JP2001257531A - 水晶発振器 - Google Patents
水晶発振器Info
- Publication number
- JP2001257531A JP2001257531A JP2000070157A JP2000070157A JP2001257531A JP 2001257531 A JP2001257531 A JP 2001257531A JP 2000070157 A JP2000070157 A JP 2000070157A JP 2000070157 A JP2000070157 A JP 2000070157A JP 2001257531 A JP2001257531 A JP 2001257531A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- frequency
- phase
- voltage
- controlled
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】変曲点温度に槽の温度が設定されたＯＣＸＯ
は、恒温槽温度が一定値に達るまでの間、出力周波数の
精度が非常に大きい。 【解決手段】 ＯＣＸＯ２の出力を基準とし、ＶＣＸＯ
１出力との位相差を位相比較器３で検出してＬＰＦ５で
その直流成分を取り出し比較切替器６を介して制御電圧
としてＶＣＸＯ７に入力するＰＬＬ制御系を構成する。
電源起動時はメモリ部８に記憶したＰＬＬ制御時のＶＣ
ＸＯ制御電圧を比較切替器６を介してＶＣＸＯ７に印加
し、このＶＣＸＯ７の出力を本発振器の出力とし、ＯＣ
ＸＯ２の出力周波数が安定した後は、比較切替器６をＰ
ＬＬループが構成されるように切り替えて、ＯＣＸＯ２
の周波数精度にＶＣＸＯ７の精度を引き込み、このＶＣ
ＸＯ７の出力を本発振器の出力として取り出す。
は、恒温槽温度が一定値に達るまでの間、出力周波数の
精度が非常に大きい。 【解決手段】 ＯＣＸＯ２の出力を基準とし、ＶＣＸＯ
１出力との位相差を位相比較器３で検出してＬＰＦ５で
その直流成分を取り出し比較切替器６を介して制御電圧
としてＶＣＸＯ７に入力するＰＬＬ制御系を構成する。
電源起動時はメモリ部８に記憶したＰＬＬ制御時のＶＣ
ＸＯ制御電圧を比較切替器６を介してＶＣＸＯ７に印加
し、このＶＣＸＯ７の出力を本発振器の出力とし、ＯＣ
ＸＯ２の出力周波数が安定した後は、比較切替器６をＰ
ＬＬループが構成されるように切り替えて、ＯＣＸＯ２
の周波数精度にＶＣＸＯ７の精度を引き込み、このＶＣ
ＸＯ７の出力を本発振器の出力として取り出す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高安定の水晶発振
器に関し、特に恒温槽付き水晶発振回路出力に位相同期
した電圧制御型水晶発振回路より出力を得ることによっ
て周波数安定度並びに位相雑音特性を改善することがで
きる水晶発振器に関する。
器に関し、特に恒温槽付き水晶発振回路出力に位相同期
した電圧制御型水晶発振回路より出力を得ることによっ
て周波数安定度並びに位相雑音特性を改善することがで
きる水晶発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、周波数安定度の優れた水晶発
振器は、移動無線通信の周波数基準や高速伝送路の時間
基準等に広く利用されている。この水晶発振器の周波数
安定度を劣化させる要因は幾つかあるが、主な原因の一
つに、発振源の水晶振動子の温度による共振周波数の変
化があげられる。水晶振動子周波数特性は、水晶結晶材
料からの切り出し角度等で大きく異なるが、例えば周波
数変化の少ないＡＴカットであっても水晶発振器使用温
度範囲（約−４０〜８５℃）内で約±２０〜±３０ｐｐ
ｍ程度の変化は避けられない。一方、例えば移動無線携
帯電話端末では±２〜±５ｐｐｍ程度の周波数安定度が
要求されるため、温度変化に対応して発振周波数を制御
し、水晶振動子の周波数変化を上記値内に補償した温度
補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）が広く使用されている。
しかしながら、無線基地局や計測器等の周波数基準とな
る水晶発振器はさらに高い周波数安定度、例えば±１×
１０- 7 〜±５×１０- 10 程度の高安定度が要求されて
おり、このような周波数安定度は前記の温度補償型水晶
発振器（ＴＣＸＯ）では実現することができない。この
ため、温度変化に対する周波数変動の要因を有している
水晶振動子や発振回路を恒温槽内に閉じこめ、これを一
定温度に維持することにより、周囲温度変化の影響を受
けないようにして上記安定度を実現する手段がとられて
おり、一般に「恒温槽付き高安定水晶発振器」と称され
ている。
振器は、移動無線通信の周波数基準や高速伝送路の時間
基準等に広く利用されている。この水晶発振器の周波数
安定度を劣化させる要因は幾つかあるが、主な原因の一
つに、発振源の水晶振動子の温度による共振周波数の変
化があげられる。水晶振動子周波数特性は、水晶結晶材
料からの切り出し角度等で大きく異なるが、例えば周波
数変化の少ないＡＴカットであっても水晶発振器使用温
度範囲（約−４０〜８５℃）内で約±２０〜±３０ｐｐ
ｍ程度の変化は避けられない。一方、例えば移動無線携
帯電話端末では±２〜±５ｐｐｍ程度の周波数安定度が
要求されるため、温度変化に対応して発振周波数を制御
し、水晶振動子の周波数変化を上記値内に補償した温度
補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）が広く使用されている。
しかしながら、無線基地局や計測器等の周波数基準とな
る水晶発振器はさらに高い周波数安定度、例えば±１×
１０- 7 〜±５×１０- 10 程度の高安定度が要求されて
おり、このような周波数安定度は前記の温度補償型水晶
発振器（ＴＣＸＯ）では実現することができない。この
ため、温度変化に対する周波数変動の要因を有している
水晶振動子や発振回路を恒温槽内に閉じこめ、これを一
定温度に維持することにより、周囲温度変化の影響を受
けないようにして上記安定度を実現する手段がとられて
おり、一般に「恒温槽付き高安定水晶発振器」と称され
ている。
【０００３】図４（ａ）は、従来の恒温槽付き高安定水
晶発振器の一例を示す構成概要図で、水晶振動子２１、
発振回路２２、出力回路２３、恒温槽２４、加熱ヒータ
２５、ヒータ制御部２６、温度検出部２７で構成され
る。同図において、電源を投入すると、水晶振動子２
１、発振回路２２が動作して、出力回路２３から初期の
周波数の信号が出力されるとともに、加熱ヒータ２５は
恒温槽２４内を加熱する。槽内温度は温度検出部２７に
よって検出され、その検出情報に基づくヒータ制御部２
６からの制御信号によって前記加熱ヒータ２５の動作が
制御される。その結果、槽内温度は所定の温度が保た
れ、前記出力回路２３からは所定の周波数に安定した出
力信号が出力される。上記のような恒温槽付き高安定水
晶発振器の恒温槽温度は、一般的に水晶振動子の周波数
温度特性に応じて設定される。例えば、よく用いられる
ＡＴカット水晶振動子を例にとれば、この水晶振動子の
周波数変化は温度の変化に対して３次の曲線で表され、
温度変化に対する周波数変化が最も少なくなるのは変曲
点温度であることから、恒温槽温度はこの変曲点温度、
すなわち７０〜９０℃の間で一定値となるよう設定され
るのが一般的となっている。
晶発振器の一例を示す構成概要図で、水晶振動子２１、
発振回路２２、出力回路２３、恒温槽２４、加熱ヒータ
２５、ヒータ制御部２６、温度検出部２７で構成され
る。同図において、電源を投入すると、水晶振動子２
１、発振回路２２が動作して、出力回路２３から初期の
周波数の信号が出力されるとともに、加熱ヒータ２５は
恒温槽２４内を加熱する。槽内温度は温度検出部２７に
よって検出され、その検出情報に基づくヒータ制御部２
６からの制御信号によって前記加熱ヒータ２５の動作が
制御される。その結果、槽内温度は所定の温度が保た
れ、前記出力回路２３からは所定の周波数に安定した出
力信号が出力される。上記のような恒温槽付き高安定水
晶発振器の恒温槽温度は、一般的に水晶振動子の周波数
温度特性に応じて設定される。例えば、よく用いられる
ＡＴカット水晶振動子を例にとれば、この水晶振動子の
周波数変化は温度の変化に対して３次の曲線で表され、
温度変化に対する周波数変化が最も少なくなるのは変曲
点温度であることから、恒温槽温度はこの変曲点温度、
すなわち７０〜９０℃の間で一定値となるよう設定され
るのが一般的となっている。
【０００４】周知のように、水晶振動子の素板の厚みは
発振周波数に反比例して薄くなり、例えばＡＴカットで
発振周波数が１００ＭＨｚの水晶振動子では、その厚み
は数十μｍと極めて薄くなる。更に、水晶振動子には、
その製造過程における様々なストレスの残留応力が蓄積
されていると共に、この水晶振動子を保持する保持具や
これらをパックするパッケージも同様にストレスを受け
ている。このような各種のストレスは水晶発振器が恒温
槽で加熱されて周囲温度が上昇すると徐々に開放され、
その応力が振動子に加わり、そのため厚みが極めて薄い
高周波発振用の振動子はわずかな応力でも変形し、発振
周波数が大きく変動してしまって周波数の立ち上り特性
やエージング特性が悪くなってしまう。この理由によっ
て、水晶素板の厚みは一定の厚さ以下に薄くすることが
できず、振動子の共振周波数としては最高５０ＭＨｚ程
度が製作限界とされており、周波数温度特性で厳しい安
定度が要求される場合は、更に低くなる。そこで、例え
ば１００ＭＨｚのような高周波で、移動無線通信基地局
用の発振器等に要求される厳しい規格を満足させるため
には、厚みがより厚く、多少の応力が発生しても周波数
の変動が少ない、低い共振周波数の振動子を発振させ、
この発振出力を１００ＭＨｚまで逓倍する方法がとられ
ている。
発振周波数に反比例して薄くなり、例えばＡＴカットで
発振周波数が１００ＭＨｚの水晶振動子では、その厚み
は数十μｍと極めて薄くなる。更に、水晶振動子には、
その製造過程における様々なストレスの残留応力が蓄積
されていると共に、この水晶振動子を保持する保持具や
これらをパックするパッケージも同様にストレスを受け
ている。このような各種のストレスは水晶発振器が恒温
槽で加熱されて周囲温度が上昇すると徐々に開放され、
その応力が振動子に加わり、そのため厚みが極めて薄い
高周波発振用の振動子はわずかな応力でも変形し、発振
周波数が大きく変動してしまって周波数の立ち上り特性
やエージング特性が悪くなってしまう。この理由によっ
て、水晶素板の厚みは一定の厚さ以下に薄くすることが
できず、振動子の共振周波数としては最高５０ＭＨｚ程
度が製作限界とされており、周波数温度特性で厳しい安
定度が要求される場合は、更に低くなる。そこで、例え
ば１００ＭＨｚのような高周波で、移動無線通信基地局
用の発振器等に要求される厳しい規格を満足させるため
には、厚みがより厚く、多少の応力が発生しても周波数
の変動が少ない、低い共振周波数の振動子を発振させ、
この発振出力を１００ＭＨｚまで逓倍する方法がとられ
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に周波数安定度の
要求レベルが比較的低いシステムに用いられる温度補償
型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の出力周波数は、数ms（ミリ
セカンド）から数十msという短時間で定常値に達し、こ
の間の周波数変化も僅かであるから、そのシステムでは
電源投入後間もなく動作を開始できる。しかしながら、
高い周波数安定度が要求されるシステムに用いられ、槽
温度が変曲点温度に設定された恒温槽付き高安定水晶発
振器は、電源投入後恒温槽温度が設定温度に達して安定
した発振周波数になるには、図４（ｂ）に示すように一
定の時間を要することになり、この間はサーマルショッ
ク並びに水晶振動子の温度特性による大きな周波数変動
が発生してしまう。この周波数変動はＡＴカット水晶振
動子を用いた場合でも数十ｐｐｍに達し、周波数が安定
するまでに要する時間は通常数分〜数十分という長い時
間が必要である。従って、上記の水晶発振器が使用され
ているシステムにおいては、出力周波数が一定となるま
で動作開始を待たなくてはならない。また、周波数の立
ち上り特性の良い特殊な振動子を使用して早急に所定の
温度に到達させる手段をとると、コスト高になるととも
に消費電力が増大するという問題があった。
要求レベルが比較的低いシステムに用いられる温度補償
型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の出力周波数は、数ms（ミリ
セカンド）から数十msという短時間で定常値に達し、こ
の間の周波数変化も僅かであるから、そのシステムでは
電源投入後間もなく動作を開始できる。しかしながら、
高い周波数安定度が要求されるシステムに用いられ、槽
温度が変曲点温度に設定された恒温槽付き高安定水晶発
振器は、電源投入後恒温槽温度が設定温度に達して安定
した発振周波数になるには、図４（ｂ）に示すように一
定の時間を要することになり、この間はサーマルショッ
ク並びに水晶振動子の温度特性による大きな周波数変動
が発生してしまう。この周波数変動はＡＴカット水晶振
動子を用いた場合でも数十ｐｐｍに達し、周波数が安定
するまでに要する時間は通常数分〜数十分という長い時
間が必要である。従って、上記の水晶発振器が使用され
ているシステムにおいては、出力周波数が一定となるま
で動作開始を待たなくてはならない。また、周波数の立
ち上り特性の良い特殊な振動子を使用して早急に所定の
温度に到達させる手段をとると、コスト高になるととも
に消費電力が増大するという問題があった。
【０００６】また、前述のように、共振周波数の低い水
晶振動子を発振させ、その発振周波数を逓倍して出力す
る水晶発振器は、周波数温度特性や周波数経時変化等の
特性については変動が少ないが、近年、高い周波数のク
ロック信号等の発信源において重要視されている位相雑
音特性は、逓倍次数に応じて式（１）に従って劣化する
ことが知られている。 Ｄ＝２０ｌｏｇ１０Ｎ（ｄＢ） （１） ただし、Ｎ：逓倍次数、Ｄ：位相雑音劣化量 式（１）から、例えば共振周波数が５ＭＨｚの水晶振動
子の発振出力を１００ＭＨｚまで逓倍した場合、Ｎ＝２
０となり、位相雑音劣化量はＤ＝２６ｄＢとなり、図４
（ｃ）の例示のように悪化してしまう。
晶振動子を発振させ、その発振周波数を逓倍して出力す
る水晶発振器は、周波数温度特性や周波数経時変化等の
特性については変動が少ないが、近年、高い周波数のク
ロック信号等の発信源において重要視されている位相雑
音特性は、逓倍次数に応じて式（１）に従って劣化する
ことが知られている。 Ｄ＝２０ｌｏｇ１０Ｎ（ｄＢ） （１） ただし、Ｎ：逓倍次数、Ｄ：位相雑音劣化量 式（１）から、例えば共振周波数が５ＭＨｚの水晶振動
子の発振出力を１００ＭＨｚまで逓倍した場合、Ｎ＝２
０となり、位相雑音劣化量はＤ＝２６ｄＢとなり、図４
（ｃ）の例示のように悪化してしまう。
【０００７】一般に水晶発振器の位相雑音特性は、水晶
振動子を含んだ発振ループのＱ値と振動子励振レベルに
よって大きく影響されることが知られている。通常、特
に高安定発振器用の水晶振動子は、Ｑ値を高くするため
振動子表面に曲率の大きいコンベックス加工を施すのが
一般的であり、このため振動子励振電流レベルに対し共
振周波数が２次曲線的に大きく変化するという励振電流
レベル特性を有している。このため周知のように、高安
定水晶発振器における振動子励振レベルは、レベル変化
による周波数変動を抑える目的で、かなり低い励振レベ
ルに設定しており、フロア領域（およそ１００ｋＨｚ以
上の雑音周波数領域）の雑音レベルが通常の水晶発振器
よりも大きくなっているのが一般的である。従って、こ
のような雑音レベルの大きい発振出力を逓倍することに
より、逓倍後の信号に含まれる位相雑音レベルは更に増
大してしまうことになる、即ち従来の逓倍方式による高
周波高安定水晶発振器では、フロア領域の位相雑音特性
が大幅に劣化しているという問題があった。この問題に
対して、広い電流範囲で平坦な励振電流レベル特性をも
つ、例えばＳＣカットの水晶振動子を使用すると、水晶
振動子の製造コストが高く、且つ発振器回路が複雑とな
って高価な発振器になるという問題があった。本発明
は、上記課題を解決するためになされたものであって、
電源投入直後も高い周波数安定度で動作し、且つフロア
領域の位相雑音特性の優れた水晶発振器を提供すること
を目的とする。
振動子を含んだ発振ループのＱ値と振動子励振レベルに
よって大きく影響されることが知られている。通常、特
に高安定発振器用の水晶振動子は、Ｑ値を高くするため
振動子表面に曲率の大きいコンベックス加工を施すのが
一般的であり、このため振動子励振電流レベルに対し共
振周波数が２次曲線的に大きく変化するという励振電流
レベル特性を有している。このため周知のように、高安
定水晶発振器における振動子励振レベルは、レベル変化
による周波数変動を抑える目的で、かなり低い励振レベ
ルに設定しており、フロア領域（およそ１００ｋＨｚ以
上の雑音周波数領域）の雑音レベルが通常の水晶発振器
よりも大きくなっているのが一般的である。従って、こ
のような雑音レベルの大きい発振出力を逓倍することに
より、逓倍後の信号に含まれる位相雑音レベルは更に増
大してしまうことになる、即ち従来の逓倍方式による高
周波高安定水晶発振器では、フロア領域の位相雑音特性
が大幅に劣化しているという問題があった。この問題に
対して、広い電流範囲で平坦な励振電流レベル特性をも
つ、例えばＳＣカットの水晶振動子を使用すると、水晶
振動子の製造コストが高く、且つ発振器回路が複雑とな
って高価な発振器になるという問題があった。本発明
は、上記課題を解決するためになされたものであって、
電源投入直後も高い周波数安定度で動作し、且つフロア
領域の位相雑音特性の優れた水晶発振器を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明においては、恒温槽によって温度制
御される恒温槽付き水晶発振回路と発振周波数を制御電
圧によって制御される電圧制御型水晶発振回路とを備
え、前記電圧制御型水晶発振回路出力は位相同期回路に
よって前記恒温槽付き水晶発振回路出力に位相同期し、
該位相同期制御された電圧制御型水晶発振回路より出力
を得る水晶発振器であって、前記電圧制御型水晶発振回
路は振動子励振レベル特性が平坦な水晶振動子で構成さ
れた発振回路であることを特徴とする。
め、請求項１の発明においては、恒温槽によって温度制
御される恒温槽付き水晶発振回路と発振周波数を制御電
圧によって制御される電圧制御型水晶発振回路とを備
え、前記電圧制御型水晶発振回路出力は位相同期回路に
よって前記恒温槽付き水晶発振回路出力に位相同期し、
該位相同期制御された電圧制御型水晶発振回路より出力
を得る水晶発振器であって、前記電圧制御型水晶発振回
路は振動子励振レベル特性が平坦な水晶振動子で構成さ
れた発振回路であることを特徴とする。
【０００９】また、請求項２の発明においては、恒温槽
によって温度制御される恒温槽付き水晶発振回路と発振
周波数を制御電圧によって制御される電圧制御型水晶発
振回路とを備え、前記電圧制御型水晶発振回路出力は位
相同期回路によって前記恒温槽付き水晶発振回路出力に
位相同期し、該位相同期制御された電圧制御型水晶発振
回路より出力を得る水晶発振器であって、電源投入直後
は、予め記憶された所定の制御電圧が印加された前記電
圧制御型水晶発振回路より、また、前記位相同期回路か
ら検出される制御電圧が予め設定されたしきい値を下回
ったときからは、前記位相同期回路によって位相同期制
御された前記電圧制御型水晶発振回路より出力を得るこ
とを特徴とする。
によって温度制御される恒温槽付き水晶発振回路と発振
周波数を制御電圧によって制御される電圧制御型水晶発
振回路とを備え、前記電圧制御型水晶発振回路出力は位
相同期回路によって前記恒温槽付き水晶発振回路出力に
位相同期し、該位相同期制御された電圧制御型水晶発振
回路より出力を得る水晶発振器であって、電源投入直後
は、予め記憶された所定の制御電圧が印加された前記電
圧制御型水晶発振回路より、また、前記位相同期回路か
ら検出される制御電圧が予め設定されたしきい値を下回
ったときからは、前記位相同期回路によって位相同期制
御された前記電圧制御型水晶発振回路より出力を得るこ
とを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態に基づいて説明する。図１は、請求項１記載の発
明に係わる水晶発振器の実施の一形態例を示す構成概要
図である。同図に示すように、本発振器は、恒温槽付き
水晶発振回路（以下、ＯＣＸＯ）１と、高周波信号を位
相比較周波数に変換する分周器２、４と、入力信号を比
較してその位相差あるいは周波数差に応じた電圧を出力
する位相比較器３と、信号に重畳されている交流成分を
除去して直流成分を出力する低域フィルタ（以下、ＬＰ
Ｆ）５と、温度補償回路付き電圧制御型水晶発振回路
（以下、ＶＣＸＯ）６とで構成される。上記構成におい
て、本発振器では、次のようにＯＣＸＯ１の発振出力に
位相同期（ＰＬＬ）制御された出力がＶＣＸＯ６から取
り出される。即ち、周波数精度の高い高安定水晶発振器
であるＯＣＸＯ１の発振出力と、励振電流レベル特性を
ほとんど持たず、従って励振レべルを上げても周波数特
性の劣化が極めて少ない一般の水晶振動子を用いて構成
されたＶＣＸＯ６の発振出力とは、それぞれ分周器２、
４で位相比較周波数に変換され位相比較器３において位
相が比較される。そして、ＯＣＸＯ１の発振出力を基準
にした位相差情報が電圧に変換され、ＬＰＦ５において
交流分が除去された後、制御電圧としてＶＣＸＯ６に入
力する。該ＶＣＸＯ６の出力信号は前記制御電圧によっ
てＯＣＸＯ１の出力周波数精度に引き込まれるように制
御されるものである。
の形態に基づいて説明する。図１は、請求項１記載の発
明に係わる水晶発振器の実施の一形態例を示す構成概要
図である。同図に示すように、本発振器は、恒温槽付き
水晶発振回路（以下、ＯＣＸＯ）１と、高周波信号を位
相比較周波数に変換する分周器２、４と、入力信号を比
較してその位相差あるいは周波数差に応じた電圧を出力
する位相比較器３と、信号に重畳されている交流成分を
除去して直流成分を出力する低域フィルタ（以下、ＬＰ
Ｆ）５と、温度補償回路付き電圧制御型水晶発振回路
（以下、ＶＣＸＯ）６とで構成される。上記構成におい
て、本発振器では、次のようにＯＣＸＯ１の発振出力に
位相同期（ＰＬＬ）制御された出力がＶＣＸＯ６から取
り出される。即ち、周波数精度の高い高安定水晶発振器
であるＯＣＸＯ１の発振出力と、励振電流レベル特性を
ほとんど持たず、従って励振レべルを上げても周波数特
性の劣化が極めて少ない一般の水晶振動子を用いて構成
されたＶＣＸＯ６の発振出力とは、それぞれ分周器２、
４で位相比較周波数に変換され位相比較器３において位
相が比較される。そして、ＯＣＸＯ１の発振出力を基準
にした位相差情報が電圧に変換され、ＬＰＦ５において
交流分が除去された後、制御電圧としてＶＣＸＯ６に入
力する。該ＶＣＸＯ６の出力信号は前記制御電圧によっ
てＯＣＸＯ１の出力周波数精度に引き込まれるように制
御されるものである。
【００１１】上記のようにして得られた出力信号は、図
３（ａ）に示されるように、従来の高安定発振回路出力
よりも位相雑音レベルがはるかに小さい出力を得ること
ができる。即ち、位相同期した発振器出力の位相雑音特
性は位相同期回路に用いる低域フィルタのカットオフ周
波数を境にして変化し、このカットオフ周波数より低い
周波数領域の雑音レベルは位相同期された発振器出力の
雑音レベルが現れる。 一方、このカットオフ周波数よ
り高い周波数領域の雑音レベルは、同期している発振器
出力の特性が現れることが知られている。従って、本発
振器の位相雑音特性は、低い周波数領域ではＯＣＸＯ１
出力の雑音レベルであって、従来の逓倍出力時と同等の
特性が得られ、高い周波数領域ではＶＣＸＯ６の雑音レ
ベルが得られ、即ち従来の逓倍出力時よりも大幅に改善
された特性が得られることになる。
３（ａ）に示されるように、従来の高安定発振回路出力
よりも位相雑音レベルがはるかに小さい出力を得ること
ができる。即ち、位相同期した発振器出力の位相雑音特
性は位相同期回路に用いる低域フィルタのカットオフ周
波数を境にして変化し、このカットオフ周波数より低い
周波数領域の雑音レベルは位相同期された発振器出力の
雑音レベルが現れる。 一方、このカットオフ周波数よ
り高い周波数領域の雑音レベルは、同期している発振器
出力の特性が現れることが知られている。従って、本発
振器の位相雑音特性は、低い周波数領域ではＯＣＸＯ１
出力の雑音レベルであって、従来の逓倍出力時と同等の
特性が得られ、高い周波数領域ではＶＣＸＯ６の雑音レ
ベルが得られ、即ち従来の逓倍出力時よりも大幅に改善
された特性が得られることになる。
【００１２】図２は、請求項２記載の発明に係わる水晶
発振器の実施の第2の形態例を示す構成概要図である。
同図に示すように、本発振器は、恒温槽付き水晶発振回
路（以下、ＯＣＸＯ）１１と、高周波信号を位相比較周
波数に変換する分周器１２、１４と、入力信号を比較し
てその位相差あるいは周波数差に応じた電圧を出力する
位相比較器１３と、信号に重畳された交流成分を除去し
て直流成分を出力する低域フィルタ（以下、ＬＰＦ）１
５と、温度補償回路付き電圧制御型水晶発振回路（以
下、ＶＣＸＯ）１６と、比較部（図示しない）と切替部
（図示しない）とからなる比較切替器１７と、予め定め
られた所定の電圧データを記憶するメモリ部１８と、メ
モリ部１８で記憶したデータの電圧を出力する電圧発生
部１９とで構成される。
発振器の実施の第2の形態例を示す構成概要図である。
同図に示すように、本発振器は、恒温槽付き水晶発振回
路（以下、ＯＣＸＯ）１１と、高周波信号を位相比較周
波数に変換する分周器１２、１４と、入力信号を比較し
てその位相差あるいは周波数差に応じた電圧を出力する
位相比較器１３と、信号に重畳された交流成分を除去し
て直流成分を出力する低域フィルタ（以下、ＬＰＦ）１
５と、温度補償回路付き電圧制御型水晶発振回路（以
下、ＶＣＸＯ）１６と、比較部（図示しない）と切替部
（図示しない）とからなる比較切替器１７と、予め定め
られた所定の電圧データを記憶するメモリ部１８と、メ
モリ部１８で記憶したデータの電圧を出力する電圧発生
部１９とで構成される。
【００１３】ここで、位相同期（ＰＬＬ）制御回路が次
のように構成される。即ち、ＶＣＸＯ１６の発振出力と
ＯＣＸＯ１１の発振出力とを位相比較器１３で比較して
位相差情報を電圧に変換し、この電圧を比較切替器１７
を介してＶＣＸＯ１６に入力することによって、該ＶＣ
ＸＯ１６の出力周波数をＯＣＸＯ１１の出力周波数精度
に引き込むように制御する。前記メモリ１８は、ＯＣＸ
Ｏ１１の恒温槽温度が所定の温度に安定した状態で、前
記ＯＣＸＯ１１とＶＣＸＯ１６間でＰＬＬ動作が行われ
ているときのＶＣＸＯ制御電圧、即ちＬＰＦ１５の出力
電圧値を予めディジタルに変換して記憶しているもので
ある。また、前記比較切替器１７の切替部の接続は、電
源投入時はＶＣＸＯ１６を電圧発生部１９に接続してお
り、この状態で前記比較切替器１７の比較部で所定のし
きい値と前記ＬＰＦ１５の出力電圧とを比較し、前記Ｌ
ＰＦ１５の出力電圧が前記しきい値以下になった場合
に、前記比較切替器１７の切替部の接続はＶＣＸＯ１６
をＬＰＦ１５に接続するように切り替わる。
のように構成される。即ち、ＶＣＸＯ１６の発振出力と
ＯＣＸＯ１１の発振出力とを位相比較器１３で比較して
位相差情報を電圧に変換し、この電圧を比較切替器１７
を介してＶＣＸＯ１６に入力することによって、該ＶＣ
ＸＯ１６の出力周波数をＯＣＸＯ１１の出力周波数精度
に引き込むように制御する。前記メモリ１８は、ＯＣＸ
Ｏ１１の恒温槽温度が所定の温度に安定した状態で、前
記ＯＣＸＯ１１とＶＣＸＯ１６間でＰＬＬ動作が行われ
ているときのＶＣＸＯ制御電圧、即ちＬＰＦ１５の出力
電圧値を予めディジタルに変換して記憶しているもので
ある。また、前記比較切替器１７の切替部の接続は、電
源投入時はＶＣＸＯ１６を電圧発生部１９に接続してお
り、この状態で前記比較切替器１７の比較部で所定のし
きい値と前記ＬＰＦ１５の出力電圧とを比較し、前記Ｌ
ＰＦ１５の出力電圧が前記しきい値以下になった場合
に、前記比較切替器１７の切替部の接続はＶＣＸＯ１６
をＬＰＦ１５に接続するように切り替わる。
【００１４】本発振器の電源が投入されると、前記メモ
リ１８からは、記憶された所定のＶＣＸＯ１６制御電圧
値が読み出され、電圧発生部１９から読み出された値の
制御電圧が比較切替器１７を介してＶＣＸＯ１６に出力
される。この制御電圧によって制御されたＶＣＸＯ１６
は数ｐｐｍあるいはそれ以下の精度に補償された発振周
波数を出力する。そしてＯＣＸＯ１１の恒温槽温度が所
定の温度に安定して該ＯＣＸＯ１１の出力周波数が前記
ＶＣＸＯ１６の周波数精度を上回るまでは、前記ＶＣＸ
Ｏ１６の発振出力が本発振器の出力として出力される。
リ１８からは、記憶された所定のＶＣＸＯ１６制御電圧
値が読み出され、電圧発生部１９から読み出された値の
制御電圧が比較切替器１７を介してＶＣＸＯ１６に出力
される。この制御電圧によって制御されたＶＣＸＯ１６
は数ｐｐｍあるいはそれ以下の精度に補償された発振周
波数を出力する。そしてＯＣＸＯ１１の恒温槽温度が所
定の温度に安定して該ＯＣＸＯ１１の出力周波数が前記
ＶＣＸＯ１６の周波数精度を上回るまでは、前記ＶＣＸ
Ｏ１６の発振出力が本発振器の出力として出力される。
【００１５】この間、ＯＣＸＯ１１は、大きい周波数変
動をもって発振しており、この出力とＶＣＸＯ１６出力
はそれぞれ分周器１２、１４で位相比較周波数に変換さ
れて位相比較器１３に入力する。前記位相比較器１３
は、両出力信号を比較してその位相差に応じた出力信号
をＬＰＦ１５に出力し、前記ＬＰＦ１５で前記位相比較
器１３出力から信号中の交流成分を除去して比較切替器
１７の比較部に出力する。前記比較切替器１７の比較部
においては、前記ＬＰＦ１５の出力電圧と、ＰＬＬ制御
が動作してＶＣＸＯ１６の出力周波数をＯＣＸＯ１１の
出力周波数精度に引き込んだ状態のＶＣＸＯ１６制御電
圧に基づいて予め設定された所定のしきい値とを比較
し、前記ＬＰＦ１５の出力電圧が前記しきい値以下にな
った場合に、前記比較切替器１７の切替部接続は、ＶＣ
ＸＯ１６をＬＰＦ１５に接続するように切り替わる。
動をもって発振しており、この出力とＶＣＸＯ１６出力
はそれぞれ分周器１２、１４で位相比較周波数に変換さ
れて位相比較器１３に入力する。前記位相比較器１３
は、両出力信号を比較してその位相差に応じた出力信号
をＬＰＦ１５に出力し、前記ＬＰＦ１５で前記位相比較
器１３出力から信号中の交流成分を除去して比較切替器
１７の比較部に出力する。前記比較切替器１７の比較部
においては、前記ＬＰＦ１５の出力電圧と、ＰＬＬ制御
が動作してＶＣＸＯ１６の出力周波数をＯＣＸＯ１１の
出力周波数精度に引き込んだ状態のＶＣＸＯ１６制御電
圧に基づいて予め設定された所定のしきい値とを比較
し、前記ＬＰＦ１５の出力電圧が前記しきい値以下にな
った場合に、前記比較切替器１７の切替部接続は、ＶＣ
ＸＯ１６をＬＰＦ１５に接続するように切り替わる。
【００１６】上記の切替部の動作よって、前記ＯＣＸＯ
１１を基準にしてＶＣＸＯ１６の出力を位相同期させる
ＰＬＬ制御ループが構成される。このＯＣＸＯ１１と分
周器１２、１４と位相比較器１３とＬＰＦ１５とＶＣＸ
Ｏ１６で構成されるＰＬＬ制御回路の動作は、図１の発
振器の動作と同じであるので説明は省略する。この結
果、前記ＯＣＸＯ１１出力に位相同期したＶＣＸＯ１６
の出力が、本発振器の出力として取り出され、図３
（ｂ）に示すように、電源投入直後でも±１ｐｐｍ以下
高精度の発振出力が得られる。図２の構成において、Ｖ
ＣＸＯ１６は、ＯＣＸＯ１１の恒温槽や周囲機器の温度
変化の影響を受けないような配置や断熱等の処置を取る
必要があることは当然のことである。
１１を基準にしてＶＣＸＯ１６の出力を位相同期させる
ＰＬＬ制御ループが構成される。このＯＣＸＯ１１と分
周器１２、１４と位相比較器１３とＬＰＦ１５とＶＣＸ
Ｏ１６で構成されるＰＬＬ制御回路の動作は、図１の発
振器の動作と同じであるので説明は省略する。この結
果、前記ＯＣＸＯ１１出力に位相同期したＶＣＸＯ１６
の出力が、本発振器の出力として取り出され、図３
（ｂ）に示すように、電源投入直後でも±１ｐｐｍ以下
高精度の発振出力が得られる。図２の構成において、Ｖ
ＣＸＯ１６は、ＯＣＸＯ１１の恒温槽や周囲機器の温度
変化の影響を受けないような配置や断熱等の処置を取る
必要があることは当然のことである。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、従来の恒温槽付き
水晶発振器には、電源投入後数分〜数十分にわたり数十
ｐｐｍという大きな周波数変動が発生すると共に、位相
雑音レベルが一般の水晶発振器に比べて大きいという欠
点があったが、本発明によれば、低価格で、電源投入後
の周波数変化が±１ｐｐｍ以内に改善された水晶発振
器、あるいは、フロア領域の位相雑音レベルが極めて低
いという高品質の水晶発振器を提供することができる。
更に、例えば計測器周波数基準として本発振器が使用し
た場合、従来は電源投入後から周波数が安定するまでの
間、全く計測器が使用できなかったものが、電源投入直
後から一定精度での計測器使用が可能となる等、周波数
基準あるいは時間基準に発振器を使用しているシステム
の起動の高速化に大いに貢献できる。
水晶発振器には、電源投入後数分〜数十分にわたり数十
ｐｐｍという大きな周波数変動が発生すると共に、位相
雑音レベルが一般の水晶発振器に比べて大きいという欠
点があったが、本発明によれば、低価格で、電源投入後
の周波数変化が±１ｐｐｍ以内に改善された水晶発振
器、あるいは、フロア領域の位相雑音レベルが極めて低
いという高品質の水晶発振器を提供することができる。
更に、例えば計測器周波数基準として本発振器が使用し
た場合、従来は電源投入後から周波数が安定するまでの
間、全く計測器が使用できなかったものが、電源投入直
後から一定精度での計測器使用が可能となる等、周波数
基準あるいは時間基準に発振器を使用しているシステム
の起動の高速化に大いに貢献できる。
【図１】請求項１記載の発明に係る水晶発振器の実施の
一形態例を示す構成概要図。
一形態例を示す構成概要図。
【図２】請求項２記載の発明に係る水晶発振器の実施の
一形態例を示す構成概要図。
一形態例を示す構成概要図。
【図３】（ａ）は、図１の発振器の位相雑音特性（Ｃ／
Ｎ特性）の一例を示す特性図、（ｂ）は、図２の水晶発
振器における電源投入後の周波数変化の一例を示す図。
Ｎ特性）の一例を示す特性図、（ｂ）は、図２の水晶発
振器における電源投入後の周波数変化の一例を示す図。
【図４】（ａ）は、従来の恒温槽付き水晶発振器の一例
を示す構成概要図、（ｂ）は、（ａ）の水晶発振器にお
ける電源投入後の周波数変化の一例を示す図、（ｃ）
は、（ａ）の水晶発振器における位相雑音特性図（Ｃ／
Ｎ特性）の一例を示す図。
を示す構成概要図、（ｂ）は、（ａ）の水晶発振器にお
ける電源投入後の周波数変化の一例を示す図、（ｃ）
は、（ａ）の水晶発振器における位相雑音特性図（Ｃ／
Ｎ特性）の一例を示す図。
１・・恒温槽付き水晶発振回路（ＯＣＸＯ）、 ２、
４・・分周器、３・・位相比較器、 ５・・低
域フィルタ（ＬＰＦ）、６・・温度補償型電圧制御型水
晶発振回路（ＶＣＸＯ）、１１・・恒温槽付き水晶発振
回路（ＯＣＸＯ）、１２、１４・・分周器、 １３
・・位相比較器、１５・・低域フィルタ（ＬＰＦ）、１
６・・温度補償型電圧制御型水晶発振回路（ＶＣＸ
Ｏ）、１７・・比較切替器、 １８・・メモリ部、
１９・・電圧発生部、２１・・水晶振動子、 ２２・・
発振回路、 ２３・・出力回路、２４・・恒温槽、
２５・・加熱ヒータ、 ２６・・ヒータ制御部、２
７・・温度検出部
４・・分周器、３・・位相比較器、 ５・・低
域フィルタ（ＬＰＦ）、６・・温度補償型電圧制御型水
晶発振回路（ＶＣＸＯ）、１１・・恒温槽付き水晶発振
回路（ＯＣＸＯ）、１２、１４・・分周器、 １３
・・位相比較器、１５・・低域フィルタ（ＬＰＦ）、１
６・・温度補償型電圧制御型水晶発振回路（ＶＣＸ
Ｏ）、１７・・比較切替器、 １８・・メモリ部、
１９・・電圧発生部、２１・・水晶振動子、 ２２・・
発振回路、 ２３・・出力回路、２４・・恒温槽、
２５・・加熱ヒータ、 ２６・・ヒータ制御部、２
７・・温度検出部
Claims (2)
- 【請求項１】 恒温槽によって温度制御される恒温槽付
き水晶発振回路と発振周波数を制御電圧によって制御さ
れる電圧制御型水晶発振回路とを備え、前記電圧制御型
水晶発振回路出力は位相同期回路によって前記恒温槽付
き水晶発振回路出力に位相同期し、該位相同期制御され
た電圧制御型水晶発振回路より出力を得る水晶発振器で
あって、前記電圧制御型水晶発振回路は振動子励振レベ
ル特性が平坦な水晶振動子で構成された発振回路である
ことを特徴とする水晶発振器。 - 【請求項２】 恒温槽によって温度制御される恒温槽付
き水晶発振回路と発振周波数を制御電圧によって制御さ
れる電圧制御型水晶発振回路とを備え、前記電圧制御型
水晶発振回路出力は位相同期回路によって前記恒温槽付
き水晶発振回路出力に位相同期し、該位相同期制御され
た電圧制御型水晶発振回路より出力を得る水晶発振器で
あって、電源投入直後は、予め記憶された所定の制御電
圧が印加された前記電圧制御型水晶発振回路より、ま
た、前記位相同期回路から検出される制御電圧が予め設
定されたしきい値を下回ったときからは、前記位相同期
回路によって位相同期制御された前記電圧制御型水晶発
振回路より出力を得ることを特徴とする水晶発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000070157A JP2001257531A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 水晶発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000070157A JP2001257531A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 水晶発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001257531A true JP2001257531A (ja) | 2001-09-21 |
Family
ID=18588929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000070157A Pending JP2001257531A (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 水晶発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001257531A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100466490B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2005-01-24 | 주식회사 에이스테크놀로지 | 항온조 수정발진기를 이용한 변조품질 개선용 송수신주파수 상/하향 변환장치 |
| JP2009124291A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 恒温槽付高安定発振器 |
| JP2011014991A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Kyocera Kinseki Corp | 発振器 |
| CN111786671A (zh) * | 2020-06-01 | 2020-10-16 | 南京熊猫电子股份有限公司 | 一种离散型同相正交环的增强方法 |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000070157A patent/JP2001257531A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100466490B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2005-01-24 | 주식회사 에이스테크놀로지 | 항온조 수정발진기를 이용한 변조품질 개선용 송수신주파수 상/하향 변환장치 |
| JP2009124291A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 恒温槽付高安定発振器 |
| JP2011014991A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Kyocera Kinseki Corp | 発振器 |
| CN111786671A (zh) * | 2020-06-01 | 2020-10-16 | 南京熊猫电子股份有限公司 | 一种离散型同相正交环的增强方法 |
| CN111786671B (zh) * | 2020-06-01 | 2024-02-09 | 南京熊猫电子股份有限公司 | 一种离散型同相正交环的增强方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20130127551A1 (en) | Crystal reference oscillator for navigation applications | |
| US7612624B2 (en) | Resistor-capacitor oscillation circuit capable of adjusting oscillation frequency and method of the same | |
| US7808327B2 (en) | Method and apparatus to provide digitally controlled crystal oscillators | |
| US6580332B2 (en) | Dual-function connection pads for TCXO integrated circuit | |
| US20020005765A1 (en) | Digital indirectly compensated crystal oscillators | |
| US20050093638A1 (en) | Methods and apparatus to control frequency offsets in digitally controlled crystal oscillators | |
| JP2017108282A (ja) | 周波数校正回路および周波数校正方法 | |
| JP4355350B2 (ja) | 発振周波数制御回路 | |
| US6791421B2 (en) | Input-switching voltage-controlled oscillator and PLL-controlled oscillator | |
| JPH10163751A (ja) | デジタル温度補償発振器 | |
| JP7241809B2 (ja) | 結晶式発振器及び結晶式発振器の始動方法 | |
| JP2001257531A (ja) | 水晶発振器 | |
| CN114902562A (zh) | 使用普通振荡器生成温度稳定的时钟的电路和方法 | |
| CN109845092B (zh) | 时钟***以及用于快速唤醒时钟***的方法和*** | |
| TW201513560A (zh) | 振盪裝置 | |
| JP2003234653A (ja) | 発振制御装置及び原子発振装置 | |
| US10447205B2 (en) | Oscillation device and method for manufacturing the oscillation device | |
| JPS60149223A (ja) | 温度−周波数特性補正方法 | |
| JP2002151956A (ja) | 周波数校正機能付き圧電発振器 | |
| JP5063833B2 (ja) | 時計の時間基準による高周波信号発生器 | |
| JP2004172686A (ja) | 基準信号発生器 | |
| CN102868365B (zh) | 晶体振荡器电路 | |
| CN111886803B (zh) | 振荡装置 | |
| JP2001168640A (ja) | 温度補償型発振器、無線通信装置及び電子機器 | |
| JP2000013223A (ja) | 周波数シンセサイザ |