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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022155089
(43)【公開日】2022-10-13
(54)【発明の名称】恒温槽付水晶発振器
(51)【国際特許分類】
   H03B 5/32 20060101AFI20221005BHJP
【FI】
H03B5/32 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021058425
(22)【出願日】2021-03-30
(71)【出願人】
【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】100093104
【弁理士】
【氏名又は名称】船津 暢宏
(72)【発明者】
【氏名】社本 勝哉
(72)【発明者】
【氏名】今野 択磨
【テーマコード(参考)】
5J079
【Fターム(参考)】
5J079AA04
5J079BA02
5J079CA01
5J079CA12
5J079CB01
5J079CB09
5J079DA13
5J079FA13
5J079FB01
5J079FB38
(57)【要約】
【課題】 温度制御用回路とは別に温度に応じて水晶振動子の入力電圧を補正し、発振周波数を高安定化する恒温槽付水晶発振器を提供する。
【解決手段】 水晶振動子1と、水晶振動子1の入力側に接続されるバリキャップダイオード3と、水晶振動子1の出力側に一端が接続し、他端が出力端子6に接続する発振回路(OSC)2と、水晶振動子1の入力側に恒温槽内の温度に応じた補正電圧を提供する第1の電圧補正回路とを有し、補正電圧出力部23が、デジタル可変抵抗器22で設定された抵抗値に基づいて生成される電圧をアナログ温度センサ21からの温度に応じたアナログ電圧で調整して補正電圧を出力する恒温槽付水晶発振器である。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
恒温槽付発振器であって、
水晶振動子と、
前記水晶振動子の入力側に接続される容量と、
前記水晶振動子の出力側に一端が接続し、他端が出力端子に接続する発振回路と、
前記水晶振動子の入力側に恒温槽内の温度に応じた補正電圧を提供する電圧補正回路と、を有することを特徴とする恒温槽付発振器。
【請求項2】
電圧補正回路は、
温度に応じたアナログ電圧を出力するアナログ温度センサと、
デジタル可変抵抗器と、
前記デジタル可変抵抗器の抵抗値に基づいて生成される電圧を、前記アナログ温度センサからのアナログ電圧で調整して水晶振動子の入力側に出力する補正電圧出力部と、を有することを特徴とする請求項1記載の恒温槽付発振器。
【請求項3】
電圧補正回路は、
温度に応じたデジタル電圧を出力するデジタル温度センサと、
前記デジタル温度センサからの出力をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、
デジタル可変抵抗器と、
前記デジタル可変抵抗器の抵抗値に基づいて生成される電圧を、前記デジタル/アナログ変換器からのアナログ電圧で調整して水晶振動子の入力側に出力する補正電圧出力部と、を有することを特徴とする請求項1記載の恒温槽付発振器。
【請求項4】
電圧補正回路は、
デジタル可変抵抗器と、
前記デジタル可変抵抗器の抵抗値に基づいて生成される電圧を、オーブンを制御する制御電圧で調整して水晶振動子の入力側に出力する補正電圧出力部と、を有することを特徴とする請求項1記載の恒温槽付発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、恒温槽付水晶発振器(OCXO:Oven Controlled Crystal Oscillator)に係り、特に、恒温槽内の水晶振動子の温度を安定化させ、発振周波数を高安定なものとする恒温槽付水晶発振器に関する。
【背景技術】
【0002】
[従来の技術]
恒温槽付水晶発振器は、水晶振動子の動作温度を一定に維持することから、周波数温度特性に依存した周波数変化を引き起こすことなく、高安定の発振周波数が得られるものである。
水晶振動子は、恒温槽に収納され、恒温槽は、温度制御回路(温度制御用回路)によってその槽内の温度を一定に保持するよう制御される。
【0003】
[従来のOCXOの回路構成:図4
従来のOCXOは、図4に示すように、発振用回路として、水晶振動子(Crystal unit)1と、発振回路(OSC)2と、バリキャップダイオード3と、低ドロップアウト・レギュレータ(LDO:Low Drop Out Regulator)4と、定電圧端子(Vcc)5と、出力端子(Output)6とを備え、温度制御用回路として、温度センサ11と、増幅器(OPAMP)12と、オーブン(Oven:恒温槽)13とを備えている。
【0004】
発振用回路では、水晶振動子1の一端が発振回路2に接続し、他端がバリキャップダイオード3のカソードに接続し、バリキャップダイオード3のアノードが接地されている。
低ドロップアウト・レギュレータ4の一端は定電圧端子5に接続して定電圧が印加され、他端は発振回路2に接続して安定した低電圧を提供している。
発振回路2の他端は出力端子6に接続し、出力端子6から発振周波数の信号を出力している。
【0005】
温度制御用回路では、温度センサ11が恒温槽内の温度を検知し、検知した温度に応じた電圧を増幅器12に出力すると、増幅器12が入力された電圧を増幅してオーブン13に出力し、オーブン13を適正温度に温めるよう制御を行うものである。
【0006】
[関連技術]
尚、関連する先行技術として、特開2016-187160号公報「発振器、電子機器、および移動体」(特許文献1)、特開2017-123552号公報「回路装置、発振器、電子機器及び移動体」(特許文献2)、特開2018-133816号公報「発振器、電子機器及び移動体」(特許文献3)がある。
【0007】
特許文献1には、周波数温度の変化による基準電圧生成回路の出力電圧の変動を低減して周波数を安定化させる発振器が示されている。
特許文献2には、発振周波数の温度依存性が小さく、安定な発振周波数を得ることができる発振器が示されている。
特許文献3には、発振器内部の温度を一定に保ち、発振器内の温度変化に対して発振回路の出力信号の周波数を補正することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2016-187160号公報
【特許文献2】特開2017-123552号公報
【特許文献3】特開2018-133816号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、従来の恒温槽付水晶器では、恒温槽内の温度制御は温度制御用回路で行うようになっており、発振用回路の入力電圧を補正して発振周波数を安定化させるものとはなっていないという問題点があった。
【0010】
尚、特許文献1~3には、水晶振動子の入力電圧を恒温槽内の温度に応じて補正する構成についての記載がない。
【0011】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、温度制御用回路とは別に温度に応じて水晶振動子の入力電圧を補正し、発振周波数を高安定化する恒温槽付水晶発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、恒温槽付発振器であって、水晶振動子と、水晶振動子の入力側に接続される容量と、水晶振動子の出力側に一端が接続し、他端が出力端子に接続する発振回路と、水晶振動子の入力側に恒温槽内の温度に応じた補正電圧を提供する電圧補正回路と、を有することを特徴とする。
【0013】
本発明は、上記恒温槽付発振器において、電圧補正回路が、温度に応じたアナログ電圧を出力するアナログ温度センサと、デジタル可変抵抗器と、デジタル可変抵抗器の抵抗値に基づいて生成される電圧を、アナログ温度センサからのアナログ電圧で調整して水晶振動子の入力側に出力する補正電圧出力部と、を有することを特徴とする。
【0014】
本発明は、上記恒温槽付発振器において、電圧補正回路が、温度に応じたデジタル電圧を出力するデジタル温度センサと、デジタル温度センサからの出力をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、デジタル可変抵抗器と、デジタル可変抵抗器の抵抗値に基づいて生成される電圧を、デジタル/アナログ変換器からのアナログ電圧で調整して水晶振動子の入力側に出力する補正電圧出力部と、を有することを特徴とする。
【0015】
本発明は、上記恒温槽付発振器において、電圧補正回路が、デジタル可変抵抗器と、デジタル可変抵抗器の抵抗値に基づいて生成される電圧を、オーブンを制御する制御電圧で調整して水晶振動子の入力側に出力する補正電圧出力部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、水晶振動子と、水晶振動子の入力側に接続される容量と、水晶振動子の出力側に一端が接続し、他端が出力端子に接続する発振回路と、水晶振動子の入力側に恒温槽内の温度に応じた補正電圧を提供する電圧補正回路と、を有する恒温槽付発振器としているので、温度制御用回路とは別に温度に応じて水晶振動子の入力電圧を補正し、発振周波数を高安定化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】第1の発振器の構成ブロック図である。
図2】第2の発振器の構成ブロック図である。
図3】第3の発振器の構成ブロック図である。
図4】従来の発振器の構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る発振器(本発振器)は、水晶振動子と、水晶振動子の入力側に接続される容量と、水晶振動子の出力側に一端が接続し、他端が出力端子に接続する発振回路と、水晶振動子の入力側に恒温槽内の温度に応じた補正電圧を提供する電圧補正回路と、を有するものとしているので、温度制御用回路とは別に温度に応じて水晶振動子の入力電圧を補正し、発振周波数を高安定化できるものである。
【0019】
尚、電圧補正回路には、第1~3の回路例があり、第1の回路例(第1の電圧補正回路)を適用した発振器を第1の発振器、第2の回路例(第2の電圧補正回路)を適用した発振器を第2の発振器、第3の回路例(第3の電圧補正回路)を適用した発振器を第3の発振器として説明する。
【0020】
[第1の発振器の構成:図1
本発振器における第1の発振器について図1を参照しながら説明する。図1は、第1の発振器の構成ブロック図である。
第1の発振器は、図1に示すように、発振用回路として、水晶振動子(Crystal unit)1と、発振回路(OSC)2と、可変容量となるバリキャップダイオード3と、低ドロップアウト・レギュレータ(LDO:Low Drop Out Regulator)4と、定電圧端子(Vcc)5と、出力端子(Output)6とを備え、温度制御用回路として、温度センサ11と、増幅器(OPAMP)12と、オーブン(Oven:恒温槽)13とを備え、電圧補正回路として、アナログ温度センサ21と、デジタル可変抵抗器22と、補正電圧出力部23とを備えている。
【0021】
具体的には、発振用回路では、水晶振動子1の一端が発振回路2に接続し、他端がバリキャップダイオード3のカソードに接続し、バリキャップダイオード3のアノードが接地されている。
また、低ドロップアウト・レギュレータ4の一端は定電圧端子5に接続して定電圧が印加され、他端は発振回路2に接続して安定した定電圧を提供している。
発振回路2の他端は出力端子6に接続し、出力端子6から発振周波数の信号を出力している。
【0022】
更に、温度制御用回路では、温度センサ11が恒温槽内の温度を検知し、検知した温度に応じた電圧を増幅器(差動増幅器)12に出力すると、増幅器12が入力された電圧を増幅してオーブン13に出力し、オーブン13を適正温度に温めるようヒーター(ヒーター抵抗)の制御を行うものである。
【0023】
[第1の電圧補正回路]
第1の発振器の電圧補正回路(第1の電圧補正回路)について具体的に説明する。
アナログ温度センサ21は、恒温槽内の温度を検出し、検出した温度に応じたアナログ電圧を出力する。このアナログ電圧が、補正電圧出力部23で生成される補正電圧を調整する調整電圧となる。
デジタル可変抵抗器22は、例えば、デジタルポテンショメータで、抵抗値をデジタルで可変に設定できるものである。
【0024】
補正電圧出力部23は、デジタル可変抵抗器22から出力される抵抗値に基づいて電圧を生成し、その生成された電圧をアナログ温度センサ21からのアナログ電圧で調整して水晶振動子1の入力側に補正電圧として出力する。
【0025】
このように、第1の電圧補正回路が、恒温槽内の温度に応じた補正電圧で水晶振動子1の入力側の入力電圧を補正するようにしているので、温度制御回路で恒温槽内の温度を安定化させると共に、第1の電圧補正回路によって更に恒温槽内の温度を安定化させることができ、発振周波数を高安定化できる効果がある。
【0026】
[第2の発振器の構成:図2
本発振器における第2の発振器について図2を参照しながら説明する。図2は、第2の発振器の構成ブロック図である。
第2の発振器は、図2に示すように、基本的には図1の第1の発振器の構成と同様であり、相違するのは、第2の電圧補正回路の構成である。
第1の発振回路と同様の構成についての説明は省略し、相違する第2の電圧補正回路の構成について説明する。
【0027】
第2の電圧補正回路は、デジタル温度センサ24と、デジタル可変抵抗器22と、補正電圧出力部23と、デジタル/アナログ変換器(DAC)25とを備えている。
デジタル可変抵抗器22と補正電圧出力部23は、第1の電圧補正回路のものと同様である。
【0028】
デジタル温度センサ24は、恒温槽内の温度を検出し、検出した温度に応じたデジタル値をDAC25に出力する。
DAC25は、デジタル温度センサ24から入力されたデジタル値をアナログ電圧に変換し、補正電圧出力部23に出力する。このアナログ電圧が、補正電圧出力部23で生成される補正電圧を調整する調整電圧となる。
【0029】
補正電圧出力部23は、デジタル可変抵抗器22から出力される抵抗値に基づいて電圧を生成し、その生成された電圧をDAC25からのアナログ電圧で調整して水晶振動子1の入力側に補正電圧として出力する。
【0030】
このように、第2の電圧補正回路が、恒温槽内の温度に応じた補正電圧で水晶振動子1の入力側の入力電圧を補正するようにしているので、温度制御回路で恒温槽内の温度を安定化させると共に、第2の電圧補正回路によって更に恒温槽内の温度を安定化させることができ、発振周波数を高安定化できる効果がある。
【0031】
[第3の発振器の構成:図3
本発振器における第3の発振器について図3を参照しながら説明する。図3は、第3の発振器の構成ブロック図である。
第3の発振器は、図3に示すように、基本的には図1の第1の発振器の構成と同様であり、相違するのは、第3の電圧補正回路の構成である。
第1の発振回路と同様の構成についての説明は省略し、相違する第3の電圧補正回路の構成について説明する。
【0032】
第3の電圧補正回路は、デジタル可変抵抗器22と、補正電圧出力部23とを備えており、補正電圧出力部23に入力される調整用電圧が増幅器14からの出力となる。
つまり、温度制御用回路の温度センサ11で検出された温度に応じた電圧が増幅器12で増幅され、その出力電圧がオーブン13と増幅器14に出力され、オーブン13の温めを行うと共に、補正電圧出力部23で生成される電圧を増幅器14からの電圧で調整し、補正電圧を水晶振動子の入力側に出力する。
【0033】
このように、第3の電圧補正回路が、恒温槽内の温度に応じた補正電圧で水晶振動子1の入力側の入力電圧を補正するようにしているので、温度制御回路で恒温槽内の温度を安定化させると共に、第3の電圧補正回路によって更に恒温槽内の温度を安定化させることができ、発振周波数を高安定化できる効果がある。
【0034】
尚、第3の発振器では、調整用電圧を温度制御用回路から取得するため、構成を簡略化してコストを低減できる効果がある。但し、温度制御用回路からのノイズ等に影響されやすいので、その影響を考慮して各部の調整及び設定を行う必要がある。
【0035】
[実施の形態の効果]
本発振器によれば、水晶振動子1と、水晶振動子1の入力側に接続されるバリキャップダイオード3と、水晶振動子1の出力側に一端が接続し、他端が出力端子6に接続する発振回路(OSC)2と、水晶振動子1の入力側に恒温槽内の温度に応じた補正電圧を提供する第1~3の電圧補正回路と、を有するものとしているので、温度制御用回路とは別に温度に応じて水晶振動子1の入力電圧を補正し、発振周波数を高安定化できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明は、温度制御用回路とは別に温度に応じて水晶振動子の入力電圧を補正し、発振周波数を高安定化する恒温槽付水晶発振器に好適である。
【符号の説明】
【0037】
1…水晶振動子(Crystal unit)、 2…発振回路(OSC)、 3…バリキャップダイオード、 4…低ドロップアウト・レギュレータ(LDO:Low Drop Out Regulator)、 5…定電圧端子(Vcc)、 6…出力端子(Output)、 11…温度センサ、 12…増幅器(OPAMP)、 13…オーブン(Oven:恒温槽)、 14…増幅器、 21…アナログ温度センサ、 22…デジタル可変抵抗器、 23…補正電圧出力部、 24…デジタル温度センサ、 25…デジタル/アナログ変換器(DAC)
図1
図2
図3
図4