(57)【要約】【課題】  圧電発振器の温度特性検査を一度に大量に行うことを可能とし、検査時間の短縮と、検査コストの削減を図ることができる圧電発振器を提供する。【解決手段】  上記課題を達成するための圧電発振器は、圧電振動片と、前記圧電振動片を励振する回路とを備えた発振回路部１００と、前記発振回路部１００の出力周波数を検出する周波数検出部１１０と、前記周波数検出部１１０の検出信号に基づいて、温度の変化に伴う前記出力周波数の変動量または変動率を求める変動検出部１２０と、前記変動検出部１２０の求めた出力周波数の変動の大きさまたは変動率を設定値と比較し、前記出力周波数の異常変動の有無を判定する判定部１３０と、前記判定部１３０が出力する判定結果を記憶する記憶部１４０とを有することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片と、前記圧電振動片を励振する回路とを備えた発振回路部と、
前記発振回路部の出力周波数を検出する周波数検出部と、
前記周波数検出部の検出信号に基づいて、温度の変化に伴う前記出力周波数の変動量または変動率を求める変動検出部と、
前記変動検出部の求めた出力周波数の変動の大きさまたは変動率を設定値と比較し、前記出力周波数の異常変動の有無を判定する判定部と、
前記判定部が出力する判定結果を記憶する記憶部と、
を有することを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記周波数検出部は、前記発振回路部と共にＰＬＬ回路を構成していることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記変動検出部は、所定の温度差毎に前記周波数検出部の出力する連続した３つの検出信号がＶＨ１、ＶＨ２、ＶＨ３であるときに、
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を求めて、前記出力周波数の変動の大きさとして出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電発振器。
【請求項４】
前記変動検出部は、前記周波数検出部の出力した検出信号を基準値と比較して出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電発振器。
【請求項５】
前記周波数検出部と、前記変動検出部と、前記判定部と、前記記憶部とから構成される回路は検査回路部であって、
前記発振回路部と、前記検査回路部とは、接続経路の切換により、電気的接続を切り離し可能に構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電発振器に係り、特に、大量生産される圧電発振器の温度特性検査を迅速に行う場合に好適な圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子や、音叉型水晶振動子等の圧電デバイスは、各種情報通信機器等の様々な電子機器に、電子回路のクロック源として用いられている。特に最近では、モバイルコンピュータやＩＣカード等の小型情報機器、携帯電話等の通信機器の分野で用いられることが多い。これらの装置は、小型化・高性能化が著しく、市場では、周波数精度が高く、高品質で安定性の高い圧電発振器が要求されている。
【０００３】
上記のような電子機器は、寒冷地から熱帯地におけるまで、様々な環境下において使用されている。しかしながら、上記圧電発振器（ここでは特に水晶発振器）には、周波数温度特性の不連続性という特有の現象（以下「ＤＩＰ現象」という）を起こし、特定温度環境下において発振が安定しなくなるものがある。
【０００４】
ＤＩＰ現象には次のような原因がある。水晶振動片は通常厚みすべり振動モードで動作するが、振動片自体の大きさは有限なため、主振動である厚みすべり振動以外に、主振動の周波数の近傍にスプリアス振動が存在する。このため通常は、前記主振動と前記スプリアス振動が結合しない範囲で水晶振動片の加工が行われる。しかしながら、実際には、水晶振動片の加工のばらつき等があるため、主振動と、スプリアス振動とが結合し、ある温度で周波数が不連続に変化することがある。
このため、上記圧電発振器は、広範囲な温度環境下において周波数温度特性が良好なものを市場に提供することが要求されている。
【０００５】
上記のような実状を鑑み、市場に供給される圧電発振器は製造段階において個々に周波数温度特性を検査されている。検査方法としては特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１に記載されている検査方法は、圧電発振器を検査装置（検査システム）の被測定物収納箱に規定数収納し、前記圧電発振器の検査を行うというものである。このような方法により圧電発振器を検査したうえで市場へ供給することにより、信頼性の高い製品を市場に供給することができるようになる。
【特許文献１】特開２００３−４７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているような方法によれば、圧電発振器の温度特性の他、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値等も検査することができ、市場に信頼性の高い製品を提供することができるのは確かである。
【０００７】
しかし、特許文献１の検査方法では、検査装置（システム）の被測定物収納箱（恒温槽）に圧電発振器を収納し、温度を変化させながら個々の圧電発振器を検査するため、時間がかかると共に一度に検査可能な圧電発振器の数量が制限されるため、生産効率が悪い。また、圧電発振器を検査する検査装置には、ネットワークアナライザという装置が使用されることが一般的であるが、前記装置は一般的に高価なため、生産効率を上げるために前記装置を新規導入するには設備コストの増大を伴う。
【０００８】
本発明では、量産された圧電発振器の検査を一度に大量に行うことを可能とし、検査時間の短縮と、検査コストの削減を図ることが可能な圧電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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る圧電発振器は、圧電振動片と、前記圧電振動片を励振する回路とを備えた発振回路部と、前記発振回路部の出力周波数を検出する周波数検出部と、前記周波数検出部の検出信号に基づいて、温度の変化に伴う前記出力周波数の変動量または変動率を求める変動検出部と、前記変動検出部の求めた出力周波数の変動の大きさまたは変動率を設定値と比較し、前期出力周波数の異常変動の有無を判定する判定部と、前記判定部が出力する判定結果を記憶する記憶部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このような構成とすることにより、個々の発振器がそれぞれ内部回路で温度特性検査を行うことが可能となる。このため、高価な検査装置を複数用意することなく同時に多数の発振器の検査を行うことが可能となる。よって、圧電発振器の温度特性検査に要する検査時間を短縮し、検査コストを削減することができる。また、検査時間を短縮することができるため、温度特性の測定温度間隔を細分化して設定することも可能となる。
【００１１】
上記構成の圧電発振器では、前記周波数検出部は、前記発振回路部と共にＰＬＬ回路を構成しているようにすると良い。
周波数検出部はＰＬＬ回路を構成するようにしたことにより、ループ回路によって周波数の変動を常に検知することができると共に、出力信号として電圧値を得ることができる。
【００１２】
また、前記変動検出部は、所定の温度差毎に前記周波数検出部の出力する連続した３つの検出信号がＶＨ１、ＶＨ２、ＶＨ３であるときに、
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を求めて、前記出力周波数の変動の大きさとして出力することを特徴とする。
変動検出部にて上記演算を行うことにより、規定温度における検出電圧により、算術平均値と実検出値との差を求めることができる。
【００１３】
また、上記圧電発振器では、前記変動検出部は、前記周波数検出部の出力した検出信号を基準値と比較して出力するようにしても良い。
このような構成にすることにより、周波数の温度特性検査をより正確に行うことが可能となる。また、基準値（基準電圧）を外部より入力することとなるため、変動検出部の回路構成を簡略化することができる。
【００１４】
また、前記周波数検出部と、前記変動検出部と、前記判定部と、前記記憶部とから構成される回路は検査回路部であって、前記発振回路部と、前記検査回路部とは、接続経路の切換により、電気的接続を切り離し可能に構成されるようにすると良い。
【００１５】
このような構成とすることにより、発振回路部による出力周波数の検査と、外部への信号出力とを独立させることができる。よって、外部へ信号を発振する際に、付帯する回路となる検査回路部の影響を考慮する必要が無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の圧電発振器に係る実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態であって、本発明は、以下の実施形態のみに拘束されるものではない。
図１は、本発明の圧電発振器に係る第１の実施形態を示すブロック図である。圧電発振器１０は、圧電振動片（不図示）と、この圧電振動片を励振する回路とを備えた発振回路部（電圧制御型水晶発振回路：ＶＣＸＯ）１００と、前記発振回路部１００の出力周波数を検出する周波数検出部１１０と、前記周波数検出部１１０の検出信号に基づいて、温度の変化に伴う前記出力周波数の変動量を求める変動検出部１２０と、前記変動検出部１２０の求めた出力周波数の変動量を後述する設定値（基準電圧±Ｖｒｅｆ）と比較し、前記出力周波数の異常変動の有無を判定する判定部１３０と、前記判定部１３０が出力する判定結果を記憶する記憶部（メモリ回路）１４０とを基本構成とする。
【００１７】
上記構成を有する圧電発振器１０において、前記周波数検出部１１０は、前記発振回路部１００を出力周波数発振源とするＰＬＬ回路１１５を構成している。
前記周波数検出部１１０は例えば、前記発振回路部１００から出力される出力周波数と後述する基準周波数発生器から出力される基準周波数ｆ−ｒｅｆとが入力される位相差検出回路１０２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０４とより成るようにすれば良い。
【００１８】
前記周波数検出部１１０は、前記基準周波数ｆ−ｒｅｆが入力されると、前記発振回路部１００が前記基準周波数ｆ−ｒｅｆと同期した周波数（出力周波数）を出力するための制御電圧（検出信号）を出力する。前記発振回路部１００は前記制御電圧を入力することにより、周波数と位相とが前記基準周波数に同調し、発振する。
【００１９】
前記発振回路部１００と前記周波数検出部１１０とより構成されるＰＬＬ回路１１５は、ループ回路であるため、発振回路部１００から出力された出力周波数は前記位相検出回路１０２へ入力される。位相検出回路１０２では、前記発振回路部１００の出力信号と基準周波数ｆ−ｒｅｆとの位相差に比例した差信号電圧を出力する。その差信号電圧をローパスフィルタ１０４に通すことで、高周波成分が取り除かれ、前記発振回路部の周波数を基準周波数に同期するような電圧（検出信号）を出力する。
【００２０】
前記変動検出部１２０は、規定温度毎に前記ＰＬＬ回路１１５からの検出信号（電圧）を取得するサンプルホールド部１２２と、前記サンプルホールド部１２２によって取得された検出信号に基づいて、温度変化に伴う出力周波数の変動量を算出する演算回路１２６と、前記サンプルホールド部から前記演算回路へ入力される信号によって、演算回路１２６における演算が適正に行われるように信号の入力経路を切り換える切換回路１２４とから構成される。
【００２１】
前記サンプルホールド部１２２は、後述するカウンタ回路１５０からの信号受けることにより前記ＰＬＬ回路１１５からの検出信号を取得する複数のサンプルホールド回路（本実施形態では３つ：ＳＨ１〜ＳＨ３）によって構成れ、カウンタ回路１５０からの信号により規定温度毎に検出信号を取得するサンプルホールド回路が切り換えられるように設定されている。
【００２２】
前記カウンタ回路１５０は、複数（本実施形態では４つ：Ｃ１〜Ｃ４）の信号を出力する出力端子を有しており、後述するトリガ信号発生器からの信号が入力される、若しくは入力が絶たれることにより信号を出力するよう構成されている。また、カウンタ回路１５０が信号を出力する端子は、トリガ信号発生器からの信号の入り切りによって順次切り換わるように構成されている。
【００２３】
前記切換回路１２４は、前記サンプルホールド回路（ＳＨ１・ＳＨ２・ＳＨ３）が、前記カウンタ回路１５０からの信号を受けることによって、規定温度毎に順次取得した検出信号ＶＣ１・ＶＣ２・ＶＣ３が前記演算回路へ入力される際、後述する演算式に合致するように入力経路を切り換えるものである。なお、切換回路１２４の切換タイミングは、前記カウンタ回路１５０の信号によって制御される。
【００２４】
前記切換回路１２４の構成を図２に示し、詳細を説明する。切換回路１２４には、サンプルホールド回路（ＳＨ１・ＳＨ２・ＳＨ３）によって取得された検出信号ＶＣ１・ＶＣ２・ＶＣ３を個別に入力するための端子と、前記カウンタ回路１５０からの信号Ｃ４を入力するための端子とが入力端子として備えられており、出力端子としてはＶＨ１・ＶＨ２・ＶＨ３の信号を出力する３つの端子が備えられている。
【００２５】
前記ＶＣ１〜ＶＣ３の信号が入力される端子と、前記ＶＨ１〜ＶＨ３の信号が出力される端子との間には、相互間の電気的接続を切り換えるマルチプレクサ１１２４ａ・１２４ｂ・１２４ｃが備えられ、Ｃ４信号が入力される端子には、カウンタ回路１５０からの信号を受け、切換信号を出力する３進カウンタ１２４ｄが備えられている。
【００２６】
前記マルチプレクサ１２４ａ・１２４ｂ・１２４ｃは、前記３進カウンタ１２４ｄからの切換信号を受ける毎に０・１・２の電気経路の接続切換を行うように構成されている。図２では、マルチプレクサが０の場合、入力された検出信号ＶＣ１は信号ＶＨ１として出力され、検出信号ＶＣ２は信号ＶＨ２として出力され、検出信号ＶＣ３は信号ＶＨ３として出力されるように電気経路が設定される構成とされている。また、マルチプレクサが１に設定された場合は、検出信号ＶＣ１は信号ＶＨ３として、検出信号ＶＣ２は信号ＶＨ１として、検出信号ＶＣ３はＶＨ２として、それぞれ出力されるように電気経路が設定されることとなる。マルチプレクサが２に設定された場合には、検出信号ＶＣ１は信号ＶＨ２として、検出信号ＶＣ２は信号ＶＨ３として、検出信号ＶＣ３は信号ＶＨ１としてそれぞれ出力されるように電気経路が設定される。
【００２７】
これは、規定温度毎に取得される検査電圧（検出信号）を、図３に示す演算回路によって下記に示す数式１に従った演算をする場合に、当該演算が適切に成されるようにするためである。
【数１】
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ここで、（ＶＨ３−ＶＨ１）／２はＶＨ１とＶＨ３との間の算術平均電圧である。数式１はこの算術平均電圧と、実測電圧（検出信号）であるＶＨ２との電圧差ＶＥを求めるものである。切換回路１２４は、図４に示すような発振周波数温度特性において、３点の温度測定点での発振周波数が連続であるかどうかを判定する数式１を成立させるために必要なのである。
【００２８】
図５にトリガ信号と、カウンタ信号と、及び切換回路の型式との関係を示す。図５から読み取れるように、Ｃ１からＣ３の信号は順次周期的に出力されるのに対し、Ｃ４の信号は、略規定温度毎に出力されるのである。
【００２９】
次に判定部１３０について説明する。判定部１３０は、前記電圧差ＶＥと予め設定された基準電圧±Ｖｒｅｆとを比較するものである。ここで基準電圧±Ｖｒｅｆとは、圧電発振器１０の出力周波数に対応して出力される検査電圧（検出信号）の許容差にあたる電圧であり、任意に設定ができる。また、Ｖｒｅｆを外部から入力できるようにしても良い。判定回路１３０では、コンパレータに入力された電圧差ＶＥが基準電圧±Ｖｒｅｆの中間にある場合に「Ｌｏｗ」と判定し、それ以外を「Ｈｉ」と判定する。「Ｈｉ」の判定があった圧電発振器１０は、ＤＩＰが有るということになる。
【００３０】
判定回路の判定は以下に示す３通りである。
まず第１に、ＶＥ＞＋Ｖｒｅｆの場合である。この場合は、ＶＡ１＝「Ｌｏ」となり、ＶＡ２＝「Ｈｉ」となり、判定結果は「Ｈｉ」となる。
第２に、ＶＥ＜−Ｖｒｅｆの場合である。この場合は、ＶＡ１＝「Ｈｉ」となり、ＶＡ２＝「Ｌｏ」となり、判定結果は「Ｈｉ」となる。
第３は、＋Ｖｒｅｆ＞ＶＥ＞−Ｖｒｅｆの場合である。この場合、ＶＡ１＝「Ｈｉ」、ＶＡ２＝「Ｈｉ」となり、判定は「Ｌｏｗ」となる。
【００３１】
前記判定回路１３０による判定結果は、前記記憶部（メモリ回路）１４０に記録されるのであるが、当該メモリ回路１４０への記録タイミングは、前記カウンタ回路１５０からのＣ４信号の出力による。
【００３２】
上述のような圧電発振器１０は図６に示すようなシステムによってＤＩＰ検査を行うことができる。圧電発振器１０は内部温度の制御を可能とする恒温槽１２内へ載置される。前記恒温槽１２には、少なくとも槽内温度を検知するための温度センサ１４が設置されている。前記温度センサ１４には、検知した温度が規定温度に達する毎に、前記カウンタ回路１５０に信号を出力するトリガ信号発生器１６が接続されている。トリガを発生する間隔つまり、測定温度点間隔はＤＩＰを検出するために最適な間隔にあらかじめ設定されている。また、圧電発振器１０には、前記ＰＬＬ回路１１５に基準周波数ｆ−ｒｅｆを出力する基準周波数発生器２０が接続されている。さらに圧電発振器１０は、メモリデータ読出器１８への接続を可能とし、温度特性検査終了後、若しくは検査実行中に、前記メモリ回路１４０に記録されたデータを読み出すことを可能としている。
【００３３】
上記のような圧電発振器１０の温度特性検査では、まずＰＬＬ回路１１５内の位相検出回路１０２に、基準周波数発生器２０から出力される基準周波数ｆ−ｒｅｆが入力される。位相検出回路１０２では、発振回路部１００に前記基準周波数ｆ−ｒｅｆと同期する周波数の発振をさせるための電圧（検出信号）を出力する。
【００３４】
ＰＬＬ回路１１５を介して出力された検出信号は、規定温度毎にサンプルホールド部１２２によって順次取得される。サンプルホールド部におけるサンプルホールド回路ＳＨ１・ＳＨ２・ＳＨ３の起動は、カウンタ回路１５０に、トリガ信号発振器１６から出力される信号が入力されることによって、順次出力されるＣ１からＣ３の信号によって成される。
【００３５】
サンプルホールド回路ＳＨ１・ＳＨ２・ＳＨ３から出力された検出信号ＶＣ１・ＶＣ２・ＶＣ３は、切換回路１２４を介してＶＨ１・ＶＨ２・ＶＨ３として演算回路１２６に入力され、算術平均電圧との電圧差ＶＥを算出される。なお、前記切換回路１２４の接続切換のタイミングは、カウンタ回路１５０からのＣ４の信号の入力のタイミングによる。
【００３６】
演算回路１２６によって算出された電圧差ＶＥは、判定部１３０へ入力され、予め設定された基準電圧±Ｖｒｅｆと比較されることにより、ＤＩＰ現象の有無を判定される。
判定部１３０によって判定されたＤＩＰ現象の有無は、前記カウンタ回路１５０からのＣ４信号が入力されるタイミングで、メモリ回路１４０へ入力される。
【００３７】
以上の検査を、圧電発振器１０の使用温度帯域における規定温度毎に順次行う。
上記のようにして圧電発振器１０の温度特性検査が終了すると、メモリ回路１４０は、メモリデータ読出器１８に接続され、温度特性検査時に記録されたデータを読み出される。
【００３８】
このような構成の圧電発振器とすることにより、発振器の温度特性検査を行うためのシステムは簡易なもので良くなるため、一度に検査を行うことができる発振器の数量に制限が無くなる。このため、検査に要する時間を短縮することができると共に、高価な検査機器を必要としないため、検査に係るコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の圧電発振器に係る第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態における切換回路の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態における演算回路の構成を示す図である。
【図４】圧電発振器の周波数と電圧の関係と、温度特性を示す正弦波の図である。
【図５】トリガ信号と、カウンタ回路からの出力信号との関係を表す図である。
【図６】本発明に係る圧電発振器の温度特性検査を行うためのシステム構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０………圧電発振器、１２………恒温槽、１４………温度センサ、１６………トリガ信号発生器、１８………メモリデータ読出器、２０………基準周波数発生器、１００………発振回路部（電圧制御型水晶発振回路：ＶＣＸＯ）、１０２………位相検出回路、１０４………ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１１０………周波数検出部、１１５………ＰＬＬ回路、１２０………変動検出部、１２２………サンプルホールド部、１２４………切換回路、１２６………演算回路、１３０………判定部、１４０………記憶部（メモリ回路）、１５０………カウンタ回路。
【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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