Δfr(基准温度例如25℃时的f1(f1r)与f2(f2r)的差分)的直流电压相加。与Δfr对应的直流电压的数据是存储在图1所示的存储器30中。

该例中，加法部35的符号是：在与Δfr对应的直流电压的输入侧为“+”，而在回路滤波器34的输出电压的输入侧为“-”。对直接数字合成电路部36输入通过加法部35运算而得的直流电压，即：输入从与Δfr对应的直流电压中减去回路滤波器34的输出电压而得的电压，并输出与该电压值对应的频率的锯齿形波。为容易理解锁相回路的工作，而在图4(a)、图4(b)、图4(c)尽可能示意性地表示各部分的输出情况，且为可直观上把握而尽可能示意性地进行说明。在装置的上升时，与Δfr对应的直流电压通过加法部35而输入至直接数字合成电路部36，例如，如果Δfr设为5MHz，则与该频率对应的频率的锯齿形波是从直接数字合成电路部36输出。

所述锯齿形波通过锁存电路33以与(f2-f1)对应的频率的脉冲进行锁存，但如果(f2-f1)为例如6MHz，则锁存用的脉冲的周期短于锯齿形波，由此锯齿形波的锁存点(1atch point)如图4(a)所示般逐渐下降，锁存电路33的输出及回路滤波器34的输出如图4(b)、图4(c)所示般逐渐向负侧下降。加法部35在回路滤波器34的输出侧的符号为“-”，由此，从加法部35输入至直接数字合成电路部36的直流电压上升。因此，当从直接数字合成电路部36输出的锯齿形波的频率升高，在对直接数字合成电路部36输入有与6MHz对应的直流电压时，锯齿形波的频率成为6MHz，如图5(a)～图5(c)所示般锁相回路被锁定。此时，从回路滤波器34输出的直流电压成为与Δfr-(f2-f1)=-1MHz对应的值。即，可以说，回路滤波器34的积分值相当于锯齿形波从5MHz变化为6MHz时的1MHz的变化量的积分值。

与该例相反，在Δfr为6MHz、(f2-f1)为5MHz的情形时，锁存用的脉冲的周期长于锯齿形波，因此，图4(a)所示的锁存点逐渐升高，伴随于此，锁存电路33的输出及回路滤波器34的输出也上升。因此，在加法部35中减去的值变大，由此锯齿形波的频率逐渐下降，最终在成为与(f2-f1)相同的5MHz时，锁相回路被锁定。此时，从回路滤波器34输出的直流电压成为与Δfr-(f2-f1)=1MHz对应的值。另外，图6(a)、图6(b)为实测数据，该例中，在时刻t0锁定锁相回路。

此外，如上述般，实际上，频率差检测部3的输出、即图2所示的平均化电路37的输出是：将{(f2-f1)／f1}-{(f2r-f1r)／f1r}的值以34比特(bit)的数字值来表示的值。如果将从-50℃附近至100℃附近的该值的集合设为(f1-f1r)／f1r=OSC1(单位为ppm或ppb)、(f2-f2r)／f2r=OSC2(单位为ppm或ppb)，则相对于温度的变化成为实质上与OSC2-OSC1相同的曲线。由此，频率差检测部3的输出(换言之，与从基准温度起的温度变动量对应的频率偏差信息)可作为OSC2-OSC1=温度数据，来进行处理。

此外，在触发器电路31中，通过f1来锁存f2的工作为非同步，由此也有可能产生亚稳态(metastable)(在时钟的边缘(edge)锁存输入数据时，锁存的边缘的前后固定时间必须保持输入数据，但因时钟与输入数据大致同时地变化，而使输出成为不稳定的状态)等不稳定区间，从而在回路滤波器34的输出中有可能包含瞬间误差。因此，在回路滤波器34的输出侧，设置平均化电路37以求出预先设定的时间内的输入值的移动平均值，从而即便产生所述瞬间误差也也能够予以消除。通过设置平均化电路37，最终可高精度地获取温度变动量的频率偏差信息，但也可设为未设置平均化电路37的构成。

此处，关于通过锁相回路的回路滤波器34获取的温度变动量的频率偏差信息即OSC2-OSC1，参考图7至图10进行说明。图7是将f1及f2以基准温度标准化，来表示温度与频率的关系的特性图。此处，标准化是指：例如以25℃为基准温度，关于温度与频率的关系而将基准温度时的频率设为零，来求出从基准温度时的频率起的频率偏差量与温度的关系。如果将第1振荡电路1在25℃时的频率设为f1r、将第2振荡电路2在25℃时的频率设为f2r，即，将25℃时的f1、f2的值分别设为f1r、f2r，则图7的纵轴的值成为(f1-f1r)及(f2-f2r)。

此外，图8中表示，图7所示的各温度时的频率相对于基准温度(25℃)时的频率的变化率。由此，图8的纵轴的值为(f1-f1r)／f1r及(f2-f2r)／f2r，即如上述般为OSC1及OSC2。另外，图8的纵轴的值的单位为ppm。

图9表示(OSC2-OSC1)与温度的关系，图10表示与该(OSC2-OSC1)对应的频率差检测部3的数字输出值与温度的关系。根据所述图，可知(OSC2-OSC1)相对于温度而处于线性关系中。由此可知，(OSC2-OSC1)对应于从基准温度起的温度变动偏差量。

返回至图1进行说明，频率差检测部3的输出值实质为(OSC2-OSC1)，可说该值如图10所示般为晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度的检测值。由此在频率差检测部3的后段设置加法部(偏差量取出电路)6，来取出作为数字信号的温度设定值(设定温度时的OSC2-OSC1的34比特的数字值)与作为频率差检测部3的输出即OSC2-OSC1的差分。设定温度优选的是：与用以获取晶体振荡器的输出的第1晶体振子10对应的OSC1的值、不易因温度变化而变动的温度。该温度在图8所示的OSC1与温度的关系曲线中，选择例如与底(bottom)部分对应的50℃。另外，在OSC1的值不易因温度变化而变动的温度的观点中，也可将10℃设为设定温度，该情形时也存在较室温低的情形，因此，设置与加热部及珀耳帖(Peltier)元件等冷却部组合的调温部。

而且，在加法部6的后段设置有相当于积分电路部的回路滤波器61。

进而，在回路滤波器61的后段设置有脉宽调制(pulse width modulation，PWM)内插部62。脉宽调制内插部62进行将从回路滤波器61输出的14比特的数字信号(-2¹³至+2¹³-1的2的余数)，以固定时间的脉冲信号来表现的转换。例如，在最小H脉冲宽度为10nsec的情形时，以2¹⁴*10^-9=16.384msec为固定时间，来表现此期间的脉冲数数字信号。具体而言，如下述般表示。在14比特的数字值为零时，16.384msec期间的H脉冲数为2¹³个。在14比特的数字值为-2¹³时，16.384msec期间的H脉冲数为零个。在14比特的数字值为2¹³-1时，16.384msec期间的H脉冲数为2¹⁴-1个。

在脉宽调制内插部62的后段设置有低通滤波器(low pass filter，LPF)63，将来自脉宽调制内插部62的输出进行平均化、并输出与作为该输出的脉冲数对应的直流电压。即，该例中，脉宽调制内插部62及低通滤波器63用以将数字值转换为模拟值，也可使用数字／模拟转换器来代替所述部件。

在低通滤波器(LPF)63的后段设置有相当于加热部的加热器电路5。该加热器电路5如图11所示般包含：晶体管(transistor)64，低通滤波器63的输出端连接于基极(base)，并且从电源部Vc对集电极(collector)供给电压；以及电阻65，连接在该晶体管64的发射极(emitter)与接地(earth)之间。供给至晶体管64的基极的电压、晶体管64的消耗电力和电阻65的消耗电力的合计电力的关系成为线性关系，因此，根据上述的温度数据与设定温度的差分，而线性地控制发热温度。该例中，晶体管64也为发热部的一部分，由此，使用兼用作加热器与加热器控制电路的加热器电路5的表述。

图12是表示图1所示的振荡装置的概略构造的图。51是容器，52是设置在容器51内的印刷基板。在印刷基板52的上表面侧，设置有晶体振子10、晶体振子20，以及对包含振荡电路1、振荡电路2及频率差检测部3等的进行数字处理的电路进行单芯片(one chip)化而成的集成电路部300及控制电路部200等。此外，在印刷基板52的下表面侧，例如在与晶体振子10、晶体振子20对向的位置设置有加热器电路5，通过该加热器电路5的发热而将晶体振子10、晶体振子20维持在设定温度。此外，图12所示的例子中，晶体振子10、晶体振子20放置的环境的温度(环境温度)相当于容器51的空间内的温度。

此外，该实施方式的振荡装置如上述般，也具有：对控制电路部200的输出频率进行温度补偿的功能。即，该例的振荡装置为组合恒温控制晶体振荡器与温度补偿晶体振荡器而得的。该温度补偿功能通过晶体振子10、晶体振子20、振荡电路1、振荡电路2、频率差检测部3、修正值取得部4及加法部42而实现。即，频率差检测部3是进行加热器电路5的温度控制的部分的一部分，但也兼具执行所述温度补偿的功能。

具体而言，通过频率差检测部3获取的温度变动量的频率偏差信息是：在取出相对于加热器电路5的设定温度的偏差量之后，通过回路滤波器61进行积分，且输入至图1所示的修正值取得部41，此处，运算相对于直接数字合成电路部201的频率设定值的频率修正值。频率偏差信息为如上所述。

如图9、图10所示般，频率差检测部3的输出即频率偏差信息(OSC2-OSC1)、与晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度之间具有线性关系，在该观点上而言，频率偏差信息对应于环境温度的检测值。其次，从该频率偏差信息中减去温度设定值(设定温度时的OSC2-OSC1)(加法部6)，且将对其结果积分而得的回路滤波器61的输出、与环境温度的关系表示于图13。

如上述般，回路滤波器61的输出经由脉宽调制内插部62及低通滤波器(LPF)63，而转换为供给至加热器电路5的直流电压。此时，如图13所示般，如果回路滤波器61的输出大，则供给至加热器电路5的电压升高；而如果回路滤波器61的输出小，则供给至加热器电路5的电压减低。而且，存在如下关系，即：如果环境温度降低，则以提高供给至加热器电路5的电压的方式进行调整，另一方面，如果环境温度升高，则供给至加热器电路5的电压降低。从所述对应关系来看，可知回路滤波器61的输出与环境温度之间也存在线性关系。

另一方面，图14示意性地表示使该晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度变化时的来自控制电路部200的输出频率的温度特性。实际上，图14的纵轴表示相对于基准温度(25℃)时的输出频率的频率偏差的变化率((f-fr)／fr)。

根据图14所示的结果，如果晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度变化，则来自控制电路部200的输出频率变化。而且，可知该环境温度与输出频率(频率偏差)的关系也可线性近似。可认为其原因在于，第1振荡电路1的振荡频率根据环境温度的变化而变化，通过将该频率信号作为时钟信号而输入至直接数字合成电路部201，而使得从直接数字合成电路部201输出的参考信号的频率变化。

由此，本实施方式的振荡装置为了抵消因晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度的变化所引起的输出频率的变化，而对输入至直接数字合成电路部201的频率设定值进行修正。本例中，利用图13、图14中记载的线性关系，来作为获取用以对频率设定值进行修正的频率修正值的方法。即，在晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度与控制电路部200的输出频率(频率偏差)处于线性关系(图14)，且环境温度与回路滤波器61的输出处于线性关系的情形时(图13)，可说该输出频率与回路滤波器61的输出也处于线性关系。

此处，直接数字合成电路部201预先将锯齿形波或正弦波的振幅数据对应于波形表(table)的地址而存储在存储器中，通过与从第1振荡电路1获取的时钟信号同步地读出振幅数据而输出参考信号。此时，基于从存储器30获取的频率设定值而对波形表的地址的跳读幅度(skip width)进行增减，由此输出具有与频率设定值对应的频率的参考信号。因此，如果时钟信号的振荡频率变化，则从波形表读出振幅数据的周期变化，从而无法获得具有与频率设定值对应的频率的参考信号。

由此，本例的振荡装置利用从第1振荡电路1输出的时钟信号的频率偏差与回路滤波器61的输出的线性关系，而将回路滤波器61的输出乘以适当增益(gain)来对直接数字合成电路部201的频率设定值进行修正，由此抵消所述环境温度的变化对输出频率造成的影响。通过对频率设定值进行修正而使波形表的地址的跳读幅度变化，从而在与环境温度保持为固定的情形时相同的状态下，使控制电路部200的锁相回路工作。

本振荡装置包括：获取回路滤波器61的输出而获得频率修正值的修正值取得部41、及将通过该修正值取得部41获取的频率修正值与频率设定值相加的加法部42，来作为执行所述频率设定值的修正的单元。

如图15所示般，修正值取得部41包括：放大器411，将从回路滤波器61输出的14比特的数字信号乘以预先设定的增益；以及抽取滤波器(decimation filter)412，将放大器411的输出的间隔以预先设定的间隔拉长并输出至加法部42。

放大器411以如下方式使所述数字信号的符号反转，即：以抵消图14所示的频率偏差的实线的方式，对相对于频率偏差为0的位置的横轴而呈线对称的修正量计算线(该图中以虚线表示)加上成比例的频率修正值。此外，在频率修正值加上频率设定值时，放大器411的增益的大小被调整为：可对与输入有准确的时钟信号的情形相同的输出频率进行振荡的大小。

后段的抽取滤波器412在存在环境温度急剧变化的情形时等，以高频率大幅修正频率设定值的值，其结果可防止输出频率急剧变动，因此，以通过加法部42将频率修正值与频率设定值相加的间隔长于输出数字信号的间隔的方式，将频率修正值的输出的间隔以预先设定的间隔拉长，并对大幅变动进行插值而变得平滑。

其次，对所述实施方式的整体的工作进行归总。如果着眼于该振荡装置的晶体振荡器，则晶体振荡器的输出相当于从第1振荡电路1输出的频率信号。而且，通过加热器电路5以使晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度成为设定温度的方式进行加热。第1晶体振子10及第1振荡电路1生成晶体振荡器的输出即频率信号，但具有与第2晶体振子20及第2振荡电路2一同作为温度检测部的作用。与从所述振荡电路1、振荡电路2分别获取的频率信号的频率差对应的值OSC2-OSC1，如上述般对应于晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度，通过加法部6取出上述OSC2-OSC1与温度设定值(例如50℃时的OSC2-OSC1的值)的差分。

该差分利用回路滤波器61进行积分，其后，转换为直流电压来调整加热器电路5的控制电力。如从图10所示的特性图得知般，如果使50℃时的OSC1的值为-1.5×10⁵，则加法部6的输出在温度低于50℃时为正值，且随着温度下降而变大。由此，根据输出该值的积分值的回路滤波器61的作用，晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度越低于50℃，加热器电路5被供给的电压(控制电力)越大。此外，在环境温度高于50℃时，加法部6的输出成为负值，通过对该值进行积分，而使得回路滤波器61的输出的绝对值随着温度上升而变大。由此，以所述环境温度越高于50℃，则加热器的供给电力变得越小的方式发挥作用。由此，使晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度维持在设定温度即50℃，因此作为振荡输出的第1振荡器1的振荡频率稳定。其结果，在将来自第1振荡器1的输出用作时钟信号的控制电路部200中，供给至相位比较部205的参考信号的频率稳定，因此作为振荡装置(频率合成器)的输出即来自电压控制振荡器100的输出频率也稳定。

此外，回路滤波器61的积分值也输出至修正值取得获取部41，在利用内部的放大器41调整增益之后，通过抽取滤波器412拉长输出间隔，并通过加法部42来与频率设定值进行相加。

如图1所示般，第1晶体振子10及第2晶体振子20使用共同的晶体片Xb构成，且相互热耦合，因此，振荡电路1、振荡电路2的频率差为极准确地对应于环境温度的值，由此频率差检测部3的输出为表示晶体振子10、晶体振子20放置的环境温度与基准温度(该例中为25℃)的温度差的信息。由此，已从该温度检测值中减去温度设定值(设定温度时的OSC2-OSC1)的加法部6的输出，成为表示环境温度与设定温度(该例中为50℃)的差的信息；将该值积分而得的回路滤波器61的输出，成为对应于环境温度的信息。

另一方面，从第1振荡电路1输出的频率信号f1是用作控制电路部200的主时钟，因此，通过修正值取得部41对回路滤波器61的输出进行增益调整而得的频率修正值，抵消因环境温度偏离加热器电路5的设定温度所引起的f1的频率偏差量、而产生的对控制电路部200的工作的影响，因此，作为用以对控制电路部200的工作进行补偿的信号来使用。其结果，作为本实施方式的振荡装置的输出即电压控制振荡器100的输出频率是：不管温度变动如何均稳定。

如上所述，根据所述实施方式，将相当于分别从晶体振子10、晶体振子20获取的频率信号的频率差的值的两者的差分用作温度检测值，并对该温度检测值与设定温度的差进行积分，由此可获取与晶体振子10、晶体振子20的环境温度对应的信息。而且，基于该值与因环境温度偏离加热器电路5的设定温度(本例中为50℃)引起的输出频率的偏差可视为处于线性关系，而可将该值用作输入至构成锁相回路的控制电路部200的直接数字合成电路部201的频率设定值的频率修正值。此不过是对从控制电路部200输出的输出频率进行的温度补偿。

如此，通过频率合成器具有恒温控制晶体振荡器与温度补偿晶体振荡器这双方的功能而具有以下优点。制造商(maker)规定频率合成器的使用温度范围，但即便在用户在偏离使用温度范围的环境中使用频率合成器的情形时，输出频率也稳定。此外，在欲提高加热器的设定温度而提高使用温度范围的上限值的情形时，加热器的消耗电力变大，加热器电路的规模也变大，但通过使用温度补偿晶体振荡器的功能，而具有可抑制加热器的消耗电力的优点。

所述例中，取出晶体振子10、晶体振子20各自的3次谐波作为振荡频率，谐波的频率温度特性为如下的优选形态，即：由于温度变化大，所以与所述的差分对应的值对于温度可感度灵敏。然而，也可取出晶体振子10、晶体振子20的各基波作为振荡频率，并将与所述的差分对应的值用作温度值。或者，也可从晶体振子10、晶体振子20的一方及另一方分别取出基波、谐波，并将与所述的差分对应的值作为温度值来处理。

此外，为求出频率差检测信息，而生成与f1和f2的差分频率对应的脉冲，通过所述脉冲而利用锁存电路来锁存从直接数字合成电路部输出的锯齿形波信号，将锁存的信号值积分并将其积分值作为所述频率差输出，并且取出该输出与对应于f1r和f2r的差分的值的差分，并输入至所述直接数字合成电路部而构成锁相回路。在如专利文献1般，对f1、f2进行计数并获取其差分的情形时，计数时间直接影响到检测精度，但本实施方式的构成中，不存在该问题，因此检测精度高。实际上，在通过模拟来对两者的方式进行比较时，在对频率进行计数的方式中，当设定200ms的计数时间时，就检测精度而言，本实施方式的方式可获得高达约50倍的结果。

频率差检测部3，也可使用(f1-f1r)与(f2-f2r)的差分值自身，来作为：和对应于f1与f1r的差分的值与对应于f2与f2r的差分的值的差分值对应的值，该情形时，活用图7的曲线图而求出温度。

所述实施方式中，图8、图9中，以“ppm”单位表示频率的变化量，但实际的数字电路中均以二进制数字进行处理，因此，直接数字合成电路36的频率设定精度是以构成比特数来计算，例如为34比特。列举一例，在对图1所示的控制电路部200中所包含的直接数字合成电路部201供给10MHz的时钟的情形时，在该时钟的变动频率为100Hz的情形时，成为：

[变动比率计算]

100Hz／10MHz=0.00001

[ppm换算]

0.00001*1e6=10[ppm]

[直接数字合成设定精度换算]

在所述构成的情形时，所述频率设定精度以如下的(1)式表示。

由此成为

此外，0.58mHz相对于10MHz，而如以下的(2)式般计算。

由此根据(1)式、(2)式，(3)式的关系成立。

1e9／2^34=0.058[ppb／ratio-34bit]...(3)

即，利用直接数字合成电路36处理的频率不存在，成为仅有比特数的关系。

此外，对于通过修正值取得部41获得频率修正值的方法，并不限定于使用图13～图15所说明的方法。例如，在难以通过线性近似使回路滤波器61的输出与频率偏差建立关联的情形时，也可利用高次的近似曲线等使所述建立关联，也可预先将表示回路滤波器61的输出与频率偏差的关联的表(table)存储在存储器中，基于所述的关联曲线或关联表而求出频率修正值。

进而此外，所述例中第1晶体振子10及第2晶体振子20使用共同的晶体片Xb，但也可不使用共同的晶体片Xb。该情形时，例如可列举在共同的框体中配置第1晶体振子10及第2晶体振子20的例子。根据该构成，实质上放置在相同的温度环境下，因此可获得相同的效果。

频率差检测部3的直接数字合成电路部36的输出信号并不限定于锯齿形波，只要为信号值与时间一同反复增加、减少的频率信号，则也可为例如正弦波。此外，作为频率差检测部3，也可通过计数器对f1与f2进行计数，从其计数值的差分值中减去相当于Δfr的值，并输出与所获得的计数值对应的值。

以上实施方式中，第1晶体振子10及第1振荡电路1具有：取出温度检测值的作用、与形成晶体振荡器的输出的作用。即振荡电路1兼用作用于温度检测的振荡电路、及晶体振荡器的输出用的振荡电路。然而，本发明也可例如准备3个晶体振子并且准备3个振荡电路，例如在图1的构成中，准备第3晶体振子与连接于该晶体振子的第3振荡电路，以第3振荡电路的输出为晶体振荡器的输出，且将其余的第1振荡电路及第2振荡电路的振荡输出输入至频率差检测部而获取温度检测值。该情形时，如果为组合恒温控制晶体振荡器与温度补偿晶体振荡器而得的，则第3晶体振荡电路的输出可用作直接数字合成电路部201的时钟信号。

[实施例]

对与时钟输出用的振荡电路连接的晶体振子放置的环境温度变化时的、来自控制电路部200的输出频率(自基准温度起的频率偏差)的变化进行模拟。

A.模拟条件

将振荡电路的振荡频率设为84.6MHz，将控制电路部200的输出频率设为19.2MHz(分频比N=124，直接数字合成电路部201的频率设定值为154.83kHz)来制作振荡装置的模型，使晶体振子放置的环境温度变化，来确认该变化对输出频率的影响。

B.模拟结果

图16表示模拟结果。曲线图的横轴表示环境温度[℃]，纵轴表示输出频率的偏差((f-fr)/fr，其中，f表示输出频率，fr表示基准温度(25℃)时的输出频率)[ppb]。此外，图中的粗线表示输出频率的偏差(修正前)，虚线表示该频率偏差的近似直线(修正值)，细线表示以各温度时的近似直线的值为修正量，而从输出频率的偏差中减去该修正量所得的结果(修正后)。

根据图16所示的结果，从修正前大约为-10～+15[ppb]的频率偏差中减去线性近似所得的修正值，由此，修正后的频率偏差成为大约-2～+3[ppb]的范围内的值。此意味着利用适当的直线来修正频率偏差的方法有效，且意味着可利用与环境温度处于线性关系的回路滤波器61的输出，来改善频率偏差。

Claims (9)

1.一种振荡装置，具有包含锁相回路的主体电路部，所述锁相回路将与晶体振子连接的时钟输出用的振荡电路的输出设为时钟信号，而所述主体电路部生成与频率设定值对应的振荡装置的振荡输出，所述振荡装置的特征在于，包括：

加热部，用以实现所述晶体振子放置的环境的温度的固定化；

第1晶体振子，在晶体片设置第1电极而构成；

第2晶体振子，在晶体片设置第2电极而构成；

第1振荡电路及第2振荡电路，分别与所述第1晶体振子及所述第2晶体振子连接；

频率差检测部，当将所述第1振荡电路的振荡频率设为f1，将基准温度时的所述第1振荡电路的振荡频率设为f1r，将所述第2振荡电路的振荡频率设为f2，且将基准温度时的所述第2振荡电路的振荡频率设为f2r时，求出和对应于f1与f1r的差分的值、与对应于f2与f2r的差分的值的差分值对应的值，来作为温度检测值；

用于取出所述加热部的温度设定值与所述温度检测值的偏差量的加法部；

积分电路部，将由所述加法部取出的偏差量进行积分并输出；

电路部，基于从所述积分电路部输出的积分值，而控制对所述加热部供给的电力；

修正值取得部，基于从所述积分电路部输出的积分值，而获取用以对所述主体电路部的输出频率进行修正的频率修正值，所述主体电路部的输出频率是基于因所述环境的温度与所述加热部的温度设定值不同而导致所述时钟信号变化的情况；以及

用于将所述频率设定值与所述频率修正值相加的加法部。

2.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：所述时钟输出用的振荡电路与所述第1振荡电路及第2振荡电路中的一方是共用的。

3.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：和对应于f1与f1r的差分的值、与对应于f2与f2r的差分的值的差分值对应的值为{(f2-f2r)／f2r}-{(f1-f1r)／f1r}。

4.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：所述第1振荡电路及所述第2振荡电路分别以谐波作为振荡输出。

5.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：所述主体电路部包括：直接数字合成电路部，所述直接数字合成电路部将基于所述时钟信号与所述经修正的频率设定值而产生的频率信号，输出至所述锁相回路的相位比较器。

6.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：所述修正值取得部是：以相对于所述积分电路部输出积分值的间隔，而使通过所述加法部将频率设定值与频率修正值相加的间隔拉长的方式，将频率修正值的输出的间隔以预先设定的间隔拉长。

7.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：所述加热部包括：晶体管，所述晶体管中设置有：与电源部连接的集电极、由从控制所述电力的所述电路部输出的电力而供电的基极、及经由电阻而接地的发射极。

8.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：所述第1晶体振子与所述第2晶体振子设置在共同的晶体片。

9.根据权利要求1所述的振荡装置，其特征在于：所述时钟输出用的晶体振子及振荡电路是：由所述第1晶体振子及所述第1振荡电路、或所述第2晶体振子及所述第2振荡电路的任一方的组而构成。

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