JP2001196857A - Crystal oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータを用いて水
晶振動子の温度変化を防止することにより発振周波数を
高安定に保つ水晶発振器に関し、特にヒータ電流のハン
チングを防止して発振周波数の安定度を向上させた水晶
発振器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal oscillator which uses a heater to prevent a temperature change of a crystal oscillator and thereby keeps the oscillation frequency highly stable. More particularly, the invention prevents hunting of a heater current to stabilize the oscillation frequency. The present invention relates to a crystal oscillator having an improved degree.
【０００２】[0002]
【従来の技術】移動体無線の基地局装置などにおいて
は、発信周波数の安定度の高い水晶発信器が用いられ
る。この種の高安定の水晶発信器は温度制御回路を内蔵
し、水晶振動子の温度を一定に制御することにより発振
周波数を安定に保っている。温度制御回路は、水晶振動
子を加温する電熱ヒータと、ヒータ温度を検知する温度
センサと、センサ出力に応じてヒータ電流を制御するヒ
ータ電流制御回路とで構成され、ヒータ温度が所定値以
上に上昇するとヒータ電流を減少させるように動作す
る。2. Description of the Related Art In a base station apparatus for mobile radio, a crystal oscillator having high stability of an oscillation frequency is used. This type of highly stable crystal oscillator has a built-in temperature control circuit, and maintains the oscillation frequency stably by controlling the temperature of the crystal oscillator to a constant value. The temperature control circuit includes an electric heater for heating the crystal unit, a temperature sensor for detecting the heater temperature, and a heater current control circuit for controlling the heater current according to the sensor output. , The heater current is reduced.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の水晶発
振器は、電源投入時や周囲温度が急激に変化した時など
に、ヒータ電流の増加・減少が繰り返されるハンチング
と呼ばれる現象が発生し、発振周波数が変動するという
問題がある。特に電源投入時にはヒータに最大電流が流
れ、ヒータ温度が上昇するに従ってヒータ電流を減少さ
せる制御がなされるが、このときヒータ電流制御回路の
コントロール利得が大きいとヒータ電流が急激に減少
し、ヒータ温度も急激に低下する。このヒータ温度の低
下が温度センサにより検知されると、再びヒータ電流が
急激に上昇する。すなわち、ヒータ電流の急激な増加・
減少が繰り返される。このようなヒータ電流のハンチン
グを防止するためには、ヒータ電流制御回路のコントロ
ール利得を小さくすればよいが、周囲温度の大きな変化
（たとえば−１０℃〜８０℃）に対し水晶振動子の温度
変化をわずか（たとえば０．５℃以下）に抑えるために
はある程度以上大きなコントロール利得が必要である。
また、水晶発振器の金属筐体壁を厚くするなどして熱容
量を大きくすることも、ハンチングを抑える上では有効
であるが、そのために発振器の大型化を招くことにな
る。そこで、本発明が解決しようとする課題は、ヒータ
電流制御回路のコントロール利得を小さくすることな
く、また発振器の大型化を招くことなく、ヒータ電流の
ハンチングを防止して、水晶振動子の温度を所望の値に
保つことができる周波数安定度の高い水晶発振器を提供
することにある。However, in the conventional crystal oscillator, when power is turned on or when the ambient temperature changes rapidly, a phenomenon called hunting in which the heater current repeatedly increases and decreases occurs. There is a problem that the frequency fluctuates. In particular, when the power is turned on, the maximum current flows through the heater, and control is performed to decrease the heater current as the heater temperature rises. At this time, if the control gain of the heater current control circuit is large, the heater current sharply decreases and the heater temperature decreases. Also drop sharply. When the decrease in the heater temperature is detected by the temperature sensor, the heater current sharply increases again. That is, a sharp increase in heater current
The decrease is repeated. In order to prevent such hunting of the heater current, the control gain of the heater current control circuit may be reduced, but the temperature change of the crystal unit is not affected by a large change in the ambient temperature (for example, -10 ° C to 80 ° C). Is required to be slightly (for example, 0.5 ° C. or less), a control gain larger than a certain level is required.
Increasing the heat capacity by, for example, increasing the thickness of the metal housing wall of the crystal oscillator is also effective in suppressing hunting, but this leads to an increase in the size of the oscillator. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to prevent the hunting of the heater current without reducing the control gain of the heater current control circuit and without increasing the size of the oscillator, and to reduce the temperature of the crystal unit. An object of the present invention is to provide a crystal oscillator having high frequency stability that can be maintained at a desired value.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、水晶振動子を加温するヒー
タと、当該ヒータの温度を検知する温度センサと、当該
温度センサの出力に応じて当該ヒータの温度を所定の値
に保つべくヒータ電流を制御するヒータ電流制御回路と
を備えた水晶発振器において、前記ヒータ電流制御回路
は、前記ヒータ電流をオン／オフするスイッチング素子
と、前記ヒータ電流に応じた帰還電圧と前記温度センサ
の出力に応じた入力電圧との差分値に応じて前記スイッ
チング素子を動作させる差動増幅回路とを備え、当該差
動増幅回路に前記帰還電圧を帰還させる回路の途中に、
前記電熱ヒータの温度変化が前記温度センサに感知され
るのに要する時間よりも長い時定数を持つ積分回路を設
けたことを特徴とする。また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の水晶発振器において、前記ヒータ電流制
御回路は、前記差動増幅回路を内蔵した演算増幅器を備
え、当該演算増幅器に前記帰還電圧を帰還させる回路の
途中に前記積分回路を設けたことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 includes a heater for heating a quartz oscillator, a temperature sensor for detecting the temperature of the heater, and a temperature sensor for detecting the temperature of the heater. In a crystal oscillator comprising a heater current control circuit for controlling a heater current to maintain a temperature of the heater at a predetermined value in accordance with an output, the heater current control circuit includes a switching element for turning on / off the heater current. A differential amplifier circuit that operates the switching element in accordance with a difference value between a feedback voltage corresponding to the heater current and an input voltage corresponding to an output of the temperature sensor, wherein the differential amplifier circuit includes the feedback voltage. In the circuit to feed back
An integrated circuit having a time constant longer than a time required for the temperature change of the electric heater to be sensed by the temperature sensor is provided. The invention according to claim 2 is
2. The crystal oscillator according to claim 1, wherein the heater current control circuit includes an operational amplifier including the differential amplifier circuit, and the integration circuit is provided in a circuit for feeding back the feedback voltage to the operational amplifier. It is characterized by.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る水
晶発振器に内蔵された温度制御回路の実施の形態の一例
を示す回路図である。この温度制御回路１００は、図示
しない水晶振動子と共に水晶発振器の金属製（アルミな
ど）の筐体内に格納されており、水晶振動子を加温する
電熱ヒータ１１、１２と、電熱ヒータ１１、１２の温度
を検知する温度センサ２０と、温度センサ２０の出力に
応じて電熱ヒータ１１、１２の温度を所定の値に保つべ
くヒータ電流を制御するヒータ電流制御回路３０とを備
えて構成されている。温度センサ２０にはサーミスタが
使用されている。ヒータ電流制御回路３０は、ヒータ電
流をオン／オフするスイッチング素子３１（ＴＲ１）
と、ヒータ電流に応じた帰還電圧と温度センサ２０の出
力に応じた入力電圧との差分値に応じてスイッチング素
子３１（ＴＲ１）を動作させる演算増幅器３２（ＩＣ
１）とを備えている。電熱ヒータ１１、１２は、電源
（Ｖｃｃ）とグラウンドＧＮＤとの間にスイッチング素
子ＴＲ１を介して直列に接続されている。この例に示す
スイッチング素子３１はＰチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ、演
算増幅器３２はＭＯＳ型ＯＰアンプであり、スイッチン
グ素子３１のドレイン出力から演算増幅器３２の非反転
入力端子（＋）へ帰還をかけている。スイッチング素子
３１のドレイン出力と演算増幅器３２の非反転入力端子
（＋）とを結ぶ回路には帰還抵抗３３が設けられてい
る。帰還抵抗３３は、基準電圧ＶｒｅｆとグラウンドＧ
ＮＤとの間に直列接続された抵抗３４と抵抗３５との間
に接続されている。基準電圧Ｖｒｅｆはレギュレータ３
６（ＩＣ２）によって生成される。演算増幅器３２の反
転入力端子（−）は、基準電圧ＶｒｅｆとグラウンドＧ
ＮＤとの間に直列接続された可変抵抗３７と温度センサ
２０との間に抵抗３８を介して接続されている。反転入
力端子（−）に入力される温度センサ２０の出力電圧
は、抵抗３８、可変抵抗３７および温度センサ２０の抵
抗値Ｒ６、Ｒ７、Ｒthとにより決定される。したがっ
て、可変抵抗３７の値を調節することにより、温度セン
サ２０の出力に応じた入力電圧の最大値（または最小
値）を設定することができる。電熱ヒータ１２は、スイ
ッチング素子３１の利得を安定化させるために設けられ
たものである。電熱ヒータ１１、１２の抵抗値をそれぞ
れＨ１、Ｈ２（ただしＨ１＞Ｈ２）とすると、スイッチ
ング素子３１の利得は約Ｈ１／Ｈ２で与えられる。帰還
抵抗３３および抵抗３４、３５の抵抗値をそれぞれＲ
２、Ｒ３、Ｒ４とすると、演算増幅器３２とスイッチン
グ素子３１との合計利得は、Ｒ２とＲ３//Ｒ４（Ｒ３と
Ｒ４の並列抵抗値）との比で与えられ、その値は約１０
０〜２００倍に設定される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of an embodiment of a temperature control circuit built in a crystal oscillator according to the present invention. The temperature control circuit 100 is housed in a metal (aluminum or the like) housing of a crystal oscillator together with a crystal oscillator (not shown), and includes electric heaters 11 and 12 for heating the crystal oscillator, and electric heaters 11 and 12. And a heater current control circuit 30 for controlling a heater current to keep the temperatures of the electric heaters 11 and 12 at a predetermined value in accordance with the output of the temperature sensor 20. . A thermistor is used for the temperature sensor 20. The heater current control circuit 30 includes a switching element 31 (TR1) for turning on / off the heater current.
And an operational amplifier 32 (IC) that operates the switching element 31 (TR1) according to the difference between the feedback voltage corresponding to the heater current and the input voltage corresponding to the output of the temperature sensor 20.
1). The electric heaters 11 and 12 are connected in series between the power supply (Vcc) and the ground GND via the switching element TR1. The switching element 31 shown in this example is a P-channel MOS type FET, and the operational amplifier 32 is a MOS type OP amplifier. The feedback is applied from the drain output of the switching element 31 to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 32. A feedback resistor 33 is provided in a circuit connecting the drain output of the switching element 31 and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 32. The feedback resistor 33 is connected between the reference voltage Vref and the ground G.
ND is connected between a resistor 34 and a resistor 35 connected in series. The reference voltage Vref is the regulator 3
6 (IC2). The inverting input terminal (-) of the operational amplifier 32 is connected to the reference voltage Vref and the ground G.
The resistor 38 is connected between the variable resistor 37 connected in series with the ND and the temperature sensor 20. The output voltage of the temperature sensor 20 input to the inverting input terminal (-) is determined by the resistor 38, the variable resistor 37, and the resistance values R6, R7, and Rth of the temperature sensor 20. Therefore, by adjusting the value of the variable resistor 37, the maximum value (or the minimum value) of the input voltage according to the output of the temperature sensor 20 can be set. The electric heater 12 is provided for stabilizing the gain of the switching element 31. Assuming that the resistance values of the electric heaters 11 and 12 are H1 and H2 (where H1> H2), the gain of the switching element 31 is given by about H1 / H2. The resistance values of the feedback resistor 33 and the resistors 34 and 35 are set to R, respectively.
Assuming that 2, R3 and R4, the total gain of the operational amplifier 32 and the switching element 31 is given by the ratio of R2 and R3 // R4 (parallel resistance of R3 and R4), and the value is about 10
It is set to 0 to 200 times.
【０００６】以上説明した構成要素からなる温度制御回
路１００は、電源投入時、電熱ヒータ１１、１２に最大
電流を流し、ヒータ温度が上昇するに従ってヒータ電流
を減少させる制御を行う。このときヒータ電流制御回路
３０のコントロール利得、すなわち演算増幅器３２とス
イッチング素子ＴＲ１との合計利得が大きいため、ヒー
タ電流が急激に減少し、ヒータ温度も急激に低下する。
このヒータ温度の低下が温度センサ２０により検知され
ると、再びヒータ電流が急激に上昇する。すなわち、ヒ
ータ電流の急激な増加・減少が繰り返される。このよう
なハンチングの発生は、電熱ヒータ１１、１２の温度変
化が温度センサ２０によって検知されるのに要する時間
Ｔに起因するものである。すなわち、電熱ヒータ１１、
１２の温度が変化すると、これが温度センサ２０により
検知され、そのセンサ出力に応じて、ヒータ温度を所定
の値に制御すべく演算増幅器３２およびスイッチング素
子３１によってヒータ電流がオン／オフ制御されるが、
ヒータ温度が変化してからこれが温度センサ２０によっ
て検知されるまでにはある程度の時間を要するため、ヒ
ータ温度の変化に対してヒータ電流の制御が遅れた状態
となる。換言すれば、ヒータ温度の変化が温度センサ２
０によって検知されるのに要する時間Ｔに対し、ヒータ
電流をオン／オフ制御してからスイッチング素子３１の
ドレイン出力が演算増幅器３２に帰還されるまでに要す
る時間は極端に短く、ほぼ瞬間的であるため、ヒータ電
流をオン／オフするタイミングとヒータ温度の検知タイ
ミングとの間にほぼ時間Ｔだけタイムラグが生じるので
ある。[0006] The temperature control circuit 100 composed of the components described above controls the electric current to flow to the electric heaters 11 and 12 when the power is turned on, and to decrease the heater current as the heater temperature rises. At this time, since the control gain of the heater current control circuit 30, that is, the total gain of the operational amplifier 32 and the switching element TR1, is large, the heater current sharply decreases and the heater temperature sharply decreases.
When the decrease in the heater temperature is detected by the temperature sensor 20, the heater current sharply increases again. That is, the rapid increase and decrease of the heater current are repeated. The occurrence of such hunting is caused by the time T required for the temperature sensor 20 to detect the temperature change of the electric heaters 11 and 12. That is, the electric heater 11,
When the temperature 12 changes, this is detected by the temperature sensor 20, and the heater current is turned on / off by the operational amplifier 32 and the switching element 31 to control the heater temperature to a predetermined value in accordance with the sensor output. ,
Since a certain period of time is required from when the heater temperature changes to when this is detected by the temperature sensor 20, the control of the heater current is delayed with respect to the change in the heater temperature. In other words, the change in the heater temperature is detected by the temperature sensor 2.
The time required from when the heater current is turned on / off to when the drain output of the switching element 31 is fed back to the operational amplifier 32 is extremely short and almost instantaneous with respect to the time T required to be detected by 0. Therefore, a time lag occurs between the timing for turning on / off the heater current and the timing for detecting the heater temperature by almost time T.
【０００７】先にも述べたように、ハンチングを防止す
るためには、ヒータ電流制御回路３０のコントロール利
得を小さくすればよいが、周囲温度の大きな変化（たと
えば−１０℃〜８０℃）に対し水晶振動子の温度変化を
わずか（たとえば０．５℃以下）に抑えるためにはある
程度以上大きなコントロール利得が必要である。また、
水晶発振器の筐体壁を厚くするなどして熱容量を大きく
することも、ハンチングを抑える上で有効であるが、発
振器が大型化するという不具合がある。そこで本発明で
は、演算増幅器３２の非反転入力端子（＋）へ帰還電圧
を帰還させる回路の途中に、電熱ヒータ１１、１２の温
度変化が温度センサ２０に感知されるのに要する時間よ
りも長い時定数τを持つ積分回路３９を設けている。積
分回路３９は、演算増幅器３２の非反転入力端子（＋）
と帰還抵抗３３との間に介設された抵抗４０と、抵抗４
０および帰還抵抗３３に並列接続されたコンデンサ４１
とからなる。抵抗４０の抵抗値をＲ５、コンデンサ４１
の容量をＣ２とすると、積分回路３９の時定数τはＣ２
×Ｒ５で表される。積分回路３９を設けたことにより、
スイッチング素子３１のドレイン出力は、少なくとも積
分回路３９の時定数τに相当する時間を経て演算増幅器
３２に帰還される。したがって、ヒータ温度の変化が温
度センサ２０によって検知されるのに要する時間Ｔを考
慮して積分回路３９の時定数τを設定することにより、
上記タイムラグを無くしてハンチングを防止することが
できる。ハンチングによってヒータ電流が増減する周波
数は非常に低く、１Ｈｚ以下の場合が多い。このため、
１／τすなわち１／（Ｃ２×Ｒ５）が１Ｈｚ以下になる
ようにＣ２およびＲ５の値を選ぶ必要がある。たとえ
ば、Ｃ２＝4.7μＦ、Ｒ５＝470ＫΩとすると、τ＝2．2
ｓ、１／τ＝0.45Ｈｚに設定することができる。演算増
幅器３２に使用したＭＯＳ型ＯＰアンプの入力インピー
ダンスは元々非常に大きいため、演算増幅器３２の非反
転入力端子（＋）と帰還抵抗３３との間に抵抗４０を挿
入しても演算増幅器３２のコントロール利得に影響を及
ぼさない。また、演算増幅器３２の出力インピーダン
ス、すなわち電熱ヒータ１１、１２の抵抗Ｈ１、Ｈ２は
非常に小さい。たとえば、最大電力を１Ｗ、電源電圧を
５Ｖとすると、Ｈ１＝20Ω、Ｈ２＝5Ωとなる。したが
って、演算増幅器３２の非反転入力端子（＋）と帰還抵
抗３３との間に大きな抵抗値Ｒ５の抵抗４０を挿入し、
抵抗４０および帰還抵抗３３に並列にコンデンサ４１を
接続することにより、演算増幅器３２のコントロール利
得に影響を及ぼすことなくスイッチング素子３１のドレ
イン出力に対して大きな時定数τを持つ積分回路３９を
設けることができるので、ヒータ電流制御回路３０のコ
ントロール利得を低下させることなく、上記タイムラグ
を無くしてハンチングを防止することができる。また、
積分回路３９と演算増幅器３２とによりアクティブロー
パスフィルタが構成されるので、外部からのノイズの影
響を排し、発振周波数を高安定に維持することができ
る。As described above, in order to prevent hunting, the control gain of the heater current control circuit 30 may be reduced, but the change in the ambient temperature (for example, -10.degree. C. to 80.degree. C.) is prevented. In order to keep the temperature change of the crystal unit small (for example, 0.5 ° C. or less), a large control gain is required to some extent. Also,
Increasing the heat capacity by, for example, increasing the thickness of the housing wall of the crystal oscillator is also effective in suppressing hunting, but has the disadvantage of increasing the size of the oscillator. Therefore, in the present invention, the time required for the temperature sensor 20 to sense the temperature change of the electric heaters 11 and 12 during the circuit for feeding back the feedback voltage to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 32 is longer. An integration circuit 39 having a time constant τ is provided. The integration circuit 39 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 32.
A resistor 40 interposed between the feedback resistor 33 and the
0 and a capacitor 41 connected in parallel with the feedback resistor 33
Consists of The resistance value of the resistor 40 is R5, the capacitor 41
Is C2, the time constant τ of the integrating circuit 39 is C2
× R5. By providing the integration circuit 39,
The drain output of the switching element 31 is fed back to the operational amplifier 32 at least after a time corresponding to the time constant τ of the integration circuit 39. Therefore, by setting the time constant τ of the integrating circuit 39 in consideration of the time T required for the change in the heater temperature to be detected by the temperature sensor 20,
Hunting can be prevented by eliminating the time lag. The frequency at which the heater current increases or decreases due to hunting is very low, and is often 1 Hz or less. For this reason,
It is necessary to select the values of C2 and R5 so that 1 / τ, that is, 1 / (C2 × R5) is 1 Hz or less. For example, if C2 = 4.7 μF and R5 = 470 KΩ, τ = 2.2.
s, 1 / τ = 0.45 Hz. Since the input impedance of the MOS type OP amplifier used for the operational amplifier 32 is originally very large, even if the resistor 40 is inserted between the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 32 and the feedback resistor 33, the operational amplifier 32 Does not affect control gain. The output impedance of the operational amplifier 32, that is, the resistances H1 and H2 of the electric heaters 11 and 12 are very small. For example, assuming that the maximum power is 1 W and the power supply voltage is 5 V, H1 = 20Ω and H2 = 5Ω. Therefore, a resistor 40 having a large resistance value R5 is inserted between the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 32 and the feedback resistor 33,
By connecting a capacitor 41 in parallel to the resistor 40 and the feedback resistor 33, an integrating circuit 39 having a large time constant τ with respect to the drain output of the switching element 31 without affecting the control gain of the operational amplifier 32 is provided. Therefore, the hunting can be prevented by eliminating the time lag without lowering the control gain of the heater current control circuit 30. Also,
Since the integration circuit 39 and the operational amplifier 32 form an active low-pass filter, the effect of external noise can be eliminated, and the oscillation frequency can be maintained at high stability.
【０００８】図１に示した温度制御回路１００の周波数
特性を調べるべく、図２に示す回路を用いて実験を行っ
た。実験では、温度センサ２０の代わりにノイズ源（Ｏ
ＳＣ）を接続してノイズ電圧（Ｖin）を入力しつつ、ヒ
ータ電流（Ｖout）の検出を行った。その結果を図３、
図４、図５に示す。図３はノイズの周波数とヒータ電流
の変動との関係をグラフに示したものである。Ｒ５を22
0Ωに固定しＣ２を変えて実験した結果を示している。
この実験結果から、Ｃ２が大きいほど、すなわち積分回
路３９の時定数τ（＝Ｃ２×Ｒ５）が大きいほど、ノイ
ズによるヒータ電流の変動が抑えられることがわかる。
図４はＲ５の値とヒータ電流の変動との関係をグラフに
示したものである。Ｃ２は１μＦに固定した。Ｒ５の単
位をｋΩとしたので、Ｒ５の値がそのまま時定数τの値
を示す。この実験結果から、積分回路３９の時定数τが
大きいほど、ヒータ電流の変動（ハンチング）が抑えら
れることがわかる。図５はＣ２の値とヒータ電流に重畳
されるノイズ電流との関係をグラフに示したものであ
る。Ｒ５は220ｋΩに固定した。この実験結果から、Ｃ
２が大きいほど、すなわち積分回路３９の時定数τ（＝
Ｃ２×Ｒ５）が大きいほど、ノイズ電流を抑えることが
できることがわかる。なお、本発明は図１に示した実施
の形態の回路構成に限定されるものではない。たとえ
ば、図６〜図９に示すようなその他の様々な回路構成に
おいても、上記実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。[0008] In order to examine the frequency characteristics of the temperature control circuit 100 shown in FIG. 1, an experiment was performed using the circuit shown in FIG. In the experiment, a noise source (O
SC) was connected, and a heater current (Vout) was detected while a noise voltage (Vin) was being input. The result is shown in FIG.
This is shown in FIGS. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the noise frequency and the fluctuation of the heater current. R5 to 22
The result of an experiment in which C2 is fixed and C2 is changed is shown.
From this experimental result, it is understood that the larger the C2, that is, the larger the time constant τ (= C2 × R5) of the integration circuit 39, the more the fluctuation of the heater current due to noise can be suppressed.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the value of R5 and the fluctuation of the heater current. C2 was fixed at 1 μF. Since the unit of R5 is kΩ, the value of R5 directly indicates the value of the time constant τ. From this experimental result, it is understood that the fluctuation (hunting) of the heater current is suppressed as the time constant τ of the integration circuit 39 is increased. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the value of C2 and the noise current superimposed on the heater current. R5 was fixed at 220 kΩ. From this experimental result, C
2 is larger, that is, the time constant τ (=
It is understood that the larger the value of (C2 × R5), the more the noise current can be suppressed. Note that the present invention is not limited to the circuit configuration of the embodiment shown in FIG. For example, in various other circuit configurations as shown in FIGS. 6 to 9, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
【０００９】[0009]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒータ電流制御回路内に積分回路を設けるという簡単な
構成で、ヒータ電流制御回路のコントロール利得を小さ
くすることなく、また発振器の大型化を招くことなく、
ヒータ電流のハンチングを防止して、水晶振動子の温度
を所望の値に保つことができるので、周波数安定度の高
い水晶発振器を小型かつ簡単な構成で実現することがで
きる。しかも、ヒータ電流制御回路にローパスフィルタ
機能を持たせることができるので、外部からのノイズの
影響を受け難い極めて周波数安定度の高い水晶発振器を
実現できる。As described above, according to the present invention,
With a simple configuration of providing an integrating circuit in the heater current control circuit, without reducing the control gain of the heater current control circuit and without increasing the size of the oscillator,
Since hunting of the heater current can be prevented and the temperature of the crystal resonator can be maintained at a desired value, a crystal oscillator with high frequency stability can be realized with a small and simple configuration. In addition, since the heater current control circuit can be provided with a low-pass filter function, it is possible to realize a crystal oscillator with extremely high frequency stability that is hardly affected by external noise.
【図１】本発明に係る水晶発振器に内蔵された温度制御
回路の実施の形態を例示する回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an embodiment of a temperature control circuit built in a crystal oscillator according to the present invention.
【図２】図１に示す温度制御回路の周波数特性を調べる
ための実験回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an experimental circuit for examining frequency characteristics of the temperature control circuit shown in FIG.
【図３】ノイズの周波数とヒータ電流の変動との関係を
グラフに示した図である。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a noise frequency and a variation of a heater current.
【図４】積分回路を構成する抵抗の抵抗値Ｒ５とヒータ
電流の変動との関係をグラフに示した図である。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a resistance value R5 of a resistor constituting an integration circuit and a variation in a heater current.
【図５】積分回路を構成するコンデンサの容量値Ｃ２と
ヒータ電流に重畳されるノイズ電流との関係をグラフに
示した図である。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a capacitance value C2 of a capacitor forming an integration circuit and a noise current superimposed on a heater current.
【図６】本発明に係る水晶発振器に内蔵された温度制御
回路の別の実施の形態を例示する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the temperature control circuit built in the crystal oscillator according to the present invention.
【図７】本発明に係る水晶発振器に内蔵された温度制御
回路の別の実施の形態を例示する回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the temperature control circuit built in the crystal oscillator according to the present invention.
【図８】本発明に係る水晶発振器に内蔵された温度制御
回路の別の実施の形態を例示する回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the temperature control circuit built in the crystal oscillator according to the present invention.
【図９】本発明に係る水晶発振器に内蔵された温度制御
回路の別の実施の形態を例示する回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram illustrating another embodiment of the temperature control circuit built in the crystal oscillator according to the present invention.
１１、１２：電熱ヒータ ２０：温度センサ ３０：ヒータ電流制御回路 ３１：スイッチング素子 ３２：演算増幅器（差動増幅回路） ３３：帰還抵抗 ３９：積分回路 ４０：抵抗 ４１：コンデンサ １００：温度制御回路 11, 12: electric heater 20: temperature sensor 30: heater current control circuit 31: switching element 32: operational amplifier (differential amplifier circuit) 33: feedback resistor 39: integrating circuit 40: resistor 41: capacitor 100: temperature control circuit
Claims (2)
ータの温度を検知する温度センサと、当該温度センサの
出力に応じて当該ヒータの温度を所定の値に保つべくヒ
ータ電流を制御するヒータ電流制御回路とを備えた水晶
発振器において、 前記ヒータ電流制御回路は、 前記ヒータ電流をオン／オフするスイッチング素子と、 前記ヒータ電流に応じた帰還電圧と前記温度センサの出
力に応じた入力電圧との差分値に応じて前記スイッチン
グ素子を動作させる差動増幅回路とを備え、 当該差動増幅回路に前記帰還電圧を帰還させる回路の途
中に、前記電熱ヒータの温度変化が前記温度センサに感
知されるのに要する時間よりも長い時定数を持つ積分回
路を設けたことを特徴とする水晶発振器。1. A heater for heating a crystal unit, a temperature sensor for detecting a temperature of the heater, and a heater current controlled to keep the temperature of the heater at a predetermined value according to an output of the temperature sensor. In a crystal oscillator comprising a heater current control circuit, the heater current control circuit includes a switching element for turning on / off the heater current, a feedback voltage according to the heater current, and an input voltage according to an output of the temperature sensor. A differential amplifier circuit that operates the switching element according to the difference value between the temperature sensor and the temperature sensor detects a temperature change of the electric heater during the circuit that feeds back the feedback voltage to the differential amplifier circuit. A crystal oscillator having an integrating circuit having a time constant longer than a time required for the crystal oscillator.
算増幅器に前記帰還電圧を帰還させる回路の途中に前記
積分回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の水晶
発振器。2. The heater current control circuit according to claim 1, further comprising an operational amplifier including the differential amplifier circuit, wherein the integration circuit is provided in a circuit for feeding back the feedback voltage to the operational amplifier. The crystal oscillator according to claim 1.
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2000004016A JP2001196857A (en) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | Crystal oscillator |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001196857A true JP2001196857A (en) | 2001-07-19 |
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| JP2000004016A Pending JP2001196857A (en) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | Crystal oscillator |
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| Country | Link |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657507B2 (en) * | 2002-01-02 | 2003-12-02 | Intel Corporation | Active on-die integrated resistance circuit for real time clock (RTC) oscillators |
| US6859110B2 (en) | 2002-04-17 | 2005-02-22 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | High-stability piezoelectric oscillator |
| JP2007251366A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Quartz resonator |
| JP2009077342A (en) * | 2007-09-25 | 2009-04-09 | Epson Toyocom Corp | Compensation voltage circuit and temperature compensated piezoelectric oscillator |
-
2000
- 2000-01-12 JP JP2000004016A patent/JP2001196857A/en active Pending
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