JP5040798B2

JP5040798B2 - Piezoelectric oscillator

Info

Publication number: JP5040798B2
Application number: JP2008124358A
Authority: JP
Inventors: 秀人成瀬; 壮洋山本; 重久黒後
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: JP2009273087A

Description

本発明は、水晶振動子等の圧電振動子を使用した圧電発振器に関し、特に温度補償型圧
電発振器に備えられた温度センサの温度揺らぎによる出力周波数揺らぎを、簡単な付加回
路により低減した圧電発振器に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric oscillator using a piezoelectric vibrator such as a crystal vibrator, and more particularly to a piezoelectric oscillator in which output frequency fluctuation due to temperature fluctuation of a temperature sensor provided in a temperature compensated piezoelectric oscillator is reduced by a simple additional circuit. Is.

近年、圧電発振器は周波数安定度、小型軽量、低価格等により携帯電話等の通信機器か
ら水晶時計のような民生機器まで、多くの分野で用いられている。中でも圧電振動子の周
波数温度特性を補償した温度補償型圧電発振器（ＴＣＸＯ）は、周波数安定度を必要とす
る携帯電話等に広く用いられている。
特許文献１には位相雑音の低減化を図ったＩＣ化ＴＣＸＯが開示されている。この補償
方式では可変容量素子の非線形な領域を使用することで、補償電圧には線形の電圧を用い
ることが可能となる。 In recent years, piezoelectric oscillators are used in many fields from communication devices such as mobile phones to consumer devices such as quartz watches because of their frequency stability, small size and light weight, and low price. In particular, a temperature compensated piezoelectric oscillator (TCXO) that compensates for the frequency temperature characteristics of a piezoelectric vibrator is widely used in mobile phones and the like that require frequency stability.
Patent Document 1 discloses an IC TCXO in which phase noise is reduced. In this compensation method, a linear voltage can be used as the compensation voltage by using a non-linear region of the variable capacitance element.

図６は、特許文献１に開示された温度補償型圧電発振器の構成を示す回路図であり、温
度補償発振器３０は、圧電振動子Ｘ、ＭＯＳ型容量素子及び増幅回路を有するコルピッツ
型水晶発振器３１と、温度センサ３２と、補償電圧発生回路３３と、を備えている。コル
ピッツ型水晶発振器３１の圧電振動子Ｘと接地間に接続される可変容量回路は、低温補償
用のＭＯＳ型容量素子ＭＬと高温補償用のＭＯＳ型容量素子ＭＨとが、共に同一極性方向
に直列に接続され、更に直流阻止用の容量Ｃ１３を介して接地されている。そして、低温
補償用容量素子ＭＬ、高温補償用容量素子ＭＨには夫々抵抗Ｒ１４、Ｒ１５を介して低温
用温度補償電圧ＶＬ、高温用補償電圧ＶＨが供給され、容量素子ＭＬ、ＭＨの接続点には
抵抗Ｒ１３を介して基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されるように構成されている。ＭＯＳ型容
量素子のゲート電圧と容量との関係の一例は、周知のように図７に示すようなゲート電圧
−容量特性を呈する。
低温制御電圧ＶＬは、２５℃以下の範囲では０．５Ｖ〜３Ｖの範囲で一次的に変化し、
且つ２５℃以上ではほぼ一定の０．５Ｖとなるような電圧とする。また高温制御電圧ＶＨ
は、２５℃以上の範囲では０．５Ｖ〜３Ｖの範囲で一次的に変化し、且つ２５℃以下では
ほぼ一定の０．５Ｖとなるような電圧とする。この補償方式の制御電圧は、低温制御電圧
、高温制御電圧と２つの電圧を必要とするが、温度に対して直線的に変化する線形電圧を
生成すればよく、回路構成が簡素化される。この温度補償方式を用いることにより、温度
に対し、右肩上がりの周波数温度特性を有する圧電振動子の温度補償が、可能になると開
示されている。
特開２００１−６０８２８公報 FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the temperature compensated piezoelectric oscillator disclosed in Patent Document 1. The temperature compensated oscillator 30 is a Colpitts crystal oscillator 31 having a piezoelectric vibrator X, a MOS capacitor, and an amplifier circuit. And a temperature sensor 32 and a compensation voltage generation circuit 33. In the variable capacitance circuit connected between the piezoelectric vibrator X of the Colpitts-type crystal oscillator 31 and the ground, the MOS capacitor element ML for low temperature compensation and the MOS capacitor element MH for high temperature compensation are both in series in the same polarity direction. And is grounded via a DC blocking capacitor C13. The low-temperature compensation capacitive element ML and the high-temperature compensation capacitive element MH are supplied with the low-temperature compensation voltage VL and the high-temperature compensation voltage VH through the resistors R14 and R15, respectively, and are connected to the connection points of the capacitive elements ML and MH. Is configured such that a reference voltage Vref1 is applied via a resistor R13. As is well known, an example of the relationship between the gate voltage and the capacitance of the MOS capacitor element exhibits a gate voltage-capacitance characteristic as shown in FIG.
The low-temperature control voltage VL changes primarily in the range of 0.5 V to 3 V in the range of 25 ° C. or lower,
In addition, the voltage is set to a substantially constant 0.5 V at 25 ° C. or higher. High temperature control voltage VH
Is a voltage that changes primarily in the range of 0.5 V to 3 V in the range of 25 ° C. or higher and becomes substantially constant 0.5 V in the range of 25 ° C. or lower. The control voltage of this compensation method requires a low temperature control voltage and a high temperature control voltage, but it is sufficient to generate a linear voltage that changes linearly with respect to the temperature, and the circuit configuration is simplified. It is disclosed that by using this temperature compensation method, temperature compensation of a piezoelectric vibrator having a frequency temperature characteristic that rises to the right with respect to temperature becomes possible.
JP 2001-60828 A

特許文献１に記載の圧電発振器は、常温近傍の補償感度を殆どゼロに等しく設定してい
るので、使用頻度の高い常温近傍における発振信号のＣ／Ｎ悪化を防止することができる
と開示されている。
しかしながら、温度補償型圧電発振器が小型化され、その熱容量が小さくなると、温度
センサは周囲の瞬間的な温度変化や風などによる温度変動（揺らぎ）に敏感に反応し、温
度補償型圧電発振器の出力周波数が微小に変動する（周波数が揺らぐ）ことになる。この
周波数の揺らぎが圧電発振器の高安定度を必要とする電子装置に、悪影響を及ぼすことが
あるという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、周波数の揺らぎを低減した圧電発
振器を提供することにある。 The piezoelectric oscillator described in Patent Document 1 discloses that the compensation sensitivity in the vicinity of normal temperature is set almost equal to zero, so that it is possible to prevent the C / N deterioration of the oscillation signal in the vicinity of normal temperature that is frequently used. Yes.
However, if the temperature-compensated piezoelectric oscillator is downsized and its heat capacity is reduced, the temperature sensor reacts sensitively to ambient temperature fluctuations and fluctuations due to wind, etc., and the output of the temperature-compensated piezoelectric oscillator The frequency fluctuates slightly (the frequency fluctuates). There is a problem that this frequency fluctuation may adversely affect an electronic device that requires high stability of a piezoelectric oscillator.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a piezoelectric oscillator with reduced frequency fluctuations.

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］本発明に係る圧電発振器は、温度情報としての電圧信号である第１のセンサ出力と、前記第１のセンサ出力とは温度変化に対する電圧変化の傾向が逆の電圧信号である第２のセンサ出力と、を出力する温度センサ回路と、前記第１のセンサ出力と前記第２のセンサ出力とに基づいて出力信号を出力する周波数制御回路と、少なくとも、圧電振動子と、前記周波数制御回路の出力信号によって容量値が制御される電圧制御型の可変容量素子と、を含む発振回路と、高周波成分の電圧信号を通過させるハイパスフィルタ回路と、を備え、前記第１のセンサ出力を前記ハイパスフィルタ回路に入力し、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号と前記第２のセンサ出力とを加算した信号を前記周波数制御回路に入力したことを特徴とする。
Application Example 1 In the piezoelectric oscillator according to the present invention, the first sensor output, which is a voltage signal as temperature information, and the first sensor output are voltage signals in which the tendency of voltage change with respect to temperature change is opposite. A temperature sensor circuit that outputs a second sensor output; a frequency control circuit that outputs an output signal based on the first sensor output and the second sensor output ; at least a piezoelectric vibrator ; includes a variable capacitance element of the voltage controlled capacitance value by the output signal of the frequency control circuit is controlled, and including oscillator circuit and a high pass filter circuit for passing a voltage No. signal of the high frequency components, the prior SL first The sensor output is input to the high-pass filter circuit, and a signal obtained by adding the output signal of the high-pass filter circuit and the second sensor output is input to the frequency control circuit.

以上のように温度センサ回路に第１及び第２のセンサ出力を設け、これらの出力が温度
に対し互いに逆特性となるようにすると共に、これらを加算することにより、圧電発振器
の周囲温度に揺らぎが生じた場合でも、揺らぎの高周波成分を互いに相殺するので、出力
周波数に温度揺らぎによる周波数揺らぎのない圧電発振器を構成することができるという
効果がある。 As described above, the first and second sensor outputs are provided in the temperature sensor circuit so that these outputs have opposite characteristics with respect to the temperature, and by adding these, the ambient temperature of the piezoelectric oscillator fluctuates. Even when this occurs, the high frequency components of the fluctuations cancel each other, so that there is an effect that it is possible to configure a piezoelectric oscillator free from frequency fluctuations due to temperature fluctuations in the output frequency.

［適用例２］また圧電発振器は、前記温度センサ回路は、前記第１のセンサ出力を出力する第１の温度センサ部と、前記第２のセンサ出力を出力する第２の温度センサ部とを含むことを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器である。
Application Example 2 In the piezoelectric oscillator, the temperature sensor circuit includes a first temperature sensor unit that outputs the first sensor output, and a second temperature sensor unit that outputs the second sensor output. It is a piezoelectric oscillator as described in application example 1 characterized by including.

以上のように温度センサ回路に２つの温度センサ部を設けることにより、小型化が可能
であると共に、２つの温度センサ部の出力電圧はほぼ同じ電圧となるので、温度揺らぎに
よる高周波成分を十分に相殺することができるという利点がある。 As described above, by providing two temperature sensor units in the temperature sensor circuit, the size can be reduced and the output voltages of the two temperature sensor units are almost the same voltage. There is an advantage that it can be offset.

［適用例３］また圧電発振器は、前記温度センサ回路は、前記第１のセンサ出力または前記第２のセンサ出力のうち一方を出力する温度センサ部と、該温度センサ部のセンサ出力を反転し前記第１のセンサ出力または前記第２のセンサ出力のうち他方を出力する反転部と、を備えることを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器である。

Application Example 3] The piezoelectric oscillator, the temperature sensor circuit, the first sensor output or the temperature sensor unit for outputting one of said second sensor output, the inverted sensor output of the temperature sensor unit And a reversing unit that outputs the other one of the first sensor output and the second sensor output .

以上のように温度センサ回路が、１つの温度センサ部と、該温度センサ部の出力を反転
する反転部と、を備えることにより、反転部の増幅度を調整することにより、２つの逆相
電圧の電圧値を等しく調整できるので、温度揺らぎによる高周波成分を完全に相殺するこ
とができるという利点がある。 As described above, the temperature sensor circuit includes one temperature sensor unit and an inversion unit that inverts the output of the temperature sensor unit. Therefore, there is an advantage that the high frequency component due to the temperature fluctuation can be completely canceled.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る圧電発振器１の構成を示すブロック回路図である。圧電発振器１は、温度を検
出する温度センサ回路６と、該温度センサ回路６のセンサ出力に基づいて周波数制御を行
う周波数制御回路７と、少なくとも、圧電振動子Ｘと電圧制御型の可変容量素子Ｍとを含
み、周波数制御回路７の出力信号により発振周波数を調整可能な発振回路５と、温度セン
サ回路６のセンサ出力に含まれる高域成分電圧信号のみを通過させるハイパスフィルタ回
路と、を備えている。
発振回路５は、例えば図６に示すコルピッツ発振回路３１がある。コルピッツ発振回路
３１は、発振用トランジスタＴｒのベース−接地間に、負荷容量の一部となるコンデンサ
Ｃ１１とコンデンサＣ１２との直列回路を接続し、この直列回路の接続中点と発振用トラ
ンジスタＴｒのエミッタとを接続し、更にエミッタと接地間との間にエミッタ抵抗Ｒｅを
接続する。更に、発振用トランジスタＴｒのベース−接地間に抵抗Ｒ２１を接続し、ベー
ス−電源Ｖｃｃ間に抵抗Ｒ２２を接続し、ベースバイアス回路とする。更に発振用トラン
ジスタＴｒのベースと圧電振動子Ｘの一方の端子とを接続し、圧電振動子Ｘの他方の端子
と、可変容量素子ＭＬ、ＭＨ及び容量Ｃ１３の直列回路とを接続し、容量Ｃ１３の一方の
端子を接地する。可変容量素子ＭＬ、ＭＨの接続中点には抵抗Ｒ１３を介して基準電圧Ｖ
ｒｅｆ１を接続する。なお、必要に応じて、電源Ｖｃｃに容量Ｃｃ（パスコン）を、トラ
ンジスタＴｒの出力には容量Ｃｏを接続して発振回路５を構成する。なお、図１の抵抗Ｒ
７、Ｒ８は、周波数制御回路７の出力を該抵抗Ｒ７、Ｒ８介して可変容量素子ＭＬ、ＭＨ
に印加する抵抗である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block circuit diagram showing a configuration of a piezoelectric oscillator 1 according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric oscillator 1 includes a temperature sensor circuit 6 that detects temperature, a frequency control circuit 7 that performs frequency control based on the sensor output of the temperature sensor circuit 6, and at least the piezoelectric vibrator X and a voltage-controlled variable capacitance element. And an oscillation circuit 5 that can adjust the oscillation frequency by an output signal of the frequency control circuit 7 and a high-pass filter circuit that passes only a high-frequency component voltage signal included in the sensor output of the temperature sensor circuit 6. ing.
The oscillation circuit 5 includes, for example, a Colpitts oscillation circuit 31 shown in FIG. The Colpitts oscillation circuit 31 connects a series circuit of a capacitor C11 and a capacitor C12, which are part of the load capacitance, between the base and ground of the oscillation transistor Tr. The connection midpoint of this series circuit and the oscillation transistor Tr An emitter is connected, and an emitter resistor Re is connected between the emitter and the ground. Further, a resistor R21 is connected between the base of the oscillation transistor Tr and the ground, and a resistor R22 is connected between the base and the power supply Vcc to form a base bias circuit. Further, the base of the oscillation transistor Tr and one terminal of the piezoelectric vibrator X are connected, and the other terminal of the piezoelectric vibrator X is connected to the series circuit of the variable capacitance elements ML and MH and the capacitor C13, and the capacitor C13. Ground one of the terminals. The reference voltage V is connected via a resistor R13 to the connection middle point of the variable capacitance elements ML and MH.
Connect ref1. If necessary, the oscillation circuit 5 is configured by connecting a capacitor Cc (pass capacitor) to the power supply Vcc and a capacitor Co to the output of the transistor Tr. Note that the resistance R in FIG.
7, R8 outputs the output of the frequency control circuit 7 via the resistors R7, R8 to the variable capacitance elements ML, MH.
It is a resistance applied to.

周波数制御回路７の低温側制御電圧ＶＬは、例えば図８（ａ）に示すように２５℃以下
では０．５Ｖ〜３Ｖの範囲を一次的に変化し、２５℃以上では０．５Ｖを保持する電圧と
する。また、高温側制御電圧ＶＨは、例えば図８（ｂ）に示すように２５℃以下では０．
５Ｖを保持し、２５℃以上では０．５Ｖ〜３Ｖの範囲を一次的に変化する電圧とする。周
波数制御回路７は、図８（ａ）、（ｂ）に示すような制御電圧ＶＬ、ＶＨを発生する機能
を有する回路である。
温度センサ回路６は、第１の温度センサ６ａと、第２の温度センサ６ｂを備えており、
第１の温度センサ６ａの温度に対する出力電圧特性と、第２の温度センサ６ｂの温度に対
する出力電圧特性と、は互いに逆特性を有している。
第２の温度センサ６ｂの出力は直接、周波数制御回路７の入力に接続する。第１の温度
センサ６ａの出力は、ハイパスフィルタ回路８に入力され、該ハイパスフィルタ回路の出
力が周波数制御回路７の入力に加えられる。つまり、第２の温度センサ６ｂの出力に第１
の温度センサ６ａの出力の高周波成分が加算され、この加算された電圧が周波数制御回路
７に入力される。 For example, as shown in FIG. 8A, the low-temperature side control voltage VL of the frequency control circuit 7 temporarily changes in the range of 0.5 V to 3 V at 25 ° C. or lower and maintains 0.5 V at 25 ° C. or higher. Voltage. Further, the high temperature side control voltage VH is, for example, as shown in FIG.
5 V is maintained, and the voltage range of 0.5 V to 3 V is set to be a primary voltage at 25 ° C. or higher. The frequency control circuit 7 is a circuit having a function of generating control voltages VL and VH as shown in FIGS.
The temperature sensor circuit 6 includes a first temperature sensor 6a and a second temperature sensor 6b.
The output voltage characteristic with respect to the temperature of the first temperature sensor 6a and the output voltage characteristic with respect to the temperature of the second temperature sensor 6b are opposite to each other.
The output of the second temperature sensor 6b is directly connected to the input of the frequency control circuit 7. The output of the first temperature sensor 6 a is input to the high pass filter circuit 8, and the output of the high pass filter circuit is added to the input of the frequency control circuit 7. That is, the output of the second temperature sensor 6b is the first
The high frequency component of the output of the temperature sensor 6 a is added, and this added voltage is input to the frequency control circuit 7.

図２（ａ）は、温度センサ回路６及びハイパスフィルタ回路８の一例を示す回路図であ
る。温度センサ回路６の第１の温度センサ６ａは、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１とを直列接
続し、抵抗Ｒ１の一方の端子に基準電圧Ｖｒｅｆ２を加え、ダイオードＤ１の一方の端子
を接地する。第１の温度センサ６ａの出力電圧Ｖｓ１は、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１との
接続点より得られ、温度ｔ−電圧Ｖｓ１特性は、図２（ｂ）に示すように温度の上昇に対
し、出力電圧Ｖｓ１が単調に低下する特性となる。また、第２温度センサ６ｂは、ダイオ
ードＤ２と抵抗Ｒ２とを直列接続し、ダイオードＤ２の一方の端子に基準電圧Ｖｒｅｆ２
を加え、抵抗Ｒ２の一方の端子を接地する。第２の温度センサ６ｂの出力電圧Ｖｓ２は、
ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２との接続点より得られ、温度ｔ−電圧Ｖｓ２特性は、図２（ｃ
）に示すように温度の上昇に対し、出力電圧Ｖｓ２が単調に上昇する特性となる。
第１の温度センサ６ａの温度ｔ−電圧Ｖｓ１特性と、第２の温度センサ６ｂの温度ｔ−
電圧Ｖｓ２特性とは逆特性となる。即ち、温度変化に対して第１の温度センサ６ａの出力
である第１のセンサ出力と、第２の温度センサ６ｂの出力である第２のセンサ出力とでは
、極性が逆の変化特性である。そして、本実施形態の場合は、例えば、図２に示すように
第１のセンサ出力の係数は負係数、第２のセンサ出力の係数は正係数であるように温度変
化に対する温度センサ出力の変化特性の係数が逆である。なお、第１及び第２の温度セン
サ６ａ、６ｂの回路が、夫々１個のダイオードＤ１、Ｄ２を用いた回路を示したが、夫々
複数来のダイオードを直列接続した回路を用いて構成してもよい。
ハイパスフィルタ回路８の最も簡単な回路は、図２（ａ）に示すように、直列腕の容量
Ｃ１と並列腕の抵抗Ｒ３とで構成される回路である。また、ＯＰアンプを使ったハイパス
フィルタ回路も用いられている。なお、ハイパスフィルタ回路８の出力は、接続によるイ
ンピーダンスの影響を避けるべく、容量Ｃ２を介して周波数制御回路７の入力に接続する
。
圧電発振器１の動作を説明する前に、第１の温度センサ６ａ及びハイパスフィルタ回路
８が無い一般的な温度補償型発振器について考える。第２の温度センサ６ｂが周囲の瞬間
的な温度変化や風等による微小な温度揺らぎにより、その出力電圧Ｖｓ２に揺らぎ（ノイ
ズ）が生じると、該電圧Ｖｓ２が周波数制御回路７に入力される。周波数制御回路７の出
力から揺らぎ成分が重畳した制御電圧ＶＬ、ＶＨが出力され、この電圧が可変容量素子Ｍ
Ｌ、ＭＨに印加される。一方、可変容量素子ＭＬ、ＭＨの接続中点には抵抗Ｒ１３を介し
て基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給される。つまり、可変容量素子ＭＬ、ＭＨの温度補償電圧（
ＶＬ−Ｖｒｅｆ１）、（Ｖｒｅｆ１−ＶＨ）に温度センサ回路の揺らぎ成分が重畳し、可
変容量素子ＭＬ、ＭＨの容量に揺らぎが生じる。そのため、発振回路５の出力周波数に周
波数揺らぎ成分が重畳されることになる。 FIG. 2A is a circuit diagram illustrating an example of the temperature sensor circuit 6 and the high-pass filter circuit 8. The first temperature sensor 6a of the temperature sensor circuit 6 connects a diode D1 and a resistor R1 in series, applies a reference voltage Vref2 to one terminal of the resistor R1, and grounds one terminal of the diode D1. The output voltage Vs1 of the first temperature sensor 6a is obtained from the connection point between the diode D1 and the resistor R1, and the temperature t-voltage Vs1 characteristic is the output voltage with respect to the temperature rise as shown in FIG. Vs1 is monotonously lowered. The second temperature sensor 6b includes a diode D2 and a resistor R2 connected in series, and a reference voltage Vref2 is applied to one terminal of the diode D2.
And one terminal of the resistor R2 is grounded. The output voltage Vs2 of the second temperature sensor 6b is
The temperature t-voltage Vs2 characteristic obtained from the connection point between the diode D2 and the resistor R2 is shown in FIG.
), The output voltage Vs2 increases monotonously with increasing temperature.
The temperature t-voltage Vs1 characteristic of the first temperature sensor 6a and the temperature t- of the second temperature sensor 6b.
The characteristics are opposite to the voltage Vs2 characteristics. That is, the first sensor output, which is the output of the first temperature sensor 6a, and the second sensor output, which is the output of the second temperature sensor 6b, have opposite polarity change characteristics with respect to temperature changes. . In the case of this embodiment, for example, as shown in FIG. 2, the change in temperature sensor output with respect to the temperature change so that the coefficient of the first sensor output is a negative coefficient and the coefficient of the second sensor output is a positive coefficient. The characteristic coefficient is reversed. In addition, although the circuit of the 1st and 2nd temperature sensors 6a and 6b showed the circuit which used one diode D1 and D2, respectively, it comprised using the circuit which connected the several diode respectively in series. Also good.
As shown in FIG. 2A, the simplest circuit of the high-pass filter circuit 8 is a circuit including a series arm capacitor C1 and a parallel arm resistor R3. A high-pass filter circuit using an OP amplifier is also used. The output of the high-pass filter circuit 8 is connected to the input of the frequency control circuit 7 via the capacitor C2 so as to avoid the influence of impedance due to the connection.
Before explaining the operation of the piezoelectric oscillator 1, consider a general temperature compensated oscillator without the first temperature sensor 6 a and the high-pass filter circuit 8. When the second temperature sensor 6b has a fluctuation (noise) in its output voltage Vs2 due to an instantaneous temperature change in the surroundings or a minute temperature fluctuation due to wind or the like, the voltage Vs2 is input to the frequency control circuit 7. Control voltages VL and VH on which fluctuation components are superimposed are output from the output of the frequency control circuit 7, and these voltages are output from the variable capacitance element M.
Applied to L and MH. On the other hand, the reference voltage Vref1 is supplied to the midpoint of connection between the variable capacitance elements ML and MH via the resistor R13. That is, the temperature compensation voltage of the variable capacitance elements ML and MH (
The fluctuation components of the temperature sensor circuit are superimposed on (VL−Vref1) and (Vref1−VH), and fluctuations occur in the capacitances of the variable capacitance elements ML and MH. Therefore, a frequency fluctuation component is superimposed on the output frequency of the oscillation circuit 5.

本発明の第１の実施例の圧電発振器１のように、温度ｔの上昇に応じて出力電圧が増加
する第２の温度センサ６ｂと、温度ｔの上昇に応じて出力電圧が減少する第１の温度セン
サ６ａと、を用い、第２の温度センサ６ｂの出力電圧Ｖｓ２は直接、周波数制御回路７の
入力に接続する。一方、第１の温度センサ６ａの出力電圧Ｖｓ１は、ハイパスフィルタ８
に入力され、ハイパスフィルタ８により入力電圧の高周波成分のみが通過し、周波数制御
回路７の入力に加えられる。つまり、第２の温度センサ６ｂの出力電圧Ｖｓ２と、第１の
温度センサ６ａの出力電圧Ｖｓ１の高周波成分のみとが加算される。第２の温度センサ６
ｂの出力電圧Ｖｓ２に重畳する温度揺らぎによる高周波成分（ノイズ）と、第１の温度セ
ンサ６ａの出力電圧Ｖｓ１に重畳する温度揺らぎによる高周波成分（ノイズ）とは、互い
に逆相の関係にあるので、両者を加算すると相殺されて除去され、圧電発振器１の出力周
波数に温度揺らぎによる影響、周波数揺らぎは発生しない。
以上のように温度センサ回路に第１及び第２のセンサ出力を設け、これらの出力が温度
に対し互いに逆特性となるようにすると共に、これらを加算することにより、圧電発振器
の周囲温度に揺らぎが生じた場合でも、揺らぎの高周波成分を互いに相殺するので、出力
周波数に温度揺らぎによる周波数揺らぎのない圧電発振器を構成することができるという
効果がある。
また、温度センサ回路に２つの温度センサ部を設けることにより、小型化が可能である
と共に、２つの温度センサ部の出力電圧はほぼ同じ電圧となるので、温度揺らぎによる高
周波成分を十分に相殺することができるという利点がある。
尚、温度揺らぎによる高周波成分とは、上述の相殺機能が無かった場合に、温度揺らぎ
により実質的に起きる圧電振動子Ｘの周波数変動を温度補償するに必要な温度補償電圧に
対して、当該補償電圧を過剰に変動させようとする温度センサの検出出力に含まれる信号
成分である。 As in the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment of the present invention, the second temperature sensor 6b whose output voltage increases as the temperature t increases, and the output voltage decreases as the temperature t increases. The output voltage Vs2 of the second temperature sensor 6b is directly connected to the input of the frequency control circuit 7. On the other hand, the output voltage Vs1 of the first temperature sensor 6a is a high-pass filter 8.
The high-pass filter 8 passes only the high-frequency component of the input voltage and is added to the input of the frequency control circuit 7. That is, the output voltage Vs2 of the second temperature sensor 6b and only the high frequency component of the output voltage Vs1 of the first temperature sensor 6a are added. Second temperature sensor 6
Since the high-frequency component (noise) due to temperature fluctuation superimposed on the output voltage Vs2 of b and the high-frequency component (noise) due to temperature fluctuation superimposed on the output voltage Vs1 of the first temperature sensor 6a are in opposite phase to each other. When both are added, they are canceled out and eliminated, and the output frequency of the piezoelectric oscillator 1 is not affected by temperature fluctuations and frequency fluctuations.
As described above, the first and second sensor outputs are provided in the temperature sensor circuit so that these outputs have opposite characteristics with respect to the temperature, and by adding these, the ambient temperature of the piezoelectric oscillator fluctuates. Even when this occurs, the high frequency components of the fluctuations cancel each other, so that there is an effect that it is possible to configure a piezoelectric oscillator free from frequency fluctuations due to temperature fluctuations in the output frequency.
Further, by providing two temperature sensor units in the temperature sensor circuit, the size can be reduced, and the output voltages of the two temperature sensor units are almost the same voltage, so that the high-frequency components due to temperature fluctuations are sufficiently canceled out. There is an advantage that you can.
The high-frequency component due to temperature fluctuation is the compensation for the temperature compensation voltage necessary for temperature compensation of the frequency fluctuation of the piezoelectric vibrator X substantially caused by the temperature fluctuation when the above-described canceling function is not provided. It is a signal component included in the detection output of the temperature sensor that attempts to change the voltage excessively.

図３は、図１に示した圧電発振器１を表面実装型圧電発振器で構成した一例の断面図で
ある。
この図３に示す圧電発振器１は、上面と下面に夫々凹所１２、１３を備えると共に矩形
環状の底面１４に４つの実装端子１５を備えた縦断面形状が略Ｈ型の絶縁容器（パッケー
ジ）１１と、上面側凹所１２内に設けた２つの上面側内部パッド１６に圧電振動素子Ｘ上
の２つの励振電極を夫々電気的に接続した状態で該上面側凹所１２を気密封止する金属リ
ッド１７と、下面側凹所１３の天井面１３ａに配置され各上面側内部パッド１６、及び各
実装端子１５と所定の配線パターンにより導通した下面側内部パッド１８と、下面側内部
パッド１８に実装されるＩＣ部品１９と、を備える。
ＩＣ部品１９は、水晶振動素子Ｘ以外の電子回路を集積化したベアチップ部品である。
上面側凹所１２を備えた絶縁容器１１の上部と、上面側内部パッド１６と、水晶振動素
子Ｘと、金属リッド１７は、水晶振動子（圧電振動子）を構成している。即ち、水晶振動
子はセラミック等の絶縁材料からなる絶縁容器１１の上面側凹所１３内の上面側内側パッ
ド１６上に水晶振動素子Ｘを導電性接着剤（導電性ペースト）２０を用いて電気的・機械
的に接続し、絶縁容器１１の外璧上面の導体リングに金属リッド１７を溶接等によって電
気的・機械的に接続して上面側凹所１２内を気密封止した構成である。
このような構成は、圧電発振器１の小型化を達成する為に直接又はポッティング樹脂を
介して外気に曝され易い状態で絶縁容器１１に搭載されたＩＣ部品１９と、水晶振動素子
Ｘを気密空間に収容して外気から隔離した構成の圧電振動子とを備えた構造が特徴である
。
その為、ＩＣ部品１９に内蔵した温度センサは周囲の瞬間的な温度変化や風などによる
温度変動（揺らぎ）に敏感に反応する一方、水晶振動素子Ｘはこのような温度変化や揺ら
ぎに対して反応が鈍い。従って、温度変更に対して温度センサと圧電振動素子との間で感
度差が生じ易い構造の一つである。
このような構造であっても本発明を適用すれば、圧電発振器１（温度補償型圧電発振器
）は、温度センサ回路６が圧電発振器１の内部及び周囲温度を感知し、その温度変化を電
圧に変換し、該電圧に基づいて周波数制御回路７が制御電圧を生成する。この制御電圧を
圧電振動子に直列接続された可変容量素子に印加し、圧電振動子の周波数を所定の周波数
に維持するように動作する。制御電圧には温度揺らぎによる高周波成分（ノイズ）は除去
されているので、周波数揺らぎのない圧電発振器が構成できる。 FIG. 3 is a cross-sectional view of an example in which the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG.
The piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 3 includes an insulative container (package) having a substantially H-shaped vertical cross-section having recesses 12 and 13 on the upper surface and the lower surface, and four mounting terminals 15 on a rectangular annular bottom surface 14. 11 and two upper surface side internal pads 16 provided in the upper surface side recess 12 are hermetically sealed in the state where the two excitation electrodes on the piezoelectric vibration element X are electrically connected to each other. The metal lid 17, the upper surface side internal pads 16 disposed on the ceiling surface 13 a of the lower surface side recess 13, the lower surface side internal pads 18 that are electrically connected to the mounting terminals 15 by a predetermined wiring pattern, and the lower surface side internal pads 18 IC component 19 to be mounted.
The IC component 19 is a bare chip component in which electronic circuits other than the crystal resonator element X are integrated.
The upper part of the insulating container 11 having the upper surface side recess 12, the upper surface side internal pad 16, the crystal resonator element X, and the metal lid 17 constitute a crystal resonator (piezoelectric resonator). That is, the crystal resonator is electrically connected to the crystal resonator element X on the upper surface side inner pad 16 in the upper surface side recess 13 of the insulating container 11 made of an insulating material such as ceramic by using a conductive adhesive (conductive paste) 20. The metal lid 17 is electrically and mechanically connected to the conductor ring on the upper surface of the outer wall of the insulating container 11 by welding or the like, and the inside of the upper side recess 12 is hermetically sealed.
In such a configuration, the IC component 19 mounted on the insulating container 11 and the crystal resonator element X are easily sealed in an airtight space in a state where the piezoelectric oscillator 1 is easily exposed to the outside air directly or via a potting resin in order to reduce the size of the piezoelectric oscillator 1. It is characterized by a structure including a piezoelectric vibrator that is housed in and isolated from the outside air.
For this reason, the temperature sensor built in the IC component 19 responds sensitively to instantaneous temperature changes in the surroundings and temperature fluctuations (fluctuations) due to wind, etc., while the crystal resonator element X is sensitive to such temperature changes and fluctuations. The reaction is slow. Therefore, this is one of the structures in which a sensitivity difference is likely to occur between the temperature sensor and the piezoelectric vibration element with respect to temperature change.
Even with such a structure, if the present invention is applied to the piezoelectric oscillator 1 (temperature compensated piezoelectric oscillator), the temperature sensor circuit 6 senses the internal and ambient temperatures of the piezoelectric oscillator 1 and changes the temperature into a voltage. Based on the voltage, the frequency control circuit 7 generates a control voltage. This control voltage is applied to a variable capacitance element connected in series with the piezoelectric vibrator, and the frequency of the piezoelectric vibrator is maintained at a predetermined frequency. Since the high-frequency component (noise) due to temperature fluctuation is removed from the control voltage, a piezoelectric oscillator free from frequency fluctuation can be configured.

図４は、第２の実施例の圧電発振器２の構成を示すブロック回路図である。圧電発振器
２は、温度を検出する温度センサ回路６と、該温度センサ回路６のセンサ出力に基づいて
周波数制御を行う周波数制御回路７と、少なくとも、圧電振動子Ｘと電圧制御型の可変容
量素子Ｍとを含み、周波数制御回路７の出力信号により発振周波数を調整可能な発振回路
５と、位相を反転させる反転増幅器と、温度センサ回路６のセンサ出力に含まれる高域成
分電圧信号のみを通過させるハイパスフィルタ回路と、を備えている。
発振回路５と周波数制御回路７とは、第１の実施例で説明したので省略する。
温度センサ回路６の出力は２分割され、一方は直接、周波数制御回路７に接続する。他
方は反転増幅器９に接続し、該反転増幅器９の出力はハイパスフィルタ８の入力に接続し
、ハイパスフィルタ８の出力を周波数制御回路７に接続する。 FIG. 4 is a block circuit diagram showing the configuration of the piezoelectric oscillator 2 of the second embodiment. The piezoelectric oscillator 2 includes a temperature sensor circuit 6 that detects temperature, a frequency control circuit 7 that performs frequency control based on the sensor output of the temperature sensor circuit 6, and at least the piezoelectric vibrator X and a voltage-controlled variable capacitance element. M, and the oscillation circuit 5 that can adjust the oscillation frequency by the output signal of the frequency control circuit 7, the inverting amplifier that inverts the phase, and the high-frequency component voltage signal included in the sensor output of the temperature sensor circuit 6 only. A high-pass filter circuit.
Since the oscillation circuit 5 and the frequency control circuit 7 have been described in the first embodiment, a description thereof will be omitted.
The output of the temperature sensor circuit 6 is divided into two, and one is directly connected to the frequency control circuit 7. The other is connected to the inverting amplifier 9, the output of the inverting amplifier 9 is connected to the input of the high pass filter 8, and the output of the high pass filter 8 is connected to the frequency control circuit 7.

図５（ａ）は、温度センサ回路６、反転増幅器９及びハイパスフィルタ回路８の一例を
示す回路図である。温度センサ回路６は、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１とを直列接続し、抵
抗Ｒ１の一方の端子に基準電圧Ｖｒｅｆ２を印加し、ダイオードＤ１の一方の端子を接地
して構成される。温度センサ回路６の出力電圧Ｖｓは、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１との接
続点より得られ、温度ｔ−電圧Ｖｓ特性は図５（ｂ）に示すようなに、温度ｔの増加に対
して出力電圧Ｖｓが減少する特性となる。
反転増幅器９は、例えばオペアンプ１０の逆相入力端子に抵抗Ｒ４を接続すると共に、
逆相入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ５を並列接続し、正相入力端子に基準電圧Ｖｒｅ
ｆ３を印加して構成する。
ハイパスフィルタ回路８は、図２（ａ）で説明したので省略する。 FIG. 5A is a circuit diagram illustrating an example of the temperature sensor circuit 6, the inverting amplifier 9, and the high-pass filter circuit 8. The temperature sensor circuit 6 is configured by connecting a diode D1 and a resistor R1 in series, applying a reference voltage Vref2 to one terminal of the resistor R1, and grounding one terminal of the diode D1. The output voltage Vs of the temperature sensor circuit 6 is obtained from the connection point between the diode D1 and the resistor R1, and the temperature t-voltage Vs characteristic is the output voltage with respect to the increase of the temperature t as shown in FIG. Vs decreases.
For example, the inverting amplifier 9 has a resistor R4 connected to the negative phase input terminal of the operational amplifier 10, and
A resistor R5 is connected in parallel between the negative-phase input terminal and the output terminal, and the reference voltage Vre is applied to the positive-phase input terminal.
It is configured by applying f3.
The high-pass filter circuit 8 has been described with reference to FIG.

第２の実施例の圧電発振器２は、温度ｔの上昇に対して出力電圧Ｖｓが減少する温度セ
ンサ回路６の出力を２分し、一方は直接、周波数制御回路７の入力に接続する。他方は、
反転増幅器９の入力に接続し、該反転増幅器９の出力をハイパスフィルタ８の入力に接続
し、該ハイパスフィルタ８の出力を容量Ｃ２を介して、周波数制御回路７の入力に接続す
る。温度センサ回路６が周囲の瞬間的な温度変化や風などによる温度変動（揺らぎ）を検
知すると、図５（ｂ）に示す温度センサ回路６の出力電圧Ｖｓに揺らぎ（ノイズ）による
高周波成分が重畳する。高周波成分が重畳した出力電圧Ｖｓが周波数制御回路７に入力さ
れる。一方、揺らぎ（ノイズ）による高周波成分が重畳した出力電圧Ｖｓが反転増幅器９
に入力されると、その電圧Ｖｓが反転されると共に、重畳する高周波成分の位相も反転さ
れて、ハイパスフィルタ８に入力される。ハイパスフィルタ８では高周波成分のみが通過
し、周波数制御回路７に入力される。つまり、揺らぎ（ノイズ）による高周波成分が重畳
した温度センサ回路６の出力電圧Ｖｓと、位相が反転した高周波成分とが、周波数制御回
路７の入力で加算される。そのため、揺らぎ（ノイズ）による高周波成分が除去（キャン
セル）された電圧が、周波数制御回路７に加えられることになる。その結果、圧電発振器
２の出力周波数に温度揺らぎによる影響、周波数揺らぎは発生しない。
以上のように温度センサ回路が、１つの温度センサ部と、該温度センサ部の出力を反転
する反転部と、を備えることにより、反転部の増幅度を調整することにより、２つの逆相
電圧の電圧値を等しく調整できるので、温度揺らぎによる高周波成分を完全に相殺するこ
とができるという利点がある。 The piezoelectric oscillator 2 of the second embodiment bisects the output of the temperature sensor circuit 6 at which the output voltage Vs decreases with increasing temperature t, and one is directly connected to the input of the frequency control circuit 7. The other is
The input of the inverting amplifier 9 is connected, the output of the inverting amplifier 9 is connected to the input of the high-pass filter 8, and the output of the high-pass filter 8 is connected to the input of the frequency control circuit 7 via the capacitor C2. When the temperature sensor circuit 6 detects a temperature change (fluctuation) due to an ambient temperature change or wind, a high frequency component due to fluctuation (noise) is superimposed on the output voltage Vs of the temperature sensor circuit 6 shown in FIG. To do. The output voltage Vs on which the high frequency component is superimposed is input to the frequency control circuit 7. On the other hand, the output voltage Vs on which the high frequency component due to fluctuation (noise) is superimposed is the inverting amplifier 9.
The voltage Vs is inverted and the phase of the high frequency component to be superimposed is also inverted and input to the high pass filter 8. In the high pass filter 8, only high frequency components pass and are input to the frequency control circuit 7. That is, the output voltage Vs of the temperature sensor circuit 6 on which the high frequency component due to fluctuation (noise) is superimposed and the high frequency component whose phase is inverted are added at the input of the frequency control circuit 7. Therefore, the voltage from which the high frequency component due to fluctuation (noise) has been removed (cancelled) is applied to the frequency control circuit 7. As a result, the output frequency of the piezoelectric oscillator 2 is not affected by temperature fluctuations and frequency fluctuations.
As described above, the temperature sensor circuit includes one temperature sensor unit and an inversion unit that inverts the output of the temperature sensor unit. Therefore, there is an advantage that the high frequency component due to the temperature fluctuation can be completely canceled.

本発明に係る第１実施例の圧電発振器の構成を示すブロック回路図。1 is a block circuit diagram showing a configuration of a piezoelectric oscillator according to a first embodiment of the present invention. （ａ）は温度センサ回路とハイパスフィルタ回路、（ｂ）は第１の温度センサの温度ｔと出力電圧Ｖｓ１との関係を示す図、（ｃ）は第２の温度センサの温度ｔと出力電圧Ｖｓ２との関係を示す図。(A) is a temperature sensor circuit and a high-pass filter circuit, (b) is a diagram showing the relationship between the temperature t of the first temperature sensor and the output voltage Vs1, and (c) is the temperature t and output voltage of the second temperature sensor. The figure which shows the relationship with Vs2. 本発明の圧電発振器の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the piezoelectric oscillator of this invention. 第２実施例の圧電発振器の構成を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the structure of the piezoelectric oscillator of 2nd Example. （ａ）は温度センサ回路とハイパスフィルタ回路、（ｂ）は温度センサの温度ｔと出力電圧Ｖｓとの関係を示す図。(A) is a temperature sensor circuit and a high-pass filter circuit, (b) is a figure which shows the relationship between the temperature t of a temperature sensor, and the output voltage Vs. 従来の圧電発振器の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the conventional piezoelectric oscillator. ＭＯＳ型容量素子のゲート電圧と容量との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the gate voltage and capacity | capacitance of a MOS type capacitive element. （ａ）、（ｂ）は周波数制御回路の出力電圧。(A), (b) is an output voltage of the frequency control circuit.

符号の説明Explanation of symbols

１、２…圧電発振器、５…発振回路、６…温度センサ回路、６ａ…第１の温度センサ、６
ｂ…第２の温度センサ、７…周波数制御回路、８…ハイパスフィルタ回路、９…反転増幅
器、Ｄ１、Ｄ２…ダイオード、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ８…抵抗、Ｃ１
、Ｃ２…容量、１１…絶縁容器（パッケージ）、１２、１３…凹所、１４…底面、１５…
実装端子、１６…上面側内部パッド、１７…金属リッド、１８…下面側内部パッド、１９
…ＩＣ部品、２０…導電性接着剤 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Piezoelectric oscillator, 5 ... Oscillation circuit, 6 ... Temperature sensor circuit, 6a ... 1st temperature sensor, 6
b ... second temperature sensor, 7 ... frequency control circuit, 8 ... high pass filter circuit, 9 ... inverting amplifier, D1, D2 ... diode, R1, R2, R3, R4, R5, R7, R8 ... resistor, C1
C2: Capacity, 11: Insulating container (package), 12, 13 ... Recess, 14 ... Bottom, 15 ...
Mounting terminal, 16... Upper surface side internal pad, 17... Metal lid, 18.
... IC parts, 20 ... Conductive adhesive

Claims

温度情報としての電圧信号である第１のセンサ出力と、前記第１のセンサ出力とは温度変化に対する電圧変化の傾向が逆の電圧信号である第２のセンサ出力と、を出力する温度センサ回路と、
前記第１のセンサ出力と前記第２のセンサ出力とに基づいて出力信号を出力する周波数制御回路と、
少なくとも、圧電振動子と、前記周波数制御回路の出力信号によって容量値が制御される電圧制御型の可変容量素子と、を含む発振回路と、
高周波成分の電圧信号を通過させるハイパスフィルタ回路と、を備え、
前記第１のセンサ出力を前記ハイパスフィルタ回路に入力し、
前記ハイパスフィルタ回路の出力信号と前記第２のセンサ出力とを加算した信号を前記周波数制御回路に入力したことを特徴とする圧電発振器。 A temperature sensor circuit that outputs a first sensor output that is a voltage signal as temperature information, and a second sensor output that is a voltage signal in which the tendency of voltage change with respect to temperature change is opposite to that of the first sensor output. When,
A frequency control circuit that outputs an output signal based on the first sensor output and the second sensor output ;
At least, a piezoelectric vibrator, and a variable capacitance element of the voltage controlled capacitance value is controlled by the output signal of said frequency control circuit, and including an oscillation circuit,
Comprising a high-pass filter circuit for passing a voltage No. signal of the high-frequency component, and
Type a Symbol first sensor output to the high-pass filter circuit,
A piezoelectric oscillator , wherein a signal obtained by adding the output signal of the high-pass filter circuit and the second sensor output is input to the frequency control circuit.

前記温度センサ回路は、前記第１のセンサ出力を出力する第１の温度センサ部と、前記第２のセンサ出力を出力する第２の温度センサ部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。 2. The temperature sensor circuit includes a first temperature sensor unit that outputs the first sensor output and a second temperature sensor unit that outputs the second sensor output. The piezoelectric oscillator as described.

前記温度センサ回路は、前記第１のセンサ出力または前記第２のセンサ出力のうち一方を出力する温度センサ部と、該温度センサ部のセンサ出力を反転し前記第１のセンサ出力または前記第２のセンサ出力のうち他方を出力する反転部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。 The temperature sensor circuit, a temperature sensor portion for outputting one of said first sensor output or the second sensor output, the temperature sensor portion of the sensor output inverts the first sensor output or the second The piezoelectric oscillator according to claim 1, further comprising: an inverting unit that outputs the other of the two sensor outputs .