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JP4476299B2 - Method for correcting temperature characteristics of crystal oscillator - Google Patents
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

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。   The present invention relates to a method for correcting temperature characteristics of a crystal oscillator in a crystal oscillator including a crystal resonator, a varicap diode, a temperature compensation circuit, and the like.

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。   Conventionally, the temperature-compensated crystal oscillator has its own frequency temperature characteristics that differ from crystal oscillator to crystal oscillator mounted on a circuit board. The operation of the crystal oscillation circuit portion having the temperature compensation circuit capable of flattening is very important.

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。   As shown in FIG. 1, the conventional crystal oscillation circuit section B includes an oscillation circuit 6 that drives the crystal resonator 1, a temperature sensor 2 that detects the ambient temperature, and a measured temperature that is a voltage composed of a cubic function. A temperature compensation circuit 3 that converts values, a varicap diode 4, and a PROM (Programmable Read Only Memory) 5 that stores temperature compensation data for a predetermined temperature are mainly composed of 1 by LSI (Large Scale Integrated Circuit). Consisted of two chips.

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。   The crystal oscillator 1 and the crystal oscillation circuit section B are connected to a circuit board (not shown) or a ceramic package to constitute a temperature compensated crystal oscillator A.

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)。   Based on FIG. 6, the temperature characteristic correction process of the temperature compensated crystal oscillator A will be described. In adjusting the frequency-temperature characteristic of the temperature-compensated crystal oscillator A, since the frequency-temperature characteristic of the crystal unit 1 itself is unknown, first, the oscillation frequency at 25 ° C. and the voltage control sensitivity (AFC) at room temperature. (Sensitivity) is initially set (P1). Then, the output voltage of the varicap diode 4 is measured from the Input / Output terminal 8 by the temperature compensation circuit 3 fixed at an arbitrary set value at each temperature of 5 points or more (P2), and output from the Input / Output terminal 8 While monitoring the oscillation frequency, a predetermined voltage is applied to the varicap diode 4, and the varicap input voltage that can make the oscillation frequency output from the Input / Output terminal 8 a certain value is measured (P3).

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。
Here, the varicap input voltage-temperature characteristic (VC-Out) in a state where the temperature compensation circuit 3 is set to an arbitrary set value at each temperature and the varicap input voltage capable of compensating the frequency temperature characteristic of the crystal unit 1. -Two voltage-temperature characteristic curves of temperature characteristics (VC-IN) are obtained. Each voltage temperature characteristic curve is represented by the following cubic function. These coefficients can be calculated by the least square method or the like.

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)。
VC-OUT = α 1 (T−Ti 1 ) 3 + β 1 (T−Ti 1 ) + γ 1 (1)
VC-IN = α 2 (T-Ti 2 ) 3 + β 2 (T-Ti 2 ) + γ 2 (2)
α * : third-order coefficient, β * : first-order coefficient, γ * : zero-order coefficient, T * : temperature characteristic rotation center temperature coefficient In the next step, this VC-OUT characteristic (1) and VC-IN characteristic (2 ) And the values set in the PROM (RAM) 5 are changed to which values α, β, γ, and Ti of the temperature compensated values are calculated (P4). In other words, the temperature compensation of the crystal resonator becomes possible by setting α = α 2 −α 1 , β = β 2 −β 1 , γ = γ 2 −γ 1 , and T = T 2 −T 1 . Then, the calculated set value is reset in the PROM (RAM) 5 (P5).

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。   However, even if adjustment is made in this way and the setting value of the PROM (RAM) 5 connected to the temperature compensation circuit 3 is changed, the desired voltage is output correctly by the setting due to the capacitance variation of the varicap diode 4 in practice. Not necessarily. Therefore, in the next step, when this adjustment is finished, the frequency temperature characteristic of the temperature compensated crystal oscillator A is measured for the purpose of confirmation again (P6), thereby determining whether the product is good or bad (P7). ), The measurement was finished.

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。
特開平8−237030号公報
Therefore, in order to determine the set value of the PROM (RAM) 5, it is necessary to measure the actual temperature characteristics after measuring the varicap input / output voltage in steps P1 to P5.
JP-A-8-237030

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。   In the parts industry where the current miniaturization, weight reduction, and cost reduction are progressing, temperature-compensated crystal oscillators are also moving toward cost reduction. For this reason, in order to reduce the cost, it is necessary to simplify the manufacturing process without degrading the conventional characteristics, and it is particularly necessary to reduce the time required for measuring the frequency temperature characteristics.

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。   The present invention has been devised in view of such problems, and its purpose is to provide a temperature compensation type in which the manufacturing process is simplified and the temperature characteristic measurement time is reduced without degrading the conventional characteristics. A method for manufacturing a crystal oscillator is provided.

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。 In order to solve the above problems, the present invention provides a bit value of information on a crystal resonator, a varicap diode that adjusts an oscillation frequency of an oscillation circuit that oscillates the crystal resonator, and a control voltage applied to the varicap diode. And a temperature characteristic correction method for a crystal oscillator having a built-in writable read-only memory and a plurality of the crystal oscillators and LSI elements, and the frequency of each crystal oscillator The temperature characteristic coefficient, the temperature characteristic rotation center temperature coefficient, and the varicap sensitivity of the varicap diode built in each LSI element are measured, and the measured value is associated with a predetermined code in the first database of the external terminal. Registering and attaching the code to each crystal resonator, and recognizing the code attached to each crystal resonator (S1) The step (S2) of collating the code recognized in the step (S1) with the code on the first database, and the coefficient of the frequency temperature characteristic of the crystal unit corresponding to the code collated in the step (S2) Temperature coefficient of rotation center temperature coefficient , varicap sensitivity of varicap diode, minimum and maximum coefficient specific to crystal unit, coefficient determined by crystal substrate cut angle, temperature sensor temperature change with 1 bit change The temperature correction data is calculated based on the value set to the target oscillation frequency while actually measuring the oscillation frequency because of the value of and the bit for setting the oscillation frequency at room temperature (25 ° C.) , The temperature correction data is registered in the second database of the external terminal so as to correspond to the code (S3) and calculated in the step (S3) A step (S4) of writing temperature correction data corresponding to each code to the writable read-only memory of each LSI element with a bit value, and a control voltage based on the bit value written in the step (S4) Providing a crystal oscillator temperature characteristic correction method comprising: measuring a frequency temperature characteristic of a crystal oscillator whose temperature is corrected by applying to a cap diode, and determining whether the crystal oscillator is good or bad (S5). To do.

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。   According to the present invention, after measuring the varicap input / output voltage, it is possible to make a pass / fail judgment with a single measurement without degrading the actual temperature characteristics, and the manufacturing cost is reduced. Can be greatly reduced.

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。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be used for the same structure as a prior art.

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。   FIG. 1 shows a block diagram of a temperature compensated crystal oscillator A of the present invention.

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。   The temperature compensated crystal oscillator A is mainly composed of a crystal oscillator 1, a temperature sensor 2, a temperature compensation circuit 3, a varicap diode 4, a PROM (RAM) 5, and an oscillation circuit 6.

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。   In the quartz crystal resonator 1, a quartz crystal substrate composed of an example vibration electrode facing both main surfaces is accommodated in a container 10, and the quartz crystal substrate is formed by AT cut. The crystal unit 1 has a unique temperature frequency characteristic indicated by a cubic curve, and a code describing frequency temperature characteristic information unique to the crystal unit is attached to the surface of the container 10 shown in FIG. In addition, it is not limited to a number, About the description content on the crystal oscillator 1, a barcode may be sufficient. This is because the miniaturization of the product is progressing, so the description content can be described only minimally, there is a possibility that reading mistakes will occur if packed forcibly, and from the unique description content read, it will be described later This is because it is only necessary to access the above database and take in the specific frequency temperature characteristic information.

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。   The temperature sensor 2 has a circuit that generates a voltage represented by a linear function with respect to the ambient temperature, and is connected to the temperature compensation circuit 3.

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。   The temperature compensation circuit 3 has a circuit that converts the voltage value generated by the temperature sensor 2 into a voltage value represented by a cubic function expression. When viewed within −30 to 85 ° C. of the actual use region, the temperature compensation circuit 3 generates the following cubic curve.

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。
VC = α (T−Ti) 3 + β (T−Ti) + γ (3)
VC: Varicap applied voltage
α: Third-order coefficient of varicap applied voltage
β: First-order coefficient of varicap applied voltage
γ: 0th order coefficient of varicap applied voltage
Ti: Temperature characteristic of varicap applied voltage Rotational center temperature coefficient The oscillation circuit 5 is connected to the excitation electrode of the crystal unit 1 to cause a thickness shear vibration.

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。   The PROM (RAM) 5 is connected to the external terminal 7, and information for converting the primary voltage generated by the temperature sensor 2 to the voltage of the cubic function generated by the temperature compensation circuit 3 is described from the external terminal 7. More specifically, a third-order coefficient, a first-order coefficient, and a temperature characteristic rotation center temperature coefficient obtained by correcting the frequency temperature characteristic unique to the crystal resonator are stored as bit values.

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。   The PROM (RAM) 5 has PROM mode and RAM mode types. Temporary bit setting is performed in this RAM mode, and frequency measurement is performed at each temperature. Only the product finally determined to be non-defective is written in the PROM mode. This is because a bit written to a defective product cannot be changed, resulting in a completely defective product.

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。   Here, the frequency-temperature characteristic unique to the crystal resonator is indicated by the following cubic curve by the least square method by measuring the temperature and frequency of 5 points or more.

X’tal=αX’tal(T−TiX’tal)3 + βX’tal(T−TiX’tal) + γX’tal・・・(4)
X’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。
f X'tal = α X'tal (T-Ti X'tal ) 3 + β X'tal (T-Ti X'tal ) + γ X'tal (4)
f X'tal : Crystal oscillator frequency
α X'tal : Third-order coefficient of crystal oscillator frequency
β X'tal : First order coefficient of crystal oscillator frequency
γ X'tal : Zeroth order coefficient of crystal oscillator frequency
Ti X'tal : Temperature characteristic of crystal resonator frequency Rotational center temperature coefficient The external terminal 7 is connected to the PROM (RAM) 5 via the Data Input 9, and α X ' in the equation (4) as shown in FIG. Basic data of tal , β X'tal , γ X'tal , Ti X'tal , and varicap sensitivity are stored in advance in the database. Further, as will be described later, there is a temperature correction function for calculating temperature correction data of the crystal oscillator A based on this basic data. If the frequency value is directly input as product-specific temperature characteristic data on the database, coefficient measurement will be required at the time when measuring the product, which may affect the tact of product measurement. Therefore, the third-order coefficient, first-order coefficient, zero-order coefficient, temperature characteristic rotation center temperature coefficient, and varicap sensitivity coefficient calculated in advance from the inherent frequency temperature characteristic by the least square method or the like are input on the database.

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。   Here, the varicap sensitivity varies depending on the capacitance variation of the varicap diode 4 itself and the capacitance ratio of the crystal resonator 1 combined with the crystal resonator 1, and therefore, the frequency sensitivity is measured before setting, and the varicap sensitivity. It is necessary to ask for. Here, the varicap sensitivity can be obtained by applying a voltage directly to the varicap diode 4 from the outside and measuring the frequency at that time. It is desirable to change the applied voltage within the temperature compensation voltage range that is actually applied to the varicap in order to increase the accuracy of temperature compensation.

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。   The varicap diode 4 changes the capacitance component by applying the voltage generated in the temperature compensation circuit 3 and changes the oscillation frequency of the oscillation circuit 5.

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。   Next, a method for manufacturing the temperature compensated crystal oscillator of the present invention will be described.

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。   First, the crystal resonator 1 and the crystal oscillation circuit unit B are connected and arranged on a ceramic package (not shown), and then a temperature characteristic correction step is performed.

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。   In order to efficiently perform temperature compensation in the temperature correction process, the frequency temperature characteristic unique to the crystal unit 1 needs to be known. This is because the variation after adjustment can be greatly reduced if the variation of the crystal unit itself is taken into consideration. Therefore, the value of the frequency temperature characteristic specific to the crystal unit 1 in FIG. 3 is measured in advance as a database in the external terminal 7. Further, the varicap is measured at room temperature (25 ° C.) and registered on the database.

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。 Next, the temperature characteristic correction process of the present invention starts. As shown in FIGS. 2 and 5, the character information of the crystal unit 1 attached to the container of the crystal unit 1 is recognized by a code (S1), and the code information is taken into the database of the external terminal 7 and recognized. The crystal resonator 1 is selected from the codes ZZX0001 to ZZX0200 (S2), and its coefficients α X'tal , β X'tal , γ X'tal , Ti X'tal frequency temperature characteristic information and A setting value inside the LSI is calculated from the varicap sensitivity by the temperature correction function of the external terminal 7 (S3), and the calculated data is written in a PROM (RAM) 5 described later. The temperature compensation circuit 3 generates a voltage value V IC represented by the following expression (5) by the value of the PROM (RAM) 5 after this setting.

IC=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。
V IC = α ICV (T−Ti ICV ) 3 + β ICV (T−Ti ICV ) + γ ICV (5) α ICV , β ICV , γ ICV , Ti ICV : Count value of control voltage The bits α IC , β IC , and Ti IC that are actually set in the PROM (RAM) 5 with respect to the third order coefficient, the first order coefficient, and the temperature characteristic rotation center temperature coefficient of the equation (5) are It is calculated as follows.

<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。
<Third order coefficient>
First, the third-order set value α IC can be calculated from the third-order coefficient α X′tal unique to the crystal unit 1 and its varicap sensitivity VC. That is, α ′ indicating the third-order characteristics in a state including the crystal resonator and the IC is obtained for each product. This can be obtained as α ′ = α X′tal / VC.

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。 Then, a range of α ′ that can be adjusted by the crystal oscillation circuit section B is obtained in advance, and the set value α IC is calculated backward from α ′ calculated for each product. That is, it is obtained by the following equation (6).

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
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。
α IC = α S + α P (6)
α S : Set bit value when α 'is the center α P : Deviation amount from coefficient α S For example, the range of α' is the minimum value of the coefficient specific to the crystal unit α X'tal = 85ppm / ° C 3 In this case, α ′ when the varicap sensitivity VC = 21 ppm / V is 4.04 V / ° C. 3 . Furthermore, crystal oscillator-specific coefficient maximum value α X'tal = 115ppm / ℃ 3 of, alpha in the case of a varicap sensitivity VC = 17 ppm / V at that time 'becomes 6.76V / ℃ 3. Since the center value of α ′ is 5.4 V / ° C 3 from the maximum and minimum values, α P is α P = (α′-5.4) / {(6.76-4.04) / αBit number} (7)
αBit number: 31 (decimal number) when α = 5Bit (11111)
(6) α IC can be calculated from equation (7).

<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。
<First order coefficient>
The primary set value β IC can be calculated from the primary coefficient β X'tal of the crystal. In advance, each product is calculated from the relationship with β X′tal by the following equation (8).

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。
β IC = coefficient1 × β X'tal + coeffICient2 (8)
Coefficient1 and coefficient2 are coefficients determined by the cut angle of the quartz substrate.

<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。
<Temperature characteristic coefficient of rotation center temperature>
The set value Ti IC of Ti can be calculated from the Ti coefficient Ti X'tal of quartz. However, since the temperature sensor 2 varies, it is necessary to first adjust the voltage of the temperature sensor 2 in the vicinity of 25 ° C. The number of degrees Celsius the temperature sensor changes by changing 1 bit is obtained in advance (Ti_sensitivity), and calculation is performed from Ti X'tal and Ti_sensitivity.

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。
Ti IC = Ti y + {(Ti X'tal −25 ° C.) / Ti_sensitivity} (9)
It is a setting bit after adjusting the Ti y temperature sensor voltage.

<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。
IC >
Since γ IC is a bit for setting the oscillation frequency at room temperature (25 ° C.), it is set so that the target oscillation frequency is obtained while actually measuring the oscillation frequency.

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。 As described above, α IC , β IC , Ti IC and γ IC are calculated and stored in the database of FIG. Then, the set bit obtained as a result is set in the RAM 5 (S4), and the pass / fail judgment is performed by measuring the frequency temperature characteristic of the temperature compensated crystal oscillator A with the corrected value. This pass / fail determination is completed, and only non-defective products are set in the PROM 5 and the process ends.

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。   As described above, according to the present invention, after measuring the varicap input / output voltage, the measurement of the actual temperature characteristic is performed. Manufacturing costs can be greatly reduced.

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。1 is a block diagram of a temperature compensated crystal oscillator of the present invention. 本発明の温度補正工程におけるフロチャート図である。It is a flowchart in the temperature correction process of this invention. 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。It is a figure explaining the content in the database of the external terminal used for this invention. 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。It is a figure explaining the content after the temperature correction in the database of the external terminal used for this invention. 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。It is a figure explaining the code information described in the crystal oscillator of this invention. 従来の温度補正工程におけるフロチャート図である。It is a flowchart in the conventional temperature correction process.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crystal oscillator 2 ... Temperature sensor 3 ... Temperature compensation circuit 4 ... Varicap diode 5 ... PROM (RAM)
6 …… Oscillator 7 …… External terminal

Claims (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。
Built-in quartz resonator, varicap diode that adjusts the oscillation frequency of the oscillation circuit that oscillates the quartz resonator, and writable read-only memory that stores information on the control voltage applied to the varicap diode in bit values A temperature characteristic correction method for a crystal oscillator including an LSI element,
Prepare a plurality of the crystal resonators and LSI elements, measure the frequency temperature characteristic coefficient of each crystal oscillator, the temperature characteristic rotation center temperature coefficient and the varicap sensitivity of the varicap diode built in each LSI element, Registering the measured value in correspondence with a predetermined code in the first database of the external terminal, and attaching the code to each crystal unit;
A step of recognizing a code attached to each crystal resonator (S1);
A step (S2) of collating the code recognized in the step (S1) with the code on the first database;
The frequency temperature characteristic coefficient of the crystal unit corresponding to the code verified in the step (S2), the temperature characteristic rotation center temperature coefficient , the varicap sensitivity of the varicap diode, the minimum and maximum values of the coefficient specific to the crystal unit The coefficient determined by the cut angle of the quartz substrate, the value of the temperature change of the temperature sensor in the change of 1 bit, and the bit for setting the oscillation frequency at room temperature (25 ° C.), while actually measuring the oscillation frequency A step of calculating temperature correction data based on a value set to obtain a target oscillation frequency, and registering the temperature correction data in the second database of the external terminal so as to correspond to the code (S3) When,
Writing temperature correction data corresponding to each code calculated in the step (S3) into a writable read-only memory of each LSI element with a bit value (S4);
A step of measuring a frequency temperature characteristic of the crystal oscillator whose temperature is corrected by applying a control voltage based on the bit value written in the step (S4) to the varicap diode, and determining a quality of the crystal oscillator (S5). And a method of correcting the temperature characteristics of the crystal oscillator.
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