JPH1168461A - 圧電発振回路 - Google Patents
圧電発振回路Info
- Publication number
- JPH1168461A JPH1168461A JP9228823A JP22882397A JPH1168461A JP H1168461 A JPH1168461 A JP H1168461A JP 9228823 A JP9228823 A JP 9228823A JP 22882397 A JP22882397 A JP 22882397A JP H1168461 A JPH1168461 A JP H1168461A
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- Japan
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- voltage
- compensation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】温度補償電圧を任意の温度範囲に於いて制御可
能とすることで、高精度な周波数温度補正を可能とする
温度補償型圧電発振器を実現する。 【解決手段】温度補償方式を位相飛びの無いアナログ間
接型として更に、任意の温度範囲に於いて直流電圧の出
力を可能とした複数のN次関数発生回路2を補償電圧発
生回路内に設けることにより部分的な温度範囲に於ける
周波数補正が可能となり周波数温度特性をより高精度な
ものとする。
能とすることで、高精度な周波数温度補正を可能とする
温度補償型圧電発振器を実現する。 【解決手段】温度補償方式を位相飛びの無いアナログ間
接型として更に、任意の温度範囲に於いて直流電圧の出
力を可能とした複数のN次関数発生回路2を補償電圧発
生回路内に設けることにより部分的な温度範囲に於ける
周波数補正が可能となり周波数温度特性をより高精度な
ものとする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電発振器に関し、
特に温度補償型圧電発振器に関する。
特に温度補償型圧電発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年需要がより一層増大している携帯電
話機等の移動体通信機には基準周波数源として小型な水
晶発振器がキーパーツである。この様な移動体通信機に
使用する水晶発振器には、その重要な特性の一つである
使用温度範囲内に於ける発振周波数の安定度、即ち、周
波数温度特性として、通常±1〜±3ppmの安定度が
要求されている。一般にATカット水晶振動子は温度変
化に対する周波数特性が3次関数で近似されることが知
られており、これを発振源として使用する水晶発振器の
周波数温度特性も水晶振動子のそれに依存する。水晶振
動子の中でも周波数安定度が高いことで知られているA
Tカット水晶振動子を用いたとしても水晶発振器の周波
数温度特性を−40℃〜+85℃の温度範囲に於いて±
10ppm以内に抑えることは不可能である。この為、
移動体通信機に使用する場合には、水晶振動子の周波数
温度特性を平坦化する為の温度補償回路を備えた温度補
償型水晶発振器(以下TCXOと称す)を用いるのが一
般的である。
話機等の移動体通信機には基準周波数源として小型な水
晶発振器がキーパーツである。この様な移動体通信機に
使用する水晶発振器には、その重要な特性の一つである
使用温度範囲内に於ける発振周波数の安定度、即ち、周
波数温度特性として、通常±1〜±3ppmの安定度が
要求されている。一般にATカット水晶振動子は温度変
化に対する周波数特性が3次関数で近似されることが知
られており、これを発振源として使用する水晶発振器の
周波数温度特性も水晶振動子のそれに依存する。水晶振
動子の中でも周波数安定度が高いことで知られているA
Tカット水晶振動子を用いたとしても水晶発振器の周波
数温度特性を−40℃〜+85℃の温度範囲に於いて±
10ppm以内に抑えることは不可能である。この為、
移動体通信機に使用する場合には、水晶振動子の周波数
温度特性を平坦化する為の温度補償回路を備えた温度補
償型水晶発振器(以下TCXOと称す)を用いるのが一
般的である。
【0003】この様な前記TCXOの温度補償方式とし
て、アナログ間接型温度補償方式が広く知られている。
アナログ間接型補償方式とは、図4(a)に示すように
発振ループ内に可変容量ダイオード等のリアクタンス値
を電圧制御可能とする可変リアクタンス回路を備えた電
圧制御水晶発振器(以下VCXOと称す)を含めると共
に、前記可変リアクタンス回路の両端に図4(b)に示
すような抵抗素子とサーミスタ素子とから構成する回路
網により導出した3次関数的な変化を呈する電圧を供給
するものである。即ち、発振ループ内に温度変化に対し
3次関数的なリアクタンス変化を与え、水晶発振回路と
しての周波数温度特性を所定値以内に補償するよう構成
したものである。
て、アナログ間接型温度補償方式が広く知られている。
アナログ間接型補償方式とは、図4(a)に示すように
発振ループ内に可変容量ダイオード等のリアクタンス値
を電圧制御可能とする可変リアクタンス回路を備えた電
圧制御水晶発振器(以下VCXOと称す)を含めると共
に、前記可変リアクタンス回路の両端に図4(b)に示
すような抵抗素子とサーミスタ素子とから構成する回路
網により導出した3次関数的な変化を呈する電圧を供給
するものである。即ち、発振ループ内に温度変化に対し
3次関数的なリアクタンス変化を与え、水晶発振回路と
しての周波数温度特性を所定値以内に補償するよう構成
したものである。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】しかし、従来のアナ
ログ間接型方式のTCXOに於いて、前記温度補償電圧
発生回路を構成するサーミスタ素子の感温特性のバラツ
キや抵抗素子等の温度特性によって、前記温度補償電圧
発生回路を如何に調整しても、水晶振動子の周波数温度
特性を完全に平坦化することは不可能であり、一般にア
ナログ間接型補償方式のTCXOの周波数温度特性の補
償限界値は±1.0ppm以内/−30℃〜+85℃程
度であって、これ以上の安定性を必要とする場合は、デ
ィジタル型温度補償または、恒温槽型の水晶発振器を使
用する必要があった。ディジタル型温度補償とは、周囲
の温度情報をディジタル信号化し、この信号によって各
温度に対応して出力すべき制御電圧コードを記憶したメ
モリ装置から読み出し、該制御電圧コードに基づいて電
圧制御発振器に供給する制御電圧を作出するように構成
した補償回路を備えたものである。しかしながら、ディ
ジタル化した温度情報に基づいて温度補償電圧を変化さ
せる為該温度補償電圧は周囲温度変化に対し不連続な階
段状の変化をする。この温度補償電圧を可変リアクタン
ス素子に印加した場合、発振周波数が温度変化に対し瞬
間的に変化する「位相飛び」の問題が起き、このような
特性を有するTCXOを移動体通信機に用いると通信の
途切れや、誤ったデータの送信をする等の問題が発生す
る。その一方、前記恒温槽型の水晶発振器は高安定な周
波数温度特性を有し、且つ、周波数の「位相飛び」が無
いものの、恒温槽内を+70℃〜+90℃程度に加熱す
る必要がある為、消費電力がTCXOの数十〜数百倍も
必要とする欠点がある他、恒温槽付の水晶発振器は大型
で高価である為に小型で安価な移動体通信機に使用する
ことは不可能である。
ログ間接型方式のTCXOに於いて、前記温度補償電圧
発生回路を構成するサーミスタ素子の感温特性のバラツ
キや抵抗素子等の温度特性によって、前記温度補償電圧
発生回路を如何に調整しても、水晶振動子の周波数温度
特性を完全に平坦化することは不可能であり、一般にア
ナログ間接型補償方式のTCXOの周波数温度特性の補
償限界値は±1.0ppm以内/−30℃〜+85℃程
度であって、これ以上の安定性を必要とする場合は、デ
ィジタル型温度補償または、恒温槽型の水晶発振器を使
用する必要があった。ディジタル型温度補償とは、周囲
の温度情報をディジタル信号化し、この信号によって各
温度に対応して出力すべき制御電圧コードを記憶したメ
モリ装置から読み出し、該制御電圧コードに基づいて電
圧制御発振器に供給する制御電圧を作出するように構成
した補償回路を備えたものである。しかしながら、ディ
ジタル化した温度情報に基づいて温度補償電圧を変化さ
せる為該温度補償電圧は周囲温度変化に対し不連続な階
段状の変化をする。この温度補償電圧を可変リアクタン
ス素子に印加した場合、発振周波数が温度変化に対し瞬
間的に変化する「位相飛び」の問題が起き、このような
特性を有するTCXOを移動体通信機に用いると通信の
途切れや、誤ったデータの送信をする等の問題が発生す
る。その一方、前記恒温槽型の水晶発振器は高安定な周
波数温度特性を有し、且つ、周波数の「位相飛び」が無
いものの、恒温槽内を+70℃〜+90℃程度に加熱す
る必要がある為、消費電力がTCXOの数十〜数百倍も
必要とする欠点がある他、恒温槽付の水晶発振器は大型
で高価である為に小型で安価な移動体通信機に使用する
ことは不可能である。
【0005】本発明は、前記の問題を解決し「位相飛
び」が無く、従来のアナログ間接型補償方式のTCXO
と比較し、更に高安定な周波数温度特性を有し且つ、小
型化が容易なTCXOを提供することを目的としてい
る。
び」が無く、従来のアナログ間接型補償方式のTCXO
と比較し、更に高安定な周波数温度特性を有し且つ、小
型化が容易なTCXOを提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では周波数温度補
償方式として、温度変化に対し発振器周波数の「位相飛
び」の無いアナログ補償方式とし、その中でも集積化が
不可能なサーミスタ素子を使用せず、任意の温度範囲に
於ける発振器出力周波数の温度補償を実現を可能とする
N次関数発生回路を有する温度補償電圧発生回路を用い
たアナログ間接型補償方式としている。 更に、温度補
償精度を向上させる為に、任意の温度範囲に於いて直流
電圧の出力を可能とする前記N次関数発生回路を複数備
えた温度補償電圧発生回路としており、前記温度補償電
圧発生回路の出力である直流電圧を発振回路の発振ルー
プ中の可変リアクタンス素子に印加することにより、周
波数温度補償を実現するTCXOとしている。
償方式として、温度変化に対し発振器周波数の「位相飛
び」の無いアナログ補償方式とし、その中でも集積化が
不可能なサーミスタ素子を使用せず、任意の温度範囲に
於ける発振器出力周波数の温度補償を実現を可能とする
N次関数発生回路を有する温度補償電圧発生回路を用い
たアナログ間接型補償方式としている。 更に、温度補
償精度を向上させる為に、任意の温度範囲に於いて直流
電圧の出力を可能とする前記N次関数発生回路を複数備
えた温度補償電圧発生回路としており、前記温度補償電
圧発生回路の出力である直流電圧を発振回路の発振ルー
プ中の可変リアクタンス素子に印加することにより、周
波数温度補償を実現するTCXOとしている。
【0007】
【本発明の実施の形態例】以下に実施例に基づいて本発
明を詳細に説明する。図1は本発明に基づいた温度補償
電圧発生回路を用いたTCXOの一実施例を示すブロッ
ク回路の構成図である。前記図1に示すTCXO5は温
度センサ1と複数のN次関数発生回路(2−1、2−2
・・・2−n)から成る電圧発生回路ブロック2と加算
回路3と電圧制御水晶発振器(VCXO)4で構成して
おり、温度センサ1の出力は複数のN次関数発生回路
(2−1、2−2・・・2−n)にそれぞれ入力するよ
う構成している。また、前記複数のN次関数発生回路
(2−1、2−2・・・2−n)のそれぞれの出力は加
算回路3を介しVCXO4の制御電圧入力部に入力する
構成とすることで前記図1に示すTCXO5を構成して
いる。図1の例では、前記図1中に示すVCXO4は常
温中にて制御電圧入力部に入力する直流電圧を+2Vと
したときに特定の周波数f0を出力するよう設定してい
る。図2(a)は前記図1中のVCXO4の制御電圧を
+2V 一定とした状態に於けるTCXO5の周波数温
度特性の一例を横軸に温度、縦軸に周波数偏差として表
したものである。即ち、温度補償機能無しの状態を示し
たものであり、水晶振動子の周波数温度特性がそのまま
反映されて、常温を変曲点温度として、常温以下の温度
範囲内に極大値、常温以上の温度範囲に極小値が存在す
る3次関数的特徴を呈する。図2(b)は前記図1中の
VCXO4に於ける制御電圧値の変化に伴う発振周波数
の変化を示す周波数制御電圧特性の一例を横軸に制御電
圧値、縦軸に周波数偏差として表したものであり、前記
制御電圧の増加に伴い前記VCXO4の周波数が一次関
数的に上昇することが解る。図2(c)は図1中のN次
関数発生回路2−1の温度に対する出力電圧値を示す温
度補償電圧特性の一例を横軸に温度、縦軸に補償電圧と
して表したものであり、前記温度補償電圧特性は常温を
変曲点温度として、常温より低温の範囲内に+2V以下
の極小値を有し、常温より高温の範囲内に+2V以上の
極大値を有する特性である。
明を詳細に説明する。図1は本発明に基づいた温度補償
電圧発生回路を用いたTCXOの一実施例を示すブロッ
ク回路の構成図である。前記図1に示すTCXO5は温
度センサ1と複数のN次関数発生回路(2−1、2−2
・・・2−n)から成る電圧発生回路ブロック2と加算
回路3と電圧制御水晶発振器(VCXO)4で構成して
おり、温度センサ1の出力は複数のN次関数発生回路
(2−1、2−2・・・2−n)にそれぞれ入力するよ
う構成している。また、前記複数のN次関数発生回路
(2−1、2−2・・・2−n)のそれぞれの出力は加
算回路3を介しVCXO4の制御電圧入力部に入力する
構成とすることで前記図1に示すTCXO5を構成して
いる。図1の例では、前記図1中に示すVCXO4は常
温中にて制御電圧入力部に入力する直流電圧を+2Vと
したときに特定の周波数f0を出力するよう設定してい
る。図2(a)は前記図1中のVCXO4の制御電圧を
+2V 一定とした状態に於けるTCXO5の周波数温
度特性の一例を横軸に温度、縦軸に周波数偏差として表
したものである。即ち、温度補償機能無しの状態を示し
たものであり、水晶振動子の周波数温度特性がそのまま
反映されて、常温を変曲点温度として、常温以下の温度
範囲内に極大値、常温以上の温度範囲に極小値が存在す
る3次関数的特徴を呈する。図2(b)は前記図1中の
VCXO4に於ける制御電圧値の変化に伴う発振周波数
の変化を示す周波数制御電圧特性の一例を横軸に制御電
圧値、縦軸に周波数偏差として表したものであり、前記
制御電圧の増加に伴い前記VCXO4の周波数が一次関
数的に上昇することが解る。図2(c)は図1中のN次
関数発生回路2−1の温度に対する出力電圧値を示す温
度補償電圧特性の一例を横軸に温度、縦軸に補償電圧と
して表したものであり、前記温度補償電圧特性は常温を
変曲点温度として、常温より低温の範囲内に+2V以下
の極小値を有し、常温より高温の範囲内に+2V以上の
極大値を有する特性である。
【0008】また、その他のN次関数発生回路(2−
2、2−3・・・2−n)は出力していないまたは、0
V出力であるとしている。前記図2(a)、(b)の特
性を有する前記図1中のVCXO4の制御電圧入力部に
前記図2(c)に示す温度補償電圧を入力した場合のT
CXO5の周波数温度特性が図2(d)に示す温度範囲
A’からAとB’からBとC’からCに於いて十分に相
殺することができず、これが従来技術に於けるアナログ
間接補償方式での補償限界状態に相当する。前記図2
(d)に示す周波数温度特性を更に高安定な特性とする
為には、同図2中に示す温度範囲A’からAとB’から
BとC’からCの周波数特性を相殺すべく図3(e)に
示すような補正補償電圧をVCXO4の制御電圧入力部
に入力してやればよい。 尚、図3(e)の特性は図2
(b)と図2(d)から求めることができる。また、前
記図3(e)に示すような補正補償電圧は複数の関数式
で表すことが可能であり、この例では本発明の効果を理
解し易くする為に温度範囲A’からA、は2次関数的な
補正補償電圧として、温度範囲B’からBは3次関数的
な補正補償電圧として、温度範囲C’からCは1次関数
的な補正補償電圧としている。この3つの温度範囲の補
正電圧はそれぞれ異なるN次関数発生回路より出力さ
れ、図3(f)は前記N次関数発生回路2−2より出力
する前記図2(d)の温度範囲A’からAの補正補償電
圧であり、図3(g)は前記N次関数発生回路2−3よ
り出力する前記図2(d)の温度範囲B’からBの補正
補償電圧であり、図3(h)は前記N次関数発生回路2
−4より出力する前記図2(d)の温度範囲C’からC
の補正補償電圧である。
2、2−3・・・2−n)は出力していないまたは、0
V出力であるとしている。前記図2(a)、(b)の特
性を有する前記図1中のVCXO4の制御電圧入力部に
前記図2(c)に示す温度補償電圧を入力した場合のT
CXO5の周波数温度特性が図2(d)に示す温度範囲
A’からAとB’からBとC’からCに於いて十分に相
殺することができず、これが従来技術に於けるアナログ
間接補償方式での補償限界状態に相当する。前記図2
(d)に示す周波数温度特性を更に高安定な特性とする
為には、同図2中に示す温度範囲A’からAとB’から
BとC’からCの周波数特性を相殺すべく図3(e)に
示すような補正補償電圧をVCXO4の制御電圧入力部
に入力してやればよい。 尚、図3(e)の特性は図2
(b)と図2(d)から求めることができる。また、前
記図3(e)に示すような補正補償電圧は複数の関数式
で表すことが可能であり、この例では本発明の効果を理
解し易くする為に温度範囲A’からA、は2次関数的な
補正補償電圧として、温度範囲B’からBは3次関数的
な補正補償電圧として、温度範囲C’からCは1次関数
的な補正補償電圧としている。この3つの温度範囲の補
正電圧はそれぞれ異なるN次関数発生回路より出力さ
れ、図3(f)は前記N次関数発生回路2−2より出力
する前記図2(d)の温度範囲A’からAの補正補償電
圧であり、図3(g)は前記N次関数発生回路2−3よ
り出力する前記図2(d)の温度範囲B’からBの補正
補償電圧であり、図3(h)は前記N次関数発生回路2
−4より出力する前記図2(d)の温度範囲C’からC
の補正補償電圧である。
【0009】前記N次関数発生回路(2−2、2−3、
2−4)より出力する補正補償電圧は前記N次関数発生
回路2−1の出力である補償電圧と前記図1中に示す加
算回路3により加算した後、前記図1中に示すVCXO
4の制御電圧入力部に入力することで、前記図1中に示
すTCXO5の周波数温度特性は図3(i)に示す如く
高安定(例えば±0.5ppm以内/−30℃〜+85
℃)な特性となる。尚、発明に基づく実施例では発振器
圧電素子としてATカット水晶振動子を用いたが本発明
はこれに限るものでなく、前記図1に示すN次関数発生
回路の出力を3次関数に限らないあらゆる関数を用いて
調整することにより様々な圧電素子に適用できる。
2−4)より出力する補正補償電圧は前記N次関数発生
回路2−1の出力である補償電圧と前記図1中に示す加
算回路3により加算した後、前記図1中に示すVCXO
4の制御電圧入力部に入力することで、前記図1中に示
すTCXO5の周波数温度特性は図3(i)に示す如く
高安定(例えば±0.5ppm以内/−30℃〜+85
℃)な特性となる。尚、発明に基づく実施例では発振器
圧電素子としてATカット水晶振動子を用いたが本発明
はこれに限るものでなく、前記図1に示すN次関数発生
回路の出力を3次関数に限らないあらゆる関数を用いて
調整することにより様々な圧電素子に適用できる。
【0010】
【発明の効果】本発明に基づく温度補償電圧発生回路を
備えた温度補償型圧電発振器は、アナログ補償方式であ
る為ディジタル方式で発生する「位相飛び」が無く、ま
た前記温度補償電圧発生回路は任意の温度範囲に於いて
直流電圧の出力を可能とした複数のN次関数発生回路に
より構成する為、従来技術を用いた温度補償型圧電発振
器と比較し、高安定な周波数温度特性を実現することが
可能である。更に、本発明に基づく温度補償電圧発生回
路にはサーミスタ素子を使用していない為、集積化が容
易であり発振器の更なる小型化を可能にする。
備えた温度補償型圧電発振器は、アナログ補償方式であ
る為ディジタル方式で発生する「位相飛び」が無く、ま
た前記温度補償電圧発生回路は任意の温度範囲に於いて
直流電圧の出力を可能とした複数のN次関数発生回路に
より構成する為、従来技術を用いた温度補償型圧電発振
器と比較し、高安定な周波数温度特性を実現することが
可能である。更に、本発明に基づく温度補償電圧発生回
路にはサーミスタ素子を使用していない為、集積化が容
易であり発振器の更なる小型化を可能にする。
【0011】
【図1】本発明に係わるTCXOの一実施例を示すブロ
ック図
ック図
【図2】(a)・・補償前の発振器周波数温度特性を示
す (b)・・VCXOの周波数制御電圧特性を示す (c)・・N次関数発生回路2−1の補償電圧を示す (d)・・TCXOの周波数温度特性を示す
す (b)・・VCXOの周波数制御電圧特性を示す (c)・・N次関数発生回路2−1の補償電圧を示す (d)・・TCXOの周波数温度特性を示す
【図3】(e)・・補正補償電圧 (f)・・N次関数発生回路2−2による補正補償電圧 (g)・・N次関数発生回路2−3による補正補償電圧 (h)・・N次関数発生回路2−4による補正補償電圧 (i)・・本発明によるTCXOの周波数温度特性
【図4】(a)・・従来に於けるアナログ間接型温度補
償発振器ブロック構成図を示す (b)・・補償電圧発生回路の一例を示す
償発振器ブロック構成図を示す (b)・・補償電圧発生回路の一例を示す
1・・温度センサ 2・・電圧発生回路ブロック (2−1、2−2、2−3・・・2−n)・・N次関数
発生回路 3・・加算回路 4・・電圧制御水晶発振器(VCXO) R1、R2、R3・・・抵抗素子 THR1、THR2・・・サーミスタ素子
発生回路 3・・加算回路 4・・電圧制御水晶発振器(VCXO) R1、R2、R3・・・抵抗素子 THR1、THR2・・・サーミスタ素子
Claims (2)
- 【請求項1】電圧制御型発振回路と、温度変化に伴い所
定の補償電圧を前記電圧制御型発振回路に供給する電圧
発生回路とを有し、前記電圧制御型発振回路の温度変化
に伴う発振周波数の変化を抑えた温度補償型発振器に於
いて、前記電圧発生回路が複数のN次関数電圧発生回路
とこれらの出力を加算する加算手段とを具備したもので
あることを特徴とする温度補償型発振器。 - 【請求項2】前記電圧発生回路を構成するN次関数電圧
発生回路の少なくとも一つが3次関数発生回路であるこ
とを特徴とする請求項1記載の温度補償型発振器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9228823A JPH1168461A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 圧電発振回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9228823A JPH1168461A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 圧電発振回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1168461A true JPH1168461A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16882426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9228823A Pending JPH1168461A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | 圧電発振回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1168461A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003021765A1 (fr) * | 2001-08-29 | 2003-03-13 | Seiko Epson Corporation | Oscillateur et dispositif de communication |
WO2004025824A1 (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-25 | Asahi Kasei Microsystems Co., Ltd. | 近似n次関数発生装置及び温度補償水晶発振回路 |
JP2007104162A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Kawasaki Microelectronics Kk | 水晶発振器の製造方法及び水晶発振器 |
JP2007325033A (ja) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 関数生成回路 |
JP2013038737A (ja) * | 2011-08-11 | 2013-02-21 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | 温度補償型水晶発振器 |
-
1997
- 1997-08-11 JP JP9228823A patent/JPH1168461A/ja active Pending
Cited By (9)
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