(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子と、該水晶振動子を発振させる発振回路の発振周波数を調整するバリキャップダイオードおよび前記バリキャップダイオードに印加する制御電圧の情報をビット値にて収納した書き込み可能読み出し専用メモリを内蔵するＬＳＩ素子と、を搭載してなる水晶発振器の温度特性補正方法であって、
前記水晶振動子およびＬＳＩ素子を複数個用意し、各水晶振動子の周波数温度特性の係数、温度特性回転中心温度係数および各ＬＳＩ素子に内蔵されているバリキャップダイオードのバリキャップ感度を測定し、該測定値を所定のコードに対応させて外部端末の第１のデータベースに登録するとともに、各水晶振動子に前記コードを付す工程と、
各水晶振動子に付したコードを認識する工程（Ｓ１）と、
前記工程（Ｓ１）で認識したコードを前記第１のデータベース上のコードと照合する工程（Ｓ２）と、
前記工程（Ｓ２）で照合されたコードに対応する水晶振動子の周波数温度特性の係数、温度特性回転中心温度係数、バリキャップダイオードのバリキャップ感度、水晶振動子固有の係数の最小値と最大値、水晶基板のカットアングルによって決定される係数、１ビットの変化における温度センサの温度変化の値、および、常温（２５℃）での発振周波数を設定するビットのため実際に発振周波数を測定しながら目的の発振周波数になるように設定された値に基づいて温度補正データを算出し、該温度補正データを前記外部端末の第２のデータベースに前記コードに対応するようにして登録する工程（Ｓ３）と、
前記工程（Ｓ３）で算出した各コードに対応する温度補正データを、各ＬＳＩ素子の書き込み可能読み出し専用メモリにビット値にて書き込む工程（Ｓ４）と、
前記工程（Ｓ４）で書き込まれたビット値に基づく制御電圧を前記バリキャップダイオードに印加することにより温度補正された水晶発振器の周波数温度特性を測定し、水晶発振器の良否判定を行う工程（Ｓ５）と、を含むことを特徴とする水晶発振器の温度特性補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子、バリキャップダイオード、温度補償回路等で構成した水晶発振器において、水晶発振器の温度特性を補正する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度補償型水晶発振器は、水晶振動子の固有の周波数温度特性が各水晶振動子によって相違することから、回路基板に実装した水晶振動子を発振させるとともに水晶振動子固有の周波数温度特性を平坦化できる温度補償回路を有した水晶発振回路部の動作が非常に重要となる。
【０００３】
従来の水晶発振回路部Ｂは、図１に示すように、水晶振動子１を駆動する発振回路６をはじめ、周囲の温度を検知する温度センサ２、測定された温度を３次関数からなる電圧値として変換する温度補償回路３、バリキャップダイオード４、所定温度に対する温度補償データを記憶させるＰＲＯＭ（Programmable Read Only Memory）５で主に構成されており、それらがＬＳＩ（大規模集積回路）により１つのチップで構成されていた。
【０００４】
そして、これらの水晶振動子１と水晶発振回路部Ｂが不図示の回路基板上、あるいはセラミックパッケージ上に接続配置して温度補償型水晶発振器Ａが構成されていた。
【０００５】
図６に基づいて、かかる温度補償型水晶発振器Ａの温度特性補正工程について説明する。この温度補償型水晶発振器Ａの周波数温度特性を調整するにあたり、水晶振動子１自体の周波数温度特性が未知の状態であるため、まず、常温として２５℃での発振周波数、及び電圧制御感度（ＡＦＣ感度）を初期設定する（Ｐ１）。そして、５ポイント以上の各温度にて任意の設定値に固定した温度補償回路３でInput/Output端子８からバリキャップダイオード４の出力電圧を測定し（Ｐ２）、このInput/Output端子８より出力される発振周波数をモニタしながら、バリキャップダイオード４に所定電圧を印加し、Input/Output端子８より出力される発振周波数をある一定の値にできるバリキャップ入力電圧を測定する（Ｐ３）。
【０００６】
ここで、各温度にて温度補償回路３を任意の設定値にした状態でのバリキャップ入力電圧−温度特性(VC-Out)と、水晶振動子１の周波数温度特性を補償できるバリキャップ入力電圧−温度特性（VC-IN）の２つの電圧温度特性曲線が得られ
ることになる。この夫々の電圧温度特性曲線は次の３次関数で表される。これらの係数は最小二乗法等で算出できる。
【０００７】
VC-OUT=α1(Ｔ−Ｔi1)3＋β1(Ｔ−Ｔi1)＋γ1・・・・・・・（１）
VC-IN =α2(Ｔ−Ｔi2)3 ＋ β2(Ｔ−Ｔi2) ＋ γ2・・・・・・・（２）
α*：3次係数、β*：１次係数、γ*：０次係数、Ｔ*：温度特性回転中心温度係数
次のステップでは、このVC-OUT特性（１）とVC-IN特性（２）の各係数を比較し、ＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５内の設定値がどの値に変更すれば温度補償をした値のα、β、γ、Ｔiとなるかを演算する（Ｐ４）。即ち、α＝α2−α1、β＝β2−β1、γ＝γ2−γ1、Ｔ＝Ｔ2−Ｔ1となるように設定すると水晶振動子の温度補償が可能になる。そして、その演算された設定値をＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５に再設定する（Ｐ５）。
【０００８】
しかしながら、この方法で調整を行い、温度補償回路３に接続するＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５の設定値を変更したとしても、実際はバリキャップダイオード４の容量バラツキにより、その設定で正しく希望通りの電圧が出ているとは限らない。そのため、次のステップでは、この調整が終わった段階で、再度確認の意味で、温度補償型水晶発振器Ａの周波数温度特性を測定し（Ｐ６）、これにより、製品の良否判定が行われ（Ｐ７）、測定が終了していた。
【０００９】
従って、ＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５の設定値を決めるために、ステップＰ１〜Ｐ５でバリキャップ入出力電圧を測定した後、実際の温度特性を測定する必要があった。
【特許文献１】特開平８−２３７０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現在の小型、軽量化、低コスト化が進む部品業界にあって、温度補償型水晶発振器でも、低コスト化の動きが進んでいる。この為、コスト削減を行うためには、従来の特性を劣化させること無しに、製造工程の簡略化を行う必要があり、特に時間の要す周波数温度特性の測定時間を削減する必要がある。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、従来の特性を劣化させること無しに、製造工程の簡略化を行い温度特性測定の時間を削減した温度補償型水晶発振器の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するため、本発明は、水晶振動子と、該水晶振動子を発振させる発振回路の発振周波数を調整するバリキャップダイオードおよび前記バリキャップダイオードに印加する制御電圧の情報をビット値にて収納した書き込み可能読み出し専用メモリを内蔵するＬＳＩ素子と、を搭載してなる水晶発振器の温度特性補正方法であって、前記水晶振動子およびＬＳＩ素子を複数個用意し、各水晶振動子の周波数温度特性の係数、温度特性回転中心温度係数および各ＬＳＩ素子に内蔵されているバリキャップダイオードのバリキャップ感度を測定し、該測定値を所定のコードに対応させて外部端末の第１のデータベースに登録するとともに、各水晶振動子に前記コードを付す工程と、各水晶振動子に付したコードを認識する工程（Ｓ１）と、前記工程（Ｓ１）で認識したコードを前記第１のデータベース上のコードと照合する工程（Ｓ２）と、前記工程（Ｓ２）で照合されたコードに対応する水晶振動子の周波数温度特性の係数、温度特性回転中心温度係数、バリキャップダイオードのバリキャップ感度、水晶振動子固有の係数の最小値と最大値、水晶基板のカットアングルによって決定される係数、１ビットの変化における温度センサの温度変化の値、および、常温（２５℃）での発振周波数を設定するビットのため実際に発振周波数を測定しながら目的の発振周波数になるように設定された値に基づいて温度補正データを算出し、該温度補正データを前記外部端末の第２のデータベースに前記コードに対応するようにして登録する工程（Ｓ３）と、前記工程（Ｓ３）で算出した各コードに対応する温度補正データを、各ＬＳＩ素子の書き込み可能読み出し専用メモリにビット値にて書き込む工程（Ｓ４）と、前記工程（Ｓ４）で書き込まれたビット値に基づく制御電圧を前記バリキャップダイオードに印加することにより温度補正された水晶発振器の周波数温度特性を測定し、水晶発振器の良否判定を行う工程（Ｓ５）と、を含むことを特徴とする水晶発振器の温度特性補正方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バリキャップ入出力電圧を測定した後、実際の温度特性を測定することが行われていたのを特性の劣化させることなく、１回の測定で良否判定ができ、製造コストの大幅な削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。なお、従来技術と同じ構成は同じ符号を用いるものとする。
【００１５】
図１は本発明の温度補償型水晶発振器Ａのブロックダイアグラムを示す。
【００１６】
温度補償型水晶発振器Ａは、水晶発振子１，温度センサ２，温度補償回路３，バリキャップダイオード４、ＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５，発振回路６とから主に構成されている。
【００１７】
水晶振動子１は、容器１０内に、両主面に対向した例振電極とからなる水晶基板が収納されており、水晶基板はＡＴカットにより形成されている。この水晶振動子１は３次曲線で示される固有の温度周波数特性を有しており、図５に示す容器１０表面に水晶振動子固有の周波数温度特性情報を記載するコードが付けられている。なお、数字に限定されず、水晶振動子１上の記載内容については、バーコードでも構わない。これは製品の小型化が進んでいるため、記載内容は最小限のものしか記載できず、無理に詰め込んだ場合読み取りミスが発生する可能性があり、また、読み取った固有の記載内容から、後述のデータベース上にアクセスし、固有の周波数温度特性情報を取り込めばよいからである。
【００１８】
温度センサ２は、周囲温度に対して１次関数で示される電圧を発生する回路を有しており、温度補償回路３に接続されている。
【００１９】
また、温度補償回路３は、温度センサ２で発生した電圧値を、３次関数の式で示される電圧値に変換する回路を有している。実使用領域の−３０〜８５℃内でみると、温度補償回路３は以下のような３次曲線を発生させる。
【００２０】
VC=α(Ｔ−Ｔi)3＋β(Ｔ−Ｔｉ)＋γ・・・・・・・・・・（３）
VC：バリキャップ印加電圧
α：バリキャップ印加電圧の3次係数
β：バリキャップ印加電圧の１次係数
γ：バリキャップ印加電圧の０次係数
Ｔｉ：バリキャップ印加電圧の温度特性回転中心温度係数
発振回路５は水晶振動子１の励振電極に接続されて厚みすべり振動を起こさせる回路である。
【００２１】
ＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５は外部端末７に接続され、温度センサ２で発生する１次の電圧から、温度補償回路３で発生させる３次関数の電圧へ変換する情報が外部端末７から記載される。具体的には、水晶振動子固有の周波数温度特性を補正した３次係数、１次係数，その温度特性回転中心温度係数がビット値で収納されている。
【００２２】
なお、ＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５は、ＰＲＯＭモード及びＲＡＭモードの種類を有している。このＲＡＭモードで仮のビット設定を行い、各温度にて周波数測定を行う。そして最終的に良品と判定された製品のみＰＲＯＭモードで、ビットの書き込みを行う。これは、不良品に書き込んでしまうビットの変更が出来なくなってしまい、完全不良品となってしまうためである。
【００２３】
ここで水晶振動子固有の周波数温度特性とは、５ポイント以上の温度、周波数を測定することで、最小二乗法より、以下のような３次曲線で示される。
【００２４】
ｆX’tal＝αX’tal(Ｔ−ＴiX’tal)3 ＋ βX’tal(Ｔ−ＴｉX’tal) ＋ γX’tal・・・（４）
ｆX’tal：水晶振動子周波数
αX’tal：水晶振動子周波数の3次係数
βX’tal：水晶振動子周波数の１次係数
γX’tal：水晶振動子周波数の０次係数
ＴｉX’tal：水晶振動子周波数の温度特性回転中心温度係数  外部端末７はData Input９を介してＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５に接続されており、図３に示すように式（４）のαX’tal、βX’tal、γX’tal、ＴｉX’tal、バリキャップ感度の基本データがデータベースに予め収納されいる。また、後述のように、この基本データに基づいて水晶発振器Ａの温度補正データを算出する温度補正機能を有ている。なお、データベース上に製品固有の温度特性データとして周波数値をそのまま入力しておくと、製品を測定する際に、その時点で係数計算が必要となり、製品測定のタクトに影響が出る可能性があるため、データベース上にはあらかじめ固有の周波数温度特性から最小二乗法等により算出した3次係数、1次係数、０次係数、温度特性回転中心温度係数、バリキャップ感度係数を入力しておく。
【００２５】
ここで、バリキャップ感度とは、バリキャップダイオード４自身の容量バラツキ、及び水晶振動子１との組み合わせる水晶振動子１の容量比によって変化するため、設定前に周波数感度の測定を行いバリキャップ感度を求めておく必要がある。ここでは、バリキャップ感度は外部よりバリキャップダイオード４に直接電圧を印加し、その時の周波数を測定することで求めることができる。印加する電圧は、温度補償の精度をあげるためにも、実際にバリキャップに印加される温度補償電圧範囲内で変化させることが望ましい。
【００２６】
バリキャップダイオード４は温度補償回路３で発生した電圧を印加することで容量成分を変化させ、発振回路５の発振周波数を変化させる。
【００２７】
次に本発明の温度補償型水晶発振器の製造方法を説明する。
【００２８】
まず、水晶振動子１と水晶発振回路部Ｂとを不図示のセラミックパッケージ上に接続配置し、しかる後、温度特性補正工程が行われる。
【００２９】
なお、温度補正工程において効率的に温度補償を行うためには、水晶振動子１固有の周波数温度特性が既知である必要がある。水晶振動子自体のバラツキを考慮しておけば、調整後のバラツキを大きく削減できるからである。従って、図３の水晶振動子１固有の周波数温度特性はどのような値かを予め外部端末７にあるデータベースとして測定しておく。また、バリキャップを常温（２５℃）にて測定しデータベース上に登録させる。
【００３０】
次に本発明の温度特性補正工程が開始する。図２，図５に示すように、水晶振動子１の容器に付した水晶振動子１の文字情報をコードにて認識し（Ｓ１）、そのコード情報を外部端末７のデータベースに取り入れ、認識した水晶振動子１がコードZZX0001〜ZZX0200の何れであるかを選択し（Ｓ２）、その係数であるαX’tal、βX’tal、γX’tal、ＴｉX’talの周波数温度特性情報とバリキャップ感度とからＬＳＩ内部の設定値を外部端末７の温度補正機能により算出し（Ｓ３）、算出したデータを後述のＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５に書き込む。この設定後のＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５の値によって温度補償回路３は以下の式（５）で表される電圧値ＶICを発生させる。
【００３１】
ＶIC＝αICV(Ｔ−ＴiICV)3 ＋ βICV(Ｔ−ＴｉICV) ＋ γICV・・・・・（５）  αICV，βICV，γICV，ＴiICV：制御電圧の計数値
なお、式（５）の３次係数、一次係数、温度特性回転中心温度係数について、実際にＰＲＯＭ（ＲＡＭ）５に設定するビットαIC, βIC, ＴｉICは外部端末７の温度補正機能により以下のように演算される。
【００３２】
＜３次係数＞
まず、3次の設定値αICは水晶振動子１固有の3次係数αX’tal、及び、そのバリキャップ感度VCより算出できる。即ち、製品個別に、水晶振動子及びＩＣを含んだ状態での３次の特性を示すα’を求める。これはα’＝αX’tal/VCとして求めることができる。
【００３３】
そして、水晶発振回路部Ｂの調整できるα’の範囲を予め求めておき、製品個別に算出したα’より設定値αICを逆算する。即ち、以下の（６）式で求められる。
【００３４】
αIC＝αS＋αP・・・・・・・（６）
αS：α’が中心の時の設定ビット値
αP：係数αSからのズレ量
例えば、α’の範囲例が水晶振動子固有の係数の最小値がαX’tal=85ppm/℃3、そのときのバリキャップ感度VC=21ppm/Vとした場合のα’は4.04V/℃3となる。また、水晶振動子固有の係数の最大値αX’tal=115ppm/℃3、そのときのバリキャップ感度VC=17ppm/Vとした場合のα’は6.76V/℃3となる。最大値、最小値からα’の中心値が5.4V/℃3となるので、αPが
αP＝（α’-5.4）/｛(6.76-4.04)/αBit数｝・・・・・・（７）
αBit数：α=5Bit(11111)の時は31（10進数）
（６）（７）式よりαICを算出することができる。
【００３５】
＜1次係数＞
１次の設定値βICは水晶の１次係数βX’talより算出できる。予め、以下の式（８）によりβX’talとの関係から製品個別に算出する。
【００３６】
βIC＝coefficient1×βX’tal＋coeffICient2・・・・・（８）
なお、coefficient1とcoefficient2は水晶基板のカットアングルによって決定される係数である。
【００３７】
＜温度特性回転中心温度係数＞
Ｔｉの設定値ＴｉICは水晶のＴｉ係数ＴｉX’talより算出できる。しかし、温度センサ２はバラツキを持っているため、まず２５℃近傍にて温度センサ２の電圧を調整する必要がある。1ビット変化させることで温度センサが何℃変化する
かあらかじめ求めておき（Ti_sensitivityとする）、ＴｉX’tal及びTi_sensitivityより計算を行う。
【００３８】
ＴｉIC＝Ｔｉy＋｛（ＴｉX’tal−25℃）/Ti_sensitivity｝・・・・・・（９）
なお、Ｔｉy温度センサ電圧調整後の設定ビットである。
【００３９】
＜γIC＞
γICは常温（２５℃）での発振周波数を設定するビットのため、実際に発振周波数を測定しながら、目的の発振周波数になるように設定する。
【００４０】
以上のようにαIC，βIC，ＴｉIC，γICが演算されて図４のデータベースに蓄積されることになる。そして、その結果得られた設定ビットをＲＡＭ５内に設定し（Ｓ４）、この補正した値で温度補償型水晶発振器Ａとしての周波数温度特性を測定することで良否判定を行う。この良否判定が終了して、良品のみＰＲＯＭ５内に設定して終了する。
【００４１】
以上のように、本発明によれば、バリキャップ入出力電圧を測定した後、実際の温度特性を測定することが行われていたのを特性の劣化させることなく、１回の測定で良否判定ができ、製造コストの大幅な削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の温度補償型水晶発振器のブロックダイアグラムである。
【図２】本発明の温度補正工程におけるフロチャート図である。
【図３】本発明に用いられる外部端末のデータベース内の内容を説明する図である。
【図４】本発明に用いられる外部端末のデータベース内の温度補正後の内容を説明する図である。
【図５】本発明の水晶振動子に記載したコード情報を説明する図である。
【図６】従来の温度補正工程におけるフロチャート図である。
【符号の説明】
【００４３】
１……水晶振動子
２……温度センサ
３……温度補償回路
４……バリキャップダイオード
５……ＰＲＯＭ（ＲＡＭ）
６……発振回路
７……外部端末
【図１】
0004476299.tif 000002
【図２】
0004476299.tif 000003
【図３】
0004476299.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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