KR840002254Y1 - Oscillator - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 본 고안의 원리를 설명하기 위한 전기 회로도.1 is an electric circuit diagram for explaining the principle of the present invention.
제2도는 본 고안의 실시예에 따른 압전 진동자의 정면 및 배면도.2 is a front and rear view of a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention.
제3도는 스위칭 펄스의 충격계수에 따른 압전 진동자의 주파수-온도 특성도.3 is a frequency-temperature characteristic diagram of a piezoelectric vibrator according to the impact coefficient of the switching pulse.
제4도는 본 고안의 실시예에 따른 전기 회로도.4 is an electric circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
제5도, 제6도 및 제7도는 제각기 본 고안의 다른 실시예에 따른 전기 회로도.5, 6 and 7 are each an electrical circuit diagram according to another embodiment of the present invention.
제8도는 본 고안의 실시예에 따른 온도 보상을 위한 전기 회로도.8 is an electrical circuit diagram for temperature compensation according to an embodiment of the present invention.
제9도는 제8도의 전기 회로에 의해 온도 보상 전과 후의 주파수-온도 특성도.9 is a frequency-temperature characteristic diagram before and after temperature compensation by the electric circuit of FIG.
제10도는 본 고안의 다른 실시예에 따른 전기 회로도.10 is an electrical circuit diagram according to another embodiment of the present invention.
제11도는 제10도의 링 발진기의 주파수-온도 특성도.11 is a frequency-temperature characteristic diagram of the ring oscillator of FIG.
제12도는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 전기 회로도.12 is an electrical circuit diagram according to another embodiment of the present invention.
제13도는 본 고안의 다른 실시예에 따른 압전 진동자의 정면 및 배면도.13 is a front and rear view of a piezoelectric vibrator according to another embodiment of the present invention.
제14도는 제13도의 압전 진동자의 온도 보상을 위한 절기회로도.14 is a seasonal circuit diagram for temperature compensation of the piezoelectric vibrator of FIG.
제15도는 제14도의 전기 회로에 의해 온도 보상되기 전과 후의 주파수-온도 특성도.15 is a frequency-temperature characteristic diagram before and after temperature compensation by the electrical circuit of FIG.
본 고안은 발진 주파수를 조절하기 쉽고 넓은 온도 범위에서 발진 주파수를 일정하게 유지할 수 있게한 압전 진동자를 구비한 발진회로에 관한 것이다.The present invention relates to an oscillation circuit having a piezoelectric vibrator that is easy to adjust the oscillation frequency and maintains the oscillation frequency constant over a wide temperature range.
예를들어 수정 발진기에서는 발진 주파수를 조절하는데 트리머 콘덴서가 필요하므로 제조하기가 복잡하다. 또한 발진 주파수가 온도에 따라 변동되므로 이것은 단지 좁은 온도 범위내에서만 사용될 수 있다.Crystal oscillators, for example, are complicated to manufacture because they require a trimmer capacitor to control the oscillation frequency. Also, since the oscillation frequency varies with temperature, it can only be used within a narrow temperature range.
주파수 변동율이 가장 작은 발진기 일지라도, 그 발진 주파수는 5에서 35℃까지의 온도 범위내에서 대략 ±2PPM정도 변동되며, 이 온도 범위 밖에서는 발진 주파수가 상당히 변동하게 된다.Although the oscillator has the smallest frequency variation, the oscillation frequency fluctuates by approximately ± 2 PPM within the temperature range of 5 to 35 ° C, and the oscillation frequency fluctuates significantly outside this temperature range.
본 고안의 첫번째 목적은 트리머 콘덴서가 없이도 발진주파수가 쉽게 조정되는 발진기를 제공하는 것이다.The first object of the present invention is to provide an oscillator whose oscillation frequency is easily adjusted without a trimmer capacitor.
본 고안의 두번째 목적은 압전 진동자의 실효 전극 면적을 스위칭하기 위해 스위칭 회로를 스위칭하여도 발진 주파수가 대단히 안정되는 발진기를 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide an oscillator in which the oscillation frequency is extremely stable even when switching the switching circuit to switch the effective electrode area of the piezoelectric vibrator.
본 고안의 세번째 목적은 발진 주파수가 넓은 온도 범위내에서 보상되며 또한 대부분의 구성이 C-MOS IC칩에 집적화 될 수 있는 발진기를 제공하는 것이다.The third object of the present invention is to provide an oscillator in which the oscillation frequency is compensated over a wide temperature range and most of the configuration can be integrated in a C-MOS IC chip.
본 고안의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
제1도와 제2도를 보면, 전극 E1이 수정발진기 A의 한면에 형성되고, 다른면에 전극 E2,E3가 형성된다. 전극 E1은 부하용량 C1에 접속되고 전극 E3는 부하용량 C2에 접속되며 이러한 전극 E2는 스위칭회로 S를 경유하여 부하 용량 C2에 접속된다. 부하용량 C1과 C2사이에는 인버어터 V1과 저항 R1이 접속된다.1 and 2, electrodes E 1 are formed on one side of crystal oscillator A, and electrodes E 2 and E 3 are formed on the other side. The electrode E 1 is connected to the load capacitor C 1 , the electrode E 3 is connected to the load capacitor C 2 , and this electrode E 2 is connected to the load capacitor C 2 via the switching circuit S. The inverter V 1 and the resistor R 1 are connected between the load capacities C 1 and C 2 .
상기 구성에 있어서, 스위칭 펄스의 충격계수 tp가 1일때는 스위칭 회로 S는 계속 턴온되어 있어서 전극 E2와 E3가 서로 접속된다.In the above configuration, when the impact coefficient t p of the switching pulse is 1, the switching circuit S is continuously turned on so that the electrodes E 2 and E 3 are connected to each other.
이 상태에서는 제3도에 도시된 곡선ℓ1과 같이 실온에서의 발진주파수 f1은 미리 설정되어 목표 주파수 f0보다 낮다. 그리고 스위칭 펄스와 충격계수 tp가 0일때는, 스위칭회로 S가 턴 오프로 유지되어 전극 E2와 E3가 차단된다. 이 상태에서는 제3도에 도시된 곡선 ℓ2와 같이 실온에서의 발진주파수 f2가 미리 설정되어 목표 주파수 fo보다 높다. 그때 전극 E2와 E3의 접속은 스위칭 회로 S의 단자 a에 펄스 P를 공급하여 제어된다.In this state, as shown by the curve l 1 shown in FIG. 3, the oscillation frequency f 1 at room temperature is preset and lower than the target frequency f 0 . When the switching pulse and the impact coefficient t p are zero, the switching circuit S is kept turned off to cut off the electrodes E 2 and E 3 . In this state, as shown by the curve l 2 shown in FIG. 3, the oscillation frequency f 2 at room temperature is preset and higher than the target frequency f o . At that time, the connection of the electrodes E 2 and E 3 is controlled by supplying a pulse P to the terminal a of the switching circuit S.
따라서, 수정발진기 A의 실효 전극면적은 스위칭되고, 발진주파수는 펄스 P의 충격계수에 의해 조정될 수 있다. 또한, 고정된 충격계수 tp가 1/2일때, 실온에서의 발진 주파수는 제3도에 도시된 곡선 ℓ3와 같이 주파수 f1과 f2사이에 있는 주파수 f3로 조정된다. 그리고 충격계수 tp를 대략 3/4으로 설정하면 실온에서의 발진 주파수는 제3도에 도시된 곡선 ℓ4와 같이 목표 주파수 f0로 조정된다.Therefore, the effective electrode area of the crystal oscillator A is switched, and the oscillation frequency can be adjusted by the impact coefficient of the pulse P. Also, when the fixed impact coefficient t p is 1/2, the oscillation frequency at room temperature is adjusted to the frequency f 3 between the frequencies f 1 and f 2 as shown by the curve l 3 shown in FIG. When the impact coefficient t p is set to approximately 3/4, the oscillation frequency at room temperature is adjusted to the target frequency f 0 as shown by the curve l 4 shown in FIG.
발진기의 수동 소자의 시정수 τc는 다음과 같은 식으로 된다.The time constant τ c of the passive element of the oscillator is as follows.
τc≒2Q/W0(Q : 수정발진기의 Q값,τ c ≒ 2Q / W 0 (Q: Q value of crystal oscillator,
W0=2πf0f0: 수정발진기의 발진 주파수).W 0 = 2πf 0 f 0 : Oscillation frequency of crystal oscillator).
따라서, 스위칭 펄스 P의 주파수 fp가 1/τc보다 상당히 높게 되게 미리 설정하므로써 (fp≫1/τc), 주파수 fp는 수정발진기의 발진 주파수 스펙트럼내에서 무수될 수 있다. 즉, 수정발진기 A의 발진 주파수의 안정성은 스위칭 회로에 의하여 상실되지 않는다. 그래서 발진 주파수는 펄스 P의 충격계수에 의해 조절된다.Thus, by presetting the frequency f p of the switching pulse P to be significantly higher than 1 / τ c (f p > 1 / τc), the frequency f p can be anhydrous in the oscillation frequency spectrum of the crystal oscillator. In other words, the stability of the oscillation frequency of the crystal oscillator A is not lost by the switching circuit. Thus the oscillation frequency is controlled by the impact factor of pulse P.
예를들어, 발진 주파수가 약 4.2MHZ이고 Q값이 약 3×10내지 5×10정도가 되는 수정 발진기를 사용할때, 펄스 P의 주파수 fp를 약 10KHZ로 미리 설정하게 되면, 발진 주파수는 상기 주파수 fp에 영향을 받지 않게 되나 펄스 P의 충격계수에 의해 조절된다.For example, when using a crystal oscillator having an oscillation frequency of about 4.2 MHZ and a Q value of about 3 × 10 to 5 × 10, if the frequency f p of the pulse P is preset to about 10KHZ, the oscillation frequency is It is not affected by the frequency f p but is controlled by the impact factor of the pulse P.
따라서, 발진 주파수는 펄스의 충격계수에 의해 발진주파수의 안정성을 잃지 않고 조정될 수 있다.Thus, the oscillation frequency can be adjusted without losing the stability of the oscillation frequency by the impact coefficient of the pulse.
제4도에서는 펄스 P의 충격계수를 설정하는 구성이 도시된다. 분주기 D가 발진 주파수를 분주하고, 단자 d1,d2로 부터의 출력 주파수는 제각기 발진 주파수의 1/2ⁿ1/2m(n>m)이 된다. 미분회로 T는 단자 d1으로부터의 출력펄스를 미분하고, 미분회로 T2로 부터의 출력펄스는 k (k=n-m)비트 하향 카운터 CT의 입력단자 PE로 공급된다. 게이트 회로 G는 단자 e로부터 펄스를 받아들이며, 단자 d2로 부터의 펄스는 게이트회로 G를 통과한다. 소정의 값이 디지탈스위치 DS에 의해 설정되어 비휘발성(non-Volatile)메모리회로 M에 기억된다.In FIG. 4, a configuration for setting the impact coefficient of the pulse P is shown. The divider D divides the oscillation frequency, and the output frequency from the terminals d 1 and d 2 is 1/2 ⁿ 1/2 m (n> m) of the oscillation frequency, respectively. The differential circuit T differentiates the output pulse from the terminal d 1, and the output pulse from the differential circuit T 2 is supplied to the input terminal PE of the k (k = nm) bit down counter CT. Gate circuit G receives pulses from terminal e, and pulses from terminal d 2 pass through gate circuit G. The predetermined value is set by the digital switch DS and stored in the non-volatile memory circuit M.
상기 회로의 작동은 아래에 기술된다.The operation of the circuit is described below.
미분회로 T로부터의 펄스에 의하여, 메모리회로 M에 기억된 소정값이 하향카운터 CT에 미리 설정된다. 그러므로, 단자 e가 논리값 "1"(다음부터는 간단히 논리 "1"이라고 함)로 되므로, 단자 d2로 부터의 펄스는 게이트회로 G를 통과한 다음 하향카운터 CT로 공급된다. 하향 카운터 CT가 소정값을 계수할 때 단자 e는 논리 "0"으로 반전된다.By the pulse from the differential circuit T, the predetermined value stored in the memory circuit M is set in advance in the down counter CT. Therefore, since the terminal e becomes the logic value "1" (hereinafter simply referred to as logic "1"), the pulse from the terminal d 2 passes through the gate circuit G and is then supplied to the down counter CT. Terminal e is inverted to a logic "0" when the down counter CT counts a predetermined value.
그 다음에, 메모리회로 M의 내용이 단자 d1으로 부터의 다음 펄스에 의해 다시 하향 카운터 CT내에 미리 설정되며, 상술된 동작이 다시 반복된다.Then, the contents of the memory circuit M are set in advance in the downward counter CT again by the next pulse from the terminal d 1 , and the above-described operation is repeated again.
결국, 단자 d1으로부터, 디지탈 스위치 DS에 의하여 설정된 값과 일치하는 충격계수를 갖는 펄스가 발생되어 스위칭회로를 절환시킨다. 이렇게하여 실효 전극 면적이 절환되어 발진 주파수가 조정된다.As a result, from the terminal d 1 , a pulse having an impact coefficient that matches the value set by the digital switch DS is generated to switch the switching circuit. In this way, the effective electrode area is switched to adjust the oscillation frequency.
제4도에서, 디지탈 스위치와 용량 C1,C2와 수정발진기를 제외한 구성은 집적화될 수 있으며, 트리머 콘덴서가 필요하지 않으므로 발진 주파수의 안정성이 향상된다.In FIG. 4, the configuration except for the digital switch, the capacitors C 1 , C 2 and the crystal oscillator can be integrated, and the stability of the oscillation frequency is improved since no trimmer capacitor is required.
제5내지 7도는 제각기 실효 전극면적을 개폐하는 다른 실시예로서, 이들은 상술된 실시예와 작동 및 효과가 동일하다. 제5도에서, 스위칭 회로 S가 턴온되면, 전극 E1,E2및 E3는 실효전극을 구성한다.5 to 7 are different embodiments of opening and closing respective effective electrode areas, which are the same in operation and effect as the above-described embodiment. In FIG. 5, when the switching circuit S is turned on, the electrodes E 1 , E 2 and E 3 constitute an effective electrode.
제6도와 7도에서, 실효 전극 면적은 전극 E1을 스위칭하여 개폐된다.6 and 7, the effective electrode area is opened and closed by switching the electrode E 1 .
다음에 온도 보상을 위한 실시예가 아래에 설명된다.Next, an embodiment for temperature compensation is described below.
제8도에서, 온도는 써어미스터 Th와 저항 R2에 의해 전압으로 변환되고, 그 전압은 비교회로 CM1…CMr로 공급된다.In FIG. 8, the temperature is converted into a voltage by thermistor Th and the resistor R 2 , and the voltage is converted into a comparison circuit CM 1 . Supplied to CM r .
비교회로 CM1…CMr의 단자 P1…Pr은 제각기 미분전압으로 미리 설정된다.Comparison circuit CM 1 . Terminal P 1 of CM r . P r is preset to each differential voltage.
비교회로 CM1…CMr로 부터의 출력은 엔코우더 E에 의해 2진 부호 데이타로 변환되고, 그 데이타는 하향 카운터 CT로 공급된다.Comparison circuit CM 1 . The output from CM r is converted into binary code data by encoder E, which is fed to the down counter CT.
결국, 온도에 대응하는 데이타는 하향 카운터 CT에 미리 설정된다.As a result, the data corresponding to the temperature is preset in the downward counter CT.
즉, 스위칭회로 S를 개폐하기 위한 펄스의 충격계수가 설정된다.That is, the impact coefficient of the pulse for opening and closing the switching circuit S is set.
그러므로, 스위칭 회로 S의 개폐는 온도에 대응하여 제어되고, 실효 전극 면적은 절환 되어서 발진 주파수는 제9도에 도시된 파형 곡선 ℓ5로 보상된다.Therefore, the opening and closing of the switching circuit S is controlled in response to the temperature, and the effective electrode area is switched so that the oscillation frequency is compensated by the waveform curve l 5 shown in FIG.
따라서 주파수 변동율은 -30℃내지 70℃의 넓은 온도 범위내에서 ±1PPM이하로 조정될 수 있다.Thus, the rate of change of frequency can be adjusted to within ± 1 PPM over a wide temperature range of -30 ° C to 70 ° C.
다음에 제10도를 참조하여, 온도 보상을 위한 다른 실시예를 아래에 설명한다.Next, with reference to FIG. 10, another embodiment for temperature compensation is described below.
링 발진기 RG는 C-MOS인버어터 V2,V3,V4로 구성되고, 이것의 출력 주파수는 믹서 MR로 공급된다. 링 발진기 RG의 출력주파수와 단자 d3로 부터의 주파수 사이의 편차 주파수가 데이타 변환기 DT로 공급된다. 링 발진기와 주파수-온도 특성은 제11도에 도시된 바와같이 거의 직선이 된다.The ring oscillator RG consists of C-MOS inverters V 2 , V 3 and V 4 , the output frequency of which is fed to the mixer MR. The deviation frequency between the output frequency of the ring oscillator RG and the frequency from terminal d 3 is supplied to the data converter DT. The ring oscillator and frequency-temperature characteristics are almost straight, as shown in FIG.
제11도의 수직축에는, 주파수 변동을 Δf/f 25℃(단 f25℃ : 25℃에서의 발진 주파수, Δf=f T0C-f25℃, fT0C : T0C에서의 발진주파수)가 도시된다.Claim is 11 degrees and the vertical axis, the frequency change Δf / f 25 ℃ (stage f25 ℃: oscillation frequency at 25 ℃, Δf = f T 0 C-f25 ℃, fT 0 C: oscillation frequency of the T 0 C) is shown do.
링 발진기 RG의 발진주파수가 온도에 따라 직선으로 변동되므로, 믹서 MR로 부터의 출력 주파수는 온도에 따라 변화한다. 그리하여 이것은 데이타 변환기 DT에 의해 2진 부호 데이타로 변환되고, 또한 그 데이타는 하향 카운터 CT로 공급된다. 결과적으로, 수정 발진기 Q의 발진 주파수는 제9도에 도시된 바와같이 보상된다. 그리고, 수정발진기 Q의 용량 C1,C2를 제외한 구성은 C-MOS IC칩으로 집적화될 수 있다.Since the oscillation frequency of the ring oscillator RG fluctuates linearly with temperature, the output frequency from the mixer MR changes with temperature. This is thus converted into binary code data by the data converter DT, and the data is also fed to the down counter CT. As a result, the oscillation frequency of the crystal oscillator Q is compensated as shown in FIG. In addition, the configuration excluding the capacitors C 1 and C 2 of the crystal oscillator Q may be integrated into a C-MOS IC chip.
제12도에는 본 고안의 또 다른 실시예가 도시된다.Figure 12 shows another embodiment of the present invention.
써어미스터를 가진 CR발진기 OS의 발진 주파수는 주파수 계수회로 FC에 의해 계수되고, 그 내용이 데이타 변환기 DT에 의해 2진 부호 데이타로 변환된다. CR 발진기 OS의 발진주파수는 온도에 따라 변하므로, 데이타 변환기로부터의 데이타는 온도에 따라 변환한다.The oscillation frequency of the CR oscillator OS having a thermistor is counted by the frequency counter circuit FC, and the contents thereof are converted into binary code data by the data converter DT. Since the oscillation frequency of the CR oscillator OS varies with temperature, the data from the data converter converts with temperature.
그 다음에, 제13도에 도시된 바와같은 튜우닝포크(tuning fork)같은 수정진동자 B를 사용한 실시예가 아래에 설명되는데, 그 주파수-온도 특성은 2차곡선으로 나타난다. 전곡 F1,F2및 F3는 수정진동자 B의 한면에 형성되고 전곡 F4는 또 다른 면에 형성된다.Next, an embodiment using a crystal oscillator B such as a tuning fork as shown in FIG. 13 is described below, the frequency-temperature characteristic of which is represented by a quadratic curve. Whole grains F 1 , F 2 and F 3 are formed on one side of the crystal oscillator B and whole grains F 4 are formed on the other side.
제14도에 도시된 바와같이, 전극 F3는 스위칭회로 S에 의해 개폐 된다.As shown in FIG. 14, the electrode F 3 is opened and closed by the switching circuit S. As shown in FIG.
그때, 최대 발진주파수는 스위칭 회로 S가 턴온으로 유지될때 제15도에 도시된 곡선 ℓ6와 같이 목표주파수 f0보다 낮아지게 미리 설정된다. 또한, 스위칭회로 S가 턴오프로 유지될때는 발진 주파수가 제15도에 도시된 곡선 ℓ7과 같이 보상 온도 범위내에서 목표 주파수 f0보다 높아지게 미리 설정된다.At that time, the maximum oscillation frequency is preset to be lower than the target frequency f 0 as shown by curve l 6 shown in FIG. 15 when the switching circuit S is kept on. Further, when the switching circuit S is kept turned off, the oscillation frequency is preset to be higher than the target frequency f 0 within the compensation temperature range as shown by the curve l 7 shown in FIG.
CR발진기 OS의 발진 주파수와 단자 d3로 부터의 출력주파수는 믹서 MR로 공급되고, 편차 주파수는 데이타 변환기 DT에 의해 2진 부호 데이타로 변환된다. CR발진기 OS의 발진 주파수는 25℃에서 단자 d3로부터의 주파수와 일치되게, 즉 제15도의 2차 곡선 ℓ6,ℓ7의 중심선에 놓이게 미리 설정된다.The oscillation frequency of the CR oscillator OS and the output frequency from the terminal d 3 are supplied to the mixer MR, and the deviation frequency is converted into binary code data by the data converter DT. The oscillation frequency of the CR oscillator OS is in line with the frequency of the terminal d 3 eseo 25 ℃, that is placed in the center line of the 15 ° secondary curve ℓ 6, 7 ℓ is set in advance.
그러므로, 믹서 MR로 부터의 편차 주파수는 25℃에서 0이고, 온도의 상승 및 하강에 따라 대칭적으로 변한다. 결국, 주파수-온도 특성은 파형곡선 ℓ8과 같이 대단히 넓은 온도 범위내에서 ±1PPM 이하로 보상된다.Therefore, the deviation frequency from the mixer MR is zero at 25 ° C. and changes symmetrically with the rise and fall of the temperature. As a result, the frequency-temperature characteristic is compensated to be less than ± 1 PPM within a very wide temperature range, such as waveform l 8 .
상술한 바와같이, 본 고안에 의하면, 실효 전극 면적은 고정된 충격계수를 가진 스위칭 펄스에 의하여 개폐된다. 그러므로, 발진주파수는 스위칭 펄스의 충격계수를 제어하여 조정될 수 있으며, 트리머 콘덴서가 필요하지 않으며, 주파수 안정성이 향상된다.As described above, according to the present invention, the effective electrode area is opened and closed by a switching pulse having a fixed impact coefficient. Therefore, the oscillation frequency can be adjusted by controlling the impact coefficient of the switching pulse, no trimmer capacitor is required, and the frequency stability is improved.
또한, 스위칭 펄스가 발진 주파수를 분주하는 분주기로부터 발생하므로, 발진 주파수와 스위칭 펄스는 시간의 경과에 의해 영향을 받지 않는다.In addition, since the switching pulse is generated from a divider that divides the oscillation frequency, the oscillation frequency and the switching pulse are not affected by the passage of time.
그밖에도, 스위칭 펄스의 충격계수가 온도에 따라 변하므로, 발진주파수는 넓은 온도 범위내에서 보상될 수 있으며 안정성있게 유지될 수 있다.In addition, since the impact coefficient of the switching pulse changes with temperature, the oscillation frequency can be compensated over a wide temperature range and can be stably maintained.
Claims (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR2019840009070U KR840002254Y1 (en) | 1980-10-15 | 1984-09-15 | Oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR840002254Y1 (en) |
-
1984
- 1984-09-15 KR KR2019840009070U patent/KR840002254Y1/en not_active IP Right Cessation
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