(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振回路から出力された発振信号を増幅回路で増幅して出力する発振器であって、
前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する第１伝送路と、
前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する、前記第１伝送路とは異なる第２伝送路と、
前記第１伝送路に設けられ、前記発振信号の発振周波数のうちの不要周波数成分を減衰する水晶フィルタと、
前記第１伝送路に設けられ、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタと、
前記第１伝送路及び前記第２伝送路を、発振器内部の温度に基づき切り替える切替部と、
を備える発振器。
【請求項２】
前記サーミスタは、温度上昇に応じて抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタである、
請求項１に記載の発振器。
【請求項３】
発振回路から出力された発振信号を増幅回路で増幅して出力する発振器であって、
前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する第１伝送路と、
前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する、前記第１伝送路とは異なる第２伝送路と、
前記第１伝送路に設けられ、前記発振信号の発振周波数のうちの不要周波数成分を減衰する水晶フィルタと、
前記第１伝送路及び前記第２伝送路を、発振器内部の温度に基づき切り替える切替部と、
を備え、
前記発振信号の発振周波数のうちの主要周波数成分の減衰量が、低温時において前記水晶フィルタよりも少ないバンドパスフィルタを、前記第２伝送路に備える、
発振器。
【請求項４】
発振回路から出力された発振信号を増幅回路で増幅して出力する発振器であって、
前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する第１伝送路と、
前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する、前記第１伝送路とは異なる第２伝送路と、
前記第１伝送路に設けられ、前記発振信号の発振周波数のうちの不要周波数成分を減衰する水晶フィルタと、
前記第１伝送路及び前記第２伝送路を、発振器内部の温度に基づき切り替える切替部と、
を備え、
前記第１伝送路に、
前記発振回路と前記水晶フィルタとの間のインピーダンスを整合させる第１整合回路と、
前記水晶フィルタと前記増幅回路との間のインピーダンスを整合させる第２整合回路と、
を備える発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器に関する。特に、水晶発振回路を恒温槽に挿入することにより高安定化が図られた温度制御型水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Xtal Oscillator）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の正確な動作を支えるため、電子機器には、一定の周期の安定した発振信号を供給し続けるタイミングデバイスが用いられている。このようなタイミングデバイスとして、水晶振動子を用いたタイミングデバイスが古くから知られており、水晶発振器として広く普及している。
【０００３】
ここで、一般的な水晶発振器の一例を図７に示す。水晶発振器１は、発振回路２の水晶振動子（不図示）を発振させることで得られた発振信号を増幅回路４で増幅して出力する。このとき、発振回路２からは、発振信号とともに不要な雑音成分も出力されるため、不図示の水晶振動子により構成される水晶フィルタ３を用いて不要な雑音成分を除去する。
【０００４】
ところで、発振回路２及び水晶フィルタ３の水晶振動子が所定の周波数温度特性を有していることから、水晶発振器１から出力される発振信号の周波数は、水晶振動子の周囲の温度によって異なる。そこで、従来より、水晶発振器１にヒーター回路を設け、このヒーター回路の発熱部にて発振回路２及び水晶フィルタ３の水晶振動子の周囲温度を一定に保つ温度制御型水晶発振器（所謂ＯＣＸＯ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この温度制御型水晶発振器によれば、外気の温度に影響されることなく安定的に一定の周波数の発振信号を出力することができるものの、発振回路２の温度特性と水晶フィルタ３の温度特性とが異なる温度領域では、発振回路２から出力される発振信号の発振周波数と、水晶フィルタ３の中心周波数とがずれてしまい、以下に示す問題が生じてしまう。
【０００７】
ここで、図８は、発振回路２の周波数温度特性の一例を示す図であり、図９は、水晶フィルタ３の周波数温度特性の一例を示す図である。図８に示すように、発振回路２では、高温時に発振周波数ｆａ０の発振信号を出力する一方で、低温時には発振周波数ｆａ０よりも低い発振周波数ｆａ１の発振信号を出力する。同様に、図９に示すように、水晶フィルタ３では、高温時に中心周波数ｆｂ０以外の離調周波数を減衰する一方で、低温時には中心周波数ｆｂ０よりも低い中心周波数ｆｂ２以外の離調周波数を減衰する。
【０００８】
このとき、水晶発振器１では、周波数が安定する高温時において、発振回路２から出力される発振信号の発振周波数ｆａ０と、水晶フィルタ３を通過する中心周波数ｆｂ０とが略一致するよう設計される一方で、温まる前の低温時では、発振回路２が出力する発振周波数ｆａ１と、水晶フィルタ３を通過する中心周波数ｆｂ２とが一致するとは限らない。
【０００９】
なお、発振周波数ｆａと水晶フィルタ３の中心周波数ｆｂとがずれることのないように、発振回路２の水晶振動子と水晶フィルタ３の水晶振動子とに同じヒーター回路を適用することも考えられるが、許容される消費電力やばらつきの関係で、図１１に示すように同じ温度傾斜とならず、結果、温度安定時においても発振周波数ｆａと中心周波数ｆｂとがずれてしまうこともある。
【００１０】
発振周波数ｆａと中心周波数ｆｂとがずれる結果、図１０に示すように、発振回路２から出力された発振信号自体が水晶フィルタ３によって減衰されてしまい、図１２に示すように、水晶発振器１の起動直後の低温時において、出力される信号レベルが一時的に著しく低下してしまうことになる。
【００１１】
このような信号レベルの低下は、水晶フィルタ３のフィルタ特性を急峻にするとより顕著となるが、フィルタ特性が急峻でないとしても、発振回路２及び水晶フィルタ３において温度特性の異なる水晶振動子（例えば、ＳＣカットの水晶振動子と、ＡＴカットの水晶振動子）を用いた場合、起動時からの温度制御を合せたとしても、そもそもの周波数偏差、温度特性が異なるため、周波数のずれが発生し、信号レベルの低下を防ぐことはできない。
【００１２】
水晶発振器１から出力される信号レベルが低下した場合、水晶発振器１を基準信号源として使用している回路、装置では、基準信号が断となることで一時的であったとしても同期がはずれてしまうため、低温起動時における信号レベルの低下を防止する仕組みが求められる。
【００１３】
本発明は、このような要望に鑑みてなされたものであり、内部温度が低温の状態であっても、信号レベルを低下させることのない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】
本発明の第１の態様においては、発振回路から出力された発振信号を増幅回路で増幅して出力する発振器を提供する。この発振器は、前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する第１伝送路と、前記発振回路から出力された前記発振信号を前記増幅回路に伝送する、前記第１伝送路とは異なる第２伝送路と、前記第１伝送路に設けられ、前記発振信号の発振周波数のうちの不要周波数成分を減衰する水晶フィルタと、前記第１伝送路及び前記第２伝送路を、発振器内部の温度に基づき切り替える切替部と、を備える。
【００１５】
また、前記第１伝送路に、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを備えることとしてもよい。
【００１６】
また、前記サーミスタは、温度上昇に応じて抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタであり、前記ＮＴＣサーミスタは、前記水晶フィルタが設けられた前記第１伝送路に設けられていることとしてもよい。
【００１７】
また、前記発振信号の発振周波数のうちの主要周波数成分の減衰量が、低温時において前記水晶フィルタよりも少ないバンドパスフィルタを、前記第２伝送路に備えることとしてもよい。
【００１８】
また、前記第１伝送路に、前記発振回路と前記水晶フィルタとの間のインピーダンスを整合させる第１整合回路と、前記水晶フィルタと前記増幅回路との間のインピーダンスを整合させる第２整合回路と、を備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内部温度が低温の状態に信号レベルが低下してしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】第１実施形態の水晶発振器の機能構成図である。
【図１Ｂ】水晶発振器の具体的な構成の一例を示す図である。
【図２】発振回路から出力される発振周波数と内部温度との関係を示す図である。
【図３】第２伝送路を設けた場合と設けない場合との発振信号の減衰量を示す図である。
【図４】第２伝送路を設けた場合と設けない場合との出力される信号の、低温電源起動からの経過時間に対する信号レベルを示す図である。
【図５】第２実施形態の水晶発振器の機能構成図である。
【図６】バントパスフィルタの減衰特性の一例を示す図である。
【図７】従来の水晶発振器の機能構成図である。
【図８】発振回路出力信号の周波数温度特性を示す図である。
【図９】水晶フィルタの周波数温度特性を示す図である。
【図１０】水晶フィルタによる低温時の減衰量を示す図である。
【図１１】低温電源起動からの経過時間に対する、発振回路出力信号の温度特性と水晶フィルタの温度特性との関係を示す図である。
【図１２】低温電源起動からの経過時間に対する、従来の水晶発振器から出力される信号の信号レベルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１Ａは、第１実施形態に係る水晶発振器１の機能構成図であり、図１Ｂは、水晶発振器１の具体的な構成の一例を示す図である。なお、従来の水晶発振器１（図７）と同じ構成については、同一の符号を付している。
水晶発振器１は、温度制御型水晶発振器（所謂ＯＣＸＯ）であり、図１Ａに示すように、発振回路２と、水晶フィルタ３と、増幅回路４と、第１伝送路５と、第２伝送路６と、切替部７、８と、を含んで構成される。
【００２２】
発振回路２は、不図示の水晶振動子及びヒーター回路を有し、水晶振動子を発振させることで発振信号を出力する。発振回路２は、図８に示すように、発振回路２の水晶振動子の温度特性に応じた発振周波数の発振信号を出力する。
例えば、水晶振動子が図２に示す周波数−温度特性を有する場合、水晶振動子がヒーター回路により所定の温度（＋８０℃付近）に保たれることにより、発振回路２は、安定した発振周波数の発振信号を出力する。なお、起動時のように、ヒーター回路による温度制御がなされていない場合、＋８０℃を基準として考えると、発振回路２からは、＋２５℃起動時は約−１５ｐｐｍ、−４０℃起動時に約−１４０ｐｐｍ低い発振周波数の発振信号が出力されることになる。
【００２３】
図１に戻り、水晶フィルタ３は、発振回路２から発振信号とともに出力される不要周波数成分を減衰し、増幅回路４に伝送する。水晶フィルタ３は、図９に示すように、水晶フィルタ３の水晶振動子の温度特性に応じた温度特性を有し、水晶発振器１が安定する温度領域において、発振回路２の発振周波数ｆａ０と略一致する中心周波数ｆｂ０の発振信号を透過し、中心周波数ｆｂ０以外の離調周波数を減衰する。
なお、水晶発振器１が安定する温度領域とは、例えば、発振回路２の水晶振動子の周辺温度が約＋８０℃付近の温度領域である。
【００２４】
増幅回路４は、入力された発振信号を増幅し、出力する。ここで、本実施形態の水晶発振器１では、増幅回路４には、水晶フィルタ３を介して不要周波数成分が除去された発振信号、又は水晶フィルタ３を介することなく伝送された発振信号が入力されることになる。
【００２５】
第１伝送路５は、発振回路２から出力された発振信号を増幅回路４に伝送する伝送路であり、第２伝送路６は、第１伝送路５とは別に設けられた伝送路である。第１伝送路５には、水晶フィルタ３が設けられている一方で、第２伝送路６には、水晶フィルタ３は設けられていない。
【００２６】
切替部７、８は、発振回路２から出力された発振信号を増幅回路４に伝送する伝送路を、第１伝送路５又は第２伝送路６の間で切り替える。ここで、本実施形態の水晶発振器１では、切替部７、８は、伝送路を切り替えることで、発振回路２の温度特性と水晶フィルタ３の温度特性とのずれによる信号レベルの低下を防止することとしている。そのため、切替部７、８は、伝送路の切り替えを、水晶発振器１内部の温度に基づいて行う。
【００２７】
図７から図１２を参照して上述したように、水晶発振器１では、低温起動時に発振回路２の出力周波数の温度特性と水晶フィルタ３の温度特性とがずれ、高温時に発振回路２の温度特性と水晶フィルタ３の温度特性とが一致する。そこで、切替部７、８は、水晶発振器１内部の温度が低温の場合に、発振信号を増幅回路４に伝送する伝送路を第２伝送路６に切り替え、水晶発振器１内部の温度が高温の場合に、発振信号を増幅回路４に伝送する伝送路を第１伝送路５に切り替える。
【００２８】
続いて、図１Ｂを参照して、水晶発振器１の具体的な構成の一例について説明する。
図１Ｂに示すように、第１伝送路５には、水晶フィルタ３に加え、第１整合回路５１と、第２整合回路５２と、ＮＴＣサーミスタ７１と、ＮＴＣサーミスタ７２とが設けられ、第２伝送路６には、第３整合回路６１が設けられる。
【００２９】
第１整合回路５１は、発振回路２と水晶フィルタ３との間に設けられ、発振回路２と水晶フィルタ３との間のインピーダンスを整合させる。第２整合回路５２は、水晶フィルタ３と増幅回路４との間に設けられ、水晶フィルタ３と増幅回路４との間のインピーダンスを整合させる。第３整合回路６１は、発振回路２と増幅回路４との間に設けられ、発振回路２と増幅回路４との間のインピーダンスを整合させる。
第１整合回路５１、第２整合回路５２及び第３整合回路６１は、不図示のインダクタとコンデンサとで構成され、入力側回路の出力インピーダンスと、出力側回路の入力インピーダンスとを所望の値に整合させる。
【００３０】
なお、図１Ｂでは、第１整合回路５１を、発振回路２と水晶フィルタ３との間のＮＴＣサーミスタ７１よりも下流に設けることとしているが、第１整合回路５１は、発振回路２と水晶フィルタ３との間のＮＴＣサーミスタ７１の上流に設けることとしてもよい。同様に、図１Ｂでは、第２整合回路５２をＮＴＣサーミスタ７２の上流に設けることとしているが、第２整合回路５２は、水晶フィルタ３と増幅回路４との間のＮＴＣサーミスタ７２の下流に設けることとしてもよい。
【００３１】
ＮＴＣサーミスタ７１，７２は、温度上昇に応じて抵抗値が減少するサーミスタであり、伝送路を切り替える切替部７、８として機能する。即ち、ＮＴＣサーミスタ７１，７２は、発振回路２の温度特性と水晶フィルタ３の温度特性とのずれが大きい低温起動時において高い抵抗値となり、低温時の伝送路を第２伝送路６に切り替える。また、ＮＴＣサーミスタ７１，７２は、発振回路２の温度特性と水晶フィルタ３の温度特性とが略一致する高温時において低い抵抗値となり、高温時の伝送路を第１伝送路５に切り替える。
【００３２】
以上、本実施形態の水晶発振器１の構成について説明した。このような構成の水晶発振器１では、発振器内部の温度が低温である場合、伝送路が第２伝送路６に切り替えられるため、発振信号は、水晶フィルタ３を介することなく増幅回路４に入力される。
ここで、低温時に水晶フィルタ３を介して発振信号を伝送した場合、図３の破線で示すように、発振信号は、水晶フィルタ３により減衰されて増幅回路４に入力される。このとき、低温時では、発振回路２の発振周波数ｆａ１と水晶フィルタ３の中心周波数ｆｂ２とがずれるため、図４の破線で示すように、水晶発振器１から出力される発振信号の信号レベルが著しく低下してしまう。
【００３３】
この点、本実施形態の水晶発振器１では、低温時には、水晶フィルタ３が設けられていない第２伝送路６を介して発振信号を伝送するため、図３の実線に示すように、発振信号は、減衰されることなく増幅回路４に入力されることになる。その結果、図４の実線に示すように、低温での起動直後であっても、水晶発振器１から出力される発振信号の信号レベルは、低下しない。
また、水晶発振器１では、内部温度が高温になると、切替部７により発振信号の伝送路が第２伝送路６から第１伝送路５に切り替わる。高温時では、発振回路２の発振周波数ｆａ０と水晶フィルタ３の中心周波数ｆｂ０とが略一致するため、水晶フィルタ３の減衰特性を得つつ、十分な信号レベルの発振信号を得ることができる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
続いて、本発明の水晶発振器１の第２実施形態について説明する。第１実施形態の水晶発振器１では、低温時には水晶フィルタ３を設けていない第２伝送路６を介して発振信号を伝送するため、発振周波数ｆａの近傍の雑音特性の改善効果を得ることができない。水晶発振器１を起動した直後には、発振回路２の出力周波数自体が安定していないため、信号レベルが確保でき、水晶発振器１から出力される信号が断とならない限り問題がないものの、低温時においても一定の雑音特性の改善効果を得たい場合がある。
第２実施形態の水晶発振器１は、このような場合に好適に利用され、図５に示すように、第２伝送路６にバンドパスフィルタ６２を更に備える。
【００３５】
バンドパスフィルタ６２は、発振信号の発振周波数ｆａのうちの主要周波数成分の減衰量が、低温時において水晶フィルタ３よりも少ないフィルタである。具体的には、低温時において発振回路２から発振周波数ｆａ１の発振信号が出力される場合（図８参照）、発振周波数ｆａ１の減衰量が水晶フィルタ３よりも少ないフィルタである。
バンドパスフィルタ６２の具体的な構成は任意であるが、一例として、図６に示すように、フィルタの減衰特性が、水晶フィルタ３よりも緩やかなフィルタを用いることで、本発明に係るバンドパスフィルタ６２を実現することができる。もちろん、減衰特性が水晶フィルタ３と同様に急峻なフィルタであっても、低温時の中心周波数ｆｂが、発振回路２の発振周波数ｆａ１と略一致するよう調整されたフィルタであれば、本発明に係るバンドパスフィルタ６２を実現することができる。
【００３６】
なお、詳細については省略するが、第２伝送路６にバンドパスフィルタ６２を設けた場合、バンドパスフィルタ６２の両端に整合回路を設けることが好ましい。即ち、発振回路２とバンドパスフィルタ６２との間に一の整合回路を設けることで、発振回路２とバンドパスフィルタ６２との間のインピーダンスを整合させ、バンドパスフィルタ６２と増幅回路４との間に別の整合回路を設けることで、バンドパスフィルタ６２と増幅回路４との間のインピーダンスを整合させる。
【００３７】
以上説明した、第２実施形態の水晶発振器１によれば、低温時に発振信号を伝送する第２伝送路６にバンドパスフィルタ６２を設けているため、低温起動時であっても発振周波数の近傍の雑音特性を一定程度改善することができる。
【００３８】
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。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、温度変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタにより、切替部７、８を実現することとしている。この点、切替部７、８は、内部温度に応じて第１伝送路５と第２伝送路６とを切り替えることができれば足り、他の構成により実現することとしてもよい。一例として、第１伝送路５と第２伝送路６とを切り替えるスイッチと、内部温度を測定する温度センサとを設け、温度センサが測定した内部温度に基づいてスイッチを制御することで、第１伝送路５と第２伝送路６とを切り替えることとしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・水晶発振器、２・・・発振回路、３・・・水晶フィルタ、４・・・増幅回路、５・・・第１伝送路、５１・・・第１整合回路、５２・・・第２整合回路、６・・・第２伝送路、６１・・・第３整合回路、７，８・・・切替部、７１，７２・・・ＮＴＣサーミスタ、
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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