特許 6190664 水晶発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6190664

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】水晶発振器

(51)【国際特許分類】

   H03B 5/32 20060101AFI20170821BHJP

【ＦＩ】

   H03B5/32 A

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-175864(P2013-175864)

(22)【出願日】2013年8月27日

(65)【公開番号】特開2015-46704(P2015-46704A)

(43)【公開日】2015年3月12日

【審査請求日】2016年5月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】依田 友也

【審査官】 ▲高▼須 甲斐

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１９２６２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５０１６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４６６４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｂ ５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水晶振動子と、
前記水晶振動子を発振させるための発振回路と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出するための振動子用温度検出部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記振動子用温度検出部による検出温度に基づいてその出力が制御される振動子用加熱部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度を検出するために振動子用温度検出部とは個別に設けられた発振回路用温度検出部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記発振回路用温度検出部による検出温度に基づいて、前記振動子用加熱部とは独立してその出力が制御される発振回路用加熱部と、
を備え、
前記発振回路は集積回路に含まれ、
前記集積回路には第１の発熱体が設けられ、
前記集積回路の外部には、第２の発熱体が設けられ、
前記第１の発熱体及び第２の発熱体のうちのいずれかを前記発振回路用加熱部として使用するかを選択する選択機構が設けられることを特徴とする水晶発振器。

【請求項2】

水晶振動子と、
前記水晶振動子を発振させるための発振回路と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出するための振動子用温度検出部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記振動子用温度検出部による検出温度に基づいてその出力が制御される振動子用加熱部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度を検出するために振動子用温度検出部とは個別に設けられた発振回路用温度検出部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記発振回路用温度検出部による検出温度に基づいて、前記振動子用加熱部とは独立してその出力が制御される発振回路用加熱部と、
を備え、
前記発振回路は集積回路に含まれ、
前記集積回路には第１の温度センサが設けられ、
前記集積回路の外部には、第２の温度センサが設けられ、
前記第１の温度センサ及び第２の温度センサのうちのいずれかを前記発振回路用温度検出部として使用するかを選択する選択機構が設けられることを特徴とする水晶発振器。

【請求項3】

前記発振回路が置かれる雰囲気と、前記水晶振動子が置かれる雰囲気とは、当該発振回路及び水晶振動子を囲む恒温槽内の雰囲気であることを特徴とする請求項１または２記載の水晶発振器。

【請求項4】

前記発振回路は集積回路に含まれ、
前記集積回路に前記発振回路用加熱部及び発振回路用温度検出部が設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の水晶発振器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出し、温度の検出結果に基づいて加熱部を制御して前記雰囲気の温度を一定にする水晶発振器に関する。

【背景技術】

【0002】

水晶発振器は、高い周波数安定度が要求されるアプリケーションに組み込まれる場合、ＯＣＸＯ（oven controlled crystal oscillator）として構成されることがある。図８に一例として、ＯＣＸＯ１００のブロック図を示す。ＯＣＸＯ１００の各部については、実施の形態で説明するため、この背景技術の項目では必要に応じて、各部の概略のみを説明するにとどめる。なお、特許文献１にも略同様の構成のＯＣＸＯについて記載されている。

【0003】

このＯＣＸＯ１００においては、恒温槽内に設けられる第１の水晶振動子１０を発振させる第１の発振回路１１からの発振周波数と、第２の水晶振動子２０を発振させる第２の発振回路２１からの各発振周波数との差を利用して、恒温槽内の温度が計算される。そして、恒温槽内の温度が前記第１の水晶振動子のＺＴＣ（Zero-Temperature Coefficient）点になるように、振動子用ヒーター５２の制御が行われている。

【0004】

前記第１の発振回路１１及び第２の発振回路２１は、例えばＬＳＩ（集積回路）に含まれている。また前記ＺＴＣ点とは、水晶振動子の発振周波数について基準温度における発振周波数からの変化量を縦軸に設定し、さらに温度変化を横軸に設定したときのグラフの変曲点である。前記水晶振動子の温度が、このＺＴＣ点に合わされるように前記振動子用ヒーターが制御されることで、温度に対する周波数変動を極力小さくすることができる。ＯＣＸＯ１００においては、このように温度制御される前記第１の水晶振動子１０に接続される第１の発振回路１１からの出力が、前記ＬＳＩの各部にクロックとして供給される。

【0005】

しかし、このようなＯＣＸＯ１００において、各水晶振動子１０、２０から各発振回路１１、２１をなすＬＳＩが離れて設けられると、前記水晶振動子の温度と前記発振回路の温度とに乖離が発生する。そして、発振回路１１、２１には温度に対する出力周波数の変動特性がある。従って、恒温槽の外部の温度変動が起きたときに前記ＬＳＩの温度が変動し、それによって前記発振回路１１、２１からの出力周波数が変動することが考えられる。即ち、ＯＣＸＯ１００の温度特性が劣化するおそれがある。

【0006】

各水晶振動子１０、２０が小型であり、さらに小型の恒温槽を有するように前記ＯＣＸＯ１００を構成する場合は、水晶振動子とＬＳＩとの距離を比較的近く配置して上記の水晶振動子１０、２０の温度と発振回路１１、２１をなすＬＳＩの温度との乖離が比較的抑えられるように対処することも考えられる。しかし、例えば恒温槽が大型であり、且つ各水晶振動子１０、２０が大きく、これらの水晶振動子１０、２０が１つのケースに入らない場合などのように、第１及び第２の水晶振動子１０，２０とＬＳＩとを、そのように温度の乖離が抑えられるように配置することができない場合がある。そのような場合には、特に上記のＯＣＸＯ１００の温度特性の劣化が懸念される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−５１６７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出し、温度の検出結果に基づいて加熱部を制御して前記雰囲気の温度を一定にする水晶発振器において、周波数の安定度の高い発振出力を得ることができる水晶発振器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の水晶発振器は、水晶振動子と、
前記水晶振動子を発振させるための発振回路と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出するための振動子用温度検出部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記振動子用温度検出部による検出温度に基づいてその出力が制御される振動子用加熱部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度を検出するために振動子用温度検出部とは個別に設けられた発振回路用温度検出部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記発振回路用温度検出部による検出温度に基づいて、前記振動子用加熱部とは独立してその出力が制御される発振回路用加熱部と、
を備え、
前記発振回路は集積回路に含まれ、
前記集積回路には第１の発熱体が設けられ、
前記集積回路の外部には、第２の発熱体が設けられ、
前記第１の発熱体及び第２の発熱体のうちのいずれかを前記発振回路用加熱部として使用するかを選択する選択機構が設けられることを特徴とする。
本発明の他の水晶発振器は、水晶振動子と、
前記水晶振動子を発振させるための発振回路と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度を検出するための振動子用温度検出部と、
前記水晶振動子が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記振動子用温度検出部による検出温度に基づいてその出力が制御される振動子用加熱部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度を検出するために振動子用温度検出部とは個別に設けられた発振回路用温度検出部と、
前記発振回路が置かれる雰囲気の温度が一定になるように補償するために、前記発振回路用温度検出部による検出温度に基づいて、前記振動子用加熱部とは独立してその出力が制御される発振回路用加熱部と、
を備え、
前記発振回路は集積回路に含まれ、
前記集積回路には第１の温度センサが設けられ、
前記集積回路の外部には、第２の温度センサが設けられ、
前記第１の温度センサ及び第２の温度センサのうちのいずれかを前記発振回路用温度検出部として使用するかを選択する選択機構が設けられる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の水晶発振器によれば、振動子用温度検出部とは個別に設けられ、発振回路が置かれる雰囲気の温度を検出するための発振回路用温度検出部と、前記発振回路用温度検出部の温度検出結果に基づき、振動子用加熱部とは独立してその出力が制御される発振回路用加熱部とを備えている。従って、前記発振回路と水晶振動子との距離が離れていても、当該発振回路の温度の変動を抑えることができ、発振回路から出力される発振周波数の変動を抑制することができる。また、発振回路及び水晶振動子を配置するにあたり、これらを近接させる必要がなくなるので、水晶発振器の構成の自由度が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係るＯＣＸＯのブロック図である。

【図2】前記ＯＣＸＯの縦断側面図である。

【図3】前記ＯＣＸＯに設けられる発振回路用ヒーター制御回路のブロック図である。

【図4】温度制御手法を模式的に示すグラフ図である。

【図5】温度制御手法を模式的に示すグラフ図である。

【図6】前記発振回路用ヒーター制御回路のスイッチが切り替えられる様子を示す説明図である。

【図7】他のＯＣＸＯの縦断側面図である。

【図8】従来のＯＣＸＯのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の水晶発振器の実施の形態であるＯＣＸＯ１について説明する。図１には、ＯＣＸＯ１のブロック図を示している。このブロック図では、ＯＣＸＯ１における各回路のレジスタの設定及び読み書きが行われる際のデジタル制御データ信号の流れを、実線の矢印で示している。また、一点鎖線の矢印で高周波信号が流れる方向を示し、二点鎖線の矢印でアナログ信号が流れる方向を示している。さらに点線の矢印で、システムクロック信号が流れる方向が示されている。なお、背景技術の項目で説明した図８のＯＣＸＯ１００も、この図１のＯＣＸＯ１と同様に各矢印を用いて、各信号の流れを示している。

【0013】

このＯＣＸＯ１は、第１の水晶振動子１０と、第２の水晶振動子２０とを備え、各水晶振動子１０、２０はＡＴカットされた水晶片と励振電極とにより構成されている。この例において第１の水晶振動子１０及び第２の水晶振動子２０は、互いに等しい周囲温度に置かれるように、共通のケース１２内に互いに近接して収納されている。第１の水晶振動子１０は、ケース１２の外部に設けられる第１の発振回路１１に接続され、第２の水晶振動子２０は、同じくケース１２の外部に設けられる第２の発振回路２１に接続される。

【0014】

第１の水晶振動子１０に接続された第１の発振回路１１、第２の水晶振動子２０に接続された第２の発振回路２１の後段側には、周波数カウント部３１、温度補正周波数計算部３２、ＰＬＬ回路部４１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２、水晶電圧制御発振器（ＶＣＸＯ）４３が接続されている。ＰＬＬ回路部４１は、第１の発振回路１１からの発振出力をクロック信号とし、デジタル値である周波数設定信号に基づいて生成されるパルス信号とＶＣＸＯ４３からの帰還パルスとの位相差に相当する信号をアナログ化し、そのアナログ信号を積分してローパスフィルタ４２に出力する。ＬＰＦ４２からの出力によりＶＣＸＯ４３の出力が制御される。ＶＣＸＯ４３の出力がＯＣＸＯ１の発振出力である。

【0015】

第１の発振回路１１からの発振出力ｆ１と第２の発振回路２１からの発振出力ｆ２との周波数差ΔＦに対応する値は、水晶振動子１０、２０が置かれている雰囲気の温度に対応し、温度検出値ということができる。なお、説明の便宜上ｆ１、ｆ２は、夫々第１の発振回路１１及び第２の発振回路２１の発振周波数も表しているものとする。周波数カウント部３１は、この例では、{（ｆ２−ｆ１）／ｆ１}―{（ｆ２ｒ−ｆ１ｒ）／ｆ１ｒ}の値を取り出しており、この値が温度に対して比例関係にある温度検出値に相当する。ｆ１ｒ及びｆ２ｒは、夫々基準温度例えば２５℃における第１の発振回路１１の発振周波数及び第２の発振回路２１の発振周波数である。

【0016】

温度補正周波数計算部３２は温度の検出結果と、予め作成した周波数補正値との関係と、に基づいて周波数補正値を算出し、この周波数補正値と、予め設定された周波数設定値とを加算して周波数設定信号を設定する。前記温度検出値と周波数補正値との関係、及び前記周波数設定値はデジタル制御回路３３に格納されている。前記周波数補正値は、第１の水晶振動子２０の温度が目標温度から変動した時に、その変動分、つまり前記クロック信号の温度変動分を補償するための値である。

【0017】

例えば（ｆ２−ｆ２ｒ）／ｆ２ｒ＝ＯＳＣ２、（ｆ１−ｆ１ｒ）／ｆ１ｒ＝ＯＳＣ１とすると、水晶振動子の生産時に（ＯＳＣ２−ＯＳＣ１）と温度との関係を実測により取得し、この実測データから、温度に対する周波数変動分を相殺する補正周波数曲線を導き出し、最小二乗法により９次の多項近似式係数を導き出している。そして多項近似式係数を予めデジタル制御回路３３に記憶しておき、温度補正周波数計算部３２はこれら多項近似式係数を用いて、補正値の演算処理を行っている。結果として温度変動に対してクロックの周波数が安定し、以ってＶＣＸＯ４３からの出力周波数が安定することになる。つまり、前記ＯＣＸＯ１はＴＣＸＯとしても構成されており、いわば二重の温度対応が行われた、高い精度で出力を安定させることができる装置として構成されている。

【0018】

図中３４は、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）からなる外部メモリであり、３５は外部メモリ３４をデジタル信号処理部３（後述）に接続する接続端子である。前記多項式近似係数及び周波数設定値は、ＯＣＸＯ１の電源投入時に、この外部メモリ３４からデジタル制御回路３３のレジスタに取り込まれる。図中３６は内部メモリであり、デジタル信号処理部３の各部が動作するための初期パラメータが格納されている。ＯＣＸＯ１の電源投入時にデジタル制御回路３３により、当該デジタル信号処理部３の各回路に初期パラメータが設定され、各回路の動作が可能になる。図中３７はアナログデジタル変換器であり、デジタル信号処理部３に供給されるアナログの直流電圧信号Ｖcをデジタルの直流電圧信号に変換する。デジタル制御回路３３にも、第１の発振回路１１の出力がシステムクロックとして供給される。

【0019】

図中３８、３８は、Ｉ^２Ｃ(Inter-Integrated Circuit)バスを介してデジタル制御回路３３と外部コンピュータ３９に含まれるインターフェイス回路とを接続する役割を有する。外部コンピュータ３９により、ＯＣＸＯ１のユーザーは前記デジタル制御回路３３に含まれるレジスタの各データを変更することができる。例えば前記予め設定された周波数設定値を変更し、ＯＣＸＯ１の出力周波数を変更することができる。

【0020】

ＯＣＸＯ１には温度の検出結果に基づいて、水晶振動子１０，２０が置かれる雰囲気が設定温度となるようにその温度を調整するための振動子用ヒーター制御回路５１が設けられている。振動子用ヒーター制御回路５１は、周波数差カウント部３１から出力された温度検出値（デジタル値）と、デジタル制御回路３３から出力される予め設定された温度設定値とに応じて、振動子用ヒーター５２に電力を供給する。前記供給される電力が大きいほど、振動子用ヒーター５２からの発熱量が大きくなり、第１の水晶振動子１０が前記ＺＴＣ点になるように、水晶振動子１０、２０が温度補償される。

【0021】

ＯＣＸＯ１の縦断側面図である図２も参照する。ＯＣＸＯ１は恒温槽４４と、恒温槽４４の内部に設けられた基板６２と、を備えている。例えば基板４５の表面には前記水晶振動子１０、２０を含むケース１２が設けられ、基板４５の裏面には、このケース１２に重なるように前記振動子用ヒーター５２が設けられている。ただし、水晶振動子１０，２０は、このように共通のケース１２に格納することには限られない。また、基板６２の表面には、前記ケース１２から離れて、前記デジタル信号処理部３を構成する集積回路（ＬＳＩ）が設けられている。上記の発振回路１１、２１、周波数カウント部３１、温度補正周波数計算部３２、ＰＬＬ回路部４１、振動子用ヒーター制御回路５１、デジタル制御回路３３、アナログデジタル変換器３７、及び内部メモリ３６については、この集積回路であるデジタル信号処理部３に含まれる。このように、デジタル信号処理部３と、水晶振動子１０、２０を囲うケース１２とは、共に恒温槽４４内の空間に設けられている。

【0022】

図１に戻って説明を続けると、ＯＣＸＯ１にはさらに発振回路（ＯＳＣ）用ヒーター制御回路５と、内部温度センサ５３と、発振回路用内部ヒーター５４と、外部温度センサ５５と、発振回路用外部ヒーター５６と、が設けられている。内部温度センサ５３及び外部温度センサ５５は、夫々デジタル信号処理部３の周囲温度を検出し、この検出温度に対応したアナログの電圧信号を発振回路用ヒーター制御回路５に出力する。これらの温度センサ５３、５５は、例えばトランジスタやダイオードなどにより構成される。

【0023】

後述するように、これら温度センサ５３、５５のうちの一方の出力電圧が前記デジタル信号処理部３の周囲温度の検出に用いられる。また、発振回路用内部ヒーター５４及び発振回路用外部ヒーター５６のうちの一方が、デジタル信号処理部３の周囲温度を一定にするために用いられる。この例では、内部温度センサ５３の出力を用いる場合には発振回路用内部ヒーター５４により前記周囲温度の制御が行われ、外部温度センサ５５の出力を用いる場合には発振回路用外部ヒーター５６により夫々前記周囲温度の制御が行われる。

【0024】

前記内部温度センサ５３、発振回路用内部ヒーター５４及び発振回路用ヒーター制御回路５は、デジタル信号処理部３に含まれる。そして、図２に示すように、外部温度センサ５５は基板６２の表面において当該デジタル信号処理部３に近接して設けられる。発振回路用外部ヒーター５６は、例えば基板６２の裏面においてデジタル信号処理部３と重なるように設けられる。

【0025】

図３には、発振回路用ヒーター制御回路５の構成を示している。内部温度センサ５３、５５のうちのいずれかの出力を、後段側へ供給するためにスイッチ６１が設けられ、スイッチ６１の後段にはアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）６２が設けられている。ＡＤＣ６２の後段にはスイッチ６３が設けられ、前段側から供給される出力を、内部温度メモリ６４及び外部温度メモリ６５のうちのいずれか一方に切り替えて出力する。内部温度メモリ６４及び外部温度メモリ６５の後段にはスイッチ６６が設けられ、スイッチ６６の後段にはＰＩ制御回路６７及び補正回路６８が設けられている。

【0026】

スイッチ６６は、内部温度メモリ６４及び外部温度メモリ６５のうちのいずれか一方の出力を、ＰＩ制御回路６７及び補正回路６８のうちの一方に供給する。つまりスイッチ６６については、図３では内部温度メモリ６４とＰＩ制御回路６７とを接続した状態を示しているが、このような接続状態と、内部温度メモリ６４と補正回路６８とした状態と、外部温度メモリ６５とＰＩ制御回路６７とを接続した状態と、外部温度メモリ６５とＰＩ制御回路６７とを接続した状態と、を切り替えることができるように構成される。

【0027】

ＰＩ制御回路６７及び補正回路６８の後段にはスイッチ６９が設けられ、これらＰＩ制御回路６７及び補正回路６８のうちの一方を後段側に接続するように切り替えが行われる。スイッチ６９の後段には、スイッチ７１が設けられている。スイッチ７１の後段には、既述の発振回路用内部ヒーター５４及び発振回路用外部ヒーター５６が設けられ、ＰＩ制御回路６７または補正回路６８から供給される電力は、発振回路用内部ヒーター５４及び発振回路用外部ヒーター５６のうちの一方に出力されるようにスイッチ７１が切り替えられる。供給される電力が大きいほど、内部ヒーター５４及び外部ヒーター５６の発熱量が大きくなる。

【0028】

内部温度センサ５３の出力に基づいて、デジタル信号処理部３の周囲温度を制御する場合、内部温度センサ５３、内部温度メモリ６４及び発振回路用内部ヒーター５４が互いに接続されるように各スイッチが切り替えられる。外部温度センサ５５の出力に基づいて、デジタル信号処理部３の周囲温度を制御する場合、外部温度センサ５５、外部温度メモリ６５及び発振回路用外部ヒーター５６が互いに接続されるように各スイッチが切り替えられる。また、ユーザーの所望の温度制御方法によって、互いに接続される温度メモリ６４、６５とヒーター５４、５６との間にＰＩ制御回路６７及び補正回路６８のうちの一方が介在するように、各スイッチによる接続が行われる。

【0029】

発振回路用ヒーター制御回路５には選択機構をなす内部制御回路７２が設けられる。内部制御回路７２は、デジタル制御回路３３からの制御信号に従って、各回路の動作及びスイッチの切り替えを制御する。既述のように内部制御回路７２は、外部コンピュータ３９によりその動作が制御できるので、発振回路用ヒーター制御回路５の動作は外部コンピュータ３９によりＯＣＸＯ１のユーザーが制御することができる。

【0030】

前記内部温度メモリ６４及び外部温度メモリ６５には、温度センサ５３あるいは５５から入力される信号電圧と、検出温度との対応関係が各々格納されている。そして、前記対応関係により前記検出温度に対応した信号が、ＰＩ制御回路６７または補正回路６８に出力される。

【0031】

ＰＩ制御回路６７は、デジタル信号処理部３の周囲温度が一定になるように、発振回路用内部ヒーター５４または発振回路用外部ヒーター５６をＰＩ制御するための回路である。ＰＩ制御回路６７では温度メモリ６４または６５から入力された温度信号から、前記周囲温度の目標設定温度（Ｘ℃）と温度センサ５３または５５により検出された温度（Ｙ℃）との偏差（（Ｘ−Ｙ）℃）が算出され、その偏差に基づいてヒーター５４または５６に供給する電力が算出され、算出された電力がヒーター５４または５６に供給される。

【0032】

図４は、このように温度の偏差によって、前記ヒーター出力が設定されることを示すために概念的に表したグラフであり、グラフに示すように目標設定温度Ｘ℃に対して検出温度Ｙ℃が近づくほど、ヒーター出力が小さくなる。実際には、上記のようにヒーター出力はＰＩ制御され、前記検出温度Ｙ℃が目標設定温度Ｘ℃に合わせこまれるように制御される。

【0033】

補正回路６８は前記検出温度Ｙ℃と、ヒーターへの供給電力（ヒーター出力）との対応関係を規定したテーブルを備えている。前記検出温度に対応するヒーター出力が当該テーブルから読み出され、この読み出された出力が補正回路６８からヒーター５４または５６に供給される。図５は、前記テーブルに規定される対応関係の一例を、説明を容易にするためにグラフとして示したものである。このグラフに示すように、ＰＩ制御回路６７を用いる場合とは異なり、補正回路６８を用いる場合は、（Ｘ−Ｙ）℃が演算されず、検出温度Ｙ℃に対応するヒーター電力（Ａ：単位Ｗ）がテーブルから読み出され、読み出された電力がヒーター５４または５６に供給される。

【0034】

補正回路６８は、前記テーブルを備える代わりに検出温度Ｙ℃についての１次〜Ｎ次（Ｎは２以上の整数）の計算式を備えるようにしてもよい。この計算式の値は、デジタル信号処理部温度３の周囲温度を目標設定温度Ｘ℃にするためのヒーターの出力値の近似値である。補正回路６８は、この計算式と前記検出温度とにより、前記近似値を算出し、算出した値の電力がヒーター５４または５６に供給されるようにしてもよい。

【0035】

上記の補正回路６８またはＰＩ制御回路６７によりヒーター５４及び５６の出力が制御されることで、温度センサ５３または５５とヒーター５４または５４とが熱結合される。つまり、温度センサによる検出温度の変化に従って、ヒーターの出力が変化する。

【0036】

例えば発振回路用ヒーター制御回路５の各スイッチの動作を制御するためのパラメータは外部メモリ３４に記憶される。ユーザーがＯＣＸＯ１の電源を投入すると、このパラメータがデジタル制御回路３３に読み出され、当該パラメータに基づいてデジタル制御回路３３が発振回路用ヒーター制御回路５に制御信号を送信する。この制御信号に基づいて発振回路用ヒーター制御回路５の各スイッチの切り替えが制御される。ここでは一例として、図３に示すように内部温度センサ５３、内部温度メモリ６４、ＰＩ制御回路６７及び発振回路用内部ヒーター５４が互いに接続されるものとして説明する。

【0037】

ＯＣＸＯ１の外部温度が低下したときには、デジタル信号処理部３が置かれる雰囲気の温度（デジタル信号処理部３の周囲温度）及び水晶振動子１０、２０が置かれる雰囲気の温度（周囲温度）が設定温度から低下する。周波数カウント部３１からの温度検出値{（ｆ２−ｆ１）／ｆ１}―{（ｆ２ｒ−ｆ１ｒ）／ｆ１ｒ}が例えば低下し、それによって振動子用ヒーター制御回路５１から振動子用ヒーター５２への供給電力が増加する。その結果として、水晶振動子１０、２０の周囲温度が上昇し、前記設定温度になるように補償される。

【0038】

そのように水晶振動子１０、２０の温度補償が行われる一方で、内部温度センサ５３により検出されるデジタル信号処理部３の周囲温度が低くなり、それによってＰＩ制御回路６７からの発振回路用内部ヒーター５４への供給電力が増加する。その結果、前記内部ヒーター５４への供給電力が増加し、デジタル信号処理部３の周囲温度が前記設定温度になるように補償される。

【0039】

ＯＣＸＯ１の外部温度が上昇したときには、デジタル信号処理部３の周囲温度及び水晶振動子１０、２０の周囲温度が設定温度から上昇する。周波数カウント部３１からの温度検出値{（ｆ２−ｆ１）／ｆ１}−{（ｆ２ｒ−ｆ１ｒ）／ｆ１ｒ}が例えば上昇し、それによって振動子用ヒーター制御回路５１から振動子用ヒーター５２への供給電力が低下する。その結果として、水晶振動子１０、２０の周囲温度が低下し、前記設定温度になるように補償される。

【0040】

その一方で、内部温度センサ５３により検出されるデジタル信号処理部３の周囲温度が高くなり、それによってＰＩ制御回路６７からの発振回路用内部ヒーター５４への供給電力が低下する。その結果、前記内部ヒーター５４への供給電力が低下し、前記デジタル信号処理部３の周囲温度が設定温度になるように補償される。

【0041】

このように水晶振動子１０、２０の周囲温度及び発振回路１１、２１を含むデジタル信号処理部３の周囲温度が一定になるように温度補償されることで、発振回路１１、２１からの発振出力周波数が安定する。結果として、ＰＬＬ回路部４１に供給されるクロック信号の変動が抑えられ、さたに温度補正周波数計算部３２にて演算される周波数補正値が、正確性高く算出されることになる。結果として、ＯＣＸＯ１の発振出力周波数が安定したものとなる。

【0042】

このようにＯＣＸＯ１の動作中、例えばユーザーが外部コンピュータ３９よりデジタル制御回路３３のレジスタ内のパラメータを書き換えることで、発振回路用ヒーター制御回路５の各スイッチが切り替わる。例えば、図６では図３の状態から各スイッチを切り替え、外部温度センサ５５、外部温度メモリ、補正回路６８及び発振回路用外部ヒーター５６が互いに接続された例を示している。このように接続を切り替えた場合も、内部温度センサ５３の代わりに外部温度センサ５５によりデジタル信号処理部３の周囲温度が検出されること、ＰＩ制御回路６７の代わりに補正回路６８によりヒーターへの出力が制御されること、発振回路用内部ヒーター５４の代わりに発振回路用外部ヒーター５６により前記周囲温度が加熱されることを除いて、既述の図３のように各回路を接続した場合と同様の温度制御が行われる。

【0043】

このように水晶振動子１０、２０の周囲温度、デジタル信号処理部３の周囲温度が各々の設定温度になるように独立して制御されている。それによって、ＯＣＸＯ１の外部温度が変動しても、水晶振動子１０、２０とデジタル信号処理部３とが各々精度高く温度補償され、発振回路１１、２１からの出力周波数が安定する。結果として、ＯＣＸＯ１からの発振出力周波数が安定する。また、振動子用ヒーター５２によって水晶振動子１０、２０の温度が変化するときに、この水晶振動子１０、２０と共に、発振回路１１、２１が温度変化するように、水晶振動子１０、２０と発振回路１１、２１とを互いに近接させて設ける必要が無くなる。従って、基板における水晶振動子１０、２０と、発振回路１１、２１を含むデジタル信号処理部３との配置について、自由度の高いレイアウトとすることができる。

【0044】

上記の構成例では、内部温度センサ５３及び発振回路用内部ヒーター５４の組と、外部温度センサ５５及び発振回路用外部ヒーター５６の組とのうち、いずれかを選択して使用することができるが、いずれか一方の組のみをＯＣＸＯ１に設けてもよい。内部温度センサ５３及び発振回路用内部ヒーター５４の組のみを設ける場合、装置構成を簡素なものとすることができる。外部温度センサ５５及び発振回路用外部ヒーター５６の組のみを設ける場合、外部ヒーター５６は、ＬＳＩの外部にあるため、ＬＳＩの大きさによらずに設計できることから、比較的大きな出力を得られるように構成することができる。つまり、恒温槽内において温度制御できる温度範囲及びヒーターからの距離の範囲が大きくなる。

【0045】

またＰＩ制御回路６７及び補正回路６８についても、いずれか一方の回路のみをＯＣＸＯ１に設けるようにしてもよい。さらに、外部温度センサ５５の検出温度により発振回路用内部ヒーター５４の出力が制御され、内部温度センサ５３の検出温度により発振回路用外部ヒーター５６の温度が制御されるようにしてもよい。

【0046】

また、恒温槽内においての各回路の配置については図２の構成に限られず、図７に示す構成としてもよい。この図７の例は図２の例と異なり、発振回路用外部ヒーター５６が、デジタル信号処理部３及び外部温度センサ５５の上方に設けられている。そして、ヒーター５６からデジタル信号処理部３及び温度センサ５５への熱伝導性を高めるために、当該ヒーター５６と、デジタル信号処理部３及び温度センサ５５との間に例えば金属からなる熱伝導部材６３を設けている。

【0047】

上記の例では、第１の水晶振動子１０の周囲温度を精度高く検出するために、第２の水晶振動子２０、第２の発振回路２１及び周波数カウント部３１を温度センサとして構成しているが、これら第２の水晶振動子２０及び第２の発振回路２１を設ける代わりにサーミスタなどを設けて、前記第１の水晶振動子１０の周囲温度を測定する温度センサとしてもよい。この場合、第１の発振回路１１の出力が、そのままＯＣＸＯの出力となるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１ ＯＣＸＯ
１０ 第１の水晶振動子
１１ 第１の発振回路
２０ 第２の水晶振動子
２１ 第２の発振回路
４１ ＰＬＬ回路部
５ 発振回路用ヒーター制御回路
５３ 内部温度センサ
５４ 発振回路用内部ヒーター
５５ 外部温度センサ
５６ 発振回路用外部ヒーター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】