(57)【要約】【課題】恒温槽付水晶発振器の周波数温度特性の傾斜を微調整できるようにする。【解決手段】恒温槽付水晶発振器１００は、水晶振動子１１を加熱する熱を発生させるトランジスタ１５と、基準電圧と恒温槽の内部温度に応じて変化する電圧との差に基づいて、トランジスタ１５に印加する熱制御電圧を発生する第１電圧発生部１６と、熱制御電圧に基づいて基準電圧を変化させる第２電圧発生部２３と、を有する。【選択図】図１
2018157369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
恒温槽を有する恒温槽付水晶発振器であって、
水晶振動子を加熱する熱を発生させる熱発生部と、
基準電圧と前記恒温槽の内部温度に応じて変化する電圧との差に基づいて、前記熱発生部に印加する熱制御電圧を発生する第１電圧発生部と、
前記熱制御電圧に基づいて前記基準電圧を変化させる第２電圧発生部と、
を有する、恒温槽付水晶発振器。
【請求項２】
前記第２電圧発生部は、前記熱制御電圧が増加した場合に、前記熱制御電圧の増加量よりも小さな量だけ前記基準電圧を増加させる、
請求項１に記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項３】
前記第２電圧発生部は、前記熱制御電圧が増加した場合に、前記熱制御電圧の増加量を減少させるように前記基準電圧を変化させる、
請求項１又は２に記載の恒温槽付水晶発振器。
【請求項４】
前記第２電圧発生部が前記熱制御電圧の変化に対して前記基準電圧を変化させる量を制御する制御部をさらに有する、
請求項１から３のいずれか一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、水晶振動子の周辺温度を一定に保つための恒温槽と水晶振動子の発振回路とを備える恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子は、水晶に固有の周波数温度特性に基づいて、温度に応じて振動周波数が変化する。そこで、水晶振動子の周辺の温度を一定に保つために、恒温槽に水晶振動子を格納した恒温槽付水晶発振器が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６５５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の恒温槽付水晶発振器においては、水晶振動子を加熱するためのヒータに流す電流を発生する増幅回路の入力段に、温度によって抵抗値が変化する電子素子（例えばサーミスタ）を設けて、温度の変動に応じて発熱指示電圧を変化させ、増幅回路の出力電流が変化するように構成されている。このような構成により、水晶振動子の温度を、水晶振動子の温度特性の傾斜が小さい温度に保つことができる。
【０００５】
しかしながら、水晶振動子の温度特性の傾斜が小さい状態で維持できるとしても、バリキャップダイオードやインダクタ等の周囲の電子部品の温度特性の影響を受けて、周波数温度特性の傾斜が変化してしまうことがあるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、恒温槽付水晶発振器の周波数温度特性の傾斜を微調整できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の恒温槽付水晶発振器は、水晶振動子を加熱する熱を発生させる熱発生部と、基準電圧と前記恒温槽の内部温度に応じて変化する電圧との差に基づいて、前記熱発生部に印加する熱制御電圧を発生する第１電圧発生部と、前記熱制御電圧に基づいて前記基準電圧を変化させる第２電圧発生部と、を有する。
【０００８】
前記第２電圧発生部は、前記熱制御電圧が増加した場合に、前記熱制御電圧の増加量よりも小さな量だけ前記基準電圧を増加させてもよい。
【０００９】
前記第２電圧発生部は、前記熱制御電圧が増加した場合に、前記熱制御電圧の増加量を減少させるように前記基準電圧を変化させてもよい。
【００１０】
前記第２電圧発生部が前記熱制御電圧の変化に対して前記基準電圧を変化させる量を制御する制御部をさらに有してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、恒温槽付水晶発振器の周波数温度特性の傾斜を微調整できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】恒温槽付水晶発振器の構成を示す。
【図２】恒温槽付水晶発振器による効果を説明するための図である。
【図３】恒温槽付水晶発振器の変形例の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施形態に係る恒温槽付水晶発振器１００の構成を示す図である。恒温槽付水晶発振器１００は、恒温槽に収容された水晶振動子１１と、発振回路１２と、可変容量素子１３とを有する。
【００１４】
発振回路１２は、水晶振動子１１を発振させることにより発振信号を生成する。可変容量素子１３は、印加される電圧（以下、容量制御電圧という）に応じて容量を変化させることができる素子であり、水晶振動子１１に接続されている。
【００１５】
可変容量素子１３は、例えばバリキャップダイオードであり、容量制御電圧が高ければ高いほど容量が小さくなる。容量制御電圧を発生する構成は任意であり、例えば、水晶振動子１１の周辺温度に基づく電圧を発生するＣＰＵ（Central Processing Unit）により容量制御電圧を発生することができる。
【００１６】
恒温槽付水晶発振器１００は、恒温槽の内部温度を一定に保つための構成として、ヒータ抵抗１４と、トランジスタ１５と、第１電圧発生部１６と、基準電圧発生部１７とを有する。ヒータ抵抗１４は、トランジスタ１５により供給される電流によって熱を発生する。ヒータ抵抗１４は水晶振動子１１の近傍に設けられており、水晶振動子１１を加熱することができる。
【００１７】
トランジスタ１５は、ヒータ抵抗１４に電流を流すことで熱を発生させる熱発生部として機能する。トランジスタ１５は、第１電圧発生部１６から入力されるゲート電流に基づいてヒータ抵抗１４を流れる電流の大きさを変化させる。第１電圧発生部１６から入力されるゲート電流は、後述するように、水晶振動子１１の周辺温度によって変化するように構成されている。したがって、トランジスタ１５は、温度に応じてヒータ抵抗１４を流れる電流の大きさを変化させることができる。
【００１８】
第１電圧発生部１６は、トランジスタ１５に入力するゲート電流を発生する差動増幅回路である。第１電圧発生部１６は、後述する基準電圧発生部１７が発生する基準電圧と恒温槽の内部温度に応じて変化する制御電圧との差に基づいて、トランジスタ１５に印加する熱制御電圧を発生する。第１電圧発生部１６は、演算増幅器１６１と、抵抗１６２と、抵抗１６３とを有する。
【００１９】
基準電圧発生部１７は、第１電圧発生部１６に入力する電圧を発生する。基準電圧発生部１７は、抵抗１７１と、抵抗１７２と、サーミスタ１７３と、抵抗１７４とを有する。抵抗１７１及び抵抗１７２は、温度によらず抵抗値がほぼ一定である。抵抗１７１及び抵抗１７２は、電源とグランドとの間に直列に接続されており、抵抗１７１と抵抗１７２との接続点において、演算増幅器１６１の正側入力端子に印加する基準電圧を発生する。
【００２０】
サーミスタ１７３は、温度によって抵抗値を変化させる可変抵抗素子である。サーミスタ１７３は、水晶振動子１１の近傍に設けられており、水晶振動子１１の周辺温度が上昇すると抵抗値が小さくなる。抵抗１７４は、温度によらず抵抗値がほぼ一定である。
【００２１】
サーミスタ１７３と抵抗１７４は、電源とグランドとの間に直列に接続されており、サーミスタ１７３と抵抗１７４との接続点において、演算増幅器１６１の負側入力端子に接続された抵抗１６２に印加する、恒温槽の内部温度に応じて変化する制御電圧を発生する。サーミスタ１７３が、温度の上昇に伴って抵抗値が小さくなるので、抵抗１６２に印加される制御電圧は、温度の上昇に伴って大きくなる。
【００２２】
第１電圧発生部１６は、抵抗１６２に印加される制御電圧が大きければ大きいほど、発生する熱制御電圧が小さくなり、トランジスタ１５に入力するゲート電流が小さくなる。その結果、温度の上昇にともなって、トランジスタ１５が出力する電流が小さくなり、ヒータ抵抗１４による加熱量が減少する。以上の構成により、恒温槽付水晶発振器１００においては、水晶振動子１１の周辺温度が上昇するとヒータ抵抗１４による加熱量が減少することで、水晶振動子１１の周辺温度を一定に保つことができる。
【００２３】
恒温槽付水晶発振器１００は、熱制御電圧に基づいて、演算増幅器１６１の正側入力端子に印加する基準電圧を発生する第２電圧発生部２３を有する。第２電圧発生部２３は、サーミスタ１７３の抵抗値の変化に基づく、演算増幅器１６１が発生する熱制御電圧の変化を抑制するための回路として機能する。
【００２４】
第２電圧発生部２３は、演算増幅器２３１と、抵抗２３２と、抵抗２３３と、抵抗２３４とを有する差動増幅器により構成されている。第２電圧発生部２３は、第１電圧発生部１６が発生した熱制御電圧に基づいて、第１電圧発生部１６に入力する基準電圧を変化させる。第２電圧発生部２３は、電源とグランドとの間で直列に接続された抵抗２１及び抵抗２２により発生される電圧と熱制御電圧との差に応じた電圧を、演算増幅器１６１に印加する基準電圧として発生する。
【００２５】
第２電圧発生部２３は、熱制御電圧が増加した場合に、熱制御電圧の増加量よりも小さな量だけ基準電圧を増加させる。そして、第２電圧発生部２３は、熱制御電圧が増加した場合に、熱制御電圧の増加量を減少させるように基準電圧を変化させる。具体的には、第２電圧発生部２３は、第１電圧発生部１６が発生する熱制御電圧が大きくなると、演算増幅器１６１の正側入力端子に入力する基準電圧を大きくすることで、熱制御電圧の増加量を小さくするように動作する。
【００２６】
逆に、第２電圧発生部２３は、熱制御電圧が減少した場合に、熱制御電圧の減少量よりも小さな量だけ基準電圧を減少させる。そして、第２電圧発生部２３は、熱制御電圧が減少した場合に、熱制御電圧の減少量を減少させるように基準電圧を変化させる。具体的には、第２電圧発生部２３は、第１電圧発生部１６が発生する熱制御電圧が小さくなると、演算増幅器１６１の正側入力端子に入力する基準電圧を小さくすることで、熱制御電圧の減少量を小さくするように動作する。
【００２７】
サーミスタ１７３は、温度がわずかに変化しただけであるにもかかわらず抵抗値が大きく変化する傾向にある。しかしながら、第２電圧発生部２３が以上のように動作することで、サーミスタ１７３の抵抗値が変化したことにより、熱制御電圧が大きく変化したとしても、熱制御電圧の変化量を抑制することができるので、ヒータ抵抗１４が必要以上に加熱量を変化させることを抑制できる。その結果、恒温槽付水晶発振器１００においては、周囲の電子部品の温度特性の影響を補償できる温度になるように加熱量が調整され、恒温槽の周波数温度特性の傾斜を微調整することができる。
【００２８】
図２は、本実施形態の恒温槽付水晶発振器１００による効果を説明するための図である。図２は、周波数温度特性を模式的に表している。図２の横軸は、恒温槽の内部温度であり、縦軸は恒温槽付水晶発振器１００の周波数を示している。破線は、第２電圧発生部２３がない場合の温度と周波数との関係を示しており、実線は、第２電圧発生部２３がある場合の温度と周波数との関係を示している。このように、第２電圧発生部２３を設けることにより、温度の変化に対する周波数の変化が小さくなり、温度−周波数特性の傾斜をわずかに増加させたり減少させたりすることができることがわかる。
【００２９】
このように、本実施形態の恒温槽付水晶発振器１００によれば、温度−周波数特性の傾斜を緩やかにすることができるので、恒温槽の周波数温度特性の安定度が向上する。
【００３０】
（変形例）
図３は、変形例としての恒温槽付水晶発振器２００の構成を示す図である。温度によって加熱量を非線形に微調整することが必要になる場合も想定される。そこで、恒温槽付水晶発振器２００は、第２電圧発生部２３が発生する熱制御電圧の変化量に対する基準電圧の変化量を制御する制御部２４をさらに有する。制御部２４は、例えばＣＰＵである。
【００３１】
制御部２４は、サーミスタ１７３と抵抗１６２との間に接続されており、温度によって変化するサーミスタ１７３と抵抗１６２との接続点の電圧に基づいて、第２電圧発生部２３のゲインを制御する。制御部２４は、例えば、恒温槽の内部温度が大きくなり、サーミスタ１７３と抵抗１６２との接続点の電圧が大きくなればなるほど、第２電圧発生部２３のゲインを大きくすることにより、温度の変化量に対する熱制御電圧の変化量を小さくする。また、制御部２４は、恒温槽の内部温度が小さくなり、サーミスタ１７３と抵抗１６２との接続点の電圧が小さくなればなるほど、第２電圧発生部２３のゲインを小さくすることにより、温度の変化量に対する熱制御電圧の変化量を大きくする。
【００３２】
このようにすることで、恒温槽付水晶発振器２００は、恒温槽の内部温度によって、内部温度の変化量に対する熱制御電圧の変化量を変化させることができる。したがって、恒温槽付水晶発振器２００は、内部温度の変化量に対する水晶振動子１１の加熱量の変化量を変えることができるので、温度に応じてヒータ抵抗１４の発熱量を最適に調整し、周囲の電子部品の温度特性の影響を補償できるように温度を変化させることができる。その結果、恒温槽付水晶発振器２００は、制御部２４の制御に基づいて周囲の電子部品の温度特性に応じて温度を調整することで、周波数温度特性の傾斜を微調整することができる。
【００３３】
［本実施形態の恒温槽付水晶発振器１００による効果］
以上説明したように、本実施形態の恒温槽付水晶発振器１００及び恒温槽付水晶発振器２００は、基準電圧と恒温槽の内部温度に応じて変化する電圧との差に基づいて、トランジスタ１５に印加する熱制御電圧を発生する第１電圧発生部１６と、熱制御電圧に基づいて基準電圧を変化させる第２電圧発生部２３とを有する。恒温槽付水晶発振器１００及び恒温槽付水晶発振器２００がこのような構成を有することにより、温度−周波数特性の傾斜をわずかに増加させたり減少させたりすることができる。したがって、水晶振動子の周辺の電子部品の温度特定による周波数の変動があっても、温度に対して周波数が変化しない、水平な周波数温度特性の直線を得ることが可能になるという効果を奏する。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。
【符号の説明】
【００３５】
１１  水晶振動子
１２  発振回路
１３  可変容量素子
１４  ヒータ抵抗
１５  トランジスタ
１６  第１電圧発生部
１７  基準電圧発生部
２１、２２  抵抗
２３  第２電圧発生部
２４  制御部
１００  恒温槽付水晶発振器
１６１  演算増幅器
１６２、１６３  抵抗
１７１、１７２  抵抗
１７３  サーミスタ
１７４  抵抗
２００  恒温槽付水晶発振器
２３１  演算増幅器
２３２、２３３、２３４  抵抗
【図１】
2018157369.tif 000003
【図２】
2018157369.tif 000004
【図３】
2018157369.tif 000005