(57)【要約】【目的】本発明は温度特性補正素子を接続して水晶振動子の周波数温度特性を補正して生産性を高めるとともに小型化を促進した、水晶振動子の温度特性補正方法及び温度補償型を含めた水晶発振器を提供する。【構成】温度に応答して振動周波数が変化する水晶振動子の周波数温度特性を補正する方法において、温度上昇とともに端子間抵抗が減少しさらに端子間容量の増加するサーミスタを前記水晶振動子に直列に接続することを基本的な構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応答して振動周波数が変化する水晶振動子の周波数温度特性を補正する方法において、温度上昇とともに端子間抵抗が減少しさらに端子間容量の増加するサーミスタを前記水晶振動子に直列に接続したことを特徴とする水晶振動子の温度特性補正方法。
【請求項２】
前記水晶振動子の温度特性補正方法を用いて、発振回路を構成した請求項１の水晶発振器。
【請求項３】
前記発振回路はサーミスタとコンデンサからなる温度補償回路を有して温度補償型とした請求項２の水晶発振器。
【請求項４】
水晶振動子に直列にサーミスタとコンデンサからなる温度補償回路を接続し、さらに前記水晶振動子の周波数温度特性を補正する温度特性補正素子を接続してなる温度補償型の水晶発振器において、前記補正素子は温度上昇とともに端子間抵抗が減少しさらに端子間容量の増加するサーミスタとしたことを特徴とする水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶振動子の温度特性補正方法及び温度補償型を含む水晶発振器を産業上の技術分野とし、特に水晶振動子の周波数温度特性を補正して、生産性を高めた温度補償型の水晶発振器（以下、温度補償発振器とする）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）温度補償発振器は温度とともに変化する発振周波数を補償することから、例えば携帯電話を含めた動的環境下で使用される携帯機器に重宝される。このようなものの一つに、切断角度に基づいて変化する水晶振動子の周波数温度特性を補正して使用範囲を広げ、生産性を高めた温度補償発振器の提案がある。
【０００３】
（従来技術の一例）第４図は一従来例を説明する温度補償発振器の回路図である。
【０００４】
温度補償発振器は、水晶振動子１、発振回路２、温度補償回路３及び温度特性補正素子４からなる。水晶振動子１は例えばＡＴカットからなる。そして、第５図の曲線（イ）に示したように、周波数温度特性を常温近傍に変曲点を有する単調増加の三次曲線とする。発振回路２は水晶振動子１と共振回路を形成する図示しないコンデンサ及び発振用増幅器を有する。この場合、発振回路２の周波数温度特性は水晶振動子１に起因して同様の三次曲線となる。
【０００５】
温度補償回路３及び温度特性補正素子４はいずれも水晶振動子１に直列に接続して発振閉ループに挿入される。温度補償回路３は高温部及び低温部補償回路３（ａｂ）からなる。高温部及び低温部補償回路３（ａｂ）はいずれも直接型と称されるサーミスタ５（ａｂ）とコンデンサ６（ａｂ）の並列回路からなり、常温近傍以上及び常温近傍以下を独立的に補償する。
【０００６】
すなわち、高温部及び低温部補償回路３（ａｂ）は、常温近傍を基準として温度上昇（下降）とともにサーミスタ５（ａｂ）の抵抗値が減少（増加）して並列回路の端子間容量（等価直列容量）が変化する。したがって、サーミスタ５（ａｂ）及びコンデンサ６（ａｂ）の素子値を設定することによって、高温部補償回路３ａは端子間容量が常温近傍以上で温度上昇とともに増加して発振周波数を低下させる。
【０００７】
また、低温部補償回路３ｂは端子間容量が常温近傍以下で温度下降とともに減少して発振周波数を高くする。これにより、常温近傍以上及び常温近傍以下を独立的に補償する。なお、これらの補償動作であることから、水晶振動子１の周波数温度特性は常温近傍に変曲点を有して概ね単調増加の三次曲線（イ）が選択される。
【０００８】
温度特性補正素子４は温度に応答して容量値が変化する温度特性としたコンデンサ（温度補正コンデンサ）４ａからなる。そして、水晶振動子１の周波数温度特性を補正する。すなわち、水晶振動子１に温度補正コンデンサ４ａを直列に接続した直列回路７では（第６図）、例えば温度補正コンデンサ４ａが第７図の曲線（Ａ）に示したように温度に対して右下がりの温度特性とすると次になる。
【０００９】
すなわち、温度補正コンデンサ４ａの容量値が常温近傍以上では温度上昇とともに減少するので、直列回路の端子間容量も小さくなる。また、常温近傍以下では温度下降とともに増加するので、直列回路の端子間容量も大きくなる。したがって、直列回路の共振周波数は、常温以上では温度とともに高くなり、常温以下では低くなる。
【００１０】
これらのことから、規格温度内（例えば−３０〜＋７５℃内）の第２及び第４象限に極値を有する三次曲線（ロ）であっても、温度補正コンデンサ４ａを接続すれば常温近傍を中心に、矢印で示すように左回転して傾きを補正し、概ね単調増加の三次曲線（イ）にできる。したがって、温度補償回路３によって補償でき、生産性を高められる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の温度補償発振器での温度補正コンデンサ４ａは一般に形状が大きく、例えば０．６×０．３ｍｍ程度になると市販も少なく供給が充分でない。したがって、温度補償回路３として特にサーミスタ５とコンデンサ６からなる直接型を用いた温度補償発振器の小型化を阻害する問題があった。
【００１２】
また、温度補正コンデンサ４ａは温度上昇とともに容量値が減少するのが一般的であり、温度上昇とともに容量値が増加するものは特注品となって高価になる。したがって、通常では、周波数温度特性を左回転させて単調増加とするに止まり、周波数温度特性が急峻で温度補償量が規格外「第４図の曲線（ハ）」となる水晶振動子１は廃棄処分にせざるを得なかった。
【００１３】
（発明の目的）本発明は水晶振動子の周波数温度特性を補正して生産性を高めるとともに小型化を促進した、水晶振動子の温度特性補正方法及び温度補償型を含めた水晶発振器を提供することを目的とする。
【００１４】
【特許文献１】特開平６−８５５３８号公報
【特許文献２】実開平４−１２３６１３号公報
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（着目点）本発明は温度上昇とともに端子間抵抗の減少するサーミスタは、一般に、端子間容量が温度上昇とともに増加する点に着目し、これを温度特性補正素子に適用した。
【００１６】
本発明の請求項１では、温度上昇とともに端子間抵抗が減少しさらに端子間容量の増加するサーミスタを水晶振動子に直列に接続する。これにより、サーミスタの端子間容量の変化によって水晶振動子の周波数温度特性を右方向に回転して補正できる。また、小型なサーミスタは供給充分なので生産性を高めて小型化を促進する。
【００１７】
同請求項２では、このような水晶振動子の温度特性補正方法を用いて発振回路を構成する。したがって、周波数温度特性の補正された水晶発振器を得る。
【００１８】
同請求項３では、発振回路はサーミスタとコンデンサからなる温度補償回路を有するので、間接型特有の例えば位相雑音を小さくする。
【００１９】
同請求項４では、水晶振動子に直列にサーミスタとコンデンサからなる温度補償回路を接続し、さらに前記水晶振動子の周波数温度特性を補正する温度特性補正素子を接続してなる温度補償型の水晶発振器において、前記補正素子は温度上昇とともに端子間抵抗が減少しさらに端子間容量の増加するサーミスタとする。
【００２０】
前述同様に、サーミスタの端子間容量の変化によって水晶振動子の周波数温度特性を右方向に回転して補正できるとともに、温度補償回路によって周波数温度特性を補償できる。また、小型なサーミスタは供給充分なので生産性を高めて小型化を促進し、位相雑音を小さくする。
【００２１】
【実施例】
第１図は、本発明の一実施例を説明する温度補償発振器の回路図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００２２】
温度補償発振器は、前述同様に、発振閉ループ内に挿入されて単調増加となる周波数温度特性の水晶振動子１、同様の周波数温度特性となる発振回路２、サーミスタ５（ａｂ）とコンデンサ６（ａｂ）からなる低温部及び高温部補償回路を有する直接型の温度補償回路３及び本発明による温度特性補正素子４からなる。
【００２３】
温度特性補正素子４はサーミスタ（温度補正サーミスタ）４ｂからなる。温度補正サーミスタ４ｂは温度上昇とともに端子間抵抗が減少し、さらに第２図の曲線（Ｂ）に示したように端子間容量が増加する。すなわち、通常、サーミスタは、サーミスタ母体の両側に電極を形成するので、第３図（ａ）に示したようにサーミスタ母体８にコンデンサ９が接続した並列回路と等価になる。
【００２４】
そして、サーミスタ母体８とコンデンサ９の並列回路は、温度補償回路３と同様に第３図（ｂ）に示した等価直列回路にすると、等価直列抵抗（端子間抵抗）Ｒｓ及び等価直列容量（端子間容量）Ｃｓは次式（１）（２）になる。Ｒｐ、Ｃｐは並列回路の抵抗値及び容量値である。
Ｒｓ＝Ｒｐ／（１＋Ｒｐ２ω２Ｃｐ２）・・・・・・（１）
Ｃｓ＝（１＋Ｒｐ２ω２Ｃｐ２）／Ｒｐ２ω２Ｃｐ・・（２）
【００２５】
これらの式から、明らかなとおり、端子間抵抗Ｒｓのみならず端子間容量Ｃｓも、温度上昇とともに小さくなる抵抗Ｒｐに依存する。そして、端子間抵抗Ｒｓは温度の上昇（Ｒｐの減少）とともに小さくなり、端子間容量Ｃｓは大きくなる。
【００２６】
したがって、温度補正サーミスタ４ｂを水晶振動子１に直列に接続した直列回路では、温度補正サーミスタ４ｂの端子間容量が温度上昇とともに増加するので、直列回路の共振周波数は低下する。これにより、第２図に示したように、例えば単調増加で勾配（傾斜）が急峻な水晶振動子１の周波数温度特性「曲線（ハ）」を、従来例とは逆に常温近傍を中心として矢印で示す様に右回転して勾配をなだらかにする「曲線（イ）」。
【００２７】
このようなことから、温度補正サーミスタ４ｂを適用すれば、温度規格（−３０〜＋７５℃）の両端側での温度補償量が多く、温度補償が困難な周波数温度特性「曲線（ハ）」の水晶振動子１をも利用できる。したがって、例えば規格温度内に極値を有する周波数温度特性の水晶振動子１は従来同様に温度補正コンデンサ４ａによって単調増加とすれば、いずれの場合でも単品では規格外の水晶振動子１を利用できて歩留まりを向上する。
【００２８】
そして、温度補正サーミスタ４ｂを適用するので、例えば０．６×０．３ｍｍの大きさでも安価に入手でき、例えば特注品とする高価な温度補正コンデンサ４ａを使用することなく、生産性を高めて小型化をも促進する。
【００２９】
【他の事項】
上記実施例では直接型の温度補償回路３を用いた温度補償発振器に適用したが、例えば水晶振動子１に温度補正サーミスタ４ｂを単に直列に接続して周波数温度特性を補正してもよい（請求項１）。この場合、発振器以外の例えばフィルタにも適用できる。また、通常の発振器にも適用できる（請求項２）。例えば周波数偏差の規格が緩いものに適用できる。さらには、温度補償発振器は直接型に拘わらず、電圧制御型の温度補償発振器でも適用できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、温度上昇とともに端子間抵抗が減少しさらに端子間容量の増加する温度補正サーミスタを水晶振動子に直列に接続することを基本的な構成とするので、水晶振動子の周波数温度特性を補正して生産性を高めるとともに小型化を促進する、水晶振動子の温度特性補正方法及び温度補償型を含めた水晶発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する温度補償発振器の回路図である。
【図２】本発明の一実施例の作用を説明する容量及び周波数温度特性図である。
【図３】本発明の一実施例に適用する温度補正サーミスタの等価回路図である。
【図４】従来例を説明する温度補償発振器の回路図である。
【図５】従来例を説明する水晶振動子の周波数温度特性図である。
【図６】従来例を説明する水晶振動子とコンデンサの直列回路である。
【図７】従来例を説明する容量及び周波数温度特性図である。
【符号の説明】
１  水晶振動子、２  発振回路、３  温度補償回路、４  温度特性補正素子、４ａ  温度補正コンデンサ、４ｂ  温度補正サーミスタ、５  サーミスタ、６、９  コンデンサ、７  直列回路、８  サーミスタ母体．
【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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【図７】
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