JP2006050025A - 水晶発振装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】 従来の発振器では経時変化により劣化して周波数が変化した場合に、定期的に計測しなおしてゼロ調整しなくてはならなかった。そのため計測の設備を用意し、計測しながら周波数調整を行っていた。
【解決手段】 本発明では、二つの発振器のうち第二発振器は普段電源を入れず劣化させないようにし、第一発振器を常に動作させ、定期的または任意の間隔で第二発振器を動作させて、これを基準として第一発振器の周波数ずれを補正し、安定な周波数を得られる発振器としている。そして第二水晶発振器を動作させていない間にも、制御回路で過去のデータから時間当たりの補正量を算出して、周波数調整を行っている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高安定な周波数を得る水晶発振装置に関する。
水晶発振器の中で恒温槽を用いて、周波数安定度を得る発振器が、クロック源、信号源として広く利用されている。高い安定度を求める水晶発振器では恒温槽を用いて温度特性を維持している。さらにＡＴカットよりはＳＣカットの水晶振動子が用いられ、温度の高いポイントを用いるようになり、水晶振動子の熱的劣化が加速されている。また振動による劣化により、周波数の変化の原因となっている。
しかし恒温槽は、常温よりは温度を高くされており、常に高温にさらされるため水晶振動子や周辺発振回路の部品が劣化をしていくため、周波数変動として時間とともに変化していく。
そこで経時変化量を測定し、自動的に周波数を補正することの出来ないか検討し、第一水晶発振器と第二水晶発振器を備え、第二水晶発振器の周波数を基準として、第一水晶発振器の周波数校正を行っている。
特開平09-214336号公報
なお出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
本発明が解決しようとする問題点は、高温にさらされる水晶振動子や発振回路の劣化による、周波数変動をどのように検出し、なにを基準に調整することにある。
特許文献１では、二つの発振器の差の成分を検出し分周して電圧制御発振器を制御する回路が示されている。しかし特許文献１ではどちらの発振器も常時発振させている点で本発明と異なった構成である。
本発明では、第一水晶発振器と第二水晶発振器があり、第一水晶発振器は常に動作させ、第二水晶発振器は一定期間動作させ、さらに第二水晶発振器が停止している間の補完として、第二水晶発振器の温度対周波数のデータを記憶回路で記憶しており、制御回路から第一水晶発振器の周波数制御を行っている。また一定の時間間隔で第二水晶発振器の動作時に計測される周波数と第二発振器の周波数とを制御回路で計算し、周波数調整回路でアナログ信号として第一水晶発振器を調整している。
本発明によって、一定時間間隔で第二水晶発振器を動作させ、第一水晶発振器との周波数ずれを調節して安定な周波数を維持する発振装置を提供することが出来た。そしてその一定時間の間に時間あたりの周波数変化量を制御回路で計算し、周波数調整回路により調整して安定な周波数を得ることが出来た。
本発明は、第一水晶発振器と第二水晶発振器とを備え、該第一水晶発振器の出力周波数と、計時回路により一定間隔で該第二水晶発振器を起動させた時の第二水晶発振器の周波数を基準として出力周波数とを周波数比較回路で比較し、得られた周波数差と前回の測定から時間あたりの周波数変化量を算出して該第一水晶発振器の周波数を調整する周波数調整回路を備えた水晶発振装置において、
該第二水晶発振器が動作していない期間は、該第二水晶発振器の温度特性データを記憶した記憶回路と、該第二水晶発振器が動作時の周波数比較回路での比較データを利用して、周波数調整回路で調整されることを特徴とする水晶発振装置である。
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。
図１は、本発明の構成を示すブロック図である。
第一水晶発振器１は、この実施例では少なくとも水晶振動子が恒温槽入りの水晶発振器でこの発振装置の出力周波数となる発振器である。第二水晶発振器２は、ここでは恒温槽型ではない水晶発振器が使用されている。第二水晶発振器２は、恒温槽型ではないので、熱的な劣化がなく、また普段非動作状態であるので、振動による劣化もないので、経時変化のない水晶発振器である。そして第二水晶発振器は、計時回路７からの信号により制御回路５を通じて電源制御回路６を、一定時間間隔で動作させる。その時に第二水晶発振器２の周波数を基準として周波数比較回路３でそれぞれの水晶発振器の周波数差を計測する。周波数比較回路４はカウンタである。
第一水晶発振器１と第二水晶発振器２の周波数差を制御回路５に入力し、デジタルデータで前回との差を計算して、周波数ずれ分だけデータを変更し、周波数調整回路に調整量のデータを送り、デジタル／アナログ変換され、可変容量ダイオードなどで第一水晶発振器１の周波数を制御する。
本発明では、第二水晶発振器２の水晶振動子の近傍に温度センサを配置し、第二水晶発振器２が動作している期間に水晶振動子近傍の温度を計り、温度測定回路でデジタル信号に変えて制御回路を通じて、記憶回路には広範囲の温度範囲の第二発振器の周波数温度特性が記憶させており、その時の温度に対応した周波数温度特性データを読み出すことが出来る。
第二水晶発振器２が動作している時に、まず第一水晶発振器１の周波数と周波数比較回路４で比較する。その時の第二水晶発振器の周波数と温度情報を制御回路に入れ、第一水晶発振器の周波数が変動しているかどうかを判断し、もし周波数ずれが生じていれば、周波数調整回路で調整する。
第二水晶発振器が動作していないときは、図２に示す動作で周波数を調整することが出来る。
図２は周波数調整のタイミングを示すチャート図で、時間間隔Ｔ１の間に２回第二水晶発振器を動作させ、周波数調整を行っているが、その間のΔｔ１間で前回の周波数変化量を計算し、その間に変化する量を補完して調整を行っている。よってチャート図で時間Ｔ１の間に４回の周波数調整を行い、時間間隔Ｔ１の間に１回しか調整しない場合には、点線のように周波数補正量がΔＦの何倍にもなってしまう。
チャート図の下には第二水晶発振器の電源のオン・オフを示すチャートを示している。
本発明の特徴は、第二水晶発振器の動作していない間にも制御回路のデータに基づき周波数調整を行っていることである。
第二水晶発振器は、第一水晶発振器と比べ普段電源が入っていないため、熱的な劣化がなく、また機械的な劣化もないため、電源を入れたときには経時変化がない周波数を得ることが出来る。また第二水晶発振器の周波数温度特性が記憶回路で記憶されているため、第二水晶発振器は比較的簡易な発振器でよく、温度特性の記録があるので、正確な基準となっている。
本発明は、高安定水晶発振器として放送局、無線局の基地局や測定器等の基準周波数信号発生器として利用できる。
図1は、本発明を説明するブロック図である。 図２は、周波数の経時変化と調整量を示す。
符号の説明
１ 第一水晶発振器
２ 第二水晶発振器
３ 周波数調整回路
４ 周波数比較回路
５ 制御回路
６ 電源制御回路
７ 計時回路
８ 温度測定回路
９ 記憶回路

Claims (3)

  1. 第一水晶発振器と第二水晶発振器とを備え、該第一水晶発振器の出力周波数と、計時回路により一定間隔で該第二水晶発振器を起動させた時の第二水晶発振器の周波数を基準として出力周波数とを周波数比較回路で比較し、得られた周波数差と前回の測定から時間あたりの周波数変化量を算出して該第一水晶発振器の周波数を調整する周波数調整回路を備えた水晶発振装置において、
    該第二水晶発振器が動作していない期間は、該第二水晶発振器の温度特性データを記憶した記憶回路と、該第二水晶発振器が動作時の周波数比較回路での比較データを利用して、周波数調整回路で調整されることを特徴とする水晶発振装置。
  2. 請求項１において、該第二水晶発振器を動作させるための電源制御回路を備えていることを特徴とする水晶発振装置。
  3. 請求項１において、該第一水晶発振器は、非恒温槽水晶発振器で該第二水晶発振器は恒温槽水晶発振器であることを特徴とする水晶発振装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009100009A (ja) * 2007-10-12 2009-05-07 Seiko Instruments Inc 発振子及び該発振子を有する発振器
JP2013162358A (ja) * 2012-02-06 2013-08-19 Seiko Epson Corp 発振器回路、半導体集積回路素子、電子機器、及び半導体集積回路素子の出力制御方法
JP2014158234A (ja) * 2013-02-18 2014-08-28 Renesas Electronics Corp 集積回路装置
US9007139B2 (en) 2012-06-13 2015-04-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Oscillation frequency adjusting circuit

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