(57)【要約】【課題】高密度実装によるプリント基板からの熱の煽りを受けても、水晶振動子の出力周波数特性への影響を抑制できる恒温槽付水晶発振器を提供する。【解決手段】恒温槽付水晶発振器１は、制御回路８０と同一のプリント基板上に実装される恒温槽付水晶発振器１であって、積層された複数のプリント基板１０，３０と、複数のプリント基板１０，３０のうち、最上層のプリント基板１０の上面に実装された発熱体１２と、発熱体１２を介して、最上層のプリント基板１０に支持された恒温槽１３と、恒温槽１３に収容された水晶振動子１４と、最上層のプリント基板１０の上面に実装されるとともに、恒温槽１３及び発熱体１２を収容する金属ケース１５と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路と同一のプリント基板上に実装される恒温槽付水晶発振器であって、
積層された複数のプリント基板と、
前記複数のプリント基板のうち、最上層のプリント基板の上面に実装された発熱体と、
前記発熱体を介して、前記最上層のプリント基板に支持された恒温槽と、
前記恒温槽に収容された水晶振動子と、
前記最上層のプリント基板の上面に実装されるとともに、前記恒温槽及び前記発熱体を収容する金属ケースと、を備える、
ことを特徴とする恒温槽付水晶発振器。
【請求項２】
前記最上層のプリント基板の上面に実装される発振回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項３】
前記発振回路は前記金属ケースの内部に収容される、
ことを特徴とする請求項２に記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項４】
前記積層された複数のプリント基板のうち、最上層以外の層のプリント基板に実装された、当該恒温槽付水晶発振器を動作させる回路部品をさらに備え、
前記回路部品は、前記金属ケースとは別の金属ケースに収容される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の恒温槽付水晶発振器。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線基地局装置は、一般的に無線基地局制御装置に伝送路を介して接続されており、無線基地局制御装置から送信された抽出クロック信号に同期して動作している。無線基地局制御装置には周波数安定度の非常に高い水晶発振器が搭載されている。無線基地局装置を無線基地局制御装置から送信された抽出クロック信号に同期させることで、無線基地局装置に搭載された水晶発振器の出力周波数安定度を高い状態に保持することができる。
【０００３】
最近では、無線基地局装置と無線基地局制御装置とを接続する伝送路としてＩＰ（Internet Protocol）伝送路を用いる場合がある。この場合には、無線基地局装置を伝送路からの抽出クロック信号に同期させることができないため、無線基地局装置に搭載された水晶発振器が自走して動作することになる。
【０００４】
従って、このようなネットワーク環境下で使用される可能性があることを考慮すると、無線基地局装置にも無線基地局制御装置と同様に、出力周波数安定度が高い水晶発振器を搭載する必要がある。そこで、周波数安定度の非常に高い恒温槽付水晶発振器が搭載する技術が提案されている。例えば、出力周波数安定度が高い水晶発振器を搭載した機器の一例として、下記特許文献１には恒温槽型圧電デバイスが開示されている。このデバイスによれば、水晶発振器の温度を一定に保つことにより高い出力周波数安定度を保持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３４０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の恒温槽付水晶発振器の基本的な構成を図６に示す。図６において、恒温槽付水晶発振器１００はベース基板１１０及び上部基板１２０を備える。ベース基板１１０に実装された全ての部品が金属ケース１３０に収容されている。上部基板１２０には、水晶振動子１４０、恒温槽１５０、発熱体１６０及び発振回路１７０が実装されており、水晶振動子１４０は恒温槽１５０の内部に搭載されている。ベース基板１１０には、恒温槽付水晶発振器１００を動作させる電源回路、周波数調整回路、増幅回路、波形整形回路などの回路部品１８０が実装されている。ベース基板１１０は、接続部材１９０、１９１を介して、上部基板１２０を支持している。
【０００７】
上述した従来の恒温槽付水晶発振器１００では、発熱体１６０が発熱することで恒温槽１５０の内部が加熱される。これにより、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣは、水晶振動子１４０の頂点温度ＴＡ付近に保たれる。その結果、周波数精度の高い安定した出力信号が水晶振動子１４０から出力される。
【０００８】
ところが、近年の装置小型化に伴う高密度実装の流れにより、恒温槽付水晶発振器１００の水晶振動子１４０への熱の影響が無視できなくなってきた。その一因として、同一のプリント基板２１０上に実装される制御回路２００が、恒温槽付水晶発振器１００に近接して配置されるようになったことが挙げられる。制御回路２００は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）やデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）により構成される。
【０００９】
ここで、頂点温度ＴＡとは、水晶振動子の周波数温度特性を、２次曲線近似をしたときの頂点の温度であり、水晶振動子の周波数温度依存性が最も少ない温度である。また、「ＴＣ≒ＴＡ」であり、ＴＡは、部品使用周囲温度より高い温度（通常は８０℃以上）に設計されている。
【００１０】
以下、従来の恒温槽付水晶発振器１００の動作について、数値例を挙げて具体的に説明する。なお、以下の説明において、水晶振動子１４０の頂点温度ＴＡが９０℃とする。
【００１１】
例えば、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣが９０℃を下回る場合には、発熱体１６０が発熱することで、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣを９０℃に保持するように制御する。これにより、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣが水晶振動子１４０の頂点温度ＴＡ付近の温度に保たれるため、周波数精度の高い安定した出力信号が水晶振動子１４０から出力される。
【００１２】
一方、制御回路２００が発熱して９５℃まで温度上昇した場合には、制御回路２００が発した熱は、プリント基板２１０及びベース基板１１０を介して金属ケース１３０の内部に伝搬する。そのため、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣは、制御回路２００の発熱の影響を受け、制御回路２００の温度と同じ温度（９５℃）まで上昇する。すなわち、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣは、水晶振動子１４０の頂点温度ＴＡ付近の温度（９０℃）に保持されなくなる。その結果、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣと水晶振動子１４０の頂点温度ＴＡとの温度差（５℃）分に相当する周波数変化が発生する。これにより、周波数精度の高い安定した出力信号が水晶振動子１４０から出力されず、最終的には無線基地局装置の誤動作や通信エラーの発生頻度が高まる。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、部品が高密度実装されたプリント基板からの熱の煽りを受けても、水晶振動子の出力周波数特性への影響を抑えることができ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】
【００１４】
本発明に係る恒温槽付水晶発振器は、
制御回路と同一のプリント基板上に実装される恒温槽付水晶発振器であって、
積層された複数のプリント基板と、
前記複数のプリント基板のうち、最上層のプリント基板の上面に実装された発熱体と、
前記発熱体を介して、前記最上層のプリント基板に支持された恒温槽と、
前記恒温槽に収容された水晶振動子と、
前記最上層のプリント基板の上面に実装されるとともに、前記恒温槽及び前記発熱体を収容する金属ケースと、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、部品が高密度実装されたプリント基板からの熱の煽りを受けても、水晶振動子の出力周波数特性への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の変形例に係る恒温槽付水晶発振器の基本構成を示す図である。
【図３】本発明の他の変形例に係る恒温槽付水晶発振器の基本構成を示す図である。
【図４】本発明の他の変形例に係る恒温槽付水晶発振器の基本構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基本構成を示す図である。
【図６】従来の恒温槽付水晶発振器の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１を参照して本発明の一実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器について説明する。図１は、本実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器の基本構成を示す図である。図１に示すように、恒温槽付水晶発振器１は上部基板１０とベース基板３０とを備える。上部基板１０は、接続部材２０、２１を介してベース基板３０に実装されている。上部基板１０とベース基板３０との間には一定の距離が確保されている。なお、本実施の形態では、恒温槽付水晶発振器１を二層のプリント基板で構成したが、これには限定されず三層以上のプリント基板により恒温槽付水晶発振器を構成してもよい。
【００１９】
上部基板１０は、発振回路１１、発熱体１２、恒温槽１３、水晶振動子１４及び金属ケース１５が実装されたプリント基板である。上部基板１０の下面には発振回路１１が実装される。また、上部基板１０の上面には、発熱体１２、恒温槽１３、水晶振動子１４及び金属ケース１５が実装される。なお、上部基板１０は、本発明における「最上層のプリント基板」の一具体例である。
【００２０】
発振回路１１は、水晶振動子１４の発振に対してパルス成形、振幅の最適化等を施した信号を生成して出力する。
【００２１】
発熱体１２は、恒温槽１３の内部を加熱するヒーターの一種である。発熱体１２の発熱媒体としては、例えば、銅やニクロムなどの金属、カーボン、セラミック等がある。発熱体１２は、例えば、恒温槽１３の槽内温度ＴＣを、水晶振動子１４の頂点温度ＴＡ付近の温度（例えば９０℃）になるように加熱する。
【００２２】
恒温槽１３は、発熱体１２を介して、上部基板１０の上面に実装される。恒温槽１３の槽内温度ＴＣは、発熱体１２により所定の温度に保持される。
【００２３】
水晶振動子１４は、恒温槽１３の内部に収容される。この水晶振動子１４の頂点温度ＴＡは、約９０℃である。恒温槽１３の槽内温度ＴＣを水晶振動子１４の頂点温度ＴＡ付近に保持することで、周波数精度の高い安定した出力信号が水晶振動子１４から出力される。
【００２４】
金属ケース１５は、上部基板１０の上面に実装され、恒温槽１３を収容する。これにより、金属ケース１５の外部から、その内部への熱の伝搬が抑制され、恒温槽１３槽内温度ＴＣが水晶振動子１４の頂点温度ＴＡに保持されやすくなる。
【００２５】
また、金属ケース１５の内部に保温材を収容してもよい。保温材としては、例えば、直鎖型ＰＰＳ樹脂に発泡材料を微量添加した発泡樹脂材料が用いられる。これにより、金属ケース１５の外部からの熱の影響が緩和され、金属ケース１５の内部の温度変化が抑制される。
【００２６】
ベース基板３０は上部基板１０を実装するプリント基板であり、その上面には、恒温槽付水晶発振器１を動作させる電源回路、周波数調整回路、増幅回路及び波形整形回路を構成する回路部品３１が実装される。なお、ベース基板３０は、本発明における「最上層以外の層のプリント基板」の一具体例である。また、本実施の形態では、回路部品３１をベース基板３０の上面に実装したが、これには限定されない。
また、回路部品３１を上部基板１０の上面に実装するとともに、金属ケース１５の内部に収容してもよい。回路部品３１を金属ケース１５の内部に収容することで、制御回路８０が発した熱の回路部品３１に対する影響が低減される。
【００２７】
上述した構成を有する恒温槽付水晶発振器１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）やデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）により構成された制御回路８０とともに、プリント基板８１上に実装される。制御回路８０は動作中に発熱するが、水晶振動子１４を収容した恒温槽１３が金属ケース１５の内部に収容されているため、当該制御回路８０が発した熱の影響は低減される。また、恒温槽１３は、積層された複数のプリント基板のうち最上層のプリント基板（上部基板１０）の上面に実装されているため、制御回路８０が発した熱の影響はさらに低減される。
【００２８】
次に、上述した構成を有する恒温槽付水晶発振器１の動作について説明する。
ここでは、水晶振動子１４の頂点温度ＴＡが９０℃であり、恒温槽１３の槽内温度ＴＣを頂点温度ＴＡと同じ温度（９０℃）に保持している例について説明する。
例えば、上部基板１０の槽内温度ＴＣが９０℃以下となっても、発熱体１２が発熱することで、恒温槽１３の槽内温度ＴＣが９０℃に保持される。その結果、水晶振動子１４から周波数精度の高い安定した出力信号が出力される。
【００２９】
一方、制御回路８０の発熱の影響を受け、プリント基板８１の温度が９０℃以上（例えば９５℃）になった場合でも、発熱体１２、恒温槽１３及び水晶振動子１４が金属ケース１５に収容されているため、金属ケース１５内部への熱の伝搬が遮断される。その結果、恒温槽１３の槽内温度ＴＣは水晶振動子１４の頂点温度ＴＡ付近に保たれ、水晶振動子１４から周波数精度の高い安定した出力信号が出力される。
【００３０】
なお、従来の恒温槽付水晶発振器は、図６に示すように、恒温槽１３を収容した金属ケース１３０がベース基板１１０上面に実装されている。すなわち、制御回路２００に近接した位置に配置されている。そのため、制御回路２００で発生した熱は軽減されることないまま、プリント基板２１０およびベース基板１１０を介して金属ケース１３０の内部に伝搬される。そのため、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣは、水晶振動子１４０の頂点温度ＴＡ（例えば９０℃）より高い温度（例えば９５℃）まで上昇する場合がある。この場合、恒温槽１５０の槽内温度ＴＣを水晶振動子１４０の頂点温度ＴＡ付近の温度に保つことが出来ず、水晶振動子１４０から周波数精度の高い安定した出力信号が出力されなくなる。
【００３１】
これに対して、本実施の形態に係る恒温槽付水晶発振器１では、発熱体１２、恒温槽１３及び水晶振動子１４のみが金属ケース１５の内部に収容されている。そのため、制御回路８０で発生した熱の影響が、恒温槽１３に伝搬されるまでの間に低減される。さらに、恒温槽１３を積層した複数のプリント基板のうち最上層のプリント基板の上面に配置することで、制御回路８０で発生した熱の影響がさらに低減される。これにより、水晶振動子１４は、出力周波数特性の高い安定した出力信号を出力することができる。
【００３２】
また、発振回路１１を金属ケース１５の内部に収容したので、発振回路１１が発生した熱の発振回路１１に対する影響が低減される。これにより、発振回路１１の安定した動作が確保される。
【００３３】
上述した本実施の形態では、上述した構成を有する恒温槽付水晶発振器について説明したが、これには限定されない。以下、本実施の形態の恒温槽付水晶発振器の変形例について説明する。
【００３４】
（変形例１）
例えば、図２に示すように、発振回路１１を、上部基板１０の上面に実装することもできる。このように、上部基板１０の上面に発振回路１１を実装することで、発振回路１１と制御回路８０との間に所定が確保される。これにより、制御回路８０が発した熱の発振回路１１に対する影響が低減される。また、図３に示すように、発振回路１１を上部基板１０の上面に実装するとともに、金属ケース１５の内部に収容することもできる。これにより、制御回路８０が発した熱の発振回路１１に対する影響がさらに低減される。
【００３５】
（変形例２）
また、図４に示すように、回路部品３１を、最上層以外の層のプリント基板に実装するとともに、上述した金属ケース１５とは別の金属ケース３２により収容することもできる。このように、回路部品３１を金属ケース３２により収容することで、制御回路８０で発生した熱の回路部品３１に対する影響を低減することができる。これにより、回路部品３１の安定した動作が確保される。
【００３６】
上記実施の形態および変形例を用いて説明した本発明に係る恒温槽付水晶発振器の構成は以下のようにまとめられる。すなわち、図５に示すように、恒温槽付水晶発振器１は、制御回路８０と同一のプリント基板８１上に実装される恒温槽付水晶発振器１であって、積層された複数のプリント基板（例えば、上部基板１０およびベース基板３０）と、複数のプリント基板のうち、最上層の上部基板１０の上面に実装された発熱体１２と、発熱体１２を介して、上部基板１０に支持された恒温槽１３と、恒温槽１３に収容された水晶振動子１４と、上部基板１０の上面に実装されるとともに、恒温槽１３及び発熱体１２を収容する金属ケース１５と、を備えたものである。このように、本発明に係る恒温槽付水晶発振器１では、プリント基板８１との間に所定の間隔を有する上部基板１０の上面に、水晶振動子１４を収容する恒温槽１３を配置するとともに、当該恒温槽１３および発熱体１２を金属ケース１５内に収容したので、制御回路８０が発した熱の水晶振動子１４に対する影響が低減される。
【００３７】
上述した本実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００３８】
（付記１）
制御回路と同一のプリント基板上に実装される恒温槽付水晶発振器であって、
積層された複数のプリント基板と、
前記複数のプリント基板のうち、最上層のプリント基板の上面に実装された発熱体と、
前記発熱体を介して、前記最上層のプリント基板に支持された恒温槽と、
前記恒温槽に収容された水晶振動子と、
前記最上層のプリント基板の上面に実装されるとともに、前記恒温槽及び前記発熱体を収容する金属ケースと、を備える、
ことを特徴とする恒温槽付水晶発振器。
【００３９】
（付記２）
前記最上層のプリント基板の上面に実装される発振回路をさらに備える、
ことを特徴とする付記１に記載の恒温槽付水晶発振器。
【００４０】
（付記３）
前記発振回路は前記金属ケースの内部に収容される、
ことを特徴とする付記２に記載の恒温槽付水晶発振器。
【００４１】
（付記４）
前記積層された複数のプリント基板のうち、最上層以外の層のプリント基板に実装された、当該恒温槽付水晶発振器を動作させる回路部品をさらに備え、
前記回路部品は、前記金属ケースとは別の金属ケースに収容される、
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１つに記載の恒温槽付水晶発振器。
【符号の説明】
【００４２】
１  恒温槽付水晶発振器
１０  上部基板
１１  発振回路
１２  発熱体
１３  恒温槽
１４  水晶振動子
１５，３２  金属ケース
２０，２１  接続部材
３０  ベース基板
３１  回路部品
８０  制御回路
８１  プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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